JP2004076895A - High-speed filling method of high pressure gas and device used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for filling a high-pressure gas such as compressed natural gas at a high speed and an apparatus used for the method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when filling a high pressure gas into a filling cylinder on the side to be filled, temporarily store the high pressure gas in a high pressure vessel, connect the high pressure vessel to the filling cylinder, and connect the high pressure vessel and the filling cylinder. Filling is performed using the pressure ratio of Then, a plurality of high-pressure vessels are prepared.First, filling is started from a low-pressure high-pressure vessel, and when the pressure difference between the high-pressure vessel and the filling cylinder decreases and the filling flow rate decreases, another high-pressure vessel is used. Switch. As described above, the region where the filling flow rate is high is continued by switching the high-pressure vessel. As a result, the filling time is shortened, and high-speed filling is realized.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a plurality of high-pressure containers are sequentially switched as the pressure of the filling cylinder increases, it is necessary to refill the high-pressure containers with reduced pressure with high-pressure gas. In order to efficiently expand the filling to the filling cylinder, it is necessary to refill the plurality of high-pressure containers in an organic manner in association with the filling of the filling cylinder.
[0004]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-pressure gas high-speed filling method for rationally filling and replenishing a high-pressure container with a high-pressure gas, and to provide an apparatus used therefor.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the high-pressure gas high-speed filling method of the present invention fills a high-pressure gas from the high-pressure container into the filling cylinder at a pressure ratio between the high-pressure container storing the high-pressure gas and the filling cylinder on the filling side. A high-pressure gas high-speed filling method in which a plurality of the high-pressure containers are provided, and the plurality of the high-pressure containers are sequentially communicated with a filling cylinder to fill the filling cylinder with a high-pressure gas; The containers are sequentially communicated with the filling cylinder in ascending order of pressure, and among the plurality of high-pressure containers, the pressure ratio between the pressure of the specific high-pressure container connected to the filling cylinder and the pressure of the filling cylinder becomes equal to or less than a predetermined value. At this time, a specific high-pressure vessel having a pressure equal to or lower than the predetermined value is filled and refilled with high-pressure gas, and the high-pressure vessel is determined to belong to the highest pressure side of the plurality of high-pressure vessels. Parallel and gist to carry out filling of the high pressure gas from the high pressure vessel other than the specific high-pressure vessel to the filling cylinder.
[0006]
That is, the plurality of high-pressure vessels are sequentially communicated with the filling cylinder in ascending order of pressure, and among the plurality of high-pressure vessels, the pressure between the pressure of the specific high-pressure vessel and the pressure of the filling cylinder communicated with the filling cylinder. When the ratio becomes equal to or less than a predetermined value, a specific high-pressure container having a pressure equal to or lower than the predetermined value is filled with high-pressure gas, and the high-pressure container is assumed to belong to the highest pressure side of the plurality of high-pressure containers. During the replenishment, the high-pressure gas other than the above-mentioned specific high-pressure container is charged into the filling cylinder in parallel with the replenishment.
[0007]
The expression “filling and replenishing” means that, for example, high-pressure gas is replenished from a compressor to a high-pressure container having a reduced pressure to restore the filling capacity of the filling cylinder.
[0008]
The plurality of high-pressure vessels are sequentially communicated with the filling cylinder on the filling side in ascending order of pressure. That is, filling of the filling cylinder in the low gas pressure state is started from the high-pressure container having the lowest pressure among the plurality of high-pressure containers (hereinafter, referred to as “first high-pressure container” for convenience). Thereafter, when the pressure ratio between the pressure of the first high-pressure vessel performing the filling function and the pressure of the filling cylinder becomes equal to or less than a predetermined value, and the proper filling capacity substantially disappears, the first high-pressure vessel is charged. On the other hand, refilling of high pressure gas is started. This refill is performed until the refill pressure is at the highest pressure level among the other high pressure vessels. During the replenishment of the first high-pressure vessel having the reduced filling capacity, the high-pressure vessel having the next higher pressure than the first high-pressure vessel (here, for convenience, " 2 to the filling cylinder).
[0009]
When the pressure ratio between the pressure of the second high-pressure container that has filled the high-pressure gas into the filling cylinder and the pressure of the high-pressure container again becomes equal to or lower than a predetermined value, the second pressure is reduced in the same manner as in the first high-pressure container. The high pressure vessel is refilled and, in parallel with the refilling, from a high pressure vessel having the next higher pressure than the second high pressure vessel (herein referred to for convenience as a "third high pressure vessel") The cylinder is continuously filled. As described above, the plurality of high-pressure vessels are sequentially communicated with the filling cylinders in ascending order of pressure, and when the gas pressure of the filling cylinders reaches a predetermined value, filling is completed. Then, each time the filling capacity of each high-pressure container reaches an insufficient area, filling and replenishment is performed for the corresponding high-pressure container in order to restore the filling capacity.
[0010]
Accordingly, the gas filling into the filling cylinder is started from the first high-pressure vessel having a lower pressure among the plurality of high-pressure vessels, and the filling capacity of the first high-pressure vessel is substantially determined by the relative relationship with the filling cylinder. Upon disappearance, the first high-pressure container is subsequently subjected to filling and replenishment as a measure for restoring the filling ability. The high-pressure gas is filled from the second high-pressure container to the filling cylinder in parallel with the filling and replenishment. In summary, the high-pressure gas is filled from the low-pressure high-pressure vessel into the filling cylinder, and the filling of the high-pressure vessel (recovery measures) is performed until the highest pressure level of other high-pressure vessels is reached. Continuing the high pressure gas filling of the filling cylinder from another high pressure container while replenishment is in progress is performed as a series of operating elements.
[0011]
With the above-described operation, while the pressure recovery of the high-pressure vessel is being performed, i.e., while the refilling is in progress, the filling is performed from another high-pressure vessel to the filling cylinder in parallel with the replenishment. Are simultaneously propelled, and the recovery time of the filling capacity is shortened. Such shortening of the recovery time can be achieved, for example, by resuming the high-pressure container to a state in which the high-pressure container can be filled quickly when refueling vehicles come in one after another, such as a car, for example. The replenishment time can be reduced as much as possible, and the high-pressure gas high-speed filling system can be operated efficiently without waste. In addition, filling and refilling of a particular high-pressure vessel is performed up to the highest pressure level above the other high-pressure vessels, so that the recovered high-pressure vessel waits with high filling capacity, and the next time the filling function is performed, the filling cylinder is filled. Filling is performed more aggressively. By combining these advantages, the filling of the filling cylinder from a plurality of high-pressure vessels and the restoration of the filling capacity of the specific high-pressure vessel itself are organically linked, and high-speed filling of the high-pressure gas is achieved. .
[0012]
When the high pressure gas is charged into the filling cylinder, the filling cylinder side is in various pressure states. For example, when filling an empty filling cylinder from a high-pressure container, the filling speed can be kept high because the pressure ratio between the pressure of the high-pressure container and the pressure of the filling cylinder is equal to or higher than a predetermined value in the initial stage of filling. As the degree of filling of the filling cylinder progresses, the pressure ratio decreases and the filling speed gradually decreases accordingly. Therefore, by switching the high-pressure container sequentially from the one with the smaller pressure and always maintaining the filling capability of the high-pressure container with respect to the filling cylinder, the filling speed is always kept high and high-speed filling is realized.
[0013]
Another example is when the filling cylinder is a fuel tank of a motor vehicle. There are various conditions, such as a low pressure state that is almost empty, an intermediate pressure state where about half remains, and a high pressure state that is almost full. The filling speed cannot be increased unless the pressure on the high-pressure vessel side is changed in conformity with each of these pressure conditions.Therefore, the "pressure ratio" between the pressure of the high-pressure vessel and the pressure of the filling cylinder must be maintained at a predetermined value or more. Thereby, high-speed filling is achieved.
[0014]
The diagram in FIG. 2 shows the relationship between the pressure ratio P1 / P0 and the gas flow rate, where the pressure on the high pressure vessel side is P1 and the pressure on the filling cylinder side is P0. Here, the condition under which the fluid flows from the high-pressure vessel to the filling cylinder is such that when the pressure P1 of the high-pressure vessel is almost twice the pressure P0 of the filling cylinder, the pressure of the high-pressure vessel is dominant, and the flow velocity is determined. It does not exceed the speed of sound. If it is less than twice, the flow velocity is determined by the pressure difference (P1-P0). Therefore, when the value is much lower than twice, it means that the flow velocity is greatly reduced and the filling time is lengthened. According to the above principle, it is best to keep the value twice, but in practice, if the value is kept 1.5 times or more, preferably 1.7 times or more, high-speed filling is realized.
[0015]
As described above, a high-pressure gas is filled and supplied to a specific high-pressure container whose pressure has been reduced, and during this filling and replenishment, the high-pressure gas is filled from a high-pressure container other than the specific high-pressure container to a filling cylinder to thereby fill the container. The filling of the cylinder and the filling and refilling of the high-pressure container are performed in parallel, and the high-pressure gas high-speed filling system is efficiently operated without waste. Furthermore, when refueling vehicles come in one after another like a car, the refilling time per vehicle can be reduced as much as possible by keeping the high-pressure container always ready for filling. it can.
[0016]
In the high-pressure gas high-speed filling method of the present invention, three or more high-pressure containers which are set in advance and provided with a difference between the respective pressures are prepared, and the high-pressure gas is filled into the filling cylinder so that the pressure is reduced to a predetermined value or less. After that, the high-pressure vessel that was refilled with high-pressure gas and belonged to the side with the highest pressure was used for the subsequent filling of the high-pressure gas into the filling cylinder, so that multiple high-pressure vessels could be used cyclically. Is performed, as described above, the pressure difference between the three or more high-pressure vessels is set to be inclined, and the high-pressure vessel that has been reduced in pressure by filling the filling cylinder with high-pressure gas belongs to the highest side by filling and refilling. Since the pressure is restored to the level, the high-pressure vessel at the highest pressure is put on standby, multiple high-pressure vessels can be used cyclically, and three or more high-pressure vessels can be operated efficiently to promote high-speed filling. Effectiveness The things.
[0017]
In addition, the filled high-pressure container has the highest pressure level among the plurality of high-pressure containers, so that the filling function of the filling cylinder is more positively performed. Furthermore, since the pressure difference between the high-pressure vessels is set to be substantially uniform by setting the pressure difference between the high-pressure vessels to be inclined, the filling amount from each high-pressure vessel, which is sequentially switched, to the filling cylinder is also substantially uniform. can do. Therefore, the amount of gas supplied to the high-pressure container is made as uniform as possible, and the supply of the gas is easily controlled.
[0018]
In the high-pressure gas high-speed filling method of the present invention, a pressure corresponding to the remaining amount of the high-pressure gas in the filling cylinder at the time of starting the filling is measured, and the pressure ratio between the pressure of the plurality of high-pressure containers and the pressure of the filling cylinder is determined. If a high pressure vessel with a smaller pressure ratio is selected from among the high pressure vessels exhibiting an appropriate pressure ratio or more for filling the filling cylinder according to the remaining amount of high pressure gas, and the high pressure vessel is sequentially communicated with the filling cylinder, A high-pressure container having a filling capacity is selected based on the measured pressure value of the filling cylinder at the start of filling, and the high-pressure container having a small pressure among the selected high-pressure containers is filled with the high-pressure gas into the filling cylinder. . Therefore, a high-pressure container is selected in accordance with the actual state of the pressure of the filling cylinder at the start of filling, and the filling of the filling cylinder is started from a high-pressure container having a small pressure. Whether to start is most appropriately selected and a plurality of high pressure vessels can function rationally.
[0019]
Further, in order to achieve the above object, the high-pressure gas high-speed filling apparatus of the present invention provides a high-pressure gas high-pressure gas storage device for storing high-pressure gas from the high-pressure container at a pressure ratio between the high-pressure container storing high-pressure gas and the filling cylinder on the filling side. A high-pressure gas high-speed gas filling device in which a plurality of the high-pressure containers are provided, and the plurality of high-pressure containers are sequentially communicated with a filling cylinder to fill the filling cylinder with a high-pressure gas. Are connected to the filling cylinder in order of decreasing pressure, and the pressure ratio between the pressure of the specific high-pressure vessel connected to the filling cylinder and the pressure of the filling cylinder is equal to or less than a predetermined value. When the pressure becomes lower than the predetermined value, the high-pressure gas is filled and supplied to the specific high-pressure container, and the high-pressure container is assumed to belong to the highest pressure side of the plurality of high-pressure containers. At the same parallel to the gist that it is configured to perform high-pressure gas filled into the filling cylinder from the high pressure vessel other than the specific high-pressure vessel.
[0020]
That is, the plurality of high-pressure vessels are sequentially communicated with the filling cylinder in ascending order of pressure, and among the plurality of high-pressure vessels, the pressure between the pressure of the specific high-pressure vessel and the pressure of the filling cylinder communicated with the filling cylinder. When the ratio becomes equal to or less than a predetermined value, a specific high-pressure container having a pressure equal to or lower than the predetermined value is filled with high-pressure gas, and the high-pressure container is assumed to belong to the highest pressure side of the plurality of high-pressure containers. While the replenishment is in progress, high-pressure gas is charged from the high-pressure container other than the specific high-pressure container to the filling cylinder in parallel.
[0021]
By the operation of the high-pressure gas high-speed filling device similar to the operation described in the above-mentioned high-pressure gas high-speed filling method, the pressure of the high-pressure container is restored, that is, the filling cylinder is filled from another high-pressure container while the refilling is in progress. Is carried out, the recovery of the high-pressure vessel and the filling of the filling cylinder are simultaneously promoted, and the time for recovering the filling capacity is shortened. Furthermore, since the filling of the high-pressure vessel is performed to the highest pressure level higher than the other high-pressure vessels, the recovered high-pressure vessel waits with a high filling capacity, and when the filling function is performed next, the filling of the filling cylinder is performed. It is even more aggressive. By combining these advantages, the filling of the filling cylinder from the plurality of high-pressure containers and the restoration of the filling capacity of the high-pressure container itself are organically linked, and high-speed filling of the high-pressure gas is achieved.
[0022]
When the high pressure gas is charged into the filling cylinder, the filling cylinder side is in various pressure states. For example, when filling an empty filling cylinder from a high-pressure container, the filling speed can be kept high because the pressure ratio between the pressure of the high-pressure container and the pressure of the filling cylinder is equal to or higher than a predetermined value in the initial stage of filling. As the degree of filling of the filling cylinder progresses, the pressure ratio decreases and the filling speed gradually decreases accordingly. Therefore, by switching the high-pressure container sequentially from the one with the smaller pressure and always maintaining the filling capability of the high-pressure container with respect to the filling cylinder, the filling speed is always kept high and high-speed filling is realized.
[0023]
Another example is when the filling cylinder is a fuel tank of a motor vehicle. There are various conditions, such as a low pressure state that is almost empty, an intermediate pressure state where about half remains, and a high pressure state that is almost full. Since the filling speed cannot be increased unless the pressure on the high-pressure vessel side is changed in conformity with each of these pressure states, by maintaining the pressure ratio between the pressure of the high-pressure vessel and the pressure of the filling cylinder at or above a predetermined value, High speed filling is achieved.
[0024]
As described above, a high-pressure gas is filled and supplied to a specific high-pressure container whose pressure has been reduced, and during this filling and replenishment, the high-pressure gas is filled from a high-pressure container other than the specific high-pressure container to a filling cylinder to thereby fill the container. The filling of the cylinder and the filling and refilling of the high-pressure container are performed in parallel, and the high-pressure gas high-speed filling system is efficiently operated without waste. Furthermore, when refueling vehicles come in one after another like a car, the refilling time per vehicle can be reduced as much as possible by keeping the high-pressure container always ready for filling. it can.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0026]
FIG. 1 shows an embodiment of the high-pressure gas high-speed filling method of the present invention and an apparatus used therefor.
[0027]
This apparatus operates the
[0028]
The filling
[0029]
Pressure gauges 2C, 3C, 4C, and 5C for measuring the pressures of the high-
[0030]
A
[0031]
Since the plurality of high-
[0032]
Even if a plurality of high-pressure containers are prepared, if the pressure on the fuel tank 7 side is relatively high, a high-pressure container having a pressure corresponding to the high pressure container must be connected to the fuel tank 7 if the pressure is not high. No filling gas flow will occur. Therefore, the following function is provided to the pressure comparison determination means. That is, the pressure according to the remaining amount of the high-pressure gas in the fuel tank 7 at the start of filling is measured, and the pressure ratio between the pressure of the plurality of high-
[0033]
Further, when the filling capacity of a specific high-pressure container connected to the fuel tank 7 among the high-
[0034]
In order to carry out the cyclic use of the three or more prepared high-
[0035]
Next, the operation of the high-pressure gas high-speed filling method and the apparatus used therefor will be described with reference to FIG.
[0036]
It is now assumed that the
[0037]
Here, when the operation of the control means 8 is started, a signal indicating the pressure value P0 of the fuel tank 7 and signals indicating the pressure values P1, P2, P3, and P4 of the respective high-pressure containers are compared by the control means 8, and Each pressure ratio between the pressure of the high-
[0038]
When the filling proceeds and the pressure ratio between the high-
[0039]
When the control means 8 determines that the pressure ratio between the high-pressure container 3 and the fuel tank 7 is too small as the filling further proceeds, the filling valve 3B is closed and the filling
[0040]
The above-mentioned reference value differs depending on the type of the filling cylinder, but when installed in a car, the distribution of the remaining amount of gas in the fuel tank 7 of the incoming car is statistically grasped. If, for example, the remaining amount of about 20% is the maximum distribution, it is determined whether or not a pressure value having a sufficient filling capacity for the pressure corresponding to this 20% remains in the high-pressure container 3 side. Therefore, when the pressure of the high-pressure container 3 falls below this reference value, the
[0041]
In the above operation, even if a plurality of high-
[0042]
The operation and effect of the embodiment described above will be described.
[0043]
The diagram in FIG. 2 shows the relationship between the pressure ratio P1 / P0 and the gas flow velocity, where P1 is the pressure on the high-
[0044]
During the recovery of the pressure of any one of the high-
[0045]
When the fuel tank 7 is filled with high-pressure gas, the fuel tank 7 is in various pressure states. For example, when filling the empty fuel tank 7 from the high-
[0046]
Another example is the case of a fuel tank 7 of an automobile. There are various conditions such as a low pressure state that is almost empty, an intermediate pressure state where about half remains, and a high pressure state that is almost full. The filling speed cannot be increased unless the pressures on the
[0047]
Prepare three or more high-pressure containers which are set in an inclined manner by providing a difference between the respective pressures in advance, and after filling the fuel tank 7 with the high-pressure gas to reduce the pressure to a predetermined value or less, refill the high-pressure gas. The plurality of high-
[0048]
In addition, the filled high-pressure container has the highest pressure level among the plurality of high-pressure containers, so that the function of filling the fuel tank 7 is more positively performed. Further, since the pressure difference between the high-pressure containers is set to be substantially uniform by setting the pressure difference between the high-pressure containers to be inclined, the filling amount of the fuel tank 7 from each of the high-pressure containers that is sequentially switched. Can also be made substantially uniform. Accordingly, the amount of the refill gas supplied to the high-
[0049]
The pressure according to the remaining amount of the high-pressure gas in the fuel tank 7 at the time of starting the filling is measured, and the pressure ratio between the pressure of the plurality of high-
[0050]
The high-pressure gas high-speed filling apparatus of the present invention performs the same operation as that described in the above-described high-pressure gas high-speed filling method, while recovering the pressure of the high-
[0051]
As described above, the high-
[0052]
In addition, the high-
[0053]
As in the case of a car, the distribution of the fuel tank remaining amount of the car entering the refueling station is statistically grasped. For example, if the remaining amount is about 20% of the maximum distribution, the pressure corresponding to this 20% is obtained. Can be determined based on whether or not a pressure value having sufficient filling capacity remains on the high-pressure vessel 3 side. Therefore, when the pressure of the high-pressure vessel 3 is lower than the reference value, the
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the high-pressure gas high-speed filling method of the present invention and the apparatus used therefor, during the recovery of the pressure of the high-pressure container, that is, during the refilling, the filling from the other high-pressure container to the filling cylinder is performed in parallel. Therefore, the recovery measures of the high-pressure container and the filling of the filling cylinder are simultaneously promoted, and the recovery time of the filling capacity is shortened. Such shortening of the recovery time can be achieved, for example, by resuming the high-pressure container to a state in which the high-pressure container can be filled quickly when refueling vehicles come in one after another, such as a car, for example. The replenishment time can be reduced as much as possible, and the high-pressure gas high-speed filling system can be operated efficiently without waste. In addition, filling and refilling of a particular high-pressure vessel is performed up to the highest pressure level above the other high-pressure vessels, so that the recovered high-pressure vessel waits with high filling capacity, and the next time the filling function is performed, the filling cylinder is filled. Filling is performed more aggressively. By combining these advantages, the filling of the filling cylinder from a plurality of high-pressure vessels and the restoration of the filling capacity of the specific high-pressure vessel itself are organically linked, and high-speed filling of the high-pressure gas is achieved. .
[0055]
When the high pressure gas is charged into the filling cylinder, the filling cylinder side is in various pressure states. For example, when filling an empty filling cylinder from a high-pressure container, the filling speed can be kept high because the pressure ratio between the pressure of the high-pressure container and the pressure of the filling cylinder is equal to or higher than a predetermined value in the initial stage of filling. As the degree of filling of the filling cylinder progresses, the pressure ratio decreases and the filling speed gradually decreases accordingly. Therefore, by switching the high-pressure container sequentially from the one with the smaller pressure and always maintaining the filling capability of the high-pressure container with respect to the filling cylinder, the filling speed is always kept high and high-speed filling is realized.
[0056]
Another example is when the filling cylinder is a fuel tank of a motor vehicle. There are various conditions such as a low pressure state that is almost empty, an intermediate pressure state where about half remains, and a high pressure state that is almost full. The filling speed cannot be increased unless the pressure on the high-pressure vessel side is changed in conformity with each of these pressure conditions.Therefore, the "pressure ratio" between the pressure of the high-pressure vessel and the pressure of the filling cylinder must be maintained at a predetermined value or more. Thereby, high-speed filling is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a system diagram which shows the high pressure gas high speed filling apparatus of one Embodiment of this invention.
FIG. 2
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a pressure ratio and a flow velocity.
[Explanation of symbols]
1 compressor
2-5 High pressure vessel
2A-5A filling tube
2B-5B Filling valve
2C-5C pressure gauge
2D-5D supply pipe
2E ~ 5E Supply valve
6 cars
7. Filling cylinder, fuel tank
8 control means
9 Confluence pipe
10 Pressure gauge
11 On-off valve
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