特許 5886820 ガス充填装置及びガス充填方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886820

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】ガス充填装置及びガス充填方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20160303BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/00 301Z

   F17C5/06

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-257841(P2013-257841)

(22)【出願日】2013年12月13日

(65)【公開番号】特開2015-113949(P2015-113949A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2015年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100137143

【弁理士】

【氏名又は名称】玉串 幸久

(72)【発明者】

【氏名】名倉 見治

(72)【発明者】

【氏名】高木 一

(72)【発明者】

【氏名】姥 拓郎

【審査官】 神山 茂樹

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５３４３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１５１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４０６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３０２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１５１８１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １３／００

Ｆ１７Ｃ ５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、
前記ガス流通路に接続された圧縮機と、
前記ガス流通路に接続された貯留部と、
前記流入端に接続されたガスの供給源から供給されたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第１圧縮充填運転と、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第２圧縮充填運転と、を行う制御を実行可能な運転制御部と、を備え、
前記運転制御部は、前記流出端でのガス圧力又はこれに相当する圧力が所定の圧力になるまで前記第１圧縮充填運転を行い、所定の圧力に達すると前記第２圧縮充填運転に切り換える制御を実行するように構成されているガス充填装置。

【請求項2】

前記運転制御部は、前記第２圧縮充填運転において、
前記貯留部内のガス圧力に対する前記流出端におけるガス圧力の比が予め設定された貯留開始閾値以上になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行う、または、前記貯留部内の前記ガス圧力が予め設定された貯留開始閾値以下になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行う請求項１に記載のガス充填装置。

【請求項3】

前記ガス流通路は、第１開閉弁が設けられ、前記流入端と前記圧縮機の吸入部とを接続する第１流路と、第２開閉弁が設けられ、前記圧縮機の吐出部と前記貯留部とを接続する第２流路と、第３開閉弁が設けられ、前記第２流路と前記流出端とを接続する第３流路と、第４開閉弁が設けられ、前記貯留部と前記圧縮機の吸入部とを連通させる第４流路と、を有し、
前記運転制御部は、前記第２圧縮充填運転を行うときに、前記第４開閉弁及び前記第３開閉弁を開放するとともに前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉鎖する請求項１又は２に記載のガス充填装置。

【請求項4】

ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、
前記ガス流通路に接続された圧縮機と、
前記ガス流通路に接続された貯留部と、
を備え、
前記流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転と、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転と、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる圧縮充填運転と、を行い、
前記差圧充填運転の後に前記圧縮充填運転に移行するガス充填装置。

【請求項5】

前記ガス流通路において、前記圧縮機と並列に配列される他の圧縮機をさらに備え、
前記差圧充填運転および前記圧縮充填運転において、前記供給源から送られたガスを前記他の圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する補給運転制御を実行し、
前記貯留運転において、前記供給源から供給されたガスを前記他の圧縮機及び前記圧縮機のそれぞれにて圧縮し、前記貯留部に貯留する請求項４に記載のガス充填装置。

【請求項6】

前記貯留部内のガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第１圧力検出器と、
前記流出端におけるガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第２圧力検出器とを備え、
前記運転制御部は、前記第２圧力検出器による検出値と前記第１圧力検出器による検出値とから得られる圧力差が、予め定められた所定値以下になると前記圧縮機の回転数を上昇させた状態で前記圧縮充填運転に移行する請求項４又は５に記載のガス充填装置。

【請求項7】

ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、
前記ガス流通路に接続された圧縮機と、
前記ガス流通路に接続された貯留部と、
前記流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転と、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転と、を行う制御を実行可能な運転制御部と、を備え、
前記運転制御部は、前記貯留運転において、前記供給源から前記圧縮機を通して前記貯留部にガスを貯留する第１貯留運転と、前記第１貯留運転によって前記貯留部に貯留されたガスを前記圧縮機に送り該圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する第２貯留運転とを行う制御を実行するように構成されているガス充填装置。

【請求項8】

前記貯留部は、第１タンク部と第２タンク部とを有し、
前記運転制御部は、前記第２貯留運転において、前記第１タンク部に貯留されていたガスを前記圧縮機で圧縮して前記第２タンク部に貯留する制御を実行するように構成されている請求項７に記載のガス充填装置。

【請求項9】

圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、
前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源から供給されたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第１圧縮充填運転を行うステップと、
前記第１圧縮充填運転を行うステップの後に行われ、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第２圧縮充填運転を行うステップと、を含むガス充填方法。

【請求項10】

前記第２圧縮充填運転を行うステップにおいて、
前記貯留部内のガス圧力に対する前記流出端におけるガス圧力の比が予め設定された貯留開始閾値以上になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行う、または、前記貯留部内の前記ガス圧力が予め設定された貯留開始閾値以下になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行う請求項９に記載のガス充填方法。

【請求項11】

圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、
前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転を行うステップと、
前記差圧充填運転を行うステップの後に行われ、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる圧縮充填運転を行うステップと、を含むガス充填方法。

【請求項12】

前記流出端におけるガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第２圧力検出器による検出値と、前記貯留部内のガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第１圧力検出器による検出値とから得られる圧力差が、予め定められた所定値以下になると、前記圧縮機の回転数を上昇させつつ前記圧縮充填運転を行う前記ステップへ移行する請求項１１に記載のガス充填方法。

【請求項13】

前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行うステップを含む請求項１１又は１２に記載のガス充填方法。

【請求項14】

圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、
前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行うステップと、
前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転を行うステップと、
を含み、
前記貯留運転を行うステップは、前記供給源から前記圧縮機を通して前記貯留部にガスを貯留する第１貯留運転を行うステップと、前記第１貯留運転によって前記貯留部に貯留されたガスを前記圧縮機に送り該圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する第２貯留運転を行うステップとを含むガス充填方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス充填装置及びガス充填方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１に開示されているように、蓄圧器に対してガスを供給するガス充填装置が知られている。図１０に示すように、特許文献１に開示されたガス充填装置には、圧縮機６１、緩衝容器６２及び開閉弁Ｖ６１が設けられたガス流通回路６３が設けられている。このガス流通回路６３にガスの供給源６５が接続されることにより、ガス供給源６５からのガスの供給が可能となる。また、ガス流通回路６３には、タンク搭載装置（車両等）６６が接続可能となっており、ガス流通回路６３を通してタンク搭載装置６６のタンクにガスを供給することができる。具体的には、タンク搭載装置６６のタンクにガスを供給する際には、緩衝容器６２に貯留されたガスをタンクに供給し（圧力平衡化）、それと同時に、ガスの供給源６５から供給されたガスを圧縮機６１で圧縮して、この圧縮されたガスを緩衝容器６２に通すことなくタンクに供給する。このように、緩衝容器６２からの供給と圧縮機６１を介したガス供給源６５からの供給とを同時に行うことにより、迅速なガス充填を可能にしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５２４８６０７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に開示されたガス充填装置では、２系統からのガス供給を同時に行うため、迅速なガス充填が可能となっている。しかしながら、２系統からの同時供給では、タンク内のガス圧力及び緩衝容器６２内のガス圧力が変化するのに伴って、圧縮機６１によるガス圧縮容量を調整したり、緩衝容器６２から放出されるガスの流量を調整する必要があるため、ガス充填装置によるタンクへの充填制御が煩雑となるという問題がある。

【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、ガス充填装置による蓄圧器への充填制御が煩雑となることを抑制することを主たる目的としている。

【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、ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、前記ガス流通路に接続された圧縮機と、前記ガス流通路に接続された貯留部と、前記流入端に接続されたガスの供給源から供給されたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第１圧縮充填運転と、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第２圧縮充填運転と、を行う制御を実行可能な運転制御部と、を備え、前記運転制御部は、前記流出端でのガス圧力又はこれに相当する圧力が所定の圧力になるまで前記第１圧縮充填運転を行い、所定の圧力に達すると前記第２圧縮充填運転に切り換える制御を実行するように構成されているガス充填装置である。

【0007】

本発明では、第１圧縮充填運転が行われた後に第２圧縮充填運転に切り換えられる。つまり、蓄圧器へのガスの供給を行うにあたり、ガスの供給源からのガス供給うと貯留部からのガス供給とを同時に行うことがない。このため、ガス充填装置による蓄圧器へのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。また、流出端でのガス圧力又はこれに相当する圧力が所定圧力に達するまで第１圧縮充填運転を行い、その後、第２圧縮充填運転に切り換えるため、圧縮機における昇圧幅を抑えることができる。このため、圧縮機の小型化を図ることができる。すなわち、圧縮機の圧縮室の段数を抑えることができるため、より小型の圧縮機を採用することができる。

【0008】

ここで、前記運転制御部は、前記第２圧縮充填運転において、前記貯留部内のガス圧力に対する前記流出端におけるガス圧力の比が予め設定された貯留開始閾値以上になった場合に、前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行ってもよく、または、前記貯留部内の前記ガス圧力が予め設定された貯留開始閾値以下になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行ってもよい。

【0009】

この態様では、貯留部から蓄圧器へのガス供給を行う第２圧縮充填運転において、ガス供給に伴って貯留部のガス圧力が低下した場合に貯留運転が行われる。このため、貯留部内のガス圧力を所定値以上に確保することができる。したがって、圧縮機での圧縮比を低く抑えることが可能となり、圧縮機の小型化を図ることができる。すなわち、圧縮機の圧縮室の段数を抑えることができ、より小型の圧縮機を採用することができる。

【0010】

前記ガス流通路は、第１開閉弁が設けられ、前記流入端と前記圧縮機の吸入部とを接続する第１流路と、第２開閉弁が設けられ、前記圧縮機の吐出部と前記貯留部とを接続する第２流路と、第３開閉弁が設けられ、前記第２流路と前記流出端とを接続する第３流路と、第４開閉弁が設けられ、前記貯留部と前記圧縮機の吸入部とを連通させる第４流路と、を有してもよい。この場合、前記運転制御部は、前記第２圧縮充填運転を行うときに、前記第４開閉弁及び前記第３開閉弁を開放するとともに前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を閉鎖してもよい。

【0011】

本発明は、ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、前記ガス流通路に接続された圧縮機と、前記ガス流通路に接続された貯留部と、を備え、前記流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転と、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転と、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる圧縮充填運転と、を行い、前記差圧充填運転の後に前記圧縮充填運転に移行するガス充填装置である。

【0012】

本発明では、差圧充填運転が行われた後に圧縮充填運転に切り換わる。そして、圧縮機によってガスを圧縮しながら流出端からガスを流出させる。つまり、蓄圧器へのガスの供給を行うにあたり、圧力差を利用したガス供給と圧縮機による圧縮を行うガス供給を同時に行うことがない。このため、ガス充填装置による蓄圧器へのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。しかも、貯留部内のガス圧力と蓄圧器内のガス圧力との圧力差を利用した差圧充填運転を行った後に圧縮機による圧縮を利用した圧縮充填運転を行うため、貯留部内のガス圧力に近い圧力又はそれ以上の圧力のガスを、簡単な圧縮機制御を行いながら供給することができる。また、貯留部に溜められていたガスを圧縮機で圧縮するため、圧縮機における昇圧幅を抑えることができる。このため、圧縮機の小型化を図ることができる。すなわち、圧縮機の圧縮室の段数を抑えることができるため、より小型の圧縮機を採用することができる。

【0013】

前記ガス流通路において、前記圧縮機と並列に配列される他の圧縮機をさらに備えてもよい。この場合、前記差圧充填運転および前記圧縮充填運転において、前記供給源から送られたガスを前記他の圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する補給運転制御を実行し、前記貯留運転において、前記供給源から供給されたガスを前記他の圧縮機及び前記圧縮機のそれぞれにて圧縮し、前記貯留部に貯留してもよい。

【0014】

この態様では、貯留部に導入されるガスを圧縮する他の圧縮機と、貯留部から流出したガスを圧縮する圧縮機とが設けられるため、貯留部のガスを蓄圧器に充填する運転を行いながら、ガスの供給源から貯留部にガスを供給する運転を行うことができる。このため、貯留部の容量が大きな場合や、蓄圧器からの充填要求が多い場合にもガス充填装置の連続運転を行うことができる。

【0015】

前記ガス充填装置は、前記貯留部内のガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第１圧力検出器と、前記流出端におけるガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第２圧力検出器とを備えてもよい。この場合、前記運転制御部は、前記第２圧力検出器による検出値と前記第１圧力検出器による検出値とから得られる圧力差が、予め定められた所定値以下になると前記圧縮機の回転数を上昇させた状態で前記圧縮充填運転に移行してもよい。

【0016】

この態様では、流出端におけるガス圧力を検出する第２圧力検出器による検出値と、貯留部内のガス圧力を検出する第１圧力検出器による検出値とから得られる圧力差が所定値以下になった場合に、圧縮機の回転数を上昇させることにより、圧縮機から吐出されるガスの圧力（又は流量）が僅かに増大する。これにより、蓄圧器へのガスの供給に関し、充填時間と目標圧力（又は目標流量）との関係が決められている場合に差圧充填運転から圧縮充填運転への移行時に、蓄圧器へのガスの供給圧（又は供給量）が目標圧力（又は目標流量）を下回ってしまうことが防止される。

【0017】

本発明は、ガスの供給源を接続可能な流入端と、蓄圧器を接続可能な流出端とを有するガス流通路と、前記ガス流通路に接続された圧縮機と、前記ガス流通路に接続された貯留部と、前記流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転と、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転と、を行う制御を実行可能な運転制御部と、を備え、前記運転制御部は、前記貯留運転において、前記供給源から前記圧縮機を通して前記貯留部にガスを貯留する第１貯留運転と、前記第１貯留運転によって前記貯留部に貯留されたガスを前記圧縮機に送り該圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する第２貯留運転とを行う制御を実行するように構成されているガス充填装置である。

【0018】

この態様では、貯留運転が第１貯留運転と第２貯留運転とに分かれている。このため、まず、第１貯留運転で第１の所定圧力まで貯留部内のガス圧力を昇圧させ、その後、第２貯留運転によって貯留部内のガス圧力を第１の所定圧力から第２の所定圧力まで昇圧させることができる。したがって、貯留部内のガス圧力を直接所定圧力（第２の所定圧力に相当する圧力）まで昇圧させるものに比べて、圧縮機での昇圧幅を抑えることができる。また、差圧充填にて蓄圧器にガスが充填されるため、ガス充填装置による蓄圧器へのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。

【0019】

ここで、前記貯留部は、第１タンク部と第２タンク部とを有してもよい。この場合、前記運転制御部は、前記第２貯留運転において、前記第１タンク部に貯留されていたガスを前記圧縮機で圧縮して前記第２タンク部に貯留する制御を実行するように構成されていてもよい。

【0020】

この態様では、貯留部に潮流されていたガスを圧縮機で圧縮して、貯留部に戻す場合に、圧縮されたガスを効果的に貯留することができる。

【0021】

本発明は、圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源から供給されたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第１圧縮充填運転を行うステップと、前記第１圧縮充填運転を行うステップの後に行われ、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる第２圧縮充填運転を行うステップと、を含むガス充填方法である。

【0022】

前記第２圧縮充填運転を行うステップにおいて、前記貯留部内のガス圧力に対する前記流出端におけるガス圧力の比が予め設定された貯留開始閾値以上になった場合に、前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行ってもよく、または、前記貯留部内の前記ガス圧力が予め設定された貯留開始閾値以下になった場合に前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行ってもよい。

【0023】

本発明は、圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転を行うステップと、前記差圧充填運転を行うステップの後に行われ、前記貯留部に溜められたガスを前記圧縮機によって圧縮して前記流出端から流出させる圧縮充填運転を行うステップと、を含むガス充填方法である。

【0024】

前記流出端におけるガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第２圧力検出器による検出値と、前記貯留部内のガス圧力又はこれに相当する圧力を検出する第１圧力検出器による検出値とから得られる圧力差が、予め定められた所定値以下になると、前記圧縮機の回転数を上昇させつつ前記圧縮充填運転を行う前記ステップへ移行してもよい。

【0025】

前記ガス充填方法は、前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行うステップを含んでもよい。

【0026】

本発明は、圧縮機及び貯留部が接続されたガス流通路の流出端に接続された蓄圧器にガスを供給する方法であって、前記ガス流通路の流入端に接続されたガスの供給源からガスの供給を受けて前記貯留部にガスを溜める貯留運転を行うステップと、前記貯留部に溜められたガスを、前記貯留部内のガス圧力と前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当するガス圧力との圧力差によって前記流出端から流出させる差圧充填運転を行うステップと、を含み、前記貯留運転を行うステップは、前記供給源から前記圧縮機を通して前記貯留部にガスを貯留する第１貯留運転を行うステップと、前記第１貯留運転によって前記貯留部に貯留されたガスを前記圧縮機に送り該圧縮機で圧縮して前記貯留部に貯留する第２貯留運転を行うステップとを含むガス充填方法である。

【0027】

以上説明したように、本発明によれば、ガス充填装置による蓄圧器への充填制御が煩雑となることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の第１実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図2】前記ガス充填装置によるガス充填方法を説明するためのフロー図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図4】本発明の第２実施形態に係るガス充填装置による貯留運転、差圧充填運転及び圧縮充填運転の動作を説明するためのフロー図である。

【図5】前記ガス充填装置による補給運転の動作を説明するためのフロー図である。

【図6】本発明の第２実施形態のその他の動作例による貯留運転、差圧充填運転及び圧縮充填運転の動作を説明するためのフロー図である。

【図7】本発明の第３実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図8】前記ガス充填装置による貯留運転及び差圧充填運転の動作を説明するためのフロー図である。

【図9】本発明のその他の実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。

【図10】従来のガス充填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】

【0029】

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。

【0030】

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態に係るガス充填装置１０は、例えば水素ガスの供給スタンドとしての水素ステーションに設けられた蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを充填するためのものである。蓄圧器１２ａ，１２ｂには、予め定められた所定の圧力の水素ガスが溜められる。蓄圧器１２ａ，１２ｂには図外のディスペンサが接続されており、蓄圧器１２ａ，１２ｂに溜められた水素ガスは、このディスペンサを通して、タンク搭載装置である燃料電池車に設けられたタンクに供給される。

【0031】

ガス充填装置１０は、水素ガスを流通させるためのガス流通路１６と、ガス流通路１６に接続された圧縮機１８と、ガス流通路１６に接続された貯留部２０と、コントローラ２２とを備えている。貯留部２０は１つ又は複数の容器にて構成される。

【0032】

ガス流通路１６は、第１流路１６ａと第２流路１６ｂと第３流路１６ｃと第４流路１６ｄとを有する。

【0033】

第１流路１６ａの上流端には、ガス供給源２５を接続可能な流入端１６ｅが設けられている。第１流路１６ａの下流端は圧縮機１８の吸入部に接続されている。つまり、第１流路１６ａは、流入端１６ｅと圧縮機１８の吸入部とを接続している。第１流路１６ａには、第１開閉弁Ｖ１及び逆止弁２６が設けられている。逆止弁２６は、流入端１６ｅから圧縮機１８の吸入部（又は貯留部２０）に向かう方向の流れのみを許容する。

【0034】

第２流路１６ｂの一端部は、圧縮機１８の吐出部に接続され、第２流路１６ｂの他端部は、貯留部２０に接続されている。つまり、第２流路１６ｂは、圧縮機１８の吐出部と貯留部２０とを接続している。第２流路１６ｂには、第２開閉弁Ｖ２が設けられている。なお、水素ガスの逆流を防止するために第２流路１６ｂに逆止弁等が設けられてもよい。第３流路１６ｃ及び第４流路１６ｄにおいても同様である。以下の他の実施形態における各流路においても同様である。

【0035】

第３流路１６ｃの一端部は、第２流路１６ｂにおける第２開閉弁Ｖ２よりも上流側の部位に接続されている。第３流路１６ｃは、その途中で複数（図例では２つ）の流路１６ｆ，１６ｇに分岐している。各分岐流路１６ｆ，１６ｇの下流端には、それぞれ蓄圧器１２ａ，１２ｂを接続可能な流出端１６ｈが設けられている。すなわち、第３流路１６ｃの他端部には、蓄圧器１２ａ，１２ｂを接続可能な流出端１６ｈが設けられている。分岐流路１６ｆ，１６ｇには、それぞれ第３開閉弁Ｖ３が設けられている。

【0036】

なお、第３流路１６ｃは、その途中で分岐している構成に限られない。第３流路１６ｃは、分岐することなく延びており、１つの流出端１６ｈが設けられた構成としてもよい。この場合には、１つの第３開閉弁Ｖ３が設けられた構成となる。

【0037】

蓄圧器１２ａ，１２ｂには、それぞれ例えば９０ＭＰａの水素ガスが溜められる。なお、第１蓄圧器１２ａと第２蓄圧器１２ｂに異なる圧力の水素ガスが蓄えられる構成であってもよい。

【0038】

第４流路１６ｄの一端部は、貯留部２０に接続されており、第４流路１６ｄの他端部は、第１流路１６ａにおける第１開閉弁Ｖ１（又は流入端１６ｅ）と圧縮機１８の吸入部との間の部位に接続されている。つまり、第４流路１６ｄは、貯留部２０と圧縮機１８の吸入部とを連通している。第４流路１６ｄには、第４開閉弁Ｖ４が設けられている。

【0039】

ガス供給源２５としては、水素ガスが封入されたガスボンベ、水素ガスの製造システム、水素ガスを分配するガスパイプ等が挙げられる。ガス供給源２５からは、例えば１ＭＰａ以下の水素ガスが供給される。

【0040】

圧縮機１８は、図略のモータの駆動により図略のクランク軸を回転させてピストンを往復動させる往復動圧縮機によって構成されている。なお、圧縮機１８は、往復動圧縮機に限られるものではなく、これ以外のタイプの圧縮機によって構成されていてもよい。

【0041】

コントローラ２２には、貯留部２０内のガス圧力を検出する第１センサ（第１圧力検出器）３１から出力された信号と、流出端１６ｈにおけるガス圧力を検出する第２センサ（第２圧力検出器）３２から出力された信号とが入力される。

【0042】

コントローラ２２は、ガス充填装置１０の運転制御を実行するプログラムが記憶されていて、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２２の機能には、少なくとも運転制御部２２ａと切換制御部２２ｂとが含まれている。

【0043】

運転制御部２２ａは、ガス供給源２５から水素ガスの供給を受けて貯留部２０に水素ガスを溜める貯留運転を行う制御を実行する。貯留運転は、ガス供給源２５から導入された水素ガスを圧縮機１８で圧縮しつつ貯留部２０に貯留する運転であり、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が開放される一方、第３開閉弁Ｖ３及び第４開閉弁Ｖ４が閉鎖される。

【0044】

また運転制御部２２ａは、圧縮機１８による水素ガスの圧縮を行いながら水素ガスを蓄圧器１２ａ，１２ｂに供給する充填運転を行う制御を実行する。充填運転には、一部の蓄圧器１２ａ，１２ｂにのみ水素ガスを供給する場合と、全ての蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを供給する場合とがある。一部の蓄圧器１２ａ，１２ｂにのみ水素ガスを供給する場合には、一方の第３開閉弁Ｖ３が開放される一方、他方の第３開閉弁Ｖ３が閉鎖される。全ての蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを供給する場合には、全ての第３開閉弁Ｖ３が開放される。以下の第３実施形態においても同様である。

【0045】

充填運転には、第１圧縮充填運転と第２圧縮充填運転とが含まれている。第１圧縮充填運転は、流入端１６ｅに接続されたガス供給源２５から供給された水素ガスを圧縮機１８によって圧縮して流出端１６ｈから流出させる運転であり、第１開閉弁Ｖ１が開放される一方、第２開閉弁Ｖ２及び第４開閉弁Ｖ４が閉鎖される。第２圧縮充填運転は、貯留部２０に溜められた水素ガスを圧縮機１８によって圧縮して流出端１６ｈから流出させる運転であり、第４開閉弁Ｖ４が開放される一方、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が閉鎖される。

【0046】

切換制御部２２ｂは、第１圧縮充填運転から第２圧縮充填運転に切り換える指令を運転制御部２２ａに与える。具体的には、切換制御部２２ｂは、第１センサ３１による検出値と第２センサ３２による検出値を検出しており、第２センサ３２による検出値が予め定められた所定値以上になると第１圧縮充填運転から第２圧縮充填運転に切り換えるための指令を運転制御部２２ａに与える。この所定値は、例えば２５〜４５ＭＰａ程度（図２の例では、４５ＭＰａ）に設定されている。運転制御部２２ａは、切換制御部２２ｂからの指令を受けると第１圧縮充填運転から第２圧縮充填運転に切り換える制御を実行する。

【0047】

また、切換制御部２２ｂは、第２圧縮充填運転において、貯留部２０内のガス圧力に対する流出端１６ｈでのガス圧力の比が予め設定された値以上になると、第２圧縮充填運転を中断して貯留運転を行うための切換指令を運転制御部２２ａに与える。具体的には、第１センサ３１による検出値Ｐ１に対する第２センサ３２の検出値Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が、圧縮比限界Ｐｒ以上の値になると切換指令を出す。この圧縮比限界Ｐｒは、圧縮機１８を設計する際に設定された圧縮比の限界値であって、目標圧力（例えば９０ＭＰａ程度）まで圧縮する際に許容される圧縮比に基づいて設定されている。したがって、貯留部２０のガス圧力の水素ガスを圧縮機１８によって圧縮比限界Ｐｒ内で目標圧力まで圧縮できるときには、第２圧縮充填運転が行われる。一方、圧縮機１８で圧縮されたとしても、圧縮比限界Ｐｒ未満の圧縮比で目標圧力に到達できない程度に貯留部２０のガス圧力が低下したときには、切換制御部２２ｂが切換指令を出力する。運転制御部２２ａは、切換指令を受けると、第２圧縮充填運転を中断して、ガス供給源２５から供給された水素ガスを貯留部２０に溜める貯留運転を行う。

【0048】

ここで、第１実施形態に係るガス充填装置１０の動作制御について説明する。ガス充填装置１０が以下のように動作することにより、蓄圧器１２ａ，１２ｂにガスを充填するためのガス充填方法が実施される。

【0049】

図２に示すように、ガス充填方法には、貯留運転を行うステップ（ステップＳＴ１，ＳＴ７）と、第１圧縮充填運転を行うステップ（ステップＳＴ２）と、第２圧縮充填運転を行うステップ（ステップＳＴ４）とが含まれる。貯留運転では、ガス充填装置１０による蓄圧器１２ａ，１２ｂへの水素ガスを供給する動作の開始前に貯留部２０へ水素ガスを供給する開始前貯留運転（ＳＴ１）と、蓄圧器１２ａ，１２ｂへの水素ガスの供給開始後において、水素ガスの供給を一時中断して貯留部２０へ水素ガスを供給する開始後貯留運転とを含む。

【0050】

ステップＳＴ１の開始前貯留運転では、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が開放される一方、第３開閉弁Ｖ３及び第４開閉弁Ｖ４が閉鎖され、圧縮機１８が駆動される。そして、第１流路１６ａの流入端１６ｅに接続されたガス供給源２５からガス流通路１６に導入された水素ガスは、第１流路１６ａから圧縮機１８に吸入され、圧縮機１８で圧縮されて昇圧される。圧縮機１８で圧縮された水素ガスは、第２流路１６ｂを通して貯留部２０に導入される。第１センサ３１によって検出された圧力（検出値Ｐ１）が予め定められた所定圧力（例えば、４５ＭＰａ）に達すると、開始前貯留運転を終了する。

【0051】

ディスペンサから供給指令を受けると蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを供給するための第１圧縮充填運転を開始する（ステップＳＴ２）。第１圧縮充填運転では、供給指令に応じて、一方の蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを供給する場合と、両蓄圧器１２ａ，１２ｂに水素ガスを供給する場合とがある。ここでは、第１蓄圧器１２ａに水素ガスを供給する場合について説明する。この場合の第１圧縮充填運転では、第１蓄圧器１２ａが接続された第１分岐流路１６ｆに設けられた第３開閉弁Ｖ３が開放される一方、第２蓄圧器１２ｂが接続された第２分岐流路１６ｇに設けられた第３開閉弁Ｖ３が閉鎖される。

【0052】

第１圧縮充填運転では、圧縮機１８が駆動される。また、第１圧縮充填運転では、第１開閉弁Ｖ１が開放される一方、第４開閉弁Ｖ４及び第２開閉弁Ｖ２が閉鎖される。したがって、ガス供給源２５からガス流通路１６に導入された水素ガスは、第１流路１６ａを通して圧縮機１８に吸入される。圧縮機１８で圧縮された水素ガスは、第３流路１６ｃの流出端１６ｈから流出して第１蓄圧器１２ａに充填される。

【0053】

第１圧縮充填運転においては、第２センサ３２によって流出端１６ｈの圧力が監視されている（ステップＳＴ３）。そして、流出端１６ｈにおけるガス圧力（第２センサ３２の検出値Ｐ２）が予め設定された所定値（図例では、４５ＭＰａ）に達したか否かが判断される。流出端１６ｈにおけるガス圧力が所定値に達すると、第２圧縮充填運転に移行する（ステップＳＴ４）。なお、この所定値としては、目標圧力を圧縮比限界Ｐｒで除した値である下限値Ｐｍｉｎ以上の値が採用されていることが好ましい。

【0054】

第２圧縮充填運転でも、第１蓄圧器１２ａが接続された第１分岐流路１６ｆに設けられた第３開閉弁Ｖ３が開放されている一方、第２蓄圧器１２ｂが接続された第２分岐流路１６ｇに設けられた第３開閉弁Ｖ３が閉鎖されている。また第２圧縮充填運転では、第４開閉弁Ｖ４が開放される一方、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が閉鎖される。したがって、貯留部２０から第４流路１６ｄ及び第１流路１６ａを通して圧縮機１８に吸入された水素ガスは、圧縮機１８で圧縮される。この水素ガスは、圧縮機１８から吐出されて第３流路１６ｃを通して第１蓄圧器１２ａに充填される。

【0055】

第２圧縮充填運転においては、第１センサ３１により、貯留部２０内のガス圧力が検出されるとともに、第２センサ３２により、流出端１６ｈにおけるガス圧力が検出されている。そして、第１センサ３１の検出値Ｐ１（圧縮機１８の吸入側圧力に相当する圧力）に対する第２センサ３２の検出値Ｐ２（圧縮機１８の吐出側圧力に相当する圧力）の比Ｐ２／Ｐ１が、貯留開始閾値（本実施形態では、圧縮比限界Ｐｒ）よりも低いか否かが判断されており（ステップＳＴ５）、貯留開始閾値未満であれば、ステップＳＴ６に移る。

【0056】

ステップＳＴ６において、第２センサ３２によって流出端１６ｈの圧力が監視されており、第２センサ３２の検出値Ｐ２が目標圧力に相当する所定値（図例では、９０ＭＰａ）になると、第２圧縮充填運転を終了する。

【0057】

前記のステップＳＴ５において、第１センサ３１の検出値Ｐ１に対する第２センサ３２の検出値Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が貯留開始閾値以上になると、ステップＳＴ７に移り、第２圧縮充填運転を中断して、開始後貯留運転を行う。この開始後貯留運転は、ステップＳＴ１の開始前貯留運転と同様の運転であり、第１流路１６ａの流入端１６ｅに接続されたガス供給源２５から導入された水素ガスを圧縮機１８で圧縮して貯留部２０に貯留する運転である。この開始後貯留運転において、貯留部２０内の圧力が検出されており、第１センサ３１の検出値Ｐ１が予め設定された所定値である下限値Ｐｍｉｎ（図例では、４５ＭＰａ）に達したか否かが判断される（ステップＳＴ８）。そして、検出値Ｐ１が下限値Ｐｍｉｎ以上の値に達すると、開始後貯留運転を終了して、第２圧縮充填運転を再開する（ステップＳＴ４）。このようにして、流出端１６ｈにおけるガス圧力が目標圧力になるまで、第２圧縮充填運転が行われる。

【0058】

以上説明したように、第１実施形態では、第１圧縮充填運転が行われた後に第２圧縮充填運転に切り換えられる。つまり、蓄圧器１２ａ，１２ｂへのガスの供給を行うにあたり、ガス供給源２５からのガス供給と貯留部２０からのガス供給とを同時に行うことがない。このため、ガス充填装置１０による蓄圧器１２ａ，１２ｂへのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。また、流出端１６ｈでのガス圧力が所定圧力に達するまで第１圧縮充填運転を行い、その後、第２圧縮充填運転に切り換えるため、圧縮機１８における昇圧幅を抑えることができる。このため、圧縮機１８の小型化を図ることができる。すなわち、圧縮機１８の圧縮室の段数を抑えることができるため、より小型の圧縮機を採用することができる。

【0059】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0060】

図３に示すように、ガス充填装置１０は、ガス流通路１６を備えており、ガス流通路１６は、第１流路１６ａと、第２流路１６ｂと、第３流路１６ｃと、第６流路１６ｊと、第７流路１６ｋと、を有している。

【0061】

第１流路１６ａの上流端には、ガス供給源２５を接続可能な流入端１６ｅが設けられている。第１流路１６ａの下流端は圧縮機１８の吸入部に接続されている。第１流路１６ａには、逆止弁２６及び流量調整弁２７が設けられている。流量調整弁２７は、開度調整可能な電動弁によって構成されている。なお、第２実施形態では、第１開閉弁Ｖ１が省略されている。また、コントローラ２２では、切換制御部２２ｂが省略されている。

【0062】

第７流路１６ｋの一端部は、貯留部２０の流出側部に接続されており、第７流路１６ｋの他端部は、第１流路１６ａにおける流入端１６ｅ（又は逆止弁２６）と圧縮機１８の吸入部との間の部位に接続されている。したがって、貯留部２０から流出した水素ガスは、第７流路１６ｋを流れた後、第１流路１６ａを通って圧縮機１８に導入される。第７流路１６ｋには、第７開閉弁Ｖ７が設けられている。

【0063】

第６流路１６ｊの一端部は、第１流路１６ａにおける流入端１６ｅに接続されており、第６流路１６ｊの他端部は、貯留部２０の流入側部に接続されている。

【0064】

第６流路１６ｊには、圧縮機１８よりも低圧の吐出圧で水素ガスを吐出する他の圧縮機３５が設けられている。以下、本実施形態では、圧縮機１８を「第１圧縮機１８」といい、圧縮機３５を「第２圧縮機３５」という。第１圧縮機１８および第２圧縮機３５はガス流通路１６の流入端１６ｅと貯留部２０とを結ぶ経路（すなわち、第１流路１６ａ、第２流路１６ｂ及び第６流路１６ｊ）において互いに並列に配列される。

【0065】

第６流路１６ｊにおける第２圧縮機３５よりも上流側には絞り弁Ｖ６が設けられている。絞り弁Ｖ６は、ガス供給源２５から供給される水素ガスが所定値以上の高圧である場合に、第２圧縮機３５に吸入される前に減圧するための弁である。

【0066】

第２流路１６ｂの一端部は、第１圧縮機１８の吐出部に接続され、第２流路１６ｂの他端部は、第６流路１６ｊにおける第２圧縮機３５の下流側の部位に接続されている。なお、第２流路１６ｂの他端部は、貯留部２０に直接接続されていてもよい。

【0067】

第３流路１６ｃの一端部は、第２流路１６ｂにおける第２開閉弁Ｖ２よりも上流側の部位に接続されている。第３流路１６ｃの他端部には、蓄圧器１２ａを接続可能な流出端１６ｈが設けられている。なお、図３には、１つの蓄圧器１２ａが接続された構成を示しているが、第１実施形態と同様、複数の蓄圧器が接続された構成としてもよい。この場合、第３流路１６ｃは、その途中で複数の流路に分岐した構成となる。

【0068】

貯留部２０は、複数の容器を有している。したがって、貯留部２０に導入された水素ガスは、順次各容器に貯留されることになる。

【0069】

運転制御部２２ａは、貯留部２０に水素ガスを貯留する貯留運転及び蓄圧器１２ａへ水素ガスを充填する充填運転を行う制御を実行可能である。

【0070】

貯留運転では、ガス供給源２５から導入された水素ガスを第１圧縮機１８及び第２圧縮機３５のそれぞれが圧縮しつつ貯留部２０に貯留する。特に、第２圧縮機３５は、専ら貯留部２０に供給されるガスを圧縮するために使用される。ガス供給源２５から供給される水素ガスの圧力は、例えば２０〜４０ＭＰａである。

【0071】

充填運転は、貯留部２０の水素ガスを蓄圧器１２ａとの間の圧力差によって蓄圧器１２ａに充填する運転と、貯留部２０に貯留されている水素ガスを第１圧縮機１８で圧縮して蓄圧器１２ａに充填する運転とを含む。以下、この２つの運転を区別するため、貯留部２０と蓄圧器１２ａとの間の圧力差を利用した充填運転を「差圧充填運転」と呼び、第１圧縮機１８による水素ガスの圧縮を利用した充填運転を「圧縮充填運転」と呼ぶ。

【0072】

差圧充填運転及び圧縮充填運転では、何れにおいても、第７開閉弁Ｖ７及び第３開閉弁Ｖ３が開放される一方、第２開閉弁Ｖ２が閉鎖される。すなわち、差圧充填運転及び圧縮充填運転の何れでも、貯留部２０から流出した水素ガスが第１圧縮機１８を通過するが、差圧充填運転においては、第１圧縮機１８において水素ガスが実質的に圧縮されることはなく、圧縮充填運転においては、第１圧縮機１８において圧縮される。なお、差圧充填運転中も第１圧縮機１８は駆動されているが、差圧充填運転においては、吸入側の圧力が吐出側の圧力よりも高い状態での運転となるため、水素ガスが実質的に圧縮されない状態での運転となる。

【0073】

ここで、第２実施形態に係るガス充填装置１０の動作制御について説明する。ガス充填装置１０が以下のように動作することにより、蓄圧器１２ａにガスを充填するためのガス充填方法が実施される。

【0074】

図４に示すように、ガス充填方法は図２のステップＳＴ２〜ＳＴ４を除き図２と同様である。また、図５に示すように、第２実施形態では補給運転を行うステップ（ＳＴ２４）が含まれる。

【0075】

まず、開始前貯留運転では、ガス供給源２５から第６流路１６ｊに導入された水素ガスが絞り弁Ｖ６にて圧力を調整されつつ第２圧縮機３５に吸込まれ、圧縮されて貯留部２０に導入される。同時に、第１流路１６ａに導入された水素ガスが第１圧縮機１８で圧縮され、第２流路１６ｂを通して貯留部２０に導入される。なお、第３開閉弁Ｖ３及び第７開閉弁Ｖ７は閉鎖されている。貯留運転中は、第１センサ３１によって貯留部２０内のガス圧力が検出されている。第１センサ３１によって検出された圧力が予め定められた第１の所定圧力（例えば、４５ＭＰａ）に達すると、開始前貯留運転を終了する。

【0076】

その後、ディスペンサからの供給指令を受けると、差圧充填運転を開始する（ステップＳＴ２１）。差圧充填運転では、第３開閉弁Ｖ３及び第７開閉弁Ｖ７が開放される一方、第２開閉弁Ｖ２が閉鎖される。第１圧縮機１８では、シリンダ（図示省略）の吸入弁及び吐出弁が開放された状態となっており、第１流路１６ａ内の水素ガスが実質的に圧縮されることなく蓄圧器１２ａに充填される。差圧充填運転においては、流量調整弁２７の開度が調整されている。なお、実際には、差圧充填運転においても、第１圧縮機１８は所定の回転数にて駆動している。

【0077】

ところで、上述の差圧充填運転に並行して、ガス供給源２５から供給された水素ガスを第２圧縮機３５において昇圧して貯留部２０へ充填する補給運転が行われる（図５：ステップＳＴ２４）。後述の第１圧縮機１８による圧縮充填運転においても補給運転が継続される。補給運転では、第１センサ３１によって検出された圧力Ｐ１が予め定められた所定圧力（例えば、４５ＭＰａ）に達したか否かが判定されており（ステップＳＴ１２）、所定圧力に達した場合には補給運転を終了する。貯留部２０内のガス圧力が低下した場合には、再び補給運転が行われる。

【0078】

ガス充填装置１０では、水素ガスを蓄圧器１２ａに充填する運転に並行して補給運転を行うことにより、貯留部２０の容量が小さい場合や、蓄圧器１２ａからの充填要求量が多い場合にも貯留部２０内のガス量が急峻に低下してしまうことが抑制され、ガス充填装置１０の連続運転時間を長くすることができる。

【0079】

第１圧縮機１８の吸込側の圧力よりも吐出側の圧力が大きくなると、シリンダの吸込弁及び吐出弁が閉じるため、差圧充填運転から圧縮充填運転に移行する（ステップＳＴ２２）。

【0080】

圧縮充填運転では、水素ガスが貯留部２０から第７流路１６ｋを通して第１圧縮機１８に吸入されて圧縮される。第１圧縮機１８から吐出された水素ガスは第３流路１６ｃを通して蓄圧器１２ａに充填される。

【0081】

圧縮充填運転においては、第１センサ３１により、貯留部２０内のガス圧力が検出されるとともに、第２センサ３２により、流出端１６ｈにおけるガス圧力が検出されており、第１センサ３１の検出値Ｐ１に対する第２センサ３２の検出値Ｐ２の比Ｐ２／Ｐ１が、貯留開始閾値（本実施形態では圧縮比限界Ｐｒ）よりも低いか否かが判断される（ステップＳＴ５）。比Ｐ２／Ｐ１が貯留開始閾値未満であれば、ステップＳＴ６に移る。

【0082】

ステップＳＴ６において、第２センサ３２の検出値Ｐ２が目標圧力に相当する所定値（図例では、９０ＭＰａ）になると、圧縮充填運転を終了する。

【0083】

一方、前記のステップＳＴ５において、比Ｐ２／Ｐ１が貯留開始閾値以上になると、ステップＳＴ７に移り、圧縮充填運転を中断して、開始後貯留運転を行う。この開始後貯留運転は、ステップＳＴ１の開始前貯留運転と同様の運転であり、供給源２５から導入された水素ガスが第２圧縮機３５及び第１圧縮機１８のそれぞれにて圧縮され、貯留部２０へ供給される。このように、第２圧縮機３５による補給運転のみでは貯留部２０への水素ガスの導入量が不足してしまう場合に、第１圧縮機１８からも水素ガスが導入される。そして、第１センサ３１の検出値Ｐ１が予め設定された所定値である下限値Ｐｍｉｎ（図例では、４５ＭＰａ）に達したか否かが判断される（ステップＳＴ８）。検出値Ｐ１が下限値Ｐｍｉｎ以上の値に達すると、開始後貯留運転を終了して、圧縮充填運転を再開する（ステップＳＴ４）。このようにして、流出端１６ｈにおけるガス圧力が目標圧力になるまで、圧縮充填運転が行われる。

【0084】

以上説明したように、第２実施形態では、貯留運転において第２圧縮機３５及び第１圧縮機１８により貯留部２０への水素ガスの供給が行われることにより、第２圧縮機３５のみにて水素ガスを供給する場合に比べて貯留運転の時間を短縮することができる。特に、第１圧縮機１８として、吐出流量が第２圧縮機３５よりも大きなものが利用されることにより、貯留運転の時間をより短縮することができる。また、オーバーホール等の点検時に貯留部２０の容器を空の状態としても、点検後に速やかに貯留部２０に水素ガスを充填することができる。

【0085】

第２実施形態では、蓄圧器１２ａへのガスの供給を行うにあたり、圧力差を利用したガス供給と第１圧縮機１８による圧縮を行うガス供給を同時に行うことがないため、ガス充填装置１０による蓄圧器１２ａへのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。また、ガス充填装置１０では、圧縮充填運転のみを行う場合に比べて第１圧縮機１８における昇圧幅を抑えることができ、第１圧縮機１８の小型化を図ることができる。

【0086】

図６は第２実施形態に係るガス充填装置１０の他の動作例を示す図である。蓄圧器１２ａには、水素ガスの供給に関し、充填時間と目標圧力（又は目標流量）との関係が定められている場合がある（例えば、蓄圧器１２ａが燃料電池車のタンクである場合）。蓄圧器１２ａに水素ガスを充填する際に、差圧充填運転から圧縮充填運転への移行時において、貯留部２０から蓄圧器１２ａへの水素ガスの供給量が低下することにより、目標圧力（又は目標流量）を下回ってしまう可能性がある。

【0087】

これに対し、ガス充填装置１０では、ステップＳＴ２１の差圧充填運転時に第１センサ３１及び第２センサ３２にて第１圧縮機１８の吸込側及び吐出側の圧力が繰り返し検出されており、第１センサ３１による検出値から第２圧力センサによる検出値を差し引いた圧力差ΔＰが、予め定められた所定値（図例では、５ＭＰａ）以下になると（ステップＳＴ２３）、第１圧縮機１８の回転数を上昇させる制御を行う。第１圧縮機１８の回転数を上げることにより、第１圧縮機１８から吐出される水素ガスの圧力（又は流量）が僅かに増大する。その結果、差圧充填運転から圧縮充填運転への移行時に、蓄圧器１２ａへの水素ガスの供給圧（又は供給量）が目標圧力（又は目標流量）を下回ってしまうことが防止される。そして、第１センサ３１の検出値よりも第２センサ３２の検出値が大きくなると、第１圧縮機１８の吐出弁及び吸込弁が閉じた状態にて水素ガスの圧縮が行われる（ステップＳＴ２３）。なお、第１圧縮機１８の回転数を上昇させる上記制御は、圧縮充填運転の一部と捉えることもでき、差圧充填運転の一部と捉えることもできる。

【0088】

（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態を示す図である。第３実施形態では、貯留部２０が、第１タンク部２０ａと、第１タンク部２０ａよりも高圧のガスを貯留する第２タンク部２０ｂとを有する構成となっている。第３実施形態では、第２タンク部２０ｂからの差圧充填運転のみにより蓄圧器１２ａ，１２ｂへの水素ガスの充填が行われる。ここでは第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0089】

第１流路１６ａには、流量調整弁２７が設けられている。流量調整弁２７は、開度調整可能な電動弁によって構成されている。

【0090】

第１タンク部２０ａは、第２流路１６ｂの端部に接続されるとともに、第４流路１６ｄの端部にも接続されている。第２タンク部２０ｂは、一端部が第２流路１６ｂに接続された第８流路１６ｌの端部に接続されるとともに、一端部が第４流路１６ｄに接続された第９流路１６ｍの端部に接続されている。第８流路１６ｌには、第８開閉弁Ｖ８が設けられ、第９流路１６ｍには、第９開閉弁Ｖ９が設けられている。

【0091】

第１タンク部２０ａには、第１タンク部２０ａ内のガス圧力を検出する第１センサ３１が設けられており、第２タンク部２０ｂには、第２タンク部２０ｂ内のガス圧力を検出する第３センサ３３（第１圧力検出器）が設けられている。第１タンク部２０ａには、例えば、４５ＭＰａ程度の水素ガスが貯留され、第２タンク部２０ｂには、例えば９０ＭＰａ程度の水素ガスが貯留される。

【0092】

第３実施形態での貯留運転には、第１貯留運転と第２貯留運転とが含まれている。第１貯留運転は、ガス供給源２５から導入された水素ガスを圧縮機１８で圧縮しつつ貯留部２０の第１タンク部２０ａに貯留する運転であり、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が開放される一方、第３開閉弁Ｖ３、第４開閉弁Ｖ４、第８開閉弁Ｖ８及び第９開閉弁Ｖ９が閉鎖される。第２貯留運転は、第１タンク部２０ａに貯留された水素ガスを圧縮機１８に送り該圧縮機１８で圧縮して、貯留部２０の第２タンク部２０ｂに貯留する運転である。第２貯留運転では、第４開閉弁Ｖ４及び第８開閉弁Ｖ８が開放される一方、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２、第３開閉弁Ｖ３及び第９開閉弁Ｖ９が閉鎖される。

【0093】

差圧充填運転は、圧縮機１８による水素ガスの圧縮を行うことなく、貯留部２０の第２タンク部２０ｂに貯留されている水素ガスを蓄圧器１２ａ，１２ｂに供給する運転である。

【0094】

差圧充填運転では、第９開閉弁Ｖ９および第３開閉弁Ｖ３が開放される一方、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２、第４開閉弁Ｖ４及び第８開閉弁Ｖ８が閉鎖される。

【0095】

ここで、第３実施形態に係るガス充填装置１０の動作制御について図８を参照しつつ説明する。ガス充填装置１０が以下のように動作することにより、蓄圧器１２ａ，１２ｂにガスを充填するためのガス充填方法が実施される。

【0096】

まず、第１貯留運転（ステップＳＴ３１）では、第１開閉弁Ｖ１及び第２開閉弁Ｖ２が開放される一方、第３開閉弁Ｖ３、第４開閉弁Ｖ４、第８開閉弁Ｖ８及び第９開閉弁Ｖ９が閉鎖され、圧縮機１８が駆動される。そして、水素ガスはガス供給源２５から第１流路１６ａを通って圧縮機１８にて圧縮され、第２流路１６ｂを通して第１タンク部２０ａに導入される。

【0097】

第１貯留運転中は、第１センサ３１によって第１タンク部２０ａ内のガス圧力が監視されている（ステップＳＴ３２）。第１センサ３１によって検出された圧力が予め定められた第１の所定圧力（例えば、４５ＭＰａ）に達すると、第２貯留運転に移行する（ステップＳＴ３３）。

【0098】

第２貯留運転では、第４開閉弁Ｖ４及び第８開閉弁Ｖ８が開放される一方、第１開閉弁Ｖ１、第２開閉弁Ｖ２、第３開閉弁Ｖ３及び第９開閉弁Ｖ９が閉鎖される。圧縮機１８が駆動されることにより、第１タンク部２０ａに貯留された水素ガスが第４流路１６ｄから第１流路１６ａに流れて圧縮機１８に吸入される。水素ガスは圧縮機１８にて昇圧され、第８流路を流れて第２タンク部２０ｂに貯留される。

【0099】

第２貯留運転中は、第３センサ３３によって第２タンク部２０ｂ内のガス圧力が監視されている（ステップＳＴ３４）。第３センサ３３によって検出された圧力が予め定められた第２の所定圧力（例えば、９０ＭＰａ）に達すると、第２貯留運転を終了する。第２貯留運転が終了すると、差圧充填運転（ステップＳＴ３５）に移行する。

【0100】

差圧充填運転では、第２タンク部２０ｂから流出した水素ガスは、流量調整弁２７により流量が調整されつつ第９流路１６ｍ、圧縮機１８及び第３流路１６ｃへと流れ、蓄圧器１２ａ，１２ｂに充填される。ただし、圧縮機１８では、吸込弁及び吐出弁が開放されており、水素ガスの圧縮は行われない。

【0101】

差圧充填運転では、第２センサ３２によって流出端１６ｈの圧力Ｐ２が監視されており（ステップＳＴ３６）、第２センサ３２の検出値が所定値（図例では、９０ＭＰａ）になると、差圧充填運転を終了する。

【0102】

以上説明したように、第３実施形態では、差圧充填運転のみが行われる。つまり、蓄圧器１２ａ，１２ｂへのガスの供給を行うにあたり、圧力差を利用したガス供給と圧縮機１８による圧縮を行うガス供給を同時に行うことがない。このため、第１及び第２実施形態と同様にガス充填装置１０による蓄圧器１２ａ，１２ｂへのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。また、貯留部２０が圧力の異なるタンク部２０ａ，２０ｂを有することにより、１つのタンク部へ水素ガスを貯留する際に圧縮機１８に必要な昇圧幅を抑えることができる。このため、貯留部２０内のガス圧力を直接所定圧力（第２の所定圧力に相当する圧力）まで昇圧させる構成に比べて、圧縮機１８の圧縮室の段数を抑えることができる。

【0103】

第３実施形態では、差圧充填運転を行っている途上において、第２タンク部２０ｂのガス圧力が蓄圧器１２ａ，１２ｂにおけるガス圧力よりも下回ろうとした場合、第２貯留運転（ステップＳＴ３３）に戻り、第２タンク部２０ｂに水素ガスが再度貯留されてもよい。また、第２貯留運転を行っている途上において、圧縮機１８の圧縮比が圧縮比限界Ｐｒを超えようとした場合、第１貯留運転（ステップＳＴ３１）に戻り、第１タンク部２０ａに水素ガスが再度貯留されてもよい。

【0104】

図９は第３実施形態の他の例を示す図である。ガス充填装置１０は、第５開閉弁Ｖ５が設けられた第５流路１６ｉを備えていてもよい。第５流路１６ｉは、貯留部２０の第２タンク部２０ｂと第３流路１６ｃとを接続している。一方で、第９流路１６ｍは省略されている。

【0105】

前記第３実施形態では、差圧充填運転において、第９開閉弁Ｖ９が開放される制御が行われたが、この形態では、差圧充填運転において、第５開閉弁Ｖ５が開放されて水素ガスが蓄圧器１２ａ，１２ｂへ供給される。流量調整弁２７は、圧縮機１８の吸入側ではなく、第５流路１６ｉまたは第５流路１６ｉよりも下流側（すなわち、蓄圧器１２ａ，１２ｂ側）に設けられる。

【0106】

図９に示す場合においても、差圧充填運転のみが行われることにより、ガス充填装置１０による蓄圧器１２ａ，１２ｂへのガス充填制御が煩雑となってしまうことを抑制することができる。なお、第３流路１６ｃにおける第２流路１６ｂ及び第８流路１６ｌと、第５流路１６ｉとの間に開閉弁が設けられる場合には、第２タンク部２０ｂから蓄圧器１２ａ，１２ｂへの水素ガスの充填に並行してガス供給源２５から圧縮機１８を介して第１タンク部２０ａへの水素ガスの貯留、すなわち、第１貯留運転が行われてもよい。

【0107】

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、ディスペンサを介して車両に水素ガスを供給するための蓄圧器１２ａ，１２ｂに接続可能な構成としたが、これに限られるものでない。燃料電池車等のタンク搭載装置内に設けられたタンクが蓄圧器として機能するものであってもよい。つまり、ガス流通路１６にディスペンサが設けられており、ガス流通路１６の流出端１６ｈが、タンク搭載装置内に設けられたタンクに繋がる流路に接続可能な構成であってもよい。

【0108】

第２実施形態では、第１実施形態と同様に、供給源２５から送られた水素ガスが第１圧縮機１８にて圧縮され、蓄圧器１２ａに充填される第１圧縮充填運転と、貯留部２０から送られた水素ガスが第１圧縮機１８にて圧縮されて蓄圧器１２ａに充填される第２圧縮充填運転とが行われてもよい。この場合、第１圧縮充填運転の後に、第２圧縮充填運転が行われる。第２実施形態では、貯留部２０が大容量の１つの容器のみにて構成されてもよい。

【0109】

第３実施形態では、差圧充填運転の途上において、貯留部２０の第２タンク部２０ｂ内のガス圧が大きく低下した場合に、圧縮機１８によって水素ガスを圧縮して蓄圧器１２ａ，１２ｂに充填してもよい。すなわち、貯留部２０に溜められたガスを圧力差によって流出端１６ｈから蓄圧器１２ａ，１２ｂへと流出させる差圧充填運転が行われた後に、貯留部２０に溜められたガスを圧縮機１８によって圧縮して流出端１６ｈから流出させる圧縮充填運転が行われてもよい。

【0110】

前記第１〜第３実施形態では、第１センサ３１が貯留部２０に設けられる構成としたが、これに限られない。例えば、第１センサ３１は、貯留部２０に近接した位置で第２流路１６ｂ又は第４流路１６ｄに設けられていてもよい。

【0111】

前記第１〜第３実施形態では、第２センサ３２が流出端１６ｈにおけるガス圧力を検出する構成としたが、これに限られない。例えば、第２センサ３２が蓄圧器１２ａ，１２ｂ内のガス圧力を検出する構成としてもよい。

【0112】

第１実施形態では、圧縮比限界よりも小さい値を貯留開始閾値として設定し、この閾値に基づいて、第２圧縮充填運転が開始後貯留運転に切り替えられてもよい。また、目標圧力を圧縮比限界Ｐｒで除した値である下限値Ｐｍｉｎ以上の値を貯留開始閾値として設定し、第１センサ３１の圧力Ｐ１に基づき開始後貯留運転を行ってもよい。第２実施形態における圧縮充填運転と開始後貯留運転との切り替えにおいても同様である。第３実施形態では、１つもしくは複数のタンク部において、水素ガスを第１の所定圧力まで圧縮機１８で圧縮して貯留した後、この水素ガスを圧縮機１８にて第２の所定の圧力まで圧縮して再度貯留してもよい。

【符号の説明】

【0113】

１０ ガス充填装置
１２ａ 蓄圧器
１２ｂ 蓄圧器
１６ ガス流通路
１６ｅ 流入端
１６ｈ 流出端
１８ 圧縮機（第１圧縮機）
２０ 貯留部
２０ａ 第１タンク部
２０ｂ 第２タンク部
２２ コントローラ
２２ａ 運転制御部
２２ｂ 切換制御部
２５ ガス供給源
３１ 第１センサ
３２ 第２センサ
３３ 第３センサ
３５ 第２圧縮機

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】