JP2015137671A - ガス充填装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】組み立て工程を簡素化して現場での組み立てを容易に行う。
【解決手段】ガス充填装置２は、ガス搬送管３１を介してガスを搬送する充填機構と、充填機構から導入されるガス搬送管３１を冷却するガス管路冷却部１１とを有する本体ユニット１０と、ガス管路冷却部１１から導出されたガス搬送管３２に接続される充填ホース２１と、充填ホース２１の先端に設けられた充填ノズル２２とを有するホースユニット２０とを備え、ガス搬送管３１及び３２をガス管路冷却部１１に連結する管路連結手段を備える。管路連結手段は、本体ユニット１０に設けられ、ガス管路冷却部１１の移動方向を規制するガイド溝４１ａを有する上部レールユニット４１と、本体ユニット１０に設けられ、ガイド溝４１ａに平行なレール４２ａを有する下部レールユニット４２と、ガス管路冷却部１１が載置され、レール４２ａに沿って移動可能な移動部３４とからなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＮＧ、水素ガス等を燃料とするＣＮＧ自動車、燃料電池自動車、水素自動車等の車両の燃料タンクにガスを充填するガス充填装置に関する。
近年の環境問題に対応する車輌として、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）、水素等のガス燃料を用いたＣＮＧ自動車、燃料電池自動車、水素自動車等の開発が活発に行われている。このようなガス燃料を用いて走行する車輌の普及を促進するには、車輌に搭載されている車載タンクに安定して効率よくガス燃料を充填する装置が必要となる。
そこで、本出願人は、車輌に搭載された車載タンクに効率的にガス燃料を充填するためのガス充填装置を提案した（例えば、特許文献１）。一般に、水素ガス自動車等では、ガスを燃料タンクに高圧で充填することが要求され、ガスを燃料タンクに充填する際には、断熱圧縮による温度上昇が起きる。そのため、特許文献１に記載のガス充填装置では、蓄圧機から供給されたガスを搬送するガス搬送管を、冷媒冷却装置から供給された冷媒によって冷却し、冷却されたガスを車載タンクに充填する。これにより、ガスを車輌の燃料タンクに充填する際のガス温度の上昇を抑制することができる。
特願２０１２−２６５１２５号
ところで、充填施設にガス充填装置を設置する場合、特に、本体ユニット内に設置スペースを極力抑えて２００ｋｇ程度のガス管路冷却部を収める場合には、複数人でガス管路冷却部を移動させて配管の接続を行う必要がある。
配管を接続する場合には、接続する配管が１次側配管と２次側配管とがあるため、各々の配管を正確にガス管路冷却部に接続する必要があり、配管のメタルシール部への損傷を防ぎながら連結する必要がある。そのため、接続作業を行う場合には、作業者の高い熟練度が必要となる。このとき、接続部に対する損傷が発生すると、水素ガスが漏れ出して爆発等の災害が発生する虞があるという問題があった。
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、組み立て工程を簡素化して現場での組み立てを容易に行うことが可能なガス充填装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、ガスの供給源からガスの流量を計測しながら第１のガス搬送管を介して前記ガスを搬送する充填機構と、該充填機構から導入される前記第１のガス搬送管を冷却するガス管路冷却部とを有する本体ユニットと、前記ガス管路冷却部から導出された第２のガス搬送管に接続される充填ホースと、該充填ホースの先端に設けられた充填ノズルとを有するホースユニットとを備えるガス充填装置において、前記第１及び第２のガス搬送管を前記ガス管路冷却部に連結する管路連結手段を備えることを特徴とする。
そして、本発明によれば、管路連結手段によって第１及び第２のガス搬送管とガス管路冷却部とを連結するため、ガス搬送管とガス管路冷却部との連結を容易に行うことが可能となる。また、本体ユニットとガス管路冷却部とを個別に運搬できるため、コンパクトかつ運搬に係るコストを低減することが可能となる。
上記ガス充填装置において、前記管路連結手段を、前記本体ユニットのフレームに設けられ、前記ガス管路冷却部の移動方向を規制するガイド溝を有する上部レールユニットと、前記本体ユニットのフレームに設けられ、前記ガイド溝に平行なレールを有する下部レールユニットと、前記ガス管路冷却部が載置され、前記レールに沿って移動可能な移動部とで構成することができる。これにより、ガス管路冷却部を容易に移動して本体ユニット内に設置することができる。
上記ガス充填装置において、前記移動部を、前記レール上を移動する複数の車輪と、該車輪の移動方向に位置する側面に設けられ、前記車輪の前記レールからの脱輪を防止する脱輪防止ガイドとで構成することができる。
上記ガス充填装置において、前記移動部を、前記レール上を移動する複数の車輪と、該車輪の移動方向に対して垂直方向に位置する側面に設けられ、前記車輪の前記レールからの脱輪を防止するアンカーブラケットとで構成し、前記レールを、前記車輪が入り込むように凹状に形成することができる。
上記ガス充填装置において、前記第２のガス搬送管に、ガスを遮断する遮断弁を設けることができる。これにより、第１のガス搬送管に遮断弁を設けた場合と比較して、脱圧時の大気へ放出するガスをより少なくすることができる。
上記ガス充填装置において、前記第２のガス搬送管の周囲に、該第２のガス搬送管を流れるガスの温度を保持する断熱部材を設けることができる。これにより、ガス管路冷却部で冷却されたガスの温度を保持した状態でガスを車輌の燃料タンクへ充填することができ、燃料タンク内での温度上昇を抑制することができる。
以上のように、本発明によれば、組み立て工程を簡素化して現場での組み立てを容易に行うことが可能になる。
本発明に係るガス充填装置を適用可能なガス充填システムについて説明するための概略図である。 本発明に係るガス充填装置の第１の実施形態を示す全体構成図である。 第１の実施形態における充填部のガス管路冷却部の周辺の構造を示す構造図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。 ガス管路冷却部と冷媒搬送管との接続について説明するための概略図である。 第２の実施形態における充填部のガス管路冷却部の周辺の構造を示す構造図である。
次に、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。尚、以下の説明においては、本発明に係るガス充填装置が水素ガス充填装置であって、水素ガス自動車に水素ガスを供給する場合を例にとって説明する。
まず、本発明に係るガス充填装置を適用可能なガス充填システムについて、図１を参照して概略的に説明する。ガス充填システム１は、トラック６に積載されたカードル７に充填された水素ガス等の燃料ガスＦを、圧縮機４、蓄圧機５及びガス充填装置２を介して冷却しながら車輌に搭載された車載タンク（不図示）に充填するために設けられる。尚、カードル７に充填された燃料ガスＦは、蓄圧機５を介さずに、圧縮機４から直接ガス充填装置２へ供給される場合もある。
また、このガス充填システム１には、集中制御盤８が設けられ、集中制御盤８は、各部に設けられた温度センサ６１、６２や圧力センサ６３、ガス検知器６４〜６６、火炎検知器６７等からの検出結果に基づき各部の動作を制御する。
図２は、本発明に係るガス充填装置の第１の実施形態を示し、このガス充填装置２は、本体ユニット１０と、ホースユニット２０とからなり、本体ユニット１０には、冷媒搬送管９Ａ及び９Ｂを介して冷媒冷却装置３が接続される。
本体ユニット１０は、水素ガス供給源としての蓄圧機５から水素ガス（以下「ガス」という。）の流量を計測しながらガスを搬送する充填機構及びガス搬送管３１を冷却するガス管路冷却部１１を有する充填部１０ａと、充填部１０ａの天井部等に載置され、ガスの充填量等を表示する表示部１０ｂとで構成される。
充填部１０ａは、ガス管路冷却部１１、ガス搬送管３１及び３２を流れる蓄圧機５からのガスの流量を調整する流量調整弁１２、ガスを遮断する遮断弁１３、ガスの充填終了後にガス搬送管３２内の圧力を下げるための脱圧弁１４、ガスの流量を計測する流量計１５等を備える。
ガス管路冷却部１１は、冷媒冷却装置３から冷媒搬送管９Ａ及び９Ｂを介して供給された冷媒によってガス搬送管３１を流れるガスを冷却する。冷媒としては、液体窒素、フロン、二酸化炭素等を使用することができ、この冷媒を冷媒冷却装置３で冷却して循環使用する。
また、ガス管路冷却部１１の底面には、ガス管路冷却部１１を移動可能とし、ガス管路冷却部１１をガス搬送管３１及び３２と連結するための管路連結手段としての移動部３４が設けられ、ガス管路冷却部１１と移動部３４との間に断熱材３５が設けられる。尚、移動部３４の詳細な構造については、後述する。
ガス搬送管３２は、遮断弁１３より下流側（後述する充填ホース２１が接続される側）において、ガス搬送管３２Ａ及び３２Ｂに分岐する。ガス搬送管３２Ａは、ガス管路冷却部１１で冷却されたガスを水素ガス自動車（以下「自動車」という。）の燃料タンクへ供給するための配管である。ガス搬送管３２Ｂは、ガスの充填終了後に、ガス搬送管３２Ａ内のガスを外部へ放出するための配管であり、脱圧弁１４が設けられる。
脱圧弁１４は、自動車の燃料タンクへのガスの充填終了後に、ガス搬送管３２内の圧力を下げるための弁であり、後述する脱圧スイッチ２９に対する操作に基づき開閉する。脱圧弁１４が開くと、ガス搬送管３２Ａ内のガスがガス搬送管３２Ｂを介して放散管へ放出され、ガス搬送管３２Ａ内の圧力が低下する。
表示部１０ｂは、ガス搬送管３１及び３２を流れるガスの流量（後述する充填ノズル２２から自動車の燃料タンクへのガス供給量）等を表示する表示器１６と、ガス漏れを検知するガス検知器１７と、ガス検知器１７でガス漏れを検知した際に警報を発する報知器１８と、装置全体を制御する制御装置１９とを備える。
制御装置１９には、各種の操作スイッチが接続されると共に、充填ノズル２２のノズル掛け（不図示）に設けられたノズルスイッチ（不図示）からのＯＮ／ＯＦＦ信号や、流量計（不図示）のパルス発信器からの信号、各種計測器からの信号が各々入力され、流量調整弁１２〜脱圧弁１４等へ制御信号が出力される。
ホースユニット２０は、充填部１０ａ内のガス搬送管３２の出口配管（充填機構のガス出口配管）に接続される充填ホース２１と、充填ホース２１の先端に備えられる充填ノズル２２と、蓄圧機５からのガス搬送管３１及び３２の各々の内部の圧力を検出する圧力計２３及び２４と、ガス漏れを検知するガス検知器２５と、充填ホース２１の温度を検出する温度計２６と、自動車へのガスの供給を開始するスタートスイッチ２７と、ガスの供給を停止する停止スイッチ２８と、ガス搬送管３２Ａ内の圧力を低下させる脱圧スイッチ２９と、元弁３０等を備える。
ガス搬送管３２の周囲には、ガス管路冷却部１１で冷却されたガスの温度を保持した状態で自動車の燃料タンクへ供給し、燃料タンク内でのガスの温度上昇を防ぐために断熱部材３３が設けられる。断熱部材３３としては、例えば、断熱効果を有する部材を用い、この断熱部材３３をガス搬送管３２の周囲に外張りしてもよい。また、例えば、冷媒冷却装置３から冷媒搬送管９Ａ及び９Ｂを介してガス管路冷却部１１に供給された冷媒を、ガス搬送管３２の周囲に循環させるようにしてもよい。
図３は、第１の実施形態の充填部１０ａにおけるガス管路冷却部１１の周辺の構造を示し、充填部１０ａのフレームの上部及び下部に上部レールユニット４１及び下部レールユニット４２が設けられる。尚、この上部レールユニット４１、下部レールユニット４２、及び後述する移動部３４により、管路連結手段が構成される。
上部レールユニット４１には、ガス管路冷却部１１の移動方向を規制するためのガイド溝４１ａが水平方向（図３の正面から見て左右方向）に設けられる。下部レールユニット４２には、上部レールユニット４１のガイド溝４１ａと平行にレール４２ａが設けられる。
一方、ガス管路冷却部１１は、移動部３４に載置される。移動部３４の下部には、下部レールユニット４２のレール４２ａ上を移動可能なように複数の車輪４３が設けられ、車輪４３の移動方向に位置する側面には、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させた際に、車輪４３がレール４２ａから脱輪するのを防ぐための脱輪防止ガイド４４が設けられる。
脱輪防止ガイド４４には、移動部３４を下部レールユニット４２に固定するための固定用ボルト穴４４ａが設けられ、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させて位置が決定した後、この固定用ボルト穴４４ａにボルトを挿通して締結することにより、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を固定することができる。
また、ガス管路冷却部１１の上部には、複数の移動用ボルト４５が設けられ、この移動用ボルト４５が上部レールユニット４１のガイド溝４１ａに挿通される。ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させて位置が決定した後、移動用ボルト４５を締結することにより、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を固定することができる。
移動部３４の車輪４３が下部レールユニット４２のレール４２ａに沿って移動すると共に、移動用ボルト４５が上部レールユニット４１のガイド溝４１ａに沿って移動することにより、ガス管路冷却部１１を移動させることができる。
ガス管路冷却部１１には、図４に示すように、ガス搬送管３１及び３２と接続するための接続口１１ａが設けられる。ガス管路冷却部１１とガス搬送管３１及び３２との接続には、高圧下でも配管内のガスの漏洩を防いで確実に接続することが可能な接続方法を適用することができ、具体的には、例えばコーン＆スレッド接続を適用することができる。そして、ガス管路冷却部１１とガス搬送管３１及び３２とを接続する場合には、車輪４３を用いてガス管路冷却部１１を移動させることにより容易に行うことができる。
次に、上記構成を有するガス充填装置２の動作について説明する。
まず、自動車へのガスを充填する場合の動作について説明する。自動車にガスを供給する場合、使用者が充填ノズル２２をノズル掛けから外して自動車の燃料タンクの充填口に挿入し、スタートスイッチ２７を押すと、ノズル掛けに設けられたノズルスイッチからＯＮ信号が制御装置１９に入力され、制御装置１９は、表示器１６に表示された前回の充填量を帰零し、遮断弁１３を開く。
次に、蓄圧機５からの高圧ガスは、ガス搬送管３１、流量計１５、流量調整弁１２、ガス管路冷却部１１、ガス搬送管３２、遮断弁１３、充填ホース２１を介して充填ノズル２２から自動車の燃料タンクへ充填される。このとき、制御装置１９は、流量計１５からの流量信号を計数演算して表示器１６へ充填量を表示する。
自動車への充填が完了すると、使用者は、停止スイッチ２８を押す。停止スイッチ２８が押されると、ノズルスイッチから制御装置１９へＯＦＦ信号が入力され、制御装置１９は、流量調整弁１２及び遮断弁１３を閉じる。
次に、使用者が脱圧スイッチ２９を押すと、脱圧スイッチ２９から脱圧信号が制御装置１９に入力され、制御装置１９は、脱圧弁１４を開く。脱圧弁１４が開くと、遮断弁１３の下流側（遮断弁１３から充填ホース２１の間）のガス搬送管３２Ａ内のガスが放散管へ放出される。ガス搬送管３２Ａ内の圧力が大気圧と同等になり、圧力計２４からの圧力信号が大気圧を示す状態になると、制御装置１９は、脱圧弁１４を閉じる。
そして、使用者は、圧力計２４によりガス搬送管３２Ａ内の圧力が大気圧と同等であることを確認すると、充填ノズル２２をノズル掛けに掛け、表示器１６に表示された充填量に基づいて精算する。ここで、例えば、脱圧が終了したことを報知器１８を用いて音声で使用者に対して報知してもよい。また、例えば、脱圧が終了したことを表示器１６に表示してもよい。
次に、ガス充填装置２内にガス管路冷却部１１を設置する場合の動作について説明する。ガス充填装置２内にガス管路冷却部１１を設置する場合、まず、作業者は、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を、移動部３４に設けられた車輪４３が下部レールユニット４２のレール４２ａ上になるように載置する。
次に、車輪４３を用いてガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させ、固定位置に移動した後、脱輪防止ガイド４４の固定用ボルト穴４４ａを介してボルトを締結すると共に、移動用ボルト４５を締結し、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を固定する。この場合、ガス搬送管３１及び３２は、ガス管路冷却部１１に設けられた接続口１１ａに挿通される。そして、接続口１１ａに挿通されたガス搬送管３１及び３２をガス管路冷却部１１に接続する。
次に、本発明に係るガス充填装置の第２の実施形態について説明する。尚、以下の説明において、第１の実施形態と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
この第２の実施形態では、第１の実施形態と比較して、ガス管路冷却部１１を設置するための構造が異なる。図５は、充填部１０ａにおけるガス管路冷却部１１の周辺の構造を示し、充填部１０ａのフレームの上部及び下部には、第１の実施形態と同様に上部レールユニット５１及び下部レールユニット５２が設けられる。尚、この上部レールユニット５１、下部レールユニット５２、及び後述する移動部３４により、管路連結手段が構成される。
上部レールユニット５１には、ガス管路冷却部１１の移動方向を規制するためのガイド溝５１ａが水平方向（図５の正面から見て左右方向）に設けられる。下部レールユニット５２には、上部レールユニット５１のガイド溝５１ａと平行に、凹状に形成されたレール５２ａが設けられる。
一方、ガス管路冷却部１１は、移動部３４に載置される。移動部３４の下部には、下部レールユニット５２のレール５２ａ上を移動可能なように複数の車輪５３が設けられる。ガス管路冷却部１１及び移動部３４は、下部レールユニット５２のレール５２ａの凹部に車輪５３が入り込むように載置される。
また、移動部３４における車輪５３の移動方向に対して垂直方向に位置する側面には、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させた際に、車輪５３がレール５２ａから脱輪するのを防ぐためのアンカーブラケット５４が設けられる。
アンカーブラケット５４には、移動部３４を下部レールユニット５２に固定するための固定用ボルト穴５４ａが設けられ、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させて位置が決定した後、この固定用ボルト穴５４ａにボルトを挿通して締結することにより、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を固定することができる。
また、ガス管路冷却部１１の上部には、複数の移動用ボルト５５が設けられ、この移動用ボルト５５が上部レールユニット５１のガイド溝５１ａに挿通される。ガス管路冷却部１１及び移動部３４を移動させて位置が決定した後、移動用ボルト５５を締結することにより、ガス管路冷却部１１及び移動部３４を固定することができる。
移動部３４の車輪５３が下部レールユニット５２のレール５２ａに沿って移動すると共に、移動用ボルト５５が上部レールユニット５１のガイド溝５１ａに沿って移動することにより、ガス管路冷却部１１を移動させることができる。
以上のように、本実施の形態によれば、ガス管路冷却部を車輪が設けられた移動部に載置し、この車輪を用いてガス管路冷却部を下部レールユニットのレール上を移動させるため、作業者の熟練度に関わらず容易に移動させることができると共に、ガス管路冷却部とガス搬送管とを確実に接続することができる。これにより、ガス充填装置の組み立て工程を簡素化して現場での組み立てを容易に行うことが可能となる。
尚、本実施の形態では、ガス充填装置の片面に充填ラインを設け、充填ラインを１系統とした場合を例にとって説明したが、これに限られず、例えば、ガス充填装置の両面に充填ラインを設けて２系統とし、前後面の充填エリアで同時に充填を可能としてもよい。
１ ガス充填システム
２ ガス充填装置
３ 冷媒冷却装置
４ 圧縮機
５ 蓄圧機
６ トラック
７ カードル
８ 集中制御盤
９（９Ａ、９Ｂ） 冷媒搬送管
１０ 本体ユニット
１０ａ 充填部
１０ｂ 表示部
１１ ガス管路冷却部
１１ａ 接続口
１２ 流量調整弁
１３ 遮断弁
１４ 脱圧弁
１５ 流量計
１６ 表示器
１７ ガス検知器
１８ 報知器
１９ 制御装置
２０ ホースユニット
２１ 充填ホース
２２ 充填ノズル
２３、２４ 圧力計
２５ ガス検知器
２６ 温度計
２７ スタートスイッチ
２８ 停止スイッチ
２９ 脱圧スイッチ
３０ 元弁
３１、３２（３２Ａ、３２Ｂ） ガス搬送管
３３ 断熱部材
３４ 移動部
３５ 断熱材
４１、５１ 上部レールユニット
４１ａ、５１ａ ガイド溝
４２、５２ 下部レールユニット
４２ａ、５２ａ レール
４３、５３ 車輪
４４ 脱輪防止ガイド
４４ａ、５４ａ 固定用ボルト穴
４５、５５ 移動用ボルト
５４ アンカーブラケット
６１、６２ 温度センサ
６３ 圧力センサ
６４、６５、６６ ガス検知器
６７ 火炎検知器

Claims (6)

  1. ガスの供給源からガスの流量を計測しながら第１のガス搬送管を介して前記ガスを搬送する充填機構と、該充填機構から導入される前記第１のガス搬送管を冷却するガス管路冷却部とを有する本体ユニットと、
    前記ガス管路冷却部から導出された第２のガス搬送管に接続される充填ホースと、該充填ホースの先端に設けられた充填ノズルとを有するホースユニットとを備えるガス充填装置において、
    前記第１及び第２のガス搬送管を前記ガス管路冷却部に連結する管路連結手段を備えることを特徴とするガス充填装置。
  2. 前記管路連結手段は、
    前記本体ユニットのフレームに設けられ、前記ガス管路冷却部の移動方向を規制するガイド溝を有する上部レールユニットと、
    前記本体ユニットのフレームに設けられ、前記ガイド溝に平行なレールを有する下部レールユニットと、
    前記ガス管路冷却部が載置され、前記レールに沿って移動可能な移動部とからなることを特徴とする請求項１に記載のガス充填装置。
  3. 前記移動部は、
    前記レール上を移動する複数の車輪と、
    該車輪の移動方向に位置する側面に設けられ、前記車輪の前記レールからの脱輪を防止する脱輪防止ガイドとを有することを特徴とする請求項２に記載のガス充填装置。
  4. 前記移動部は、
    前記レール上を移動する複数の車輪と、
    該車輪の移動方向に対して垂直方向に位置する側面に設けられ、前記車輪の前記レールからの脱輪を防止するアンカーブラケットとを有し、
    前記レールは、前記車輪が入り込むように凹状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のガス充填装置。
  5. 前記第２のガス搬送管には、ガスを遮断する遮断弁が設けられることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のガス充填装置。
  6. 前記第２のガス搬送管の周囲には、該第２のガス搬送管を流れるガスの温度を保持する断熱部材が設けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のガス充填装置。
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