(57)【特許請求の範囲】
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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
【図１】
0003571382.tif 000002
【図２】
0003571382.tif 000003
【図３】
0003571382.tif 000004