JP2008008330A - 液化ガス充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸気圧を発生させる容器内の圧力が高くなりすぎることのない液化ガス充填装置を提供する。
【解決手段】液化ガスを貯蔵する燃料容器２と、前記燃料容器２よりも低い位置に設置され、加圧するための液化ガスを貯蔵する加圧容器３と、前記加圧容器２内の液化ガスを導出するための液移送ラインＬ３と、前記液移送ラインＬ３に設けられ、移送管内の液化ガスを加熱するための加熱手段１３と、前記加熱手段１３により気化された液化ガスを前記加圧容器へ戻すためのガス移送ラインＬ３′と、車両に液化ガスを充填するディスペンサ５と、を備えた液化ガス充填装置１において、前記燃料容器２内の圧力と前記加圧容器３内の圧力との所定差に基づいて、前記ガス移送ラインＬ３′内を流れるガスの流量を制御する定差圧弁９を備えるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液化ガス充填装置に関する。この液化ガス充填装置は、例えば車両等に搭載されたタンクに液化ガスを充填するためのオートスタンドにおいて用いられる。

従来の液化ガス充填装置としては、例えば、加圧用ガスで燃料ガス貯蔵容器の内圧を高め、その圧力を利用して、燃料用液化石油ガスを自動車に移送充填するものが知られている。

また、燃料ガスの液を蒸発器で気化させることで高い蒸気圧を発生させて、その圧力を利用して、燃料用液化石油ガスを自動車に移送充填するものが提案されている（特許文献１参照）。

さらには、燃料ガスの液を一旦別の容器に移送させて、蒸発器を利用してその別の容器に高い蒸気圧を発生させて、その圧力を利用して、燃料用液化石油ガスを自動車に移送充填するものが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−３０４３４号公報 特開２００５−９０５５４号公報

しかし、加圧用ガスで燃料ガス貯蔵容器の内圧を高める方法を用いる場合には、加圧用ガスが燃料ガスに混ざってしまい、自動車に充填する燃料ガスの品質が変化してしまうという問題がある。

また、特許文献１に記載された方法を用いる場合には、蒸発器により高い蒸気圧を燃料ガス容器に加圧するので、燃料ガス容器の圧力が高くなりすぎてしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載された方法を用いる場合には、蒸発器により高い蒸気圧を別容器に加圧するので、別容器の圧力が高くなりすぎてしまうという問題がある。

本発明の目的は、上記のような問題点を考慮し、蒸気圧を発生させる容器内の圧力が高くなりすぎることのない液化ガス充填装置を提供することにある。

本発明は、上記のような目的を達成するためになされたものであり、この目的は、下記（１）〜（２）の発明によって達成される。

（１）液化ガスを貯蔵する燃料容器と、
前記燃料容器よりも低い位置に設置され、加圧するための液化ガスを貯蔵する加圧容器と、
前記加圧容器内の液化ガスを循環するための移送管と、
前記移送管に設けられ、移送管内の液化ガスを加熱するための加熱手段と、
車両に液化ガスを充填するディスペンサと、を備えた液化ガス充填装置であって、
前記燃料容器内の圧力と前記加圧容器内の圧力との所定の差に基づいて、前記移送管内の液化ガスの流量を制御する制御手段を設けたこと
を特徴とする液化ガス充填装置。

（２）前記制御手段は、ダイアフラムを備えた定差圧弁であること
を特徴とする上記（１）に記載の液化ガス充填装置。

本発明の液化ガス充填装置は、加圧容器に接続する流路管に定差圧弁を設けることにより、加圧容器内の圧力と燃料容器内の圧力との差を一定の値に保つようにしたものである。

本発明の液化ガス充填装置によれば、加圧容器内の圧力と燃料容器内の圧力との差を一定の値に保つことにより、加圧容器内の圧力が高くなりすぎることを防ぐことができる。

以下、本発明に係る液化ガス充填装置を実施するための一形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施の形態に係る液化ガス充填装置１の概略構成図を示したものである。
図１に示すように、本実施の形態に係る液化ガス充填装置１は、燃料容器２、耐圧製の加圧容器３、加熱手段４及びディスペンサ５を備えている。
燃料容器２及び加圧容器３は、図示しない台に載せられて設置されているが、燃料容器２が加圧容器３よりも高い位置になるように設定されている。これにより、自重を利用して、燃料容器２内に貯められている液化ガスを、加圧容器３に移送することができる。
なお、液化ガスとしては、液化石油ガス（ＬＰＧ）やプロパンガス等を用いることができる。

加圧容器３は、液送出ラインＬ１を介して、燃料容器２の液相部と接続しており、また、ガス戻しラインＬ２を介して、燃料容器２の気相部と接続している。液送出ラインＬ１，ガス戻しラインＬ２の途中には、開閉弁７，８がそれぞれ取り付けられている。

また、加圧容器３は、移送管である液移動ラインＬ３及びガス移動ラインＬ３′を介して、加熱手段４の熱交換器１３に接続している。加圧容器３の液相部から導出された液化ガスは、液移動ラインＬ３を通って熱交換器１３に導入し、熱交換器１３によって加熱される。熱交換器１３の加熱により気化された液化ガスは、ガス移動ラインＬ３′を通じて、加圧容器３の気相部に戻される。すなわち、加圧容器３内の液化ガスは、移送管内を循環するように構成されている。

ガス戻しラインＬ２の先端は、燃料容器２の内部に挿入されて、その先端が天井付近の気相部に達している。

開閉弁７，８は、加圧容器３の内部に導入された液体の量が一定量に達した場合には、それぞれ閉弁し、それ以上の液体が加圧容器３の内部に導入されないように設定されている。なお、本実施の形態では、加圧容器３に導入される液体の量が、加圧容器３の容量の８５％に達したときに、開閉弁７，８を閉じるように設定されている。なお、容器内の液体量の測定は、加圧容器３に取り付けた図示しない液面計によって、容器内の液面の高さを測定することにより行なう。このように、加圧容器３内に導入される液体の量を制限することで、加熱によって容器内の液体が膨張して容器を破損することを防止できる。

加熱手段４は、熱源機６、熱交換器１３及び温水循環ラインＬ５を備えている。熱源機６で温められた水等の熱媒体は、温水循環ラインＬ５を通じて熱交換器１３に導入される。熱交換器１３内に導入された温水は、熱を交換することにより、液移動ラインＬ３を通じて導入された加圧容器３内の液化ガスを加熱して気化する。熱交換器１３で気化された液化ガスは、ガス移動ラインＬ３′を通って、加圧容器３内部に導入される。

ガス移動ラインＬ３′の先端は、加圧容器３の内部に挿入されて、その先端が天井付近に達している。また、ガス移動ラインＬ３′の途中には、制御手段としての定差圧弁９が取り付けられている。定差圧弁９は、圧力検知ラインＬ６を介して、燃料容器２内の気相部のガス圧力と加圧容器３内の気相部のガス圧力との比較を行ない、両者の圧力差に基づいて、ガス移動ラインＬ３′を流れる液化ガスの流量を制御する。なお、定差圧弁９を液移動ラインＬ３の途中に取り付けて、液移動ラインＬ３を流れる液化ガスの流量を制御するように構成してもよい。

加圧容器３内のガス圧力と燃料容器２内のガス圧力との差が、予め定められた所定の圧力差よりも小さなときは、定差圧弁を開き、熱交換器１３で発生した高い蒸気圧力の液化ガスを加圧容器３に導入するように制御する。一方、加圧容器３内のガス圧力と燃料容器２内のガス圧力との差が、所定の圧力差よりも大きなときは、定差圧弁９を閉じて、熱交換器１３で発生した高い蒸気圧力の液化ガスの導入を遮断するように制御する。このように定差圧弁９の開閉を制御することにより、加圧容器３内の圧力は、常に所定の圧力差分だけ、燃料容器２内の圧力よりも高い状態を維持することができる。

本実施の形態では、所定の圧力差は０．３ＭＰａに設定されている。所定の圧力差を０．３ＭＰａに設定した理由は、加圧容器３に取り付けられている安全弁の吹き出し圧力と燃料容器２の最高到達圧力とを考慮し、加圧容器３内の圧力が、安全弁の吹き出し圧力の下限値を上回らないようにするためである。

なお、本実施の形態では、燃料容器２内のガス圧力と加圧容器３内のガス圧力とを比較することにより、所定の圧力差分を設定しているが、これに限定されることなく、例えば、ディスペンサ５内のガス圧力と車両に取り付けられた燃料タンク内の圧力とを比較して、所定の圧力差分を設定するようにしてもよい。これにより、車両が置かれた環境に拘わらず、ディスペンサに充填された液化ガスを確実に車両に供給することができる。

また、加圧容器３は、充填ラインＬ４を介してディスペンサ５の入口に接続している。充填ラインＬ４の途中には、開閉弁１０が取り付けられている。

定差圧弁９が閉じられると、開閉弁１０が開き、加圧容器３内の圧力によって、充填ラインＬ４を通じて、液化ガスがディスペンサ５に充填される。ディスペンサ５の出口には、ホース１１が接続され、ホース１１の先端には開閉弁１２が取り付けられている。開閉弁１２を開くことにより、ディスペンサ５に充填された液化ガスを、車両等に取り付けられたタンクに充填する。ディスペンサ５は、開閉弁１２から出る液化ガスの量を計測し、表示する。

本実施の形態では、加圧容器３内の液体の量が、容器の容量の２０％に達したときに、開閉弁１０が閉じるように設定されている。なお、加圧容器３内の液体量の測定は、加圧容器に取り付けた図示しない液面計により、容器内の液面の高さを測定することにより行なう。また、加圧容器３の容量の２０％に達したときに、開閉弁１０の弁を閉じるように設定した理由は、液移動ラインＬ３、熱交換器１３を満たすだけの液体を加圧容器３内に残すようにする必要があるからである。

次に、本実施の形態で使用する定差圧弁９について、図２を用いて説明する。
図２は、本実施の形態で使用する定差圧弁９の構造を示す縦断面図である。

図２に示すように、定差圧弁９はハウジング２７を備えており、その下部には弁函２８の嵌入孔２７ａが上下方向に形成されている。この嵌入孔２７ａには、弁体３１と弁体スプリング２９を内蔵した弁函２８がねじ込みされる。また、ハウジング２７の内部には、ガス導入通路２７ｃとガス通路２７ｂの間に弁座３７を設け、弁体３１の動きで両通路を開閉させる。弁体スプリング２９からは、弁体３１を閉じる方向の付勢力が加えられる。

さらに、ハウジング２７には、熱交換器１３で発生した高い蒸気圧の液化ガスを導入するためのガス通路２７ｃが形成されている。

ハウジング２７の内部には弁棒３２が設けられており、この弁棒３２は、弁棒に接続されている弁体３１を下方へ押し下げて開弁可能とする。また、ハウジング２７の中心部には、弁棒３２の上下動を案内するガイド孔３３が形成されている。

ダイアフラム３４は、ハウジング２７の上部に設けられており、ハウジング２７とダイアフラムカバー３５との間に、ネジ３０によって挟持固定されている。そして、ハウジング２７の上部を凹ませてなるダイアフラム３４の下圧力室３４ａには、前記ガス通路２７ｂから分岐したガス通気孔３６を介して、加圧容器３の気相部におけるガス圧力が加えられる。

一方、ダイアフラムカバー３５に形成されたダイアフラム３４の上圧力室３４ｂには、ダイアフラムカバー３５の側部に形成されたガス導入口３５ｂを介して、燃料容器２の気相部におけるガス圧力が加えられる。

ダイアフラム３４には、ダイアフラムステム３８を介して前記弁棒３２が接続されており、これにより、弁棒３２は、ダイアフラム３４の変形と連動して、上下方向に移動することができる。また、ダイアフラムプレート３９は、ステム３８の平板部とともにダイアフラム３４を挟持するものである。ダイアフラム３４、ステム３８及びプレート３９は、ダイアフラム３４およびプレート３９を貫通し、ステム３８に螺合されたナット４０によって、互いに固定されている。したがって、ダイアフラム３４と弁棒３２（弁体３１）とが、ダイアフラム３４に固定されたステム３８を介して、連動可能になっている。

ダイアフラムカバー３５の上端部には、挿入孔３５ａが形成されており、この挿入孔にはセンターシャフト４１を有する調整ボルト４６がねじ込まれている。また、センターシャフト４１の先端には、スプリングストッパー４４が固定されている。そして、スプリングストッパー４４とダイアフラムプレート３９との間には、ダイアフラムスプリング４５が介挿されている。

次に、上記の構成からなる定差圧弁９の開閉動作の説明をする。

通常は、センターシャフト４１によって荷重されたスプリング４５の付勢力によって、ダイアフラム３４は押し下げられている。このダイアフラム３４に連動して、弁棒３２も押し下げられ、これに伴って、弁体３１も押し下げられている。これにより、定差圧弁９は、開弁された状態となっている。

このように定差圧弁９が開弁された状態においては、熱交換器１３で加熱された高い蒸気圧の液化ガスが、定差圧弁９を通過して加圧容器３に流入する。したがって、加圧容器３の内部の圧力は、次第に高い状態となる。

一方、加圧容器３内の圧力が高い状態になると、ガス通路２７ｂから導入される加圧容器３の気相部のガス圧力も高くなる。すると、ダイアフラム３４の下圧力室３４ａに加わる圧力が大きくなるので、この圧力により、スプリング３５の付勢力に打ち勝ってダイアフラム３４が押し上げられる。このダイアフラム３４の動きと連動して、また、弁体３１も弁体スプリング２９によって閉じる方向に付勢されているため、定差圧弁９は閉弁された状態となる。

このように定差圧弁９が閉じられた状態においては、熱交換器１３で加熱された高い蒸気圧の液化ガスが、定差圧弁９を通過することができなくなるため、加圧容器３への流入が停止される。これにともない、加圧容器３の内部の圧力の上昇が止まり、加圧容器３内の圧力は、常に燃料容器内の圧力との差分が一定の状態となるように維持される。

また、ダイアフラム３４を押し上げるためには、下圧力分室３４ａの圧力が、前記スプリング４５によるばね荷重よりも大きくなる必要がある。なお、この場合、上圧力分室３４ｂに加わっている圧力も考慮する必要がある。本実施の形態では、ダイアフラム３４に加わるバネ荷重をガス圧力に換算して約０．３ＭＰａに設定している。したがって、下圧力分室３４ａの圧力が０．３ＭＰａ以上となった場合、すなわち、燃料容器２の気相部のガス圧力と加圧容器３の気相部のガス圧力との差分が０．３ＭＰａ以上となった場合に、ダイアフラム３４が押し上げられ、定差圧弁９が閉弁される構成となっている。

なお、本実施の形態では、燃料容器２内の圧力と加圧容器３内の圧力との差に基づいてガス移送ラインＬ３′内のガス流量を制御する制御手段として、ダイアフラム３４を備えた定差圧弁９を用いたが、これに換えて、差圧圧力スイッチで燃料容器内の圧力及び加圧容器内の圧力を検知し、電動弁によりガス流量を制御するような構成を用いてもよい。

次に、本実施の形態の液化ガス充填装置１における開閉弁の切換手順について、図３を用いて説明する。なお、図３において、図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。

図３（ａ）は、燃料容器２内の液化ガスを加圧容器３に移送する状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、液送出ラインＬ１の開閉弁７及びガス戻しラインＬ２の開閉弁８は開状態であり、充填ラインＬ４の開閉弁１０は閉状態である。これにより、燃料容器２内の液化ガスが、液化ガスの自重により液送出ラインＬ１を通って、加圧容器３内に移送される。

図３（ｂ）は、加圧容器３内の液化ガスを加熱手段４の熱交換器１３により加熱して、加圧容器３内の圧力を高めている状態を示す図である。
図３（ｂ）に示すように、液送出ラインＬ１の開閉弁７及びガス戻しラインＬ２の開閉弁８は閉状態であり、充填ラインＬ４の開閉弁１０も閉状態である。これにより、加圧容器３内の液化ガスが、加熱手段４の熱交換器１３を介して加熱され、加熱により気化された液化ガスが加圧容器３内に導入される。

図３（ｃ）は、加圧容器３内の液化ガスをディスペンサ５に移送する状態を示す図である。
図３（ｃ）に示すように、液送出ラインＬ１の開閉弁７、ガス戻しラインＬ２の開閉弁８は閉状態であり、充填ラインＬ４の開閉弁１０は開状態である。これにより、加圧容器３内の液化ガスが、充填ラインＬ４を通って、ディスペンサ５に充填される。

本実施形態の液化ガス充填装置１によれば、液移動ラインＬ３′に設けた定差圧弁９により、加圧容器３内の液化ガスの圧力と燃料容器２内の圧力との差を常時一定の値に保つので、加圧容器３内の最大圧力を所定の圧力値（例えば、燃料容器２内の圧力に０．３ＭＰａを加えた値）以下に制限することができ、装置の安全性を向上させることができる。

また、本実施形態の液化ガス充填装置１によれば、常時一定の大きさの圧力を加圧容器３に加えているので、冬季でも夏季でも外気温に影響されることなく、装置の運転開始から車両に充填可能になるまでの立ち上げ時間を短くすることができる。すなわち、外気温が低下し燃料容器内の圧力が低くなる冬季では、燃料容器の圧力と充填可能圧力との差が大きくなるので、一般に立ち上げ時間が長くなるが、本実施形態の液化ガス充填装置によれば、燃料容器と加圧容器との圧力差を一定にして立ち上げるので、冬季でも立ち上げ時間を短くすることができる。また、立ち上げ時間が短くなることに伴い、熱源機等で消費するエネルギの量を少なくすることができる。

さらには、本実施形態の液化ガス充填装置１によれば、液化ガスを移送する際に充填ポンプを用いる必要がないので、保安監督者等が不要となり、低コストで液化ガスを車両等に充填することができる。また、特別な加圧用のガスを用いることがないので、車両等に充填される液化ガスの組成を燃料容器に貯蔵されている液化ガスの組成と同じに保つことができる。

なお、本発明の液化ガス充填装置は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲で、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の一実施形態に係る液化ガス充填装置の概略構成図である。 本実施の形態で使用する定差圧弁の構造を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る液化ガス充填装置の切換手順を示す概略図である。

符号の説明

１・・液化ガス充填装置、２・・燃料容器、３・・加圧容器、４・・加熱手段、５・・ディスペンサ、６・・熱源機、７，８・・弁、９・・定差圧弁、１０・・弁、１１・・ホース、１２・・開閉弁、１３・・熱交換器、２７・・ハウジング、２７ａ・・嵌入孔、２７ｂ・・ガス通路、２７ｃ・・ガス導入通路、２８・・弁函、２９・・弁体スプリング、３０・・ねじ、３１・・弁体、３２・・弁棒、３３・・ガイド孔、３４・・ダイアフラム、３４ａ・・下圧力分室、３４ｂ・・上圧力分室、３５・・ダイアフラムカバー、３５ａ・・挿入孔、３５ｂ・・ガス導出口、３６・・通気孔、３７・・弁座、３８・・ダイアフラムステム、３９・・ダイアフラムプレート、４０・・固定ナット、４１・・センターシャフト、４４・・ダイアフラムストッパ、４５・・ダイアフラムスプリング、４６・・調整ボルト、Ｌ１・・液送出ライン、Ｌ２・・ガス戻しライン、Ｌ３・・液移動ライン、Ｌ３′・・ガス移動ライン、Ｌ４・・充填ライン、Ｌ５・・温水循環ライン、Ｌ６・・圧力検知ライン

Claims (2)

1. 液化ガスを貯蔵する燃料容器と、
   前記燃料容器よりも低い位置に設置され、加圧するための液化ガスを貯蔵する加圧容器と、
   前記加圧容器内の液化ガスを循環するための移送管と、
   前記移送管に設けられ、移送管内の液化ガスを加熱するための加熱手段と、
   車両に液化ガスを充填するディスペンサと、を備えた液化ガス充填装置であって、
   前記燃料容器内の圧力と前記加圧容器内の圧力との所定の差に基づいて、前記移送管内の液化ガスの流量を制御する制御手段を設けたこと
   を特徴とする液化ガス充填装置。
2. 前記制御手段は、ダイアフラムを備えた定差圧弁であること
   を特徴とする請求項１に記載の液化ガス充填装置。

Images