(57)【要約】【課題】  ガス供給対象への充填終了後のノズルの取り外しを容易化できるガス供給システムを提供すること。【解決手段】  圧縮機で圧縮されたガスを蓄積する蓄圧器６と、蓄圧器６からのガスを冷却するプレクーラ８と、プレクーラ８で冷却されたガスを供給対象に充填するためのノズル３と、がガス流路４に設けられ、ノズル３の温度を検出する温度センサ（ノズル温度検出部）Ｔ１と、温度センサＴ１の検出温度が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値よりも低い場合に、供給対象に充填されるガスの温度をプレクーラ８で冷却されたガスの温度よりも上昇させる制御部（ガス供給温度制御部）４１と、を有する。【選択図】図２
2011002052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機で圧縮されたガスを蓄積する蓄圧器と、
該蓄圧器からのガスを冷却するプレクーラと、
該プレクーラで冷却されたガスを供給対象に充填するためのノズルと、がガス流路に設けられ、
前記ノズルの温度を検出するノズル温度検出部と、
該ノズル温度検出部の検出温度が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値よりも低い場合に、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるガス供給温度制御部と、
を有するガス供給システム。
【請求項２】
供給対象に対する充填圧力を検出する充填圧力検出部を備え、
前記ガス供給温度制御部は、前記充填圧力検出部による検出圧力がユーザにより設定された充填終了圧力よりも所定圧力だけ低い充填終了間際判定閾値よりも高く、かつ前記ノズル温度検出部の検出温度が前記昇温許可閾値よりも低い場合に、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させる、請求項１に記載のガス供給システム。
【請求項３】
前記プレクーラを通過したガスを前記ガス流路から分岐させて前記圧縮機あるいは当該圧縮機から流出するガスと熱交換させることにより前記ガスを加熱する熱交換部を備え、
前記ガス供給温度制御部は、ガス流を前記熱交換部側に分岐させることにより、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させる、請求項１または２に記載のガス供給システム。
【請求項４】
前記プレクーラをバイパスするバイパス流路を備え、
前記ガス供給温度制御部は、ガス流を前記バイパス流路側に切り替えて前記プレクーラをバイパスさせることにより、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させる、請求項１または２に記載のガス供給システム。
【請求項５】
前記ガスを加熱するヒータを備え、
前記ガス供給温度制御部は、前記供給対象に充填されるガスを、前記ヒータで加熱することにより、前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させる、請求項１または２に記載のガス供給システム。
【請求項６】
圧縮機で圧縮されたガスを蓄積する蓄圧器と、
該蓄圧器からのガスを冷却するプレクーラと、
該プレクーラで冷却されたガスを供給対象に充填するためのノズルと、がガス流路に設けられ、
前記ノズルの温度を検出するノズル温度検出部と、
該ノズル温度検出部の検出温度が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値よりも低くならないように前記供給対象に充填されるガス温度を制御するガス供給温度制御部と、を有するガス供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給対象に所定のガスを供給するガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス供給システムとして、車両に燃料として供給するＣＮＧ等のガスを所定圧力に圧縮してこの加圧されたガスを生成する圧力発生ユニットと、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンクに供給するディスペンサユニットと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−６８４９５号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５４０３号公報
【特許文献３】特開２００５−６９３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなガス供給システムでは、水素カードルに貯蔵された水素を圧縮して蓄圧器に蓄え、充填時にプレクーラを用いて予備冷却した後にノズルを介して供給対象である車両に充填する。このプレクーラによって、蓄圧器からの水素を例えば−２０℃に冷却したうえで車両内のタンクに供給することにより、充填時間の短縮化を実現している。
【０００５】
このようなガス供給システムでは、ディスペンサから供給される低温の水素により、外気に含まれる水分や雨等がノズル周囲で凍結し、ノズルとこのノズルが接続される車両側のレセプタクルとの接続部分が固着してしまう場合がある。このため、充填終了後にノズルをレセプタクルから容易に外せなくなる虞があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ガス供給対象への充填終了後のノズルの取り外しを容易化できるガス供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のガス供給システムにおいては、圧縮機で圧縮されたガスを蓄積する蓄圧器と、該蓄圧器からのガスを冷却するプレクーラと、該プレクーラで冷却されたガスを供給対象に充填するためのノズルと、がガス流路に設けられ、前記ノズルの温度を検出するノズル温度検出部と、該ノズル温度検出部の検出温度が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値よりも低い場合に、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるガス供給温度制御部と、を有する構成を採用する。
【０００８】
かかる構成によれば、ノズルの凍結は、プレクーラで冷却されたガスよりも高温のガスが保有する熱により解消される。しかも、所定条件下でのみ充填ガスの温度をプレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるようにしているため、充填速度の低下も抑制できる。
【０００９】
供給対象に対する充填圧力を検出する充填圧力検出部を備え、前記ガス供給温度制御部は、前記充填圧力検出部による検出圧力がユーザにより設定された充填終了圧力よりも所定圧力だけ低い充填終了間際判定閾値よりも高く、かつ前記ノズル温度検出部の検出温度が前記昇温許可閾値よりも低い場合に、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるようにしてもよい。
【００１０】
前記プレクーラを通過したガスを前記ガス流路から分岐させて前記圧縮機あるいは当該圧縮機から流出するガスと熱交換させることにより前記ガスを加熱する熱交換部を備え、前記ガス供給温度制御部は、ガス流を前記熱交換部側に分岐させることにより、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるようにしてもよい。
かかる構成では、圧縮機を熱源とすることにより、新たな加熱源が不要である。
【００１１】
前記プレクーラをバイパスするバイパス流路を備え、前記ガス供給温度制御部は、ガス流を前記バイパス流路側に切り替えて前記プレクーラをバイパスさせることにより、前記供給対象に充填されるガスの温度を前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるようにしてもよい。
【００１２】
前記ガスを加熱するヒータを備え、前記ガス供給温度制御部は、前記供給対象に充填されるガスを、前記ヒータで加熱することにより、前記プレクーラで冷却されたガスの温度よりも上昇させるようにしてもよい。
【００１３】
また、本発明に係る他のガス供給システムは、圧縮機で圧縮されたガスを蓄積する蓄圧器と、該蓄圧器からのガスを冷却するプレクーラと、該プレクーラで冷却されたガスを供給対象に充填するためのノズルと、がガス流路に設けられ、更に、前記ノズルの温度を検出するノズル温度検出部と、該ノズル温度検出部の検出温度が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値よりも低くならないように前記供給対象に充填されるガス温度を制御するガス供給温度制御部と、を有するものである。
かかる構成によれば、ガス供給対象への充填終了時での凍結が解消されるようにノズルの温度が制御される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガス供給システムによれば、ガス供給対象への充填終了後のノズルの取り外しを容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスステーションの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図３】制御部による制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図５】同実施形態における制御部による制御を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係るガス供給システムによるノズル温度制御を示した図である。
【図９】同ノズル温度制御の他の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るガス供給システムについて説明する。このガス供給システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池が搭載された燃料電池車両（ガス供給対象）に対して燃料ガスである水素ガスを供給する水素ガスステーションに適用されるものである。
【００１７】
図１及び図２に示すように、ガス供給システム１は、ガス供給対象である車両Ｓに搭載されているガス貯蔵タンクに水素ガスを供給するガスステーション１０内に設けられており、水素を貯蔵する水素カードル２（ガス供給源）と、水素ガスを供給対象である車両Ｓに搭載されている水素タンク（以下、単にタンクという。）に向け放出して充填するノズル３と、これらを結ぶガス流路４とを有している。ノズル３には、温度センサ（ノズル温度検出部）Ｔ１が設けられている。
【００１８】
ガス流路４には、水素カードル２側（上流側）から順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して吐出する圧縮機５と、圧縮機５によって所定圧力まで昇圧された水素ガスを蓄えておく蓄圧器６と、蓄圧器６からの水素ガスを予備冷却するプレクーラ８と、ノズル３にプレクーラ８からの水素ガスを供給するディスペンサ部１１とを備えている。
【００１９】
制御部（ガス供給温度制御部）４１は、ガス供給システム１を統括的に制御するものであり、例えば圧縮機５やプレクーラ８の駆動状態を制御する。また、制御部４１は、例えば上記ノズル３からのレバー操作検知信号の他、各圧力センサ及び温度センサＴ１からの検出信号を受信し、受信した検出信号に基づき各部の動作を制御する。
【００２０】
更に、本実施形態では、蓄圧器６の下流でガス流路４から水素ガスを分流させた後、当該水素ガスを圧縮機５で発生する熱を利用して加熱し、プレクーラ８の下流で再びガス流路４に合流するバイパス流路（熱交換部側）９が設けられている。
【００２１】
バイパス流路９には遮断弁９ａが設けられており、ガス流路４にはバイパス流路９の合流位置よりも下流側に遮断弁４ａが設けられている。そして、これら遮断弁４ａ，９ａが制御部４１からの制御信号により選択的に開閉されることによって、タンクに充填される水素ガスの供給流路をガス流路４とバイパス流路９とに切り替えられるように構成されている。
【００２２】
バイパス流路９は圧縮機５の吐出側の配管またはハウジングに接触状態で配設され、バイパス流路９を流れる水素ガスは、圧縮機５あるいは上記吐出側の配管を流れる水素ガスと熱交換される。
【００２３】
上記のガス供給システム１によって車両Ｓに搭載されたタンク（不図示）へ水素ガスを充填する場合は、ノズル３を車両Ｓの水素ガス充填口（供給口）に設けられたレセプタクル２２に嵌合状態に接続する。
【００２４】
この状態にて、ノズル３のトリガーレバーを引いてディスペンサ部１１を作動させる。
通常時は、遮断弁４ａが開、遮断弁９ａが閉状態であり、水素カードル２から圧縮機５で圧縮されて蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８によって予冷されてノズル３側へ送り出される。すると、ノズル３内に設けられている例えば逆止弁からなる開閉弁（図示略）が開き、車両Ｓに搭載されているタンク内への水素ガス充填が開始される。
【００２５】
蓄圧器６からの水素ガスは室温程度であるが、プレクーラ８によって−２０℃程度に冷却される。このため、外部環境によってはノズル３が氷点下となり、凍結が生ずる可能性がある。
本実施形態においては、制御部４１がレセプタクル２２とノズル３との嵌合部温度を温度センサＴ１によって監視しており、この嵌合部に凍結の可能性があると判断した場合には、圧縮機５からの高温ガスを利用してノズル３を昇温させるようにしている。
【００２６】
より具体的に説明すると、図３のフローチャートに示すように、まずステップＳＴ１にて、ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が少なくとも氷点以下に設定される所定の昇温許可閾値、例えば０℃以下であるかどうかを温度センサＴ１の出力に基づいて判定し、０℃以下でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００２７】
ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が０℃以下である場合には、ステップＳＴ２にて、充填圧力を例えば車両Ｓ側に設けられた圧力センサ（充填圧力検出部）Ｐ１により計測し、充填終了が近いかどうかを判定する（ステップＳＴ３）。
【００２８】
この判定では、ユーザが設定した充填終了圧力（例えば、満タン、５０ＭＰａ、１０ＭＰａ等）から所定圧力（例えば、１〜５ＭＰａ）だけ低い充填終了間際判定閾値を用い、この充填終了間際判定閾値よりも検出圧力が高いかどうかが判定される。そして、検出圧力が充填終了間際判定閾値に満たず、充填終了間際でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００２９】
これに対し、検出圧力が充填終了間際判定閾値以上、すなわち充填終了間際（例えば１０秒前）である場合には、遮断弁４ａを閉、遮断弁９ａを開とすることにより、蓄圧器６からの水素ガス（室温程度のガス温度）をバイパス流路９により圧縮機５に導く。これにより、蓄圧器６からの水素ガスは、圧縮機５あるいは吐出側の配管と熱交換して昇温する。
【００３０】
そして、昇温した水素ガスが再びガス流路４に戻ることによってノズル３が加熱され、ノズル３の嵌合部での凍結が溶融される。以上の判定は、充填が終了するまでの間、所定周期で行われる。
【００３１】
タンクに充填終了圧力に相当する量の水素ガスが充填されると、制御部４１はディスペンサ部１１の遮断弁を閉じる。これにより、水素ガス充填は終了する。
タンクへの水素ガス充填終了後は、車両Ｓのレセプタクル２２に接続されたノズル３が当該レセプタクル２２から取り外され、当該ノズル３はディスペンサ部１１のノズルホルダへ収容される。
【００３２】
このように、本実施形態に係るガス供給システム１は、ノズル３の凍結を圧縮機５から吐出された高温ガスの保有熱を利用して溶融させる構成であるから、例えば低温環境下であっても、新たなヒータ等を設けること無く、ノズル３の凍結を防止して充填終了後のノズル３の取り外しを容易化することが可能となる。
【００３３】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図４に示すように、本実施形態では、バイパス流路９の代わりに、圧縮機５から吐出された高温（例えば１００℃）のガスを、蓄圧器６に流入させる前にガス流路４から分岐させるとともにプレクーラ８の下流側で再びガス流路４に合流させるバイパス路１２を備えている。
【００３４】
バイパス路１２には遮断弁１２ａが設けられており、ガス流路４にはバイパス路１２の合流位置よりも上流側に遮断弁４ａが設けられている。そして、これら遮断弁４ａ，１２ａが制御部４１からの制御信号により選択的に開閉されることによって、タンクに充填される水素ガスの供給流路がガス流路４とバイパス路１２とに切り替えられるように構成されている。
【００３５】
上記のガス供給システム１によって車両Ｓに搭載されたタンクへ水素ガスを充填する場合は、ノズル３を車両Ｓの水素ガス充填口（供給口）に設けられたレセプタクル２２に嵌合状態に接続する。
【００３６】
この状態にて、ノズル３のトリガーレバーを引いてディスペンサ部１１を作動させる。
通常時は、遮断弁４ａが開、遮断弁１２ａが閉状態であり、水素カードル２から圧縮機５で圧縮されて蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８によって予冷されてノズル３側へ送り出される。すると、ノズル３内に設けられている例えば逆止弁からなる開閉弁（図示略）が開き、車両Ｓに搭載されているタンク内への水素ガス充填が開始される。
【００３７】
本実施形態において、制御部４１は、レセプタクル２２とノズル３との嵌合部温度を温度センサＴ１によって監視しており、この嵌合部に凍結の可能性があると判断した場合には、圧縮機５からの高温ガスを利用してノズル３を昇温させる。
【００３８】
より具体的に説明すると、図５のフローチャートに示すように、まずステップＳＴ１にて、ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が少なくとも氷点以下に設定される所定の昇温許可閾値、例えば０℃以下であるかどうかを温度センサＴ１の出力に基づいて判定し、０℃以下でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００３９】
ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が０℃以下である場合には、ステップＳＴ２にて充填圧力を圧力センサＰ１により計測し、充填終了が近いかどうかを判定する（ステップＳＴ３）。そして、検出圧力が充填終了間際所定閾値に満たず、充填終了間際でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００４０】
これに対し、検出圧力が充填終了間際判定閾値以上、すなわち充填終了間際（例えば１０秒前）である場合には、遮断弁４ａを閉、遮断弁１２ａを開とすることにより、圧縮機５からの高温ガスがプレクーラ８をバイパスしてノズル３に供給されることになる。これにより、圧縮機５からの高温ガスの保有熱によってノズル３が昇温し、ノズル３の嵌合部での凍結が溶融される。以上の判定は、充填が終了するまでの間、所定周期で行われる。
【００４１】
タンクに充填終了圧力に相当する量の水素ガスが充填されると、制御部４１はディスペンサ部１１の遮断弁を閉じる。これにより、水素ガス充填は終了する。
タンクへの水素ガス充填終了後は、車両Ｓのレセプタクル２２に接続されたノズル３が当該レセプタクル２２から取り外され、当該ノズル３はディスペンサ部１１のノズルホルダへ収容される。
【００４２】
このように、本実施形態に係るガス供給システム１は、ノズル３の凍結を圧縮機５から吐出された高温ガスの保有熱を利用して溶融させる構成であるから、例えば低温環境下であっても、新たなヒータ等を設けること無く、ノズル３の凍結を防止して充填終了後のノズル３の取り外しを容易化することが可能となる。
【００４３】
図６は、本発明に係る他の変形例である。
本変形例では、蓄圧器６の下流にてガス流路４から分岐し、プレクーラ８をバイパスしてプレクーラ８の出口側にてガス流路４に再び合流するバイパス流路１３が設けられている。バイパス流路１３には、バイパス流路１３を通過する水素ガスを加熱するヒータ１４が設けられている。また、バイパス流路１３には遮断弁１３ａが設けられている。その他の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００４４】
本変形例においては、ノズル３を昇温させる手段として、圧縮機５から吐出された高温のガスをバイパスさせるかわりに、ヒータ１４を使用して蓄圧器６から吐出されたガスを加熱する。
【００４５】
具体的には、図３および図５に示すフローチャートと同様に、まず、ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が少なくとも氷点以下である所定の昇温許可閾値、例えば０℃以下であるかどうかを温度センサＴ１の出力に基づいて判定し、０℃以下でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００４６】
そして、ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が０℃以下である場合には、充填圧力を圧力センサＰ１により計測し、充填終了が近いかどうかを判定する。そして、検出圧力が充填終了間際判定閾値に満たず、充填終了間際でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００４７】
これに対し、検出圧力が充填終了間際判定閾値以上、すなわち充填終了間際（例えば１０秒前）である場合には、遮断弁４ａを閉、遮断弁１３ａを開とし、さらにヒータ１４を起動させることにより、蓄圧器６からの水素ガスをヒータ１４によって加熱する。これにより、水素ガスの温度は例えば４０〜５０℃となる。
【００４８】
この水素ガスをノズル３に供給することにより、その水素ガスの保有熱によってノズル３が昇温し、ノズル３の嵌合部での凍結が溶融される。以上の判定は、充填が終了するまでの間、所定周期で行われる。
【００４９】
このように、本変形に係るガス供給システム１は、ノズル３の凍結をヒータ１４で加熱した水素ガスの保有熱を利用して溶融させる構成であるから、例えば低温環境下であっても、ノズル３の凍結を防止して充填終了後のノズル３の取り外しを容易化することが可能とる。
【００５０】
上記変形例の更なる変形例として、図７に示すように、図４に示したようなヒータ１４を設けずに、単にプレクーラ８をバイパスさせる構成としても良い。これによっても、プレクーラ８で冷却されない水素ガスの保有熱により、ノズル３の凍結を溶融させることができる。
【００５１】
また、更に他の変形例として、上記のようにバイパス路を設けるのではなく、プレクーラ８による冷却温度を上げても良い。その他の構成は上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
すなわち、図３及び図５に示すフローチャートと同様に、まず、ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が所定の低温、例えば３℃以下であるかどうかを温度センサＴ１の出力に基づいて判定し、３℃以下でない場合には、そのまま通常の充填を続行する。
【００５２】
ノズル３とレセプタクル２２との嵌合部が３℃以下である場合には、充填圧力を圧力センサＰ１により計測し、充填終了が近いかどうかを判定する。そして、検出圧力が充填終了間際所定閾値に満たず、充填終了間際でない場合には、そのまま通常の充填を続行し、充填終了間際（例えば１０秒前）である場合には、プレクーラ８による冷却温度を維持する。
【００５３】
このときのプレクーラ８による冷却温度は、図８に示すように制御される。
すなわち、プレクーラ８によって冷却された水素ガスの温度が３℃を下回らないように制御されることにより、ノズル３の温度が氷点を下回らないようにする。したがって、ノズル３の嵌合部での凍結が抑えられ、充填終了後のノズル３の取り外しを容易化することが可能となる。
【００５４】
なお、プレクーラ８による温度設定は、図９に示すように、温度低下の傾きと充填時間予測からノズル３の温度が氷点以下にならないように制御しても良い。
【００５５】
また、上記実施形態においては、充填圧力をレセプタクル２２に設けられた圧力センサＰ１で測定する構成であるが、本発明においては、充填終了直前であることを検出できる構成であれば、いかなる構成を用いても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１…ガス供給システム、２…水素カードル、３…ノズル、４…ガス流路、４ａ…遮断弁、５…圧縮機、６…蓄圧器、８…プレクーラ、９…バイパス流路（熱交換部）、９ａ…遮断弁、１０…ガスステーション、１２…バイパス路、１２ａ…遮断弁、１３…バイパス流路、１３ａ…遮断弁、１４…ヒータ、２２…レセプタクル、Ｐ１…圧力センサ（充填圧力検出部）、Ｔ１…温度センサ（ノズル温度検出部）、４１…制御部（ガス供給温度制御部）
【図１】
2011002052.tif 000003
【図２】
2011002052.tif 000004
【図３】
2011002052.tif 000005
【図４】
2011002052.tif 000006
【図５】
2011002052.tif 000007
【図６】
2011002052.tif 000008
【図７】
2011002052.tif 000009
【図８】
2011002052.tif 000010
【図９】
2011002052.tif 000011