(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力可変に気体を供給する気体供給装置と、この気体供給装置から互いの充填カプラを介して加圧気体を充填される気体被供給体とが備えられ、
気体供給装置側の充填カプラの上流には気体供給装置側の気体通路を開閉する気体供給側開閉弁を備え、
上記気体被供給体は、上記気体供給装置から供給された気体を高圧で貯蔵する第一タンクと、低圧で貯蔵する第二タンクと、通路切換機構を有し、
上記通路切換機構は、上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様のうちのいずれか一つをとるように設定された加圧気体の充填構造を用いた充填方法であって、
上記気体供給装置と気体被供給体のそれぞれの充填カプラを接続した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様にし、次いで上記気体供給側開閉弁を開いて気体を上記第一タンクに充填した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様にし、次いで上記気体供給装置の充填圧力を下げた後上記気体供給側開閉弁を閉じ、次いで上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様にして気体通路に残留する気体を上記第二タンクに流し、その後上記両者の充填カプラを外すことを特徴とする加圧気体の充填構造を用いた充填方法。
【請求項２】
上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから上記通路切換機構までの主通路と、上記通路切換機構から第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記通路切換機構から第二タンクへ連通する第二気体通路を有し、
上記通路切換機構は、上記主通路と上記第一気体通路を接続する切換位置と、
上記主通路と上記第二気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第一気体通路、第二気体通路のいずれにも接続しない切換位置を有する弁装置であることを特徴とする請求項１記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。
【請求項３】
上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから気体被供給体までの主通路を有し、当該主通路は上記第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記第二タンクへ連通する第二気体通路の２つに分岐し、
上記通路切換機構は上記第一気体通路と第二気体通路のそれぞれに設けられた開閉弁から構成され、それぞれの開閉弁を介して第一気体通路のみを閉じる態様と、第二気体通路のみを閉じる態様と、第一気体通路と第二気体通路を共に閉じる態様のうちのいずれか一つをとるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。
【請求項４】
上記通路切換機構と第一タンクの間の上記第一気体通路と、上記通路切換機構と第二タンクの間の上記第二気体通路のうちのいずれかに上記通路切換機構から上記第一タンク側又は第二タンク側へのみ気体の流れを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項２記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充填カプラ同士の接続方式による物体間での加圧気体の充填構造を用いた充填方法に関し、詳しくは、大気中への放出・拡散が好ましくない気体の充填に好適な加圧気体の充填構造を用いた充填方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とする自動車においてスタンドで燃料を補給する場合、その充填構造は図１０に示すようなものとなっている。同図に示すように、スタンドの燃料供給装置側には、一方の充填カプラとしての充填ノズル７０と、燃料通路７２を開閉する開閉弁７４が備えられており、一方、車両側には、充填ノズル７０に接続される充填カプラ７６と、二方弁７８と、燃料ボンベ８０が備えられている。図１０中、符号８２は逆止弁を、符号８４は緊急遮断弁をそれぞれ示している。燃料充填は、（１）先ず充填カプラ７６と充填ノズル７０を接続し、二方弁７８を「ＲＥＦＵＥＬ」位置にする。（２）次いで開閉弁７４を開き、２００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で充填する。（３）燃料ボンベ８０が満タンになったら、二方弁７８を「ＤＲＩＶＥ」位置にし、燃料の充填圧力を７ｋｇｆ／ｃｍ２に減圧する。（４）充填カプラ７６〜開閉弁７４間の圧力を大気開放する。（５）充填カプラ７６と充填ノズル７０を外す、という手順となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような燃料補給構造では、充填後、開閉弁７４から二方弁７８までの燃料通路Ｗに加圧された天然ガス（ハッチングで表示、以下同じ。）が残留することになるが、この残留ガスは圧力の大気開放に伴って大気中に放出されている。
このことは、自動車が出す排気ガスによる大気汚染の問題における規制対策が古くから講じられている一方で、規制を受けることなく有害物質拡散（蒸散拡散）による大気汚染行為が行われているということになり、換言すれば、大気汚染の問題に対する努力を削ぐものである。
【０００４】
本発明は、充填後における残留気体を大気へ放出することなく処理することができ、よって大気汚染の抑制に寄与できる加圧気体の充填構造を用いた充填方法の提供を、その目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、充填が完了した後に充填カプラ等に減圧状態で残留した気体を気体被供給体側に充填とは別の分岐経路で吸収し、吸収後充填カプラの接続を外す、という考えに基づいている。具体的には、請求項１記載の発明では、圧力可変に気体を供給する気体供給装置と、この気体供給装置から互いの充填カプラを介して加圧気体を充填される気体被供給体とが備えられ、
気体供給装置側の充填カプラの上流には気体供給装置側の気体通路を開閉する気体供給側開閉弁を備え、上記気体被供給体は、上記気体供給装置から供給された気体を高圧で貯蔵する第一タンクと、低圧で貯蔵する第二タンクと、通路切換機構を有し、上記通路切換機構は、上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様のうちのいずれか一つをとるように設定された加圧気体の充填構造を用いた充填方法であって、上記気体供給装置と気体被供給体のそれぞれの充填カプラを接続した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様にし、次いで上記気体供給側開閉弁を開いて気体を上記第一タンクに充填した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様にし、次いで上記気体供給装置の充填圧力を下げた後上記気体供給側開閉弁を閉じ、次いで上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様にして気体通路に残留する気体を上記第二タンクに流し、その後上記両者の充填カプラを外すことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから上記通路切換機構までの主通路と、上記通路切換機構から第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記通路切換機構から第二タンクへ連通する第二気体通路を有し、上記通路切換機構は、上記主通路と上記第一気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第二気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第一気体通路，第二気体通路のいずれにも接続しない切換位置を有する弁装置であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから気体被供給体までの主通路を有し、当該主通路は上記第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記第二タンクへ連通する第二気体通路の２つに分岐し、上記通路切換機構は上記第一気体通路と第二気体通路のそれぞれに設けられた開閉弁から構成され、それぞれの開閉弁を介して第一気体通路のみを閉じる態様と、第二気体通路のみを閉じる態様と、第一気体通路と第二気体通路を共に閉じる態様のいずれかをとるように設定されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明では、請求項１又は２又は３記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記通路切換機構と第一タンクの間の上記第一気体通路と、上記通路切換機構と第二タンクの間の上記第二気体通路のうちのいずれかに上記通路切換機構から上記第一タンク側又は第二タンク側へのみ気体の流れを許容する逆止弁を設けることを特徴とする。
【００１０】
なお、請求項１又は２又は３又は４記載の発明においては、上記気体が可燃物質であるとともに上記気体被供給体が自動車であり、上記第二タンク中には上記気体を吸着する気体吸着体を備えているとともに上記第二タンクは上記自動車のエンジンの吸気系に連通する構成とすることもできる。
また、請求項１又は２又は３又は４記載の発明においては、上記第二気体通路に、設定値以上の圧力が作用したときに閉じる過流防止弁を設ける構成とすることもできる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の一実施例（圧縮天然ガス自動車燃料充填における適用例）を図１乃至図６に基づいて説明する。
図１に示すように、気体としての圧縮天然ガスを圧力可変に供給する気体供給装置２側（充填所側）には、図示しない充填装置本体から延びる気体通路４と、この気体通路４の先端に設けられた充填カプラ６が備えられているとともに、充填カプラ６の上流側には気体通路４を開閉する気体供給側開閉弁８が備えられている。
一方、気体被供給体としての車両１０側には、充填所側の充填カプラ６に接続される充填カプラ１２と、通路切換機構としての三方弁１４と、気体を高圧で貯蔵する第一タンクとしてのボンベ１６と、気体を低圧で貯蔵する第二タンク１８とが備えられており、充填カプラ１２から三方弁１４までは主通路２０で、三方弁１４からボンベ１６までは第一気体通路２２で、三方弁１４から第二タンク１８までは第二気体通路２４でそれぞれ連通されている。
なお、充填カプラ１２には図示しない逆止弁が取付けられるものであってもよい。すなわち、この逆止弁は気体供給体から気体被供給体への方向だけの気体の流れを許容するものであって、この逆止弁を設けることによって前記気体被供給体内の気体が前記気体供給体への逆流及び前記気体被供給体内の気体が大気へ拡散するのが防止される。
【００１５】
三方弁１４は、主通路２０と第一気体通路２２を接続する「ＲＥＦＵＥＬ」位置と、主通路２０と第二気体通路２４を接続する「ＰＵＲＧＥ」位置と、主通路２０と第一気体通路２２，第二気体通路２４のいずれにも接続しない「ＤＲＩＶＥ」位置を充填動作に対応してとるようになっている。
また、第一気体通路２２にはボンベ１６方向へのみ気体の流れを許容する逆止弁２６が設けられているとともに緊急遮断弁２８が設けられている。ボンベ１６に充填された圧縮天然ガスは、第一気体通路２２に形成された分岐通路３０から図示しない減圧弁等を介してエンジンに供給される。
また、第二気体通路２４には気体の流量が設定値以上になると自動的に閉状態となる過流防止弁３２が設けられている。この過流防止弁３２は、図５（ａ）に示すように、第二タンク１８側の断面積が小さく形成された流路３４と、球状の弁体３６と、バネ３８とから構成されており、流量が設定値以下の場合には「バネ３８の戻る力＞流体の力」の関係が成立して流れが許容される。流量が所定値以上になると、図５（ｂ）に示すように、「バネ３８の戻る力＜流体の力」となって流れは遮断される。
【００１６】
また、過流防止弁３２を更に実際的な例で説明すると、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示されるように、この過流防止弁３２は前記球状の弁体３６に相当するポペット弁１３６、シリンダー体１４０及びバネ１４３から構成される。同ポペット弁１３６は図示の通り略筒状体であり、筒状に形成された筒部１３７と、上流側（図中右方）端部に設けられた拡径部１３８とを有する。
また、筒部１３７にはその側面に開口部を有する通路１３９が設けられている。通路１３９はポペット弁１３６の半径方向中心に向かって延び、そこからさらに下流側（図中左方）に向かって延びており、同ポペット弁１３６の下流後端部に開口している。ポペット弁１３６は気体流路の一部である前記シリンダー体１４０の中にあり、同シリンダー体１４０は前記拡径部１３８より径の大きいボア部１４１と前記拡径部１３８より径の小さい小ボア部１４２とを有する。同小ボア部１４２の径はポペット弁１３６が摺動しうるように前記筒部１３７の径と同程度に設定されている。
また、ポペット弁１３６はバネ１４３によって上流側に付勢されている。符号１４５は前記過流防止弁３２の上流側通路である。また、符号１４４は過流防止弁３２の上流側開口部である。同上流側通路１４５の径は前記拡径部１３８より小さく設定されている。流体の流量が０の時、すなわち流体圧がない時、前記ポペット弁１３６は前記バネ１４３によって上流側に付勢され、前記大ボア部１４１の上流側端部壁に当接する。この時、前記上流側開口部１４４は前記ポペット弁１３６の頂面によって閉じられる（図示せず）。
次に、流体が流れ始め前記上流側通路１４５に圧力がかかると、図９（ａ）に示す通り、前記ポペット弁１３６は前記上流側通路１４５内の流体の圧力によって下流側に押され移動する。前記ポペット弁１３６が移動すると、流体が前記大ボア部１４１に流れ込み、次いで流体は前記ポペット弁１３６の前記通路１３９に流れ込み、下流へと流れる。
また、前記上流側通路１４５内の圧力が所定以上に大きくなり「バネ３８の力＜流体の力」の関係が成立した時、図９（ｂ）に示す通り、前記ポペット弁１３６は流体の圧力によって下流側に押されて移動し、前記拡径部１３８が前記大ボア部１４１の下流側端部壁に完全に押し付けられる。この時前記筒部１３７の側面にある前記通路１３９の開口部は前記小ボア部１４２に入り込むので同開口部が閉じられ、上流と下流の通路が遮断されて流体は下流側へ流れない。
【００１７】
次に、図１で示した構造による充填方法を説明する。図１に示すように、先ず、双方の充填カプラ６，１２を接続した後、三方弁１４を車両１０の走行位置である「ＤＲＩＶＥ」位置から「ＲＥＦＵＥＬ」位置にし、次いで気体供給側開閉弁８を開いて圧縮天然ガスを所定圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２）で連通されたボンベ１６に充填する。
ボンベ１６が満タンになったら、図２に示すように、三方弁１４を「ＤＲＩＶＥ」位置にし、気体供給装置２の充填圧力を大気との平衡状態に近い圧力（例えば７ｋｇｆ／ｃｍ２）に下げ、気体供給側開閉弁８を閉じる。
次いで、図３に示すように、三方弁１４を「ＰＵＲＧＥ」位置にして気体供給側開閉弁８から下流の気体通路と第二タンク１８とを接続し、気体供給側開閉弁８から下流に残留していた低圧の圧縮天然ガスを第二タンク１８に流す。
次いで、図４に示すように、三方弁１４を「ＤＲＩＶＥ」位置に戻した後、充填カプラ６，１２を外す。
なお、残留圧縮天然ガスを第二タンク１８に流した後、三方弁１４が「ＰＵＲＧＥ」位置にある状態（図３）で充填カプラ６，１２を外す手順とすることもできる。
【００１８】
なお、図１等の実施例において、予め前記第二タンク１８（又は後述する気体吸着体４０）の容量を充分に大きく設定していれば上記手順の内充填圧力を大気との平衡状態に近い圧力に下げる工程は必要なくなり、前記気体供給側開閉弁８を閉じた後、前記三方弁１４を「ＲＥＦＵＥＬ」位置から直接「ＰＵＲＧＥ」位置にして気体通路の気体を前記第二タンク１８へ流してもよい。
この場合、気体供給体側には供給する気体の圧力を可変に制御する装置を省略することもでき、また、前記通路切換装置１４は三方弁である必要はなく、「ＲＥＦＵＥＬ」位置及び「ＰＵＲＧＥ」位置しか持たない二方弁であってもよい。
更に、第二気体通路２４の途中に絞り（図示せず）を取り付けると高圧の気体が低圧用である第二タンク１８に一気に流入することがなく、第二タンク１８を破損・破壊することがなくなりより好ましい。
【００１９】
三方弁１４の誤操作又は誤動作により、「ＰＵＲＧＥ」位置で高圧充填がなされても、上記過流防止弁３２の機能により第二タンク１８への充填は阻止される。  この実施例における第二タンク１８は、低圧の残留圧縮天然ガスを貯蔵するだけでなく、集めた圧縮天然ガスを車両１０のエンジンの混合気へ組み込んで正規の燃料として使用する機能を有し、図６に示すように、第二タンク１８には気体吸着体４０が備えられているとともに、エンジン４２の吸気系に連通されている。すなわち、スロットルバルブ４４の上流から第二タンク１８に空気が取り込まれているとともに、第二タンク１８で吸着された燃料はスロットルバルブ４４の下流に合流するようになっている。第二タンク１８内は残留した低圧圧縮天然ガスより圧力を低く設定されており、三方弁１４を「ＰＵＲＧＥ」位置にすると残留圧縮天然ガスは第二タンク１８に自動的に吸引される。なお、図１乃至図４と図６とは、第二タンク１８のエンジンへの接続が図面上整合しないが、図６は分かり易いように変形させたもので趣旨に変わりはない。
【００２０】
このように、充填のためのジョイント部分に残留した圧縮天然ガスを車両１０側に引き込んでから充填カプラ６，１２を外す構成としたので、充填所における蒸散ガスの発生をほとんどゼロにすることができ、大気汚染抑制に大きく寄与することができる。また、残留圧縮天然ガスを第二タンク１８で吸着して燃料としてエンジン系統に戻す構成であるので、燃料の使用効率の向上を図ることができる。
さらにまた、既存のＣＮＧ自動車であっても、三方弁１４や第二タンク１８等を付加することにより低コストで本発明の技術思想による残留ガス拡散防止機能を発現させることができる。
【００２１】
図７は車両側の他の実施例を示すものである。上記実施例と異なるところは、充填カプラ１２から車両側までの主通路４８が第一タンクとしてのボンベ１６に連通する第二気体通路５０と、第二タンク１８に連通する第二気体通路５２とに分岐し、第一気体通路５０と第二気体通路５２にそれぞれ設けられた開閉弁５４，５６によって通路切換機構５８が構成されている点にある。すなわち、三方弁１４の機能を個々の開閉弁で行うものである。
通路切換機構５８は、それぞれの開閉弁５４，５６を介して第一気体通路５０のみを閉じる態様と、第二気体通路５２のみを閉じる態様と、第一気体通路５０と第二気体通路５２を共に閉じる態様のいずれかをとるようにコンピュータ等で制御される。
充填手順は、先ず双方の充填カプラ６，１２を接続した後、開閉弁５４を開、開閉弁５６を閉の状態にして気体供給側開閉弁８を開きボンベ１６へ充填する。次いで開閉弁５４を閉じて気体供給装置２の充填圧力を下げた後気体供給側開閉弁８を閉じる。次いで開閉弁５６を開にして残留圧縮天然ガスを第二タンク１８に流し、その後充填カプラ６，１２を外す。
【００２２】
図８は車両側の参考実施例を示すものである。図７で示した実施例と異なるところは、第一気体通路５０に、開閉弁５４に代えてボンベ１６方向にのみ気体の流れを許容する逆止弁６０を設けた点にある。充填手順は、先ず双方の充填カプラ６，１２を接続した後、第二気体通路５２の開閉弁５６を閉の状態で気体供給側開閉弁８を開いて圧縮天然ガスをボンベ１６に充填する。次いで、気体供給装置２の充填圧力を下げた後気体供給側開閉弁８を閉じる。次いで開閉弁５６を開にして残留圧縮天然ガスを第二タンク１８に流し、その後充填カプラ６，１２を外す。なお、残留圧縮天然ガスを第二タンク１８に流した後開閉弁５６を閉の状態にし、その後、充填カプラ６，１２を外す手順とすることもできる。
上記他の実施例等においては第二タンク１８の機能等を省略しているが、最初に示した実施例と同様であり、同様の残留ガス拡散防止機能を得ることができるものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、充填カプラ等のジョイント部分に残留した気体を気体被供給体側に完全に取り込み、その後充填カプラを外す構成・手順としたので、充填時における大気への気体拡散（ガス拡散）を防止することができ、よって大気汚染抑制に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す加圧気体の充填構造の概要図である。
【図２】気体を充填するとともに三方弁を「ＤＲＩＶＥ」位置にして充填圧力を落とした状態を示す概要図である。
【図３】三方弁を「ＰＵＲＧＥ」位置にして残留圧縮天然ガスを第二タンクに流した状態を示す概要図である。
【図４】三方弁を「ＤＲＩＶＥ」位置に戻して充填カプラを外した状態を示す概要図である。
【図５】過流防止弁の機能を示す図で、（ａ）はバネ力が流体力に勝って流れが生じている状態を示す概要断面図、（ｂ）は流体力がバネ力に勝って流れが阻止されている状態を示す概要断面図である。
【図６】第二タンクとエンジンとの接続を示す概要図である。
【図７】他の実施例を示す一部省略の概要図である。
【図８】参考実施例を示す一部省略の概要図である。
【図９】実際の過流防止弁の機能を示す図で、（ａ）はバネ力が流体力に勝って流れが生じている状態を示す概要断面図、（ｂ）は流体力がバネ力に勝って流れが阻止されている状態を示す概要断面図である。
【図１０】従来例を示す概要図である。
【符号の説明】
４            気体通路
６            充填カプラ（気体供給側）
８            気体供給側開閉弁
１２          充填カプラ（気体被供給体側）
１４          通路切換機構としての三方弁
１６          第一タンクとしてのボンベ
１８          第二タンク
２０，４８    主通路
２２，５０    第一気体通路
２４，５２    第二気体通路
２６          逆止弁
３２          過流防止弁
４０          気体吸着体
５８          通路切換機構
【図１】
0003584567.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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