JP2011247302A - 圧縮天然ガス充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＮＧの充填を任意の時点で停止させる。
【解決手段】車載のＣＮＧタンク１４と連通するＣＮＧ充填口１２Ａに対して、着脱可能な充填ノズル２４と、蓄ガス器１８から充填ノズル２４へのＣＮＧ供給流量を制御する流量制御弁２６と、ＣＮＧタンク１４へ供給されるＣＮＧの供給圧力Ｐを検出する圧力センサ２８と、ＣＮＧの充填を停止させるための充填停止条件として、ＣＮＧタンク１４の満充填であるとみなされる所定圧力Ｐｍａｘに対する目標割合αを入力する停止条件入力部３２と、充填停止条件に応じて流量制御弁２６を制御するコントロールユニット３４と、を含んで、ＣＮＧ充填装置２０を構成する。コントロールユニット３４は、供給圧力Ｐが所定圧力Ｐｍａｘに目標割合αを乗じた圧力Ｐα以上となったときに、ＣＮＧ供給流量を徐々に減少させるように流量制御弁２６を閉弁する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）充填装置に関する。

車両に搭載されたＣＮＧタンクにＣＮＧを充填するＣＮＧ充填装置としては、例えば、特許文献１に記載されるものが知られている。すなわち、ＣＮＧガスを貯留する定置型の蓄ガス器内とＣＮＧタンク内との圧力差を利用して、ＣＮＧタンクにＣＮＧを充填する充填制御を行うものである。この場合、圧力差がなくなったとき、要するに、蓄ガス器内の圧力とＣＮＧタンク内の圧力とが略等しくなったときに、満充填とみなして充填が完了する。

特開２００６−２７５１５３号公報

しかしながら、ＣＮＧタンクへのＣＮＧの充填が進むと、ＣＮＧタンクの内圧上昇とともに圧力差が減少し、ＣＮＧタンクへ流入するＣＮＧ流量が減少して充填速度が低下してしまう。したがって、ＣＮＧの充填が完了するまでに長時間を要するおそれがある。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、ＣＮＧの充填を任意の時点で停止できるＣＮＧ充填装置を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るＣＮＧ充填装置は、車載のＣＮＧタンクと連通するＣＮＧ充填口に対して、着脱可能な充填ノズルと、ＣＮＧ供給源から充填ノズルへのＣＮＧの供給流量を制御する流量制御弁と、ＣＮＧの充填を停止させるための充填停止条件を入力する充填停止条件入力手段と、充填停止条件入力手段により入力された充填停止条件に応じて流量制御弁を制御する制御手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。

本発明のＣＮＧ充填装置によれば、ＣＮＧタンクに対するＣＮＧの充填停止条件を入力することで、ＣＮＧの充填を任意の時点で停止でき、充填時間の短縮が可能となる。

ＣＮＧ充填装置の実施形態の一例を示す概略構成図 第１の制御プログラムを示すフローチャート 第２の制御プログラムを示すフローチャート 第３の制御プログラムを示すフローチャート

以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、ＣＮＧ充填装置が組み込まれたＣＮＧ充填システムの実施形態の一例を示している。
ＣＮＧ充填システム１０は、例えば、車両１２に搭載されたＣＮＧタンク１４にＣＮＧを供給するためのＣＮＧ充填所などに設置される。

ＣＮＧ充填システム１０は、天然ガスを圧縮してＣＮＧを生成する圧縮機１６と、このＣＮＧを貯留する蓄ガス器１８と、蓄ガス器１８からＣＮＧタンク１４へＣＮＧを供給するＣＮＧ充填装置２０と、を含んで構成される。
圧縮機１６は、例えば、都市ガス中圧導管２２などの天然ガス供給源から供給される０．１〜１．０ＭＰａの天然ガスを圧縮してＣＮＧを生成し、このＣＮＧを蓄ガス器１８に供給する。蓄ガス器１８は、このＣＮＧを貯留して、ＣＮＧタンク１４に対するＣＮＧの供給源となる。

蓄ガス器１８内のＣＮＧ圧力Ｐｇは、圧力ＰｇとＣＮＧタンク１４内の圧力Ｐｔとの圧力差ΔＰ（＝Ｐｇ−Ｐｔ）を利用して、蓄ガス器１８からＣＮＧタンク１４内へのＣＮＧの供給を可能にすべく、ＣＮＧタンク１４の満充填とみなされる所定圧力Ｐｍａｘよりも高い圧力である。所定圧力Ｐｍａｘは、例えば、ＣＮＧタンク１４の耐圧について法定された圧力（２０ＭＰａ）である。したがって、圧縮機１６は、天然ガスを所定圧力Ｐｍａｘよりも高い圧力（例えば２５ＭＰａ）まで昇圧する。

ＣＮＧ充填装置２０は、充填ノズル２４と、流量制御弁２６と、圧力センサ２８（供給圧力検出手段）と、供給開始指示部３０と、停止条件入力部３２（充填停止条件入力手段）と、コントロールユニット３４（制御手段）と、を含んで構成される。
充填ノズル２４は、ＣＮＧタンク１４と連通する車両１２のＣＮＧ充填口１２Ａに対して、着脱可能に取り付けられる。充填ノズル２４は、カップリング２４Ａを備え、このカップリング２４Ａが、車両１２のＣＮＧ充填口１２Ａに備えられたカップリング１２Ｂと連結する。これにより、ＣＮＧ充填装置２０とＣＮＧタンク１４との間で気密性を維持しつつ、ＣＮＧ充填装置２０からＣＮＧタンク１４へＣＮＧが供給される。

充填ノズル２４には、折曲自在な充填ホース３６が接続され、充填ホース３６は、圧力センサ２８の下流側と接続される。流量制御弁２６は、蓄ガス器１８から供給されるＣＮＧを、開弁により充填ノズル２４へ供給する一方、閉弁により遮断する。
圧力センサ２８は、充填ノズル２４を介してＣＮＧタンク１４へ供給されるＣＮＧのうち、流量制御弁２６を通過したＣＮＧの供給圧力Ｐを検出できるように配設される。供給圧力Ｐは、流量制御弁２６の下流がＣＮＧタンク１４と連通しているため、ＣＮＧタンク１４内の圧力Ｐｔに略等しいとみなすことができる。なお、圧力センサ２８は、ＣＮＧタンク１４内の圧力Ｐｔを検出できるように、カップリング２４Ａに設けてもよい。

供給開始指示部３０は、ＣＮＧ充填装置２０に対してＣＮＧ供給の開始を指示するための指示操作部である。供給開始指示部３０は、ユーザーが指示操作できるように、ＣＮＧ充填装置２０の筐体２０Ａの表面に配設され、例えば、タッチパネル方式の液晶パネルが用いられる。この方式では、ユーザーが、液晶パネルに表示された特定の画像（アイコン）に触れることでＣＮＧの供給が開始する。

停止条件入力部３２は、ＣＮＧの充填を停止させるための充填停止条件を入力操作する入力操作部である。停止条件入力部３２は、ユーザーが入力操作できるように、ＣＮＧ充填装置２０の筐体２０Ａの表面に配設され、例えば、供給開始指示部３０に用いられるタッチパネル方式の液晶パネルが共用される。この方式では、ユーザーが、液晶パネルに表示された特定の画像（アイコン）に触れることで、ＣＮＧの充填を停止させるための充填停止条件を入力することができる。

停止条件入力部３２により入力する充填停止条件は、ＣＮＧタンク１４の満充填とみなされる所定圧力Ｐｍａｘに対する目標割合αである。目標割合αは、百分率で表される場合、所定圧力Ｐｍａｘに相当する１００[％]を上限とした値、例えば、１００％、８０％、５０％などである。
コンピュータを内蔵するコントロールユニット３４は、例えば、ＣＮＧ充填装置２０の筐体２０Ａ内に収容され、流量制御弁２６、圧力センサ２８、供給開始指示部３０及び停止条件入力部３２と電気的に接続される。そして、コントロールユニット３４は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などに記憶された第１の制御プログラムを実行することにより、充填停止条件に応じて、流量制御弁２６を制御する。

図２は、コントロールユニット３４において、供給開始指示部３０が操作されたことを契機として実行される第１の制御プログラムを示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、流量制御弁２６を開弁する。
ステップ２では、圧力センサ２８により検出された供給圧力Ｐが、圧力Ｐα（＝Ｐｍａｘ・α／１００）以上となっているか否かを判定する。そして、ＰがＰα以上となっている場合にはステップ３へと進む一方（Yes）、ＰがＰα未満の場合には再度本ステップを実行する（No）。

ステップ３では、流量制御弁２６を閉弁して、ＣＮＧの充填を停止させる。このとき、流量制御弁２６は、ＣＮＧの供給流量を徐々に減少させるように閉弁する（以下同様）。
このようなＣＮＧ充填装置２０によれば、供給圧力Ｐが、停止条件入力部３２によって入力した目標割合αに所定圧力Ｐｍａｘを乗じた圧力Ｐα以上となった場合に、ＣＮＧの充填が停止する。このため、ユーザーにおいて満充填までＣＮＧの供給を望まない場合には、１００％未満の目標割合αを入力することで、充填時間の短縮を図ることができる。これにより、積荷運搬などの輸送時間や、ＣＮＧ充填所における充填待ち時間も短縮することができる。

次に、ＣＮＧ充填システム１０に用いられるＣＮＧ充填装置２０の第１の変形例について説明する。
ＣＮＧ充填装置２０は、圧力センサ２８に代えて、ＣＮＧタンク１４へ供給されるＣＮＧの供給流量Ｓを検出する質量流量計（供給流量検出手段）を用いる。また、停止条件入力部３２により入力する充填停止条件は、ＣＮＧの目標供給時間Ｔｓである。

図３は、コントロールユニット３４において、供給開始指示部３０が操作されたことを契機として実行される第２の制御プログラムを示す。
ステップ１１では、流量制御弁２６を開弁する。
ステップ１２では、ＣＮＧの供給が開始されてから経過した経過時間Ｔが、目標供給時間Ｔｓ以上となっているか否かを判定する。そして、ＴがＴｓ以上となっている場合にはステップ１３へと進む一方（Yes）、ＴがＴｓ未満の場合にはステップ１４へと進む（No）。なお、経過時間Ｔは、例えば、コントロールユニット３４に内蔵されたタイマ（経過時間計時手段）などによって計時される。

ステップ１３では、流量制御弁２６を閉弁する。
ステップ１４では、質量流量計により検出される供給流量Ｓが、所定流量Ｓｄ以下となったか否かを判定する。ここで、所定流量Ｓｄとは、経過時間Ｔが目標供給時間Ｔｓに到達する前にＣＮＧタンク１４が満充填された場合（例えば、ＣＮＧタンク１４の容量が小さい場合）にＣＮＧの充填を停止すべく、ＣＮＧタンク１４が満充填されたとみなされる流量である。そして、ＳがＳｄ以下となっている場合にはステップ１３へと進む一方（Yes）、ＳがＳｄより大きい場合にはステップ１２へ戻る（No）。

このようなＣＮＧ充填装置２０によれば、ユーザーが、停止条件入力部３２によって、充填停止条件を目標供給時間Ｔｓとして入力することができ、経過時間ＴがＴｓ以上となった場合にＣＮＧの充填が停止する。このため、Ｔｓが満充填までの供給時間Ｔｆよりも短い場合には、充填時間を短縮することができる。一方、様々な容量のＣＮＧタンク１４が存在することから、ＴｓがＴｆよりも長い場合も想定される。しかし、供給流量Ｓが満充填とみなされる流量Ｓｄ以下となった場合には、経過時間Ｔが目標供給時間Ｔｓ以上になったか否かにかかわらず、流量制御弁２６が閉弁されて、ＣＮＧの充填が停止される。このため、実質的に満充填となったＣＮＧタンク１４にさらなる充填が行われることを抑制することができる。

次に、ＣＮＧ充填システム１０に用いられるＣＮＧ充填装置２０の第２の変形例について説明する。なお、第１の変形例と同一構成については、同一符号を付すことでその説明を省略又は簡潔にする。
停止条件入力部３２により入力する充填停止条件は、質量として表されるＣＮＧの目標充填量Ｍｓである。

図４は、コントロールユニット３４において、供給開始指示部３０が操作されたことを契機として実行される第３の制御プログラムを示す。
ステップ２１では、後述の積算値Ｓｉを０に初期化する。
ステップ２２では、流量制御弁２６を開弁する。
ステップ２３では、所定時間ｔごとに質量流量計から入力されるＣＮＧの供給流量Ｓを、Ｓｉ＝Ｓｉ＋Ｓ・ｔなる式により積算して積算値Ｓｉを算出する。

ステップ２４では、積算値Ｓｉが、目標充填量Ｍｓ以上になっているか否かを判定する。そして、ＳｉがＭｓ以上になっている場合にはステップ２５へ進む一方（Yes）、ＳｉがＭｓ未満の場合にはステップ２６へと進む（No）。
ステップ２５では、流量制御弁２６を閉弁する。
ステップ２６では、質量流量計により検出される供給流量Ｓが、所定流量Ｓｄ以下となったか否かを判定する。そして、ＳがＳｄ以下となっている場合にはステップ２５へと進む一方（Yes）、ＳがＳｄより大きい場合にはステップ２３へ戻る（No）。

このようなＣＮＧ充填装置２０によれば、ユーザーが、停止条件入力部３２によって、目標充填量Ｍｓを入力することができ、供給流量Ｓを順次積算した積算値Ｓｉが目標充填量Ｍｓ以上となった場合にＣＮＧの充填が停止する。このため、Ｍｓが満充填とみなされる充填量Ｍｆよりも少ない場合には、充填時間を短縮することができる。一方、様々な容量のＣＮＧタンク１４が存在することから、ＭｓがＭｆよりも多い場合も想定される。しかし、供給流量Ｓが満充填とみなされる流量Ｓｄ以下となった場合には、積算値Ｓｉが目標充填量Ｍｓ以上になったか否かにかかわらず、流量制御弁２６が閉弁されて、ＣＮＧの充填が停止される。このため、実質的に満充填となったＣＮＧタンク１４にさらなる充填が行われることを抑制することができる。

前述の実施形態及びその変形例のように、流量制御弁２６は、ＣＮＧの充填を完了するときに供給流量Ｓを徐々に減少させる。ここで、「徐々に減少」とは、ＣＮＧタンク１４に備えられた過流防止弁が作動しない程度に、供給流量Ｓを減少させることをいう。また、過流防止弁は、ＣＮＧタンク１４に対する圧力が急激に変化した場合に、ＣＮＧタンク１４に充填されたＣＮＧが外部に流出することを防止する装置である。この装置が作動することにより、車両１２の内燃機関に対するＣＮＧの供給が遮断される。

したがって、流量制御弁２６が、供給流量Ｓを徐々に減少させつつ、ＣＮＧタンク１４へのＣＮＧの供給を停止することにより、供給流量Ｓの急激な減少を抑えて、過流防止弁の作動による車両内燃機関へのＣＮＧ供給の遮断を抑制することができる。
前述の第１の変形例及び第２の変形例において、ＣＮＧ充填装置２０は、圧力センサ２８を更に含んで構成されてもよい。この場合、第１の変形例において、コントロールユニット３４は、供給圧力Ｐが所定圧力Ｐｍａｘ以上になった場合に、経過時間ＴがＣＮＧの目標供給時間Ｔｓ以上になったか否かにかかわらず、流量制御弁２６を閉弁する制御を行う。また、第２の変形例において、コントロールユニット３４は、供給圧力Ｐが所定圧力Ｐｍａｘ以上になった場合に、積算値Ｓｉが目標充填量Ｍｓ以上になったか否かにかかわらず、流量制御弁２６を閉弁する制御を行う。これにより、ＣＮＧタンク１４が満充填となったか否かを供給流量Ｓ及び供給圧力Ｐの２つのパラメータから判断することが可能となるので、実質的に満充填となったＣＮＧタンク１４にさらなる充填が行われることを一層抑制することができる。

なお、前述の実施形態及びその変形例において、充填停止条件は、夫々、目標割合α、目標供給時間Ｔｓ及び目標充填量Ｍｓとしたが、これら３種類の充填停止条件の中から任意の１種類を選択できるようにしてもよい。これにより、ユーザーが選択した種類の充填停止条件でＣＮＧの充填を完了させることができる。

１２Ａ ＣＮＧ充填口
１４ ＣＮＧタンク
１８ 蓄ガス器
２０ ＣＮＧ充填装置
２４ 充填ノズル
２６ 流量制御弁
２８ 圧力センサ
３２ 停止条件入力部
３４ コントロールユニット

Claims (7)

1. 車載のＣＮＧタンクと連通するＣＮＧ充填口に対して、着脱可能な充填ノズルと、
   ＣＮＧ供給源から前記充填ノズルへのＣＮＧの供給流量を制御する流量制御弁と、
   ＣＮＧの充填を停止させるための充填停止条件を入力する充填停止条件入力手段と、
   前記充填停止条件入力手段により入力された前記充填停止条件に応じて前記流量制御弁を制御する制御手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする圧縮天然ガス充填装置。
2. ＣＮＧタンクへ供給されるＣＮＧの供給圧力を検出する供給圧力検出手段を更に備え、前記充填停止条件は、前記ＣＮＧタンクの満充填であるとみなされる所定圧力に対する目標割合であって、かつ、前記制御手段は、前記供給圧力検出手段により検出された前記供給圧力が前記所定圧力に前記目標割合を乗じた圧力以上になった場合に、前記流量制御弁を閉弁することを特徴とする請求項１記載の圧縮天然ガス充填装置。
3. ＣＮＧの供給が開始されてから経過した経過時間を計時する経過時間計時手段を更に備え、前記充填停止条件は、ＣＮＧの目標供給時間であって、かつ、前記制御手段は、前記経過時間計時手段により計時された前記経過時間が前記目標供給時間以上になった場合に、前記流量制御弁を閉弁することを特徴とする請求項１記載の圧縮天然ガス充填装置。
4. 前記ＣＮＧタンクへ供給されるＣＮＧの供給流量を検出する供給流量検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記供給流量検出手段により検出された前記供給流量が所定流量以下となった場合に、前記経過時間が前記目標供給時間以上になったか否かにかかわらず、前記流量制御弁を閉弁することを特徴とする請求項３記載の圧縮天然ガス充填装置。
5. 前記ＣＮＧタンクへ供給されるＣＮＧの供給流量を検出する供給流量検出手段を更に備え、前記充填停止条件は、ＣＮＧの目標充填量であって、かつ、前記制御手段は、前記供給流量検出手段により検出された前記供給流量を順次積算した積算値が前記目標充填量以上となった場合に、前記流量制御弁を閉弁することを特徴とする請求項１記載の圧縮天然ガス充填装置。
6. 前記制御手段は、前記供給流量が所定流量以下となった場合に、前記積算値が前記目標充填量以上になったか否かにかかわらず、前記流量制御弁を閉弁することを特徴とする請求項５記載の圧縮天然ガス充填装置。
7. 前記流量制御弁は、ＣＮＧの充填を停止するときに供給流量を徐々に減少させることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の圧縮天然ガス充填装置。

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