ガス充填装置
【課題】ガス供給元を、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該ガス蓄圧器から他方のガス蓄圧器に切り替えた際の流量計へのダメージを抑制するガス充填装置を提供する。
【解決手段】ガス供給経路２５を流動するガスの流量を測定する流量計３２と、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替える元弁２２、２４（蓄圧器切替手段）と、流量計３２よりも上流側のガス供給経路２５から分岐して再び合流する、ガス供給経路２５よりもガスの流動抵抗を大きく設定したガス供給副経路４０と、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替わった際、該高圧ガス蓄圧器８からのガスをガス供給副経路４０に流動させる１次開閉弁３１及び開閉弁４２（ガス経路切替手段）とを備えているので、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えた際の流量計３２へのダメージを抑制することができる。
【解決手段】ガス供給経路２５を流動するガスの流量を測定する流量計３２と、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替える元弁２２、２４（蓄圧器切替手段）と、流量計３２よりも上流側のガス供給経路２５から分岐して再び合流する、ガス供給経路２５よりもガスの流動抵抗を大きく設定したガス供給副経路４０と、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替わった際、該高圧ガス蓄圧器８からのガスをガス供給副経路４０に流動させる１次開閉弁３１及び開閉弁４２（ガス経路切替手段）とを備えているので、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えた際の流量計３２へのダメージを抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧縮された水素ガスを被ガス供給体に充填する際のガス充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素ガスを燃料にして走行する自動車の開発や、水素ガスを原料として生成された電気により走行する燃料電池車の開発が進められている。これに伴って、高圧に圧縮された水素ガスを自動車の燃料タンク（被ガス供給体）に充填するガス充填装置の実用化も進められている。
この種のガス充填装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、充填ノズルを自動車側のレセプタクルに接続し、充填ホースの先端部に連通された三方弁を切り替え操作することによりガス蓄圧器に貯蔵されたガスを自動車の燃料タンクに充填するように構成されている。
【０００３】
また、上述したガス充填装置では、充填開始当初は、可変圧ガス蓄圧器側の元弁が開かれて、可変圧ガス蓄圧器から燃料タンクへガス充填が行われる。その後、供給中の流量や制御弁の開度等による蓄圧器の切替条件（例えば、制御弁の弁開度が所定の開度以上となったにもかかわらず供給中の流量が所定流量以下に低下している場合）が成立すると、ガス供給元のガス蓄圧器を可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り替えて供給されるようになる。これにより、燃料タンクへのガス供給元を、ガス圧の低下してきた可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り換えることにより、可変圧ガス蓄圧器のガスのみを使用して、燃料タンク内に目標圧力に達するまでガス充填を行う形態に比べてその充填時間を短縮することができるようになっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したガス充填装置では、被ガス供給体にガスを供給するガス供給元を、可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り替えた際、ガス供給経路内のガス圧力が急激に上昇するため、ガス供給経路の途中に配置された流量計への急加圧によるダメージを及ぼすことが懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、被ガス供給体へのガス供給元を、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器に切り替えた際の機器へのダメージを抑制するガス充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明のうち請求項１に記載したガス充填装置の発明は、コンプレッサにより圧縮されたガスが貯蔵された複数のガス蓄圧器のうち、いずれか一つのガス蓄圧器からガス供給経路を介して被ガス供給体にガスを供給するガス充填装置であって、前記ガス供給経路に備えられ、該ガス供給経路を流動するガスの流量を測定する流量測定部と、前記複数のガス蓄圧器のうち、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器へガス供給元を切り替える蓄圧器切替手段と、前記流量測定部よりも上流側の前記ガス供給経路に設けられ、該ガス供給経路から分岐して再び該ガス供給経路に合流し、前記ガス供給経路よりもガスの流動抵抗が大きくなるように設定されたガス供給副経路と、前記蓄圧器切換手段により前記他方のガス蓄圧器に切り替わった際、該ガス蓄圧器からのガスを前記ガス供給副経路に流動させるガス経路切替手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス充填装置によれば、被ガス供給体へのガス供給元を、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器に切り替えた際の機器へのダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るガス充填装置を示すシステム系統図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るガス充填装置のガス充填制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１及び図２に基いて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るガス充填装置１は、例えば自動車の燃料タンク２（被ガス供給体）に圧縮したガス（本実施の形態では、水素ガス）を充填するものであり、ガス供給ステーションなどに設置されている。
【００１１】
本発明の実施の形態に係るガス充填装置１を図１に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るガス充填装置１は、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス貯蔵部３と、ガス貯蔵部３からのガスを燃料タンク２に充填するためのディスペンサユニット４と、ディスペンサユニット４内に備えられ、各機器を制御する制御装置５とから概略構成されている。
ガス貯蔵部３は、圧力源として可変圧ガス蓄圧器（一方のガス蓄圧器）７及び高圧ガス蓄圧器（他方のガス蓄圧器）８を備えている。可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８には、コンプレッサ９より高圧のガスが供給され貯蔵される。なお、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８には、燃料タンク２の目標充填圧力よりも高圧のガスが蓄圧される。
【００１２】
具体的には、これら可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８は、コンプレッサ９により圧縮された高圧のガスを蓄圧する容器であり、コンプレッサ９に連通されたガス供給経路１０、１１を介して圧縮されたガスが供給される。ガス供給経路１０、１１には、それぞれ、エア駆動式で開閉する開閉弁１２、１３と、該開閉弁１２、１３への逆流を防止する逆止弁１４、１５とが備えられている。
なお、本実施の形態において使用されている弁は、上述の開閉弁１２、１３を含め、圧縮空気の圧力を利用して開閉或いはその弁開度が調整される所謂エア駆動式の弁が使用されているが、本発明に使用される弁としてはエア駆動式に限るものではなく、例えば、電動で開閉する電動式の弁を使用してよいのは勿論である。
コンプレッサ９は、多段圧縮方式の圧縮機であり、吸い込み経路１６を介してガスを貯蔵するガスタンクあるいはガスを生成する水素生成設備と連通する中圧配管１７に連通されている。そして、コンプレッサ９により圧縮されたガスは、開閉弁１２、１３のうち開弁された方のガス供給経路１０または１１を介して可変圧ガス蓄圧器７または高圧ガス蓄圧器８の何れか一方に供給される。
また、可変圧ガス蓄圧器７から下流側のガス供給経路２０には、元弁２２と、該元弁２２への逆流を防止する逆止弁２３とが備えられる。一方、高圧ガス蓄圧器８から下流側のガス供給経路２１には元弁２４が備えられる。
【００１３】
ディスペンサユニット４には、ガス貯蔵部３（可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８）に連通されたガス供給経路２５が備えられる。なお、ガス供給経路２５の下流端にはディスペンサユニット４の外部に延びる充填ホース２６が緊急離脱カップリング２７を介して接続されている。充填ホース２６の先端には、燃料タンク２の充填口２ａに連結される充填ノズル２８が備えられる。燃料タンク２と充填口２ａとの間には、充填口２ａへの逆流を防止する逆止弁２９が備えられる。
【００１４】
ディスペンサユニット４のガス供給経路２５には、上流側から下流側へ順に、１次圧力計３０、１次開閉弁３１、流量計（流量測定部）３２、２次開閉弁３３、制御弁３４、温度センサー３５、圧力センサー３６、２次圧力計３７、安全弁３８が備えられる。
また、流量計３２から上流側のガス供給経路２５には、１次開閉弁３１の上流側で該ガス供給経路２５から分岐し、１次開閉弁３１の下流側で再びガス供給経路２５に合流するガス供給副経路４０が備えられている。該ガス供給副経路４０には、上流側から可変手動絞り弁４１及び開閉弁４２が配置される。
なお、この可変手動絞り弁４１は、開閉弁４２が開弁させている際にガス供給副経路４０内を流動するガスに対する流動抵抗を、１次開閉弁３１が開弁している際の当該１次開閉弁３１内を流れる流動抵抗よりも大きくするためのものであり、可変手動絞り弁４１の開度は作業者により予め所定の開度に調整されている。
ディスペンサユニット４には、充填ホース２６先端の充填ノズル２８が燃料タンク２の充填口２ａに結合された後に操作される充填開始スイッチ４３と、充填を停止する際に操作される充填停止スイッチ４４とが備えられる。
【００１５】
ディスペンサユニット４の制御装置５には、１次開閉弁３１、流量計３２、２次開閉弁３３、制御弁３４、温度センサー３５、圧力センサー３６、メモリ４５、充填開始スイッチ４３、充填停止スイッチ４４、元弁２２、２４及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２がそれぞれ接続されている。
なお、コンプレッサ９及び各開閉弁１２、１３は図示せぬ制御装置に接続されており、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８内のガス圧が所定圧力まで低下した場合、当該制御装置からのコンプレッサ９への駆動指示及び各開閉弁１２、１３への開閉指示により、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８内の圧力を燃料タンク２にガスを充填しうる高い圧力に保持する。なお、開閉弁１２、１３は、エア駆動式であり、エアの供給・非供給で弁を開閉するものである。
【００１６】
１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び開閉弁４２（ガス供給副経路４０側）は、エア駆動式で、エアの供給・非供給で弁を開閉するものであり、制御装置５からの信号により作動する。さらに、元弁２２、２４もエア駆動式で、エアの供給・非供給で弁を開閉するものであり、制御装置５からの信号をトリガとして、外部制御装置からの信号により作動する。
制御弁３４は、エア駆動式で、エアの供給で開弁し、制御信号で制御圧（エア圧）を制御して弁開度を調整する弁であり、制御装置５の制御プログラムに基づく指令により任意の弁開度に制御されてガス圧を制御するものである。
また、制御装置５は、充填開始スイッチ４３からの信号を受信した後、適宜の条件下において元弁２２、２４、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２を開閉させる。
流量計（流量測定部）３２は、コリオリ式質量流量計からなり、供給されたガスの流量に応じた信号を制御装置５に出力する。
【００１７】
温度センサー３５は、ガス供給経路２５の外周部の温度を測定し、この測定された温度から燃料タンク２内の温度を推定している。
圧力センサー３６は、制御弁３４の下流側で制御弁３４を通過したガス圧を測定し、その検出信号を制御装置５に出力すると共に、ガス充填開始後の充填初期段階で燃料タンク２内の残ガス圧を測定し、その検出信号を制御装置５に出力する。
【００１８】
制御装置５のメモリ４５には、ガス充填時、圧力センサー３６により測定された圧力値から得られる圧力上昇率が、予め設定された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁３４の弁開度を制御する前記制御プログラム（定圧上昇制御）が格納され、上述したように、制御装置５により制御弁３４の開度が制御される。
【００１９】
なお、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２及び高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４が、ガス供給元を、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８へ切り替える蓄圧器切替手段に相当する。また、ガス供給経路２５側の１次開閉弁３１及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２が、高圧ガス蓄圧器８からのガスをガス供給副経路４０に流動させるガス経路切替手段に相当する。
【００２０】
次に、以上説明した本発明の実施の形態に係るガス充填装置１によるガス貯蔵部３から燃料タンク２へのガス充填制御フローを図２に基いて説明する。
特に、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えて燃料タンク２にガスを充填する際のガス充填制御フローを詳細に説明する。
作業員は、ガス充填を受ける自動車が到着すると、自動車をディスペンサユニット４に誘導し、充填ホース２６先端の充填ノズル２８を燃料タンク２の充填口２ａに連結させた後、充填開始スイッチ４３をオン操作する（ステップＳ１）。
次に、ステップＳ２において、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２が開弁され、ガス供給元が可変圧ガス蓄圧器７に設定される。なお、高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４は閉弁された状態が保持される。
【００２１】
次に、ステップＳ３及びＳ４において、充填開始スイッチ４３のオン操作に基いて、制御装置５からの信号により、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び制御弁３４が開弁され、ガスが充填ホース２６内（２次開閉弁３３から下流側のガス供給経路２５を含む）に所定量充填されるまで定流量充填制御（微小流量での燃料タンク２へのガス充填制御）が実行される。なお、この時、開閉弁４２（ガス供給副経路４０側）は閉弁された状態が保持される。その後、ステップＳ５において、流量計３２により初期積算流量を取り込み、また、圧力センサー３６により充填初期圧力を取り込む。
次に、ステップＳ６及びＳ７において、これらの初期積算流量及び充填初期圧力値により適宜の圧力上昇率が選択されて、圧力センサー３６からの測定値から得られる圧力上昇率が、選択された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁３４の開度が制御装置５により制御（定圧上昇制御）されて、燃料タンク２へ定圧上昇充填が実行される。
【００２２】
次に、ステップＳ８において、制御装置５では、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８への切替条件が成立しているか否かが判定される。例えば、制御弁３４の開度が所定値以上であるのに対して、ガス流量が所定値以下（この現象は、可変圧ガス蓄圧器７のガス圧低下により可変圧ガス蓄圧器７内の圧力と燃料タンク２内の圧力との差圧が小さくなっていることを示す）であるか否かが判定される。その判定結果がＹＥＳであれば、次のステップＳ９に進み、その判定結果がＮＯであればステップＳ１５に進み、以後の工程が実行される。
次に、ステップＳ９では、制御弁３４による定圧上昇制御を中断し、制御弁３４を所定の弁開度に絞り、この絞った状態を固定する。その後、ステップＳ１０では、制御装置５からの信号に基いて、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２が閉弁されると共に、ガス供給副経路４０側の開閉弁４２が開弁される。これにより、ガス供給副経路４０を用いてのガスの充填が行なわれる。
次に、ステップＳ１１では、ステップＳ１０の処理（ガス供給副経路４０側の開閉弁４２の開弁）が行なわれてからの経過時間が予め設定された設定時間（例えば１秒）に到達したか否かが判定されて、該設定時間に到達したならば、次のステップＳ１２に進む。その後、ステップＳ１２では、制御装置５からの信号に基いて、高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４が開弁されると共に１次開閉弁３１が閉弁される。
【００２３】
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１０の処理（ガス供給副経路４０側の開閉弁４２の開弁）が行なわれてからの経過時間が予め設定された開弁時間（例えば１０秒。なお、この開弁時間は前述のステップＳ１１で利用されている設定時間よりも長い時間に設定されている。）に到達したか否かが判定され、該開弁時間に到達したならば、ステップＳ１４にて、制御装置５からの信号により、開閉弁４２が閉弁されると共に１次開閉弁３１が開弁され、更に、前述のステップＳ９において行なわれた制御弁３４の所定の弁開度の固定を止めて、制御弁３４の弁開度を調節することによる前述の定圧上昇制御を再開する。なお、可変手動絞り弁４１の開度は、作業者により調節されるものであり、燃料タンク２へのガスの充填の有無に拘らず、一定に維持される。
次に、ステップＳ１５において、燃料タンク２へのガスの充填完了条件が成立したか否か（例えば、燃料タンク２内の圧力が所定の圧力（目標充填圧力）に到達したことが圧力センサー３６により検出された場合や、燃料タンク２に充填されるガスの流量が所定の流量以下に低下したことが流量計３２により計測された場合などに、上記成立が判定される。）判定され、その判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１６に進み、制御装置５からの信号により、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び制御弁３４が閉弁されて、燃料タンク２へのガス充填が完了する。なお、ステップＳ１５において、その判定結果がＮＯであれば、ステップＳ８に戻り以後の工程が実行される。
【００２４】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るガス充填装置１では、流量計３２よりも上流側のガス供給経路２５に、該ガス供給経路２５から分岐して再び該ガス供給経路２５に合流し、ガス供給経路２５よりもガスの流動抵抗を大きく設定されたガス供給副経路４０を備えているので、ガス供給元が可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えられても、高圧ガス蓄圧器８からのガスは一時的にガス供給副経路４０に流動することでその流量が絞られた状態で流量計３２に到達するために、流量計３２への大きな流量変動を抑えることができ、流量計３２へのダメージを抑制することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、圧縮ガスとして水素ガスを説明したが、これに限らず、水素ガス以外のガス、例えば、ブタン，プロパンなどのガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を被ガス供給体に充填する形態に適用してもよい。
また、本実施の形態では、自動車の燃料タンク２に圧縮されたガスを充填する形態を説明したが、これに限らず、他のタンクや容器等に圧縮されたガスを充填する際にも適用することができる。さらに、本ガス充填装置１のディスペンサユニット４を、他の場所に給送するための管路の途中に設置してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１ ガス充填装置，２ 燃料タンク（被ガス供給体），３ ガス貯蔵部，４ ディスペンサユニット，５ 制御装置，７ 可変圧ガス蓄圧器（一方のガス蓄圧器），８ 高圧ガス蓄圧器（他方のガス蓄圧器），２２ 元弁（蓄圧器切替手段），２４ 元弁（蓄圧器切替手段），２５ ガス供給経路（ディスペンサユニット内），３１ １次開閉弁（ガス経路切替手段），３２ 流量計（流量測定部），３３ ２次開閉弁，３４ 制御弁，４０ ガス供給副経路，４１ 可変手動絞り弁，４２ 開閉弁（ガス経路切替手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧縮された水素ガスを被ガス供給体に充填する際のガス充填装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素ガスを燃料にして走行する自動車の開発や、水素ガスを原料として生成された電気により走行する燃料電池車の開発が進められている。これに伴って、高圧に圧縮された水素ガスを自動車の燃料タンク（被ガス供給体）に充填するガス充填装置の実用化も進められている。
この種のガス充填装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、充填ノズルを自動車側のレセプタクルに接続し、充填ホースの先端部に連通された三方弁を切り替え操作することによりガス蓄圧器に貯蔵されたガスを自動車の燃料タンクに充填するように構成されている。
【０００３】
また、上述したガス充填装置では、充填開始当初は、可変圧ガス蓄圧器側の元弁が開かれて、可変圧ガス蓄圧器から燃料タンクへガス充填が行われる。その後、供給中の流量や制御弁の開度等による蓄圧器の切替条件（例えば、制御弁の弁開度が所定の開度以上となったにもかかわらず供給中の流量が所定流量以下に低下している場合）が成立すると、ガス供給元のガス蓄圧器を可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り替えて供給されるようになる。これにより、燃料タンクへのガス供給元を、ガス圧の低下してきた可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り換えることにより、可変圧ガス蓄圧器のガスのみを使用して、燃料タンク内に目標圧力に達するまでガス充填を行う形態に比べてその充填時間を短縮することができるようになっている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２０５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したガス充填装置では、被ガス供給体にガスを供給するガス供給元を、可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り替えた際、ガス供給経路内のガス圧力が急激に上昇するため、ガス供給経路の途中に配置された流量計への急加圧によるダメージを及ぼすことが懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、被ガス供給体へのガス供給元を、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器に切り替えた際の機器へのダメージを抑制するガス充填装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための手段として、本発明のうち請求項１に記載したガス充填装置の発明は、コンプレッサにより圧縮されたガスが貯蔵された複数のガス蓄圧器のうち、いずれか一つのガス蓄圧器からガス供給経路を介して被ガス供給体にガスを供給するガス充填装置であって、前記ガス供給経路に備えられ、該ガス供給経路を流動するガスの流量を測定する流量測定部と、前記複数のガス蓄圧器のうち、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器へガス供給元を切り替える蓄圧器切替手段と、前記流量測定部よりも上流側の前記ガス供給経路に設けられ、該ガス供給経路から分岐して再び該ガス供給経路に合流し、前記ガス供給経路よりもガスの流動抵抗が大きくなるように設定されたガス供給副経路と、前記蓄圧器切換手段により前記他方のガス蓄圧器に切り替わった際、該ガス蓄圧器からのガスを前記ガス供給副経路に流動させるガス経路切替手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のガス充填装置によれば、被ガス供給体へのガス供給元を、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器に切り替えた際の機器へのダメージを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るガス充填装置を示すシステム系統図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るガス充填装置のガス充填制御フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図１及び図２に基いて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るガス充填装置１は、例えば自動車の燃料タンク２（被ガス供給体）に圧縮したガス（本実施の形態では、水素ガス）を充填するものであり、ガス供給ステーションなどに設置されている。
【００１１】
本発明の実施の形態に係るガス充填装置１を図１に基いて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係るガス充填装置１は、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス貯蔵部３と、ガス貯蔵部３からのガスを燃料タンク２に充填するためのディスペンサユニット４と、ディスペンサユニット４内に備えられ、各機器を制御する制御装置５とから概略構成されている。
ガス貯蔵部３は、圧力源として可変圧ガス蓄圧器（一方のガス蓄圧器）７及び高圧ガス蓄圧器（他方のガス蓄圧器）８を備えている。可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８には、コンプレッサ９より高圧のガスが供給され貯蔵される。なお、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８には、燃料タンク２の目標充填圧力よりも高圧のガスが蓄圧される。
【００１２】
具体的には、これら可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８は、コンプレッサ９により圧縮された高圧のガスを蓄圧する容器であり、コンプレッサ９に連通されたガス供給経路１０、１１を介して圧縮されたガスが供給される。ガス供給経路１０、１１には、それぞれ、エア駆動式で開閉する開閉弁１２、１３と、該開閉弁１２、１３への逆流を防止する逆止弁１４、１５とが備えられている。
なお、本実施の形態において使用されている弁は、上述の開閉弁１２、１３を含め、圧縮空気の圧力を利用して開閉或いはその弁開度が調整される所謂エア駆動式の弁が使用されているが、本発明に使用される弁としてはエア駆動式に限るものではなく、例えば、電動で開閉する電動式の弁を使用してよいのは勿論である。
コンプレッサ９は、多段圧縮方式の圧縮機であり、吸い込み経路１６を介してガスを貯蔵するガスタンクあるいはガスを生成する水素生成設備と連通する中圧配管１７に連通されている。そして、コンプレッサ９により圧縮されたガスは、開閉弁１２、１３のうち開弁された方のガス供給経路１０または１１を介して可変圧ガス蓄圧器７または高圧ガス蓄圧器８の何れか一方に供給される。
また、可変圧ガス蓄圧器７から下流側のガス供給経路２０には、元弁２２と、該元弁２２への逆流を防止する逆止弁２３とが備えられる。一方、高圧ガス蓄圧器８から下流側のガス供給経路２１には元弁２４が備えられる。
【００１３】
ディスペンサユニット４には、ガス貯蔵部３（可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８）に連通されたガス供給経路２５が備えられる。なお、ガス供給経路２５の下流端にはディスペンサユニット４の外部に延びる充填ホース２６が緊急離脱カップリング２７を介して接続されている。充填ホース２６の先端には、燃料タンク２の充填口２ａに連結される充填ノズル２８が備えられる。燃料タンク２と充填口２ａとの間には、充填口２ａへの逆流を防止する逆止弁２９が備えられる。
【００１４】
ディスペンサユニット４のガス供給経路２５には、上流側から下流側へ順に、１次圧力計３０、１次開閉弁３１、流量計（流量測定部）３２、２次開閉弁３３、制御弁３４、温度センサー３５、圧力センサー３６、２次圧力計３７、安全弁３８が備えられる。
また、流量計３２から上流側のガス供給経路２５には、１次開閉弁３１の上流側で該ガス供給経路２５から分岐し、１次開閉弁３１の下流側で再びガス供給経路２５に合流するガス供給副経路４０が備えられている。該ガス供給副経路４０には、上流側から可変手動絞り弁４１及び開閉弁４２が配置される。
なお、この可変手動絞り弁４１は、開閉弁４２が開弁させている際にガス供給副経路４０内を流動するガスに対する流動抵抗を、１次開閉弁３１が開弁している際の当該１次開閉弁３１内を流れる流動抵抗よりも大きくするためのものであり、可変手動絞り弁４１の開度は作業者により予め所定の開度に調整されている。
ディスペンサユニット４には、充填ホース２６先端の充填ノズル２８が燃料タンク２の充填口２ａに結合された後に操作される充填開始スイッチ４３と、充填を停止する際に操作される充填停止スイッチ４４とが備えられる。
【００１５】
ディスペンサユニット４の制御装置５には、１次開閉弁３１、流量計３２、２次開閉弁３３、制御弁３４、温度センサー３５、圧力センサー３６、メモリ４５、充填開始スイッチ４３、充填停止スイッチ４４、元弁２２、２４及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２がそれぞれ接続されている。
なお、コンプレッサ９及び各開閉弁１２、１３は図示せぬ制御装置に接続されており、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８内のガス圧が所定圧力まで低下した場合、当該制御装置からのコンプレッサ９への駆動指示及び各開閉弁１２、１３への開閉指示により、可変圧ガス蓄圧器７及び高圧ガス蓄圧器８内の圧力を燃料タンク２にガスを充填しうる高い圧力に保持する。なお、開閉弁１２、１３は、エア駆動式であり、エアの供給・非供給で弁を開閉するものである。
【００１６】
１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び開閉弁４２（ガス供給副経路４０側）は、エア駆動式で、エアの供給・非供給で弁を開閉するものであり、制御装置５からの信号により作動する。さらに、元弁２２、２４もエア駆動式で、エアの供給・非供給で弁を開閉するものであり、制御装置５からの信号をトリガとして、外部制御装置からの信号により作動する。
制御弁３４は、エア駆動式で、エアの供給で開弁し、制御信号で制御圧（エア圧）を制御して弁開度を調整する弁であり、制御装置５の制御プログラムに基づく指令により任意の弁開度に制御されてガス圧を制御するものである。
また、制御装置５は、充填開始スイッチ４３からの信号を受信した後、適宜の条件下において元弁２２、２４、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２を開閉させる。
流量計（流量測定部）３２は、コリオリ式質量流量計からなり、供給されたガスの流量に応じた信号を制御装置５に出力する。
【００１７】
温度センサー３５は、ガス供給経路２５の外周部の温度を測定し、この測定された温度から燃料タンク２内の温度を推定している。
圧力センサー３６は、制御弁３４の下流側で制御弁３４を通過したガス圧を測定し、その検出信号を制御装置５に出力すると共に、ガス充填開始後の充填初期段階で燃料タンク２内の残ガス圧を測定し、その検出信号を制御装置５に出力する。
【００１８】
制御装置５のメモリ４５には、ガス充填時、圧力センサー３６により測定された圧力値から得られる圧力上昇率が、予め設定された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁３４の弁開度を制御する前記制御プログラム（定圧上昇制御）が格納され、上述したように、制御装置５により制御弁３４の開度が制御される。
【００１９】
なお、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２及び高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４が、ガス供給元を、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８へ切り替える蓄圧器切替手段に相当する。また、ガス供給経路２５側の１次開閉弁３１及びガス供給副経路４０側の開閉弁４２が、高圧ガス蓄圧器８からのガスをガス供給副経路４０に流動させるガス経路切替手段に相当する。
【００２０】
次に、以上説明した本発明の実施の形態に係るガス充填装置１によるガス貯蔵部３から燃料タンク２へのガス充填制御フローを図２に基いて説明する。
特に、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えて燃料タンク２にガスを充填する際のガス充填制御フローを詳細に説明する。
作業員は、ガス充填を受ける自動車が到着すると、自動車をディスペンサユニット４に誘導し、充填ホース２６先端の充填ノズル２８を燃料タンク２の充填口２ａに連結させた後、充填開始スイッチ４３をオン操作する（ステップＳ１）。
次に、ステップＳ２において、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２が開弁され、ガス供給元が可変圧ガス蓄圧器７に設定される。なお、高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４は閉弁された状態が保持される。
【００２１】
次に、ステップＳ３及びＳ４において、充填開始スイッチ４３のオン操作に基いて、制御装置５からの信号により、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び制御弁３４が開弁され、ガスが充填ホース２６内（２次開閉弁３３から下流側のガス供給経路２５を含む）に所定量充填されるまで定流量充填制御（微小流量での燃料タンク２へのガス充填制御）が実行される。なお、この時、開閉弁４２（ガス供給副経路４０側）は閉弁された状態が保持される。その後、ステップＳ５において、流量計３２により初期積算流量を取り込み、また、圧力センサー３６により充填初期圧力を取り込む。
次に、ステップＳ６及びＳ７において、これらの初期積算流量及び充填初期圧力値により適宜の圧力上昇率が選択されて、圧力センサー３６からの測定値から得られる圧力上昇率が、選択された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁３４の開度が制御装置５により制御（定圧上昇制御）されて、燃料タンク２へ定圧上昇充填が実行される。
【００２２】
次に、ステップＳ８において、制御装置５では、可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８への切替条件が成立しているか否かが判定される。例えば、制御弁３４の開度が所定値以上であるのに対して、ガス流量が所定値以下（この現象は、可変圧ガス蓄圧器７のガス圧低下により可変圧ガス蓄圧器７内の圧力と燃料タンク２内の圧力との差圧が小さくなっていることを示す）であるか否かが判定される。その判定結果がＹＥＳであれば、次のステップＳ９に進み、その判定結果がＮＯであればステップＳ１５に進み、以後の工程が実行される。
次に、ステップＳ９では、制御弁３４による定圧上昇制御を中断し、制御弁３４を所定の弁開度に絞り、この絞った状態を固定する。その後、ステップＳ１０では、制御装置５からの信号に基いて、可変圧ガス蓄圧器７側の元弁２２が閉弁されると共に、ガス供給副経路４０側の開閉弁４２が開弁される。これにより、ガス供給副経路４０を用いてのガスの充填が行なわれる。
次に、ステップＳ１１では、ステップＳ１０の処理（ガス供給副経路４０側の開閉弁４２の開弁）が行なわれてからの経過時間が予め設定された設定時間（例えば１秒）に到達したか否かが判定されて、該設定時間に到達したならば、次のステップＳ１２に進む。その後、ステップＳ１２では、制御装置５からの信号に基いて、高圧ガス蓄圧器８側の元弁２４が開弁されると共に１次開閉弁３１が閉弁される。
【００２３】
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１０の処理（ガス供給副経路４０側の開閉弁４２の開弁）が行なわれてからの経過時間が予め設定された開弁時間（例えば１０秒。なお、この開弁時間は前述のステップＳ１１で利用されている設定時間よりも長い時間に設定されている。）に到達したか否かが判定され、該開弁時間に到達したならば、ステップＳ１４にて、制御装置５からの信号により、開閉弁４２が閉弁されると共に１次開閉弁３１が開弁され、更に、前述のステップＳ９において行なわれた制御弁３４の所定の弁開度の固定を止めて、制御弁３４の弁開度を調節することによる前述の定圧上昇制御を再開する。なお、可変手動絞り弁４１の開度は、作業者により調節されるものであり、燃料タンク２へのガスの充填の有無に拘らず、一定に維持される。
次に、ステップＳ１５において、燃料タンク２へのガスの充填完了条件が成立したか否か（例えば、燃料タンク２内の圧力が所定の圧力（目標充填圧力）に到達したことが圧力センサー３６により検出された場合や、燃料タンク２に充填されるガスの流量が所定の流量以下に低下したことが流量計３２により計測された場合などに、上記成立が判定される。）判定され、その判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１６に進み、制御装置５からの信号により、１次開閉弁３１、２次開閉弁３３及び制御弁３４が閉弁されて、燃料タンク２へのガス充填が完了する。なお、ステップＳ１５において、その判定結果がＮＯであれば、ステップＳ８に戻り以後の工程が実行される。
【００２４】
以上説明したように、本発明の実施の形態に係るガス充填装置１では、流量計３２よりも上流側のガス供給経路２５に、該ガス供給経路２５から分岐して再び該ガス供給経路２５に合流し、ガス供給経路２５よりもガスの流動抵抗を大きく設定されたガス供給副経路４０を備えているので、ガス供給元が可変圧ガス蓄圧器７から高圧ガス蓄圧器８に切り替えられても、高圧ガス蓄圧器８からのガスは一時的にガス供給副経路４０に流動することでその流量が絞られた状態で流量計３２に到達するために、流量計３２への大きな流量変動を抑えることができ、流量計３２へのダメージを抑制することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、圧縮ガスとして水素ガスを説明したが、これに限らず、水素ガス以外のガス、例えば、ブタン，プロパンなどのガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を被ガス供給体に充填する形態に適用してもよい。
また、本実施の形態では、自動車の燃料タンク２に圧縮されたガスを充填する形態を説明したが、これに限らず、他のタンクや容器等に圧縮されたガスを充填する際にも適用することができる。さらに、本ガス充填装置１のディスペンサユニット４を、他の場所に給送するための管路の途中に設置してもよい。
【符号の説明】
【００２６】
１ ガス充填装置，２ 燃料タンク（被ガス供給体），３ ガス貯蔵部，４ ディスペンサユニット，５ 制御装置，７ 可変圧ガス蓄圧器（一方のガス蓄圧器），８ 高圧ガス蓄圧器（他方のガス蓄圧器），２２ 元弁（蓄圧器切替手段），２４ 元弁（蓄圧器切替手段），２５ ガス供給経路（ディスペンサユニット内），３１ １次開閉弁（ガス経路切替手段），３２ 流量計（流量測定部），３３ ２次開閉弁，３４ 制御弁，４０ ガス供給副経路，４１ 可変手動絞り弁，４２ 開閉弁（ガス経路切替手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサにより圧縮されたガスが貯蔵された複数のガス蓄圧器のうち、いずれか一つのガス蓄圧器からガス供給経路を介して被ガス供給体にガスを供給するガス充填装置であって、
前記ガス供給経路に備えられ、該ガス供給経路を流動するガスの流量を測定する流量測定部と、
前記複数のガス蓄圧器のうち、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器へガス供給元を切り替える蓄圧器切替手段と、
前記流量測定部よりも上流側の前記ガス供給経路に設けられ、該ガス供給経路から分岐して再び該ガス供給経路に合流し、前記ガス供給経路よりもガスの流動抵抗が大きくなるように設定されたガス供給副経路と、
前記蓄圧器切換手段により前記他方のガス蓄圧器に切り替わった際、該ガス蓄圧器からのガスを前記ガス供給副経路に流動させるガス経路切替手段と、
を備えたことを特徴とするガス充填装置。
【請求項２】
前記ガス供給経路には、前記被ガス供給体に供給されるガスの圧力を調整するための制御弁が設けられてなるとともに、ガスが前記ガス供給副経路を流動する際には、前記制御弁の開度が一定に維持されることを特徴とする請求項１に記載のガス充填装置。
【請求項１】
コンプレッサにより圧縮されたガスが貯蔵された複数のガス蓄圧器のうち、いずれか一つのガス蓄圧器からガス供給経路を介して被ガス供給体にガスを供給するガス充填装置であって、
前記ガス供給経路に備えられ、該ガス供給経路を流動するガスの流量を測定する流量測定部と、
前記複数のガス蓄圧器のうち、一方のガス蓄圧器のガス圧低下により該一方のガス蓄圧器から高圧の他方のガス蓄圧器へガス供給元を切り替える蓄圧器切替手段と、
前記流量測定部よりも上流側の前記ガス供給経路に設けられ、該ガス供給経路から分岐して再び該ガス供給経路に合流し、前記ガス供給経路よりもガスの流動抵抗が大きくなるように設定されたガス供給副経路と、
前記蓄圧器切換手段により前記他方のガス蓄圧器に切り替わった際、該ガス蓄圧器からのガスを前記ガス供給副経路に流動させるガス経路切替手段と、
を備えたことを特徴とするガス充填装置。
【請求項２】
前記ガス供給経路には、前記被ガス供給体に供給されるガスの圧力を調整するための制御弁が設けられてなるとともに、ガスが前記ガス供給副経路を流動する際には、前記制御弁の開度が一定に維持されることを特徴とする請求項１に記載のガス充填装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１７４９５１（Ｐ２０１０−１７４９５１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６６７７（Ｐ２００９−１６６７７）
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（水素安全利用等基盤技術開発 水素インフラに関する研究開発 水素充てん機の実用化技術の開発、産業活力再生特別措置法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００１１００９９）トキコテクノ株式会社 (264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２８日（２００９．１．２８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）国等の委託研究の成果に係る特許出願（水素安全利用等基盤技術開発 水素インフラに関する研究開発 水素充てん機の実用化技術の開発、産業活力再生特別措置法第１９条の適用を受けるもの）
【出願人】（０００１１００９９）トキコテクノ株式会社 (264)
【Ｆターム（参考）】
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