KR101883584B1 - 가스 공급 장치, 수소 스테이션 및 가스 공급 방법 - Google Patents

가스 공급 장치, 수소 스테이션 및 가스 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 축압기(30) 내의 가스 압력이 저하되는 것을 억제하는 것이다. 가스 공급 장치(10)는 수소 가스를 압축하는 제1 압축기(22)와, 제1 압축기의 하류에 배치되어, 차량(14)으로 수소 가스를 충전하는 디스펜서(12)로 수소 가스를 공급하는 축압기와, 제1 압축기, 축압기 및 디스펜서를 연결하는 가스 유통로(16)와, 제어 장치(58)를 구비한다. 가스 유통로(16)가, 축압기로 수소 가스를 도입하는 도입 라인(18a)과, 축압기로부터 수소 가스를 도출하는 도출 라인(18b)과, 도입측 밸브(34)와, 도출측 밸브(38)를 구비한다. 제어 장치(58)는 도입측 밸브와 도출측 밸브가 동시에 개방인 상태로 하는 것을 가능하게 구성되어 있다.

Description

가스 공급 장치, 수소 스테이션 및 가스 공급 방법 {GAS SUPPLY DEVICE, HYDROGEN STATION, AND GAS SUPPLY METHOD}
본 발명은 가스 공급 장치, 수소 스테이션 및 가스 공급 방법에 관한 것이다.
종래, 하기 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 수소 제조 장치로부터 공급된 가스를 일시적으로 저류하고, 이 저류된 가스를 디스펜서에 공급하는 가스 공급 장치가 알려져 있다. 구체적으로, 이러한 종류의 가스 공급 장치에서는 배관에 수소 압축기 및 축압기가 설치되어 있다. 그리고, 수소 제조 장치로부터 도입된 가스는 수소 압축기에서 압축되고, 이 수소 압축기에서 압축된 가스가 축압기에 저류된다. 축압기에 저류된 가스는 축압기의 가스 압력과 디스펜서 측에서의 가스 압력의 차압에 의해 디스펜서에 공급된다(차압 충전 운전). 이로 인해, 차압 충전 운전 중에는 축압기 내의 가스 압력은 점차 저하된다. 그리고, 차압 충전 운전 후에, 축압기 내의 가스 압력이 내려가면, 저류 운전을 행함으로써 축압기 내의 가스 압력을 회복시킬 수 있다.
차압 충전 운전 후에 저류 운전을 행하여 축압기 내의 가스 압력을 회복시키는 구성에서는 이하의 문제가 있다. 즉, 디스펜서로부터의 공급 명령이 빈번히 나오는 경우나, 축압기의 수가 적은 경우에는, 축압기 내의 가스가 단기간에 소비되어 버린다. 그리고, 축압기 내의 가스 압력이 크게 저하되어 버림으로써 축압기를 설정 압력으로 복귀시킬 때까지 시간을 필요로 해, 차량으로의 수소 충전을 빠르게 재개할 수 없다.
일본 특허 공개 제2013-40648호 공보
본 발명의 목적은 축압기 내의 가스 압력이 저하되는 것을 억제하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따르는 가스 공급 장치는 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기의 하류에 배치되어, 탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비로 가스를 공급하는 축압기와, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 가스 유통로를 구비한다. 상기 가스 유통로가, 상기 압축기로부터 상기 축압기로 가스를 도입하는 도입 라인과, 상기 축압기로부터 상기 충전 설비로 가스를 도출하는 도출 라인과, 상기 도입 라인에 설치된 도입측 밸브와, 상기 도출 라인에 설치된 도출측 밸브를 구비한다. 상기 가스 공급 장치는 상기 도입측 밸브 및 상기 도출측 밸브의 개폐를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 상기 제어 장치는 상기 도입측 밸브와 상기 도출측 밸브가 동시에 개방인 상태로 하는 것을 가능하게 구성되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 가스 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 상기 가스 공급 장치에 의한 가스 공급 방법을 설명하기 위한 플로우를 도시하는 도면이다.
도 3은 상기 가스 공급 장치에 의한 가스 공급 시의 디스펜서 측에서의 가스 압력의 추이를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 다른 예에 관한 가스 공급 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 가스 공급 장치의 다른 예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 가스 공급 장치(10)는, 예를 들어 수소 가스의 공급 스탠드로서의 수소 스테이션에 설치되어, 충전 설비인 디스펜서(12)로부터의 충전 명령에 따라 디스펜서(12) 측으로 수소 가스를 공급한다. 즉, 수소 스테이션은 가스 공급 장치(10)와, 가스 공급 장치(10)의 유출 단부에 접속된 디스펜서(12)를 구비하고 있다. 디스펜서(12)는 차량(14)(탱크 탑재 장치)에 설치된 탱크에 수소 가스를 충전한다. 차량(14)은, 예를 들어 연료 전지차이다.
가스 공급 장치(10)는 제1 압축기(22)와, 제2 압축기(24)와, 저류 탱크(26)와, 축압기(30)와, 가스 유통로(16)와, 컨트롤러(58)(제어 장치)를 구비한다. 가스 유통로(16)는, 메인 유로(161)와, 단락로(162)를 구비하고 있다. 메인 유로(161)는 가스 공급원(20), 제2 압축기(24), 제1 압축기(22), 축압기(30) 및 디스펜서(12)를 연결한다. 단락로(162)는 축압기(30)를 경유하지 않고 제1 압축기(22)와 디스펜서(12)를 연결한다. 메인 유로(161)의 상류 단부에는 가스 공급원(20)을 접속 가능한 유입 단부(16a)가 설치되어 있고, 하류 단부에는 디스펜서(12)를 접속 가능한 유출 단부(16b)가 설치되어 있다.
제1 압축기(22)는 도시 생략의 모터 구동에 의해 도시 생략의 크랭크축을 회전시켜 피스톤을 왕복 이동시키는 왕복 이동 압축기에 의해 구성되어 있다. 제1 압축기(22)에서는 수소 가스가 압축되어 실린더(압축실) 내의 압력이 토출측의 가스 유통로(16)의 압력 이상이 되면 도시 생략의 토출 밸브가 개방하여 수소 가스가 토출된다. 또한, 제1 압축기(22)는 왕복 이동 압축기로 한정되는 것은 아니고, 그 이외의 타입의 압축기에 의해 구성되어 있어도 된다.
제2 압축기(24)는 메인 유로(161)에 있어서의 제1 압축기(22)보다도 상류측에 배치되어 있다. 제2 압축기(24)로서, 제1 압축기(22)보다도 압축 용량이 작은 소형의 압축기가 사용되어 있어도 된다. 저류 탱크(26)는 메인 유로(161)에 있어서의 제2 압축기(24)와 제1 압축기(22) 사이의 부위에 접속된 접속로(28)를 통해 가스 유통로(16)에 접속되어 있다. 가스 공급 장치(10)에서는 가스 공급원(20)의 저압의 수소 가스가 제2 압축기(24)에서 압축되고, 제2 압축기(24)로부터 토출된 가스가 저류 탱크(26)에 저류된다. 저류 탱크(26) 내의 수소 가스는 제1 압축기(22)에 흡입된다. 또한, 실제로는, 저류 탱크(26)와 제1 압축기(22) 사이 및 저류 탱크(26)와 제2 압축기(24) 사이에 도시 생략의 각종 밸브가 설치되어 있어, 저류 탱크(26)로의 수소 가스의 도입과 저류 탱크(26)로부터의 수소 가스의 도출이 제어된다.
메인 유로(161)에 있어서의 제1 압축기(22)와 유출 단부(16b) 사이의 부위에는 축압기(30)가 설치된다. 축압기(30)는 수소 가스를 일시적으로 저류해 두기 위한 것이고, 제1 압축기(22)로 압축된 수소 가스를 저류한다. 축압기(30)에는 미리 제1 압축기(22)에 의해 수소 가스가 보충되어 있고, 압력은 설정 압력(예를 들어, 82㎫)이 되어 있다. 도 1에서는 축압기(30)의 수는 1이지만, 2 이상이어도 된다.
이하, 메인 유로(161) 중 제1 압축기(22)로부터 제1 압축기(22)의 하류측에 위치하는 축압기(30)로 수소 가스를 도입하는 부위를 「도입 라인(18a)」이라고 칭하고, 축압기(30)로부터 디스펜서(12)에 수소 가스를 도출하는 부위를 「도출 라인(18b)」이라고 칭한다. 도입 라인(18a)에는 역지 밸브(33)와, 도입측의 밸브 부재인 도입측 밸브(34)와, 제1 개폐 밸브(41)가 설치되어 있다. 도입측 밸브(34)는 개방도의 전환만을 행하는 에어 구동 밸브에 의해 구성되어 있다. 역지 밸브(33)는 축압기(30)를 향하는 흐름만을 허용하고, 축압기(30)로부터 흘러나오는 방향의 흐름을 저지한다. 또한, 도입측 밸브(34)는 에어 구동 밸브 이외여도 된다. 제1 개폐 밸브(41)는 제1 압축기(22)와 역지 밸브(33) 및 도입측 밸브(34) 사이에 배치된다.
도출 라인(18b)에는 역지 밸브(37)와, 도출측의 밸브 부재인 도출측 밸브(38)와, 제2 개폐 밸브(42)가 설치되어 있다. 도출측 밸브(38)는 에어 구동 밸브에 의해 구성되어 있다. 역지 밸브(37)는 축압기(30)로부터 흘러나오는 방향의 흐름만을 허용하고, 축압기(30)를 향하는 흐름을 저지한다. 제2 개폐 밸브(42)는 디스펜서(12)와 역지 밸브(37) 및 도출측 밸브(38) 사이에 배치되어 있다.
가스 유통로(16)의 단락로(162)는 도입 라인(18a)의 제1 개폐 밸브(41)와 역지 밸브(33) 및 도입측 밸브(34) 사이의 부위 및 도출 라인(18b)의 제2 개폐 밸브(42)와 역지 밸브(37) 및 도출측 밸브(38) 사이의 부위를 단락한다.
가스 유통로(16)에는 복귀 유로(45)가 접속되어 있다. 복귀 유로(45)의 일단부는 제1 압축기(22)의 토출부와 제1 개폐 밸브(41) 사이의 부위에 접속되고, 타단부는 제1 압축기(22)의 흡입부와 접속로(28)의 접속 개소 사이의 부위에 접속되어 있다. 복귀 유로(45)에는 복귀 밸브(46)가 설치되어 있다. 복귀 밸브(46)가 개방되면, 제1 압축기(22)로부터 토출된 수소 가스의 일부 또는 전부가 제1 압축기(22)의 상류측으로 복귀된다.
가스 공급 장치(10)는 압력 검출부인 제1 압력 센서(48)를 구비하고 있다. 제1 압력 센서(48)는 단락로(162)에 배치되어 있다. 제1 압력 센서(48)에 의해 측정되는 수소 가스의 압력은 축압기(30) 내의 압력에 상당한다.
컨트롤러(58)는 제1 압축기(22), 제2 압축기(24)의 구동을 제어함과 함께, 제1 개폐 밸브(41), 제2 개폐 밸브(42), 도입측 밸브(34), 도출측 밸브(38) 및 복귀 밸브(46)의 개폐의 제어를 행한다.
디스펜서(12)에는 어댑터(51)와, 어댑터(51) 및 가스 유통로(16)의 유출 단부(16b)를 접속하는 공급로(52)와, 공급로(52)에 설치된 유량 제어 밸브(53)와, 압력 검출부인 제2 압력 센서(54)가 설치되어 있다. 어댑터(51)는 수소 가스의 공급 시에 차량(14)의 가스 공급구에 설치된다. 유량 제어 밸브(53)는 에어 구동 밸브에 의해 구성되어 있다. 또한, 에어 구동 밸브 이외의 유량 제어 밸브가 사용되어도 된다. 디스펜서(12)에는 도시 생략의 컨트롤러가 설치되고, 당해 컨트롤러는 제2 압력 센서(54)의 검출 값에 기초하여 유량 제어 밸브(53)의 개방도를 제어한다. 이하의 설명에서는 디스펜서(12)의 유량 제어 밸브(53)보다도 하류 영역 및 차량(14)을 통합하여 설명하는 경우에는 「수요부」라고 한다.
가스 공급 장치(10)에서는, 메인 유로(161)에 있어서 제1 압축기(22) 및 축압기(30)가 직렬로 접속되어 있다. 도입측 밸브(34) 및 도출측 밸브(38)가 개방됨으로써, 가스 공급 장치(10)는 제1 압축기(22)로부터 도입 라인(18a)을 통해 축압기(30)에 수소 가스가 도입 가능한 상태가 되고, 또한 축압기(30)로부터 도출 라인(18b)을 통해 디스펜서(12)로 수소 가스가 도출 가능한 상태가 된다. 이하, 축압기(30)로의 수소 가스의 도입 및 축압기(30)로부터의 수소 가스의 도출의 양쪽을 가능하게 하는 가스 공급 장치(10)의 운전 모드를 「직렬 차압 충전 운전」이라고 칭한다. 즉, 컨트롤러(58)는 도입측 밸브(34)와 도출측 밸브(38)가 동시에 개방 상태가 되고, 축압기(30)로 수소 가스를 도입하면서 축압기(30)로부터 수소 가스의 도출을 행하는 운전 모드를 실행 가능하게 되어 있다.
또한, 가스 공급 장치(10)는 단락로(162)를 통해[즉, 축압기(30)를 경유하지 않고] 디스펜서(12)에 접속되어 있으므로, 도입측 밸브(34) 및 도출측 밸브(38)를 폐쇄함으로써, 제1 압축기(22)로부터 토출되는 수소 가스의 전량을 디스펜서(12)에 직접적으로 송출할 수 있다. 이하, 축압기(30)를 개재하지 않고 제1 압축기(22)로부터 디스펜서(12)로 수소 가스를 송출하는 가스 공급 장치(10)의 운전 모드를 「직접 충전 운전」이라고 칭한다. 즉, 컨트롤러(58)는 도입측 밸브(34)와 도출측 밸브(38)가 동시에 폐쇄된 상태에서 제1 압축기(22)를 구동하는 운전 모드를 실행 가능하게 되어 있다.
또한, 가스 공급 장치(10)는 제1 압축기(22)로부터 축압기(30)로의 수소 가스의 송출을 정지한 상태에서, 축압기(30)로부터 디스펜서(12)로 수소 가스를 공급하는 운전을 행할 수도 있다. 이하, 이 운전 모드를 상술한 직렬 차압 충전 운전과 구별하여 「차압 충전 운전」이라고 칭한다. 즉, 컨트롤러(58)는 도입측 밸브(34)가 폐쇄되고, 도출측 밸브(38)가 개방된 운전 모드를 실행 가능하게 되어 있다.
가스 공급 장치(10)의 컨트롤러(58)는 직렬 차압 충전 운전, 직접 충전 운전 및 차압 충전 운전을 전환 가능하다.
도 3은 수요부에 있어서의 수소 가스의 압력과 시간의 관계를 예시하는 도면이다. 실선으로 나타내는 직선 92, 93이 수요부에 있어서의 수소 가스의 압력 시간적 추이를 예시하고 있고, 파선으로 나타내는 직선 91이 수소 가스의 목표 압력의 시간적 추이를 나타내고 있다. 또한, 도 3에서는 차량(14)으로의 수소의 충전 개시 시각을 원점으로 하고 있다. 도시의 사정상, 직선 91 내지 93의 기울기가 동일한 부분을 상하로 어긋나게 하여 나타내고 있다.
수소 스테이션에서는 수요부 내의 수소 가스의 압력이 도 3 중의 직선 91로 나타내는 목표 압력에 따라 증대하도록 제어되고, 차량(14)의 탱크는 소정 시간 ts(예를 들어, 3분)로 최종 압력 Pt(예를 들어, 70㎫)에 도달한다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 가스 공급 장치(10)의 동작 제어에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 가스 공급 장치(10)가 이하와 같이 동작함으로써, 디스펜서(12)에 수소 가스를 공급하는 가스 공급 방법이 실시된다. 또한, 제2 압축기(24)에 의한 저류 탱크(26)로의 수소 가스의 저류 작업은 저류 탱크(26) 내의 수소 가스의 압력에 기초하여 단속적으로 행해진다. 이하의 설명에서는, 가스 공급 장치(10)의 제2 압축기(24) 및 저류 탱크(26)보다도 하류측의 기기의 동작에 주목하여 설명한다.
디스펜서(12)로의 가스 공급은 디스펜서(12)로부터 가스 공급 장치(10)로 가스 공급 지령이 내려지면 개시된다. 가스 공급 지령이 내려지면, 컨트롤러(58)는 먼저, 제1 압축기(22)를 기동한다. 제1 압축기(22)가 스탠바이 상태가 될 때까지, 즉, 가스 유통로(16)의 도입 라인(18a)으로 수소 가스를 송출 가능한 상태가 될 때까지, 컨트롤러(58)는 제1 개폐 밸브(41)를 폐쇄하고, 복귀 밸브(46)를 개방한다. 수소 가스는 제1 압축기(22)에 의해 실질적으로 압축되지 않고, 제1 압축기(22)와 복귀 유로(45) 사이를 순환한다. 제1 압축기(22)가 스탠바이 상태가 될 때까지의 동안, 가스 공급 장치(10)의 컨트롤러(58)는 도출측 밸브(38) 및 제2 개폐 밸브(42)를 개방하여 차압 충전 운전을 행한다(스텝 ST11). 또한, 이때 도입측 밸브(34)는 폐쇄되어 있다. 디스펜서(12)에서는 제2 압력 센서(54)의 검출 결과가 목표 압력이 되도록 유량 제어 밸브(53)의 개방도가 제어된다. 따라서, 도 3의 직선 92으로 나타낸 바와 같이 수요부 내의 수소 가스의 압력이 직선 91로 나타내는 목표 압력에 따라 점차 증대한다.
제1 압축기(22)가 스탠바이 상태가 되면, 컨트롤러(58)는 제1 개폐 밸브(41) 및 도입 라인(18a)의 도입측 밸브(34)를 개방하고, 또한 복귀 밸브(46)를 폐쇄한다. 이에 의해, 가스 공급 장치(10)의 운전이 직렬 차압 충전 운전으로 이행한다(스텝 ST12). 제1 압축기(22)는 가스 유통로(16)의 도입 라인(18a)으로 수소 가스를 송출한다. 또한, 복귀 밸브(46)는 완전히 폐쇄될 필요는 없고, 그 개방도가 조정됨으로써 제1 압축기(22)로부터 송출되는 수소 가스의 유량이 조정되어도 된다.
메인 유로(161)의 제1 압축기(22)보다도 하류측의 부위 및 단락로(162)[이하, 통합하여 「하류부(161a)」라고 함] 및 축압기(30)를 하나의 시스템으로 파악하면, 직렬 차압 충전 운전에서는 당해 시스템과 수요부 사이의 압력차에 의해 수소 가스가 디스펜서(12)로 공급된다. 또한, 유량 제어 밸브(53)에 의해 수소 가스의 유량이 제어됨으로써, 수요부의 수소 가스의 압력(도 3의 직선 92 참조)은 목표 압력에 따라 점차 증대한다.
직렬 차압 충전 운전에서는 제1 압력 센서(48)의 검출값에 기초하여 하류부(161a) 및 축압기(30)의 수소 가스의 압력이 설정 압력(예를 들어, 82㎫)이 되도록, 컨트롤러(58)는 제1 압축기(22)의 회전수를 제어한다. 또한, 제1 압력 센서(48)의 검출값을 가공한 데이터가 제1 압축기(22)의 회전수의 제어에 사용되어도 된다. 이에 의해, 사전에 차압 충전 운전이 행해져도 축압기(30) 내의 압력이 빠르게 상승하여, 하류부(161a) 및 축압기(30)의 압력이 일정하게 유지된다. 단, 디스펜서(12)로부터 요구되는 수소 가스의 유량(이하, 「요구량」이라고 함)이 제1 압축기(22)로부터 송출 가능한 유량의 상한(이하, 「상한량」이라고 함)을 초과한 경우에는, 요구량과 상한량의 차분이 축압기(30)로부터 디스펜서(12)로 도출되게 되고, 축압기(30) 및 하류부(161a) 내의 압력이 저하된다. 이와 같이, 제1 압축기(22)로부터 송출되는 수소 가스의 유량과 디스펜서(12)가 요구하는 요구량의 관계에 따라 축압기(30) 내의 수소 가스의 압력(환언하면, 수소 가스의 양)이 증감한다.
그리고, 차량(14) 내의 탱크가 최종 압력 Pt(도 3 참조)에 도달한 경우에는, 디스펜서(12)로부터 차량(14)으로의 수소 가스의 충전이 정지되고, 가스 공급 장치(10)로부터 디스펜서(12)로의 수소 가스의 공급도 정지된다. 또한, 차량(14)의 탱크의 크기에 따라서는 후술하는 직접 충전 운전이 행해진다.
이상에서 설명한 바와 같이 가스 공급 장치(10)에서 직렬 차압 충전 운전이 행해짐으로써, 차압 충전 운전만을 행하는 경우에 비해 축압기(30)의 압력의 저하가 억제된다. 이에 의해, 축압기(30)를 설정 압력까지 승압시키는 데 필요로 하는 시간, 소위, 리커버리 시간을 단축할 수 있어, 다음의 차량(14)으로의 수소 가스의 충전을 빠르게 개시할 수 있다.
그런데, 이미 설명한 바와 같이, 차량(14)으로의 수소 가스의 충전 도중에 있어서 디스펜서(12)로부터의 요구량이 제1 압축기(22)의 상한량을 초과한 경우에는, 하류부(161a) 및 축압기(30)의 압력이 저하되어 버린다. 특히, 탱크의 용량이 큰 차량(14)의 경우, 다량의 수소 가스가 필요해지므로, 하류부(161a) 및 축압기(30)의 압력이 크게 저하되어 버린다. 하류부(161a) 및 축압기(30)의 압력이 저하된 상태에서, 차량(14)의 탱크로 압력이 최종 압력(풀 충전 시의 압력) 근방까지 상승하면, 하류부(161a) 및 축압기(30)와 수요부 사이의 압력차가 과도하게 작아져 버린다. 이로 인해, 도 3의 직선 93으로 나타낸 바와 같이, 수요부에 있어서의 수소 가스의 압력이 목표 압력을 크게 하회해 버릴 우려가 있다.
따라서, 제1 압력 센서(48)의 검출값 P1과 제2 압력 센서(54)의 검출값 P2의 차분 ΔP(즉, 압력차)가 설정값 A 이하가 된 경우에(스텝 ST13), 컨트롤러(58)는 제1 개폐 밸브(41) 및 제2 개폐 밸브(42)를 개방한 채 도입측 밸브(34)를 폐쇄하여 축압기(30)로의 수소 가스의 유입을 차단한다. 이에 의해, 가스 공급 장치(10)의 운전이 직접 충전 운전으로 이행한다(스텝 ST14). 이에 의해, 단락로(162)를 통해 제1 압축기(22)로부터 디스펜서(12)로 수소 가스의 전량이 송출된다. 컨트롤러(58)는 제2 압력 센서(54)의 검출값이 목표 압력이 되도록 제1 압축기(22)의 회전수를 제어한다. 따라서, 수요부에 있어서의 수소 가스의 압력이 목표 압력에 따라 증대한다. 또한, 제2 압력 센서(54)의 검출값을 가공한 데이터가 목표 압력과 비교되어 제1 압축기(22)의 회전수 제어가 행해져도 된다.
차량(14) 내의 탱크가 최종 압력 Pt에 도달한 경우에는, 디스펜서(12)로부터 차량(14)으로의 수소 가스의 충전이 정지된다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 가스 공급 장치(10)에서는 메인 유로(161)에 있어서 제1 압축기(22)가 축압기(30)에 직렬로 접속된다. 도입측 밸브(34) 및 도출측 밸브(38)가 개방됨으로써, 제1 압축기(22)로부터 축압기(30)에 수소 가스가 도입 가능하게 되고, 또한 축압기(30)로부터 디스펜서(12)로 수소 가스가 도출 가능하게 된다. 이에 의해, 차압 충전 운전만을 행하는 가스 공급 장치에 비해 가스 공급 장치(10)의 구동 중에 있어서의 축압기(30) 내의 압력의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 축압기(30)의 리커버리 시간을 단축할 수 있어, 다음의 차량(14)으로의 수소 가스의 충전을 빠르게 개시할 수 있다.
직렬 차압 충전 운전에서는 제1 압력 센서(48)의 검출 결과에 기초하여 하류부(161a)의 수소 가스의 압력이 설정 압력으로 유지되도록 제1 압축기(22)의 회전수가 제어된다. 이로 인해, 하류부(161a) 및 축압기(30)에 있어서의 수소 가스의 압력의 저하가 보다 억제된다. 또한, 디스펜서(12)의 상류측에 위치하는 하류부(161a) 및 축압기(30)의 압력이 일정하게 유지됨으로써, 유량 제어 밸브(53)에 의한 수소 가스의 압력(혹은 유량)의 제어가 용이해진다.
본 실시 형태에서는 제1 압축기(22)가 스탠바이 상태가 되기 전에 축압기(30)로부터 디스펜서(12)로 수소 가스의 송출이 행해진다. 이에 의해, 수소 스테이션에 반입된 차량(14)에 수소 가스의 충전을 빠르게 행할 수 있다.
가스 유통로(16)에 단락로(162)가 설치됨으로써, 직렬 차압 충전 운전으로부터 직접 충전 운전으로 용이하게 전환할 수 있다. 직접 충전 운전에서는 제2 압력 센서(54)의 검출 결과에 기초하여 제1 압축기(22)의 회전수가 제어되므로, 수요부의 수소 가스의 압력을 목표 압력에 따라 증대시킬 수 있다.
가스 공급 장치(10)에서는 제1 압축기(22) 이외의 다른 압축기인 제2 압축기(24)를 사용하여, 가스 공급원(20)의 수소 가스가 압축되고, 압축된 수소 가스는 저류 탱크(26)에 저류된다. 이 저류된 가스를 제1 압축기(22)가 이용함으로써, 제1 압축기(22)에 있어서의 압축비(즉, 흡입측과 토출측 사이의 압력비)를 억제할 수 있다. 따라서, 제1 압축기(22)를 소형화할 수 있다.
가스 공급 장치(10)에서는 직렬 차압 충전 운전으로부터 직접 충전 운전으로 이행할 때에, 제2 압력 센서(54)의 검출값 P2에 대한 제1 압력 센서(48)의 검출값 P1의 비(즉, P1/P2)가 설정값 이하가 된 경우에, 컨트롤러(58)는 도입측 밸브(34)를 폐쇄하여 제1 압축기(22)로부터 축압기(30)로의 수소 가스의 흐름을 차단해도 된다. 이와 같이, 제1 압력 센서(48)와 제2 압력 센서(54) 사이의 압력 변화에 기초하여 직접 충전 운전으로 이행하는 것이면, 도입측 밸브(34)의 개폐는 다양한 연산에 기초하여 행해져도 된다.
또한, 직렬 차압 충전 운전으로부터 직접 충전 운전으로 이행할 때의 도입측 밸브(34)의 개폐 제어의 다른 예로서, 제2 압력 센서(54)의 검출값 P2가 목표 압력 Pm보다도 작은 값인 설정값 Pd가 된 경우에, 컨트롤러(58)가 도입측 밸브(34)를 폐쇄하고, 제1 압축기(22)로부터 축압기(30)로의 수소 가스의 흐름을 차단해도 된다. 또한, 컨트롤러(58)는 목표 압력 Pm과 검출값 P2의 차분이 설정값이 되었는지 여부에 기초하여 도입측 밸브(34)의 개폐를 행해도 된다. 또한, 컨트롤러(58)는 목표 압력 Pm에 대한 검출값 P2의 비에 기초하여 도입측 밸브(34)의 개폐를 행해도 된다. 이와 같이, 목표 압력 Pm에 대한 제2 압력 센서(54)의 검출값의 변화에 기초하여 직접 충전 운전으로 이행하는 것이면, 도입측 밸브(34)의 개폐가 다양한 연산에 기초하여 행해져도 된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경, 개량 등이 가능하다. 예를 들어, 도 4에 도시한 바와 같이, 단락로(162)가 생략되어도 된다. 이 경우라도, 제1 압축기(22)가 축압기(30)에 직렬로 접속되므로, 도입측 밸브(34) 및 도출측 밸브(38)가 개방됨으로써, 축압기(30)로의 수소 가스의 도입이 가능해지고, 또한 축압기(30)로부터 디스펜서(12)로의 수소 가스의 도출이 가능해진다. 그 결과, 가스 공급 장치(10)의 운전 중에 있어서의 축압기(30) 내의 압력의 저하를 억제할 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 차량(14)이 반입된 시점에서 제1 압축기(22)가 스탠바이 상태인 경우에는, 반드시 차압 충전 운전이 행해질 필요는 없다.
상기 실시 형태에 있어서, 제1 압력 센서(48)가, 메인 유로(161)의 하류부(161a), 보다 구체적으로는 제1 압축기(22)와 제1 개폐 밸브(41) 사이에 배치되어도 된다. 이 경우, 제1 압력 센서(48)에 의해, 축압기(30)의 압력에 상당하는 압력이 측정된다. 또한, 제1 압력 센서(48)가 축압기(30)에 직접적으로 설치되어도 된다. 이 경우, 제1 압력 센서(48)는 축압기(30) 내의 압력을 검출하는 구성이 된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 도입 라인(18a) 및 도출 라인(18b)이 하나의 배관(18)으로 구성되어 있어도 된다. 이 경우, 당해 배관(18)에 개폐 밸브 등의 밸브 부재(39)가 설치된다.
상기 실시 형태에서는 제2 압축기(24) 및 저류 탱크(26)가 설치된 구성으로 하였지만, 이들을 생략하고, 가스 공급원(20)으로부터 제1 압축기(22)로 직접적으로 수소 가스가 보내져도 된다. 가스 공급 장치(10)는 차량 이외의 탱크 탑재 장치로의 수소 가스의 충전에 이용되어도 된다. 가스 공급 장치는 수소 가스 이외의 가스의 공급에 사용되어도 된다.
여기서, 상기 실시 형태에 대해 개략적으로 설명한다.
(1) 상기 실시 형태에서는 압축기가 축압기에 직렬로 접속됨으로써, 축압기로의 가스의 도입이 가능해지고, 또한 축압기로부터 충전 설비로의 가스의 도출이 가능해진다. 압축기가 가스를 공급함으로써, 가스 공급 장치의 운전 중에 축압기 내의 압력의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 축압기의 리커버리 시간을 단축할 수 있어, 다음의 탱크 탑재 장치로의 가스의 충전을 빠르게 개시할 수 있다.
(2) 상기 가스 공급 장치는 상기 축압기 내의 압력 또는 이것에 상당하는 압력을 검출하는 압력 검출부를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 제어 장치는 상기 압축기가 상기 가스 유통로로 가스를 송출할 때에, 상기 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 가스의 압력이 소정 압력으로 유지되도록 상기 압축기의 회전수를 제어해도 된다.
이 형태에서는 축압기 내의 압력의 저하를 보다 억제할 수 있다. 그 결과, 충전 설비로부터 차량으로의 가스의 공급 제어가 보다 용이해진다.
(3) 상기 가스 유통로가, 상기 도입 라인 및 상기 도출 라인을 포함하고, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 메인 유로와, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는 것이 가능해지도록, 상기 도입 라인과 상기 도출 라인을 단락하는 단락로를 구비해도 된다. 또한, 상기 충전 설비에는 다른 압력 검출부가 설치되어도 된다. 이 경우, 상기 제어 장치는, 상기 압력 검출부와 상기 다른 압력 검출부 사이의 압력 변화에 기초하여 상기 도입측 밸브를 폐쇄함과 함께, 상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어해도 된다.
이 형태에서는 압축기로부터 축압기로의 가스 유입을 차단한 상태에서, 압축기로부터 충전 설비로의 가스 공급을 직접적으로 행할 수 있다(직접 충전 운전). 이에 의해, 압축기로부터 송출된 가스의 전량이 충전 설비에 공급되게 되고, 충전 설비로부터 탱크 탑재 장치에 충전되는 가스의 유량(혹은 압력)이 확보된다.
(4) 상기 가스 유통로가, 상기 도입 라인 및 상기 도출 라인을 포함하고, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 메인 유로와, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는 것이 가능해지도록, 상기 도입 라인과 상기 도출 라인을 단락하는 단락로를 구비해도 된다. 또한, 상기 충전 설비에는 다른 압력 검출부가 설치되어도 된다. 이 경우, 상기 제어 장치는, 상기 충전 설비에 있어서의 가스의 목표 압력에 대한 상기 다른 압력 검출부의 검출값의 변화에 기초하여 상기 도입측 밸브를 폐쇄함과 함께, 상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어해도 된다.
이 형태에서는 압축기로부터 축압기로의 가스 유입을 차단한 상태에서, 압축기로부터 충전 설비로의 가스 공급을 직접적으로 행할 수 있다(직접 충전 운전). 이에 의해, 압축기로부터 송출된 가스의 전량이 충전 설비에 공급되게 되고, 충전 설비로부터 탱크 탑재 장치에 충전되는 가스의 유량(혹은 압력)이 확보된다.
(5) 상기 제어 장치는 상기 도입측 밸브를 폐쇄 상태로 함과 함께, 상기 도출측 밸브를 개방 상태로 하는 것을 가능하게 구성되어 있어도 된다. 이 형태에서는 차압 충전 운전에 의해 충전 설비로 가스를 공급할 수 있다.
(6) 가스 공급 장치는 가스 공급원의 가스를 압축하는 다른 압축기와, 상기 다른 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 저류 탱크를 더 구비해도 된다. 이 경우, 상기 압축기가 상기 저류 탱크의 가스를 흡입해도 된다.
이 형태에서는 다른 압축기로부터 토출된 가스를 저류 탱크에 저류하고, 이 저류된 가스를 압축기에 있어서 압축한다. 이로 인해, 압축기에 있어서의 압축비를 억제할 수 있다. 따라서, 압축기를 소형화할 수 있다.
(7) 상기 실시 형태는 상기 가스 공급 장치와, 상기 가스 공급 장치의 유출 단부에 접속된 충전 설비를 구비하고, 상기 충전 설비가 상기 가스 공급 장치로부터 공급된 수소 가스를 상기 탱크 탑재 장치에 충전하는 수소 스테이션이다.
(8) 상기 실시 형태는 가스 공급 장치에 의한 가스 공급 방법이며, 상기 가스 공급 장치가, 가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기의 하류에 배치되어, 탱크 탑재 장치로 가스를 충전하는 충전 설비로 가스를 공급하는 축압기와, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 가스 유통로를 구비하고, 상기 압축기로부터 상기 축압기에 가스를 도입하는 동시에, 상기 축압기로부터 상기 충전 설비에 가스를 도출하는 공정을 포함하는 가스 공급 방법이다.
상기 실시 형태에서는, 압축기가 축압기에 직렬로 접속됨으로써, 축압기로의 가스의 도입이 가능해지고, 또한 축압기로부터 충전 설비로의 가스의 도출이 가능해진다. 압축기가 가스를 공급함으로써, 가스 공급 장치의 운전 중에 축압기 내의 압력의 저하를 억제할 수 있다. 그 결과, 축압기의 리커버리 시간을 단축할 수 있어, 다음의 탱크 탑재 장치로의 가스의 충전을 빠르게 개시할 수 있다.
(9) 상기 가스 유통로가 상기 압축기보다도 하류에 배치되는 압력 검출부를 구비해도 된다. 이 경우, 상기 가스 공급 방법은 상기 압축기가 상기 가스 유통로로 가스를 송출할 때에, 상기 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 가스의 압력이 소정 압력으로 유지되도록 상기 압축기의 회전수를 제어해도 된다.
이 형태에서는, 축압기 내의 압력의 저하를 보다 억제할 수 있다. 그 결과, 충전 설비로부터 차량으로의 가스의 공급 제어가 보다 용이해진다.
(10) 상기 가스 공급 방법은 상기 압력 검출부와 상기 충전 설비에 설치된 다른 압력 검출부 사이의 압력 변화에 기초하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단해도 된다. 또한, 상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내도 된다.
이 형태에서는, 압축기로부터 축압기로의 가스 유입을 차단한 상태에서, 압축기로부터 충전 설비로의 가스 공급을 직접적으로 행할 수 있다(직접 충전 운전). 이에 의해, 압축기로부터 송출된 가스의 전량이 충전 설비에 공급되게 되고, 충전 설비로부터 탱크 탑재 장치에 충전되는 가스의 유량(혹은 압력)이 확보된다.
(11) 상기 가스 공급 방법에 있어서, 상기 충전 설비에 있어서의 가스의 목표 압력에 대한 상기 충전 설비에 설치된 다른 압력 검출부의 검출값의 변화에 기초하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단해도 된다. 이 경우, 상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내도 된다.
(12) 상기 가스 공급 방법에 있어서, 상기 압축기가 상기 도입 라인에 가스를 송출 가능한 상태가 되기 전에, 상기 축압기로부터 상기 충전 설비로 가스의 송출을 행해도 된다. 이 형태에서는, 충전 설비로 빠르게 가스를 공급할 수 있다.
(13) 상기 가스 공급 방법에 있어서, 가스 공급원의 가스를 압축하는 다른 압축기와, 상기 다른 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 저류 탱크를 더 구비하고, 상기 압축기가 상기 저류 탱크의 가스를 흡입해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시 형태에 따르면, 축압기 내의 가스 압력이 저하되는 것을 억제할 수 있다.

Claims (13)

  1. 가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기의 하류에 배치되어, 탱크 탑재 장치의 탱크로 가스를 충전하는 충전 설비로 가스를 공급하는 축압기와,
    상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 가스 유통로와,
    상기 축압기 내의 압력 또는 이것에 상당하는 압력을 검출하는 압력 검출부를 구비하고,
    상기 가스 유통로가,
    상기 압축기로부터 상기 축압기로 가스를 도입하는 도입 라인과,
    상기 축압기로부터 상기 충전 설비로 가스를 도출하는 도출 라인과,
    상기 도입 라인에 설치된 도입측 밸브와,
    상기 도출 라인에 설치된 도출측 밸브를 구비하고,
    가스 공급 장치는 상기 도입측 밸브 및 상기 도출측 밸브의 개폐를 제어하는 제어 장치를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 압축기로부터 상기 도입 라인을 통해 가스를 상기 축압기에 도입 가능한 상태가 되도록 상기 도입측 밸브를 개방하고, 또한, 상기 축압기로부터 상기 도출 라인을 통해 상기 충전 설비에 가스를 도출 가능한 상태가 되도록 상기 도출측 밸브를 개방하여, 상기 압축기를 구동하면서 상기 충전 설비에 가스를 공급하는 운전 모드를 실행하고,
    상기 운전 모드의 실행 중에 있어서, 상기 탱크가 최종 압력에 도달할 때까지 충전 도중에 있어서, 상기 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 축압기 내의 압력 또는 상기 축압기의 하류측의 압력이 설정 압력으로 유지되도록 상기 압축기의 회전수를 제어하는, 가스 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 유통로가,
    상기 도입 라인 및 상기 도출 라인을 포함하고, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 메인 유로와,
    상기 도입 라인과 상기 도출 라인을 단락하는 단락로를 구비하고,
    상기 충전 설비에는 다른 압력 검출부가 설치되고,
    상기 제어 장치는,
    상기 압력 검출부와 상기 다른 압력 검출부 사이의 압력 변화에 기초하여 상기 도입 라인을 폐쇄하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단하고,
    상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께 상기 단락로를 통해 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는, 가스 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 유통로가,
    서로 다른 라인인 상기 도입 라인 및 상기 도출 라인을 포함하고, 상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 메인 유로와,
    상기 도입 라인과 상기 도출 라인을 단락하는 단락로를 구비하고,
    상기 충전 설비에는 다른 압력 검출부가 설치되고,
    상기 제어 장치는,
    상기 충전 설비에 있어서의 가스의 목표 압력에 대한 상기 다른 압력 검출부의 검출값의 변화에 기초하여 상기 도입 라인을 폐쇄하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단하고,
    상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께 상기 단락로를 통해 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는, 가스 공급 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도입 라인 및 상기 도출 라인이 하나의 배관으로 구성되고, 상기 도입측 밸브 및 상기 도출측 밸브가 하나의 밸브 부재로 구성되고, 상기 제어 장치는 상기 운전 모드에 있어서 상기 하나의 밸브 부재를 개방 상태로 하는 것을 가능하게 구성되어 있는, 가스 공급 장치.
  6. 제1항에 있어서, 가스 공급원의 가스를 압축하는 다른 압축기와,
    상기 다른 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 저류 탱크를 더 구비하고,
    상기 압축기가 상기 저류 탱크의 가스를 흡입하는, 가스 공급 장치.
  7. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 가스 공급 장치와,
    상기 가스 공급 장치의 유출 단부에 접속된 충전 설비를 구비하고,
    상기 충전 설비가 상기 가스 공급 장치로부터 공급된 수소 가스를 상기 탱크 탑재 장치에 충전하는, 수소 스테이션.
  8. 가스 공급 장치에 의한 가스 공급 방법이며,
    상기 가스 공급 장치가,
    가스를 압축하는 압축기와,
    상기 압축기의 하류에 배치되어, 탱크 탑재 장치의 탱크로 가스를 충전하는 충전 설비로 가스를 공급하는 축압기와,
    상기 압축기, 상기 축압기 및 상기 충전 설비를 연결하는 가스 유통로와,
    상기 축압기 내의 압력 또는 이것에 상당하는 압력을 검출하는 압력 검출부를 구비하고,
    상기 가스 유통로가,
    상기 압축기로부터 상기 축압기로 가스를 도입하는 도입 라인과,
    상기 축압기로부터 상기 충전 설비로 가스를 도출하는 도출 라인과,
    상기 도입 라인에 설치된 도입측 밸브와,
    상기 도출 라인에 설치된 도출측 밸브를 구비하고,
    상기 도입 라인을 통해 상기 압축기로부터 상기 축압기에 가스를 도입 가능한 상태가 되도록 상기 도입측 밸브를 개방하고, 또한, 상기 도출 라인을 통해 상기 축압기로부터 상기 충전 설비에 가스를 도출 가능한 상태가 되도록 상기 도출측 밸브를 개방하여, 상기 압축기를 구동하면서 상기 충전 설비에 가스를 공급하는 운전 모드를 실행하고,
    상기 운전 모드에서는, 상기 탱크가 최종 압력에 도달할 때까지 충전 도중에 있어서, 상기 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 축압기 내의 압력 또는 상기 축압기의 하류측의 압력이 설정 압력으로 유지되도록 상기 압축기의 회전수를 제어하는 공정을 포함하는, 가스 공급 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서, 상기 압력 검출부와 상기 충전 설비에 설치된 다른 압력 검출부 사이의 압력 변화에 기초하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단하고,
    상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는, 가스 공급 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 충전 설비에 있어서의 가스의 목표 압력에 대한 상기 충전 설비에 설치된 다른 압력 검출부의 검출값의 변화에 기초하여 상기 압축기로부터 상기 축압기로의 가스의 흐름을 차단하고,
    상기 다른 압력 검출부의 검출 결과에 기초하여 상기 압축기의 회전수를 제어함과 함께, 상기 축압기를 통하지 않고 상기 압축기로부터 상기 충전 설비로 가스를 보내는, 가스 공급 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 도입 라인 및 상기 도출 라인이 하나의 배관으로 구성되고, 상기 도입측 밸브 및 상기 도출측 밸브가 하나의 밸브 부재로 구성되고,
    상기 운전 모드에 있어서 상기 하나의 밸브 부재를 개방 상태로 하여 상기 충전 설비로 가스의 송출을 행하는, 가스 공급 방법.
  13. 제8항에 있어서, 가스 공급원의 가스를 압축하는 다른 압축기와,
    상기 다른 압축기로부터 토출된 가스를 저류하는 저류 탱크를 더 구비하고,
    상기 압축기가 상기 저류 탱크의 가스를 흡입하는, 가스 공급 방법.


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