ガス供給システム
【課題】ガス流路における不具合の有無の検出および不具合箇所の特定が容易なガス供給システムを提供する。
【解決手段】ガス供給源２と、ガス供給源２からのガスを放出するノズル３と、ガス供給源２とノズル３とを接続するガス流路４と、ガス流路４に設けられた第１の遮断弁９とを備え、ノズル３をガス供給対象ＴＡ側の供給口に接続した状態にてノズル３からガスを放出してガス供給対象ＴＡへガスを充填するガス供給システム１において、ノズル３から放出されたガスを受け入れるガス受入部２１を備える。ガス受入部２１には、ノズル３が接続されるレセプタクル２２と、第１の遮断弁９との間にノズル３及びレセプタクル２２を含む閉空間を形成可能な第２の遮断弁２３が設けられている。
【解決手段】ガス供給源２と、ガス供給源２からのガスを放出するノズル３と、ガス供給源２とノズル３とを接続するガス流路４と、ガス流路４に設けられた第１の遮断弁９とを備え、ノズル３をガス供給対象ＴＡ側の供給口に接続した状態にてノズル３からガスを放出してガス供給対象ＴＡへガスを充填するガス供給システム１において、ノズル３から放出されたガスを受け入れるガス受入部２１を備える。ガス受入部２１には、ノズル３が接続されるレセプタクル２２と、第１の遮断弁９との間にノズル３及びレセプタクル２２を含む閉空間を形成可能な第２の遮断弁２３が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給対象に所定のガスを供給するガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス供給システムとして、車両に燃料として供給するＣＮＧ等のガスを所定圧力に圧縮してこの加圧されたガスを生成する圧力発生ユニットと、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンクに供給するディスペンサユニットと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このディスペンサユニットは、ガス供給開閉弁と、１次圧力伝送器と、流量計と、圧力制御弁と、２次圧力伝送器と、脱圧開閉弁と、着脱カプラとを有している。そして、圧力発生ユニットにより生成された高圧ガスは、ディスペンサユニット側の着脱カプラを車両に搭載されている燃料タンクに通ずる着脱カプラに接続することにより、燃料タンクに充填される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−６８４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなガス供給システムでは、ガス供給開閉弁が開くことにより、着脱カプラの上流側からのガスを車両側の燃料タンクへ充填する。このため、燃料タンクへガスを充填する際には、着脱カプラの上流側が高圧となる。
したがって、燃料タンクへのガスの充填前に、高圧となる着脱カプラの上流側でのガス漏れの有無を検査することが要求されている。
【０００６】
しかしながら、ガス供給開閉弁が上記特許文献１に記載されているような電磁式の遮断弁である場合には、ガス供給開閉弁の上流側のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧させることによって、ガス漏れ検査を行なうことが可能であるが、ガス供給開閉弁から車両側の着脱カプラに至るまでのガス流路については、ガス漏れ検査圧力まで昇圧させることができないので、ガス漏れ検査の実施が困難である。
【０００７】
また、上記のようなガス供給システムでは、ガス充填開始前に異物の混入や水分の凍結によるガス流路の閉塞などの不具合の有無を予め検査することができるようになっていることが好ましく、かかる閉塞検査は、例えばガス流量に基づいて行なうことが可能である。
【０００８】
しかしながら、ディスペンサユニット側のカプラを車両側のカプラへ接続して車両へガスを充填しながらでなければ、ガス流量を検出することができず、かかる状態下で不具合のあることを検出できたとしても、不具合がガス供給システム側にあるのか車両側にあるのかを判断することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガス流路における不具合の有無の検出および不具合箇所の特定が容易なガス供給システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のガス供給システムは、ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスをガス供給対象へと放出するノズルと、前記ガス供給源と前記ノズルとを接続するガス流路と、前記ガス流路に設けられた第１の遮断弁とを備え、前記ノズルを前記ガス供給対象側の供給口に接続した状態にて前記ノズルからガスを放出して前記ガス供給対象へガスを充填するガス供給システムであって、前記ノズルから放出されたガスを受け入れるガス受入部を備え、前記ガス受入部には、前記ノズルが接続されるレセプタクルと、前記第１の遮断弁との間に前記ノズル及び前記レセプタクルを含む閉空間を形成することが可能な第２の遮断弁とが設けられている。
【００１１】
かかる構成のガス供給システムによれば、ノズルをレセプタクルへ接続した状態にてノズルからガス受入部へガスを放出すると、ノズルと該ノズルが接続されるレセプタクルを含む第１の遮断弁と第２の遮断弁との間のガス流路の圧力が上昇する。したがって、このガス流路内の圧力状態から、ノズルの先端に至るガス流路の隅々までガス漏れの有無を検査することができる。
【００１２】
このガス漏れ検査の有無は、例えば、前記第１の遮断弁と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた圧力センサと、前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁との間のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧された閉空間とし、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記閉空間におけるガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定部と、を備えることによって可能である。
【００１３】
本発明のガス供給システムにおいては、前記ガス供給源と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた流量計と、前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給し、前記流量計の検出流量に基づいて前記ガス流路における閉塞の有無を判定する閉塞判定部と、を備えてもよい。
【００１４】
かかる構成のガス供給システムによれば、ガス受入部へのガス放出時のガス流量に基づいて、当該ガス供給システム側におけるガス流路の閉塞の有無を検査することが可能となる。
【００１５】
本発明のガス供給システムにおいては、前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた温度センサとを備え、前記ガス供給対象へのガス充填開始前は、前記温度センサの検出温度が所定の予冷温度閾値以下となるまで、前記冷却部によって予冷された前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給してもよい。
【００１６】
かかる構成のガス供給システムによれば、前回のガス充填後に冷却部とノズルとの間にて外気温によって暖められた残留ガスを次のガス充填前に冷却部によって十分に冷却されたガスに置換することができる。
【００１７】
本発明のガス供給システムにおいて、前記ガス供給対象側から送信される情報に基づいて前記ガス供給対象の圧力を表示する表示部を備えていても良い。
【００１８】
また、この本発明のガス供給システムにおいて、前記表示部は、前記ガス供給対象の圧力とともに、前記ノズルから放出するガスの圧力を表示しても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガス供給システムによれば、ガス流路における不具合の有無の検出および不具合箇所の特定が容易なガス供給システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスステーションの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図３】ガス充填時におけるガス供給システムの構成図である。
【図４】ガス供給システムの他の構成を説明する構成図である。
【図５】充填時間に対する蓄圧器の圧力、ディスペンサ圧力及び車両のタンクのタンク圧力の変化を示すグラフである。
【図６】充填時間に対する蓄圧器の圧力、ディスペンサ圧力及び車両のタンクのタンク圧力の変化を示すグラフである。
【図７】ガス供給システムの変形例を説明する構成図である。
【図８】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図９】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図１０】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図１１】ディスペンサ部の表示部に設けられるメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施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（ガス供給対象）に対して燃料ガスである水素ガスを供給する水素ガスステーションに適用されるものである。
【００２２】
図１及び図２に示すように、ガス供給システム１は、ガス供給対象である車両Ｓに搭載されているガス貯蔵タンクに水素ガスを供給するガスステーション１０内に設けられており、水素を貯蔵する水素カードル２（ガス供給源）と、水素ガスを供給対象である車両Ｓに搭載されている貯蔵タンクである車載水素容器に向け放出して充填するノズル３と、これらを結ぶガス流路４とを有している。
【００２３】
ガス流路４には、水素カードル２側（上流側）から順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して吐出する圧縮機５と、圧縮機５によって所定圧力まで昇圧された水素ガスを蓄えておく蓄圧器６と、ガス流路４を流れる水素ガスの流量を測定する流量計７と、ガス流路４を流れる水素ガスを予備冷却するプレクーラ（冷却部）８と、ガス流路４を開閉する遮断弁９（第１の遮断弁）とが設けられている。
【００２４】
ガス供給システム１は、ディスペンサ部１１を備えており、このディスペンサ部１１内に上記遮断弁９が配置されている。
そして、ノズル３に設けられているトリガーレバー（不図示）を充填作業者が引くと、かかる動作を充填開始指令として後述の制御部４１が検知し、制御部４１からの開指令によって遮断弁９が開く。
【００２５】
これにより、それまで遮断状態にあった、蓄圧器６から遮断弁９までのガス流路４と、遮断弁９からノズル３までのガス流路４とが相互に連通し、ノズル３からは水素ガスが放出可能となる。
【００２６】
ここで、ノズル３内には、ガス供給方向上流側（蓄圧器６側）から下流側（車両Ｓ側）への流通は許可するが、その逆方向の流通は禁止する逆止弁からなる開閉弁（図示略）が設けられているが、この開閉弁の作動圧は、遮断弁９が開いたときに当該開閉弁の上流側と下流側との間に生ずる差圧よりも低い圧力に設定されているので、遮断弁９が開くと、車両Ｓに搭載されたタンクＴＡ（ガス供給対象）内への水素ガス充填が開始される。
【００２７】
なお、ノズル３内に設ける開閉弁として、上記構成の逆止弁に代えて、電磁式の遮断弁を採用することも可能である。かかる場合には、ノズル３に設けられているトリガーレバーが充填作業者によって操作されたことや、かかる操作に連動して遮断弁９が開いたことを制御部４１が検知したときに、ノズル３内に設けられた電磁式の遮断弁が開き、これにより、車両Ｓに搭載されたタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００２８】
なお、この遮断弁９からノズル３までのガス流路４には、大気開放されている放出ライン１４が接続されており、この放出ラインには、遮断弁１２及びフレームアレスタや水封装置等の逆火防止装置１３が設けられている。充填終了後はノズル３内の開閉弁と遮断弁９との間が残留水素ガスによって高圧区間となっているが、この放出ライン１４から高圧水素ガスを放出することにより、上記高圧区間を減圧することが可能になっている。
【００２９】
上記構成からなる通常のガス供給ラインの他に、本実施形態に係るガス供給システム１には、検査ライン（ガス受入部）２１が設けられている。
この検査ライン２１は、その一端側（ノズル３側）から順に、ノズル３が接続されるレセプタクル２２と、遮断弁９との間にノズル３及びレセプタクル２２を含む閉区間を形成可能な遮断弁２３（第２の遮断弁）とを備えており、他端は圧縮機５の上流側に接続されている。
【００３０】
この検査ライン２１のレセプタクル２２は、例えばノズル３を収容保持するためにディスペンサ部１１に付設されているノズルホルダ（図示略）に設けられている。そして、このノズルホルダにノズル３を収容すると、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続箇所Ａを介して接続されて、水素カードル２からノズル３までのガス供給ラインと検査ライン２１とが相互連通するようになっている。
【００３１】
この検査ライン２１の少なくとも遮断弁２３までのガス流路の有効断面積Ｓａは、蓄圧器６よりも下流側のガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも大きく、例えば、有効断面積Ｓａは有効断面積Ｓｂの１０倍以上に設定されている。
【００３２】
ガス流路４における遮断弁９とノズル３との間の流路４ａには、圧力センサＰ１及び温度センサＴ１が設けられている。また、検査ライン２１には、レセプタクル２２の先端側におけるノズル３との接続箇所Ａよりも下流側の流路２１ａに圧力センサＰ２が設けられている。さらに、検査ライン２１には、レセプタクル２２と遮断弁２３との間の流路２１ｂに、圧力センサＰ３が設けられている。
【００３３】
制御部４１は、ガス供給システム１を統括的に制御するものであり、例えば圧縮機５やプレクーラ８の駆動状態や遮断弁９，１２，２３の開閉状態等を制御する。また、制御部４１は、例えば上記ノズル３からのレバー操作検知信号の他、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３及び温度センサＴ１からの検出信号を受信し、受信した検出信号に基づき各部の動作を制御する。
【００３４】
図３に示すように、上記のガス供給システム１によって車両Ｓに搭載されたタンクＴＡへ水素ガスを充填する場合は、ディスペンサ部１１のノズルホルダからノズル３を取り出し、ノズル３を車両Ｓの水素ガス充填口（供給口）に設けられたレセプタクル３１に接続する。
【００３５】
この状態にて、ノズル３のトリガーレバーを引いてディスペンサ部１１を作動させると、遮断弁９が開き、水素カードル２から圧縮機５で圧縮されて蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８によって予冷されてノズル３側へ送り出される。すると、ノズル３内に設けられている逆止弁からなる開閉弁（図示略）が開き、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００３６】
なお、開閉弁として電磁式の遮断弁がノズル３内に設けられている場合は、この遮断弁を開くことにより、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００３７】
そして、タンクＴＡに所定量（所定圧力）の水素ガスが充填されると、制御部４１はディスペンサ部１１の遮断弁９を閉じ、これにより水素ガス充填は終了する。
タンクＴＡへの水素ガス充填終了後は、車両Ｓのレセプタクル３１に接続されたノズル３が当該レセプタクル３１から取り外され、ディスペンサ部１１のノズルホルダへ収容される。
【００３８】
この水素ガス充填終了直後は、ノズル３と遮断弁９との間の流路４ａが高圧状態のままであるため、減圧処理が行なわれる。具体的には、制御部４１からの開弁指令により、放出ライン１４に設けられている遮断弁１２が開く。これにより、遮断弁９とノズル３との間の残留水素ガスが逆火防止装置１３を介して外部へ放出され、これにより、ノズル３と遮断弁９との間の流路４ａが大気圧になるまで減圧される。
【００３９】
以上が車両Ｓに搭載されているタンクＴＡへの水素ガス充填作業の内容であるが、本実施形態に係るガス供給システム１では、上記水素ガス充填作業を行う前に、ガス流路４におけるガス漏れ検査、ガス流路４における閉塞などの不具合の有無の検査、および遮断弁９からノズル３側の接続箇所Ａまでの流路の予冷水素ガスによる置換処理を実施する。
【００４０】
まず、ガス流路４におけるガス漏れ検査について説明する。
本実施形態のガス漏れ検査は、ノズル３がディスペンサ部１１のノズルホルダに収容されることにより、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続された状態にて行われる。
【００４１】
制御部４１は、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続されると、遮断弁１２，２３を閉じ、遮断弁９を開く。すると、蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８を介してノズル３側へ送り込まれる。なお、ノズル３内の開閉弁として電磁式の遮断弁がノズル３内に設けられている場合は、制御部４１はこの遮断弁も開くことになる。
【００４２】
遮断弁９が開いてノズル３側へ水素ガスが送り込まれ、圧力センサＰ１の検出値が所定のガス漏れ検査圧力に達すると、制御部４１は遮断弁９を閉じる。すると、遮断弁９と遮断弁２３との間の流路が、ノズル３及びレセプタクル２２を内包する気密及び液密な閉空間となる。つまり、この閉空間へのガス流路４の上流側（遮断弁９の上流側）からのガス流入および当該閉空間から検査ライン２１の下流側（遮断弁２３）へのガス流出が遮断された状態となる。
【００４３】
これにより、遮断弁９からノズル３内の開閉弁までの流路４ａ、ノズル３内の開閉弁からレセプタクル２２との接続箇所Ａまでの流路４ｂ、ノズル３との接続箇所Ａからレセプタクル２２までの流路２１ａ及びレセプタクル２２から遮断弁２３までの流路２１ｂがガス漏れ検査圧力に維持される。
【００４４】
この状態のまま、制御部４１は、所定のガス漏れ検査時間が経過するまで待ち、当該ガス漏れ検査時間経過後の圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値と、遮断弁９を閉じたときの圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値とを比較する。
【００４５】
つまり、ガス漏れ検査時間経過後の圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値と、遮断弁９を閉じたときの圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値との偏差が、所定の漏れ判定閾値よりも大きい場合、つまり、それぞれの流路４ａ，４ｂ，２１ａ，２１ｂにおける内圧の減少幅が所定の漏れ判定閾値以上である場合には、流路４ａ，２１ａ，２１ｂのうちの圧力が減少した箇所にてガスの漏出があると判定することができる。
【００４６】
以上のガス漏れ検査が終了すると、制御部４１は遮断弁２３を開く。これにより、遮断弁９よりも下流側、つまり、流路４ａ，２１ａ，２１ｂに充填されていたガス漏れ検査用の高圧水素ガスは、検査ライン２１を介して圧縮機５の上流側へ戻され、圧縮機５によって再び圧縮されて蓄圧器６へ送り込まれる。
以上のとおり、制御部４１は、本発明のガス漏れ判定部としても機能する。
【００４７】
次に、ガス流路４における閉塞検査について説明する。
制御部４１は、この閉塞検査を行なうべくノズル３側へ水素ガスを送り込む際に、流量計７からの検出信号に基づいて、水素ガスの流量が所定の正常流量閾値以上に保たれているか否かを監視する。この正常流量閾値は、例えばタンクＴＡの満充填圧力、蓄圧器６の出口圧力、ガス流路４の配管長や配管系等の設備仕様等から、適宜の値に設定されるものである。
【００４８】
そして、水素ガスの流量が当該正常流量閾値に満たない場合は、ガス流路４に閉塞などの不具合が生じていると判定する。
なお、制御部４１は、この閉塞検査の結果、ガス流路４に不具合がないと判定したにもかかわらず、車両ＳのタンクＴＡへのガス充填時に、水素ガスの流量が上記の正常流量閾値に満たないことを検知した場合には、車両Ｓ側におけるノズル３との接続箇所ＡからタンクＴＡまでの流路に閉塞等の不具合が生じていると判定する。
【００４９】
ここで、水素ガスの流量はガス流路の有効断面積に比例し、このガス流路の有効断面積は各ガス流路の有効断面積の二乗の逆数の総和から求められるものである。
本実施形態に係る検査ライン２１は、その有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも、十分に大きな数値（例えば、１０倍以上）に設定されている。
【００５０】
したがって、閉塞検査時におけるガス供給ライン側での水素ガスの流量は、十分に大きな有効断面積Ｓａを有する検査ライン２１の影響をほとんど受けることはない。例えば、検査ライン２１の有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の最小有効断面積Ｓｂの１０倍であると、全体の有効断面積をＳとした場合に、次式が成立する。
【００５１】
１／Ｓ2＝１／Ｓａ2＋１／Ｓｂ2＝１／１００Ｓｂ2＋１／Ｓｂ2
【００５２】
上式のように、検査ライン２１の有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の最小有効断面積Ｓｂの１０倍であると、検査ライン２１の有効断面積Ｓａを含む部分は結果的に１／１００の影響しか受けないことなる。
つまり、ガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも十分に大きな有効断面積Ｓａを有する検査ライン２１は、閉塞検査時に流れる水素ガスの流量にほとんど影響しないこととなる。
【００５３】
よって、このように、検査ライン２１の有効断面積Ｓａを、閉塞検査の対象区間である蓄圧器６よりも下流側におけるガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも十分大きく設定しておけば、実際にノズル３を車両Ｓ側に接続しなくても、ガス供給システム１単独で、流量計７に基づくガス流路４の閉塞検査を行うことができる。
以上のとおり、制御部４１は、本発明の閉塞判定部としても機能する。
【００５４】
次に、遮断弁９からノズル３側の接続箇所Ａまでのガス流路の予冷水素ガスによる置換処理について説明する。
この予冷水素ガスによる置換処理は、例えば上記のガス漏れ検査及び閉塞検査後に行なわれるものであり、制御部４１は、温度センサＴ１からの検出信号に基づいて、流路４ａ内の水素ガスの温度が予め設定されている所定の予冷温度閾値以下であるか否かを判定する。
【００５５】
この予冷温度閾値の値は、ノズル３から車両ＳのタンクＴＡへ水素ガスを円滑に高速充填できる温度であり、流路４ａの径及び長さ、ガス供給システム１の設置場所あるいは季節などに応じて設定される。例えば、プレクーラ８での設定冷却温度が−２０℃である場合は、−１５℃程度に設定される。
【００５６】
この温度判定の結果、水素ガスの温度Ｔが予冷温度閾値以下であると判定された場合には、例えばディスペンサ部１１の表示部などに車両ＳのタンクＴＡへの水素ガス充填が可能であることを表示し、充填前処理の全てが完了したことを充填作業者へ知らせる。
【００５７】
これに対して、温度判定の結果、車両Ｓ側に供給される水素ガスの温度が予冷温度閾値以下でないと判定された場合には、制御部４１は遮断弁９，２３を開き、温度センサＴ１での水素ガスの検出温度が予冷温度閾値以下になるまで、蓄圧器６からプレクーラ８を介してノズル３側へ予冷水素ガスを供給し、更にこの予冷水素ガスを検査ライン２１へと送り出す。
【００５８】
なお、予冷水素ガスによる置換処理は、流路４ａでの検出温度による制御に代えて、ノズル３側へ送り込む水素ガスの流量あるいは送り込む時間の経過時間によって制御しても良い。ノズル３側へ送り込む水素ガスの流量は流量計７により測定可能であり、また、ノズル３側へ送り込む経過時間は、例えば制御部４１内に設けられているタイマによって計時可能である。
【００５９】
以上に述べた実施形態に係るガス供給システム１によれば、ノズル３をレセプタクル２２へ接続した状態にてノズル３から検査ライン２１へ水素ガスを放出すると、ノズル３と車両Ｓ側との接続箇所Ａに至るガス流路４内の全ての部分の圧力が上昇する。したがって、このガス流路４内の圧力状態からガス漏れの有無を検査することができる。
【００６０】
特に、ノズル３の内部に設けられている開閉弁が逆止弁であっても、あるいは電磁式の遮断弁であっても、タンクＴＡへの水素ガス充填開始前は昇圧が困難であった当該開閉弁よりも下流側の流路４ｂ、つまり、ノズル３内の開閉弁からノズル３の先端側におけるレセプタクル２２との接続箇所Ａまでの流路４ｂについても、ガス漏れ検査可能な圧力にまで昇圧可能となり、従来検査できなかった区間までもガス漏れ検査を実施することができる。
【００６１】
また、本実施形態のガス供給システム１によれば、通常のガス供給ラインから検査ライン２１へのガス放出時にガス流量を測定し、このガス流量に基づいてガス供給システム１側のガス流路４における閉塞などの不具合の有無を検査することができる。
この閉塞検査の結果、ガス供給システム１側に閉塞などの不具合が無いことを確認でき、その後車両Ｓに搭載されたタンクＴＡへの水素ガス充填時にガス流量の減少を検出した際には、車両Ｓ側の流路に不具合が存在することも容易に判定することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態のガス供給システム１によれば、タンクＴＡへのガス充填に先だって検査ライン２１へガスを放出することが可能になるので、前回のガス充填によってプレクーラ８とノズル３との間に残留したまま外気温によって暖められてしまった水素ガスを、プレクーラ８によって十分に冷却された水素ガスに置換することができる。
【００６３】
これにより、充填開始時からプレクーラ８によって十分に予冷された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓ側のタンクＴＡへ充填することが可能になるので、プレクーラ８の下流側にて外気温によって暖まった水素ガスを車両ＳのタンクＴＡへ充填することによる充填時間短縮化に対する悪影響を極力抑えることができる。
【００６４】
このように、上記実施形態に係るガス供給システム１によれば、タンクＴＡへの水素ガス充填に先立って、ガス流路４におけるガス漏れや閉塞などの不具合の有無及び箇所を確認し、ガス流路４に残留する水素ガスを予冷された水素ガスによって置換する、といった充填開始前処理を容易に行うことができる。
【００６５】
なお、上記ガス供給システム１では、検査ライン２１の終端を圧縮機５の上流側におけるガス流路４につないだが、この検査ライン２１の終端を水素カードル２に接続し、回収する水素ガスを水素カードル２へ戻すようにしても良い。
【００６６】
また、図４に示すように、検査ライン２１は、フレームアレスタや水封装置等の逆火防止装置４３を備えることにより、終端が大気開放された構成であっても良い。
この場合、ガス漏れ検査、閉塞検査及び置換処理時に流される水素ガスは、逆火防止装置４３を通過した後に大気に放出される。
【００６７】
次に、ガス供給システム１のディスペンサ部１１での表示について説明する。
【００６８】
一般に、ガス供給システム１では、ディスペンサ部１１の表示部に、ガス流路４におけるノズル３よりも上流側の圧力であるディスペンサ圧力が圧力センサＰ１に基づいて表示される。また、このディスペンサ圧力とともに、流量計７に基づくタンクＴＡへの充填量が表示される。これにより、水素ガスの充填作業者あるいは制御部４１は、車両ＳのタンクＴＡへの規定量の水素ガスの充填が完了したか否かを把握する。
【００６９】
ここで、図５及び図６は充填時間に対する蓄圧器６の圧力Ｐｃ（一点鎖線）、ディスペンサ圧力Ｐｄ（破線）及び車両ＳのタンクＴＡのタンク圧力Ｐｔ（実線）の変化を示している。
【００７０】
図５に示すように、タンクＴＡへの水素ガスの充填を開始すると、ディスペンサ圧力Ｐｄが上昇し、これに追従してタンク圧力Ｐｔも上昇する。これに対して、蓄圧器６の圧力Ｐｃは、水素ガスの放出に伴って下降する。
【００７１】
その後、充填源である蓄圧器６の圧力Ｐｃとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が小さくなると、それまで使用していた蓄圧器６を他の高圧の蓄圧器６に切り替える。これにより、蓄圧器６の圧力Ｐｃとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が大きくなり、ディスペンサ圧力Ｐｄが更に上昇し、これに追従してタンク圧力Ｐｔも上昇する。その後も必要に応じてこのような蓄圧器６の切り替えを繰り返すことにより、タンクＴＡへの水素ガス充填が行なわれる。
【００７２】
ところで、水素ガスの充填にかかる時間は極力短縮することが望まれているが、充填時間を短縮するために水素ガス供給量を増大させると、これに伴いノズル３の下流側での圧力損失の影響も大きくなり、ディスペンサ圧力Ｐｄの圧力変動が大きくなる。すると、図６に示すように、タンク圧力Ｐｔの追従に遅れが生じ、ディスペンサ圧力Ｐｄに対してタンク圧力Ｐｔが大きく乖離してしまう。
【００７３】
このように、充填時間の短縮化を図るべく水素ガス供給量を増大させると、ディスペンサ部１１に表示されるディスペンサ圧力Ｐｄとタンク圧力Ｐｔとの間に食い違いが生じるばかりか、その食い違いも大きくなり、制御部４１あるいは充填作業者による充填状況の正確な把握が困難となる。
【００７４】
また、充填時間を短縮すると、蓄圧器６の切り替え時におけるディスペンサ圧力Ｐｄもより一層急激に変化するので、充填中に蓄圧器６が切り替わることを特別意識していない充填作業者は、蓄圧器６の切り替え時にディスペンサ部１１に表示されるディスペンサ圧力Ｐｄの数値が急激に変化する瞬間を目の当たりにすることになり、戸惑いを感じる虞がある。
【００７５】
一方、ガス供給システム１のガスステーション１０側と車両Ｓとは、例えば、赤外線通信等の通信手段（不図示）によって、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡの圧力情報や温度情報などのタンク情報を送受信しており、ガスステーション１０側のガス供給システム１では、車両Ｓから受信したタンク情報に基づいて制御部４１が水素ガスの供給制御を行う。
【００７６】
つまり、図７に示すように、ガスステーション１０にて車両Ｓに水素ガスを充填する際には、車両Ｓのタンク圧力Ｐｔを検出する圧力センサＰ４の検出信号が、通信手段によってガスステーション１０側の制御部４１へ送信されるようになっている。
【００７７】
そして、本実施形態に係るガス供給システム１では、制御部４１へ送信される車両Ｓ側の圧力センサＰ４の検出信号に基づいて、図８に示すように、ディスペンサ部１１の表示部５１に、水素ガスの充填量とともに車両Ｓのタンク圧力Ｐｔが表示される。
【００７８】
このガス供給システム１によれば、水素ガスが充填される車両Ｓの実際のタンク圧力Ｐｔが表示されるので、充填作業者は、このタンク圧力Ｐｔの表示を確認しながら充填作業を行なうことにより、蓄圧器６の切り替え時にも何ら戸惑うことなく、車両ＳのタンクＴＡへの水素ガスの充填状況を正確に把握することができる。
【００７９】
また、上記の例では、ディスペンサ部１１の表示部５１に、水素ガスの充填量とともに車両Ｓのタンク圧力Ｐｔを表示したが、図９に示すように、ディスペンサ圧力Ｐｄをさらに表示しても良い。
【００８０】
このようにすると、充填作業者は、車両ＳのタンクＴＡへの水素ガスの充填状況を正確に把握することができるだけでなく、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧を容易に確認することができる。そして、充填量が減少した際には、充填作業者は、その充填量の減少原因がガスステーション１０側あるいは車両Ｓ側のいずれに存在するかを容易に把握することができる。
【００８１】
例えば、充填量が少ない場合に、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が小さければ、ガスステーション１０側に原因があり、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が大きければ、車両Ｓ側に原因があると判定することができる。
【００８２】
また、車両Ｓ側の圧力センサＰ４に不具合が生じたとしても、充填作業者は、ディスペンサ圧力Ｐｄの表示から水素ガスの充填状況を把握することができるので、タンク圧力Ｐｔのみが表示されてディスペンサ圧力Ｐｄが全く表示されない場合よりも信頼性を高めることができる。
【００８３】
なお、ディスペンサ部１１の表示部５１での表示の仕方としては、数値によるデジタル表示に限らない。例えば図１０に示すように、各圧力を、指針５２を有するメータ５３によるアナログ表示としても良い。
【００８４】
また、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの判別を容易にするために、例えば、タンク圧力Ｐｔの表示部に色をつける、あるいはタンク圧力Ｐｔの表示をディスペンサ圧力Ｐｄの表示よりも大きくする等、タンク圧力Ｐｔの表示部をディスペンサ圧力Ｐｄの表示部よりも目立つようにしても良い。
【００８５】
また、圧力表示がアナログ表示の場合には、例えば図１１に示すように、タンク圧力Ｐｔの指針５２ａとディスペンサ圧力Ｐｄの指針５２ｂとを備えた一つのメータ５２を用い、この一つのメータ５２によって各圧力を表示しても良い。この場合、各圧力の判別を容易にするために、それぞれの指針５２ａ，５２ｂの形状、大きさあるいは色を異ならせるのが好ましい。
【符号の説明】
【００８６】
１…ガス供給システム、２…水素カードル（ガス供給源）、３…ノズル、７…流量計、８…プレクーラ（冷却部）、９…遮断弁（第１の遮断弁）、２１…検査ライン（ガス受入部）、２２，３１…レセプタクル、２３…遮断弁（第２の遮断弁）、４１…制御部（ガス漏れ判定部、閉塞判定部）５１…表示部、Ｐ１…圧力センサ、Ｓ…車両、Ｔ１…温度センサ、ＴＡ…タンク（ガス供給対象）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス供給対象に所定のガスを供給するガス供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス供給システムとして、車両に燃料として供給するＣＮＧ等のガスを所定圧力に圧縮してこの加圧されたガスを生成する圧力発生ユニットと、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンクに供給するディスペンサユニットと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このディスペンサユニットは、ガス供給開閉弁と、１次圧力伝送器と、流量計と、圧力制御弁と、２次圧力伝送器と、脱圧開閉弁と、着脱カプラとを有している。そして、圧力発生ユニットにより生成された高圧ガスは、ディスペンサユニット側の着脱カプラを車両に搭載されている燃料タンクに通ずる着脱カプラに接続することにより、燃料タンクに充填される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−６８４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のようなガス供給システムでは、ガス供給開閉弁が開くことにより、着脱カプラの上流側からのガスを車両側の燃料タンクへ充填する。このため、燃料タンクへガスを充填する際には、着脱カプラの上流側が高圧となる。
したがって、燃料タンクへのガスの充填前に、高圧となる着脱カプラの上流側でのガス漏れの有無を検査することが要求されている。
【０００６】
しかしながら、ガス供給開閉弁が上記特許文献１に記載されているような電磁式の遮断弁である場合には、ガス供給開閉弁の上流側のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧させることによって、ガス漏れ検査を行なうことが可能であるが、ガス供給開閉弁から車両側の着脱カプラに至るまでのガス流路については、ガス漏れ検査圧力まで昇圧させることができないので、ガス漏れ検査の実施が困難である。
【０００７】
また、上記のようなガス供給システムでは、ガス充填開始前に異物の混入や水分の凍結によるガス流路の閉塞などの不具合の有無を予め検査することができるようになっていることが好ましく、かかる閉塞検査は、例えばガス流量に基づいて行なうことが可能である。
【０００８】
しかしながら、ディスペンサユニット側のカプラを車両側のカプラへ接続して車両へガスを充填しながらでなければ、ガス流量を検出することができず、かかる状態下で不具合のあることを検出できたとしても、不具合がガス供給システム側にあるのか車両側にあるのかを判断することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ガス流路における不具合の有無の検出および不具合箇所の特定が容易なガス供給システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明のガス供給システムは、ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスをガス供給対象へと放出するノズルと、前記ガス供給源と前記ノズルとを接続するガス流路と、前記ガス流路に設けられた第１の遮断弁とを備え、前記ノズルを前記ガス供給対象側の供給口に接続した状態にて前記ノズルからガスを放出して前記ガス供給対象へガスを充填するガス供給システムであって、前記ノズルから放出されたガスを受け入れるガス受入部を備え、前記ガス受入部には、前記ノズルが接続されるレセプタクルと、前記第１の遮断弁との間に前記ノズル及び前記レセプタクルを含む閉空間を形成することが可能な第２の遮断弁とが設けられている。
【００１１】
かかる構成のガス供給システムによれば、ノズルをレセプタクルへ接続した状態にてノズルからガス受入部へガスを放出すると、ノズルと該ノズルが接続されるレセプタクルを含む第１の遮断弁と第２の遮断弁との間のガス流路の圧力が上昇する。したがって、このガス流路内の圧力状態から、ノズルの先端に至るガス流路の隅々までガス漏れの有無を検査することができる。
【００１２】
このガス漏れ検査の有無は、例えば、前記第１の遮断弁と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた圧力センサと、前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁との間のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧された閉空間とし、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記閉空間におけるガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定部と、を備えることによって可能である。
【００１３】
本発明のガス供給システムにおいては、前記ガス供給源と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた流量計と、前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給し、前記流量計の検出流量に基づいて前記ガス流路における閉塞の有無を判定する閉塞判定部と、を備えてもよい。
【００１４】
かかる構成のガス供給システムによれば、ガス受入部へのガス放出時のガス流量に基づいて、当該ガス供給システム側におけるガス流路の閉塞の有無を検査することが可能となる。
【００１５】
本発明のガス供給システムにおいては、前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた温度センサとを備え、前記ガス供給対象へのガス充填開始前は、前記温度センサの検出温度が所定の予冷温度閾値以下となるまで、前記冷却部によって予冷された前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給してもよい。
【００１６】
かかる構成のガス供給システムによれば、前回のガス充填後に冷却部とノズルとの間にて外気温によって暖められた残留ガスを次のガス充填前に冷却部によって十分に冷却されたガスに置換することができる。
【００１７】
本発明のガス供給システムにおいて、前記ガス供給対象側から送信される情報に基づいて前記ガス供給対象の圧力を表示する表示部を備えていても良い。
【００１８】
また、この本発明のガス供給システムにおいて、前記表示部は、前記ガス供給対象の圧力とともに、前記ノズルから放出するガスの圧力を表示しても良い。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガス供給システムによれば、ガス流路における不具合の有無の検出および不具合箇所の特定が容易なガス供給システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスステーションの概略を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るガス供給システムの構成図である。
【図３】ガス充填時におけるガス供給システムの構成図である。
【図４】ガス供給システムの他の構成を説明する構成図である。
【図５】充填時間に対する蓄圧器の圧力、ディスペンサ圧力及び車両のタンクのタンク圧力の変化を示すグラフである。
【図６】充填時間に対する蓄圧器の圧力、ディスペンサ圧力及び車両のタンクのタンク圧力の変化を示すグラフである。
【図７】ガス供給システムの変形例を説明する構成図である。
【図８】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図９】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図１０】ディスペンサ部の表示部を示す図である。
【図１１】ディスペンサ部の表示部に設けられるメータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施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（ガス供給対象）に対して燃料ガスである水素ガスを供給する水素ガスステーションに適用されるものである。
【００２２】
図１及び図２に示すように、ガス供給システム１は、ガス供給対象である車両Ｓに搭載されているガス貯蔵タンクに水素ガスを供給するガスステーション１０内に設けられており、水素を貯蔵する水素カードル２（ガス供給源）と、水素ガスを供給対象である車両Ｓに搭載されている貯蔵タンクである車載水素容器に向け放出して充填するノズル３と、これらを結ぶガス流路４とを有している。
【００２３】
ガス流路４には、水素カードル２側（上流側）から順に、水素カードル２からの水素ガスを圧縮して吐出する圧縮機５と、圧縮機５によって所定圧力まで昇圧された水素ガスを蓄えておく蓄圧器６と、ガス流路４を流れる水素ガスの流量を測定する流量計７と、ガス流路４を流れる水素ガスを予備冷却するプレクーラ（冷却部）８と、ガス流路４を開閉する遮断弁９（第１の遮断弁）とが設けられている。
【００２４】
ガス供給システム１は、ディスペンサ部１１を備えており、このディスペンサ部１１内に上記遮断弁９が配置されている。
そして、ノズル３に設けられているトリガーレバー（不図示）を充填作業者が引くと、かかる動作を充填開始指令として後述の制御部４１が検知し、制御部４１からの開指令によって遮断弁９が開く。
【００２５】
これにより、それまで遮断状態にあった、蓄圧器６から遮断弁９までのガス流路４と、遮断弁９からノズル３までのガス流路４とが相互に連通し、ノズル３からは水素ガスが放出可能となる。
【００２６】
ここで、ノズル３内には、ガス供給方向上流側（蓄圧器６側）から下流側（車両Ｓ側）への流通は許可するが、その逆方向の流通は禁止する逆止弁からなる開閉弁（図示略）が設けられているが、この開閉弁の作動圧は、遮断弁９が開いたときに当該開閉弁の上流側と下流側との間に生ずる差圧よりも低い圧力に設定されているので、遮断弁９が開くと、車両Ｓに搭載されたタンクＴＡ（ガス供給対象）内への水素ガス充填が開始される。
【００２７】
なお、ノズル３内に設ける開閉弁として、上記構成の逆止弁に代えて、電磁式の遮断弁を採用することも可能である。かかる場合には、ノズル３に設けられているトリガーレバーが充填作業者によって操作されたことや、かかる操作に連動して遮断弁９が開いたことを制御部４１が検知したときに、ノズル３内に設けられた電磁式の遮断弁が開き、これにより、車両Ｓに搭載されたタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００２８】
なお、この遮断弁９からノズル３までのガス流路４には、大気開放されている放出ライン１４が接続されており、この放出ラインには、遮断弁１２及びフレームアレスタや水封装置等の逆火防止装置１３が設けられている。充填終了後はノズル３内の開閉弁と遮断弁９との間が残留水素ガスによって高圧区間となっているが、この放出ライン１４から高圧水素ガスを放出することにより、上記高圧区間を減圧することが可能になっている。
【００２９】
上記構成からなる通常のガス供給ラインの他に、本実施形態に係るガス供給システム１には、検査ライン（ガス受入部）２１が設けられている。
この検査ライン２１は、その一端側（ノズル３側）から順に、ノズル３が接続されるレセプタクル２２と、遮断弁９との間にノズル３及びレセプタクル２２を含む閉区間を形成可能な遮断弁２３（第２の遮断弁）とを備えており、他端は圧縮機５の上流側に接続されている。
【００３０】
この検査ライン２１のレセプタクル２２は、例えばノズル３を収容保持するためにディスペンサ部１１に付設されているノズルホルダ（図示略）に設けられている。そして、このノズルホルダにノズル３を収容すると、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続箇所Ａを介して接続されて、水素カードル２からノズル３までのガス供給ラインと検査ライン２１とが相互連通するようになっている。
【００３１】
この検査ライン２１の少なくとも遮断弁２３までのガス流路の有効断面積Ｓａは、蓄圧器６よりも下流側のガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも大きく、例えば、有効断面積Ｓａは有効断面積Ｓｂの１０倍以上に設定されている。
【００３２】
ガス流路４における遮断弁９とノズル３との間の流路４ａには、圧力センサＰ１及び温度センサＴ１が設けられている。また、検査ライン２１には、レセプタクル２２の先端側におけるノズル３との接続箇所Ａよりも下流側の流路２１ａに圧力センサＰ２が設けられている。さらに、検査ライン２１には、レセプタクル２２と遮断弁２３との間の流路２１ｂに、圧力センサＰ３が設けられている。
【００３３】
制御部４１は、ガス供給システム１を統括的に制御するものであり、例えば圧縮機５やプレクーラ８の駆動状態や遮断弁９，１２，２３の開閉状態等を制御する。また、制御部４１は、例えば上記ノズル３からのレバー操作検知信号の他、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３及び温度センサＴ１からの検出信号を受信し、受信した検出信号に基づき各部の動作を制御する。
【００３４】
図３に示すように、上記のガス供給システム１によって車両Ｓに搭載されたタンクＴＡへ水素ガスを充填する場合は、ディスペンサ部１１のノズルホルダからノズル３を取り出し、ノズル３を車両Ｓの水素ガス充填口（供給口）に設けられたレセプタクル３１に接続する。
【００３５】
この状態にて、ノズル３のトリガーレバーを引いてディスペンサ部１１を作動させると、遮断弁９が開き、水素カードル２から圧縮機５で圧縮されて蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８によって予冷されてノズル３側へ送り出される。すると、ノズル３内に設けられている逆止弁からなる開閉弁（図示略）が開き、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００３６】
なお、開閉弁として電磁式の遮断弁がノズル３内に設けられている場合は、この遮断弁を開くことにより、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡ内への水素ガス充填が開始される。
【００３７】
そして、タンクＴＡに所定量（所定圧力）の水素ガスが充填されると、制御部４１はディスペンサ部１１の遮断弁９を閉じ、これにより水素ガス充填は終了する。
タンクＴＡへの水素ガス充填終了後は、車両Ｓのレセプタクル３１に接続されたノズル３が当該レセプタクル３１から取り外され、ディスペンサ部１１のノズルホルダへ収容される。
【００３８】
この水素ガス充填終了直後は、ノズル３と遮断弁９との間の流路４ａが高圧状態のままであるため、減圧処理が行なわれる。具体的には、制御部４１からの開弁指令により、放出ライン１４に設けられている遮断弁１２が開く。これにより、遮断弁９とノズル３との間の残留水素ガスが逆火防止装置１３を介して外部へ放出され、これにより、ノズル３と遮断弁９との間の流路４ａが大気圧になるまで減圧される。
【００３９】
以上が車両Ｓに搭載されているタンクＴＡへの水素ガス充填作業の内容であるが、本実施形態に係るガス供給システム１では、上記水素ガス充填作業を行う前に、ガス流路４におけるガス漏れ検査、ガス流路４における閉塞などの不具合の有無の検査、および遮断弁９からノズル３側の接続箇所Ａまでの流路の予冷水素ガスによる置換処理を実施する。
【００４０】
まず、ガス流路４におけるガス漏れ検査について説明する。
本実施形態のガス漏れ検査は、ノズル３がディスペンサ部１１のノズルホルダに収容されることにより、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続された状態にて行われる。
【００４１】
制御部４１は、ノズル３が検査ライン２１のレセプタクル２２に接続されると、遮断弁１２，２３を閉じ、遮断弁９を開く。すると、蓄圧器６に溜められていた水素ガスが、プレクーラ８を介してノズル３側へ送り込まれる。なお、ノズル３内の開閉弁として電磁式の遮断弁がノズル３内に設けられている場合は、制御部４１はこの遮断弁も開くことになる。
【００４２】
遮断弁９が開いてノズル３側へ水素ガスが送り込まれ、圧力センサＰ１の検出値が所定のガス漏れ検査圧力に達すると、制御部４１は遮断弁９を閉じる。すると、遮断弁９と遮断弁２３との間の流路が、ノズル３及びレセプタクル２２を内包する気密及び液密な閉空間となる。つまり、この閉空間へのガス流路４の上流側（遮断弁９の上流側）からのガス流入および当該閉空間から検査ライン２１の下流側（遮断弁２３）へのガス流出が遮断された状態となる。
【００４３】
これにより、遮断弁９からノズル３内の開閉弁までの流路４ａ、ノズル３内の開閉弁からレセプタクル２２との接続箇所Ａまでの流路４ｂ、ノズル３との接続箇所Ａからレセプタクル２２までの流路２１ａ及びレセプタクル２２から遮断弁２３までの流路２１ｂがガス漏れ検査圧力に維持される。
【００４４】
この状態のまま、制御部４１は、所定のガス漏れ検査時間が経過するまで待ち、当該ガス漏れ検査時間経過後の圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値と、遮断弁９を閉じたときの圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値とを比較する。
【００４５】
つまり、ガス漏れ検査時間経過後の圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値と、遮断弁９を閉じたときの圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３の検出値との偏差が、所定の漏れ判定閾値よりも大きい場合、つまり、それぞれの流路４ａ，４ｂ，２１ａ，２１ｂにおける内圧の減少幅が所定の漏れ判定閾値以上である場合には、流路４ａ，２１ａ，２１ｂのうちの圧力が減少した箇所にてガスの漏出があると判定することができる。
【００４６】
以上のガス漏れ検査が終了すると、制御部４１は遮断弁２３を開く。これにより、遮断弁９よりも下流側、つまり、流路４ａ，２１ａ，２１ｂに充填されていたガス漏れ検査用の高圧水素ガスは、検査ライン２１を介して圧縮機５の上流側へ戻され、圧縮機５によって再び圧縮されて蓄圧器６へ送り込まれる。
以上のとおり、制御部４１は、本発明のガス漏れ判定部としても機能する。
【００４７】
次に、ガス流路４における閉塞検査について説明する。
制御部４１は、この閉塞検査を行なうべくノズル３側へ水素ガスを送り込む際に、流量計７からの検出信号に基づいて、水素ガスの流量が所定の正常流量閾値以上に保たれているか否かを監視する。この正常流量閾値は、例えばタンクＴＡの満充填圧力、蓄圧器６の出口圧力、ガス流路４の配管長や配管系等の設備仕様等から、適宜の値に設定されるものである。
【００４８】
そして、水素ガスの流量が当該正常流量閾値に満たない場合は、ガス流路４に閉塞などの不具合が生じていると判定する。
なお、制御部４１は、この閉塞検査の結果、ガス流路４に不具合がないと判定したにもかかわらず、車両ＳのタンクＴＡへのガス充填時に、水素ガスの流量が上記の正常流量閾値に満たないことを検知した場合には、車両Ｓ側におけるノズル３との接続箇所ＡからタンクＴＡまでの流路に閉塞等の不具合が生じていると判定する。
【００４９】
ここで、水素ガスの流量はガス流路の有効断面積に比例し、このガス流路の有効断面積は各ガス流路の有効断面積の二乗の逆数の総和から求められるものである。
本実施形態に係る検査ライン２１は、その有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも、十分に大きな数値（例えば、１０倍以上）に設定されている。
【００５０】
したがって、閉塞検査時におけるガス供給ライン側での水素ガスの流量は、十分に大きな有効断面積Ｓａを有する検査ライン２１の影響をほとんど受けることはない。例えば、検査ライン２１の有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の最小有効断面積Ｓｂの１０倍であると、全体の有効断面積をＳとした場合に、次式が成立する。
【００５１】
１／Ｓ2＝１／Ｓａ2＋１／Ｓｂ2＝１／１００Ｓｂ2＋１／Ｓｂ2
【００５２】
上式のように、検査ライン２１の有効断面積Ｓａが蓄圧器６の下流側のガス流路４の最小有効断面積Ｓｂの１０倍であると、検査ライン２１の有効断面積Ｓａを含む部分は結果的に１／１００の影響しか受けないことなる。
つまり、ガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも十分に大きな有効断面積Ｓａを有する検査ライン２１は、閉塞検査時に流れる水素ガスの流量にほとんど影響しないこととなる。
【００５３】
よって、このように、検査ライン２１の有効断面積Ｓａを、閉塞検査の対象区間である蓄圧器６よりも下流側におけるガス流路４の有効断面積Ｓｂよりも十分大きく設定しておけば、実際にノズル３を車両Ｓ側に接続しなくても、ガス供給システム１単独で、流量計７に基づくガス流路４の閉塞検査を行うことができる。
以上のとおり、制御部４１は、本発明の閉塞判定部としても機能する。
【００５４】
次に、遮断弁９からノズル３側の接続箇所Ａまでのガス流路の予冷水素ガスによる置換処理について説明する。
この予冷水素ガスによる置換処理は、例えば上記のガス漏れ検査及び閉塞検査後に行なわれるものであり、制御部４１は、温度センサＴ１からの検出信号に基づいて、流路４ａ内の水素ガスの温度が予め設定されている所定の予冷温度閾値以下であるか否かを判定する。
【００５５】
この予冷温度閾値の値は、ノズル３から車両ＳのタンクＴＡへ水素ガスを円滑に高速充填できる温度であり、流路４ａの径及び長さ、ガス供給システム１の設置場所あるいは季節などに応じて設定される。例えば、プレクーラ８での設定冷却温度が−２０℃である場合は、−１５℃程度に設定される。
【００５６】
この温度判定の結果、水素ガスの温度Ｔが予冷温度閾値以下であると判定された場合には、例えばディスペンサ部１１の表示部などに車両ＳのタンクＴＡへの水素ガス充填が可能であることを表示し、充填前処理の全てが完了したことを充填作業者へ知らせる。
【００５７】
これに対して、温度判定の結果、車両Ｓ側に供給される水素ガスの温度が予冷温度閾値以下でないと判定された場合には、制御部４１は遮断弁９，２３を開き、温度センサＴ１での水素ガスの検出温度が予冷温度閾値以下になるまで、蓄圧器６からプレクーラ８を介してノズル３側へ予冷水素ガスを供給し、更にこの予冷水素ガスを検査ライン２１へと送り出す。
【００５８】
なお、予冷水素ガスによる置換処理は、流路４ａでの検出温度による制御に代えて、ノズル３側へ送り込む水素ガスの流量あるいは送り込む時間の経過時間によって制御しても良い。ノズル３側へ送り込む水素ガスの流量は流量計７により測定可能であり、また、ノズル３側へ送り込む経過時間は、例えば制御部４１内に設けられているタイマによって計時可能である。
【００５９】
以上に述べた実施形態に係るガス供給システム１によれば、ノズル３をレセプタクル２２へ接続した状態にてノズル３から検査ライン２１へ水素ガスを放出すると、ノズル３と車両Ｓ側との接続箇所Ａに至るガス流路４内の全ての部分の圧力が上昇する。したがって、このガス流路４内の圧力状態からガス漏れの有無を検査することができる。
【００６０】
特に、ノズル３の内部に設けられている開閉弁が逆止弁であっても、あるいは電磁式の遮断弁であっても、タンクＴＡへの水素ガス充填開始前は昇圧が困難であった当該開閉弁よりも下流側の流路４ｂ、つまり、ノズル３内の開閉弁からノズル３の先端側におけるレセプタクル２２との接続箇所Ａまでの流路４ｂについても、ガス漏れ検査可能な圧力にまで昇圧可能となり、従来検査できなかった区間までもガス漏れ検査を実施することができる。
【００６１】
また、本実施形態のガス供給システム１によれば、通常のガス供給ラインから検査ライン２１へのガス放出時にガス流量を測定し、このガス流量に基づいてガス供給システム１側のガス流路４における閉塞などの不具合の有無を検査することができる。
この閉塞検査の結果、ガス供給システム１側に閉塞などの不具合が無いことを確認でき、その後車両Ｓに搭載されたタンクＴＡへの水素ガス充填時にガス流量の減少を検出した際には、車両Ｓ側の流路に不具合が存在することも容易に判定することができる。
【００６２】
さらに、本実施形態のガス供給システム１によれば、タンクＴＡへのガス充填に先だって検査ライン２１へガスを放出することが可能になるので、前回のガス充填によってプレクーラ８とノズル３との間に残留したまま外気温によって暖められてしまった水素ガスを、プレクーラ８によって十分に冷却された水素ガスに置換することができる。
【００６３】
これにより、充填開始時からプレクーラ８によって十分に予冷された水素ガスをガス供給対象である車両Ｓ側のタンクＴＡへ充填することが可能になるので、プレクーラ８の下流側にて外気温によって暖まった水素ガスを車両ＳのタンクＴＡへ充填することによる充填時間短縮化に対する悪影響を極力抑えることができる。
【００６４】
このように、上記実施形態に係るガス供給システム１によれば、タンクＴＡへの水素ガス充填に先立って、ガス流路４におけるガス漏れや閉塞などの不具合の有無及び箇所を確認し、ガス流路４に残留する水素ガスを予冷された水素ガスによって置換する、といった充填開始前処理を容易に行うことができる。
【００６５】
なお、上記ガス供給システム１では、検査ライン２１の終端を圧縮機５の上流側におけるガス流路４につないだが、この検査ライン２１の終端を水素カードル２に接続し、回収する水素ガスを水素カードル２へ戻すようにしても良い。
【００６６】
また、図４に示すように、検査ライン２１は、フレームアレスタや水封装置等の逆火防止装置４３を備えることにより、終端が大気開放された構成であっても良い。
この場合、ガス漏れ検査、閉塞検査及び置換処理時に流される水素ガスは、逆火防止装置４３を通過した後に大気に放出される。
【００６７】
次に、ガス供給システム１のディスペンサ部１１での表示について説明する。
【００６８】
一般に、ガス供給システム１では、ディスペンサ部１１の表示部に、ガス流路４におけるノズル３よりも上流側の圧力であるディスペンサ圧力が圧力センサＰ１に基づいて表示される。また、このディスペンサ圧力とともに、流量計７に基づくタンクＴＡへの充填量が表示される。これにより、水素ガスの充填作業者あるいは制御部４１は、車両ＳのタンクＴＡへの規定量の水素ガスの充填が完了したか否かを把握する。
【００６９】
ここで、図５及び図６は充填時間に対する蓄圧器６の圧力Ｐｃ（一点鎖線）、ディスペンサ圧力Ｐｄ（破線）及び車両ＳのタンクＴＡのタンク圧力Ｐｔ（実線）の変化を示している。
【００７０】
図５に示すように、タンクＴＡへの水素ガスの充填を開始すると、ディスペンサ圧力Ｐｄが上昇し、これに追従してタンク圧力Ｐｔも上昇する。これに対して、蓄圧器６の圧力Ｐｃは、水素ガスの放出に伴って下降する。
【００７１】
その後、充填源である蓄圧器６の圧力Ｐｃとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が小さくなると、それまで使用していた蓄圧器６を他の高圧の蓄圧器６に切り替える。これにより、蓄圧器６の圧力Ｐｃとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が大きくなり、ディスペンサ圧力Ｐｄが更に上昇し、これに追従してタンク圧力Ｐｔも上昇する。その後も必要に応じてこのような蓄圧器６の切り替えを繰り返すことにより、タンクＴＡへの水素ガス充填が行なわれる。
【００７２】
ところで、水素ガスの充填にかかる時間は極力短縮することが望まれているが、充填時間を短縮するために水素ガス供給量を増大させると、これに伴いノズル３の下流側での圧力損失の影響も大きくなり、ディスペンサ圧力Ｐｄの圧力変動が大きくなる。すると、図６に示すように、タンク圧力Ｐｔの追従に遅れが生じ、ディスペンサ圧力Ｐｄに対してタンク圧力Ｐｔが大きく乖離してしまう。
【００７３】
このように、充填時間の短縮化を図るべく水素ガス供給量を増大させると、ディスペンサ部１１に表示されるディスペンサ圧力Ｐｄとタンク圧力Ｐｔとの間に食い違いが生じるばかりか、その食い違いも大きくなり、制御部４１あるいは充填作業者による充填状況の正確な把握が困難となる。
【００７４】
また、充填時間を短縮すると、蓄圧器６の切り替え時におけるディスペンサ圧力Ｐｄもより一層急激に変化するので、充填中に蓄圧器６が切り替わることを特別意識していない充填作業者は、蓄圧器６の切り替え時にディスペンサ部１１に表示されるディスペンサ圧力Ｐｄの数値が急激に変化する瞬間を目の当たりにすることになり、戸惑いを感じる虞がある。
【００７５】
一方、ガス供給システム１のガスステーション１０側と車両Ｓとは、例えば、赤外線通信等の通信手段（不図示）によって、車両Ｓに搭載されているタンクＴＡの圧力情報や温度情報などのタンク情報を送受信しており、ガスステーション１０側のガス供給システム１では、車両Ｓから受信したタンク情報に基づいて制御部４１が水素ガスの供給制御を行う。
【００７６】
つまり、図７に示すように、ガスステーション１０にて車両Ｓに水素ガスを充填する際には、車両Ｓのタンク圧力Ｐｔを検出する圧力センサＰ４の検出信号が、通信手段によってガスステーション１０側の制御部４１へ送信されるようになっている。
【００７７】
そして、本実施形態に係るガス供給システム１では、制御部４１へ送信される車両Ｓ側の圧力センサＰ４の検出信号に基づいて、図８に示すように、ディスペンサ部１１の表示部５１に、水素ガスの充填量とともに車両Ｓのタンク圧力Ｐｔが表示される。
【００７８】
このガス供給システム１によれば、水素ガスが充填される車両Ｓの実際のタンク圧力Ｐｔが表示されるので、充填作業者は、このタンク圧力Ｐｔの表示を確認しながら充填作業を行なうことにより、蓄圧器６の切り替え時にも何ら戸惑うことなく、車両ＳのタンクＴＡへの水素ガスの充填状況を正確に把握することができる。
【００７９】
また、上記の例では、ディスペンサ部１１の表示部５１に、水素ガスの充填量とともに車両Ｓのタンク圧力Ｐｔを表示したが、図９に示すように、ディスペンサ圧力Ｐｄをさらに表示しても良い。
【００８０】
このようにすると、充填作業者は、車両ＳのタンクＴＡへの水素ガスの充填状況を正確に把握することができるだけでなく、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧を容易に確認することができる。そして、充填量が減少した際には、充填作業者は、その充填量の減少原因がガスステーション１０側あるいは車両Ｓ側のいずれに存在するかを容易に把握することができる。
【００８１】
例えば、充填量が少ない場合に、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が小さければ、ガスステーション１０側に原因があり、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの差圧が大きければ、車両Ｓ側に原因があると判定することができる。
【００８２】
また、車両Ｓ側の圧力センサＰ４に不具合が生じたとしても、充填作業者は、ディスペンサ圧力Ｐｄの表示から水素ガスの充填状況を把握することができるので、タンク圧力Ｐｔのみが表示されてディスペンサ圧力Ｐｄが全く表示されない場合よりも信頼性を高めることができる。
【００８３】
なお、ディスペンサ部１１の表示部５１での表示の仕方としては、数値によるデジタル表示に限らない。例えば図１０に示すように、各圧力を、指針５２を有するメータ５３によるアナログ表示としても良い。
【００８４】
また、タンク圧力Ｐｔとディスペンサ圧力Ｐｄとの判別を容易にするために、例えば、タンク圧力Ｐｔの表示部に色をつける、あるいはタンク圧力Ｐｔの表示をディスペンサ圧力Ｐｄの表示よりも大きくする等、タンク圧力Ｐｔの表示部をディスペンサ圧力Ｐｄの表示部よりも目立つようにしても良い。
【００８５】
また、圧力表示がアナログ表示の場合には、例えば図１１に示すように、タンク圧力Ｐｔの指針５２ａとディスペンサ圧力Ｐｄの指針５２ｂとを備えた一つのメータ５２を用い、この一つのメータ５２によって各圧力を表示しても良い。この場合、各圧力の判別を容易にするために、それぞれの指針５２ａ，５２ｂの形状、大きさあるいは色を異ならせるのが好ましい。
【符号の説明】
【００８６】
１…ガス供給システム、２…水素カードル（ガス供給源）、３…ノズル、７…流量計、８…プレクーラ（冷却部）、９…遮断弁（第１の遮断弁）、２１…検査ライン（ガス受入部）、２２，３１…レセプタクル、２３…遮断弁（第２の遮断弁）、４１…制御部（ガス漏れ判定部、閉塞判定部）５１…表示部、Ｐ１…圧力センサ、Ｓ…車両、Ｔ１…温度センサ、ＴＡ…タンク（ガス供給対象）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスをガス供給対象へと放出するノズルと、前記ガス供給源と前記ノズルとを接続するガス流路と、前記ガス流路に設けられた第１の遮断弁とを備え、前記ノズルを前記ガス供給対象側の供給口に接続した状態にて前記ノズルからガスを放出して前記ガス供給対象へガスを充填するガス供給システムであって、
前記ノズルから放出されたガスを受け入れるガス受入部を備え、
前記ガス受入部には、前記ノズルが接続されるレセプタクルと、前記第１の遮断弁との間に前記ノズル及び前記レセプタクルを含む閉空間を形成することが可能な第２の遮断弁とが設けられているガス供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給システムであって、
前記第１の遮断弁と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた圧力センサと、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁との間のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧された閉空間とし、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記閉空間におけるガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定部と、を備えるガス供給システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた流量計と、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給し、前記流量計の検出流量に基づいて前記ガス流路における閉塞の有無を判定する閉塞判定部と、を備えるガス供給システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた温度センサとを備え、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前は、前記温度センサの検出温度が所定の予冷温度閾値以下となるまで、前記冷却部によって予冷された前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給するガス供給システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給対象側から送信される情報に基づいて前記ガス供給対象の圧力を表示する表示部を備えているガス供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載のガス供給システムであって、
前記表示部は、前記ガス供給対象の圧力とともに、前記ノズルから放出するガスの圧力を表示するガス供給システム。
【請求項１】
ガス供給源と、前記ガス供給源からのガスをガス供給対象へと放出するノズルと、前記ガス供給源と前記ノズルとを接続するガス流路と、前記ガス流路に設けられた第１の遮断弁とを備え、前記ノズルを前記ガス供給対象側の供給口に接続した状態にて前記ノズルからガスを放出して前記ガス供給対象へガスを充填するガス供給システムであって、
前記ノズルから放出されたガスを受け入れるガス受入部を備え、
前記ガス受入部には、前記ノズルが接続されるレセプタクルと、前記第１の遮断弁との間に前記ノズル及び前記レセプタクルを含む閉空間を形成することが可能な第２の遮断弁とが設けられているガス供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガス供給システムであって、
前記第１の遮断弁と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた圧力センサと、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁との間のガス流路を所定のガス漏れ検査圧力まで昇圧された閉空間とし、前記圧力センサの検出圧力に基づいて前記閉空間におけるガス漏れの有無を判定するガス漏れ判定部と、を備えるガス供給システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた流量計と、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前に、前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給し、前記流量計の検出流量に基づいて前記ガス流路における閉塞の有無を判定する閉塞判定部と、を備えるガス供給システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源からのガスを冷却する冷却部と、前記冷却部と前記ノズルとの間のガス流路に設けられた温度センサとを備え、
前記ガス供給対象へのガス充填開始前は、前記温度センサの検出温度が所定の予冷温度閾値以下となるまで、前記冷却部によって予冷された前記ガス供給源からのガスを前記ガス受入部に供給するガス供給システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給対象側から送信される情報に基づいて前記ガス供給対象の圧力を表示する表示部を備えているガス供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載のガス供給システムであって、
前記表示部は、前記ガス供給対象の圧力とともに、前記ノズルから放出するガスの圧力を表示するガス供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６６０２３（Ｐ２０１０−２６６０２３Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１８９８３（Ｐ２００９−１１８９８３）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【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２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【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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