JP2006275153A

JP2006275153A - ガス供給装置

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Publication number: JP2006275153A
Application number: JP2005095157A
Authority: JP
Inventors: 太 ▲高▼橋; Futoshi Takahashi
Original assignee: Tokico Technology Ltd
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP4688539B2

Abstract

【課題】本発明はなるべく高圧ガス蓄圧器を使用せずに燃料タンクへのガス充填を行なえることを課題とする。
【解決手段】ガス供給装置１０の制御装置１６は、メモリ７２に格納された各制御プログラムを読み込んで各機器を制御して燃料タンク１３へのガス充填量及び充填圧力を制御すると共に、ガス充填残量と充填可能量との差が所定量よりも小さい場合、あるいはガス充填残量と充填可能量との差が無い場合には、一方の下流側電磁弁２４を閉弁し、他方の下流側電磁弁２５を開弁させてガス供給元をガス蓄圧器２２からガス蓄圧器２３に切り換える。よって、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂと燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａとを比較して、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂが燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａより多いときは、ガス蓄圧器切換処理を行なわないため、高圧ガス蓄圧器２３へのガス補給による損失を低減することが可能になる。
【選択図】図１

Description

本発明はガス供給装置に係り、特に複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを被充填タンクに充填するよう構成されたガス供給装置に関する。

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、ガス充填ホースの接続カップリングを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。

そして、従来のガス供給装置では、充填側カップリングと被充填側カップリングとを結合させた後、ガス充填ホースを介して所定圧力のガスを燃料タンクに供給し、圧力検出器により計測された圧力計測値が予め設定された目標圧力値に達したとき制御弁を閉弁させてガス充填を完了している（例えば、特許文献１参照）。

この種のガス供給装置では、上記ガス蓄圧器から燃料タンクへのガス供給は、流量及び圧力を制御する制御弁を開弁させてガス蓄圧器の圧力と燃料タンクの充填圧力との圧力差により行なわれるため、圧力差が縮まるに連れて供給されるガスの瞬時流量が減少し、ガスの瞬時流量が低下すればするほど燃料タンクへのガス充填時間が長くなることになる。

そこで、上記ガス供給装置ではガス充填時間が長くならないようにするために、ガスを供給する供給元として複数のガス蓄圧器（可変圧ガス蓄圧器、高圧ガス蓄圧器）が設けられている。この場合のガス供給装置の動作は次のとおりである。まず、可変圧ガス蓄圧器から燃料タンクにガスを供給することにより燃料タンクへのガスの供給を開始する。燃料タンクへのガスの供給が進行し、可変圧ガス蓄圧器内のガスの圧力と燃料タンク内のガスの圧力との差（圧力差）が小さくなりガスの瞬時流量が所定以下に低下した際に、可変圧ガス蓄圧器からのガス供給を停止させた後、他方の高圧ガス蓄圧器から燃料タンクに供給するようにガス供給経路を切り換える。続いて、燃料タンクの圧力が目標圧力に達したとき、高圧ガス蓄圧器からのガス供給を停止させる。

また、燃料タンクへのガス充填が完了すると、各ガス蓄圧器に圧縮機により圧縮されたガスが補充され、各ガス蓄圧器の圧力が所定圧に昇圧されて、次回のガス充填準備処理が行われる。
特開平８−８６４９７号公報

上記特許文献のガス供給装置では、可変ガス蓄圧器内のガスの圧力と燃料タンク内のガスの圧力との差が所定以下になりガスの瞬時流量が所定量以下になった場合に可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器にガスの供給元を切り換える。このため、例えば、可変圧ガス蓄圧器からのガス供給によって燃料タンクの充填圧力が殆ど目標圧力に近づいている場合でも可変圧ガス蓄圧器から高圧ガス蓄圧器に切り換えてしまう。このように、従来のガス供給装置では、可変圧ガス蓄圧器からのガス供給だけでも燃料タンクの充填圧力が目標圧力に達することが可能な場合にも拘わらず、高圧ガス蓄圧器のガスを燃料タンクに充填してしまうことがあるという問題があった。

また、高圧ガス蓄圧器のガスを燃料タンクに供給することにより高圧ガス蓄圧器の圧力が規定圧力以下に低下してしまった場合には、高圧ガス蓄圧器内のガスの圧力を圧縮機によって昇圧させて次回のガス供給に備えるのに時間がかかり、真に高圧ガス蓄圧器の圧力が必要なときに高圧ガス蓄圧器の圧力が不足している場合にはその充填時間が非常に長くなってしまうという問題点があった。

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。

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。

請求項１記載の発明は、圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、を有するガス供給装置において、前記蓄圧器切換制御手段は、前記一のガス蓄圧器よりの充填可能量を推定する充填可能量演算手段を有し、前記充填可能量演算手段により演算された充填可能量が所定量以下に低下した場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、を有するガス供給装置において、前記蓄圧器切換制御手段は、前記被充填タンクへのガス充填残量を演算するガス充填残量演算手段と、前記一のガス蓄圧器よりの充填可能量を推定する充填可能量演算手段と、を有し、前記ガス充填残量演算手段により演算されたガス充填残量と前記充填可能量演算手段により演算された充填可能量との差が所定量よりも小さい場合、あるいは前記ガス充填残量と前記充填可能量との差が無い場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、を有するガス供給装置において、前記蓄圧器切換制御手段は、前記制御弁の弁開度が所定値以上であり、且つ、ガスの流量が所定流量以下であるか否かを監視し、前記ガスの流量が所定流量以下になったとき前記ガス蓄圧器を切り換えるときであると判定する切換タイミング判定手段と、前記被充填タンクへのガス充填残量を演算するガス充填残量演算手段と、前記ガス充填残量演算手段により演算されたガス充填残量を前記一のガス蓄圧器を用いて充填した場合において必要とされる充填時間を推定する充填時間推定手段と、を有し、前記切換タイミング判定手段が切換タイミングであることを判定し、且つ、前記充填時間推定手段により推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とする。

本発明によれば、一のガス蓄圧器よりの充填可能量を演算し、演算された充填可能量が所定量以下に低下した場合には、切換手段を制御して被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器に切り換えるため、例え被充填タンクに供給される流量が減少しても一のガス蓄圧器よりの充填可能量が十分にあれば一のガス蓄圧器からのガス供給を継続することができる。そのため、他のガス蓄圧器への切り換えを行なわずに済む場合には、他のガス蓄圧器からのガス供給を行なわず、他のガス蓄圧器の圧力低下をできるだけ回避することにより、他のガス蓄圧器からの圧力が必要なときに圧力不足になることが防止され、且つ他のガス蓄圧器へのガス補給による損失を削減することが可能になる。

また、本発明によれば、ガス充填残量演算手段により演算されたガス充填残量と充填可能量演算手段により演算された充填可能量との差が所定量よりも小さい場合、あるいはガス充填残量と充填可能量との差が無い場合には、切換手段を制御して被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器に切り換えるため、一のガス蓄圧器よりの充填可能量が十分にあれば一のガス蓄圧器からのガス供給を継続することができ、他のガス蓄圧器へのガス補給による損失を削減することが可能になる。

また、本発明によれば、切換タイミング判定手段が切換タイミングであることを判定し、且つ、充填時間推定手段により推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、切換手段を制御して被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器に切り換えるため、切換タイミング判定手段により判定された切換タイミングになるまでは、一のガス蓄圧器からのガス供給を継続することができ、他のガス蓄圧器へのガス補給による損失を削減することが可能になる。

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。

図１は本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。図１に示されるように、ガス供給装置１１は、例えば自動車１２の燃料タンク（被充填タンク）１３に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス充填所などに設置されている。尚、上記圧縮天然ガスは一例であり、ガス供給装置１１が扱うガスは、これに限らず圧縮されて使用される他のガスを含む。

ガス供給装置１１は、大略、都市ガスを所定圧力に昇圧する圧力発生ユニット１４と、圧力発生ユニット１４により圧縮されたガスを燃料タンク１３に供給するためのディスペンサユニット１５と、これらの各機器を制御する制御装置１６とよりなる。

圧力発生ユニット１４は、都市ガスが中圧（家庭で使用される圧力よりも高い圧力）で給送される中圧管路１７からのガスを多段式の圧縮機１８に供給して圧縮する。この圧縮機１８は、例えばガスを圧縮するためのシリンダが複数（３個または４個）設けられ、前段のシリンダで圧縮されたガスを次段のシリンダでさらに高い圧力に加圧するようになっており、中圧管路１７から供給されたガスを段階的に圧縮する。

さらに、圧縮機１８の吐出口には、ガス供給管路１９が接続され、ガス供給管路１９には圧縮されたガスが圧縮機１８との間を開閉する一対の上流側電磁弁２０，２１と、一対のガス蓄圧器２２，２３と、ガス蓄圧器２２，２３の吐出口を開閉する一対の下流側電磁弁２４，２５とが並列に接続されている。また、ガス蓄圧器２２，２３は、夫々圧縮機１８により加圧されたガスが貯留されており、一方のガス蓄圧器２２が燃料タンク１３に対して最初にガス充填を行なうための可変圧ガス蓄圧器であり、他方のガス蓄圧器２３がガス蓄圧器２２からのガス充填終了後に燃料タンク１３に対してガス充填を行なう高圧ガス蓄圧器である。尚、ガス蓄圧器２２，２３は、一般に文献等では「蓄ガス器」とも呼ばれている。

また、上記上流側電磁弁２０，２１は、ガス蓄圧器２２，２３のうち何れか一方に対してガス補給を行なう場合の切換手段であり、下流側電磁弁２４，２５は、ガス蓄圧器２２，２３のうち何れのガスを燃料タンク１３へ充填する場合の切換手段である。尚、ガス蓄圧器２２，２３の一方から燃料タンク１３へのガス充填が行なわれている場合には、ガス蓄圧器２２，２３の他方では圧縮機１８による圧縮ガスの補給が行なわれるように上流側電磁弁２０，２１及び下流側電磁弁２４，２５が切換制御される。

本実施例においては、上記燃料タンク３の最高圧力が２０ＭＰａとした場合、ガス蓄圧器２２，２３の最高圧力は２５ＭＰａに設定される。従って、圧縮機１８は、一対のガス蓄圧器２２，２３のうち非充填状態の何れか一方に対して上記設定圧力に達するまで圧縮したガスを供給する。

上記ガス蓄圧器２２，２３からのガスを吐出するための吐出管路２２は、ディスペンサユニット１５に設けられたガス供給管路２６に連通しており、ガス蓄圧器２２，２３のガスはガス供給管路２６を介して上記燃料タンク１３に供給される。

また、ガス供給管路２６には、燃料タンク１３に供給されたガス供給量を計測する質量流量計２８と、燃料タンク１３に供給されるガス圧を所定圧に制御する制御弁３０と、ガス供給管路２６を開閉する遮断弁３２と、ガス蓄圧器２２，２３から供給される供給ガス圧を検出する圧力センサ３４とが配設されている。さらに、ガス供給管路２６の下流には、充填ホース３６と、充填ノズル３８とが配設されている。また、充填ノズル３８は、手動三方弁４０と、自動車１２の充填経路に連結される接続カップリング４４を有する。

充填ノズル３８に設けられた手動三方弁４０は、充填ホース３６の端部が連通されるン流入ポートａと、接続カップリング４４が連通される充填ポートｂと、低圧管路４６の一端が連通される排気ポートｃとを有する。また、手動三方弁４０は、充填開始時に作業者が手動操作用のハンドルを回動操作すると、切り替わるように構成されており、ポートａ，ｂを連通する充填モード、またはポートａ，ｃを連通する脱圧モードの何れか一方に切り替わるように動作する。尚、大気放出管路４６は、他端が大気に連通されており、充填完了後に手動三方弁４０が脱圧操作されると、充填ノズル３８に残留するガスを低圧側へ回収して充填ノズル３８内の圧力を減圧する。

また、充填ノズル３８の接続カップリング４４は、自動車１２の燃料タンク１３に連通された車両側接続カップリング５０に結合される。この接続カップリング４４，５０は、内部に弁（図示せず）が内蔵されており、結合により各弁が開弁されて連通状態に保持され、結合が解除されることにより各弁が閉止してガスの流出を防止する。

また、自動車１２の充填管路５２には、手動式の開閉弁５４、逆止弁５６、制御弁５８が設けられている。手動式の開閉弁５４は、ガス充填操作を行う際に開弁される。逆止弁４１は、燃料タンク１３に充填されたガスが逆流することを防止しており、充填されるガス圧力が燃料タンク１３の圧力以上になったとき、ガス充填が行えるように開弁する。

上記制御装置１６は、上記各機器と接続されるとともに、カードリーダ６０、表示器６２、操作部６４と接続されている。また、操作部６４には、充填スタートスイッチ６６、充填停止スイッチ６８、緊急停止スイッチ７０が配されている。

制御装置１６は、記憶手段としてメモリ７２を有しており、メモリ７２には、後述するように、燃料タンク１３に供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、下流側電磁弁２４，２５を切換制御して燃料タンク１３に供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える制御プログラム（蓄圧器切換制御手段）と、予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように制御弁３０の動作を制御する制御プログラム（充填制御手段）とが格納されている。また、メモリ７２には、蓄圧器切換制御手段として、燃料タンク１３へのガス充填残量を演算する制御プログラム（ガス充填残量演算手段）と、ガス蓄圧器２２よりの充填可能量を推定する制御プログラム（充填可能量演算手段）とが格納されている。

制御装置１６は、メモリ７２に格納された各制御プログラムを読み込んで各機器を制御して燃料タンク１３へのガス充填量及び充填圧力を制御すると共に、ガス充填残量と充填可能量との差が所定量よりも小さい場合、あるいはガス充填残量と充填可能量との差が無い場合には、一方の下流側電磁弁２４を閉弁し、他方の下流側電磁弁２５を開弁させてガス供給元をガス蓄圧器２２からガス蓄圧器２３に切り換える。

次に上記構成になるガス供給装置１１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１３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のノズル掛止部（図示せず）から充填ノズル３８を外して接続カップリング４４を自動車１２の接続カップリング５０に結合させる。そして、作業者は、三方弁４０の流入ポートａと充填ポートｃとが連通するように切り換え操作する。

次に、作業者が操作部６４の充填開始スイッチ釦をオンに操作すると、制御装置１６は遮断弁３２、制御弁３０及び下流側電磁弁２４を開弁させる。これにより、ガス蓄圧器２２に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路２６、流量計２８、制御弁３０、遮断弁３２、ガス充填ホース３６、三方弁４０、接続カップリング５０，５２を介して燃料タンク１３に充填される。

充填開始直後は、燃料タンク１３のガス充填残量を演算するため、制御弁２８の弁開度がやや絞られており、燃料タンク１３への供給量が例えば、３kg/minに抑えられている。そして、燃料タンク１３のガス充填残量が求まると、そのガス充填残量に応じた制御則（一定圧力制御あるいは一定流量制御）により燃料タンク１３へのガス充填を開始する。

このようにして燃料タンク１３にガスが充填されて燃料タンク１３のガス充填圧力が２０ＭＰａに達すると、燃料タンク１３は満タン状態になる。

尚、ガス供給管路２４を通過したガス充填量は、流量計２８により計測され、流量計測信号が制御装置１６に出力される。そして、制御装置１６は、流量計２８からの流量パルスを積算して、燃料タンク１３に充填されたガス充填量を表示器６２に表示する。

また、燃料タンク１３へのガス充填が完了すると、作業者は、三方弁４０の排気ポートｃと充填ポートｂとを連通させるとともに流入ポートａを遮断させるように切り換え操作する。三方弁４０と自動車１２に設けられた逆流防止弁５６との間に残留するガスは、排気ポートｃから低圧管路４６へ排出され、接続カップリング３７，３８内の圧力が大気圧に減圧される。これにより、作業者は、軽い力で接続カップリング３７，３８を分離させることが可能になる。

その後、作業者は、充填ノズル３８の接続カップリング４４を自動車１２の接続カップリング５０から分離させ、ノズル掛止部（図示せず）に掛止させることで、一連のガス充填作業が完了する。

ここで、圧縮機１８により圧縮されたガスをガス蓄圧器２２，２３に補給する際の圧力変化特性について図２のグラフを参照して説明する。図２のグラフＩに示されるように、圧縮機１８により圧縮されたガスがガス蓄圧器２２，２３へ補給開始されると、当初の圧力上昇率（グラフの勾配）がガス蓄圧器２２，２３内のガスの圧力増大に伴って徐々に低下し、ガス蓄圧器２２，２３の圧力がガス供給元の規定圧力Ｐａ近くになると、さらに圧力上昇率が低下する。一方、ガス蓄圧器２２，２３の圧力が規定圧力Ｐａに達した状態で燃料タンク１３へのガス供給を開始すると、ガス蓄圧器２２，２３の圧力は急速に低下する。

例えば、時間Ｔ１から時間Ｔ２の間にガス供給を行なう場合（事例１）は、規定圧力Ｐａが圧力Ｐｂに低下し、時間Ｔ１から時間Ｔ３の間にガス供給を行なう場合（事例２）は、規定圧力Ｐａが圧力Ｐｃに低下する（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ）。そして、ガス供給が終了してガス蓄圧器２２，２３へのガス補給を開始すると、上記事例１では、グラフIIで示すように、規定圧力Ｐａとの差（Ｐａ−Ｐｂ）が小さいので、圧縮機１８による圧縮ガスの補給によって規定圧力Ｐａに戻るまでの補給時間は、（Ｔ_４−Ｔ_２）で済む。しかしながら、上記事例２では、グラフIIIで示すように、規定圧力Ｐａとの差（Ｐａ−Ｐｃ）が事例１の場合よりも大きいので、圧縮機１８による圧縮ガスの補給によって規定圧力Ｐａに戻るまでの補給時間は、（Ｔ_５−Ｔ_３）となり、事例１の場合よりもより長い時間を要することが分かる（（Ｔ_５−Ｔ_３）＞（Ｔ_４−Ｔ_２））。

そのため、ガス供給装置１１において、一対のガス蓄圧器２２，２３のうち可変圧ガス蓄圧器２２によるガス充填をできるだけ優先し、高圧ガス蓄圧器２３によるガス充填をできるだけ短縮することが望ましい。

特に、連続して複数の車両の燃料タンクにガスを充填する場合、従来技術で述べたように所定流量まで低下した場合にガス蓄圧器２２からガス蓄圧器２３にガスの供給元を切り替えると、ガス蓄圧器２２内のガスの圧力よりも高い圧力のガスを通常は蓄圧しているガス蓄圧器２３内のガスの圧力が燃料タンク１３に供給すべき目標圧力以下まで低下する恐れが非常に高くなる。そして、ガス蓄圧器２３内のガスの圧力が目標圧力以下まで低下した場合には、圧縮機１８より吐出されているガスが燃料タンク１３に充填されることになり、上記目標圧力以上の充分な圧力のガスを蓄圧するガス蓄圧器２３内を利用しての充填時間に比べ、大幅に時間が延長されることになる。

また、ガスの充填を受ける燃料タンク１３の圧力損失も夫々異なっており、従来技術で述べた所定流量低下でガス蓄圧器を切り換える方式では、圧力損失の大きい燃料タンク１３への充填においてガス蓄圧器２２内のガスの圧力が燃料タンク１３内のガス圧力を目標圧力まで上昇させうる程度に十分残っているにも係らず、ガスの供給元をガス蓄圧器２３に切替えることになり、ガス蓄圧器２３の高い圧力のガスを有効に使用できなくなってしまう。

ここで、制御装置１６が実行するガス充填制御処理１について図３のフローチャートを参照して説明する。図３に示されるように、制御装置１６は、Ｓ１１において、充填スタートスイッチ６６がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、制御弁３８、遮断弁３２、可変圧ガス蓄圧器２２の下流側電磁弁２４を開弁して燃料タンク１３へのガス充填を開始する。続いて、Ｓ１３では、圧力センサ３４により検出された燃料タンク１３の初期圧力（充填前圧力）をメモリ７２に記憶する。

次のＳ１４では、燃料タンク１３の充填残量（充填される総流量）を演算する（ガス充填残量演算手段）。この充填残量を求める演算式は、次式（１）で表せる。すなわち、燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａは、目標圧力である満圧Ｐoと現在の充填圧力Ｐnとの差を、現在の充填圧力Ｐｎから初期圧力Ｐ₁を差し引いた圧力に現在までの充填量Ｑｎを掛けた値で割ることにより求まる。

Ｑ_Ａ＝（Ｐo−Ｐn）／（Ｐn−Ｐ₁）×Ｑｎ・・・（１）
続いて、Ｓ１５に進み、制御弁３８の弁開度が予め設定された設定値以上であり、且つ流量計２６により計測されたガス供給量が予め設定された設定値以下であるか否かを確認する。

可変圧ガス蓄圧器２２に貯留されたガスが燃料タンク１３に供給されると、燃料タンク１３の圧力が徐々に昇圧すると共に、ガス供給元との圧力差が小さくなってガス供給量（流量）が徐々に低下する。そのため、Ｓ１５において、制御弁３８の弁開度が予め設定された設定値以上であり、且つ流量計２６により計測されたガス供給量が予め設定された設定値以上である場合には、燃料タンク１３へのガス供給まだ十分でないものと判定し上記Ｓ１４〜Ｓ１５の処理を繰り返すことでガス供給を継続する。

また、Ｓ１５において、制御弁３８の弁開度が予め設定された設定値以上であり、且つ流量計２６により計測されたガス供給量が予め設定された設定値以下である場合には、Ｓ１６に進み、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂを演算し、その推定値を次式（２）によって求める（充填可能量演算手段）。なお、下記式（２）（３）中、Ｑ2は現在の流量計測値（現在の瞬時流量）を、Ｔ2は現在の流量計測値Ｑ2が計測された時刻を、Ｔ1は時刻Ｔ2の所定時間前の時刻を、Ｑ1は時刻Ｔ2における流量計測値（瞬時流量）を、ΔＴは現在の時刻Ｔ2において計測された流量計測値Ｑ2が予め設定された下限流量（瞬時流量）ＱLに低下するまでの推定時間を示す。

ΔＴ＝（Ｑ2−ＱL）／{（Ｑ1−Ｑ2）／（Ｔ1−Ｔ2）}・・・（２）
Ｑ_Ｂ＝（Ｑ2−ＱL）×ΔＴ／２・・・（３）
尚、上式（２）において、下限流量までの到達推定時間は、流量計２８により計測された流量計測値のうち直近の流量計測値から求まる。

次のＳ１７では、上記充填残量Ｑ_Ａと充填可能量Ｑ_Ｂとを比較し、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂが燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａより少ないときは、Ｓ１８に進み、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器２２から高圧ガス蓄圧器２３に切り換える（蓄圧器切換制御手段）。すなわち、Ｓ１８では、可変圧ガス蓄圧器２２の下流側電磁弁２４を閉弁し、高圧ガス蓄圧器２３の下流側電磁弁２５を開弁する。従って、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量ＱＢが燃料タンク１３に充填すべき充填残量Ｑ_Ａよりも少ない場合には、燃料タンク１３を目標圧力に達するまでガス充填することが物理的にできないので、可変圧ガス蓄圧器２２によるガス充填を停止し、高圧ガス蓄圧器２３によるガス充填に切換える。

また、上記Ｓ１７において、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂが燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａより多いときは、Ｓ１８のガス蓄圧器切換処理を省略してＳ１９に進む。Ｓ１９では、圧力センサ３４により検出された充填圧力が目標圧力に達した否かを確認する。Ｓ１９において、圧力センサ３４により検出された充填圧力が目標圧力に達したときは、燃料タンク１３が満圧であると判定してＳ２０に進み、制御弁３８、遮断弁３２、下流側電磁弁２４，２５を閉弁して燃料タンク１３へのガス充填を終了する。

このように、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂと燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａとを比較して、可変圧ガス蓄圧器２２の充填可能量Ｑ_Ｂが燃料タンク１３の充填残量Ｑ_Ａより多いときは、ガス蓄圧器切換処理（Ｓ１８の処理）を行なわないため、高圧ガス蓄圧器２３に貯留されたガスをできるだけ使用しないようにガス充填を行なうことが可能になり、高圧ガス蓄圧器２３へのガス補給による損失を低減することが可能になる。

実施例２の制御装置１６のメモリ７２には、制御弁３０の弁開度が所定値以上であり、且つ、ガスの流量が所定流量以下であるか否かを監視し、ガスの流量が所定流量以下になったときガス蓄圧器を切り換えるときであると判定する制御プログラム（切換タイミング判定手段）と、燃料タンク１３へのガス充填残量を演算する制御プログラム（ガス充填残量演算手段）と、演算されたガス充填残量を可変圧ガス蓄圧器２２より充填した場合において必要とされる充填時間を推定する制御プログラム（充填時間推定手段）と、が格納されている。そして、制御装置１６は、上記制御プログラムを読み込んで演算処理を実行することにより、切換タイミングであることを判定し、且つ、推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、可変圧ガス蓄圧器２２から高圧ガス蓄圧器２３に切り換える。

図４は制御装置１６が実行するガス充填制御処理２を説明するためのフローチャートである。図４に示されるように、制御装置１６は、Ｓ２１において、充填スタートスイッチ６６がオンに操作されると、Ｓ２２〜Ｓ２５の処理を行う。尚、Ｓ２２〜Ｓ２５の処理は、前述したＳ１２〜Ｓ１５の処理と同じであるので、その説明は省略する。

そして、Ｓ２５において、Ｓ１５において、制御弁３８の弁開度が予め設定された設定値以上であり、且つ流量計２６により計測されたガス供給量が予め設定された設定値以下である場合には、Ｓ２６に進み、切換タイミングになったものと判定し（切換タイミング判定手段）、Ｓ２７でガス充填残量を可変圧ガス蓄圧器２２より充填した場合において必要とされる充填時間を演算する（充填時間推定手段）。

なお、残りの充填に要する時間（残充填時間）は、下記式（４）により求められる。ここで、式（４）中、Ｑ_Ａは燃料タンク１３の充填残量を、Ｑ2は現在の流量計測値（現在の瞬時流量）を、αは流量低下係数を示す。なお、流量低下係数αは燃料タンク１３へのガスの充填が進むに連れ低下してくるガスの流量（瞬時流量）の低下率を示す係数で、予め設定されたものである。

ＴB＝Ｑ_Ａ／Ｑ2×α・・・（４）
次のＳ２８では、予め定められた充填時間を読み込む。続いて、Ｓ２９に進み、充填時間と設定時間とを比較し、充填時間が設定時間より長い時間であるときは、可変圧ガス蓄圧器２２のみによる充填時間が長くかかり過ぎるので、Ｓ３０に進み、ガス供給元を可変圧ガス蓄圧器２２から高圧ガス蓄圧器２３に切り換える。従って、推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、可変圧ガス蓄圧器２２から高圧ガス蓄圧器２３に切り換える。

また、上記Ｓ２９において、充填時間が設定時間より短い時間であるときは、Ｓ３０のガス蓄圧器切換処理を省略してＳ３１に進む。Ｓ３１では、圧力センサ３４により検出された充填圧力が目標圧力に達した否かを確認する。Ｓ３１において、圧力センサ３４により検出された充填圧力が目標圧力に達したときは、燃料タンク１３が満圧であると判定してＳ３２に進み、制御弁３８、遮断弁３２、下流側電磁弁２４，２５を閉弁して燃料タンク１３へのガス充填を終了する。

このように、切換タイミングであることが判定され、且つ、推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、可変圧ガス蓄圧器２２から高圧ガス蓄圧器２３に切り換えるため、判定された切換タイミングになるまでは、可変圧ガス蓄圧器２２からのガス供給を継続することができる。そのため、高圧ガス蓄圧器２３に貯留されたガスをできるだけ使用しないようにガス充填を行なうことが可能になり、高圧ガス蓄圧器２３へのガス補給による損失を低減することが可能になる。

尚、上記実施例では、一対のガス蓄圧器を有する構成を一例として挙げたが、これに限らず、３個以上のガス蓄圧器を有する構成のものにも本発明を適用できるのは勿論である。

また、上記実施例では、都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガス、あるいは燃料電池車で消費される水素ガスを供給するのにも適用できるのは勿論である。

また、上記実施例では、自動車の燃料タンク１３に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガスを他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の装置にも適用できるのは勿論である。

本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。圧縮機１８により圧縮されたガスをガス蓄圧器２２，２３に補給する際の圧力変化特性を示すグラフである。制御装置１６が実行するガス充填制御処理１を説明するためのフローチャートである。制御装置１６が実行するガス充填制御処理２を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１１ガス供給装置
１３燃料タンク
１４圧力発生ユニット
１５ディスペンサユニット
１６制御装置
１８圧縮機
１９ガス供給管路
２０，２１上流側電磁弁
２２可変圧ガス蓄圧器
２３高圧ガス蓄圧器
２４，２５下流側電磁弁
２６ガス供給管路
２８質量流量計
３０制御弁
３２遮断弁
３４圧力センサ
３８充填ノズル
４０手動三方弁
４４接続カップリング
６６充填スタートスイッチ
７２メモリ

Claims

圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、
前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、
該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、
前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、
前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、
前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、
予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、
を有するガス供給装置において、
前記蓄圧器切換制御手段は、
前記一のガス蓄圧器よりの充填可能量を推定する充填可能量演算手段を有し、
前記充填可能量演算手段により演算された充填可能量が所定量以下に低下した場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とするガス供給装置。
圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、
前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、
該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、
前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、
前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、
前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、
予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、
を有するガス供給装置において、
前記蓄圧器切換制御手段は、
前記被充填タンクへのガス充填残量を演算するガス充填残量演算手段と、
前記一のガス蓄圧器よりの充填可能量を推定する充填可能量演算手段と、
を有し、
前記ガス充填残量演算手段により演算されたガス充填残量と前記充填可能量演算手段により演算された充填可能量との差が所定量よりも小さい場合、あるいは前記ガス充填残量と前記充填可能量との差が無い場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とするガス供給装置。
圧縮されたガスが貯留された複数のガス蓄圧器と、
前記複数のガス蓄圧器に貯蔵されているガスを被充填タンクに供給するための充填ノズルと、
該充填ノズルと前記複数のガス蓄圧器とを連通するガス供給経路と、
前記複数のガス蓄圧器のうち何れのガス蓄圧器のガスを前記被充填タンクに充填するかを切り換える切換手段と、
前記ガス供給経路の途中に設けられ、当該ガス供給経路中のガスの流通を制御する制御弁と、
前記被充填タンクに供給されているガスの状態が所定の状態になった場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を一のガス蓄圧器から他のガス蓄圧器へ切り換える蓄圧器切換制御手段と、
予め定められた目標圧力または目標積算流量になるように前記制御弁の動作を制御する充填制御手段と、
を有するガス供給装置において、
前記蓄圧器切換制御手段は、
前記制御弁の弁開度が所定値以上であり、且つ、ガスの流量が所定流量以下であるか否かを監視し、前記ガスの流量が所定流量以下になったとき前記ガス蓄圧器を切り換えるときであると判定する切換タイミング判定手段と、
前記被充填タンクへのガス充填残量を演算するガス充填残量演算手段と、
前記ガス充填残量演算手段により演算されたガス充填残量を前記一のガス蓄圧器を用いて充填した場合において必要とされる充填時間を推定する充填時間推定手段と、
を有し、
前記切換タイミング判定手段が切換タイミングであることを判定し、且つ、前記充填時間推定手段により推定された充填時間が予め定められた充填時間よりも長いと判定された場合には、前記切換手段を制御して前記被充填タンクに供給されるガスの供給元を前記一のガス蓄圧器から前記他のガス蓄圧器に切り換えることを特徴とするガス供給装置。