JP2014149059A - Gas filling device and gas filling method - Google Patents
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Abstract
【課題】昇圧ポンプを必要としないガス充填を実現し、装置の小型化と充填時間の短縮化を図る。
【解決手段】気化ガスを充填容器12に所定圧力となるように充填するガス充填装置11において、常温において充填容器12に対して前記所定圧力の気化ガスを充填した状態とするのに見合った量の液化ガスを貯留する断熱機能を有した一時貯留断熱容器14と、一時貯留断熱容器14の流体出口14aと充填容器12の流体入口12aとの間を連結して一時貯留断熱容器14から充填容器12に水素ガスを導入するための通路となる連通路15とを備える。連通路15には、流体出口14aと流体入口12aを開閉する開閉手段15a,15bと、通過するガス流の勢いを緩和する緩衝手段21、及び液化水素を気化する温度を有する暖気部22を備えた導入気化部15fと、充填容器12を切り離し可能に連結する着脱部15cとを備える。
【選択図】図1The present invention achieves gas filling that does not require a booster pump, and reduces the size of the apparatus and shortens the filling time.
In a gas filling device (11) for filling a filling container (12) with a vaporized gas so as to have a predetermined pressure, an amount suitable for filling the filling container (12) with the vaporized gas of the predetermined pressure at room temperature. The temporary storage insulation container 14 having a heat insulation function for storing the liquefied gas and the fluid outlet 14a of the temporary storage insulation container 14 and the fluid inlet 12a of the filling container 12 are connected to the filling container from the temporary storage insulation container 14 12 includes a communication passage 15 serving as a passage for introducing hydrogen gas. The communication passage 15 includes opening / closing means 15a and 15b for opening and closing the fluid outlet 14a and the fluid inlet 12a, a buffer means 21 for reducing the momentum of the gas flow passing through, and a warming section 22 having a temperature for vaporizing liquefied hydrogen. The introduction vaporization unit 15f and the attachment / detachment unit 15c for detachably connecting the filling container 12 are provided.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、充填容器に対して各種のガスを充填するための装置に関し、より詳しくは、例えば燃料電池自動車や水素エンジン自動車などに必要とされる水素ガスの充填に好適に用いられるガス充填装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for filling various kinds of gas into a filling container, and more specifically, a gas filling apparatus suitably used for filling hydrogen gas required for, for example, a fuel cell vehicle or a hydrogen engine vehicle. About.
水素ガスを充填容器に充填するガス充填装置として、下記特許文献1の装置が開示されている。 As a gas filling apparatus that fills a filling container with hydrogen gas, an apparatus disclosed in Patent Document 1 below is disclosed.
このガス充填装置は、低温高圧の水素ガスと常温高圧の水素ガスを混合して充填容器に充填する構成である。低温高圧の水素ガスは、液体水素を昇圧ポンプで圧縮して昇圧させたのち加熱手段で気化昇温させて得る。常温高圧の水素ガスは、常温高圧の水素ガスを充填した気蓄器から供給する。 This gas filling device is configured to mix a low temperature and high pressure hydrogen gas and a normal temperature and high pressure hydrogen gas into a filling container. The low-temperature and high-pressure hydrogen gas is obtained by compressing liquid hydrogen with a pressure pump and increasing the pressure, and then evaporating and raising the temperature with a heating means. The room temperature and high pressure hydrogen gas is supplied from an air reservoir filled with room temperature and high pressure hydrogen gas.
このようにして低温高圧の水素ガスと常温高圧の水素ガスを混合して充填を行うのは、充填するときに圧縮により水素ガスが100℃近い高温となるため、カーボンファイバー製の充填容器がその熱に耐えられないおそれがあるからである。低温高圧の水素ガスと常温高圧の水素ガスを混合することにより、充填する水素ガスの温度を例えば−40℃〜−20℃に下げておけば、急速に充填を行っても充填容器の温度を例えば80℃程度に抑えられるとされている。 In this way, the filling is performed by mixing the low-temperature and high-pressure hydrogen gas and the normal-temperature and high-pressure hydrogen gas, because the hydrogen gas becomes a high temperature close to 100 ° C. due to compression when filling. This is because there is a possibility that it cannot withstand heat. If the temperature of the hydrogen gas to be filled is lowered to, for example, −40 ° C. to −20 ° C. by mixing the low-temperature and high-pressure hydrogen gas and the normal-temperature and high-pressure hydrogen gas, the temperature of the filling container can be reduced even if rapid filling is performed. For example, it is supposed to be suppressed to about 80 ° C.
しかし、昇圧ポンプや気蓄器などが必要となるため装置は大型化してしまう。特に昇圧ポンプは、容量が大きいほど充填速度を上げることができるので、急速充填のためには大きなものが必要となり、装置の大型化は避けられない。装置が大きいと、特に水素供給ステーションなどではスペースの有効利用を図れないなどの問題が生じやすい。 However, since a booster pump, an air accumulator, etc. are needed, an apparatus will enlarge. In particular, since the booster pump can increase the filling speed as the capacity increases, a large pump is required for rapid filling, and the size of the apparatus is unavoidable. When the apparatus is large, problems such as inability to effectively use the space are likely to occur particularly in a hydrogen supply station.
また、昇圧ポンプの大型化も前記スペースの面から制限がある為、充填の短時間化にもおのずと限界がある。 In addition, since the increase in size of the booster pump is limited in terms of the space, there is a limit to shortening the filling time.
そこで、この発明は、充填装置の小型化を図れるうえに、より短時間での充填を可能にすることを主な目的とする。 Accordingly, the main object of the present invention is to allow the filling apparatus to be reduced in size and to be filled in a shorter time.
そのための手段は、気化ガスを充填容器に所定圧力となるように充填するガス充填装置であって、常温において前記充填容器に対して前記所定圧力の気化ガスを充填した状態とするのに見合った量の液化ガスを貯留する断熱機能を有した一時貯留断熱容器と、該一時貯留断熱容器の流体出口と前記充填容器の流体入口との間を連結して一時貯留断熱容器から充填容器に気化ガスを導入するための通路となる連通路とを備え、該連通路には、前記流体出口と前記流体入口を開閉する開閉手段と、通過するガス流の勢いを緩和する緩衝手段、及び液化ガスを加熱し気化する暖気部を有した導入気化部と、前記充填容器を切り離し可能に連結する着脱部とを備えたガス充填装置である。 The means for that is a gas filling device that fills the filling container with a predetermined pressure so that the filling container has a predetermined pressure, which is suitable for filling the filling container with the vaporization gas of the predetermined pressure at room temperature. A temporary storage heat insulating container having a heat insulating function for storing an amount of liquefied gas, and a vaporized gas from the temporary storage heat insulating container to the filling container by connecting between the fluid outlet of the temporary storage heat insulating container and the fluid inlet of the filling container A communication passage serving as a passage for introducing gas, and the communication passage includes an opening / closing means for opening and closing the fluid outlet, a buffer means for reducing the momentum of the gas flow passing through, and a liquefied gas. It is a gas filling device including an introduction vaporization section having a warming section for heating and vaporization, and an attachment / detachment section for detachably connecting the filling container.
課題を解決するための別の手段は、気化ガスを充填容器に所定圧力となるように充填するガス充填方法であって、断熱機能を有する一時貯留断熱容器を設け、該一時貯留断熱容器に対して、常温において前記所定圧力の気化ガスを充填した状態とするのに見合った量の液化ガスを供給し、該液化ガスを、前記充填容器に着脱可能に連通した開閉可能な連通路を開放して、充填容器に導入するとともに、該充填容器に導入する液化ガスに対して、前記連通路に設けた緩衝手段によるガス流の勢いの緩和と、前記連通路に形成した暖気部による液化ガスの気化とを行って、気化ガスを低温の状態のまま充填容器に充填し、前記一時貯留断熱容器と充填容器の内部が同圧になったところで連通路を閉止するガス充填方法である。 Another means for solving the problem is a gas filling method for filling a filling container with a vaporized gas so as to have a predetermined pressure, provided with a temporary storage heat insulation container having a heat insulation function, and for the temporary storage heat insulation container Supply an amount of liquefied gas commensurate with filling the vaporized gas at the predetermined pressure at room temperature, and open the openable and closable communication passage detachably communicating with the liquefied gas to the filling container. The liquefied gas introduced into the filling container is relaxed by the buffer means provided in the communication path, and the liquefied gas is introduced into the filling container by the warm air portion formed in the communication path. In this gas filling method, vaporization is performed to fill the filling container with the vaporized gas in a low temperature state, and the communication path is closed when the inside of the temporary storage heat insulation container and the filling container become the same pressure.
前記「所定圧力」とは、あらかじめ定められた圧力のことで、例えば水素ガス充填容器の場合には、150気圧(15MPa)や350気圧(35MPa)、700気圧(70MPa)がある。 The “predetermined pressure” refers to a predetermined pressure. For example, in the case of a hydrogen gas filled container, there are 150 atm (15 MPa), 350 atm (35 MPa), and 700 atm (70 MPa).
前記「液化ガス」とは液状のガスのことで、前記「気化ガス」とは液化ガスが気化した状態のガスのことである。単に「ガス」と表記した語は、気化ガスと液化ガスの少なくともいずれか一方、または双方を含む意味を指す。 The “liquefied gas” is a liquid gas, and the “vaporized gas” is a gas in a state where the liquefied gas is vaporized. The term simply “gas” indicates a meaning including at least one of a vaporized gas and a liquefied gas, or both.
これらの構成では、一時貯留断熱容器に供給した液化ガスを充填容器と連通する連通路に導入すると、臨界温度以上に加温された液化ガスは即座に気化し、気化ガスはこの時の圧力で充填容器に流れ込む。液化ガスや気化ガスが流れ込む時にはガス流の勢いを緩衝手段により緩和して、急激な圧力上昇にも関わらず、充填容器にかかる温度や波動による衝撃を和らげる。一時貯留断熱容器内の液化ガスはすべて気化ガスとなり、気化ガスは一時貯留断熱容器内から充填容器内にかけて同じ圧力状態となる。この時の気化ガスの温度は臨界温度より僅かに高い温度である。一時貯留断熱容器に供給した液化ガスの量は、常温において充填容器及び一時貯留断熱容器に対して所定圧力のガスを充填した状態とするのに見合った量であるので、充填容器及び一時貯留断熱容器内の気化ガス量は所定量である。充填後、一時貯留断熱容器の流体出口と充填容器の流体入口を閉止する。充填後、充填容器内の気化ガスの温度は上昇し、低温の状態から常温の状態に近づくにつれて圧力が高まり、常温になるとあらかじめ定めた所定圧力となる。 In these configurations, when the liquefied gas supplied to the temporary storage insulation container is introduced into the communication passage communicating with the filling container, the liquefied gas heated to a temperature higher than the critical temperature is immediately vaporized, and the vaporized gas is at the pressure at this time. Flow into the filling container. When the liquefied gas or the vaporized gas flows, the momentum of the gas flow is relaxed by the buffering means, so that the shock due to the temperature and the wave applied to the filling container is eased despite the rapid pressure rise. All of the liquefied gas in the temporary storage insulation container becomes vaporized gas, and the vaporized gas is in the same pressure state from the temporary storage insulation container to the filling container. At this time, the temperature of the vaporized gas is slightly higher than the critical temperature. The amount of the liquefied gas supplied to the temporary storage insulation container is an amount suitable for filling the filling container and the temporary storage insulation container with a gas of a predetermined pressure at room temperature. The amount of vaporized gas in the container is a predetermined amount. After filling, the fluid outlet of the temporary storage insulation container and the fluid inlet of the filling container are closed. After filling, the temperature of the vaporized gas in the filling container rises, and the pressure increases as it approaches the room temperature from the low temperature state, and reaches a predetermined pressure when the room temperature is reached.
この発明によれば、気化ガスの充填は昇圧ポンプで行うのではなく、液化ガスの移動と移動する液化ガスを急激に気化させて行うので、昇圧ポンプや気蓄器などは不要である。そのため、装置全体の大きさを小さくすることができる。しかも、構成は簡素で、安価に製造できる。 According to this invention, the filling of the vaporized gas is not performed by the booster pump, but the movement of the liquefied gas and the moving liquefied gas are rapidly vaporized, so that a booster pump, an air accumulator or the like is unnecessary. Therefore, the size of the entire apparatus can be reduced. Moreover, the configuration is simple and can be manufactured at low cost.
所定圧力にする為に必要なガス量を液化ガス状態で移動し気化させるので、より短時間で充填・昇圧することができる。この結果、特に水素供給ステーションのような場所での利用に際して、少なくともガソリンの充填と同等またはそれ以上に迅速な充填が可能であり、今後の水素エネルギー利用に大きく貢献する。 Since the amount of gas necessary to achieve the predetermined pressure is moved and vaporized in the liquefied gas state, the filling and boosting can be performed in a shorter time. As a result, at the time of use in a place such as a hydrogen supply station, it is possible to charge at least as quickly as filling gasoline or more, which will greatly contribute to future use of hydrogen energy.
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図1は、気化ガスを充填するためのガス充填装置11の概略構成図であり、この例では、気化ガスとして水素ガスを充填するガス充填装置11を説明する。
An embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
このガス充填装置11は、水素ガスを充填容器12に所定圧力となるように充填するもので、液化ガスとしての液化水素を水素ガスに気化させて充填する装置である。
This
前記所定圧力とは、所望する充填容器12の利用形態に応じて適宜定められる数値で、燃料電池自動車に搭載される例えば700気圧(70MPa)の充填容器12では、水素ガスを700気圧になるように圧縮して充填する。
The predetermined pressure is a numerical value that is appropriately determined according to a desired usage form of the
ガス充填装置11は、断熱機能を有した低温貯留槽13と、同じく断熱機能を有した一時貯留断熱容器14と、この一時貯留断熱容器14と前記充填容器12とを連通する連通路15を有する。
The
前記低温貯留槽13は、液化水素Xを貯留する部分であり、通常、液化水素Xは飽和状態、例えば28K程度に保たれる。低温貯留槽13の容量は適宜設定される。
The low
前記一時貯留断熱容器14は、充填容器12に対する一回の充填に必要な量の液化水素Xを一時的に貯留する部分である。必要な量とは、液化水素Xが常温になった際に、充填容器12及び一時貯留断熱容器14が前記所定圧力の水素ガスを充填した状態とするのに見合った量である。この量に合わせて一時貯留断熱容器14の容量は設定される。
The temporary storage
液化水素Xを前記低温貯留槽13から供給するため、低温貯留槽13の底部と一時貯留断熱容器14との間は液化水素供給路16で接続されている。液化水素供給路16には電磁弁からなる液化水素供給弁17aを有し、一時貯留断熱容器14には供給される液化水素Xの量を検出する液面計18を備える。
In order to supply the liquefied hydrogen X from the low
前記連通路15は、一時貯留断熱容器14の流体出口14aと充填容器12の流体入口12aとの間を連結して、一時貯留断熱容器14から充填容器12に水素ガスを導入するための通路である。連通路15は断熱機能を有しない。
The
この連通路15の両端部には、一時貯留断熱容器14の流体出口14aを開閉する開閉手段としての開閉弁15aと、充填容器12の流体入口12aを開閉する開閉手段としての開閉弁15bを備える。連通路15のうち流体入口12aの開閉弁15b側の部位には、充填容器12を切り離し可能に連結する着脱部15cを備える。
At both ends of the
着脱部15cは、適宜の連結部材(カプラ、カップリング部材)で構成される。着脱部15cで接続され、前記2個の開閉弁15a,15bが共に開いたときが、一時貯留断熱容器14の内部と充填容器12の内部が連通状態となるときである。
The
このほか連通路15には、圧力計15dと温度計15eと導入気化部15fとを備える。
In addition, the
圧力計15dは連通路15内部の圧力を検出するもので、温度計15eは連通路15内部の温度を検出するものである。
The
導入気化部15fは、図2(a)に示したように、通過する液化水素Xや水素ガスの勢いを緩和する緩衝手段21と、液化水素を加熱し気化する加温手段23を有する暖気部22を備える。
As shown in FIG. 2A, the
緩衝手段21は、連通路15内を塞ぐように設けられている。つまり、連通路15は、上流側(流体出口14a側)に比べて下流側(流体入口12a側)のほうが大径となるように形成された段差部25を有し、緩衝手段21は、この段差部25に当接して連通路15を閉塞するする板状の本体部21aを有する。この緩衝手段21は連通路15内で連通路15の長手方向に移動可能であり、ばね24によって上流側、つまり流体出口14a方向に向けて付勢されている。
The buffer means 21 is provided so as to close the
ばね24の下端は、間欠形成された支持部26によって支持されている。図2(b)に示したように、緩衝手段21がばね24の付勢力に抗して下がると、液化水素Xが一時貯留断熱容器14から充填容器12に向けて流入する。
The lower end of the
本体部21aの中央には連通路15の長手方向に延びて液化水素Xや水素ガスを通す貫通穴21bが形成されている。この貫通穴21bが連通路15の長手方向に延びるように、本体部21aにおける上流側(流体出14a口方向)の面には筒状のノズル部21cが形成されている。このノズル部21cは、図2(c)に示したように下流側(充填容器12側)から吹き出す水素ガスを噴射するものである。
A through
このような緩衝手段21は、抵抗が大きすぎると液化水素Xの流れを妨げることから、迅速に移動できるように軽量であるのが望ましい。 Such a buffer means 21 is desirably light in weight so that it can be quickly moved because the flow of the liquefied hydrogen X is hindered if the resistance is too large.
暖気部22は、臨界温度より低温の液化水素Xを気化する温度に設定された、前記緩衝手段21近傍の気相からなる空間である。水素の臨界温度は約33Kであり、低温貯留槽13では例えば28Kくらいの温度で保持されているので、暖気部22は28Kの液化水素を34Kくらいにする程度の温度(約5〜6℃程度の温度差)があればよい。
The
この暖気部22を形成するため、緩衝手段21より下方には、前記加温手段23が設けられている。加温手段23は、適宜の手段で構成される。例えば図2(a)に示したように、熱媒体を通す熱媒体コイル等で構成できる。熱媒体には適宜のものが使用可能である。
In order to form the
前記低温貯留槽13と前記一時貯留断熱容器14の上部には、それぞれ水素ガス回収路33,32が接続されている。低温貯留槽13の水素ガス回収路33は、自然入熱などにより気化するガス、つまりボイルオフガス(boil off gas)を回収するもので、水素ガス回収タンク34に接続されている。
Hydrogen
一時貯留断熱容器14の水素ガス回収路32は、ボイルオフガスと、充填容器12に対する水素ガスの充填後に残留する水素ガスを回収するもので、同じく前記水素ガス回収タンク34に接続されている。水素ガス回収路32には電磁弁17cを有する。また水素ガス回収路32の途中には、低温貯留槽13に対して連通する連通路32aが設けられており、この連通路32aにも電磁弁17bを備えている。
The hydrogen
これら水素ガス回収路32,33によって水素ガス回収タンク34に回収された水素ガスは、前記充填容器12と同様の充填容器12に水素ガスを充填するために用いられる。すなわち、水素ガス回収路32,33と水素ガス回収タンク34は、補助充填装置31の一部を構成する。
The hydrogen gas recovered in the hydrogen
補助充填装置31の水素ガス回収タンク34から後段に延びる水素ガス回収路35には、水素ガスを圧縮する圧縮機36を備え、この水素ガス回収路35の先端には、水素ガスを充填容器12に充填するために充填容器12に着脱可能に接続される接続部37を備えている。接続部は前記着脱部と同様に適宜の連結部材(カプラ、カップリング部材)で構成される。
A hydrogen
水素ガス回収路35における圧縮機36と接続部37の間には、送られてくる水素ガスに液化水素Xを混合する液化水素導入路38が接続されている。液化水素導入路38は、前記低温貯留槽13の底部から延びている。液化水素導入路38には、昇圧ポンプ38aと、電磁弁からなる流量調整弁39が設けられる。
Between the
水素ガス回収路35における前記液化水素導入路38との接続部分より先には、充填容器12に充填される水素ガスの温度を検知する温度計40が設けられている。
A
前記ガス充填装置11と補助充填装置31の各部は、図3の制御回路ブロック図に示したように、マイクロコンピュータ等で構成される制御部41によって駆動制御される。
Each part of the
制御部41には、前記液面計18と圧力計15d、温度計15e,40、液化水素供給弁17a、圧縮機36、流量調整弁39のほか、充填容器12の容積や充填容器12の所定圧力、一時貯留断熱容器14の容積、水素ガスの物性に係る情報等を記憶するための記憶部42、入力操作を行う入力部43等も接続されている。制御部41は、液面計18や圧力計15d、温度計15e,40の検出結果や入力部43からの入力操作に従って、予め記憶させたプログラムに基づいて液化水素供給弁17a等の各部の動作を制御する。
In addition to the
制御部41による駆動制御は、以下のとおりである。
低温貯留槽13から一時貯留断熱容器14に液化水素Xを供給するときには、制御部41は、記憶部42に記憶させた必要な情報と、入力部43から入力された情報と、圧力計15dおよび温度計15eにより検出された情報に基づいて、供給する液化水素Xの量を演算する。その後、演算結果に基づいて流量計18の検出値を設定し、液化水素供給弁17aを駆動する。液面計18が所定の検出値を検出すると液化水素供給弁17aを閉じる。
The drive control by the
When supplying the liquefied hydrogen X from the low
一時貯留断熱容器14に液化水素Xを供給したのち充填容器12と連通して充填を行ったときには、制御部41は、圧力計15dと温度計15eにより検出された情報に基づいて、充填容器12の充填量が、当初設定された充填量になっているかを判断する。
When the liquefied hydrogen X is supplied to the temporary
補助充填を行う場合には、制御部41は、入力部43からの入力に従って圧縮機36を駆動するとともに、温度計40からの検出結果と、記憶部42から読み出した必要な情報を基にして、混合すべき液化水素Xの量を演算する。この演算結果に基づいて、流量調整弁39を駆動し、所定量の液化水素Xを、圧縮機36によって送られる水素ガスに混合する。
When performing auxiliary filling, the
以上のように構成されたガス充填装置11は、つぎのように使用される。
The
水素ガスの充填をするには、まず、連通路15の着脱部15cを介して充填容器12を一時貯留断熱容器14に連結する。このとき、開閉弁14a,12aは閉止しておく。
In order to fill the hydrogen gas, first, the filling
つづいて、一時貯留断熱容器14に対して低温貯留槽13から液化水素Xを供給する。低温貯留槽13の液化水素Xと、一時貯留断熱容器14に供給された液化水素Xは、臨界温度より低い低温で、低圧である。液化水素Xの供給量は、一時貯留断熱容器14と充填容器12と連通路15の容積や、充填容器12に必要とされる所定圧力等の条件に応じて前記制御部41が演算することで得られ、この演算結果に基づいて液面計18と液化水素供給弁17aと電磁弁17b,17cが作動し、所定量の液化水素Xが供給される。
Subsequently, the liquefied hydrogen X is supplied from the low
この液化水素Xの供給と、充填容器12と一時貯留断熱容器14との接続は、順序を逆にして行ってもよい。
The supply of the liquefied hydrogen X and the connection between the filling
このあと、連通路15の2つの開閉弁15a,15bを共に開き、一時貯留断熱容器14と充填容器12とを連通路15を介して連通させる。すると、一時貯留断熱容器14内の液化水素Xは流れ出て、連通路15に入る。連通路15は断熱機能を有しないので液化水素Xは温度上昇し気化する。
Thereafter, the two on-off
さらに、連通路15の導入気化部15fは、液化水素Xを気化させる温度を維持する暖気部22を有するので、液化水素Xは暖気部22においてすべて気化して水素ガスとなる。
Furthermore, since the
連通路15の導入気化部15fでは、液化水素Xや気化した水素ガスの移動が一気になされるが、緩衝手段21がその瞬間的な移動を、連通路15を塞ぐように弾性的に塞がって抑制する。このため、瞬間的な圧力上昇が起こるのを抑えて、充填容器12等にかかる温度や波動による衝撃を和らげる。
In the
水素ガスは気化する時の圧力で充填容器12内に対して即座に流れ込んで、充填容器12内を満たす。同時に、先に流れ込んだ水素ガスは、断熱機能を有しない常温下の充填容器12で昇温されて連通路15に戻り、一時貯留断熱容器14の方向に移動する。このとき、戻ろうとする水素ガスは、緩衝手段21の貫通穴21bに入り、ノズル部21cを抜けて一時貯留断熱容器14内に勢いよく進入する。このように水素ガスがノズル部21cから噴射することにより、一時貯留断熱容器14内の液化水素Xは撹拌され昇温されて、流体出口14aから押し出されるので、液化水素Xは極めて短時間で気化する。
The hydrogen gas immediately flows into the filling
一時貯留断熱容器14内の液化水素Xがすべて気化して水素ガスとなると、水素ガスは一時貯留断熱容器14内から連通路15、充填容器12内に満ち、いずれの部分においても同じ低圧低温状態である。前記の例でいえば、温度は、臨界温度よりも僅かに高い34K程度である。
When all the liquefied hydrogen X in the temporary
また、充填作業のはじめに一時貯留断熱容器14に対して供給した水素ガスXの量は、常温にした際に充填容器12と一時貯留断熱容器14とが所定圧力のガスを充填した状態とするのに見合った量であるので、充填容器12内の水素ガスの量は所定量である。このことは、連通路15に設けた圧力計15dと温度計15eの検出値に基づく演算結果と、当初設定された値との対比で制御部41が判断するので、確認できる。
In addition, the amount of hydrogen gas X supplied to the temporary storage
この後、一時貯留断熱容器14の流体出口14aの開閉弁15aと、充填容器12の流体入口12aの開閉弁15bを閉じる。続いて、着脱部15cで分離して、充填容器12を外す。
Thereafter, the opening /
充填当初は充填容器12内の水素ガスは、前記のように低温低圧であるが、常温下における自然入熱によって温度が上昇し、低温の状態から常温の状態に近づくにつれて圧力が高まり、常温になるとあらかじめ定めた所定圧力となり、所定の充填状態に水素ガスが充填された充填容器12が得られる。
At the beginning of filling, the hydrogen gas in the filling
充填する充填容器12に残圧がない場合は、前記のように充填がなされるが、充填を行う充填容器12に残圧がある場合には、連通路15を介して一時貯留断熱容器14と充填容器12を連通すると、充填容器12内の水素ガスが一時貯留断熱容器14に吹き込むことになるので、充填に際してはまず先に、連通して一時貯留断熱容器14と充填容器12を同圧にする必要がある。同圧にする作業は、前記した充填容器12に流れ込んで昇温されて戻ろうとする水素ガスの場合と同様に、一時貯留断熱容器14に吹き込もうとする水素ガスが緩衝手段21のノズル部21cを抜けて一時貯留断熱容器14内に勢いよく円滑に進入するので、迅速に行われる。
When there is no residual pressure in the filling
つぎに、一時貯留断熱容器14に所定量の液化水素Xを低温貯留槽13から供給する。この所定量は、前記の場合と同様に、一時貯留断熱容器14と充填容器12と連通路15の容積や、充填容器12に必要とされる所定圧力、残圧等の条件に応じて前記制御部41が演算することで得られる。
Next, a predetermined amount of liquefied hydrogen X is supplied from the low
続いて開閉弁15a,15bを開いて連通路15を連通させる。この後の工程は前記と同様である。
Subsequently, the on-off
前記補助充填装置31による充填は次のように行われる。
低温貯留槽13と一時貯留断熱容器14から水素ガス回収路32,33を経て水素ガス回収タンク34に回収された水素ガスは、入力部43からの操作に基づいて圧縮機36で圧縮されて常温で高圧の水素ガスとなる。この水素ガスを、接続部37を利用して充填容器12に充填することになるが、充填する時に圧縮熱が生じて高温になるのを防ぐため、液化水素導入路38から導入した液化水素Xを混合させることで充填前の水素ガス温度を低下させる。
The filling by the
The hydrogen gas recovered in the hydrogen
すなわち制御部41が、接続部37の近傍に設けられた温度計40で、充填される水素ガスの温度を検出し、あらかじめ定めた所定の温度になるように、充填速度などを考慮して、混合する液化水素Xの量を演算し、この演算結果に基づいて流量調整弁39を駆動する。
That is, the
常温で高圧の水素ガスに混合された液化水素Xは昇温されて即座に気化し、水素ガスの温度を下げ、比較的低温で高圧の水素ガスを充填容器に充填する。充填される水素ガスは低温であるので、圧縮熱によって充填容器12が過熱することはない。
The liquefied hydrogen X mixed with high-pressure hydrogen gas at normal temperature is heated and vaporized immediately, the temperature of the hydrogen gas is lowered, and the high-pressure hydrogen gas is filled into the filling container at a relatively low temperature. Since the hydrogen gas to be filled is at a low temperature, the filling
ガス充填装置11と補助充填装置31は前記のような構成であり、前記のようにしてガスの充填がなされる結果、次のような効果が得られる。
The
ガス充填装置11による充填容器12に対する水素ガスの充填は、昇圧ポンプを用いて行うのではなく、液化水素を気化させて行うので、従来技術とは異なって、昇圧ポンプや、充填する液化水素の温度を調整するための気蓄器が不要である。この結果、装置の小型化を図ることができる。構成も簡素であるので、製造コストやランニングコストを抑えることもできる。メンテナンスも容易である。
The filling of the hydrogen gas into the filling
水素ガスを充填容器12に導入する導入気化部15fは、緩衝手段21を有するので、液化水素Xの急激な移動を緩衝できるので装置としての安全性が確保できる。
Since the
導入気化部15fの暖気部22は加温手段23を備えているので、周囲の温度や季節の違いに影響されずに液化水素Xの加温ができる。したがって、所望の気化を確実に行える。
Since the
充填に昇圧ポンプを用いないため、機械的に行う充填とは異なって、短時間での迅速な充填作業が可能である。従来にない急速充填ができるので、自動車の駆動に用いる水素に用いるときには特に、水素ステーションでの利用が円滑に資する。つまり、将来期待されている水素エネルギーの利用に多大の貢献をすることができる。 Since a booster pump is not used for filling, a quick filling operation in a short time is possible, unlike mechanical filling. Since quick filling that is not possible in the past can be performed, the use at a hydrogen station can be facilitated particularly when used for hydrogen for driving an automobile. In other words, it can greatly contribute to the use of hydrogen energy expected in the future.
また、補助充填装置31を備えて、ボイルオフガスや一時貯留断熱容器14の水素ガスを有効利用しているので、無駄が生じないようにすることができる。急速充填はガス充填装置11で、時間に余裕がある充填は補助充填装置31で、というように使い分けを行うことで、効率の良い水素供給が行える。
Moreover, since the
以下、その他の例について説明する。この説明において前記の構成と同一又は同等の部位については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。 Hereinafter, other examples will be described. In this description, parts that are the same as or equivalent to those in the above configuration are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted.
図4は他の例に係る導入気化部15fと充填容器12の概略構造を示す断面図である。この図に示すように、導入気化部15fの暖気部22を形成する加温手段23は、充填容器12の内周面に設けられている。充填容器12と導入気化部15fは連通するので、充填容器12内の加温手段23でも暖気部22を形成できる。つまり加温手段23は暖気部22以外の部分に形成してもよい。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the
加温手段23は、充填容器12の内周面に、隙間12bをあけて形成した加温層12cで構成される。加温層12cは、充填容器12の内周面の全体と略相似形状に形成され、内外に連通して外周側の隙間12bに水素ガスを通す多数の通気部12dと、熱交換のための熱交換コイル12eを有する。
The heating means 23 is configured by a
加温手段23を充填容器12に備えた結果、導入気化部22には、実質的に緩衝手段21を形成すれば足りる。
As a result of providing the heating means 23 in the filling
このような構成のガス充填装置11では、前記と同様の作用効果を達成する。そのほか、充填容器12に加温手段23を有するので、充填容器12が断熱容器である場合であっても、低温低圧の水素ガスを充填した後の常温への積極的な昇温ができるので、所定の充填状態が円滑に得られるという効果を有する。
The
また、加温層12cからなる加温手段23は、充填容器12の内周面に形成されているので、気化した水素ガスが充填容器12内に一気に流れ込む場合でも、温度差や衝撃による充填容器12に対する負荷を軽減する。この結果、充填容器12が不測に損傷することを防止できる。
Further, since the heating means 23 formed of the
加温手段23は、導入気化部15fと充填容器12の双方に備えてもよい。
The heating means 23 may be provided in both the
図5は緩衝手段21の他の例を示す断面図であり、緩衝手段21は略円錐形状に形成されている。外周面には先端側ほど狭まるテーパ面21dを有する。連通路15の内面におけるこのテーパ面21dに対向する部分は、傾斜面28を有する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the buffer means 21, and the buffer means 21 is formed in a substantially conical shape. The outer peripheral surface has a tapered
緩衝手段21は前記の例の緩衝手段21とは異なって平板状に張り出す部分がないので、緩衝部材21の大きさを極力小さくすることができる。大きさを抑えられるので、液化ガスに対して抵抗が大きくなりすぎることを抑制し、充填速度の維持ができる。
Unlike the buffer means 21 of the above example, the buffer means 21 does not have a portion protruding in a flat plate shape, so that the size of the
図6は、導入気化部15fに備える加温手段23の他の例を示す一部破断側面図である。この加温手段23は、中心に貫通穴23aを有するノズル部23bの外周に複数枚のフィン23cを備えた構造であり、フィン23cの根元部分に熱交換コイル23dを保持している。
FIG. 6 is a partially broken side view showing another example of the heating means 23 provided in the
このように加温手段23にノズル部23bを備えると、加温手段23でも前記と同様に、充填容器12から吹き出す水素ガスを円滑に噴出させたり、一時貯留断熱容器14内の液化水素Xを撹拌したりすることができる。
When the heating means 23 is provided with the
図7は、他の例に係る緩衝手段21を示す断面図であり、この緩衝手段21は加温手段23の機能を兼ね備えている。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a buffering means 21 according to another example. The buffering means 21 also has a function of a heating means 23.
緩衝手段21は連通路15を塞ぐ形状である板状の本体部21aを有し、本体部の中央に両面方向に突出するノズル部21cを有する。ノズル部21cにおける本体部21aより下側には、外周方向に放射状に突出する複数枚のフィン23cを有し、これらフィン23cの根元部分にノズル部21cの長手方向に長い長穴21fを有する。この長穴21fは、熱交換コイル23dを緩衝手段21との間で上下方向に相対移動可能に保持する部分である。すなわち、図7(a)に示したように緩衝手段21がばね24の付勢力で上動したときには、連通路は閉塞され、図7(b)に示したように、ばね24の付勢力に抗して緩衝手段21が押し下げられて下動すると、連通路15が連通状態になる構成である。
The buffer means 21 has a plate-like
このような構成では、前記の作用効果を有するほかに、加温手段23を有しつつも導入気化部15fを小さく形成することができるという利点がある。
In such a configuration, in addition to the above-described effects, there is an advantage that the
図8は、ガス充填装置11を既設のガス充填装置51に接続した例を示している。
FIG. 8 shows an example in which the
既設のガス充填装置51は、低温貯留槽13の底部から延ばしたガス充填路52に昇圧ポンプ53と気化器54を備えている。昇圧ポンプ53は、供給する液化水素Xを圧縮して昇圧するものである。気化器54は昇圧された液体水素Xを気化して水素ガスとするものである。気化器を経て得られた水素ガスは常温で高圧である。
The existing
気化器54の前段から後段には、昇圧ポンプ53を経た液化水素Xを、気化器54を経た水素ガスに混合するための液化水素混合路55が接続されている。
A liquefied
ボイルオフガス等を回収する水素ガス回収タンク34から延びるガス回収路35は、ガス充填路52における気化器54と、液化水素混合路55との接続部分との下流側に接続されている。
A
このようにガス充填装置11を接続した既存のガス充填装置51では、ガス充填路52で常温高圧の水素ガスを充填容器12に充填するときに圧縮熱が生じることを考慮して、水素ガスを所定の低温状態にして充填を行う。
In the existing
このような装置でも、前記と同様の作用効果を得られる。特に、既存のガス充填装置51を活用できるので無駄が生じることはなく、急速充填と急を要しない充填とを使い分けて充填の効率化を図ることもできる。
Even with such an apparatus, the same effects as described above can be obtained. In particular, since the existing
この発明の構成と、前記一形態の構成との対応において、
この発明の気化ガスは、前記水素ガスに対応し、
以下同様に、
液化ガスは、液化水素Xに対応し、
開閉手段は、前記開閉弁15a,15bに対応し、
気化ガス回収路は、水素ガス回収路32,33,35に対応するも、
この発明は、前記の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することができる。
In correspondence between the configuration of the present invention and the configuration of the one aspect,
The vaporized gas of the present invention corresponds to the hydrogen gas,
Similarly,
The liquefied gas corresponds to liquefied hydrogen X,
The opening / closing means corresponds to the opening /
The vaporized gas recovery path corresponds to the hydrogen
The present invention is not limited to the above configuration, and other configurations can be adopted.
例えば、気化ガスや液化ガスには、水素のほか、例えばヘリウムや酸素、窒素などであってもよい。 For example, the vaporized gas or the liquefied gas may be helium, oxygen, nitrogen or the like in addition to hydrogen.
緩衝手段21と加温手段23の配置の順序はいずれが先でもよい。
Either the
緩衝手段21は、動くものではなく、単に連通路を塞ぐように固定的に存在するものであってもよい。 The buffer means 21 may not be moved but may be fixedly present so as to simply block the communication path.
加温手段23は、連通路15が断熱機能を有しないため、連通路15の周辺環境によっては省略することができる。
The heating means 23 can be omitted depending on the surrounding environment of the
11…ガス充填装置
12…充填容器
12a…流体入口
12b…隙間
12c…加温層
14…一時貯留断熱容器
14a…流体出口
15…連通路
15a,15b…開閉弁
15c…着脱部
15f…導入気化部
21…緩衝手段
21b…貫通穴
21c…ノズル部
22…暖気部
23…加温手段
23a…貫通穴
23b…ノズル部
24…ばね
32,33,35…水素ガス回収路
37…接続部
38…液化水素導入路
X…液化水素
DESCRIPTION OF
Claims (9)
常温において前記充填容器に対して前記所定圧力の気化ガスを充填した状態とするのに見合った量の液化ガスを貯留する断熱機能を有した一時貯留断熱容器と、
該一時貯留断熱容器の流体出口と前記充填容器の流体入口との間を連結して一時貯留断熱容器から充填容器に気化ガスを導入するための通路となる連通路とを備え、
該連通路には、前記流体出口と前記流体入口を開閉する開閉手段と、
通過するガス流の勢いを緩和する緩衝手段、及び液化ガスを加熱し気化する暖気部を有した導入気化部と、
前記充填容器を切り離し可能に連結する着脱部とを備えた
ガス充填装置。 A gas filling device that fills a filling container with a predetermined pressure so that a vaporized gas is obtained,
A temporary storage heat insulating container having a heat insulating function for storing an amount of liquefied gas commensurate with filling the vaporized gas of the predetermined pressure into the filled container at room temperature;
A communication passage serving as a passage for connecting the fluid outlet of the temporary storage insulation container and the fluid inlet of the filling container to introduce vaporized gas from the temporary storage insulation container to the filling container;
In the communication path, the fluid outlet and the opening and closing means for opening and closing the fluid inlet,
Buffer means for reducing the momentum of the gas flow passing through, and an introduction vaporization section having a warming section for heating and vaporizing the liquefied gas;
The gas filling apparatus provided with the attaching / detaching part which connects the said filling container so that isolation | separation is possible.
請求項1に記載のガス充填装置。 2. The gas filling according to claim 1, wherein the buffer means is provided so as to close the communication path, is movable in a longitudinal direction of the communication path in the communication path, and is biased toward the fluid outlet. apparatus.
請求項1または請求項2に記載のガス充填装置。 The gas filling device according to claim 1, wherein the buffer means includes a through hole through which gas passes in a longitudinal direction of the communication path.
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載のガス充填装置。 The gas filling device according to any one of claims 1 to 3, wherein the introduction vaporization unit includes a nozzle that injects vaporized gas that extends in a longitudinal direction of the communication path and blows out from the filling container side. .
請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載のガス充填装置。 The gas filling device according to any one of claims 1 to 4, wherein a heating means for forming the warm air portion is provided in the introduction vaporization portion.
請求項1から請求項5のうちいずれか一項に記載のガス充填装置。 6. The heating layer according to claim 1, wherein a heating layer for heating is formed on the inner peripheral surface of the filling container with a ventilation portion through which vaporized gas passes on the outer peripheral side with a gap. The gas filling device as described.
該気化ガス回収路には圧縮機を備えるとともに、
前記気化ガス回収路における該圧縮機よりも先の位置に、液化ガスを混合する液化ガス導入路が接続され、
前記気化ガス回収路の先端には、気化ガスを充填容器に充填するための接続部を備えた
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載のガス充填装置。 A vaporized gas recovery path for recovering vaporized gas is connected to the temporary storage insulation container,
The vaporized gas recovery path is equipped with a compressor,
A liquefied gas introduction path for mixing liquefied gas is connected to a position ahead of the compressor in the vaporized gas recovery path,
The gas filling device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a connection portion for filling the filling container with the vaporized gas at a tip of the vaporized gas recovery path.
断熱機能を有する一時貯留断熱容器を設け、
該一時貯留断熱容器に対して、常温において前記所定圧力の気化ガスを充填した状態とするのに見合った量の液化ガスを供給し、
該液化ガスを、前記充填容器に着脱可能に連通した開閉可能な連通路を開放して、充填容器に導入するとともに、
該充填容器に導入する液化ガスに対して、前記連通路に設けた緩衝手段によるガス流の勢いの緩和と、前記連通路に形成した暖気部による液化ガスの気化とを行って、気化ガスを低温の状態のまま充填容器に充填し、
前記一時貯留断熱容器と充填容器の内部が同圧になったところで連通路を閉止する
ガス充填方法。 A gas filling method of filling a vaporized gas into a filling container so as to have a predetermined pressure,
A temporary storage insulation container having an insulation function is provided,
Supplying the liquefied gas in an amount commensurate with filling the vaporized gas of the predetermined pressure at room temperature with respect to the temporary storage insulation container;
The liquefied gas is introduced into the filling container by opening an openable and closable communication path that is detachably connected to the filling container.
For the liquefied gas introduced into the filling container, the gas flow is reduced by the buffer means provided in the communication passage, and the liquefied gas is vaporized by the warm air portion formed in the communication passage. Fill the filling container in a low temperature state,
A gas filling method for closing a communication path when the inside of the temporary storage heat insulation container and the filling container have the same pressure.
請求項8に記載ガス充填方法。 The gas filling method according to claim 8, wherein the vaporized gas is collected from the temporary storage heat insulation container and compressed by a compressor, and then the vaporized gas is filled in the filling container while mixing and cooling the liquefied gas.
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