(57)【要約】【課題】高圧容器への高圧ガス充填補給を、充填ボンベへの充填との関係で効率よく行う高圧ガス高速充填方法およびそれに用いる装置を提供する。【解決手段】複数個の高圧容器２〜５のうち、特定の高圧容器の圧力と充填ボンベ７の圧力との圧力比が所定値以下になったとき、上記特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行い、この充填補給中に上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベ７へ高圧ガスの充填を行う。こうすることにより、複数の高圧容器２〜５への高圧ガスの充填補給を確実に行い、充填ボンベ７への充填能力に不足を来さないようにし、充填ボンベ７への充填時間の短縮にも役立っている。【選択図】図１
2004076895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧ガスを蓄圧している高圧容器と被充填側の充填ボンベとの圧力比で上記高圧容器から高圧ガスを上記充填ボンベに充填するとともに、上記高圧容器が複数個設置されていてこれらの複数個の高圧容器を順次充填ボンベへ連通させて充填ボンベに高圧ガスを充填する高圧ガス高速充填方法であって、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガスの充填を行うことを特徴とする高圧ガス高速充填方法。
【請求項２】
あらかじめそれぞれの圧力に差を設けて傾斜状に設定した高圧容器を３つ以上準備し、充填ボンベへの高圧ガスの充填を行なって圧力が所定値以下となったのち高圧ガスの充填補給を行って圧力が最も高い側に属するものとした高圧容器を、その後の充填ボンベへの高圧ガスの充填に使用することにより、複数の高圧容器の循環的な使用を行なう請求項１記載の高圧ガス高速充填方法。
【請求項３】
充填開始時の充填ボンベの高圧ガス残量に応じた圧力を測定し、上記複数個の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が、充填ボンベの高圧ガス残量に応じたその充填ボンベへの充填にとって適正な圧力比以上を呈する高圧容器のうち圧力比が小さい高圧容器を選定し、その高圧容器から順次充填ボンベに連通される請求項１または２記載の高圧ガス高速充填方法。
【請求項４】
高圧ガスを蓄圧している高圧容器と被充填側の充填ボンベとの圧力比で上記高圧容器から高圧ガスを上記充填ボンベに充填するとともに、上記高圧容器が複数個設置されていてこれらの複数個の高圧容器を順次充填ボンベへ連通させて充填ボンベに高圧ガスを充填する高圧ガス高速充填装置であって、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガス充填を行うように構成されていることを特徴とする高圧ガス高速充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮天然ガスのような高圧ガスを高速で充填する方法とそれに用いる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被充填側である充填ボンベに高圧ガスを充填する場合には、一旦、高圧容器に高圧ガスを貯留しておき、この高圧容器を充填ボンベに接続して、高圧容器と充填ボンベとの圧力比を利用して充填を行っている。そして、高圧容器は複数個準備され、最初に圧力の低い高圧容器から充填を開始し、充填ボンベとの間の圧力差が小さくなって充填流速が低下してきたら、他の圧力の高い高圧容器に切換える。このように充填流速の高い領域を高圧容器の切換えにより継続させて行くのであり、その結果、充填時間が短縮され高速充填が実現している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数個の高圧容器を充填ボンベの圧力が上昇して行くのに応じて順次切替えて行くと、当然のことながら、圧力の低下した高圧容器に高圧ガスの充填補給をしなければならない。効率的に充填ボンベへ充填を展開して行くためには、複数個の高圧容器に対する充填補給を、充填ボンベへの充填と有機的に関連させて実施する必要がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、高圧容器に対する高圧ガスの充填補給を合理的に行う高圧ガス高速充填方法およびそれに用いる装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の高圧ガス高速充填方法は、高圧ガスを蓄圧している高圧容器と被充填側の充填ボンベとの圧力比で上記高圧容器から高圧ガスを上記充填ボンベに充填するとともに、上記高圧容器が複数個設置されていてこれらの複数個の高圧容器を順次充填ボンベへ連通させて充填ボンベに高圧ガスを充填する高圧ガス高速充填方法であって、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガスの充填を行うことを要旨とする。
【０００６】
すなわち、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガスの充填を行うのである。
【０００７】
なお、「充填補給」なる表現は、圧力の低下した高圧容器に、例えば、圧縮機から高圧ガスの補充を行なって、充填ボンベに対する充填能力を回復させることを意味している。
【０００８】
上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次被充填側の充填ボンベに連通される。すなわち、ガス圧の低い状態の充填ボンベに対して、複数個の高圧容器のうち圧力の最も小さい高圧容器（ここでは便宜上「第１の高圧容器」という）から充填を開始する。その後、この充填機能を果たしている第１の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になって、適正な充填能力が実質的に消滅すると、この第１の高圧容器に対して高圧ガスの充填補給が開始される。この充填補給は、その充填補給圧力が他の高圧容器の中で最も高い圧力のレベルになるまで遂行される。このように充填能力の低下した第１の高圧容器への充填補給の進行中に、それと並行して、第１の高圧容器の次に大きい圧力を有している高圧容器（ここでは便宜上「第２の高圧容器」という）から充填ボンベへ継続的に充填が行なわれる。
【０００９】
そして、この充填ボンベへ高圧ガスの充填を果たした第２の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が再び所定値以下になると、上記第１の高圧容器と同様にして第２の高圧容器に充填補給がなされ、この充填補給の進行中に、それと並行して、第２の高圧容器の次に大きい圧力を有する高圧容器（ここでは便宜上「第３の高圧容器」という）から充填ボンベへ継続的に充填が行なわれる。以上のようにして複数個の高圧容器が圧力の小さい方から順次充填ボンベに連通されて、充填ボンベのガス圧力が所定値に達すると、充填が完了する。そして、各高圧容器の充填能力が不十分な領域に達すると、その都度、充填能力を回復させるべく該当する高圧容器に対して充填補給がなされる。
【００１０】
したがって、複数個の高圧容器のうち圧力が小さい第１の高圧容器の方から充填ボンベへのガス充填が開始され、その第１の高圧容器の充填能力が充填ボンベとの相対関係で実質的に消滅すると、引続いてこの第１の高圧容器に充填能力の回復措置である充填補給が行なわれる。そして、この充填補給に並行して第２の高圧容器から充填ボンベへ高圧ガスが充填される。要約すると、圧力の小さな高圧容器から充填ボンベへ高圧ガスが充填されること、その高圧容器の充填補給（回復措置）が他の高圧容器のうち最高の圧力レベルに達するまで行なわれること、この充填補給の進行中に他の高圧容器から充填ボンベへの高圧ガス充填を継続すること等が一連性のある動作要素として遂行される。
【００１１】
上記のような動作により、高圧容器の圧力の回復措置すなわち充填補給の進行中にそれと並行して他の高圧容器から充填ボンベへ充填が行なわれるので、高圧容器の回復措置と充填ボンベへの充填とが同時進行的に推進されることとなり、充填能力の回復時間が短縮される。このような回復時間の短縮は、例えば、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器をいち早く充填可能な態勢に回復させておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができるのであり、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用されるのである。さらに、特定の高圧容器に対する充填補給は、他の高圧容器を上回る最高圧力レベルまで行なわれるので、回復した高圧容器は高い充填能力をもって待機することとなり、つぎに充填機能を果たすときには充填ボンベへの充填がより一層積極的に行なわれる。これらの利点が複合することにより、複数個の高圧容器から充填ボンベへの充填と、特定の高圧容器自体の充填能力回復とが有機的に関連付けられて、高圧ガスの高速充填が果たされるのである。
【００１２】
上記充填ボンベに高圧ガスを充填するときには、充填ボンベ側は種々な圧力状態になっている。例えば、空の充填ボンベに高圧容器から充填をする場合には、充填初期は高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以上になっているので充填速度は高く維持できるが、充填ボンベへの充填度合いが進行してくると、上記圧力比が小さくなりそれに伴って充填速度も徐々に低下してくる。したがって、圧力の小さな方から順次高圧容器を切換えるようにして、常に充填ボンベに対する高圧容器の充填能力を適正に維持することにより、常に充填速度を高く保ち高速充填が実現するのである。
【００１３】
他の例としては、充填ボンベが自動車の燃料タンクの場合である。ほぼ空になった低圧状態、半分位残っている中間的な圧力状態、満タンに近い高圧状態等さまざまである。これらの各圧力状態に適合させて高圧容器側の圧力を変化させなければ充填速度を高めることができないので、高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との「圧力比」を所定値以上に保つことにより、高速充填が達成される。
【００１４】
図２の線図は、高圧容器側の圧力をＰ１、充填ボンベ側の圧力をＰ０とし、その圧力比Ｐ１／Ｐ０とガス流速との関係を示している。ここで、流体が高圧容器から充填ボンベへ流れる条件は、高圧容器の圧力Ｐ１が充填ボンベの圧力Ｐ０のほぼ２倍より大きい場合は、高圧容器の圧力が支配的になって流速が決定され、それは音速以上にはならない。また、２倍を下回れば、（Ｐ１−Ｐ０）なる圧力差で流速が決定される。したがって、２倍を大きく下回る場合には、流速が大きく低下し、充填時間が長くなることを意味している。以上の原則により、２倍を保持するのが最善であるが、実際的には１．５倍以上、好ましくは１．７倍以上に保持しておけば、高速充填が実現する。
【００１５】
前述のように、圧力の低下した特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行い、この充填補給中に上記特定の高圧容器以外の高圧容器から充填ボンベへ高圧ガスの充填を行うことにより、充填ボンベへの充填と高圧容器への充填補給とが並行的に遂行され、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用される。さらに、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器を常に充填可能な態勢にしておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができる。
【００１６】
本発明の高圧ガス高速充填方法において、あらかじめそれぞれの圧力に差を設けて傾斜状に設定した高圧容器を３つ以上準備し、充填ボンベへの高圧ガスの充填を行なって圧力が所定値以下となったのち高圧ガスの充填補給を行って圧力が最も高い側に属するものとした高圧容器を、その後の充填ボンベへの高圧ガスの充填に使用することにより、複数の高圧容器の循環的な使用を行なう場合には、上記のように３つ以上の高圧容器の圧力差が傾斜状に設定され、充填ボンベへの高圧ガス充填により低圧になった高圧容器が充填補給により最も高い側に属する圧力レベルに回復されるので、この最高圧力とされた高圧容器を待機させ、複数の高圧容器の循環的な使用ができ、３つ以上の高圧容器を効率的に動作させて、高速充填の促進に有効なものとなる。
【００１７】
また、充填補給がなされた高圧容器は複数の高圧容器のなかで最も高い圧力レベルとされるので、充填ボンベへの充填機能がより一層積極的に行なわれる。さらに、高圧容器の圧力差が傾斜状に設定されていることにより、各高圧容器の圧力差が略均一に設定されるので、順次切換えられる各高圧容器から充填ボンベへの充填量も略均一にすることができる。したがって、高圧容器への充填補給ガス量も可及的に均一化されて、充填補給の供給制御が行ないやすくなる。
【００１８】
本発明の高圧ガス高速充填方法において、充填開始時の充填ボンベの高圧ガス残量に応じた圧力を測定し、上記複数個の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が、充填ボンベの高圧ガス残量に応じたその充填ボンベへの充填にとって適正な圧力比以上を呈する高圧容器のうち圧力比が小さい高圧容器を選定し、その高圧容器から順次充填ボンベに連通される場合には、充填開始時の充填ボンベの実測圧力値を基準にして、充填能力のある高圧容器を選定し、この選定された高圧容器のうち圧力の小さい高圧容器から充填ボンベへの高圧ガス充填が行なわれる。したがって、充填開始時の充填ボンベの圧力の実態に即した高圧容器の選択がなされるとともに、そのなかの圧力の小さい高圧容器から充填ボンベへの充填が開始されるので、どの高圧容器から充填を開始するべきかが、最も適正に選定され、複数個の高圧容器を合理的に機能させることができる。
【００１９】
また、上記目的を達成するため、本発明の高圧ガス高速充填装置は、高圧ガスを蓄圧している高圧容器と被充填側の充填ボンベとの圧力比で上記高圧容器から高圧ガスを上記充填ボンベに充填するとともに、上記高圧容器が複数個設置されていてこれらの複数個の高圧容器を順次充填ボンベへ連通させて充填ボンベに高圧ガスを充填する高圧ガス高速充填装置であって、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガス充填を行うように構成されていることを要旨とする。
【００２０】
すなわち、上記複数個の高圧容器は圧力が小さい方から順次充填ボンベに連通され、上記複数個の高圧容器のうち、充填ボンベに連通された特定の高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行って複数の高圧容器のうち圧力が最も高い側に属するものとし、この充填補給の進行中にそれと並行して上記特定の高圧容器以外の高圧容器から上記充填ボンベへ高圧ガス充填を行うように構成されている。
【００２１】
前述の高圧ガス高速充填方法で説明した動作と同様な高圧ガス高速充填装置の動作により、高圧容器の圧力の回復措置すなわち充填補給の進行中にそれと並行して他の高圧容器から充填ボンベへ充填が行なわれるので、高圧容器の回復措置と充填ボンベへの充填とが同時進行的に推進されることとなり、充填能力の回復時間が短縮される。さらに、高圧容器に対する充填補給は、他の高圧容器を上回る最高圧力レベルまで行なわれるので、回復した高圧容器は高い充填能力をもって待機することとなり、つぎに充填機能を果たすときには充填ボンベへの充填がより一層積極的に行なわれる。これらの利点が複合することにより、複数個の高圧容器から充填ボンベへの充填と、高圧容器自体の充填能力回復とが有機的に関連付けられて、高圧ガスの高速充填が果たされるのである。
【００２２】
上記充填ボンベに高圧ガスを充填するときには、充填ボンベ側は種々な圧力状態になっている。例えば、空の充填ボンベに高圧容器から充填をする場合には、充填初期は高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以上になっているので充填速度は高く維持できるが、充填ボンベへの充填度合いが進行してくると、上記圧力比が小さくなりそれに伴って充填速度も徐々に低下してくる。したがって、圧力の小さな方から順次高圧容器を切換えるようにして、常に充填ボンベに対する高圧容器の充填能力を適正に維持することにより、常に充填速度を高く保ち高速充填が実現するのである。
【００２３】
他の例としては、充填ボンベが自動車の燃料タンクの場合である。ほぼ空になった低圧状態、半分位残っている中間的な圧力状態、満タンに近い高圧状態等さまざまである。これらの各圧力状態に適合させて高圧容器側の圧力を変化させなければ充填速度を高めることができないので、高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比を所定値以上に保つことにより、高速充填が達成される。
【００２４】
前述のように、圧力の低下した特定の高圧容器に高圧ガスの充填補給を行い、この充填補給中に上記特定の高圧容器以外の高圧容器から充填ボンベへ高圧ガスの充填を行うことにより、充填ボンベへの充填と高圧容器への充填補給とが並行的に遂行され、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用される。さらに、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器を常に充填可能な態勢にしておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
【００２６】
図１は、本発明の高圧ガス高速充填方法およびそれに用いる装置の一実施の形態を示す。
【００２７】
この装置は、圧縮機１を動作させて高圧ガスを４個の高圧容器２，３，４，５に充填補給を行い、これらの高圧容器２〜５から自動車６の燃料タンク７に高圧ガスを充填するもので、高圧容器２〜５への充填補給や燃料タンク７への充填等の全体的な制御は制御手段８によって行われている。なお、燃料タンク７が被充填側の充填ボンベに相当している。また、高圧容器２〜５は燃料補給スタンドの充填施設内にあり、ここでは４本が１組になって設置されている。
【００２８】
各高圧容器２〜５から延びている充填管２Ａ，３Ａ，４Ａ，５Ａは１本化されて合流管９とされ、この合流管９は着脱可能なコネクタ（図示していない）を介して燃料タンク７に接続されている。各充填管２Ａ〜５Ａには、電気信号で開閉される充填弁２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂが設けられており、図示の信号線で制御手段８から信号が入力される。なお、制御手段８には通常のコンピュータ装置が用いられている。
【００２９】
各充填管２Ａ〜５Ａには、各高圧容器２〜５の圧力を測定する圧力計２Ｃ，３Ｃ，４Ｃ，５Ｃが配置され、それぞれの符号Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は各高圧容器の圧力値を示している。また、合流管９には、燃料タンク７の圧力を測定する圧力計１０が配置され、符号Ｐ０は燃料タンク７の圧力値を示している。上記の各圧力計２Ｃ〜５Ｃおよび１０から信号線を経て圧力値の電気信号が制御手段８に送られるようになっている。なお、符号１１は合流管９に設けられた開閉弁である。
【００３０】
上記圧縮機１から各高圧容器２〜５に補給管２Ｄ，３Ｄ，４Ｄ，５Ｄが接続されており、その途中には制御手段８からの電気信号で開閉される補給弁２Ｅ，３Ｅ，４Ｅ，５Ｅが設けられており、上記電気信号は図示の信号線で制御手段８から入力される。
【００３１】
上記複数個の高圧容器２〜５は、圧力の小さい方から順次充填ボンベ７に連通されるので、各高圧容器２〜５の各圧力と燃料タンク７の圧力を比較して、どの高圧容器から燃料タンク７への充填を開始するかが判定される。そのために、上記制御手段８に圧力比較判定手段が設けられ、各高圧容器の圧力計２Ｃ，３Ｃ，４Ｃ，５Ｃの各圧力値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と燃料タンク７の圧力値Ｐ０が比較されて、各高圧容器２〜５と燃料タンク７との圧力比を演算するようになっている。そして、この演算された複数の圧力比のなかから最も小さな圧力比を示す高圧容器が選択されて、それに付属するいずれかの充填弁２Ｂ，３Ｂ，４Ｂ，５Ｂが開かれる。この開弁動作は、上記の圧力比較判定手段と対をなす充填ボンベ充填動作手段からの開弁動作信号によって行なわれる。
【００３２】
また、複数個の高圧容器が準備されていても、燃料タンク７側の圧力が比較的高い場合には、それに見合った圧力の高圧容器を燃料タンク７に連通させなければ、燃料タンク７への充填ガス流が生じないこととなる。そこで、上記圧力比較判定手段につぎのような機能が与えられている。すなわち、充填開始時の燃料タンク７の高圧ガスの残量に応じた圧力を測定し、複数個の高圧容器２〜５の圧力と燃料タンク７の圧力との圧力比が、燃料タンク７の高圧ガス残量に応じたその燃料タンク７への充填にとって適正な圧力比以上を呈する高圧容器を区分し、この適正圧力比以上の高圧容器のうち圧力比が小さい高圧容器を選定し、その高圧容器から順次燃料タンク７に連通される。したがって、高圧容器２〜５と燃料タンク７との圧力比が小さすぎたり、圧力比が「１」であるような高圧容器は、燃料タンク７に接続されないことになる。
【００３３】
さらに、高圧容器２〜５のうち燃料タンク７に連通されている特定の高圧容器の充填能力が不十分なレベルになったとき、すなわち、燃料タンク７に連通されている高圧容器の圧力と燃料タンク７の圧力との圧力比が、上記圧力比較判定手段によって測定されて所定値以下になったとき、この所定値以下の圧力となった特定の高圧容器に圧縮機１から充填補給が行なわれる。この充填補給を行なわせるために、制御手段８に高圧容器充填補給動作手段が設けられている。この高圧容器充填補給動作手段は、上記圧力比較判定手段からの動作信号を受けて該当するいずれかの補給弁２Ｅ〜５Ｅを開弁させるとともに、圧縮機１を動作させて、高圧容器への充填補給が行なわれる。
【００３４】
３つ以上準備された高圧容器２〜５の循環的な使用を行うために、上記高圧容器充填補給動作手段により各高圧容器ごとに充填補給を行ない、各高圧容器の圧力に差を設けて傾斜状の圧力配列とされている。こうするために、制御手段８から上記の「差」に相当する動作信号が高圧容器充填補給動作手段に投入されて、高圧容器に傾斜状の圧力配列が形成される。そして、最高圧力レベルに充填補給がなされた高圧容器を待機させておき、燃料タンク７の圧力が最終的な高い圧力に近づいてきたときに、待機させておいた高圧容器を燃料タンク７に連通させて、いわゆる循環的な高圧容器の使用を行う。
【００３５】
つぎに、図１にしたがって高圧ガス高速充填方法およびそれに用いる装置の動作を説明する。
【００３６】
いま、高圧容器２には容器の５０％、高圧容器３には容器の８０％、高圧容器４および５には１００％充填補給がなされ、他方、燃料タンク７は略エンプティ（からっぽ）であると仮定して説明する。合流管９が燃料タンク７に接続され、制御手段８の動作信号により、開閉弁１１が開けられていて、各充填弁２Ｂ〜５Ｂおよび各補給弁２Ｅ〜５Ｅは閉じられている。
【００３７】
ここで、制御手段８の動作を開始させると、燃料タンク７の圧力値Ｐ０を示す信号と、各高圧容器の圧力値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を示す信号が制御手段８で比較され、各高圧容器２〜５の圧力と燃料タンク７の圧力Ｐ０との各圧力比が演算される。その結果、上記５０％充填の高圧容器２との間の圧力比が燃料タンク７への充填に適していると判定され、それに伴って開弁動作信号が充填弁２Ｂに伝えられて、同弁２Ｂが開弁される。これによって、まず最初である高圧容器２からの充填が開始される。
【００３８】
上記充填が進行して高圧容器２と燃料タンク７間の圧力比が１．５以下になろうとしたら、制御手段８はその過渡状態を不適と判定し、充填弁２Ｂに閉動作信号が送られ同弁２Ｂが閉じられる。同時に、次の高圧容器３を燃料タンク７に連通させるべく、充填弁３Ｂに開動作信号が送られ同弁３Ｂが開けられる。これにより、適正な圧力比を高圧容器３と燃料タンク７間に成立させて、高速充填流を続行させる。一方、充填弁２Ｂを閉じるのと同時に、制御手段８から補給弁２Ｅを開けかつ圧縮機１を運転する信号が発信され、高圧容器２に対する高圧ガスの充填補給が開始される。高圧容器２の充填圧力が４つの高圧容器の中で最大値になったところで補給弁２Ｅが閉じられ、圧縮機１も停止される。なお、ここでは高圧容器４，５が１００％充填の状態であるから、高圧容器２の上記最大圧力は高圧容器４，５と同圧である。
【００３９】
さらに充填が進行して高圧容器３と燃料タンク７間の圧力比が過小であると制御手段８で判定されたら、直ちに充填弁３Ｂを閉じ充填弁４Ｂを開ける。これによって、高圧容器４と燃料タンク７間の圧力比が適正値に更新されると、高速充填流が続行される。その結果、燃料タンク７側の圧力が所定値に達したことが圧力計１０から制御手段８に伝達されると、制御手段８からの動作信号により充填弁４Ｂと開閉弁１１が閉じられて充填が終了する。なお、上記の充填弁３Ｂが閉じられたときの高圧容器３の圧力が基準値を下回っているときには、制御手段８からの動作信号により補給弁３Ｅが開けられ、圧縮機１の運転開始により高圧容器３への充填補給がなされる。
【００４０】
上記の基準値は、充填ボンベの種類によって異なるが、自動車に搭載されている場合には、入ってくる自動車の燃料タンク７のガス残量分布を統計的に把握しておく。そして、例えば、残量２０％位が最大分布であれば、この２０％相当の圧力に対して十分な充填能力のある圧力値が高圧容器３側に残存しているかどうかが基準とされる。したがって、高圧容器３がこの基準値を下回るときには、制御手段８からの信号で補給弁３Ｅが開かれるのと同時に、圧縮機１が運転され、高圧容器３への充填補給がなされる。上記の基準値を下回るというのは、適正な圧力比を下回ることと同じ状態を意味している。
【００４１】
また、上記の動作において、複数個の高圧容器２〜５が準備されていても、燃料タンク７側の圧力が比較的高い場合には、それに見合った圧力の高圧容器を燃料タンク７に連通させなければ、燃料タンク７への充填ガス流が生じないこととなる。そこで、充填開始時の燃料タンク７の高圧ガスの残量に応じた圧力を測定し、複数個の高圧容器２〜５の圧力と燃料タンク７の圧力との圧力比が、燃料タンク７の高圧ガス残量に応じたその燃料タンク７への充填にとって適正な圧力比以上を呈する高圧容器を区分し、この適正圧力比以上の高圧容器のうち圧力比が小さい高圧容器を選定し、その高圧容器から順次燃料タンク７に連通される。したがって、高圧容器２〜５と燃料タンク７との圧力比が小さすぎたり、圧力比が「１」であるような高圧容器は、燃料タンク７に接続されないことになる。さらに、あらかじめ各高圧容器２〜５の圧力に差を設けて傾斜状の圧力配列とされ、最高圧力レベルに充填補給がなされた高圧容器を待機させておき、燃料タンク７の圧力が最終的な高い圧力に近づいてきたときに、待機させておいた高圧容器を燃料タンク７に連通させて、いわゆる循環的な高圧容器の使用が行なわれている。
【００４２】
以上に説明した実施の形態の作用効果を説明する。
【００４３】
図２の線図は、高圧容器２側の圧力をＰ１、燃料タンク７の圧力をＰ０とし、その圧力比Ｐ１／Ｐ０とガス流速との関係を示している。ここで、流体が高圧容器２〜５から燃料タンク７へ流れる条件は、高圧容器２〜５の圧力Ｐ１が充填ボンベの圧力Ｐ０のほぼ２倍より大きい場合は、高圧容器２〜５の圧力が支配的になって流速が決定され、それは音速以上にはならない。また、２倍を下回れば、（Ｐ１−Ｐ０）なる圧力差で流速が決定される。したがって、２倍を大きく下回る場合には、流速が大きく低下し、充填時間が長くなることを意味している。以上の原則により、２倍を保持するのが最善であるが、実際的には１．５倍以上、好ましくは１．７以上に保持しておけば、高速充填が実現する。
【００４４】
高圧容器２〜５のうちいずれかの高圧容器の圧力の回復措置すなわち充填補給の進行中に、それと並行して他の高圧容器から燃料タンク７へ充填が行なわれるので、高圧容器の回復措置と燃料タンク７への充填とが同時進行的に推進されることとなり、充填能力の回復時間が短縮される。このような回復時間の短縮は、例えば、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器２〜５をいち早く充填可能な態勢に回復させておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができるのであり、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用されるのである。さらに、特定の高圧容器に対する充填補給は、他の高圧容器を上回る最高圧力レベルまで行なわれるので、回復した高圧容器は高い充填能力をもって待機することとなり、つぎに充填機能を果たすときには燃料タンク７への充填がより一層積極的に行なわれる。これらの利点が複合することにより、複数個の高圧容器２〜５から燃料タンク７への充填と、特定の高圧容器自体の充填能力回復とが有機的に関連付けられて、高圧ガスの高速充填が果たされるのである。
【００４５】
上記燃料タンク７に高圧ガスを充填するときには、燃料タンク７側は種々な圧力状態になっている。例えば、空の燃料タンク７に高圧容器２〜５から充填をする場合には、充填初期は高圧容器の圧力と燃料タンク７の圧力との圧力比が所定値以上になっているので充填速度は高く維持できるが、燃料タンク７への充填度合いが進行してくると、上記圧力比が小さくなりそれに伴って充填速度も徐々に低下してくる。したがって、圧力の小さな方から順次高圧容器を切換えるようにして、常に燃料タンク７に対する高圧容器の充填能力を適正に維持することにより、常に充填速度を高く保ち高速充填が実現するのである。
【００４６】
他の例としては、自動車の燃料タンク７の場合である。略空になった低圧状態、半分位残っている中間的な圧力状態、満タンに近い高圧状態等さまざまである。これらの各圧力状態に適合させて高圧容器２〜５側の圧力を変化させなければ充填速度を高めることができないので、高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比を所定値以上に保つことにより、高速充填が達成される。
【００４７】
あらかじめそれぞれの圧力に差を設けて傾斜状に設定した高圧容器を３つ以上準備し、燃料タンク７への高圧ガスの充填を行なって圧力が所定値以下となったのち高圧ガスの充填補給を行って圧力が最も高い側に属するものとした高圧容器を、その後の燃料タンク７への高圧ガスの充填に使用することにより、複数の高圧容器２〜５の循環的な使用を行なう。こうすることにより、上記のように３つ以上の高圧容器の圧力差が傾斜状に設定され、燃料タンク７への高圧ガス充填により低圧になった高圧容器が充填補給により最も高い側に属する圧力レベルに回復されるので、この最高圧力とされた高圧容器を待機させ、複数の高圧容器の循環的な使用ができ、３つ以上の高圧容器を効率的に動作させ、高速充填の促進に有効なものとなる。
【００４８】
また、充填補給がなされた高圧容器は複数の高圧容器のなかで最も高い圧力レベルとされるので、燃料タンク７への充填機能がより一層積極的に行なわれる。さらに、高圧容器の圧力差が傾斜状に設定されていることにより、各高圧容器２〜５の圧力差が略均一に設定されるので、順次切換えられる各高圧容器から燃料タンク７への充填量も略均一にすることができる。したがって、高圧容器２〜５への充填補給ガス量も可及的に均一化されて、充填補給の供給制御が行ないやすくなる。
【００４９】
充填開始時の燃料タンク７の高圧ガス残量に応じた圧力を測定し、上記複数個の高圧容器２〜５の圧力と燃料タンク７の圧力との圧力比が、燃料タンク７の高圧ガス残量に応じたその燃料タンク７への充填にとって適正な圧力比以上を呈する高圧容器のうち圧力比が小さい高圧容器を選定し、その高圧容器から順次燃料タンク７に連通させている。これにより、充填開始時の燃料タンク７の実測圧力値を基準にして、充填能力のある高圧容器を選定し、この選定された高圧容器のうち圧力の小さい高圧容器から燃料タンク７への高圧ガス充填が行なわれる。したがって、充填開始時の燃料タンク７の圧力の実態に即した高圧容器２〜５の選択がなされるとともに、そのなかの圧力の小さい高圧容器から燃料タンク７への充填が開始されるので、どの高圧容器から充填を開始するべきかが、最も適正に選定され、複数個の高圧容器を合理的に機能させることができる。
【００５０】
本発明の高圧ガス高速充填装置は、前述の高圧ガス高速充填方法で説明した動作と同様な動作により、高圧容器２〜５の圧力の回復措置すなわち充填補給の進行中にそれと並行して他の高圧容器から燃料タンク７へ充填が行なわれるので、高圧容器の回復措置と燃料タンク７への充填とが同時進行的に推進されることとなり、充填能力の回復時間が短縮される。さらに、高圧容器２〜５に対する充填補給は、他の高圧容器を上回る最高圧力レベルまで行なわれるので、回復した高圧容器は高い充填能力をもって待機することとなり、つぎに充填機能を果たすときには燃料タンク７への充填がより一層積極的に行なわれる。これらの利点が複合することにより、複数個の高圧容器２〜５から燃料タンク７への充填と、高圧容器自体の充填能力回復とが有機的に関連付けられて、高圧ガスの高速充填が果たされるのである。
【００５１】
上記のように、圧力の低下した高圧容器２に高圧ガスの充填補給を行い、この充填補給中に高圧容器２以外の高圧容器３から燃料タンク７へ高圧ガスの充填を行うことにより、燃料タンク７への充填と高圧容器２への充填補給とが並行的に遂行され、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用される。また、４本の高圧容器２〜５の充填能力を常に不足を来すことのないレベルに保持し、できるだけ少ない個数の高圧容器で最大限の充填能力を発揮させることが可能となる。さらに、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器２〜５を常に充填可能な態勢にしておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができる。
【００５２】
また、最低圧力の高圧容器２〜５にまずは高圧ガスを充填補給をし、また、充填補給を受けた高圧容器２〜５は、最高の所定圧力とされるので、高圧容器２〜５は常に充填能力を完備した状態におかれ、しかも、いわゆる充填ローテーションとしても合理的に無駄のない形態で管理運用がなされる。
【００５３】
自動車の場合のように、補給スタンドに入ってくる自動車の燃料タンク残量分布を統計的に把握しておいて、例えば、残量２０％位が最大分布であれば、この２０％相当の圧力に対して十分な充填能力のある圧力値が高圧容器３側に残存しているかどうかを基準とすることができる。したがって、高圧容器３がこの基準値を下回るときには、制御手段８からの信号で補給弁３Ｅが開かれるのと同時に、圧縮機１が運転され、実情に即した施設の運用ができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高圧ガス高速充填方法およびそれに用いる装置によれば、高圧容器の圧力の回復措置すなわち充填補給の進行中にそれと並行して他の高圧容器から充填ボンベへ充填が行なわれるので、高圧容器の回復措置と充填ボンベへの充填とが同時進行的に推進されることとなり、充填能力の回復時間が短縮される。このような回復時間の短縮は、例えば、自動車のように次々と燃料補給車が入ってくるような場合には、高圧容器をいち早く充填可能な態勢に回復させておくことにより、１台当たりの補給時間を可及的に短縮することができるのであり、高圧ガス高速充填システムが無駄なく効率的に運用されるのである。さらに、特定の高圧容器に対する充填補給は、他の高圧容器を上回る最高圧力レベルまで行なわれるので、回復した高圧容器は高い充填能力をもって待機することとなり、つぎに充填機能を果たすときには充填ボンベへの充填がより一層積極的に行なわれる。これらの利点が複合することにより、複数個の高圧容器から充填ボンベへの充填と、特定の高圧容器自体の充填能力回復とが有機的に関連付けられて、高圧ガスの高速充填が果たされるのである。
【００５５】
上記充填ボンベに高圧ガスを充填するときには、充填ボンベ側は種々な圧力状態になっている。例えば、空の充填ボンベに高圧容器から充填をする場合には、充填初期は高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との圧力比が所定値以上になっているので充填速度は高く維持できるが、充填ボンベへの充填度合いが進行してくると、上記圧力比が小さくなりそれに伴って充填速度も徐々に低下してくる。したがって、圧力の小さな方から順次高圧容器を切換えるようにして、常に充填ボンベに対する高圧容器の充填能力を適正に維持することにより、常に充填速度を高く保ち高速充填が実現するのである。
【００５６】
他の例としては、充填ボンベが自動車の燃料タンクの場合である。略空になった低圧状態、半分位残っている中間的な圧力状態、満タンに近い高圧状態等さまざまである。これらの各圧力状態に適合させて高圧容器側の圧力を変化させなければ充填速度を高めることができないので、高圧容器の圧力と充填ボンベの圧力との「圧力比」を所定値以上に保つことにより、高速充填が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の一実施の形態の高圧ガス高速充填装置を示すシステム図である。
【図２】
圧力比と流速との関係を示す線図である。
【符号の説明】
１　　　　　圧縮機
２〜５　　　高圧容器
２Ａ〜５Ａ　充填管
２Ｂ〜５Ｂ　充填弁
２Ｃ〜５Ｃ　圧力計
２Ｄ〜５Ｄ　補給管
２Ｅ〜５Ｅ　補給弁
６　　　　　自動車
７　　　　　充填ボンベ，燃料タンク
８　　　　　制御手段
９　　　　　合流管
１０　　　　圧力計
１１　　　　開閉弁
【図１】
2004076895.tif 000003
【図２】
2004076895.tif 000004