(57)【要約】【課題】ガス供給装置が大型化することを防止しつつ、ディスペンサに向けて供給できるガス量を確保できるようにする。【解決手段】ガス供給装置３０は、ガスを圧縮する圧縮機３１と、ガス室ＧＳを区画するピストン４４を有し、ガス室ＧＳに圧縮機３１によって圧縮されたガスが導入されるシリンダ３３と、ガス室ＧＳ内のガスがディスペンサ１１に向けて流出するのに応じて、ガス室ＧＳ内の容積が小さくなるようにピストン４４を動作させるための制御を行う動作制御部３５ｂと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧縮する圧縮機と、
ガス室を区画するピストンを有し、前記ガス室に前記圧縮機によって圧縮されたガスが導入されるシリンダと、
前記ガス室内のガスがディスペンサに向けて流出するのに応じて、前記ガス室内の容積が小さくなるように前記ピストンを動作させるための制御を行う動作制御部と、を備えているガス供給装置。
【請求項２】
前記ガス室内のガスの圧力又は前記シリンダの下流側でのガスの圧力を検出する圧力検出器を備えており、
前記動作制御部は、前記圧力検出器による検出圧力の値が維持されるように、前記ピストンを動作させるための制御を行うように構成されている請求項１に記載のガス供給装置。
【請求項３】
前記シリンダ内には、前記ピストンを駆動するための液体が封入されており、
前記シリンダは、前記液体の圧力によって前記ピストンを動作させるように構成されている請求項１又は２に記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記シリンダは、前記ピストンの移動時においても前記シリンダ内における液室と前記ガス室とがオーバーラップしないように構成されている請求項３に記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記シリンダには、前記液室に前記液体を流入させ、前記液室から前記液体を流出させる出入ポートが設けられている請求項４に記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記シリンダは、前記液室が前記ガス室の下になる姿勢で配置されている請求項４又は５に記載のガス供給装置。
【請求項７】
圧縮機から吐出されたガスをシリンダのガス室内に導入し、
前記ガス室内のガスがディスペンサに向けて流出するのに応じて、前記ガス室内の容積が小さくなるようにピストンを動作させるガス供給方法。
【請求項８】
前記ガス室内のガスの圧力又は前記シリンダの下流側でのガスの圧力を検出し、
前記ガス室内のガスを前記ディスペンサに向けて流出させる際に、前記ガスの検出圧力が維持されるように前記ピストンを動作させる請求項７に記載のガス供給方法。
【請求項９】
圧縮機を駆動しながら、前記ガス室内の容積が大きくなる方向に前記ピストンが動作する際に、検出された前記ガス室内の圧力が維持されるように前記ピストンを動作させる請求項８に記載のガス供給方法。
【請求項１０】
圧縮機から吐出されたガスを前記ガス室に供給する際に、前記ガス室内の容積が大きくなる方向に前記ピストンを動作させる請求項７又は８に記載のガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給装置及びガス供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、水素ステーションに用いられるガス供給装置が開示されている。特許文献１のガス供給装置は、圧縮機と、蓄圧器とを備えている。この水素ステーションにおいては、圧縮機がガス（水素）を圧縮して蓄圧器に供給する。そして蓄圧器に蓄えられたガスがディスペンサに供給され、ディスペンサは、車載タンクに接続された充填ノズルを介して燃料電池自動車の車載タンクにガスを充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３２８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記特許文献１に開示されたガス供給装置では、蓄圧器の内圧とディスペンサでのガス圧力との差圧によって、蓄圧器内のガスがディスペンサに供給される。このため、蓄圧器に貯留されたガスがディスペンサに向けて流れるのに従って、差圧が次第に小さくなり、単位時間当たりに流れるガス流量が次第に小さくなってしまう。このため、供給できるガス量に限界があるという問題がある。一方、差圧がなるべく小さくならないようにするには、蓄圧器を大型化させなければならず、ガス供給装置として大型化することに帰結する。
【０００５】
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガス供給装置が大型化することを防止しつつ、ディスペンサに向けて供給できるガス量を確保できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するため、本発明は、ガスを圧縮する圧縮機と、ガス室を区画するピストンを有し、前記ガス室に前記圧縮機によって圧縮されたガスが導入されるシリンダと、前記ガス室内のガスがディスペンサに向けて流出するのに応じて、前記ガス室内の容積が小さくなるように前記ピストンを動作させるための制御を行う動作制御部と、を備えているガス供給装置である。
【０００７】
本発明では、シリンダ内からガスが流出する際に、ガス室からシリンダの外方へガスが流出するのに合わせて、ガス室内の容積が小さくなるようにピストンが動作する。すなわち、シリンダは、ピストンが動作することによってガス室内の容積を減少させる。このため、ガスがガス室から流出する際に、シリンダ内のガス圧力が低下する割合を小さくすることができる。したがって、一定の容積を有する圧力容器によって構成された従来の蓄圧器に比べて、ガス圧力が下がり難くなるため、ガス供給量を増やすことができる。このため、ディスペンサに向けて供給できるガス量を確保することができる。しかも、一定の容積を有する圧力容器によって構成された従来の蓄圧器と異なり、シリンダが大型化しない。したがって、ガス供給装置が大型化することを防止することができる。
【０００８】
前記ガス供給装置は、前記ガス室内のガスの圧力又は前記シリンダの下流側でのガスの圧力を検出する圧力検出器を備えていてもよい。この場合、前記動作制御部は、前記圧力検出器による検出圧力の値が維持されるように、前記ピストンを動作させるための制御を行うように構成されていてもよい。
【０００９】
この態様では、シリンダ内のガスがディスペンサに向けて流出するときに圧力検出器によってガス圧力が検出されており、動作制御部は、この検出圧力の値が維持されるようにピストンを動作させる。このため、シリンダ内のガス圧力とディスペンサでのガス圧力との間の差圧が維持されるため、ディスペンサに向けて流れるガスの流量を維持することができる。
【００１０】
前記シリンダ内には、前記ピストンを駆動するための液体が封入されていてもよい。この場合、前記シリンダは、前記液体の圧力によって前記ピストンを動作させるように構成されていてもよい。
【００１１】
この態様では、シリンダ内に封入された液体を押圧することによって、ピストンが動作する。このため、液体への押圧力を調整することよってピストンの移動量を調整することができる。したがって、ピストンの移動量を精度よく調整することができる。
【００１２】
前記シリンダは、前記ピストンの移動時においても前記シリンダ内における液室と前記ガス室とがオーバーラップしないように構成されていてもよい。
【００１３】
この態様では、ガスに液体が接触することを防止することができる。したがって、ディスペンサに向けて流出するガスに液体が混ざることを防止することができる。
【００１４】
前記シリンダには、前記液室に前記液体を流入させ、前記液室から前記液体を流出させる出入ポートが設けられていてもよい。この態様では、出入ポートを通じて液体が出入りし、これにより、ピストンをストロークさせることができる。
【００１５】
前記シリンダは、前記液室が前記ガス室の下になる姿勢で配置されていてもよい。この態様では、ガスにピストンの自重がかかることを防止することができる。
【００１６】
本発明は、圧縮機から吐出されたガスをシリンダのガス室内に導入し、前記ガス室内のガスがディスペンサに向けて流出するのに応じて、前記ガス室内の容積が小さくなるようにピストンを動作させるガス供給方法である。
【００１７】
前記ガス供給方法において、前記ガス室内のガスの圧力又は前記シリンダの下流側でのガスの圧力を検出し、前記ガス室内のガスを前記ディスペンサに向けて流出させる際に、前記ガスの検出圧力が維持されるように前記ピストンを動作させてもよい。
【００１８】
前記ガス供給方法において、圧縮機を駆動しながら、前記ガス室内の容積が大きくなる方向に前記ピストンが動作する際に、検出された前記ガス室内の圧力が維持されるように前記ピストンを動作させてもよい。これにより、圧縮機の吐出圧力を一定に保つことができ、圧縮機の機械効率の向上を図ることができる。
【００１９】
前記ガス供給方法において、圧縮機から吐出されたガスを前記ガス室に供給する際に、前記ガス室内の容積が大きくなる方向に前記ピストンを動作させてもよい。これにより、圧縮機の吐出圧力を下げることができるとともに、吐出後のガス温度を低く抑えることができる。また、プレクーラの負荷低下、アフタークーラの小型化や省略が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、ガス供給装置が大型化することを防止しつつ、ディスペンサに向けて供給できるガス量をすることが確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るガス供給装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明のその他の実施形態に係るガス供給装置の要部を説明するための図である。
【図３】前記ガス供給装置によるガス供給方法を説明するためのフロー図である。
【図４】本発明のその他の実施形態に係るガス供給装置の全体構成を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施形態に係るガス供給装置３０は、水素ステーションにおいて使用されるものであり、水素ステーションに設けられたディスペンサ１１に向けて水素ガス（以下、単にガスという）を供給する。ディスペンサ１１は、アダプタ１１ａを有しており、このアダプタ１１ａを介して、ガス供給装置３０から供給されたガスを、タンク搭載装置である車両ＢのタンクＣに充填する充填設備である。車両Ｂは、例えば燃料電池車である。
【００２４】
ディスペンサ１１には、プレクールシステム１３が設けられている。プレクールシステム１３は、冷凍機１４とブライン回路１５とを備える。ブライン回路１５は、ブライン流路１５ａと、ブラインポンプ１５ｂと、プレクール熱交換器１５ｃとを備える。ブライン流路１５ａには、ブラインが封入されており、ブラインポンプ１５ｂ、プレクール熱交換器１５ｃおよび冷凍機１４の一部（熱交換器）が配置される。
【００２５】
ブライン回路１５では、プレクール熱交換器１５ｃにおいてガスとブラインとが熱交換することによりディスペンサ１１から車両ＢのタンクＣへ充填される直前のガスが冷却される。プレクール熱交換器１５ｃにおいてガスから熱を吸収したブラインは、冷凍機１４に流入して冷却される。冷却されたブラインはブラインポンプ１５ｂにより再びプレクール熱交換器１５ｃへと送られる。
【００２６】
ディスペンサ１１には、流量調整弁１１ｂが設けられている。流量調整弁１１ｂは、開度調整を行うことによってディスペンサ１１内を流れるガスの流量を調整する。流量調整弁１１ｂの開度調整は、所定のプロトコルに従って、規定の昇圧速度でガス充填圧力が昇圧するように行われる。
【００２７】
ガス供給装置３０は、圧縮機３１と、シリンダ３３と、コントローラ３５とを備えている。圧縮機３１は、例えば図外の貯蔵タンクに貯留されている液体水素から蒸発したボイルオフガスを吸引するように構成されていてもよく、あるいは、水素製造装置で製造された水素ガスを吸引するように構成されていてもよい。圧縮機３１は、ガス吸引して圧縮し、圧縮されたガスを吐出する。
【００２８】
圧縮機３１の吐出口には、接続路３７の一端部が接続されている。接続路３７の他端部は、シリンダ３３の流入口４３ａに接続されている。接続路３７には、逆止弁３８が設けられている。逆止弁３８は、圧縮機３１からシリンダ３３に向かうガスの流れを許容する一方、シリンダ３３から圧縮機３１に向かうガスの流れを阻止する。
【００２９】
シリンダ３３の流出口４３ｂには、供給路４０の一端部が接続されている。供給路４０の他端部は、ディスペンサ１１に接続されている。供給路４０には、逆止弁４１が設けられている。逆止弁４１は、シリンダ３３からディスペンサ１１に向かうガスの流れを許容する一方、ディスペンサ１１からシリンダ３３に向かうガスの流れを阻止する。
【００３０】
シリンダ３３は、断面積が一定の状態で一方向（図１では上下方向）に延びる形状で、かつ中空状のシリンダ本体４３と、シリンダ本体４３の内側に収容されたピストン４４とを備えている。ピストン４４は、シリンダ本体４３の延びる方向に移動可能な状態でシリンダ本体４３内に配置されている。本実施形態では、ピストン４４は上下方向に移動可能となっている。
【００３１】
シリンダ本体４３内の空間は、ピストン４４によってガス室ＧＳと液室ＬＳとに区画されている。ガス室ＧＳにはガスが導入される。液室ＬＳには、送液ポンプ４６との間で行き来可能な状態で液体が封入されている。本実施形態では、ピストン４４の上側の空間がガス室ＧＳとなっていて、ピストン４４の下側の空間が液室ＬＳとなっている。
【００３２】
シリンダ本体４３には、ガス室ＧＳに臨むように流入口４３ａ及び流出口４３ｂが設けられている。ガス室ＧＳには、流入口４３ａを通して接続路３７からガスが導入される。ガス室ＧＳ内のガスは、流出口４３ｂを通して供給路４０に導出される。
【００３３】
また、シリンダ本体４３には、液室ＬＳに臨むように出入ポート４３ｃが設けられている。液室ＬＳは、出入ポート４３ｃを通じて送液ポンプ４６に繋がっている。送液ポンプ４６は、図略のタンクを有していて、タンクに貯留された液を加圧しながら液室ＬＳに送り込む送出動作と、液室ＬＳからタンクに液体を戻す戻し動作とを行うことができる。送液ポンプ４６が送出動作を行うことにより、液室ＬＳ内に液体が送り込まれ、液体の圧力によって、ピストン４４はガス室ＧＳの容積が小さくなる方向に移動する。送液ポンプ４６が戻し動作を行うことにより、液室ＬＳ内の液体が送液ポンプ４６に戻され、これにより、ピストン４４は、ガス室ＧＳの容積が大きくなる方向に移動する。
【００３４】
ガス室ＧＳ内にはガスが貯留されることから、シリンダ３３を、所定の圧力（例えば８２ＭＰａ）のガスを貯留する蓄圧器として機能させることができる。そして、ガス室ＧＳの容積が最も大きくなる死点位置（図１における下位置）にピストン４４がある状態から、ガス室ＧＳの容積が最も小さくなる死点位置（図１における上位置）までピストン４４が移動することにより、車両ＢのタンクＣを満充填できる量以上のガスがガス室ＧＳから流出する。なお、図２に示すように、互いに並列になるように複数のシリンダ３３が接続された構成にすることにより、各シリンダ３３を小型化することができる。この場合、どのシリンダ３３にガスを供給するかを切り換えることができるように開閉弁４７が設けられている。
【００３５】
ピストン４４の外周面には、シール材が配設されており、シリンダ本体４３の内周面とピストン４４の外周面とはガス密状に摺接している。これにより、万一液が蒸気成分となりガス側に流入したとしても、ガス室ＧＳに液成分が混入することを防ぐことができる。
【００３６】
シリンダ３３は、ピストン４４が上死点位置から下死点位置まで移動したときでも、液室ＬＳがガス室ＧＳにオーバーラップしないように設定されている。すなわち、ガス室ＧＳ側のピストン４４の端面のストローク範囲Ｌｇと、液室ＬＳ側のピストン４４の端面のストローク範囲Ｌｌとは、互いに離間している。このため、シリンダ本体４３の内面に付着した液体がガスに混入するという事態を回避することができる。なお、ピストン４４にワイパーリングを用いて、ガス室ＧＳ側のピストン４４の端面のストローク範囲Ｌｇと、液室ＬＳ側のピストン４４の端面のストローク範囲Ｌｌとが一部オーバーラップする構成とすることも可能である。この場合には、シリンダ本体４３の小型化を図ることができる。
【００３７】
シリンダ本体４３には、圧力検出器４８が取り付けられている。圧力検出器４８は、ガス室ＧＳ内のガス圧力を検出し、検出圧力に応じた信号を出力する。
【００３８】
圧力検出器４８の出力信号は、コントローラ３５に入力される。コントローラ３５は、記憶部、演算部等を有しており、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、所定の機能を発揮する。コントローラ３５の機能には、圧縮機制御部３５ａと、動作制御部３５ｂとが含まれている。圧縮機制御部３５ａは、圧縮機３１の駆動制御を行う。動作制御部３５ｂは、シリンダ本体４３に設けられた圧力検出器４８からの信号を用いて、検出圧力に応じてピストン４４を動作させるための制御を行う。
【００３９】
ここで、本実施形態のガス供給装置３０の運転動作について、図３を参照しつつ説明する。ガス供給装置３０が起動すると、圧縮機制御部３５ａは、圧縮機３１を駆動する制御を行う（ステップＳＴ１）。また、圧縮機３１が駆動されるときには、動作制御部３５ｂは、ピストン４４を下死点位置まで移動させる制御を行う（ステップＳＴ２）。すなわち、ガス室ＧＳの容積が大きくなる方向にピストン４４が移動するように、送液ポンプ４６を駆動する。このとき、圧力検出器４８によってガス室ＧＳ内の圧力が検出されていて、動作制御部３５ｂは、この検出圧力が目標圧力（例えば８２ＭＰａ）に維持されるように、ピストン４４を移動させるようにしてもよい。なお、圧縮機制御部３５ａが圧縮機３１を駆動する制御を行うときに、動作制御部３５ｂは、圧力検出器４８の検出圧力によらず、ピストン４４を下死点位置まで移動させるための制御を行うようにしてもよい。この場合、ピストン４４が下死点位置まで移動した状態で、検出圧力が目標圧力（例えば８２ＭＰａ）になると、圧縮機制御部３５ａは圧縮機３１を停止する制御を行う。いずれの場合であっても、ガス室ＧＳ内が目標圧力となった状態で、ピストン４４が下死点位置に位置づけられる。
【００４０】
その後、ディスペンサ１１から車両ＢのタンクＣにガスの充填を開始すると（ステップＳＴ３）、動作制御部３５ｂは、ピストン４４がガス室ＧＳ側に向かってスライドするように、送液ポンプ４６を駆動する（ステップＳＴ４）。すなわち、圧縮機３１が駆動されていない状態で、ガス室ＧＳに設けられた圧力検出器４８の検出圧力が目標圧力よりも低下し始めると、動作制御部３５ｂは、ピストン４４が上死点位置に向けて移動するように送液ポンプ４６を駆動する制御を行う。これにより、ガス室ＧＳの容積が次第に小さくなるため、検出圧力が目標圧力に近づくようになる。したがって、ガス室ＧＳ内のガス圧力と、ディスペンサ１１内におけるガス圧力との差圧によってタンクＣにガス充填を行う場合でも、ガス室ＧＳ内の圧力が維持されるため、蓄圧器を用いた差圧充填に比べて、ガス供給量が低下しないようにすることができる。
【００４１】
動作制御部３５ｂは、液を送出する方向に送液ポンプ４６を駆動した後は、液を戻す方向に送液ポンプ４６を駆動する（ステップＳＴ５）。これにより、ピストン４４は下死点位置に向けて移動するため、圧力検出器４８の検出圧力が低下し始める。これにより、圧縮機制御部３５ａは、圧縮機３１を起動する（ステップＳＴ６）。そして、ピストン４４が下死点位置に位置づけられた状態で、圧力検出器４８の検出圧力が目標圧力になると、圧縮機制御部３５ａは圧縮機３１を停止する。これによりシリンダ３３内にガスが満充填されて状態となる。
【００４２】
以上説明したように、本実施形態では、シリンダ本体４３内からガスが流出する際に、ガス室ＧＳからシリンダ３３の外方へガスが流出するのに合わせて、ガス室ＧＳ内の容積が小さくなるようにピストン４４が動作する。すなわち、シリンダ３３は、ピストン４４が動作することによってガス室ＧＳ内の容積を減少させる。このため、ガスがガス室ＧＳから流出する際に、シリンダ３３内のガス圧力が低下する割合を小さくすることができる。したがって、一定の容積を有する圧力容器によって構成された従来の蓄圧器に比べて、ガス圧力が下がり難くなるため、ガス供給量を増やすことができる。このため、ディスペンサ１１に向けて供給できるガス量を確保することができる。しかも、一定の容積を有する圧力容器によって構成された従来の蓄圧器と異なり、シリンダ３３が大型化しない。したがって、ガス供給装置３０が大型化することを防止することができる。
【００４３】
また本実施形態では、シリンダ３３内のガスがディスペンサ１１に向けて流出するときに圧力検出器４８によってガス圧力が検出されており、動作制御部３５ｂは、この検出圧力の値が維持されるようにピストン４４を動作させるための制御を行う。このため、シリンダ３３内のガス圧力とディスペンサ１１でのガス圧力との間の差圧が維持されるため、ディスペンサ１１に向けて流れるガスの流量を維持することができる。
【００４４】
また本実施形態では、シリンダ３３内に封入された液体を押圧することによって、ピストン４４が動作する。このため、液体への押圧力を調整することよってピストン４４の移動量を調整することができる。したがって、ピストン４４の移動量を精度よく調整することができる。
【００４５】
また本実施形態では、ピストン４４の動作時においても、液室ＬＳとガス室ＧＳとがオーバーラップしないため、ガスに液体が接触することを防止することができる。したがって、ディスペンサ１１に向けて流出するガスに液体が混ざることを防止することができる。
【００４６】
また本実施形態では、シリンダ３３が、液室ＬＳがガス室ＧＳの下になる姿勢で配置されているため、ガスにピストン４４の自重がかかることを防止することができる。
【００４７】
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、ガスがガス室ＧＳから流出する際にピストン４４を上死点位置に向けて移動させるときに、ガス室ＧＳ内の圧力が目標圧力に維持されるように、動作制御部３５ｂが送液ポンプ４６を駆動制御する構成としたが、これに限られない。圧力検出器４８によってガス室ＧＳ内の圧力を検出することなく、送液ポンプ４６を駆動するようにしてもよい。この場合でも、従来のごとく、蓄圧器を用いた差圧充填に比べれば、ガス供給量を増大させることができる。
【００４８】
また、前記実施形態では、シリンダ本体４３に設けられた圧力検出器４８による検出圧力に基づいて、検出圧力が目標圧力を維持するように送液ポンプ４６を駆動する構成としたが、これに限られるものではない。例えば、図４に示すように、供給路４０にも圧力検出器５２が設けられていて、動作制御部３５ｂは、ガスがガス室ＧＳから流出するときに、この圧力検出器５２の検出圧力が目標圧力を維持するように送液ポンプ４６を駆動制御する構成であってもよい。
【００４９】
また、前記実施形態では、ガス室ＧＳがピストン４４の上側に位置して、ピストン４４が最も上の位置に来たときが上死点位置となり、液室ＬＳがピストン４４の下側に位置して、ピストン４４が最も下の位置に来たときが下死点位置となる構成としたが、これに限られるものではない。例えば、シリンダ３３は、ピストン４４が水平方向に移動する姿勢で配設されていてもよい。この場合、ガス室ＧＳの容積が最も小さくなる上死点位置と、ガス室ＧＳの容積が最も大きくなる下死点位置は、水平方向に並ぶことになる。また、シリンダ３３は、ピストン４４の下側の空間がガス室ＧＳとなり、ピストン４４の上側の空間が液室ＬＳとなる姿勢で設置されていてもよい。
【００５０】
また、前記実施形態では、ガス供給装置が水素ガスを供給する例について説明したが、水素ガスに限られるものではない。
【符号の説明】
【００５１】
３０  ガス供給装置
３１  圧縮機
３３  シリンダ
３５  コントローラ
３５ａ  圧縮機制御部
３５ｂ  動作制御部
３７  接続路
４０  供給路
４３  シリンダ本体
４３ａ  流入口
４３ｂ  流出口
４３ｃ  出入ポート
４４  ピストン
４６  送液ポンプ
４８  圧力検出器
５２  圧力検出器
【図１】
2017129221.tif 000003
【図２】
2017129221.tif 000004
【図３】
2017129221.tif 000005
【図４】
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