JP4326715B2 - ガス充填装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス充填装置及び方法に関し、詳しくは、液化ガス貯槽内に貯留した液化ガスを、昇圧ポンプを使用せずに昇圧してガス容器に充填する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のガス充填装置の一例を示す系統図である。このガス充填装置は、ガス充填部１１に供給するガスを液状で貯留する液化ガス貯槽１２と、該液化ガス貯槽１２から導出した低温液化ガスを所要圧力に圧縮する往復動式の液化ガスポンプ１３と、該液化ガスポンプ１３で圧縮された低温液化ガスを大気空気等の熱源で蒸発させる蒸発器１４とを有しており、該蒸発器１４で蒸発したガスを前記ガス充填部１１に供給して各ガス容器１５，１６内に所定圧力で充填するように形成されている。
【０００３】
なお、ガス充填部１１に供給するガスを所要圧力に昇圧する手段として、前記液化ガスポンプ１３に代えて、蒸発後のガスを昇圧するガス圧縮機を使用することもできるが、供給するガス量が同じ場合、ガス圧縮機は液化ガスポンプに比べて大型になり、圧縮動力が嵩むとともに設置スペースも大きくなり、さらに騒音も大きいことから、その採用は限定的であり、ガス供給量が少量のときや供給圧力が低いときに採用されるのみである。すなわち、ガス供給量が多い場合や、供給圧力が１０ＭＰａ程度以上の場合は、昇圧手段として液化ガスポンプが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、液化ガスポンプにおいても、ガス圧縮機に比べて音量が小さいとはいえ、設置場所によっては、その駆動部から発生する騒音が問題となることがあり、また、定期的な分解を伴うメンテナンスを行う必要があるという問題がある。
【０００５】
さらに、液化ガスポンプは、吸入圧力が高いほど昇圧をスムーズに行えるため、液化ガス貯槽１２と液化ガスポンプ１３とに高低差を設けておくことが好ましいが、液化ガス貯槽１２が小型の可搬式液化ガス貯槽である場合は、高低差を稼ぐことができないので、その結果、液化ガスポンプの性能を十分に引き出せずに液化ガスの圧縮効率が低下することになってしまう。
【０００６】
そこで本発明は、昇圧手段に供給される低温液化ガスの圧力が低くても十分な昇圧性能を有し、駆動音等の騒音も発生しない静かな昇圧手段を使用したガス充填装置及び方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のガス充填装置は、液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを所定圧力に昇圧してガス容器に充填する装置であって、低温液化ガスを貯留する液化ガス貯槽と、該液化ガス貯槽から導出した低温液化ガスを一時貯留する加圧槽と、該加圧槽から導出した低温液化ガスを蒸発させて加圧槽内に再導入することによって加圧槽内を加圧する加圧蒸発器と、加圧槽から導出した前記低温液化ガスを蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発したガスをガス容器に充填するガス充填部と、前記加圧槽内に貯留した低温液化ガス量を測定する測定手段とを備え、前記測定手段は、前記ガス充填部におけるガス容器の容量、本数及び圧力を入力することにより、加圧槽内に貯留すべき低温液化ガス量を算出する演算手段を備えていることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のガス充填方法は、液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを所定圧力に昇圧してガス容器に充填する方法であって、液化ガス貯槽内に貯留されている低温液化ガスを導出して加圧槽に導入するに当たり、前記ガス容器に充填するガスの総量及び圧力から必要とする液化ガス量を算出して導入するとともに、該加圧槽から導出した低温液化ガスを加圧蒸発器に導入して蒸発させた後、加圧槽内に再導入することによって加圧槽内を加圧し、加圧された低温液化ガスを加圧槽から導出して蒸発器により全量蒸発させ、蒸発後のガスをガス充填部で前記ガス容器に充填することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のガス充填装置の一形態例を示す系統図である。このガス充填装置は、ガス充填部２１でガス容器２２，２３に充填するためのガスを低温液化ガスの状態で貯留する液化ガス貯槽２４と、該液化ガス貯槽２４から導出した低温液化ガスを一時貯留する加圧槽２５と、該加圧槽２５から導出した低温液化ガスを蒸発させて加圧槽２５内に再導入することによって加圧槽２５内を加圧する加圧蒸発器２６と、加圧槽２５から導出した前記低温液化ガスを蒸発させる蒸発器２７と、前記加圧槽２５内に貯留した低温液化ガス量を測定する測定手段としてのロードセル２８とを備えており、前記蒸発器２７で蒸発したガスを、前記ガス充填部２１に供給して各ガス容器２２，２３にそれぞれ充填するように形成している。
【００１０】
前記液化ガス貯槽２４と前記加圧槽２５とは、切換弁３１、送液元弁３２を備えた配管３３で接続されており、切換弁３１と送液元弁３２との間及び送液元弁３２と加圧槽２５との間には、低温液化ガスを液封したときの安全対策として安全弁３４，３５がそれぞれ設けられている。なお、切換弁３１は、図に破線で示すように、複数の液化ガス貯槽２４，２４ａを使用するときに、各切換弁３１，３１ａを切換開閉して連続的に低温液化ガスを供給するときに用いるものであり、液化ガス貯槽が１基だけの場合は省略することができる。
【００１１】
また、加圧槽２５には、槽内のガスをパージするためのパージ弁３６が設けられており、加圧蒸発器２６の入口側配管３７には加圧元弁３８が設けられ、出口側配管３９には圧力計４０が設けられている。なお、この加圧槽２５に接続される各配管は、前記ロードセル２８による重量測定を正確に行うようにするため、柔軟性を有する断熱フレキシブルチューブを使用することが望ましい。
【００１２】
この加圧槽２５から前記蒸発器２７を経てガス充填部２１に接続する配管４１には、圧力計４２が設けられるとともに、その下流で複数の充填系列、例えば第１充填系列４３と第２充填系列４４とに、それぞれ送ガス元弁４５，４６を介して分岐しており、各充填系列４３，４４には、圧力計４７，４８と安全弁４９，５０とがそれぞれ設けられている。
【００１３】
前記ロードセル２８は、演算手段５１及び制御手段５２が設けられている。演算手段５１は、前記ガス充填部２１における各ガス容器２２，２３の容量、本数及び圧力とガスの種類とを入力することにより、加圧槽２５内に貯留すべき低温液化ガス量を算出するものであって、制御手段５２は、演算手段５１等からの情報に基づいて各弁の開閉制御等を行うように形成されている。
【００１４】
以下、上述のように形成したガス充填装置で各ガス容器２２，２３に所定圧力のガスを充填する手順を説明する。まず、各ガス容器２２，２３を各充填系列４３，４４にセットする。このとき、各ガス容器２２，２３の容積は同じであってもよく、異なっていてもよいが、一つの充填系列にセットするガス容器の充填圧力は同じ圧力に揃えるようにする。次に、前記演算手段５１に、ガス容器の容量、本数及び圧力とガスの種類とを入力する。
【００１５】
図２は、この入力操作の流れを示すフローチャートであって、まず、ステップ６１でガスの種類を入力する。なお、このガス充填装置で充填するガスが一種類だけの場合は、ステップ６１でのガスの種類の入力は不要である。次に、ステップ６２で各ガス容器内に残っているガスの圧力、すなわち、容器内残圧を圧力計４７，４８から読取る。このステップ６２は、ガス容器内にガスが残っている状態で増充填を行う場合にのみ行うステップであり、パージ操作を行った空容器内にガスを充填する場合は不要である。
【００１６】
そして、ステップ６３でガス容器の容積を入力し、ステップ６４でガス容器の本数を入力する。容積が異なるガス容器に同時にガスの充填を行う場合は、ステップ６３とステップ６４とを繰返して各容積に対するそれぞれの本数を入力していく。最後にステップ６５で充填圧力を入力すると、ガス容器の総容積と充填圧力とから合計充填ガス量を算出することができ、これを低温液化ガスの重量に換算すれば、液化ガス貯槽２４から加圧槽２５に移送する低温液化ガス量を算出することができる。
【００１７】
なお、このときの低温液化ガス量には、加圧槽２５の容積をはじめとして、加圧蒸発器２６や蒸発器２７、各配管４１，４３等の容積が加算された補正値となり、ガス容器内を実ガスでパージする際には、パージロスも含めた補正を行うようにし、さらに、各部の温度を測定して温度補正も行うことにより、必要な低温液化ガス量をより正確に算出することができる。
【００１８】
上述のようにして必要事項を入力し、充填開始を指示する。なお、充填開始時には切換弁３１以外は閉じ状態となっているものとする。まず、充填開始に伴って送液元弁３２及びパージ弁３６が開き、液化ガス貯槽２４から前記加圧槽２５に向けての送液が開始される。液化ガス貯槽２４からの低温液化ガスは、各配管や弁を冷却することによって気化し、当初はガスのみが加圧槽２５に流入するが、このガスはパージ弁３６から外部に放出される。
【００１９】
低温液化ガスの通路が十分に冷却され、加圧槽２５も十分に冷却されると、加圧槽２５内に低温液化ガスが溜まり始める。加圧槽２５内に流入した低温液化ガス量は、前記ロードセル２８によって計測され、その計測値が、前述のようにして算出した低温液化ガス量に到達すると、制御手段５２からの信号によって送液元弁３２及びパージ弁３６が閉じられ、液化ガス貯槽２４から前記加圧槽２５への低温液化ガスの送液が終了する。
【００２０】
次に、加圧元弁３８及び送ガス元弁４５，４６が開き、加圧槽２５内の加圧と各ガス容器へのガス充填が始まる。加圧元弁３８が開くと、加圧槽２５内の低温液化ガスの一部が入口側配管３７を通って加圧蒸発器２６に流入し、該加圧蒸発器２６で大気空気等の熱源により加熱されて蒸発し、出口側配管３９を経て加圧槽２５内に再導入される。このように、加圧蒸発器２６で蒸発させたガスを加圧槽２５に再導入することにより、液体から気体に変化したときの体積膨張によって加圧槽２５内が徐々に加圧される。この加圧状況は圧力計４０により測定され、圧力が上昇しすぎたときには加圧元弁３８を一時閉鎖する。
【００２１】
加圧された低温液化ガスは、加圧槽２５から前記蒸発器２７に流入し、大気空気等によって加熱されることにより全量が蒸発し、各充填系列４３，４４に分岐して送ガス元弁４５，４６を通り、各ガス容器２２，２３内に充填される。そして、加圧槽２５内の低温液化ガスの全量が蒸発したときに、各ガス容器２２，２３内に所定圧力のガスがそれぞれ充填されたことになるので、各弁を閉じて充填操作が終了する。また、充填操作の終了は、各充填系列４３，４４に設けた圧力計４７，４８によって確認することができる。
【００２２】
このように、ロードセル２８で加圧槽２５の重量を測定し、あらかじめ算出して補正を加えた充填ガス量に相当する低温液化ガス量を加圧槽２５内に送液してから充填操作を開始することにより、加圧槽２５内の低温液化ガスが全量蒸発してロードセル２８の測定重量が送液開始前の重量に復帰した時点を充填終了と判断することができるので、充填ガス量を算出する元となる前記容器容積、容器本数及び充填圧力を入力するだけで自動的にガス充填を行うことができる。また、加圧槽２５内の低温液化ガス量を測定することによって必要量の低温液化ガスを加圧槽２５に送液できるので、充填操作終了時に加圧槽２５に必要量以上の低温液化ガスが残存することがなく、この残存した低温液化ガスを放出することによる低温液化ガスのロスも低減することができる。
【００２３】
そして、上述のように、充填するガスの昇圧を、加圧槽２５と加圧蒸発器２６との組合わせで行うことにより、液化ガスポンプの駆動音のような騒音を発生することがなくなり、また、液化ガス貯槽２４から加圧槽２５への送液は、パージ弁３６が開いて略大気圧状態の加圧槽２５に低温液化ガスを送込めばよいので、液化ガス貯槽２４の貯液圧力が低く、高低差を稼げない場合であっても、例えば小型の可搬式液化ガス貯槽の場合でも送液操作に支障を来すことはない。
【００２４】
図３は、複数の充填系列における充填圧力がそれぞれ異なる場合の入力操作の流れを示すフローチャートである。最初のステップ７１は、ガスの種類を入力するステップであり、このステップ７１も前記同様に省略することができる。また、前記ステップ６２と同様の容器内残圧を読取るステップを付加することもできる。次に、ステップ７２で充填系列を入力し、ステップ７３及びステップ７４で、該充填系列における容器容積の入力及び容器本数の入力を、前記ステップ６３，６４と同様にして行う。さらに、ステップ７５で該充填系列における充填圧力を入力する。これで一つの系列における必要事項の入力が終了したことになる。続いて、ステップ７２に戻り、次の充填系列を入力し、ステップ７３及びステップ７４で容器容積の入力及び容器本数の入力を行い、ステップ７５で該充填系列における充填圧力を入力する。充填圧力が異なる充填系列が３系列以上ある場合は、ステップ７２〜７５を繰返して各充填系列の容器容積、容器本数、充填圧力を入力する。なお、充填系列が３系列以上の場合、その中の２系列以上が同じ充填圧力の場合は、同じ充填圧力の複数の系列をまとめて入力することができる。
【００２５】
そして、前記同様にして所定量の低温液化ガスを加圧槽２５に送液した後、充填操作を開始して各充填系列４３，４４の各ガス容器２２，２３へのガス充填を行う。このときの充填操作は、各充填系列についてそれぞれ単独で行ってもよく、全充填系列で同時に開始して各充填系列がそれぞれ所定圧力になったときに終了するようにしてもよい。
【００２６】
各充填系列毎に単独で充填操作を行う場合は、例えば、最初に第１充填系列４３の送ガス元弁４５を開、第２充填系列４４の送ガス元弁４６を閉として第１充填系列４３の充填操作を行い、該第１充填系列４３に設けた圧力計４７が第１充填系列４３の設定圧力に到達したときに、送ガス元弁４５を閉じて第１充填系列４３における充填操作を終了する。続いて、送ガス元弁４６を開き、第２充填系列４４の充填操作を行う。この第２充填系列４４の充填操作が最終の充填操作の場合は、加圧槽２５内の低温液化ガスの全量が蒸発したときが充填操作の終了となる。また、第３，第４の充填系列が存在する場合は、第２充填系列４４の圧力計４８が設定圧力に到達したときに送ガス元弁４６を閉じ、次の充填系列の充填操作に移ればよい。
【００２７】
一方、全充填系列で同時に充填操作を開始した場合は、各充填系列毎にそれぞれ圧力を監視し、充填圧力が低い充填系列、例えば、第２充填系列４４の充填圧力より第１充填系列４３の充填圧力が低く設定されている場合は、第１充填系列４３の圧力計４７が設定圧力に到達したときに送ガス元弁４５を閉じて第１充填系列４３における充填操作を終了し、第２充填系列４４は、そのまま充填操作を継続して設定圧力になるまで充填操作を行えばよい。すなわち、設定された重点圧力が低い充填系列の送ガス元弁を圧力計の測定値に基づいて順次閉じていくことにより、前記充填系列の充填操作を同時に行うことができる。
【００２８】
なお、低温液化ガス量を測定する測定手段は、前記ロードセル２８に限らず、他の重量測定手段を用いることもでき、加圧槽２５を僅かに上下方向に変位可能に設置して変位量を測定したり、また、加圧槽２５内の液面を測定したりしても、低温液化ガス量を測定することが可能である。さらに、充填操作は、ガスの種類等によって所定の操作で行うことができ、ガス容器内のパージや真空排気を行うようにしてもよい。
【００２９】
また、液化ガス貯槽２４から加圧槽２５への送液量の算出を別の計算機で行い、加圧槽２５の重量変化を確認しながら手動で送液操作を行うことも可能である。さらに、充填操作の対象が同じ場合は、すなわち、決まった容積のガス容器の決まった本数に決まった圧力でガスの充填を行う場合は、前述の図２，図３に示したような入力操作は不要であり、充填操作開始時に決まった量の低温液化ガスを液化ガス貯槽２４から加圧槽２５に送液すればよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、充填するガスの昇圧に液化ガスポンプやガス圧縮機を使用しないので、騒音を発生することがなく、メンテナンスに要する時間や費用も削減できる。さらに、加圧槽内の低温液化ガス量を測定することによって必要十分な量の低温液化ガスを加圧槽に送液することができるので、低温液化ガスのロスも低減することができる。また、充填対象となるガス容器の容積や本数、圧力から充填する総ガス量を算出して加圧槽への送液量を設定することにより、低温液化ガスのロスも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス充填装置の一形態例を示す系統図である。
【図２】 充填操作を行う際の入力操作の流れを示すフローチャートである。
【図３】 複数の充填系列における充填圧力がそれぞれ異なる場合の入力操作の流れを示すフローチャート図である。
【図４】 従来のガス充填装置の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
２１…ガス充填部、２２，２３…ガス容器、２４…液化ガス貯槽、２５…加圧槽、２６…加圧蒸発器、２７…蒸発器、２８…ロードセル、３１…切換弁、３２…送液元弁、３３…配管、３４，３５…安全弁、３６…パージ弁、３７…入口側配管、３８…加圧元弁、３９…出口側配管、４０…圧力計、４１…配管、４２…圧力計、４３…第１充填系列、４４…第２充填系列、４５，４６…送ガス元弁、４７，４８…圧力計、４９，５０…安全弁、５１…演算手段、５２…制御手段

Claims (2)

1. 液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを所定圧力に昇圧してガス容器に充填する装置であって、低温液化ガスを貯留する液化ガス貯槽と、該液化ガス貯槽から導出した低温液化ガスを一時貯留する加圧槽と、該加圧槽から導出した低温液化ガスを蒸発させて加圧槽内に再導入することによって加圧槽内を加圧する加圧蒸発器と、加圧槽から導出した前記低温液化ガスを蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発したガスをガス容器に充填するガス充填部と、前記加圧槽内に貯留した低温液化ガス量を測定する測定手段とを備え、前記測定手段は、前記ガス充填部におけるガス容器の容量、本数及び圧力を入力することにより、加圧槽内に貯留すべき低温液化ガス量を算出する演算手段を備えていることを特徴とするガス充填装置。
2. 液化ガス貯槽に貯留された液化ガスを所定圧力に昇圧してガス容器に充填する方法であって、液化ガス貯槽内に貯留されている低温液化ガスを導出して加圧槽に導入するに当たり、前記ガス容器に充填するガスの総量及び圧力から必要とする液化ガス量を算出して導入するとともに、該加圧槽から導出した低温液化ガスを加圧蒸発器に導入して蒸発させた後、加圧槽内に再導入することによって加圧槽内を加圧し、加圧された低温液化ガスを加圧槽から導出して蒸発器により全量蒸発させ、蒸発後のガスをガス充填部で前記ガス容器に充填することを特徴とするガス充填方法。

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