JP2015045352A - 燃料ガス充填装置 - Google Patents

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【課題】小容量の燃料ガス容器に燃料ガスを充填する場合であっても、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えないようにすることができる燃料ガス充填装置を提供すること。【解決手段】燃料ガス充填装置の制御装置は、最終目標容器内圧力まで所定の増加率で経時的に増加する容器内圧力増加目標線を設定し、燃料ガス流路または燃料ガス容器で検出された容器内圧力を取得しつつ、燃料ガス容器の容器内圧力が容器内圧力増加目標線に沿って増加するように、燃料ガス容器に燃料ガスを間欠的に充填する。また、制御装置は、充填停止圧力線および充填再開圧力線を設定し、容器内圧力が充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、容器内圧力が充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料ガス充填装置に関し、詳しくは、小容量の燃料ガス容器にも規定温度を超えることなく燃料ガスを充填可能な燃料ガス充填装置に関する。
一般に、燃料ガス充填装置は、燃料電池車等が備える燃料ガス容器に対して一定の圧力上昇率、または一定の流量で連続的に燃料ガスを充填している。このため、燃料ガスの充填中は燃料ガス容器の温度が上昇する。
従来の燃料ガス充填装置は、大容量の燃料ガス容器を想定した圧力上昇率または流量で燃料ガスを充填するようになっている。このため、小容量の燃料ガス容器に対しては急速に燃料ガスを充填してしまい、この場合、燃料ガス容器の温度が急激に上昇し、規定温度を超えてしまうおそれがある。
ところで、燃料ガス容器への燃料ガスの充填を間欠的に複数回に渡って行うようにした燃料ガス充填装置が知られている（特許文献１参照）。
この燃料ガス充填装置は、燃料ガス容器の容器内圧力が最終目標圧力に到達した場合に燃料ガスの充填を一時停止するとともに、燃料ガス容器の放熱に伴って容器内圧力が所定の充填再開圧力まで低下した場合に燃料ガスの充填を再開し、この一時停止と再開を繰り返しながら燃料ガスの充填を間欠的に行うようにしている。
特開２００８−８９１２３号公報
しかしながら、特許文献１に記載されたものは、間欠充填毎に容器内圧力が最終目標圧力に到達するようにしているため、容器内圧力の増加量が大きい初回の間欠充填時は、燃料ガス容器の温度上昇量も大きいため、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうおそれがある。また、容器内圧力が最終目標圧力に到達してから燃料ガスの充填を一時停止しているため、燃料ガスの制御弁の応答遅れ等のために、充填の一時停止後に容器内圧力が最終目標圧力を大きく上回ってしまう可能性があり、この場合も燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうおそれがある。このように、特許文献１に記載されたものは、燃料ガスの充填の際に燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうことを防止することができない場合があった。
そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、小容量の燃料ガス容器に燃料ガスを充填する場合であっても、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えないようにすることができる燃料ガス充填装置を提供することを目的とする。
本発明の第１の態様は、燃料ガスを燃料ガス容器に充填する燃料ガス充填装置であって、前記燃料ガスの充填を終了する最終目標充填状態まで所定の増加率で経時的に増加する充填状態増加目標線を設定する充填状態増加目標線設定部と、前記燃料ガス容器の充填状態を取得する充填状態取得部と、前記燃料ガス容器の充填状態が前記充填状態増加目標線に沿って増加するように、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスを間欠的に充填する充填制御部と、を備えることを特徴とするものである。
本発明の第２の態様としては、前記充填状態は、前記燃料ガス容器の容器内圧力であり、前記充填状態増加目標線設定部は、記燃料ガスの充填を終了する最終目標容器内圧力まで所定の増加率で経時的に増加する容器内圧力増加目標線を設定し、前記充填状態取得部は、前記燃料ガスの流路または前記燃料ガス容器で検出された前記容器内圧力を取得し、前記充填制御部は、前記燃料ガス容器の容器内圧力が前記容器内圧力増加目標線に沿って増加するように、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスを間欠的に充填するようにしてもよい。
本発明の第３の態様としては、前記充填状態増加目標線設定部は、前記容器内圧力増加目標線の低圧側で該容器内圧力増加目標線と並行して増加する充填停止圧力線と、前記充填停止圧力線の低圧側で該充填停止圧力線と並行して増加する充填再開圧力線と、を更に設定し、前記充填制御部は、前記容器内圧力が前記充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、前記容器内圧力が前記充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開するようにしてもよい。
本発明の第４の態様としては、前記燃料ガス容器の容量を取得する容量取得部を更に備え、前記充填制御部は、前記取得した容量が予め設定された容量以下である場合に、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスの間欠的な充填を行うようにしてもよい。
本発明の第５の態様としては、前記容量取得部は、前記燃料ガス容器側から送られる前記燃料ガス容器の容量情報、または予め前記燃料ガス容器に燃料ガスを所定時間だけ予備充填して検出した前記燃料ガスの流量および前記燃料ガス容器の圧力増加量、のいずれかに基づいて、前記燃料ガス容器の容量を取得するようにしてもよい。
本発明の第６の態様としては、外気温度を検出する外気温度検出部と、前記燃料ガスの温度を検出する温度検出部と、を更に備え、前記充填状態増加目標線設定部は、前記外気温度と前記燃料ガスの温度とに基づいて前記容器内圧力増加目標線を設定するとともに、前記外気温度と前記燃料ガスの温度と充填開始前の前記燃料ガス容器の初期圧力とに基づいて前記最終目標容器内圧力を設定するようにしてもよい。
本発明の第７の態様としては、前記充填状態増加目標線設定部は、前記燃料ガスの温度が高いほど前記容器内圧力増加目標線の増加率を低く設定するようにしてもよい。
このように、上記の第１の態様は、燃料ガス容器に燃料ガスを間欠的に充填しているので、燃料ガスの充填が停止されている間に燃料ガス容器の温度を低下させることができ、燃料ガス容器の温度上昇を抑制しながら燃料ガスを充填することができる。このとき、燃料ガス容器の充填状態を充填状態増加目標線に沿って増加させているので、燃料ガスの間欠充填毎の燃料ガス容器の充填状態の増加量が抑制され、充填状態を漸次増加させることができ、燃料ガス容器の温度上昇を抑制しながら燃料ガスを充填することができる。したがって、小容量の燃料ガス容器に燃料ガスを充填する場合であっても、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうことを防止することができる。
上記の第２の態様は、燃料ガス容器の充填状態として容器内圧力を取得しつつ、この容器内圧力が容器内圧力増加目標線に沿って最終目標容器内圧力まで増加するように、燃料ガスの簡潔的な充填を行うようにしているので、容易に検出可能な容器内圧力に基づいて簡易に燃料ガスの充填を制御することができる。
上記の第３の態様は、容器内圧力が充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、容器内圧力が充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開しているため、燃料ガスの間欠的な充填を簡単な制御で実現することができる。また、容器内圧力増加目標線の低圧側に充填停止圧力線が設定されているので、容器内圧力が充填停止圧力線以上になって燃料ガスの充填を停止した後に、流量調節弁等の応答遅れにより容器内圧力が容器内圧力増加目標線を越えてしまうことがない。このため、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうことを防止することができる。
上記の第４の態様は、燃料ガス容器の容量が予め設定された容量以下である場合は燃料ガスを間欠的に充填し、燃料ガス容器の容量が予め設定された容量を超える場合は例えば燃料ガスを連続的に充填することができるため、燃料ガス容器の容量に適した充填方法で燃料ガスを充填することができる。
上記の第５の態様は、燃料ガス容器から送られる容量情報、または予備充填により検出した燃料ガスの流量および圧力増加量、の何れかに基づいて燃料ガス容器の正確な容量を取得することができる。
上記の第６の態様は、最終目標容器内圧力および容器内圧力増加目標線を外気温度と燃料ガスの温度と充填開始前の燃料ガス容器の初期圧力とに応じた最適値に設定することができるため、燃料ガス容器の温度が規定温度を超えてしまうことを防止しつつ、燃料ガスの充填を最短時間で終了することができる。
上記の第７の態様は、燃料ガスの温度が高いほど燃料ガス容器の容器内圧力の増加率が低くなるように燃料ガスの充填が行われるので、燃料ガス容器の温度が規定値を超えてしまうことを防止することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置と車両の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の制御装置の機能ブロック図である。 図３は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の制御装置に予め記憶される最終目標容器内圧力設定マップの概念図である。 図４は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の制御装置に予め記憶される容器内圧力増加目標線設定マップの概念図である。 図５は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置により燃料ガスが間欠的に充填される際に、充填マップで定められる充填状態増加目標線に沿って燃料ガス容器の容器内圧力が最終目標充填圧力まで増加する例を示すグラフである。 図６は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の制御装置による充填動作を示すフローチャートである。 図７は、図６の燃料ガス容器容量判定処理の詳細を示すフローチャートである。 図８は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置により燃料ガスが間欠的に充填される際の、燃料ガス容器の容器内圧力と温度の変化を示すグラフである。 図９は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の間欠充填動作の他の例を示す図であり、一定質量の燃料ガスを間欠的に充填する場合の燃料ガス容器の質量の変化を示すグラフである。 図１０は、本発明の実施形態に係る燃料ガス充填装置の間欠充填動作の他の例を示す図であり、流量調節弁を一定時間開弁しながら燃料ガスを間欠的に充填する場合の燃料ガス容器の圧力の変化を示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１０は、本発明に係るガス充填装置の一実施形態を示す図である。
まず、構成について説明する。図１、図２において、燃料ガス充填装置１２は、車両１３の燃料ガス容器４０に燃料ガス（例えば水素ガス）を充填するものであり、例えば水素ステーションなどに設置されている。車両１３は、燃料ガスを用いて発電する燃料電池とモータ、または、燃料ガスを用いて運転される内燃機関の何れかを備えており、電動機または内燃機関を動力源として走行するようになっている。このように、燃料ガス充填装置１２は、燃料ガス使用装置としての車両１３とともに、燃料ガス充填システム１１を構成している。
燃料ガス充填装置１２の構成を説明する。燃料ガス充填装置１２は、ガス供給源２１と、充填ノズル２２と、これらガス供給源２１と充填ノズル２２とを結ぶ燃料ガス流路２３と、を含んで構成されている。
ガス供給源２１は、不図示の圧縮器と蓄圧器とを備えており、圧縮機により燃料ガスを所定圧力まで圧縮するとともに、圧縮された燃料ガスを蓄圧器に蓄えるようになっている。
充填ノズル２２は、車両１３側の後述するレセプタクル４２に気密に接続可能に構成されており、レセプタクル４２と接続されたときに、燃料ガス充填装置１２から車両１３への燃料ガスの充填流路を形成するようになっている。
燃料ガス流路２３は、ガス供給源２１から充填ノズル２２に向かって、遮断弁３０と、流量調節弁２６と、流量計２７と、プレクーラ２８と、を備えており、遮断弁３０および流量調節弁２６を通過してプレクーラ２８により予備冷却された燃料ガスを充填ノズル２２に導くようになっている。また、燃料ガス流路２３は、遮断弁３０および流量調節弁２６の開閉を間接的に制御するパイロット弁１４、１５を備えている。
遮断弁３０はパイロット弁１４を有しており、このパイロット弁１４から供給量が制御される窒素ガスの圧力により開状態または閉状態に駆動されるようになっている。
流量調節弁２６はパイロット弁１５を有しており、このパイロット弁１５から供給される窒素ガスの圧力により開状態と閉状態の間で駆動されるようになっている。流量調節弁２６は、その開度に応じて燃料ガスの流量を調整するようになっている。
パイロット弁１４、１５は、電気により開閉する電磁弁等から構成されており、不図示の窒素ガスタンクに貯留された高圧の窒素ガスを遮断弁３０および流量調節弁２６にそれぞれ供給し、窒素ガスの圧力により燃料ガス遮断弁３０および流量調節弁２６をそれぞれ開閉させるようになっている。
このように、本実施形態では、パイロット弁１４、１５を介して遮断弁３０および流量調節弁２６の開閉が間接的に制御されるガス作動パイロット方式を採用している。これにより、遮断弁３０および流量調節弁２６が制御可能な燃料ガスの流量範囲を大きくすることを可能としている。なお、遮断弁３０および流量調節弁２６は、パイロット弁１４により間接的に制御されない方式、すなわち直動式の弁であってもよく、この場合は弁構造を小型化することができる。
プレクーラ２８は、燃料ガス供給源２１から供給される室温程度（例えば、２０℃）の燃料ガスを低温（例えば、−２０℃）に予備冷却するようになっている。このプレクーラ２８は、例えば、冷媒を熱交換器との間で循環させるヒートポンプ式冷却機として構成されている。
また、燃料ガス充填装置１２は、外気温度検出部３３と、流量計２７と、温度検出部２９と、圧力検出部３５と、通信機３１と、制御装置３４とを備えている。
外気温度検出部３３は、外気温度を検出し、検出した外気温度を制御装置３４に出力するようになっている。
流量計２７は、燃料ガス流路２３を通過する燃料ガスの流量を計測するようになっている。この流量計２７は、流量調節弁２６の下流側に設けられている。
温度検出部２９は、プレクーラ２８の下流側の燃料ガスの温度を検出し、検出した温度を制御装置３４に出力するようになっている。
圧力検出部３５は、燃料ガス流路２３におけるプレクーラ２８と充填ノズル２２の間の圧力を検出し、検出した圧力を制御装置３４に出力するようになっている。ここで、遮断弁３０および流量調節弁２６が閉弁している状態では、圧力検出部３５が検出する圧力は、燃料ガス容器４０の容器内圧力と等しいものとなる。このため、圧力検出部３５は、燃料ガス容器４０の容器内圧力を検出することが可能である。
通信機３１は、例えば、赤外線通信等の無線通信を行う通信インターフェースを有しており、この通信インターフェースにより後述する車両１３側の通信機５４との間で燃料ガスの充填に関する情報を含む各種の情報を送受信するようになっている。
本実施形態では、燃料ガス充填装置１２側の通信機３１は充填ノズル２２に設けられるとともに、車両１３側の通信機５４はレセプタクル３２に設けられており、これにより、充填ノズル２２とレセプタクル３２とが接続された状態で通信機３１と通信機５４とが通信をすることが可能となっている。
制御装置３４は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置３４において、ＣＰＵは、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムに従って、ＲＡＭを作業領域として用いて演算を実行することで、各種の処理や制御を行うようになっている。
この制御装置３４は、前述したパイロット弁１４、１５、外気温度検出部３３、流量計２７、温度検出部２９、圧力検出部３５、通信機３１に電気的に接続されており、燃料ガス充填装置１２全体を統括制御するようになっている。
本実施形態では、制御装置３４は、外気温度検出部３３、流量計２７、温度検出部２９、圧力検出部３５、通信機３１から取得した情報に基づいて、パイロット弁１４、１５を介して遮断弁３０および流量調節弁２６を開閉し、車両１３への燃料ガスの充填を制御するようになっている。制御装置３４の詳細な構成および動作については後述する。
次に、車両１３の構成について説明する。車両１３は、レセプタクル４２と、燃料ガス容器４０と、これらレセプタクル４２と燃料ガス容器４０とを接続する充填管路４４と、通信機５４と、制御装置５６と、を備えている。
レセプタクル４２は、燃料ガス充填装置１２側の充填ノズル２２に気密に接続可能に構成されており、充填ノズル２２に接続されたときに燃料ガス充填装置１２から車両１３への燃料ガスの充填流路を形成するようになっている。
燃料ガス容器４０は、充填装置１２から充填される燃料ガスを貯留可能な高圧タンクである。燃料ガス容器４０には逆止弁５８が設けられており、この逆止弁５８は燃料ガスの逆流、すなわち燃料ガス容器４０からレセプタクル４２側への燃料ガスの流れを防止するようになっている。燃料ガス容器４０が貯留する燃料ガスは、車両１３が備える燃料電池または内燃機関に供給されるようになっている。
燃料ガス容器４０には温度検出部５０が設けられており、この温度検出部５０は、燃料ガス容器４０内の燃料ガスの温度を検出し、検出した温度を制御装置５６に出力するようになっている。さらに、燃料ガス容器４０には圧力検出部５２が設けられており、この圧力検出部５２は、燃料ガス容器４０の容器内圧力を検出し、検出した容器内圧力を制御装置５６に出力するようになっている。
充填管路４４には充填遮断弁５７が設けられており、この充填遮断弁５７は、燃料ガスが燃料ガス充填装置１２から車両１３の燃料ガス容器４０に充填されるときに、制御装置５６によって開弁されるようになっている。充填遮断弁５７は、電気的に開閉が制御される電磁弁として構成されている。なお、充填遮断弁５７は、ステップモータを駆動源として開閉されるものであってもよい。
通信機５４は、燃料ガス充填装置１２側の通信機３１との間で赤外線通信等の無線通信が可能な通信インターフェースを有しており、この通信インターフェースにより燃料ガス充填装置１２の通信機３１との間で各種情報を送受信するようになっている。
制御装置５６は、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４と同様にマイクロコンピュータとして構成されており、温度検出部５０及び圧力検出部５２を含む各種の検出部（センサ）の検出結果を受けて、車両１３を統括制御するようになっている。また、制御装置５６は、温度検出部５０および圧力検出部５２が検出した温度および圧力を、通信機５４を介して燃料ガス充填装置１２に送信することが可能となっている。また、制御装置５６は、燃料ガス容器４０の容量を示す容量情報を通信機５４を介して燃料ガス充填装置１２に送信するようになっている。
次に、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４について詳述する。
制御装置３４は、車両１３側への燃料ガスの充填に先立って、図３に示す最終目標容器内圧力設定マップを参照して最終目標容器内圧力を設定するとともに、図４に示す容器内圧力増加目標線設定マップを参照して容器内圧力増加目標線を設定するようになっている。最終目標容器内圧力設定マップおよび容器内圧力増加目標線設定マップは、予め実験等により求めた上で制御装置３４のＲＯＭに記憶されている。
ここで、最終目標容器内圧力は、燃料ガス容器４０が満充填状態となって燃料ガスの充填を終了すべき容器内圧力である。また、容器内圧力増加目標線は、燃料ガスを間欠的に充填する際の容器内圧力の目標値を規定する線であり、所定の増加率で経時的に増加するように設定されている。
図３に示すように、最終目標容器内圧力設定マップにおいて、最終目標容器内圧力は、外気温度と、燃料ガスの温度と、燃料ガス容器４０の初期圧力と、に応じて定められている。ここで、燃料ガス容器４０の初期圧力は、燃料ガスの充填が行われる前の燃料ガス容器４０内の圧力である。この最終目標容器内圧力設定マップでは、例えば、燃料ガス容器４０の初期圧力が０ＭＰａ、燃料ガスの温度が−２０℃、外気温度が２０℃のとき、最終目標容器内圧力が３５ＭＰａに定められている。
図４に示すように、容器内圧力増加目標線設定マップにおいて、外気温度と燃料ガスの温度とに応じた増加率を有する容器内圧力増加目標線が定められている。この容器内圧力増加目標線設定マップでは、例えば、燃料ガスの温度が−２０℃、外気温度が２０℃のとき、増加率が０．２ＭＰａ／ｓｅｃとなる容器内圧力増加目標線が定められている。また、この容器内圧力増加目標線設定マップにおいて、燃料ガスの温度が高いほど容器内圧力の増加率が低くなるように設定されている。このように、制御装置３４は充填状態増加目標線設定部３８を構成している。
ここで、燃料ガス容器４０の容器内圧力は、燃料ガス容器４０の充填状態、すなわち燃料ガス容器４０の容量に対する燃料ガスの量の比を表す指標となるものであるため、上記の最終目標容器内圧力および充填状態増加目標線は、最終目標充填状態および充填状態増加目標線とそれぞれ言い換えることができる。
また、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力を取得するようになっている。詳しくは、制御装置３４は、燃料ガス充填装置１２の圧力検出部３５が検出した容器内圧力を取得するか、または、車両１３の圧力検出部５２が検出した容器内圧力を通信機３１、５４を介して取得するようになっている。このように、制御装置３４は充填状態取得部３７を構成している。
制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が容器内圧力増加目標線に沿って増加するように、燃料ガス容器４０に燃料ガスを間欠的に充填し、容器内圧力が最終目標容器内圧力になった場合に燃料ガスの充填を終了するようになっている。
具体的には、制御装置３４は、燃料ガスの充填に先立って、図５に示すように、容器内圧力増加目標線に加えて、充填停止圧力線および充填再開圧力線を設定するようになっている。充填停止圧力線は、容器内圧力増加目標線の低圧側でこの容器内圧力増加目標線と並行して増加する線であり、燃料ガスの充填が停止される充填停止圧力を規定している。また、充填再開圧力線は、充填停止圧力線の低圧側でこの充填停止圧力線と並行して増加する線であり、燃料ガスの充填が再開される充填再開圧力を規定している。
制御装置３４は、容器内圧力が充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、容器内圧力が充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開するようになっている。このように制御装置３４は充填制御部３９を構成している。
なお、本実施形態では、遮断弁３０および流量調節弁２６の応答遅れを考慮し、充填停止圧力線は、容器内圧力増加目標線に対して０．１ＭＰａ以上低く設定されるようになっている。これにより、充填停止圧力線で遮断弁３０および流量調節弁２６を閉弁した後に容器内圧力が容器内圧力増加目標線を上回ってしまうこと、すなわちオーバーシュートすることが防止されるようになっている。また、本実施形態では、燃料ガスの間欠充填の際の１回の充填において燃料ガス容器４０の温度が規定温度を超えることのないよう、充填停止圧力線と充填再開圧力線との圧力の間隔が２０ＭＰａ以下に設定されるようになっている。ここで、燃料ガス容器４０の規定温度は例えば８５℃である。
制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容量が予め設定された容量以下である場合、すなわち小容量である場合に、燃料ガス容器４０に対して上記のような燃料ガスの間欠的な充填を行うようになっている。
制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容量を、通信機３１、５４を介して取得、または、予備充填を行うことにより取得するようになっている。
具体的には、燃料ガス容器４０の容量を通信機３１、５４を介して取得する場合、制御装置３４は、車両１３側の制御装置５６に予め記憶されている燃料ガス容器４０の容量情報を、通信機３１と通信機５４との通信により取得するようになっている。
また、燃料ガス容器４０の容量を予備充填により取得する場合、制御装置３４は、予備充填として、遮断弁３０と流量調節弁１６を所定時間だけ開いた上で、ガス流路２３を流れる燃料ガスの流量を検出する。そして、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力の圧力増加量を算出し、この圧力増加量に基づいて燃料ガス容器４０の容量を算出するようになっている。このように、制御装置３４は容量取得部４８を構成している。
次に、上記のように構成された燃料ガス充填装置の充填動作について説明する。図６は、燃料ガス充填装置の充填動作を示すフローチャートである。また、図７は、図６の燃料ガス容器容量判定処理の詳細を示すフローチャートである。なお、以下の充填動作は、充填ノズル２２がレセプタクル４２に接続された状態で実行される。
図６に示すように、先ず、燃料ガス充填装置１２から燃料ガス容器４０への燃料ガスの充填を指示する操作がなされると、制御装置３４は、燃料ガス容器容量判定処理を実行する（ステップＳ１）。
この燃料ガス容器容量判定処理では、図７にそのサブルーチンを示すように、制御装置３４は、通信機３１を介して燃料ガス容器４０の容量を表す情報を車両１３から受信したか否かを判定する（ステップＳ２１）。
ステップＳ２１で、燃料ガス容器４０の容量情報を受信した場合、制御装置３４は、処理をステップＳ２５に移行する。一方、ステップＳ２１で、燃料ガス容器４０の容量情報を受信していない場合、制御装置３４は、以下のステップＳ２２、２３、２４を実行して燃料ガス容器４０の容量を算出する。
具体的には、制御装置３４は、ステップＳ２２で、遮断弁３０を開弁するとともに流量調節弁１６を所定時間だけ一定の小開度で開いた上で、ガス流路２３を流れる燃料ガスの流量を流量計２７により検出し（ステップＳ２２）、燃料ガス容器４０の容器内圧力の圧力増加量を算出し（ステップＳ２３）、この圧力増加量に基づいて燃料ガス容器４０の容量を算出する（ステップＳ２４）。このように、制御装置３４は、ステップＳ２２、２３、２４において、燃料ガスの予備充填を行うことにより燃料ガス容器４０の容量を算出している。
次いで、制御装置３４は、通信機３１を介して受信した燃料ガス容器４０の容量、またはステップＳ２２、２３、２４を実行して算出した燃料ガス容器４０の容量が所定値以下であるか否かを判定し（ステップＳ２５）、所定値を越える場合はこの燃料ガス容器容量判定処理を終了し、所定値以下である場合は燃料ガス容器４０が小容量であると判定し（ステップＳ２６）、この燃料ガス容器容量判定処理を終了する。
次いで、図６に戻り、制御装置３４は、ステップＳ１の燃料ガス容器容量判定処理において燃料ガス容器４０の容量が小容量であると判定されたか否かを判定し（ステップＳ２）、小容量ではないと判定された場合はこの充填動作のフローチャートを終了する。
なお、ステップＳ２で燃料ガス容器４０が小容量ではないと判定された場合、燃料ガス容器４０は大容量のものであるため、制御装置３４は、例えば、燃料ガス容器４０に対して燃料ガスの充填を連続的に行う。
ステップＳ２で燃料ガス容器の容量が小容量と判定された場合は、制御装置３４は、図４の容器内圧力増加目標線設定マップを参照し、燃料ガスの温度と外気温度とに応じた増加率を有する容器内圧力増加目標線を設定する（ステップＳ３）。次いで、制御装置３４は、図３の最終目標容器内圧力設定マップを参照し、燃料ガスの温度と外気温度と燃料ガス容器４０の初期圧力とに応じた最終目標容器内圧力を設定する（ステップＳ４）。
次いで、制御装置３４は、パイロット弁１４、１５を介して遮断弁３０および流量調節弁２６を開弁し、燃料ガスの充填を開始する（ステップＳ５）。
次いで、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が充填停止圧力以上であるか否かを判定し（ステップＳ６）、充填停止圧力以上である場合は、燃料ガスの充填を停止する（ステップＳ７）。ステップＳ６では、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が充填停止圧力以上と判定するまで判定処理を継続する。
ステップＳ７で燃料ガスの充填を停止した後、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が充填再開圧力以下であるか否かを判定し（ステップＳ８）、充填再開圧力以下である場合は、燃料ガスの充填を再開する（ステップＳ９）。ステップＳ８では、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が充填再開圧力以下となるまで判定処理を継続する。
ステップＳ９に続き、制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容器内圧力が最終目標充填圧力以上であるか否かを判定し（ステップＳ１０）、最終目標充填圧力以上である場合は燃料ガスの充填を終了し（ステップＳ１１）、この充填動作のフローチャートを終了する。ステップＳ１０で燃料ガス容器４０の容器内圧力が最終目標充填圧力未満である場合は、制御装置３４は、再びステップＳ６〜Ｓ９を実行する。
このように、制御装置３４は、燃料ガス容器４０が小容量と判定した場合は、容器内圧力増加目標線に沿って燃料ガスを間欠的に繰り返し充填するようになっている。このため、燃料ガスの充填の停止中に、燃料ガス容器４０からの放熱が行われ、燃料ガス容器４０の温度が低下する。この結果、図８に示すように、燃料ガス容器４０の温度は、燃料ガスの間欠的な充填に伴って上昇と下降を繰り返しながら漸次上昇するため、燃料ガス容器４０の温度が規定の上限値を超えてしまうことが防止される。
なお、本実施形態では、最終目標容器内圧力および容器内圧力増加目標線を設定する際に用いる燃料ガスの温度は、温度検出部２９によってプレクーラ２８の下流側で検出された実測温度であるが、この実測温度に代えて、プレクーラ２８の設定温度を用いてもよい。この場合、制御装置３４は、ステップＳ３において外気温度とプレクーラ２８の設定温度とに基づいて容器内圧力増加目標線を設定するとともに、ステップＳ４において外気温度とプレクーラ２８の設定温度と充填開始前の燃料ガス容器４０の初期圧力とに基づいて最終目標容器内圧力を設定する。なお、プレクーラ２８の冷却能力不足等により燃料ガスの実際の温度がプレクーラ２８の設定温度より高くなることも考えられるため、ステップＳ５で燃料ガスの充填を開始した後に、温度検出部２９による実測温度を用いて最終目標容器内圧力および容器内圧力増加目標線を再設定（更新）することが好ましい。
また、本実施形態の他の例として、図９に示すように、一定質量の燃料ガスが間欠充填毎に充填されるようにしてもよい。この場合、制御装置３４は、最終目標容器内圧力および容器内圧力増加目標線に代えて、最終目標質量および質量増加目標線を設定するともに、燃料ガス容器４０内の燃料ガスの質量を取得し、この燃料ガスの質量が質量増加目標線に沿って増加するように、燃料ガス容器４０に燃料ガスを間欠的に充填する。このようにした場合も、図９に示すように、燃料ガス容器４０の温度は規定の温度上限値を超えることがない。
また、本実施形態の他の例として、図１０に示すように、燃料ガスの間欠充填毎に流量調節弁２６を一定時間開弁するように制御装置３４が制御を行うようにしてもよい。この場合も、図１０に示すように、燃料ガス容器４０の温度は、上昇と下降を繰り返しながら上昇し、規定の温度上限値を超えることがない。
以上のように、本実施形態は、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４は、最終目標容器内圧力まで所定の増加率で経時的に増加する容器内圧力増加目標線を設定し、燃料ガス流路２３または燃料ガス容器４０で検出された容器内圧力を取得し、燃料ガス容器４０の容器内圧力が容器内圧力増加目標線に沿って増加するように、燃料ガス容器４０に燃料ガスを間欠的に充填している。
この構成により、燃料ガス容器４０に燃料ガスを間欠的に充填しているので、燃料ガスの充填が停止されている間に燃料ガス容器４０の温度を低下させることができ、燃料ガス容器４０の温度上昇を抑制しながら燃料ガスを充填することができる。このとき、燃料ガス容器４０の容器内圧力を容器内圧力増加目標線に沿って増加させているので、燃料ガスの間欠充填毎の容器内圧力の増加量が抑制され、容器内圧力を漸次増加させることができ、燃料ガス容器４０の温度上昇を抑制しながら燃料ガスを充填することができる。したがって、本実施形態の燃料ガス充填装置１２は、小容量の燃料ガス容器４０に燃料ガスを充填する場合であっても、燃料ガス容器４０の温度が規定温度を超えてしまうことを防止することができる。
更に、燃料ガス容器の充填状態として容器内圧力を取得しているので、容易に検出可能な容器内圧力に基づいて簡易に燃料ガスの充填を制御することができる。
また、本実施形態は、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４は、容器内圧力増加目標線の低圧側でこの容器内圧力増加目標線と並行して増加する充填停止圧力線と、充填停止圧力線の低圧側でこの充填停止圧力線と並行して増加する充填再開圧力線と、を更に設定し、容器内圧力が充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、容器内圧力が充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開している。
この構成により、容器内圧力が充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、容器内圧力が充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開しているため、燃料ガスの間欠的な充填を簡単な制御で実現することができる。また、容器内圧力増加目標線の低圧側に充填停止圧力線が設定されているので、容器内圧力が充填停止圧力線以上になって燃料ガスの充填を停止した後に、流量調節弁等の応答遅れにより容器内圧力が容器内圧力増加目標線を越えてしまうことがない。このため、燃料ガス容器４０の温度が規定温度を超えてしまうことを防止することができる。
また、本実施形態は、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４は、燃料ガス容器４０の容量を取得し、この容量が予め設定された容量以下である場合に、燃料ガス容器４０に燃料ガスの間欠的な充填を行っている。
この構成により、燃料ガス容器４０の容量が予め設定された容量以下である場合は燃料ガスを間欠的に充填し、燃料ガス容器４０の容量が予め設定された容量を超える場合は例えば燃料ガスを連続的に充填することができるため、燃料ガス容器４０の容量に適した充填方法で燃料ガスを充填することができる。
また、本実施形態は、制御装置３４は、燃料ガス容器４０側から送られる燃料ガス容器の容量情報、または予め燃料ガス容器４０に燃料ガスを所定時間だけ予備充填して検出した燃料ガスの流量および燃料ガス容器４０の圧力増加量、のいずれかに基づいて、燃料ガス容器４０の容量を取得している。
この構成により、燃料ガス容器４０から送られる容量情報、または予備充填により検出した燃料ガスの流量および圧力増加量、の何れかに基づいて燃料ガス容器の正確な容量を取得することができる。
また、本実施形態は、燃料ガス充填装置１２が外気温度検出部３３と温度検出部２９とを更に備え、制御装置３４は、外気温度と燃料ガスの温度とに基づいて容器内圧力増加目標線を設定するとともに、外気温度と燃料ガスの温度と充填開始前の燃料ガス容器４０の初期圧力とに基づいて最終目標容器内圧力を設定している。
この構成により、最終目標容器内圧力および容器内圧力増加目標線を外気温度と燃料ガスの温度と充填開始前の燃料ガス容器４０の初期圧力とに応じた最適値に設定することができるため、燃料ガス容器４０の温度が規定温度を超えてしまうことを防止しつつ、燃料ガスの充填を最短時間で終了することができる。
また、本実施形態は、燃料ガス充填装置１２の制御装置３４は、燃料ガスの温度が高いほど容器内圧力増加目標線の増加率を低く設定している。
この構成により、燃料ガスの温度が高いほど燃料ガス容器の容器内圧力の増加率が低くなるように燃料ガスの充填が行われるので、燃料ガス容器４０の温度が規定値を超えてしまうことを防止することができる。
以上、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が特許請求の範囲に記載された請求項に含まれることが意図されている。
１２…燃料ガス充填装置、２９…温度検出部、３３…外気温度検出部、３４…制御装置（充填状態増加目標線設定部、充填状態取得部、充填制御部、容量取得部）、３５…圧力検出部、４０…燃料ガス容器、５０…温度検出部、５２…圧力検出部

Claims (7)

  1. 燃料ガスを燃料ガス容器に充填する燃料ガス充填装置であって、
    前記燃料ガスの充填を終了する最終目標充填状態まで所定の増加率で経時的に増加する充填状態増加目標線を設定する充填状態増加目標線設定部と、
    前記燃料ガス容器の充填状態を取得する充填状態取得部と、
    前記燃料ガス容器の充填状態が前記充填状態増加目標線に沿って増加するように、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスを間欠的に充填する充填制御部と、を備えることを特徴とする燃料ガス充填装置。
  2. 前記充填状態は、前記燃料ガス容器の容器内圧力であり、
    前記充填状態増加目標線設定部は、前記燃料ガスの充填を終了する最終目標容器内圧力まで所定の増加率で経時的に増加する容器内圧力増加目標線を設定し、
    前記充填状態取得部は、前記燃料ガスの流路または前記燃料ガス容器で検出された前記容器内圧力を取得し、
    前記充填制御部は、前記燃料ガス容器の容器内圧力が前記容器内圧力増加目標線に沿って増加するように、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスを間欠的に充填することを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス充填装置。
  3. 前記充填状態増加目標線設定部は、前記容器内圧力増加目標線の低圧側で該容器内圧力増加目標線と並行して増加する充填停止圧力線と、前記充填停止圧力線の低圧側で該充填停止圧力線と並行して増加する充填再開圧力線と、を更に設定し、
    前記充填制御部は、前記容器内圧力が前記充填停止圧力線以上となった場合に燃料ガスの充填を停止するとともに、前記容器内圧力が前記充填再開圧力線以下となった場合に燃料ガスの充填を再開することを特徴とする請求項２に記載の燃料ガス充填装置。
  4. 前記燃料ガス容器の容量を取得する容量取得部を更に備え、
    前記充填制御部は、前記容量取得部の取得した容量が予め設定された容量以下である場合に、前記燃料ガス容器に前記燃料ガスの間欠的な充填を行うことを特徴とする請求項２または３に記載の燃料ガス充填装置。
  5. 前記容量取得部は、前記燃料ガス容器側から送られる前記燃料ガス容器の容量情報、または予め前記燃料ガス容器に燃料ガスを所定時間だけ予備充填して検出した前記燃料ガスの流量および前記燃料ガス容器の圧力増加量、のいずれかに基づいて、前記燃料ガス容器の容量を取得することを特徴とする請求項４に記載の燃料ガス充填装置。
  6. 外気温度を検出する外気温度検出部と、
    前記燃料ガスの温度を検出する温度検出部と、を更に備え、
    前記充填状態増加目標線設定部は、前記外気温度と前記燃料ガスの温度とに基づいて前記容器内圧力増加目標線を設定するとともに、前記外気温度と前記燃料ガスの温度と充填開始前の前記燃料ガス容器の初期圧力とに基づいて前記最終目標容器内圧力を設定することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の燃料ガス充填装置。
  7. 前記充填状態増加目標線設定部は、前記燃料ガスの温度が高いほど前記容器内圧力増加目標線の増加率を低く設定することを特徴とする請求項６に記載の燃料ガス充填装置。
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