(57)【要約】【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１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
前記緩衝手段が、前記連通路を塞ぐように設けられるとともに連通路内で連通路の長手方向に移動可能であり、前記流体出口方向に向けて付勢されている
請求項１に記載のガス充填装置。
【請求項３】
前記緩衝手段が、前記連通路の長手方向にガスを通す貫通穴を備えた
請求項１または請求項２に記載のガス充填装置。
【請求項４】
前記導入気化部に、前記連通路の長手方向に延びて前記充填容器側から吹き出す気化ガスを噴射するノズルが備えられた
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。
【請求項５】
前記導入気化部に、前記暖気部を形成する加温手段が設けられた
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。
【請求項６】
前記充填容器の内周面に、外周側に気化ガスを通す通気部を有するとともに加温を行う加温層が隙間をあけて形成された
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。
【請求項７】
前記一時貯留断熱容器に気化ガスを回収する気化ガス回収路が接続され、
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
前記一時貯留断熱容器から気化ガスを回収し、圧縮機で圧縮した後、液化ガスを混合して冷却しながら、気化ガスを充填容器に充填する
請求項８に記載ガス充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１９６５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ガス充填装置の概略構成図
【図２】導入気化部の断面図。
【図３】ガス充填装置の制御回路ブロック図。
【図４】他の例に係る導入気化部と充填容器の一部破断断面図。
【図５】他の例に係る導入気化部の断面図。
【図６】他の例に係る加温手段の一部破断側面図。
【図７】他の例に係る導入気化部の断面図。
【図８】他の例に係るガス充填装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【符号の説明】
【００９６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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