(57)【要約】【課題】樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置を提供すること。【解決手段】本発明のガス供給装置１は，ガス製造装置１１で製造されたガスを蓄ガス器１３から供給先である高圧タンク１５へ供給するガス供給装置１であって，蓄ガス器１３からガスを高圧タンク１５へ導くガス管１６，１７と，ガス管１６，１７に設けられた波動冷凍機１４とを有し，波動冷凍機１４を経由してガスを高圧タンク１５へ供給するものである。【選択図】            図１
2006275220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置において，
供給元ガス容器からガスを供給先へ導くガス管と，
前記ガス管に設けられた波動冷凍機とを有し，
前記波動冷凍機を経由してガスを供給先へ供給することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給装置において，前記波動冷凍機は，
周面とその両端面とにより区画された内部空間を有するハウジングと，
前記ハウジングの周面に接続された膨張管と，
前記ハウジングの中で回転する回転分配部材とを有し，
前記回転分配部材には，
前記ハウジングの周面との間に部分的にレシーバ空間を形成する凹部と，
前記凹部以外の部分で前記ハウジングの周面と対面する対面部と，
回転中心を含む位置の内室と，
前記内室と前記対面部の外側とを結ぶノズルとが形成されており，
前記ハウジングには，
前記回転分配部材の内室に常時連通する第１ポートと，
前記回転分配部材により閉鎖された状態と，前記レシーバ空間に連通する状態とが，前記回転分配部材の回転により反復的に切り替えられる第２ポートとが形成されており，
前記第１ポートおよび前記第２ポートが前記ガス管に接続されていることを特徴とするガス供給装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガス供給装置において，
前記波動冷凍機と並列または直列に設けられた制御弁を有することを特徴とするガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば，燃料電池自動車等へ燃料である水素ガスを供給する水素供給ステーション等に設けられるガス供給装置に関する。さらに詳細には，圧縮したガスを貯蔵する貯蔵タンクから高圧タンクへガスを供給するガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションでは，都市ガス等から水素ガスを製造して貯蔵しておき，燃料電池自動車等に搭載されているタンク（車載タンク）に供給する。このようなガス供給装置１００は，その概略を図５に示すように，ガス製造装置１０１，圧縮機１０２，蓄ガス器１０３，弁１０４を有している。車載タンク等の高圧タンク１０５に接続されて使用される。ガス製造装置１０１で製造されたガスは，圧縮機１０２によって例えば４０ＭＰａＧ以上に圧縮されて，蓄ガス器１０３に貯蔵されている。高圧タンク１０５は，一般にガス残量が少なくなった状態でこのガス供給装置１００に接続され，例えば３０ＭＰａＧ程度の高圧までガスが充填される。
【０００３】
自動車の車載タンク等では，樹脂等の耐熱性のやや低い材質が部分的に使用される場合があり，そのため，車載タンクに許容される温度範囲は，例えば−４０〜８２℃のように設定されている。それに対し一般に，水素等の高圧ガスを低圧状態の容器に急速充填すると、容器内においてガス温度が上昇することが分かっている。例えば，発明者らの試算では，蓄ガス器１０３の温度を２５℃，圧力を４０ＭＰａとし，高圧タンク１０５の初期圧力を０．７ＭＰａとすると，水素ガスを急速充填した場合の高圧タンク１０５の内部温度は１５３℃程度まで上昇する。この温度は，上記の許容される温度範囲を大きく超えている。
【０００４】
そのため，従来のガス供給装置１００では，高圧タンク１０５に充填する際の水素ガスの流量または充填ガス圧力をある程度まで制限することにより，温度上昇を抑えるようにしている。あるいは，高圧タンクの前に冷却用熱交換器を備えて，ガスを冷却しつつ充填する燃料充填装置が開示されている（例えば，特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１３２４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記した従来のガス供給装置では，次のような問題点があった。まず，充填するガスの流量を制限する方法は，高圧タンク１０５への充填時間が長くかかることとなり好ましくない。また，充填ガスの圧力を制限すると，高圧タンク１０５の到達ガス圧力が低くなり，充填できるガスの量が減ってしまう。また，特許文献１に記載の技術では，高圧タンク１０５前のガスは，大気温度か冷却水温度程度までしか冷却されず，充填時の温度上昇幅と比較するとこの程度の冷却では不十分である。そのため，この技術によっても，やはりある程度ガス流量を制限する必要があるという問題点があった。
【０００６】
本発明は，前記した従来のガス供給装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされたガス供給装置は，供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置であって，供給元ガス容器からガスを供給先へ導くガス管と，ガス管に設けられた波動冷凍機とを有し，波動冷凍機を経由してガスを供給先へ供給するものである。
【０００８】
本発明によれば，供給元ガス容器から波動冷凍機を経由してガスが供給されるので，供給前に波動冷凍機によってガス温度が低下される。波動冷凍機によれば，ガスは十分低温まで降温されるので，ガス管を介して供給先へ供給された後も，タンクの仕様上要求される程度には低温状態とすることが容易にできる。従って，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置となっている。
【０００９】
さらに本発明では，波動冷凍機は，周面とその両端面とにより区画された内部空間を有するハウジングと，ハウジングの周面の縁辺に接続された膨張管と，ハウジングの中で回転する回転分配部材とを有し，回転分配部材には，ハウジングの周面との間に部分的にレシーバ空間を形成する凹部と，凹部以外の部分でハウジングの周面と対面する対面部と，回転中心を含む位置の内室と，内室と対面部の外側とを結ぶノズルとが形成されており，ハウジングには，回転分配部材の内室に常時連通する第１ポートと，回転分配部材により閉鎖された状態と，レシーバ空間に連通する状態とが，回転分配部材の回転により反復的に切り替えられる第２ポートとが形成されており，第１ポートおよび第２ポートがガス管に接続されていることが望ましい。
【００１０】
このようなものであれば，高圧ガスは第１ポートからこの波動冷凍機に入力され，内室とノズルとを介して膨張管に入力される。そして入力された高圧ガスは，膨張管で膨張されることにより低温化される。さらに，低温化されたガスは，レシーバ空間を介して第２ポートから出力される。この波動冷凍機を動作させるために必要な動作は，回転分配部材を回転させるのみであり，容易に急速充填可能となっている。
【００１１】
さらに本発明では，波動冷凍機と並列または直列に設けられた制御弁を有することが望ましい。
このようなものであれば，波動冷凍機によってガス温度を低下させるとともに，制御弁によってガス流量を正確に把握することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガス供給装置によれば，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，高圧で貯蔵されているガスを，高圧タンクに充填供給するガス供給装置に本発明を適用したものである。
【００１４】
本形態のガス供給装置１は，図１に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，波動冷凍機１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１５に接続されて使用される。ガス製造装置１１は，例えば，都市ガスの改質によって水素ガスを製造する装置であり，低圧ガス配管等を含んでいる。このガス製造装置１１で製造されたガスは低圧状態にあり，圧縮機１２によって高圧ガスとされて，蓄ガス器１３に一旦貯蔵される。
【００１５】
蓄ガス器１３は，例えば複数の高圧タンクを有し，圧縮機１２によって４０ＭＰａＧ程度にされた高圧ガスが貯蔵される。さらに，蓄ガス器１３は，ガス管１６によって波動冷凍機１４に接続され，この約４０ＭＰａＧの高圧ガスが波動冷凍機１４に導かれる。さらに波動冷凍機１４には，ガス供給装置１からガスの供給をうける高圧タンク１５に接続するためのガス管１７が接続されている。これらのガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３は，いずれも従来のものと同様である。
【００１６】
波動冷凍機１４は，その断面を図２に示すように，複数の膨張管２１ａ〜２１ｅが放射状に接続された周面が略円形のハウジング２２と，その内部で一定方向へ回転される回転分配器２３とを有している。各膨張管２１ａ〜２１ｅの一端部はハウジング２２の縁辺に接続されて内部に連通されており，外周側の他端部は閉止されている。あるいは，この他端部は，衝撃減衰タンクに接続されていてもよい。なお，この図では短く示しているが，膨張管２１ａ〜２１ｅは例えば，直径１０ｍｍ，長さ２ｍ程度と，ごく細長いものである。
【００１７】
また，回転分配器２３の内部には，回転中心を含む位置の内室２４と，回転中心に直交する方向へ延びる２つのノズル２５，２５が形成されている。内室２４とノズル２５，２５とは常時連通されている。また，ノズル２５，２５は，膨張管２１ａ〜２１ｅと同一面内に配置され，回転分配器２３の回転に伴って所定の時間間隔で反復的に，膨張管２１ａ〜２１ｅと連通あるいは遮断される。
【００１８】
回転分配器２３の外形には，ハウジング２２の内周面に対面して断面が略円形の対面部２３ａと，断面が凹形状となった凹部２３ｂとが形成されている。凹部２３ｂとハウジング２２との間には，回転分配器２３の回転に伴って移動するレシーバ空間２６が形成される。レシーバ空間２６には，回転分配器２３の回転により，ノズル２５と連通されていない膨張管２１ａ〜２１ｅのうちの一部が開口する。
【００１９】
また，ハウジング２２には，内室２４を常時外部へ連通させる位置に流入口２７が形成され，回転分配器２３が回転されても内室２４とノズル２５のいずれとも連通されない位置に流出口２８が形成されている。流出口２８は，回転分配器２３の回転に伴って，レシーバ空間２６と連通される状態と閉鎖される状態とが反復的に切り替えられる。この流入口２７にガス管１６が，流出口２８にガス管１７がそれぞれ接続されている（図１参照。）。ここで，流入口２７が第１ポートに，流出口２８が第２ポートにそれぞれ相当する。なお，ハウジング２２は，図２中の手前側および奥側の両端部がともに封止され，これによって区画された内部空間を有している。
【００２０】
図２では，ノズル２５の一方が膨張管２１ｂの開放端と合致されている状態を示している。このとき，ガス管１６を介して流入口２７から内室２４へ流入された高圧ガスは，ノズル２５を介して膨張管２１ｂへと流れ込む。また，図２の状態では，膨張管２１ｄ，２１ｅがレシーバ空間２６の一つに連通されているとともに，そのレシーバ空間２６は流出口２８に連通されている。従って，膨張管２１ｄ，２１ｅ内のガスは，レシーバ空間２６を介して流出口２８へと流出されている。この図では，ガスの流れを白抜きの矢印で示している。
【００２１】
次に，この波動冷凍機１４の動作を説明する。波動冷凍機１４の動作時には，回転分配器２３が例えば３０００〜４０００ｒｐｍで回転されるとともに，流入口２７に高圧ガスが流入される。図２において膨張管２１ｂに示しているように，ノズル２５とその開放端が合致されているタイミングでは，膨張管２１ａ〜２１ｅの内部で衝撃管の場合と似たガスの動きが発生する。すなわち，新たに流入された高圧ガスは，膨張管２１ａ〜２１ｅの内部に残留しているガスに衝突して仕事をする。一方，残留ガスは仕事をされ，圧縮されて温度が上昇する。こうして温度上昇した残留ガスの熱が，膨張管２１ａ〜２１ｅから外部へと放熱されるのである。これにより，全体としてはガスの温度と圧力が低下する。
【００２２】
また，回転分配器２３がさらに回転されることにより，膨張管２１ａ〜２１ｅの開放端は順次レシーバ空間２６に連通され，温度と圧力が低下されたガスが膨張管２１ａ〜２１ｅからレシーバ空間２６中に放出される。回転分配器２３がさらに回転され，図２に示しているように，レシーバ空間２６と流出口２８とが連通されたタイミングでは，レシーバ空間２６に溜まった低温のガスが流出口２８に流出する。この動作が繰り返されることにより，流入口２７から流入された高圧ガスは，低温となって流出口２８から流出される。
【００２３】
発明者らの試算では，上記の従来技術での試算と同様に，蓄ガス器１３の温度を２５℃，圧力を４０ＭＰａとし，高圧タンク１５の初期圧を０．７ＭＰａとして，断熱効率５０％の波動冷凍機１４を用いた場合，水素ガスを急速充填した時の高圧タンク１５の内部温度は約２℃となった。すなわち，この波動冷凍機１４を利用すれば，高圧タンク１５の内部温度を十分な低温とできる程度まで，ガス温度を下げることができる。
【００２４】
なお，ここでは波動冷凍機１４を単独で接続するものとして説明したが，図３あるいは図４に示すように，波動冷凍機１４に直列あるいは並列に流量制御弁３１を接続すると，より望ましい。波動冷凍機１４のみで流量を正確に制御することは難しいからである。そこで，図３に示すように，波動冷凍機１４に直列に流量制御弁３１を接続すれば，ガスの流量を正確に把握できる。また，図４に示すように，波動冷凍機１４に並列に流量制御弁３１を接続すれば，蓄ガス器１３と高圧タンク１５との圧力差が大きい初めのうちは波動冷凍機１４を介してガスを充填し，圧力差が小さくなったら流量制御弁３１を介してガスを充填することができる。
【００２５】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置によれば，高圧ガスを貯蔵する蓄ガス器１３とガスが充填される高圧タンク１５との間に，波動冷凍機１４が設けられているので，高圧ガスは高圧タンク１５に流入する前に十分冷却される。従って，高圧タンク１５に急速充填することである程度温度上昇しても，その上限温度は低く抑えることができる。これにより，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置となっている。
【００２６】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，図２に示した波動冷凍機１４の構成は一例であり，膨張管の配置や数，回転分配器２３のノズル数や回転速度等は上記の例に限るものではない。
また例えば，本発明は，水素ガスを自動車の車載タンクに供給する水素ステーションに限らず，他の気体を充填するものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図２】波動冷凍機の概略構成を示す説明図である。
【図３】ガス供給装置の別の例を示す概略構成図である。
【図４】ガス供給装置の別の例を示す概略構成図である。
【図５】従来のガス供給装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ガス供給装置
１４  波動冷凍機
１６，１７  ガス管
２１ａ〜２１ｅ  膨張管
２２  ハウジング
２３  回転分配器
２３ａ  対面部
２３ｂ  凹部
２４  内室
２５  ノズル
２６  レシーバ空間
２７  流入口
２８  流出口
３１  制御弁
【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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