JP2010265945A - ガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】充填開始時から十分に冷却したガスを充填することが可能なガス供給システムを提供する。
【解決手段】水素カードル２と、水素カードル２からの水素ガスを冷却するプレクーラ８と、プレクーラ８で冷却後の水素ガスを放出して車両の車載水素容器へ充填するノズル３とを備えたガス供給システム１であって、プレクーラ８とノズル３との間のガス供給流路４またはノズル３に設けられた切替弁１１と、切替弁１１から分岐する回収ライン１２と、切替弁１１の駆動を制御する制御ユニット１３とを備え、制御ユニット１３は、切替弁１１を駆動させることにより、プレクーラ８からの配管４ａを回収ライン１２に連通させて回収ライン１２へ水素ガスを流した後に、プレクーラ８からの配管４ａをノズル３に連通させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガス供給対象に所定のガスを供給するガス供給システムに関する。

ガス供給システムとして、圧縮機ユニット、蓄圧器ユニット、ディスペンサー、水素ガス配管及び吸収式冷凍機を備え、圧縮機ユニットとディスペンサーとの間の水素ガス配管の一部を吸収式冷却機の蒸発器に導いて水素ガス配管内を流れる水素ガスを冷却するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２０２６１９号公報

上記のように、ガス供給システムにおいては、ガスを冷却することにより、充填時のガスの温度上昇を抑制し、高速充填を可能とするのが一般的である。
しかしながら、冷却手段の下流側に残留しているガスは、次回の充填時までに外気温によって暖められ、冷却手段による冷却効果が低減されてしまう。特に、外気温が高い場所や季節では、冷却効果が大きく低減してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、充填開始時から十分に冷却したガスを充填することが可能なガス供給システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のガス供給システムは、ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部で冷却されたガスを放出してガス供給対象へ充填する放出部とを備えたガス供給システムであって、前記冷却部と前記放出部との間の流路または前記放出部に設けられた切替弁と、前記切替弁から分岐する分岐流路と、前記切替弁の駆動を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記切替弁を駆動させることにより、前記冷却部からの流路を前記分岐流路に連通させて前記分岐流路へガスを流した後に、前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるものである。

かかる構成によれば、制御部が、冷却部からの流路を分岐流路に連通させてこの分岐流路へガスを流した後に、切替弁を駆動させて冷却部からの流路を放出部に連通させるので、充填開始時から冷却部によって十分に冷却されたガスをガス供給対象へ充填することができる。

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記冷却部から送り込まれるガスの温度が所定の第１充填開始閾値以下となった際に、前記切替弁を駆動させて前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるものでも良い。

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記制御部は、前記冷却部からのガスの送り込み時間が予め設定しておいた所定の第２充填開始閾値以上となった際に、前記切替弁を駆動させて前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるものでも良い。

本発明のガス供給システムによれば、充填開始時から十分に冷却したガスを充填することが可能となる。

ガスステーションの概略を示す構成図である。 本発明の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。 制御ユニットによる制御を説明するフローチャートである。 制御ユニットによる他の制御を説明するフローチャートである。 ガス供給システムの他の構成を説明する構成図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガス供給システムについて説明する。このガス供給システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池が搭載された燃料電池車両に対して燃料ガスである水素ガスを供給するガスステーションに適用されるものである。

図１及び図２に示すように、ガス供給システム１は、ガス供給対象である車両Ｓに水素ガスを供給するガスステーション１０内に設けられており、水素を貯蔵する水素カードル２（ガス供給源）と、水素ガスを供給対象である車両Ｓに搭載されている貯蔵タンクである車載水素容器に向け放出して充填するノズル３（放出部）と、これらを結ぶガス供給流路４とを有している。

ガス供給流路４には、水素カードル２側から順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して吐出する圧縮機６と、圧縮機６によって所定圧力まで昇圧された水素ガスを蓄えておく蓄圧器７と、ガス供給流路４を流れる水素ガスを冷却するプレクーラ（冷却部）８と、所定流量の水素ガスをノズル３へ送り出すディスペンサ部９とが設けられている。

ディスペンサ部９は、電磁式の切替弁１１を備えている。この切替弁１１は、ガス供給流路４に設けられており、この切替弁１１には、圧縮機６の上流側に繋がる回収ライン１２が接続されている。

この切替弁１１は、制御ユニット（制御部）１３に接続されており、この制御ユニット１３内の駆動信号生成部にて生成されて当該制御ユニット１３内の送信部から送信される駆動信号によって当該切替弁１１が駆動されることにより、切替弁１１とプレクーラ８との間の配管４ａが、切替弁１１の下流側の配管４ｂあるいは回収ライン１２のいずれかに連通される。また、切替弁１１とプレクーラ８との間の配管４ａには、温度センサ１４が設けられており、この温度センサ１４の検出信号は、制御ユニット１３内の受信部にて受信される。

上記のガス供給システム１では、ノズル３を車両Ｓの車載水素容器の充填口に接続した状態にてディスペンサ部９を作動させると、水素カードル２から圧縮機６で圧縮され蓄圧器７に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８によって予め冷却されてノズル３から車両Ｓの車載水素容器内へ充填される。

ところで、プレクーラ８の下流側の水素ガスは、次回の充填時までの間に外気温によって暖められてしまう。すると、水素ガスの充填開始時に、プレクーラ８による冷却効果が低減された状態の水素ガスが車両Ｓの車載水素容器へ充填されることとなる。
このため、ガスステーション１０である上記ガス供給システム１では、水素ガスの充填時に、水素ガスの温度に基づく温度モニタ制御を行っている。

次に、ガス供給システム１における温度モニタ制御について、図３に示すフローチャートに沿って説明する。

まず、充填作業者がノズル３を車両Ｓの充填口に接続し（ステップＳ０１）、ガスステーション１０側のディスペンサ部９を作動して水素ガスの充填開始操作を行う（ステップＳ０２）。

このようにすると、制御ユニット１３は、切替弁１１に所定の駆動信号を送信することによってガス供給流路４のプレクーラ８の下流側の配管４ａと回収ライン１２とを連通させ、これにより、配管４ａ内の水素ガスを回収ライン１２へ送り込み、圧縮機６の上流側へ戻す。このように、圧縮機６の上流側へ戻された水素ガスは、圧縮機６によって再び圧縮されて蓄圧器７へ送り込まれる（ステップＳ０３）。

制御ユニット１３内の判定部は、温度センサ１４からの検出信号に基づいて、プレクーラ８から供給される水素ガスの温度Ｔが予め設定されている閾値（第１充填開始閾値）以下であるかを判定し（ステップＳ０４）、水素ガスの温度Ｔがこの閾値以下でない場合（ステップＳ０４で「ＮＯ」）は、切替弁１１の状態をそのまま保持し、水素ガスの回収ライン１２への送り込みを継続する。

ここで、この閾値の温度は、ノズル３から車両Ｓの車載水素容器へ水素ガスを円滑に高速充填できる温度であり、プレクーラ８から切替弁１１までの配管４ａの径及び長さ、切替弁１１の下流側の配管４ｂの径及び長さ、設置場所あるいは季節などに応じて設定される。例えば、プレクーラ８での設定冷却温度が−２０℃である場合は、その温度よりは高めの−１５℃程度に設定される。

この温度判定の結果、水素ガスの温度Ｔが閾値以下であると判定部が判定したら（ステップＳ０４で「ＹＥＳ」）、制御ユニット１３は、切替弁１１に所定の駆動信号を送信して当該切替弁１１を駆動させ、ガス供給流路４のプレクーラ８の下流側の配管４ａをノズル３側へ切り替えることにより、プレクーラ８を介して送り込まれる水素ガスをノズル３へ送り込む。これにより、車両Ｓの車載水素容器へ水素ガスが充填される（ステップＳ０５）。

車両Ｓの車載水素容器が使用圧力になると、ノズル３の遮断弁が閉じ、水素ガスの充填が終了する（ステップＳ０６）。

以上に述べた実施形態に係るガス供給システム１によれば、制御ユニット１３が切替弁１１を駆動することによって、プレクーラ８からの配管４ａを回収ライン１２に連通させて回収ライン１２へ水素ガスを流した後に、プレクーラ８からの配管４ａをノズル３に連通させているので、充填開始時からプレクーラ８によって十分に冷却された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓの車載水素容器へ充填することができる。

これにより、プレクーラ８の下流側にて外気温によって暖まった水素ガスを車両Ｓの車載水素容器へ充填することによる冷却効果の低減を極力抑えることができる。

特に、制御ユニット１３が、プレクーラ８から送り込まれる水素ガスの温度Ｔが所定の閾値以下となった際に、切替弁１１を駆動させてプレクーラ８からの配管４ａをノズル３に連通させるので、良好なタイミングにて円滑に流路の切替を行うことができ、充填開始操作から充填開始までに係る時間を極力抑えつつ充填開始時から十分に冷却された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓの車載水素容器へ充填することができる。

なお、上記実施形態では、制御ユニット１３による充填時の制御を水素ガスの温度に基づいて行ったが、経過時間によって制御することもできる。
この経過時間制御では、切替弁１１を駆動させてガス供給流路４のプレクーラ８の下流側の配管４ａをノズル３側へ切り替えるタイミングを、制御ユニット１３内のタイマによって計時される充填開始後の経過時間に基づいて制御する。

具体的には、図４に示すように、制御ユニット１３は、充填作業者がノズル３を車両Ｓの充填口に接続し（ステップＳ０１）、ディスペンサ部９を作動して水素ガスの充填開始操作を行うと（ステップＳ０２）、内蔵しているタイマに基づいて充填開始操作からの時間をカウントする。

そして、回収ライン１２へ水素ガスを流した経過時間が予め設定されている閾値（第２充填開始閾値）以上であるかが判定部によって判定され（ステップＳ１４）、その判定の結果、経過時間がこの閾値以上でない場合（ステップＳ１４で「ＮＯ」）は、切替弁１１の状態がそのまま保持され、水素ガスの回収ライン１２への送り込みが継続される。

ここで、この閾値の時間は、例えば、プレクーラ８から切替弁１１までの配管４ａの径及び長さ、切替弁１１の下流側の配管４ｂの径及び長さ、設置場所あるいは季節などから設定されるもので、これらプレクーラ８から切替弁１１までの配管４ａ内の水素ガスが、プレクーラ８から送り込まれる水素ガスと十分に入れ替わり、ノズル３から車両Ｓの車載水素容器へ水素ガスを円滑に高速充填可能な温度まで冷却されていることが保証できる程度の時間に設定される。

そして、この経過時間判定の結果、充填開始操作後の経過時間が閾値以上である場合（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」）には、制御ユニット１３は、切替弁１１に所定の駆動信号を送信して当該切替弁１１を駆動させ、ガス供給流路４のプレクーラ８の下流側の配管４ａをノズル３側へ切り替えることにより、プレクーラ８を介して送り込まれる水素ガスをノズル３へ送り込む。これにより、車両Ｓの車載水素容器へ水素ガスが充填される（ステップＳ０５）。

なお、前述と同様に、車両Ｓの車載水素容器が使用圧力になると、ノズル３の遮断弁が閉じ、水素ガスの充填が終了する（ステップＳ０６）。

以上説明したとおり、この経過時間に基づく制御を行うガス供給システム１の場合も、制御ユニット１３が、切替弁１１を駆動させることによって、プレクーラ８からの配管４ａを回収ライン１２に連通させて回収ライン１２へ水素ガスを流した後に、プレクーラ８からの配管４ａをノズル３に連通させるので、充填開始時からプレクーラ８によって十分に冷却された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓの車載水素容器へ充填することができる。

これにより、プレクーラ８の下流側にて外気温によって暖まった水素ガスを車両Ｓの車載水素容器へ充填することによる冷却効果の低減を極力抑えることができる。

特に、制御ユニット１３が、プレクーラ８からの水素ガスの送り込み経過時間が所定の閾値以上となった際に、切替弁１１を駆動させてプレクーラ８からの配管４ａをノズル３に連通させるので、良好なタイミングにて円滑に流路の切替を行うことができ、充填開始操作から充填開始までにかかる時間を極力抑えつつ充填開始時から十分に冷却された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓの車載水素容器へ充填することができる。

なお、上記ガス供給システム１では、回収ライン１２を圧縮機６の上流側におけるガス供給流路４につないだが、この回収ライン１２を水素カードル２に接続し、回収する水素ガスを水素カードル２へ戻すようにしても良い。

また、図５に示すように、回収ライン１２に代えてフレームアレスタや水封装置等の逆火防止装置１６を備えた大気開放されている放出ライン１７を設けても良い。
この場合、充填開始操作後に切替弁１１を介して放出ライン１７へ送り込まれる水素ガスは、逆火防止装置１６を通過した後に大気に放出される。

なお、上記実施形態では、切替弁１１をディスペンサ部９におけるプレクーラ８とノズル３との間に設けた例について説明したが、本発明における切替弁１１の設置位置は、プレクーラ８の下流側であれば、ノズル３に近ければ近い方が好ましい。

したがって、切替弁１１は、配管４ｂの途中やノズル３内に設けてもよく、これらの場合には、プレクーラ８で冷却された水素ガスと、プレクーラ８からノズル３までの配管４ａ，４ｂ内に残留している水素ガスとの置換量が増大あるいは完全に置換されるので、より一層十分に冷却された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓの車載水素容器へ充填することが可能となる。

１…ガス供給システム、２…水素カードル（ガス供給源）、３…ノズル（放出部）、４ａ，４ｂ…配管（流路）、８…プレクーラ（冷却部）、１１…切替弁、１２…回収ライン（分岐流路）、１３…制御ユニット（制御部）、１７…放出ライン（分岐流路）、Ｓ…車両（ガス供給対象）。

Claims (3)

1. ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部で冷却されたガスを放出してガス供給対象へ充填する放出部とを備えたガス供給システムであって、
   前記冷却部と前記放出部との間の流路または前記放出部に設けられた切替弁と、
   前記切替弁から分岐する分岐流路と、
   前記切替弁の駆動を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記切替弁を駆動させることにより、前記冷却部からの流路を前記分岐流路に連通させて前記分岐流路へガスを流した後に、前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるガス供給システム。
2. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記制御部は、前記冷却部から送り込まれるガスの温度が所定の第１充填開始閾値以下となった際に、前記切替弁を駆動させて前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるガス供給システム。
3. 請求項１に記載のガス供給システムであって、
   前記制御部は、前記冷却部からのガスの送り込み時間が所定の第２充填開始閾値以上となった際に、前記切替弁を駆動させて前記冷却部からの流路を前記放出部に連通させるガス供給システム。

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