JP6014106B2 - High pressure gas storage system and high pressure gas storage method - Google Patents
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Description
本発明は、ガス駆動式の圧縮機を用いて、蓄圧器に高圧ガスを蓄圧するシステム及び方法に関するものである。 The present invention relates to a system and method for accumulating high-pressure gas in an accumulator using a gas-driven compressor.
水素自動車に水素ガスを充填するための装置として、例えば特許文献1には、水素充填装置が開示されている。具体的には、特許文献1に開示された水素充填装置は、水素ガス供給源、圧縮機及び蓄圧器から構成され、水素ガス供給源から送られてくる水素ガスを圧縮機で昇圧し、蓄圧器に蓄圧する。そして、蓄圧器に蓄圧された水素ガスを水素自動車に充填する。
As a device for filling hydrogen gas into a hydrogen automobile, for example,
ところで、水素自動車の走行距離を延ばすためには、より高い圧力で水素ガスを充填する必要がある。そのため、蓄圧器に高圧な水素ガスを蓄圧する技術が求められている。例えば特許文献2には、低圧段圧縮機と高圧段圧縮機の2つの圧縮機を直列に設けることで、水素ガス供給源から送られてくる水素ガスを二段階で昇圧することにより、従来よりも高い圧力で水素ガスを蓄圧する方法が開示されている。
By the way, in order to extend the travel distance of the hydrogen automobile, it is necessary to fill the hydrogen gas with a higher pressure. Therefore, a technique for accumulating high-pressure hydrogen gas in the accumulator is required. For example, in
ところで、水素ガスの圧縮に用いられる圧縮機としては、発火のおそれのない、ガス駆動式ブースターポンプを用いるのが一般的である。ガスの圧縮機としてガス駆動式ブースターポンプを用いた場合、駆動用ガスと圧縮されるガスとの圧力の差が、直接的に運転速度に影響を与える。つまり、駆動用ガスの供給圧力が低いほど、圧縮機の運転速度は遅く、逆に、駆動用ガスの圧力が高いほど、圧縮機の運転速度は速くなる。また、駆動用ガスの圧力が一定の場合は、圧縮されるガスの吐出側の圧力が低いほど、運転速度が速くなる傾向がある。 By the way, as a compressor used for compression of hydrogen gas, it is common to use a gas drive type booster pump without fear of ignition. When a gas-driven booster pump is used as the gas compressor, the difference in pressure between the driving gas and the compressed gas directly affects the operating speed. That is, the lower the supply pressure of the driving gas, the slower the operating speed of the compressor. Conversely, the higher the driving gas pressure, the faster the operating speed of the compressor. When the pressure of the driving gas is constant, the operating speed tends to increase as the pressure on the discharge side of the compressed gas decreases.
従来の水素ガスの蓄圧システムでは、蓄圧器の圧力(つまり、吐出側の圧力)によらず、ガス駆動式ブースターポンプには定格圧力の駆動用ガスが常に一定の圧力で供給されていた。そのため、蓄圧開始直後で蓄圧器の圧力が低い状態では、ガス駆動式ブースターポンプは高速運転となっていた。特に、低圧段及び高圧段の二段の圧縮機で蓄圧する場合において、高圧段のガス駆動式ブースターポンプは過度の高速運転となり、頻繁に故障し、短期間での本体の交換やメンテナンスが必要になるといった課題があった。 In the conventional hydrogen gas pressure accumulating system, the driving gas at the rated pressure is always supplied at a constant pressure to the gas driven booster pump regardless of the pressure of the pressure accumulator (that is, the pressure on the discharge side). For this reason, the gas-driven booster pump has been operated at high speed in the state where the pressure of the pressure accumulator is low immediately after the start of pressure accumulation. In particular, when accumulating with a low-pressure stage and a high-pressure stage two-stage compressor, the high-pressure stage gas-driven booster pump operates at an excessively high speed, frequently fails, and requires replacement and maintenance of the main body in a short period of time. There was a problem of becoming.
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、蓄圧開始直後の高圧段圧縮機の負荷を低減することが可能な高圧ガス蓄圧システム及び高圧ガス蓄圧方法を提供することを課題とする。 Then, this invention is made | formed in view of the said situation, Comprising: It aims at providing the high pressure gas pressure storage system and high pressure gas pressure storage method which can reduce the load of the high pressure stage compressor immediately after the pressure accumulation start. To do.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、供給用ガスが充填されたガス供給源と、昇圧された前記供給用ガスを蓄える蓄圧器と、前記ガス供給源と前記蓄圧器との間に設けられた供給用ガスラインと、前記供給用ガスラインに設けられ、前記供給用ガスを所定の圧力まで昇圧する低圧段圧縮機と、前記供給用ガスラインの前記低圧段圧縮機の二次側に設けられ、所定の圧力まで昇圧された前記供給用ガスをさらに高い圧力まで昇圧する高圧段圧縮機と、第1駆動用ガスを前記低圧段圧縮機に供給する第1駆動用ガスラインと、第2駆動用ガスを前記高圧段圧縮機に供給する第2駆動用ガスラインと、を備え、前記ガス供給源から供給される前記供給用ガスを昇圧して、高圧の前記供給用ガスを前記蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧システムであって、前記第1駆動用ガスラインと前記第2駆動用ガスラインとが連通するように設けられたバイパスラインと、前記第2駆動用ガスラインに設けられた第1開閉弁と、前記バイパスラインに設けられた第2開閉弁と、を備え、前記第2駆動用ガスの供給圧力が、前記第1駆動用ガスの供給圧力よりも低いことを特徴とする高圧ガス蓄圧システムが提供される。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a gas supply source filled with a supply gas, a pressure accumulator for storing the pressurized supply gas, the gas supply source, and the pressure accumulator A supply gas line provided between the low pressure stage compressor and the low pressure stage compressor provided in the supply gas line for boosting the supply gas to a predetermined pressure, and the low pressure stage compressor of the supply gas line A high-pressure compressor that is provided on the secondary side of the compressor and boosts the supply gas that has been pressurized to a predetermined pressure to a higher pressure, and a first drive gas that supplies a first drive gas to the low-pressure compressor. A gas line; and a second driving gas line that supplies a second driving gas to the high-pressure compressor, and pressurizes the supply gas supplied from the gas supply source to supply the high pressure High pressure gas storage to store gas in the accumulator A bypass line provided so that the first driving gas line and the second driving gas line communicate with each other; a first on-off valve provided in the second driving gas line; And a second on-off valve provided in the bypass line, wherein a supply pressure of the second driving gas is lower than a supply pressure of the first driving gas. Is done.
また、請求項2に係る発明によれば、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁の開閉を制御するための制御部と、前記蓄圧器に蓄圧されたガスの圧力を測定するための圧力測定器と、を備え、前記制御部は、前記圧力測定器が測定した圧力を基に、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁の開閉を制御することを特徴とする請求項1記載の高圧ガス蓄圧システムが提供される。
According to the second aspect of the present invention, the controller for controlling the opening and closing of the first on-off valve and the second on-off valve, and the pressure for measuring the pressure of the gas accumulated in the
また、請求項3に係る発明によれば、前記供給用ガスが、水素ガスであることを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の高圧ガス蓄圧システムが提供される。
Moreover, according to the invention which concerns on
また、請求項4に係る発明によれば、前記低圧段圧縮機及び前記高圧段圧縮機が、ガス駆動式ブースターポンプであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の高圧ガス蓄圧システムが提供される。
Moreover, according to the invention which concerns on
また、請求項5に係る発明によれば、ガス供給源から供給される供給用ガスを低圧段圧縮機によって所定の圧力まで昇圧した後、高圧段圧縮機によってさらに高い圧力まで昇圧して蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧方法であって、蓄圧の開始から、前記蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となるまで、前記高圧段圧縮機への駆動用ガスの供給を停止する第1工程と、前記蓄圧器内の圧力値が前記第1の閾値となった後、第2の閾値となるまで、前記低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスよりも低い圧力の駆動用ガスを、前記高圧段圧縮機へ供給する第2工程と、前記蓄圧器内の圧力値が前記第2の閾値となった後、蓄圧の完了まで、前記低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスと等しい圧力の駆動用ガスを、前記高圧段圧縮機へ供給する第3工程と、を含むことを特徴とする高圧ガス蓄圧方法が提供される。 According to the fifth aspect of the present invention, the supply gas supplied from the gas supply source is boosted to a predetermined pressure by the low-pressure stage compressor, and then boosted to a higher pressure by the high-pressure stage compressor. A high pressure gas accumulating method for storing in the first pressure step of stopping the supply of the driving gas to the high pressure stage compressor from the start of accumulating until the pressure value in the accumulator becomes a first threshold value; After the pressure value in the pressure accumulator becomes the first threshold value, the driving gas having a lower pressure than the driving gas supplied to the low-pressure compressor is supplied to the high pressure until the second threshold value is reached. A second step of supplying to the stage compressor, and driving at a pressure equal to the driving gas supplied to the low-pressure stage compressor until the pressure accumulation is completed after the pressure value in the pressure accumulator reaches the second threshold value. A third step of supplying a working gas to the high-pressure stage compressor High pressure gas accumulator wherein the door is provided.
また、請求項6に係る発明によれば、ガス供給源から供給される供給用ガスを昇圧して、高圧の前記供給用ガスを蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧システムであって、前記供給用ガスが充填された前記ガス供給源と、昇圧された前記供給用ガスを蓄える前記蓄圧器と、前記ガス供給源と前記蓄圧器との間に設けられた供給用ガスラインと、前記供給用ガスラインに設けられ、前記供給用ガスを所定の圧力まで昇圧する低圧段圧縮機と、前記供給用ガスラインの前記低圧段圧縮機の二次側に設けられ、所定の圧力まで昇圧された前記供給用ガスをさらに高い圧力まで昇圧する高圧段圧縮機と、第1駆動用ガスを前記低圧段圧縮機に供給する第1駆動用ガスラインと、前記第1駆動用ガスの供給圧力よりも低い供給圧力の第2駆動用ガスを前記高圧段圧縮機に供給する第2駆動用ガスラインと、前記第1駆動用ガスラインと前記第2駆動用ガスラインとが連通するように設けられたバイパスラインと、前記第2駆動用ガスラインに設けられた第1開閉弁と、前記バイパスラインに設けられた第2開閉弁と、を備え、前記ガス供給源から供給される前記供給用ガスを昇圧して、高圧の前記供給用ガスを前記蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧システムの運転方法であって、蓄圧の開始から、前記蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となるまで、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を閉状態とする第1工程と、前記蓄圧器内の圧力値が前記第1の閾値となった後、第2の閾値となるまで、前記第1開閉弁を開状態とし、前記第2開閉弁を閉状態とする第2工程と、前記蓄圧器内の圧力値が前記第2の閾値となった後、蓄圧の完了まで、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を開状態とする第3工程と、を含むことを特徴とする高圧ガス蓄圧システムの運転方法が提供される。
The invention according to
本発明の高圧ガス蓄圧システムによれば、低圧段圧縮機に第1駆動用ガスを供給する第1駆動用ガスラインと、第1駆動用ガスよりも供給圧力が低い第2駆動用ガスを高圧段圧縮機に供給する第2駆動用ガスラインと、が連通するように設けられたバイパスラインと、第2駆動用ガスラインに設けられた第1開閉弁と、バイパスラインに設けられた第2開閉弁と、を備える構成となっており、第1及び第2開閉弁の開閉状態を選択することにより、高圧段圧縮機に供給する駆動用ガスの圧力を制御することができるため、蓄圧器内の圧力が低い蓄圧開始直後の高圧段圧縮機の負荷を低減することができる。したがって、高圧段圧縮機のメンテナンス頻度を低減することができるとともに、高圧段圧縮機の短期間での交換を抑制することができる。さらに、本発明で用いる第1開閉弁及び第2開閉弁は小型のため、従来の蓄圧システムに容易に設置することができる。したがって、従来の蓄圧システムから容易に本発明の高圧ガス蓄圧システムを構築することができる。 According to the high pressure gas accumulating system of the present invention, the first driving gas line for supplying the first driving gas to the low pressure compressor and the second driving gas having a lower supply pressure than the first driving gas are supplied with high pressure. A bypass line provided to communicate with a second drive gas line supplied to the stage compressor; a first on-off valve provided in the second drive gas line; and a second provided in the bypass line. And the pressure of the driving gas supplied to the high-pressure compressor can be controlled by selecting the open / close state of the first and second open / close valves. It is possible to reduce the load on the high-pressure compressor immediately after the start of pressure accumulation with a low internal pressure. Therefore, the maintenance frequency of the high-pressure compressor can be reduced, and replacement of the high-pressure compressor in a short period can be suppressed. Furthermore, since the first on-off valve and the second on-off valve used in the present invention are small in size, they can be easily installed in a conventional pressure accumulation system. Therefore, the high-pressure gas pressure accumulation system of the present invention can be easily constructed from the conventional pressure accumulation system.
本発明の高圧ガス蓄圧方法によれば、蓄圧の開始から蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となるまで、高圧段圧縮機への駆動用ガスの供給を停止する第1工程と、蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となった後第2の閾値となるまで、低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスよりも低い圧力の駆動用ガスを、高圧段圧縮機へ供給する第2工程と、蓄圧器内の圧力値が上記第2の閾値となった後蓄圧の完了まで、低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスと等しい圧力の駆動用ガスを、高圧段圧縮機へ供給する第3工程と、を含む構成となっており、蓄圧器内の圧力が低いときは第1工程または第2工程による低速運転を行うことができるため、高圧段圧縮機の負荷を低減することができる。したがって、高圧段圧縮機のメンテナンス頻度を低減することができるとともに、高圧段圧縮機の短期間での交換を抑制することができる。 According to the high pressure gas accumulating method of the present invention, the first step of stopping the supply of the driving gas to the high pressure compressor from the start of accumulating until the pressure value in the accumulator becomes the first threshold, A first driving gas is supplied to the high-pressure stage compressor at a lower pressure than the driving gas supplied to the low-pressure stage compressor until the pressure value in the chamber reaches the second threshold value after reaching the first threshold value. Supply the driving gas with the same pressure as the driving gas supplied to the low-pressure stage compressor until the completion of the pressure accumulation after the two steps and the pressure value in the pressure accumulator reaches the second threshold value. And the third step, and when the pressure in the accumulator is low, the first step or the second step can be performed at a low speed, so the load on the high-pressure stage compressor is reduced. Can do. Therefore, the maintenance frequency of the high-pressure compressor can be reduced, and replacement of the high-pressure compressor in a short period can be suppressed.
以下、本発明を適用した一実施形態である高圧ガス蓄圧システムについて、その運転方法(高圧ガス蓄圧方法)とともに、図面を用いて詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a high-pressure gas pressure accumulation system that is an embodiment to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings together with an operation method (high-pressure gas pressure accumulation method).
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
先ず、本発明を適用した一実施形態である高圧ガス蓄圧システムの構成について説明する。図1は、本発明を適用した一実施形態である高圧ガス蓄圧システムの構成を示す系統図である。図1に示すように、本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1は、水素ガス供給源(ガス供給源)2と、蓄圧器3と、供給用ガスラインL1と、低圧段圧縮機4と、高圧段圧縮機5と、駆動用ガス供給源6と、第1駆動用ガスラインL2と、第2駆動用ガスラインL3と、第1開閉弁7と、バイパスラインL4と、第2開閉弁8と、圧力測定器9と、制御部10とを備えて概略構成されている。
First, the configuration of a high-pressure gas accumulator system that is an embodiment to which the present invention is applied will be described. FIG. 1 is a system diagram showing a configuration of a high-pressure gas accumulator system according to an embodiment to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, a high-pressure
本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1は、水素ガス供給源2から供給される水素ガス(供給用ガス)を低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5を用いて昇圧し、蓄圧器3内に充填するためのシステムである。
The high pressure
なお、高圧ガス蓄圧システム1において、水素ガス供給源2、駆動用ガス供給源6及び第3駆動用ガスラインL5の一部を除く、機器及びガスラインは、水素防爆エリアA内に設置されている。
In the high-pressure
水素ガス供給源2は、蓄圧器3に供給するための水素ガスの供給源である。水素ガス供給源2としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、水素ガスが充填されたカードルやチューブトレーラ等を用いることができる。
The hydrogen
蓄圧器3は、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5で昇圧された水素ガスを蓄えるための容器である。蓄圧器3の材質は、例えば、C−FRP容器、鋼製容器(ASME SA−723M)等であり、サイズは例えば、200L、250L、300L等であり、約100MPaG程度まで蓄圧可能である。蓄圧器3としては、特に限定されるものではないが、例えば、大型のボンベやカードル等を用いることができる。
The
供給用ガスラインL1は、水素ガスを供給するために水素ガス供給源2と蓄圧器3との間に設けられた配管であり、一端が水素ガス供給源2と着脱自在に接続され、他端は蓄圧器3と接続されている。供給用ガスラインL1としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば金属配管やフレキチューブ等を用いることができる。また、供給用ガスラインL1の配管径としては、水素ガスを十分に供給できるものであれば、特に限定されるものではなく、より細い任意のサイズとしてもよい。
The supply gas line L1 is a pipe provided between the hydrogen
低圧段圧縮機4は、水素ガス供給源2から供給される水素ガスを所定の圧力(具体的には、例えば、20〜50MPaG)まで昇圧するために、供給用ガスラインL1に設けられている。低圧段圧縮機4としては、水素ガスを所定の圧力にまで昇圧できるものであれば、特に限定されるものではない。ここで、本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1では、供給用ガスとして水素ガスを用いるため、低圧段圧縮機4として発火のおそれがないガス駆動式ブースターポンプを用いることが好ましい。この低圧段圧縮機4により、所定の圧力に昇圧された水素ガスを後段に設けられた高圧段圧縮機5に供給することができる。
The low-
高圧段圧縮機5は、低圧段圧縮機4により所定の圧力まで昇圧された水素ガスを、さらに高い圧力(具体的には、例えば、50〜100MPaG)まで昇圧するために用いられる。また、高圧段圧縮機5は、供給用ガスラインL1において、低圧段圧縮機4よりも二次側に設けられている。高圧段圧縮機5としては、水素ガスを所定の圧力にまで昇圧できるものであれば、特に限定されるものではない。ここで、本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1では、供給用ガスとして水素ガスを用いるため、高圧段圧縮機5として発火のおそれがないガス駆動式ブースターポンプを用いることが好ましい。高圧段圧縮機5を低圧段圧縮機4と直列に接続して用いることで、圧縮能力が大きな圧縮機を用いることなく、容易により高圧に水素ガスの蓄圧をすることができる。
The high-
駆動用ガス供給源6は、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5に駆動用ガスを供給するための供給源である。駆動用ガスとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、窒素ガス、ドライエアー等を用いることができる。また、駆動用ガス供給源6としては、具体的には、例えば、大型のエアコンプレッサや、不活性ガスの液化ガス貯槽と蒸発器とを組み合わせたもの等を用いることができる。
The driving
第1駆動用ガスラインL2は、低圧段圧縮機4に駆動用ガスを供給するために、駆動用ガス供給源6と低圧段圧縮機4との間に設けられた配管である。具体的には、第1駆動用ガスラインL2は、一端が第3駆動用ガスラインL5を介して駆動用ガス供給源6と接続されており、他端が低圧段圧縮機4の駆動用ガス供給口(図示略)に接続されている。第1駆動用ガスラインL2としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、金属配管やフレキチューブ等を用いることができる。また、第1駆動用ガスラインL2の配管径としては、駆動用ガスを十分に供給できるものであれば、特に限定されるものではなく、より細い任意のサイズとしてもよい。
The first driving gas line L <b> 2 is a pipe provided between the driving
また、第1駆動用ガスラインL2には、駆動用ガスの供給圧力を制御するために第1圧力調整弁11が設けられている。これにより、第1圧力調整弁11の二次側の駆動用ガス(第1駆動用ガス)の供給圧力を、例えば0.7MPaGに制御することができる。したがって、駆動用ガス供給源6から低圧段圧縮機4に、0.7MPaGの駆動用ガスを供給することができる。第1圧力調整弁11としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、減圧弁等を用いることができる。
The first driving gas line L2 is provided with a first
第3駆動用ガスラインL5は、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5に駆動用ガスを供給するために、駆動用ガス供給源6と、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5との間に設けられた配管である。具体的には、第3駆動用ガスラインL5は、一端が駆動用ガス供給源6と着脱自在に接続されており、他端が第1駆動用ガスラインL2及び第2駆動用ガスラインL3それぞれと接続されている。これにより駆動用のガスを低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5のそれぞれに供給することができる。第3駆動用ガスラインL5としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、金属配管やフレキチューブ等を用いることができる。また、第3駆動用ガスラインL5の配管径としては、駆動用ガスを十分に供給できるものであれば、特に限定されるものではなく、より細い任意のサイズとしてもよい。
The third driving gas line L5 includes a driving
また、第3駆動用ガスラインL5には、駆動用ガスの供給を制御するために、駆動用ガス供給元弁12が設けられている。これにより、蓄圧を開始するときは駆動用ガス供給元弁12を開状態にして、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5への駆動用ガスの供給を開始し、蓄圧が完了したときは閉状態にして、駆動用ガスの供給を停止することができる。駆動用ガス供給元弁12は、水素防爆仕様を満たすものであれば、特に限定されるものではなく、ガス駆動式の自動弁や他の方式の自動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。具体的には、例えば、玉形弁、ボール弁等を用いることができる。
The third driving gas line L5 is provided with a driving gas
第2駆動用ガスラインL3は、高圧段圧縮機5に駆動用ガスを供給するために、駆動用ガス供給源6と高圧段圧縮機5との間に設けられた配管である。具体的には、第2駆動用ガスラインL3は、一端が第3駆動用ガスラインL5を介して駆動用ガス供給源6と接続されており、他端が高圧段圧縮機5の駆動用ガス供給口(図示略)に接続されている。第2駆動用ガスラインL3としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、金属配管やフレキチューブ等を用いることができる。また、第2駆動用ガスラインL3の配管径としては、駆動用ガスを十分に供給できるものであれば、特に限定されるものではなく、より細い任意のサイズとしてもよい。
The second driving gas line L <b> 3 is a pipe provided between the driving
また、第2駆動用ガスラインL3には、駆動用ガスの供給圧力を制御するために、第2圧力調整弁13が設けられている。第2圧力調整弁13により供給圧力を制御された駆動ガス(第2駆動用ガス)は、第1圧力調整弁11により供給圧力を制御された駆動ガス(第1駆動用ガス)よりも、供給圧力が低くなるように制御されている。これにより、第2圧力調整弁13の二次側の駆動用ガスの供給圧力が、例えば0.2MPaGに制御することができる。したがって、駆動用ガス供給源6から低圧段圧縮機4に、0.2MPaGの駆動用ガスを供給することができる。第2圧力調整弁13としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、減圧弁等を用いることができる。
The second driving gas line L3 is provided with a second
さらに、第2駆動用ガスラインL3において、第2圧力調整弁13の二次側には、駆動用ガスの供給を制御するために、第1開閉弁7が設けられている。これにより、駆動用ガス供給元弁12が開状態であっても、第1開閉弁7を閉状態にすることで、高圧段圧縮機5への駆動用ガスの供給を停止することができる。第1開閉弁7は、水素防爆仕様を満たすものであれば、特に限定されるものではなく、ガス駆動式の自動弁や他の方式の自動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。具体的には、例えば、玉形弁、ボール弁等を用いることができる。なお、本実施形態の例に限らず、第1開閉弁7の位置は、第2駆動用ガスラインL3において、第2圧力調整弁13の一次側でも良い。
Further, in the second driving gas line L3, a first on-off valve 7 is provided on the secondary side of the second
バイパスラインL4は、第1駆動用ガスラインL2を流れる第1駆動ガスの一部を、第2駆動用ガスラインL3に流すために、第1駆動用ガスラインL2と第2駆動用ガスラインL3とが連通するように設けられた配管である。具体的には、バイパスラインL4の一端は、第1駆動用ガスラインL2において、第1圧力調整弁11の二次側で接続しており、他端は、第2駆動用ガスラインL3において、第2圧力調整弁13の二次側で接続している。バイパスラインL4としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、金属配管やフレキチューブ等を用いることができる。また、バイパスラインL4の配管径としては、駆動用ガスを十分に供給できるものであれば、特に限定されるものではなく、より細い任意のサイズとしてもよい。
The bypass line L4 has a first driving gas line L2 and a second driving gas line L3 in order to flow a part of the first driving gas flowing through the first driving gas line L2 to the second driving gas line L3. And a pipe provided to communicate with each other. Specifically, one end of the bypass line L4 is connected to the secondary side of the first
また、バイパスラインL4には、駆動用ガスの供給を制御するために、第2開閉弁8が設けられている。第1駆動用ガスは、第2駆動用ガスよりも供給圧力が高くなるように制御されているため、第2開閉弁8を開状態にすることで、第1駆動用ガスの一部を、第2駆動用ガスラインL3に流すことができる。よって、第1開閉弁7と第2開閉弁8との両方が開状態のときは、高圧段圧縮機5に供給される駆動用ガスの供給圧力は第1駆動用ガスの供給圧力と同等になる。第2開閉弁8は、水素防爆仕様を満たすものであれば、特に限定されるものではなく、ガス駆動式の自動弁や他の方式の自動弁であってもよいし、手動弁であってもよい。具体的には、例えば、玉形弁、ボール弁等を用いることができる。
The bypass line L4 is provided with a second on-off
圧力測定器9は、蓄圧器3内部の水素ガスの圧力を測定するために、蓄圧器3に設けられている。圧力測定器9により得られた、測定値を制御部10に送信することで、蓄圧器3の内部の水素ガスの圧力を基に、第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12の開閉を制御することができる。圧力測定器9としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、圧力トランスミッタ等を用いることができる。
The
制御部10は、蓄圧器3の内部の水素ガスの圧力を基に、第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12の開閉を制御するために設けられる。制御部10は、第1開閉弁7と信号線c1を介して、第2開閉弁8と信号線c2を介して、圧力測定器9と信号線c3を介して、駆動用ガス供給元弁12と信号線c4を介して接続されている。圧力測定器9から圧力値を受信し、受信した圧力値に応じて第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12へ開閉信号を送信することで、各弁の開閉を制御する。これにより、高圧段圧縮機5に供給される駆動用ガスの供給圧力を3段階に制御し、蓄圧器3の内部圧力に応じて、段階的に運転状態を変えながら蓄圧することができる。制御部10としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、シーケンサ、PLC等を用いることができる。
The
次に、上述した高圧ガス蓄圧システム1を用いた、本実施形態の高圧ガス蓄圧システムの蓄圧方法(すなわち、高圧ガス蓄圧システム1の運転方法)を説明する。
本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1の蓄圧方法(以下、単に「蓄圧方法」とする)は、水素ガス供給源2から供給される水素ガスを低圧段圧縮機4によって所定の圧力まで昇圧した後、高圧段圧縮機5によってさらに高い圧力まで昇圧して蓄圧器3に蓄える蓄圧方法であって、高圧段圧縮機5に供給される駆動用ガスを、第1開閉弁7及び第2開閉弁8の開閉を制御することにより、3工程に分けて蓄圧することを特徴とする。
Next, a pressure accumulation method (that is, an operation method of the high pressure gas pressure accumulation system 1) of the high pressure gas pressure accumulation system of the present embodiment using the above-described high pressure gas
The pressure accumulating method (hereinafter simply referred to as “accumulating pressure method”) of the high pressure
より具体的には、蓄圧の開始から、蓄圧器3内の圧力値が第1の閾値となるまで、第1開閉弁7及び第2開閉弁8を閉状態とする第1工程と、蓄圧器3内の圧力値が第1の閾値となった後、第2の閾値となるまで、第1開閉弁7を開状態とし、第2開閉弁8を閉状態とする第2工程と、蓄圧器3内の圧力値が第2の閾値となった後、蓄圧の完了まで、第1開閉弁7及び第2開閉弁8を開状態とする第3工程とを含むことを特徴とする蓄圧方法である。
More specifically, the first step of closing the first on-off valve 7 and the second on-off
本実施形態の蓄圧方法を、図2を参照しながら説明する。ここで、図2の横軸は、時間(工程)の流れを示しており、縦軸は、上から蓄圧器3内の圧力、駆動用ガス供給元弁12の開閉状態、第1開閉弁7の開閉状態、第2開閉弁8の開閉状態、高圧段圧縮機5の駆動用ガス供給圧力、高圧段圧縮機5の運転速度を示している。
The pressure accumulation method of this embodiment will be described with reference to FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 2 shows the flow of time (process), and the vertical axis shows the pressure in the
なお、以下の説明では、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5として、どちらも定格の駆動用ガス圧力が0.7MPaGのガス駆動式ブースターポンプを用い、第1圧力調整弁11により第1圧力調整弁11の二次側を流れる駆動用ガス(第1駆動用ガス)の供給圧力は0.7MPaGに制御されており、第2圧力調整弁13により第2圧力調整弁13の二次側を流れる駆動用ガスの供給圧力(第2駆動用ガス)は、0.2MPaGに制御されている場合を一例として説明するが、これに限定されるものではない。
In the following description, a gas-driven booster pump having a rated driving gas pressure of 0.7 MPaG is used as both the low-
図2に示すように、先ず、時刻t1になる前までは、第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12は全て閉じた状態である。この状態では、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5に駆動用ガスが供給されないため、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5は停止している。そのため、蓄圧は開始されず、蓄圧器3内の圧力は一定である。
また、本実施形態においては、第1開閉弁7および第2開閉弁8は共に閉状態としたが、時刻t1になる前までにおいては、第1開閉弁7および第2開閉弁8はそれぞれ開閉どちらの状態でもよい。
As shown in FIG. 2, first, the first on-off valve 7, the second on-off
In the present embodiment, both the first on-off valve 7 and the second on-off
次に、時刻t1において、駆動用ガス供給元弁12を開くことで、蓄圧が開始される。具体的には、制御部10が駆動用ガス供給元弁12に開信号を送ることで、駆動用ガス供給元弁12が開かれる。これにより、低圧段圧縮機4に0.7MPaGの駆動用ガスが供給され、低圧段圧縮機4が水素ガスの昇圧を始め、蓄圧器3へ水素ガスの蓄圧が開始される。このとき、第1開閉弁7及び第2開閉弁8は全て閉じているため、高圧段圧縮機5には駆動用ガスが供給されず、高圧段圧縮機5は停止したままである(停止状態)。よって、低圧段圧縮機4のみの運転により蓄圧される。時刻t2になる前まで、この状態で蓄圧が進み、時刻t1から時刻t2になる前までの工程を「第1工程」と定義する。
Next, pressure accumulation is started by opening the driving gas
蓄圧が進み、時刻t2において、蓄圧器3内の圧力が50MPaGに達すると、第1開閉弁7が開かれ、高圧段圧縮機5の運転も開始される。具体的には、制御部10が第1開閉弁7に開信号を送ることで、第1開閉弁7が開かれる。これにより、高圧段圧縮機5に0.2MPaGの駆動用ガスが供給されるため、高圧段圧縮機5は運転を開始する。しかしながら、定格の駆動用ガス圧力に比べると圧力が低いため、運転速度が抑えられてある(低速状態)。時刻t3になる前まで、この状態で蓄圧が進み、時刻t2から時刻t3になる前までの工程を「第2工程」と定義する。
When the pressure accumulation progresses and the pressure in the
さらに蓄圧が進み、時刻t3において、蓄圧器3の内部圧力が60MPaGに達すると、第2開閉弁8が開かれ、高圧段圧縮機5の運転速度が定常速となる。具体的には、制御部10が第2開閉弁8に開信号を送ることで、第2開閉弁8が開かれる。これにより、第1駆動用ガスの一部がバイパスラインL4を通り、第2駆動用ガスラインL3に流れ始める。これにより、高圧段圧縮機5に0.7MPaGの駆動用ガスが供給され、定常速で運転を始める(定常速状態)。時刻t4になる前まで、この状態で蓄圧が進み、時刻t3から時刻t4になる前までの工程を「第3工程」と定義する。
When the pressure accumulation further proceeds and at time t3, the internal pressure of the
時刻t4において、蓄圧器3内の圧力が目標値(93MPaG:蓄圧器の常用圧力、ただし93MPaG限定ではない)に達すると、蓄圧が完了する。具体的には、制御部10が第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12に閉信号を送り、全ての弁を閉じる。これにより、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5への駆動用ガスの供給が停止され、駆動用ガスの供給圧力はゼロとなるため、低圧段圧縮機4及び高圧段圧縮機5は運転を停止し、蓄圧が完了となる。これにより、蓄圧器3には、93MPaGまで昇圧された水素ガスが蓄えられることとなる。
また、本実施形態においては、第1開閉弁7および第2開閉弁8は共に閉状態としたが、時刻t4以降においては、第1開閉弁7および第2開閉弁8はそれぞれ開閉どちらの状態でもよい。
When the pressure in the
In the present embodiment, both the first on-off valve 7 and the second on-off
したがって、本実施形態の蓄圧方法により、93MPaGまで昇圧された水素ガスを蓄圧器3に蓄えることができる。
Therefore, the hydrogen gas boosted to 93 MPaG can be stored in the
以上説明したように、本実施形態の高圧ガス蓄圧システム1によれば、低圧段圧縮機4に第1駆動用ガスを供給する第1駆動用ガスラインL2と、第1駆動用ガスよりも供給圧力が低い第2駆動用ガスを高圧段圧縮機5に供給する第2駆動用ガスラインL3と、が連通するように設けられたバイパスラインL4と、第2駆動用ガスラインL3に設けられた第1開閉弁7と、バイパスラインL4に設けられた第2開閉弁8と、第3駆動用ガスラインL5に設けられた駆動用ガス供給元弁12と、蓄圧器3に設けられた圧力測定器9と、制御部10を備える構成となっており、制御部10が、圧力測定器9により測定された蓄圧器3内の圧力を基に、第1開閉弁7、第2開閉弁8及び駆動用ガス供給元弁12の開閉状態を制御することにより、高圧段圧縮機5に供給する駆動用ガスの供給圧力を制御することができるため、蓄圧器3内の圧力が低い蓄圧開始直後の高圧段圧縮機5の負荷を低減することができる。したがって、高圧段圧縮機5のメンテナンス頻度を低減することができるとともに、高圧段圧縮機5の短期間での交換を抑制することができる。
As described above, according to the high pressure
また、制御部10について、圧力測定器9が測定した蓄圧器3内の圧力値を、蓄圧完了後であっても、定期的に受信するように設計をすれば、例えば、蓄圧器3内の圧力値がある閾値以下になったときに、自動的に駆動用ガス供給元弁12を開くなどをして、蓄圧を自動で開始し、蓄圧器3内の圧力を常に一定以上に保つことも可能である。
For example, if the
さらに、本実施形態で用いる第1開閉弁7及び第2開閉弁8を、第1圧力調整弁11及び第2圧力調整弁13に比べて小型のものを選択することにより、従来の蓄圧システムに容易に設置することができる。したがって、従来の蓄圧システムから容易に本発明の高圧ガス蓄圧システムを構築することができる。
Furthermore, the first on-off valve 7 and the second on-off
次に、本実施形態の高圧ガス蓄圧方法によれば、蓄圧の開始から蓄圧器3内の圧力値が50MPaGとなるまで、高圧段圧縮機5への駆動用ガスの供給を停止させることにより、運転速度を「停止状態」にする第1工程と、蓄圧器3内の圧力値が50MPaGとなった後から60MPaGとなるまで、高圧段圧縮機5に0.2MPaGの駆動用ガスを供給することにより、高圧段圧縮機5の運転速度を「低速状態」にする第2工程と、蓄圧器3内の圧力値が60MPaGとなった後から蓄圧の完了まで、高圧段圧縮機5に0.7MPaGの駆動用ガスを供給することにより、高圧段圧縮機5の運転速度を「定常速状態」にする第3工程と、を含む構成となっており、蓄圧開始直後は、高圧段圧縮機5の運転速度を「停止状態」にし、蓄圧が進んだら「低速状態」とすることで、過度な高速運転を防止し、高圧段圧縮機5の負荷を低減することができる。したがって、高圧段圧縮機5のメンテナンス頻度を低減することができるとともに、高圧段圧縮機5の短期間での交換を抑制することができる。
Next, according to the high pressure gas accumulating method of the present embodiment, by stopping the supply of the driving gas to the
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した実施形態では、供給用ガスとして水素ガスを用いた例を説明しているが、これに限定されるものではない。具体的には、例えば、蓄圧器に蓄圧することができるガスであればどのようなガスであってもよい。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes designs and the like that do not depart from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, an example in which hydrogen gas is used as the supply gas has been described. However, the present invention is not limited to this. Specifically, for example, any gas may be used as long as the gas can be stored in the pressure accumulator.
本発明の高圧ガス蓄圧システム及び高圧ガス蓄圧方法は、水素自動車用の水素ガスステーションへの利用可能性がある。 The high-pressure gas storage system and the high-pressure gas storage method of the present invention can be applied to a hydrogen gas station for a hydrogen automobile.
1…高圧ガス蓄圧システム
2…水素ガス供給源(ガス供給源)
3…蓄圧器
4…低圧段圧縮機
5…高圧段圧縮機
6…駆動用ガス供給源
7…第1開閉弁
8…第2開閉弁
9…圧力測定器
10…制御部
11…第1圧力調整弁
12…駆動用ガス供給元弁
13…第2圧力調整弁
L1…供給用ガスライン
L2…第1駆動用ガスライン
L3…第2駆動用ガスライン
L4…バイパスライン
L5…第3駆動用ガスライン
c1,c2,c3,c4…信号線
A…水素防爆エリア
1 ... High pressure
DESCRIPTION OF
Claims (6)
昇圧された前記供給用ガスを蓄える蓄圧器と、
前記ガス供給源と前記蓄圧器との間に設けられた供給用ガスラインと、
前記供給用ガスラインに設けられ、前記供給用ガスを所定の圧力まで昇圧する低圧段圧縮機と、
前記供給用ガスラインの前記低圧段圧縮機の二次側に設けられ、所定の圧力まで昇圧された前記供給用ガスをさらに高い圧力まで昇圧する高圧段圧縮機と、
第1駆動用ガスを前記低圧段圧縮機に供給する第1駆動用ガスラインと、
第2駆動用ガスを前記高圧段圧縮機に供給する第2駆動用ガスラインと、を備え、
前記ガス供給源から供給される前記供給用ガスを昇圧して、高圧の前記供給用ガスを前記蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧システムであって、
前記第1駆動用ガスラインと前記第2駆動用ガスラインとが連通するように設けられたバイパスラインと、
前記第2駆動用ガスラインに設けられた第1開閉弁と、
前記バイパスラインに設けられた第2開閉弁と、を備え、
前記第2駆動用ガスの供給圧力が、前記第1駆動用ガスの供給圧力よりも低いことを特徴とする高圧ガス蓄圧システム。 A gas supply source filled with supply gas;
A pressure accumulator for storing the pressurized supply gas;
A gas line for supply provided between the gas supply source and the pressure accumulator;
A low-pressure stage compressor provided in the supply gas line to increase the supply gas to a predetermined pressure;
A high-pressure stage compressor that is provided on the secondary side of the low-pressure stage compressor of the supply gas line and pressurizes the supply gas that has been pressurized to a predetermined pressure to a higher pressure;
A first driving gas line for supplying a first driving gas to the low-pressure stage compressor;
A second driving gas line for supplying a second driving gas to the high-pressure compressor,
A high-pressure gas accumulator system that boosts the supply gas supplied from the gas supply source and stores the high-pressure supply gas in the accumulator,
A bypass line provided so that the first driving gas line and the second driving gas line communicate with each other;
A first on-off valve provided in the second driving gas line;
A second on-off valve provided in the bypass line,
The high pressure gas storage system, wherein a supply pressure of the second driving gas is lower than a supply pressure of the first driving gas.
前記蓄圧器に蓄圧されたガスの圧力を測定するための圧力測定器と、を備え、
前記制御部は、前記圧力測定器が測定した圧力を基に、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁の開閉を制御することを特徴とする請求項1記載の高圧ガス蓄圧システム。 A control unit for controlling opening and closing of the first on-off valve and the second on-off valve;
A pressure measuring instrument for measuring the pressure of the gas accumulated in the accumulator,
The high-pressure gas accumulation system according to claim 1, wherein the control unit controls opening and closing of the first on-off valve and the second on-off valve based on the pressure measured by the pressure measuring device.
蓄圧の開始から、前記蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となるまで、前記高圧段圧縮機への駆動用ガスの供給を停止する第1工程と、
前記蓄圧器内の圧力値が前記第1の閾値となった後、第2の閾値となるまで、前記低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスよりも低い圧力の駆動用ガスを、前記高圧段圧縮機へ供給する第2工程と、
前記蓄圧器内の圧力値が前記第2の閾値となった後、蓄圧の完了まで、前記低圧段圧縮機へ供給する駆動用ガスと等しい圧力の駆動用ガスを、前記高圧段圧縮機へ供給する第3工程と、を含むことを特徴とする高圧ガス蓄圧方法。 A high-pressure gas accumulating method for boosting a supply gas supplied from a gas supply source to a predetermined pressure by a low-pressure compressor and then increasing the pressure to a higher pressure by a high-pressure compressor and storing it in an accumulator,
A first step of stopping the supply of driving gas to the high-pressure stage compressor from the start of pressure accumulation until the pressure value in the pressure accumulator becomes a first threshold value;
After the pressure value in the accumulator reaches the first threshold value, the driving gas having a lower pressure than the driving gas supplied to the low pressure stage compressor is supplied to the high pressure stage until the second threshold value is reached. A second step of supplying to the compressor;
After the pressure value in the pressure accumulator becomes the second threshold value, the driving gas having the same pressure as the driving gas supplied to the low-pressure stage compressor is supplied to the high-pressure stage compressor until the pressure accumulation is completed. A high-pressure gas accumulating method comprising: a third step.
前記供給用ガスが充填された前記ガス供給源と、
昇圧された前記供給用ガスを蓄える前記蓄圧器と、
前記ガス供給源と前記蓄圧器との間に設けられた供給用ガスラインと、
前記供給用ガスラインに設けられ、前記供給用ガスを所定の圧力まで昇圧する低圧段圧縮機と、
前記供給用ガスラインの前記低圧段圧縮機の二次側に設けられ、所定の圧力まで昇圧された前記供給用ガスをさらに高い圧力まで昇圧する高圧段圧縮機と、
第1駆動用ガスを前記低圧段圧縮機に供給する第1駆動用ガスラインと、
前記第1駆動用ガスの供給圧力よりも低い供給圧力の第2駆動用ガスを前記高圧段圧縮機に供給する第2駆動用ガスラインと、
前記第1駆動用ガスラインと前記第2駆動用ガスラインとが連通するように設けられたバイパスラインと、
前記第2駆動用ガスラインに設けられた第1開閉弁と、
前記バイパスラインに設けられた第2開閉弁と、を備え、
前記ガス供給源から供給される前記供給用ガスを昇圧して、高圧の前記供給用ガスを前記蓄圧器に蓄える高圧ガス蓄圧システムの運転方法であって、
蓄圧の開始から、前記蓄圧器内の圧力値が第1の閾値となるまで、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を閉状態とする第1工程と、
前記蓄圧器内の圧力値が前記第1の閾値となった後、第2の閾値となるまで、前記第1開閉弁を開状態とし、前記第2開閉弁を閉状態とする第2工程と、
前記蓄圧器内の圧力値が前記第2の閾値となった後、蓄圧の完了まで、前記第1開閉弁及び前記第2開閉弁を開状態とする第3工程と、を含むことを特徴とする高圧ガス蓄圧システムの運転方法。 A high-pressure gas accumulator system that boosts a supply gas supplied from a gas supply source and stores the high-pressure supply gas in an accumulator,
The gas supply source filled with the supply gas;
The pressure accumulator for storing the pressurized supply gas;
A gas line for supply provided between the gas supply source and the pressure accumulator;
A low-pressure stage compressor provided in the supply gas line to increase the supply gas to a predetermined pressure;
A high-pressure stage compressor that is provided on the secondary side of the low-pressure stage compressor of the supply gas line and pressurizes the supply gas that has been pressurized to a predetermined pressure to a higher pressure;
A first driving gas line for supplying a first driving gas to the low-pressure stage compressor;
A second drive gas line for supplying a second drive gas having a supply pressure lower than a supply pressure of the first drive gas to the high-pressure compressor;
A bypass line provided so that the first driving gas line and the second driving gas line communicate with each other;
A first on-off valve provided in the second driving gas line;
A second on-off valve provided in the bypass line,
A method of operating a high-pressure gas accumulator system that boosts the supply gas supplied from the gas supply source and stores the high-pressure supply gas in the accumulator,
A first step of closing the first on-off valve and the second on-off valve from the start of pressure accumulation until the pressure value in the pressure accumulator becomes a first threshold;
A second step of opening the first on-off valve and closing the second on-off valve until the pressure value in the pressure accumulator becomes the second threshold after the first threshold is reached; ,
And a third step of opening the first on-off valve and the second on-off valve until the completion of pressure accumulation after the pressure value in the pressure accumulator becomes the second threshold value. To operate the high pressure gas storage system.
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