特許 6797817 タンクに加圧ガスを充填する方法

(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】6797817

(24)【登録日】2020年11月20日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】タンクに加圧ガスを充填する方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/00 20060101AFI20201130BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/00 301Z

【請求項の数】11

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2017-545586(P2017-545586)

(86)(22)【出願日】2016年2月24日

(65)【公表番号】特表2018-507995(P2018-507995A)

(43)【公表日】2018年3月22日

(86)【国際出願番号】FR2016050424

(87)【国際公開番号】WO2016146912

(87)【国際公開日】20160922

【審査請求日】2019年1月10日

(31)【優先権主張番号】1552189

(32)【優先日】2015年3月17日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】591036572

【氏名又は名称】レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(72)【発明者】

【氏名】バチスト・ラヴィネル

(72)【発明者】

【氏名】ジュリー・フリン

【審査官】 家城 雅美

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００４／０３３９５５（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 特開２００７−２３９９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０８６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５７４６９６２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００５１４２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１４７００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５８６８１７６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８６０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０６５８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ１／００−１３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

加圧ガスの少なくとも１つの供給源（２、３、４）と、前記少なくとも１つの供給源から複数のタンク（１）に前記加圧ガスを移送するための流体回路（５）とを含む充填ステーション（１００）を介して加圧ガスをタンク（１）に充填する方法であって、前記流体回路（５）は、前記少なくとも１つのガス供給源（２、３、４）に接続された第１端部と、充填される前記複数のタンク（１）に取外し可能に接続されるように意図された移送管（６）を備えた第２端部とを含み、前記流体回路（５）は、前記第１端部と前記第２端部との間で直列に配置された第１遮断弁（７）と、流量または圧力調整部材（８）と、充填される前記複数のタンク（１）に移送される前記加圧ガスを冷却するための熱交換器（９）と、第２遮断弁（１１）とを含み、
前記方法は、第１タンク（１）および次いで異なる第２タンク（１）の連続的な充填を伴い、前記第１タンク（１）の前記充填の終了時に前記第１遮断弁（７）および前記第２遮断弁（１１）は閉鎖され、それにより、前記２つの遮断弁（７、１１）間で前記流体回路（５）内において圧力下でガスの取り置き分を閉じ込め、前記ガスの取り置き分は、前記第２遮断弁（１１）の開放を介して前記第２タンク（１）を充填するために使用される、方法において、
前記流体回路は、少なくとも前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間に、断熱材を含む１つまたは複数の管を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記ガスの取り置き分は、前記流体回路の前記第２端部に液密に接続された前記第２タンク（１）の漏れ試験を実施するために使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記ガスの取り置き分は、前記流体回路（５）の漏れ試験を実施するために使用されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記ガスの取り置き分は、前記第２タンク（１）の少なくとも１つの物理的特徴を決定する段階中に使用され、前記決定する段階は、前記流体回路（５）内に閉じ込められた前記ガスの取り置き分から前記第２タンク（２）にガスを加圧下で注入し、かつ注入の終了時に前記第２タンク（１）内の前記ガスの少なくとも１つの物理的パラメータを測定することによって実行され、前記ガスの前記物理的パラメータは、前記第２タンク（１）内の温度、及び圧力から選択されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、前記第１タンク（１）の充填の最終段階に対応する温度および圧力条件下にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、２００〜１０００バールに含まれる圧力と、０℃〜マイナス４１℃に含まれる温度とを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記第１遮断弁（７）は、前記流体回路内に、前記流体回路（５）の前記第１端部よりも前記熱交換器（９）の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記第２遮断弁（１１）は、前記流体回路内に、前記熱交換器（９）よりも前記流体回路（５）の前記第２端部の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間に位置する流体回路の容積は、０．００００５ｍ^３〜０．０１ｍ^３に含まれることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間の流体回路（５）の長さは、１メートル〜５０メートルに含まれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、７００〜９００バールの圧力と、マイナス１０℃〜マイナス３０℃に含まれる温度とを有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タンクに加圧ガスを充填する方法に関する。

【0002】

より具体的には、本発明は、加圧ガスの少なくとも１つの供給源と、少なくとも１つの供給源からタンクにガスを移送するための流体回路とを含む充填ステーションを介して加圧ガス、特に加圧水素をタンクに充填する方法であって、回路は、少なくとも１つのガス供給源に接続された第１端部と、充填されるタンクに取外し可能に接続されるように意図された移送管を備えた第２端部とを含み、回路は、第１端部と第２端部との間で直列に配置された第１遮断弁と、流量または圧力調整部材と、充填されるタンクに移送されるガスを冷却するための熱交換器と、第２遮断弁とを含み、方法は、第１タンクおよび次いで異なる第２タンクの連続的な充填を伴う、方法に関する。

【0003】

本発明は、（例えば、２００〜１０００バールの）圧力下で水素をタンクに急速に（数分間で）充填することに有利に適用される。本発明は、特に、車両燃料タンクの充填に適用される。

【背景技術】

【0004】

水素タンクが圧力下でガスを充填されているとき、タンク内のガスの圧縮は、タンク材料の運転限界を超える可能性のある加熱を引き起こす。従って、一般にガスをタンクに導入する前にガスを予備冷却することが必要である。文献ＳＡＥ Ｊ２６０１は、推奨されるタンク充填条件の例を特定している。そのために、充填ステーションは、充填が開始されると直ちに、目標温度範囲の冷却ガスをできるだけ迅速に供給できなければならない。

【0005】

特定の状況では、２台の車両の充填間の一定の待機後に冷却装置を始動し、それを冷却するのにかかる時間により、不十分に低温のガスで充填が開始される可能性がある。

【0006】

しかしながら、このようなタンクの充填段階の開始は重要であり、なぜなら、充填回路のラインは冷却される必要があり、および接続試験が一般的に実行される必要があるためであり、これは好ましくは低温のガスを使用して行われる。

【0007】

文献ＳＡＥ Ｊ２６０１はまた、充填の開始時にラインが低温である場合に充填がより有利であるという推奨事項も提示している。

【0008】

文献国際公開第２０１１／０４９４６６Ａ１号パンフレットは、充填工程のために管内で利用可能なガスの体積の使用を記載している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の目的は、先行技術の上述の欠点の全てまたはいくつかを軽減することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この目的のために、本発明による方法は、上記前提部のその与えられた一般的な定義に従う他の点において、第１タンクの充填の終了時に第１遮断弁および第２遮断弁が閉鎖され、それにより、これらの２つの弁間で回路内において圧力下でガスの取り置き分を閉じ込めることと、ガスの取り置き分は、第２タンクを充填するために使用されることとを本質的に特徴とする。

【0011】

ガスの取り置き分の使用は、特に第２弁の開口部を介した第２タンクへのガスの移動を伴う。

【0012】

本発明は、充填の開始を改善することを可能にする充填回路のラインの配置および使用を提案する。

【0013】

具体的には、完全な充填の終了時に、制御部材（調整弁）の下流の充填回路のライン中に存在するガスの全てを例えば大気に放出することによって排出する代わりに、本発明は、このガスの少なくとも一部を低温かつ圧力下に維持し、次の充填中にそれを使用する。

【0014】

これは、ラインの下流端に位置する（特に第２弁の下流の、充填されるタンクに接続された柔軟ホース内の）加圧ガスが、柔軟ホースの下流端部を充填されたタンクから切り離すことを可能にするためにパージされるが、この下流部分と調整部材との間（第２弁１１と第１弁７との間）のさらに上流に位置するガスを保持および再利用できることを意味する。

【0015】

さらに、本発明のいくつかの実施形態は、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含み得る：
− ガスの取り置き分は、回路の第２端部に液密に接続された第２タンクの漏れ試験を実施するために使用され、
− ガスの取り置き分は、回路の漏れ試験を実施するために使用され、
− ガスの取り置き分は、タンクの少なくとも１つの物理的特徴、例えば、その容量、その温度、その内部圧力、その充填レベルを決定する段階中に使用され、前記決定する段階は、回路内に閉じ込められたガスの取り置き分から第２タンクにガスを加圧下で注入し、かつ注入の終了時にタンク内のガスの少なくとも１つの物理的パラメータを測定することによって実行され、ガスの物理的パラメータは、タンク内の温度、圧力から選択され、
− ２つの遮断弁間に閉じ込められたガスは、第１タンクの充填の最終段階に対応する温度および圧力条件下にあり、
− ２つの遮断弁間に閉じ込められたガスは、２００〜１０００バール、好ましくは７００〜９００バールに含まれる圧力と、０℃〜マイナス４１℃、好ましくはマイナス１０℃〜マイナス３０℃に含まれる温度とを有し、
− 第１遮断弁は、熱交換器に隣接するように回路内に配置され、すなわち、第１遮断弁は、回路の第１端部よりも熱交換器に近く、好ましくは、第１遮断弁は熱交換器の入口に位置し、
− 第２遮断弁は、回路の第２端部に隣接するように回路内に配置され、すなわち、第２遮断弁は、熱交換器よりも回路の第２端部に近く、
− 第１遮断弁と第２遮断弁との間に位置する回路の容積は、０．００００５ｍ^３〜０．０１ｍ^３またはそれを超え、例えば最大０．０５ｍ^３もしくは０．１ｍ^３またはそれを超え、例えば１ｍ^３であり、
− 第１遮断弁と第２遮断弁との間の回路の長さは、１メートル〜５０メートルに含まれ、好ましくは２メートル〜３０メートルに含まれ、
− 回路は、少なくとも第１遮断弁と第２遮断弁との間に、断熱材を含む１つまたは複数の管を含む。

【0016】

本発明はまた、上記または下記の特徴の任意の組み合わせを含む任意の代替装置または方法に関連し得る。

【0017】

他の詳細および利点は、本発明を実施することができるガス充填ステーションの一例を概略的かつ部分的に示す単一の図面を参照して記載される、以下の説明を読むことから明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明を実施することができるガス充填ステーションの一例を概略的かつ部分的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

概略的に示された充填ステーション１００は、加圧ガスの少なくとも１つの供給源２、３、４と、充填されるタンク１に少なくとも１つの供給源からガスを移送するための流体回路５とを備える。

【0020】

少なくとも１つの供給源２、３、４は、例えば、加圧ガスの貯蔵部または並列に配置された複数の加圧された貯蔵部、１つまたは複数の圧縮機等のうちの少なくとも１つを含み得る。ステーション１００は、特に、いくつかの加圧されたタンクを使用してもよく、それにより、充填されるタンクと圧力を平衡化する連続的な（「カスケード」）運転による充填を実行する（これは、潜在的に圧縮機によって補完または補助される）。

【0021】

例えば、充填ステーションの構造および運転の例をより詳細に記載している文献仏国特許出願公開第２９２８７１６Ａ１号明細書および国際公開第２０１５／００１２０８Ａ２号パンフレットを参照してもよい。

【0022】

少なくとも１つのガス供給源２、３、４に接続された第１端部（上流側）と、充填されるタンク１に取外し可能に接続されるように意図された移送管６、特に柔軟ホースを取り付けられた第２端部（下流側）とを備える回路５である。

【0023】

回路５は、第１端部と第２端部との間で上流から下流に直列に配置された第１遮断弁７と、流量または圧力調整部材８（膨張弁、流量調整弁、制御された調整器、比例式弁、または他のいずれかの適切な構成要素）と、充填されるタンク１に移送されるガスを冷却するための熱交換器９と、第２遮断弁１１とを備えている。

【0024】

熱交換器９は、ガスが目標温度に冷却される部材である。当然のことながら、この冷却を達成するために、異なる構造を有するいくつかの熱交換器を配置することが考えられる。

【0025】

冷却部材９および第２遮断弁１１の後ろに、回路の下流端部は、既知の方法でセンサと、柔軟ホースと、充填される車両のタンク１に接続するためのコネクタとを含み得る。

【0026】

図の概略図は、最小の構成要素を示している。当然のことながら、回路５は、従来の方法で、図に示す構成要素間に介在していてもいなくてもよい弁、センサなどの他の装置を備えていてもよい。同様に、構成要素の順序は変更されてもよい。例えば、第１遮断弁７は、調整部材８と熱交換器９との間に配置されてもよく、または熱交換器９の下流に配置されてもよい。

【0027】

ステーションは次のように使用され得る。

【0028】

「第１タンク」と呼ばれる第１車両のタンク１の充填中、タンク１を充填するプロセスの終了は、ほぼ最大充填圧力付近（例えば、７００バール〜８７５バール）で起こり、このとき、冷却温度は推奨範囲内（例えば、−１７℃〜−４０℃）である。第１タンク１が完全に充填されると、充填ステーション１００は、分配ラインの遮断弁７、１１の閉鎖を命令し得る。

【0029】

冷却部材９は、好ましくは、次の車両を待つ動作状態の所定のモードに切り換えられる。これは、熱交換器９にフリゴリーを供給する冷却回路がオフに切り替えられ得るか、または最大冷却設定もしくはその最大冷却と比較して低減された冷却設定で維持され得ることを意味する。

【0030】

このようにして、次の車両を待っている段階では、２つの遮断弁７、１１間に位置する回路５の１つまたは複数のラインの全てが圧力下および冷却された温度のままである。

【0031】

これは、充填の最後の数モーメント（または秒）（充填の終了）の状態で、低温および加圧ガスの取り置き分が回路５に閉じ込められることを意味する。

【0032】

従って、次の車両が到着するとき、回路５のラインは（熱損失を除いて）低温状態に保たれる。この第２車両のタンク１（「第２タンク」１）は充填され得る。

【0033】

（文献ＳＡＥ Ｊ２６０１の推奨に従って充填する前に、または各充填ステーション操業者に固有の他のいずれかの充填論理または充填基準に従って充填する前に）閉じ込められたガスを使用して従来の予備試験を実施することができる。特に、ガスは、十分な圧力かつ低温で従来の漏れ試験を実施するために使用することができる。

【0034】

これにより、次のタンクの充填が、すでに低温で圧力下にあるガスで開始されることが可能になる。同様に、回路５のラインの重要な部分は、このようにして事前に予冷される。

【0035】

これにより、冷却システム、および冷却されるガスと熱交換器との間の交換が依然として安定していない予備段階の始動に必要な時間を回避または制限することが可能になる。

【0036】

また、例えば、冷却システムを最も強い設定に保つか、または恒久的運転において予備冷却ループが存在するなど、充填前に予備冷却されたガスを調製するために使用される装置を制限することも可能になる。

【0037】

例えば、３分〜５分に含まれる期間後に終了する第１タンク１の充填の場合である。この充填の終了時に遮断弁７、１１が閉鎖される。

【0038】

車両に接続された分配ライン（特に柔軟ホース）の下流端は、（第２遮断弁１１の下流の）そのガスが存在しない可能性がある。

【0039】

対照的に、２つの遮断弁７、１１間で回路の長さは典型的には２メートル〜３０メートルに含まれ得る。従って、この部分は、例えば、７００バール〜８７５バールの圧力および典型的には−４０℃〜−１７℃であり得る温度において、水素で満たされている。このラインは、好ましくは遅延される。この断熱材は、熱損失を最小限に抑えるように設計されており、本発明の効果を最大化および延長することができる。

【0040】

典型的には１〜２０分程度の待機時間後、ガスはわずかに加熱され得るが、低温範囲（例えば、−４０℃〜−１７℃）にとどまる。

【0041】

第２車両がステーション１００に到着し得る。使用者は、自らの車両の接続および認証の操作を実行し得る。次いで、例えばボタンまたは開始インジケータを押すことによって充填が開始される。

【0042】

例えば、漏れ試験ならびに／またはタンクの特性および充填ラインの状態の決定を含む充填の第１ステップは、遮断弁７、１１間に含まれるガスによって（特に、第２弁１１の開放を介して）実行され得る。

【0043】

閉じ込められたガスの使用後または使用中、第２タンク１１を充填するプロセスは、１つまたは複数の供給源２、３、４から到来する加圧ガスを使用して継続し得る。
以下に、出願当初の特許請求の範囲に記載の事項を、そのまま、付記しておく。
［１］ 加圧ガスの少なくとも１つの供給源（２、３、４）と、前記少なくとも１つの供給源からタンク（１）に前記ガスを移送するための流体回路（５）とを含む充填ステーション（１００）を介して加圧ガス、特に加圧水素をタンク（１）に充填する方法であって、前記回路（５）は、前記少なくとも１つのガス供給源（２、３、４）に接続された第１端部と、充填される前記タンク（１）に取外し可能に接続されるように意図された移送管（６）を備えた第２端部とを含み、前記回路（５）は、前記第１端部と前記第２端部との間で直列に配置された第１遮断弁（７）と、流量または圧力調整部材（８）と、充填される前記タンク（１）に移送される前記ガスを冷却するための熱交換器（９）と、第２遮断弁（１１）とを含み、前記方法は、第１タンク（１）および次いで異なる第２タンク（１）の連続的な充填を伴い、前記第１タンク（１）の前記充填の終了時に前記第１遮断弁（７）および前記第２遮断弁（１１）は閉鎖され、それにより、前記２つの弁（７、１１）間で前記回路（５）内において圧力下でガスの取り置き分を閉じ込め、前記ガスの取り置き分は、前記第２弁（１１）の開放を介して前記第２タンク（１）を充填するために使用される、方法において、前記回路は、少なくとも前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間に、断熱材を含む１つまたは複数の管を含むことを特徴とする方法。
［２］ 前記ガスの取り置き分は、前記回路の前記第２端部に液密に接続された前記第２タンク（１）の漏れ試験を実施するために使用されることを特徴とする、［１］に記載の方法。
［３］ 前記ガスの取り置き分は、前記回路（５）の漏れ試験を実施するために使用されることを特徴とする、［１］または［２］に記載の方法。
［４］ 前記ガスの取り置き分は、前記タンク（１）の少なくとも１つの物理的特徴、例えば、その容量、その温度、その内部圧力、その充填レベルを決定する段階中に使用され、前記決定する段階は、前記回路（５）内に閉じ込められた前記ガスの取り置き分から前記第２タンク（２）にガスを加圧下で注入し、かつ注入の終了時に前記タンク（１）内の前記ガスの少なくとも１つの物理的パラメータを測定することによって実行され、前記ガスの前記物理的パラメータは、前記タンク内の前記温度、前記圧力から選択されることを特徴とする、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の方法。
［５］ 前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、前記第１タンク（１）の充填の最終段階に対応する温度および圧力条件下にあることを特徴とする、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の方法。
［６］ 前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、２００〜１０００バール、特に７００〜９００バールに含まれる圧力と、０℃〜マイナス４１℃に含まれ、特にマイナス１０℃〜マイナス３０℃に含まれる温度とを有することを特徴とする、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の方法。
［７］ 前記第１遮断弁（７）は、前記熱交換器（９）に隣接するように前記回路内に配置され、すなわち、前記第１遮断弁（７）は、前記回路（５）の前記第１端部よりも前記熱交換器（９）に近く、好ましくは、前記第１遮断弁（７）は前記熱交換器（９）の入口に位置することを特徴とする、［１］〜［６］のいずれか一項に記載の方法。
［８］ 前記第２遮断弁（１１）は、前記回路（５）の前記第２端部に隣接するように前記回路（５）内に配置され、すなわち、前記第２遮断弁（１１）は、前記熱交換器（９）よりも前記回路（５）の前記第２端部に近いことを特徴とする、［１］〜［７］のいずれか一項に記載の方法。
［９］ 前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間に位置する回路の容積は、０．００００５ｍ^３〜０．０１ｍ^３に含まれることを特徴とする、［１］〜［８］のいずれか一項に記載の方法。
［１０］ 前記第１遮断弁（７）と前記第２遮断弁（１１）との間の回路（５）の長さは、１メートル〜５０メートルに含まれ、好ましくは２メートル〜３０メートルに含まれることを特徴とする、［１］〜［９］のいずれか一項に記載の方法。
［１１］ 前記２つの遮断弁（７、１１）間に閉じ込められた前記ガスは、７００〜９００バールの圧力と、マイナス１０℃〜マイナス３０℃に含まれる温度とを有することを特徴とする、［１］〜［１０］のいずれか一項に記載の方法。

【図1】