JP3571382B2 - ガス供給装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に被充填タンクへのガス充填作業を連続的に行えるよう構成したガス供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス(CNG)等を別のタンクに供給するガス供給装置としては、実開平4−64699号公報にみられるような装置がある。当該公報の装置は、圧縮されたガスを急速充填する方式が採用されており、圧縮機により所定圧以上に昇圧されたガスをガス供給タンクに一旦貯めておき、そしてガス供給タンクに貯められたガスを自動車の燃料タンク(被充填タンク)に注入して燃料タンク内が所定圧に達するまで充填(満タン充填)されるようになっている。
【0003】
自動車の燃料タンクへのガス供給量は流量計により計測されており、燃料タンクに充填された総流量を知ることができ、燃料タンクに充填された圧力は圧力に応じた信号を出力する圧力伝送器により検出できる。
【0004】
ガス供給装置では、供給側の蓄ガス圧力は250kgf/cm2 で、自動車の燃料タンクに充填された満タン時の充填圧力が200kgf/cm2 の高圧で充填動作が行われる。そのため、コンプレッサは供給側の高圧ガス蓄圧器(ガス供給タンク)の圧力が目標圧力250kgf/cm2 になるまで圧縮したガスを高圧ガス蓄圧器に蓄圧する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ガス供給装置では、高圧ガス蓄圧器が目標圧力250kgf/cm2 に達した時点で燃料タンクへのガス充填が可能になるため、特に大型バス等のように容量の大きい燃料タンクを有する車両に連続にガスを充填する場合、高圧ガス蓄圧器の容量が不足して高圧ガス蓄圧器の圧力が最低目標圧力200kgf/cm2 に以下に低下してしまう。そのため、連続に大型の燃料タンクにガスを充填してコンプレッサからのガス供給能力を越えてしまうと、圧力が目標圧力になるまでの時間が長くなり、その分前回のガス充填作業が終了してから次回のガス充填作業を開始するまでの待ち時間が長くなるといった課題がある。
【0006】
そこで、本発明は上記課題を解決したガス供給装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガスを圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサにより圧縮されたガスを貯蔵するガス供給タンクと、
一端が前記コンプレッサに接続され、他端が被充填タンクに接続されて該被充填タンクにガスを供給するガス供給管路と、
該ガス供給管路を介して該被充填タンクへ供給される流量を計測する流量計と、
該流量計により計測された流量計測値と前記コンプレッサから吐出される吐出量とを比較する比較手段と、
該比較手段により前記流量計測値が前記コンプレッサの吐出量より小であると判別されたとき、前記コンプレッサから前記被充填タンクへの圧縮ガスの供給を維持したまま、前記コンプレッサからの圧縮ガスの前記ガス供給タンクへの供給を停止させるようにガス供給経路を切り換えるガス供給経路切換手段と、
よりなることを特徴とする。
【0008】
【作用】
本発明によれば、流量計により計測された流量計測値とコンプレッサから吐出される吐出量とを比較し、流量計測値がコンプレッサの吐出量より小であるとき、コンプレッサから被充填タンクへの圧縮ガスの供給を維持したまま、コンプレッサからの圧縮ガスのガス供給タンクへの供給を停止させるようにガス供給経路を切り換えることにより、複数の被充填タンクに連続的にガス充填作業を行う場合でも、ガス供給タンクの圧力が目標圧力に上昇するのを待つ必要がなく、後続の被充填タンクへのガス充填時間を短縮してガス充填作業の効率を高めることが可能になる。
【0009】
【実施例】
図1乃至図3に本発明になるガス供給装置の一実施例を示す。
【0010】
各図中、ガス供給装置1は、例えば自動車2の燃料タンク(被充填タンク)3に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス(CNG)を供給するガス供給ステーションなどに設置されている。
【0011】
ガス供給装置1は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット4と、圧力発生ユニット4により圧縮されたガスを燃料タンク3に供給するためのディスペンサユニット5と、よりなる。
【0012】
圧力発生ユニット4は、都市ガス等が家庭に分岐される前の中圧管路10に接続された分岐管路11に、ガスを圧縮する多段式のコンプレッサ12が配設されている。コンプレッサ12としては、例えば中圧管路10からのガスを250kgf/cm2 まで圧縮するため、エンジン等により駆動される多段式の空気圧縮機が使用される。そのため、前段のシリンダで圧縮されたガスを次段のシリンダでさらに高い圧力に加圧するようになっており、中圧管路10から供給されたガスを段階的に圧縮しながら250kgf/cm2 にする。
【0013】
さらに、コンプレッサ12から引き出された高圧管路13には、コンプレッサ12により生成されたガスの逆流を防止する逆止弁14と、電磁弁よりなる開閉弁(VPA)17と、高圧管路13の圧力を検出する圧力伝送器18と、が配設されている。さらに、高圧管路13から分岐した分岐管路15の端部には、高圧ガス蓄圧器(ガス供給タンク)16が接続されている。尚、高圧ガス蓄圧器16は、一般に文献等では蓄ガス器とも呼ばれている。
【0014】
又、分岐管路15には、高圧ガス蓄圧器16を開閉するための蓄圧器開閉弁(VPB)19が配設されている。この蓄圧器開閉弁19は、高圧ガス蓄圧器16へコンプレッサ12からのガスが供給されるときと高圧ガス蓄圧器16に蓄圧されたガスを燃料タンク3に供給するときに開弁され、これは高圧ガス蓄圧器16の残量が所定以下に減少した場合に閉弁される。
【0015】
上記コンプレッサ12は開閉弁17が閉弁され、且つ蓄圧器開閉弁19が開弁された状態で駆動されると、コンプレッサ12により圧縮された高圧ガスが高圧ガス蓄圧器16に供給される。尚、本実施例では、コンプレッサ12は高圧ガス蓄圧器16が250kgf/cm2 に昇圧するまで圧縮されたガスを供給する。
【0016】
そして、後述するように高圧ガス蓄圧器16に蓄圧されたガスを燃料タンク3に供給するときは、上記開閉弁17及び蓄圧器開閉弁19を共に開弁させる。しかし、バス等の容量に大きい燃料タンク3へ連続でガスを充填する場合には、高圧ガス蓄圧器16の残量が著しく減少するため、開閉弁17を開弁させたまま蓄圧器開閉弁19を閉弁させてガス供給経路を切り換える。これにより、コンプレッサ12により圧縮されたガスは、高圧ガス蓄圧器16に蓄圧されずに直接燃料タンク3に供給される。
【0017】
よって、高圧ガス蓄圧器16の残量が著しく減少した場合には、高圧ガス蓄圧器16にガスが目標圧力に達するまで待つ必要がなく、連続してガス充填作業を行う場合のガス充填時間を短縮することができる。
【0018】
尚、本実施例では、高圧ガス蓄圧器16が1個設けた構成を一例として説明したが、これに限らず、例えば蓄圧器開閉弁19に複数の高圧ガス蓄圧器16が並列に接続された構成でも上記実施例と同様に複数の高圧ガス蓄圧器16の圧力低下とともに蓄圧器開閉弁19を閉弁させてコンプレッサ12から吐出されたガスを直接燃料タンク3に充填するようにしても良い。
【0019】
又、圧力発生ユニット4とディスペンサユニット5との間は、ガス供給管路28を介して接続されている。そして、ディスペンサユニット5内に延在するガス供給管路28には、電磁弁よりなりガス供給管路28を連通又は遮断するガス供給開閉弁(VES)29と、圧力発生ユニット4から供給されたガスの1次圧力を検出する1次圧力伝送器30と、ガス供給管路28を流れるガスの供給量を計測する質量流量計31と、下流側へ給送されるガス圧力を所定圧力に制御する圧力制御弁(VPC)32と、圧力制御弁32により制御された2次圧力を検出する2次圧力伝送器33と、所定以上の力で引っ張られたとき分離する緊急離脱カプラ35と、が配設されている。
【0020】
質量流量計31は、後述するようにセンサチューブと呼ばれる管路を振動させ、この振動する管路内を流れるガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との位相差が流量に比例することを利用して流量計測を行うコリオリ式の質量流量計である。従って、質量流量計31は、高圧に圧縮されたガスの質量流量を正確に計測することができ、ガス充填動作時は単位時間当たりの流量計測値(又は単位時間当たりの流量パルス数)を制御装置47に出力する。
【0021】
又、圧力制御弁32は、制御装置47からの指令により充填圧力を制御して燃料タンク3へ供給されるガス供給量(流量は圧力×時間により求まる)を制御するとともに、充填開始時及び充填終了時には充填圧力が徐々に変化(増圧、減圧)するように圧力を制御して各機器が急激な圧力変化により破損することを防止する。
【0022】
又、ガス供給開閉弁29は、圧力発生ユニット4の元弁として機能するもので制御装置47からの指令により自動的に開弁または閉弁する。尚、ガス供給開閉弁29は、電磁弁の代わりに手動式の開閉弁を使用しても良い。
【0023】
1次圧力伝送器30と2次圧力伝送器33とは、それぞれの取り付け位置で検出した圧力に応じた検出信号を制御装置47に送信する。
【0024】
さらに、緊急離脱カプラ35には、高圧ガスに耐えうるガス充填ホース37の一端が接続され、ガス充填ホース37の他端は三方弁38の流入ポートaに接続されている。さらに、三方弁38の充填ポートbには、ガス充填管路39が接続されている。
【0025】
このガス充填管路39の端部には、着脱可能な着脱カプラ40が設けられている。着脱カプラ40は、ディスペンサユニット5の筐体側面に設けられたカプラ掛止部36に掛止されている。又、カプラ掛止部36には、着脱カプラ40が掛止されるとオンになり、着脱カプラ40が外されるとオンからオフに切り換わるカプラ収納スイッチ36aが設けられている。
【0026】
三方弁38の排気ポートcは、ガス供給終了後、着脱カプラ40の離脱操作を可能にするため、着脱カプラ40内の残留ガスを外部に逃がす低圧管路41に接続されている。この低圧管路41は、大気開放もしくは着脱カプラ40内の残留ガスを回収する低圧管路に連通されている。
【0027】
尚、三方弁38は手動操作により切り換えられる構成であり、ガス充填前及びガス充填後は、充填ポートbと排気ポートcとが連通されて流入ポートaが遮断されている。又、ガス充填時は、流入ポートaと充填ポートbとが連通するとともに排気ポートcが遮断するように切り換え操作される。
【0028】
又、緊急離脱カプラ35は、万が一着脱カプラ40が燃料タンク3側の着脱カプラ42に接続されたまま自動車2が発車した場合に連結を解除するとともに、緊急離脱カプラ35内部に設けられた逆止弁(図示せず)が閉弁してガス漏れを防止する。
【0029】
尚、上記着脱カプラ40と着脱カプラ42とは、それぞれ内部に逆止弁(図示せず)が設けられており、互いに連結されていないときは逆止弁が閉弁し、着脱カプラ40と着脱カプラ42とが連結されると各逆止弁が開弁位置に変位して相互に連通状態となる。
【0030】
43は表示器で、燃料タンク3に充填されたガス充填量及び充填圧力を表示する。
【0031】
上記制御装置47は、上記各機器と接続されるとともに、スタート釦51,表示器52,アラーム装置53,充填表示ランプ54,ガス放出ランプ55が接続されている。
【0032】
制御装置47のメモリ(ROM)48には、燃料タンク3にガスを充填するガス充填プログラムと、高圧ガス蓄圧器16からガス供給量に応じてガス供給経路を切り換えるガス供給経路切換プログラムと、が格納されている。
【0033】
従って、制御装置47は、上記各プログラムに基づいて質量流量計31から出力された流量パルスを積算して流量を算出するとともに、ガス供給開閉弁29,1次圧力伝送器30,質量流量計31,圧力制御弁32,2次圧力伝送器33の動作制御を実行する。尚、制御装置47と上記制御回路20とは、相互に各制御信号を受け渡しを行っており、互いに協働して各機器の制御を行う。
【0034】
又、高圧ガスが充填される自動車2の燃料タンク3に接続された管路44には、上流側より上記ディスペンサユニット5の着脱カプラ40が結合される着脱カプラ42と、ガスを充填する際手動操作により開弁される手動開閉弁45と、燃料タンク3に充填されたガスが逆流することを防止する逆止弁46とが配設されている。
【0035】
次に上記構成になるガス供給装置1におけるガス充填作業について説明する。
【0036】
上記自動車2の燃料タンク3にガスを充填する際、作業者は、先ず、ディスペンサユニット5のカプラ掛止部36から着脱カプラ40を外して自動車2の着脱カプラ42に結合させる。そして、自動車2の手動開閉弁45を開弁させるとともに、三方弁38の流入ポートaと充填ポートbとが連通するように切り換える。
【0037】
次に、作業者がスタート釦51をオンに操作すると、制御装置47は開閉弁17を開弁させるとともに、ガス供給開閉弁29を開弁させる。これにより、高圧ガス蓄圧器16に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路28,ガス充填ホース37,着脱カプラ40,42,ガス充填管路39,管路44を介して燃料タンク3に充填される。
【0038】
充填開始直後は、ガス供給管路28に配設された圧力制御弁32の弁開度がやや絞られており、高圧ガス蓄圧器16からのガスにより各機器が受ける圧力の上昇を緩和して各機器を高圧ガスから保護する。そして、所定時間(例えば5秒程度)が経過すると圧力制御弁32の弁開度を徐々に開いてガス充填流量を増加させる。
【0039】
このようにして燃料タンク3にガスが充填されて満タン状態になると、燃料タンク3の圧力はほぼ200kgf/cm2 となる。
【0040】
尚、ガス供給管路28を通過したガス充填量は、質量流量計31により計測され、ガス充填量に応じた電圧値(流入側と流出側との位相差)が流量計測信号として制御装置47に出力される。制御装置47は、燃料タンク3に充填されたガス充填量を算出して表示器43に表示する。
【0041】
燃料タンク3へのガス充填が完了すると、作業者は、三方弁38の充填ポートbと排気ポートcとを連通させるとともに流入ポートaを遮断させる。排気ポートcは、低圧管路41を介して着脱カプラ40,42内及びガス充填管路39内に残留するガスを排気して減圧することにより着脱カプラ40の離脱操作を可能にする。
【0042】
さらに、作業者は、自動車2側の手動開閉弁45を閉弁させた後、ディスペンサユニット5の着脱カプラ40を自動車2の着脱カプラ42から分離させ、カプラ掛止部36に掛止させる。これで、一連のガス充填作業が完了する。
【0043】
ここで、上記構成になるガス供給装置1の制御装置47が実行する処理につき説明する。
【0044】
図2は制御装置47が実行する処理を示すメインフローチャートであり、図3は所定時間毎に繰り返し実行される処理を示すサブフローチャートである。
【0045】
作業者は、ガス供給管路28の先端に設けられた着脱カプラ40を燃料タンク3の着脱カプラ42に接続し、その後手動式の開閉弁45を開弁操作する。そして、作業者は、三方弁38の流入ポートaと充填ポートbとが連通するように切り換えてスタート釦51をオンに操作する。
【0046】
図2中、制御装置47は、電源が投入されるとステップS1(以下「ステップ」を省略する)で開閉弁(VPA)17及び蓄圧器開閉弁(VPB)19を開弁させる。続いて、S2でガス供給開閉弁(VES)29を開弁させる。これで、高圧ガス蓄圧器16に蓄圧されたガスが燃料タンク3へ充填される。
【0047】
S3では、充填フラグをオンにセットする。そして、S4に進み、終了フラグがオンにセットされるまで待機する。
【0048】
S4において、終了フラグがオンにセットされると、S5に進み、ガス供給開閉弁(VES)29を閉弁する。さらに、S6に進み、開閉弁(VPA)17を閉弁させる。これでガス充填動作時のメイン処理が終了する。
【0049】
図3中、制御装置47は、S11で充填フラグがオンにセットされたかどうかをチェックする。S11において、上記S3で充填フラグがオンにセットされると、S12に進み、2次圧力伝送器33により検出された2次圧力(Pout )を読み込む。しかし、S11において、充填フラグがオンにセットされていないときは、後述するS21に進み、ガス充填処理を行わない。
【0050】
S13では、2次圧力伝送器33が検出した2次圧力(Pout )が燃料タンク3の現在の圧力と等しいとして、目標圧力(本実施例では、200kgf/cm2 )と検出された2次圧力(Pout )と比較する。
【0051】
そして、2次圧力(Pout )が目標圧力に達していない場合はS14に進み、圧力制御弁(VPC)32の弁開度を微開して高圧ガス蓄圧器16から供給されたガス供給圧力を増大させる。しかし、2次圧力(Pout )が目標圧力を越えている場合はS15に進み、圧力制御弁(VPC)32の弁開度を微閉してガス供給圧力を減少させる。
【0052】
次のS16では、質量流量計31により計測された高圧ガス蓄圧器16からのガス供給量を読み込み瞬時流量を算出する。
【0053】
続いて、高圧ガス蓄圧器16から供給された現在の瞬時流量とコンプレッサ12の吐出能力(最大吐出量)とを比較する(S17:比較手段)。S17において、瞬時流量がコンプレッサ12の吐出能力より大であるときはS18に進み、高圧ガス蓄圧器16からのガス供給を継続させるため、蓄圧器開閉弁(VPB)19を開弁状態に保つ。
【0054】
しかし、高圧ガス蓄圧器16に蓄圧されたガスが減少して圧力が急激に低下した場合、高圧ガス蓄圧器16から供給される流量が著しく低下する。従って、S17において、瞬時流量がコンプレッサ12の吐出能力より小であるときはS19に進み、高圧ガス蓄圧器16からのガス供給を停止させるため、蓄圧器開閉弁(VPB)19を閉弁させる。
【0055】
例えばバス等の容量に大きい燃料タンク3へ連続でガスを充填する場合でも、開閉弁17を開弁させたまま蓄圧器開閉弁19を閉弁させることにより、コンプレッサ12により圧縮されたガスを直接燃料タンク3に供給できる。よって、高圧ガス蓄圧器16にガスが目標圧力に達するまで待つ必要がなく、連続してガス充填作業を行う場合のガス充填時間を短縮することができる。
【0056】
しかも、既存の質量流量計31により計測された流量値に基づいて高圧ガス蓄圧器16の残量不足を判断できるため、高圧ガス蓄圧器16に圧力センサを設ける必要がないので構成が複雑化することも防止できる。
【0057】
S20では、2次圧力伝送器33が検出した2次圧力(Pout )が燃料タンク3の現在の圧力と等しいとして、目標圧力(本実施例では、200kgf/cm2 )に達したかどうかをチェックする。
【0058】
S20において、2次圧力(Pout )が目標圧力以下であるときは、一連の処理を終了する。しかし、S20において、2次圧力(Pout )が目標圧力に達した場合、S21に進み、充填フラグをオフにする。さらに、S22に進み、終了フラグをオフにする。
【0059】
これで、一連の処理を終了するが、上記S11〜S22は所定時間毎に繰り返し実行される。
【0060】
尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス(CNG)を供給する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガスを供給するのにも適用できるのは勿論である。
【0061】
又、上記実施例では、自動車2の燃料タンク3に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガスを他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の装置にも適用できるのは勿論である。
【0062】
又、上記実施例では、都市ガス等が家庭に分岐される前の中圧管路からの都市ガスを圧縮する構成としたが、これに限らず、例えば中圧管路から分岐された家庭の管路からガスを取り出すようにしても良い。
【0063】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、流量計により計測された流量計測値とコンプレッサから吐出される吐出量とを比較し、流量計測値がコンプレッサの吐出量より小であるとき、コンプレッサから被充填タンクへの圧縮ガスの供給を維持したまま、コンプレッサからの圧縮ガスのガス供給タンクへの供給を停止させるようにガス供給経路を切り換えるため、複数の被充填タンクに連続的にガス充填作業を行う場合でも、ガス供給タンクの圧力が目標圧力に上昇するのを待つ必要がなく、コンプレッサから吐出されたガスを直接被充填タンクへ充填させて後続の被充填タンクへのガス充填時間を短縮でき、これによりガス充填作業の効率を高めることができる。しかも、既存の流量計により計測された流量値に基づいてガス供給タンクの残量不足を判断できるため、ガス供給タンクに圧力センサを設ける必要がないので構成が複雑化することも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構成図である。
【図2】制御装置がガス充填作業時に実行する処理を説明するためのメインフローチャートである。
【図3】制御装置がガス充填作業時に実行する処理を説明するためのサブフローチャートである。
【符号の説明】
1 ガス供給装置
3 燃料タンク
4 圧力発生ユニット
5 ディスペンサユニット
12 コンプレッサ
16 高圧ガス蓄圧器
18 圧力伝送器
19 蓄圧器開閉弁
28 ガス供給管路
29 ガス供給開閉弁
30 1次圧力伝送器
31 質量流量計
32 圧力制御弁
33 2次圧力伝送器
38 三方弁
40,42 着脱カプラ
47 制御装置
Claims (1)
- ガスを圧縮するコンプレッサと、
該コンプレッサにより圧縮されたガスを貯蔵するガス供給タンクと、
一端が前記コンプレッサに接続され、他端が被充填タンクに接続されて該被充填タンクにガスを供給するガス供給管路と、
該ガス供給管路を介して該被充填タンクへ供給される流量を計測する流量計と、
該流量計により計測された流量計測値と前記コンプレッサから吐出される吐出量とを比較する比較手段と、
該比較手段により前記流量計測値が前記コンプレッサの吐出量より小であると判別されたとき、前記コンプレッサから前記被充填タンクへの圧縮ガスの供給を維持したまま、前記コンプレッサからの圧縮ガスの前記ガス供給タンクへの供給を停止させるようにガス供給経路を切り換えるガス供給経路切換手段と、
よりなることを特徴とするガス供給装置。
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1994
- 1994-09-30 JP JP23814594A patent/JP3571382B2/ja not_active Expired - Fee Related
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