JP5826276B2

JP5826276B2 - アキュムレータ容器への圧縮された媒体の充填

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Publication number: JP5826276B2
Application number: JP2013529570A
Authority: JP
Inventors: アードラーローベアト; ヘルムシュロットロルフ−ハラルト; ヴェレンホーファーアントン; ヘニッケヘルムート; エプレシュテファニー; ケルグレンオロフ; アンブロスヴァルター; デアナーヴォルフガング
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: WO2012038039A1; EP2619497A1; US20140174592A1; JP2013537964A; DE102010046120A1

Description

本発明は、第１のアキュムレータ容器と第２のアキュムレータ容器とを、少なくとも１つの弁が配置された少なくとも１つの管路を介して接続し、圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する方法及び装置に関する。

独立請求項の前提部に記載の、圧縮された水素を第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する方法及び装置は、例えばいわゆる水素トレーラを用いて水素スタンドの単数又は複数のアキュムレータ容器に充填する際に使用される。

従来技術に属する、圧縮された水素を第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する方法の場合、アキュムレータ容器を互いに接続する管路内に、内部媒体によって制御される制御弁が配置されている。

第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器への水素の流量、ひいてはタンク補給時間は、
‐制御弁の制御特性、
‐制御弁のＣｖ／Ｋｖ値（Ｃｖ／Ｋｖ‐Ｗｅｒｔ）、
‐第１のアキュムレータ容器と、第２のあるいは充填すべきアキュムレータ容器との間の圧力差、
のパラメータによって制限される。

本来の充填時間は、これまでは、現在の水素トレーラのアキュムレータ容積が、一箇所又は最大でも２箇所の受け手に水素を供給するのに十分であるにすぎないので、大きな意味を有していない。しかし、将来的には、アキュムレータ容量が２倍から３倍の高さにある水素トレーラが使用されるので、一台の水素トレーラでより多くの受け手に水素を供給することが可能となる。この場合、充填時間は、当然の理由から重要性を増す。

内部媒体によって制御される背圧式制御弁は、その制御特性に基づいて、弁下流の圧力が、設定された閉鎖圧の９０〜９５％に上昇すると既に、閉鎖を開始する。圧力制御器が、例えば充填すべき容器の最高使用圧力に設定されているとき、制御器は、充填すべき第２のアキュムレータ容器内で、充填すべきアキュムレータ容器の最高使用圧力の９０〜９５％が達成されると、閉鎖を開始する。この挙動は、充填すべきアキュムレータ容器のアキュムレータ容積が、この制御事例においては比較的大きく、それゆえ制御弁の制御挙動に基づいて充填時間が過度に延長されてしまうので、不都合である。

さらに、公知の制御弁の欠点は、比較的小さなＣｖ／Ｋｖ値を有することにある。

現在の水素トレーラは、圧縮された水素を約２００バールの圧力下で貯蔵している。アキュムレータ容量が３４ｍ^３であるとき、この種の水素トレーラによって、約６００ｋｇの水素が輸送可能である。この種の水素トレーラを水素の受け手あるいは消費者（例えば水素スタンド）の単数又は複数のアキュムレータ容器に接続した後、５０バールの最高使用圧力と、１００ｍ^３のオーダのアキュムレータ容積とを有する単数又は複数のアキュムレータ容器の充填プロセスは、約１．５時間を要する。

本発明の課題は、上述の欠点を解消した、独立請求項の前提部に記載の、圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する方法及び装置を提供することである。

この課題を解決するために、弁として、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁（ｅｉｇｅｎ‐ ｏｄｅｒｆｒｅｍｄｍｅｄｉｕｍｇｅｓｔｅｕｅｒｔｅｓＳｃｈａｌｔｖｅｎｔｉｌ）を使用し、切換弁の設定圧を、第２のアキュムレータ容器の最高使用圧力により規定することを特徴とする方法が提供される。

このことは、切換弁の設定圧として、充填すべきアキュムレータ容器の最高使用圧力に理想的には一致する圧力値が選択され、ここで０〜１％の偏差が許容可能であることを意味している。従来、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁の使用は、より急速な装填時間が何ら効果を奏するものではないという点から当業者が出発していたため、考慮されてこなかった。内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁の使用により、それ以外の枠条件は不変であるとき、充填時間は二分の一よりも短縮される。この原因は、特に、より大きなＣｖ／Ｋｖ値を有する切換弁が入手可能であり、かつ水素流量がもはや使用される弁のデザインによって制限されていないことにある。

圧縮された水素又はヘリウムを第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する本発明に係る装置は、弁が、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁であって、切換弁の設定圧が、第２のアキュムレータ容器の最高使用圧力により規定されることを特徴とする。

本発明に係る方法及び本発明に係る装置のその他の好ましい態様は、従属請求項に係る発明であって、
‐切換弁の設定圧が、第２のアキュムレータ容器の最高運転圧力を５％より下回らず、好ましくは第２のアキュムレータ容器の最高運転圧力に等しいこと、
‐圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを単数又は複数の第１のアキュムレータ容器から複数の第２のアキュムレータ容器に充填する場合、複数の第２のアキュムレータ容器の少なくとも１つ、好ましくはすべての第２のアキュムレータ容器に、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される個別の切換弁を配設すること、及び
‐圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを単数又は複数の第１のアキュムレータ容器内に少なくとも４００バールの圧力で、かつ／又は単数又は複数の第２のアキュムレータ容器内に少なくとも５０バールの圧力で貯蔵すること、
を特徴とする。

以下に、圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する本発明に係る方法及び本発明に係る装置について、図面に示した実施の形態を参照しながら詳説する。

３つの第１のアキュムレータ容器と３つの第２のアキュムレータ容器とを備える本発明の一実施の形態を示す図である。

図１には、３つの第１のアキュムレータ容器Ａ−Ａ″と、３つの第２のアキュムレータ容器Ｂ−Ｂ″とを示してある。実際の使用にあたっては、原則、任意の数の第１及び／又は第２のアキュムレータ容器が設けられていてよい。３つの第１のアキュムレータ容器Ａ−Ａ″の例は、水素トレーラである。現在、水素を５００バールまで及びそれ以上の圧力下で貯蔵することを可能にする水素トレーラあるいはこの種のトレーラのためのアキュムレータ装置が試験されている。これにより、３５〜４０ｍ^３のアキュムレータ容積の場合、約１１００ｋｇの水素が輸送可能である。図１に示した第２のアキュムレータ容器Ｂ−Ｂ″は、例えば水素スタンドに水素を貯蔵するために用いられる。水素スタンド内には、圧縮された水素が５０〜２００バールの圧力下で貯蔵される。

３つの第１のアキュムレータ容器Ａ−Ａ″の各々は、取り出し管路１−１″を有している。取り出し管路１−１″内には、それぞれ１つの制御弁ａ−ａ″が設けられている。前述の取り出し管路１−１″は、１つの共通の取り出し管路２に開口している。水素スタンド側には、中央の充填管路４が設けられている。中央の充填管路４は、第２のアキュムレータ容器Ｂ−Ｂ″に割り当てられた複数の充填管路５−５″に分割されている。水素トレーラと水素スタンドとの間の接続は、取り出し管路２と充填管路４との連結手段３を介して実施される。

充填プロセス中、第１のアキュムレータ容器Ａ−Ａ″は、個々に、かつ相前後して、最初に充填すべき第２のアキュムレータ容器Ｂに接続される。このとき、弁ｂを介した水素の流量が検出され、（設定可能な）限界値を下回ると、次の第１のアキュムレータ容器Ｂ′に切り換えられる。この切換は、手動で実施されても、自動で実施されてもよい。充填すべきアキュムレータ容器の過充填を回避するために、適当な監視システムが設けられていてよい。監視システムは、充填プロセスを切換弁の閉鎖によって遮断する。

従来の充填方法とは異なり、制御弁の機能不全時に水素の放出を行う装置は、切換弁の閉鎖時に発生し得る場合によっては小さな漏れ流を導出可能な唯一の放出装置が必要であるにすぎないので、大幅に減少可能である。

圧縮された水素を単数又は複数の第１のアキュムレータ容器内に５００バール以上の圧力で貯蔵することができるように、新しいタイプの圧力容器が使用されることが望ましい。この新しいタイプの圧力容器は、炭素材料からなり、かつ金属製のインライナ、好ましくはアルミニウム製のインライナか、又は非金属（プラスチック）製のインライナを有している。効率を高めるために、圧縮された水素は、単数又は複数の第２のアキュムレータ容器内に４０〜２００バールの圧力で貯蔵される。この貯蔵は、好ましくは慣用の標準圧力容器あるいは標準タンクにおいて実施される。

圧縮された水素又は圧縮されたヘリウムを第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する本発明に係る方法及び本発明に係る装置は、溢流する水素あるいはヘリウムの流量を切換弁の使用により増大させることができるので、比較的短い充填時間の実現を可能とする。

Claims

水素トレーラの第１のアキュムレータ容器と水素スタンドの第２のアキュムレータ容器とを、少なくとも１つの弁が配置された少なくとも１つの管路を介して接続し、圧縮された媒体を第１のアキュムレータ容器から昇圧することなく第２のアキュムレータ容器に充填する方法であって、
前記弁として、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）を使用し、該切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧を、前記第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の最高使用圧力により規定することを特徴とする、圧縮された媒体を第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する方法。
前記切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧は、前記第２のアキュムレータ容器の最高運転圧力を５％より下回らない、請求項１記載の方法。
前記切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧は、前記第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の最高運転圧力に等しい、請求項２記載の方法。
圧縮された媒体を単数又は複数の第１のアキュムレータ容器から複数の第２のアキュムレータ容器に充填する場合、該複数の第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の少なくとも１つに、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される個別の切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）を配設する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
すべての第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）に、前記内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される個別の切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）を配設する、請求項４記載の方法。
前記圧縮された媒体を前記第１のアキュムレータ容器（Ａ，Ａ′，Ａ″）内に少なくとも４００バールの圧力で貯蔵する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
前記圧縮された媒体を前記第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）内に少なくとも５０バールの圧力で貯蔵する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
水素トレーラの第１のアキュムレータ容器と水素スタンドの第２のアキュムレータ容器とが、少なくとも１つの弁が配置された少なくとも１つの管路を介して接続されているか、又は接続可能に形成されている、圧縮された媒体を第１のアキュムレータ容器から昇圧することなく第２のアキュムレータ容器に充填する装置であって、
前記弁は、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）であって、該切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧は、前記第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の最高使用圧力により規定されることを特徴とする、圧縮された媒体を第１のアキュムレータ容器から第２のアキュムレータ容器に充填する装置。
前記切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧は、前記第２のアキュムレータ容器の最高運転圧力を５％より下回らない、請求項８記載の装置。
前記切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）の設定圧は、前記第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の最高運転圧力に等しい、請求項９記載の装置。
圧縮された媒体が単数又は複数の第１のアキュムレータ容器から複数の第２のアキュムレータ容器に充填される場合、該複数の第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）の少なくとも１つに、内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される個別の切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）が配設されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の装置。
すべての第２のアキュムレータ容器（Ｂ，Ｂ′，Ｂ″）に、前記内部媒体によってか、又は外部媒体によって制御される個別の切換弁（ｂ，ｂ′，ｂ″）が配設されている、請求項１１記載の装置。