ガス供給装置
【課題】樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置を提供すること。
【解決手段】本発明のガス供給装置１は，ガス製造装置１１で製造されたガスを蓄ガス器１３から供給先である高圧タンク１６へ供給するガス供給装置１であって，蓄ガス器１３から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出するボルテックスチューブ１４と，ボルテックスチューブ１４から排出された高温ガスを放熱させる放熱用熱交換器１５と，ボルテックスチューブ１４から排出された低温ガスと放熱用熱交換器１５を通過したガスとが合流する合流部２５とを有し，合流部で合流したガスを高圧タンク１６へ供給するものである。
【解決手段】本発明のガス供給装置１は，ガス製造装置１１で製造されたガスを蓄ガス器１３から供給先である高圧タンク１６へ供給するガス供給装置１であって，蓄ガス器１３から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出するボルテックスチューブ１４と，ボルテックスチューブ１４から排出された高温ガスを放熱させる放熱用熱交換器１５と，ボルテックスチューブ１４から排出された低温ガスと放熱用熱交換器１５を通過したガスとが合流する合流部２５とを有し，合流部で合流したガスを高圧タンク１６へ供給するものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば，燃料電池自動車等へ燃料である水素ガスを供給する水素供給ステーション等に設けられるガス供給装置に関する。さらに詳細には，圧縮したガスを貯蔵する貯蔵タンクから高圧タンクへガスを供給するガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションでは，都市ガス等から水素ガスを製造して貯蔵しておき，燃料電池自動車等に搭載されているタンク（車載タンク）に供給する。このようなガス供給装置１００は，その概略を図１４に示すように，ガス製造装置１０１，圧縮機１０２，蓄ガス器１０３，弁１０４を有している。車載タンク等の高圧タンク１０５に接続されて使用される。ガス製造装置１０１で製造されたガスは，圧縮機１０２によって例えば４０ＭＰａＧ以上に圧縮されて，蓄ガス器１０３に貯蔵されている。高圧タンク１０５は，一般にガス残量が少なくなった状態でこのガス供給装置１００に接続され，例えば３０ＭＰａＧ程度の高圧までガスが充填される。
【０００３】
自動車の車載タンク等では，樹脂等の耐熱性のやや低い材質が部分的に使用される場合があり，そのため，車載タンクに許容される温度範囲は，例えば−４０〜８２℃のように設定されている。それに対し一般に，水素等の高圧ガスを低圧状態の容器に急速充填すると、容器内においてガス温度が上昇することが分かっている。例えば，発明者らの試算では，蓄ガス器１０３の温度を２５℃，圧力を４０ＭＰａとし，高圧タンク１０５の初期圧力を０．７ＭＰａとすると，水素ガスを急速充填した場合の高圧タンク１０５の内部温度は１５３℃程度まで上昇する。この温度は，上記の許容される温度範囲を大きく超えている。
【０００４】
そのため，従来のガス供給装置１００では，高圧タンク１０５に充填する際の水素ガスの流量または充填ガス圧力をある程度まで制限することにより，温度上昇を抑えるようにしている。あるいは，高圧タンクの前に冷却用熱交換器を備えて，ガスを冷却しつつ充填する燃料充填装置が開示されている（例えば，特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１３２４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記した従来のガス供給装置では，次のような問題点があった。まず，充填するガスの流量を制限する方法は，高圧タンク１０５への充填時間が長くかかることとなり好ましくない。また，充填ガスの圧力を制限すると，高圧タンク１０５の到達ガス圧力が低くなり，充填できるガスの量が減ってしまう。また，特許文献１に記載の技術では，高圧タンク１０５前のガスは，大気温度か冷却水温度程度までしか冷却されず，充填時の温度上昇幅と比較するとこの程度の冷却では不十分である。そのため，この技術によっても，やはりある程度ガス流量を制限する必要があるという問題点があった。
【０００６】
本発明は，前記した従来のガス供給装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされたガス供給装置は，供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置であって，供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，高低温分離器から排出された高温ガスを放熱させる放熱器と，高低温分離器から排出された低温ガスと放熱器を通過したガスとが合流する合流部とを有し，合流部で合流したガスを供給先へ供給するものである。
【０００８】
本発明によれば，供給元ガス容器から出力されたガスは，高低温分離器で高温ガスと低温ガスとに分離される。そのうちの高温ガスは放熱器で放熱されるので，ある程度降温される。さらに，この降温された高温ガスと低温ガスとが合流部で合流されるので，合流後のガスは十分低温なものとなる。従って，供給先へ供給されるガスは十分低温に降温されているので，供給先へ供給された後も，タンクの仕様上要求される程度には低温状態とすることが容易にできる。従って，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置となっている。
【０００９】
さらに本発明では，供給元ガス容器から高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路を有することが望ましい。
このバイパス供給路があれば，高低温分離器を使用する必要がない場合には，高低温分離器をバイパスして供給元ガス容器から直接ガスを供給できる。
【００１０】
また，本発明は，供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置であって，供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，高低温分離器から排出された高温ガスを供給元ガス容器へ戻す戻し路と，高低温分離器から排出された低温ガスを供給先へ導く低温ガス供給路と，供給元ガス容器から高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路とを有するガス供給装置であってもよい。
本発明によれば，低温ガス供給路とバイパス供給路とを有するので，供給先のガス圧力等に応じて，高低温分離器を使用するかどうかを選択できる。さらに，戻し路を有するので，高低温分離器から排出された低温ガスのみを供給先へ供給できるとともに，高温ガスを再利用できる。
【００１１】
さらに本発明では，高低温分離器は，供給元ガス容器から出力されたガスを渦状に内室に吹き込み，渦の外周部から高温ガスを取り出し，渦の中心部から低温ガスを取り出すボルテックスチューブであることが望ましい。
このようなものであれば，渦の外周部にあるガスは断熱圧縮に近い状態となるので高温になるとともに，渦の中心部にあるガスは断熱膨張に近い状態となるので低温になる。従って，このようなボルテックスチューブを用いることで，ガスを高温ガスと低温ガスとに分離することが出来る。
【００１２】
さらに本発明では，供給先のガス圧力が所定の上限値未満であるときには高低温分離器を通してガス供給を行い，供給先のガス圧力が所定の上限値を超えているときには高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することが望ましい。
供給先のガス圧力が所定の上限値を超えていれば，高圧のガスを充填することによる温度上昇の程度は小さい。従って，この場合には高低温分離器をバイパスした方が，速く充填することができる。
【００１３】
さらに本発明では，供給元のガス温度が所定の下限値以上であるときには高低温分離器を通してガス供給を行い，供給元のガス温度が所定の下限値未満であるときには高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することが望ましい。
供給元のガス温度が所定の下限値未満であれば，高圧のガスを急速充填することによって温度上昇したとしても供給先の許容温度以内とすることができる。従って，この場合には高低温分離器をバイパスした方が，速く充填することができる。
【００１４】
さらに本発明では，高低温分離器は，排出する高温ガスおよび低温ガスの流量比が固定されたものであり，供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，供給元ガス容器から出力されるガスの流量調整弁とを有し，制御部は，高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，流量調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量を決定し，決定された流量により高低温分離器を通してのガス供給を行うことが望ましい。
このようになっていれば，供給先の最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量が決定されるので，許容範囲で最大速度の充填が可能である。
【００１５】
さらに本発明では，供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，高低温分離器における高温ガスに対する低温ガスの排出流量の比または差を調整する流量配分調整弁とを有し，制御部は，高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，流量配分調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量比または流量差ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量比または流量差を決定し，決定された流量比または流量差により高低温分離器を通してのガス供給を行うことが望ましい。
このようになっていれば，供給先の最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量が決定されるので，許容範囲で最大速度の充填が可能である。なお，ここでの流量比とは，高低温分離器から排出される（低温ガスの流量）／（高温ガスの流量）を表す。また流量差とは，（低温ガスの流量）−（高温ガスの流量）を表す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス供給装置によれば，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，高圧で貯蔵されているガスを，高圧タンクに充填供給するガス供給装置に本発明を適用したものである。
【００１８】
本形態のガス供給装置１は，図１に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４，放熱用熱交換器１５を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されて使用される。ガス製造装置１１は，例えば，都市ガスの改質によって水素ガスを製造する装置であり，低圧ガス配管等を含んでいる。このガス製造装置１１で製造されたガスは低圧状態にあり，圧縮機１２によって高圧ガスとされて，蓄ガス器１３に一旦貯蔵される。蓄ガス器１３は，例えば複数の高圧タンクを有し，圧縮機１２によって４０ＭＰａＧ程度にされた高圧ガスが貯蔵される。これらのガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３は，いずれも従来のものと同様である。
【００１９】
さらに，蓄ガス器１３は，ガス管２１によってボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに接続され，この約４０ＭＰａＧの高圧ガスがボルテックスチューブ１４に導かれる。ボルテックスチューブ１４には２つのガス出口１４ｂ，１４ｃがあり，ガス出口１４ｂにはガス管２２が，ガス出口１４ｃにはガス管２３がそれぞれ接続されている。ガス管２３には，さらに放熱用熱交換器１５が接続されている。さらに，放熱用熱交換器１５のガス出口に接続されたガス管２４は，合流部２５においてガス管２２と接続されている。さらに，合流部２５には，ガス供給装置１からガスの供給をうける高圧タンク１６に接続するためのガス管２６が接続されている。
【００２０】
ここで，ボルテックスチューブ１４は，後述するように，ガス入口１４ａから入力された高圧ガスを，そのガス圧力を利用して低温ガスと高温ガスとに分離するものである。そして，低温ガスをガス出口１４ｂから，高温ガスをガス出口１４ｃから出力する。ガス出口１４ｃから出力された高温ガスは，ガス管２３を介して放熱用熱交換器１５に入力される。放熱用熱交換器１５は，空気や水等の熱媒体との熱交換により入力された高温ガスから放熱させ，常温程度まで温度低下させるものである。ガス出口１４ｃから出力されたガスは高温となっているので，大気へ排熱させるだけでも十分な効果がある。従って，放熱用熱交換器１５としては特段の冷却装置は不要である。また，ガス管２２は低温ガスの温度を保持するため，外気との熱交換が行われにくいものを使用する。
【００２１】
次に，ボルテックスチューブ１４について説明する。ボルテックスチューブ１４は，その概略を図２に示すように略円管状の部材であり，入力された高圧ガスから，高温ガスと低温ガスとを得る装置である。ボルテックスチューブ１４の長手方向の一端寄りにガス入口１４ａが設けられ，長手方向両端部には２つのガス出口１４ｂ，１４ｃを有している。なお，図２に示すように，ガス出口１４ｂはボルテックスチューブ１４の中心軸部分に開口し，ガス出口１４ｃは円周部に円環状に開口している。さらに，ガス出口１４ｃには，ボルテックスチューブ１４の軸方向に移動可能な流路調整部材１４ｄが配置され，これによって開口断面積がある程度変更可能にされている。
【００２２】
使用時には，このボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａから高圧ガスを流入させる。ガス入口１４ａは，図３に示すように，その内周側に隔壁１４ｅを有し，隔壁１４ｅには半径方向に対して斜めに設けられた複数のノズル１４ｆが設けられている。従って，ガス入口１４ａから流入したガスは，一旦隔壁１４ｅの外周側に入った後，複数のノズル１４ｆから隔壁１４ｅの内周側へ斜めに吹き込まれる。これにより，ガス入口１４ａから入力されたガスがボルテックスチューブ１４の内周面に沿って螺旋状に流れ込み，流れ込んだガスはガス圧力によって螺旋状に高速で旋回しながら円環状のガス出口１４ｃへ向かう。この旋回によって，内壁近傍のガス部分は断熱圧縮されたに近い状態となり，高温ガスとなってガス出口１４ｃから流出する。
【００２３】
一方，高温ガスの旋回流によって，ボルテックスチューブ１４の中心軸付近のガスは，断熱膨張されたに近い状態となるため低温ガスとなる。そして，流路調整部材１４ｄによって図２中右方への流出は妨げられているので，反転して図２中左方へ流れる。従って，低温ガス部分はガス出口１４ｂから流出する。すなわち，ボルテックスチューブ１４を用いることにより，ガス出口１４ｃからは高温ガスが，ガス出口１４ｂからは低温ガスが得られる。このときガス出口１４ｃの流路断面積が流路調整部材１４ｄによって小さくされていれば，それだけ高温ガスの流出量が減り，それにつれて低温ガスの流量が増えることになる。
【００２４】
ボルテックスチューブ１４では，入力されるガスの圧力や，出力させる高温ガスと低温ガスとの流量比率等によって，出力される高温ガスと低温ガスとの温度（あるいは，入力ガス温度との温度差）が決定される。例えば，１ＭＰａ程度の圧縮空気を入力ガスとして用いた場合，低温ガス：高温ガス＝８０％：２０％の流量比で出力させると，低温ガスの温度が（入力ガスの温度−３１．４℃），また高温ガスの温度が（入力ガスの温度＋１０７．２℃）となるものが市販されている。一般にボルテックスチューブ１４では，入力ガスの圧力が高いほど，また低温ガスの比率が低いほど出力される低温ガスの温度は低くなる。
【００２５】
本形態では，ガス入口１４ａから入力させる高圧ガスとして，蓄ガス器１３に貯蔵されている約４０ＭＰａの水素ガスを用いる。従って，上記の例に比較して入力ガスの圧力が非常に大きく，より低温の出力ガスが得られると考えられる。また，上記の例とは，空気と水素という動作流体の違いがあるが，伝熱と流体に関する無次元数（Ｒｅ，Ｐｒ数など）が同じならば，ボルテックスチューブは同じ性能値を示すという報告（ＳＴＥＰＨＡＮ Ｋ．ら，“Ａ ＳＩＭＩＬＡＲＩＴＹ ＲＥＬＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＥＮＥＲＧＹ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＶＯＲＴＥＸ ＴＵＢＥ”，１９８４）がある。従って，設計の工夫により，少なくとも上記の例と同等程度の出力温度差が得られるボルテックスチューブ１４を製造することは可能である。
【００２６】
次に，本形態のガス供給装置１によるガス供給方法について説明する。ガス製造装置１１で製造された水素ガスは，圧縮機１２によって４０ＭＰａ程度まで圧縮された状態で，蓄ガス器１３に貯留されている。ガスの供給を受けるために高圧タンク１６が接続されると，水素ガスはガス管２１を介して，蓄ガス器１３からボルテックスチューブ１４へ入力される。そして，ボルテックスチューブ１４によって，高温ガスと低温ガスとに分離される。
【００２７】
ガス出口１４ｃから出力された高温ガスは，ガス管２３を介して放熱用熱交換器１５を通過し，放熱されることにより常温程度まで降温される。そして，常温程度にされたガスはガス管２４を介して合流部２５へ至る。一方，ガス出口１４ｂから出力された低温ガスは，ガス管２２を介し低温を保って合流部２５へ至る。合流部２５において，これらのガスが混合される。ここで，ボルテックスチューブ１４における低温ガスの比率等を調整することにより，この合流部２５での混合ガスの温度を適度に低いものとできる。そして，この低温の混合ガスがガス管２６を介して高圧タンク１６へと供給される。
【００２８】
本形態では，ボルテックスチューブ１４を用いているので，高圧水素ガスを比較的低圧の高温の水素ガスと低温の水素ガスとに分離することが出来る。このとき使用されるエネルギーは，もとの水素ガスが有していた圧力エネルギーのみであり，従来の方法では捨てられていたエネルギーである。従って，ボルテックスチューブ１４を用いることにより，圧力エネルギーを有効利用してガス温度を下げることが可能となった。
【００２９】
例えば，上記の例のように，低温ガス：高温ガス＝８０％：２０％の流量比で低温ガスの温度が（入力ガスの温度−３１．４℃）とできるとする。この場合，蓄ガス器１３の温度が２５℃であれば，合流部２５における混合ガスの温度は２℃程度とできる。もしこれと同等の冷却能力を通常のチラーで得るためには，１ｋｍｏｌ／ｍｉｎの急速充填をする場合，１８ｋＷ程度の冷却能力が必要となる。本形態ではこれを節約できるのである。
【００３０】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置１によれば，高圧ガスを貯蔵する蓄ガス器１３とガスが充填される高圧タンク１６との間に，ボルテックスチューブ１４が設けられているので，高圧ガスは高圧タンク１６に流入する前に十分冷却される。従って，高圧タンク１６に急速充填することである程度温度上昇しても，その上限温度は低く抑えることができる。これにより，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置１となっている。
【００３１】
次に，本発明を具体化した第２〜５の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。これらの形態は，第１の形態をさらに現実的なものとして，そのいくつかのバリエーションを展開したものである。第１の形態と同一の部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
「第２の形態」
本形態のガス供給装置２は，図４に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。なお，本形態では蓄ガス器１３をより詳しく示している。すなわち，高圧バンク１３ａ，低圧バンク１３ｂを有し，それぞれの出口に遮断弁１３ｃ，１３ｄが設けられたものを図示している。これは，一般的に用いられる蓄ガス器の構成であり，ガス製造装置１１で製造され圧縮機１２で圧縮されたガスを，一時的に貯蔵して供給するものである。
【００３３】
また，本形態では，蓄ガス器１３の下流に温度計（Ｔ）３１が備えられ，蓄ガス器１３からの出力ガス温度が測定される。また，ディスペンサ１７に温度計（Ｔ）３２と圧力計（Ｐ）３３とが備えられ，このガス供給装置２から高圧タンク１６へ出力されるガスの温度と圧力とが測定される。ディスペンサ１７に高圧タンク１６が接続されていれば，高圧タンク１６内のガスの温度と圧力とを測定できる。また，ボルテックスチューブ１４の入力口１４ａの上流に流量計（Ｆ）３４が備えられ，ボルテックスチューブ１４に入力されるガス流量が測定される。
【００３４】
また，この流量計３４の出口側には分岐部３５が設けられ，その分岐部３５によって分岐された一方のガス管３６は遮断弁３７を介して合流部３８に至る。この合流部３８はディスペンサ１７に接続されている。また，分岐部３５によって分岐された他方のガス管４１は，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに接続されている。そして，低温ガス用のガス出口１４ｂは，ガス管４２に接続され，遮断弁４３を介して合流部３８に接続されている。一方，高温ガス用のガス出口１４ｃにはガス管４４が接続されている。さらに，この高温ガス用のガス出口１４ｃは，バッファタンク４５及びその上流側の圧力調整弁４６を介して，圧縮機１２のガス入口に接続されている。さらに，蓄ガス器１３の出口と流量計３４との間には，流量調整弁５１が備えられている。ここで，このガス管３６がバイパス供給路に，ガス管４２が低温ガス供給路に，ガス管４４が戻し路に，それぞれ相当する。
【００３５】
すなわち，図中に白矢印で示すように，ガス製造装置１１で製造されたガスは圧縮機１２で圧縮されて蓄ガス器１３の２つのタンクに貯蔵される。ディスペンサ１７に高圧タンク１６が接続されてガスの供給が要求されると，蓄ガス器１３の遮断弁１３ｃまたは１３ｄが開放されて，ガスが出力される。このとき，高圧タンク１６の温度や圧力等に応じて，遮断弁３７または４３のいずれかが開放されることにより，蓄ガス器１３からのガスがそのまま供給されるか（遮断弁３７：開，４３：閉）または，ボルテックスチューブ１４を介して供給されるか（遮断弁３７：閉，４３：開）が選択される。また，流量調整弁５１でガス流量が調整される。さらに，ボルテックスチューブ１４の使用が選択された場合には，その高温側の出力ガスは，圧力調整弁４６を介してバッファタンク４５に一旦貯蔵され，適時に圧縮機１２のガス入口へ戻される。
【００３６】
このように制御するために，このガス供給装置２は，その全体を司るコントローラ５５を有している。このコントローラ５５は，温度計３１，３２，圧力計３３，流量計３４の検出結果を受けて，流量調整弁５１，遮断弁３７，４３，圧力調整弁４６をそれぞれ制御する。そして，最も短時間で高圧タンク１６にガスを充填できるように，ガスの流通経路およびその流量を制御する。以下では高圧タンク１６の入口に入力されるガス流量を，充填ガス流量という。なお，蓄ガス器１３中の遮断弁１３ｃ，１３ｄについても，このコントローラ５５によって制御しても良い。あるいは，蓄ガス器１３に別の制御装置を備えて制御しても良い。
【００３７】
次に，最も短時間でのガス充填を行う方法について説明する。この充填方法は，供給先である高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔによって異なる。これは，従来の問題点としても説明したように，高圧ガスを低圧状態の容器に急速充填した場合に、容器内においてガス温度が上昇するのであり，高圧タンク１６にある程度以上のガスがもともとあればガス温度の上昇はさほどではないからである。また，実際問題として，高圧タンク１６の残圧は１台１台ちがうものである。
【００３８】
すなわち，最初から高圧タンク１６にある程度以上のガスが残っていれば，あるいは，充填によって高圧タンク１６にある程度までガスが溜まれば，その後のガス充填に関してはガス温度等に考慮する必要はなく，蓄ガス器１３の高圧ガスをそのまま急速充填してかまわない。このときの高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔをここではボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘという。高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘ以上であれば，ボルテックスチューブ１４を使用する必要はない。なお，これより明らかなように，ボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘとは，ボルテックスチューブ１４自体の耐圧のことではない。
【００３９】
またこの充填方法は，供給元である蓄ガス器１３内のガス温度によっても異なる。これは，供給元の蓄ガス器１３内のガス温度（一般には外気温度に等しい）が，例えば氷点下等である場合など，所定の温度未満であれば急速充填によってガス温度が上昇しても，高圧タンク１６の許容温度を超えることはない。従って，この場合も蓄ガス器１３の高圧ガスをそのまま急速充填してかまわない。このときの蓄ガス器１３のガス温度Ｔｏをここではボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎという。外気温度がボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ未満であれば，ボルテックスチューブ１４を使用する必要はない。
【００４０】
一方，高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，蓄ガス器１３内のガス温度（外気温度）Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合には，高圧ガスをそのまま急速充填できないので，ボルテックスチューブ１４を使用して温度を低下させたガスを充填する。このとき，第１の形態でも説明したように，ボルテックスチューブ１４の性質上，入力ガスと出力ガスとの圧力の差が大きいほど，また出力ガスのうちの低温ガスの流量比率が低いほど出力される低温ガスの温度は低くなる。
【００４１】
ここで，ボルテックスチューブ１４に入力されるガス圧力（以下では，入力ガス圧力という）は最大で蓄ガス器１３の圧力である。本形態では，入力ガス圧力は流量調整弁５１によって制御される。また，ボルテックスチューブ１４使用時の低温側のガス出口１４ｂから出力されるガス圧力（以下では，出力ガス圧力という）は高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔに等しいため，入力ガス圧力との圧力比（あるいは差）はガス充填とともに変化する。なお，高温側から出力されるガス圧力は，圧力調整弁４６によって低温側と合わせられている。以下では，入力ガス圧力と出力ガス圧力との圧力比（あるいは差）を入口出口圧力比という。
【００４２】
また，ボルテックスチューブ１４の出力低温ガスの温度は入力ガス温度および低温ガスと高温ガスとの流量比率によって変化する。以下では，ボルテックスチューブ１４から出力される低温ガス流量の高温ガス流量に対する比率を，冷温ガス流量比率という。この冷温ガス流量比率はボルテックスチューブ１４の流路調整部材１４ｄ（図２参照）の配置によって変更できる。本形態では，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，所定の一定比率に固定されている。
【００４３】
そこで本形態では，そのときの高圧タンク１６のガス圧力に応じて，充填ガス流量が最大となる入力ガス圧力を求める。もちろん入力ガス圧力が大きいほど充填ガス流量は大きくなるが，その分，高圧タンク１６の温度上昇も大きい。そこで，高圧タンク１６の温度が許容範囲内となる最大の入力ガス圧力を求めるのである。このようなタンクへのガス充填処理では，入力前のタンクの圧力と温度，および入力されるガスの温度と流量とが与えられれば，最大上昇温度を算出できる充填温度計算法が確立されている。そこで，入力ガス圧力を最大値から少しずつ小さくして最大上昇温度が許容範囲内となる最初の入力ガス圧力を求めることにより，最適な流量調整弁５１の開度が得られる。
【００４４】
次に，上記の処理を具体化した本形態のガス供給装置２の使用方法について，図５のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置２に接続されることによって開始される。このとき，すべての遮断弁３７，４３および流量調整弁５１は閉止されている。高圧タンク１６が接続されると，まず，圧力計３３によってディスペンサ１７の圧力を測定する（Ｓ１０１）。ここでは，高圧タンク１６がディスペンサ１７に接続されているので，これによりタンク残圧Ｐｔが測定できる。また，そのときの外気温度Ｔｏ（高圧タンク１６の温度）を温度計３２によって計測する（Ｓ１０２）。
【００４５】
次に，Ｓ１０１で測定されたタンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上であるかどうかを判断する（Ｓ１０３）。上記したように，タンク残圧Ｐｔとボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘとの大小関係および，外気温度Ｔｏとボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎとの大小関係が，ボルテックスチューブ１４を使用するかどうかの分岐点となる。すなわち，タンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘ以上であるか，または，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ未満である場合には（Ｓ１０３：Ｎｏ），ボルテックスチューブ１４を使用せず，蓄ガス器１３から直接急速充填できる。この場合の処理については後述する。
【００４６】
一方，タンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合には（Ｓ１０３：Ｙｅｓ），ボルテックスチューブ１４を使用して充填する方がより速くガスを充填できる。そこで，高圧タンク１６の温度上昇が許容範囲内であって，最大の充填ガス流量が得られる流量調整弁５１の開度を求める。なおこの形態では，冷温ガス流量比率は一定である。
【００４７】
そのために，整数ｎをパラメータとして，入力ガス圧力を最大値から少しずつ下げ，温度上昇が許容範囲内となる最初の入力ガス圧力を求める。入力ガス圧力の最大値Ｐｉｍａｘは，流量調整弁５１を最大開度としたときの圧力であり，蓄ガス器１３のガス圧力に等しい。すなわち，ｎにおける入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）の算出の初期値としては，Ｐｉ（０）＝Ｐｉｍａｘとすればよい（Ｓ１０４）。また，ボルテックスチューブ１４使用時の出力ガス圧力はタンク残圧Ｐｔに等しい。これらから，入力ガス圧力と出力ガス圧力との比（以下では，入口出口圧力比という）が求められる（Ｓ１０５）。
【００４８】
ボルテックスチューブ１４では，入力ガスの温度と出力低温ガスの温度との温度差は，入口出口圧力比および冷温ガス流量比率との間に所定の関係がある。そこで，コントローラ５５にはあらかじめ，図６に示すように，冷温ガス流量比率と温度差との関係を示すグラフを入口出口圧力比ごとに記憶している。そのうちから，Ｓ１０５で求められた入口出口圧力比に合致するグラフを選択する（Ｓ１０６）。さらに，本形態では冷温ガス流量比率は所定の値に固定されているので，このグラフから温度差が得られる。入力ガス温度は，Ｓ１０２で計測した外気温度Ｔｏに等しいので，得られた温度差によって出力される低温ガスの温度を得ることができる（Ｓ１０７）。
【００４９】
また，ボルテックスチューブ１４の入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）と冷温ガス流量比率とから，高圧タンク１６へ入力される充填ガス流量が求められる。この充填ガス流量とＳ１０７で求められたガス温度とを用いて充填温度計算を行い，高圧タンク１６内の温度が到達する最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出する（Ｓ１０８）。この温度には，一般に充填開始から比較的早い時間で到達する。
【００５０】
そこで，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が高圧タンク１６に許容される最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ１０９）。高圧タンク１６が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば，この条件での充填はできない。そこで，ｎをインクリメントして，新たな入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）を設定する。ここでは，あらかじめ決定されている所定の一段階圧力差ｐを用いて，前回の入力ガス圧力より圧力ｐだけ小さいものとする（Ｓ１１０）。ただし，入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）は，タンク残圧Ｐｔより大きくなければ充填できない。
【００５１】
そして，この新たなＰｉ（ｎ）を用いて，Ｓ１０５〜Ｓ１０８を再び行う。これにより，この入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）における低温ガス温度から最大上昇温度Ｔ（ｎ）が求められるので，この温度を最高許容温度Ｔｍａｘと比較する（Ｓ１０９）。こうして，入力ガス圧力を少しずつ下げて，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘより小さくなったら（Ｓ１０９：Ｙｅｓ），これが充填ガス流量が最大となる条件である。そこで，このときの入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）から，充填ガス入力流量が求められる（Ｓ１１１）。そしてこれより，適切な流量調整弁５１の開度が決定される（Ｓ１１２）。
【００５２】
そこで，コントローラ５５によって遮断弁４３を開放して，遮断弁３７を遮断する。また，流量調整弁５１を決定された開度に制御し，ボルテックスチューブ１４を利用してガス充填を開始する（Ｓ１１３）。ある程度充填したら，再び圧力計３３による検出を行い，タンク残圧Ｐｔをボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘと比較する（Ｓ１１４）。タンク残圧ＰｔがまだＰｍａｘに到達していなければ，Ｓ１０４〜Ｓ１１２を再び行い，新たに設定された流量調整弁５１の開度によってガス充填を続行する（Ｓ１１３）。このようにして，タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達するまで，徐々に流量調整弁５１の開度を大きくする。
【００５３】
タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達したら（Ｓ１０３：ＮｏまたはＳ１１４：Ｎｏ），以後は温度上昇を考慮することなく急速充填してもかまわない。そこで，流量調整弁５１を最大開度とし，遮断弁４３と圧力調整弁４６を遮断して，遮断弁３７を開放する。これにより，ボルテックスチューブ１４を使用せず，ガス管３６を介して蓄ガス器１３から直接高圧タンク１６へガス充填される（Ｓ１１５）。このときの充填ガス流量は，蓄ガス器１３と高圧タンク１６との圧力差やガス管等の設備によって決定される。
【００５４】
そして，タンク残圧Ｐｔが，所定の終了圧力Ｐｅｎｄを超えるまで（Ｓ１１６：Ｎｏ），充填を継続する。そして，所定の終了圧力Ｐｅｎｄを超えたら（Ｓ１１６：Ｙｅｓ），充填終了する（Ｓ１１７）。そして，遮断弁３７と流量調整弁５１とを遮断し，高圧タンク１６をガス供給装置２から切り離す。以上で，この処理の説明を終了する。
【００５５】
このようにすれば，図７に示すように，従来の方法に比較して短時間で充填することができる。この図において，実線Ｌａ，Ｌｃで示したのが本形態の充填方法による充填状況であり，破線Ｌｂ，Ｌｄで示したのがボルテックスチューブ１４を使用しない従来の方法による充填状況である。この図に示すように，ボルテックスチューブ１４を使用することにより，ボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘに到達するまでの充填時間がかなり短縮されている。これは，ボルテックスチューブ１４によって低温化されたガスを充填しているため，ガス流量を比較的大きくできるからである。
【００５６】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置２によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置２となっている。
【００５７】
「第３の形態」
本形態のガス供給装置３は，図８に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置３は，第２の形態のガス供給装置２に比較して，流量調整弁５１が省略され，代わりに流量調整弁５２が追加されているものである。従って，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は，蓄ガス器１３のガス圧力によって決定される。一方で，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって変更可能にされている。その意味で，この流量調整弁５２が流量配分調整弁に相当する。
【００５８】
次に，本形態のガス供給装置３の使用方法について，図９のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置３に接続されることによって開始される。初めのＳ２０１〜Ｓ２０３については，第２の形態のＳ１０１〜Ｓ１０３と同一の処理である。また，終わりのＳ２１５〜Ｓ２１７は，第２の形態のＳ１１５〜Ｓ１１７と同一の処理である。そこで，その間のＳ２０４〜Ｓ３２４について説明する。
【００５９】
ボルテックスチューブ１４を使用して充填する場合，本形態では，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は決まっているので，タンク残圧Ｐｔからボルテックスの入口出口圧力比が算出できる（Ｓ２０４）。なお，ガス出口１４ｃの圧力は，圧力調整弁４６によってガス出口１４ｂの圧力とほぼ等しくなるように制御される。さらに，その算出された入口出口圧力比に基づいて，図６に示したような，冷温ガス流量比率と低温ガスの温度差とのグラフを選択する（Ｓ２０５）。
【００６０】
次に，整数ｎをパラメータとして，温度上昇が許容範囲内となる最大の冷温ガス流量比率を求める。まず，冷温ガス流量比率の初期値をｎ＝０，Ｖ（０）＝Ｖｍａｘとする（Ｓ２０６）。これは，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率を最大とする，すなわち，最大量の低温ガスを出力させるという意味であり，入力ガスのうち８０％以上を低温ガスとして出力させることに相当する。ボルテックスチューブ１４の性質上，入力流量の全量を低温ガスとすることはできない。次に，Ｓ２０４で選択されたグラフ上で，Ｓ２０６で得られたＶ（ｎ）に対応する温度差値を読み取り，外気温度との差から出力低温ガスの温度を得る（Ｓ２０７）。
【００６１】
次に，上記の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）から充填ガス流量が求められ，この充填ガス流量とＳ２０７で得られたガス温度とから，充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出する（Ｓ２０８）。そして，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が高圧タンク１６に許容される最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ２０９）。高圧タンク１６が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば，この条件での充填はできない。そこで，ｎをインクリメントして，低温ガスの出力比率を１段階小さくする。すなわち，低温ガスの流量を所定量減らし，その分高温ガスの流量が増えることになる。このように，あらかじめ設定されている一段階比率差ｖを用いて，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を１段階小さくし（Ｓ２１０），グラフから再び出力低温ガスの温度を得る（Ｓ２０７）。
【００６２】
そして再び，充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出し（Ｓ２０８），最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ２０９）。こうして，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を少しずつ下げて，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘより小さくなるｎを見つけたら（Ｓ２０９：Ｙｅｓ），その条件で充填ガス流量とそのガス温度の組み合わせを決定する（Ｓ２１１）。さらに，そのときの冷温ガス流量比率から流量調整弁５２の開度を決定する（Ｓ２１２）。
【００６３】
そして，コントローラ５５によって遮断弁４３を開放して，遮断弁３７を遮断する。また，流量調整弁５２をこのように決定された開度に制御し，ボルテックスチューブ１４を使用してガス充填を行う（Ｓ２１３）。そして，タンク残圧Ｐｔが所定のボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘになるまで（Ｓ２１４：Ｙｅｓ），そのまま充填を継続する。所定のＰｍａｘを超えたら（Ｓ２１４：Ｎｏ），各遮断弁３７，４３等を切り替えてボルテックスチューブ１４を使用せずに充填を行う（Ｓ２１５）。以後の手順は，第２の形態と同様であるので，説明を省略する。
【００６４】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置３によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置３となっている。
【００６５】
「第４の形態」
本形態のガス供給装置４は，図１０に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置４は，第２の形態のガス供給装置２に比較して，流量調整弁５２が追加されているものである。すなわち，流量調整弁５１と流量調整弁５２とをともに有している。従って，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は，流量調整弁５１によって制御されるとともに，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって制御される。
【００６６】
次に，本形態のガス供給装置４の使用方法について，図１１と図１２のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置４に接続されることによって開始される。この処理において，求めようとしているのは高圧タンク１６への充填ガス流量が最大となる流量調整弁５１，５２の開度である。そこで，充填ガス流量が最大となるときの冷温ガス流量比率をＶｘ，入力ガス圧力をＰｘとし，そのときの充填ガス流量をＲｘとする。そして，これらの初期値として，いずれも０としておく。
【００６７】
図１１の初めのＳ３０１〜Ｓ３０３は，第２の形態のＳ１０１〜Ｓ１０３と同一の処理である。また，図１２の終わりのＳ４０９〜Ｓ４１１は，第２の形態のＳ１１５〜Ｓ１１７と同一の処理である。そこで，その部分についての説明は省略する。以下では，Ｓ３０３でＹｅｓと判断され，ボルテックスチューブ１４を使用して充填する場合について説明する。本形態では，整数ｍとｎをパラメータとして使用する。そして，ボルテックスチューブ１４の入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）とボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）とが最適な組み合わせとなるようにｍ，ｎの組を求める。
【００６８】
入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）の初期値は，Ｐｉ（０）＝Ｐｉｍａｘとする（Ｓ３０４）。また，ボルテックスチューブ１４の出力ガス圧力はタンク残圧Ｐｔに等しいので，ボルテックスチューブ１４の入口出口圧力比が求められる（Ｓ３０５）。次に，図６に示した冷温ガス流量比率と温度差との関係を示すグラフから，Ｓ３０５で求められた入口出口圧力比に合致するグラフを選択する（Ｓ３０６）。一方，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）の初期値は，Ｖ（０）＝Ｖｍａｘとする（Ｓ３０７）。そして，Ｓ３０６で選択されたグラフ上で，Ｓ３０７で得られたＶ（ｎ）に対応する温度差値を読み取り，出力低温ガスの温度を得る（Ｓ３０８）。
【００６９】
次に，高圧タンク１６への充填ガス流量とＳ３０８で得られたガス温度とから充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｍ，ｎ）を算出する（Ｓ３０９）。そして，最大上昇温度Ｔ（ｍ，ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば（Ｓ３１０：Ｎｏ），第２の形態と同様にｎをインクリメントして，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を１段階小さくし（Ｓ３１１），再び出力低温ガスの温度を得る（Ｓ３０８）。
【００７０】
これを繰り返して，Ｐｉ（ｍ）においてＴ（ｍ，ｎ）がＴｍａｘを超えない最大のＶ（ｎ）を決定する（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）。さらに，得られたＰｉ（ｍ）とＶ（ｎ）に対応する充填ガス流量Ｒを算出する（Ｓ３１２）。そして，図１２の（Ｂ）へ続き，この求めたＲを保管されているＲｘと比較する（Ｓ４０１）。ＲがＲｘより大きい場合は（Ｓ４０１：Ｙｅｓ），このＲをＲｘに保管し，またＰｉ（ｍ）をＰｘに，Ｖ（ｎ）をＶｘにそれぞれ保管する（Ｓ４０２）。
【００７１】
次に，第３の形態と同様にｍをインクリメントして，入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）を１段階小さくする（Ｓ４０３）。入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）がタンク残圧Ｐｔより小さくない場合は（Ｓ４０４：Ｎｏ），図１１の（Ｃ）へ戻る。そして，再びＳ３０５〜Ｓ３１２を実行して，このＰｉ（ｍ）における最大のＶ（ｎ）および，これらに対応する充填ガス流量Ｒを決定する。再び図１２の（Ｂ）へ続き，ＲがＲｘより大きい場合は（Ｓ４０１：Ｙｅｓ），このＲをＲｘに保管し，またＰｉ（ｍ）をＰｘに，Ｖ（ｎ）をＶｘにそれぞれ保管する（Ｓ４０２）。これにより，以前に保管されたＲｘ，Ｐｘ，Ｖｘの値は消去される。
【００７２】
これを繰り返し，入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）がタンク残圧Ｐｔより小さくなったら（Ｓ４０４：Ｙｅｓ），このとき保管されているＲｘが最大の充填ガス流量である。そして，このＲｘを得られる条件は，そのとき保管されているＰｘ，Ｖｘである（Ｓ４０５）。さらにこれらから，流量調整弁５１，５２の開度が決定される（Ｓ４０６）。決定された開度に流量調整弁５１，５２を制御し，遮断弁４３を開放し，遮断弁３７を遮断して，ボルテックスチューブ１４を使用してガス充填を行う（Ｓ４０７）。
【００７３】
ある程度充填したら，再び圧力計３３による検出を行い，タンク残圧Ｐｔをボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘと比較する（Ｓ４０８）。タンク残圧ＰｔがまだＰｍａｘに到達していなければ（Ｓ４０８：Ｎｏ），図１１の（Ｄ）へ続いて，Ｓ３０４に戻る。そして，図１１のＳ３０４〜Ｓ３１２と，図１２のＳ４０１〜Ｓ４０６を再び行い，最大の充填ガス流量を得られる条件を算出する。得られた条件となるように，流量調整弁５１，５２の開度を新たに制御し，ガス充填を続行する（Ｓ４０７）。このようにして，タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達するまで，徐々に流量調整弁５１，５２の開度を大きくする。
【００７４】
そして，タンク残圧Ｐｔが所定のＰｍａｘを超えたら（Ｓ３０３：ＮｏまたはＳ４０８：Ｎｏ），各遮断弁３７，４３等を切り替えてボルテックスチューブ１４を使用せずに充填を行う（Ｓ４０９）。以後の手順は，第２，第３の形態と同様であるので，説明を省略する。
【００７５】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置４によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置４となっている。
【００７６】
「第５の形態」
本形態のガス供給装置５は，図１３に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置５は，第３の形態のガス供給装置３に比較して，バッファタンク４５が省略され，流量調整弁５２と圧力調整弁４６との間に，放熱用熱交換器１５を有しているものである。ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって制御される。また，本形態のガス経路の構成としては，第１の形態に分岐部３５とガス管３６とを追加したものといえる。このガス管３６が，バイパス供給路に相当する。
【００７７】
すなわちこの形態では，ボルテックスチューブ１４のガス出口１４ｃから出力される高温ガスはガス管２３を介して放熱用交換器１５に至り，例えば外気温度程度まで放熱される。さらに，ガス管２４を介して合流部２５に至る。ボルテックスチューブ１４のガス出口１４ｂから出力される低温ガスは，ガス管２２を介して合流部２５に至り，放熱後の高温ガスと合流される。従って，この形態では，高圧タンク１６に入力される充填ガス流量は，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに入力されるガス流量と等しい。なお，圧力調整弁４６は，ガス管２２側とガス管２４側との合流部２５における圧力差を解消するためのものである。
【００７８】
本形態では，第３の形態と同様に，流量調整弁５２の制御によってボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率が調整される。すなわち，本形態の使用方法は第３の形態のガス供給装置３と同様である。ただし，図６に示した流量比率と温度差との関係を示すグラフにおいて，温度差として低温ガスと放熱後の高温ガスの混合ガス温度をあらかじめ算出して設定しておく。あるいは，グラフは図６に示したものと同様のものを用い，高圧タンク１６に入力される充填ガスの温度を算出する際に，放熱後の高温ガスの分を加えて算出するようにしてもよい。
【００７９】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置５によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置５となっている。なお，本形態のガス供給装置５のように放熱用熱交換器１５を有している構成においても，上記の第２の形態から第４の形態に相当するバリエーションが展開可能である。例えば，本形態の流量調整弁５２に代えて，第２の形態と同様の流量調整弁５１を設けても良い。また，第４の形態と同様に流量調整弁５１と流量調整弁５２との両方を備えていても良い。これらのバリエーションにおける各弁の制御方法は，上記の第２の形態や第４の形態と同様である。
【００８０】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の第１の形態に記載した低温ガスと高温ガスとの流量比やその温度変化幅等は一例であり，全ガス流量や外気温度等の各種条件に応じて変更しても良い。また例えば，上記の第２の形態〜第５の形態では，ボルテックスチューブ１４の特性が入口出口圧力の比によるものとしたが，それらの圧力の差に基づくものであっても良い。その場合は，上記の入口出口圧力比をすべて入口出口圧力差に置き換えて実行する。さらに，第３形態〜第５形態の流量調整弁５２は，ボルテックスチューブ１４自体の調節機能を使用しても良い。また，流量比率とガス温度差をグラフ化して記憶するとしたが，グラフに限らず，数表としたり分岐点を数式化して記憶しても良い。また例えば，本発明は，水素ガスを自動車の車載タンクに供給する水素ステーションに限らず，他の気体を充填するものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図２】ボルテックスチューブの概略構成を示す断面図である。
【図３】ボルテックスチューブの概略構成を示す断面図である。
【図４】第２の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図５】第２の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図６】圧力比ごとに用意され，流量比率とガス温度差との関係を表すグラフを示す説明図である。
【図７】経過時間と調整弁開度及び充填圧力の関係を示すグラフ図である。
【図８】第３の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図９】第３の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１０】第４の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図１１】第４の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１２】第４の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１３】第５の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図１４】従来のガス供給装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ ガス供給装置
１３ 蓄ガス器（供給元ガス容器）
１４ ボルテックスチューブ（高低温分離器）
１５ 放熱用熱交換器（放熱器）
２５ 合流部
３１ 温度計（温度センサ）
３６ ガス管（バイパス供給路）
４２ ガス管（低温ガス供給路）
４４ ガス管（戻し路）
５１ 流量調整弁
５２ 流量調整弁（流量配分調整弁）
５５ コントローラ（制御部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は，例えば，燃料電池自動車等へ燃料である水素ガスを供給する水素供給ステーション等に設けられるガス供給装置に関する。さらに詳細には，圧縮したガスを貯蔵する貯蔵タンクから高圧タンクへガスを供給するガス供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば，燃料電池自動車に水素ガスを供給するための水素供給ステーションでは，都市ガス等から水素ガスを製造して貯蔵しておき，燃料電池自動車等に搭載されているタンク（車載タンク）に供給する。このようなガス供給装置１００は，その概略を図１４に示すように，ガス製造装置１０１，圧縮機１０２，蓄ガス器１０３，弁１０４を有している。車載タンク等の高圧タンク１０５に接続されて使用される。ガス製造装置１０１で製造されたガスは，圧縮機１０２によって例えば４０ＭＰａＧ以上に圧縮されて，蓄ガス器１０３に貯蔵されている。高圧タンク１０５は，一般にガス残量が少なくなった状態でこのガス供給装置１００に接続され，例えば３０ＭＰａＧ程度の高圧までガスが充填される。
【０００３】
自動車の車載タンク等では，樹脂等の耐熱性のやや低い材質が部分的に使用される場合があり，そのため，車載タンクに許容される温度範囲は，例えば−４０〜８２℃のように設定されている。それに対し一般に，水素等の高圧ガスを低圧状態の容器に急速充填すると、容器内においてガス温度が上昇することが分かっている。例えば，発明者らの試算では，蓄ガス器１０３の温度を２５℃，圧力を４０ＭＰａとし，高圧タンク１０５の初期圧力を０．７ＭＰａとすると，水素ガスを急速充填した場合の高圧タンク１０５の内部温度は１５３℃程度まで上昇する。この温度は，上記の許容される温度範囲を大きく超えている。
【０００４】
そのため，従来のガス供給装置１００では，高圧タンク１０５に充填する際の水素ガスの流量または充填ガス圧力をある程度まで制限することにより，温度上昇を抑えるようにしている。あるいは，高圧タンクの前に冷却用熱交換器を備えて，ガスを冷却しつつ充填する燃料充填装置が開示されている（例えば，特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１３２４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら，前記した従来のガス供給装置では，次のような問題点があった。まず，充填するガスの流量を制限する方法は，高圧タンク１０５への充填時間が長くかかることとなり好ましくない。また，充填ガスの圧力を制限すると，高圧タンク１０５の到達ガス圧力が低くなり，充填できるガスの量が減ってしまう。また，特許文献１に記載の技術では，高圧タンク１０５前のガスは，大気温度か冷却水温度程度までしか冷却されず，充填時の温度上昇幅と比較するとこの程度の冷却では不十分である。そのため，この技術によっても，やはりある程度ガス流量を制限する必要があるという問題点があった。
【０００６】
本発明は，前記した従来のガス供給装置が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題の解決を目的としてなされたガス供給装置は，供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置であって，供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，高低温分離器から排出された高温ガスを放熱させる放熱器と，高低温分離器から排出された低温ガスと放熱器を通過したガスとが合流する合流部とを有し，合流部で合流したガスを供給先へ供給するものである。
【０００８】
本発明によれば，供給元ガス容器から出力されたガスは，高低温分離器で高温ガスと低温ガスとに分離される。そのうちの高温ガスは放熱器で放熱されるので，ある程度降温される。さらに，この降温された高温ガスと低温ガスとが合流部で合流されるので，合流後のガスは十分低温なものとなる。従って，供給先へ供給されるガスは十分低温に降温されているので，供給先へ供給された後も，タンクの仕様上要求される程度には低温状態とすることが容易にできる。従って，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置となっている。
【０００９】
さらに本発明では，供給元ガス容器から高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路を有することが望ましい。
このバイパス供給路があれば，高低温分離器を使用する必要がない場合には，高低温分離器をバイパスして供給元ガス容器から直接ガスを供給できる。
【００１０】
また，本発明は，供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置であって，供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，高低温分離器から排出された高温ガスを供給元ガス容器へ戻す戻し路と，高低温分離器から排出された低温ガスを供給先へ導く低温ガス供給路と，供給元ガス容器から高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路とを有するガス供給装置であってもよい。
本発明によれば，低温ガス供給路とバイパス供給路とを有するので，供給先のガス圧力等に応じて，高低温分離器を使用するかどうかを選択できる。さらに，戻し路を有するので，高低温分離器から排出された低温ガスのみを供給先へ供給できるとともに，高温ガスを再利用できる。
【００１１】
さらに本発明では，高低温分離器は，供給元ガス容器から出力されたガスを渦状に内室に吹き込み，渦の外周部から高温ガスを取り出し，渦の中心部から低温ガスを取り出すボルテックスチューブであることが望ましい。
このようなものであれば，渦の外周部にあるガスは断熱圧縮に近い状態となるので高温になるとともに，渦の中心部にあるガスは断熱膨張に近い状態となるので低温になる。従って，このようなボルテックスチューブを用いることで，ガスを高温ガスと低温ガスとに分離することが出来る。
【００１２】
さらに本発明では，供給先のガス圧力が所定の上限値未満であるときには高低温分離器を通してガス供給を行い，供給先のガス圧力が所定の上限値を超えているときには高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することが望ましい。
供給先のガス圧力が所定の上限値を超えていれば，高圧のガスを充填することによる温度上昇の程度は小さい。従って，この場合には高低温分離器をバイパスした方が，速く充填することができる。
【００１３】
さらに本発明では，供給元のガス温度が所定の下限値以上であるときには高低温分離器を通してガス供給を行い，供給元のガス温度が所定の下限値未満であるときには高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することが望ましい。
供給元のガス温度が所定の下限値未満であれば，高圧のガスを急速充填することによって温度上昇したとしても供給先の許容温度以内とすることができる。従って，この場合には高低温分離器をバイパスした方が，速く充填することができる。
【００１４】
さらに本発明では，高低温分離器は，排出する高温ガスおよび低温ガスの流量比が固定されたものであり，供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，供給元ガス容器から出力されるガスの流量調整弁とを有し，制御部は，高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，流量調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量を決定し，決定された流量により高低温分離器を通してのガス供給を行うことが望ましい。
このようになっていれば，供給先の最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量が決定されるので，許容範囲で最大速度の充填が可能である。
【００１５】
さらに本発明では，供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，高低温分離器における高温ガスに対する低温ガスの排出流量の比または差を調整する流量配分調整弁とを有し，制御部は，高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，流量配分調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量比または流量差ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量比または流量差を決定し，決定された流量比または流量差により高低温分離器を通してのガス供給を行うことが望ましい。
このようになっていれば，供給先の最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量が決定されるので，許容範囲で最大速度の充填が可能である。なお，ここでの流量比とは，高低温分離器から排出される（低温ガスの流量）／（高温ガスの流量）を表す。また流量差とは，（低温ガスの流量）−（高温ガスの流量）を表す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のガス供給装置によれば，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
「第１の形態」
以下，本発明を具体化した第１の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，高圧で貯蔵されているガスを，高圧タンクに充填供給するガス供給装置に本発明を適用したものである。
【００１８】
本形態のガス供給装置１は，図１に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４，放熱用熱交換器１５を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されて使用される。ガス製造装置１１は，例えば，都市ガスの改質によって水素ガスを製造する装置であり，低圧ガス配管等を含んでいる。このガス製造装置１１で製造されたガスは低圧状態にあり，圧縮機１２によって高圧ガスとされて，蓄ガス器１３に一旦貯蔵される。蓄ガス器１３は，例えば複数の高圧タンクを有し，圧縮機１２によって４０ＭＰａＧ程度にされた高圧ガスが貯蔵される。これらのガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３は，いずれも従来のものと同様である。
【００１９】
さらに，蓄ガス器１３は，ガス管２１によってボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに接続され，この約４０ＭＰａＧの高圧ガスがボルテックスチューブ１４に導かれる。ボルテックスチューブ１４には２つのガス出口１４ｂ，１４ｃがあり，ガス出口１４ｂにはガス管２２が，ガス出口１４ｃにはガス管２３がそれぞれ接続されている。ガス管２３には，さらに放熱用熱交換器１５が接続されている。さらに，放熱用熱交換器１５のガス出口に接続されたガス管２４は，合流部２５においてガス管２２と接続されている。さらに，合流部２５には，ガス供給装置１からガスの供給をうける高圧タンク１６に接続するためのガス管２６が接続されている。
【００２０】
ここで，ボルテックスチューブ１４は，後述するように，ガス入口１４ａから入力された高圧ガスを，そのガス圧力を利用して低温ガスと高温ガスとに分離するものである。そして，低温ガスをガス出口１４ｂから，高温ガスをガス出口１４ｃから出力する。ガス出口１４ｃから出力された高温ガスは，ガス管２３を介して放熱用熱交換器１５に入力される。放熱用熱交換器１５は，空気や水等の熱媒体との熱交換により入力された高温ガスから放熱させ，常温程度まで温度低下させるものである。ガス出口１４ｃから出力されたガスは高温となっているので，大気へ排熱させるだけでも十分な効果がある。従って，放熱用熱交換器１５としては特段の冷却装置は不要である。また，ガス管２２は低温ガスの温度を保持するため，外気との熱交換が行われにくいものを使用する。
【００２１】
次に，ボルテックスチューブ１４について説明する。ボルテックスチューブ１４は，その概略を図２に示すように略円管状の部材であり，入力された高圧ガスから，高温ガスと低温ガスとを得る装置である。ボルテックスチューブ１４の長手方向の一端寄りにガス入口１４ａが設けられ，長手方向両端部には２つのガス出口１４ｂ，１４ｃを有している。なお，図２に示すように，ガス出口１４ｂはボルテックスチューブ１４の中心軸部分に開口し，ガス出口１４ｃは円周部に円環状に開口している。さらに，ガス出口１４ｃには，ボルテックスチューブ１４の軸方向に移動可能な流路調整部材１４ｄが配置され，これによって開口断面積がある程度変更可能にされている。
【００２２】
使用時には，このボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａから高圧ガスを流入させる。ガス入口１４ａは，図３に示すように，その内周側に隔壁１４ｅを有し，隔壁１４ｅには半径方向に対して斜めに設けられた複数のノズル１４ｆが設けられている。従って，ガス入口１４ａから流入したガスは，一旦隔壁１４ｅの外周側に入った後，複数のノズル１４ｆから隔壁１４ｅの内周側へ斜めに吹き込まれる。これにより，ガス入口１４ａから入力されたガスがボルテックスチューブ１４の内周面に沿って螺旋状に流れ込み，流れ込んだガスはガス圧力によって螺旋状に高速で旋回しながら円環状のガス出口１４ｃへ向かう。この旋回によって，内壁近傍のガス部分は断熱圧縮されたに近い状態となり，高温ガスとなってガス出口１４ｃから流出する。
【００２３】
一方，高温ガスの旋回流によって，ボルテックスチューブ１４の中心軸付近のガスは，断熱膨張されたに近い状態となるため低温ガスとなる。そして，流路調整部材１４ｄによって図２中右方への流出は妨げられているので，反転して図２中左方へ流れる。従って，低温ガス部分はガス出口１４ｂから流出する。すなわち，ボルテックスチューブ１４を用いることにより，ガス出口１４ｃからは高温ガスが，ガス出口１４ｂからは低温ガスが得られる。このときガス出口１４ｃの流路断面積が流路調整部材１４ｄによって小さくされていれば，それだけ高温ガスの流出量が減り，それにつれて低温ガスの流量が増えることになる。
【００２４】
ボルテックスチューブ１４では，入力されるガスの圧力や，出力させる高温ガスと低温ガスとの流量比率等によって，出力される高温ガスと低温ガスとの温度（あるいは，入力ガス温度との温度差）が決定される。例えば，１ＭＰａ程度の圧縮空気を入力ガスとして用いた場合，低温ガス：高温ガス＝８０％：２０％の流量比で出力させると，低温ガスの温度が（入力ガスの温度−３１．４℃），また高温ガスの温度が（入力ガスの温度＋１０７．２℃）となるものが市販されている。一般にボルテックスチューブ１４では，入力ガスの圧力が高いほど，また低温ガスの比率が低いほど出力される低温ガスの温度は低くなる。
【００２５】
本形態では，ガス入口１４ａから入力させる高圧ガスとして，蓄ガス器１３に貯蔵されている約４０ＭＰａの水素ガスを用いる。従って，上記の例に比較して入力ガスの圧力が非常に大きく，より低温の出力ガスが得られると考えられる。また，上記の例とは，空気と水素という動作流体の違いがあるが，伝熱と流体に関する無次元数（Ｒｅ，Ｐｒ数など）が同じならば，ボルテックスチューブは同じ性能値を示すという報告（ＳＴＥＰＨＡＮ Ｋ．ら，“Ａ ＳＩＭＩＬＡＲＩＴＹ ＲＥＬＡＴＩＯＮ ＦＯＲ ＥＮＥＲＧＹ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＩＮ Ａ ＶＯＲＴＥＸ ＴＵＢＥ”，１９８４）がある。従って，設計の工夫により，少なくとも上記の例と同等程度の出力温度差が得られるボルテックスチューブ１４を製造することは可能である。
【００２６】
次に，本形態のガス供給装置１によるガス供給方法について説明する。ガス製造装置１１で製造された水素ガスは，圧縮機１２によって４０ＭＰａ程度まで圧縮された状態で，蓄ガス器１３に貯留されている。ガスの供給を受けるために高圧タンク１６が接続されると，水素ガスはガス管２１を介して，蓄ガス器１３からボルテックスチューブ１４へ入力される。そして，ボルテックスチューブ１４によって，高温ガスと低温ガスとに分離される。
【００２７】
ガス出口１４ｃから出力された高温ガスは，ガス管２３を介して放熱用熱交換器１５を通過し，放熱されることにより常温程度まで降温される。そして，常温程度にされたガスはガス管２４を介して合流部２５へ至る。一方，ガス出口１４ｂから出力された低温ガスは，ガス管２２を介し低温を保って合流部２５へ至る。合流部２５において，これらのガスが混合される。ここで，ボルテックスチューブ１４における低温ガスの比率等を調整することにより，この合流部２５での混合ガスの温度を適度に低いものとできる。そして，この低温の混合ガスがガス管２６を介して高圧タンク１６へと供給される。
【００２８】
本形態では，ボルテックスチューブ１４を用いているので，高圧水素ガスを比較的低圧の高温の水素ガスと低温の水素ガスとに分離することが出来る。このとき使用されるエネルギーは，もとの水素ガスが有していた圧力エネルギーのみであり，従来の方法では捨てられていたエネルギーである。従って，ボルテックスチューブ１４を用いることにより，圧力エネルギーを有効利用してガス温度を下げることが可能となった。
【００２９】
例えば，上記の例のように，低温ガス：高温ガス＝８０％：２０％の流量比で低温ガスの温度が（入力ガスの温度−３１．４℃）とできるとする。この場合，蓄ガス器１３の温度が２５℃であれば，合流部２５における混合ガスの温度は２℃程度とできる。もしこれと同等の冷却能力を通常のチラーで得るためには，１ｋｍｏｌ／ｍｉｎの急速充填をする場合，１８ｋＷ程度の冷却能力が必要となる。本形態ではこれを節約できるのである。
【００３０】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置１によれば，高圧ガスを貯蔵する蓄ガス器１３とガスが充填される高圧タンク１６との間に，ボルテックスチューブ１４が設けられているので，高圧ガスは高圧タンク１６に流入する前に十分冷却される。従って，高圧タンク１６に急速充填することである程度温度上昇しても，その上限温度は低く抑えることができる。これにより，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置１となっている。
【００３１】
次に，本発明を具体化した第２〜５の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。これらの形態は，第１の形態をさらに現実的なものとして，そのいくつかのバリエーションを展開したものである。第１の形態と同一の部材については同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
「第２の形態」
本形態のガス供給装置２は，図４に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。なお，本形態では蓄ガス器１３をより詳しく示している。すなわち，高圧バンク１３ａ，低圧バンク１３ｂを有し，それぞれの出口に遮断弁１３ｃ，１３ｄが設けられたものを図示している。これは，一般的に用いられる蓄ガス器の構成であり，ガス製造装置１１で製造され圧縮機１２で圧縮されたガスを，一時的に貯蔵して供給するものである。
【００３３】
また，本形態では，蓄ガス器１３の下流に温度計（Ｔ）３１が備えられ，蓄ガス器１３からの出力ガス温度が測定される。また，ディスペンサ１７に温度計（Ｔ）３２と圧力計（Ｐ）３３とが備えられ，このガス供給装置２から高圧タンク１６へ出力されるガスの温度と圧力とが測定される。ディスペンサ１７に高圧タンク１６が接続されていれば，高圧タンク１６内のガスの温度と圧力とを測定できる。また，ボルテックスチューブ１４の入力口１４ａの上流に流量計（Ｆ）３４が備えられ，ボルテックスチューブ１４に入力されるガス流量が測定される。
【００３４】
また，この流量計３４の出口側には分岐部３５が設けられ，その分岐部３５によって分岐された一方のガス管３６は遮断弁３７を介して合流部３８に至る。この合流部３８はディスペンサ１７に接続されている。また，分岐部３５によって分岐された他方のガス管４１は，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに接続されている。そして，低温ガス用のガス出口１４ｂは，ガス管４２に接続され，遮断弁４３を介して合流部３８に接続されている。一方，高温ガス用のガス出口１４ｃにはガス管４４が接続されている。さらに，この高温ガス用のガス出口１４ｃは，バッファタンク４５及びその上流側の圧力調整弁４６を介して，圧縮機１２のガス入口に接続されている。さらに，蓄ガス器１３の出口と流量計３４との間には，流量調整弁５１が備えられている。ここで，このガス管３６がバイパス供給路に，ガス管４２が低温ガス供給路に，ガス管４４が戻し路に，それぞれ相当する。
【００３５】
すなわち，図中に白矢印で示すように，ガス製造装置１１で製造されたガスは圧縮機１２で圧縮されて蓄ガス器１３の２つのタンクに貯蔵される。ディスペンサ１７に高圧タンク１６が接続されてガスの供給が要求されると，蓄ガス器１３の遮断弁１３ｃまたは１３ｄが開放されて，ガスが出力される。このとき，高圧タンク１６の温度や圧力等に応じて，遮断弁３７または４３のいずれかが開放されることにより，蓄ガス器１３からのガスがそのまま供給されるか（遮断弁３７：開，４３：閉）または，ボルテックスチューブ１４を介して供給されるか（遮断弁３７：閉，４３：開）が選択される。また，流量調整弁５１でガス流量が調整される。さらに，ボルテックスチューブ１４の使用が選択された場合には，その高温側の出力ガスは，圧力調整弁４６を介してバッファタンク４５に一旦貯蔵され，適時に圧縮機１２のガス入口へ戻される。
【００３６】
このように制御するために，このガス供給装置２は，その全体を司るコントローラ５５を有している。このコントローラ５５は，温度計３１，３２，圧力計３３，流量計３４の検出結果を受けて，流量調整弁５１，遮断弁３７，４３，圧力調整弁４６をそれぞれ制御する。そして，最も短時間で高圧タンク１６にガスを充填できるように，ガスの流通経路およびその流量を制御する。以下では高圧タンク１６の入口に入力されるガス流量を，充填ガス流量という。なお，蓄ガス器１３中の遮断弁１３ｃ，１３ｄについても，このコントローラ５５によって制御しても良い。あるいは，蓄ガス器１３に別の制御装置を備えて制御しても良い。
【００３７】
次に，最も短時間でのガス充填を行う方法について説明する。この充填方法は，供給先である高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔによって異なる。これは，従来の問題点としても説明したように，高圧ガスを低圧状態の容器に急速充填した場合に、容器内においてガス温度が上昇するのであり，高圧タンク１６にある程度以上のガスがもともとあればガス温度の上昇はさほどではないからである。また，実際問題として，高圧タンク１６の残圧は１台１台ちがうものである。
【００３８】
すなわち，最初から高圧タンク１６にある程度以上のガスが残っていれば，あるいは，充填によって高圧タンク１６にある程度までガスが溜まれば，その後のガス充填に関してはガス温度等に考慮する必要はなく，蓄ガス器１３の高圧ガスをそのまま急速充填してかまわない。このときの高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔをここではボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘという。高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘ以上であれば，ボルテックスチューブ１４を使用する必要はない。なお，これより明らかなように，ボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘとは，ボルテックスチューブ１４自体の耐圧のことではない。
【００３９】
またこの充填方法は，供給元である蓄ガス器１３内のガス温度によっても異なる。これは，供給元の蓄ガス器１３内のガス温度（一般には外気温度に等しい）が，例えば氷点下等である場合など，所定の温度未満であれば急速充填によってガス温度が上昇しても，高圧タンク１６の許容温度を超えることはない。従って，この場合も蓄ガス器１３の高圧ガスをそのまま急速充填してかまわない。このときの蓄ガス器１３のガス温度Ｔｏをここではボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎという。外気温度がボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ未満であれば，ボルテックスチューブ１４を使用する必要はない。
【００４０】
一方，高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，蓄ガス器１３内のガス温度（外気温度）Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合には，高圧ガスをそのまま急速充填できないので，ボルテックスチューブ１４を使用して温度を低下させたガスを充填する。このとき，第１の形態でも説明したように，ボルテックスチューブ１４の性質上，入力ガスと出力ガスとの圧力の差が大きいほど，また出力ガスのうちの低温ガスの流量比率が低いほど出力される低温ガスの温度は低くなる。
【００４１】
ここで，ボルテックスチューブ１４に入力されるガス圧力（以下では，入力ガス圧力という）は最大で蓄ガス器１３の圧力である。本形態では，入力ガス圧力は流量調整弁５１によって制御される。また，ボルテックスチューブ１４使用時の低温側のガス出口１４ｂから出力されるガス圧力（以下では，出力ガス圧力という）は高圧タンク１６のガス残圧Ｐｔに等しいため，入力ガス圧力との圧力比（あるいは差）はガス充填とともに変化する。なお，高温側から出力されるガス圧力は，圧力調整弁４６によって低温側と合わせられている。以下では，入力ガス圧力と出力ガス圧力との圧力比（あるいは差）を入口出口圧力比という。
【００４２】
また，ボルテックスチューブ１４の出力低温ガスの温度は入力ガス温度および低温ガスと高温ガスとの流量比率によって変化する。以下では，ボルテックスチューブ１４から出力される低温ガス流量の高温ガス流量に対する比率を，冷温ガス流量比率という。この冷温ガス流量比率はボルテックスチューブ１４の流路調整部材１４ｄ（図２参照）の配置によって変更できる。本形態では，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，所定の一定比率に固定されている。
【００４３】
そこで本形態では，そのときの高圧タンク１６のガス圧力に応じて，充填ガス流量が最大となる入力ガス圧力を求める。もちろん入力ガス圧力が大きいほど充填ガス流量は大きくなるが，その分，高圧タンク１６の温度上昇も大きい。そこで，高圧タンク１６の温度が許容範囲内となる最大の入力ガス圧力を求めるのである。このようなタンクへのガス充填処理では，入力前のタンクの圧力と温度，および入力されるガスの温度と流量とが与えられれば，最大上昇温度を算出できる充填温度計算法が確立されている。そこで，入力ガス圧力を最大値から少しずつ小さくして最大上昇温度が許容範囲内となる最初の入力ガス圧力を求めることにより，最適な流量調整弁５１の開度が得られる。
【００４４】
次に，上記の処理を具体化した本形態のガス供給装置２の使用方法について，図５のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置２に接続されることによって開始される。このとき，すべての遮断弁３７，４３および流量調整弁５１は閉止されている。高圧タンク１６が接続されると，まず，圧力計３３によってディスペンサ１７の圧力を測定する（Ｓ１０１）。ここでは，高圧タンク１６がディスペンサ１７に接続されているので，これによりタンク残圧Ｐｔが測定できる。また，そのときの外気温度Ｔｏ（高圧タンク１６の温度）を温度計３２によって計測する（Ｓ１０２）。
【００４５】
次に，Ｓ１０１で測定されたタンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上であるかどうかを判断する（Ｓ１０３）。上記したように，タンク残圧Ｐｔとボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘとの大小関係および，外気温度Ｔｏとボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎとの大小関係が，ボルテックスチューブ１４を使用するかどうかの分岐点となる。すなわち，タンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘ以上であるか，または，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ未満である場合には（Ｓ１０３：Ｎｏ），ボルテックスチューブ１４を使用せず，蓄ガス器１３から直接急速充填できる。この場合の処理については後述する。
【００４６】
一方，タンク残圧Ｐｔがボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘより小さく，かつ，外気温度Ｔｏがボルテックス使用下限温度Ｔｍｉｎ以上である場合には（Ｓ１０３：Ｙｅｓ），ボルテックスチューブ１４を使用して充填する方がより速くガスを充填できる。そこで，高圧タンク１６の温度上昇が許容範囲内であって，最大の充填ガス流量が得られる流量調整弁５１の開度を求める。なおこの形態では，冷温ガス流量比率は一定である。
【００４７】
そのために，整数ｎをパラメータとして，入力ガス圧力を最大値から少しずつ下げ，温度上昇が許容範囲内となる最初の入力ガス圧力を求める。入力ガス圧力の最大値Ｐｉｍａｘは，流量調整弁５１を最大開度としたときの圧力であり，蓄ガス器１３のガス圧力に等しい。すなわち，ｎにおける入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）の算出の初期値としては，Ｐｉ（０）＝Ｐｉｍａｘとすればよい（Ｓ１０４）。また，ボルテックスチューブ１４使用時の出力ガス圧力はタンク残圧Ｐｔに等しい。これらから，入力ガス圧力と出力ガス圧力との比（以下では，入口出口圧力比という）が求められる（Ｓ１０５）。
【００４８】
ボルテックスチューブ１４では，入力ガスの温度と出力低温ガスの温度との温度差は，入口出口圧力比および冷温ガス流量比率との間に所定の関係がある。そこで，コントローラ５５にはあらかじめ，図６に示すように，冷温ガス流量比率と温度差との関係を示すグラフを入口出口圧力比ごとに記憶している。そのうちから，Ｓ１０５で求められた入口出口圧力比に合致するグラフを選択する（Ｓ１０６）。さらに，本形態では冷温ガス流量比率は所定の値に固定されているので，このグラフから温度差が得られる。入力ガス温度は，Ｓ１０２で計測した外気温度Ｔｏに等しいので，得られた温度差によって出力される低温ガスの温度を得ることができる（Ｓ１０７）。
【００４９】
また，ボルテックスチューブ１４の入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）と冷温ガス流量比率とから，高圧タンク１６へ入力される充填ガス流量が求められる。この充填ガス流量とＳ１０７で求められたガス温度とを用いて充填温度計算を行い，高圧タンク１６内の温度が到達する最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出する（Ｓ１０８）。この温度には，一般に充填開始から比較的早い時間で到達する。
【００５０】
そこで，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が高圧タンク１６に許容される最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ１０９）。高圧タンク１６が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば，この条件での充填はできない。そこで，ｎをインクリメントして，新たな入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）を設定する。ここでは，あらかじめ決定されている所定の一段階圧力差ｐを用いて，前回の入力ガス圧力より圧力ｐだけ小さいものとする（Ｓ１１０）。ただし，入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）は，タンク残圧Ｐｔより大きくなければ充填できない。
【００５１】
そして，この新たなＰｉ（ｎ）を用いて，Ｓ１０５〜Ｓ１０８を再び行う。これにより，この入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）における低温ガス温度から最大上昇温度Ｔ（ｎ）が求められるので，この温度を最高許容温度Ｔｍａｘと比較する（Ｓ１０９）。こうして，入力ガス圧力を少しずつ下げて，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘより小さくなったら（Ｓ１０９：Ｙｅｓ），これが充填ガス流量が最大となる条件である。そこで，このときの入力ガス圧力Ｐｉ（ｎ）から，充填ガス入力流量が求められる（Ｓ１１１）。そしてこれより，適切な流量調整弁５１の開度が決定される（Ｓ１１２）。
【００５２】
そこで，コントローラ５５によって遮断弁４３を開放して，遮断弁３７を遮断する。また，流量調整弁５１を決定された開度に制御し，ボルテックスチューブ１４を利用してガス充填を開始する（Ｓ１１３）。ある程度充填したら，再び圧力計３３による検出を行い，タンク残圧Ｐｔをボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘと比較する（Ｓ１１４）。タンク残圧ＰｔがまだＰｍａｘに到達していなければ，Ｓ１０４〜Ｓ１１２を再び行い，新たに設定された流量調整弁５１の開度によってガス充填を続行する（Ｓ１１３）。このようにして，タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達するまで，徐々に流量調整弁５１の開度を大きくする。
【００５３】
タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達したら（Ｓ１０３：ＮｏまたはＳ１１４：Ｎｏ），以後は温度上昇を考慮することなく急速充填してもかまわない。そこで，流量調整弁５１を最大開度とし，遮断弁４３と圧力調整弁４６を遮断して，遮断弁３７を開放する。これにより，ボルテックスチューブ１４を使用せず，ガス管３６を介して蓄ガス器１３から直接高圧タンク１６へガス充填される（Ｓ１１５）。このときの充填ガス流量は，蓄ガス器１３と高圧タンク１６との圧力差やガス管等の設備によって決定される。
【００５４】
そして，タンク残圧Ｐｔが，所定の終了圧力Ｐｅｎｄを超えるまで（Ｓ１１６：Ｎｏ），充填を継続する。そして，所定の終了圧力Ｐｅｎｄを超えたら（Ｓ１１６：Ｙｅｓ），充填終了する（Ｓ１１７）。そして，遮断弁３７と流量調整弁５１とを遮断し，高圧タンク１６をガス供給装置２から切り離す。以上で，この処理の説明を終了する。
【００５５】
このようにすれば，図７に示すように，従来の方法に比較して短時間で充填することができる。この図において，実線Ｌａ，Ｌｃで示したのが本形態の充填方法による充填状況であり，破線Ｌｂ，Ｌｄで示したのがボルテックスチューブ１４を使用しない従来の方法による充填状況である。この図に示すように，ボルテックスチューブ１４を使用することにより，ボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘに到達するまでの充填時間がかなり短縮されている。これは，ボルテックスチューブ１４によって低温化されたガスを充填しているため，ガス流量を比較的大きくできるからである。
【００５６】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置２によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置２となっている。
【００５７】
「第３の形態」
本形態のガス供給装置３は，図８に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置３は，第２の形態のガス供給装置２に比較して，流量調整弁５１が省略され，代わりに流量調整弁５２が追加されているものである。従って，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は，蓄ガス器１３のガス圧力によって決定される。一方で，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって変更可能にされている。その意味で，この流量調整弁５２が流量配分調整弁に相当する。
【００５８】
次に，本形態のガス供給装置３の使用方法について，図９のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置３に接続されることによって開始される。初めのＳ２０１〜Ｓ２０３については，第２の形態のＳ１０１〜Ｓ１０３と同一の処理である。また，終わりのＳ２１５〜Ｓ２１７は，第２の形態のＳ１１５〜Ｓ１１７と同一の処理である。そこで，その間のＳ２０４〜Ｓ３２４について説明する。
【００５９】
ボルテックスチューブ１４を使用して充填する場合，本形態では，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は決まっているので，タンク残圧Ｐｔからボルテックスの入口出口圧力比が算出できる（Ｓ２０４）。なお，ガス出口１４ｃの圧力は，圧力調整弁４６によってガス出口１４ｂの圧力とほぼ等しくなるように制御される。さらに，その算出された入口出口圧力比に基づいて，図６に示したような，冷温ガス流量比率と低温ガスの温度差とのグラフを選択する（Ｓ２０５）。
【００６０】
次に，整数ｎをパラメータとして，温度上昇が許容範囲内となる最大の冷温ガス流量比率を求める。まず，冷温ガス流量比率の初期値をｎ＝０，Ｖ（０）＝Ｖｍａｘとする（Ｓ２０６）。これは，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率を最大とする，すなわち，最大量の低温ガスを出力させるという意味であり，入力ガスのうち８０％以上を低温ガスとして出力させることに相当する。ボルテックスチューブ１４の性質上，入力流量の全量を低温ガスとすることはできない。次に，Ｓ２０４で選択されたグラフ上で，Ｓ２０６で得られたＶ（ｎ）に対応する温度差値を読み取り，外気温度との差から出力低温ガスの温度を得る（Ｓ２０７）。
【００６１】
次に，上記の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）から充填ガス流量が求められ，この充填ガス流量とＳ２０７で得られたガス温度とから，充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出する（Ｓ２０８）。そして，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が高圧タンク１６に許容される最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ２０９）。高圧タンク１６が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば，この条件での充填はできない。そこで，ｎをインクリメントして，低温ガスの出力比率を１段階小さくする。すなわち，低温ガスの流量を所定量減らし，その分高温ガスの流量が増えることになる。このように，あらかじめ設定されている一段階比率差ｖを用いて，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を１段階小さくし（Ｓ２１０），グラフから再び出力低温ガスの温度を得る（Ｓ２０７）。
【００６２】
そして再び，充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｎ）を算出し（Ｓ２０８），最高許容温度Ｔｍａｘより小さいかどうかを判断する（Ｓ２０９）。こうして，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を少しずつ下げて，最大上昇温度Ｔ（ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘより小さくなるｎを見つけたら（Ｓ２０９：Ｙｅｓ），その条件で充填ガス流量とそのガス温度の組み合わせを決定する（Ｓ２１１）。さらに，そのときの冷温ガス流量比率から流量調整弁５２の開度を決定する（Ｓ２１２）。
【００６３】
そして，コントローラ５５によって遮断弁４３を開放して，遮断弁３７を遮断する。また，流量調整弁５２をこのように決定された開度に制御し，ボルテックスチューブ１４を使用してガス充填を行う（Ｓ２１３）。そして，タンク残圧Ｐｔが所定のボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘになるまで（Ｓ２１４：Ｙｅｓ），そのまま充填を継続する。所定のＰｍａｘを超えたら（Ｓ２１４：Ｎｏ），各遮断弁３７，４３等を切り替えてボルテックスチューブ１４を使用せずに充填を行う（Ｓ２１５）。以後の手順は，第２の形態と同様であるので，説明を省略する。
【００６４】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置３によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置３となっている。
【００６５】
「第４の形態」
本形態のガス供給装置４は，図１０に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置４は，第２の形態のガス供給装置２に比較して，流量調整弁５２が追加されているものである。すなわち，流量調整弁５１と流量調整弁５２とをともに有している。従って，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａへの入力ガス圧力は，流量調整弁５１によって制御されるとともに，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって制御される。
【００６６】
次に，本形態のガス供給装置４の使用方法について，図１１と図１２のフローチャートに基づいて説明する。本処理は，ガスの供給を受けようとする自動車等の高圧タンク１６が，このガス供給装置４に接続されることによって開始される。この処理において，求めようとしているのは高圧タンク１６への充填ガス流量が最大となる流量調整弁５１，５２の開度である。そこで，充填ガス流量が最大となるときの冷温ガス流量比率をＶｘ，入力ガス圧力をＰｘとし，そのときの充填ガス流量をＲｘとする。そして，これらの初期値として，いずれも０としておく。
【００６７】
図１１の初めのＳ３０１〜Ｓ３０３は，第２の形態のＳ１０１〜Ｓ１０３と同一の処理である。また，図１２の終わりのＳ４０９〜Ｓ４１１は，第２の形態のＳ１１５〜Ｓ１１７と同一の処理である。そこで，その部分についての説明は省略する。以下では，Ｓ３０３でＹｅｓと判断され，ボルテックスチューブ１４を使用して充填する場合について説明する。本形態では，整数ｍとｎをパラメータとして使用する。そして，ボルテックスチューブ１４の入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）とボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）とが最適な組み合わせとなるようにｍ，ｎの組を求める。
【００６８】
入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）の初期値は，Ｐｉ（０）＝Ｐｉｍａｘとする（Ｓ３０４）。また，ボルテックスチューブ１４の出力ガス圧力はタンク残圧Ｐｔに等しいので，ボルテックスチューブ１４の入口出口圧力比が求められる（Ｓ３０５）。次に，図６に示した冷温ガス流量比率と温度差との関係を示すグラフから，Ｓ３０５で求められた入口出口圧力比に合致するグラフを選択する（Ｓ３０６）。一方，ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）の初期値は，Ｖ（０）＝Ｖｍａｘとする（Ｓ３０７）。そして，Ｓ３０６で選択されたグラフ上で，Ｓ３０７で得られたＶ（ｎ）に対応する温度差値を読み取り，出力低温ガスの温度を得る（Ｓ３０８）。
【００６９】
次に，高圧タンク１６への充填ガス流量とＳ３０８で得られたガス温度とから充填温度計算によってタンク内最大上昇温度Ｔ（ｍ，ｎ）を算出する（Ｓ３０９）。そして，最大上昇温度Ｔ（ｍ，ｎ）が最高許容温度Ｔｍａｘ以上となるのであれば（Ｓ３１０：Ｎｏ），第２の形態と同様にｎをインクリメントして，冷温ガス流量比率Ｖ（ｎ）を１段階小さくし（Ｓ３１１），再び出力低温ガスの温度を得る（Ｓ３０８）。
【００７０】
これを繰り返して，Ｐｉ（ｍ）においてＴ（ｍ，ｎ）がＴｍａｘを超えない最大のＶ（ｎ）を決定する（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）。さらに，得られたＰｉ（ｍ）とＶ（ｎ）に対応する充填ガス流量Ｒを算出する（Ｓ３１２）。そして，図１２の（Ｂ）へ続き，この求めたＲを保管されているＲｘと比較する（Ｓ４０１）。ＲがＲｘより大きい場合は（Ｓ４０１：Ｙｅｓ），このＲをＲｘに保管し，またＰｉ（ｍ）をＰｘに，Ｖ（ｎ）をＶｘにそれぞれ保管する（Ｓ４０２）。
【００７１】
次に，第３の形態と同様にｍをインクリメントして，入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）を１段階小さくする（Ｓ４０３）。入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）がタンク残圧Ｐｔより小さくない場合は（Ｓ４０４：Ｎｏ），図１１の（Ｃ）へ戻る。そして，再びＳ３０５〜Ｓ３１２を実行して，このＰｉ（ｍ）における最大のＶ（ｎ）および，これらに対応する充填ガス流量Ｒを決定する。再び図１２の（Ｂ）へ続き，ＲがＲｘより大きい場合は（Ｓ４０１：Ｙｅｓ），このＲをＲｘに保管し，またＰｉ（ｍ）をＰｘに，Ｖ（ｎ）をＶｘにそれぞれ保管する（Ｓ４０２）。これにより，以前に保管されたＲｘ，Ｐｘ，Ｖｘの値は消去される。
【００７２】
これを繰り返し，入力ガス圧力Ｐｉ（ｍ）がタンク残圧Ｐｔより小さくなったら（Ｓ４０４：Ｙｅｓ），このとき保管されているＲｘが最大の充填ガス流量である。そして，このＲｘを得られる条件は，そのとき保管されているＰｘ，Ｖｘである（Ｓ４０５）。さらにこれらから，流量調整弁５１，５２の開度が決定される（Ｓ４０６）。決定された開度に流量調整弁５１，５２を制御し，遮断弁４３を開放し，遮断弁３７を遮断して，ボルテックスチューブ１４を使用してガス充填を行う（Ｓ４０７）。
【００７３】
ある程度充填したら，再び圧力計３３による検出を行い，タンク残圧Ｐｔをボルテックス使用上限圧Ｐｍａｘと比較する（Ｓ４０８）。タンク残圧ＰｔがまだＰｍａｘに到達していなければ（Ｓ４０８：Ｎｏ），図１１の（Ｄ）へ続いて，Ｓ３０４に戻る。そして，図１１のＳ３０４〜Ｓ３１２と，図１２のＳ４０１〜Ｓ４０６を再び行い，最大の充填ガス流量を得られる条件を算出する。得られた条件となるように，流量調整弁５１，５２の開度を新たに制御し，ガス充填を続行する（Ｓ４０７）。このようにして，タンク残圧ＰｔがＰｍａｘに到達するまで，徐々に流量調整弁５１，５２の開度を大きくする。
【００７４】
そして，タンク残圧Ｐｔが所定のＰｍａｘを超えたら（Ｓ３０３：ＮｏまたはＳ４０８：Ｎｏ），各遮断弁３７，４３等を切り替えてボルテックスチューブ１４を使用せずに充填を行う（Ｓ４０９）。以後の手順は，第２，第３の形態と同様であるので，説明を省略する。
【００７５】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置４によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置４となっている。
【００７６】
「第５の形態」
本形態のガス供給装置５は，図１３に示すように，ガス製造装置１１，圧縮機１２，蓄ガス器１３，ボルテックスチューブ１４を有している。そして，車載タンク等の高圧タンク１６に接続されるディスペンサ１７を有している。本形態のガス供給装置５は，第３の形態のガス供給装置３に比較して，バッファタンク４５が省略され，流量調整弁５２と圧力調整弁４６との間に，放熱用熱交換器１５を有しているものである。ボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率は，流量調整弁５２によって制御される。また，本形態のガス経路の構成としては，第１の形態に分岐部３５とガス管３６とを追加したものといえる。このガス管３６が，バイパス供給路に相当する。
【００７７】
すなわちこの形態では，ボルテックスチューブ１４のガス出口１４ｃから出力される高温ガスはガス管２３を介して放熱用交換器１５に至り，例えば外気温度程度まで放熱される。さらに，ガス管２４を介して合流部２５に至る。ボルテックスチューブ１４のガス出口１４ｂから出力される低温ガスは，ガス管２２を介して合流部２５に至り，放熱後の高温ガスと合流される。従って，この形態では，高圧タンク１６に入力される充填ガス流量は，ボルテックスチューブ１４のガス入口１４ａに入力されるガス流量と等しい。なお，圧力調整弁４６は，ガス管２２側とガス管２４側との合流部２５における圧力差を解消するためのものである。
【００７８】
本形態では，第３の形態と同様に，流量調整弁５２の制御によってボルテックスチューブ１４の冷温ガス流量比率が調整される。すなわち，本形態の使用方法は第３の形態のガス供給装置３と同様である。ただし，図６に示した流量比率と温度差との関係を示すグラフにおいて，温度差として低温ガスと放熱後の高温ガスの混合ガス温度をあらかじめ算出して設定しておく。あるいは，グラフは図６に示したものと同様のものを用い，高圧タンク１６に入力される充填ガスの温度を算出する際に，放熱後の高温ガスの分を加えて算出するようにしてもよい。
【００７９】
以上詳細に説明したように本形態のガス供給装置５によれば，第１の形態と同様に，樹脂製のタンクに対しても高圧ガスを急速充填可能なガス供給装置５となっている。なお，本形態のガス供給装置５のように放熱用熱交換器１５を有している構成においても，上記の第２の形態から第４の形態に相当するバリエーションが展開可能である。例えば，本形態の流量調整弁５２に代えて，第２の形態と同様の流量調整弁５１を設けても良い。また，第４の形態と同様に流量調整弁５１と流量調整弁５２との両方を備えていても良い。これらのバリエーションにおける各弁の制御方法は，上記の第２の形態や第４の形態と同様である。
【００８０】
なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，上記の第１の形態に記載した低温ガスと高温ガスとの流量比やその温度変化幅等は一例であり，全ガス流量や外気温度等の各種条件に応じて変更しても良い。また例えば，上記の第２の形態〜第５の形態では，ボルテックスチューブ１４の特性が入口出口圧力の比によるものとしたが，それらの圧力の差に基づくものであっても良い。その場合は，上記の入口出口圧力比をすべて入口出口圧力差に置き換えて実行する。さらに，第３形態〜第５形態の流量調整弁５２は，ボルテックスチューブ１４自体の調節機能を使用しても良い。また，流量比率とガス温度差をグラフ化して記憶するとしたが，グラフに限らず，数表としたり分岐点を数式化して記憶しても良い。また例えば，本発明は，水素ガスを自動車の車載タンクに供給する水素ステーションに限らず，他の気体を充填するものにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図２】ボルテックスチューブの概略構成を示す断面図である。
【図３】ボルテックスチューブの概略構成を示す断面図である。
【図４】第２の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図５】第２の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図６】圧力比ごとに用意され，流量比率とガス温度差との関係を表すグラフを示す説明図である。
【図７】経過時間と調整弁開度及び充填圧力の関係を示すグラフ図である。
【図８】第３の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図９】第３の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１０】第４の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図１１】第４の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１２】第４の形態のガス供給装置の使用方法を示すフローチャートである。
【図１３】第５の形態のガス供給装置を示す概略構成図である。
【図１４】従来のガス供給装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ ガス供給装置
１３ 蓄ガス器（供給元ガス容器）
１４ ボルテックスチューブ（高低温分離器）
１５ 放熱用熱交換器（放熱器）
２５ 合流部
３１ 温度計（温度センサ）
３６ ガス管（バイパス供給路）
４２ ガス管（低温ガス供給路）
４４ ガス管（戻し路）
５１ 流量調整弁
５２ 流量調整弁（流量配分調整弁）
５５ コントローラ（制御部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，
前記高低温分離器から排出された高温ガスを放熱させる放熱器と，
前記高低温分離器から排出された低温ガスと前記放熱器を通過したガスとが合流する合流部とを有し，
前記合流部で合流したガスを供給先へ供給することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給装置において，
供給元ガス容器から前記高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項３】
供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，
前記高低温分離器から排出された高温ガスを供給元ガス容器へ戻す戻し路と，
前記高低温分離器から排出された低温ガスを供給先へ導く低温ガス供給路と，
供給元ガス容器から前記高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路とを有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のガス供給装置において，前記高低温分離器は，
供給元ガス容器から出力されたガスを渦状に内室に吹き込み，渦の外周部から高温ガスを取り出し，渦の中心部から低温ガスを取り出すボルテックスチューブであることを特徴とするガス供給装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載のガス供給装置において，
供給先のガス圧力が所定の上限値未満であるときには前記高低温分離器を通してガス供給を行い，供給先のガス圧力が所定の上限値を超えているときには前記高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載のガス供給装置において，
供給元のガス温度が所定の下限値以上であるときには前記高低温分離器を通してガス供給を行い，供給元のガス温度が所定の下限値未満であるときには前記高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のガス供給装置において，
前記高低温分離器は，排出する高温ガスおよび低温ガスの流量比が固定されたものであり，
供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，
供給元ガス容器から出力されるガスの流量調整弁とを有し，
前記制御部は，前記高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，前記流量調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量を決定し，決定された流量により前記高低温分離器を通してのガス供給を行うことを特徴とするガス供給装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載のガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，
前記高低温分離器における高温ガスに対する低温ガスの排出流量の比または差を調整する流量配分調整弁とを有し，
前記制御部は，前記高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，前記流量配分調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量比または流量差ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量比または流量差を決定し，決定された流量比または流量差により前記高低温分離器を通してのガス供給を行うことを特徴とするガス供給装置。
【請求項１】
供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，
前記高低温分離器から排出された高温ガスを放熱させる放熱器と，
前記高低温分離器から排出された低温ガスと前記放熱器を通過したガスとが合流する合流部とを有し，
前記合流部で合流したガスを供給先へ供給することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給装置において，
供給元ガス容器から前記高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項３】
供給元ガス容器から供給先へガスを供給するガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されたガスを高温ガスと低温ガスに分離して別々に排出する高低温分離器と，
前記高低温分離器から排出された高温ガスを供給元ガス容器へ戻す戻し路と，
前記高低温分離器から排出された低温ガスを供給先へ導く低温ガス供給路と，
供給元ガス容器から前記高低温分離器をバイパスして供給先へガスを導くバイパス供給路とを有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載のガス供給装置において，前記高低温分離器は，
供給元ガス容器から出力されたガスを渦状に内室に吹き込み，渦の外周部から高温ガスを取り出し，渦の中心部から低温ガスを取り出すボルテックスチューブであることを特徴とするガス供給装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載のガス供給装置において，
供給先のガス圧力が所定の上限値未満であるときには前記高低温分離器を通してガス供給を行い，供給先のガス圧力が所定の上限値を超えているときには前記高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３に記載のガス供給装置において，
供給元のガス温度が所定の下限値以上であるときには前記高低温分離器を通してガス供給を行い，供給元のガス温度が所定の下限値未満であるときには前記高低温分離器をバイパスしてガス供給を行う制御部を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のガス供給装置において，
前記高低温分離器は，排出する高温ガスおよび低温ガスの流量比が固定されたものであり，
供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，
供給元ガス容器から出力されるガスの流量調整弁とを有し，
前記制御部は，前記高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，前記流量調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量を決定し，決定された流量により前記高低温分離器を通してのガス供給を行うことを特徴とするガス供給装置。
【請求項８】
請求項５または請求項６に記載のガス供給装置において，
供給元ガス容器から出力されるガスの温度センサと，
前記高低温分離器における高温ガスに対する低温ガスの排出流量の比または差を調整する流量配分調整弁とを有し，
前記制御部は，前記高低温分離器を通して供給先へガス供給した場合の供給先における最高到達温度を，前記流量配分調整弁についてあらかじめ定められた複数水準の流量比または流量差ごとに算出し，最高到達温度が許容値を超えない範囲内で最大の流量比または流量差を決定し，決定された流量比または流量差により前記高低温分離器を通してのガス供給を行うことを特徴とするガス供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−６４４７３（Ｐ２００７−６４４７３Ａ）
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５６８（Ｐ２００６−３５６８）
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月１５日（２００７．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１１日（２００６．１．１１）
【出願人】（０００２２１８３４）東邦瓦斯株式会社 (440)
【Ｆターム（参考）】
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