(57)【要約】【課題】  本発明は被充填タンクに供給されるガス供給量を精度良く制御することを課題とする。【解決手段】  ディスペンサユニット１６のガス供給経路１８には、質量流量計２０と、流量制御ユニット６２と、圧力伝送器２６とが配設されている。流量制御ユニット６２は、質量流量計２０より下流のガス供給経路１８に配置された第１の開閉弁６６ａ、第１の絞り６８ａと、第１のバイパス経路６４に配置された第２の開閉弁６６ｂ、第２の絞り６８ｂと、第２のバイパス経路６５に配置された第３の開閉弁６６ｃ、第３の絞り６８ｃとが並列に設けられている。制御回路４０は、圧力伝送器２６により測定された圧力に基づいて複数の開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁させるように制御して燃料タンク１４に供給されるガスの流量及び圧力を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給経路と、
該ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路と、
該複数のバイパス経路の夫々に設けられ、前記複数のバイパス経路を個別に開または閉とする複数の開閉弁と、
前記複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させる制御手段と、
を有することを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給経路と、
該ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路と、
該複数のバイパス経路の夫々に設けられ、開弁時の最大流量が夫々異なる複数の開閉弁と、
該複数の開閉弁の開閉により制御されたガス供給圧力を測定する圧力測定手段と、
該圧力測定手段により測定された圧力が予め定められた目標値になるように前記複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させる制御手段と、
を有することを特徴とするガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素ガスや圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等のガス供給装置に係り、特に被充填タンクガスを供給する際に所定の制御則でガス供給量を制御するよう構成されたガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にして走行する自動車（ＣＮＧ車）の開発と共に圧縮天然ガスを自動車の燃料タンク（被充填タンク）に供給するガス供給装置の実用化が進められている。この種のガス供給装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、ガス充填ホースの下流端部に設けられたガス充填カップリングをＣＮＧ車の接続カップリングに接続し、ガス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ＣＮＧ車の燃料タンクに充填するように構成されている。
【０００３】
また、従来のガス供給装置では、ガス充填ホースのガス充填カップリングを被充填タンクの供給口に接続させた後、三方弁を切り替え操作して管路及びガス充填ホース内に残留するガスがＣＮＧ車の燃料タンクに供給される際の圧力変化を検出し、検出された圧力変化から燃料タンクの残量を演算し、燃料タンクの残留圧力に応じた供給圧力に制御しながら効率良くガス充填を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、昨今、高圧の水素ガスを利用した燃料電池車の開発が進んでおり、この燃料電池車に高圧水素ガスを供給するガス供給装置の開発も進んでいる。
【特許文献１】特開平１０−１０３５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来のガス供給装置では、燃料タンクの圧力等に応じて制御弁の弁開度を制御して燃料タンクに供給される圧力及び流量を制御している。
【０００６】
しかし、高圧ガスを取り扱う場合には、制御弁等からのガスの漏れを防ぐために、従来より強力なシールが必要となり、さらに、このシールに高圧力がかかるため、弁の摺動抵抗が大きくなって弁開度を正確に制御することが困難（ヒステリシス大）である（ヒステリシスも大きくなる）。また、防爆の観点から弁の駆動にエアを用いる場合があり、この場合も弁開度を正確に制御することが困難である。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
【０００９】
請求項１の本発明は、圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給経路と、該ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路と、該複数のバイパス経路の夫々に設けられ、前記複数のバイパス経路を個別に開または閉とする複数の開閉弁と、前記複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させる制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給経路と、該ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路と、該複数のバイパス経路の夫々に設けられ、開弁時の最大流量が夫々異なる複数の開閉弁と、該複数の開閉弁の開閉により制御されたガス供給圧力を測定する圧力測定手段と、該圧力測定手段により測定された圧力が予め定められた目標値になるように前記複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させる制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路の夫々に設けられた複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させるため、開弁された開閉弁の数によって被充填タンクに供給される流量を精度良く制御することが可能になる。
【００１２】
また、本発明によれば、ガス供給経路に並列に設けられた複数のバイパス経路の夫々に設けられた複数の開閉弁が夫々開弁時の最大流量が異なるため、複数の開閉弁を選択的に開弁または閉弁させることにより、被充填タンクに供給される流量を精度良く制御することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明になるガス供給装置の実施例１を示す系統図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、例えば自動車１２の燃料タンク（被充填タンク）１４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。
【００１５】
ガス供給装置１０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(図示せず)と、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンク１４に供給するためのディスペンサユニット１６とを有する。
【００１６】
また、ディスペンサユニット１６のガス供給経路１８には、上流側から順に、ガス供給経路１８を流れるガスの供給量を計測する質量流量計２０と、流量制御ユニット６２と、流量制御ユニット６２により制御された２次圧力を測定する圧力伝送器（圧力トランスミッタ）２６とが配設されている。
【００１７】
この流量制御ユニット６２は、質量流量計２０より下流のガス供給経路１８に配置された第１の開閉弁６６ａ、第１の絞り６８ａと、第１のバイパス経路６４に配置された第２の開閉弁６６ｂ、第２の絞り６８ｂと、第２のバイパス経路６５に配置された第３の開閉弁６６ｃ、第３の絞り６８ｃとが並列に設けられている。第１のバイパス経路６４は、ガス供給経路１８から分岐して第１の開閉弁６６ａ、第１の絞り６８ａの上流、下流間をバイパスする。第２のバイパス経路６５は、第１のバイパス経路６４と並列に設けられ、第１の開閉弁６６ａ、第１の絞り６８ａの上流、下流間をバイパスする。
【００１８】
さらに、ガス供給経路１８の下流側端部には、ガス充填ホース２８が連通されており、ガス充填ホース２８の下流側端部には、電磁駆動式の三方弁３０が接続されている。三方弁３０は、ガス充填ホース２８が接続された流入ポートａと、脱圧管路３２が接続された排気ポートｂと、ガス充填カップリング３４が接続された充填ポートｃとを有する。この三方弁３０は、ガス充填時に流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えられ、ガス充填完了後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃとが連通するように切替えられてガス充填カップリング３４内の圧力を減圧する。
【００１９】
また、圧力伝送器２６は、開閉弁６６ａの下流に配置され、三方弁３０を流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えることにより、燃料タンク１４に連通されたガス供給経路１８の圧力を測定することで、間接的に燃料タンク１４の残留圧力を測定することができる。
【００２０】
さらに、ディスペンサユニット１６には、制御回路４０、充填開始スイッチ釦４２、充填停止スイッチ釦４４が配設されている。ディスペンサユニット１６の制御回路４０は、充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されると、ガス供給経路１８に設けられた開閉弁６６ａ〜６６ｃの開閉制御、三方弁３０の切替制御を行なうと共に、質量流量計２０により測定された流量、及び圧力伝送器２６により測定された圧力値に基づいて開閉弁６６ａの弁開度制御を行なうことで、燃料タンク１４に目標圧力のガスを充填する。
【００２１】
制御回路４０は、上記開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁させることで燃料タンク１４に供給される圧力を徐々に昇圧させる。また、絞り６８ａ〜６８ｃは、夫々絞り開度による抵抗Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３が異なり、開閉弁６６ａ〜６６ｃを個別に開弁させた際の流量もＱ１＞Ｑ２＞Ｑ３となる。従って、全ての開閉弁６６ａ〜６６ｃを同時に開弁させた場合のガス供給流量Ｑは、各絞り６８ａ〜６８ｃを流れる流量の合計値（Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＝最大流量）となる。
【００２２】
また、制御回路４０は、質量流量計２０及び圧力伝送器２６から出力された流量及び圧力の検出信号により燃料タンク１４に充填された流量及び圧力を演算する。
【００２３】
また、自動車１２では、ディスペンサユニット１６のガス充填カップリング３４が連結される被充填側のレセプタクル５０と、レセプタクル５０と燃料タンク１４とを連通する管路５２と、管路５２に配設され、燃料タンク１４に充填されたガスの逆流を防止する逆止弁５４とを有する。
【００２４】
制御回路４０のメモリ（ＲＯＭ）には、圧力伝送器２６により測定された圧力が予め定められた目標値になるように複数の開閉弁６６ａ〜６６ｃを選択的に開弁または閉弁させる制御プログラム（制御手段）が格納されている。そして、制御回路４０は、後述するようにメモリに格納された各制御プログラムを読み込んで三方弁３０の切替制御を行なうと共に、質量流量計２０により測定された流量、及び圧力伝送器２６により測定された圧力値に基づいて開閉弁６６ａ〜６６ｃの弁開度制御を実行する。
【００２５】
次に上記構成になるガス供給装置１０におけるガス充填作業について説明する。上記自動車１２の燃料タンク１４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１５の掛止部(図示せず)からガス充填カップリング３４を外して自動車１２のレセプタクル５０に結合させる。そして、作業者は、充填開始スイッチ釦４２をオンに操作する。
【００２６】
これにより、制御回路４０は、開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁させて三方弁３０より上流のガス供給経路１８を最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させる。次に、制御回路４０は、開閉弁６６ａ〜６６ｃを閉弁させてから三方弁３０を開弁状態に切替えて開閉弁６６ａ〜６６ｃより下流のガス供給経路１８に充填されたガスを燃料タンク１４に供給する。尚、上記所定圧力は、燃料タンク１４の上流に設けられた逆止弁５４の閉弁力（弁体を付勢する力）より十分大きい圧力値に設定されている。
【００２７】
そして、制御回路４０は、開閉弁６６ａ〜６６ｃより下流のガス供給経路１８の圧力が燃料タンク１４の圧力と均衡した状態になったとき、圧力伝送器２６により測定された圧力値をメモリに記憶し、この圧力値に基づいて燃料タンク１４の容積及び残留ガス量を演算し、この燃料タンク１４の容積及び残留ガス量に応じた制御則（一定圧力制御あるいは一定流量制御）により開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁させるように開閉制御する。
【００２８】
燃料タンク１４へのガス供給が行なわれて圧力伝送器２６により測定された圧力値が目標圧力に達すると、開閉弁６６ａ〜６６ｃを閉弁した後、三方弁３０を脱圧状態に切替えてガス充填カップリング３４の圧力を減圧する。これにより、作業者は、軽い力でガス充填カップリング３４を自動車１２のレセプタクル５０から分離させることが可能になる。
【００２９】
その後、作業者は、ディスペンサユニット１６のガス充填カップリング３４を掛止部(図示せず)に掛止させる。そして、充填停止釦４４がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了する。
【００３０】
ここで、上記構成になるガス供給装置１０の制御回路４０が実行するガス供給制御処理につき図２のフローチャート及び図３のグラフを参照して説明する。尚、図３はガス供給制御と共に変化する圧力値の変化パターンを示すグラフである。
【００３１】
制御回路４０は、図２のＳ１１において、ガス充填カップリング３４が自動車１２のレセプタクル５０に結合されて充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、燃料タンク１４に充填すべき最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０をメモリから読み込む。続いて、Ｓ１３に進み、三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替える。尚、前回のガス供給終了時には、三方弁３０を脱圧状態に切替えているが、本実施例では、三方弁３０より上流側のガス供給経路１８を確実に密閉させるため、三方弁３０の流入ポートａを閉止させる（図３中、経過時間Ｔ１）。
【００３２】
次のＳ１４では、第１の開閉弁６６ａを開弁させる。これにより、三方弁３０より上流のガス供給経路１８に圧力発生ユニットで生成された高圧ガスが供給される。そのため、三方弁３０より上流のガス供給経路１８を瞬時に最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させることができる（図３中、経過時間Ｔ２）。このように、上記１４、Ｓ１５で三方弁３０の流入ポートａを閉止した後、開閉弁６６ａを開弁させることで、ガス供給経路１８を短時間で最大供給圧力に昇圧させることができ、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。
【００３３】
続いて、Ｓ１５に進み、圧力伝送器２６により測定された圧力値を読み込み、測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達したか否かをチェックする。このＳ１５において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ２）、Ｓ１６に進み、ガス供給開閉弁２２を閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる（図３中、経過時間Ｔ３）。続いて、Ｓ１７では、三方弁３０を開弁状態（流入ポートａと充填ポートｃとが連通、排気ポートbが閉止）に切替える。これにより、ガス供給開閉弁２２と三方弁３０との間のガス供給経路１８に充填されたガスがガス充填カップリング３４、レセプタクル５０を介して逆止弁５４を開弁させ、燃料タンク１４に供給される。
【００３４】
次のＳ１８では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０より低下したか否かをチェックする。このＳ１８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下した場合、Ｓ１９に進み、圧力伝送器２６により測定された圧力値が所定時間一定値を維持するか否かをチェックする。このＳ１９において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下している場合には、測定された圧力値が所定時間一定値を維持するまでＳ１８,Ｓ１９の処理を繰り返して待機状態となる。
【００３５】
そして、圧力伝送器２６により測定された圧力値が所定時間一定値を維持した場合には（図３中、経過時間Ｔ４〜Ｔ５）、Ｓ２０に進み、この一定圧力値を燃料タンク１４に残留している充填前タンク圧力値Ｐｔとして記憶する。続いて、Ｓ２１では、燃料タンク１４の容積を上記充填前タンク圧力値Ｐｔから演算する。尚、この燃料タンク１４の容積を求める演算式としては、例えば、開閉弁６６ａ〜６６ｃと三方弁３０との間のガス供給経路１８の容積と、この容積に充填されたガス量（流量測定値）との関係式から求まり、既に周知であるので、その説明は省略する。
【００３６】
次のＳ２２では、開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁して燃料タンク１４に対するガス供給を開始すると共に、開閉弁６６ａ〜６６ｃの開閉を燃料タンク１４の容積に応じた制御則（定圧力上昇制御または定流量制御など）により制御する。これにより、燃料タンク１４へのガス供給が行なわれ、タンク圧力も徐々に上昇する（図３中、経過時間Ｔ５〜Ｔ６）。
【００３７】
次のＳ２３では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達したか否かをチェックする。このＳ２３において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ６）、Ｓ２４に進み、開閉弁６６ａ〜６６ｃを全て閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる。そして、Ｓ２５で三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替える。これにより、ガス充填カップリング３４及びレセプタクル５０の圧力が減圧されると共に、逆止弁５４が圧力差により閉弁する。この後、ガス充填カップリング３４をレセプタクル５０から分離させてディスペンサユニット１６の掛止部(図示せず)に掛止させる。これで、燃料タンク１４に対するガス供給作業が終了する。
【００３８】
また、上記Ｓ１８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下しない場合には、開閉弁６６ａ〜６６ｃの何れかが閉弁できない等の異常が発生しているため、Ｓ２６に進み、警報を発してＳ２５に進み、三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替えてガス供給を中止する。
【００３９】
このように、燃料タンク１４の充填前圧力を測定する際にガス供給経路１８を短時間で所定圧力に昇圧させることができので、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。
【００４０】
ここで、上記Ｓ２２における開閉弁６６ａ〜６６ｃの開閉制御について図３に示すグラフを参照して説明する。制御回路４０は、経過時間Ｔ４〜Ｔ５で圧力が所定時間一定値を維持した場合、経過時間Ｔ５で第３の開閉弁６６ｃを開弁させる。このとき、他の開閉弁６６ａ，６６ｂは閉弁しているので、燃料タンク１４へは流量Ｑ３でガスが供給される。これにより、燃料タンク１４の圧力は充填前タンク圧力値Ｐｔから緩やかな圧力上昇率で徐々に昇圧する。
【００４１】
その後、経過時間がＴ５ａになり、圧力伝送器２６により測定された圧力値がＰａに達すると、第２の開閉弁６６ｂ及び第３の開閉弁６６ｃを開弁させる。このとき、他の開閉弁６６ａは閉弁しているので、燃料タンク１４へは流量Ｑ２＋Ｑ３でガス供給量が増大される。
【００４２】
さらに、経過時間がＴ５ｂになり、圧力伝送器２６により測定された圧力値がＰｂに達すると、全ての開閉弁６６ａ〜６６ｃを同時に開弁し、ガス供給流量ＱをＱ１＋Ｑ２＋Ｑ３（最大流量）に増大させる。そのため、燃料タンク１４の圧力は、急激に昇圧する。
【００４３】
そして、経過時間がＴ５ｃになり、圧力伝送器２６により測定された圧力値がＰｃ（目標圧力に近い圧力）に達すると、第１の開閉弁６６ａ及び第２の開閉弁６６ｂを閉弁させる。このとき、第３の開閉弁６６ｃのみが開弁しているので、燃料タンク１４へは流量Ｑ３でガスが供給される。
【００４４】
その後、経過時間がＴ６になり、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達すると、全ての開閉弁６６ａ〜６６ｃを閉弁して燃料タンク１４に対するガス供給を終了する。
【００４５】
このように、本実施例では、開閉弁６６ａ〜６６ｃを段階的に開弁または閉弁させることで、最適な流量制御によるガス供給を行なうことが可能になり、図３に示すような理想的な圧力上昇率で効率良くガス供給を行なうことができる。
【００４６】
なお、高圧の水素ガスの供給の場合、燃料タンクに急激にガスを供給するとタンク内の温度が上昇し、十分にガスを供給する前に圧力の測定値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達してしまうことがあるので、水素ガスを充填する場合は、この点を踏まえ、開閉弁６６ａ〜６６ｃの開閉タイミングを決定する必要がある。
【実施例２】
【００４７】
図４は実施例２の構成を示す系統図である。尚、図４において、前述した図１と共通部分には同一符号を付してその説明を省略する。図４に示されるように、ガス供給装置７０は、ディスペンサユニット１６のガス供給経路１８には、流量制御ユニット７２が設けられている。この流量制御ユニット７２は、質量流量計２０より下流のガス供給経路１８に配置された第１の制御弁７６ａと、ガス供給経路１８から分岐した第１のバイパス経路７４に配置された第２の開閉弁７６ｂと、第２のバイパス経路７５に配置された第３の開閉弁７６ｃとが並列に設けられている。
【００４８】
制御回路４０は、上記開閉弁７６ａ〜７６ｃを段階的に開弁させることで燃料タンク１４に供給される圧力を徐々に昇圧させる。また、開閉弁７６ａ〜７６ｃは、夫々口径が異なり、最大流量に関連する係数Ｃｖ１＞Ｃｖ２＞Ｃｖ３が異なっている。そのため、開閉弁７６ａ〜７６ｃは、個別に開弁させた際の流量がＱ１＞Ｑ２＞Ｑ３となる。従って、全ての開閉弁７６ａ〜７６ｃを同時に開弁させた場合のガス供給流量Ｑは、最大流量Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３となる。
【００４９】
ここで、制御回路４０は、前述した実施例１の上記Ｓ２２において、開閉弁６６ａ〜６６ｃと同様に開閉弁７６ａ〜７６ｃを段階的に開弁または閉弁させると共に、開閉弁７６ａ〜７６ｃの開閉制御を行なうことで、図３に示すような理想的な圧力上昇率でガス供給を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明になるガス供給装置の実施例１を示す系統図である。
【図２】ガス供給装置１０の制御回路４０が実行するガス供給制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】開閉弁６６ａ〜６６ｃの開閉制御による圧力変化を示すグラフである。
【図４】実施例２の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０,７０  ガス供給装置
１２  自動車
１４  燃料タンク
１６  ディスペンサユニット
１８  ガス供給経路
２０  質量流量計
２６  圧力伝送器
２８  ガス充填ホース
３０  三方弁
３２  脱圧管路
３４  ガス充填カップリング
４０  制御回路
６２,７２  流量制御ユニット
６４,７４  第１のバイパス経路
６５,７５  第２のバイパス経路
６６ａ〜６６ｃ  開閉弁
６８ａ〜６８ｃ  絞り
７６ａ〜７６ｃ  開閉弁
【図１】
2007092927.tif 000003
【図２】
2007092927.tif 000004
【図３】
2007092927.tif 000005
【図４】
2007092927.tif 000006