JP2010534308A - タンクに加圧ガスを充填する方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、タンク（１１）に加圧ガスを、特には車両のタンク（１１）に水素を、加圧ガスを収容し且つ連続した圧力平衡化フェーズを通じてタンク（１１）を充填する緩衝容器（２、３）と、加圧ガスを生成し且つ緩衝容器（２、３）を流体供給源（１４、２４、３４、４４）から充填するデバイス（５；１５、１６）とを具備した充填ステーション（１）を使用して充填する方法であって、緩衝容器（２、３）からのガス移動と、それと同時の供給源（１４、２４、３４）からのガス生成デバイス（５；１５、１６）を介した直接的なガス移動とによるタンク（１１）充填工程を含み、加圧ガス生成デバイスは緩衝容器（２、３）に接続されたコンプレッサ（５）を含んでおり、このコンプレッサ（５）は、ガスを、第１緩衝容器（２）を含んだガス供給源からタンク（１１）へと、少なくとも１つの第２緩衝容器（３）とタンク（１１）との間での圧力平衡化フェーズの少なくとも一部の間に供給することとを特徴とし、緩衝容器（２、３）は、タンク（１１）との間での圧力平衡化に使用された後に、コンプレッサ（５）によって供給源として連続的に使用される方法に関する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タンクに加圧ガスを充填する方法に関する。
より詳細には、本発明は、タンクに加圧ガスを、特には車両のタンクに水素を、加圧ガスを収容し且つ連続した圧力平衡化フェーズを通じて先のタンクを充填するための複数の緩衝容器と加圧ガスを生じさせ且つ前記緩衝容器を流体供給源から充填するためのデバイスとを備えた充填ステーションを用いて充填する方法に関する。
車両に搭載されたタンクの高圧（特には７００ｂａｒを上回る圧力）での急速な（典型的には１５分未満での）充填（例えば、燃料電池を備えた車両のための水素ガス）は、従来から、高圧にある複数の緩衝容器を用いた連続した圧力平衡化によって行われている。この「カスケード」充填は、従来から、充填されるべき目的のタンクを一方とし、圧力が増加している複数の緩衝容器（例えば、２００ｂａｒ、次に３００ｂａｒ、次に４５０ｂａｒ、次に８５０ｂａｒ）を他方とし、それらの間での連続した圧力平衡化を提供することによって得られている。
この良く知られている方法は、特に天然ガス又は水素の適用に関する文献において、十分に説明されている。
しかしながら、圧力平衡化によるこの知られている充填方法は、多数の高圧容器を必要とする。それゆえに、これは、漏れのリスクと、現場で貯蔵されねばならないガスの量とを増加させる。典型的には、この方法によって停滞させられるガスの量は、先のステーションによって使用される日平均消費量の約３倍である。これは、ガスが可燃性であるか又は有害なものである場合、特別な許可の申請を必要とし得る。
更に、この方法によって、過度の待機時間なしに複数の車両を連続的に充填するためには、利用可能な高圧緩衝容器の数を増やすことと、それゆえ、必然的に充填ステーションの大きさを拡大することとが必要である。
「低速充填」と呼ばれている他の知られている充填技術（例えば、１５分よりも長い）に従うと、ガスは、低圧水素供給源から直接的にコンプレッサを介してタンクへと導入される。
この「直接圧縮」充填方法は、実際には、極めて高い電力（例えば、液体ポンプについては約７０ｋＷ、コンプレッサについては３００ｋＷ超）を必要とする極めて大きなコンプレッサ（又は極低温ポンプ）を使用することなくして、１５分未満でのタンクの充填を可能にするものではない。
上記従来技術に関する欠点の全て又は一部を解消することが、本発明の１つの目的である。
この目的のために、本発明の方法は、上記導入部に示した包括的な定義に従うと共に、緩衝容器からのガス移動と、それと同時の供給源からのガス生成デバイスを介した直接的なガス移動とによりタンクを充填する工程を含んでいることを本質的に特徴とする。
更に、本発明の態様は、以下の特徴の１つ以上を含み得る。
−加圧ガス生成デバイスは、少なくとも、少なくとも１つの緩衝容器とタンクとの間での圧力平衡化フェーズの一部の間に、タンクにガスを直接供給する。
−加圧ガス生成デバイスと複数の緩衝容器とは、タンクに接続するための共通供給ラインに対して並列に接続されている。
−加圧ガス生成デバイスは、コンプレッサを具備しており、供給源は、加圧ガス生成デバイスに接続されており、可搬式加圧ガス容器と、前記ガスを合成又は製造するためのシステムと、前記ガスを分配するためのネットワークと、先の複数の緩衝容器の少なくとも１つとのうちの少なくとも１つを具備している。
−加圧ガス生成デバイスは、緩衝容器に接続されたコンプレッサを含んでおり、このコンプレッサは、ガスを、第１緩衝容器（２）を含んだガス供給源から、タンクへと、少なくとも１つの第２緩衝容器（３）とタンクとの間での圧力平衡化フェーズの少なくとも一部の間に供給する。
−コンプレッサにより供給源として使用される第１容器又は緩衝器は、圧力平衡化中の第２緩衝容器とは異なる。
−容器又は緩衝器は、タンクとの圧力平衡化に使用された後に、コンプレッサによって供給源として連続的に使用される。
−複数の緩衝容器の少なくとも一部は、少なくとも１つの遮断バルブを具備したラインを介して、コンプレッサの吸気口に接続されている。
−加圧ガス生成デバイスは、ポンプと気化／加圧システムとを含んだ極低温循環路を具備しており、供給源は、ガス生成デバイスに接続されており、低温にある液化ガスのタンクを具備している。
他の特徴及び利点は、図面と共に以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。
図１は、１つの概略図に、本発明に従う充填システムの幾つかの択一的態様の構成及び動作を示している。 図２は、図１の充填システムの或る択一的態様の構成及び動作を図示した概略図を示している。 図３は、本発明に従う充填システムの第２態様の構成及び動作を図示した概略図を示している。 図４は、本発明に従う充填システムの第３態様の構成及び動作を図示した概略的な部分図を示している。
図１に示した充填システムステーション１は、従来通り、充填されるべきタンク１１の入口に接続するための供給ライン６に対して並列に接続された２つのガス緩衝容器２、３（すなわち「緩衝タンク」）を具備している。単純化のために、充填されるべきタンク１１は、車両として示している。各緩衝容器２、３は、それぞれのバルブＶ４、Ｖ５を介して供給ライン６に接続されており、共通ライン１６は、バルブＶ３を更に具備している。
ステーション１は、充填ライン６上に位置した少なくとも１つのコンプレッサ５を更に具備している。コンプレッサ５の入口は、少なくとも１つのガス供給源１４、２４、３４に流体接続されている。コンプレッサ５の出口は、例えば圧力コントローラＰＣＶ１（圧力及び／又は流量制御バルブ）を介して、充填ライン６に流体接続されている。従来から、コンプレッサ５は、より低圧にあり且つ供給源１４、２４、３４によって供給されるガスを、緩衝容器２、３に充填することを確実にするように設計されている。図１の例では、３つの供給源１４、２４、３４（ボンベのセミトレーラ又は高圧ガスボンベのラックなどの可搬式加圧ガス容器１４、前記ガスを合成又は製造するためのシステム２４、前記ガスを分配するためのネットワーク３４）は、それぞれのバルブを介して、コンプレッサ５の入口に対して並列に接続されている。
明らかなことだが、図２に示しているように、１つのガス供給源（例えば、利用可能であれば、パイプラインとして示したネットワーク３４）が一般に必要である。
また、１つ又は複数のガス供給源１４、２４、３４は、バルブＶ２を具備したライン２６（コンプレッサ５を通すことのない直接的な手段）を介して、供給ライン６に直接接続されていてもよい。例えば、供給源ライン２６（la conduite 26 source）は、緩衝容器２、３の共通ライン１６であって、バルブＶ３の上流に接続されている。この供給源ライン２６は、必要な場合に、供給源３４を一方とし、緩衝容器２、３又はタンク１１を他方としての、それらの間での第１圧力平衡化を提供するのに役立つ。
例えば、コンプレッサ５は、緩衝容器２、３に対して異なる貯蔵圧力で充填を行うように設けられている。緩衝容器２、３が充填されている場合、タンク１１は、先の知られている連続的な圧力平衡化の方法によって充填され得る（緩衝容器２、３は、貯蔵圧力が増加するような順序で、次々に使用される）。１回以上の充填の後、緩衝容器２、３は、上記方法によって再度充填され得る。従来通り、１つの緩衝容器２、３に充填をしつつ、他の緩衝容器２、３を使用してタンク１１に充填をすることもできる。
本発明の有利な特徴に従うと、ステーション１は、緩衝容器２、３からタンク１へのガス移動と、供給源３４からのコンプレッサ５を介した直接的なガス移動（ガスが緩衝容器を通らない直接的な手段）とを同時に行う。それゆえに、圧力平衡化フェーズの間、供給ライン６は、コンプレッサ５によって供給されたガスと、緩衝容器２、３によって供給されたガスとを同時に受け取る。
このようにして、本発明は、高圧容器２、３から導入される追加ガスを同時に用いて、コンプレッサ５を介した特に迅速な充填を可能にする。
それゆえ、本発明は、単独でタンク１１に直接充填するように設計された圧縮機よりも比較的小さな大きさ及び電力を有したコンプレッサ５による迅速な充填を行うことに役立つ。また、本発明は、緩衝容器２、３の貯蔵容量の大きさを縮小するのにも役立つ。本発明に従うステーション１は、従来技術において「部分的」と呼ばれる充填、すなわち、コンプレッサ５を補助供給として同時に稼動させることのない充填（特には、そのメンテナンス又は故障の場合）も可能にする。
図２を参照して説明する動作の一例では、タンク１１は、以下のように充填され得る。第１フェーズでは、ステーション１は、第１緩衝容器２（最も低いが、タンク１１よりは高い圧力を有した緩衝容器）とタンク１１との間での第１圧力平衡化を行うように制御される。移動されるガスの量を増加させるために、コンプレッサ５は、この平衡化フェーズの間に稼動されるのと同時に、充填ライン６に対して供給を行う。
第２フェーズでは、ステーション１は、タンク１１と第２緩衝容器３との間での第２圧力平衡化を制御する。コンプレッサ５は、この第２工程中でも作動させられて、それと同時に、充填に関与する。
上及び下で説明する例では、２つの緩衝容器２、３のみを示している。明らかなことだが、本発明は、この配置に限定されるものではなく、例えば、２つを上回る緩衝容器２、３を含んでいてもよい。
図３は、本発明の第２態様の一例であって、緩衝容器３とタンク１１との間での圧力平衡化と同時に、コンプレッサ５が、他の緩衝容器２からの（上記した「従来」の供給源１４、２４、３４の１つからではない）補給ガスを供給する例を示している。
例えば、コンプレッサ５は、「最後から２番目の高圧緩衝容器」２（タンク１１との圧力平衡化の間に役目を既に果たしているもの）からガスを抜き出すことにより、同時のガス補給を行う。明らかなことではあるが、より高い効率のためには、この緩衝容器２は、好ましくは、それが「従来」の供給源３４の圧力よりも更に高い圧力にあるガスを収容している場合にのみ、コンプレッサ５のガス供給源として使用される。コンプレッサによる充填用ガスの補給を提供するこの方法によると、コンプレッサに入るガスの吸気圧は、比較的高く、様々な平衡化フェーズ及び利用可能な圧力へと即時に適応するので、先の補給は、知られている解決策に比べて高められる。更に、この増加は、コンプレッサの送出を高める。
この態様では、ステーション１は、コンプレッサ５の入口に少なくとも１つの緩衝容器２、３を流体接続させる少なくとも１つのライン２２、３３を設けていてもよい。これらのライン２２、３３は、好ましくは、それぞれのバルブＶ７、Ｖ８を具備している（図３を参照のこと）。
図４は、本発明の第３の例示的態様であって、１つ及び複数の低圧ガス供給源とコンプレッサ５とが、液化ガスをポンプによって送り出し１５、それを気化する１１６システムと関連付けられた液化ガス貯蔵タンク４４に置き換えられている態様を示している。
極低温液体は、それ自体が知られており且つ簡潔さのために詳細に示していない
循環路１５における貯蔵タンク４４から抜き出される。次に、この極低温液体は、供給ライン６の上流（熱交換器１１６）において気化する。
上で述べたように、２つの緩衝容器２、３は、供給ライン６に接続されている１６。単純化のために、この液体貯蔵ユニット４４の循環路及び制御デバイスは、ボックス１４４として示してある。同様に、知られている制御部材（バルブ、センサ、フィルタ、安全装置など）は、単純化のために、供給ライン６には示していない。
それゆえに、本発明は、単純且つ安価な構成を有していながら、充填中に移動されるガスの流量を増加させて充填時間を短縮することと、ステーションに停滞される充填ガスの日当たりの容量を減らすこととの双方に役立つことが、容易に理解され得る。本発明は、特には、現存のステーションの運転を改善するのに役立つ。

Claims (7)

  1. タンク（１１）に加圧ガスを、特には、車両のタンク（１１）に水素を、
    −前記加圧ガスを収容し且つ連続した圧力平衡化フェーズを通じて前記タンク（１１）を充填するための複数の緩衝容器（２、３）と、
    −加圧ガスを生成し且つ前記緩衝容器（２、３）を流体供給源（１４、２４、３４、４４）から充填するためのデバイス（５；１５、１６）と
    を具備した充填ステーション（１）を使用して充填する方法であって、前記方法は、緩衝容器（２、３）からのガス移動と、それと同時の前記供給源（１４、２４、３４）からの前記ガス生成デバイス（５；１５、１６）を介した直接的なガス移動とによるタンク（１１）充填工程を含んでいることと、前記加圧ガス生成デバイスは、前記複数の緩衝容器（２、３）に接続されたコンプレッサ（５）を含んでいることと、前記コンプレッサ（５）は、ガスを、第１緩衝容器（２）を含んだガス供給源から、前記タンク（１１）へと、少なくとも１つの第２緩衝容器（３）と前記タンク（１１）との間での圧力平衡化フェーズの少なくとも一部の間に供給することと、前記複数の緩衝容器（２、３）は、前記タンク（１１）との圧力平衡化に使用された後に、前記コンプレッサ（５）によって供給源として連続的に使用されることとを特徴とする方法。
  2. 請求項１記載の方法であって、前記加圧ガス生成デバイス（５；１５、１６）は、少なくとも、少なくとも１つの緩衝容器（２、３）と前記タンク（１１）との間での圧力平衡化フェーズの一部の間に、前記タンク（１１）にガスを直接供給することを特徴とする方法。
  3. 請求項１又は２記載の方法であって、前記加圧ガス生成デバイス（５；１５、１６）と前記複数の緩衝容器（２、３）とは、前記タンク（１１）に接続するための共通供給ライン（６）に対して並列に接続されていることを特徴とする方法。
  4. 請求項１乃至３の何れか１項記載の方法であって、前記加圧ガス生成デバイスはコンプレッサ（５）を具備していることと、前記供給源は、前記加圧ガス生成デバイス（５；１５、１６）に接続されており、可搬式加圧ガス容器（１４）と、前記ガスを合成又は製造するためのシステム（２４）と、前記ガスを分配するためのネットワーク（３４）と、前記複数の緩衝容器（２、３）の少なくとも１つとのうちの少なくとも１つを具備していることとを特徴とする方法。
  5. 請求項１乃至４の何れか１項記載の方法であって、前記コンプレッサ（５）により供給源として使用される前記第１緩衝容器（２、３）は、圧力平衡化中の前記第２緩衝容器（３、２）とは異なることを特徴とする方法。
  6. 請求項１乃至５の何れか１項記載の方法であって、前記複数の緩衝容器（２、３）の少なくとも一部は、少なくとも１つの遮断バルブ（Ｖ７、Ｖ８）を具備したラインを介して、前記コンプレッサ（５）の吸気口に接続されていることを特徴とする方法。
  7. 請求項１乃至６の何れか１項記載の方法であって、前記加圧ガス生成デバイスは、ポンプと気化／加圧システム（１１６）とを含んだ極低温循環路（１５）を具備していることと、前記供給源（４４）は、前記ガス生成デバイス（１５、１６）に接続されており、低温にある液化ガスのタンク（４４）を具備していることとを特徴とする方法。
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