JP5428755B2

JP5428755B2 - ガス充填装置

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Publication number: JP5428755B2
Application number: JP2009245371A
Authority: JP
Inventors: 武史石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: JP2011089620A

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開平１１−３０４６２８号公報特開２００６−５２８０９号公報

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。

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。

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。

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、前記気化器により気化したガスとは異なるガス漏れ検査用の検知ガスを供給する検知ガス供給部と、を備える。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態であるガス充填装置を含むガス容器検査設備の構成を概略的に示す図である。図１に示すガス容器検査設備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る。ガスタンクに対するガス充填、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。本発明の別実施形態のガス充填装置が水素供給ステーションに用いられる態様を概略的に示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims

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、
制御部からの指令に応じて前記ガス経路に、前記気化器により気化したガスとは異なるガス漏れ検査用の検知ガスを供給する検知ガス供給部と、
を備えるガス充填装置。
請求項１に記載の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。
請求項１に記載の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。
請求項１に記載の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することを特徴とするガス充填装置。
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の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ることを特徴とするガス充填装置。
請求項１に記載の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ることを特徴とするガス充填装置。
請求項１に記載の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することを特徴とするガス充填装置。
請求項４に記載の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することを特徴とするガス充填装置。