(57)【要約】【課題】  本発明はガス充填ホースを透過する水素ガスが規定値以上になったことを判別することを課題とする。【解決手段】  ガス充填ホース１６は、内側通路と外側通路とを有する２重構造となっており、外側通路には回収管路２４が接続されている。回収管路２４に連通された回収経路６０には、圧力センサ６２、絞り６４、逆流防止弁６６が設けられている。圧力センサ６２の下流に絞り６４が設けられているので、圧力センサ６２は、回収管路２４により回収されるガスの圧力が低い場合でも検出することができる。制御回路６８は、圧力センサ６２の検出値を監視しており、回収経路６０を介して回収される水素ガスの圧力変化率の差異に基づいてホース劣化の有無を判別すると共に、水素ガス透過量の有無を判別する判別手段を有する。【選択図】  図２
2007092928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定圧力に加圧された水素ガスを供給するガス供給経路と、
該ガス供給経路を介して供給される水素ガスの流量を制御する制御弁と、
前記ガス供給経路から供給された水素ガスが流通する内側通路を覆う内部ホースと、該内部ホースの外側に形成された外側通路を覆うように配された外部ホースとを有するガス充填ホースと、
該ガス充填ホースの内部ホースの端部に接続され、被充填タンクの充填口に結合される充填カップリングと、
前記内側通路から前記内部ホースを透過して前記外側通路に漏洩した水素ガスを回収するように前記外側通路に連通された回収管路と、
前記回収管路に設けられた絞りと、
該絞りより上流側の回収管路に設けられ、前記内側通路から前記外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記ガス供給経路に前記水素ガスを冷却する冷却手段を設け、
前記外側通路に断熱材を挿入して前記内側通路を通過する水素ガスの温度上昇を抑制することを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガス供給装置に係り、特に圧縮された水素ガスを被充填タンクに充填するように構成されたガス供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、燃料電池車等に搭載された燃料タンク（被充填タンク）に充填される水素ガスは、他の圧縮ガス（例えば、ＣＮＧ等）に比べて分子が小さいので、樹脂製のガス充填ホースを透過しやすい性質を有している。
【０００３】
このように、ガス充填ホースでのガス漏洩を検出する方法としては、例えば、ガス充填ホースを２重構造にして内側ホースから漏洩したガスが外側ホースによって回収する構成とし、ガスセンサにより外側ホースからのガス回収の有無を検出する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−１９６２９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のガス供給装置では、より高い圧力に圧縮した水素ガスを供給する場合、高圧になるほど水素ガスが樹脂製のガス充填ホースを透過しやすくなるため、ホース劣化により生じたことによる漏洩なのか、樹脂ホースに亀裂が無いのに水素ガスが樹脂ホースを透過したのかをガスセンサによって検出することが難しかった。
【０００５】
また、高圧に圧縮された水素ガスが樹脂ホースを透過しないようにするには、樹脂ホースの肉厚をできるだけ厚くすると共に、硬い材質の樹脂ホースを使用することが望ましいが、その場合、ガス充填ホースの剛性及び重量が増大して充填操作がしにくくなり、１人の作業員で操作することが難しい。
【０００６】
そこで、本発明は上記事情に鑑み、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】
【０００７】
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。
【０００８】
請求項１記載の発明は、所定圧力に加圧された水素ガスを供給するガス供給経路と、該ガス供給経路を介して供給される水素ガスの流量を制御する制御弁と、前記ガス供給経路から供給された水素ガスが流通する内側通路を覆う内部ホースと、該内部ホースの外側に形成された外側通路を覆うように配された外部ホースとを有するガス充填ホースと、該ガス充填ホースの内部ホースの端部に接続され、被充填タンクの充填口に結合される充填カップリングと、前記内側通路から前記内部ホースを透過して前記外側通路に漏洩した水素ガスを回収するように前記外側通路に連通された回収管路と、前記回収管路に設けられた絞りと、該絞りの上流側の回収管路に設けられ、前記内側通路から前記外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出する圧力センサと、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、前記ガス供給経路に前記水素ガスを冷却する冷却手段を設け、前記外側通路に断熱材を挿入して前記内側通路を通過する水素ガスの温度上昇を抑制することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回収管路に設けられた絞りの上流側の回収管路に設けられた圧力センサによりガス充填ホースの内側通路から外側通路に漏洩した水素ガスの圧力を検出するため、内部ホースが劣化して漏洩した水素ガスが回収管路に回収されたのか、あるいは劣化などの異常がない内部ホースを透過した水素ガスが回収されたのかを圧力センサにより検出された圧力値に基づいて判別することが可能になる。そのため、圧力センサの測定値を監視することで、ガス充填ホースにおける水素ガスの透過量が規定値以上になったときは、ガス充填ホースの内部ホースが劣化して透過量が増大したものと判別することが可能になり、水素ガス供給の信頼性を高めることができる。
【００１１】
また、本発明によれば、ガス供給経路に設けた冷却手段により冷却された水素ガスがガス充填ホースを通過する際に外側通路に設けられた断熱材により水素ガスの温度上昇が抑制されるため、被充填タンクが高温に弱い材質で成形されている場合に水素ガスを被充填タンクに充填する際の温度上昇による影響をできるだけ減少させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は本発明によるガス供給装置の一実施例を示す斜視図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、筐体１２の内部に水素ガスの供給量を計測、制御する各機器が収納されており、筐体１２の正面には、ガス充填量を表示する表示器１４が設けられている。また、筐体１２の側面には、ガス充填ホース１６が接続された継ぎ手１８と、ガス充填ホース１６の先端に設けられた充填カップリング２０を掛止する掛止部２２とが取り付けられている。充填カップリング２０は、被充填タンク（図示せず）の充填口に結合される結合部と、充填された水素ガスの逆流を防止する逆流防止弁とを有する。
【００１４】
ガス充填ホース１６は、後述するように内側通路と外側通路とを有する２重構造となっており、外側通路には回収管路２４が接続されている。回収管路２４は、一端がガス充填ホース１６の上流側端部に接続され、他端が継ぎ手２６に接続されている。
【００１５】
図２はガス供給装置の構成を示す系統図である。図２に示されるように、上流タンク（図示せず）に貯蔵された水素ガスは、ガス供給経路３０を介してガス充填ホース１６に供給される。ガス供給経路３０の上流には、元弁３２が設けられている。さらに、筐体１２の内部のガス供給経路３０には、第１開閉弁３４、プリクーラ３６、質量流量計３８、制御弁４０、第１圧力伝送器４２、第２開閉弁４４、第２圧力伝送器４６が設けられている。
【００１６】
また、制御弁４０と第１圧力伝送器４２との間のガス供給経路３０から分岐した分岐経路５０には、制御弁４０より下流のガスを逃がすための脱圧用弁５２が設けられている。そして、脱圧用弁５２より下流の分岐経路５０には、回収管路２４に連通された回収経路６０が合流している。
【００１７】
回収経路６０には、圧力センサ６２、絞り６４、逆流防止弁６６が設けられている。圧力センサ６２の下流に絞り６４が設けられているので、圧力センサ６２は、回収管路２４により回収されるガスの圧力が低い場合でも検出することができる。従って、圧力センサ６２が検出した圧力値によってホース劣化により流出したガスを回収したのか、あるいは劣化していない樹脂ホースを透過した水素ガスを回収したのかを判別することが可能になる。
【００１８】
制御回路６８は、上記質量流量計３８により計測された流量を積算して表示器１４に充填された積算流量を表示すると共に、第１圧力伝送器４２及び第２圧力伝送器４６により測定された圧力値に基づいて制御弁４０を制御して被充填タンクの圧力が目標圧力値に達するまでガス充填量を制御する。また、制御回路６８には、ガス充填開始時に操作される充填開始スイッチ６７、及び緊急にガス充填を停止させる場合に操作される充填停止スイッチ６９が接続されている。
【００１９】
また、制御回路６８は、圧力センサ６２の検出値を監視しており、回収経路６０を介して回収される水素ガスの圧力変化率の差異に基づいてホース劣化の有無を判別すると共に、水素ガス透過量の有無を判別する判別手段を有する。
【００２０】
ここで、ガス充填ホース１６の構成について説明する。図３はガス充填ホース１６の一部を切断して示す縦断面図である。図３に示されるように、ガス充填ホース１６は、ガス供給経路３０から供給された水素ガスが流通する内側通路７０を覆う内部ホース７２と、内部ホース７２の外側に形成された外側通路７４を覆うように配された外部ホース７６とを有する。内部ホース７２は、樹脂層を３層に重ね合わせた樹脂ホースであり、内側からポリアミド樹脂からなる第１の樹脂層７２ａと、第１の樹脂層７２ａの外周を覆うように積層された高張力の合成繊維やワイヤブレードを積層して耐圧強化構造とされた第２の樹脂層７２ｂと、ポリウレタン樹脂やポリアミド樹脂等からなる第３の樹脂層７２ｃと、を積層したものである。
【００２１】
外部ホース７６は、ポリウレタン樹脂やポリアミド樹脂等からなる樹脂ホースであり、内部ホース７２とに間に水素ガスを回収管路２４へ供給するための外側通路７４を形成する。内側通路７０を供給される水素ガスは、高圧（例えば、３５〜７０ＭＰａ）であるので、一部が内部ホース７２を透過して外側通路７４に流出する。外側通路７４は、通常、大気圧であるので、内側通路７０との圧力差により内側通路７０を通過する水素分子の一部が内部ホース７２を透過して外側通路７４に到る。
【００２２】
外側通路７４に透過した水素ガスは、回収管路２４、回収経路６０を介して回収される。その際、絞り６４により流量が絞られているので、絞り６４よりも上流側の圧力が上昇しやすくなっており、水素ガスの透過量が微小でも圧力センサ６２により検出された圧力変化（圧力上昇率）から水素ガスが透過していることを判別することができる。また、内部ホース７２が劣化した場合には、水素ガスの漏れ量が透過量の数十倍から数百倍に増大するため、回収経路６０の圧力が急激に昇圧することになり、圧力センサ６２の検出値の変化率から容易に判別することが可能になる。
【００２３】
また、外側通路７４には、ガラスウール等からなる繊維状の断熱材８０が充填されている。この断熱材８０は、プリクーラ３６により冷却された水素ガスがガス充填ホース１６を通過する過程で外気温度や太陽熱により加熱されないようにしている。一方、被充填タンクは、ガラス繊維やカーボン繊維で強化されたFRP(Fiber reinforced plastics)製でるので、水素ガス充填時の温度上昇を８５°Ｃに抑えることが要望されている。そのため、ガス供給経路３０を介して供給される水素ガスをプリクーラ３６により８５°Ｃに冷却しており、ガス充填ホース１６の外側通路７４の断熱材８０により水素ガスが周囲から加熱されないようにしている。
【００２４】
また、ガス充填ホース１６の変形例として、例えば、内部ホース７２または外部ホース７６の何れか一方、または両方をステンレスホース（SUS316やSUS316L）により形成することとにより、充填カップリング２０のアース接続が可能になり、被充填タンクが搭載された車両側の静電気を除去することが可能になる。
【００２５】
外側の外部ホース７６がステンレス材により形成された場合は、外部ホース７６の引き摺りに対する対磨耗性が高められる。
【００２６】
また、内側の内部ホース７２がステンレス材により形成された場合は、水素脆化により劣化したことを水素透過量の増大に伴う圧力上昇を圧力センサ６２により検出して内部ホース７２の交換時期であることを警告することが可能になる。この現象は、外部ホース７６をステンレス材により形成した場合にも発生するが、内側通路７０を覆う内部ホース７２の方がより高圧の水素ガスに晒されるため、内部ホース７２の劣化が顕著に表れる。
【００２７】
制御回路６８は、外側通路７４に連通された回収経路６０の圧力を検出する圧力センサ６２の検出値を監視することにより内部ホース７２の劣化の有無を判別して、回収経路６０の圧力が規定値以上になった場合には、内部ホース７２の交換時期であると判別する。
【００２８】
ここで、制御回路６８が実行するガス供給制御処理について図４のフローチャートを参照して説明する。
【００２９】
図４に示されるように、制御回路６８は、Ｓ１１において、ガス充填カップリング２０が被充填タンク（図示せず）に結合されて充填開始スイッチ釦６７がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、被充填タンク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、制御弁４０、第２開閉弁４４、脱圧用弁５２を閉弁させる。このとき、
次のＳ１４では、第１開閉弁３４を開弁させる。これにより、第２開閉弁４４より上流のガス供給経路１８に高圧水素ガスが供給される。そのため、第２開閉弁４４より上流のガス供給経路３０は、最大供給圧力（目標圧力）以上に昇圧する。
【００３０】
続いて、Ｓ１５に進み、第１の圧力伝送器４２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以上に達したか否かをチェックする。このＳ１５において、第１圧力伝送器４２により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０以上に達したときは、Ｓ１６に進み、第１開閉弁３４を閉弁させてガス供給経路３０へのガス供給を停止させる。続いて、Ｓ１７では、制御弁４０、第２開閉弁４４を開弁させる。これにより、第１開閉弁３４と第２開閉弁４４との間のガス供給経路３０に充填された水素ガスがガス充填ホース１６及びガス充填カップリング２０を介して被充填タンクに供給される。
【００３１】
次のＳ１８では、第２圧力伝送器４６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、第２の圧力伝送器４６により測定された圧力値が低下した場合、Ｓ１９に進み、第２の圧力伝送器４４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、第２圧力伝送器４６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。
【００３２】
そして、第２圧力伝送器４６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、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、第１開閉弁３４と第２開閉弁４４との間のガス供給経路３０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。
【００３３】
次のＳ２２では、第１開閉弁３４を開弁して被充填タンクに対するガス供給を開始すると共に、制御弁４０の弁開度を被充填タンク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、被充填タンクへのガス供給が行なわれ、タンク圧力も徐々に上昇する。
【００３４】
次のＳ２３では、第２圧力伝送器４６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、第２圧力伝送器４６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達しないときは、Ｓ２４に進み、回収経路６０の圧力センサ６２の圧力検出値を読み込む。続いて、Ｓ２５では、圧力センサ６２の圧力検出値が予め設定された規定値（水素ガスのホース透過量の判別基準値）以上か否かをチェックする。Ｓ２５において、圧力センサ６２の圧力検出値が予め設定された規定値未満のときは、上記Ｓ２２に戻り、Ｓ２２以降の処理を繰り返す。
【００３５】
また、上記Ｓ２５において、圧力センサ６２の圧力検出値が予め設定された規定値以上のときは、Ｓ２６に進み、ガス充填ホース１６の交換時期になったことを報知する。その後、Ｓ２７に進む。
【００３６】
また、上記Ｓ２３において、第２圧力伝送器４６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ０に達したときも、Ｓ２７に進み、第１開閉弁３４を閉弁させてガス供給経路３０へのガス供給を停止させる。そして、Ｓ２８で脱圧用弁５２を開弁させてガス充填ホース１６及びガス充填カップリング２０の圧力が分岐経路５０を介して回収される。これにより、ガス充填ホース１６及びガス充填カップリング２０の圧力が減圧される。
【００３７】
次のＳ２９では、第２圧力伝送器４６により測定された圧力値が最小圧力（脱圧圧力）に達したか否かをチェックする。Ｓ２９において、ガス充填ホース１６及びガス充填カップリング２０の圧力が最小圧力（脱圧圧力）に減圧されると、Ｓ３０に進み、制御弁４０、第２開閉弁４４、脱圧用弁５２を閉弁させる。
【００３８】
この後、作業員は、ガス充填カップリング２０を被充填タンクから分離させて筐体１２の掛止部２２に掛止させる。これで、被充填タンクに対するガス供給作業が終了する。
【００３９】
また、上記Ｓ１８において、第２圧力伝送器４６により測定された圧力値が低下しない場合には、第２開閉弁が閉弁できない等の異常が発生しているため、Ｓ３１に進み、警報を発して上記Ｓ２７に進み、Ｓ２７以降の処理を実行する。
【００４０】
このように、本実施例では、被充填タンクへのガス供給を制御すると共に、圧力センサ６２の測定値を監視しており、ガス充填ホース１６における水素ガスの透過量が規定値以上になったときは、ガス充填ホース１６の内部ホース７２が劣化して透過量が増大したものと判別してホース交換時期であることを自動的に報知することができるので、ガス充填ホース１６の寿命が過ぎたまま使用することを防止でき、水素ガス供給の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるガス供給装置の一実施例を示す斜視図である。
【図２】ガス供給装置の構成を示す系統図である。
【図３】ガス充填ホース１６の一部を切断して示す縦断面図である。
【図４】制御回路６８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。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ガス供給装置
１６  ガス充填ホース
２０  充填カップリング
２４  回収管路
３０  ガス供給経路
３６  プリクーラ
４０  制御弁
６０  回収経路
６２  圧力センサ
６４  絞り
６８  制御回路
７０  内側通路
７２  内部ホース
７４  外側通路
７６  外部ホース
８０  断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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