JP5461791B2 - ガス充填方法及びガス充填装置 - Google Patents
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Description
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。
この装置の一例として、特許文献1に開示されたガス充填装置がある。この特許文献1に開示されたガス充填装置では、ガス充填時間を短縮させると共にガス充填時の被ガス供給体(被充填タンク)内の温度上昇を抑制するために、作業者が被充填タンクの形状、容量等に応じてガス充填による被充填タンク内の圧力上昇率(特許文献1では最大流速値)を選択できるようにし、さらに、制御部では、被充填タンクの耐熱温度に対応した温度しきい値を設け、被充填タンク内の温度が温度しきい値に達すると、制御弁の弁開度を制御して、被充填タンクに供給されるガスの流量を制限している。
詳しくは、図3に示すように、水素ガスの充填時における、被充填タンク内の時間に対する圧力特性は、充填処理に伴い、被充填タンク内のガス圧が時間に比例して増加し、その後、目標充填圧力まで充填される。一方、被充填タンク内の時間に対する温度特性については、充填が開始され被充填タンク内のガス圧がまだ低い時間帯において急激に上昇し、その後、時間経過(圧力の増加)に伴い、徐々に上昇し、被充填タンク内のガス圧が所定の圧力になった充填終了後は僅かに低下する。
また、請求項2に記載したガス充填装置の発明は、圧縮されたガスを被充填タンクへ充填するガス充填装置であって、該ガス充填装置は、前記被充填タンク内の残ガス圧を測定する圧力センサーと、前記被充填タンク内の温度を測定する温度センサーと、前記被充填タンクへのガスの充填開始時における、前記圧力センサーからの残ガス圧の測定値が所定圧力値より大きく、かつ、前記温度センサーからの温度の測定値が所定温度値以下の場合の圧力上昇率を、当該残ガス圧の測定値が所定圧力値以下で、かつ、当該温度の測定値が所定温度値より大きい場合の圧力上昇率より大きくなるように設定して、残ガス圧及び温度の測定値に基づいて設定された圧力上昇率となるように前記被充填タンクへガスを充填させる制御装置と、を備えていることを特徴とするものである。
本ガス充填装置10は、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス貯蔵部14と、ガス貯蔵部14からのガスを燃料タンク12に充填するためのディスペンサユニット15と、ディスペンサユニット15の各機器を制御する制御装置16とから概略構成されている。
ガス貯蔵部14は、圧力源として可変ガス蓄圧器62と高圧ガス蓄圧器64とを備えている。可変ガス蓄圧器62及び高圧ガス蓄圧器64にはコンプレッサ70より供給された高圧のガスが貯蔵される。また、可変ガス蓄圧器62及び高圧ガス蓄圧器64は、燃料タンク12の目標充填圧力よりも高圧のガスが蓄圧されるまでコンプレッサ70によりガスが供給されるようになっている。
また、コンプレッサ70は、多段圧縮方式の圧縮機であり、吸い込み管路79を介してガスを貯蔵するガスタンク或いはガスを生成する水素生成設備に連通する中圧配管80に連通されている。
そして、コンプレッサ70により圧縮されたガスは、開閉弁72、76のうち開弁された方のガス供給管路71または75を介して可変ガス蓄圧器62または高圧ガス蓄圧器64の何れかに供給される。
このように、燃料タンク12へのガスの供給元を、今までのガスの供給に伴ってガスの圧力が低下してきた可変ガス蓄圧器62から高圧ガス蓄圧器64に切り換えることにより、可変ガス蓄圧器62のガスのみを用いて目標圧力に達するまでガス充填を行う方法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。
また、ディスペンサユニット15には、充填ホース44先端の充填ノズル46が燃料タンク12の充填口12aに結合された後操作される充填開始スイッチ50と、充填を停止する際操作される充填停止スイッチ52とが設けられている。
ディスペンサユニット15の制御装置16には、流量計22、ガス供給開閉弁24、制御弁26、温度センサー28、圧力センサー30、メモリ48、充填開始スイッチ50、充填停止スイッチ52、開閉弁72,76、元弁66,68、が接続されている。また、コンプレッサ70は図示せぬ制御装置に接続され、可変ガス蓄圧器62及び高圧ガス蓄圧器64内のガスの圧力が所定圧力まで低下した場合に当該制御装置によりの駆動指示に基づき駆動されることにより、可変ガス蓄圧器62及び高圧ガス蓄圧器64内の圧力を燃料タンク12にガスを充填しうる高い圧力に保持する。
温度センサー28は、ガス供給管路18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12内の温度を推定するために設けられたものである。なお、ガス供給管路18に燃料タンク12の擬似タンクである温度測定用擬似タンクを連通させ、該温度測定用擬似タンク内に温度センサー28を配置して、この温度センサー28により測定された温度から燃料タンク12内の温度を推定してもよい。また、単に、温度センサー28を、ディスペンサユニット15を収容する筐体内に配置して、この温度センサー28により測定された温度から燃料タンク12内の温度を推定してもよい。
なお、自動車の燃料タンク12内に温度センサー28を配置し、測定された温度をディスペンサユニット15に伝送するようにしても良い。しかし、このようにすることは実際には難しいため、ディスペンサユニット15の筐体内において、燃料タンク12と略同じ環境の温度を測定して燃料タンク12内の温度を推定している。
なお、ガス充填先が不動の被充填タンクであれば直接被充填タンク内に温度センサー28を配置した方が良い。
ガス供給開閉弁24は、電磁弁からなり、制御装置16からの開閉信号のオン、オフにより開弁及び閉弁する。
制御弁26は、制御装置16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。
さらに、制御装置16では、充填開始時においては微小流量での燃料タンク12へのガス充填を行い(定流量充填制御)、流量計22により計測される積算流量が充填ホース44内(ガス供給開閉弁24から下流側のガス供給管路18を含む)の容量まで満たせるだけの所定量に達した時に圧力センサー30により測定された圧力(充填初期(充填開始時)の燃料タンク12内の残ガス圧)と、温度センサー28により測定された充填初期(充填開始時)の燃料タンク12内の温度(推定値)とに基いて、後述する制御フローにより、燃料タンク12内の圧力上昇率を設定する。
また、制御装置16は、充填開始スイッチ50、充填停止スイッチ52からの信号に基き開閉弁72,76、元弁66,68及びガス供給開閉弁24を開弁及び閉弁させる。
なお、以下に説明するガス充填制御フローは、特に、ガス充填時の燃料タンク12内の圧力上昇率を選択する際の制御フローである。
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15に誘導し、充填ホース44先端の充填ノズル46を燃料タンク12の充填口12aに連結させた後、充填開始スイッチ50をオンに操作する(ステップS1)。
次に、ステップS3において、測定温度(燃料タンク12内の推定温度)がTa(例えば25℃)以下であるか否かが判定される。その判定がYESであれば、ステップS4に進み、NOであればステップS9に進む。
次に、ステップS4において、充填開始スイッチ50のオン操作に基いて、ガス供給開閉弁24を開動作して定流量充填制御(微小流量での燃料タンク12へのガス充填制御)を行い、その後、ステップS5において、積算流量が充填ホース44内(ガス供給開閉弁24から下流側のガス供給管路18を含む)の容量まで満たせるだけの所定量(流量計22にて測定)となるまで取り込み、圧力センサー30により充填開始圧力値を測定する。なお、この所定量の積算流量が計測された際に圧力センサー30により測定された圧力値(充填開始圧力値)が燃料タンク12内の残ガス圧に相当する。
次に、ステップS6において、燃料タンク12内の残ガス圧がPa(例えば35MPa)以下であるか否かが判定される。その判定がYESであれば、ステップS7に進み第1圧力上昇率が選択され、該第1圧力上昇率により燃料タンク12へ定圧上昇充填が行われる。一方、その判定がNOであれば、ステップS8に進み第2圧力上昇率が選択され、該第2圧力上昇率により燃料タンク12へ定圧上昇充填が行われる。
次に、ステップS11において、ステップS6と同様に、燃料タンク12内の残ガス圧がPa(例えば35MPa)以下であるか否かが判定される。その判定がYESであれば、ステップS12に進み第3圧力上昇率が選択され、該第3圧力上昇率により燃料タンクへ定圧上昇充填が行われ、一方、その判定がNOであれば、ステップS13に進み第4圧力上昇率が選択され、該第4圧力上昇率により燃料タンク12へ定圧上昇充填が行われる。
なお、上述した第1圧力上昇率、第2圧力上昇率、第3圧力上昇率及び第4圧力上昇率の大小関係は、例えば、第3圧力上昇率<第1圧力上昇率<第4圧力上昇率<第2圧力上昇率で設定される。
また、本実施例のガス充填装置には燃料タンク12に充填するガスを冷却する冷却器は備えられていないが、当該冷却器が将来的に備えられることを予め想定し、冷却器が備えられた場合における燃料タンク12内の残ガス圧及び温度の基準値と、それに伴う圧力上昇率とを設定しておき、冷却器が備えられた場合にはそれに対応する圧力上昇率を選択できるようにしてもよい。
また、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)を被充填タンクに充填する形態に適用してもよい。
さらに、本実施の形態では、自動車の燃料タンク12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、また、本ガス充填装置1のディスペンサユニット15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。
Claims (2)
- 圧縮されたガスを被充填タンクへ充填する際に、該被充填タンクへのガスの充填開始時における前記被充填タンク内のガスの残ガス圧と温度とを測定し、当該残ガス圧の測定値が所定圧力値より大きく、かつ、当該温度の測定値が所定温度値以下の場合の圧力上昇率を、当該残ガス圧の測定値が所定圧力値以下で、かつ、当該温度の測定値が所定温度値より大きい場合の圧力上昇率より大きくなるように設定して、残ガス圧及び温度の測定値に基づいて設定された圧力上昇率となるように前記被充填タンクへガスを充填することを特徴とするガス充填方法。
- 圧縮されたガスを被充填タンクへ充填するガス充填装置であって、
該ガス充填装置は、前記被充填タンク内の残ガス圧を測定する圧力センサーと、
前記被充填タンク内の温度を測定する温度センサーと、
前記被充填タンクへのガスの充填開始時における、前記圧力センサーからの残ガス圧の測定値が所定圧力値より大きく、かつ、前記温度センサーからの温度の測定値が所定温度値以下の場合の圧力上昇率を、当該残ガス圧の測定値が所定圧力値以下で、かつ、当該温度の測定値が所定温度値より大きい場合の圧力上昇率より大きくなるように設定して、残ガス圧及び温度の測定値に基づいて設定された圧力上昇率となるように前記被充填タンクへガスを充填させる制御装置と、
を備えていることを特徴とするガス充填装置。
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