JP2016153656A - ガス充填システム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数台のタンク搭載装置へのガスの充填時間を短縮すること。【解決手段】ガス充填システムであって、タンク（９ａ）にガスを供給する供給設備（１１）と、複数の蓄圧器（２３１〜２３３）を有し、供給設備（１１）へガスを送出する蓄圧器ユニット（２３）と、ガス送出部（２１）と、制御部（２９）と、を備え、制御部（２９）が、一つのタンク搭載装置（９）へのガスの充填が完了した後、複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器（２３３）の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器にガスを貯留させる貯留操作と、次のタンク搭載装置（９）にガスを充填する際に、特定された蓄圧器（２３３）とは別の蓄圧器から供給設備（１１）にガスを送出し、供給設備（１１）からの切替指示を受けて特定された蓄圧器（２３３）から供給設備（１１）にガスを送出する送出操作と、を行うこと。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス充填システムに関する。
近年、燃料電池自動車等の水素ガスを利用する車両（以下、単に「車両」という。）の開発が行われており、これに伴って車両のタンクに水素ガスを充填するための水素ステーションの開発も進められている。例えば、特許文献１には、複数の蓄圧器バンクを有する蓄圧器ユニットと、各蓄圧器バンクに圧縮水素ガスを供給する圧縮機と、各蓄圧器バンク内の水素ガスを車両の車載容器（タンク）に充填する接続具と、各蓄圧器バンクから車載容器への水素ガスの充填順序を制御する制御部と、を備える水素ステーションが開示されている。制御部は、特定の蓄圧器バンクから車載容器に水素ガスを充填させるとともに、当該特定の蓄圧器バンクの圧力と車載容器の圧力との差圧が所定値以下になったとき等に、当該特定の蓄圧器バンクの圧力よりも高い圧力を有する蓄圧器バンクから車載容器に水素ガスを充填させる。つまり、制御部は、蓄圧器バンクの圧力と車載容器の圧力との差圧により当該車載容器に水素ガスが充填されるように、充填に使用する蓄圧器バンクを順次切り替える。
特開２００８−０６４１６０号公報
ところで、近年、車両への水素ガスの充填時間を約３分以内とすることに加え、１台目の車両への充填の終了から２台目の車両への充填の開始までに要する時間を短縮することが求められている。しかしながら、特許文献１に見られるような水素ステーションでは、通常、１台目の車両への水素ガスの充填が終了すると、全ての蓄圧器バンク内に水素ガスが完全に充填されるまで（満タンにされるまで）圧縮機から各蓄圧器バンクに水素ガスが供給された後に、２台目の車両への水素ガスの充填が開始される。このため、１台目の車両への充填が終了してから２台目の車両への充填が開始されるまでに要する時間が長くなってしまう。この課題は、車両の台数が多くなるほど顕著になる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数のタンク搭載装置へのガスの充填時間を短縮することを目的としている。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、タンクを備えるタンク搭載装置へガスを充填するガス充填システムであって、前記タンク搭載装置の前記タンクにガスを供給する供給設備と、ガスが貯留された複数の蓄圧器を有し、前記供給設備へガスを送出する蓄圧器ユニットと、ガスを前記蓄圧器ユニットに送出するガス送出部と、前記ガス送出部の運転、及び、前記蓄圧器ユニットのガスの送出を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、一つのタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後、前記複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器にガスを貯留させる貯留操作と、次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器とは別の蓄圧器から前記供給設備にガスを送出するとともに前記供給設備からの切替指示を受けて前記別の蓄圧器から前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出する送出操作と、を行う、ガス充填システムを提供する。
本発明では、一つのタンク搭載装置（例えば車両）のタンクへのガスの充填が終了した際、複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器の圧力のみが基準圧以上となるまでガスが貯留される。そして、次のタンク搭載装置にガスを充填する際には、当該特定された蓄圧器とは別の蓄圧器から次のタンク搭載装置のタンクへのガスの送出を開始させ、タンク内のガスの圧力が一定以上まで上昇すると当該特定された蓄圧器に切り替えられて、当該特定された蓄圧器からタンクへガスが送出される。このように、タンク内の圧力が高圧となった場合に使用される蓄圧器のみが基準圧以上の圧力とされることにより、全ての蓄圧器が基準圧以上とされる場合に比べて、一つのタンク搭載装置へのガスの充填の終了から次のタンク搭載装置へのガスの充填の開始までに要する時間（充填間隔）が短縮される。
また、本発明は、タンクを備えるタンク搭載装置へガスを充填するガス充填システムであって、前記タンク搭載装置の前記タンクにガスを供給する供給設備と、ガスが貯留された複数の蓄圧器を有し、前記供給設備へガスを送出する蓄圧器ユニットと、ガスを前記蓄圧器ユニットに送出するガス送出部と、前記ガス送出部の運転、及び、前記蓄圧器ユニットのガスの送出を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、一つのタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後、前記複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器の圧力が基準圧以上となるまで前記特定された蓄圧器にガスを貯留させ、かつ、前記予め特定された蓄圧器以外の蓄圧器に前記基準圧以上のガスを貯留させない貯留操作と、次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器とは別の蓄圧器から前記供給設備にガスを送出するとともに前記供給設備からの切替指示を受けて前記別の蓄圧器から前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出する送出操作と、を行う、ガス充填システムを提供する。
本発明でも、複数台のタンク搭載装置へのガスの充填に要する時間が短縮される。
具体的に、前記蓄圧機ユニットが、前記複数の蓄圧器として３つの蓄圧器を有し、前記３つの蓄圧器のうち１つが前記特定された蓄圧器とされ、前記制御部が、前記送出操作として、前記特定された蓄圧器以外の２つの蓄圧器を順次切り替えて前記供給設備にガスを送出した後、前記供給設備からの切替指示を受けて前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出することが好ましい。
この場合において、前記制御部が、前記貯留操作を行った後、前記３つの蓄圧器のうち前記特定された蓄圧器以外の１つの蓄圧器の圧力が前記タンクへのガスの充填の開始に必要な第１設定圧以上であり、かつ、他の１つの蓄圧器の圧力が前記第１設定圧よりも大きな第２設定圧以上である場合に前記送出操作を行うことが好ましい。
このようにすれば、タンク搭載装置内のタンクの圧力上昇に対して当該タンクと蓄圧器ユニットとの間の圧力差が常に一定上確保され、タンク搭載装置へのガスの充填に要する時間がより短縮される。
さらにこの場合において、前記制御部が、前記次のタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後に前記貯留操作をさらに行い、さらに次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器以外の前記１つの蓄圧器の圧力が前記第２設定圧以上であり、かつ、前記他の１つの蓄圧器の圧力が前記第１設定圧以上前記第２設定圧未満である場合に、前記送出操作として前記他の１つの蓄圧器、前記１つの蓄圧器、及び、前記特定された蓄圧器の順に前記供給設備へガスを送出する操作を行うことが好ましい。
このようにすれば、３つの蓄圧器の使用順が固定されている場合に比べ、充填間隔がより短縮される。例えば、各蓄圧器の使用順が固定されている場合、２番目に使用される蓄圧器の圧力が第２設定圧未満であるときには、仮に当該蓄圧器の圧力が第１設定圧以上であり、かつ最初に使用される蓄圧器の圧力が第２設定圧以上であったとしても、次のタンク搭載装置へのガスの充填が開始されない。この場合には、２番目に使用される蓄圧器の圧力が第２設定圧以上になるまで当該蓄圧器にガスが貯留された後に、次のタンク搭載装置へのガスの充填が開始される。これに対し、本発明では、第１蓄圧器の圧力が第２設定圧以上であり、かつ、第２蓄圧器の圧力が第２設定圧未満でかつ第１設定圧以上であるときに、第２蓄圧器へのガスの貯留を行わずに当該第２蓄圧器から次のタンク搭載装置へのガスの充填が開始されるので、充填間隔が短縮される。
また、タンク搭載装置へのガスの充填時において最初に使用される蓄圧器の圧力の変動値は、２番目に使用される蓄圧器のそれに比べて大きいため、３つの蓄圧器の使用順が固定されている場合、最初に使用される蓄圧器の寿命が２番目に使用される蓄圧器の寿命に比べて短くなることがある。これに対し、本発明では、第１蓄圧器の圧力が第２設定圧以上であり、かつ、第２蓄圧器の圧力が第２設定圧未満でかつ第１設定圧以上であるときに、第１蓄圧器と第２蓄圧器の使用順が入れ替わるので、第１蓄圧器の寿命と第２蓄圧器の寿命とが平滑化される。
また、本発明において、前記制御部は、前記送出操作において、一つの蓄圧器から前記供給設備へのガスの送出に並行して、他の蓄圧器に前記ガス送出部から送出されたガスを貯留させる操作を行うことが好ましい。
このようにすれば、充填間隔がより短縮される。
以上のように、本発明によれば、複数のタンク搭載装置へのガスの充填時間を短縮することができる。
本発明の一実施形態に係る水素ステーションを示す図である。 切替操作時の充填時間と各蓄圧器の圧力及びタンクの圧力との関係の例を示す図である。 制御部の切替操作の内容を示す図である。 制御部の貯留操作及び送出操作の内容を示す図である。 制御部の貯留操作及び送出操作の内容を示す図である。 制御部の送出操作の内容を示す図である。 他の例に係る水素ステーションを示す図である。
図１は、本発明の一実施形態に係るガス充填システムである水素ステーション２を示す図である。水素ステーション２は燃料電池車等の車両９に水素を充填する。水素ステーション２は、ガス流路２０と、ガス送出部である圧縮機ユニット２１と、ガス冷却部２２と、蓄圧器ユニット２３と、プレクールシステム２４と、供給設備であるディスペンサ１１と、制御部２９とを備える。圧縮機ユニット２１、ガス冷却部２２の一部、および、蓄圧器ユニット２３がガス流路２０上に配置される。ガス流路２０内にはディスペンサ１１に向かって水素が流される。
圧縮機ユニット２１は往復動圧縮機であり、駆動部２１１と、圧縮部２１２とを備える。圧縮部２１２はピストンとシリンダとを有し、駆動部２１１の動力によりピストンが駆動されてシリンダ内にて水素が圧縮される。なお、圧縮部２１２のシリンダには、図示省略のガス供給源から水素が供給される。
ガス冷却部２２は、ガス流路２０のうち圧縮機ユニット２１の下流側の部位に設けられており、圧縮機ユニット２１の圧縮部２１２から吐出された水素を冷却する。
蓄圧器ユニット２３は、複数の蓄圧器を有する。本実施形態では、蓄圧器ユニット２３は、第１蓄圧器２３１と、第２蓄圧器２３２と、第３蓄圧器２３３と、を有している。各蓄圧器２３１〜２３３には、圧縮機ユニット２１から送出された水素が貯留される。各蓄圧器２３１〜２３３は、圧縮機ユニット２１に対して並列に接続される。各蓄圧器２３１〜２３３は、ディスペンサ１１に水素を送出する。各蓄圧器２３１〜２３３は、それぞれ同じ容積及び設計圧を有している。
ガス流路２０のうち圧縮機ユニット２１と各蓄圧器２３１〜２３３との間の部位には、それぞれ第１開閉弁Ｖ１１、第１開閉弁Ｖ２１及び第１開閉弁Ｖ３１が設けられている。ガス流路２０のうち各蓄圧器２３１〜２３３と、ディスペンサ１１との間の部位には、それぞれ第２開閉弁Ｖ１２、第２開閉弁Ｖ２２及び第２開閉弁Ｖ３２が設けられている。また、ガス流路のうち各第２開閉弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２とディスペンサ１１との間の部位には、ディスペンサ１１に流入する水素の流量を調整可能な流量調整弁２８が設けられている。
プレクールシステム２４は、冷凍機３とブライン回路５とを備える。ブライン回路５は、ブライン流路２４０と、ブラインポンプ２４１と、マイクロチャネル式熱交換器であるプレクール熱交換器２４２とを備える。なお、ブライン回路５にはブラインを貯留する図略のブラインタンクが設けられてもよい。ブライン流路２４０にはブラインが充填されるとともに、ブラインポンプ２４１、プレクール熱交換器２４２および冷凍機３の一部（熱交換器）が配置される。
ブライン回路５では、プレクール熱交換器２４２において水素とブラインとが熱交換することによりディスペンサ１１から車両９のタンク９ａへ充填される直前の水素が冷却される。プレクール熱交換器２４２において水素から熱を吸収したブラインは、冷凍機３に流入して冷却される。冷却されたブラインはブラインポンプ２４１により再びプレクール熱交換器２４２へと送られる。
ディスペンサ１１は、タンク搭載装置である車両９のタンク９ａに対して着脱可能な離脱カプラ１２と、水素の流量を検知可能な流量計１３とを有している。ディスペンサ１１は、離脱カプラ１２を介して各蓄圧器２３１〜２３３から送出された水素を車両９のタンク９ａに供給する。ディスペンサ１１は、流量計１３の検出値が基準値以下になったときにそのことを示す信号を制御部２９に送る。
制御部２９は圧縮機ユニット２１の駆動部２１１の運転、並びに、第１開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１及び第２開閉弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２の開閉を制御する。駆動部２１１が制御されることにより、圧縮機ユニット２１から各蓄圧器２３１〜２３３に向かって所定の流量の水素が送出される。第１開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１が制御されることにより、各蓄圧器２３１〜２３３と圧縮機ユニット２１との接続が切り替えられる。第２開閉弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２が制御されることにより、各蓄圧器２３１〜２３３とディスペンサ１１との接続が切り替えられる。制御部２９による圧縮機ユニット２１の運転、並びに、第１開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１及び第２開閉弁Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２の開閉（すなわち、蓄圧器ユニット２３における水素の吸入及び送出）が制御されることにより、蓄圧器ユニット２３に水素を貯留する貯留操作、及び、水素をディスペンサ１１に送出する送出操作が実現される（詳細については後述）。
以下、水素ステーション２による複数台の車両９への連続的な水素の充填の流れについて説明する。ここで、「連続的」であるとは、車両９へ水素を充填してから次の車両９が水素ステーション２に到来するまでの時間が、使用後の全ての蓄圧器２３１〜２３３の圧力を予め定められた圧力（以下、「基準圧β３」と呼ぶ。）以上まで回復させるのに必要とされる時間よりも短い状態をいう。
まず、１台目の車両９の充填開始前には、各蓄圧器２３１〜２３３が基準圧β３以上の圧力とされる。当該基準圧β３は満充填時における車両９のタンク９ａ内の圧力よりも大きい圧力とされる。１台目の車両９が水素ステーション２に搬入され、離脱カプラ１２が車両９のタンク９ａに接続されると、制御部２９により第２開閉弁Ｖ１２が開放される（ステップＳ１１）。第１蓄圧器２３１からディスペンサ１１へと水素が送出され、ディスペンサ１１により車両９のタンク９ａに水素が供給される。なお、他の第１開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１及び第２開閉弁Ｖ２２，Ｖ３２は閉塞されている。
図２は、水素の充填時における各蓄圧器２３の圧力変化及び車両９内のタンク９ａの圧力変化のシミュレーション結果を示す図である。図２において、Ｐ１は第１蓄圧器２３１の圧力、Ｐ２は第２蓄圧器２３２の圧力、Ｐ３は第３蓄圧器２３３の圧力、Ｐ０はタンク９ａの圧力を示している。なお、タンク９ａの圧力Ｐ０は、離脱カプラ１２に設けられた圧力センサ４４により検知される。第１蓄圧器２３１からディスペンサ１１へ水素が送出されることにより、第１蓄圧器２３１内の圧力Ｐ１が約６４ＭＰａまで低下することが判る。これに対し、タンク９ａ内の圧力は約５２ＭＰａまで上昇する。
第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１とタンク９ａの圧力Ｐ０との圧力差である第１差圧ΔＰ１（＝Ｐ１−Ｐ０）が所定値（本シミュレーションでは、約１２ＭＰａ）まで低下すると、制御部２９がディスペンサ１１からの蓄圧器の切替指示を受信する（ステップＳ１２）。制御部２９は図１に示す第２開閉弁Ｖ１２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ２２を開放する（ステップＳ１３）。これにより、ディスペンサ１１に接続される蓄圧器が第１蓄圧器２３１から第２蓄圧器２３２に切り替えられる。その結果、車両９のタンク９ａと蓄圧器ユニット２３との間の圧力差が回復し、水素の流量の低下が防止される。
図２に示すように、第２蓄圧器２３２からディスペンサ１１へ水素が送出されることにより、第２蓄圧器２３２内の圧力Ｐ２が約６４ＭＰａまで低下する。一方、タンク９ａ内の圧力は約６３ＭＰａまで上昇する。第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２とタンク９ａの圧力Ｐ０との圧力差である第２差圧ΔＰ２（＝Ｐ２−Ｐ０）が所定値（本シミュレーションでは、約１ＭＰａ）まで低下すると、制御部２９がディスペンサ１１からの蓄圧器の切替指示を受信する（ステップＳ１４）。制御部２９は第２開閉弁Ｖ２２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ３２を開放する（ステップＳ１５）。これにより、ディスペンサ１１への水素の送出が第２蓄圧器２３２から第３蓄圧器２３３に切り替えられる。
第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１へ水素が送出されることにより、第３蓄圧器２３３内の圧力Ｐ３が約７４ＭＰａまで低下する。一方、タンク９ａ内の圧力は既定値である約７２ＭＰａまで上昇する。制御部２９は、ディスペンサ１１から完了指示を受信すると（ステップＳ１６）、第２開閉弁Ｖ３２を閉じ（ステップＳ１７）、車両９への水素の充填が完了する。図２のシミュレーションでは、第１蓄圧器２３１によるディスペンサ１１への水素の送出の開始から１９５秒でタンク９ａの圧力Ｐ０が約７２ＭＰａとなる。
以上のように、水素ステーション２では、車両９のタンク９ａの低圧域（本実施形態では０ＭＰａ〜約５２ＭＰａ）において第１蓄圧器２３１が使用され、中圧域（約５２ＭＰａ〜約６３ＭＰａ）において第２蓄圧器２３２が使用され、高圧域（約６３ＭＰａ〜約７２ＭＰａ）において第３蓄圧器２３３が使用される。このため、車両９のタンク９ａ内の圧力が上昇しても、蓄圧器ユニット２３とタンク９ａとの間の圧力差を確保することができ、ディスペンサ１１からタンク９ａに効率よく水素が供給される。以下、タンク９ａへの水素の充填時において当該タンク９ａの低圧域において使用される蓄圧器を低圧域用蓄圧器、中圧域において使用される蓄圧器を中圧域用蓄圧器、そして、高圧域において使用される蓄圧器を高圧域用蓄圧器と呼ぶ場合がある。
図４は貯留操作及び送出操作の流れを示す図である。制御部２９は、１台目の車両９への水素の充填が完了してから２台目の車両９が水素ステーション２内に搬入されるまでの間に貯留操作が行われる。具体的には、まず、第１開閉弁Ｖ３１が開放され（ステップＳ２１）、高圧域で使用される第３蓄圧器２３３に対して圧縮機ユニット２１から吐出された水素が貯留される。他の開閉弁Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ１２，Ｖ２２，Ｖ３２は閉塞されている。
次に、第３蓄圧器２３３の圧力Ｐ３は、第３蓄圧器２３３と各開閉弁Ｖ３１，Ｖ３２との間の部位に設けられた圧力センサ４３により検知され、基準圧β３未満であるか否かが判定される（ステップＳ２２）。圧力Ｐ３が基準圧β３未満である場合には、第１開閉弁Ｖ３１の開放が継続され、圧力Ｐ３が基準圧β３以上となると（ステップＳ２２でＹＥＳ）、第１開閉弁Ｖ３１が閉塞される（ステップＳ２３）。
次に、制御部２９は第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が予め設定された第１設定圧β１以上か否かを判定する（ステップＳ２４）。第１設定圧β１は、タンク９ａへの水素の充填時において最初に使用される低圧域用蓄圧器に必要な圧力（タンク９ａへの水素の充填の開始に必要な圧力）であり、基準圧β３未満、かつ、第１蓄圧器２３１の設計圧未満の圧力に設定される。第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１は、ガス流路２０のうち第１蓄圧器２３１と各第１開閉弁Ｖ１１，Ｖ１２との間の部位に設けられた圧力センサ４１により検知される。
第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第１設定圧β１未満の場合（ステップＳ２４でＮＯ）、制御部２９は第１開閉弁Ｖ１１を開き（ステップＳ２５）、圧縮機ユニット２１から吐出された水素が第１蓄圧器２３１に貯留される。第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第１設定圧β１以上かつ基準圧β３未満となると（ステップＳ２４でＹＥＳ）、制御部２９は、第１開閉弁Ｖ１１を閉じる（ステップＳ２６）。
次に、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が予め設定された第２設定圧β２以上か否かを判定する（ステップＳ２７）。第２設定圧β２は、タンク９ａへの水素の充填時において２番目に使用される中圧域用蓄圧器に必要な圧力であり、第１設定圧β１よりも大きくかつ基準圧β３未満とされる。また、第２設定圧β２は第２蓄圧器２３２の設計圧未満の値とされる。第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２は、第２蓄圧器２３２と各開閉弁Ｖ２１，Ｖ２２との間の部位に設けられた圧力センサ４２により検知される。
第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第２設定圧β２未満の場合（ステップＳ２７でＮＯ）、制御部２９は第１開閉弁Ｖ２１を開き（ステップＳ２８）、圧縮機ユニット２１から吐出された水素を第２蓄圧器２３２に貯留する。ステップＳ２７に戻り、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第２設定圧β２以上かつ基準圧β３未満であると判断されると（ステップＳ２７でＹＥＳ）、制御部２９は第１開閉弁Ｖ２１を閉じる（ステップＳ２９）。なお、ステップＳ２１〜Ｓ２３は、ステップＳ２４〜ステップＳ２９の操作と並行して行われてもよく、また、当該操作の後に行われてもよい。
以上の流れにより、貯留操作が完了し、水素ステーション２に２台目の車両９が搬入されると、蓄圧器ユニット２３からディスペンサ１１へ向けて水素を送出する送出操作が行われる。このとき、まず、第２開閉弁Ｖ１２が開放されて第１蓄圧器２３１からディスペンサ１１へ向けて水素が送出される。第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１とタンク９ａの圧力Ｐ０との間の圧力差が所定値まで低下すると、蓄圧器の切替指示を受信した制御部２９は第２開閉弁Ｖ１２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ２２を開放する（ステップＳ１２，Ｓ１３）。
第２蓄圧器２３２からディスペンサ１１へ水素が送出されることにより、タンク９ａ内の圧力がさらに上昇する。第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２とタンク９ａの圧力Ｐ０との圧力差が所定値まで低下すると、切替指示を受信した制御部２９が第２開閉弁Ｖ２２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ３２を開放する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１へ水素が送出されてタンク９ａ内の圧力が既定値まで上昇する。制御部２９は、ディスペンサ１１から完了指示を受信すると（ステップＳ１６）、第２開閉弁Ｖ３２を閉じ（ステップＳ１７）、２台目の車両９への水素の充填が完了する。
以上に説明したように、１台目の車両９への水素の充填が完了した後、貯留操作により、第３蓄圧器２３３の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器に水素が貯留される。さらに、２台目の車両９にガスを充填する際に、送出操作により、第１蓄圧器２３１及び第２蓄圧器２３２からディスペンサ１１に水素が送出され、ディスペンサ１１からの切替指示を受けて第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１に水素が送出される。
次に、３台目の車両９が水素ステーション２に搬入された場合の水素ステーション２の動作について図５及び図６を参照しつつ説明する。制御部２９は、２台目の車両９への水素の充填が完了してから３台目の車両９が水素ステーション２内に搬入されるまでの間に、図５に示す貯留操作が行われる。図５のステップＳ２１〜Ｓ２７、Ｓ２９は図４のステップＳ２１〜Ｓ２７、Ｓ２９と同様であり、ステップＳ２８に代えてステップＳ３１〜Ｓ３４が行われる。
まず、図４のステップＳ２１〜ステップＳ２３と同様の流れにより、第３蓄圧器２３３に水素が貯留される。次に、制御部２９は、第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が予め設定された第１設定圧β１以上か否かを判定し（ステップＳ２４）、圧力Ｐ１が第１設定圧β１未満の場合、第１開閉弁Ｖ１１が開放され（ステップＳ２５）、第１蓄圧器２３１に水素が貯留される。第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第１設定圧β１以上かつ基準圧β３未満となると、第１開閉弁Ｖ１１が閉塞される（ステップＳ２４，Ｓ２６）。
制御部２９は、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が予め設定された第２設定圧β２以上か否かを判定する（ステップＳ２７）。第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第２設定圧β２以上である場合（ステップＳ２７でＹＥＳ）、制御部２９は第１開閉弁Ｖ２１を閉塞する（ステップＳ２９）。そして、水素ステーション２では、第１蓄圧器２３１、第２蓄圧器２３２及び第３蓄圧器２３３の順に水素がディスペンサ１１に供給され、３台目の車両９に水素が充填される（図３参照）。
一方、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第２設定圧β２未満の場合（ステップＳ２７でＮＯ）、すなわち、第２蓄圧器２３２が中圧域用蓄圧器として用いることができない場合、以下の制御が行われる。
制御部２９は、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第１設定圧β１以上か否かを判定する（ステップＳ３１）。第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第１設定圧β１未満の場合（ステップＳ３１でＮＯ）、制御部２９は、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第２設定圧β２以上かつ基準圧β３未満となるまで第１開閉弁Ｖ２１が開放される（ステップＳ３２）。第２蓄圧器２３２内の圧力が第２設定圧β２以上となると、第１開閉弁Ｖ２１が閉塞される（ステップＳ２７，Ｓ２９）。その結果、第２蓄圧器２３２を中圧域用蓄圧器として利用することが可能となり、第１蓄圧器２３１、第２蓄圧器２３２及び第３蓄圧器２３３の順に水素がディスペンサ１１に供給される。
一方、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第１設定圧β１以上である場合（ステップＳ３１でＹＥＳ）、制御部２９は第１開閉弁Ｖ２１を閉塞する（ステップＳ３３）。なお、第１開閉弁Ｖ２１が予め閉塞されている場合にはステップＳ３３は不要である。そして、第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第２設定圧β２以上か否かを判定する（ステップＳ３４）。
第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第２設定圧β２以上の場合（ステップＳ３４でＹＥＳ）、図６に示すように、制御部２９は第２開閉弁Ｖ２２を開き（ステップＳ４１）、まず、第２蓄圧器２３２から車両９への水素の充填を開始させる。続いて、ディスペンサ１１から切替指示を受信した制御部２９は第２開閉弁Ｖ２２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ１２を開放し（ステップＳ４２，Ｓ４３）、第１蓄圧器２３１からディスペンサ１１へ水素が送出される。ディスペンサ１１から切替指示をさらに受信した制御部２９は、第２開閉弁Ｖ１２を閉塞するとともに第２開閉弁Ｖ３２を開放し（ステップＳ４，Ｓ４５）、第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１へ水素が送出される。
このように、３台目の車両９に水素を充填する際に、第１蓄圧器２３１の圧力が第２設定圧以上であり、かつ、第２蓄圧器２３２の圧力が第１設定圧以上第２設定圧未満である場合に、第２蓄圧器２３２、第１蓄圧器２３１及び第３蓄圧器の順にディスペンサ１１へ水素が送出される。第１蓄圧器２３１及び第２蓄圧器２３２がそれぞれ中圧域用蓄圧器及び低圧域用蓄圧器として利用可能である場合、第１蓄圧器２３１及び第２蓄圧器の使用順序を逆転させることにより、蓄圧器の使用順序が固定されている場合に比べ、充填間隔がより短縮される。
一方、図５のステップＳ３４において第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第２設定圧β２未満である場合、第１蓄圧器２３１を中圧域用蓄圧器として利用することができないため、第１開閉弁Ｖ２１が開放され（ステップＳ３２）、第２蓄圧器２３２が第２設定圧β２以上かつ基準圧β３未満とされる。水素ステーション２では、第１蓄圧器２３１、第２蓄圧器２３２及び第３蓄圧器２３３の順に水素がディスペンサ１１に供給され、３台目の車両９に水素が充填される（図３参照）。
以上、一の実施形態に係る水素ステーション２の構造および動作について説明したが、高圧域用蓄圧器として利用される第３蓄圧器２３３の場合、車両９のタンク９ａとの間の圧力差が小さいため、第３蓄圧器２３３が僅かに低下しても、十分な流量を確保することが困難となる。そこで、水素ステーション２では、１台目の車両９への水素の充填が完了した後、複数の蓄圧器２３１〜２３３のうち予め特定された蓄圧器（すなわち、第３蓄圧器２３３）の圧力のみが基準圧以上となるまで第３蓄圧器２３３にガスを貯留させる。換言すれば、第３蓄圧器２３３の圧力が基準圧以上となるまで第３蓄圧器２３３に水素が貯留され、かつ、第３蓄圧器２３３以外の蓄圧器２３１，２３２に基準圧以上の水素を貯留させない。そして、２台目の車両９に第３蓄圧器２３３とは別の蓄圧器２３１，２３２からディスペンサ１１に水素を送出し、ディスペンサ１１からの切替指示を受けて第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１に水素が送出される。
このように、予め特定された一の蓄圧器のみが基準圧以上の圧力とされることにより、全ての蓄圧器２３１〜２３３の圧力を基準圧以上となるまで回復させる場合に比べて、１台目の車両９への水素の充填が完了してから２台目の車両９へ水素の充填を開始するまでの時間（充填間隔）が短縮される。
また、水素ステーション２では、第３蓄圧器２３３以外の１つの蓄圧器の圧力が第１設定圧β１以上であり、かつ、他の１つの蓄圧器の圧力が第２設定圧β２以上である場合に、蓄圧器ユニット２３からディスペンサ１１への水素の送出操作が行われる。これにより、車両９のタンク９ａの圧力上昇に対して当該タンク９ａと蓄圧器ユニット２３との間の圧力差が常に一定上確保され、車両９への水素の充填に要する時間がより短縮される。
さらに、水素ステーション２では、３台目の車両９への水素の充填の際に、第１蓄圧器２３１の圧力Ｐ１が第２設定圧β２以上であり、かつ、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が第１設定圧β１以上第２設定圧β２未満という条件となる場合には、第１蓄圧器２３１が中圧域用蓄圧器として使用され、第２蓄圧器２３２が低圧域用蓄圧器として使用される。第１及び第２蓄圧器２３１，２３２内の残圧に応じて使用の順序を入れ替えることにより、３台目の車両９に対する水素の充填をより速やかに行うことができる。水素ステーション２では、蓄圧器の使用順序の入れ替えは、必ずしも３台目の車両９に対して行われる必要はなく、上記条件が成立した際に搬入された４台目以降の車両９に対して行われてよい。
車両９への水素の充填時において最初に使用される低圧域用蓄圧器の圧力の変動幅が、２番目に使用される中圧域用蓄圧器のそれに比べて大きくなる場合がある。このため、３つの蓄圧器の使用順が固定されていると、低圧域用蓄圧器として使用される蓄圧器の寿命が中圧域用蓄圧器として使用される蓄圧器の寿命に比べて短くなることがある。これに対し、水素ステーション２では、第１及び第２蓄圧器２３１，２３２内の残圧に応じて使用の順序を入れ替えることにより、第１蓄圧器２３１及び第２蓄圧器２３２の寿命が平滑化される。
図７は、他の例にかかる水素ステーション２ａを示す図である。水素ステーション２ａは、第２の蓄圧器ユニット２５を備える。以下、蓄圧器ユニット２３を第２の蓄圧器ユニット２５と区別するために「第１の蓄圧器ユニット２３」という。第２の蓄圧器ユニット２５は、第１の蓄圧器ユニット２３と同様に、第１蓄圧器２５１と、第２蓄圧器２５２と、第３蓄圧器２５３と、を有している。第２の蓄圧器ユニット２５の第１ないし第３蓄圧器２５１〜２５３とディスペンサ１１との間にはそれぞれ、第２開閉弁Ｖ５１〜Ｖ５３が設けられる。図７では、蓄圧器ユニット２３、ディスペンサ１１、及び、これらを結ぶ流路上の主要部材のみを示している。
水素ステーション２ａにより複数台の車両へ水素が充填される際には、１台目の車両９に対して第１の蓄圧器ユニット２３により水素がディスペンサ１１へ送出される。
１台目の車両９に対する水素の充填が完了すると、２台目の車両９に対して第２の蓄圧器ユニット２５により水素が送出される。第２の蓄圧器ユニット２５による水素の送出に並行して、第１の蓄圧器ユニット２３では、貯留操作により、第３蓄圧器２３３の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器に水素が貯留される。そして、３台目の車両９が搬入されると、送出操作により、第１の蓄圧器ユニット２３の第１蓄圧器２３１及び第２蓄圧器２３２からディスペンサ１１に水素が送出され、ディスペンサ１１からの切替指示を受けて第３蓄圧器２３３からディスペンサ１１に水素が送出される。
さらに、第２の蓄圧器ユニット２５では、第１の蓄圧器ユニット２３による水素の送出に並行して、第３蓄圧器２５３の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器２５３に水素が貯留される。４台目の車両９が搬入されると、第２の蓄圧器ユニット２５の第１蓄圧器２５１、第２蓄圧器２５２及び第３蓄圧器２５３の順にディスペンサ１１へ水素が送出される。
以上に説明したように、水素ステーション２ａでは、第１及び第２蓄圧器ユニット２３，２５のそれぞれにおいて、一つの車両９（第１の蓄圧器ユニット２３では１台目の車両、第２の蓄圧器ユニット２５では２台目の車両）への水素の充填が完了した後、上述の貯留操作が行われる。さらに、次の車両９（第１の蓄圧器ユニット２３では３台目の車両、第２の蓄圧器ユニット２５では４台目の車両）に水素を充填する際に、第３蓄圧器２３３，２５３の圧力のみが基準圧β３以上とされた状態で上述の送出操作が行われる。これにより、多くの車両９に対して速やかに水素を充填することができる。さらに、水素ステーション２ａでは、一方の蓄圧器ユニットによるディスペンサ１１への水素の送出に並行して、他方の蓄圧器ユニットにて水素の貯留が行われるため、水素の充填がより速やかに行われる。
蓄圧器ユニット２３，２５では、車両９への水素の充填の際に、第１蓄圧器２３１，２５１の圧力が第２設定圧以上であり、かつ、第２蓄圧器２３２，２５２の圧力が第１設定圧以上第２設定圧未満となる場合には、第２蓄圧器２３２，２５２、第１蓄圧器２３１，２５１及び第３蓄圧器２３３，２５３の順にディスペンサ１１へ水素が送出されてもよい。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、貯留操作において、第３蓄圧器２３３が高圧域用蓄圧器として用いられる例が示されたが、第３蓄圧器２３３以外の蓄圧器が高圧域用蓄圧器として用いられてもよい。例えば、第２蓄圧器２３２が高圧域用蓄圧器として用いられる場合、貯留操作において、第２蓄圧器２３２の圧力Ｐ２が基準圧β３以上となるまで当該第２蓄圧器２３２に水素が貯留され、その後の送出操作において、第２蓄圧器２３２とは異なる蓄圧器から車両９への水素の充填が開始される。
上記実施形態では、一の蓄圧器ユニットにおいて、一つの蓄圧器からディスペンサ１１への水素の送出に並行して、他の蓄圧器に水素が貯留されてもよい。例えば、第２蓄圧器２３２からディスペンサ１１への水素の送出中に第１蓄圧器２３１に対して水素を貯留させる場合、制御部２９は、第２開閉弁Ｖ２２を開くとともに第１開閉弁Ｖ１１を開く操作を行う。このようにすれば、蓄圧器ユニットの数を抑えつつ充填間隔を短縮することができる。また、一つの蓄圧器において、ディスペンサ１１への水素の送出及び水素の貯留が同時に行われてもよい。これにより、蓄圧器内の水素の量の低下を抑えることができる。
上記実施形態では、蓄圧器ユニット２３の蓄圧器の数が３以外の数（２又は４以上）とされてもよい。ガス送出部は、圧縮機ユニット２１以外でもよく、例えば、水電解装置が利用されてもよい。また、液化水素から水素を生成する装置がガス送出部として利用されてもよい。
供給設備として複数のディスペンサ１１が設けられてもよい。１つの蓄圧器ユニット２３から複数のディスペンサ１１へ水素が供給されてもよい。上記他の例の水素ステーション２ａでは、各蓄圧器ユニット２３，２５に対応して、２つ（又はそれ以上）のディスペンサ１１が設けられた場合、同時に複数の車両９に対してより効率的に水素を充填することができる。
水素ステーション２は、車両以外のタンク搭載装置への水素の充填に利用されてよい。水素を車両９へ充填する上述の手法は、水素以外のガスの供給に用いられるガス充填システムに適用されてもよい。
２，２ａ 水素ステーション（ガス充填システム）
３ 冷凍機
５ ブライン回路
９ 車両（タンク搭載装置）
９ａ タンク
１１ ディスペンサ（供給設備）
１２ 離脱カプラ
１３ 流量計
２１ 圧縮機ユニット（ガス送出部）
２３ 蓄圧器ユニット
２４ プレクールシステム
２５ 他の蓄圧器ユニット
２８ 流量調整弁
２９ 制御部
２１１ 駆動部
２１２ 圧縮部
２３１ 第１蓄圧器
２３２ 第２蓄圧器
２３３ 第３蓄圧器
２５１ 第４蓄圧器
２５２ 第５蓄圧器
２５３ 第６蓄圧器
Ｖ１１ 開閉弁
Ｖ１２ 開閉弁
Ｖ２１ 開閉弁
Ｖ２２ 開閉弁
Ｖ３１ 開閉弁
Ｖ３２ 開閉弁

Claims (6)

  1. タンクを備えるタンク搭載装置へガスを充填するガス充填システムであって、
    前記タンク搭載装置の前記タンクにガスを供給する供給設備と、
    ガスが貯留された複数の蓄圧器を有し、前記供給設備へガスを送出する蓄圧器ユニットと、
    ガスを前記蓄圧器ユニットに送出するガス送出部と、
    前記ガス送出部の運転、及び、前記蓄圧器ユニットのガスの送出を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    一つのタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後、前記複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器の圧力のみが基準圧以上となるまで当該蓄圧器にガスを貯留させる貯留操作と、
    次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器とは別の蓄圧器から前記供給設備にガスを送出するとともに前記供給設備からの切替指示を受けて前記別の蓄圧器から前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出する送出操作と、
    を行う、ガス充填システム。
  2. タンクを備えるタンク搭載装置へガスを充填するガス充填システムであって、
    前記タンク搭載装置の前記タンクにガスを供給する供給設備と、
    ガスが貯留された複数の蓄圧器を有し、前記供給設備へガスを送出する蓄圧器ユニットと、
    ガスを前記蓄圧器ユニットに送出するガス送出部と、
    前記ガス送出部の運転、及び、前記蓄圧器ユニットのガスの送出を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部が、
    一つのタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後、前記複数の蓄圧器のうち予め特定された蓄圧器の圧力が基準圧以上となるまで前記特定された蓄圧器にガスを貯留させ、かつ、前記予め特定された蓄圧器以外の蓄圧器に前記基準圧以上のガスを貯留させない貯留操作と、
    次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器とは別の蓄圧器から前記供給設備にガスを送出するとともに前記供給設備からの切替指示を受けて前記別の蓄圧器から前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出する送出操作と、
    を行う、ガス充填システム。
  3. 請求項１又は２に記載のガス充填システムにおいて、
    前記蓄圧機ユニットが、前記複数の蓄圧器として３つの蓄圧器を有し、
    前記３つの蓄圧器のうち１つが前記特定された蓄圧器とされ、
    前記制御部が、前記送出操作として、前記特定された蓄圧器以外の２つの蓄圧器を順次切り替えて前記供給設備にガスを送出した後、前記供給設備からの切替指示を受けて前記特定された蓄圧器に切り替えて前記供給設備にガスを送出する、ガス充填システム。
  4. 請求項３に記載のガス充填システムにおいて、
    前記制御部が、前記貯留操作を行った後、前記３つの蓄圧器のうち前記特定された蓄圧器以外の１つの蓄圧器の圧力が前記タンクへのガスの充填の開始に必要な第１設定圧以上であり、かつ、他の１つの蓄圧器の圧力が前記第１設定圧よりも大きな第２設定圧以上である場合に前記送出操作を行う、ガス充填システム。
  5. 請求項４に記載のガス充填システムにおいて、
    前記制御部が、前記次のタンク搭載装置へのガスの充填が完了した後に前記貯留操作をさらに行い、
    さらに次のタンク搭載装置にガスを充填する際に、前記特定された蓄圧器以外の前記１つの蓄圧器の圧力が前記第２設定圧以上であり、かつ、前記他の１つの蓄圧器の圧力が前記第１設定圧以上前記第２設定圧未満である場合に、前記送出操作として前記他の１つの蓄圧器、前記１つの蓄圧器、及び、前記特定された蓄圧器の順に前記供給設備へガスを送出する操作を行う、ガス充填システム。
  6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のガス充填システムにおいて、
    前記制御部は、前記送出操作において、一つの蓄圧器から前記供給設備へのガスの送出に並行して、他の蓄圧器に前記ガス送出部から送出されたガスを貯留させる操作を行う、ガス充填システム。
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