JP2005098474A - 燃料充てん方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料タンク内の温度を低く抑えることができ、かつ効率よく燃料充てんを行うことができる方法を提供する。
【解決手段】 水素ガス自動車の燃料タンクに水素ガスを充てんするに際して、総充てん時間である充てん終了時Ｇと、充てん終了圧力Ｆとを設定しておき、次に示す工程を実施する。
（１）水素ガスを仮充てん流量Ａで燃料タンクに供給し、基準時Ｂから所定時間経過時Ｄまでの圧力上昇率である基準圧力上昇率を算出する。
（２）所定時間経過時Ｄから充てん終了時Ｇまでの間に、燃料タンク内の圧力を充てん終了圧力Ｆまで上昇させるための必要圧力上昇率を算出する。
（３）必要圧力上昇率に対する比率が、基準圧力上昇率に対する仮充てん流量Ａの比率に等しくなる水素ガス流量である必要充てん流量Ｋを算出する。
（４）水素ガスを、この必要充てん流量Ｋで、充てん終了圧力Ｆに達するまで燃料タンクに充てんする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素ガスを燃料とする水素ガス自動車の燃料タンクに、水素ガスを充てんする燃料充てん方法に関する。

次世代の自動車として、水素ガスを燃料として用いる水素自動車の開発が進められている。水素自動車は、炭酸ガス、ＮＯｘ、ＳＯｘ等の排出量が少ないという特長がある。
水素自動車は、燃料補給時には通常のガソリン自動車と同様に、水素ガスを充てんする燃料充てん装置（ディスペンサー）を備えた供給基地まで走行し、この燃料充てん装置で水素ガスを補給する。
水素自動車に搭載された燃料タンクとしては、通常、軽量化のためにＦＲＰ容器が使用されている。ＦＲＰ容器は、耐久性を考慮して使用温度の上限値が規定されている。

水素ガスは、一般のガスと異なり、断熱膨張させると、ジュールトムソン効果により温度が上昇する性質を有するガスである。そのため、水素ガスは、弁などの機器などを通過する際に温度が上昇しやすい。
水素ガスを燃料タンクに充てんする際には、ジュールトムソン効果による温度上昇に加え、充てんに伴う断熱圧縮による温度上昇も起きることから、ガス温度が高くなりやすい。
特に、ＦＲＰからなる燃料タンクを用いる場合には、使用温度に上限があるため、水素ガスの充てんを行うに際しては厳重な温度管理が要求される。

そのため、水素自動車では、水素ガスの供給流量が過剰となるのを防ぎ、燃料タンクの温度を設計温度以下に抑えることを目的として、充てん終了までの時間（充てん時間）を定めて充てんを行う方法がとられることがある。
燃料タンク容量や、燃料タンク内の水素ガス残留量が異なる場合には、水素ガス供給流量が一定である場合でも充てん時の燃料タンク内の温度が異なるため、水素自動車の大きさ（燃料タンクの大きさ）などに応じて充てん時間を設定することが行われている。
また、燃料タンク内の圧力が充てん終了圧力に達した後、所定時間放置して燃料タンク温度を低下させ、温度低下に伴う圧力低下に応じた量の水素ガスを再充てんする方法がとられることもある。
なお、本出願人が知る範囲で、本出願人によって既になされた特許出願等において開示された文献公知発明のうち、本出願に関連するものはない。

しかしながら、上記燃料充てん方法では、水素自動車の大きさ（燃料タンクの大きさ）などに応じて充てん時間を設定することが必要となるため、操作が煩雑となり、充てん作業の効率低下を招いていた。また、水素ガスの再充てんを行う方法においても、操作が煩雑であるため充てん効率が低下する問題があった。
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、燃料タンク内の温度を低く抑えることができ、かつ効率よく燃料充てんを行うことができる方法を提供することを目的とする。

本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを燃料とする水素ガス自動車の燃料タンクに、水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、充てん開始から終了までの総充てん時間である充てん終了時と、燃料タンクの充てん終了圧力とを設定しておき、次に示す工程を含むことを特徴とする。
（１）水素ガスを、予め設定した仮充てん流量で燃料タンクに供給し、基準時から所定時間経過時までの圧力上昇率である基準圧力上昇率を算出する。
（２）この所定時間経過時から充てん終了時までの間に、燃料タンク内の圧力を充てん終了圧力まで上昇させるための必要圧力上昇率を算出する。
（３）この必要圧力上昇率に対する比率が、前記基準圧力上昇率に対する仮充てん流量の比率に等しくなる必要充てん流量を算出する。
（４）水素ガスを、この必要充てん流量で、水素ガス圧力が充てん終了圧力に達するまで燃料タンクに充てんする。
前記基準時は、充てん開始から一定時間経過した時点であることが好ましい。
本発明では、前記工程（３）と工程（４）との間に、次に示す工程（５）〜（７）を１回または２回以上含む方法をとることもできる。
（５）水素ガスを前記必要充てん流量で燃料タンクに供給し、第２基準時から第２所定時間経過時までの圧力上昇率である第２基準圧力上昇率を算出する。
（６）第２所定時間経過時から充てん終了時までの間に、燃料タンク内の圧力を充てん終了圧力まで上昇させるための第２必要圧力上昇率を算出する。
（７）この第２必要圧力上昇率に対する比率が、第２基準圧力上昇率に対する前記必要充てん流量の比率に等しくなる第２必要充てん流量を算出する。

本発明の燃料充てん方法は、前記工程（４）に代えて、次に示す工程（８）を含むこともできる。
（８）この必要充てん流量が、予め設定した設定範囲の下限値以上である場合に、水素ガスを、この必要充てん流量で、水素ガス圧力が充てん終了圧力に達するまで燃料タンクに充てんし、前記必要充てん流量が前記下限値未満である場合に、水素ガスを、この下限値以上の充てん流量で、水素ガス圧力が充てん終了圧力に達するまで燃料タンクに充てんする。

本発明の燃料充てん方法は、水素ガスを燃料とする水素ガス自動車の燃料タンクに、水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、次に示す工程を含むことを特徴とする。
（１）基準時において、燃料タンクの実際の圧力と、充てんの際に温度変化がないと仮定して算出された燃料タンクの仮想圧力との圧力差を算出する。
（２）基準時から所定時間経過した時点において、燃料タンクの実際の圧力と、充てんの際に温度変化がないと仮定して算出された燃料タンクの仮想圧力との圧力差を算出する。
（３）所定時間経過時における圧力差が、基準時における圧力差よりも小さい場合には水素ガス供給流量を維持または高め、かつ所定時間経過時における圧力差が、基準時における圧力差に比べ同等または大きい場合には水素ガス供給流量を小さくする。

本発明の燃料充てん方法では、仮充てん流量で水素ガスを供給したときの圧力上昇率に基づいて必要充てん流量を算出し、この必要充てん流量で充てん終了まで充てんを行うので、水素ガス供給流量を、充てん時間に応じた最適値である必要充てん流量に修正することができ、充てん効率を高めることができる。
また、仮充てん流量が大きすぎる場合には供給流量を低い値に修正することができるため、燃料タンク内の温度が高くなりすぎるのを防ぎ、安全性を高めることができる。

基準時を、充てん開始から一定時間経過した時点とすることによって、非定常状態となる可能性がある充てん最初期を測定対象から外すことができる。
従って、水素ガス供給流量を精度よく最適化することができる。

本発明の燃料充てん方法では、基準時における実圧力と仮想圧力との圧力差と、所定時間経過時における圧力差とを比較し、所定時間経過時の圧力差が基準時の圧力差よりも小さい場合には水素ガス供給流量を維持または高めるので、充てん効率を高めることができる。
また、所定時間経過時の圧力差が基準時の圧力差に比べ同等または大きい場合には水素ガス供給流量を小さくするので、過剰な温度上昇を防ぐことができる。
従って、安全性を犠牲にすることなく、充てん効率を高めることができる。
また、温度上昇要因の作用が大きい場合にはこれを抑制し、燃料タンクの温度を低く維持することができる。
従って、充てん終了後における温度低下に起因する燃料タンクの圧力低下を最小限に抑え、再充てんを不要とすることができる。このため、充てん作業を容易にし、充てん効率を高めることができる。

図２は、本発明の燃料充てん方法の第１の例を実施可能な燃料充てん装置を示すものである。
ここに示す燃料充てん装置１は、水素ガス貯留タンク２からの水素ガスを供給する供給経路３と、水素ガスの流量を検出し積算する積算流量計Ｆ１と、水素ガスの流量を調整する流量調整弁Ｖ１と、水素ガスの供給量を制御する制御手段５と、供給経路３に設けられた遮断弁Ｖ２と、水素ガスを冷却する熱交換器４とを備えている。
供給経路３には、流量調整弁Ｖ１の一次側（水素ガス流れ方向の上流側）および二次側（水素ガス流れ方向の下流側）に、それぞれ水素ガス温度を検出する第１および第２温度計６、７が設けられている。
供給経路３には、熱交換器４の二次側に、充てんされる水素ガスの温度を検出する充てんガス温度計８（温度検出手段）と、充てんされる水素ガスの圧力を検出する圧力計９（圧力検出手段）とが設けられている。

熱交換器４は、水素ガスを流通させる水素ガス流通管４ａを備え、水素ガス流通管４ａ内の水素ガスを冷媒によって冷却することができるようになっている。
制御手段５は、流量計Ｆ１の検出値に基づいて流量調整弁Ｖ１の開度を調節することによって、水素ガス供給流量を制御することができるようになっている。

供給経路３の端部には、水素ガスを水素自動車１２に供給するフレキシブルホースなどの連絡管１１の一端が接続されている。
連絡管１１の他端は、水素自動車１２の供給経路１４に、カプラー（図示略）を介して接続することができるようになっている。
符号Ｖ３は、水素自動車１２の供給経路１４に設けられた逆止弁であり、燃料タンク１３内の燃料が外部に漏出するのを防ぐようになっている。

以下、本発明の燃料充てん方法の第１の例を説明する。
図２に示すように、燃料充てんのため燃料充てん装置１を訪れた水素自動車１２に、連絡管１１を接続した後、遮断弁Ｖ２を開き、貯留タンク２からの水素ガスを供給経路３に導入する。水素ガスの供給流量は、流量調整弁Ｖ１によって適切な値に調整することができる。
水素ガスは、熱交換器４を経て、連絡管１１、供給経路１４を通して燃料タンク１３に充てんされる。

以下、水素ガスを燃料タンク１３に充てんする操作の一例について詳しく説明する。
この燃料充てん方法では、以下に示す操作に先だって、充てん開始から終了までの総充てん時間である充てん終了時Ｇ（ｍｉｎ）と、燃料タンクの充てん終了圧力Ｆ（ＭＰａ）とを設定しておく。この例では、充てん終了圧力Ｆ＝３５（ＭＰａ）、充てん終了時Ｇ＝１０（ｍｉｎ）とする。
以下に示す操作では、圧力計９によって検出された燃料タンク１３の水素ガス圧力や、流量計Ｆ１で検出された水素ガス流量に基づいて、制御手段５により流量調整弁Ｖ１の開度を調整することによって、水素ガスの流量制御が行われる。制御方法としては、ＰＩＤ制御を採用するのが好適である。

（１）基準圧力上昇率の算出
図１に示すように、流量計Ｆ１の検出値に基づいて流量調整弁Ｖ１の開度を調整することによって、水素ガスを、予め設定した仮充てん流量Ａ（ｇ／ｍｉｎ）で燃料タンクに供給する。この例では、Ａ＝４５０（ｇ／ｍｉｎ）とする。
次いで、制御手段５において、基準時Ｂ（充てん開始からＢ秒経過した時点）から所定時間経過時Ｄ（充てん開始からＤ秒経過した時点）までの圧力上昇率である基準圧力上昇率Ｈ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を算出する。
充てん最初期には、外乱により非定常状態となり測定値が乱れることがあるため、この最初期を測定対象から外すことが好ましい。このため、基準時Ｂ（ｓｅｃ）は、充てん開始から一定時間（例えば１秒以上）経過した時点であることが好ましい。

基準圧力上昇率Ｈ（ＭＰａ／ｍｉｎ）は次の式に従って算出することができる。
Ｈ＝（Ｅ−Ｃ）／（（Ｄ−Ｂ）／６０）
この式において、基準圧力Ｃ（ＭＰａ）は、基準時Ｂ（ｓｅｃ）における燃料タンク１３内の水素ガス圧力である。調整時圧力Ｅ（ＭＰａ）は、所定時間経過時Ｄ（ｓｅｃ）における燃料タンク１３内の水素ガス圧力である。
基準圧力Ｃおよび調整時圧力Ｅは、圧力計９によって検出することができる。
この例では、基準時Ｂ＝１０（ｓｅｃ）、所定時間経過時Ｄ＝４０（ｓｅｃ）、基準圧力Ｃ＝５（ＭＰａ）、調整時圧力Ｅ＝６．３（ＭＰａ）とする。基準圧力上昇率Ｈは、２．６（ＭＰａ／ｍｉｎ）となる。

（２）必要圧力上昇率の算出
所定時間経過時Ｄ（ｓｅｃ）から充てん終了時Ｇ（ｍｉｎ）までの間に、燃料タンク１３内の水素ガス圧力を充てん終了圧力Ｆ（ＭＰａ）まで上昇させるのに必要な水素ガスの圧力上昇率である必要圧力上昇率Ｊ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を、次のようにして算出する。
まず、所定時間経過時Ｄ（ｓｅｃ）における調整時圧力Ｅ（ＭＰａ）から充てん終了圧力Ｆ（ＭＰａ）までの必要昇圧幅Ｉ（ＭＰａ）を求める。
Ｉ＝Ｆ−Ｅ
次いで、次の式に従って、充てん終了時Ｇ（ｍｉｎ）に必要昇圧幅Ｉ（ＭＰａ）を得るために必要な圧力上昇率である必要圧力上昇率Ｊ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を算出する。
Ｊ＝Ｉ／（Ｇ×６０−Ｄ）／６０
この例では、必要圧力上昇率Ｊ＝３．１（ＭＰａ／ｍｉｎ）となる。

（３）必要充てん流量の算出
この工程では、上記必要圧力上昇率Ｊ（ＭＰａ／ｍｉｎ）を得るために必要な水素ガスの供給流量である必要充てん流量Ｋ（ｇ／ｍｉｎ）を、次の関係式を利用して算出する。
Ｈ：Ａ＝Ｊ：Ｋ
この関係式は、基準圧力上昇率Ｈと仮充てん流量Ａとの比率が、必要圧力上昇率Ｊと必要充てん流量Ｋとの比率に等しいことを意味する。
この関係式が成立するという仮定に基づいて、必要充てん流量Ｋ（ｇ／ｍｉｎ）を、次の式に従って算出する。
Ｋ＝Ａ×Ｊ／Ｈ
必要充てん流量Ｋは、必要圧力上昇率Ｊに対する比率が、基準圧力上昇率Ｈに対する仮充てん流量Ａの比率に等しい値となる。この例では、必要充てん流量Ｋ＝５３２．２（ｇ／ｍｉｎ）となる。

（４）必要充てん流量での充てん
水素ガスを、上記必要充てん流量Ｋ（ｇ／ｍｉｎ）で、水素ガス圧力が充てん終了圧力Ｆ（ＭＰａ）に達するまで燃料タンク１３に充てんする。

この燃料充てん方法では、仮充てん流量Ａで水素ガスを供給したときの圧力上昇率Ｈに基づいて必要充てん流量Ｋを算出し、この必要充てん流量Ｋ（ｇ／ｍｉｎ）で充てん終了まで充てんを行う。
この方法では、水素ガス供給流量を、充てん時間に応じた最適値である必要充てん流量Ｋ（ｇ／ｍｉｎ）に修正することができるため、充てん効率を高めることができる。
また、仮充てん流量Ａが大きすぎる場合には供給流量を低い値に修正することができるため、燃料タンク１３内の温度が高くなりすぎるのを防ぎ、安全性を高めることができる。

また、基準時Ｂを、充てん開始から一定時間経過した時点とすることによって、非定常状態となる可能性がある充てん最初期を測定対象から外すことができる。
従って、水素ガス供給流量を精度よく最適化することができる。

次に、図３を参照して、本発明の燃料充てん方法の第２の例を説明する。
この方法では、上記工程（３）と工程（４）との間に、次に示す工程（５）〜（７）を実施する。
（５）水素ガスを、必要充てん流量Ｋで燃料タンク１３に供給し、第２基準時Ｂ’から第２所定時間経過時Ｄ’までの圧力上昇率である第２基準圧力上昇率Ｈ’を算出する。
第２基準圧力上昇率Ｈ’は、上記工程（１）と同様にして算出することができる。
図３に示す例では、図１に示す例における所定時間経過時Ｄを第２基準時Ｂ’とする。

（６）第２所定時間経過時Ｄ’から充てん終了時Ｇまでの間に、燃料タンク内の水素ガス圧力を充てん終了圧力Ｆまで上昇させるのに必要な水素ガスの圧力上昇率である第２必要圧力上昇率Ｊ’を算出する。
第２必要圧力上昇率Ｊ’は、上記工程（２）と同様にして算出することができる。

（７）この第２必要圧力上昇率Ｊ’に対する比率が、第２基準圧力上昇率Ｈ’に対する上記必要充てん流量Ｋの比率に等しくなる第２必要充てん流量Ｋ’を算出する。
第２必要充てん流量Ｋ’は、上記工程（３）と同様にして算出することができる。

上記工程（７）に続いて、上記工程（４）、すなわち水素ガスを、上記第２必要充てん流量Ｋ’で、水素ガス圧力が充てん終了圧力Ｆ（ＭＰａ）に達するまで燃料タンク１３に充てんする操作を行う。
なお、本発明では、工程（３）と工程（４）との間に、工程（５）〜（７）を２回以上行うこともできる。

この方法によれば、工程（５）〜（７）を含むので、水素ガスの供給過程において、水素ガス供給流量の修正を複数回行うことになる。
このため、外気温の変化などの想定外の要因により、必要充てん流量Ｋが過小または過大となった場合でも、これを最適な値である第２必要充てん流量Ｋ’に修正することができる。
従って、水素ガス供給流量を精度よく最適な値に設定し、充てん効率を高めるとともに、燃料タンク１３内の温度が高くなりすぎるのを確実に防ぎ、安全性を高めることができる。

次に、本発明の燃料充てん方法の第３の例を説明する。
上記方法では、必要充てん流量Ｋは、燃料タンク１３の内圧が、充てん終了時Ｇに充てん終了圧力Ｆに達することを想定して設定される。
このため、所定時間経過時Ｄにおける調整時圧力Ｅが高い値である場合には、必要昇圧幅Ｉが小さくなり、必要充てん流量Ｋは非常に低い値、すなわち必要以上に安全性の高い値となることがある。このような場合には、充てん流量を必要充てん流量Ｋよりも高い値に設定することも可能である。
すなわち、本発明では、工程（４）に代えて、次に示す工程（８）を行うことができる。
（８）必要充てん流量Ｋが、予め設定した設定範囲の下限値以上である場合には、水素ガスを、この必要充てん流量Ｋで充てん終了圧力Ｆに達するまで燃料タンク１３に充てんする。
必要充てん流量Ｋが前記下限値未満である場合には、水素ガスを、この下限値以上の充てん流量で充てん終了圧力Ｆに達するまで燃料タンク１３に充てんする。
必要充てん流量Ｋが前記下限値未満である場合の充てん流量は、仮充てん流量Ａ以上に設定するのが好ましい。

以下、図１および図４を参照して具体例を示す。
図１に示すように、必要充てん流量Ｋが仮充てん流量Ａ以上の範囲にある場合には、水素ガスを、必要充てん流量Ｋで充てん終了圧力Ｆに達するまで燃料タンク１３に充てんする。
図４に示すように、必要充てん流量Ｋが仮充てん流量Ａ未満である場合には、水素ガスを、仮充てん流量Ａで充てん終了圧力Ｆに達するまで燃料タンク１３に充てんする。
この方法によれば、必要充てん流量Ｋが仮充てん流量Ａ未満である場合に、充てん効率が低下するのを防ぐことができる。

この方法では、水素ガス温度が過度に高くなるのを防ぐため、前記設定範囲には上限値を設定するのが好ましい。
すなわち、必要充てん流量Ｋが前記上限値を越えた場合には、水素ガスを、この上限値以下の充てん流量で、充てん終了圧力Ｆまで燃料タンク１３に充てんすることができる。
この方法によれば、燃料タンク１３内の温度が過度に上昇するのを防ぎ、安全性を高めることができる。

次に、本発明の燃料充てん方法の第４の例を説明する。
図５に示すように、燃料充てん装置１を用いて、燃料タンク１３内の圧力Ｐが調整時圧力Ｐ_Ａに達するまで水素ガスを燃料タンク１３に充填する（ステップＳ１）。
圧力Ｐ_Ａは、充てん終了圧力に近い値に設定するのが好ましい。例えば、充てん終了圧力が３５ＭＰａであるときには、調整時圧力Ｐ_Ａを３０ＭＰａとすることができる。
燃料タンク１３内の圧力Ｐは、逆止弁Ｖ３があるため直接測定はできないが、水素ガス供給開始当初において積算流量計Ｆ１で検出された水素ガス供給流量と、圧力計９で検出された水素ガス圧力とに基づいて算出することができる。
以下、圧力計９による検出値から得られた燃料タンク１３内の実際の圧力を、実圧力ということがある。

（１）基準時における実圧力と仮想圧力との差を算出
図５および図６（ａ）に示すように、実圧力Ｐが調整時圧力Ｐ_Ａ（例えば３０ＭＰａ）に達した時間ｔ（充てん開始からの経過時間）を基準時であるｔ_ｎとし、このときの実圧力Ｐを実圧力Ｐ_ｎとする（ステップＳ２）。
この時点で、制御手段５により流量調整弁Ｖ１の開度を０％にする（ステップＳ３）。
なお、流量調整弁Ｖ１の開度は、最大であるときを１００％とし、閉状態を０％とする。

この燃料充てん方法では、制御手段５において、燃料タンク１３内の温度変化を考慮せず、積算流量計Ｆ１によって算出された水素ガス流量の積算値と燃料タンク１３の容量のみに基づいて、時間ｔ_ｎにおける燃料タンク１３の圧力である仮想圧力Ｐ_ｎ’を算出する。燃料タンク１３の容量は、水素ガス供給流量と、燃料タンク１３の圧力変化とに基づいて定めることができる。例えば、上述の第１の例に示すように、仮充てん流量Ａ、基準圧力Ｃ、および調整時圧力Ｅに基づいて定めることができる。
仮想圧力Ｐ_ｎ’は、水素ガス流量の積算値（実際に充てんされた水素ガス量）とタンク容量のみに基づいて算出されたものであるため、充てんされた水素ガス量に比例する値となる。
この仮想圧力Ｐ_ｎ’は、充てんの際に温度変化がないと仮定した場合の圧力に相当し、通常は、実圧力Ｐ_ｎよりも低い値となる。
これに対し、実圧力Ｐは、ガス充てんに伴う圧力上昇およびジュールトムソン効果による温度上昇のため、通常、充てんされた水素ガス量に比例する値にはならない。
次の式に基づいて、実圧力Ｐ_ｎと仮想圧力Ｐ_ｎ’との差である圧力差ΔＰ（ΔＰ_ｎ）を算出する。
ΔＰ_ｎ＝Ｐ_ｎ−Ｐ_ｎ’
この圧力差ΔＰ_ｎは、充てん時の温度上昇が大きいほど大きな値となる。

（２）所定時間経過時における実圧力と仮想圧力との差を算出
次いで、時間ｔ_ｎから所定時間（例えば１分間）経過した時点である時間ｔ_ｎ＋１において実圧力Ｐを測定し、これを実圧力Ｐ_ｎ＋１とする（ステップＳ４）。
このときの仮想圧力をＰ_ｎ＋１’とする。
次いで、次の式に基づいて、実圧力Ｐ_ｎ＋１と仮想圧力Ｐ_ｎ＋１’との差である圧力差ΔＰ（ΔＰ_ｎ＋１）を算出する（ステップＳ５）。
ΔＰ_ｎ＋１＝Ｐ_ｎ＋１−Ｐ_ｎ＋１’

（３）基準時と所定時間経過時との圧力差を比較
この燃料充てん方法では、圧力差ΔＰ_ｎと圧力差ΔＰ_ｎ＋１とを比較し、次の式（ａ）が成立する場合には、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする（ステップＳ６、Ｓ７）。
ΔＰ_ｎ＞ΔＰ_ｎ＋１ ・・・（ａ）
流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする際には、時間ｔ_ｎにおける流量調整弁Ｖ１の開度に対し、流量調整弁Ｖ１の開度を所定値（例えば１％）大きくする方法をとることができる。
流量調整弁Ｖ１の開度を大きくすることによって、水素ガス供給流量が増加し、充てん効率が高められる。

燃料タンク１３では、充てんによる圧力上昇やジュールトムソン効果などが温度上昇要因として作用する一方、外気等への放熱が温度低下要因として作用する。
式（ａ）が成立することは、時間ｔ_ｎ〜ｔ_ｎ＋１において、温度低下要因の作用が温度上昇要因の作用を上回ったため、実圧力Ｐが仮想圧力に近づいたことを意味する。
式（ａ）が成立する場合には、温度上昇要因の作用が小さいため、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくしても、過剰な温度上昇が起こりにくい。

次いで、図５および図６（ｂ）に示すように、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくした時点ｔ_ｎ＋１を基準時として、上述の操作を繰り返す。
すなわち、基準時から所定時間（例えば１分間）経過した時点での実圧力と、このときの仮想圧力との圧力差ΔＰを算出し、基準時のΔＰと比較する。所定時間経過時の圧力差ΔＰが、基準時の圧力差ΔＰより小さい場合には、流量調整弁Ｖ１の開度を大きくする。
所定時間経過時の圧力差ΔＰが基準時の圧力差ΔＰより小さい場合には、流量調整弁Ｖ１の開度を変化させず、一定に維持することもできる。

一方、図５および図６（ｃ）に示すように、式（ａ）が成立しない場合、すなわち所定時間経過時の圧力差ΔＰ_ｎ＋１が、基準時の圧力差ΔＰ_ｎに比べ、同等または大きい場合には、時間ｔ_ｎ〜ｔ_ｎ＋１において、温度上昇要因の作用が温度低下要因の作用に対し同等または上回ったと考えられる。
このため、式（ａ）が成立しない場合には、流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする。図示例では、流量調整弁Ｖ１の開度を０％にする（ステップＳ３）。
流量調整弁Ｖ１の開度を小さくする際には、時間ｔ_ｎ（基準時）における流量調整弁Ｖ１の開度に比べ、流量調整弁Ｖ１の開度を所定値（例えば１％）小さくする方法をとることもできる。この場合には、図５に破線で示すように、式（ａ）が成立しない場合にステップＳ４に戻る方法をとることができる。

流量調整弁Ｖ１の開度を小さくすることによって、水素ガス供給流量を減少させ、温度上昇要因（充てんによる圧力上昇やジュールトムソン効果）の作用を抑え、過剰な温度上昇を防ぐことができる。

次いで、流量調整弁Ｖ１の開度を小さくした時点ｔ_ｎ＋１を基準時として、上述の操作を繰り返す。すなわち、基準時から所定時間（例えば１分間）経過した時点での実圧力と、このときの仮想圧力との圧力差ΔＰを算出し、これを基準時の圧力差ΔＰと比較する。

この燃料充てん方法では、基準時ｔ_ｎにおける実圧力Ｐ_ｎと仮想圧力Ｐ_ｎ’との圧力差ΔＰ_ｎと、所定時間経過時ｔ_ｎ＋１における圧力差ΔＰ_ｎ＋１とを比較し、圧力差ΔＰ_ｎ＋１が圧力差ΔＰ_ｎよりも小さい場合には水素ガス供給流量を維持または高めるので、充てん効率を高めることができる。
また、圧力差ΔＰ_ｎ＋１が圧力差ΔＰ_ｎに比べ同等または大きい場合には水素ガス供給流量を小さくするので、過剰な温度上昇を防ぐことができる。
従って、安全性を犠牲にすることなく、充てん効率を高めることができる。
また、温度上昇要因の作用が大きい場合にはこれを抑制し、燃料タンク１３の温度を低く維持することができる。
このため、充てん終了後における温度低下に起因する燃料タンク１３の圧力低下を最小限に抑え、再充てんを不要とすることができる。従って、充てん作業を容易にし、充てん効率を高めることができる。

なお、本発明では、所定時間経過時の圧力差ΔＰが基準時の圧力差ΔＰと同等である場合には、流量調整弁Ｖ１の開度を変化させず、一定に維持することもできる。
この場合には、所定時間経過時における圧力差ΔＰが、基準時における圧力差ΔＰよりも小さい場合に、水素ガス供給流量を高め、かつ所定時間経過時における圧力差が、基準時における圧力差に比べ大きい場合には水素ガス供給流量を小さくする方法をとることができる。

本発明の燃料充てん方法の第１の例を説明する図である。 本発明の燃料充てん方法を実施可能な燃料充てん装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の燃料充てん方法の第２の例を説明する図である。 本発明の燃料充てん方法の第３の例を説明する図である。 本発明の燃料充てん方法の第４の例を説明するフローチャートである。 本発明の燃料充てん方法の第４の例を説明する図である。

符号の説明

１・・・燃料充てん装置、
５・・・制御手段、
９・・・圧力計、
１２・・・水素自動車、
１３・・・燃料タンク、
Ｖ１・・・流量調整弁、
Ｆ１・・・積算流量計、
Ｇ・・・充てん終了時、
Ｆ・・・充てん終了圧力、
Ａ・・・仮充てん流量、
Ｂ・・・基準時、
Ｄ・・・所定時間経過時、
Ｋ・・・必要充てん流量、
Ｂ’・・・第２基準時、
Ｄ’・・・第２所定時間経過時、
Ｋ’・・・第２必要充てん流量、
ｔ_ｎ・・・基準時、
ｔ_ｎ＋１・・・所定時間経過時、
Ｐ_ｎ・・・基準時における実際の圧力、
Ｐ_ｎ’・・・基準時における仮想圧力、
ΔＰ_ｎ・・・基準時における実際の圧力と仮想圧力との圧力差、
Ｐ_ｎ＋１・・・所定時間経過時における実際の圧力、
Ｐ_ｎ＋１’・・・所定時間経過時における仮想圧力、
ΔＰ_ｎ＋１・・・所定時間経過時における実際の圧力と仮想圧力との圧力差

Claims (5)

1. 水素ガスを燃料とする水素ガス自動車（１２）の燃料タンク（１３）に、水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、
   充てん開始から終了までの総充てん時間である充てん終了時（Ｇ）と、燃料タンクの充てん終了圧力（Ｆ）とを設定しておき、次に示す工程を含むことを特徴とする燃料充てん方法。
   （１）水素ガスを、予め設定した仮充てん流量（Ａ）で燃料タンクに供給し、基準時（Ｂ）から所定時間経過時（Ｄ）までの圧力上昇率である基準圧力上昇率（Ｈ）を算出する。
   （２）この所定時間経過時（Ｄ）から充てん終了時（Ｇ）までの間に、燃料タンク内の圧力を充てん終了圧力（Ｆ）まで上昇させるための必要圧力上昇率（Ｊ）を算出する。
   （３）この必要圧力上昇率（Ｊ）に対する比率が、前記基準圧力上昇率（Ｈ）に対する仮充てん流量（Ａ）の比率に等しくなる必要充てん流量（Ｋ）を算出する。
   （４）水素ガスを、この必要充てん流量（Ｋ）で、水素ガス圧力が充てん終了圧力（Ｆ）に達するまで燃料タンクに充てんする。
2. 前記基準時（Ｂ）は、充てん開始から一定時間経過した時点であることを特徴とする請求項１に記載の燃料充てん方法。
3. 前記工程（３）と工程（４）との間に、次に示す工程（５）〜（７）を１回または２回以上含むことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料充てん方法。
   （５）水素ガスを前記必要充てん流量（Ｋ）で燃料タンクに供給し、第２基準時（Ｂ’）から第２所定時間経過時（Ｄ’）までの圧力上昇率である第２基準圧力上昇率（Ｈ’）を算出する。
   （６）第２所定時間経過時（Ｄ’）から充てん終了時（Ｇ）までの間に、燃料タンク内の圧力を充てん終了圧力（Ｆ）まで上昇させるための第２必要圧力上昇率（Ｊ’）を算出する。
   （７）この第２必要圧力上昇率（Ｊ’）に対する比率が、第２基準圧力上昇率（Ｈ’）に対する前記必要充てん流量（Ｋ）の比率に等しくなる第２必要充てん流量（Ｋ’）を算出する。
4. 請求項１に記載の燃料充てん方法において、前記工程（４）に代えて、次に示す工程（８）を含むことを特徴とする燃料充てん方法。
   （８）この必要充てん流量（Ｋ）が、予め設定した設定範囲の下限値以上である場合に、水素ガスを、この必要充てん流量（Ｋ）で、水素ガス圧力が充てん終了圧力（Ｆ）に達するまで燃料タンクに充てんし、
   前記必要充てん流量（Ｋ）が前記下限値未満である場合に、水素ガスを、この下限値以上の充てん流量で、水素ガス圧力が充てん終了圧力（Ｆ）に達するまで燃料タンクに充てんする。
5. 水素ガスを燃料とする水素ガス自動車（１２）の燃料タンク（１３）に、水素ガスを充てんする燃料充てん方法であって、次に示す工程を含むことを特徴とする燃料充てん方法。
   （１）基準時（ｔ_ｎ）において、燃料タンクの実際の圧力（Ｐ_ｎ）と、充てんの際に温度変化がないと仮定して算出された燃料タンクの仮想圧力（Ｐ_ｎ’）との圧力差（ΔＰ_ｎ）を算出する。
   （２）基準時（ｔ_ｎ）から所定時間経過した時点（ｔ_ｎ＋１）において、燃料タンクの実際の圧力（Ｐ_ｎ＋１）と、充てんの際に温度変化がないと仮定して算出された燃料タンクの仮想圧力（Ｐ_ｎ＋１’）との圧力差（ΔＰ_ｎ＋１）を算出する。
   （３）所定時間経過時（ｔ_ｎ＋１）における圧力差（ΔＰ_ｎ＋１）が、基準時（ｔ_ｎ）における圧力差（ΔＰ_ｎ）よりも小さい場合には水素ガス供給流量を維持または高め、
   かつ所定時間経過時（ｔ_ｎ＋１）における圧力差（ΔＰ_ｎ＋１）が、基準時（ｔ_ｎ）における圧力差（ΔＰ_ｎ）に比べ同等または大きい場合には水素ガス供給流量を小さくする。
   
   

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