JP2015105709A - ガス充填装置及びガス充填方法 - Google Patents

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雅士 高野
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Takuo Uba
拓郎 姥
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Abstract

【課題】ガスタンクに供給されるガスの圧力が急激に上昇することを抑制できるガス充填装置及びガス充填方法を提供する。【解決手段】ガス充填装置１０は、蓄圧器１２と、圧縮機１４と、ガスタンク２に送出するためのディスペンサ１６から送出されたガスの圧力を検出する圧力センサ４１と、ガス流量を調整する調整弁４３と、コントローラ４７と、を備える。コントローラ４７は、圧力センサ４１の検出値が蓄圧器１２内のガス圧力に相当する圧力よりも所定値以上低い場合に、調整弁４３の開度を制御する開度制御部４７ｃと、蓄圧器１２内のガス圧力に相当する圧力に対する、圧力センサ４１の検出圧力の圧力差が、前記所定値よりも小さな値になると、吸い込んだガスを圧縮機１４が圧縮するように圧縮機１４を駆動制御する圧縮制御部４７ｂと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス充填装置及びガス充填方法に関する。
従来、特許文献１に開示されているように、タンク搭載装置に搭載されたガスタンクに対してガスを供給するガス充填装置が知られている。このガス充填装置には、ガスを貯留する蓄圧器と、蓄圧器に貯留されたガスを吸入して圧縮する圧縮機と、圧縮機から吐出されたガスをタンク搭載装置のガスタンクに送り出すための送出ノズルとが設けられている。
下記特許文献２には、ガスを圧縮して供給先に供給するための往復動圧縮機が開示されている。圧縮機のシリンダには吸込ラインと吐出ラインが繋がっている。ピストンを往復動させることにより、吸込ラインからシリンダ内に吸い込んだガスを圧縮して吐出ラインから吐出することができる。一方、吸込ラインでのガス圧力が吐出ラインでのガス圧力よりも高い場合には、シリンダに流入したガスは実質的に圧縮されることなく吐出ラインに吐出される。
特開２０１２−７７８５８号公報 特開２００５−１５５４８６号公報
特許文献２に開示された圧縮機は、特許文献１に開示されたガス充填装置に用いられ得る。この場合において、蓄圧器に貯留されたガスの圧力と送出ノズル側のガス圧力との圧力差に応じて、蓄圧器から供給されるガスの流量が変動する。このため、前記圧力差によっては、ガス流量が過大になることが起こり、ガスタンクに供給されるガスの圧力が急激に上昇する虞がある。
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガスタンクに供給されるガスの圧力が急激に上昇することを抑制できるガス充填装置及びガス充填方法を提供することにある。
前記の目的を達成するため、本発明は、タンク搭載装置に搭載されたガスタンクに対してガスを供給するためのガス充填装置であって、ガスを貯留する蓄圧器と、回転数調整可能であり、前記蓄圧器内のガスを吸い込む一方で、吸い込んだガスを吐出する圧縮機と、前記圧縮機から吐出されてディスペンサから前記ガスタンクに送出されたガスの圧力を検出する供給圧力検出手段と、前記圧縮機に吸い込まれるガスの流量を調整する調整弁と、ガスの供給量制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力よりも所定値以上低い場合に、前記調整弁の開度を制御する開度制御部と、前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力に対する、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力の圧力差が、前記所定値よりも小さな値になると、吸い込んだガスを前記圧縮機が圧縮するように前記圧縮機を駆動制御する圧縮制御部と、を有する、ガス充填装置である。
本発明では、蓄圧器内のガス圧力が圧縮機の吐出側（ディスペンサ側）での圧力よりも高ければ、その圧力差によってディスペンサからタンク搭載装置のガスタンクへガスを供給することができる。このとき、供給圧力検出手段の検出値が蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力よりも所定値以上低ければ、その圧力差に応じて急激にガスが流れる可能性がある。そこで、開度制御部は、圧縮機に導入されるガスの流量が過大にならないように調整弁の開度を制御する。したがって、ガスタンクに供給されるガスの流量が過大にならないように調整でき、ガスタンクにおけるガス圧力の昇圧速度が過大にならないようにすることができる。そして、蓄圧器内のガス圧力とディスペンサ側でのガス圧力との圧力差が小さくなると、それに伴い、ディスペンサから送出されるガス流量が低下する。このため、制御手段の圧縮制御部は、供給圧力検出手段によって検出されたガスの圧力が、蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力に対して、前記所定値よりも小さな圧力差になると、吸い込んだガスを圧縮機が圧縮するように圧縮機を駆動制御する。これにより、ディスペンサ側でのガス圧力が高くなった場合においても、ガスタンクへのガスの供給を継続することができる。
ここで、前記開度制御部は、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力と目標圧力との圧力差に応じて、ＰＩＤ制御によって前記調整弁の開度を制御してもよい。
この態様では、ガスタンクに供給されたガス量に応じて、ディスペンサからガスタンクに送出されるガス圧力の目標圧力が変化するときに、その目標圧力に対する供給圧力検出手段による検出圧力の差に応じて、開度制御部は調整弁を制御する。したがって、ディスペンサから送出されるガスの圧力が目標圧力に沿うように、ガスの流量を調整することができる。
この態様において、前記開度制御部は、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が、前記目標圧力に対して所定値以上低い圧力になると、前記調整弁の制御にあたり、前記ＰＩＤ制御にギャップ制御を追加してもよい。
この態様では、ＰＩＤ制御によって調整弁によるガス量を調整するとしても、供給圧力検出手段による検出圧力が、時々刻々と変化する目標圧力から乖離しやすくなる。そこで、ＰＩＤ制御によって制御された調整弁によるガス量よりも流量を上げるように、ギャップ制御を追加する。これにより、供給圧力検出手段による検出圧力が目標圧力に対して所定値以上低い圧力になった場合には、ガス流量をそれまで以上に増大させることができ、供給圧力検出手段による検出圧力を目標圧力に沿わせることができる。
前記ガス充填装置は、前記圧縮機から吐出されたガスの少なくとも一部を前記圧縮機の吸入側に戻す戻し手段を備えていてもよい。
この態様では、戻し手段により、圧縮機からの吐出ガスの少なくとも一部が圧縮機の吸入側に戻されるため、その分、ディスペンサから送出されるガスの流量を減らすことができる。このため、供給停止直前のとき等のようにガス供給量を減らしたいときにも、圧縮機の回転数を所定回転数に維持することができる。したがって、所定回転数以下で圧縮機を駆動することによって圧縮機の動作が不安定になってしまうことを抑止することができる。また、圧縮機の回転数の変動幅を小さくすることができる。
前記ガス充填装置は、前記圧縮機の吐出側に配置された開閉弁を備えていてもよい。この場合、前記制御手段は、前記ガスタンクへの充填終了時に、前記戻し手段によるガスの戻し量を調整し、前記開閉弁を閉じる停止制御を行ってもよい。
この態様では、停止制御時に、圧縮機の吐出側に配置された開閉弁を閉じるとともに、戻し手段により、圧縮機からの吐出ガスを圧縮機の吸入側に戻す。このため、圧縮機が停止するまでに時間を要するとしても、所定量の充填が完了したときにすぐに開閉弁を閉じることができる。
本発明は、タンク搭載装置に搭載されたガスタンクに対して、ガス充填装置の蓄圧器からディスペンサを通してガスを供給するためのガス充填方法であって、供給圧力検出手段により、前記ディスペンサから送出されたガスの圧力を検出し、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力よりも所定値以上低い場合に、前記調整弁の開度を制御し、前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力に対する、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力の圧力差が、前記所定値よりも小さな値になると、吸い込んだガスを前記圧縮機が圧縮するように前記圧縮機を駆動制御する、ガス充填方法である。
前記ガス充填方法において、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力と目標圧力との圧力差に応じて、ＰＩＤ制御により、前記調整弁を制御してもよい。
前記ガス充填方法において、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が、前記目標圧力に対して所定値以上低い圧力になると、前記調整弁の制御にあたり、ＰＩＤ制御に加えてギャップ制御を追加してもよい。
前記ガス充填方法において、前記ガスタンクへの充填終了時に、前記圧縮機から吐出されたガスを吸入側に戻す量を調整し、前記圧縮機の吐出側に配置された開閉弁を閉じる停止制御を行ってもよい。
以上説明したように、本発明によれば、ガスタンクに供給されるガスの圧力が急激に上昇することを抑制することができる。
本発明の実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。 前記ガス充填装置に設けられた圧縮機の構成を説明するための図である。 前記ガス充填装置によるガス充填方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係るガス充填方法におけるスタンバイ動作を説明するための図である。 前記ガス充填方法における供給動作を説明するための図である。 供給動作における目標圧力の推移及び圧力センサの検出値の推移を説明するための図である。 本発明のその他の実施形態に係るガス充填装置の全体構成を概略的に示す図である。 本発明のその他の実施形態における供給動作を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態に係るガス充填装置１０は、ガスタンク２を搭載したタンク搭載装置の一例である燃料電池車４に水素ガスを供給するためのものであり、例えば、水素ガスの供給スタンドとしての水素ステーションに設けられる。
ガス充填装置１０は、水素ガスが貯留される蓄圧器１２と、蓄圧器１２内の水素ガスを吸い込む一方で、吸い込んだ水素ガスを吐出する圧縮機１４と、圧縮機１４から吐出された水素ガスをガスタンク２に送出するためのディスペンサ１６と、吐出側の開閉弁である第１開閉弁１８と、吸入側の開閉弁である第２開閉弁２０と、を備えている。
蓄圧器１２には、水素ガスが所定の圧力（例えば、４０ＭＰａ）で貯留されている。蓄圧器１２には、吸入路２４の一端部が接続されており、吸入路２４の他端部は、圧縮機１４の吸入部に接続されている。したがって、蓄圧器１２内の水素ガスは吸入路２４を通して圧縮機１４に導入される。
圧縮機１４の吐出部には、吐出路２６の一端部が接続されており、吐出路２６の他端部は、ディスペンサ１６の流入口に接続されている。したがって、圧縮機１４から吐出された水素ガスは、吐出路２６を通してディスペンサ１６に導入される。なお、実際には圧縮機１４とディスペンサ１６との間にクーラ等の機器が設けられている。
ディスペンサ１６には、吐出路２６を通してディスペンサ１６内に導入された水素ガスを送り出す送出路２８が接続されている。送出路２８は、その先端にノズル部２８ａが設けられており、燃料電池車４のガスタンク２に水素ガスを送り出す。
蓄圧器１２内の圧力は所定の圧力（例えば、４０ＭＰａ）に設定されているため、ディスペンサ１６には、この所定の圧力に相当する圧力としての基準圧力を記憶する記憶部１６ａが設けられている。また、ディスペンサ１６の記憶部１６ａには、後述の圧力センサ４１の検出値とディスペンサ１６から供給される水素ガスの目標圧力とを関連付けたマップも記憶されている。
第１開閉弁１８は、吐出路２６に設けられており、第２開閉弁２０は、吸入路２４に設けられている。
図２に示すように、圧縮機１４は、往復動圧縮機によって構成されている。すなわち、圧縮機１４は、ピストン３１と、ピストン３１を収容するシリンダ３２と、クランクケース３３と、クロスガイド３４と、ピストンロッド３５と、クロスヘッド３６と、クランク軸３７と、コネクティングロッド３８と、を備えている。
クロスガイド３４は、シリンダ３２とクランクケース３３とを接続している。クロスガイド３４には、クロスヘッド３６が往復動可能に収容されている。
クランク軸３７は、クランクケース３３内に設けられており、図略のモータの駆動により回転する。コネクティングロッド３８は、クランク軸３７とクロスヘッド３６とを接続している。ピストンロッド３５は、ピストン３１とクロスヘッド３６とを接続している。クランク軸３７の回転により、クロスヘッド３６が往復動するため、それに同期してピストン３１はシリンダ３２内を往復移動する。
シリンダ３２内の空間は、ピストン３１により圧縮室３２ａと非圧縮室３２ｂとに区画されている。圧縮室３２ａは、吸入路２４及び吐出路２６が開口しており、吸入路２４から吸い込まれた水素ガスが導入される空間である。
シリンダ３２には、吸入弁３２ｃと吐出弁３２ｄとが設けられている。吸入弁３２ｃは、吸入路２４の接続部（圧縮機１４の吸入部）に設けられている。吸入弁３２ｃには、吸入路２４内の圧力が圧縮室３２ａ内の圧力よりも高いときに開弁し、吸入路２４内の圧力が圧縮室３２ａ内の圧力よりも低いときに閉弁するようにバネ（図示省略）が設けられている。
吐出弁３２ｄは、吐出路２６の接続部（圧縮機１４の吐出部）に設けられている。吐出弁３２ｄには、圧縮室３２ａ内の圧力が吐出路２６内の圧力よりも高いときに開弁し、圧縮室３２ａ内の圧力が吐出路２６内の圧力がよりも低いときに閉弁するようにバネ（図示省略）が設けられている。
図１に示すように、ガス充填装置１０には、ディスペンサ１６から送出されたガスの圧力を検出する供給圧力検出手段としての圧力センサ４１と、圧縮機１４に吸い込まれるガスの流量を調整する調整弁４３と、圧縮機１４から吐出されたガスの少なくとも一部を圧縮機１４の吸入側に戻す戻し手段４５と、水素ガスの供給量制御を行う制御手段としてのコントローラ４７と、が設けられている。
圧力センサ４１は、送出路２８における例えばノズル部２８ａに配置されており、送出路２８内の水素ガスの圧力を検出するように構成されている。
調整弁４３は、吸入路２４における第２開閉弁２０の下流側に設けられている。調整弁４３は、任意に開度調整可能な弁によって構成されており、コントローラ４７から出力された指令に応じて、開度調整を行うように構成されている。
戻し手段４５には、戻し路４５ａと、戻し路４５ａに設けられたスピルバック弁４５ｂとが含まれている。スピルバック弁４５ｂは、任意に開度調整可能な弁であり、コントローラ４７から出力された指令に応じて、開度調整を行う。なお、戻し路４５ａには、吐出路２６に接続された端部から吸入路２４に接続された端部に向かう流れを許容する一方で、その逆の流れを阻止する逆止弁４９が設けられている。
コントローラ４７は、ガスタンク２に供給される水素ガスの昇圧速度が、規定の速度以下になるように、ガスの供給量を調整するための制御を行う。水素ガスを充填するに際しては、ＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）規格等の水素充填プロトコルに定められているように、規定の速度（APRR；Average Pressure Ramp Rate）以下に調整することが必要である。このため、コントローラ４７は、水素ガスの圧力上昇速度が規定の速度以下になるように、ガスの供給量調整のための制御を行う。
コントローラ４７は、演算装置、記憶部、一時記憶部等を備えていて、記憶部に記憶されたプログラムを実行することによって、所定の機能を発揮するように構成されている。コントローラ４７の機能には、目標制御部４７ａと、圧縮制御部４７ｂと、開度制御部４７ｃと、戻し制御部４７ｄと、開閉制御部４７ｅとが含まれている。
目標制御部４７ａは、充填開始時から充填完了時までの間、ディスペンサ１６の記憶部１６ａから逐次目標圧力を読み出す。また、圧力センサ４１の検出値と目標圧力とを比較することにより、充填開始時の圧力から最終圧力（例えば７０ＭＰａ）になってガスタンク２への充填が完了するまでの間、ガスタンク２の昇圧速度が予め設定されたＡＰＲＲを超えないように制御することができる。
圧縮制御部４７ｂは、圧縮機１４の回転数を調整する制御を実行する。クランク軸３７を回転させるための圧縮機１４のモータは、図略のインバータによって回転数調整できるように構成されており、圧力制御部４７ｂは、モータの回転数を調整するための信号を出力する。
開度制御部４７ｃは、調整弁４３の開度を調整する制御を実行する。開度制御部４７ｃは、圧力センサ４１の検出値と、目標制御部４７ａによって読み出された目標圧力とを比較するとともに、この比較結果に基づいて、調整弁４３の開度制御を行うように構成されている。
戻し制御部４７ｄは、スピルバック弁４５ｂの開度を調整する制御を実行する。スピルバック弁４５ｂは、コントローラ４７から出力された信号に基づいて開度調整される。
開閉制御部４７ｅは、第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０を開閉するための制御を実行する。第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０はそれぞれ、コントローラ４７から出力された信号に基づいて、開いたり、閉じたりする。
ここで、本実施形態に係るガス充填装置１０の動作制御について説明する。ガス充填装置１０が以下のように動作することにより、蓄圧器１２から燃料電池車４のガスタンク２にガスを供給するためのガス充填方法が実施される。
ガス充填方法には、図３に示すように、スタンバイ動作（ステップＳＴ１０）、供給動作（ステップＳＴ２０）及び停止動作（ステップＳＴ３０）が含まれている。スタンバイ動作（ステップＳＴ１０）は、水素ガスを供給できる状態にするための準備動作であり、供給動作（ステップＳＴ２０）は、水素ガスをガスタンク２に供給するための動作であり、停止動作（ステップＳＴ３０）は、水素ガスの供給を停止するときの動作である。
図４に示すように、スタンバイ動作（ステップＳＴ１０）では、第１開閉弁１８、第２開閉弁２０及び調整弁４３は何れも閉じられた状態となっている。そして、コントローラ４７において、圧縮機１４及びディスペンサ１６の準備が完了したことが確認され、燃料電池車４が水素ステーションの所定位置でスタンバイされたことが確認されると（ステップＳＴ１１）、コントローラ４７は、起動許可信号を出力する（ステップＳＴ１２）。なお、ディスペンサ１６が起動許可信号を出力する構成としてもよい。
この状態で利用者が図外のスタートボタンを操作すると、圧縮機１４が起動する（ステップＳＴ１３）。圧縮機１４のモータは、モータの出力トルクが十分となる予め設定された所定の回転数（第１回転数）以上になるまで、次第に回転数を増大させる。圧縮機１４のモータが第１回転数になると準備完了となる。このとき、第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０は閉じられたままとなっているが、スピルバック弁４５ｂは全開状態に開放されている。したがって、圧縮機１４から吐出された水素ガスは、戻し路４５ａを通して吸入路２４に戻され、水素ガスは、第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０間を循環する。
なお、第１回転数は、例えば、モータの最大回転数の約３０％の回転数に設定されている。ただし、第１回転数は、この値に限られるものではなく、圧縮機１４の機種等によって適宜変更され得る。
圧縮機１４のモータの回転数が第１回転数になると、コントローラ４７が供給指令を送信し（ステップＳＴ１４）、供給動作が開始される（ステップＳＴ２０）。なお、ディスペンサ１６が供給指令を送信する構成としてもよい。
供給動作（ステップＳＴ２０）が開始すると、開閉制御部４７ｅが第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０を開放する制御を行い、開度制御部４７ｃが調整弁４３を徐々に開放する制御を行う。このとき、スピルバック弁４５ｂは閉じられる。
図５に示すように、供給動作（ステップＳＴ２０）には、調整弁４３の開度調整による水素ガスの流量制御が行われるフェーズ１（ステップＳＴ２１）と、圧縮機１４のモータ回転数調整による水素ガスの流量制御が行われるフェーズ２（ステップＳＴ２２）と、スピルバック弁４５ｂの開度調整による水素ガスの流量制御が行われるフェーズ３（ステップＳＴ２３）と、が含まれている。
フェーズ１（ステップＳＴ２１）では、圧力センサ４１によって送出路２８内の水素ガスの圧力が検出されており、圧力センサ４１の検出値がディスペンサ１６の記憶部１６ａに記憶されコントローラ４７に読み出された基準圧力に比べて所定値以上低い場合には、圧力センサ４１の検出値と読み出された目標圧力との比較結果に基づいて、調整弁４３の開度調整が行われる。水素ガスの供給開始直後においては、送出路２８内のガス圧力が蓄圧器１２内の圧力に比べて低いことがあるため、その場合には、圧縮機１４が駆動しているとしても、水素ガスは圧縮機１４において実質的に圧縮されないで、圧縮機１４から吐出されることになる。
この場合において、蓄圧器１２内のガス圧力が送出路２８内のガス圧力よりも十分に高いときには、その差圧によって水素ガスの流量が急激に増大し、ガスタンク２での昇圧速度が過大になってしまう虞があるため、そのような事態を回避すべく調整弁４３の開度調整が行われる。すなわち、目標制御部４７ａは、圧力センサ４１の検出値（ガスタンク２内の圧力に相当）とディスペンサ１６の記憶部１６ａから目標圧力を読み出す。そして、開度制御部４７ｃは、圧力センサ４１の検出値と目標圧力とを比較し、ＰＩＤ制御により、目標圧力と圧力センサ４１の検出値との圧力差に応じて調整弁４３の開度を調整する。これにより、ガスタンク２へ導入される水素ガスの流量が過大になることを防止することができる。
蓄圧器１２から圧縮機１４に吸引されて、該圧縮機１４から吐出された水素ガスは、ディスペンサ１６を経由して送出路２８のノズル部２８ａから燃料電池車４のガスタンク２内に供給される。ガスタンク２内のガス量が増えてくると、圧力センサ４１の検出値もそれに応じて上昇する。そして、図６に示すように、圧力センサ４１によって送出路２８のガス圧力が所定時間毎に繰り返し検出され、逐次読み出された目標圧力と比較して制御を行う。目標圧力は次第に上昇する。そして、圧力センサ４１の検出値と目標圧力との圧力差に応じて、圧力センサ４１の検出値がこの目標圧力に近づくように調整弁４３の開度調整が順次行われる。このとき、圧縮機１４のモータは第１回転数に維持され、水素ガスは、圧縮機１４の圧縮室３２ａ内で圧縮されることなく圧縮機１４から吐出される。
フェーズ１（ステップＳＴ２１）において、圧力センサ４１の検出値が目標圧力に対して所定値以上低い圧力になると、開度制御部４７ｃは、ＰＩＤ制御にギャップ制御を追加することにより、ガス流量の増大速度を上昇させる。すなわち、ガスタンク２内の圧力と蓄圧器１２内のガス圧力との圧力差が次第に小さくなってくると、それに応じてＰＩＤ制御によって調整弁４３の開度を大きくしたとしてもガス流量が増大し難くなり、結果として、圧力センサ４１の検出値が目標圧力から次第に乖離することがある。そこで、ＰＩＤ制御による操作量（調整弁４３の開度増大量）が、比例ゲインを変更するギャップ制御によって補正される。これにより、操作量の変化率が増大し、圧力センサ４１の検出値を目標圧力に追随し易くすることができる。
その後、基準圧力に対する圧力センサ４１の検出値の圧力差が所定値（例えば５ＭＰａ）よりも小さな値になると、フェーズ２（ステップＳＴ２２）に移行する。
フェーズ２では、目標圧力及び圧力センサ４１の検出値に基づいて、ＰＩＤ制御により、圧縮機１４のモータの回転数とスピルバック弁４５ｂの開度を調整する制御が行われる。このとき、圧縮機１４の圧縮室３２ａ内で実質的に圧縮された水素ガスが圧縮機１４から吐出されて、ディスペンサ１６を通過した後、送出路２８を通して燃料電池車４のガスタンク２に供給される。このため圧力センサ４１の検出値が蓄圧器１２内のガス圧力よりも高くなった場合でも、水素ガスの供給を継続することができる。また、圧縮機１４のモータが第１回転数であったとしても圧力センサ４１の検出値が目標圧力を超えてしまいそうな場合には、スピルバック弁４５ｂの開度を調整することによって水素ガスの供給量を調整する制御が行われる。
そして、圧力センサ４１の検出値が最終目標圧力に対して所定だけ低い値になると、ディスペンサ１６（コントローラ４７でもよい）から減速指令が出され、水素ガスの供給流量を低減させる減速制御を行う（フェーズ３）。この減速制御では、目標圧力の上昇速度が低減されるため、圧縮機１４の回転数が抑制された状態で駆動される。したがって、低減されたガス流量で水素ガスがガスタンク２に供給される。
フェーズ３（ステップＳＴ２３）では、圧縮機１４は、モータの回転数が少なくとも第１回転数をキープするように駆動され、スピルバック弁４５ｂの開度を調整することによってガスタンク２への水素ガスの供給量を調整する制御が行われる。
目標圧力が最終目標圧力に到達し、圧力センサ４１の検出値に基づいて水素ガスの充填が完了したと判定されると、停止制御を実行する停止動作（ステップＳＴ３０）に移行する。停止制御では、第２開閉弁２０が閉鎖されるとともに、スピルバック弁４５ｂの開度調整が行われる。つまり、第１開閉弁１８及び第２開閉弁２０は開閉弁であるので、すぐに閉じることができる一方、圧縮機１４が停止するには時間を要する。このため、第２開閉弁２０が閉じられるとともに圧縮機１４への電力供給が停止される。これにより圧縮機１４のモータの回転数が徐々に低下する。このとき、スピルバック弁４５ｂの開度の開度調整を行うことにより、圧縮機１４から水素ガスが吐出されることが許容されている。その後、第１開閉弁１８が閉じられる。このようにして、水素ガスの充填を完了する。
以上説明したように、本実施形態では、蓄圧器１２内のガス圧力が圧縮機１４の吐出側（ディスペンサ１６側）での圧力よりも高ければ、その圧力差によってディスペンサ１６から燃料電池車４のガスタンク２へガスを供給することができる。このとき、圧力センサ４１の検出値がディスペンサ１６から取得される基準圧力よりも所定値以上低ければ、その圧力差に応じて急激にガスが流れる可能性がある。そこで、開度制御部４７ｃは、ガスタンク２に導入されるガスの流量が過大にならないように調整弁４３の開度を制御する。このとき開度制御部４７ｃはＰＩＤ制御によって調整弁４３を制御する。したがって、ガスタンク２に供給されるガスの流量が過大にならないように調整でき、ガスタンク２におけるガス圧力の昇圧速度が過大にならないようにすることができ、ディスペンサ１６から送出されるガスの圧力が目標圧力に沿うように、ガスの流量を調整することができる。そして、蓄圧器１２内のガス圧力とディスペンサ１６側でのガス圧力との圧力差が小さくなると、それに伴い、ディスペンサ１６から送出されるガス流量が低下する。このため、圧縮制御部４７ｂは、圧力センサ４１によって検出されたガスの圧力が、基準圧力に対して前記所定値よりも小さな圧力差になると、吸い込んだガスを圧縮機１４が圧縮する。これにより、ディスペンサ１６側でのガス圧力が高くなった場合においても、ガスタンク２へのガスの供給を継続することができる。
また本実施形態では、ＰＩＤ制御によって調整弁４３によるガス量を調整するとしても、圧力センサ４１による検出圧力が、時々刻々と変化する目標圧力から乖離することがある。そこで、ＰＩＤ制御によって制御された調整弁４３によるガス量よりも流量を上げるように、ギャップ制御を追加する。これにより、圧力センサ４１による検出圧力が目標圧力に対して所定値以上低い圧力になった場合には、ガス流量をそれまで以上に増大させることができ、圧力センサ４１による検出圧力を目標圧力に沿わせることができる。
また本実施形態では、戻し手段４５により、圧縮機１４からの吐出ガスの少なくとも一部が圧縮機１４の吸入側に戻されるため、その分、ディスペンサ１６から送出されるガスの流量を減らすことができる。このため、供給停止直前のとき等のようにガス供給量を減らしたいときにも、圧縮機１４の回転数を所定回転数に維持することができる。したがって、所定回転数以下で圧縮機１４を駆動することによって圧縮機１４の動作が不安定になってしまうことを抑止することができる。また、圧縮機１４の回転数の変動幅を小さくすることができる。
また本実施形態では、停止制御時に、戻し手段４５により、圧縮機１４からの吐出ガスを圧縮機１４の吸入側に戻す。このため、圧縮機１４が停止するまでに時間を要するとしても、所定量の充填が完了したときにすぐに第１開閉弁１８を閉じることができる。
なお、本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。例えば、前記実施形態では、第２開閉弁２０が設けられる構成としたが、これに限られず、第２開閉弁２０が省略された構成としてもよい。
また、図７に示すように、吸入路２４に吸入圧力センサ５５が設けられていてもよい。吸入圧力センサ５５は、第２開閉弁２０よりも上流側の位置に配置されている。この場合、開度制御部４７ｃは、圧力センサ４１の検出値と吸入圧力センサ５５の検出値とを比較するとともに、この比較結果に基づいて、調整弁４３の開度制御を行う。
前記実施形態では、供給動作にフェーズ３（ステップＳＴ２３）が含まれる制御としたが、図８に示すように、供給動作にはフェーズ１及び２（ステップＳＴ２１、２２）のみが含まれ、フェーズ３が省略された構成としてもよい。すなわち、供給動作の最終段階で、回転数が抑制された状態で圧縮機１４が駆動されるのではなく、圧縮機１４の回転数制御を行いつつスピルバック弁４５ｂの開度調整を行いながら、フェーズ２（ステップＳＴ２２）の状態のまま最終圧力まで制御を行い、図３のステップＳＴ３０に示す停止動作に至るようにしてもよい。
２ ガスタンク
４ 燃料電池車
１０ ガス充填装置
１２ 蓄圧器
１４ 圧縮機
１６ ディスペンサ
１８ 第１開閉弁
２０ 第２開閉弁
２４ 吸入路
２６ 吐出路
２８ 送出路
２８ａ ノズル部
３２ａ 圧縮室
４１ 圧力センサ
４３ 調整弁
４５ 戻し手段
４５ａ 戻し路
４５ｂ スピルバック弁
４７ コントローラ
４７ａ 目標制御部
４７ｂ 圧縮制御部
４７ｃ 開度制御部
４７ｄ 戻し制御部
４７ｅ 開閉制御部
５５ 吸入圧力センサ

Claims (9)

  1. タンク搭載装置に搭載されたガスタンクに対してガスを供給するためのガス充填装置であって、
    ガスを貯留する蓄圧器と、
    回転数調整可能であり、前記蓄圧器内のガスを吸い込む一方で、吸い込んだガスを吐出する圧縮機と、
    前記圧縮機から吐出されてディスペンサから前記ガスタンクに送出されたガスの圧力を検出する供給圧力検出手段と、
    前記圧縮機に吸い込まれるガスの流量を調整する調整弁と、
    ガスの供給量制御を行う制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、
    前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力よりも所定値以上低い場合に、前記調整弁の開度を制御する開度制御部と、
    前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力に対する、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力の圧力差が、前記所定値よりも小さな値になると、吸い込んだガスを前記圧縮機が圧縮するように前記圧縮機を駆動制御する圧縮制御部と、を有する、ガス充填装置。
  2. 前記開度制御部は、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力と目標圧力との圧力差に応じて、ＰＩＤ制御によって前記調整弁の開度を制御する、請求項１に記載のガス充填装置。
  3. 前記開度制御部は、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が、前記目標圧力に対して所定値以上低い圧力になると、前記調整弁の制御にあたり、前記ＰＩＤ制御にギャップ制御を追加する、請求項２に記載のガス充填装置。
  4. 前記圧縮機から吐出されたガスの少なくとも一部を前記圧縮機の吸入側に戻す戻し手段を備えている、請求項１から３の何れか１項に記載のガス充填装置。
  5. 前記圧縮機の吐出側に配置された開閉弁を備えており、
    前記制御手段は、前記ガスタンクへの充填終了時に、前記戻し手段によるガスの戻し量を調整し、前記開閉弁を閉じる停止制御を行う、請求項４に記載のガス充填装置。
  6. タンク搭載装置に搭載されたガスタンクに対して、ガス充填装置の蓄圧器からディスペンサを通してガスを供給するためのガス充填方法であって、
    供給圧力検出手段により、前記ディスペンサから送出されたガスの圧力を検出し、
    前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力よりも所定値以上低い場合に、前記調整弁の開度を制御し、
    前記蓄圧器内のガス圧力又はこれに相当する圧力に対する、前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力の圧力差が、前記所定値よりも小さな値になると、吸い込んだガスを前記圧縮機が圧縮するように前記圧縮機を駆動制御する、ガス充填方法。
  7. 前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力と目標圧力との圧力差に応じて、ＰＩＤ制御により、前記調整弁を制御する請求項６に記載のガス充填方法。
  8. 前記供給圧力検出手段によって検出されたガス圧力が、前記目標圧力に対して所定値以上低い圧力になると、前記調整弁の制御にあたり、ＰＩＤ制御に加えてギャップ制御を追加する請求項７に記載のガス充填方法。
  9. 前記ガスタンクへの充填終了時に、前記圧縮機から吐出されたガスを吸入側に戻す量を調整し、前記圧縮機の吐出側に配置された開閉弁を閉じる停止制御を行う請求項６から８の何れか１項に記載のガス充填方法。
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