JP2013130218A - ガス供給方法およびガス供給装置 - Google Patents

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【課題】圧縮機を小型化しつつ蓄圧器の設計圧を低くできるガス充填装置を提供する。
【解決手段】ガス供給装置１は、圧縮機４と蓄圧器５とを備え、予め、タンク３の容積に応じて充填圧力と目標流量との関係を決定し、充填圧力を検出して目標流量を決定し、目標流量にしたがって、タンク３内に供給されるガスの流量を制御し、目標流量が圧縮機４の最大吐出量以下である場合には、圧縮機４のみからタンクにガスを供給し、目標流量が最大吐出量よりも多い場合には、圧縮機４および蓄圧器５をからタンクにガスを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンクへのガス供給方法およびガス供給装置に関する。
昨今、自動車の排気ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、浮遊粒子状物質（ＰＭ）などによる地球温暖化、大気汚染の影響が懸念されている。このため、従来のガソリン内燃機関型自動車にかわり、積載された燃料電池で水素と酸素の化学反応に基づく電気エネルギーを利用して駆動する燃料電池自動車（ＦＣＶ）への関心が高まっている。
燃料電池自動車は、上述した二酸化炭素を排出せず、他の有害物質も排出しない。また、燃料電池自動車は、ガソリン内燃機関型自動車よりもエネルギー効率に優れるなど、ガソリン内燃機関型自動車にない種々の利点を有している。
ところで、燃料電池自動車には、大別すると、水素ステーションから水素を補給するタイプのものと、水素以外の燃料を補給して車載改質器で水素を製造するタイプのものとがあるが、二酸化炭素（ＣＯ２）削減の効果等から、前者のほうが優位であるとみなされている。したがって、燃料電池自動車と、それに水素を補給するための水素ステーションの研究、開発が急がれている。
特許文献１に開示された充填システムステーションは、２つの緩衝容器と、コンプレッサとを備える。緩衝容器およびコンプレッサはそれぞれ、車両のタンクに接続される供給ラインに接続されている。タンクにガスを充填する際には、供給ラインを介して、緩衝容器およびコンプレッサのそれぞれからガスの供給が同時に行われる。
また、特許文献２には、タンクにガスを充填する際、最初に、瞬間的に加圧ガスを吹き込んで、タンクの内圧を測定し、タンクの圧力上昇速度を制御しながらガスを充填する方法が開示されている。
特表２０１０−５３４３０８号公報 特表２０１０−５２０９７７号公報
ところで、圧縮機のみを利用してタンクにガスを充填しようとすると、圧縮機からタンクに供給されるガスの流量を確保する必要があるため、圧縮機が大型化してしまう。また、蓄圧器のみを利用してタンクにガスを充填しようとすると、高圧のガスを蓄圧器内に貯留する必要があるため、蓄圧器の設計圧が高くなってしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、圧縮機を小型化しつつ蓄圧器の設計圧を低くできるガス充填装置を提供することを課題としている。
前記課題を解決するために、本発明によれば、圧縮機と、前記圧縮機と並列に配設され、前記圧縮機が圧縮したガスを貯留可能な畜圧器とを使用してタンクにガスを供給するガス供給方法は、前記圧縮機から前記タンクにガスを供給する前に、前記タンクに供給されるガスの圧力である充填圧力と前記タンクに供給されるガスの流量の目標値である目標流量との関係を決定する流量決定工程と、前記充填圧力を検出して前記目標流量を決定し、当該目標流量にしたがって、前記タンク内に供給されるガスの流量を制御する流量制御工程とを含み、前記流量制御工程において、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量以下である場合には、前記圧縮機のみから前記タンクにガスを供給し、前記目標流量が前記最大吐出量よりも多い場合には、前記圧縮機および前記蓄圧器から前記タンクにガスを供給する方法とする。
この方法によれば、主として圧縮機によりガスを供給するが、必要とされるガス供給量のピーク時には、蓄圧器からもガスを供給するため、圧縮機の容量が小さくて済み、圧縮機を小型化することができる。また、蓄圧器は、ピーク時の補助のみに使用されるので、容量が小さくてよく、設計圧を高くしなくてもよいので、耐圧のために構造が複雑化することもない。
また、本発明のガス供給方法において、前記目標流量が前記最大吐出量よりも大きい場合には、前記圧縮機から前記タンクに供給するガスの流量を一定とし、前記蓄圧器から前記タンクに供給するガスの流量を調整して、前記タンクに供給するガスの総流量を前記目標流量に一致させてもよい。
この方法によれば、圧縮機の能力を最大限に利用するので、蓄圧器の容量が大きくならず、小型で簡素な構造の蓄圧器を利用できる。
また、本発明によれば、タンクにガスを供給するガス供給装置は、前記タンクに供給するガスを圧縮する容量制御可能な圧縮機と、前記圧縮機と並列に配設され、前記圧縮機が圧縮したガスを貯留可能な蓄圧器と、前記蓄圧器から流出するガスの流量を調節する蓄圧器制御弁と、前記タンクに供給されるガスの流量を検出する流量計と、前記タンクに供給されるガスの圧力を検出する充填圧力計と、前記圧縮機の容量および前記蓄圧器制御弁の開度を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記圧縮機から前記タンクにガスを供給する前に、前記タンクに供給されるガスの圧力である充填圧力と前記タンクに供給されるガスの流量の目標値である目標流量との関係を決定し、前記充填圧力計が検出した圧力に基づいて前記目標流量を決定し、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量以下である場合には、前記蓄圧器制御弁を閉じて前記圧縮機のみから前記タンクにガスを供給させ、前記目標流量が前記最大吐出量よりも多い場合には、前記蓄圧器制御弁を開いて、前記圧縮機および前記蓄圧器から前記タンクにガスを供給させるものとする。
この構成によれば、圧縮機の能力を最大限に利用し、圧縮機の能力を超える部分だけ蓄圧器で補完するので、圧縮機および蓄圧器が大きくならない。また、蓄圧器の設計圧を高くする必要がなく、蓄圧器の構造を簡素化できる。
なお、前記圧縮機がその吐出側とその吸込側を導通する戻りラインを有し、その戻りラインに開度調整可能な容量調整弁が設けられ、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量に達したことを容量調整弁が全閉になったことによって判定するものであってもよい。また、前記圧縮機がその回転数を制御可能なものであり、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量に達したことを前記回転数が最大回転数になったことによって判定するものであってもよい。
また、本発明のガス供給装置において、前記蓄圧器を含む複数の蓄圧器を備え、前記複数の蓄圧器が互いに並列に配列され、互いに異なる圧力のガスを貯留し、前記制御装置は、前記充填圧力計が検出した圧力に応じて、前記蓄圧器のいずれか１つから前記タンクにガスを供給させてもよい。
この構成によれば、各蓄圧器の容量を小さくでき、一部の蓄圧器のみを高圧にすればよい。また、圧縮機の容量をより小さくすることも可能である。
また、本発明のガス供給装置において、前記圧縮機は、往復動圧縮機であってもよく、燃料電池自動車に搭載された車載タンクに適合するノズルを有してもよい。
以上のように、本発明によれば、必要とされるガス供給量のピーク時には、圧縮機を蓄圧器で補助するので、圧縮機の容量が小さくてよく、蓄圧器の容量も小さくてよい。このため、圧縮機を小型にすることや蓄圧器の設計圧を低くすることが可能である。
本発明の第１実施形態のガス供給装置の概略構成図である。 図１のガス供給装置によるガス供給の流れ図である。 図１のガス供給装置における充填圧力と目標流量との関係を例示する図である。 本発明の第２実施形態のガス供給装置の概略構成図である。 図４のガス供給装置における充填圧力と目標流量との関係を例示する図である。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１の実施形態に係るガス供給装置１を示す。ガス供給装置１は、主に、燃料電池自動車２の車載タンク３内に水素ガスを供給するための装置である。ガス供給装置１は、圧縮機４と、蓄圧器５と、クーラ６と、初期充填リザーバ７とを備える。
圧縮機４は、往復動圧縮機であり、圧縮機本体８と、圧縮機本体８を駆動する原動機であるモータ９とからなる。圧縮機本体８は、水素供給源から水素ガスを吸い込んで圧縮し、圧縮した水素ガスを供給ライン１０を介してクーラ６に供給する。
蓄圧器５は、クーラ６に対して圧縮機４と並列に配設され、供給ライン１０を介してクーラ６に接続されている。このため、供給ライン１０は、圧縮機４から吐出された水素ガスのみが通過する圧縮機専用部１０ａと、蓄圧器５に流入する水素ガスおよび蓄圧器５から流出する水素ガスのみが通過する蓄圧器専用部１０ｂと、圧縮機４からの水素ガスおよび蓄圧器５からの水素ガスの両方が通過する共用部１０ｃとからなる。
また、ガス供給装置１は、供給ライン１０の圧縮機専用部１０ａから分岐して圧縮機４の吸込流路に接続された戻りライン１１を有する。戻りライン１１は、開度調整可能な容量調整弁１２が設けられており、圧縮機本体８の吸入口と吐出口とを容量調整弁１２を介して接続している。この容量調整弁１２を開放することにより、圧縮機本体８から吐出された水素ガスの一部を圧縮機本体８の吸入口へと戻すことができる。これにより、圧縮機本体８から吐出されるガスの流量（圧縮機４の容量）を実質的に調整できる。
蓄圧装置５０は、蓄圧器５と、蓄圧器制御弁１３と、蓄圧圧力計１４とを備える。蓄圧器５は、圧縮機４が吐出した高圧の水素ガスを貯留する。蓄圧器５の近傍の蓄圧器専用部１０ｂには、開度調整可能な蓄圧器制御弁１３が設けられている。また、蓄圧器５には、蓄圧圧力計１４が接続されており、蓄圧圧力計１４は、蓄圧器５内の水素ガスの圧力Ｐｔを検出する。
供給ライン１０の共用部１０ｃには、供給遮断弁１５と水素ガスの流量Ｆｄを検出する流量計１６とが設けられている。クーラ６と燃料電池自動車２の車載タンク３とは、充填ライン１７およびフレキシブルホース１８で接続される。充填ライン１７には、充填遮断弁１９が設けられており、末端に設けた緊急離脱カプラ２０によってフレキシブルホース１８と接続される。緊急離脱カプラ２０は、フレキシブルホース１８の引張り強度よりも弱い脆弱部として形成され、フレキシブルホース１８が引っ張られて緊急離脱カプラ２０に大きな張力が加わると、２つの部位に分離して、充填ライン１７とフレキシブルホース１８とが切り離される。緊急離脱カプラ２０の上記２つの部位には、遮断弁が設けられ、タンク３および充填ライン１７から水素ガスが漏れ出すことが防止される。
また、充填ライン１７の充填遮断弁１９とカプラ２０との間からは、初期充填リザーバ７に接続する初期充填ライン２１が分岐している。さらに、充填ライン１７には、車載タンク３内の圧力と同視できる水素ガスの充填圧力Ｐｄを検出する充填圧力計２２が設けられている。初期充填ライン２１には、初期充填開閉弁２３が設けられている。フレキシブルホース１８の先端には、燃料電池自動車２の車載タンク３に適合したノズル２４が設けられている。
また、ガス供給装置１は、外気温度Ｔａを検出する温度計２５と、蓄圧圧力計１４、流量計１６、充填圧力計２２および温度計２５の検出信号が入力される制御装置２６とを有する。制御装置２６は、圧縮機４およびクーラ６の起動および停止を制御するとともに、容量調整弁１２、蓄圧器制御弁１３、供給遮断弁１５、充填遮断弁１９、初期充填開閉弁２３の開閉を制御する。
図２に、タンク２に水素ガスを充填する流れを示す図である。本実施形態では、ステップＳ１ないしステップＳ３が、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）を決定するために必要な流量決定工程である。そして、ステップＳ４ないしステップＳ１０が、車載タンク３に供給する水素ガスの流量を調整する流量制御工程である。ガス供給装置１は、水素ガスの充填に際し、先ず、ステップＳ１において、充填遮断弁１９が閉じられた状態で、初期充填開閉弁２３を所定の短時間だけ開放し、初期充填リザーバ７から高圧の水素ガスを瞬間的にタンク３に供給する（「パルス充填」と呼称する）。
そして、ステップＳ２において、制御装置２６により、パルス充填の際に取得された、温度計２５が検出した外気温度Ｔａ、充填圧力計２２が検出した充填圧力Ｐｄの上昇率に基づき、既知の方法により、車載タンク３の容積の推定値が求められる。
次いで、ステップＳ３において、導出された車載タンク３の容積、充填圧力計２２にて検出された圧力、温度計２５にて検出された外気温度に応じて、ＳＡＥ規格Ｊ２６０１に基づき、圧力上昇率と最終段階における圧力値が導出され、さらに、供給される予定の水素ガスの圧力に対する目標流量Ｑｓの関係が決定される。上述のとおり、このガス供給装置１では充填圧力計２２の検出した充填圧力Ｐｄを車載タンク３の内部の圧力として取り扱っているので、目標流量Ｑｓは、充填圧力Ｐｄから一意的に決定される値として、Ｑｓ（Ｐｄ）のように示すことができる。
図３に、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）の一例を示す。目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は、充填開始時から徐々に増加してゆき、充填終了時に向けて徐々に減少するように定められ、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）の最大流量Ｑ２は、車載タンク３の容積に応じて定められる。つまり、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は、車載タンク３の圧力（充填圧力Ｐｄ）の水素ガス充填開始時の圧力をＰ０、最終的に充填したい圧力をＰ２、それらの間の圧力をＰ１とすると、Ｑｓ（Ｐ０）＝Ｑｓ（Ｐ２）＝０、Ｑｓ（Ｐ１）＝Ｑ２となる曲線を描く。このように水素ガスの流量を調整することで、車載タンク３内の急激な温度上昇を抑えつつ、水素ガスを速やかに充填することができる。
なお、図３には、圧縮機４の最大吐出量Ｑ１（容量調整弁１２全閉時の流量）が図示され、対応する充填圧力Ｐｄの値をＰｖ１およびＰｖ２としている。目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１となる圧力Ｐｖ１およびＰｖ２の値は、車載タンク３の容積などによって変化する。なお、実際には、充填圧力Ｐｄに従って、わずかに最大吐出量Ｑ１は変化するが、ここでは簡単のため、最大吐出量Ｑ１を一定の値とする。
図２に戻ると、続いて、ステップＳ４において、供給遮断弁１５および充填遮断弁１９が開放され、圧縮機４にて圧縮された水素が、圧縮機４から車載タンク３に向って、送出される。制御装置２６は、流量計１６により検出される流量ＦｄをステップＳ３で決定された目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）に一致させるように、例えば流量Ｆｄと目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）との偏差をフィードバックするＰＩＤ制御によって、容量制御弁１２の開度を調整する。
具体的には、実測した流量Ｆｄが、その時点の充填圧力Ｐｄにおける目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）よりも多い場合には、圧縮機４から供給される水素ガスの流量を減少させるために、容量調整弁１２の開度が増大させられる。逆に、実際の流量Ｆｄが、その時点の目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）よりも低い場合には、圧縮機４から供給される水素ガスの流量を増加させるために、容量調整弁１２の開度が減少させられる。
次のステップＳ５において、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が、圧縮機４の最大吐出量Ｑ１に達するまで待機する。つまり、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１に達するまでは、容量調整弁１２によって容量調整される圧縮機４のみによって、車載タンク３に水素ガスが供給される。なお、最大吐出量Ｑ１は、圧縮機４による水素ガスの供給能力に応じて任意に設定されるものであり、圧縮機４の仕様書の値と同じである必要はない。なお、容量調整弁１２が全閉になること（容量調整弁１２に対して制御装置２６から全閉とする旨の指令が発せられること）を以って、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１に達したと判断される。
目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１に達すると、ステップＳ６に進んで、蓄圧器制御弁１３の開度制御を開始する。蓄圧器制御弁１３を開放すると、蓄圧器５に貯留されている水素ガスが、供給ライン１０に流入する。すなわち、ここでは、圧縮機４からの水素ガスの供給と、蓄圧器５からの水素ガスの供給が同時に行われる。蓄圧器制御弁１３の開度は、制御装置２６により、例えばＰＩＤ制御によって、流量計１６により検出される流量Ｆｄを目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）に一致させるように調整される。このとき、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は最大吐出量Ｑ１以上であるので、容量調整弁１２は全閉となっており、圧縮機４の吐出量は最大吐出量Ｑ１を維持する。つまり、流量Ｆｄの調整は、蓄圧器制御弁１３のみに依存する。
具体的には、実測した流量Ｆｄが、その時点の充填圧力Ｐｄにおける目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）よりも多い場合には、蓄圧器５から供給される水素ガスの流量を減少させるために、蓄圧器制御弁１３の開度が減少させられる。逆に、実際の流量Ｆｄが、その時点の目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）よりも少ない場合には、蓄圧器５から供給される水素ガスの流量を増加させるために、蓄圧器制御弁１３の開度が増大させられる。
図３に示したように、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は、蓄圧器制御弁１３の開度制御を開始した直後は、充填圧力の上昇に伴って増大するが、充填圧力ＰｄがＰ１に達したときに、最大値Ｑ２となり、その後は、充填圧力Ｐｄの上昇に伴って減少する。そこで、次のステップＳ７において、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大値Ｑ２を経て圧縮機４の最大吐出量Ｑ１まで減少するまで待機する。つまり、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１以下になるまでは、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）と最大吐出量Ｑ１との差分に相当する量の水素ガスが、蓄圧器制御弁１３を介して蓄圧器５から供給される。
目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１まで減少すると、ステップＳ８に進んで、蓄圧器制御弁１３を閉鎖して、その開度制御を終了する。
そして、ステップＳ９において、充填圧力Ｐｄが充填終了圧力Ｐ２に達するまで待機する。この間、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１以下であるので、実際の流量Ｆｄが目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）になるように、制御装置２６によって容量調整弁１２の開度が調整される。
充填圧力Ｐｄが充填終了圧力Ｐ２に達すると、ステップＳ１０において、圧縮機４の運転を停止して、水素ガスの供給を終了する。あるいは、圧縮機４の運転を継続し、供給遮断弁１５を閉鎖して、車載タンク３への水素ガスの供給を停止し、蓄圧器制御弁１３を開放して蓄圧器１３に水素ガスを供給する工程を開始してもよい。
以上のように、本実施形態のガス供給装置１は、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が圧縮機４の最大吐出量Ｑ１を超える場合にのみ、その最大吐出量Ｑ１を超える分の水素ガスを、蓄圧器５から供給する。ガス供給装置１では、圧縮機のみを有するガス供給装置に比べて、圧縮機４から供給される水素ガスの最大吐出量を抑えることができ、圧縮機４を小型化することができる。小容量の圧縮機４を採用することにより、ガス供給装置１を安価に提供できる。圧縮機４のみにて高圧の水素ガスが供給されることから、蓄圧器５内に貯留される水素ガスを過度に高圧とする必要がなく、蓄圧器５の設計圧を低く抑えることができる。その結果、蓄圧器５の構造を簡素化することができる。また、主として圧縮機４を使用して水素ガスを供給するため、蓄圧器５の容量も小さくて済む。
なお、上述のように、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は、車載タンク３の容積に応じて定められる。したがって、車載タンク３の容積が極めて小さい場合には、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）の最大値Ｑ２が圧縮機４の最大吐出量Ｑ１よりも少ない流量となる可能性がある。その場合には、蓄圧器５を使用せず、圧縮機４だけを使用して水素ガスを供給すればよい。
続いて、図４に、本発明の第２実施形態に係るガス供給装置１ａを示す。本実施形態の説明において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
本実施形態のガス供給装置１ａは、互いに並列に配列されてなる複数の蓄圧装置、すなわち、第１蓄圧装置５０ａと、第２蓄圧装置５０ｂと、第３蓄圧装置５０ｃと、を備える。第１蓄圧装置５０ａは、第１蓄圧器５ａと、第１蓄圧器制御弁１３ａと、蓄圧圧力計１４ａと、を有する。第２蓄圧装置５０ｂは、第２蓄圧器５ｂと、第２蓄圧器制御弁１３ｂと、蓄圧圧力計１４ｂと、を有する。第３蓄圧装置５０ｃは、第３蓄圧器５ｃと、第３蓄圧器制御弁１３ｃと、蓄圧圧力計１４ｃとを有する。第１蓄圧器５ａ、第２蓄圧器５ｂおよび第３蓄圧器５ｃは、互いに並列に配列され、それぞれ対応する第１蓄圧器制御弁１３ａ、第２蓄圧器制御弁１３ｂ、第３蓄圧器制御弁１３ｃを介して、供給ライン１０の蓄圧器専用部１０ｂに接続されている。また、第１ないし第３蓄圧器５ａ，５ｂ，５ｃには、対応する蓄圧圧力計１４ａ，１４ｂ，１４ｃが個々に設けられる。本実施形態において、第２蓄圧器５ｂには、第１蓄圧器５ａよりも高圧の水素ガスが貯留され、第３蓄圧器５ｃには、第２蓄圧器５ｂよりも高圧の水素ガスが貯留される。
また、本実施形態のガス供給装置１ａは、圧縮機４のモータ９にインバータ２７から電力が供給されるようになっている。制御装置２６は、インバータ２７の出力周波数を変更することで、圧縮機４の吐出量を調整する。
本実施形態でも、第１実施形態と同様に、車載タンク３の容積を推定して目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）を定め、先ず、圧縮機４のみから車載タンク３に水素ガスが供給される。そして、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１に達すると、先ず、第１蓄圧制御弁１３ａのみを開度制御する。なお、最大吐出量Ｑ１に対応する圧縮機４の回転数（最高回転数）に達したこと（インバータ２７、ひいては圧縮機４のモータ９に対して制御装置２６から最高回転数で回転とする旨の指令が発せられること）を以って、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１に達したと判断される。そして、充填圧力Ｐｄが上昇し、所定の第１切替圧力Ｐｓ１に達すると、第１蓄圧制御弁１３ａを閉鎖して、第２蓄圧制御弁１３ｂの開度制御を開始する。そして、充填圧力Ｐｄが更に上昇し、所定の第２切替圧力Ｐｓ２に達すると、第２蓄圧制御弁１３ｂを閉鎖して、第３蓄圧制御弁１３ｃの開度制御を開始する。
図５に、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）と第１切替圧力Ｐｓ１および第２切替圧力Ｐｓ２との関係を示す。本実施形態において、充填圧力Ｐｄが目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１になる圧力Ｐｖ１から第１切替圧力Ｐｓ１までの間は、第１蓄圧器５ａだけが圧縮機４の不足分の水素ガスを供給する。充填圧力Ｐｄが第１切替圧力Ｐｓ１から第２切替圧力Ｐｓ２までの間は、第２蓄圧器５ｂだけが圧縮機４を補助する。そして、充填圧力がＰｄが第２切替圧力Ｐｓ２から目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１になる圧力Ｐｖ２までの間は、第３蓄圧器５ｃだけが圧縮機４の補完を行う。
なお、本実施形態においても、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）は、車載タンク３の容積に応じて定められるので、目標流量Ｑｓ（Ｐｄ）が最大吐出量Ｑ１になる圧力Ｐｖ１およびＰｖ２は、車載タンク３の容積に応じて変化する。このため、圧力Ｐｖ１が第１切替圧力Ｐｓ１より高くなる場合には、第１蓄圧器５ａを使用せず、圧力Ｐｖ２が第２切替圧力Ｐｓ２より低くなる場合には、第３蓄圧器５ｃを使用しないようにするとよい。
本実施形態のように、複数の蓄圧器５ａ，５ｂ，５ｃを設けることで、それぞれの蓄圧器５ａ，５ｂ，５ｃの容量を小さくできる。また、各蓄圧器５ａ，５ｂ，５ｃの使用圧力範囲を異ならせることで、低圧の蓄圧器５ａ，５ｂの耐圧を低くして、安価に構成できる。高圧の蓄圧器５ｃも、容量が小さくて済むため、構造が簡単で安価になる。さらに、蓄圧器５ａ，５ｂ，５ｃの圧力変化が小さくなるので、流量制御の精度が高くなる。蓄圧器の数は２つでも４つ以上でもよい。
第１の実施形態では、インバータにより圧縮機本体８からの水素ガスの吐出量が制御されてもよい。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、容量調整弁を用いて圧縮機本体８からの水素ガスの吐出量が調整されてもよい。上記実施形態では、圧縮機４として、往復動圧縮機が使用されるが、イオニックコンプレッサなど他の形式の圧縮機が使用されてもよい。
１，１ａ…ガス供給装置
３…タンク
４…圧縮機
５，５ａ，５ｂ，５ｃ…蓄圧器
７…初期充填リザーバ
１２…容量調整弁
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…蓄圧器制御弁
２２…充填圧力計
２４…ノズル
２６…制御装置
２７…インバータ

Claims (8)

  1. 圧縮機と、前記圧縮機と並列に配設され、前記圧縮機が圧縮したガスを貯留可能な蓄圧器とを使用してタンクにガスを供給するガス供給方法であって、
    前記圧縮機から前記タンクにガスを供給する前に、前記タンクに供給されるガスの圧力である充填圧力と前記タンクに供給されるガスの流量の目標値である目標流量との関係を決定する流量決定工程と、
    前記充填圧力を検出して前記目標流量を決定し、当該目標流量にしたがって、前記タンク内に供給されるガスの流量を制御する流量制御工程とを含み、
    前記流量制御工程において、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量以下である場合には、前記圧縮機のみから前記タンクにガスを供給し、前記目標流量が前記最大吐出量よりも多い場合には、前記圧縮機および前記蓄圧器から前記タンクにガスを供給することを特徴とするガス供給方法。
  2. 前記目標流量が前記最大吐出量よりも大きい場合には、前記圧縮機から前記タンクに供給するガスの流量を一定とし、前記蓄圧器から前記タンクに供給するガスの流量を調整して、前記タンクに供給するガスの総流量を前記目標流量に一致させることを特徴とする請求項１に記載のガス供給方法。
  3. タンクにガスを供給するガス供給装置であって、
    前記タンクに供給するガスを圧縮する容量制御可能な圧縮機と、
    前記圧縮機と並列に配設され、前記圧縮機が圧縮したガスを貯留可能な蓄圧器と、
    前記蓄圧器から流出するガスの流量を調節する蓄圧器制御弁と、
    前記タンクに供給されるガスの流量を検出する流量計と、
    前記タンクに供給されるガスの圧力を検出する充填圧力計と、
    前記圧縮機の容量および前記蓄圧器制御弁の開度を制御する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記圧縮機から前記タンクにガスを供給する前に、前記タンクに供給されるガスの圧力である充填圧力と前記タンクに供給されるガスの流量の目標値である目標流量との関係を決定し、前記充填圧力計が検出した圧力に基づいて前記目標流量を決定し、前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量以下である場合には、前記蓄圧器制御弁を閉じて前記圧縮機のみから前記タンクにガスを供給させ、前記目標流量が前記最大吐出量よりも多い場合には、前記蓄圧器制御弁を開いて、前記圧縮機および前記蓄圧器から前記タンクにガスを供給させることを特徴とするガス供給装置。
  4. 前記圧縮機は、その吐出側とその吸込側とを導通する戻りラインを有し、該戻りラインに開度調整可能な容量調整弁が設けられ、
    前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量に達したことを、前記容量調整弁が全閉になったことによって判定することを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
  5. 前記圧縮機は、その回転数を制御可能なものであり、
    前記目標流量が前記圧縮機の最大吐出量に達したことを、前記回転数が最大回転数になったことによって判定することを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
  6. 前記蓄圧器を含む複数の蓄圧器を備え、
    前記複数の蓄圧器が互いに並列に配列され、互いに異なる圧力のガスを貯留し、
    前記制御部は、前記充填圧力計が検出した圧力に応じて、前記蓄圧器のいずれか１つから前記タンクにガスを供給させることを特徴とする請求項３に記載のガス供給装置。
  7. 前記圧縮機は、往復動圧縮機であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載のガス供給装置。
  8. 燃料電池自動車に搭載された車載タンクに適合するノズルを有することを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載のガス供給装置。
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