气体供应装置以及气体供应方法与流程

本发明涉及一种气体供应装置以及气体供应方法。

背景技术：

例如在专利文献1中公开了使用于加氢站的氢压缩装置。在氢压缩装置中，在共同基座上设置有氢压缩机、压缩机驱动马达、气体冷却器等。在氢压缩机中分阶段升压至规定的压力的氢气体一旦被储藏在蓄压器组件中。在蓄压器组件连接有分配器。分配器为了将被升压的氢气体供应至燃料电池车而具备与燃料电池车的供应口匹配的喷嘴。

在专利文献1公开的氢压缩装置等氢压缩装置中，压缩机进入侧的气体温度例如为0℃～40℃，根据其温度而适当切换压缩机的运转。并且，在供应至压缩装置的气体的温度为0℃～40℃左右的情况下，由于在压缩装置压缩后气体温度上升，所以有时需要用后冷却器来冷却被压缩的气体。因此，由于冷却压缩后的气体，所以发生动力损失。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2013-40648号

技术实现要素：

本发明的目的在于减少气体供应装置的动力。

本发明一个方面的气体供应装置包括：储藏容器，贮存液化气体；气化器，使从所述储藏容器导出的液化气体气化；压缩装置，压缩在所述气化器中由所述液化气体气化的气体；蓄压器，贮存在所述压缩装置中被压缩的气体；以及供应通道，从所述蓄压器连接于分配器。

本发明另一个方面的气体供应方法用于将气体供应至分配器，使贮存在储藏容器的液化气体从该储藏容器流出；在气化器中使从所述储藏容器流出的液化气体气化；在压缩装置中压缩在所述气化器中气化的气体；将在所述压缩装置中被压缩的气体经由蓄压器或直接供应至分配器。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的气体供应装置的结构的图。

图2是用于说明气体供应运转中的基本动作的流程图。

图3是用于说明气体供应运转中的切换机构的切换动作的流程图。

图4是用于说明气体供应运转中的制冷机的驱动及停止动作的流程图。

图5是表示本发明的其它实施方式所涉及的气体供应装置的结构的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本实施方式所涉及的气体供应装置10例如是作为氢气体的供应站而设置在加氢站的装置，是根据来自充填设备即分配器12的充填指令向分配器12侧供应氢气体的装置。加氢站包括气体供应装置10和连接于气体供应装置10的流出端的分配器12。分配器12向设置在车辆14(罐搭载装置)的罐充填氢气体。车辆14例如为燃料电池车。

气体供应装置10包括具有连接于分配器12的气体流出端的气体流通通道16、储藏容器20、气化器22、压缩装置24、蓄压器26、冷却回路28、制冷机30。储藏容器20、气化器22、压缩装置24及蓄压器26连接于气体流通通道16。

储藏容器20连接于气体流通通道16的气体流入端。气体流通通道16包括：具有第一流入端的液侧流入通道16a；具有第二流入端的气体侧流入通道16b；液侧流入通道16a及气体侧流入通道16b汇流，并连接于压缩装置24的吸入口的吸入流路16c；连接压缩装置24的喷出口和蓄压器26的连接流路16d；以及从蓄压器26至气体流出端为止的供应通道16e。

储藏容器20贮存液化气体(液化氢气体)。液侧流入通道16a的第一流入端连接于储藏容器20的底部。气体侧流入通道16b的第二流入端连接于储藏容器20的上部。另外，在储藏容器20设有安全阀20a。

在液侧流入通道16a及气体侧流入通道16b设有可分别任意控制地进行开闭动作的开闭阀V1、V2。在吸入流路16c设有作为检测气体的温度的装置的温度传感器T1。

气化器22具有连接于液侧流入通道16a的气体侧流路22a和连接于冷却回路28的热介质侧流路22b。在气化器22中，利用在热介质侧流路22b中流动的热介质加热在气体侧流路22a中流动的液化气体，据此，液化气体气化。

在液侧流入通道16a连接有排出通道16f。在排出通道16f设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V3。

压缩装置24包括压缩气体的压缩机31和迂回压缩机31的迂回通道32。压缩机31包括多个压缩部31a-31e。这些压缩部31a-31e被串联连接。因此，在多个压缩部31a-31e中包含第一压缩部和作为第一压缩部的下阶段的压缩部的第二压缩部。另外，在图例中，包含5个压缩部31a-31e，其中，例如第一阶段压缩部31a作为第一压缩部发挥作用，第二阶段压缩部31b作为第二压缩部发挥作用。另外，压缩机31并不限定于5个压缩部31a-31e的结构，可为该结构以外的包含多个压缩部的结构。此外，可为包含1个压缩部的结构。

迂回通道32迂回第一阶段至第五阶段的全部压缩部31a-31e。在迂回通道32设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V4。另外，在压缩装置24，在压缩机31的吸入侧及喷出侧均设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V5、V6。

各压缩部31a-31e由利用图略的马达的驱动来使图略的曲轴旋转，从而使活塞往复运动的往复运动压缩机形成。在压缩部31a-31e中，如果氢气体被压缩而气缸(压缩室)内的压力达到喷出侧的通道的压力以上，则图略的喷出阀打开而喷出氢气体。另外，各压缩部31a-31e并不限定于往复运动压缩机，可由其以外的类型的压缩机形成。

压缩装置24包括：设有冷却器34(后冷却器34)的冷却用流路35；旁通冷却器34的旁通流路36；以及切换机构37。冷却用流路35连接第一阶段压缩部31a和第二阶段压缩部31b，以使从第一阶段压缩部31a喷出的气体被导入第二阶段压缩部31b。旁通流路36以旁通冷却器34的方式连接于冷却用流路35。切换机构37在冷却用流路35与旁通流路36之间切换第一阶段压缩部31a与第二阶段压缩部31b的连接。也就是说，切换机构37能够在气体在冷却用流路35流动的状态与气体在旁通流路36流动的状态之间进行状态切换。换言之，切换机构37切换从第一阶段压缩部31a喷出的气体经由冷却器34被导入到第二阶段压缩部31b的状态和从第一阶段压缩部31a喷出的气体经由旁通流路35而被导入第二阶段压缩部31b的状态。冷却用流路35、旁通流路36及切换机构37还设置在第二阶段压缩部31b与第三阶段压缩部31c之间。在第三阶段以后的压缩部31c、31d、31e的喷出侧设有冷却器34。

另外，虽然冷却用流路35、旁通流路36及切换机构37被设置在第一阶段压缩部31a与第二阶段压缩部31b之间及第二阶段压缩部31b与第三阶段压缩部31c之间，但是，冷却用流路35、旁通流路36及切换机构37可设置在其以外的部位。此外，冷却用流路35、旁通流路36及切换机构37也可以只设置在其中之一。另外，切换机构37可由一个三通阀形成，或者可由分别设置在冷却用流路35及旁通流路36的开闭阀形成。

切换机构37基于设置在吸入流路16c的温度传感器T1的检测值，在气体在冷却用流路35流动的状态(冷却状态)与气体在旁通流路36流动的状态(非冷却状态)之间进行状态切换。即，在温度传感器T1的检测值为规定温度以下的情况下，切换机构37成为非冷却状态。另一方面，在温度传感器T1的检测值超过所述规定温度的情况下，切换机构37成为冷却状态。

蓄压器26用压力容器形成，贮存在压缩装置24中被压缩的气体(氢气体)。另外，蓄压器26可由多个压力容器形成，也可由一个压力容器形成。蓄压器26经由从连接流路16d分支的分支通道16g而连接于连接流路16d。在分支通道16g设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V7。开闭阀V7当将气体贮存到蓄压器26时以及排出贮存在蓄压器26中的气体时开放，其以外时封闭。

分配器12包括：用于将气体供应至车辆14的罐的喷嘴12a；冷却向喷嘴12a流动的气体的换热器12b；以及调整向喷嘴12a流动的气体的流量的流量调整阀12c。此外，在分配器12设有检测气体的压力的压力传感器P1。

冷却回路28是被封入了热介质(盐水)的回路，其连接于气化器22及换热器12b。此外，在冷却回路28设有热介质箱(盐水箱)28a和热介质泵(盐水泵)28b。通过热介质泵28b被驱动，热介质在气化器22与换热器12b之间在冷却回路28内循环。热介质箱28a被设置在热介质的循环方向的气化器22的下游侧的部位。热介质箱28a暂时贮存在气化器22中被冷却的热介质。

制冷机30是为了在以气化器22的热介质的冷却则冷却能力不足的情况等下冷却热介质而设置。制冷机30以与气化器22并列的方式连接于冷却流路28。

制冷机30包括：制冷剂循环的制冷剂回路30a；以及利用制冷剂回路30a的制冷剂来冷却冷却回路28的热介质的换热器30b。制冷剂回路30a例如由蒸气压缩式的制冷回路形成。

在连接冷却回路28和换热器30b的连接通道39设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V8。此外，在冷却回路28中的连接通道39的其中之一连接部与气化器22之间的部位也设有可任意控制地进行开闭动作的开闭阀V9。另外，在冷却回路28，在连接通道39的另一连接部与热介质箱28a之间设有检测热介质的温度的温度传感器T2。

各开闭阀、热介质泵28b、压缩装置24及制冷机30基于来自设置在分配器12的控制器12d的指令而进行动作。

在此，说明本实施方式所涉及的气体供应装置10的运转动作。通过气体供应装置10动作，进行以下的气体供应方法。

即，气体供应装置10的运转基于来自控制器12d的运转开始指令而开始。如果从控制器12d输出运转开始指令(步骤ST1)，则热介质泵28b起动(步骤ST2)。据此，冷却回路28内的热介质循环。从热介质泵28b送出的热介质依次通过分配器12内的换热器12b、气化器22及热介质箱28a而再次被热介质泵28b吸入。

此外，基于运转开始指令，进行向分配器12供应气体的运转。在该气体供应运转中，首先，液侧流入通道16a的开闭阀V1和气体侧流入通道16b的开闭阀V2分别被开放，而且，压缩装置24的马达起动(步骤ST3)。通过开闭阀V1被开放，储藏容器20内的液化气体(液体氢)流出到液侧流入通道16a，并通过气化器22。在气化器22中，在气体侧流路22a流动的液化气体被在热介质侧流路22b流动的热介质加热而气化。在换热器12b中气化的气体从液侧流入通道16a流到吸入流路16c从而与从气体侧流入通道16b流入的气体汇流后，被压缩装置24吸入。另外，储藏容器20内的液化气体的温度是例如-253℃左右的温度，在气化器22中气化的气体的温度例如成为-200℃～-100℃左右。另一方面，在气化器22中被冷却的热介质的温度成为例如-70℃～-60℃左右。

在压缩装置24，如果气体的压力达到规定的压力以上，则气体被吸入第一阶段压缩部31a。在压缩装置24中，气体从第一阶段压缩部31a依次被导入后阶段的压缩部31b-31e，在各阶段的压缩部31a-31e中被压缩。例如，以低于1MPa的压力被导入压缩装置24的气体加压至最大为87.5MPa，并从压缩装置24喷出。另外，被导入压缩装置24的气体的温度例如为-100℃左右，则压缩装置24的切换机构37被切换为气体在旁通流路36流动的非冷却状态。因此，在压缩部31a及压缩部31b被压缩的气体不会在冷却器34中被冷却。另一方面，从第三阶段以后的压缩部31c-e喷出的气体被冷却器34冷却。

从压缩装置24喷出的气体被导入蓄压器26而被贮存在蓄压器26中。蓄压器26内的气体被导入分配器12内。另外，在气体供应运转中，当蓄压器26内的压力下降至低于规定压力的低压的情况等下，从压缩装置24喷出的气体不被导入蓄压器26而从压缩装置24直接被导入分配器12。

在分配器12内，由流量调整阀12c调整流量，气体一边在换热器12b被热介质冷却一边朝向喷嘴12a流动。据此，气体以按照规定的协议的压力上升速度被充填至车辆14的罐中。在气体供应运转中，根据设置在分配器12的压力传感器P1的检测值来调整流量调整阀12c的开度。据此，调整压力上升速度。

在气体供应运转中，由温度传感器T1检测被导入压缩装置24的气体的温度(步骤ST11)。通常，由于温度传感器T1的检测值为规定温度以下，因此，切换机构37处于非冷却状态。因此，例如从第一阶段压缩部31a喷出的气体通过旁通流路36而被导入第二阶段压缩部31b。另一方面，因某种理由而温度传感器T1的检测值高于预先设定的温度的情况下，切换机构37被切换为冷却状态(步骤ST12)。据此，例如从第一阶段压缩部31a喷出的气体被冷却器34冷却后被吸入到第二阶段压缩部31b。并且，如果温度传感器T1的检测值达到预先设定的温度以下，则切换机构37从冷却状态切换为非冷却状态。

在气体供应运转中，由设置在冷却回路28的温度传感器T2检测贮存在热介质箱28a的热介质的温度。比较温度传感器T2的检测值t2与预先设定的温度(第一阈值)ts1(步骤ST21)，如果温度传感器T2的检测值t2高于预先设定的温度(第一阈值)ts1，则制冷机30被驱动(步骤ST22)。此时，冷却回路28的开闭阀V9关闭，连接通道39的开闭阀V8开放(步骤ST23)。据此，冷却回路28的热介质不通过气化器22而在制冷机30的换热器30b流动。据此，被制冷机30冷却的热介质被贮存到热介质箱28a。

另一方面，如果温度传感器T2的检测值达到预先设定的温度即低于第一阈值ts1的温度(第二阈值)ts2(步骤ST24)，则制冷机30停止(步骤ST25)。此时，冷却回路28的开闭阀V9开放，连接通道39的开闭阀V8关闭(步骤ST26)。据此，热介质不通过制冷机30而被导入气化器22。

气体供应运转有压缩充填和差压充填。在压缩充填下，在压缩装置24被驱动的状态下，从分配器12向车辆14的罐充填气体。因此，在气化器22中，根据压缩装置24的马达的转数而流动被吸入压缩装置24的流量的液化气体。另一方面，在差压充填下，在压缩装置24未被驱动的状态下，利用蓄压器26与车辆14的罐的压力差，从蓄压器26向罐充填气体。在差压充填下，虽然压缩装置24未被驱动，但是由于排出通道16f的开闭阀开放，基于储藏容器20的内压与大气压的差压，在气化器22中流动液化气体。因此，即使在压缩装置24未被驱动的情况下，也能从气化器22获得与在分配器12内所需的气体冷却能力相应的冷热。

如以上说明，在本实施方式中，在气化器22中液体气体气化，该气化的气体被吸入压缩装置24而被压缩。然后，该气体经由蓄压器26或直接被输送至分配器12。在本实施方式中，由于使用由液化气体气化的气体，因此，低温的气体可被吸入于压缩装置24。因此，能够停止或减少在压缩装置24内的气体的冷却，由此能够避免或抑制发生热损失。

此外，在本实施方式中，在冷却回路28中，热介质在分配器12内的换热器12b与气化器22之间循环。因此，能够利用在气化器22获得的冷热(从液化气体接收的冷热)来冷却分配器12内的高温的气体。即，由于使用贮存在储藏容器20的液化气体来作为分配器12内的气体的冷却源，因此，无需新设置冷却源。换言之，能够减少在气体供应装置10中所需的动力。此外，由于使用低温的液化气体，因此，能够有效地冷却分配器12内的气体。

此外，在本实施方式中，在气化器22中被冷却的热介质被贮存在热介质箱28a。因此，能够暂时储存在气化器22获得的冷热。

此外，在本实施方式中，在冷却回路28，以与气化器22并列的方式连接有制冷机30。因此，在从气化器22获得的冷热不足以满足分配器12内的气体的冷却能力的情况等下，能够将制冷机30作为气体的冷却源而利用。

另外，在本实施方式中，设有排出在气化器22中气化的气体的排出通道16f。因此，即使在用于获得在换热器12b中冷却分配器12内的气体所需的冷热的气体量超过被导入压缩装置24的气体量的情况下，也能只将所需量的气体导入压缩装置24。此外，即使在压缩装置24不被驱动的情况下，也能进行分配器12内的气体的冷却。因此，能够适当地冷却分配器12内的气体。

此外，在本实施方式中，由于设有将储藏容器20内的气体导向压缩装置24的气体侧流入通道16b，因此，能够有效利用储藏容器20内的蒸发气体。

此外，在本实施方式中，由于设有迂回压缩机31的迂回通道32，因此，能够不利用压缩机31压缩气体而将气体供应至分配器12。

此外，在本实施方式中，切换机构37以使从第一阶段压缩部31a喷出的气体经由旁通流路36流入第二阶段压缩部31b的方式被切换的情况下，该气体不会在冷却器34中被冷却。因此，与在冷却器34中冷却气体的情况相比较，能够减少在压缩装置24中所需的动力。另一方面，在被吸入第一阶段压缩部31a的气体的温度变高的情况下，切换机构37以使从第一阶段压缩部31a喷出的气体经由冷却用流路35而流入第二阶段压缩部31b的方式被切换。据此，能够防止从压缩装置24喷出的气体的温度变得过高。

另外，本发明并不限定于所述实施方式，在不脱离其主旨的范围可进行各种变更、改良等。例如，气体供应装置10可利用于向车辆以外的罐搭载装置充填氢气体。气体供应装置10可使用于氢气体以外的气体的供应。

在所述实施方式中，在热介质箱28a的温度高于第一阈值ts1的情况下，气化器22不被利用而制冷机30被驱动，但并不限定于此。例如，可利用气化器22及制冷机30双方。此时，开放排出通道16f的开闭阀V3来排出多余的气体。此外，也可以不使用制冷机30而利用气化器22。此时，也可以开放排出通道16f的开闭阀V3来排出多余的气体。

在所述实施方式中，当差压充填时，排出通道16f的开闭阀V3被开放，但并不限定于此。即使在压缩装置24被驱动的情况下，在与压缩装置24被驱动而吸引的气体的流量相对应的冷热量不足以满足在分配器12中所需的气体的冷却能力的情况下，也可开放排出通道16f的开闭阀V3。据此，能够提高在气化器22流动的气体的流量，能够获得在分配器12中所需的冷热。

在所述实施方式中，设有气体侧流入通道16b，但也可省略气体侧流入通道16b。

如图5所示，也可省略制冷机30。此时，连接通道39及冷却回路28的开闭阀V9被省略。

在此，概括说明所述实施方式。

所述实施方式的气体供应装置包括：储藏容器，贮存液化气体；气化器，使从所述储藏容器导出的液化气体气化；压缩装置，压缩在所述气化器中由所述液化气体气化的气体；蓄压器，贮存在所述压缩装置中被压缩的气体；以及供应通道，从所述蓄压器连接于分配器。

在本气体供应装置中，液化气体在气化器中气化，该气化的气体被吸入压缩装置而被压缩。然后，该气体经由蓄压器或直接被输送至分配器。在本发明中，由于使用由液化气体气化的气体，因此，可使低温的气体被吸入压缩装置。因此，由于可停止或减少在压缩装置内的气体的冷却，从而能够避免或抑制发生热损失。

所述气体供应装置也可包括：冷却回路，供热介质在换热器与所述气化器之间循环，其中，所述换热器冷却在所述分配器内流动的气体。

在该结构中，利用在气化器获得的冷热(从液化气体接收的冷热)来冷却分配器内的高温的气体。即，由于将贮存在储藏容器的液化气体来作为分配器内的气体的冷却源，因此，无需新设置冷却源。换言之，在气体供应装置中所需的动力减少。此外，由于利用低温的液化气体，阴沉沉，能够有效地冷却分配器内的气体。

在所述冷却回路可设有在热介质的循环方向的所述气化器的下游侧部位设有暂时贮存热介质的热介质箱。在该结构中，被冷却的热介质被贮存在热介质箱。因此，能够暂时贮存在气化器中获得的冷热。

在所述冷却回路可与所述气化器并列地连接有制冷机。在该结构中，在从气化器获得的冷热不足以满足分配器内的气体的冷却能力的情况等下，能够将制冷机作为气体的冷却源而利用。

所述气体供应装置可设有排出通道，排出在所述气化器中气化的气体。在该结构中，即使在用于获得在换热器中冷却分配器内的气体所需的冷热的气体量超过被导入压缩装置的气体量的情况下，也能只将所需量的气体导入压缩装置。此外，即使在压缩装置不被驱动的情况下，也能进行分配器内的气体的冷却。因此，能够适当地冷却分配器内的气体。

在所述储藏容器可连接有将所述储藏容器内的气体导向所述压缩装置的气体侧流入通道。在该结构中，能够有效利用储藏容器内的蒸发气体。

所述压缩装置可包括：压缩机，压缩气体；以及迂回通道，迂回所述压缩机。在该结构中，能够不用压缩机压缩气体而将气体供应至分配器。

所述压缩装置可包括：多个压缩部，包含第一压缩部和作为所述第一压缩部的下阶段的压缩部的第二压缩部；冷却用流路，设有冷却器；旁通流路，旁通所述冷却器；以及切换机构，在所述冷却用流路与所述旁通流路之间切换所述第一压缩部与所述第二压缩部的连接。

在该结构中，切换机构以使从第一压缩部喷出的气体经由旁通流路流入第二压缩部的方式被切换的情况下，该气体不在冷却器中被冷却。因此，与在冷却器中冷却气体的情况相比较，能够减少在压缩装置中所需的动力。另一方面，在被吸入第一压缩部的气体的温度变高的情况下，切换机构以使从第一压缩部喷出的气体经由冷却用流路(冷却器)流入第二压缩部的方式被切换。据此，防止从压缩装置喷出的气体的温度变得过高。

此外，所述实施方式的气体供应方法用于将气体供应至分配器，使贮存在储藏容器的液化气体从该储藏容器流出；在气化器中使从所述储藏容器流出的液化气体气化；在压缩装置中压缩在所述气化器中气化的气体；将在所述压缩装置中被压缩的气体经由蓄压器或直接供应至分配器。

在所述气体供应方法中，可以为：将在设置于所述分配器的换热器中冷却了所述气体的热介质导入所述气化器，在所述气化器中使所述液化气体气化。

在所述气体供应方法中，可以为：当检测到被吸入所述压缩装置的气体的温度高于预先规定的温度时，在所述压缩装置内，以使从压缩部喷出的气体旁通冷却器的方式将切换机构切换。

在所述气体供应方法中，可以为：在所述热介质循环的冷却回路中，当检测到热介质的温度高于预先设定的温度时，使用制冷机冷却所述热介质。

在所述气体供应方法中，可以为：将在所述气化器中气化的气体的至少一部分从排出通道排出。