(57)【要約】【課題】燃料ガスとして、水素ガスまたは圧縮天然ガスを自動車に供給する際、設定圧力の通りに作動する過充てん防止弁を備えた燃料充てん装置を提供する。【解決手段】燃料ガス流路２１と、弁体３０によって燃料ガス流路２１を開閉する弁部２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて弁体３０を変位させる弁体変位手段２３と、この弁体変位手段２３の温度を調整する温度調整部２４とを備えてた過充てん防止弁２０を設ける。このような燃料充てん装置１によれば、燃料ガスの温度と過充てん防止弁２０の作動温度との差が大きい場合でも、温度調整部２４により弁体変位手段２３の温度が設定温度範囲に維持される。従って、過充てん防止弁２０が設定圧力の通りに確実に作動するようになる。このような燃料充てん装置１においては、燃料ガス供給経路３に、燃料ガスを冷却する熱交換器を設けることができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路に過充てん防止弁を設けた燃料充てん装置であって、
前記過充てん防止弁は、燃料ガス流路と、弁体によって前記燃料ガス流路を開閉する弁部と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて前記弁体を変位させる弁体変位手段と、この弁体変位手段の温度を調整する温度調整部とを備えていることを特徴とする燃料充てん装置。
【請求項２】
燃料ガス供給経路に、燃料ガスを冷却する熱交換器を備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料充てん装置。
【請求項３】
前記温度調整部は、前記熱交換器に供給される冷媒を用いて、前記弁体変位手段を冷却することができるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の燃料充てん装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に水素ガスまたは圧縮天然ガスを燃料ガスとして充てんする燃料充てん装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
次世代の自動車として、圧縮天然ガスを燃料として用いる圧縮天然ガス自動車や、水素ガスを燃料として用いる水素ガス自動車の開発が進められている。これらの自動車は、炭酸ガス、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の排出量が少ないという特長がある。
これらの自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、その燃料である圧縮天然ガスまたは水素ガスを充てんする燃料充てん装置（ディスペンサー）を備えた供給基地まで走行し、この燃料充てん装置から圧縮天然ガスまたは水素ガスを補給することとなる（例えば、非特許文献１参照）。
なお、以下、圧縮天然ガスと水素ガスを総称して燃料ガスとする。
【０００３】
従来の自動車用の燃料充てん装置としては、例えば、高圧の燃料ガスの供給源となる蓄圧器に接続されている燃料ガス供給経路と、この蓄ガス器から供給される燃料ガスの供給量を調整する流量調整弁と、燃料ガスの流量を測定し積算する積算流量計と、充てん終了時に燃料ガスの供給を止める遮断弁と、燃料ガスの圧力が設定圧力を越えたときに閉止される構造の過充てん防止弁とを備えたものが用いられている。
【０００４】
図５は、従来の過充てん防止弁の一例を示す概略断面図である。
この過充てん防止弁１２０は、燃料ガス流路１２１と、弁体１３０によって燃料ガス流路１２１を開閉する弁部１２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて前記弁体１３０を変位させる弁体変位手段１２３とを備えている（非特許文献２参照）。
なお、弁体変位手段１２３は、本実施の形態においてはスプリングであり、以下、スプリング１２３として説明する。
【０００５】
燃料ガス流路１２１は、燃料ガス供給経路３に接続されている。
弁部１２２は、弁体１３０を有する弁棒１３１と、この弁棒１３１が摺動可能に収容された摺動孔１３２を有する弁箱１３３を備えている。
摺動孔１３２は、燃料ガス流路１２１と連通している。弁体１３０は、摺動孔１３２に形成された弁室１３４に相当する位置に形成されている。
【０００６】
スプリング１２３は、スプリング収納部１４０に収納されており、このスプリング収納部１４０内部に反力を取り、ボール１４１を介してピストン１４２を弁部１２２の方向に付勢している。
ピストン１４２は、ピストン収納部１４３に収納されている。
ピストン１４２は、弁棒１３１の一端に固定されており、ピストン１４２と弁棒１３１とは一体となって動くようになっている。
ピストン収納部１４３には、過充てん防止弁１２０の二次側の燃料ガス供給経路３から分岐された分岐経路１４４が接続されている。この分岐経路１４４を通して、二次側の燃料ガス供給経路３内の燃料ガスが、ピストン収納部１４３内のピストン１４２と弁部１２２の間に供給されるようになっている。
【０００７】
この過充てん防止弁１２０は、次のように動作する。
二次側の燃料ガス供給経路３からピストン収納部１４３のピストン１４２の下面側に流入したガスの圧力、すなわち、二次側のガス圧が設定圧力を下回るときには、弁棒１３１がスプリング１２３の弾性力により図５における下方に移動し、弁体１３０と燃料ガス流路１２１の内壁との間に隙間が生じる。これにより、燃料ガス流路１２１が開き、燃料ガスが一次側の燃料ガス供給経路３から二次側の燃料ガス供給経路３に流れるようになる。
【０００８】
二次側のガス圧が設定圧力になると、このガス圧により、ピストン１４２がスプリング１２３を押し縮めるように移動し、弁体１３０が燃料ガス流路１２１の内壁に当接することにより、燃料ガス流路１２１が閉止される。これにより、一次側の燃料ガス供給経路３から二次側の燃料ガス供給経路３への燃料ガスの流れが止められるようになる。
【０００９】
このように、過充てん防止弁１２０は、二次側のガス圧と、スプリング１２３の弾性力のバランスにより、燃料ガス流路１２１の開閉を切り換える構成となっている。換言すれば、過充てん防止弁１２０が開閉切換を行う設定圧力は、スプリング１２３の弾性力により決定される。
【００１０】
【非特許文献１】
社団法人日本ガス協会、「圧縮天然ガススタンド安全技術指針」、平成１０年４月、ｐ４４
【非特許文献２】
シールテック株式会社、「高圧用レギュレータ」、１９９６年６月２日
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般的なガスは、弁などの細い流路を通過するとき、ジュールトムソン効果によりガス温度が変化する性質を有している。
具体的には、圧縮天然ガスは、他の高圧ガス（不活性ガス、酸素ガス等）と同様に、圧縮状態（例えば圧力２０ＭＰａ）から断熱膨張させると、ガス温度は著しく低下する。また、水素ガスは、一般のガスと異なり、ジュールトムソン効果により温度が上昇する性質を有するガスである。そのため水素ガスは、弁などを通過する際に温度が上昇する。
このため、過充てん防止弁１２０が、該過充てん防止弁１２０内を通過する燃料ガスにより、加熱または冷却されると、スプリング１２３が加熱または冷却され、そのばね定数が変化し、その結果、過充てん防止弁１２０が、正しい設定圧力で作動しないことがあるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、水素ガスまたは圧縮天然ガスを自動車に供給する際、設定圧力に応じて確実に作動することができる過充てん防止弁を備えた燃料充てん装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、自動車に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給経路に過充てん防止弁を設けた燃料充てん装置であって、
前記過充てん防止弁は、燃料ガス流路と、弁体によって前記燃料ガス流路を開閉する弁部と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて前記弁体を変位させる弁体変位手段と、この弁体変位手段の温度を調整する温度調整部とを備えていることを特徴とする燃料充てん装置を提供する。
このような燃料充てん装置によれば、燃料ガスの温度と過充てん防止弁の作動温度との差が大きい場合でも、温度調整部により弁体変位手段の温度を設定温度範囲に維持することができる。従って、過充てん防止弁が設定圧力の通りに確実に作動するようになる。
過充てん防止弁の作動温度は、一般には常温として決められていることから、温度調整部による弁体変位手段の温度調整は、該弁対変位手段の温度が常温付近を維持するように行うことが好ましい。
【００１４】
このような燃料充てん装置においては、燃料ガス供給経路に、燃料ガスを冷却する熱交換器を設けることができる。これにより、温度調整部による温度調整に必要なエネルギーをほとんど増大させることなく、燃料ガスを冷却することができる。
この場合、前記温度調整部は、前記熱交換器に供給される冷媒を用いて、前記弁体変位手段を冷却することができるようになっていることが好ましい。これにより、温度調整部への冷媒の供給が実施しやすくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。
以下の説明では、水素ガスと圧縮天然ガスとのいずれか一方または両方のことを「燃料ガス」といい、水素ガス自動車と圧縮天然ガス自動車とを総称して「自動車」という。
【００１６】
図１は、本発明の燃料充てん装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。図２は、図１に示す燃料充てん装置に適用することができる過充てん防止弁の一例を示す断面図である。
【００１７】
図１に示す燃料充てん装置１は、蓄圧器２からの燃料ガスを供給する燃料ガス供給経路３と、燃料ガスの供給量を調整する流量調整弁Ｖ１と、燃料ガスの流量を測定し積算する積算流量計Ｆ１と、充てん終了時に燃料ガス供給経路３を閉止するための遮断弁Ｖ２と、この遮断弁Ｖ２が故障した場合に燃料ガス供給経路３を閉止して過充てんを防止するための過充てん防止弁２０と、燃料ガスを冷却する熱交換器４と、自動車１２に充てんされる燃料ガスの圧力を検出する圧力計５とを備えている。
ここで、燃料ガスとしては、ジュールトムソン効果により温度が上昇しやすい水素ガスを用いて説明する。
【００１８】
熱交換器４は、過充てん防止弁２０の二次側に設けられており、図示しない冷媒供給手段により該熱交換器４に供給された冷媒により、燃料ガスを冷却することができるようになっている。また、熱交換器４と過充てん防止弁２０との間には、熱交換器４に供給された冷媒の一部を過充てん防止弁２０に供給するための冷媒流路６が設けられている。
上記冷媒としては、化学的に不活性であって、事故や故障などにより熱交換器４外に漏れたとしても、燃料ガスと反応して発火したり爆発したりすることがないものが好適に用いられる。具体的には、エチレングリコール、ジクロロメタン、メタノール、液体窒素、液体アルゴンなどが例示される。
【００１９】
燃料ガス供給経路３の端部には、フレキシブルホースなどの連絡管１１の一端が接続されている。この連絡管１１の他端は、自動車１２の燃料タンク１３に接続された燃料ガス供給経路１４に、カプラー（図示略）を介して接続することができるようになっている。燃料ガス供給経路１４には、逆止弁Ｖ３が設けられている。燃料タンク１３内の燃料ガスの外部への漏出は、この逆止弁Ｖ３により、防止されるようになっている。
【００２０】
図２に示すように、過充てん防止弁２０は、燃料ガス流路２１と、弁体３０によって燃料ガス流路２１を開閉する弁部２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて前記弁体３０を変位させる弁体変位手段２３と、この弁体変位手段２３の温度を調整する温度調整部２４とを備えている。
なお、弁体変位手段２３は、本実施の形態においてはスプリングであり、以下、スプリング２３として説明する。
【００２１】
燃料ガス流路２１は、燃料ガス供給経路３に接続されている。
弁部２２は、弁体３０を有する弁棒３１と、この弁棒３１が摺動可能に収容された摺動孔３２を有する弁箱３３を備えている。
摺動孔３２は、燃料ガス流路２１と連通している。弁体３０は、摺動孔３２に形成された弁室３４に相当する位置に形成されている。
【００２２】
スプリング２３は、スプリング収納部４０に収納されており、このスプリング収納部４０内部に反力を取り、ボール４１を介してピストン４２を弁部２２の方向（図２における下方）に付勢している。
ピストン４２は、ピストン収納部４３に収納されている。ピストン４２は、弁棒３１の一端に固定されており、ピストン４２と弁棒３１とは一体となって動くようになっている。
【００２３】
ピストン収納部４３には、過充てん防止弁２０の二次側の燃料ガス供給経路３から分岐された分岐経路４４が接続されている。この分岐経路４４を通して、二次側の燃料ガス供給経路３内の燃料ガスが、ピストン収納部４３内のピストン４２と弁部２２の間に供給されるようになっている。
【００２４】
温度調整部２４は、スプリング２３の温度を検出する温度センサ５０と、スプリング２３を冷却する熱交換部５１と、この熱交換部５１に冷媒流路６により供給される冷媒の流量を制御する制御弁５２と、熱交換部５１から冷媒を排出する冷媒導出経路５３と、温度センサ５０の出力信号により、制御弁５２の開閉を行う制御部５４とを備えている。
【００２５】
この温度調整部２４は、温度センサ５０の検出値が予め設定された設定温度範囲を上回ったときに制御弁５２を開き、設定温度範囲を下回ったときに制御弁５２を閉じるように制御することにより、スプリング２３の温度を所定の設定温度範囲に維持することができるように構成することができる。
【００２６】
次に、過充てん防止弁２０の動作の一例について詳しく説明する。
なお、この過充てん防止弁２０において、弁部２２およびスプリング２３は、図５に示した従来の過充てん防止弁１２０と同様に動作するので、この動作については、説明を省略する。
【００２７】
温度センサ５０の検出値が予め設定された設定温度範囲を上回ると、制御部５４によって制御弁５２が開かれ、冷媒流路６を通して冷媒が熱交換部５１に供給される。これにより、スプリング収納部４０およびスプリング２３が冷却される。
スプリングが冷却されて、温度センサ５０の検出値が上記設定温度範囲を下回ると、制御部５４によって制御弁５２が閉じられ、冷媒導出経路５３を通して冷媒が熱交換部５１から排出される。これにより、スプリングの冷却が終了される。
【００２８】
このようにして、スプリング２３の温度が上記設定温度範囲に維持されると、スプリング２３のばね定数が一定に維持される。その結果、燃料ガス流路２１の開閉の切換が起こる二次側のガス圧が、燃料ガスの温度や外気温などが変化したとしても、一定に維持される。つまり、過充てん防止弁２０が、設定圧力の通りに確実に作動するようになる。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態の燃料充てん装置１は、上述のように、過充てん防止弁２０が、燃料ガス流路２１と、弁体３０によって燃料ガス流路２１を開閉する弁部２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて弁体３０を変位させるスプリング２３と、このスプリング２３の温度を調整する温度調整部２４とを備えているので、温度調整部２４によりスプリング２３の温度が常に所定の設定温度範囲に維持され、過充てん防止弁２０が設定圧力の通りに確実に作動するようになる。このため、過充てん防止弁２０が設定圧力から著しくずれた圧力で作動するなどの不都合が防止される。従って、設定どおりの充てん圧力で充てんすることができる。
【００３０】
また、燃料ガス供給経路３に、燃料ガスを冷却する熱交換器４が設けられているので、温度調整部２４による温度調整に必要なエネルギーをほとんど増大させることなく、燃料ガスを冷却することができる。その結果、水素ガスのように、燃料充てん装置内で温度が上昇しやすい気体でも、燃料ガスの充てん前温度を下げ、燃料タンク１３の温度を確実に設定温度以下に維持することができる。これにより、燃料ガスの充てん速度を高め、短時間で充てんを行うことができる。
【００３１】
さらに、温度調整部２４は、熱交換器４に供給される冷媒を用いて、スプリング２３を冷却することができるので、温度調整部２４への冷媒供給源を熱交換器４への冷媒供給源と別に用意する必要がなくなり、燃料充てん装置１の構成を簡略化することができる。
【００３２】
図３は、本発明の燃料充てん装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。図４は、図３に示す燃料充てん装置に適用することができる過充てん防止弁の一例を示す断面図である。この第２の実施の形態は、ジュールトムソン効果により温度が下がる圧縮天然ガス等に好適である。
図３に示す燃料充てん装置６０は、熱交換器４が設けられておらず、過充てん防止弁６１が図４に示す構成のものであることを除いて、第１の実施の形態の燃料充てん装置１と同様の構成を備えている。
【００３３】
過充てん防止弁６１は、燃料ガス流路２１と、弁体３０によって燃料ガス流路２１を開閉する弁部２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて弁体３０を変位させるスプリング２３と、このスプリング２３の温度を調整する温度調整部６２とを備えている。
【００３４】
温度調整部６２は、スプリング２３の温度を検出する温度センサ６３と、スプリング２３を加熱するヒータ６４と、ヒータ６４に電力を供給する電線６５に設けられたスイッチ６６と、温度センサ６３の検出値に基づいて、スイッチ６６を操作することによってヒータ６４への電力供給および停止を制御する制御部６７とを備えている。
【００３５】
この温度調整部６２は、温度センサ６３の検出値が予め設定された設定温度範囲を下回ったときにスイッチ６６を操作することによってヒータ６４に電力を供給し、設定温度範囲に達したときにスイッチ６６を操作することによってヒータ６４への電力供給を停止するように制御することにより、スプリング２３の温度を所定の設定温度範囲に維持することができるように構成することができる。
【００３６】
本実施の形態の燃料充てん装置６０は、上述のように、過充てん防止弁２０が、燃料ガス流路２１と、弁体３０によって燃料ガス流路２１を開閉する弁部２２と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて弁体３０を変位させるスプリング２３と、このスプリング２３の温度を調整する温度調整部６２とを備えているので、温度調整部６２によりスプリング２３の温度が常に所定の設定温度範囲に維持され、過充てん防止弁２０が設定圧力の通りに確実に作動するようになる。このため、過充てん防止弁２０が設定圧力から著しくずれた圧力で作動するなどの不都合が防止される。従って、圧縮天然ガスのように、燃料充てん装置内で温度が低下しやすい燃料ガスの場合でも、設定どおりの充てん圧力で充てんできる。
【００３７】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、温度調整部として、弁体変位手段の温度を上昇させるヒータと、弁体変位手段の温度を低下させる熱交換器との両方を備え、温度センサの検出値が予め設定された設定温度範囲を上回ったときに熱交換器を作動させて弁体変位手段を冷却し、前記設定温度範囲を下回ったときにヒータを作動させて弁体変位手段を加熱するように制御することにより、スプリングの温度を所定の設定温度範囲に維持することができるようになっているものを用いることができる。
これにより、例えば、燃料充てん装置が設置される環境の温度変動が激しい場合でも、弁体変位手段の温度が所定の設定温度範囲により確実に維持されるようになる。このため、過充てん防止弁が設定圧力から著しくずれた圧力で作動するなどの不都合が防止される。
【００３８】
熱交換器は過充てん防止弁の一次側に設けることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃料充てん装置は、燃料ガス流路と、弁体によって前記燃料ガス流路を開閉する弁部と、燃料ガスの充てん圧力に基づいて前記弁体を変位させる弁体変位手段と、この弁体変位手段の温度を調整する温度調整部とを備えた過充てん防止弁を具備しているので、燃料ガスの温度と過充てん防止弁の作動温度との差が大きい場合でも、温度調整部により弁体変位手段の温度が設定温度範囲に維持される。従って、過充てん防止弁が設定圧力の通りに確実に作動するようになる。特に、連続的に充てんが行われる場合には効果的である。
【００４０】
このような燃料充てん装置においては、燃料ガス供給経路に、燃料ガスを冷却する熱交換器を設けることができる。これにより、温度調整部による温度調整に必要なエネルギーをほとんど増大させることなく、燃料ガスを冷却することができる。
この場合、前記温度調整部は、前記熱交換器に供給される冷媒を用いて、前記弁体変位手段を冷却することができるようになっていることが好ましい。これにより、温度調整部への冷媒の供給が実施しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の燃料充てん装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の燃料充てん装置に適用可能な過充てん防止弁の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の燃料充てん装置を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の燃料充てん装置に適用可能な過充てん防止弁の一例を示す断面図である。
【図５】従来の燃料充てん装置に用いられている過充てん防止弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…燃料充てん装置、３…燃料ガス供給経路、４…熱交換器、１２…自動車、１３…燃料タンク、２０…過充てん防止弁、２１…燃料ガス流路、２２…弁部、２３…弁体変位手段（スプリング）、２４…温度調整部、３０…弁体、６０…燃料充てん装置、６１…過充てん防止弁、６２…温度調整部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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