JP2006283840A

JP2006283840A - ガス供給装置

Info

Publication number: JP2006283840A
Application number: JP2005102939A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tsuge; 和夫柘植
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】本発明は被充填タンクの容積を求める際の圧力測定の時間短縮を課題とする。
【解決手段】ディスペンサユニット１６のガス供給経路１８には、質量流量計２０と、ガス供給開閉弁２２と、制御弁２４と、圧力伝送器２６とが配設されている。制御回路４０は、ガス供給経路１８の下流端部が燃料タンク１４側に連結された状態で、ガス供給を開始する前に三方弁３０を閉とした状態でガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開としてガス供給経路１８に所定圧力のガスを供給する。さらに、制御回路４０は、ガス供給経路１８に所定圧力のガスを供給した状態でガス供給開閉弁２２を閉としてから三方弁３０を開としてガス供給経路１８のガスを燃料タンク１４に供給し、このとき圧力伝送器２６により測定された圧力値を記憶する。そして、制御回路４０は、記憶された圧力値に基づく制御則により燃料タンク１４にガスを供給する。
【選択図】図１

Description

本発明はガス供給装置に係り、特にガスを供給開始する前段階として被充填タンクにガスを供給して被充填タンクに残留しているガス量を推定してガス供給を制御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（被充填タンク）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、ガス充填ホースの下流端部に設けられたガス充填カップリングを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。

また、従来のガス供給装置では、ガス充填ホースのガス充填カップリングを被充填タンクの供給口に接続させた後、三方弁を切り替え操作して管路及びガス充填ホース内に残留するガスがＣＮＧ車の燃料タンクに供給される際の圧力変化を検出し、検出された圧力変化から燃料タンクの残量を演算し、燃料タンクの残留圧力に応じた供給圧力に制御しながら効率良くガス充填を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−１０３５９５号公報

上記従来のガス供給装置では、燃料タンクの供給口にガスの逆流を防止する逆止弁が設けられているので、燃料タンクにガス供給する前に燃料タンクに残留しているガスの圧力を測定するために、ガス充填ホースのガス充填カップリングを燃料タンクの供給口に接続させても逆止弁の閉弁方向の付勢力よりも大きな圧力でないとガスを燃料タンクに供給することができない。そのため、従来は、ガス充填ホースのガス充填カップリングを燃料タンクの供給口に接続させた後、微小流量のガスを燃料タンクに供給して燃料タンク内の圧力を測定する方法が採られている。

しかしながら、従来のガス供給装置では、微小流量でガスを燃料タンクに供給して被充填タンク内の圧力を測定する際、ガス供給経路の圧力が燃料タンクの逆止弁を開弁させる圧力まで昇圧させるのに時間がかかり、ひいては、燃料タンクの圧力を測定するのに要する時間が延長されるという問題があった。

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。

本発明は、該ガス供給経路に設けられた制御弁と、該制御弁により制御されたガス供給圧力を測定する圧力測定手段と、該圧力測定手段の上流に設けられ前記ガス供給経路を開または閉とする第１の弁と、前記圧力測定手段の下流に設けられ前記ガス供給経路を開または閉とする第２の弁と、前記制御弁及び前記第１の弁及び前記第２の弁を制御する制御手段と、を有するガス供給装置であって、
前記制御手段は、ガス供給を開始する前に前記第２の弁を閉とした状態で前記第１の弁を開として前記ガス供給経路に所定圧力のガスを供給し、その後、前記第１の弁を閉とし、次に前記ガス供給経路の下流端部が前記被充填タンクに連結された状態で前記第２の弁を開として前記ガス供給経路のガスを前記被充填タンクに供給し、この状態で前記ガス供給経路の圧力を前記圧力測定手段により測定し、該測定結果に基づき前記被充填タンクにガスを供給するように制御することを特徴とする。

本発明によれば、前記制御弁による詳細な制御を行うことなく、第１の弁と第２の弁を数回開閉するだけで、充填タンクに残留している圧力の測定ができるので、従来のものよりも被充填タンクに残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。

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系統図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、例えば自動車１２の燃料タンク（被充填タンク）１４に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス供給ステーションなどに設置されている。

ガス供給装置１０は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット(図示せず)と、圧力発生ユニットにより圧縮されたガスを燃料タンク１４に供給するためのディスペンサユニット１６とを有する。

また、ディスペンサユニット１６のガス供給経路１８には、上流側から順に、ガス供給経路１８を流れるガスの供給量を計測する質量流量計２０と、電磁弁よりなりガス供給経路１８を開又は閉とするガス供給開閉弁（第１の弁）２２と、下流側（被充填側）へ供給されるガスを制御する制御弁２４と、制御弁２４により制御された２次圧力を測定する圧力伝送器（圧力トランスミッタ）２６とが配設されている。

さらに、ガス供給経路１８の下流側端部には、ガス充填ホース２８が連通されており、ガス充填ホース２８の下流側端部には、電磁駆動式の三方弁（第２の弁）３０が接続されている。三方弁３０は、ガス充填ホース２８が接続された流入ポートａと、脱圧管路３２が接続された排気ポートｂと、ガス充填カップリング３４が接続された充填ポートｃとを有する。この三方弁３０は、ガス充填時に流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えられ、ガス充填完了後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃとが連通するように切替えられてガス充填カップリング３４内の圧力を減圧する。

また、圧力伝送器２６は、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４の下流に配置され、三方弁３０を流入ポートａと充填ポートｃとが連通された開弁状態に切替えることにより、燃料タンク１４に連通されたガス供給経路１８の圧力を測定することで、間接的に燃料タンク１４の残留圧力を測定することができる。

さらに、ディスペンサユニット１６には、制御回路４０、充填開始スイッチ釦４２、充填停止スイッチ釦４４が配設されている。ディスペンサユニット１６の制御回路４０は、充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されると、ガス供給経路１８に設けられたガス供給開閉弁２２の開閉制御、三方弁３０の切替制御を行なうと共に、質量流量計２０により測定された流量、及び圧力伝送器２６により測定された圧力値に基づいて制御弁２４の弁開度制御を行なうことで、燃料タンク１４に目標圧力のガスを充填する。

また、制御回路４０は、質量流量計２０及び圧力伝送器２６から出力された流量及び圧力の検出信号により燃料タンク１４に充填された流量及び圧力を演算する。

上記質量流量計２０は、センサチューブと呼ばれる管路を振動させ、この振動する管路内を流れるガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との位相差が流量に比例することを利用して流量計測を行うコリオリ式の質量流量計である。

また、制御弁２１は、制御回路４０からの指令により弁開度が制御されて燃料タンク３へ供給されるガス供給量（流量は圧力×時間により求まる）を制御する。

また、自動車１２では、ディスペンサユニット１６のガス充填カップリング３４が連結される被充填側のレセプタクル５０と、レセプタクル５０と燃料タンク１４とを連通する管路５２と、管路５２に配設され、燃料タンク１４に充填されたガスの逆流を防止する逆止弁５４とを有する。

制御回路４０のメモリ（ＲＯＭ）には、ガス供給経路１８の下流端部が燃料タンク１４側に連結された状態で、ガス供給を開始する前に三方弁３０を閉とした状態でガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開としてガス供給経路１８に所定圧力のガスを供給する制御プログラム（第１のガス供給手段）と、ガス供給経路１８に所定圧力のガスを供給した状態でガス供給開閉弁２２を閉としてから三方弁３０を開としてガス供給経路１８のガスを燃料タンク１４に供給する制御プログラム（第２のガス供給手段）と、ガス供給経路１８のガスを燃料タンク１４に供給したとき圧力伝送器２６により測定された圧力値を記憶する制御プログラム（記憶手段）と、記憶された圧力値に基づく制御則により燃料タンク１４にガスを供給する制御プログラム（第３のガス供給手段）とが格納されている。そして、制御回路４０は、後述するようにメモリに格納された各制御プログラムを読み込んでガス供給開閉弁２２の開閉制御、三方弁３０の切替制御を行なうと共に、質量流量計２０により測定された流量、及び圧力伝送器２６により測定された圧力値に基づいて制御弁２４の弁開度制御を実行する。

次に上記構成になるガス供給装置１０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１４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の掛止部(図示せず)からガス充填カップリング３４を外して自動車１２のレセプタクル５０に結合させる。そして、作業者は、充填開始スイッチ釦４２をオンに操作する。

これにより、制御回路４０は、ガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開弁させて三方弁３０より上流のガス供給経路１８を最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させる。次に、制御回路４０は、ガス供給開閉弁２２を閉弁させてから三方弁３０を開弁状態に切替えてガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８に充填されたガスを燃料タンク１４に供給する。尚、上記所定圧力は、燃料タンク１４の上流に設けられた逆止弁５４の閉弁力（弁体を付勢する力）より十分大きい圧力値に設定されている。

そして、制御回路４０は、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の圧力が燃料タンク１４の圧力と均衡した状態になったとき、圧力伝送器２６により測定された圧力値をメモリに記憶し、この圧力値に基づいて燃料タンク１４の容積及び残留ガス量を演算し、この燃料タンク１４の容積及び残留ガス量に応じた制御則（一定圧力制御あるいは一定流量制御）により制御弁２４の弁開度を制御する。

燃料タンク１４へのガス供給が行なわれて圧力伝送器２６により測定された圧力値が目標圧力に達すると、ガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を閉弁した後、三方弁３０を脱圧状態に切替えてガス充填カップリング３４の圧力を減圧する。これにより、作業者は、軽い力でガス充填カップリング３４を自動車１２のレセプタクル５０から分離させることが可能になる。

その後、作業者は、ディスペンサユニット１６のガス充填カップリング３４を掛止部(図示せず)に掛止させる。そして、充填停止釦４４がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了する。

ここで、上記構成になるガス供給装置１０の制御回路４０が実行するガス供給制御処理につき図２のフローチャート及び図３のグラフを参照して説明する。尚、図３はガス供給制御と共に変化する圧力値の変化パターンを示すグラフである。

制御回路４０は、図２のＳ１１において、ガス充填カップリング３４が自動車１２のレセプタクル５０に結合されて充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されると、Ｓ１２に進み、燃料タンク１４に充填すべき最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０をメモリから読み込む。続いて、Ｓ１３に進み、三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替える。尚、前回のガス供給終了時には、三方弁３０を脱圧状態に切替えているが、本実施例では、三方弁３０より上流側のガス供給経路１８を確実に密閉させるため、三方弁３０の流入ポートａを閉止させる（図３中、経過時間Ｔ１）。

次のＳ１４では、ガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開弁させる（第１のガス供給手段）。これにより、三方弁３０より上流のガス供給経路１８に圧力発生ユニットで生成された高圧ガスが供給される。そのため、三方弁３０より上流のガス供給経路１８を瞬時に最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させることができる（図３中、経過時間Ｔ２）。このように、上記１４、Ｓ１５で三方弁３０の流入ポートａを閉止した後、ガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開弁させることで、ガス供給経路１８を短時間で最大供給圧力に昇圧させることができ、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。

続いて、Ｓ１５に進み、圧力伝送器２６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）Ｐ_０に達したか否かをチェックする。このＳ１５において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ２）、Ｓ１６に進み、ガス供給開閉弁２２を閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる（図３中、経過時間Ｔ３）。続いて、Ｓ１７では、三方弁３０を開弁状態（流入ポートａと充填ポートｃとが連通、排気ポートbが閉止）に切替える（第２のガス供給手段）。これにより、ガス供給開閉弁２２と三方弁３０との間のガス供給経路１８に充填されたガスがガス充填カップリング３４、レセプタクル５０を介して逆止弁５４を開弁させ、燃料タンク１４に供給される。

次のＳ１８では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０より低下したか否かをチェックする。このＳ１８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下した場合、Ｓ１９に進み、圧力伝送器２６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、圧力伝送器２６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。

そして、圧力伝送器２６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（図３中、経過時間Ｔ４〜Ｔ５）、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（記憶手段）。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、ガス供給開閉弁２２と三方弁３０との間のガス供給経路１８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。

次のＳ２２では、ガス供給開閉弁２２を開弁して燃料タンク１４に対するガス供給を開始すると共に、制御弁２４の弁開度を燃料タンク１４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（第３のガス供給手段）。これにより、燃料タンク１４へのガス供給が行なわれ、タンク圧力も徐々に上昇する（図３中、経過時間Ｔ５〜Ｔ６）。

次のＳ２３では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したか否かをチェックする。このＳ２３において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ６）、Ｓ２４に進み、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる。そして、Ｓ２５で三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替える。これにより、ガス充填カップリング３４及びレセプタクル５０の圧力が減圧されると共に、逆止弁５４が圧力差により閉弁する。この後、ガス充填カップリング３４をレセプタクル５０から分離させてディスペンサユニット１６の掛止部(図示せず)に掛止させる。これで、燃料タンク１４に対するガス供給作業が終了する。

また、上記Ｓ１８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下しない場合には、ガス供給開閉弁２２が閉弁できない等の異常が発生しているため、Ｓ２６に進み、警報を発してＳ２５に進み、三方弁３０を脱圧状態（流入ポートａが閉止、排気ポートbと充填ポートｃとが連通）に切替えてガス供給を中止する。

このように、燃料タンク１４の充填前圧力を測定する際にガス供給経路１８を短時間で所定圧力に昇圧させることができので、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。

図４は実施例２の構成を示す系統図である。図５は実施例２のガス充填装置を示す系統図である。尚、図４において、前述した図１と共通部分には同一符号を付してその説明を省略する。図４に示されるように、ガス供給装置２００は、空圧駆動方式の高圧ガス充填用弁機構を有するガス充填カップリング２０２を用いてガス供給を行なうように構成されている。

図５に示されるように、ガス充填装置２００では、例えば、燃料電池（図示せず）が搭載された車両１２の燃料タンク（被充填タンク）１４に高圧ガス（例えば、７０ＭＰａの水素等）を充填するガス充填カップリング２０２と、ガス充填カップリング２０２に高圧ガスを供給するディスペンサ２０４とから構成されている。さらに、ディスペンサ２０４には、圧縮空気を供給する空気経路８０が接続されている。

ガス充填カップリング２０２は、上記実施例と同様に車両１２の燃料タンク１４に設けられたレセプタクル５０に結合されて燃料タンク１４に高圧ガスを充填する。

ガス充填カップリング２０２は、後述するように内部に主弁２０６と、閉止弁２０８と、残圧開放弁２１０とが設けられている。主弁２０６及び閉止弁２０８は、高圧ガス（燃料）を供給するガス供給経路５８に連通されており、ガス供給経路５８の先端はレセプタクル５０を介して燃料タンク１４に連通される。また、ガス供給経路５８の基端は高圧ガスを生成するコンプレッサ及びガス貯蔵タンク（共に図示せず）に連通されている。

ここで、ディスペンサ２０４について説明する。空気経路８０の下流には、圧力スイッチ９０、電磁弁からなる四方切替弁（切替手段）２１２、ガス充填カップリング２０２の主弁シリンダ２１４が接続されている。主弁シリンダ２１４は、四方切替弁２１２を介して圧縮空気の供給により開弁動作して高圧ガスを充填するための弁駆動手段であり、四方切替弁２１２から供給される圧縮空気の切替に伴って開弁動作または閉弁動作する。

四方切替弁２１２は、２位置４ポート弁からなり、制御装置２２０により通電をオン・オフされるソレノイド２１２ａと、空気経路８０が連通された給気ポート２１２ｂと、大気開放とされた放気ポート２１２ｃと、開弁側ポート２１２ｄと、閉弁側ポート２１２ｅとを有する。

主弁シリンダ２１４の左室２１４ａには、第１の管路２１６の一端が連通されており、右室２１４ｂには、第２の管路２１８の一端が連通されている。また、第１の管路２１６の他端は、上記開弁側ポート２１２ｄに連通されており、第２の管路２１８の他端は、上記閉弁側ポート２１２ｅに連通されている。

そして、四方切替弁２１２は、開弁時はソレノイド２１２ａへの通電がオンになるため、スプール（図示せず）が下動する。そのため、空気経路８０からの圧縮空気は、開弁側ポート２１２ｄ、管路２１６を介して主弁シリンダ２１４の左室２１４ａに供給されると共に、主弁シリンダ２１４の右室２１４ｂは、管路２１８、閉弁側ポート２１２ｅを介して放気ポート２１２ｃと連通される。

また、四方切替弁２１２は、閉弁時はソレノイド２１２ａへの通電がオフになるため、図６に示されるように、コイルバネ２１２ｆのバネ力によりスプール（図示せず）が上動する。これにより、空気経路８０からの圧縮空気は、管路２１８、閉弁側ポート２１２ｅを介して主弁シリンダ２１４の右室２１４ｂに供給されると共に、主弁シリンダ２１４の左室２１４ａは、管路２１６、開弁側ポート２１２ｄを介して放気ポート２１２ｃと連通される。

制御装置２２０は、電源装置２２２から所定電圧の電流を供給されており、且つ圧力スイッチ９０、ガス用開閉弁３２、四方切替弁２１２と接続されている。さらに、制御装置２２０は、電源ランプ２２４、圧縮空気供給ランプ２２６、カップリング接続ランプ２２８、充填中ランプ２３０、充填停止スイッチ２３２、充填開始スイッチ２３４、カップリング着脱リミットスイッチ２３６と接続されている。

制御装置２２０は、充填開始スイッチ２３４がオンに操作されると、ガス用開閉弁３２のソレノイド３２ａに通電して高圧ガスをガス充填カップリング２０２に供給させる。さらに、圧力スイッチ３０から検出信号を確認して圧縮空気供給ランプ２２６を点灯させると共に、四方切替弁２１２のソレノイド２１２ａに通電して四方切替弁２１２を開弁状態に切り替える。そして、充填中ランプ２３０を点灯させて高圧ガスが燃料タンク１４に充填されていることを報知する。

また、制御装置２２０は、充填停止スイッチ２３２がオンに操作されると、四方切替弁２１２のソレノイド２１２ａへの通電を停止して四方切替弁２１２を閉弁状態に切り替えると共に、ガス用開閉弁９２のソレノイド９２ａへの通電も停止する。そして、制御装置２２０は、充填中ランプ２３０を消灯させ、圧力スイッチ９０から検出信号が出力されない場合には、圧縮空気供給ランプ２２６を消灯させる。

また、制御装置２２０は、カップリング着脱リミットスイッチ２３６がガス充填カップリング２０２の接続状態を検出すると、カップリング接続ランプ２２８を点灯させ、ガス充填カップリング２０２が車両１２のレセプタクル５０に分離されると、カップリング接続ランプ２２８を消灯させる。

ここで、ガス充填カップリング２０２の構成について説明する。図６はガス充填カップリング２０２を示す縦断面図である。図７は主弁２０６及び残圧開放弁２１０の具体的な内部構造の一例を示す縦断面図である。図８はカップリング本体２５２の結合部の具体的な内部構造の一例を示す縦断面図である。尚、図６乃至図８において、黒塗りの楕円形状のものは、シール部材である。

図６乃至図８に示されるように、ガス充填カップリング２０２は、カップリング本体２５２と、カップリング本体２５２の一端より下方に突出するグリップ（図６では省略）と、カップリング本体２５２の他端に設けられた結合部２５６とから構成されている。

結合部２５６の外周には、ロック解除用の操作リング２６８が摺動可能に設けられている。そして、操作リング２６８の端部には、結合部２５６を保護する樹脂製の保護キャップ２５３が嵌合されており、保護キャップ２５３の突部２５３ａには脱落防止用紐２５３ｂの一端が連結されている。また、脱落防止用紐２５３ｂの他端は、カップリング本体２５２の外周に係止されている。尚、保護キャップ２５３の内側には、脱落防止用のＯリング２５３ｄが装着されている。

従って、ガス充填カップリング２０２の結合部２５６を燃料タンク１４のレセプタクル５０に結合する前に保護キャップ２５３を操作リング２６８の端部から分離させて結合部２５６を露出させる。

操作者は、ガス充填カップリング２０２のグリップ（図示せず）を把持して結合部２５６を車両のレセプタクル５０に押圧操作することにより、操作リング２６８がロック位置に回動する。また、操作者は、一方の手でガス充填カップリング２０２のグリップを把持したまま、他方の手でガス充填カップリング２０２の操作リング２６８をロック解除位置に回動操作することで、ガス充填カップリング２０２をレセプタクル５０から分離させられる。

図７に示されるように、カップリング本体２５２には、高圧ガス（例えば、７０ＭＰａの水素等）を供給するガス供給経路５８が接続される接続部２７０と、圧縮空気を給排する管路２１６，２１８が接続される接続部２７２，２７４と、ガス充填終了後の残圧を外部に排出するための残圧回収経路２６１が接続される接続部２７６とが設けられている。さらに、カップリング本体２５２は、内部に主弁２０６が設けられ、前端には、結合部２５６及び閉止弁２０８を保持する保持部材２７８が設けられている。また、カップリング本体２５２の後端には、残圧開放弁２１０を保持すると共に、カップリング本体２５２の後部開口を塞ぐ蓋部材２８０が螺合されている。

また、主弁２０６は、カップリング本体２５２の内部に形成された主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａに離着座する第１のポペット弁部２８４ａを有する主弁用ロッド２８４と、軸線に沿うように軸方向に貫通する第１の貫通孔２８６ａを有し、第１の貫通孔２８６ａの一端側（Ｘａ方向）に主弁用ロッド２８４が挿通されたピストン（弁駆動手段）２８６と、ピストン２８６を閉弁方向に押圧する付勢手段としてのコイルバネ２８８と、ピストン２８６が軸方向に摺動可能に収納された主弁シリンダ２１４とを有する。

主弁用ロッド２８４は、一端に円錐形状の第１のポペット弁部２８４ａが設けられ、他端に抜け防止用の鍔部材２８４ｂが螺入されている。さらに、主弁用ロッド２８４及び鍔部材２８４ｂは、軸方向に貫通する小径な脱圧用通路（小径通路）２８４ｃ，２８４ｄを有する。

また、主弁用ロッド２８４は、第１の貫通孔２８６ａの一端側（Ｘａ方向側）に螺入された第１のガイド部材２９０により摺動をガイドされ、且つ他端側（Ｘｂ方向側）がカップリング本体２５２の隔壁２５２ａに設けられた挿通孔２５２ｂにガイドされており、コイルバネ２９２によりＸａ方向（ピストン２８ｂに対して他側）に付勢されている。

また、隔壁２５２ａの左側には、内周側の樹脂製で摺動性に優れたシールと外周側のＯリングとで構成された本発明の環状シールとしてのシール部材２０２ａ１が設けられ、このシール部材２０２ａ１は、スペーサー２５２ａ２を介して主弁用弁座部材２８２により固定されている。

コイルバネ２９２は、一端が主弁用ロッド２８４に係止されたバネ受け２９４に当接し、他端がガイド部材２９０に当接している。そのため、主弁用ロッド２８４は、ピストン２８６がＸａ方向に摺動すると、ガイド部材２９０がコイルバネ２９２を圧縮し、コイルバネ２９２のバネ力によりＸａ方向に押圧される。

従って、主弁用ロッド２８４の第１のポペット弁部２８４ａは、左室２１４ａに圧縮空気が供給されてピストン２８６がＸｂ方向に移動することにより主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａから離間して開弁し、左室２１４ａの圧縮空気を排気すると、コイルバネ２９２のバネ力により主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａに押圧されて主弁２０６を閉弁させる。

主弁シリンダ２１４は、ピストン２８６によって左室２１４ａと右室２１４ｂとに画成されており、左室２１４ａには、接続部２７２を介して管路２１６が連通され、右室２１４ｂには、接続部２７４を介して管路２１８が連通されている。そのため、四方切替弁２１２（図５参照）の切替動作により左室２１４ａに圧縮空気が供給されると、ピストン２８６及び主弁用ロッド２８４が開弁方向に駆動され、右室２１４ｂに圧縮空気が供給されると、ピストン２８６及び主弁用ロッド２８４が閉弁方向に駆動される。

また、ピストン２８６は、第１の貫通孔２８６ａに対して半径方向にずれた偏心位置を軸方向に貫通する第２の貫通孔（連通孔）２８６ｂと、一端（Ｘａ方向側）に突出して主弁シリンダ２１４よりも小径な第１の低圧室２１４ｃに摺動可能に嵌合される第１の小径部２８６ｃと、他端（Ｘｂ方向側）に突出して主弁シリンダ２１４よりも小径な第２の低圧室２１４ｄに摺動可能に嵌合される第２の小径部２８６ｄとを有する。

この第２の貫通孔２８６ｂは、第１の低圧室２１４ｃと第２の低圧室２１４ｄとを連通する通路であり、ピストン２８６の摺動動作に伴って第１の低圧室２１４ｃ及び第２の低圧室２１４ｄの容積変化に応じて気体の流通を行って第１の低圧室２１４ｃ及び第２の低圧室２１４ｄの圧力変化を抑制する。

残圧開放弁２１０は、カップリング本体２５２の後部に装着される蓋部材２８０を貫通する貫通孔２８０ａに螺入された脱圧用弁座部材２９６と、主弁用ロッド２８４と同軸的に配され脱圧用弁座部材２９６の弁座２９６ａに離着座する第２のポペット弁部２９８ａを有する脱圧用ロッド２９８と、脱圧用ロッド２９８の摺動をガイドする第２のガイド部材３００とを有する。

脱圧用弁座部材２９６は、弁座２９６ａと残圧回収経路２６１が接続される接続部２７６との間を連通する脱圧通路２９６ｂと、脱圧通路２９６ｂと交差するように半径方向に形成された分岐通路２９６ｃとを有する。また、蓋部材２８０は、第２の低圧室２１４ｄと分岐通路２９６ｃとの間を連通するように軸方向に延在する洩れガス放気通路（排出路）２８０ｂを有する。

洩れガス放気通路２８０ｂは、第１の低圧室２１４ｃまたは第２の低圧室２１４ｄに高圧ガスが洩れた場合に、洩れたガスを残圧回収経路２６１に放出するための通路である。また、洩れガス放気通路２８０ｂを介して第１の低圧室２１４ｃ及び第２の低圧室２１４ｄの気体を外部に排出することによりピストン作動時の負荷を軽減することができる。

また、脱圧用ロッド２９８は、円錐状に形成された第２のポペット弁部２９８ａのテーパ部に弁座２９６ａより外側で開口する傾斜通路２９８ｂと、他端より半径方向に突出する抜け防止用の鍔部２９８ｃと、一端が傾斜通路２９８ｂに連通され他端が鍔部３９８ｂの端面に開口する脱圧用通路２９８ｄとを有する。

また、脱圧用ロッド２９８は、一端が第１の貫通孔２８６ａの他端側（Ｘｂ方向側）に螺入された第２のガイド部材３００により摺動をガイドされ、且つ他端が蓋部材２８０の内部に保持された第３のガイド部材３０２によりガイドされており、コイルバネ３０４によりＸｂ方向に付勢されている。

コイルバネ３０４は、一端が脱圧用ロッド２９８に係止されたバネ受け３０６に当接し、他端がガイド部材３００に当接している。そのため、脱圧用ロッド２９８は、ピストン２８６がＸｂ方向に摺動すると、ガイド部材３００がコイルバネ３０４を圧縮し、コイルバネ３０４のバネ力によりＸｂ方向に押圧される。

従って、脱圧用ロッド２９８の第２のポペット弁部２９８ａは、ピストン２８６がＸｂ方向に移動することによりコイルバネ３０４のバネ力が増大し、これにより残圧開放弁２１０の弁座２１０ａに押圧されて残圧開放弁２１０を閉弁させる。

このように、主弁用ロッド２８４及び脱圧用ロッド２９８は、ピストン２８６の第１の貫通孔２８６ａの両端に摺動可能に挿入されているので、主弁用ロッド２８４が主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａに当接して閉弁状態のとき、脱圧用ロッド２９８が脱圧用弁座部材２９６の弁座２９６ａから離間して脱圧状態となる。そして、ガス供給経路５８が接続される接続部２７０が螺入されたねじ孔２５２ｃと弁座２８２ａとの間が小径な連通孔２５２ｄにより連通されている。

ガス充填開始時に、ピストン２８６がＸｂ方向に移動して主弁用ロッド２８４が主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａから離間すると、ガス供給経路５８は、連通孔２５２ｄを介して主弁用弁座部材２８２を軸方向に貫通する流路２８２ｂと連通される。

また、ガス充填終了後、右室２１４ｂに圧縮空気が供給されると共に、ピストン２８６及び主弁用ロッド２８４が閉弁方向（Ｘａ方向）に駆動され、主弁用ロッド２８４が主弁用弁座部材２８２の弁座２８２ａを閉塞する。これにより、ガス供給経路５８は、遮断される。

このように、ガス充填カップリング２０２は、一つのピストン２８６により主弁２０６と残圧開放弁２０８とを駆動することが可能になり、構成のコンパクト化を図れると共に、脱圧操作に手間がかからず、ガス供給後の分離操作をすばやく行えると共に、主弁２０６の閉弁後に残圧開放弁２０８が開弁し、脱圧弁閉弁後に主弁２０６が開弁するように動作させることができる。

結合部２５６は、閉止弁２０８と、閉止弁２０８を保持する保持部材２７８と、レセプタクル５０に係合するロック機構３０７と、中空状に形成された挿入パイプ３０８と、挿入パイプ３０８の外周に係合するバネ受け３１０と、バネ受け３１０を閉弁方向（Ｘａ方向）に押圧するコイルバネ３１２とを有する。

保持部材２７８は、内部に挿入パイプ３０８及びバネ受け３１０が挿入される空間２７８ａが形成されており、バネ受け３１０が空間２７８ａ内を摺動可能に取り付けられている。尚、バネ受け３１０は、コイルバネ３１２のバネ力によりＸａ方向に押圧されており、挿入パイプ３０８の外周に突出された係止部３１４によって抜け防止される。

このバネ受け３１０は、後述するようにレセプタクル５０に当接してＸｂ方向に摺動するものであり、挿入パイプ３０８がレセプタクル５０に挿入される前はＸａ方向に摺動してロック機構３０７をロック解除状態に保持する。

さらに、保持部材２７８の内部には、挿入パイプ３０８が挿通される挿通孔２７８ｂが設けられ、この挿通孔２７８ｂには、挿入パイプ３０８の軸方向の摺動をガイドする第４のガイド部材３１８が螺入されている。尚、ガイド部材３１８は、挿入パイプ３０８の外周をシールするシール部材３１９を保持するシール押さえとして機能する。

挿入パイプ３０８は、先端に開口するように軸方向に延在された通路３０８ａと、挿通孔２７８ｂにより閉塞されるように半径方向に延在して通路３０８ａの他端に連通する連通孔３０８ｂとを有する。また、挿入パイプ３０８は、先端が操作リング２６８より前方に突出していないので、破損しにくい。

また、挿入パイプ３０８の他端には、抜け防止用ストッパ３２６が設けられている。このストッパ３２６は、主弁用弁座部材２８２の流路２８２ｂから高圧ガスが供給される際、挿入パイプ３０８がＸａ方向に押し出されることを阻止する。また、ストッパ３２６は、挿通孔２７８ｂの内径よりも大径に形成され、且つ後述するようにＸｂ方向に摺動した際に流路２８２ｂを閉塞しないように主弁用弁座部材２８２に当接する突部３２６ａを有する。

閉止弁２０８においては、レセプタクル５０に挿入されない状態では、ガス充填が行われないので、挿入パイプ３０８は、コイルバネ３１２のバネ力によりＸａ方向に押圧されており、連通孔３０８ｂが挿通孔２７８ｂに挿入された状態に保持される。すなわち、閉止弁２０８は、閉止されている。

また、ガス充填カップリング２０２において、主弁２０６の開弁動作により主弁用弁座部材２８２の流路２８２ｂから連通室３１１に高圧のガス圧が作用した状態では、挿入パイプ３０８を開弁方向（Ｘｂ方向）に摺動させることができないので、ガスが挿入パイプ３０８の通路３０８ｂから噴射されることを防止できる。従って、ガス充填カップリング２０２をレセプタクル５０に結合しない状態で主弁２０６が開弁された場合には、閉止弁２０８が閉弁しているので、ガスが誤って大気中に放出されることが防止される。

上記ロック機構３０７は、バネ受け３１０がＸｂ方向に摺動することによりレセプタクル５０に係合する複数の係止球３３０と、係止球３３０の外周側に設けられた押圧リング３３２と、空気通路３３４を介して供給された圧縮空気の圧力により押圧リング３３２をロック位置に係止する係止機構３３６とから構成されている。複数の係止球３３０は、周方向に配置されており、内周側に移動してレセプタクル５０の凹部（後述する）に嵌合することでレセプタクル５０との間をロックし、外周側に移動してレセプタクル５０とのロックを解除する。

保持部材２７８には、押圧リング３３２の回動位置がレセプタクル５０にロックされる位置に回動したことを検出するリミットスイッチ２３６が設けられている。リミットスイッチ２３６は、押圧リング３３２がロック位置に回動したとき閉成して検出信号を制御装置２２０に出力する。

また、係止機構３３６は、押圧リング３３２がロック位置に回動したとき押圧リング３３２に係止孔３３２ａに挿入されて押圧リング３３２を係止する係止ピン３３８と、係止ピン３３８を係止解除方向に付勢するコイルバネ３４０と、係止ピン３３８が摺動可能に挿入されたシリンダ孔３４２と、主弁シリンダ２１４からシリンダ孔３４２へ圧縮空気を供給する空気供給孔３４４とを有する。

尚、空気供給孔３４４は、カップリング本体２５２に設けられた空気通路３４６を介して主弁シリンダ２１４の左室２１４ａと連通されている。そのため、左室２１４ａに圧縮空気が供給されてピストン２８６が開弁方向（Ｘｂ方向）に摺動する際、空気通路３４６、空気供給孔３４４を介してシリンダ孔３４２へ圧縮空気が供給されて係止ピン３３８を係止方向（Ｘａ方向）に駆動する。

これにより、ガス充填中は、押圧リング３３２が係止ピン３３８によりロック状態（係止球３３０がレセプタクル５０に係合した状態）に係止されるため、ガス充填カップリング２０２がレセプタクル５０から脱落することが防止される。

操作リング２６８は、保持部材２７８の先端に螺入されたナット３６０により脱落防止されており、ナット３６０とカップリング本体２５２の端部との間で周方向に回動可能に保持されている。また、操作リング２６８の内周には、環状に形成された押圧リング３３２が一体的に嵌合しており、押圧リング３３２には、係止球３３０が挿入される係止溝３３２ｂが周方向に設けられている。

そして、係止溝３３２ｂには、係止球３３０の外径に対応する球面凹部が形成されたボール押さえ３６２が挿入されている。これらの押圧リング３３２及びボール押さえ３６２は、操作リング２６８の内側に取付ボルト３６３を介して一体的に締結されている。そのため、操作リング２６８がロック解除方向回動操作されると、押圧リング３３２及びボール押さえ３６２も同一方向に回動してロック解除操作が可能になる。

ここで、実施例２の制御装置２２０が実行するガス供給制御処理について図６を参照して説明する。制御装置２２０は、図９のＳ３１でカップリング着脱リミットスイッチ２３６がオンか否かをチェックする。ガス充填カップリング２０２の結合部２５６を燃料タンク１４のレセプタクル５０に結合すると、カップリング着脱リミットスイッチ２３６がオンになるため、Ｓ３１でカップリング着脱リミットスイッチ２３６がオンになると、Ｓ３２に進み、充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されたか否かをチェックする。

Ｓ３２において、充填開始スイッチ釦４２がオンに操作されると、Ｓ３３に進み、燃料タンク１４に充填すべき最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０をメモリから読み込む。続いて、Ｓ３４に進み、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を開弁してガス供給経路５８にガスを供給する。このとき、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６が閉弁している。そのため、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６より上流のガス供給経路５８に圧力発生ユニットで生成された高圧ガスが供給される。

これにより、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６より上流のガス供給経路５８を瞬時に最大供給圧力（目標圧力）に昇圧させることができる（図３中、経過時間Ｔ２）。このように、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６を閉止した後、ガス供給開閉弁２２及び制御弁２４を開弁させることで、ガス供給経路５８を短時間で最大供給圧力に昇圧させることができ、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。

続いて、Ｓ３５に進み、圧力伝送器２６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）Ｐ_０に達したか否かをチェックする。このＳ３５において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ２）、Ｓ３６に進み、ガス供給開閉弁２２を閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる（図３中、経過時間Ｔ３）。

続いて、Ｓ３７では、四方切替弁２１２のソレノイド２１２ａへ通電をオンにして空気経路８０からの圧縮空気を、開弁側ポート２１２ｄ、管路２１６を介して主弁シリンダ２１４の左室２１４ａに供給する。これにより、主弁シリンダ２１４の右室２１４ｂは、管路２１８、閉弁側ポート２１２ｅを介して放気ポート２１２ｃと連通される(図５参照)。これで、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６は、開弁してガス供給経路５８から供給されたガスを燃料タンク１４に供給する。

次のＳ３８では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０より低下したか否かをチェックする。このＳ３８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下した場合、Ｓ３９に進み、圧力伝送器２６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Ｓ３９において、圧力伝送器２６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Ｓ３８,Ｓ３９の処理を繰り返して待機状態となる。

そして、圧力伝送器２６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（図３中、経過時間Ｔ４〜Ｔ５）、Ｓ４０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（記憶手段）。続いて、Ｓ４１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、ガス供給開閉弁２２とガス充填カップリング２０２との間のガス供給経路５８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。

次のＳ４２では、ガス供給開閉弁２２を開弁して燃料タンク１４に対するガス供給を開始すると共に、制御弁２４の弁開度を燃料タンク１４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（第３のガス供給手段）。これにより、燃料タンク１４へのガス供給が行なわれ、タンク圧力も徐々に上昇する（図３中、経過時間Ｔ５〜Ｔ６）。

次のＳ４３では、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したか否かをチェックする。このＳ４３において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が最大供給圧力（目標圧力）Ｐ_０に達したときは（図３中、経過時間Ｔ６）、Ｓ４４に進み、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁させてガス供給経路１８へのガス供給を停止させる。

そして、Ｓ４５で四方切替弁２１２のソレノイド２１２ａへ通電をオフにして空気経路８０からの圧縮空気を、閉弁側ポート２１２ｅ、管路２１８を介して主弁シリンダ２１４の右室２１４ｂに供給する。他方、主弁シリンダ２１４の左室２１４ａは、管路２１６、開弁側ポート２１２ｄを介して放気ポート２１２ｃと連通される(図５参照)。これで、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６は、閉弁して燃料タンク１４へのガス供給を停止する。この後、Ｓ４６に進み、残圧開放弁２１０を開弁してガス充填カップリング３４及びレセプタクル５０の圧力が減圧する。

Ｓ４７では、カップリング着脱リミットスイッチ２３６がオフか否かをチェックする。そして、ロック解除用の操作リング２６８が摺動させてガス充填カップリング２０２の結合部２５６を燃料タンク１４のレセプタクル５０から分離すると、カップリング着脱リミットスイッチ２３６がオフになる。そのため、Ｓ４７でカップリング着脱リミットスイッチ２３６がオフになると、燃料タンク１４に対するガス供給作業が終了する。この後、操作者は、ガス充填カップリング２０２をディスペンサユニット１６の掛止部(図示せず)に掛止させる。

また、上記Ｓ３８において、圧力伝送器２６により測定された圧力値が低下しない場合には、ガス供給開閉弁２２が閉弁できない等の異常が発生しているため、Ｓ４８に進み、警報を発して上記Ｓ４５に進み、ガス充填カップリング２０２の主弁２０６を閉弁させ、Ｓ４６で残圧開放弁２１０を開弁してガス供給を中止する。そして、Ｓ４７でカップリング着脱リミットスイッチ２３６がオフになったことを確認して今回の制御処理を終了する。

このように、上記空圧駆動方式の高圧ガス充填用弁機構を有するガス充填カップリング２０２を用いてガス供給を行なう場合でも、燃料タンク１４の充填前圧力を測定する際にガス供給経路５８を短時間で所定圧力に昇圧させることができるので、燃料タンク１４に残留している圧力の測定に要する時間を短縮することができる。

本発明になるガス供給装置の一実施例を示す系統図である。ガス供給装置１０の制御回路４０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。実施例１のガス供給制御処理による圧力変化を示すグラフである。実施例２の構成を示す系統図である。実施例２のガス充填装置を示す系統図である。ガス充填カップリング２０２を示す縦断面図である。主弁２０６及び残圧開放弁２１０の具体的な内部構造の一例を示す縦断面図である。カップリング本体２５２の結合部の具体的な内部構造の一例を示す縦断面図である。実施例２の制御装置２２０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

１０ガス供給装置
１２自動車
１４燃料タンク
１６ディスペンサユニット
１８ガス供給経路
２０質量流量計
２２ガス供給開閉弁
２４制御弁
２６圧力伝送器
２８ガス充填ホース
３０三方弁
３２脱圧管路
３４ガス充填カップリング
４０制御回路
５０レセプタクル
５４逆止弁
５８ガス供給経路

Claims

圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給経路と、
該ガス供給経路に設けられた制御弁と、
該制御弁により制御されたガス供給圧力を測定する圧力測定手段と、
該圧力測定手段の上流に設けられ前記ガス供給経路を開または閉とする第１の弁と、
前記圧力測定手段の下流に設けられ前記ガス供給経路を開または閉とする第２の弁と、
前記制御弁及び前記第１の弁及び前記第２の弁を制御する制御手段と、
を有するガス供給装置であって、
前記制御手段は、
ガス供給を開始する前に前記第２の弁を閉とした状態で前記第１の弁を開として前記ガス供給経路に所定圧力のガスを供給し、その後、前記第１の弁を閉とし、次に前記ガス供給経路の下流端部が前記被充填タンクに連結された状態で前記第２の弁を開として前記ガス供給経路のガスを前記被充填タンクに供給し、この状態で前記ガス供給経路の圧力を前記圧力測定手段により測定し、該測定結果に基づき前記被充填タンクにガスを供給するように制御することを特徴とするガス供給装置。