JP2004204955A

JP2004204955A - 車両用ガス供給装置

Info

Publication number: JP2004204955A
Application number: JP2002374934A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Idoguchi; 隆一井戸口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】ガス供給設備側の誤動作などによる異常圧力発生を、車両側で対応できるようにする。
【解決手段】ガス燃料を車両側Ｖに供給するガス供給設備側Ｓに、ガス燃料を車両側Ｖの燃料容器１７に充填するガス充填ノズル９を設ける一方、車両側Ｖには、ガス充填ノズル９を嵌合接続するレセプタクル１３を設ける。車両側Ｖの燃料容器１７とレセプタクル１３との間の燃料配管１５に、ガス供給設備側Ｓと車両側Ｖとの間のガス燃料圧力差に応じて、ガス供給設備側Ｓから車両側Ｖへのガス燃料の供給量を調整する流量調整機構１９を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガス燃料をガス供給設備から車両に供給する車両用ガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術としては、ガス供給設備側が単独で燃料充填の主制御を行うとともに、ガス供給設備側の燃料圧力異常発生時の燃料遮断などは、例えば特許文献１に見られるように、ガス供給設備側が行うことが、一般的となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３０６９００号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えばＣＮＧ（圧縮天然ガス）などを燃料とする天然ガス自動車に適用する車両用ガス供給装置の場合には、車両側の燃料充填ラインには、逆止弁を内蔵したレセプタクルや燃料フィルタなどを設置しているだけで、特別な燃料流量調整機構を備えていない。
【０００５】
このため従来では、車両側から見た場合、ガス供給設備側の誤動作などによる異常圧力発生時には、あたかも車両側燃料充填系が故障して不具合が起きたようになり、改善が望まれている。
【０００６】
そこで、この発明は、ガス供給設備側の誤動作などによる異常圧力発生を、車両側で対応できるようにすることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、ガス燃料をガス供給設備から車両に供給する車両用ガス供給装置において、前記ガス供給設備に、ガス燃料を前記車両側の燃料容器に充填するガス充填ノズルを設ける一方、前記車両側には、前記ガス充填ノズルが嵌合接続されるレセプタクルを設け、前記車両側の燃料容器と前記レセプタクルとの間の燃料配管に、前記ガス供給設備側と前記車両側との間のガス燃料圧力差に応じて、前記ガス供給設備側から前記車両側へのガス燃料の供給量を調整する流量調整機構を設けた構成としてある。
【０００８】
【発明の効果】
この発明によれば、ガス供給設備側と車両側との間のガス燃料圧力差に応じ、ガス供給設備側から車両側へのガス燃料の供給量を、流量調整機構により調整するようにしたため、例えばガス供給設備側からのガス燃料供給圧力と車両側燃料残圧との差圧が大きい場合には、燃料供給量を低減し、逆に差圧が小さい場合には、燃料供給量を多くするなど、燃料供給量を圧力差に応じて、車両側で調整することが可能となり、ガス供給設備側の誤動作などによる異常圧力発生を、車両側で対応することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の一形態を示す車両用ガス供給装置の全体構成図である。ガス燃料である例えば水素は、ガス供給設備（以下、単に設備とする）側Ｓで昇圧し、この設備側Ｓ内の遮断弁１，温度計３，圧力計５を経由して、ホース７に接続したガス充填ノズル９により、車両側Ｖに供給する。車両側Ｖへのガス燃料の充填量は、設備側コントローラ１１によって制御し、この設備側コントローラ１１は、上記した温度計３および圧力計５の計測値を取り込む。
【００１１】
一方、車両側Ｖは、前記ガス充填ノズル９を嵌合接続するレセプタクル１３を備え、レセプタクル１３は燃料配管１５を介して燃料容器１７に接続する。レセプタクル１３と燃料容器１７との間の燃料配管１５には、レセプタクル１３側から、流量調整機構１９および逆止弁２１をそれぞれ設ける。
【００１２】
なお、ここでの燃料容器１７は、簡易化のため１本としているが、複数用いることもできる。
【００１３】
燃料容器１７の燃料配管１５との接続部には、容器元弁２３を設け、燃料配管１５からのガス燃料は、この容器元弁２３内の逆止弁２５を介して燃料容器１７に充填する。また、容器元弁２３内には、リリーフ用配管２７に繋がる溶栓弁２９を設けてある。
【００１４】
燃料容器１７内に充填したガス燃料は、容器元弁２３に内蔵される供給用電磁遮断弁３１，供給用配管３３上の過流防止弁３５および減圧弁３７を通り、図示しない燃料電池に供給する。符号３９および４１は、それぞれ燃料容器１７内のガス燃料の温度を検出する温度センサおよび同圧力を検出する圧力センサであり、これらの各検出値は、車両側Ｖに設けてある車両側コントローラ４３が取り込む。
【００１５】
また、上記した車両側コントローラ４３と設備側コントローラ１１とは、信号線４５，４７の各端部に設けてある電気通信用コネクタ４９，５１により互いに接続可能となっている。信号線４７にはアース線５３を接続してある。
【００１６】
図２は、設備側Ｓと車両側Ｖとの接続部付近を簡略化した図で、車両側Ｖの外板５５に形成した開口部５５ａに燃料充填口リッド５７を開閉可能に設け、この燃料充填口リッド５７を開放した状態で、ガス充填ノズル９をレセプタクル１３に嵌合接続し、ガス燃料の供給を行う。
【００１７】
次に、前記した流量調整機構１９について説明する。図３は、流量調整機構１９の第１の実施形態を示す断面図である。
【００１８】
この流量調整機構１９は、燃料配管１５より大径となる円筒形のボディ５９を、水素難透過性を持つ樹脂で構成している。ボディ５９内には、燃料配管１５とほぼ同径の円筒形の内筒６１を収容し、この内筒６１によりボディ５９内を内側領域６３と外側領域６５とに分割している。
【００１９】
ボディ５９は、円筒部５９ａと、ガス流れ方向両端の端板５９ｂ，５９ｃとをそれぞれ有し、この各端板５９ｂ，５９ｃに、上記した内筒６１のガス流れ方向両端を固定してある。内筒６１のガス流れ方向両端の端板５９ｂ，５９ｃへの固定部分には、上記した内側領域６３と外側領域６５とを連通する連通孔６１ａ，６１ｂを、それぞれ円周方向に沿って複数形成する。
【００２０】
内筒６１の内側領域６３には、絞り固定部６７を収容している。この絞り固定部６７は、ガス流れ方向両端に、フランジ６７ａ，６７ｂをそれぞれ有している。上流側のフランジ６７ａを端板５９ｂ付近に配置してその外周部に設けた複数の連結アーム６９を内筒６１に連結するとともに、下流側のフランジ６７ｂを端板５９ｃから少し離れた位置に配置してその外周部に設けた複数の連結アーム７１を内筒６１に連結し、これにより、絞り固定部６７を内筒６１に固定する。
【００２１】
絞り固定部６７は、両端のフランジ６７ａ，６７ｂ相互間に、ガス流れ方向下流側、すなわち車両側Ｖほど大径となるテーパ部６７ｃを備えている。このテーパ部６７ｃの外周側の内側領域６３には、環状の絞り可動部７３を、ガス流れ方向に向けて移動可能に配置する。絞り可動部７３の内周面は、圧力硬化性および熱可塑性を有する樹脂層７５を設けてあり、この樹脂層７５のテーパ部６７ｃに対向する面は、テーパ部６７ｃとほぼ平行の円錐面となっている。
【００２２】
すなわち、上記した絞り可動部７３は、図３中で左側（ガス流れの上流側）に位置する状態では、テーパ部６７ｃと絞り可動部７３の樹脂層７５との間のガス流路となる隙間Ｃが大きくなり（後述の図６参照）、同右側（ガス流れの下流側）に位置する状態では、隙間Ｃが狭くなる（同図５参照）。
【００２３】
なお、上記した樹脂層７５は、設備側Ｓの圧力ＰＳが規定値以上でかつ、圧力ＰＳと車両側Ｖの残圧ＰＶとの圧力差が所定値以上の状態が一定時間以上継続したときに、硬化してテーパ部６７ｃに密着する一方、硬化後に加熱されることで軟化する。このような樹脂層７５に用いる樹脂材料としては、圧力硬化性を有するとともに熱可塑性を有する例えばポリウレタンエラストマなどを用いる。
【００２４】
上記した絞り可動部７３の外周側の外側領域６５には、環状の可動体７７を、ガス流れ方向に向けて移動可能に配置してある。この可動体７７は、例えば内筒６１にガス流れ方向に沿って延びるスリットを設け、このスリットに挿入する連結部材によって絞り可動部７３と一体化させる。
【００２５】
可動体７７と、ボディ５９の図３中で右側の端板５９ｃに設けたばね受け７９との間には、可動体７７を図３中で左方向に押し付けるコイルスプリング８１を介装してある。また、絞り固定部６７の両端のフランジ６７ａ，６７ｂ付近における内筒６１の外周側には、可動体７７に対する環状のストッパ８３，８５をそれぞれ設けてある。
【００２６】
さらに、下流側ストッパ８５の上流側に近接した位置のボディ５９の外周部には、環状のヒータ８７を設け、このヒータ８７は、車両に搭載する外部電源となるバッテリ８９によって駆動する。このバッテリ８９によるヒータ８７への電源供給は、前記した車両側コントローラ４３によって制御する。
【００２７】
次に、上記した第１の実施形態による流量調整機構の動作を説明する。図４は、図１に示すガス充填ノズル９をレセプタクル１３に嵌合接続して、設備側Ｓのガス燃料を車両側Ｖに供給する際の、図３の状態におけるガス燃料の流れ状態を示している。設備側Ｓから流れてくるガス燃料は、図４中の矢印で示すように、燃料配管１５から流量調整機構１９に達すると、絞り固定部６７のフランジ６７ａの外周側から内側領域６３に流入し、隙間Ｃを経て絞り固定部６７の下流側に流れる。このとき、設備側Ｓのガス燃料の圧力ＰＳが、絞り可動部７３に作用するとともに、内筒６１の連通孔６１ａを介して外側領域６５内の可動体７７に作用する。
【００２８】
ここで、流量調整機構１９では、上流の設備側Ｓから作用する上記した圧力ＰＳと、下流の車両側残圧ＰＶとの差圧と、コイルスプリング８１の反力とのバランスで、絞り可動部７３および可動体７７の移動位置が一意的に決まる。
【００２９】
したがって、設備側Ｓの燃料圧力ＰＳが、車両側Ｖの残圧ＰＶに対して大きくなると、絞り可動部７３は、図４の右側(下流側)に可動体７７とともに移動して、図５のように絞り固定部６７との隙間Ｃが小さくなり、燃料流量が少なくなる。
【００３０】
逆に、設備側Ｓからの燃料圧力ＰＳが、車両側Ｖの残圧ＰＶに近づき、両者相互の圧力差が小さい場合には、絞り可動部７３は、図４の左側(上流側)に可動体７７とともに移動して、図６のように絞り固定部６７との隙間Ｃが大きくなり、燃料流量が多くなる。
【００３１】
また、設備側Ｓの誤動作などにより、設備側Ｓの圧力ＰＳが規定値以上でかつ、圧力ＰＳと車両側Ｖの残圧ＰＶとの圧力差が所定値以上となった場合には、図７に示すように、可動体７７がコイルスプリング８１を撓ませつつ下流側のストッパ８５に当接する。
【００３２】
ここで、上記した設備側Ｓの圧力ＰＳが規定値以上でかつ、圧力ＰＳと車両側Ｖの残圧ＰＶとの圧力差が所定値以上の状態が一定時間以上継続したときには、絞り可動部７３の樹脂層７５が、硬化してテーパ部６７ｃに密着する。これにより、絞り可動部７３と絞り固定部６７との隙間Ｃを樹脂で固め、下流側への燃料の流出を遮断し、燃料充填を停止することができる。
【００３３】
また、上記した燃料充填を停止した状態から、燃料充填を再開する際には、ヒータ８７を作動させる。ヒータ８７の作動により、図８に示すように、上記硬化した樹脂層７５を加熱して軟化させ、これにより生じる絞り可動部７３と絞り固定部６７との隙間Ｃから燃料容器１７側に燃料が流出し、正常復帰する。この正常復帰は、燃料充填系の部品の分解および再組立を行うことなく、実施することができる。
【００３４】
このように、上記した第１の実施形態によれば、ガス供給設備側Ｓと車両側Ｖとの間のガス燃料圧力差に応じ、ガス供給設備側Ｓから車両側Ｖへのガス燃料の供給量を、流量調整機構１９により調整するようにしたため、例えばガス供給設備側Ｓからのガス燃料供給圧力ＰＳと車両側燃料残圧ＰＶとの差圧が大きい場合には、燃料供給量を低減し、逆に差圧が小さい場合には、燃料供給量を多くするなど、燃料供給量を圧力差に応じて、車両側Ｖで調整することが可能となり、ガス供給設備側Ｓの誤動作などによる異常圧力発生を、車両側Ｖで対応することができる。
【００３５】
図９は、この発明の第２の実施形態に係わる流量調整機構１９Ａを示している。この実施形態は、可動体７７Ａを磁石（永久磁石）で構成し、この可動体７７Ａの当接によりオンするスイッチ９１を、下流側のストッパ８５に設ける。このスイッチ９１がオンすることによりバッテリ８９で作動する環状の遮断用電磁石９３を、ストッパ８５の上流側近傍のボディ５９の外周面に設置し、さらにこの遮断用電磁石９３より強力な環状の復帰用電磁石９５を、遮断用電磁石９３の上流側に隣接して配置する。その他の構成は、第１の実施形態と同様であり、第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付してある。
【００３６】
この実施形態では、設備側Ｓの誤動作などにより、設備側Ｓの圧力ＰＳが規定値以上でかつ、圧力ＰＳと車両側Ｖの残圧ＰＶとの圧力差が所定値以上となった場合には、図１０に示すように、可動体７７がコイルスプリング８１を撓ませつつ下流側のストッパ８５に当接し、スイッチ９１をオン状態とする。
【００３７】
そして、設備側Ｓの圧力ＰＳが規定値以上でかつ、圧力ＰＳと車両側Ｖの残圧ＰＶとの圧力差が所定値以上の状態が一定時間以上継続したときには、図１０に示すように、バッテリ８９により遮断用電磁石９３に通電し、可動体７７Ａを図１０に示す位置で固定する。
【００３８】
この場合、樹脂層７５による絞り固定部６７に対する樹脂シールに加え、遮断用電磁石９３よる可動体７７Ａの固定で、可動体７７Ａと一体の絞り可動部７３が絞り固定部６７に強固に密着し、異常発生時での燃料遮断を確実に行うことができる。
【００３９】
また、上記した燃料充填を停止した状態から、燃料充填を再開する際には、遮断用電磁石９３の作動を停止させ、復帰用電磁石９５を作動させる。これにより、図１１に示すように、可動体７７Ａが若干上流側に移動し、絞り可動部７３と絞り固定部６７との隙間Ｃを作る。この隙間Ｃから燃料容器１７側に燃料が流出し、正常復帰する。
【００４０】
なお、上記した第２の実施形態においては、可動体７７Ａの磁化された磁石となる部分は、遮断用電磁石９３と復帰用電磁石９５との間に位置する部分的なものとする。これにより、遮断用電磁石９３の作動で、可動体７７Ａを絞り可動部７３とともに図１０の状態に固定し、復帰用電磁石９５の作動で、可動体７７Ａを絞り可動部７３とともに図１０の状態から上流側（左方向）へ移動させる。
【００４１】
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載したのもであって、本発明を限定するために記載したものではない。したがって、上記の各実施形態に開示した各要素は、本発明の技術的範囲に属するすべての設計変更をも含む。
【００４２】
例えば、第１，第２の各の実施形態においては、可動体７７，７７Ａと絞り可動部７３とを別体にし、これら相互を連結部材で連結する構成としているが、内筒６１を設けずに、可動体７７，７７Ａを絞り可動部７３と一体化し、この一体物を圧力差あるいは電磁石によって移動させるようにしてもよい。
【００４３】
この場合の絞り可動部７３の左右のストッパは、端板５９ｂ，５９ｃにそれぞれ取り付ければよい。また、絞り固定部６７のボディ５９への固定は、両端のフランジ６７ａ，６７ｂから延ばすアームを、上記した端板５９ｂ，５９ｃにそれぞれ連結すればよい。
【００４４】
また、第２の実施形態では、絞り可動部７３と連動する構成を磁石からなる可動体７７Ａによって表現しているが、これは電磁流体や、形状記憶合金を用いたリンク構造など、同等の機能を持つもので代用可能である。
【００４５】
電磁流体を使用する場合は、可動体７７Ａの移動範囲の空間に、電磁流体を充填しておき、この電磁流体に外部から通電する端子部を設け、また絞り可動部７３を磁性材料で構成する。
【００４６】
電磁流体は、通電量で磁化する特性を変化できるが、ここでは磁化する位置を変えられるように電池流体を分布させる。一方、圧力値（ガス燃料供給圧力ＰＳと車両側燃料残圧ＰＶとの差圧）に応じて電圧を生じる素子を用意し、この素子に発生する圧力に応じた電流値により電磁流体の磁化する位置を変化させ、絞り可動部７３を移動させる。
【００４７】
一方、形状記憶合金を用いたリンク構造では、可動体７７Ａを移動させるのにスプリング８１に代えて形状記憶合金を用いる。形状記憶合金にリンク構造を持たせ、電磁流体を用いる場合と同様に、圧力値に応じて電圧を生じる素子を用意し、この素子に発生する電流値により形状記憶合金の温度が変化する。
【００４８】
圧力差が小さいときに、形状記憶合金は温度が低くなって伸張し、可動体７７Ａを上流側へ移動させることで燃料流量が多くなり、圧力差が大きいときに、形状記憶合金は温度が高くなって短縮し、可動体７７Ａを下流側へ移動させることで燃料流量が少なくなる。
【００４９】
また、流量調整機構１９，１９Ａのボディ５９は、水素透過性の低い樹脂を例としているが、これは水素を透過しないで、かつ磁力に反応しない材質のものであれば、樹脂でなくても使用できる。
【００５０】
同様に、正常復帰に用いる外部電源となるバッテリ８９は、車両に搭載してある１４Ｖ，４２Ｖなどの弱電電源や、強電電源を用いてもよい。
【００５１】
また、絞り可動部７３に設けてある樹脂層７５は、絞り固定部６７に設けてもよく、絞り可動部７３と絞り固定部６７との双方に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示す車両用ガス供給装置の全体構成図である。
【図２】図１の車両用ガス供給装置の設備側と車両側との接続部付近を簡略化した図である。
【図３】この発明の第１の実施形態に係わる流量調整機構の断面図である。
【図４】図３の流量調製機構におけるガス燃料の流れ状態を示す動作説明図である。
【図５】図３の流量調製機構における設備側の燃料圧力と車両側の残圧との差圧が大きい場合の動作説明図である。
【図６】図３の流量調製機構における設備側の燃料圧力と車両側の残圧との差圧が小さい場合の動作説明図である。
【図７】図３の流量調製機構の燃料充填を遮断する場合の動作説明図である。
【図８】図３の流量調製機構の燃料充填を再開する際の動作説明図である。
【図９】この発明の第２の実施形態に係わる流量調整機構の断面図である。
【図１０】図９の流量調製機構の燃料充填を遮断する場合の動作説明図である。
【図１１】図９の流量調製機構の燃料充填を再開する際の動作説明図である。
【符号の説明】
９ガス充填ノズル
１３レセプタクル
１５燃料配管
１７燃料容器
１９，１９Ａ流量調製機構
５９ボディ
６７絞り固定部
７３絞り可動部
７５圧力硬化性および熱可塑性を有する樹脂層
８７ヒータ
９３遮断用電磁石
９５復帰用電磁石
Ｓガス供給設備側
Ｖ車両側
Ｃガス燃料流路となる隙間

Claims

ガス燃料をガス供給設備から車両に供給する車両用ガス供給装置において、前記ガス供給設備に、ガス燃料を前記車両側の燃料容器に充填するガス充填ノズルを設ける一方、前記車両側には、前記ガス充填ノズルが嵌合接続されるレセプタクルを設け、前記車両側の燃料容器と前記レセプタクルとの間の燃料配管に、前記ガス供給設備側と前記車両側との間のガス燃料圧力差に応じて、前記ガス供給設備側から前記車両側へのガス燃料の供給量を調整する流量調整機構を設けたことを特徴とする車両用ガス供給装置。
前記流量調整機構は、ボディ内に、前記ガス供給設備側から車両側に向けて外径が大きくなるテーパ形状の絞り固定部を固定し、この絞り固定部の外周側に、前記ガス供給設備と前記車両側との間のガス燃料圧力差に応じて、絞り固定部に沿って移動可能な環状の絞り可動部を設け、この絞り可動部の移動により、前記絞り固定部と絞り可動部との間のガス燃料流路となる隙間を調整することを特徴とする請求項１記載の車両用ガス供給装置。
前記ガス供給設備からの供給ガス燃料圧力が規定値以上でかつ、前記供給ガス燃料圧力と車両側のガス燃料圧力との圧力差が所定値以上の状態が一定時間以上継続したときに、前記流量調整機構におけるガス燃料流路を遮断することを特徴とする請求項１または２記載の車両用ガス供給装置。
前記絞り可動部と前記絞り固定部とが互いに接触する接触面の少なくとも一方を、圧力硬化性を有する樹脂で構成し、前記供給ガス燃料の圧力を受けて絞り可動部が絞り固定部に前記接触面にて接触して前記圧力硬化性樹脂が硬化することにより、前記接触面が密着して前記ガス燃料流路を遮断することを特徴とする請求項３記載の車両用ガス供給装置。
前記絞り可動部を、前記供給ガス燃料圧力と車両側のガス燃料圧力との圧力差に基づき通電する遮断用電磁石を用いて移動させて、前記ガス燃料流路を遮断することを特徴とする請求項３記載の車両用ガス供給装置。
前記絞り可動部と前記絞り固定部とが互いに接触する接触面の少なくとも一方を、圧力硬化性および熱可塑性を有する樹脂で構成し、前記ガス燃料流路を遮断した状態の前記絞り可動部を、加熱により軟化させて前記接触面の密着状態を解除することで、前記ガス燃料流路を再度連通させることを特徴とする請求項４記載の車両用ガス供給装置。
前記ガス燃料流路を遮断した状態の前記絞り可動部を、復帰用電磁石により、前記ガス燃料流路を遮断する際の移動方向と逆方向に移動させて、前記ガス燃料流路を再度連通させることを特徴とする請求項５記載の車両用ガス供給装置。