JP5997122B2 - 低温液化ガスの供給装置と供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、低温液化ガスの供給装置と供給方法に関する。

ガスを液化した低温液化ガスをその貯槽から、高圧ガスタンク等の液化ガス供給先に供給するに当たり、低温液化ガスを圧送する液化ガス供給ポンプが用いられる。この液化ガス供給ポンプは、貯槽から液化ガス供給先に延びる液化ガス供給管路系に配設され、低温液化ガスの圧送のための起動時において、予冷される。このポンプ予冷は、ポンプでのキャビテーション抑制等の上から重要視され、貯槽の低温液化ガスを、貯槽内の貯留内圧と液化ガス供給ポンプを含む管路系の管路内圧力との差圧にて送り込むことでなされている。そして、ポンプ予冷に伴う種々の提案がなされている（例えば、特許文献１等）。

特開２００８−７５７０５号公報 特開２００８−１９６６８７号公報

上記の特許文献によれば、ポンプや管路内にポンプ予冷に伴って残存する残留ガスや気化ガスの排出促進や低温液化ガスの蒸発ロス削減を図ることができる。しかしながら、液化ガス供給先へのガス圧送を担う液化ガス供給ポンプ自体の予冷の迅速化を図る上での改善の余地がある。また、液化ガス供給ポンプの予冷がなされている期間において、予冷のために管路に供給された低温液化ガスは、通常、大気放出される。このため、液化ガス供給ポンプの予冷期間が長いと、ガスの大気放出量が増大する。こうしたことから、液化ガス供給ポンプの予冷の迅速化が要請されるに到った。この他、液化ガス供給ポンプの予冷の迅速化を図る上での簡便な機器構成や機器制御、延いては、低コスト化を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、低温液化ガスの供給装置が提供される。この低温液化ガスの供給装置は、低温液化ガスの貯槽から該低温液化ガスを液化ガス供給先に供給する低温液化ガスの供給装置であって、前記低温液化ガスの圧送が可能な液化ガス供給ポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から前記液化ガス供給先に供給送出する液化ガス供給管路系と、前記低温液化ガスの圧送が可能であって前記液化ガス供給ポンプより熱容量の小さい小熱容量ガスポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から大気放出する大気放出管路系と、前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプと前記液化ガス供給ポンプとを経由して前記低温液化ガスが循環する循環管路系と、前記低温液化ガスの供給に際して使用するガス管路系を、前記液化ガス供給管路系と前記大気放出管路系と前記循環管路系のいずれかに切り換える共に、該切り換えた管路系に応じて前記液化ガス供給ポンプと前記小熱容量ガスポンプとを制御する制御部とを備える。そして、この制御部は、前記液化ガス供給ポンプを介した前記液化ガス供給先への前記供給送出に先立って、前記小熱容量ガスポンプを停止制御すると共に前記ガス管路系を前記大気放出管路系に切り換える第１制御と、前記ガス管路系を前記循環管路系に切り換えると共に前記小熱容量ガスポンプを駆動制御する第２制御とをこの順に順次実行する。

上記の形態の低温液化ガスの供給装置は、第１制御により、貯槽内の貯留内圧と大気放出管路系の管路内圧との差圧にて、低温液化ガスを貯槽から停止状態の小熱容量ガスポンプを経て大気放出管路系を通過させる。よって、大気放出管路系を通過する低温液化ガスにより、小熱容量ガスポンプは停止状態のまま予冷される。小熱容量ガスポンプは液化ガス供給ポンプより熱容量が小さいことから、液化ガス供給ポンプの予冷に比すれば、小熱容量ガスポンプの予冷は迅速に進む。この第１制御の間、低温液化ガスは、大気放出管路系の大気放出端から大気放出されるが、小熱容量ガスポンプの予冷が迅速に進むことから、低温液化ガスの大気放出量は、少量となる。上記の形態の低温液化ガスの供給装置は、第１制御に続く第２制御により、小熱容量ガスポンプを駆動制御して当該ポンプにて循環管路系に低温液化ガスを圧送し、循環管路系を通過する低温液化ガスにより、液化ガス供給ポンプを予冷する。小熱容量ガスポンプによる低温液化ガスの圧送は、貯槽内の貯留内圧と貯槽と繋がった管路系の管路内圧との差圧による低温液化ガスの送り出しに比すれば、大流量での循環管路系における低温液化ガスの送り出しを可能とする。この結果、上記の形態の低温液化ガスの供給装置によれば、液化ガス供給管路系の液化ガス供給ポンプの予冷の迅速化を図ることができる。しかも、第２制御の間において、低温液化ガスは、循環管路系を循環するに過ぎず、大気放出はなされないので、第１制御の間の低温液化ガスの大気放出量は少量であることと相まって、上記の形態の低温液化ガスの供給装置によれば、低温液化ガスの大気放出を低減できる。そして、上記の形態の低温液化ガスの供給装置によれば、迅速に予冷済みの液化ガス供給ポンプを駆動制御して、貯槽から低温液化ガスを液化ガス供給管路系にて液化ガス供給先に供給でき、供給についても速やかに実行できる。

（２）上記形態の低温液化ガスの供給装置において、前記循環管路系と前記液化ガス供給管路系の両管路系は、前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプの下流までの前記大気放出管路系の管路と、該管路から前記小熱容量ガスポンプの下流で分岐して前記液化ガス供給ポンプに到る管路とを含むようにしてもよい。こうすれば、管路経路の一部共通化により、管路構成の簡略化を図ることができる。

（３）本発明の他の形態によれば、低温液化ガスの供給方法が提供される。この低温液化ガスの供給方法は、低温液化ガスの圧送が可能な液化ガス供給ポンプを介して、前記低温液化ガスの前記貯槽から前記低温液化ガスを前記液化ガス供給先に供給送出する液化ガス供給管路系と、前記低温液化ガスの圧送が可能であって前記液化ガス供給ポンプより熱容量の小さい小熱容量ガスポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から大気放出する大気放出管路系と、前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプと前記液化ガス供給ポンプとを経由して前記低温液化ガスが循環する循環管路系とを用いて、前記低温液化ガスを前記貯槽から前記液化ガス供給先に供給する低温液化ガスの供給方法であって、前記小熱容量ガスポンプを停止制御すると共に、前記低温液化ガスの供給に際して使用するガス管路系を前記大気放出管路系に切り換える第１工程と、前記ガス管路系を前記循環管路系に切り換えると共に、前記小熱容量ガスポンプを駆動制御する第２工程と、前記ガス管路系を前記液化ガス供給管路系に切り換えると共に、前記液化ガス供給ポンプを駆動制御する第３工程とを備える。

上記の形態の低温液化ガスの供給方法によっても、第１工程での小熱容量ガスポンプの予冷の迅速化、および、第２工程での、小熱容量ガスポンプによる大流量での低温液化ガスの圧送による液化ガス供給ポンプの予冷の迅速化を図ることができる。そして、上記の形態の低温液化ガスの供給方法によれば、第３工程にて、ガス管路系を液化ガス供給管路系に切り換えた上で液化ガス供給ポンプを駆動制御して、貯槽から低温液化ガスを液化ガス供給管路系にて液化ガス供給先に供給する。また、第２工程では低温液化ガスを大気放出しないので、第１工程での低温液化ガスの大気放出量は少量であることと相まって、上記の形態の低温液化ガスの供給方法によっても、低温液化ガスの大気放出を低減できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、高圧ガスタンクと燃料電池等のガス消費機器およびこれらを繋ぐガス流路を搭載した車両へのガス供給ステーションや、工場や店舗或いは住居等に設置した燃料電池に付属の高圧ガスタンクにガス供給を図るガス供給車両といった形態とすることもできる。

本発明の実施形態としての液化ガス供給装置１０の概略構成を示す説明図である。 バルブ制御とポンプ制御を介して実行される予冷・ガス供給制御の処理内容を示すフローチャートである。 バルブ制御とポンプ制御を介して実行される他の実施形態の予冷・ガス供給制御の処理内容を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての液化ガス供給装置１０の概略構成を示す説明図である。

図示するように、液化ガス供給装置１０は、貯槽２０と、液化ガス供給管路系３０と、大気放出管路系４０と、循環管路系５０と、制御装置１００とを備える。貯槽２０は、コールドエバポレーター（ＣＥ）とも称され、高圧環境下で液化済みの窒素ガス（以下、液化窒素ガスと称する）を貯留し、補充充填バルブ２１から到る補充管路２２と、圧力センサー２３とを備える。補充充填バルブ２１は、流量調整機能を有するバルブ構成とされ、後述の制御装置１００の制御下において、液化窒素ガスを図示しない供給ラインから補充管路２２を経て貯槽２０に導く。圧力センサー２３は、貯槽２０における液化窒素ガスの圧力を検出し、その検出結果を制御装置１００に送信する。液化窒素ガスは、その液化の際に既に低温となっており、低温のまま貯槽２０に貯留される。後述の制御装置１００は、圧力センサー２３の検出圧力に基づいて補充充填バルブ２１を駆動制御し、随時、貯槽２０に液化窒素ガスを補充する。なお、貯槽２０に貯留する他の液化ガス種として、液化水素、液化酸素等を採用してもよい。

大気放出管路系４０は、貯槽２０の下端から延びる上流管路４０ｕと、この上流管路４０ｕに繋がる中間域管路４０ｍと、この中間域管路４０ｍに繋がる大気放出管路４０ｄとを備える。この他、大気放出管路系４０は、中間域管路４０ｍから分岐して貯槽２０に到る第１管路４１と第２管路４２とを備え、この両管路と大気放出管路４０ｄに、開閉バルブＶ３〜Ｖ５を備える。また、大気放出管路系４０は、上流管路４０ｕに開閉バルブＶ１を備える。これら開閉バルブＶ１および開閉バルブＶ３〜Ｖ５は、制御装置１００の制御を受けて、管路を開閉する。なお、開閉バルブＶ４は、流量調整機能を有するバルブ構成とされている。

第１管路４１は、貯槽２０の天井壁近傍まで延び、開閉バルブＶ３が開弁された際に、大気放出管路系４０の管路内或いは補助ポンプ４４の液化窒素ガスや気化ガスを、貯槽２０に貯留済みの液化窒素ガスの液面より上方側から、導く。第２管路４２は、後述の予冷・ガス供給制御の際の管路内或いはポンプ内の残留液化窒素ガスを、開閉バルブＶ４による流量調整を経て、貯槽２０にその底部から導く。また、大気放出管路系４０は、上流管路４０ｕと中間域管路４０ｍの繋ぎ箇所に補助ポンプ４４を備える他、中間域管路４０ｍに温度センサー４５と圧力センサー４６とを備える。

補助ポンプ４４は、遠心タイプのポンプ構成とされ、液化窒素ガスを昇圧して下流に圧送する。この場合、補助ポンプ４４は、後述の液化ガス供給ポンプ３４に比して小型かつ小容量の圧送能力とされているので、その熱容量は、液化ガス供給ポンプ３４より小さく、液化ガス供給ポンプ３４の熱容量のほぼ１／１０〜１／５である。また、この補助ポンプ４４は、その吐出圧力が定常運転で０．８ＭＰａと低圧であるものの、比較的、大流量での吐出が可能な機能を有する。温度センサー４５は、大気放出管路系４０、詳しくは補助ポンプ４４の下流側（アウト側：２次側）にて中間域管路４０ｍの管路内の液化窒素ガスの温度を検出し、その検出結果を制御装置１００に送信する。圧力センサー４６は、大気放出管路系４０、詳しくは補助ポンプ４４の下流側（アウト側：２次側）にて中間域管路４０ｍの管路内の液化窒素ガスの圧力を検出し、その検出結果を制御装置１００に送信する。大気放出管路系４０は、こうした管路構成を有することから、液化窒素ガスの圧送が可能であって液化ガス供給ポンプ３４より小熱容量の補助ポンプ４４を介して、貯槽２０から液化窒素ガスを大気放出する。

液化ガス供給管路系３０は、上記した大気放出管路系４０の一部管路、詳しくは、大気放出管路系４０の上流管路４０ｕと補助ポンプ４４の下流の中間域管路４０ｍと、当該管路から分岐して液化ガス供給ポンプ３４の１次側ポート（イン側）に到る分岐管路３０ｖと、液化ガス供給ポンプ３４の下流側（アウト側：２次側）の下流供給管路３０ｄとを備える。この下流供給管路３０ｄは、その末端において、液化ガス供給先である高圧ガスタンクＴが装着され、管路に開閉バルブ３６を備える。開閉バルブ３６は、制御装置１００の制御を受けて管路を開閉する。

液化ガス供給ポンプ３４は、プランジャー駆動機構のポンプ構成とされ、１次側から供給を受けた液化窒素ガスを、高圧ガスタンクＴに適合した充填圧力、例えば７０ＭＰａまで昇圧して、２次側の下流供給管路３０ｄに圧送する。液化ガス供給管路系３０は、こうした管路構成を有することから、液化窒素ガスを圧送する液化ガス供給ポンプ３４を介して、貯槽２０から液化ガス供給先である高圧ガスタンクＴに液化窒素ガスを供給送出する。

循環管路系５０は、上記した大気放出管路系４０の一部管路、詳しくは、大気放出管路系４０の上流管路４０ｕと補助ポンプ４４の下流の中間域管路４０ｍと、当該管路から分岐して液化ガス供給管路系３０の一部管路をなす分岐管路３０ｖと、液化ガス供給ポンプ３４の筐体において１次側の分岐管路３０ｖと繋がる中間域循環管路５０ｍと、この中間域循環管路５０ｍに繋がる下流循環管路５０ｄとを備える。循環管路系５０は、こうした管路構成を有することから、貯槽２０から補助ポンプ４４と液化ガス供給ポンプ３４とをこの順で経由して液化窒素ガスを循環環流させる。この他、循環管路系５０は、中間域循環管路５０ｍから分岐して貯槽２０に到る貯槽内管路５１と大気放出管路５２とを備え、この両管路と下流循環管路５０ｄに、開閉バルブＶ６〜Ｖ８を備え、中間域循環管路５０ｍに開閉バルブＶ２と温度センサー５５とを備える。これら開閉バルブＶ２および開閉バルブＶ６〜Ｖ８は、制御装置１００の制御を受けて、管路を開閉する。温度センサー５５は、循環管路系５０、詳しくは液化ガス供給ポンプ３４を通過した液化窒素ガスが入り込む中間域循環管路５０ｍの管路内の液化窒素ガスの温度を検出し、その検出結果を制御装置１００に送信する。

貯槽内管路５１は、貯槽２０の天井壁近傍まで延び、貯槽２０に貯留済みの液化窒素ガスの液面より上方側から、後述の予冷・ガス供給制御の際の管路内或いはポンプ内の液化窒素ガスや気化ガスを貯槽２０に環流させる。貯槽内管路５１からの液化窒素ガスや気化ガスの環流は、開閉バルブＶ６が開弁された際になされる。大気放出管路５２は、緊急時等に開弁制御される開閉バルブＶ８の開弁時に、循環管路系５０の管路内の液化窒素ガスや気化ガスを大気放出するが、通常時には、開閉バルブＶ８により閉鎖されている。

制御装置１００は、論理演算を実行するＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭを有するコンピューターとして構成され、既述した温度センサー４５等の各種センサーの入力を受けつつ、既述した開閉バルブＶ１〜Ｖ８の開閉を制御する。こうしたバルブ制御により、制御装置１００は、液化窒素ガスが通過するガス管路系を、液化ガス供給管路系３０と大気放出管路系４０と循環管路系５０のいずれかに切り換える。また、制御装置１００は、管路系の切り換えに伴って、補助ポンプ４４および液化ガス供給ポンプ３４を駆動制御する。

次に、制御装置１００にて実行される液化ガス供給ポンプ３４の予冷・ガス供給制御について説明する。表１に、予冷・ガス供給制御において制御装置１００が実行する処理状況に対するバルブ制御とポンプ制御の様子を示す。図２はバルブ制御とポンプ制御を介して実行される予冷・ガス供給制御の処理内容を示すフローチャートである。

図２に示す予冷・ガス供給制御は、図示しない供給開始スイッチの操作を経て実行されることから、この供給開始スイッチの操作前の状況、例えば、夜間、休日等の制御装置１００の定期的な停止期間では、バルブ・ポンプは表１の初期状態にある。この初期状態では、表に示すように、開閉バルブＶ５と開閉バルブＶ８を除く他の開閉バルブと表にない開閉バルブ３６（図１参照）は、いずれも管路閉鎖状態であり、表１に表した補助ポンプ４４と表にない液化ガス供給ポンプ３４（図１参照）は、共に停止状態（停止制御）されている。今、供給開始スイッチが操作されると、制御装置１００は、表１の補助ポンプ４４の先行冷却を図るべく、貯槽２０（ＣＥ）からの供給弁たる大気放出管路系４０の開閉バルブＶ１の開弁制御（ステップＳ１００）と、循環管路系５０の開閉バルブＶ２の閉弁制御と大気放出管路系４０の開閉バルブＶ５の開弁制御（ステップＳ１１０）とを実行する。こうしたバルブ制御は、補助ポンプ４４の停止制御下で行われ、このバルブ制御により、貯槽２０から液化窒素ガスが通過する管路系は、上流管路４０ｕと中間域管路４０ｍと大気放出管路４０ｄの大気放出管路系４０に切り換わる。このため、液化窒素ガスは、貯槽２０の貯留内圧と大気放出管路系４０の管路内圧との差圧にて、貯槽２０から停止状態の補助ポンプ４４を経て大気放出管路系４０を通過する。なお、開閉バルブＶ２は、初期状態において既に管路閉鎖状態であることから、当該バルブに対して閉鎖信号を出力しなくてもよい。

大気放出管路系４０を通過する液化窒素ガスは、管路通過過程および補助ポンプ４４の通過過程において、管路と停止状態の補助ポンプ４４を冷却し、その冷却の程度に応じて気化する。よって、大気放出管路系４０を通過する液化窒素ガスは、補助ポンプ４４の予冷当初においては、気液混合流体の状態で、大気放出管路４０ｄの大気放出端から大気放出される。この場合、大気放出管路系４０における上記した液化窒素ガスの通過が進んで冷却が進むほど、液化窒素ガスの気化は起きないので、液化窒素ガスは、液相が増えた状態で大気放出される。気液混合流体の状態の液化窒素ガスは、中間域循環管路５０ｍにおける開閉バルブＶ２と中間域管路４０ｍにおける開閉バルブＶ３および開閉バルブＶ４の閉弁により、補助ポンプ４４の予冷の間において貯槽２０に戻ることはない。また、補助ポンプ４４の予冷の間においては、分岐管路３０ｖの管路と液化ガス供給ポンプ３４および当該ポンプから開閉バルブＶ２に到るまでの中間域循環管路５０ｍの管路に、気相の液化窒素ガスが残ることになる。

制御装置１００は、ステップＳ１１０に続き、表１の補助ポンプ４４の先行冷却の完了を確定すべく、補助ポンプ４４の下流の温度センサー４５の検出温度Ｔ１を読み込み、この検出温度Ｔ１が、予め定めた対比温度（−１５５℃）より低温である状態が所定時間、例えば２０秒に亘って継続されたことを確認する（ステップＳ１２０）。ここで、検出温度Ｔ１が対比温度以上であったり、対比温度より低い検出温度Ｔ１の継続時間が所定時間に足りなければ、ステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理を、検出温度Ｔ１が対比温度を所定時間に亘って継続して低下するまで繰り返す。なお、対比温度（−１５５℃）は、補助ポンプ４４の体格やポンプ構成および熱容量を考慮して、当該ポンプの予冷が完了する温度として予め規定されており、制御装置１００の所定の記憶領域に記憶されている。

制御装置１００は、ステップＳ１２０に続き、表１の補助ポンプ４４の起動とその駆動安定化を図るべく、循環管路系５０の開閉バルブＶ２と開閉バルブＶ６の開弁制御と、大気放出管路系４０の開閉バルブＶ３の開弁制御と、大気放出管路系４０の開閉バルブＶ５の閉弁制御、並びに、補助ポンプ４４の駆動制御とを実行する（Ｓ１：ステップＳ１３０）。こうしたバルブ・ポンプ駆動により、大気放出管路４０ｄを経た液化窒素ガスの大気放出はなされなくなると共に、液化窒素ガスが通過する管路系は、大気放出管路系４０から循環管路系５０に切り換わる。このステップＳ１３０での開閉バルブＶ３と開閉バルブＶ６の開弁制御は、ステップＳ１２０にて検出温度Ｔ１が対比温度（−１５５℃）より低温である状態が所定時間（２０秒）に亘って継続された時点で、同時に実行される。

ステップＳ１３０にて駆動制御を受けた補助ポンプ４４は、液化窒素ガスを、循環管路系５０とこれに含まれる液化ガス供給ポンプ３４を経由するよう圧送し、貯槽内管路５１を経て貯槽２０にその液面上部から循環させる。こうして循環管路系５０を循環する液化窒素ガスは、新たに通過するようになった分岐管路３０ｖや循環管路系５０の各管路の通過過程および液化ガス供給ポンプ３４の通過過程において、管路並びに液化ガス供給ポンプ３４を冷却し、その冷却の程度に応じて気化する。よって、循環管路系５０を通過する液化窒素ガスは、液化ガス供給ポンプ３４の予冷当初においては、気液混合流体の状態で、貯槽内管路５１を経て貯槽２０にその液面上部から環流される。この場合、液化ガス供給ポンプ３４の予冷開始前においては、既述したように、分岐管路３０ｖの管路と液化ガス供給ポンプ３４および当該ポンプから開閉バルブＶ２に到るまでの中間域循環管路５０ｍの管路に、気相の液化窒素ガスが残存している。よって、この残存液化窒素ガスは、補助ポンプ４４により圧送された気液混合流体の状態の液化窒素ガスと共に、貯槽内管路５１を経て貯槽２０にその液面上部から環流される。そして、循環管路系５０における上記した液化窒素ガスの循環が進んで冷却が進むほど、液化窒素ガスの気化は起きないので、液化窒素ガスは液相が増えた状態となって、下流循環管路５０ｄを経て貯槽２０にその底部から環流される。なお、大気放出管路系４０の開閉バルブＶ３の開弁により、液化窒素ガスは、第１管路４１を経て貯槽２０にその上部から環流される。

制御装置１００は、ステップＳ１３０に続き、起動済みの補助ポンプ４４の吐出圧の上昇を確認すべく、補助ポンプ４４の２次側の圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２と貯槽２０の圧力センサー２３の検出圧力Ｐ１との差圧が予め定めた対比差圧（０．１３ＭＰａ）を超えている状態が所定時間、例えば６０秒に亘って継続されたこと、或いは、補助ポンプ４４の２次側の圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２が予め定めた規定圧力（０．５９ＭＰａ）を超えている状態が所定時間（６０秒）に亘って継続されたことを確認する（Ｓ２：ステップＳ１４０）。ここで、検出圧力Ｐ２と検出圧力Ｐ１との差圧が対比差圧以下であったり、対比差圧を超える差圧の継続時間が所定時間に足りなければ、或いは、検出圧力Ｐ２が規定圧力であったり、規定圧力を超える検出圧力Ｐ２の継続時間が所定時間に足りなければ、補助ポンプ４４の駆動を継続する。対比差圧（０．１３ＭＰａ）や規定圧力（０．５９ＭＰａ）は、液化ガス供給ポンプ３４の体格やポンプ構成および熱容量を考慮して、当該ポンプの予冷を図る上で補助ポンプ４４に必要な吐出圧が得られるよう予め規定されており、制御装置１００の所定の記憶領域に記憶されている。

制御装置１００は、ステップＳ１４０に続き、安定した補助ポンプ４４の吐出圧での液化ガス供給ポンプ３４の冷却を開始すべく、中間域管路４０ｍの開閉バルブＶ３と循環管路系５０の開閉バルブＶ６の閉弁制御と、中間域管路４０ｍの開閉バルブＶ４と下流循環管路５０ｄのＶ７の開弁制御とを実行する（ステップＳ１５０）。この際、表１にあるように、制御装置１００は、開閉バルブＶ７の開度が開閉バルブＶ４の開度の１０倍程度となるよう、この両バルブを開度制御するので、開閉バルブＶ７を経て循環管路系５０を循環する液化窒素ガスの循環流量は、開閉バルブＶ４を経て大気放出管路系４０から貯槽２０に環流する流量より多くなる。この他、開閉バルブＶ４の開弁により、中間域管路４０ｍの下流まで流れ込んだ液化窒素ガスは、その流量が調整されて貯槽２０に底部から回収される。こうしたバルブ制御により、補助ポンプ４４の吐出する液化窒素ガスの内で、循環管路系５０とこれに含まれる分岐管路３０ｖを通過するガス流量は増大する。これにより、液化ガス供給ポンプ３４および循環管路系５０の管路の冷却が進むと共に、循環管路系５０およびこれに含まれる分岐管路３０ｖを循環する液化窒素ガスの液相化も進む。

制御装置１００は、ステップＳ１５０に続き、表１の液化ガス供給ポンプ３４の冷却の完了を確認すべく、液化ガス供給ポンプ３４の下流の温度センサー５５の検出温度Ｔ２を読み込み、この検出温度Ｔ２が、予め定めた対比温度（−１６８℃）より低温である状態が所定時間、例えば３０秒に亘って継続されたことを確認する（ステップＳ１６０）。ここで、検出温度Ｔ２が対比温度以上であったり、対比温度より低い検出温度Ｔ２の継続時間が所定時間に足りなければ、ステップＳ１３０での補助ポンプ４４の圧送液化窒素ガスによる液化ガス供給ポンプ３４の冷却を、検出温度Ｔ２が対比温度を所定時間に亘って継続して低下するまで繰り返す。対比温度（−１６８℃）は、液化ガス供給ポンプ３４の体格やポンプ構成および熱容量を考慮して、当該ポンプの予冷が完了する温度として予め規定されており、制御装置１００の所定の記憶領域に記憶されている。

制御装置１００は、ステップＳ１６０での予冷完了に続き、表１の液化ガス供給ポンプ３４による液化窒素ガスの高圧ガスタンクＴへの供給を開始すべく、大気放出管路系４０の開閉バルブＶ４および循環管路系５０の開閉バルブＶ２と開閉バルブＶ７の閉弁制御と、液化ガス供給管路系３０の開閉バルブ３６（図１参照）の開弁制御と、液化ガス供給ポンプ３４の駆動制御とを実行する（ステップＳ１７０）。こうしたバルブ制御により、貯槽２０から液化窒素ガスが通過する管路系は、補助ポンプ４４と大気放出管路系４０の既述した管路を含む液化ガス供給管路系３０に切り換わり、液化ガス供給ポンプ３４の圧送能力（７０ＭＰａ）の圧力で、高圧ガスタンクＴへの液化窒素ガス充填が開始される。このステップＳ１８０のガス供給は、充填が求められる本数の高圧ガスタンクＴへの充填が完了するまで継続される。高圧ガスタンクＴへのガス供給が完了すると、制御装置１００は、図２に示す予冷・ガス供給制御を終了し、表１の初期状態に戻る。なお、開閉バルブＶ２と開閉バルブＶ７は、バルブ間の管路の液封を回避すべく、その閉弁タイミングが調整される。

図２に示す予冷・ガス供給制御を終了した後の初期状態では、各管路系の配管と各ポンプには液化窒素ガスが残存するので、液化ガス供給ポンプ３４および補助ポンプ４４は、残存液化窒素ガスにより、冷却されていると想定される。よって、制御装置１００は、ステップＳ１７０のガス供給の完了後に、ステップＳ１２０、ステップＳ１４０およびステップＳ１６０と同様の温度・圧力監視を、図２の予冷・ガス供給制御とは別に実行し、その監視結果に応じて、次回の供給開始スイッチの操作時の制御を定める。例えば、次回の供給開始スイッチの操作時において、上記した温度・圧力の監視結果が液化ガス供給ポンプ３４と補助ポンプ４４とは依然として冷却状況下にあるというものであれば、制御装置１００は、ステップＳ１７０に相当する処理、即ち、液化窒素ガスの通過管路系を液化ガス供給管路系３０に切り換えるためのバルブ制御と、補助ポンプ４４の駆動制御、並びに液化ガス供給ポンプ３４の駆動制御を実行する。こうすることで、速やかにガス供給を開始できる。その一方、次回の供給開始スイッチの操作時において、上記した温度・圧力の監視結果が液化ガス供給ポンプ３４と補助ポンプ４４とは冷却状況下にないというものであれば、制御装置１００は、図２の予冷・ガス供給制御を実行して、ガス供給を行う。

以上説明した構成を備える本実施形態の液化ガス供給装置１０は、貯槽２０の貯留した液化窒素ガスを高圧ガスタンクＴに供給するに当たり、まず、補助ポンプ４４の停止制御下において、図１に示す各管路の開閉バルブＶ１〜Ｖ８の内の関連する開閉バルブを開閉制御して、貯槽２０の液化窒素ガスが通過する管路系を、大気放出管路系４０に切り換える（ステップＳ１００〜Ｓ１１０）。こうした管路系切り換えにより、貯槽２０の液化窒素ガスは、貯槽２０の貯留内圧と大気放出管路系４０との差圧にて、貯槽２０から停止状態の補助ポンプ４４を経て大気放出管路系４０を通過し、大気放出される。これにより、補助ポンプ４４は、大気放出管路系４０を通過する液化窒素ガスにより、停止状態のまま予冷される。補助ポンプ４４の熱容量は、そのポンプ構造やサイズから、ガス高圧充填用の液化ガス供給ポンプ３４より小さく、液化ガス供給ポンプ３４の熱容量の１／１０〜１／５に過ぎない。よって、液化窒素ガスによる液化ガス供給ポンプ３４の予冷に比すれば、補助ポンプ４４の予冷は迅速に進む。このようにして補助ポンプ４４を予冷している間、液化窒素ガスは、大気放出管路系４０における大気放出管路４０ｄの大気放出端から大気放出される。ところが、液化窒素ガスによる補助ポンプ４４の予冷は、既述したように小熱容量である故に、迅速に進むことから、液化窒素ガスの大気放出量は、少量となる。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、補助ポンプ４４の予冷完了後、液化窒素ガスが通過する管路系を、図１に示す各管路の開閉バルブＶ１〜Ｖ８の内の関連する開閉バルブを開閉制御して循環管路系５０に切り換えると共に、予冷済みの補助ポンプ４４を駆動制御する（ステップＳ１３０）。補助ポンプ４４が圧送する液化窒素ガスは、上記の管路系切り換えにより、循環管路系５０に含まれる液化ガス供給ポンプ３４を通過して、貯槽２０に環流する。これにより、液化ガス供給ポンプ３４は、循環管路系５０を循環環流する液化窒素ガスにより、停止状態のまま予冷される。補助ポンプ４４による液化窒素ガスの圧送は、貯槽２０の貯留内圧と貯槽２０に繋がった管路系との差圧による液化窒素ガスの送り出しに比べると、循環管路系５０への大流量での液化窒素ガスの送り出しを可能とする。この結果、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、液化ガス供給管路系３０にも含まれる液化ガス供給ポンプ３４を迅速、且つ、確実に予冷できる。しかも、本実施形態の液化ガス供給装置１０は、液化ガス供給ポンプ３４の予冷の間において、液化窒素ガスを循環管路系５０により貯槽２０に循環環流させるので、液化窒素ガスの大気放出を起こさない。よって、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、補助ポンプ４４の予冷の間の液化窒素ガスの大気放出量が少量であることと相まって、液化窒素ガスの大気放出を低減できる。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、循環管路系５０に液化窒素ガスを循環させて液化ガス供給ポンプ３４を予冷した後、液化窒素ガスが通過する管路系を、図１に示す各管路の開閉バルブＶ１〜Ｖ８の内の関連する開閉バルブを開閉制御して液化ガス供給管路系３０に切り換えると共に、予冷済みの液化ガス供給ポンプ３４を駆動制御する（ステップＳ１７０）。液化ガス供給ポンプ３４の予冷は、補助ポンプ４４が大流量で圧送する液化窒素ガスにより迅速に行われるので、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、貯槽２０から液化窒素ガスを高圧ガスタンクＴに速やかに供給できる。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、液化ガス供給管路系３０の管路経路と循環管路系５０の管路経路とを、この両管路系が含む液化ガス供給ポンプ３４まで同一経路とした。よって、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、管路経路の一部共通化により、管路構成を簡略化できる。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、補助ポンプ４４を予冷するに当たり、補助ポンプ４４の下流の温度センサー４５の検出温度Ｔ１が対比温度（−１５５℃）を下回るまで大気放出管路系４０における液化窒素ガスによる冷却を継続する（ステップＳ１２０）。よって、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、確実に補助ポンプ４４を予冷してから、この補助ポンプ４４を液化ガス供給ポンプ３４の予冷のために駆動できる。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、液化ガス供給ポンプ３４を予冷するに当たり、液化ガス供給ポンプ３４の下流の温度センサー５５の検出温度Ｔ２が、温度センサー４５の検出温度Ｔ１についての対比温度（−１５５℃）より低い対比温度（−１６８℃）を下回るまで循環管路系５０における液化窒素ガスによる冷却を継続する（ステップＳ１６０）。その上で、本実施形態の液化ガス供給装置１０は、循環管路系５０の開閉バルブＶ７を開閉バルブＶ４より大きな開度で開度制御して（ステップＳ１５０）、循環管路系５０の中間域循環管路５０ｍを流れる液化窒素ガスの流量を増やし、液化ガス供給ポンプ３４を循環する液化窒素ガスの循環量を増大させる。これに加え、本実施形態の液化ガス供給装置１０は、補助ポンプ４４の２次側の圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２と貯槽２０の圧力センサー２３の検出圧力Ｐ１との差圧が対比差圧（０．１３ＭＰａ）を超えた状態が所定時間継続するまで、開閉バルブＶ６の開弁制御と開閉バルブＶ５の閉弁制御とを通した液化窒素ガスの循環量増大を継続する。よって、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、確実に液化ガス供給ポンプ３４を予冷してから、この液化ガス供給ポンプ３４を高圧ガスタンクＴへのガス供給のために駆動できる。また、開閉バルブＶ６の開弁制御の継続に基づいた貯槽内管路５１を経た液化窒素ガスの環流により、循環管路系５０を循環している液化窒素ガスの気相は減り、液相の割合が増え、液化ガス供給ポンプ３４の予冷促進上で好ましい。

本実施形態の液化ガス供給装置１０は、液化ガス供給ポンプ３４の予冷の際の液化窒素ガスの循環量増大を図るに当たり、開閉バルブＶ６を開弁して、循環管路系５０における液化窒素ガスを、貯槽２０にその液面より上から環流させる。このように環流する液化窒素ガスは、貯槽２０における液化窒素ガスの液面より上の気相ガス域に接触するので、本実施形態の液化ガス供給装置１０によれば、貯槽２０における気相ガス域のガスを冷却できる。

次に、他の実施形での液化ガス供給ポンプ３４の予冷・ガス供給制御について説明する。表２に、予冷・ガス供給制御において制御装置１００が実行する処理状況に対する他の実施形態でのバルブ制御とポンプ制御の様子を示す。図３はバルブ制御とポンプ制御を介して実行される他の実施形態の予冷・ガス供給制御の処理内容を示すフローチャートである。なお、以下の説明に当たっては、既述した実施形態と相違する点について説明することとする。

この実施形態の予冷・ガス供給制御にあっても、既述したように図示しない供給開始スイッチの操作を経て実行され、表２の初期状態から、既述したステップＳ１００〜１２０により、停止制御下での補助ポンプ４４の予冷の先行実施と、補助ポンプ４４の予冷確認がなされる。ステップＳ１２０に続くステップＳ１３０では、既述したバルブ制御と補助ポンプ４４の駆動制御とが実行され、液化窒素ガスの大気放出の停止と液化窒素ガスの管路系の切り換え、並びに、補助ポンプ４４からの液化窒素ガスの吐出と、これによる液化ガス供給ポンプ３４の予冷がなされる。

制御装置１００は、ステップＳ１３０に続き、表２の液化ガス供給ポンプ３４の冷却の遂行を確定すべく、液化ガス供給ポンプ３４の下流の温度センサー５５の検出温度Ｔ２を読み込み、この検出温度Ｔ２が、既述した対比温度（−１６８℃）より低温であることを確認する（ステップＳ２１０）。ここで、検出温度Ｔ２が対比温度以上であれば、ステップＳ１３０での補助ポンプ４４の圧送液化窒素ガスによる液化ガス供給ポンプ３４の冷却を、検出温度Ｔ２が対比温度を下回るまで継続する。なお、ステップＳ２１０では、検出温度Ｔ２が対比温度を下回る状態が所定の時間（例えば５ｓｅｃ）に亘り継続するまで待機するようにしてもよい。

制御装置１００は、ステップＳ２１０に続き、表２の補助ポンプ４４の吐出圧の上昇を確保すべく、中間域管路４０ｍの開閉バルブＶ３と循環管路系５０の開閉バルブＶ６の閉弁制御と、中間域管路４０ｍの開閉バルブＶ４と下流循環管路５０ｄのＶ７の開弁制御とを実行する（ステップＳ２２０）。この際、表２にあるように、制御装置１００は、開閉バルブＶ７の開度が開閉バルブＶ４の開度の１０倍程度となるよう、この両バルブを開度制御するので、開閉バルブＶ７を経て循環管路系５０を循環する液化窒素ガスの循環流量は、開閉バルブＶ４を経て大気放出管路系４０から貯槽２０に環流する流量より多くなる。こうしたバルブ制御により、液化窒素ガスが通過する管路系の切り換えは、循環管路系５０に切り換わることと、ほぼ等価となる。この他、開閉バルブＶ４の開弁により、中間域管路４０ｍの下流まで流れ込んだ液化窒素ガスは、貯槽２０に回収される。なお、開閉バルブＶ４を閉弁して、循環管路系５０に切り換えるようにしてもよい。これにより、液化ガス供給ポンプ３４および循環管路系５０の管路の冷却が進むと共に、循環管路系５０およびこれに含まれる分岐管路３０ｖを循環する液化窒素ガスの液相化も進む。循環管路系５０を循環する液化窒素ガスの液相化が進まないうちは、補助ポンプ４４の吐出圧の上昇は緩慢なため、開閉バルブＶ７の開度大の開度制御による循環量増大に伴う液化窒素ガスの液相化により、補助ポンプ４４の吐出圧の上昇が確保できる。

制御装置１００は、ステップＳ２２０に続き、表２の補助ポンプ４４の２次側の液化窒素ガスの液相状態を確保すべく、補助ポンプ４４の２次側の圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２と貯槽２０の圧力センサー２３の検出圧力Ｐ１との差圧が予め定めた対比差圧（０．１３ＭＰａ）を超えていることを確認した上で、開閉バルブＶ６を閉弁制御する（ステップＳ２３０）。ここで、上記の差圧が対比差圧以下であれば、開閉バルブＶ６の閉弁制御を、上記の差圧が対比差圧を超えるまで待機する。なお、対比差圧（０．１３ＭＰａ）は、液化ガス供給ポンプ３４の圧送能力や貯槽２０における貯留内圧を考慮して、補助ポンプ４４が圧送する液化窒素ガスがほぼ全て液相状態となることを観点に予め規定されており、制御装置１００の所定の記憶領域に記憶されている。この場合、圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２と圧力センサー２３の検出圧力Ｐ１との差圧が対比差圧（０．１３ＭＰａ）を超えていれば、補助ポンプ４４の圧送する液化窒素ガスは、ステップＳ２３０による昇圧確認と相まって、ほぼ液相状態で循環管路系５０を循環する。

制御装置１００は、ステップＳ２３０に続き、表２の液化ガス供給ポンプ３４の予冷完了を確認すべく、圧力センサー４６の検出圧力Ｐ２と圧力センサー２３の検出圧力Ｐ１との差圧が対比差圧（０．１３ＭＰａ）を超えている状態が所定の時間（例えば１０ｓｅｃ）に亘り継続するまで待機する（ステップＳ２４０）。ここで、上記の差圧が対比差圧を超える状態が所定時間継続すると、制御装置１００は、液化ガス供給ポンプ３４の予冷が完了したとする。

制御装置１００は、ステップＳ２４０での予冷完了に続き、表２の液化ガス供給ポンプ３４による液化窒素ガスの高圧ガスタンクＴへの供給を開始すべく、既述したステップＳ１７０と同様に、各種の開閉バルブの制御と液化ガス供給ポンプ３４の駆動制御とを実行する（ステップＳ２５０）。こうしたバルブ制御により、貯槽２０から液化窒素ガスが通過する管路系は、補助ポンプ４４と大気放出管路系４０の既述した管路を含む液化ガス供給管路系３０に切り換わり、液化ガス供給ポンプ３４の圧送能力（７０ＭＰａ）の圧力で、高圧ガスタンクＴへの液化窒素ガス充填が開始される。このステップＳ１８０のガス供給は、充填が求められる本数の高圧ガスタンクＴへの充填が完了するまで継続される。高圧ガスタンクＴへのガス供給が完了すると、制御装置１００は、図２に示す予冷・ガス供給制御を終了し、表１の初期状態に戻る。

上記した実施形態の予冷・ガス供給制御によっても、既述した効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記した実施形態では、補助ポンプ４４の圧送する液化窒素ガスによる液化ガス供給ポンプ３４の予冷が完了すると、大気放出管路系４０の第２管路４２における開閉バルブＶ４と、循環管路系５０の中間域循環管路５０ｍにおける開閉バルブＶ２および開閉バルブＶ７を閉弁制御したが、これに限らない。例えば、液化ガス供給ポンプ３４の予冷完了後とそれ以降のガス供給の間において、第２管路４２における開閉バルブＶ４と中間域循環管路５０ｍにおける開閉バルブＶ７とを、両バルブの開度および開度差を小さくした上で、開弁制御してもよい。こうすれば、仮に液化ガス供給ポンプ３４によるガス供給のための圧送に脈動等が起きて液化ガス供給ポンプ３４が必要とする液化窒素ガス量が一時的に低減した場合、補助ポンプ４４から液化ガス供給ポンプ３４に圧送される液化窒素ガスの一部を、第２管路４２や下流循環管路５０ｄから貯槽２０に環流させることで、液化窒素ガスを液化ガス供給ポンプ３４に過大に圧送しないようにできる。よって、液化ガス供給ポンプ３４に掛かる負荷を軽減できる。

上記した実施形態では、貯槽２０の貯留した液化窒素ガスを高圧ガスタンクＴに充填するようにしたが、液化窒素ガスに代えて液化水素ガスを用いるようにしてもよい。こうすれば、例えば、燃料ガスたる水素ガスと酸化ガスとの供給を受けて発電する燃料電池と水素ガスタンクとを搭載した車両に対して、その搭載した水素ガスタンクへの水素ガス充填に用いることができる。

１０…液化ガス供給装置
２０…貯槽
２１…補充充填バルブ
２２…補充管路
２３…圧力センサー
３０…液化ガス供給管路系
３０ｄ…下流供給管路
３０ｖ…分岐管路
３４…液化ガス供給ポンプ
３６…開閉バルブ
４０…大気放出管路系
４０ｄ…大気放出管路
４０ｍ…中間域管路
４０ｕ…上流管路
４１…第１管路
４２…第２管路
４４…補助ポンプ
４５…温度センサー
４６…圧力センサー
５０…循環管路系
５０ｄ…下流循環管路
５０ｍ…中間域循環管路
５１…貯槽内管路
５２…大気放出管路
５５…温度センサー
１００…制御装置
Ｔ…高圧ガスタンク
Ｖ１〜Ｖ８…開閉バルブ

Claims (3)

1. 低温液化ガスの貯槽から該低温液化ガスを液化ガス供給先に供給する低温液化ガスの供給装置であって、
   前記低温液化ガスの圧送が可能な液化ガス供給ポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から前記液化ガス供給先に供給送出する液化ガス供給管路系と、
   前記低温液化ガスの圧送が可能であって前記液化ガス供給ポンプより熱容量の小さい小熱容量ガスポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から大気放出する大気放出管路系と、
   前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプと前記液化ガス供給ポンプとを経由して前記低温液化ガスが循環する循環管路系と、
   前記低温液化ガスを前記貯槽から前記液化ガス供給先に供給するために、前記液化ガス供給管路系と前記大気放出管路系と前記循環管路系の切り換えと、前記液化ガス供給ポンプおよび前記小熱容量ガスポンプの制御とを実行する制御部とを備え、
   該制御部は、前記小熱容量ガスポンプを停止制御すると共に、前記低温液化ガスの供給に際して使用するガス管路系を前記大気放出管路系に切り換える第１制御と、前記ガス管路系を前記循環管路系に切り換えると共に、前記小熱容量ガスポンプを駆動制御する第２制御と、前記ガス管路系を前記液化ガス供給管路系に切り換えると共に、前記液化ガス供給ポンプを駆動制御する第３制御とをこの順に順次実行する、
   低温液化ガスの供給装置。
2. 前記循環管路系と前記液化ガス供給管路系の両管路系は、前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプの下流までの前記大気放出管路系の管路と、該管路から前記小熱容量ガスポンプの下流で分岐して前記液化ガス供給ポンプに到る管路とを含む請求項１に記載の低温液化ガスの供給装置。
3. 低温液化ガスの圧送が可能な液化ガス供給ポンプを介して、前記低温液化ガスの貯槽から前記低温液化ガスを液化ガス供給先に供給送出する液化ガス供給管路系と、前記低温液化ガスの圧送が可能であって前記液化ガス供給ポンプより熱容量の小さい小熱容量ガスポンプを介して、前記低温液化ガスを前記貯槽から大気放出する大気放出管路系と、前記貯槽から前記小熱容量ガスポンプと前記液化ガス供給ポンプとを経由して前記低温液化ガスが循環する循環管路系とを用いて、前記低温液化ガスを前記貯槽から前記液化ガス供給先に供給する低温液化ガスの供給方法であって、
   前記小熱容量ガスポンプを停止制御すると共に、前記低温液化ガスの供給に際して使用するガス管路系を前記大気放出管路系に切り換える第１工程と、
   前記ガス管路系を前記循環管路系に切り換えると共に、前記小熱容量ガスポンプを駆動制御する第２工程と、
   前記ガス管路系を前記液化ガス供給管路系に切り換えると共に、前記液化ガス供給ポンプを駆動制御する第３工程とを備える、
   低温液化ガスの供給方法。

Images