JP2011089620A - Gas filling device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス充填装置に係り、特に、高圧タンクの検査等に用いられるガス充填装置に関する。 The present invention relates to a gas filling device, and more particularly to a gas filling device used for inspection of a high-pressure tank.
従来、ヘリウムガスだけを検査ガスとして用いて高圧タンクのガス漏れ検査が行われることが知られている。この検査方法では、気密性の容器内に検査対象の高圧ガスタンクを収納した後、この高圧タンク内に圧縮機で昇圧されたヘリウムガスが設定圧力まで充填される。 Conventionally, it is known that a gas leak inspection of a high-pressure tank is performed using only helium gas as an inspection gas. In this inspection method, after storing a high-pressure gas tank to be inspected in an airtight container, the high-pressure tank is filled with helium gas pressurized by a compressor to a set pressure.
ヘリウムガスは高価なガスであるため、検査後に回収して繰り返し再利用される。検査に用いられるヘリウムガスに空気が混合されてヘリウム濃度が低下すると、高圧タンクの検査精度が悪くなる。そのため、高圧タンク内に存在する空気が検査ガスであるヘリウムガスに混合されないように、ガス充填前に高圧タンク内の空気をヘリウムガスに置換する作業が必要であり、その置換作業の分だけ検査時間が長くなっていた。また、この置換作業の過程では、一部のヘリウムガスが高圧タンク内の空気と廃棄されて無駄になり、ガス消耗費が発生していた。 Since helium gas is an expensive gas, it is recovered after inspection and reused repeatedly. When air is mixed with the helium gas used for inspection and the helium concentration is lowered, the inspection accuracy of the high-pressure tank is deteriorated. Therefore, it is necessary to replace the air in the high-pressure tank with helium gas before filling the gas so that the air present in the high-pressure tank is not mixed with the inspection gas helium gas. The time was getting longer. Further, in the process of this replacement work, some helium gas was wasted with the air in the high-pressure tank and wasted, resulting in gas consumption costs.
また、上記検査方法では、高圧タンクの設定圧力が例えば数十Ｍｐａと非常に高圧である場合、ヘリウムガスの昇圧は１回の圧縮工程では足りず、２段階の圧縮工程で行わなければならなかった。そのために、ヘリウムガスを一次昇圧する圧縮機とこの圧縮機から排出されたヘリウムガスを一時貯留するＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製の蓄圧器、および、この蓄圧器から供給されたヘリウムガスを二次昇圧する圧縮機および二次昇圧されたヘリウムガスを一時貯留するＦＲＰ製の蓄圧器を設けなければならず、大型の検査設備の設置スペースが必要になるとともに、設備導入費および修理や法令点検にかかる維持費が嵩むという問題もあった。 Further, in the above inspection method, when the set pressure of the high-pressure tank is very high, for example, several tens of MPa, the pressure of helium gas is not increased by one compression process, and must be performed in a two-stage compression process. It was. For this purpose, a compressor that primarily pressurizes the helium gas, an FRP (fiber reinforced plastic) accumulator that temporarily stores the helium gas discharged from the compressor, and the helium gas supplied from the accumulator are secondary A compressor for boosting pressure and an FRP pressure accumulator for temporarily storing secondary boosted helium gas must be installed, which requires installation space for large-scale inspection equipment, as well as equipment installation costs, repairs, and legal inspections. There is also a problem that such maintenance costs increase.
さらに、高圧タンクへのガス充填は所定温度、具体的には８５℃以下で行われなければならないことが法令で決められている。一般に気体は圧縮されることによって昇温することから、上記のように二次昇圧したヘリウムガスを蓄圧器から高圧タンクへ充填する場合には圧縮により昇温したヘリウムガスをガス冷却器で冷却したうえで高圧ガスタンク内に充填しなければならなかった。そのため、ガス冷却器（または「プレクーラ」ともいう。）の設備とその冷却のためのエネルギーコストも必要であった。 Furthermore, it is required by law that gas filling the high-pressure tank must be performed at a predetermined temperature, specifically 85 ° C. or less. In general, since the temperature of the gas is increased by being compressed, when the helium gas that has been secondarily increased as described above is charged from the accumulator to the high-pressure tank, the helium gas that has been increased in temperature by cooling is cooled by the gas cooler. In addition, the high-pressure gas tank had to be filled. Therefore, the equipment of the gas cooler (or “precooler”) and the energy cost for the cooling are also required.
なお、上記ヘリウムガスに代えて水素が検査ガスとして用いられることがある。この場合、水素がタンク内の空気と混合されると燃焼気体になることから、検査の安全性を確保するため高圧タンク内のガス置換作業を慎重かつ十分に行う必要があり、この場合においても検査時間が長くなるとともにガス消耗費が発生することになる。 Note that hydrogen may be used as the inspection gas instead of the helium gas. In this case, since hydrogen becomes a combustion gas when mixed with the air in the tank, it is necessary to perform the gas replacement work in the high-pressure tank carefully and sufficiently to ensure the safety of the inspection. As the inspection time becomes longer, gas consumption costs will be incurred.
ここで、本発明の関連文献として、特許文献１には、温度式膨張弁の感温制御部の気密検査機であって、アナライザー先端の吸入部分に液体窒素にて吸引したガス中の水分を吸着させることができる高感度ヘリウムリークディテクターによって、真空引きされたチャンバー内に収納された上記感温制御部からのヘリウムガスの洩れを検出することが記載されている。
Here, as a related document of the present invention,
また、特許文献２には、液化ガスを気化器において大気熱でガス化した常温の高圧ガスをガス容器に設定圧力まで充填するガス充填装置が開示されている。このガス充填装置では、液化ガス供給源から供給された液化ガスを貯留して、その一部を大気熱でガス化して昇圧するアキュムレータと、アキュムレータの蓄圧室でガス化した低温ガスを冷却ラインを介してアキュムレータの蓄圧室周囲の断熱空間部に流入させることにより液化ガスを貯留するアキュムレータの蓄圧室の冷却に利用すること、および、気化器において大気熱でガス化した高圧ガスが還流ラインを経てアキュムレータの蓄圧室に還流されて蓄圧室から気化器への液化ガスの送液を促進することが記載されている。
上記特許文献１の気密検査機は、検査対象物が温度式膨張弁の感温制御部という比較的小さいものであるため、それを収納する気密性のチャンバーも比較的小さいもので足りるが、大型の高圧タンクを収納する大きな気密性容器を真空引きするには大型のポンプが必要であり、かつ、その真空引きにも時間がかかるため、大型の高圧タンクの検査には適さない。また、特許文献１の気密検査機では、検査ガスとしてヘリウムガスだけを用いて行う上述したようなガス漏れ検査方法における高圧タンク内のガス置換作業等の問題を解消できない。
In the airtightness inspection machine of the above-mentioned
一方、特許文献２のガス充填装置では、液化ガスとしての液体酸素を気化器において大気熱で常温の酸素にガス化し、この常温の酸素を携帯タイプの医療用酸素ボンベに設定圧力まで充填することが例示されている。しかしながら、ガス容器が例えば燃料電池自動車用の高圧水素タンクのように設定圧力が非常に高圧の容器である場合には、何らの圧送手段を含まない特許文献２の構成では水素ガスを設定圧力まで充填することはできない。
On the other hand, in the gas filling device disclosed in
本発明の目的は、比較的簡単な構成として設備コストを抑制しながら検査対象等となる高圧タンクへのガス充填を迅速に行うことができるガス充填装置を提供することにある。 The objective of this invention is providing the gas filling apparatus which can perform the gas filling to the high-pressure tank used as a test object etc. rapidly, suppressing installation cost as a comparatively simple structure.
本発明に係るガス充填装置は、液化ガスを貯留する液化ガス貯留部と、液化ガス貯留部から液化ガスを圧送する圧送部と、圧送部により圧送された液化ガスを熱交換媒体との熱交換により気化させる気化器と、気化器とガス容器との間を接続して気化器で気化したガスをガス容器に充填するためのガス経路と、ガス経路を流れるガス流量を検出するガス流量検出部と、ガス容器内の圧力を検出する容器内ガス状態検出部と、気化器により気化したガスがガス容器内に設定圧力まで充填されるようにガス流量検出部および容器内ガス状態検出部による検出結果に基づいて圧送部および気化器の作動を制御する制御部と、を備える。 The gas filling device according to the present invention includes a liquefied gas storage unit that stores liquefied gas, a pressure feeding unit that pumps liquefied gas from the liquefied gas storing unit, and heat exchange of the liquefied gas pumped by the pumping unit with a heat exchange medium. Vaporizer to be vaporized, a gas path for connecting the vaporizer and the gas container to fill the gas container with gas vaporized by the vaporizer, and a gas flow rate detection unit for detecting the gas flow rate through the gas path And a gas state detector for detecting the pressure in the gas container, and a detection by the gas flow rate detector and the gas state detector in the container so that the gas vaporized by the vaporizer is filled to the set pressure in the gas container. And a control unit that controls the operation of the pumping unit and the vaporizer based on the result.
本発明に係るガス充填装置において、前記制御部からの指令に応じて前記ガス経路に検知ガスを供給する検知ガス供給部をさらに備えてもよい。 The gas filling apparatus according to the present invention may further include a detection gas supply unit that supplies a detection gas to the gas path in response to a command from the control unit.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記液化ガスは液体窒素であり、前記検知ガスは水素であり、前記制御部は、前記圧送部、気化器および検知ガス供給部を制御して、液化ガス貯留部から圧送部により液送される液体窒素を気化器で気化させた窒素をガス容器に設定圧力まで充填する途中で、前記検知ガス供給部から供給される所定量の水素をガス経路を介してガス容器に充填してもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, the liquefied gas is liquid nitrogen, the detection gas is hydrogen, and the control unit controls the pumping unit, the vaporizer, and the detection gas supply unit to liquefy the liquid. In the middle of filling the gas container up to the set pressure with nitrogen obtained by vaporizing liquid nitrogen fed from the gas reservoir by the pressure feed unit to the gas container, a predetermined amount of hydrogen supplied from the detection gas supply unit is passed through the gas path. The gas container may be filled through.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記液化ガスは液体窒素であり、前記検知ガスはヘリウムであり、前記制御部は、前記圧送部、気化器および検知ガス供給部を制御して、液化ガス貯留部から圧送部により液送される液体窒素を気化器で気化させた窒素をガス容器に設定圧力まで充填するのに先立って、前記検知ガス供給部から供給される所定量のヘリウムをガス経路を介してガス容器に充填してもよい。 In the gas filling device according to the present invention, the liquefied gas is liquid nitrogen, the detection gas is helium, and the control unit controls the pressure feeding unit, the vaporizer, and the detection gas supply unit to liquefy the liquefied gas. Prior to filling the gas container up to the set pressure with nitrogen obtained by vaporizing liquid nitrogen fed from the gas storage unit by the pressure feeding unit to the gas container, a predetermined amount of helium supplied from the detection gas supply unit is gasified. The gas container may be filled through a route.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記容器内ガス状態検出部はガス容器内の温度を検出する温度センサを含み、前記制御部は、前記温度センサによって検出される温度が所定温度を超えないように前記圧送部および気化器の作動を制御してもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, the in-container gas state detection unit includes a temperature sensor that detects a temperature in the gas container, and the control unit detects that the temperature detected by the temperature sensor exceeds a predetermined temperature. You may control the action | operation of the said pumping part and a vaporizer so that it may not exist.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記圧送部は液送ポンプからなり、前記制御部による作動制御は、前記液送ポンプについては回転数制御、前記気化器については前記熱交換媒体の流量および温度の少なくともいずれか一方の調整であってもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, the pressure feeding unit is composed of a liquid feeding pump, and the operation control by the control unit is a rotational speed control for the liquid feeding pump, and a flow rate of the heat exchange medium for the vaporizer. And / or adjustment of at least one of temperature.
また、本発明に係るガス充填装置において、気密性のハウジングであって内部の検知ガス濃度を検出する検知ガス濃度検出部が設けられたハウジング内に収納された前記ガス容器に、前記液化ガスを気化させたガスと検知ガスとを設定圧力まで充填して、ガス容器からのガス漏れを検査するガス容器検査設備に適用されてもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, the liquefied gas is introduced into the gas container housed in an airtight housing provided with a detection gas concentration detection unit for detecting the detection gas concentration inside. You may apply to the gas container test | inspection equipment which fills the vaporized gas and detection gas to preset pressure, and test | inspects the gas leak from a gas container.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記ガス経路にはガス流量調節部が設けられており、ガス流量調節部は、前記制御部からの指令に応じてガス経路を開閉または開度調節してもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, a gas flow rate adjusting unit is provided in the gas path, and the gas flow rate adjusting unit opens / closes or adjusts the opening degree of the gas path according to a command from the control unit. May be.
また、本発明に係るガス充填装置において、前記ガス経路にはガス容器に充填されるガスの温度および圧力を検出する充填ガス状態検出部が設けられており、前記制御部は、前記容器内ガス状態検出部によって検出される容器内の温度および圧力と前記充填ガス状態検出部によって検出される充填ガスの温度および圧力とに基づいて前記圧送部および気化器の作動を制御してもよい。 Further, in the gas filling device according to the present invention, the gas path is provided with a filling gas state detection unit for detecting the temperature and pressure of the gas filled in the gas container, and the control unit is configured to detect the gas in the container. The operation of the pressure feeding unit and the vaporizer may be controlled based on the temperature and pressure in the container detected by the state detection unit and the temperature and pressure of the filling gas detected by the filling gas state detection unit.
さらに、本発明に係るガス充填装置において、前記液化ガスは液体水素であり、前記ガス容器は燃料電池車両に搭載された水素タンクであり、水素供給ステーションにおいて用いられてもよい。 Furthermore, in the gas filling apparatus according to the present invention, the liquefied gas is liquid hydrogen, and the gas container is a hydrogen tank mounted on a fuel cell vehicle, and may be used at a hydrogen supply station.
本発明に係るガス充填装置によれば、液化ガス貯留部から圧送部によって圧送される液化ガスを気化器で熱交換により気化させてガス経路を介してガス容器に設定圧力まで充填する構成としたことで、充填ガスを昇圧するための圧縮機および蓄圧器、昇圧された充填ガスを冷却するためのガス冷却器等の機器を不要とすることができ、ガス充填装置の構成を比較的簡単なものにすることができる。これにより、ガス充填装置およびこれを用いたガス容器検査設備の設置スペース、設備導入費、および、設備点検維持費を低減することができる。 According to the gas filling device of the present invention, the liquefied gas pumped from the liquefied gas storage section by the pumping section is vaporized by heat exchange in the vaporizer, and the gas container is filled to the set pressure through the gas path. This eliminates the need for equipment such as a compressor and accumulator for boosting the filling gas, and a gas cooler for cooling the boosted filling gas, and the configuration of the gas filling device is relatively simple. Can be a thing. Thereby, the installation space of a gas filling apparatus and gas container inspection equipment using the same, equipment introduction cost, and equipment inspection maintenance cost can be reduced.
また、圧送された液化ガスを気化させる際に生じる急激な体積膨張を利用して装置内で高圧の充填ガスを発生させることができるから、ガス圧縮機を用いることなくガス容器に高圧の設定圧力まで迅速にガス充填を行うことができる。 In addition, since a high-pressure filling gas can be generated in the apparatus by utilizing the rapid volume expansion that occurs when the liquefied gas sent under pressure is vaporized, a high set pressure is applied to the gas container without using a gas compressor. Gas filling can be performed quickly.
さらに、制御部は、気化器により気化したガスがガス容器内に設定圧力まで充填されるようにガス流量検出部および容器内ガス状態検出部による検出結果に基づいて圧送部および気化器の作動を制御するから、ガス容器の充填状況を監視しながらガス充填操作を最適化することができる。 Furthermore, the control unit operates the pumping unit and the vaporizer based on the detection results of the gas flow rate detection unit and the in-container gas state detection unit so that the gas vaporized by the vaporizer is filled to the set pressure in the gas container. Since the control is performed, the gas filling operation can be optimized while monitoring the filling state of the gas container.
本発明に係るガス充填装置において、液化ガス貯留部に貯留される液化ガスを液体窒素、検知ガス供給部からガス経路に供給される検知ガスを水素またはヘリウムとし、ガス容器に充填される充填ガスを窒素リッチな混合ガスとすれば、水素およびヘリウムに比べて安価な窒素が大部分を占める混合ガスをガス容器用検査ガスとして用いることで、検査後にガス容器から放出された検査ガスを回収することなく廃棄するのを許容することができる。これにより、水素またはヘリウムだけを検査ガスとして用いてガス容器のガス漏れ検査を行う場合に必要であったガス容器内のガス置換作業が不要になり、ガス容器の検査時間を短縮できるとともに、ガス置換作業で発生していたガス消耗費についても解消される。 In the gas filling apparatus according to the present invention, the liquefied gas stored in the liquefied gas storage section is liquid nitrogen, the detection gas supplied from the detection gas supply section to the gas path is hydrogen or helium, and the filling gas filled in the gas container If the gas is a nitrogen-rich mixed gas, the test gas released from the gas container after the inspection is recovered by using, as the gas container inspection gas, a gas mixture that is mostly cheaper than hydrogen and helium. Can be allowed to dispose of without This eliminates the need for gas replacement work in the gas container, which was necessary when performing gas leak inspection of the gas container using only hydrogen or helium as the inspection gas, and shortens the inspection time of the gas container. It also eliminates the gas consumption costs that were incurred in the replacement work.
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.
図１は、本発明の一実施形態であるガス充填装置１０を含むガス容器検査設備１の構成を概略的に示す。ガス充填装置１０は、液化ガスを貯留する液化ガス貯留部１２と、液化ガス貯留部１２から液化ガスを圧送する液送ポンプ１４（圧送部）と、液送ポンプ１４により圧送された液化ガスを熱交換媒体との熱交換により気化させる気化器１６と、気化器１６と検査対象となるガスタンク１８との間を接続して気化器１６で気化したガスをガスタンク１８に充填するための例えば金属製配管からなるガス経路２０と、ガス経路２０を流れるガス流量を検出する流量計（ガス流量検出部）２２と、ガスタンク１８内の圧力および温度を検出するタンク内ガス状態検出部２８と、気化器１６により気化したガスがガスタンク内に設定圧力まで充填されるように流量計２２およびタンク内ガス状態検出部２８による検出結果に基づいて液送ポンプ１４および気化器１６の作動を制御する制御部３０と、を備える。
FIG. 1 schematically shows a configuration of a gas
また、ガス充填装置１０を含むガス容器検査設備１は、さらに、ガスタンク１８を気密状態で収納可能なハウジング３２を備える。ハウジング３２には、内部に収納されたガスタンク１８から漏出する検知ガス、例えば水素の濃度を検出するリークディテクタ（検知ガス濃度検出部）が設けられている。リークディテクタ３４には、市販または公知のどのようなものが用いられてもよいが、ガスタンク１８からハウジング３２内に漏れ出た少量の検知ガスを高精度に検出できるものであることが好ましい。
The gas
液化ガス貯留部１２は、コールドエバポレータタンク（「ＣＥタンク」とも称される。）が好適に用いられる。本実施形態では、液化ガス貯留部１２内に液化ガスとしての超低温の液体窒素（沸点−１９５．８℃）が貯留されている。ただし、本発明のガス充填装置は、窒素ガスの充填に限定されるものではなく、例えば水素、ヘリウム、酸素などのガスをガス容器に充填するために用いられる場合には、液体水素、液体ヘリウム、液体酸素などが液化ガス貯留部１２に貯留されることになる。
As the liquefied
液送ポンプ１４は、液化ガス貯留部１２に貯留された液体窒素を液体状態のまま気化器１６へと圧送するためのものである。液送ポンプ１４は、制御部３０からの指令に応じて作動が制御され、回転数を変更することにより吐出量や吐出圧を適宜に調節することができる。液体窒素を圧送可能な液送ポンプ１４として、最大吐出圧が１００Ｍｐａ以上である既製品を市場で入手することが可能である。
The
気化器１６は、液送ポンプ１４から圧送された液体窒素が流れる窒素流路３６とこれに隣接して設けられた温水流路３８との間で熱交換を行う熱交換器である。気化器１６において窒素流路３６を流れる液体窒素は、温水が流れる温水流路３８からの受熱により気化して窒素ガス（以下、適宜に「窒素」とだけいう。）となる。気化器１６からガス経路２０に供給される窒素の流量および圧力は、液送ポンプ１４の回転数制御に加えて、温水流路３８を流れる温水の流量および温度のいずれか一方または両方が制御部３０からの指令に応じて温水調整部４０により調整されることによって適宜に制御することができる。なお、本実施形態では気化器１６を流れる熱交換媒体が温水であるものとして説明するが、これに限定されるものではなく、例えば水蒸気、大気などの流体が熱交換媒体として用いられてもよい。
The
上記ガス経路２０は、検知ガス供給部４２が接続されている。検知ガス供給部４２は、制御部３０からの指令に応じて所定量の検知ガス、例えば水素（またはヘリウム）をガス経路２０に供給する。また、ガス経路２０には、上記流量計２２のほかに、調圧弁（ガス流量調節部）４４、温度計（充填ガス状態検出部）４６、圧力計（充填ガス状態検出部）４８、およびリリーフ弁５０が矢印Ａで示すガス流れ方向に沿って順に配置されている。
A detection
調圧弁４４には、例えば、パルスモータによって弁体が開閉駆動される電動式バルブが好適に用いられる。調圧弁４４は、制御部３０からの指令に応じてガス経路２０を開閉または開度調節することができる。これにより、ガス経路２０を介してガスタンク１８に充填されるガスの流量および圧力が制御される。このような調圧弁４４をガス経路２０に設けることで、ガスタンク１８に充填されるガス流量およびガス圧力をより正確にコントロールすることができる。
As the
なお、調圧弁４４は、充填ガスの流れ方向に関して流量計２２の下流側に設置されてもよい。また、調圧弁４４に代えて、開閉動作のみが可能な電磁式の開閉弁を用いてもよい。さらに、液送ポンプ１４および気化器１６の作動制御だけでガスタンク１８に所定の設定圧力までガス充填する場合には、調圧弁４４は省略されてもよい。
In addition, the
温度計４６および圧力計４８は、ガス経路２０を流れる充填ガスの温度および圧力を検出するものである。これらの温度計４６および圧力計４８によって検出された温度および圧力は、制御部３０に入力されて、液送ポンプ１４および気化器１６の作動制御、必要に応じて調圧弁４４の開度調節に用いられる。
The
リリーフ弁５０は、ガス経路２０を流れる充填ガスの圧力が異常に高くなったときに大気開放される安全弁である。また、リリーフ弁５０は、制御部３０からの指令に応じて開弁されることができ、検査終了後にガスタンク１８内の高圧ガスを大気に放出するための放出弁としても機能する。
The
ガスタンク１８内の圧力および温度を検出するタンク内ガス状態検出部２８は、温度センサ２４および圧力センサ２６によって構成されることができる。温度センサ２４および圧力センサ２６によって検出されるガスタンク１８内の温度および圧力は、制御部３０に入力されて、液送ポンプ１４および気化器１６の作動制御、必要に応じて調圧弁４４の開度調節に用いられる。なお、図１において温度センサ２４および圧力センサ２６は、ガスタンク１８の円筒状胴部辺りに示されているが、ガス経路２０の端部が接続されるガスタンク１８の口金部（図示せず）近傍に設置されてもよい。
The in-tank gas
次に、図２および３を参照して、上記構成からなるガス充填装置１０を含むガス容器検査設備１によるガスタンク１８の検査手順について説明する。図２はガス充填装置１０を含むガス容器検査設備１において実行されるガスタンクの検査手順を示すフローチャートであり、図３はガスタンク１８に対するガス充填、ガス漏れ検査、および充填ガス放出の過程でのガスタンク内の圧力および温度と充填ガスの温度とを時間との関係で概略的に示すグラフである。図３において、ガスタンク１８内の圧力が太い実線５２で示され、ガスタンク１８内の温度が細い実線５４で示され、ガス経路２０で検出される充填ガスの温度が一点鎖線５６で示され、法令で定められる高圧ガス充填時の上限温度８５℃が横方向に延びる破線５８で示されている。
Next, with reference to FIG. 2 and 3, the test | inspection procedure of the
図２に示される検査手順Ｓ１０〜Ｓ３８は、制御部３０に含まれるＣＰＵによるソフトウエア処理によって実行可能である。ただし、手順の一部がハードウエア資源によって実行されてもよい。
The inspection procedures S10 to S38 shown in FIG. 2 can be executed by software processing by a CPU included in the
検査を開始するに当たり、検査対象となるガスタンク１８がハウジング３２内に収納され、温度センサ２４および圧力センサ２６がタンク内に設置されてから、ガス経路２０がガスタンク１８の口金部に接続される。そして、ハウジング３２は、気密性が確保された状態に閉じられる。
In starting the inspection, the
検査が開始されると、まず、ステップＳ１０において、設備１およびガスタンク１８の初期温度および初期圧力が確認される。これらの初期温度および初期圧力は、設備１については温度計４６および圧力計４８による検出結果が、ガスタンク１８については温度センサ２４および圧力センサ２６による検出結果がそれぞれ用いられる。
When the inspection is started, first, in step S10, initial temperatures and initial pressures of the
次に、ステップＳ１２において、液送ポンプ１４および気化器１６を作動させるとともに、調圧弁４４を開弁させる。これにより、液化ガス貯留部１２から液体窒素が気化器１６に圧送され、気化器１６で気化した窒素がガス経路２０に調圧弁４４および流量計２２を介して送られる。そして、続くステップＳ１４において、ガス経路２０を流れる窒素の温度を確認する。この確認では、温度計４６によって検出される窒素の温度が、ガス充填に適した所定の氷点下温度範囲にあるか否かが判定される。窒素温度が所定の氷点下温度範囲に入っていない場合には、ステップＳ１６において気化器１６を流れる温水の流量や温度を調整する。具体的は、例えば、窒素の温度が低すぎる場合には、温水の流量を増加させるか、温水の温度を上昇させるか、又は、その両方を実行する。このような調整を行いながら窒素温度を確認するフィードバック制御が、窒素温度が所定範囲内の温度になるまで繰り返し実行される。
Next, in step S12, the
気化器１６の温水の流量等の調整によってガス経路２０を流れる窒素が所定温度範囲内であることが確認されると、続くステップＳ１８において、ガスタンク１８への窒素の充填を継続して実行する。このとき、制御部３０は、ガス経路２０を流れる窒素の温度および圧力と、ガスタンク１８内の温度および圧力を監視している。
When it is confirmed that the nitrogen flowing through the
ガスタンク１８への窒素充填が所定時間ｔ１だけ実行された後、ステップＳ２０において窒素の充填を一旦中断する。この中断は、液送ポンプ１４および気化器１６の作動を停止させることよって実行される。そして、この窒素充填の中断の間（図３中の時間期間ｔ２に相当）に、ステップＳ２２，２４において、検知ガス供給部４２から所定量の水素をガス経路２０に供給してガスタンク１８に充填する。この水素の量は、ガスタンク１８が所定の設定圧力（例えば７０Ｍｐａ）まで窒素が充填されたときにガスタンク１８内の水素濃度が例えば数％になる程度の少量で足りる。逆にいえば、充填完了時にガスタンク１８内に充填されている混合ガスのほとんどが多量の窒素で占められることになる。また、ガスタンク１８内に当初から入っていた空気中の酸素は、水素充填に先立って充填された窒素によって十分に希釈されて低濃度になっているため、検知ガスとして水素が少量充填されても燃焼する危険性はない。
After filling the
なお、検知ガスとしてヘリウムを用いた場合には、ヘリウムは可燃性ガスではないことから、ガスタンク１８への窒素充填に先立って、まず、少量のヘリウムをガスタンク１８に充填することができる。
When helium is used as the detection gas, since helium is not a combustible gas, a small amount of helium can be first filled in the
ガスタンク１８への水素充填を完了すると、ステップＳ２６において、液送ポンプ１４および気化器１６を作動させてガスタンク１８への窒素充填を再開する。このとき、ステップＳ２８において、温度計４６および流量計２２からの検出結果に基づいてガス経路２０を流れる窒素の温度と充填ガス流量とを確認するとともに、温度センサ２４および圧力センサ２６による検出結果に基づいてガスタンク１８内の温度および圧力を確認する。
When the hydrogen filling of the
ここで、ガスタンク１８のガス漏れ検査時に高圧の設定圧力までガス充填する作業は、タンク内温度が所定上限温度、具体的には８５℃以下で行わなければならないことが法令で規定されている。図３中の実線５４で示されるように、ガスタンク１８へのガス充填が進んでタンク内圧力が高くなるに連れてタンク内温度は上昇していく。タンク内温度が８５℃以下の状態を保ったまま窒素充填を完了できれば問題はない。しかし、充填される窒素の温度や流量によってはタンク内圧力が設定温度に到達する前に、タンク内温度が８５℃以上になることもあり得る。制御部３０は、ガス充填過程においてタンク内温度を常時監視し、ステップＳ３０において、タンク内圧力が設定圧力に到達前に８５℃を超えないように液送ポンプ１４の回転数制御、ならびに、気化器１６の温水の流量および温度の再調整を実行する。具体例としては、液送ポンプ１４の回転数を低下させて圧送される液体窒素量を減少させる、気化器１６の温水の流量や温度を落として充填される窒素ガスの温度や流量を低下させる、調圧弁４４の開度を小さくして充填される窒素の流量を絞る等が挙げられる。
Here, the law stipulates that the operation of filling the gas up to a high set pressure at the time of the gas leak inspection of the
なお、このようなステップＳ３０における調整は、タンク内温度を監視しながらガス充填完了まで継続して行ってもよいし、あるいは、ステップＳ２８の確認時点でのタンク内圧力、タンク内温度、それまでのガス充填量、そのときのガス経路２０内の窒素の温度や圧力等に基づいて設定圧力到達時のタンク内温度を予測し、その予測温度が８５℃を超えないような作動条件を選択して液送ポンプ１４、気化器１６および調圧弁４４を制御してもよい。上記のようなタンク内温度の予測およびそれに応じた作動条件の選択は、制御部３０に含まれるＲＯＭ等の記憶装置に予め記憶された経験値、実験値、シュミレーション値等を参照することによって可能となる。
The adjustment in step S30 may be continuously performed until the gas filling is completed while monitoring the temperature in the tank. Alternatively, the pressure in the tank, the temperature in the tank at the time of confirmation in step S28, and so on. Based on the gas filling amount and the temperature and pressure of nitrogen in the
それから、ステップＳ３２において、ガスタンク１８内の圧力が上記設定圧力になるまで窒素の充填を継続し（図３中の時間期間ｔ３に相当）、ステップＳ３４において、上記設定圧力に到達したことが確認されると液送ポンプ１４および気化器１６を作動停止させるとともに調圧弁４４を閉弁して、ガスタンク１８へのガス充填を完了する。
Then, in step S32, nitrogen filling is continued until the pressure in the
ガスタンク１８へのガス充填が完了した後、ステップＳ３６において、リークディテクタ３４によってハウジング３２内の水素濃度が所定時間ｔ４にわたって測定され、測定結果が制御部３０に入力される。制御部３０は、リークディテクタ３４による測定結果に基づきガスタンク１８の良否を判定する。
After the gas filling of the
そして、リークディテクタ３４による測定が終了すると、ステップＳ３８において、リリーフ弁５０が開弁されることによってガスタンク１８に充填されていた検査ガスが大気に放出される（図３中の時間期間ｔ５に相当）。これにより、ガスタンク１８のガス漏れ検査が終了する。
When the measurement by the
上記のように、本実施形態にガス充填装置１０によれば、液化ガス貯留部１２から液送ポンプ１４によって圧送される液体窒素を気化器１６で熱交換により気化させて低温高圧の窒素ガスを発生させ、その窒素ガスをガス経路２０を介してガスタンク１８に設定圧力まで充填する構成としたことで、充填ガス昇圧用の圧縮機および蓄圧器や、昇圧された充填ガスを冷却するためのガス冷却器等の機器を不要とすることができ、ガス充填装置１０の構成を比較的簡単なものにすることができる。これにより、ガス充填装置１０およびこれを用いたガス容器検査設備１の設置スペース、設備導入費、および、設備点検維持費を低減することができる。
As described above, according to the
また、圧送された液体窒素を気化させる際に生じる約７００倍という急激な体積膨張を利用して装置１０内で高圧の窒素ガスを発生させることができるから、ガス圧縮機を用いることなくガスタンク１８に高圧の設定圧力まで迅速にガス充填を行うことができる。
Further, since the high-pressure nitrogen gas can be generated in the
さらに、制御部３０は、気化器１６により気化した窒素ガスがガスタンク１８内に設定圧力まで充填されるように、流量計２２、温度計４６、圧力計４８およびタンク内ガス状態検出部２８による検出結果に基づいて液送ポンプ１４および気化器１６の作動を制御するから、ガスタンク１８の充填状況を監視しながらガス充填操作中の窒素ガスの温度や流量等を最適化することができる。
Further, the
さらにまた、窒素は、市場価格が水素に比べて約半分、ヘリウムに比べて約２０分の１と安価であり、このような安価な窒素がほとんどを占める混合ガスをガスタンク１８の検査ガスとして用いることで、検査後にガスタンク１８から放出された検査ガスを回収することなく廃棄するのを許容することができる。これにより、水素またはヘリウムだけを検査ガスとして用いてガスタンク１８のガス漏れ検査を行う場合に必要であったガスタンク１８内のガス置換作業が不要になり、ガスタンク１８の検査時間を短縮できるとともに、ガス置換作業で発生していたガス消耗費についても解消される。
Furthermore, the market price of nitrogen is about half that of hydrogen and about one-twentieth that of helium, and such a mixed gas occupying most of nitrogen is used as an inspection gas for the
上記実施形態では、ガス充填装置をガス容器検査設備に適用した例について説明したが、本発明に係るガス充填装置はこの用途に限定されるものではなく、種々の液化ガスから気化させたガスをガス容器に設定圧力まで充填するのに広く適用可能である。 In the above embodiment, the example in which the gas filling device is applied to the gas container inspection facility has been described. However, the gas filling device according to the present invention is not limited to this application, and gas vaporized from various liquefied gases can be used. Widely applicable to filling gas containers up to set pressure.
例えば、図４に示すように、ガス充填装置１０ａは、燃料電池自動車２に搭載された水素タンク１８ａに水素を充填する水素供給ステーションにおいて用いられてもよい。このガス充填装置１０ａは、液化ガス貯留部１２に液体水素（沸点−２５３℃）が貯留されていることと、検知ガス供給部４２およびリリーフ弁５０が設けられていないことを除いて上記実施形態のガス充填装置１０と同じ構成を有しており、同一または類似の要素に同一または類似の符合を付して詳細な説明を省略する。
For example, as shown in FIG. 4, the
１ ガス容器検査設備、２ 燃料電池自動車、１０，１０ａ ガス充填装置、１２液化ガス貯留部、１４ 液送ポンプ、１６ 気化器、１８ ガスタンク、１８ａ 水素タンク、２０ ガス経路、２２ 流量計、２４ 温度センサ、２６ 圧力センサ、２８ タンク内ガス状態検出部、３０ 制御部、３２ ハウジング、３４ リークディテクタ、３６ 窒素流路、３８ 温水流路、４０ 温水調整部、４２ 検知ガス供給部、４４ 調圧弁、４６ 温度計、４８ 圧力計、５０ リリーフ弁。 1 Gas container inspection equipment, 2 Fuel cell vehicle, 10, 10a Gas filling device, 12 Liquefied gas reservoir, 14 Liquid feed pump, 16 Vaporizer, 18 Gas tank, 18a Hydrogen tank, 20 Gas path, 22 Flow meter, 24 Temperature Sensor, 26 Pressure sensor, 28 Tank gas state detection unit, 30 Control unit, 32 Housing, 34 Leak detector, 36 Nitrogen flow channel, 38 Hot water flow channel, 40 Hot water adjustment unit, 42 Detected gas supply unit, 44 Pressure regulating valve, 46 thermometer, 48 pressure gauge, 50 relief valve.
Claims (10)
液化ガス貯留部から液化ガスを圧送する圧送部と、
圧送部により圧送された液化ガスを熱交換媒体との熱交換により気化させる気化器と、
気化器とガス容器との間を接続して気化器で気化したガスをガス容器に充填するためのガス経路と、
ガス経路を流れるガス流量を検出するガス流量検出部と、
ガス容器内の圧力を検出する容器内ガス状態検出部と、
気化器により気化したガスがガス容器内に設定圧力まで充填されるようにガス流量検出部および容器内ガス状態検出部による検出結果に基づいて圧送部および気化器の作動を制御する制御部と、
を備えるガス充填装置。 A liquefied gas storage section for storing liquefied gas; and
A pumping unit for pumping liquefied gas from the liquefied gas storage unit;
A vaporizer for vaporizing the liquefied gas pumped by the pumping section by heat exchange with the heat exchange medium;
A gas path for connecting the vaporizer and the gas container and filling the gas container with the gas vaporized by the vaporizer; and
A gas flow rate detection unit for detecting the flow rate of gas flowing through the gas path;
An in-container gas state detector for detecting the pressure in the gas container;
A control unit for controlling the operation of the pressure feeding unit and the vaporizer based on the detection result by the gas flow rate detection unit and the gas state detection unit in the container so that the gas vaporized by the vaporizer is filled to the set pressure in the gas container;
A gas filling device comprising:
前記制御部からの指令に応じて前記ガス経路に検知ガスを供給する検知ガス供給部をさらに備えることを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1,
A gas filling device, further comprising a detection gas supply unit that supplies a detection gas to the gas path in response to a command from the control unit.
前記液化ガスは液体窒素であり、前記検知ガスは水素であり、前記制御部は、前記圧送部、気化器および検知ガス供給部を制御して、液化ガス貯留部から圧送部により液送される液体窒素を気化器で気化させた多量の窒素をガス容器に設定圧力まで充填する途中で、前記検知ガス供給部から供給される少量の水素をガス経路を介してガス容器に充填することを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 2, wherein
The liquefied gas is liquid nitrogen, the detection gas is hydrogen, and the control unit controls the pressure feeding unit, the vaporizer, and the detection gas supply unit, and is fed from the liquefied gas storage unit by the pressure feeding unit. The gas container is filled with a small amount of hydrogen supplied from the detection gas supply unit through the gas path while filling a gas container with a large amount of nitrogen obtained by vaporizing liquid nitrogen with a vaporizer to a set pressure. Gas filling device.
前記液化ガスは液体窒素であり、前記検知ガスはヘリウムであり、前記制御部は、前記圧送部、気化器および検知ガス供給部を制御して、液化ガス貯留部から圧送部により液送される液体窒素を気化器で気化させた多量の窒素をガス容器に設定圧力まで充填するのに先立って、前記検知ガス供給部から供給される少量のヘリウムをガス経路を介してガス容器に充填することを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 2, wherein
The liquefied gas is liquid nitrogen, the detection gas is helium, and the control unit controls the pressure feeding unit, the vaporizer, and the detection gas supply unit, and is fed from the liquefied gas storage unit by the pressure feeding unit. Prior to filling a gas container with a large amount of nitrogen obtained by vaporizing liquid nitrogen with a vaporizer to a set pressure, the gas container is filled with a small amount of helium supplied from the detection gas supply unit via a gas path. A gas filling device characterized by the above.
前記容器内ガス状態検出部はガス容器内の温度を検出する温度センサを含み、前記制御部は、前記温度センサによって検出される温度が所定温度を超えないように前記圧送部および気化器の作動を制御することを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1,
The in-container gas state detection unit includes a temperature sensor that detects a temperature in the gas container, and the control unit operates the pumping unit and the vaporizer so that the temperature detected by the temperature sensor does not exceed a predetermined temperature. The gas filling device characterized by controlling.
前記圧送部は液送ポンプからなり、前記制御部による作動制御は、前記液送ポンプについては回転数制御、前記気化器については前記熱交換媒体の流量および温度の少なくともいずれか一方の調整であることを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1 or 5,
The pressure feeding unit is a liquid feeding pump, and the operation control by the control unit is rotation speed control for the liquid feeding pump, and adjustment of at least one of the flow rate and temperature of the heat exchange medium for the vaporizer. A gas filling device characterized by that.
気密性のハウジングであって内部の検知ガス濃度を検出する検知ガス濃度検出部が設けられたハウジング内に収納された前記ガス容器に、前記液化ガスを気化させたガスと検知ガスとを設定圧力まで充填して、ガス容器からのガス漏れを検査するガス容器検査設備に適用されることを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 2, wherein
A gas pressure in which the liquefied gas is vaporized and a detection gas are set to a set pressure in the gas container housed in an airtight housing and provided with a detection gas concentration detection unit for detecting the detection gas concentration inside. The gas filling device is applied to a gas container inspection facility for inspecting gas leakage from the gas container.
前記ガス経路にはガス流量調節部が設けられており、ガス流量調節部は、前記制御部からの指令に応じてガス経路を開閉または開度調節することを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1,
The gas filling device according to claim 1, wherein a gas flow rate adjusting unit is provided in the gas path, and the gas flow rate adjusting unit opens or closes or adjusts an opening degree of the gas route according to a command from the control unit.
前記ガス経路にはガス容器に充填されるガスの温度および圧力を検出する充填ガス状態検出部が設けられており、前記制御部は、前記容器内ガス状態検出部によって検出される容器内の温度および圧力と前記充填ガス状態検出部によって検出される充填ガスの温度および圧力とに基づいて前記圧送部および気化器の作動を制御することを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 5, wherein
The gas path is provided with a filling gas state detection unit for detecting the temperature and pressure of the gas filled in the gas container, and the control unit detects the temperature in the container detected by the in-container gas state detection unit. And a pressure and a temperature and pressure of the filling gas detected by the filling gas state detection unit to control the operation of the pumping unit and the vaporizer.
前記液化ガスは液体水素であり、前記ガス容器は燃料電池車両に搭載された水素タンクであり、水素供給ステーションにおいて用いられることを特徴とするガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1,
The gas filling apparatus, wherein the liquefied gas is liquid hydrogen, and the gas container is a hydrogen tank mounted on a fuel cell vehicle, and is used in a hydrogen supply station.
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