ガス供給システム及びガス供給方法
【課題】メンテナンス作業を頻繁に行う必要がなく、燃料電池自動車への水分の混入を防止できるガス供給システムを提供する。
【解決手段】ガス供給システム１は、水素カードル２と、燃料電池自動車へ水素ガスを放出するノズル３と、水素カードル２からノズル３に水素ガスを送るガス流路４と、ガス流路４に設けられ、水素ガスを通過させつつ当該水素ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器１４と、水分分離容器１４に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路２０と、水分排出流路２０から水分分離容器１４内の水分が排出される際に低下する水分分離容器１４内の圧力が、水分排出流路２０が通じる外部の圧力より低くならないように、水分分離容器１４内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する。
【解決手段】ガス供給システム１は、水素カードル２と、燃料電池自動車へ水素ガスを放出するノズル３と、水素カードル２からノズル３に水素ガスを送るガス流路４と、ガス流路４に設けられ、水素ガスを通過させつつ当該水素ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器１４と、水分分離容器１４に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路２０と、水分排出流路２０から水分分離容器１４内の水分が排出される際に低下する水分分離容器１４内の圧力が、水分排出流路２０が通じる外部の圧力より低くならないように、水分分離容器１４内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給対象にガスを供給するガス供給システム及びガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体へのガス供給システムとして、例えば燃料電池車両に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ステーションがある。この水素ステーションでは、水素ガスを予め貯蔵しておき、その水素ガスが、水素ガスの充填に来た燃料電池車両のガスタンクに供給される。
【０００３】
燃料電池車両に水素ガスを供給するにあたり、燃料電池自動車のガスタンクに水分が混入するのを防止する必要がある。これに対応する水素ステーションとして、水素ガス供給ラインに、水分などを吸着する吸着材を有する不純物ガス除去器が設けられているもの（特許文献１参照）や、ガスタンクの外部或いは内部に、水分などの不純物を除去する吸着材を用いたフィルタ部が設けられているもの（特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６９７５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の水素ステーションでは、水分混入防止手段として、吸着材を使用しているため、大量の水分を吸着するのは困難である。このため、例えば水素ステーションにおいて多数の燃料電池車両に連続的に水素ガスの充填を行う際には、吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がある。また、メンテナンス作業を行う度に、水素ガスの充填を停止させる必要がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、メンテナンス作業を頻繁に行う必要がなく、燃料電池車両などのガス供給対象への水分の混入を防止できる水素ステーションなどのガス供給システムと、そのガス供給システムを用いたガス供給方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、ガス供給対象に対しガスを供給するガス供給システムであって、ガス供給源と、前記ガス供給源から送られたガスをガス供給対象へ放出するガス放出部と、前記ガス供給源から前記ガス放出部にガスを送るガス流路と、前記ガス流路に設けられ、前記ガスを通過させつつ当該ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器と、前記水分分離容器に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路と、前記水分排出流路から前記水分分離容器内の水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記水分排出流路が通じる外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する。
【０００８】
本発明によれば、ガスに含まれる水分を水分分離容器で分離して貯留し、水分排出流路から外部に排出できるので、従来のような吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がない。よって、ガスの供給を連続的に行うことができる。また、水分分離容器内の水分を排出しても、水分分離容器内の圧力が外部の圧力より低くならないので、水分の排出を安定かつ確実に行うことができる。
【０００９】
前記圧力調整手段は、前記水分分離容器内の圧力を検出する圧力センサと、前記水分分離容器から流出するガスを止めるガス停止部と、前記水分分離容器にガスを供給し前記水分分離容器内の圧力を上昇させるガス供給装置と、前記圧力センサによる圧力の検出結果に基づいて前記ガス停止部と前記ガス供給装置を制御して前記水分分離容器内の圧力を調整する制御装置と、を有していてもよい。
【００１０】
前記ガス流路には、ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮されたガスの前記水分分離容器への供給を制御する開閉弁が設けられ、前記ガス供給装置は、前記圧縮機と前記開閉弁を有していてもよい。
【００１１】
前記制御装置は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象に所定量のガスを放出した際に前記水分分離容器に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が前記水分分離容器から総て排出された際に低下する前記水分分離容器内の圧力が前記外部の圧力よりも低くならないために必要な水分排出前の前記水分分離容器内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように前記水分分離容器内の圧力を調整するようにしてもよい。なお、ここでいう「水分の量」は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象への一回のガスの放出により貯留される水分の量であってもよいし、複数回のガスの放出により貯留される水分の量であってもよい。
【００１２】
前記ガス流路の前記水分分離容器よりも前記ガス供給源側には、前記ガス供給源から供給されたガスを冷却する冷却部が設けられていてもよい。かかる場合、冷却部により、ガス供給対象に適正な温度のガスを供給できる。また、冷却部においてガスに水分が混入しても、その水分を適切に回収し排出できる。
【００１３】
前記ガス供給源には、水素ガスが貯蔵されており、前記ガス供給対象が、水素ガスを燃料ガスとして当該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であってもよい。
【００１４】
以上のガス供給システムは、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有していてもよい。かかる場合、水分分離容器から水分が排出される前に、水分分離容器内に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気に置換できるので、水分の排出の際にガスが、高圧の状態で外部に排出されることを防止できる。
【００１５】
以上のガス供給システムは、前記水分分離容器を加熱する加熱装置をさらに有していてもよい。かかる場合、水分分離容器から水分が排出される前に、水分分離容器を加熱できるので、水分分離容器内の水分が凍結することを防止できる。よって、低温環境下においても水分分離容器内の水分を適切に排出できる。
【００１６】
前記加熱装置は、前記ガス供給源から排出されたガスの熱を熱源としてもよい。かかる場合、ガスの熱を利用できるので、システム全体のエネルギ効率を向上できる。
【００１７】
別の観点よる本発明は、上記ガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、を有する。
【００１８】
また、別の観点による本発明は、上記不活性ガス供給装置を有するガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスが供給される工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整される際又はその前に、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給し当該水分分離容器内を前記不活性ガス雰囲気に置換する工程と、を有する。
【００１９】
別の観点による本発明は、上記加熱装置を有するガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、前記水分が外部に排出される前に、前記水分分離容器を加熱する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、メンテナンス作業を頻繁に行う必要がなく、ガス供給対象への水分の混入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガス供給システムの構成を示す図である。
【図２】水分分離容器の構成を示す断面図である。
【図３】ガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図４】（ａ）は、水分排出前の水分分離容器のガス容積、圧力を示す説明図であり、（ｂ）は、水分排出後の水分分離容器のガス容積、圧力を示す説明図である。
【図５】不活性ガス供給装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【図６】不活性ガスの供給が行われるガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図７】加熱装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【図８】水分分離容器の加熱装置が行われるガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図９】水素ガスを熱源として用いる加熱装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施の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に対して燃料ガスである水素ガスを供給する水素ステーションに適用されるものである。
【００２３】
例えばガス供給システム１は、図１に示すように高圧の水素ガスを貯蔵するガス供給源としての水素カードル２と、ガス供給対象としての燃料電池車両に搭載されている水素ガスタンクに向けて水素ガスを放出するガス放出部としてのノズル３と、これらを結ぶガス流路４と、弁などの各種装置の動作を制御してガス供給システム１におけるガス供給プロセスを実行する制御装置５等を有している。ノズル３は、燃料電池車両のガス充填口に挿入されるいわゆるディスペンサに設けられている。
【００２４】
ガス流路４には、水素カードル２側からノズル３に向けて順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して送出する圧縮機１０と、圧縮機１０で圧縮された水素ガスを一旦貯留する蓄圧器１１と、蓄圧器１１から流出した水素ガスを冷却する冷却部としてのプレクーラー１２と、電子制御可能でガス流路４を開閉する電磁弁などの遮断弁（開閉弁）１３と、通過する水素ガスから水分を分離して貯留する水分分離容器１４と、電子制御可能でガス流路４を開閉する電磁弁などの遮断弁（開閉弁）１５などが設けられている。
【００２５】
水分分離容器１４には、当該容器１４に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路２０が接続されている。水分排出流路２０には、当該流路２０を電子制御で開閉可能な電磁弁などの遮断弁（開閉弁）２１が設けられている。
【００２６】
水分分離容器１４は、いわゆる気液分離器であり、例えば図２に示すように、内側に空間部３０が形成された有底円筒状の本体３１と、本体３１に対しその上部開口部を閉塞するように嵌合する蓋部３２と、本体３１と蓋部３２との隙間をシールするＯリング３３を有している。
【００２７】
水分分離容器１４の上部の蓋部３２には、空間部３０に連通するガス導入路４０及びガス導出路４１が形成されている。ガス導入路４０は、水分分離容器１４の上流側（遮断弁１３側）のガス流路４に接続され、ガス導出路４１は、水分分離容器１４の下流側（遮断弁１５側）のガス流路４に接続されている。これにより、ガス流路４の水素ガスがガス導入路４０を通じて空間部３０に導入され、水素ガス中の水分が水素ガスから分離され空間部３０に貯留し、水分が除去された水素ガスがガス導出路４１を通じてガス流路４に導出される。
【００２８】
水分分離容器１４の本体３１の底部には、空間部３０に連通する水分導出路４２が形成されている。水分導出路４２は、水分排出流路２０に接続されている。
【００２９】
水分分離容器１４には、図１に示すように空間部３０の圧力を検出する圧力センサ５０が設けられている。圧力センサ５０による圧力の検出結果は、例えば制御装置５に出力される。
【００３０】
制御装置５には、例えば内部にＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリを備えたコンピュータが用いられる。制御装置５は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、圧縮機１０、畜圧器１１、プレクーラー１２及び遮断弁１３、１５、２１などの動作を制御して、ガス供給システム１を用いたガス供給プロセスを実施できる。例えば制御装置５は、圧力センサ５０による圧力の検出結果に基づいて、圧縮機１０を作動させ、遮断弁１５を閉鎖し遮断弁１３を開放し水分分離容器１４に水素ガスを供給して、水分分離容器１４内の圧力を調整できる。より具体的には、制御装置５は、例えばノズル３から燃料電池車両に所定量の水素ガスを放出した際に水分分離容器１４に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が水分分離容器１４から総て排出された際に低下する水分分離容器１４内の圧力が外部の圧力（例えば大気圧）よりも低くならないために必要な水分排出前の水分分離容器１４内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように水分分離容器１４内の圧力を調整できる。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、圧縮機１０及び遮断弁１３により本発明におけるガス供給装置が構成されている。また、当該ガス供給装置と、圧力センサ５０と、ガス停止部としての遮断弁１５と、制御装置５０により本発明における圧力調整手段が構成されている。これらの本発明におけるガス供給装置及び圧力調整手段は、これに限られず他の構成を有するものであってもよい。
【００３２】
次に、以上のように構成されたガス供給システム１を用いて行われるガス供給方法について説明する。図３は、かかるガス供給方法の主な工程を示すフローである。
【００３３】
例えば燃料電池車両が、ガス供給システム１が設置された水素ステーションを訪れ、燃料電池車両への水素ガスの充填が行われる際には、ガス供給システム１のノズル３が、ガスタンクに通じる燃料電池車両のガス充填口に挿入される。次に、遮断弁１５が開放され、水素ガスが燃料電池車両に放出されて、水素が充填される（図３の工程Ｓ１）。この水素ガスは、水素カードル２から流出した後に圧縮機１０で圧縮され、畜圧器１１に貯留されていたものであり、遮断弁１５の開放と共に、プレクーラー１２を通過して冷却され、開放状態の遮断弁１３を通過し、水分分離容器１４を通過し、遮断弁１５を通過して、ノズル３から放出される。
【００３４】
水素ガスが水分分離容器１４を通過する際には、水素ガスに含まれている水分が、内部空間３０で重力により落下し水素ガスから分離して内部空間３０に貯留される。
【００３５】
水素ガスの充填が終了すると、当該水素ガスの充填により水分分離容器１４に貯留された水分の量が算出される（図３の工程Ｓ２）。この水分量は、水素ガスの充填量、水素カードル２の水素ガスに含まれる水分率（水素ガス純度）、圧縮機１０の圧縮圧力、プレクーラー１２の冷却能力（出力部の水素ガスの温度）等により算出される。なお、センサ等を用いて実際に貯留された水分の量を求めてもよい。
【００３６】
その後、密閉状態の水分分離容器１４から総ての水分が外部に排出されたとき低下する水分分離容器１４内の圧力Ｐ２が外部の圧力（大気圧）Ｐ0よりも低くならないように、排水前の水分分離容器１４内の圧力が調整される。これは、仮にＰ２＞Ｐ0が維持されないと、水分分離容器１４の内部圧力が陰圧になり、水分排出流路２０から水分が排出されなくなるためである。
【００３７】
この圧力調整は、先ず、水分分離容器１４に貯留される水分の量に基づいて排水可能圧力Ｐ１、つまり水分が総て排出されても圧力Ｐ２＞圧力Ｐ0が維持されるような排水前の圧力（排水可能圧力）Ｐ１が算出される（図３の工程Ｓ３）。具体的には、排水可能圧力Ｐ１の算出は、例えば下記の式（１）（ボイルシャルルの法則）と、条件式（２）により求められる。図４（ａ）に示すように式中のＶ１ａは、排水前のガス容積、Ｖ１ｂは、排水前の水分容積、図４（ｂ）に示すようにＰ２は、排水後の圧力、Ｖ２は、排水後のガス容積である。
Ｐ２・Ｖ２＝Ｐ１・（Ｖ２−Ｖ１ｂ）・・・・式（１）
Ｐ２＞Ｐ0 ・・・・式（２）
【００３８】
次に、水分分離容器１４に水素ガスが供給される（図３の工程Ｓ４）。このとき、遮断弁１５、２１が閉鎖された状態で、遮断弁１３が開放され、圧縮機１０で圧縮された水素ガスがガス流路４を通じて水分分離容器１４に供給される。圧力センサ５０により、随時水分分離容器１４内の圧力がモニタリングされ、水分分離容器１４内の圧力が排水可能圧力Ｐ１に到達していない場合には、水素ガスの供給が継続され、到達したときに遮断弁１３が閉鎖され、水素ガスの供給が停止される（図３の工程Ｓ５）。
【００３９】
水分分離容器１４内の圧力が調整された後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて総て外部に排出される（図３の工程Ｓ６）。以上の一連のプロセスは、燃料電池車両に水素ガスが充填される度に行われる。
【００４０】
以上の実施の形態によれば、水素ガスに含まれる水分を水分分離容器１４で分離して貯留し、水分排出流路２０から外部に排出できるので、従来のような吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がない。よって、水素ガスの供給を連続的に行うことができる。また、水分を排出しても、水分分離容器１４内の圧力が、外部の圧力Ｐ0より低くならないので、水分の排出を安定かつ確実に行うことができる。
【００４１】
また、以上の実施の形態によれば、圧力センサ５０と、遮断弁１５、圧縮機１０、遮断弁１３及び制御装置５を用いて、水分分離容器１４内の圧力を適正かつ正確に調整できる。
【００４２】
また、制御装置５が、水分分離容器１４に貯留される水分の量と、排水可能圧力Ｐ１を算出し、当該排水可能圧力Ｐ１以上になるように水分分離容器１４内の圧力を調整するので、圧力調整を簡単かつ正確に行うことができる。
【００４３】
ガス流路４にプレクーラー１２が設けられているので、燃料電池車両に適正な温度の水素ガスを供給できる。また、プレクーラー１２によって水素ガスに水分が混入されても、水分分離容器１４により水分を回収し確実に排水できる。
【００４４】
本実施の形態のガス供給システム１は、水素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を対象とした水素ステーションに適用されている。水素ステーションでは、連続的に水素ガスの充填が行われる場合があるため、頻繁なメンテナンス作業が必要ない本発明を水素ステーションに適用するメリットは大きい。
【００４５】
以上の実施の形態で記載したガス供給システム１は、水分分離容器１４内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有していてもよい。かかる場合、例えば図５に示すようにガス供給システム６０は、不活性ガス供給装置として、例えば高圧の不活性ガスが貯留された不活性ガスタンク７０と、不活性ガスタンク７０と水分分離容器１４とを連通させるガス流路７１と、電子制御可能でガス流路７１の開閉を行う電磁弁などの開閉弁７２を有している。また、水分分離容器１４には、外部に連通するガス排出流路７３が接続され、ガス排出流路７３には、電子制御可能でガス排出流路７３の開閉を行う電磁弁などの開閉弁７４が設けられている。制御装置５は、開閉弁７２、７４の動作を制御できる。なお、その他の部分は、上記実施の形態のガス供給システム１と同様であるので同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４６】
かかる場合のガス供給プロセスでは、例えば図６に示すように燃料電池車両のガスタンクに水素ガスが充填され、水分分離容器１４の水分量と、排水可能圧力Ｐ１が算出された後、遮断弁１３、１５、２１が閉鎖され、開閉弁７２、７４が開放されて、不活性ガスタンク７０からガス流路７１を通じて水分分離容器１４内に不活性ガスが供給される。水分分離容器１４内の雰囲気は、例えばガス排出流路７３を通じて外部に排出される。これにより、水分分離容器１４内が不活性ガスに置換される（図６の工程Ｔ１）。所定時間経過後、開閉弁７４が閉鎖され、その状態で、水分分離容器１４内に不活性ガスが供給され続けることにより、水分分離容器１４内の圧力が上昇される（図６の工程Ｓ４）。水分分離容器１４内の圧力が、排水可能圧力Ｐ１に到達すると、開閉弁７２が閉鎖され、不活性ガスの供給が停止される（図６の工程Ｓ５）。その後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて外部に排出される。
【００４７】
かかる例によれば、水分分離容器１４から水分が排出される前に、水分分離容器１４内に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気に置換できるので、高圧状態で水素ガスが外部に排出されることがなく、安全性が向上する。
【００４８】
上記実施の形態において、ガス供給システム１が、水分分離容器１４を加熱する加熱装置をさらに有していてもよい。かかる場合、例えば図７に示すようにガス供給システム８０は、加熱装置として、水分分離容器１４を加熱するヒータ９０と、水分分離容器１４内の温度を検出する温度センサ９１を有している。温度センサ９１による温度の検出結果は、制御装置５に出力される。制御装置５は、例えば温度センサ９１による温度の検出結果に基づいて、ヒータ９０を制御し、水分分離容器１４を、水分が凍結しない例えば０℃以上に調整できる。
【００４９】
かかる場合のガス供給プロセスでは、例えば図８に示すように燃料電池車両のガスタンクに水素ガスが充填され、例えば水分分離容器１４の水分量と、排水可能圧力Ｐ１が算出された後、温度センサ９１により水分分離容器１４内の温度が検出される（図８の工程Ｕ１）。当該温度が設定温度である０℃以下の場合には、ヒータ９０を作動させ、水分分離容器１４が加熱される（図８の工程Ｕ２）。水分分離容器１４内の温度が設定温度である０℃を超えている場合には、ヒータ９０を作動させることなく、水分分離容器１４内に水素ガスが供給される。水分分離容器１４内の温度が０℃以上になった後、遮断弁１５が閉鎖され、遮断弁１３が開放され、水素ガスが水分分離容器１４内に供給され、水分分離容器１４内の圧力が上昇される。その後、水分分離容器１４内の圧力が、排水可能圧力Ｐ１に到達すると、遮断弁１３が閉鎖され、水素ガスの供給が停止される。その後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて外部に排出される。
【００５０】
かかる場合、外気の温度やプレクーラー１２による冷却の影響により水分分離容器１４内の水分が凍結することを防止できるので、低温環境下においても水分分離容器１４内の水分を適切に排出できる。
【００５１】
また、この実施の形態における加熱装置は、水素カードル２から流出した水素ガスの熱を熱源としてもよい。かかる場合、例えば図９に示すようにガス供給システム１００は、圧縮機１０と畜圧器１１との間のガス流路４から分岐し、水分分離容器１４の壁内を通って、圧縮機１０と畜圧器１１との間のガス流路４に戻る循環流路１０１を有するようにしてもよい。循環流路１０１には、電子制御可能な電磁弁などの開閉弁１０２が設けられる。制御装置５は、開閉弁１０２の動作を制御できる。
【００５２】
そして、温度センサ９１により水分分離容器１４内の温度が検出され、当該温度が設定温度である０℃以下の場合には、開閉弁１０２が開放され、高圧の水素カードル２内から流出して高温となった水素ガスが、循環流路１０１を通じて水分分離容器１４の壁内に供給され、水分分離容器１４を加熱して、ガス流路４に戻される。かかる場合、高温の水素ガスの熱を用いて水分分離容器１４を加熱できるので、ガス供給システム１００のエネルギ効率を向上できる。また、別途ヒータ等を設ける必要がないので、コストも低減できる。なお、本実施の形態のガス供給システム１００に上述の不活性ガス供給装置が設けられていてもよい。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
例えば以上の実施の形態のガス供給システムは、水素ガスを供給するものであったが、他のガスを供給するものであってもよい。また、ガス供給対象が燃料電池車両であったが、他の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
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
５ 制御装置
１３ 遮断弁
１４ 水分分離容器
１５ 遮断弁
２０ 水分排出流路
２１ 遮断弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給対象にガスを供給するガス供給システム及びガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体へのガス供給システムとして、例えば燃料電池車両に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ステーションがある。この水素ステーションでは、水素ガスを予め貯蔵しておき、その水素ガスが、水素ガスの充填に来た燃料電池車両のガスタンクに供給される。
【０００３】
燃料電池車両に水素ガスを供給するにあたり、燃料電池自動車のガスタンクに水分が混入するのを防止する必要がある。これに対応する水素ステーションとして、水素ガス供給ラインに、水分などを吸着する吸着材を有する不純物ガス除去器が設けられているもの（特許文献１参照）や、ガスタンクの外部或いは内部に、水分などの不純物を除去する吸着材を用いたフィルタ部が設けられているもの（特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６９７５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の水素ステーションでは、水分混入防止手段として、吸着材を使用しているため、大量の水分を吸着するのは困難である。このため、例えば水素ステーションにおいて多数の燃料電池車両に連続的に水素ガスの充填を行う際には、吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がある。また、メンテナンス作業を行う度に、水素ガスの充填を停止させる必要がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、メンテナンス作業を頻繁に行う必要がなく、燃料電池車両などのガス供給対象への水分の混入を防止できる水素ステーションなどのガス供給システムと、そのガス供給システムを用いたガス供給方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、ガス供給対象に対しガスを供給するガス供給システムであって、ガス供給源と、前記ガス供給源から送られたガスをガス供給対象へ放出するガス放出部と、前記ガス供給源から前記ガス放出部にガスを送るガス流路と、前記ガス流路に設けられ、前記ガスを通過させつつ当該ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器と、前記水分分離容器に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路と、前記水分排出流路から前記水分分離容器内の水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記水分排出流路が通じる外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する。
【０００８】
本発明によれば、ガスに含まれる水分を水分分離容器で分離して貯留し、水分排出流路から外部に排出できるので、従来のような吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がない。よって、ガスの供給を連続的に行うことができる。また、水分分離容器内の水分を排出しても、水分分離容器内の圧力が外部の圧力より低くならないので、水分の排出を安定かつ確実に行うことができる。
【０００９】
前記圧力調整手段は、前記水分分離容器内の圧力を検出する圧力センサと、前記水分分離容器から流出するガスを止めるガス停止部と、前記水分分離容器にガスを供給し前記水分分離容器内の圧力を上昇させるガス供給装置と、前記圧力センサによる圧力の検出結果に基づいて前記ガス停止部と前記ガス供給装置を制御して前記水分分離容器内の圧力を調整する制御装置と、を有していてもよい。
【００１０】
前記ガス流路には、ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮されたガスの前記水分分離容器への供給を制御する開閉弁が設けられ、前記ガス供給装置は、前記圧縮機と前記開閉弁を有していてもよい。
【００１１】
前記制御装置は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象に所定量のガスを放出した際に前記水分分離容器に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が前記水分分離容器から総て排出された際に低下する前記水分分離容器内の圧力が前記外部の圧力よりも低くならないために必要な水分排出前の前記水分分離容器内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように前記水分分離容器内の圧力を調整するようにしてもよい。なお、ここでいう「水分の量」は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象への一回のガスの放出により貯留される水分の量であってもよいし、複数回のガスの放出により貯留される水分の量であってもよい。
【００１２】
前記ガス流路の前記水分分離容器よりも前記ガス供給源側には、前記ガス供給源から供給されたガスを冷却する冷却部が設けられていてもよい。かかる場合、冷却部により、ガス供給対象に適正な温度のガスを供給できる。また、冷却部においてガスに水分が混入しても、その水分を適切に回収し排出できる。
【００１３】
前記ガス供給源には、水素ガスが貯蔵されており、前記ガス供給対象が、水素ガスを燃料ガスとして当該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であってもよい。
【００１４】
以上のガス供給システムは、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有していてもよい。かかる場合、水分分離容器から水分が排出される前に、水分分離容器内に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気に置換できるので、水分の排出の際にガスが、高圧の状態で外部に排出されることを防止できる。
【００１５】
以上のガス供給システムは、前記水分分離容器を加熱する加熱装置をさらに有していてもよい。かかる場合、水分分離容器から水分が排出される前に、水分分離容器を加熱できるので、水分分離容器内の水分が凍結することを防止できる。よって、低温環境下においても水分分離容器内の水分を適切に排出できる。
【００１６】
前記加熱装置は、前記ガス供給源から排出されたガスの熱を熱源としてもよい。かかる場合、ガスの熱を利用できるので、システム全体のエネルギ効率を向上できる。
【００１７】
別の観点よる本発明は、上記ガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、を有する。
【００１８】
また、別の観点による本発明は、上記不活性ガス供給装置を有するガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスが供給される工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整される際又はその前に、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給し当該水分分離容器内を前記不活性ガス雰囲気に置換する工程と、を有する。
【００１９】
別の観点による本発明は、上記加熱装置を有するガス供給システムを用いたガス供給方法であって、前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、前記水分が外部に排出される前に、前記水分分離容器を加熱する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、メンテナンス作業を頻繁に行う必要がなく、ガス供給対象への水分の混入を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ガス供給システムの構成を示す図である。
【図２】水分分離容器の構成を示す断面図である。
【図３】ガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図４】（ａ）は、水分排出前の水分分離容器のガス容積、圧力を示す説明図であり、（ｂ）は、水分排出後の水分分離容器のガス容積、圧力を示す説明図である。
【図５】不活性ガス供給装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【図６】不活性ガスの供給が行われるガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図７】加熱装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【図８】水分分離容器の加熱装置が行われるガス供給方法の主な工程を示すフロー図である。
【図９】水素ガスを熱源として用いる加熱装置を有するガス供給システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して、本実施の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に対して燃料ガスである水素ガスを供給する水素ステーションに適用されるものである。
【００２３】
例えばガス供給システム１は、図１に示すように高圧の水素ガスを貯蔵するガス供給源としての水素カードル２と、ガス供給対象としての燃料電池車両に搭載されている水素ガスタンクに向けて水素ガスを放出するガス放出部としてのノズル３と、これらを結ぶガス流路４と、弁などの各種装置の動作を制御してガス供給システム１におけるガス供給プロセスを実行する制御装置５等を有している。ノズル３は、燃料電池車両のガス充填口に挿入されるいわゆるディスペンサに設けられている。
【００２４】
ガス流路４には、水素カードル２側からノズル３に向けて順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して送出する圧縮機１０と、圧縮機１０で圧縮された水素ガスを一旦貯留する蓄圧器１１と、蓄圧器１１から流出した水素ガスを冷却する冷却部としてのプレクーラー１２と、電子制御可能でガス流路４を開閉する電磁弁などの遮断弁（開閉弁）１３と、通過する水素ガスから水分を分離して貯留する水分分離容器１４と、電子制御可能でガス流路４を開閉する電磁弁などの遮断弁（開閉弁）１５などが設けられている。
【００２５】
水分分離容器１４には、当該容器１４に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路２０が接続されている。水分排出流路２０には、当該流路２０を電子制御で開閉可能な電磁弁などの遮断弁（開閉弁）２１が設けられている。
【００２６】
水分分離容器１４は、いわゆる気液分離器であり、例えば図２に示すように、内側に空間部３０が形成された有底円筒状の本体３１と、本体３１に対しその上部開口部を閉塞するように嵌合する蓋部３２と、本体３１と蓋部３２との隙間をシールするＯリング３３を有している。
【００２７】
水分分離容器１４の上部の蓋部３２には、空間部３０に連通するガス導入路４０及びガス導出路４１が形成されている。ガス導入路４０は、水分分離容器１４の上流側（遮断弁１３側）のガス流路４に接続され、ガス導出路４１は、水分分離容器１４の下流側（遮断弁１５側）のガス流路４に接続されている。これにより、ガス流路４の水素ガスがガス導入路４０を通じて空間部３０に導入され、水素ガス中の水分が水素ガスから分離され空間部３０に貯留し、水分が除去された水素ガスがガス導出路４１を通じてガス流路４に導出される。
【００２８】
水分分離容器１４の本体３１の底部には、空間部３０に連通する水分導出路４２が形成されている。水分導出路４２は、水分排出流路２０に接続されている。
【００２９】
水分分離容器１４には、図１に示すように空間部３０の圧力を検出する圧力センサ５０が設けられている。圧力センサ５０による圧力の検出結果は、例えば制御装置５に出力される。
【００３０】
制御装置５には、例えば内部にＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭなどのメモリを備えたコンピュータが用いられる。制御装置５は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、圧縮機１０、畜圧器１１、プレクーラー１２及び遮断弁１３、１５、２１などの動作を制御して、ガス供給システム１を用いたガス供給プロセスを実施できる。例えば制御装置５は、圧力センサ５０による圧力の検出結果に基づいて、圧縮機１０を作動させ、遮断弁１５を閉鎖し遮断弁１３を開放し水分分離容器１４に水素ガスを供給して、水分分離容器１４内の圧力を調整できる。より具体的には、制御装置５は、例えばノズル３から燃料電池車両に所定量の水素ガスを放出した際に水分分離容器１４に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が水分分離容器１４から総て排出された際に低下する水分分離容器１４内の圧力が外部の圧力（例えば大気圧）よりも低くならないために必要な水分排出前の水分分離容器１４内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように水分分離容器１４内の圧力を調整できる。
【００３１】
なお、本実施の形態においては、圧縮機１０及び遮断弁１３により本発明におけるガス供給装置が構成されている。また、当該ガス供給装置と、圧力センサ５０と、ガス停止部としての遮断弁１５と、制御装置５０により本発明における圧力調整手段が構成されている。これらの本発明におけるガス供給装置及び圧力調整手段は、これに限られず他の構成を有するものであってもよい。
【００３２】
次に、以上のように構成されたガス供給システム１を用いて行われるガス供給方法について説明する。図３は、かかるガス供給方法の主な工程を示すフローである。
【００３３】
例えば燃料電池車両が、ガス供給システム１が設置された水素ステーションを訪れ、燃料電池車両への水素ガスの充填が行われる際には、ガス供給システム１のノズル３が、ガスタンクに通じる燃料電池車両のガス充填口に挿入される。次に、遮断弁１５が開放され、水素ガスが燃料電池車両に放出されて、水素が充填される（図３の工程Ｓ１）。この水素ガスは、水素カードル２から流出した後に圧縮機１０で圧縮され、畜圧器１１に貯留されていたものであり、遮断弁１５の開放と共に、プレクーラー１２を通過して冷却され、開放状態の遮断弁１３を通過し、水分分離容器１４を通過し、遮断弁１５を通過して、ノズル３から放出される。
【００３４】
水素ガスが水分分離容器１４を通過する際には、水素ガスに含まれている水分が、内部空間３０で重力により落下し水素ガスから分離して内部空間３０に貯留される。
【００３５】
水素ガスの充填が終了すると、当該水素ガスの充填により水分分離容器１４に貯留された水分の量が算出される（図３の工程Ｓ２）。この水分量は、水素ガスの充填量、水素カードル２の水素ガスに含まれる水分率（水素ガス純度）、圧縮機１０の圧縮圧力、プレクーラー１２の冷却能力（出力部の水素ガスの温度）等により算出される。なお、センサ等を用いて実際に貯留された水分の量を求めてもよい。
【００３６】
その後、密閉状態の水分分離容器１４から総ての水分が外部に排出されたとき低下する水分分離容器１４内の圧力Ｐ２が外部の圧力（大気圧）Ｐ0よりも低くならないように、排水前の水分分離容器１４内の圧力が調整される。これは、仮にＰ２＞Ｐ0が維持されないと、水分分離容器１４の内部圧力が陰圧になり、水分排出流路２０から水分が排出されなくなるためである。
【００３７】
この圧力調整は、先ず、水分分離容器１４に貯留される水分の量に基づいて排水可能圧力Ｐ１、つまり水分が総て排出されても圧力Ｐ２＞圧力Ｐ0が維持されるような排水前の圧力（排水可能圧力）Ｐ１が算出される（図３の工程Ｓ３）。具体的には、排水可能圧力Ｐ１の算出は、例えば下記の式（１）（ボイルシャルルの法則）と、条件式（２）により求められる。図４（ａ）に示すように式中のＶ１ａは、排水前のガス容積、Ｖ１ｂは、排水前の水分容積、図４（ｂ）に示すようにＰ２は、排水後の圧力、Ｖ２は、排水後のガス容積である。
Ｐ２・Ｖ２＝Ｐ１・（Ｖ２−Ｖ１ｂ）・・・・式（１）
Ｐ２＞Ｐ0 ・・・・式（２）
【００３８】
次に、水分分離容器１４に水素ガスが供給される（図３の工程Ｓ４）。このとき、遮断弁１５、２１が閉鎖された状態で、遮断弁１３が開放され、圧縮機１０で圧縮された水素ガスがガス流路４を通じて水分分離容器１４に供給される。圧力センサ５０により、随時水分分離容器１４内の圧力がモニタリングされ、水分分離容器１４内の圧力が排水可能圧力Ｐ１に到達していない場合には、水素ガスの供給が継続され、到達したときに遮断弁１３が閉鎖され、水素ガスの供給が停止される（図３の工程Ｓ５）。
【００３９】
水分分離容器１４内の圧力が調整された後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて総て外部に排出される（図３の工程Ｓ６）。以上の一連のプロセスは、燃料電池車両に水素ガスが充填される度に行われる。
【００４０】
以上の実施の形態によれば、水素ガスに含まれる水分を水分分離容器１４で分離して貯留し、水分排出流路２０から外部に排出できるので、従来のような吸着材を交換するメンテナンス作業を頻繁に行う必要がない。よって、水素ガスの供給を連続的に行うことができる。また、水分を排出しても、水分分離容器１４内の圧力が、外部の圧力Ｐ0より低くならないので、水分の排出を安定かつ確実に行うことができる。
【００４１】
また、以上の実施の形態によれば、圧力センサ５０と、遮断弁１５、圧縮機１０、遮断弁１３及び制御装置５を用いて、水分分離容器１４内の圧力を適正かつ正確に調整できる。
【００４２】
また、制御装置５が、水分分離容器１４に貯留される水分の量と、排水可能圧力Ｐ１を算出し、当該排水可能圧力Ｐ１以上になるように水分分離容器１４内の圧力を調整するので、圧力調整を簡単かつ正確に行うことができる。
【００４３】
ガス流路４にプレクーラー１２が設けられているので、燃料電池車両に適正な温度の水素ガスを供給できる。また、プレクーラー１２によって水素ガスに水分が混入されても、水分分離容器１４により水分を回収し確実に排水できる。
【００４４】
本実施の形態のガス供給システム１は、水素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を対象とした水素ステーションに適用されている。水素ステーションでは、連続的に水素ガスの充填が行われる場合があるため、頻繁なメンテナンス作業が必要ない本発明を水素ステーションに適用するメリットは大きい。
【００４５】
以上の実施の形態で記載したガス供給システム１は、水分分離容器１４内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有していてもよい。かかる場合、例えば図５に示すようにガス供給システム６０は、不活性ガス供給装置として、例えば高圧の不活性ガスが貯留された不活性ガスタンク７０と、不活性ガスタンク７０と水分分離容器１４とを連通させるガス流路７１と、電子制御可能でガス流路７１の開閉を行う電磁弁などの開閉弁７２を有している。また、水分分離容器１４には、外部に連通するガス排出流路７３が接続され、ガス排出流路７３には、電子制御可能でガス排出流路７３の開閉を行う電磁弁などの開閉弁７４が設けられている。制御装置５は、開閉弁７２、７４の動作を制御できる。なお、その他の部分は、上記実施の形態のガス供給システム１と同様であるので同じ符号を用いて説明を省略する。
【００４６】
かかる場合のガス供給プロセスでは、例えば図６に示すように燃料電池車両のガスタンクに水素ガスが充填され、水分分離容器１４の水分量と、排水可能圧力Ｐ１が算出された後、遮断弁１３、１５、２１が閉鎖され、開閉弁７２、７４が開放されて、不活性ガスタンク７０からガス流路７１を通じて水分分離容器１４内に不活性ガスが供給される。水分分離容器１４内の雰囲気は、例えばガス排出流路７３を通じて外部に排出される。これにより、水分分離容器１４内が不活性ガスに置換される（図６の工程Ｔ１）。所定時間経過後、開閉弁７４が閉鎖され、その状態で、水分分離容器１４内に不活性ガスが供給され続けることにより、水分分離容器１４内の圧力が上昇される（図６の工程Ｓ４）。水分分離容器１４内の圧力が、排水可能圧力Ｐ１に到達すると、開閉弁７２が閉鎖され、不活性ガスの供給が停止される（図６の工程Ｓ５）。その後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて外部に排出される。
【００４７】
かかる例によれば、水分分離容器１４から水分が排出される前に、水分分離容器１４内に不活性ガスを供給して不活性ガス雰囲気に置換できるので、高圧状態で水素ガスが外部に排出されることがなく、安全性が向上する。
【００４８】
上記実施の形態において、ガス供給システム１が、水分分離容器１４を加熱する加熱装置をさらに有していてもよい。かかる場合、例えば図７に示すようにガス供給システム８０は、加熱装置として、水分分離容器１４を加熱するヒータ９０と、水分分離容器１４内の温度を検出する温度センサ９１を有している。温度センサ９１による温度の検出結果は、制御装置５に出力される。制御装置５は、例えば温度センサ９１による温度の検出結果に基づいて、ヒータ９０を制御し、水分分離容器１４を、水分が凍結しない例えば０℃以上に調整できる。
【００４９】
かかる場合のガス供給プロセスでは、例えば図８に示すように燃料電池車両のガスタンクに水素ガスが充填され、例えば水分分離容器１４の水分量と、排水可能圧力Ｐ１が算出された後、温度センサ９１により水分分離容器１４内の温度が検出される（図８の工程Ｕ１）。当該温度が設定温度である０℃以下の場合には、ヒータ９０を作動させ、水分分離容器１４が加熱される（図８の工程Ｕ２）。水分分離容器１４内の温度が設定温度である０℃を超えている場合には、ヒータ９０を作動させることなく、水分分離容器１４内に水素ガスが供給される。水分分離容器１４内の温度が０℃以上になった後、遮断弁１５が閉鎖され、遮断弁１３が開放され、水素ガスが水分分離容器１４内に供給され、水分分離容器１４内の圧力が上昇される。その後、水分分離容器１４内の圧力が、排水可能圧力Ｐ１に到達すると、遮断弁１３が閉鎖され、水素ガスの供給が停止される。その後、遮断弁２１が開放され、水分分離容器１４内の水分が水分排出流路２０を通じて外部に排出される。
【００５０】
かかる場合、外気の温度やプレクーラー１２による冷却の影響により水分分離容器１４内の水分が凍結することを防止できるので、低温環境下においても水分分離容器１４内の水分を適切に排出できる。
【００５１】
また、この実施の形態における加熱装置は、水素カードル２から流出した水素ガスの熱を熱源としてもよい。かかる場合、例えば図９に示すようにガス供給システム１００は、圧縮機１０と畜圧器１１との間のガス流路４から分岐し、水分分離容器１４の壁内を通って、圧縮機１０と畜圧器１１との間のガス流路４に戻る循環流路１０１を有するようにしてもよい。循環流路１０１には、電子制御可能な電磁弁などの開閉弁１０２が設けられる。制御装置５は、開閉弁１０２の動作を制御できる。
【００５２】
そして、温度センサ９１により水分分離容器１４内の温度が検出され、当該温度が設定温度である０℃以下の場合には、開閉弁１０２が開放され、高圧の水素カードル２内から流出して高温となった水素ガスが、循環流路１０１を通じて水分分離容器１４の壁内に供給され、水分分離容器１４を加熱して、ガス流路４に戻される。かかる場合、高温の水素ガスの熱を用いて水分分離容器１４を加熱できるので、ガス供給システム１００のエネルギ効率を向上できる。また、別途ヒータ等を設ける必要がないので、コストも低減できる。なお、本実施の形態のガス供給システム１００に上述の不活性ガス供給装置が設けられていてもよい。
【００５３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
例えば以上の実施の形態のガス供給システムは、水素ガスを供給するものであったが、他のガスを供給するものであってもよい。また、ガス供給対象が燃料電池車両であったが、他の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）であってもよい。
【符号の説明】
【００５５】
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
５ 制御装置
１３ 遮断弁
１４ 水分分離容器
１５ 遮断弁
２０ 水分排出流路
２１ 遮断弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給対象に対しガスを供給するガス供給システムであって、
ガス供給源と、
前記ガス供給源から送られたガスをガス供給対象へ放出するガス放出部と、
前記ガス供給源から前記ガス放出部にガスを送るガス流路と、
前記ガス流路に設けられ、前記ガスを通過させつつ当該ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器と、
前記水分分離容器に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路と、
前記水分排出流路から前記水分分離容器内の水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記水分排出流路が通じる外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する、ガス供給システム。
【請求項２】
前記圧力調整手段は、前記水分分離容器内の圧力を検出する圧力センサと、前記水分分離容器から流出するガスを止めるガス停止部と、前記水分分離容器にガスを供給し前記水分分離容器内の圧力を上昇させるガス供給装置と、前記圧力センサによる圧力の検出結果に基づいて前記ガス停止部と前記ガス供給装置を制御して前記水分分離容器内の圧力を調整する制御装置と、を有する、請求項１に記載のガス供給システム。
【請求項３】
前記ガス流路には、ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮されたガスの前記水分分離容器への供給を制御する開閉弁が設けられ、
前記ガス供給装置は、前記圧縮機と前記開閉弁を有する、請求項２に記載のガス供給システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象に所定量のガスを放出した際に前記水分分離容器に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が前記水分分離容器から総て排出された際に低下する前記水分分離容器内の圧力が前記外部の圧力よりも低くならないために必要な水分排出前の前記水分分離容器内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように前記水分分離容器内の圧力を調整する、請求項２又は３に記載のガス供給システム。
【請求項５】
前記ガス流路の前記水分分離容器よりも前記ガス供給源側には、前記ガス供給源から供給されたガスを冷却する冷却部が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項６】
前記ガス供給源には、水素ガスが貯蔵されており、
前記ガス供給対象が、水素ガスを燃料ガスとして当該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である、請求項１〜５のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項７】
前記水分分離容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有する、請求項１〜６のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項８】
前記水分分離容器を加熱する加熱装置をさらに有する、請求項１〜７のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項９】
前記加熱装置は、前記ガス供給源から排出されたガスの熱を熱源とする、請求項８に記載のガス供給システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、を有する、ガス供給方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスが供給される工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整される際又はその前に、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給し当該水分分離容器内を前記不活性ガス雰囲気に置換する工程と、を有する、ガス供給方法。
【請求項１２】
請求項８又は９に記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、
前記水分が外部に排出される前に、前記水分分離容器を加熱する工程と、を有する、ガス供給方法。
【請求項１】
ガス供給対象に対しガスを供給するガス供給システムであって、
ガス供給源と、
前記ガス供給源から送られたガスをガス供給対象へ放出するガス放出部と、
前記ガス供給源から前記ガス放出部にガスを送るガス流路と、
前記ガス流路に設けられ、前記ガスを通過させつつ当該ガスから水分を分離し貯留する水分分離容器と、
前記水分分離容器に貯留された水分を外部に排出する水分排出流路と、
前記水分排出流路から前記水分分離容器内の水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記水分排出流路が通じる外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、を有する、ガス供給システム。
【請求項２】
前記圧力調整手段は、前記水分分離容器内の圧力を検出する圧力センサと、前記水分分離容器から流出するガスを止めるガス停止部と、前記水分分離容器にガスを供給し前記水分分離容器内の圧力を上昇させるガス供給装置と、前記圧力センサによる圧力の検出結果に基づいて前記ガス停止部と前記ガス供給装置を制御して前記水分分離容器内の圧力を調整する制御装置と、を有する、請求項１に記載のガス供給システム。
【請求項３】
前記ガス流路には、ガスを圧縮する圧縮機と、前記圧縮されたガスの前記水分分離容器への供給を制御する開閉弁が設けられ、
前記ガス供給装置は、前記圧縮機と前記開閉弁を有する、請求項２に記載のガス供給システム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記ガス放出部から前記ガス供給対象に所定量のガスを放出した際に前記水分分離容器に貯留される水分の量を算出し、当該水分量から、当該水分が前記水分分離容器から総て排出された際に低下する前記水分分離容器内の圧力が前記外部の圧力よりも低くならないために必要な水分排出前の前記水分分離容器内の圧力を算出し、当該圧力以上になるように前記水分分離容器内の圧力を調整する、請求項２又は３に記載のガス供給システム。
【請求項５】
前記ガス流路の前記水分分離容器よりも前記ガス供給源側には、前記ガス供給源から供給されたガスを冷却する冷却部が設けられている、請求項１〜４のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項６】
前記ガス供給源には、水素ガスが貯蔵されており、
前記ガス供給対象が、水素ガスを燃料ガスとして当該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である、請求項１〜５のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項７】
前記水分分離容器内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置をさらに有する、請求項１〜６のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項８】
前記水分分離容器を加熱する加熱装置をさらに有する、請求項１〜７のいずれかに記載のガス供給システム。
【請求項９】
前記加熱装置は、前記ガス供給源から排出されたガスの熱を熱源とする、請求項８に記載のガス供給システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、を有する、ガス供給方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスが供給される工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整される際又はその前に、前記水分分離容器内に不活性ガスを供給し当該水分分離容器内を前記不活性ガス雰囲気に置換する工程と、を有する、ガス供給方法。
【請求項１２】
請求項８又は９に記載のガス供給システムを用いたガス供給方法であって、
前記ガス供給源から前記水分分離容器を経由して前記ガス放出部にガスが送られ、前記ガス放出部からガス供給対象にガスを供給する工程と、
前記ガス供給対象へのガスの供給の際に前記水分分離容器においてガスから分離し貯留された水分の量を算出する工程と、
前記水分排出流路から外部に前記水分分離容器内の前記水分が排出される際に低下する前記水分分離容器内の圧力が、前記外部の圧力より低くならないように、前記水分分離容器内の圧力を調整する工程と、
前記水分分離容器内の圧力が調整された状態で、前記水分を前記水分分離容器から外部に排出する工程と、
前記水分が外部に排出される前に、前記水分分離容器を加熱する工程と、を有する、ガス供給方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４９５４１（Ｐ２０１１−１４９５４１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３２６９（Ｐ２０１０−１３２６９）
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２５日（２０１０．１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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