JP6196659B2 - 水素ガス充填システム及び水素ガス充填方法 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、水素ガスを貯留する蓄圧器と、前記蓄圧器から容器に供給される前記水素ガスの流量を制御可能な複数の調節弁と、前記調節弁の開度を制御する制御装置と、を備え、前記調節弁は、並列に設けられる主調節弁及び従調節弁を含んで構成され、かつ、前記主調節弁及び前記従調節弁のそれぞれが弁の開度を全閉から全開までの間において調節可能な弁であり、前記制御装置は、水素ガスの充填時に、水素の充填プロトコルによる、外気温の情報と前記容器内の初期残圧の情報とに基づいた昇圧率テーブルによって決定される目標昇圧率(MPa/min)に応じて、前記主調節弁の開度と前記従調節弁の開度との両方、又は、前記従調節弁の開度のいずれかを制御し、前記目標昇圧率が第一の閾値以上である場合には、前記従調節弁の開度を前記従調節弁の開放後のある開度で固定したまま、前記主調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行い、前記目標昇圧率が第一の閾値未満である場合には、前記従調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行うことを特徴とする水素ガス充填システムである。
図1は、本実施形態における水素ガス充填システム1を含む水素充填環境の構成図である。
水素ガス充填システム1(燃料ガス充填システム)は、FCV2の車載タンク(不図示、以下同様)(容器)内に水素ガス(燃料ガス)を供給するためのシステムである。水素ガス充填システム1では、蓄圧器(蓄圧器)に貯留されている水素ガスを、差圧充填のみによりFCV2に充填する。水素ガス充填システム1は、例えば水素ステーションである。
充填カプラ3は、水素ガス充填システム1とFCV2とを接続するための結合部材である。充填カプラ3によって水素ガス充填システム1とFCV2とが接続されることによって、水素ガス充填システム1からFCV2に水素ガスの供給が可能になる。また、充填カプラ3が接続されることで、FCV2の車載タンク内の圧力及び温度の検出データは、制御装置10に送信される。
本発明の形態では、調節弁30−1及び30−2は、図1に示すように流量計40の上流側に設けられているが、これに限定されることではなく、図1の流量計40の下流側から充填カプラ3の上流側までの位置であればいずれの位置に設けられてもよい。
供給ライン11は、配管である。
圧力計21−1〜21−Nは、それぞれ、蓄圧器20−1〜20−Nと遮断弁22−1〜22−Nとの間に設けられ、蓄圧器20−1〜20−N内の水素ガスの圧力を検出する。圧力計21−1〜21−Nによって検出された水素ガスの圧力値を含む検出データは、制御装置10に送信される。
調節弁30−2は、開度調節可能な弁である。調節弁30−2の開度が変更されることにより供給ライン11を流れる水素ガスの流量が調整される。なお、以下の説明では、調節弁30−2を従調節弁として説明する。
圧力計41は、流量計40と予冷機42との間に設けられ、供給ライン11を流れる水素ガスの圧力を検出する。圧力計41によって検出された水素ガスの圧力値を含む検出データは、制御装置10に送信される。
遮断弁43は、予冷機42と充填カプラ3との間に設けられ、供給ライン11を流れる水素ガスの供給を遮断可能な弁である。例えば、遮断弁43が閉じられている場合には、供給ライン11を流れる水素ガスの供給が遮断される。一方、遮断弁43が開放されている場合には、供給ライン11を流れる水素ガスがFCV2に供給される。遮断弁43は、制御装置10の制御に応じて開閉される。
温度計45は、外気温を検出する。温度計45によって検出された外気温を含む検出データは、制御装置10に送信される。
決定部104は、昇圧率テーブルを参照し、取得部102によって取得された検出データに含まれる外気温の情報と、初期残圧の情報とに基づいて目標昇圧率を決定する。
図3は、本実施形態における制御装置10の充填処理の流れを示すフローチャートである。なお、スタート時は、蓄圧器20の圧力が初期残圧より高い場合を例に説明する。
取得部102は、定期的に検出データを取得する(ステップS101)。例えば、取得部102は、圧力計、流量計40及び温度計からそれぞれ圧力値、流量値、温度及び外気温の情報を取得する。次に、取得部102は、水素ガス充填システム1に接続されたFCV2の車載タンク内の初期残圧の情報を取得する(ステップS102)。その後、取得部102は、ステップS101及び102の各処理で取得した情報(検出データ及び初期残圧の情報)を決定部104に出力する。なお、本実施形態では、車載タンクの初期残圧の情報を自動的に取得するとしたが、これに限定されることではなく、作業員の手で入力されてもよい。
一方、変更後昇圧率が閾値未満である場合(ステップS107−YES)、弁制御部101は主調節弁を閉止して、従調節弁を制御することによって水素ガスの充填を行う(ステップS108)。具体的には、弁制御部101は、目標昇圧率に追従するように従調節弁の開度を制御して充填を行う。
本実施形態では、調節弁30−1及び調節弁30−2が最大Cv値の異なる調節弁30であることを例に説明したが、調節弁30−1及び調節弁30−2は最大Cv値が同じであってもよい。このように構成される場合、調節弁30−1及び調節弁30−2のいずれかが主調節弁として動作し、他方が従調節弁として動作する。
これにより、主調節弁と従調節弁とを自由に切り替えることができる。例えば、調節弁30−1を主調節弁として使用し続けている場合、調節弁30−1は従調節弁として動作する調節弁30−2に比べて消耗が激しくなることが想定される。この点について、調節弁30−1及び調節弁30−2の最大Cv値を同じにすることによって、主調節弁として動作する調節弁30及び従調節弁として動作する調節弁30を定期的に入れ替えることで片方の調節弁30のみが一方的に消耗してしまうおそれを軽減することができる。
また、本実施形態では、水素ガスの充填先としてFCV2の車載タンクを例に説明したが、これに限定されることではない。例えば、水素ガスの充填先は、水素ガスを充填可能な容器であればどのような容器であってもよい。
本実施形態では、燃料ガスとして水素ガスを例に説明したが、燃料ガスは電気化学反応によって電力を発生させてFCV2に用いることができるガスであればどのようなガスであってもよい。
また、本実施形態では、図3のステップS104の処理における閾値と、ステップS107の処理における閾値とが同じである場合を例に説明したが、図3のステップS104の処理における閾値と、ステップS107の処理における閾値とが異なる値であってもよい。
Claims (5)
- 水素ガスを貯留する蓄圧器と、
前記蓄圧器から容器に供給される前記水素ガスの流量を制御可能な複数の調節弁と、
前記調節弁の開度を制御する制御装置と、
を備え、
前記調節弁は、並列に設けられる主調節弁及び従調節弁を含んで構成され、かつ、前記主調節弁及び前記従調節弁のそれぞれが弁の開度を全閉から全開までの間において調節可能な弁であり、
前記制御装置は、水素ガスの充填時に、水素の充填プロトコルによる、外気温の情報と前記容器内の初期残圧の情報とに基づいた昇圧率テーブルによって決定される目標昇圧率(MPa/min)に応じて、前記主調節弁の開度と前記従調節弁の開度との両方、又は、前記従調節弁の開度のいずれかを制御し、前記目標昇圧率が第一の閾値以上である場合には、前記従調節弁の開度を前記従調節弁の開放後のある開度で固定したまま、前記主調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行い、前記目標昇圧率が第一の閾値未満である場合には、前記従調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行うことを特徴とする水素ガス充填システム。 - 前記主調節弁の最大Cv値と前記従調節弁の最大Cv値とが異なる値であることを特徴とする請求項1に記載の水素ガス充填システム。
- 前記主調節弁の最大Cv値は、前記従調節弁の最大Cv値よりも大きい値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の水素ガス充填システム。
- 前記制御装置は、
前記主調節弁及び前記従調節弁の開度を制御して前記水素ガスの充填を行っている間に、目標昇圧率が前記第一の閾値と同じ又は異なる第二の閾値未満になった場合には前記主調節弁を閉止して前記従調節弁の開度を制御することによって充填を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の水素ガス充填システム。 - 水素ガスを貯留する蓄圧器と、
前記蓄圧器から容器に供給される前記水素ガスの流量を制御可能な複数の調節弁と、前記調節弁の開度を制御する制御装置と、
を備える水素ガス充填システムにおける水素ガス充填方法であって、
前記調節弁は、並列に設けられる主調節弁及び従調節弁を含んで構成され、かつ、前記主調節弁及び前記従調節弁のそれぞれが弁の開度を全閉から全開までの間において調節可能な弁であり、
前記制御装置が、水素ガスの充填時に、水素の充填プロトコルによる、外気温の情報と前記容器内の初期残圧の情報とに基づいた昇圧率テーブルによって決定される目標昇圧率(MPa/min)に応じて、前記主調節弁の開度と前記従調節弁の開度との両方、又は、前記従調節弁の開度のいずれかを制御し、前記目標昇圧率が第一の閾値以上である場合には、前記従調節弁の開度を前記従調節弁の開放後のある開度で固定したまま、前記主調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行い、前記目標昇圧率が第一の閾値未満である場合には、前記従調節弁の開度を制御することによって前記水素ガスの前記容器への充填を行う水素ガス充填方法。
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