JP2014119002A - ガスタンクの製造方法およびガスタンク製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定のガスが充填されたガスタンクを製造する技術を提供する。
【解決手段】特定のガスが充填されたガスタンクの製造方法であって、不活性ガスが充填された製造対象である一または複数の製造対象ガスタンクのうちの少なくとも一の製造対象ガスタンクに、特定のガスを供給するためのガス供給流路を接続する接続工程と、ガス供給流路を介して一の製造対象ガスタンクへ特定のガスを供給する供給工程を含む工程であって、製造対象ガスタンクの内部を不活性ガスから特定のガスへ置換するガス置換工程と、ガス置換工程によるガスの置換の完了後に、一又は複数の製造対象ガスタンクに充填されていた不活性ガスをガス供給流路に供給して、ガス供給流路に残存する特定のガスをパージするパージ工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、特定のガスが充填されたガスタンクを製造する技術に関する。

特定のガスが充填されたガスタンクの製造する過程において、特定のガスを充填する前に、ガスタンクの気密試験を行う場合がある。気密試験を行う方法として、窒素と検知ガスとしての少量のヘリウムとを混合した不活性ガスをガスタンクに充填し、ガスタンクからのヘリウムの漏れを検知する試験方法が知られている（例えば、下記特許文献１）。そして、気密試験終了後、ガスタンクの内部を、不活性ガスから特定のガスに置換することによって、特定のガスが充填されたガスタンクを製造する。具体的には、特定のガスをガスタンクに充填可能なガス充填設備（例えば、水素ガス充填設備）を用いて、所定の方法によってガスタンクの内部を不活性ガスから特定のガスへ置換する。

特開平２０１１−０８９６２０号公報

しかし、ガスの置換終了後、ガス充填設備からガスタンクを取り外した際に、ガス充填設備の配管に残存していた高濃度の特定のガスが、ガスタンクとの接続部から流出することがあると言った問題が指摘されていた。また、ガス置換設備に残存した特定のガスを不活性ガスで除去（パージ）する場合には、別途、不活性ガスを用意する必要があり、ガスを用意する手間とコストがかかると言った問題が指摘されていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本発明の一形態によれば、特定のガスが充填されたガスタンクの製造方法が提供される。このガスタンクの製造方法は、不活性ガスが充填された製造対象である一または複数の製造対象ガスタンクのうちの少なくとも一の製造対象ガスタンクに、前記特定のガスを供給するためのガス供給流路を接続する接続工程と；前記ガス供給流路を介して前記一の製造対象ガスタンクへ前記特定のガスを供給する供給工程を含む工程であって、前記製造対象ガスタンクの内部を前記不活性ガスから前記特定のガスへ置換するガス置換工程と；前記ガス置換工程による前記ガスの置換の完了後に、前記一又は複数の製造対象ガスタンクに充填されていた前記不活性ガスを前記ガス供給流路に供給して、前記ガス供給流路に残存する前記特定のガスをパージするパージ工程と；を備える。この形態の製造方法によれば、パージ工程を備えるので、ガス置換工程後のガス供給流路に残存する特定のガスをパージすることができる。また、ガス置換工程後のガス供給流路に残存する特定のガスをパージする際に、ガス供給流路に供給する不活性ガスを別途用意する必要が無く、別途不活性ガスを用意する手間とコストを回避することができる。

（２）上記形態のガスタンクの製造方法において、前記ガス置換工程に先立つ工程であって、 前記一の製造対象ガスタンクとは異なるガスタンクであって前記不活性ガスを充填可能なバッファガスタンクに、前記ガス置換工程に先立って、前記一の製造対象ガスタンクに充填されている前記不活性ガスの少なくとも一部を移動させるガス移動工程を備え；前記パージ工程は、前記バッファガスタンクに移動した前記不活性ガスを前記ガス供給配管に供給する工程を含むものとしてもよい。このガスタンクの製造方法によると、一の製造対象のガスタンクに充填されていた不活性ガスを用いて、ガス置換工程後のガス供給流路に残存する特定のガスをパージすることができる。

（３）上記形態のガスタンクの製造方法であって、前記ガス移動工程において、前記不活性ガスを移動する前の前記バッファガスタンクは、前記一の製造対象ガスタンクより内部の気圧が低く；該ガス移動工程は、前記一の製造対象ガスタンクと前記バッファガスタンクとを連通させることによって前記不活性ガスを移動させる工程を含むものとしてもよい。このガスタンクの製造方法によると、一の製造対象ガスタンクとバッファガスタンクとを連通させるだけで不活性ガスの移動を行うことができる。

（４）上記形態のガスタンクの製造方法であって、前記製造対象ガスタンクは複数であり；前記パージ工程に先立って、前記一の製造対象ガスタンクとは異なる他の製造対象ガスタンクを、前記ガス供給流路と連通する連通流路に接続する工程を備え；前記パージ工程は、前記他の製造対象ガスタンクに充填されていた不活性ガスを前記連通流路を介して前記ガス供給配管に供給する工程を含むものとしてもよい。このガスタンクの製造方法によると、一の製造対象ガスタンクとは異なる他の製造対象ガスタンクに充填されていた不活性ガスを用いて、ガス置換工程後のガス供給流路に残存する特定のガスをパージすることができる。

（５）また本発明の他の形態によれば、特定のガスが充填されたガスタンクを製造するガスタンク製造装置が提供される。このガスタンク製造装置は、前記特定のガスを供給するためのガス供給流路と；前記供給流路に不活性ガスが充填された製造対象のガスタンクを接続するための接続部と；前記ガス供給流路を介して前記接続部に接続された前記製造対象のガスタンクへ前記特定のガスを供給すると共に、前記製造対象のガスタンクの内部を前記不活性ガスから前記特定のガスへ置換するガス置換部と；前記接続部に接続された前記製造対象のガスタンクと同一または異なる製造対象のガスタンクに充填されていた不活性ガスを、前記ガス供給流路に供給して、前記ガスの置換後の前記ガス供給流路に残存する前記特定のガスをパージするパージ部とを備える。この形態のガスタンク製造装置によれば、パージ部を備えるので、ガス置換後のガス供給流路に残存する特定のガスをパージすることができる。

また、このような形態によれば、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等の種々の課題の少なくとも１つを解決することができる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ガスタンク内のガスの置換方法、ガスの除去方法（パージ方法）、ガスタンクへのガスの充填方法などの形態で実現することができる。

ガス充填システム１０の構成を示す説明図である。 水素ガスタンクの製造工程を示す説明図である。 水素ガスタンクの製造工程の流れを示す工程図である。 ガス充填システム５０の構成を示す説明図である。 第２実施例における水素ガスタンクの製造工程を示す説明図である。 第２実施例における水素ガスタンクの製造工程の流れを示す工程図である。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ１）システム構成：
図１は本発明の第１実施形態としての水素ガスタンクの製造方法に用いるガス充填システム１０の構成を説明する説明図である。ガス充填システム１０は、メインガスタンク３０に水素ガスを充填して水素ガスタンクを製造するためのシステムである。本実施形態においては、水素を充填後のメインガスタンク３０は燃料電車に搭載される。そして、メインガスタンク３０内の水素ガスは、燃料電池が発電を行うための燃料ガスとして用いられる。

水素ガスタンクを製造するために用いるメインガスタンク３０は、気密試験が行われた後のものであり、内部には気密試験に用いられた不活性ガスが充填された状態である。メインガスタンク３０に充填されている不活性ガスは、窒素ガスと少量のヘリウムガスとで構成されている。気密試験は、ヘリウムガスがガスタンクから漏れ出すか否かを測定することによって行われる。ガス充填システム１０は、この気密試験終了後のメインガスタンク３０内の不活性ガスを水素ガスに置換することによって、メインガスタンク３０に水素ガスを充填する。

ガス充填システム１０は、ガスの流路としての配管１２〜１９と、ガスの流量を調整可能なバルブＶ１〜Ｖ４と、メインガスタンク３０と、バッファタンク４０とを備える。ガス充填システム１０は、配管１２〜１９を接続部Ｊ１〜４で接続することによって図示するような配管構造を構成する。また、ガス充填システム１０は、システム全体を制御する制御部２０を備える。

配管１２は、水素カードルによって構成されるガス充填設備２２と接続されている。配管１２は、接続部Ｊ１を介して配管１３と接続されている。配管１３は、接続部Ｊ２を介して配管１４と接続される。配管１４はメインガスタンク３０が備えるバルブＶ３１と接続されている。ガス充填設備２２から供給された水素ガスは、配管１２，１３，１４を介してメインガスタンク３０に供給される。配管１２には、バルブＶ１が設けられており、ガス充填設備２２からメインガスタンク３０への水素ガスの供給量の調整を行う。メインガスタンク３０のバルブＶ３１は、メインガスタンク３０に流入するガスの流量を調整する手動式のバルブである。

メインガスタンク３０が備えるバルブＶ３２は、配管１５と接続されている。バルブＶ３２は、メインガスタンク３０から流出するガスの流量を調整する電磁弁である。配管１５は、接続部Ｊ３を介して配管１６と接続されている。配管１６は、接続部Ｊ４を介して配管１７と接続されている。配管１７は、ガス充填システム１０内に流通するガスを大気に開放するための大気開放設備２４と接続されている。配管１７は、バルブＶ２を備えている。バルブＶ２は、ガス充填システム１０から大気開放設備２４へのガスの排出量の調整を行う。

配管１８は、配管１２と配管１７とを接続する。配管１８は、主に、接続部Ｊ１および接続部Ｊ４に蓋をして、ガス充填設備２２から配管１２，１８，１７の経路で水素ガスを流通させる流通試験を行う際に用いられる。配管１８は、バルブＶ３を挟んで両側に圧力計Ｐ１と、圧力計Ｐ２とを備える。圧力計Ｐ１，Ｐ２は、いずれも配管１８を流通するガスの圧力を測定する。圧力計Ｐ１，Ｐ２は、バルブＶ１〜Ｖ４，Ｖ３１，Ｖ３２の開閉の組み合わせによって構成される種々のガス流通経路内のガスの圧力を測定する。

配管１９は、配管１６から分岐してバッファタンク４０と接続される配管である。バッファタンク４０は、メインガスタンク３０に充填されている不活性ガスの一部を一時的に貯蔵するためのガスタンクである。配管１９はバルブＶ４を備える。バルブＶ４は、バッファタンク４０への不活性ガスの流入量および流出量の調整を行う。

ここで、本実施形態においては、バッファタンク４０の容積をＣ１、配管１２〜１９の総容積をＣ２、メインガスタンク３０の容積をＣ３とすると、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、Ｃ２＜Ｃ１＜＜Ｃ３の関係を有する。なお、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は、Ｃ２＜Ｃ１?Ｃ３の関係を有するとしてもよい。

制御部２０は、バルブＶ１〜Ｖ４，Ｖ３２と接続されている。バルブＶ１〜Ｖ４，Ｖ３２は、電磁弁によって構成されている。バルブＶ１〜Ｖ４，Ｖ３２は、制御部２０によってその開閉量が制御される。また、制御部２０は、圧力計Ｐ１，Ｐ２と接続されている。制御部２０は、圧力計Ｐ１，Ｐ２が測定した圧力値を取得し、種々の制御に用いる。

（Ａ２）水素ガスタンクの製造方法：
次に、ガス充填システム１０によって行う水素ガスタンクの製造方法について説明する。図２は水素ガスタンクの製造工程の大凡の流れを説明する説明図である。図２においては、図示の便宜上、説明に必要な符号のみ記載した。図示するように、水素ガスタンクの製造工程は、主に、不活性ガス移動工程と、ガス置換工程と、パージ工程とからなる。

不活性ガス移動工程を行うに当たり、その前段階として、気密試験によって不活性ガスが充填された状態のメインガスタンク３０を、配管１４，１５に接続する。本実施形態においては、メインガスタンク３０は容積が６０リットルである。メインガスタンク３０には、約０．８ＭＰａ〜０．９ＭＰａの不活性ガスが充填されている。また、バッファタンク４０の容積は１０リットルである。バッファタンク４０には、約０．１ＭＰａの不活性ガスが充填されている。なお、メインガスタンク３０を配管１４，１５に接続する段階においては、各バルブは閉状態である。

メインガスタンク３０およびバッファタンク４０を各配管に接続後、不活性ガス移動工程を行う。具体的には、図示するように、制御部２０の制御によって、バルブＶ３と、バルブＶ４と、バルブＶ３２とを開状態にする。メインガスタンク３０はバッファタンク４０より内部の圧力が高いため、メインガスタンク３０に充填されていた不活性ガスの一部は、バッファタンク４０に流入する。不活性ガス移動工程では、このようにして、メインガスタンク３０に充填されていた不活性ガスの一部をバッファタンク４０に移動させる。具体的には、制御部２０がバルブＶ３と、バルブＶ４と、バルブＶ３２とを制御し、バッファタンク４０の内部の圧力が約０．８ＭＰａに上昇するまで不活性ガスの移動を行う。バッファタンク４０の内部の圧力は、制御部２０が、圧力計Ｐ１，Ｐ２によって測定された圧力値から推定する。

バッファタンク４０への不活性ガスの移動が終了すると、制御部２０は、全てのバルブを閉状態にする。本実施形態においては、制御部２０によるバルブの開閉の制御は、制御部２０に接続された操作部（図示省略）を用いて作業者が行った操作に応じて、制御部２０がバルブの開閉を制御する。なお、本実施形態において作業者が操作部を操作することによって行われるバルブの制御の一部または全部を、制御部２０が、予め設定されたシーケンスに従って自動で行うとしてもよい。

不活性ガス移動工程後、ガス置換工程を行う。具体的には、不活性ガスが充填されているメインガスタンク３０の内部を水素ガスで置換する。本実施形態においては、ガスの置換は、一般的なガス置換方法として知られる正圧による希釈置換によって行う。

図２においては、説明の便宜上、バルブＶ１，Ｖ２とバルブＶ３１，Ｖ３２を同時に開状態にするように表現しているが、実際には、バルブの開閉は経時的に順次行う。具体的には、最初に、バルブＶ１とバルブＶ３１とを開状態にして、ガス充填設備２２からメインガスタンク３０に水素ガスを供給する。メインガスタンク３０への水素ガスの供給は、メインガスタンク３０の内部の圧力が予め定められた所定の圧力に達するまで行われる。メインガスタンク３０の圧力は、制御部２０が圧力計Ｐ１の測定値に基づいて推定する。メインガスタンク３０の内部は、ガス充填設備２２から供給された水素ガスと、元から充填されていた不活性ガスとが混合して充填された状態となる。

その後、バルブＶ１とバルブＶ３１とを閉状態にし、バルブＶ２とバルブＶ３２とを開状態にする。メインガスタンク３０の内部に充填されていた水素ガスと不活性ガスとの混合ガスは大気開放設備２４に排出される。そして、メインガスタンク３０の内部の圧力が予め定めた所定値まで下降すると、バルブＶ２とバルブＶ３２とを閉状態にする。メインガスタンク３０の圧力は、制御部２０が圧力計Ｐ２の測定値に基づいて推定する。

そして、再度、バルブＶ１とバルブＶ３１とを開状態にして、ガス充填設備２２からメインガスタンク３０に水素ガスを供給する。メインガスタンク３０の内部の圧力が所定の圧力値まで上昇したら、バルブＶ１とバルブＶ３１とを閉状態にし、ガス置換工程を終了する。このような方法によってメインガスタンク３０の内部のガスの置換を行うことによって、メインガスタンク３０は、高濃度の水素ガスが充填された状態になる。

ガス置換工程の終了後、パージ工程を行う。パージ工程は、ガス置換工程後に各配管に残存する水素ガスをパージする工程である。パージ工程においては、最初に、バルブＶ２〜Ｖ４を開状態にする。バルブＶ２〜Ｖ４を開状態にすることによって、バッファタンク４０に充填されていた不活性ガスが配管１２〜１９に供給される。そして、配管１２〜１９に供給された不活性ガスは、ガス置換工程によって配管１２〜１９に残存していた水素ガスとともに大気開放設備２４に排出される。その結果、配管１２〜１９に残存していた水素ガスはパージされる。その後、バルブＶ２〜Ｖ４を閉状態にすることによって水素ガスタンクの製造工程は終了する。

次に上記説明した水素ガスタンクの製造工程を、工程図によって説明する。図３は、水素ガスタンクの製造工程の流れを説明する工程図である。水素ガスタンクの製造を開始すると、メインガスタンク３０を配管１４，１５に接続する（工程Ｔ１２）。その後、上記説明した不活性ガス移動工程によって、メインガスタンク３０に充填されていた不活性ガスの一部をバッファタンク４０に移動する（工程Ｔ１４）。不活性ガス移動工程終了後、ガス置換工程によって、メインガスタンク３０内の不活性ガスを水素ガスに置換する（工程Ｔ１６）。その後、パージ工程によって、配管１２〜１９内に残存する水素ガスをパージする（工程Ｔ１８）。そして、水素ガスが充填されたメインガスタンク３０を配管１４，１５から取り外すことによって、水素ガスタンクの製造は終了する（工程Ｔ２０）。

以上説明したように、本実施形態における水素ガスタンクの製造方法は、ガス置換工程後の配管１２〜１９に残存する水素ガスをパージすることができる。実際にガス置換工程の前後において、配管内の水素ガス濃度を実測したところ、水素濃度を９９％から４％にまで下降させることができた。従って、水素ガスタンク製造後、配管１４，１５からメインガスタンク３０を取り外した際に、配管１４，１５から高濃度の水素ガスが外部に流出することを回避することができる。また、準備したメインガスタンク３０に充填されていたガスを用いて配管１２〜１９に残存する水素ガスをパージするので、別途、水素ガスをパージするための不活性ガスを用意する手間とコストを削減することができる。

準備したバッファタンク４０の内部の圧力は、準備したメインガスタンク３０の内部の圧力より低いので、不活性ガス移動工程では、バルブＶ３、Ｖ４、Ｖ３２を開状態にするのみで、メインガスタンク３０に充填されていた不活性ガスの一部をバッファタンク４０に移動させることができる。よって、別途、メインガスタンク３０からバッファタンク４０に不活性ガスを移動させるためのガスポンプ等の設備を必要としない。

特許請求の範囲との対応関係としては、工程１６（図３参照）に供する構成が特許請求の範囲に記載のガス置換部に対応する。本実施形態においては、制御部２０による工程１６の処理がガス置換部に対応する。また、工程１８に供する構成が特許請求の範囲に記載のパージ部に対応する。本実施形態においては、制御部２０による工程１８の処理がパージ部に対応する。

Ｂ．第２実施例：
（Ｂ１）システム構成：
図４は、本発明の第２実施形態としての水素ガスタンクの製造方法に用いるガス充填システム５０の構成を説明する説明図である。ガス充填システム５０は、メインガスタンク８０に水素ガスを充填するためのシステムである。

本実施形態においては、メインガスタンク８０とサブガスタンク９０とを用いる。メインガスタンク８０とサブガスタンク９０とは同じ構成をしたガスタンクであり、いずれも、後に水素ガスが充填されて水素ガスタンクとして製造されるガスタンクである。メインガスタンク８０およびサブガスタンク９０は、いずれも気密試験が行われた後のものであり、内部には気密試験に用いられた不活性ガスが充填されている。メインガスタンク８０およびサブガスタンク９０に充填されている不活性ガスは、第１実施形態と同様、窒素ガスと少量のヘリウムガスとで構成される混合ガスである。本実施形態と第１実施形態との大きな差異は、本実施形態では、パージ工程において、サブガスタンク９０に充填されている不活性ガスを用いて、配管内に残存した水素ガスをパージすることである。

ガス充填システム５０は、ガス流路としての配管５２〜６５と、ガスの流量を調整可能なバルブＶ５〜Ｖ１０と、メインガスタンク８０と、サブガスタンク９０とを備える。また、ガス充填システム５０は、システム全体を制御する制御部７０を備える。図示するように、第２実施形態におけるガス充填システム５０の配管構成は、第１実施形態におけるガス充填システム１０の配管構成が並列に接続された構成となっている。

配管５２は、水素カードルによって構成されるガス充填設備７２と接続されている。配管５２は、接続部Ｊ５を介して配管５３と接続されている。配管５３は、接続部Ｊ６を介して配管５４と接続される。配管５４はメインガスタンク８０が備えるバルブＶ８１と接続されている。ガス充填設備７２から供給された水素ガスは、配管５２，５３，５４を介してメインガスタンク８０に供給される。配管５２には、バルブＶ５が設けられており、ガス充填設備７２からメインガスタンク８０への水素ガスの供給量の調整を行う。メインガスタンク８０のバルブＶ８１は、メインガスタンク８０に流入するガスの流量を調整する手動式のバルブである。

メインガスタンク８０が備えるバルブＶ８２は、配管５５と接続されている。バルブＶ８２は、メインガスタンク８０から流出するガスの流量を調整する電磁弁である。配管５５は、接続部Ｊ７を介して配管５６と接続されている。配管５６は、接続部Ｊ８を介して配管５７と接続されている。配管５７は、配管６４を介して、ガス充填システム５０内のガスを大気に開放するための大気開放設備７４と接続されている。配管５７は、バルブＶ６を備えている。バルブＶ６は、ガス充填システム５０から大気開放設備７４へのガスの排出量の調整を行う。

配管５８は、配管５２と配管５７とを接続する。配管５８は、主に、接続部Ｊ５および接続部Ｊ８に蓋をして、ガス充填設備７２から配管５２，５８，５７の経路で水素ガスを流通させる流通試験を行う際に用いられる。配管５８は、圧力計Ｐ３と、気圧計Ｐ４とを備える。圧力計Ｐ３，Ｐ４は、いずれも配管５８を流通するガスの圧力を測定する。圧力計Ｐ３，Ｐ４は、バルブＶ５〜Ｖ１０，Ｖ８１，Ｖ８２，Ｖ９１，Ｖ９２の開閉の組み合わせによって構成される種々のガス流通経路内のガスの圧力を測定する。

配管５９は、配管５２を介して、ガス充填設備７２と接続されている。配管５９は、接続部Ｊ９を介して配管６０と接続されている。配管６０は、接続部Ｊ１０を介して配管６１と接続される。配管６１はサブガスタンク９０が備えるバルブＶ９１と接続されている。ガス充填設備７２から供給された水素ガスは、配管５９，６０，６１を介してサブガスタンク９０に供給される。配管５９には、バルブＶ８が設けられており、ガス充填設備７２からサブガスタンク９０への水素ガスの供給量の調整を行う。サブガスタンク９０のバルブＶ９１は、サブガスタンク９０に流入するガスの流量を調整する手動式のバルブである。

サブガスタンク９０が備えるバルブＶ９２は、配管６２と接続されている。バルブＶ９２は、サブガスタンク９０から流出するガスの流量を調整する電磁弁である。配管６２は、接続部Ｊ１２を介して配管６３と接続されている。配管６３は、接続部Ｊ１２を介して配管６４と接続されている。配管６４は、大気開放設備７４と接続されている。配管６４は、バルブＶ９を備えている。バルブＶ９は、ガス充填システム５０から大気開放設備７４へのガスの排出量の調整を行う。

配管６５は、配管５９と配管６４とを接続する。配管６５は、主に、接続部Ｊ９および接続部Ｊ１２に蓋をして、ガス充填設備７２から配管５９，６５，６４の経路で水素ガスを流通させる流通試験を行う際に用いられる。配管６５は、圧力計Ｐ５と、気圧計Ｐ６とを備える。圧力計Ｐ５，Ｐ６は、いずれも配管６５を流通するガスの圧力を測定する。圧力計Ｐ５，Ｐ６は、バルブＶ５〜Ｖ１０，Ｖ８１，Ｖ８２，Ｖ９１，Ｖ９２の開閉の組み合わせによって構成される種々のガス流通経路内のガスの圧力を測定する。

制御部７０は、バルブＶ５〜Ｖ１０，Ｖ８２，Ｖ９２と接続されている。バルブＶ５〜Ｖ１０，Ｖ８２，Ｖ９２は、電磁弁によって構成されている。バルブＶ５〜Ｖ１０，Ｖ８２，Ｖ９２は、制御部２０によってその開閉量が制御される。また、制御部７０は、圧力計Ｐ３〜Ｐ６と接続されている。制御部７０は、圧力計Ｐ３〜Ｐ６が測定した圧力値を取得し、種々の制御に用いる。

（Ｂ２）水素ガスタンクの製造方法：
次に、ガス充填システム５０によって行う水素ガスタンクの製造方法について説明する。図５は水素ガスタンクの製造工程の大凡の流れを説明する説明図である。図５においては、図示の便宜上、説明に必要な符号のみ記載した。図示するように、水素ガスタンクの製造工程は、主に、ガス置換工程と、パージ工程とからなる。

ガス置換工程を行うに当たり、その前段階として、気密試験によって不活性ガスが充填された状態のメインガスタンク８０を、配管５４，５５に接続する。また、同じく気密試験によって不活性ガスが充填された状態のサブガスタンク９０を、配管６１，６２に接続する。メインガスタンク８０、サブガスタンク９０はその容積が６０リットルである。いずれのガスタンクにも、約０．８ＭＰａ〜０．９ＭＰａの不活性ガスが充填されている。なお、メインガスタンク８０およびサブガスタンク９０を各配管に接続する段階においては、各バルブは閉状態である。

メインガスタンク８０およびサブガスタンク９０を配管に接続後、メインガスタンク８０の内部を水素ガスで置換するガス置換工程を行う。ガスの置換は、第１実施形態と同様、ガス置換方法として知られる正圧による希釈置換によって行う。

具体的には、最初に、バルブＶ５とバルブＶ８１とを開状態にして、ガス充填設備７２からメインガスタンク８０に水素ガスを供給する。メインガスタンク８０への水素ガスの供給は、メインガスタンク８０の内部の圧力が予め定めた所定の圧力に達するまで行われる。メインガスタンク８０の圧力は、制御部７０が圧力計Ｐ３の測定値に基づいて推定する。メインガスタンク８０の内部は、ガス充填設備７２から供給された水素ガスと、元から充填されていた不活性ガスとが混合して充填された状態となる。

その後、バルブＶ５とバルブＶ８１とを閉状態にし、バルブＶ６とバルブＶ８２とを開状態にする。メインガスタンク８０の内部に充填されていた水素ガスと不活性ガスとの混合ガスは大気開放設備７４に排出される。そして、メインガスタンク８０の内部の圧力が予め定めた所定値まで下降すると、バルブＶ６とバルブＶ８２とを閉状態にする。メインガスタンク８０の圧力は、制御部７０が圧力計Ｐ４の測定値に基づいて推定する。

そして、再度、バルブＶ５とバルブＶ８１とを開状態にして、ガス充填設備７２からメインガスタンク８０に水素ガスを供給する。メインガスタンク８０の内部の圧力が所定の圧力値まで上昇したら、バルブＶ５とバルブＶ８１とを閉状態にし、ガス置換工程を終了する。このような方法によってメインガスタンク８０の内部のガスの置換を行うことによって、メインガスタンク８０は、高濃度の水素ガスが充填された状態になる。

ガス置換工程の終了後、パージ工程を行う。上述したように、本実施形態においては、ガス置換工程後に各配管に残存する水素ガスをサブガスタンク９０に充填されている不活性ガスによってパージする。パージ工程においては、最初に、バルブＶ５〜Ｖ６，７，９，１０，Ｖ９２を開状態にする。バルブＶ６，７，９，１０，Ｖ９２を開状態にすることによって、サブガスタンク９０に充填されていた不活性ガスが配管５２〜６５に供給される。そして、配管５２〜６５に供給された不活性ガスは、ガス置換工程によって配管５２〜６５に残存していた水素ガスとともに大気開放設備７４に排出される。その結果、配管５２〜６５に残存していた水素ガスはパージされる。その後、バルブＶ５〜Ｖ６，７，９，１０，Ｖ９２を閉状態にすることによって水素ガスタンクの製造工程は終了する。なお、このようにしてメインガスタンク８０に充填し水素ガスタンクを製造後、サブガスタンク９０として用いたガスタンクを、次に行う水素ガス製造工程においてメインガスタンク８０として用いる。そして、気密試験が終了し不活性ガスが充填された状態の新たなガスタンクをサブガスタンク９０として用いる。

次に、上記説明したガスタンクの製造工程を、工程図によって説明する。図６は、水素ガスタンクの製造工程の流れを説明する工程図である。水素ガスタンクの製造を開始すると、メインガスタンク８０を配管５４，５５に接続する（工程Ｔ３２）。また、サブガスタンク９０を配管６１，６２に接続する（工程Ｔ３４）。その後、上記説明したガス置換工程によって、メインガスタンク８０内の不活性ガスを水素ガスに置換する（工程Ｔ３６）。ガス置換工程後、パージ工程によって、配管５２〜６５内に残存する水素ガスをパージする（工程Ｔ３８）。水素ガスタンクの製造を終了する場合には（工程Ｔ４０：ＹＥＳ）、メインガスタンク８０を配管５４，５５から取り外し（工程Ｔ４２）、水素ガスタンクの製造を終了する。

一方、続けて、水素ガスタンクを製造する場合には（工程Ｔ４０：ＮＯ）、１回目のガス置換工程でサブガスタンク９０として取り扱ったガスタンクを、２回目のガス置換工程におけるメインガスタンク８０として適用する。さらに、２回目のガス置換工程においては、気密試験終了後の新たなガスタンクをサブガスタンク９０として準備する（工程Ｔ４４）。そして、工程Ｔ３２から製造工程を行う。この場合、水素ガスが充填されたメインガスタンク８０を取り外した配管５４，５５に、新たに準備したサブガスタンク９０を接続し、１回目のガス置換工程でサブガスタンク９０として取り扱ったガスタンク（２回目のガス置換工程でメインガスタンク８０として取り扱うガスタンク）の配管６１，６２への接続は維持する。そして、２回目に行うガス置換工程では、新たにメインガスタンク８０となったガスタンクの内部を水素ガスに置換する。このようにすることで、水素ガスタンク製造工程を繰り返す毎に、ガスタンクの入れ替えを行う手間を省くことが可能になる。このようにして、水素ガスタンクの製造を行う。

以上説明したように、第２実施形態における水素ガスタンクの製造方法は、別途、バッファタンクを必要としないので低コスト化を実現できる。また、第１実施形態で説明したような不活性ガス移動工程を必要としないので、高速に水素ガスタンクを製造することができる。従って、第２実施形態における水素ガスタンクの製造方法は、水素ガスタンクを大量生産する場合に最適な製造方法である。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施形態や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
（Ｃ１）変形例１：
上記実施形態においては、特定のガスとして水素ガスを採用したが、それに限らず、種々のガスを採用することができる。例えば、メタンガスや、プロパンガスなどの炭化水素を採用することができる。その他、酸素ガスや、一酸化炭素ガス、アンモニアガスなどを採用することができる。また、このようのガスを充填して製造したガスタンクは、燃料電池に利用されるだけでなく、家庭用燃料、医療用、工業用など種々の用途に利用可能である。

（Ｃ２）変形例２：
上記実施形態においては、不活性ガスとして窒素とヘリウムとの混合ガスを採用したが、それに限らず、窒素のみから構成されるガスや、二酸化炭素など、化学反応を起こしにくいガスであれば種々のガスを採用することができる。なお、特定のガスタンクの製造前に気密試験を行う場合には、不活性ガスとして、窒素ガスと少量の水素ガスとからなる不活性ガスを採用することもできる。

（Ｃ３）変形例３：
上記実施形態においては、水素ガスタンク製造工程を制御部による制御によって行うとしたが、全ての工程を作業者が行うとしてもよい。例えば、ガス充填システム１０，５０が備える全てのバルブを手動式にするとしてもよい。そして、作業者が、水素ガス製造工程において必要なバルブ操作を行うとしてもよい。また、全ての工程を制御部２０，７０が行うとしてもよい。この場合、全てのバルブを電磁弁とし、制御部２０，７０が制御することによって実現することができる。

（Ｃ４）変形例４：
第１実施形態における不活性ガス移動工程は、メインガスタンク３０からバッファタンク４０に、配管を介して不活性ガスを直接に移動させるとしたが、それに限ることなく、種々の方法によって不活性ガスの移動を行うとしてもよい。例えば、配管にガスポンプやピストン機構を設置し、その機能によって、メインガスタンク３０からバッファタンク４０にガスの移動を行うとしてもよい。その他、複数のガスタンクを介してメインガスタンク３０からバッファタンク４０へガスを移動させるとしてもよい。

（Ｃ５）変形例５：
本発明は、上述の実施形態、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ガス充填システム
１２〜１９…配管
２０…制御部
２２…ガス充填設備
２４…大気開放設備
３０…メインガスタンク
４０…バッファタンク
５０…ガス充填システム
５２〜６５…配管
７０…制御部
７２…ガス充填設備
７４…大気開放設備
８０…メインガスタンク
９０…サブガスタンク
Ｖ１〜Ｖ１０…バルブ
Ｊ１〜Ｊ１２…接続部
Ｐ１〜Ｐ６…圧力計

Claims (5)

1. 特定のガスが充填されたガスタンクの製造方法であって、
   不活性ガスが充填された製造対象である一または複数の製造対象ガスタンクのうちの少なくとも一の製造対象ガスタンクに、前記特定のガスを供給するためのガス供給流路を接続する接続工程と、
   前記ガス供給流路を介して前記一の製造対象ガスタンクへ前記特定のガスを供給する供給工程を含む工程であって、前記製造対象ガスタンクの内部を前記不活性ガスから前記特定のガスへ置換するガス置換工程と、
   前記ガス置換工程による前記ガスの置換の完了後に、前記一又は複数の製造対象ガスタンクに充填されていた前記不活性ガスを前記ガス供給流路に供給して、前記ガス供給流路に残存する前記特定のガスをパージするパージ工程と
   を備えるガスタンクの製造方法。
2. 請求項１記載のガスタンクの製造方法であって、
   前記一の製造対象ガスタンクとは異なるガスタンクであって前記不活性ガスを充填可能なバッファガスタンクに、前記ガス置換工程に先立って、前記一の製造対象ガスタンクに充填されている前記不活性ガスの少なくとも一部を移動させるガス移動工程を備え、
   前記パージ工程は、前記バッファガスタンクに移動した前記不活性ガスを前記ガス供給配管に供給する工程を含む
   ガスタンクの製造方法。
3. 請求項２記載のガスタンクの製造方法であって、
   前記ガス移動工程において、前記不活性ガスを移動する前の前記バッファガスタンクは、前記一の製造対象ガスタンクより内部の気圧が低く、
   該ガス移動工程は、前記一の製造対象ガスタンクと前記バッファガスタンクとを連通させることによって前記不活性ガスを移動させる工程を含む
   ガスタンクの製造方法。
4. 請求項１記載のガスタンクの製造方法であって、
   前記製造対象ガスタンクは複数であり、
   前記パージ工程に先立って、前記一の製造対象ガスタンクとは異なる他の製造対象ガスタンクを、前記ガス供給流路と連通する連通流路に接続する工程を備え、
   前記パージ工程は、前記他の製造対象ガスタンクに充填されていた不活性ガスを前記連通流路を介して前記ガス供給配管に供給する工程を含む
   ガスタンクの製造方法。
5. 特定のガスが充填されたガスタンクを製造するガスタンク製造装置であって、
   前記特定のガスを供給するためのガス供給流路と、
   前記供給流路に不活性ガスが充填された製造対象のガスタンクを接続するための接続部と、
   前記ガス供給流路を介して前記接続部に接続された前記製造対象のガスタンクへ前記特定のガスを供給すると共に、前記製造対象のガスタンクの内部を前記不活性ガスから前記特定のガスへ置換するガス置換部と、
   前記接続部に接続された前記製造対象のガスタンクと同一または異なる製造対象のガスタンクに充填されていた不活性ガスを、前記ガス供給流路に供給して、前記ガスの置換後の前記ガス供給流路に残存する前記特定のガスをパージするパージ部と
   を備えるガスタンク製造装置。

Images