JP2016017582A - 吸引装置、吸引方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】水素を供給するために使用される充填ノズルの内部を吸引する吸引装置について、設計の自由度を向上させること。【解決手段】吸引装置２０は、第１真空チャンバ５１と、真空ポンプ５５と、吸引用ノズル１００とを備える。水分除去の準備として、真空ポンプ５５を用いて第１真空チャンバ５１内を真空引きする。その後、真空引きされた第１真空チャンバ５１を用いて、吸引用ノズル１００内を吸引することによって、充填ノズル３００内の水分を除去する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素を供給するために使用される充填ノズルの内部の吸引に関する。
水素ステーションに設置された水素ディスペンサは、燃料電池車のタンクに高圧の水素を充填する。この充填の準備として、作業者は、車両側のレセプタクルに水素ディスペンサの充填ノズルを嵌合させる。作業者は、充填が完了すると、レセプタクルから充填ノズルを引き抜いて取り外す。
水素の充填時に自動車の水素タンク内の温度が上昇することを抑制するため、水素ディスペンサから供給される水素は、一般に−２０℃〜−４０℃程度に予冷却（プレクール）されている。そのため、レセプタクルと嵌合した充填ノズルは、水素の充填時に低温の水素によって冷却される。この冷却によって、充填ノズル内部に結露が発生する。結露によって水分が付着したまま、次の自動車に対する水素の充填が行われると、結露した水分が冷却されて凍結する場合がある。このように凍結が発生すると、ノズルをレセプタクルから取り外し難くなる場合がある。
上記の凍結を抑制するために、各車両に対して水素を供給し終える度に、充填ノズル内を真空ポンプによって吸引して、充填ノズル内から水分を除去する手法が知られている（特許文献１）。
国際公開第２０１３／０３８４４５号
本願発明が解決しようとする課題は、吸引装置の設計の自由度を向上させることである。水分の除去に必要な吸引力を得るためには、真空ポンプと吸引用ノズルとを繋ぐ配管を短くするとよい。しかし、真空ポンプが吸引用ノズルの近くに設置されると、吸引用ノズル回りの配置が窮屈になり、設計が制約される。しかも、吸引用ノズル付近は、水素防爆に対応させる必要があるので、真空ポンプも防爆対応が必要になる。
一方、真空ポンプを吸引用ノズルから離して設置すると、配管が長くなるので、圧損が大きくなる。よって、必要な吸引力を得るためには、真空ポンプの吸引能力を向上させる必要がある。この結果、真空ポンプの大型化を引き起こしていた。真空ポンプ、ひいては吸引装置の設計には、従来、このような制約が課されていた。この他、装置の小型化や、低コスト化、省資源化、製造の容易化、使い勝手の向上等が望まれていた。
本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
（１）本発明の一形態によれば、この水素を供給するために使用される充填ノズルの内部を吸引する吸引装置が提供される。この吸引装置は；前記充填ノズルと嵌合する吸引用ノズルと；前記吸引用ノズル内を吸引するための真空チャンバと；前記真空チャンバ内を真空引きする真空ポンプとを備える。この形態によれば、吸引装置の設計の自由度が向上する。この形態の場合、吸引用ノズルを吸引するのは真空チャンバであるので、真空ポンプの吸引能力が低く、且つ、真空ポンプを吸引用ノズルから離して設置しても、水分除去に必要な吸引を得ることができるからである。よって、例えば、真空ポンプの大型化を回避しやすくなる。なお、この形態においては、真空チャンバと真空ポンプとを、水素の防爆対応が必要な場所に設置するか、不要な場所に設置するかは任意である。
（２）上記形態において、前記真空チャンバと前記真空ポンプとの少なくとも何れかは、水素の防爆対応が不要な場所に設置されている。この形態によれば、真空チャンバと真空ポンプとの少なくとも何れかは、水素の防爆対応が不要になる。加えて、防爆対応が必要な場所に配置する構成要素が少なくなるので、防爆対応が必要な場所において、構成要素の配置が容易になる。
（３）上記形態において、前記真空チャンバによる前記吸引用ノズルの吸引を、作業者の指示に基づき実行した後、所定の間隔を空けて再び実行する。この形態によれば、吸引用ノズルに付着した水分を、再度、吸引できる。吸引用ノズル内部に水分が付着するのは、先述した水素の充填時だけではなく、その後も発生する場合がある。
（４）上記形態において、前記吸引用ノズルの俯角を変化させるための機構を備える。この形態によれば、吸引用ノズルの開口する向きを、状況に適した向きに向かせることができる。例えば、作業者が充填ノズルを吸引ノズルに嵌合させる場合と、真空チャンバによる吸引が実施されている場合とで、それぞれに適した向きに向かせることができる。
（５）上記形態において、前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されている場合、前記吸引用ノズルと前記充填ノズルとが嵌合していない場合に比べて、前記俯角を上向きにする。この形態によれば、嵌合の作業がしやすくなり、且つ、水分の除去を効果的に実行できる。
（６）上記形態において、前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されている場合、前記吸引用ノズルを水平に向ける。この形態によれば、充填ノズルに接続されたホースの負担が過大になることを避けつつ、水分の除去を効果的に実行できる。
（７）上記形態において、前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されていない場合、前記俯角を４５°に向ける。この形態によれば、嵌合の作業がしやすいと共に、充填ノズルが嵌合している場合は、ホースの負担を軽減できる。
（８）上記形態において、前記真空チャンバを、複数、備える。この形態によれば、１つの真空チャンバによって水分除去を終えた後、その真空チャンバの真空引きが完了していなくても、他の真空チャンバによって水分除去を実行できる。
（９）上記形態において、前記複数の真空チャンバの一部によって前記吸引用ノズルが吸引されている間、他の前記真空チャンバ内を前記真空ポンプによって真空引きする。この形態によれば、真空ポンプの数を、真空チャンバの数より少なくしても、上記形態の効果を得ることができる。
（１０）上記形態において、前記真空チャンバによる吸引力は、前記真空ポンプによる吸引力よりも高い。この形態によれば、充填ノズルを吸引する最中に、真空ポンプを駆動させずにすむ。
本発明は、上記以外の種々の形態でも実現できる。例えば、吸引方法、この方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。或いは、真空チャンバ単体や真空ポンプ単体として実現できる。
吸引装置と水素ディスペンサとを示すブロック図。 スタンド付近の拡大図。 充填ノズルが吸引用ノズルに挿入された状態を示す図。 吸引用ノズルが回転した状態を示す図。 吸引用ノズルが斜め下を向いている状態での筐体の内部を示す図。 吸引用ノズルが水平方向を向いている状態での筐体の内部を示す図。 吸引用ノズルの概略構成図。 嵌合状態に移行するための準備状態を示す図。 充填ノズルの開口部に吸引用ノズルを挿入した状態を示す図。 嵌合状態を示す断面図。 図１０のＡ−Ａ断面図。 吸引用ノズルが充填ノズルの内側を吸引する様子を示す図。 起動処理を示すフローチャート。 第１および第２真空引き処理を示すフローチャート。 水分除去処理を示すフローチャート。 第１および第２除去処理を示すフローチャート。 配管真空引き処理を示すフローチャート。 吸引装置と水素ディスペンサとを示す図（実施形態２）。 起動処理を示すフローチャート（実施形態２）。 水分除去処理を示すフローチャート（実施形態２）。 吸引用ノズルの正面図（実施形態３）。 吸引用ノズルの下面図（実施形態３）。 嵌合状態を示す断面図（実施形態３）。
実施形態１を説明する。図１は、吸引装置２０と、水素ディスペンサ３０とを示すブロック図である。水素ディスペンサ３０は、高圧水素を燃料電池車に供給する設備であり、水素ステーションに設置される。
水素ディスペンサ３０は、ディスペンサ本体３１と、供給ホース３３と、充填ノズル３００とを備える。供給ホース３３は、ディスペンサ本体３１と、充填ノズル３００とを接続する可撓性の中空管である。ディスペンサ本体３１は、高圧水素を貯蔵するタンク等を備え、充填ノズル３００と、燃料電池車のレセプタクルとを介して、燃料電池車の水素タンクに水素を供給する。高圧水素の圧力は、実施形態１では７０ＭＰａである。
吸引装置２０は、充填ノズル３００の内部に付着した水分を吸引する装置である。吸引装置２０は、第１〜第７バルブ４１〜４７と、流量調整バルブ４８と、第１，第２真空チャンバ５１，５２と、真空ポンプ５５と、第１〜第６配管６１〜６６と、制御装置７０と、エアコンプレッサ８０と、スタンド９０と、スイッチ９８と、吸引用ノズル１００と、第１〜第３圧力計Ｐ１〜Ｐ３とを備える。
ここで吸引装置２０の動作の概要を説明し、動作の詳細については後述する。充填ノズル３００内の水分の吸引に先立ち、第１，第２真空チャンバ５１，５２の少なくとも何れかを真空ポンプ５５によって真空引きする。真空ポンプ５５は、排気速度が２００Ｌ／ｍｉｎ（電源が５０Ｈｚの場合）であり、到達真空度が６．７×１０−２Ｐａである。
充填ノズル３００が吸引用ノズル１００に接続されたら、真空引きされた真空チャンバによって、充填ノズル３００内を吸引する。この吸引によって、充填ノズル３００内部の水分が、空気と共に吸引用ノズル１００に流入する。流入した水分は、吸引に用いられた真空チャンバに貯留され、適宜、廃棄される。
第１〜第７バルブ４１〜４７、流量調整バルブ４８及び第１〜第６配管６１〜６６は、上記の真空引きや吸引を実現するためのものである。第１〜第６配管６１〜６６は、圧力が同じになる部位を便宜的に呼び分けるために区別されたものであり、必ずしも、別々の部材として構成されている訳ではない。第１〜第７バルブ４１〜４７は、流路を開閉するためのものであり、圧縮空気によって開閉する。流量調整バルブ４８は、流路の絞りとして機能する。流量調整バルブ４８の絞り具合は、手動で調整できる。
エアコンプレッサ８０は、圧縮空気を提供する。圧縮空気は、第１〜第７バルブ４１〜４７の開閉と、吸引用ノズル１００の回転（後述）とのために利用される。
制御装置７０は、第１〜第３圧力計Ｐ１〜Ｐ３の計測値を取得し、第１〜第７バルブ４１〜４７の開閉と、吸引用ノズル１００の回転とを制御することによって、上記の真空引きや吸引を制御する。スイッチ９８は、制御装置７０に制御信号を入力するための入力インターフェイスである。
図１に示すように、第７バルブ４７、第３配管６３の一部、第４配管６４、スイッチ９８、及び吸引用ノズル１００は、スタンド９０に設置されている。水素ディスペンサ３０及びスタンド９０は、図１に示すように防爆エリアに設置されているので、水素の防爆規格を満たすための措置が施されている。防爆のための具体的な措置は、実施場所において定めされた法規や規格を満たすものが採用される。吸引装置２０の他の構成要素は、防爆エリア外に設置されている。
図２は、スタンド９０付近の拡大図である。スタンド９０は、筐体９１と脚部９２とを備える。筐体９１は、直方体形状の箱であり、スイッチ９８及び吸引用ノズル１００は、筐体９１の外部に設置されている。図２は、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００とが嵌合していない状態を示す。以下、この状態を待機状態と呼ぶ。待機状態における吸引用ノズル１００の開口部は、斜め下４５°（俯角が４５°）を向いている。
図３は、充填ノズル３００が吸引用ノズル１００に挿入された状態を示す。吸引用ノズル１００の開口部が斜め下４５°を向いているため、作業者は、充填ノズル３００を容易に挿入することができる。
図４は、吸引用ノズル１００が回転した状態を示す。吸引用ノズル１００の回転は、充填ノズル３００の吸引の準備として実行される。図４に示すように、吸引用ノズル１００は、回転することで水平方向を向く。この結果、充填ノズル３００も水平を向く。
図５及び図６は、筐体９１の内部を示す。図５及び図６は、吸引用ノズル１００が設置されていない側から見た図を示す。図５は吸引用ノズル１００が斜め下４５°を向いている状態を、図６は吸引用ノズル１００が水平を向いた状態を示す。第７バルブ４７は、図５及び図６に示すように筐体９１の内部に設置されている。
接続管２１１及び可撓管２１２は、吸引用ノズル１００内部の流路と、第４配管６４とを接続するための流路を形成する。接続管２１１は、筐体９１の表面から内部に貫通し、ガイド溝９４に沿って移動することによって、吸引用ノズル１００の回転をガイドする。可撓管２１２は、接続管２１１と第４配管６４とを接続する可撓性の金属管であり、吸引用ノズル１００の回転に伴って曲がる。アクチュエータ２１５は、圧縮空気によって作動し、吸引用ノズル１００を回転させる。
図７は、吸引用ノズル１００の概略構成を示す。吸引用ノズル１００は、中空円筒状の外形を備え、ステンレス等の金属によって形成されている。吸引用ノズル１００の内側に形成された中空部１０３は、吸引用ノズル１００の先端部１０２に形成されている開口部１０４を介して外部と通じている。
吸引用ノズル１００は、段差部１２１を有し、段差部１２１の先端部１０２側には、ノズルの外径が縮径している縮径部１２３が設けられている。さらに、縮径部１２３の先端部１０２側には、縮径部１２３より外径の大きなフランジ部１３０を備えている。フランジ部１３０の付け根部分に形成された斜面状の段差部１３１は、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００とを嵌合させると（以下、この状態を「嵌合状態」という）、ロックピン３３０（図８参照）の突起部３３１（図８参照）と係合される。突起部３３１は、充填ノズル３００に設けられている。段差部１３１と突起部３３１との係合については後述する。
吸引用ノズル１００は、縮径部１２３に複数の吸引口（以後「縮径部吸引口」とも呼ぶ）１２５を備えている。縮径部吸引口１２５は、円形の貫通孔であり、吸引用ノズル１００の外周面１０５の周方向に沿って等間隔に複数（例えば６つ）配置されている。中空部１０３は、縮径部吸引口１２５を介して外部に通じる。
吸引用ノズル１００は、フランジ部１３０にも複数の吸引口（以後「フランジ部吸引口」とも呼ぶ）１３５を備えている。フランジ部吸引口１３５は、縮径部吸引口１２５と同様に円形の断面形状を備え、吸引用ノズル１００の外周面１０５の周方向に沿って等間隔に複数配置されている。
図８〜図１０を用いて、充填ノズル３００と吸引用ノズル１００との嵌合について説明する。図８〜図１０には、充填ノズル３００と吸引用ノズル１００との断面構成が示されている。充填ノズル３００及び吸引用ノズル１００は、図８に示す待機状態から、図９に示す状態を経て、図１０に示す嵌合状態に移行する。
図８は、待機状態における充填ノズル３００及び吸引用ノズル１００を示す。充填ノズル３００は、外管部３１０と、スリーブ３２０と、ロックピン３３０と、内管部３４０とを備えている。外管部３１０は、円筒形の外形を備え、自身の軸線方向Ｘ２についての一方の端部（図８の上側）に開口部３１１を有している。外管部３１０の図示しない他方の端部（図８の下側）は閉塞されている。外管部３１０は、少なくとも一部に、外周壁３１３と内周壁３１５とによる複層構造を備え、外周壁３１３と内周壁３１５との間に空間部３１６を有している。外管部３１０は、筒状の外形を有する外周壁３１３と、外周壁３１３の内側に形成される内周壁３１５と、空間部３１６とを備えている。空間部３１６は、外周壁３１３と内周壁３１５との間に形成される。空間部３１６には筒状のスリーブ３２０が配置されている。
スリーブ３２０は、ロックピン３３０を押し動かすための部材であり、軸線方向Ｘ２（図８の上下方向）に移動可能に構成されている。スリーブ３２０は、モータなどの駆動装置３６０を動力源にして移動する。駆動装置３６０は、制御装置７０によって制御される。ロックピン３３０は、吸引用ノズル１００やレセプタクルを係止するための部材であり、外管部３１０の内周面３１４の周方向に沿って等間隔に複数（例えば６つ）配置されている。ロックピン３３０は、内周壁３１５をくり抜いた部分に配置されている。ロックピン３３０は、外管部３１０の中心軸Ｏに向かう方向に突き出ている突起部３３１と、突起部３３１の背面に形成されている背面部３３２とを備えている。ロックピン３３０は、背面部３３２にスリーブ３２０が接触することによって揺動し、突起部３３１が外管部３１０の中心軸Ｏに向かって移動する。これによって、突起部３３１は、外管部３１０の内周面３１４から突出する。
内管部３４０は、筒状であり、中心軸が外管部３１０の中心軸Ｏと一致するように、外管部３１０の内側に配置されている。内管部３４０は、基端部（図示せず）が外管部３１０に固定され、先端部３４１が外管部３１０の開口部３１１を向くように配置されている。内管部３４０は、供給口３４２と、供給管３４３と、Ｏリング３４４と、当接部３４５とを備えている。供給管３４３は、内管部３４０の先端部３４１に形成された供給口３４２を介して外部と通じ、内管部３４０の基端部において供給ホース３３（図１）に接続されている。ディスペンサ本体３１から供給された水素は、供給口３４２から放出される。
Ｏリング３４４は、ゴムや樹脂等によって形成された環状の封止部材であり、先端部３４１付近の外周面３４６に配置されている。Ｏリング３４４は、嵌合状態において、充填ノズル３００とレセプタクルとの間の隙間を封止して気密性を向上させる。当接部３４５は、フランジ状の外形を備え、内管部３４０の先端部３４１と基端部との中間付近に形成されている。当接部３４５は、嵌合状態において、吸引用ノズル１００やレセプタクルの先端部が当接する。
図９は、充填ノズル３００の開口部３１１に吸引用ノズル１００が挿入された状態を示す。嵌合状態に移行するために、充填ノズル３００の開口部３１１に吸引用ノズル１００の先端部１０２を挿入して、充填ノズル３００を図中の矢印Ｄの向き（図９の上向き）に移動させる。矢印Ｄ方向とは、軸線方向Ｘ１及び軸線方向Ｘ２に沿った方向であって、充填ノズル３００の開口部３１１を吸引用ノズル１００の中空部１０３の奥に近づける方向である。充填ノズル３００を矢印Ｄ方向に移動させると、内管部３４０の先端部３４１は、吸引用ノズル１００の開口部１０４を介して中空部１０３に挿入される。
図１０は、嵌合状態を示す断面図である。充填ノズル３００は、内管部３４０の当接部３４５が吸引用ノズル１００の先端部１０２に当接すると矢印Ｄ方向への移動が制限される。このように吸引用ノズル１００が充填ノズル３００の奥まで押し入れられた状態が、嵌合状態である。嵌合状態において、駆動装置３６０によってスリーブ３２０を矢印Ｄ方向に移動させると、ロックピン３３０の突起部３３１は、スリーブ３２０によって充填ノズル３００の内側に向かって押し出され、吸引用ノズル１００の段差部１３１と係合する。この係合によって、充填ノズル３００は、矢印Ｄと反対の向き（図１０の下向き）に移動できない。すなわち、充填ノズル３００が吸引用ノズル１００から外れない状態となる。以下、この状態を「ロック状態」とも呼ぶ。反対に、充填ノズル３００を吸引用ノズル１００から引き抜くことが可能な状態を「アンロック状態」とも呼ぶ。
図１０に示すように、嵌合状態においては、吸引用ノズル１００の外周面１０５、及び充填ノズル３００の内周面３１４は、互いに対向している。吸引用ノズル１００の縮径部吸引口１２５やフランジ部吸引口１３５は、嵌合状態において、充填ノズル３００の内周面３１４やロックピン３３０と対向するように構成されている。具体的には、吸引用ノズル１００の先端部１０２から縮径部吸引口１２５やフランジ部吸引口１３５の遠い側の端部までの軸線方向Ｘ１における距離が、内管部３４０の当接部３４５からロックピン３３０の遠い側の端部までの軸線方向Ｘ２における距離の範囲内に含まれるか、又は近似するように構成されている。このようにすることで、水分が滞留しやすいロックピン３３０の付近から効果的に水分を吸引できる。
図１１は、図１０のＡ−Ａ断面を示す。縮径部吸引口１２５は、嵌合状態において、ロックピン３３０の突起部３３１と対向するように構成されている。吸引用ノズル１００と充填ノズル３００との周方向ＲＤにおける相対的な位置関係は、種々の方法によって予め設定できる。例えば、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００とが周方向ＲＤの相対的な移動を制限するための係合部を備えることによって、互いの位置を予め設定された位置関係に維持できる。この係合部とは、例えば、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００との何れかに、軸線方向Ｘ１、Ｘ２に沿って延伸する溝部を設け、他方にその溝部上を摺動する突起部を設けることによって実現できる。
図１２は、吸引用ノズル１００が充填ノズル３００の内側を吸引する様子を示す。予め真空引きしておいた真空チャンバを利用して、嵌合状態において、充填ノズル３００の内側を吸引すると、充填ノズル３００の内側に付着した水分が吸引される。詳細には、外管部３１０の内周面３１４や、ロックピン３３０に付着している水分の他、外管部３１０の空間部３１６や、吸引用ノズル１００の外周面１０５と外管部３１０の内周面３１４との間に滞留している水分などが吸引される。特に、ロック状態であることによって、ロックピン３３０の背面にある空間部３１６から水分を容易に吸引できる。縮径部吸引口１２５やフランジ部吸引口１３５から吸引された水分は、中空部１０３を介して吸引装置２０側に流れる。
このように吸引を実行する場合、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００とを水平に向けるので、吸引用ノズル１００を斜め下４５°を向けたまま吸引する場合に比べて、重力の影響によって水分が吸引されやすい。なお、吸引用ノズル１００を水平よりも上向きにすれば、より水分が除去されやすくなる。但し、吸引用ノズル１００を水平よりも上向きにすると、供給ホース３３が大きく曲がることになり、供給ホース３３に負担がかかる。供給ホース３３は、高圧に耐えるように設計されているので、曲げると負荷がかかる。そこで実施形態１では、これらのバランスを取って、吸引時に吸引用ノズル１００を水平に向けるようにした。
以下、上記で説明した第１，第２真空チャンバ５１，５２の真空引きや、充填ノズル３００の吸引の詳しい手順を説明する。図１３は、起動処理を示すフローチャートである。起動処理は、吸引装置２０の起動を契機に、制御装置７０によって実行される。
まず、第１バルブ４１を閉める（ステップＳ４１０）。第１バルブ４１は、吸引装置２０が停止している間、開放されている。一方、他のバルブは、吸引装置２０が停止している間、閉められている。他のバルブが閉められているのは、吸引装置２０の停止中に、第１，第２真空チャンバ５１，５２が真空引きされた状態を保持するためである。
次に、真空ポンプ５５を起動する（ステップＳ４２０）。５秒待機し（ステップＳ４３０）、第１，第２配管６１，６２を真空引きする。その後、第２バルブ４２を開け（ステップＳ４３０）、第１真空引き処理を実行する（ステップＳ４４０）。
図１４は、第１真空引き処理および第２真空引き処理を示すフローチャートである。第１及び第２真空引き処理は、類似しているので、まとめて図１４に示す。図１４において山カッコ内＜＞に示されているのが、第２真空引き処理の場合である。以下の説明においても、第２真空引き処理の場合を、山カッコ内＜＞に記す。
まず、真空ポンプ５５を起動する（ステップＳ４５１）。但し、既に真空ポンプ５５が動作している場合は、ステップＳ４５１をスキップする。例えば、ステップＳ４５１は、起動処理で呼び出された場合や、水分除去処理（図１５）において配管真空引き処理の直後（ステップＳ６０１，Ｓ６０２）では実行されず、水分除去処理のステップＳ５４０，Ｓ５５０では実行される。
次に、第３バルブ４３＜第４バルブ４４＞を開ける（ステップＳ４５２）。第２バルブ４２と、第３バルブ４３＜第４バルブ４４＞とが開くと、 第１真空チャンバ５１＜第２真空チャンバ５２＞が真空引きされる。
その後、第１真空チャンバ５１＜第２真空チャンバ５２＞の真空度が所定値（例えば−９０ｋＰａＧ）以下に達したかを判断する（ステップＳ４５３）。この判断は、圧力計Ｐ１＜圧力計Ｐ２＞から取得した圧力値に基づき実行する。所定値以下に達していない場合（ステップＳ４５３、ＮＯ）、ステップＳ４５３を繰り返す。所定値以下に達した場合（ステップＳ４５３、ＹＥＳ）、第３バルブ４３＜第４バルブ４４＞を閉める（ステップＳ４５４）。
最後に、真空ポンプ５５を停止させる（ステップＳ４５５）。但し、続けて真空引きを実行する場合は、停止させない。例えば、起動処理の第１真空引き処理（ステップＳ４５０）では停止させず、第２真空引き処理（ステップＳ４７０）では停止させる。
起動処理における第１真空引き処理によって、第１真空チャンバ５１と、第２配管６２と、第３配管６３と、第５配管６５とが真空引きされる。第１真空引き処理の後、第２バルブ４２を閉める（ステップＳ４６０）。最後に、第２真空引き処理を実行する（ステップＳ４７０）。第２真空引き処理の内容は、図１４と共に、既に説明した通りである。
起動処理を完了させることによって、充填ノズル３００を吸引する準備が整う。より正確には、ステップＳ４５０で第１真空引き処理を終えた時点で、充填ノズル３００を吸引する準備が整う。なお、吸引の準備が整ったことを、ランプ等で表示してもよい。
なお、実施形態１では、第１，第２真空チャンバ５１，５２それぞれの容積は４０Ｌであり、第２真空引き処理におけるステップＳ４５２の時点から、ステップＳ４５３でＹＥＳと判定するまで、約２５秒かかる。
図１５は、水分除去処理を示すフローチャートである。制御装置７０は、スイッチ９８に開始指示が入力されると、水分除去処理の実行を開始する。なお、詳しくは後述する通り、水分除去処理は繰り返し実行される処理であり、終了のトリガはスイッチ９８が再び操作されることである。
まず、吸引用ノズル１００と充填ノズル３００とをロック状態に移行させ（ステップＳ５０５）、続いて吸引用ノズル１００を水平にする（ステップＳ５１０）。次に、第１，第２真空チャンバ５１，５２のうち、準備が完了しているのは何れであるかを判定する（ステップＳ５２０）。準備が完了しているかの判定は、真空度が所定値以下であるかに基づき行う。
第１，第２真空チャンバ５１，５２の両方とも準備が完了している場合（ステップＳ５２０、第１，第２真空チャンバ）、第１除去処理を実行する（ステップＳ５７１）。起動処理の完了後、１回目の吸引であれば、このように処理が進む。
図１６は、第１除去処理および第２除去処理を示すフローチャートである。第１除去処理および第２除去処理は、類似しているので、まとめて図１６に示す。図１６において、山カッコ内＜＞に示されているのが、第２除去処理の場合である。以下の説明においても、第２除去処理の場合を、山カッコ内＜＞に記す。
まず、第５バルブ４５＜第６バルブ４６＞と、第７バルブ４７とを開ける（ステップＳ５７３）。ステップＳ５７３によって、図１２と共に説明した吸引が実行される。吸引が実行されると、第１真空チャンバ５１＜第２真空チャンバ５２＞内の圧力が上昇する。
続いて、第１真空チャンバ５１＜第２真空チャンバ５２＞内の圧力が所定値（例えば−１８ｋＰａＧ）以上に達したかを判定する（ステップＳ５７４）。ステップＳ５７４は、吸引が充分に実行されたかを判定するためのものであり、圧力計Ｐ１＜圧力計Ｐ２＞による計測値に基づき実行される。圧力が所定値以上に達していない場合（ステップＳ５７４、ＮＯ）、ステップＳ５７４を繰り返す。
圧力が所定値以上に達した場合（ステップＳ５７４、ＹＥＳ）、第７バルブ４７を閉める（ステップＳ５７５）。なお、実施形態１では、圧力が所定値以上に達するまで約１０〜１４秒かかる。吸引時間は、適切な範囲であることが好ましい。吸引時間が長すぎる場合、吸引開始直後の吸引力が弱くなる。一方、吸引時間が短すぎると、吸引が短時間で終わってしまうので、吸引が効果的に行われない場合がある。なお、吸引用ノズル１００から第１真空チャンバ５１までの配管が短いと、配管での圧損が小さくなるので、吸引にかかる時間も短くなる。
その後、配管内の圧力を安定させるために所定時間、待機し（ステップＳ５７６）、第５バルブ４５＜第６バルブ４６＞を閉める（ステップＳ５７７）。
第１除去処理を終えると、吸引用ノズル１００を斜め下４５°に向ける（ステップＳ５８１）。ステップＳ５８１は、供給ホース３３の負担を軽くするために実行される。次に、配管真空引き処理を実行する（ステップＳ５９１）。
図１７は、配管真空引き処理を示すフローチャートである。まず、真空ポンプ５５を起動する（ステップＳ５９３）。次に、第２バルブ４２を開ける（ステップＳ５９４）。続いて、第２，第３配管６２，６３の真空度が所定値以下に達したかを判定する（ステップＳ５９５）。この判定は、圧力計Ｐ３による測定値に基づき実行される。真空度が所定値以下に達していない場合（ステップＳ５９５、ＮＯ）、ステップＳ５９５を繰り返す。
真空度が所定値以下に達した場合（ステップＳ５９５、ＹＥＳ）、最後に、第２バルブ４２を閉める（ステップＳ５９６）。
配管真空引き処理を終えると、第１真空引き処理を実行し（ステップＳ６０１）、所定時間、待機し（ステップＳ６１０）、ステップＳ５１０に戻る。所定時間、待機するのは、水分除去の繰り返し周期を調整するためである。スイッチ９８に終了指示が入力されない限り、上記のステップを繰り返すことになる。
制御装置７０は、スイッチ９８に終了指示が入力されると、その時点で水分除去処理を終了し、吸引用ノズル１００を斜め下４５°に向け、アンロック状態にする。こうすることで、作業者は、充填ノズル３００を取り外すことができる。取り外された充填ノズル３００は、水素の充填に使用できる。
制御装置７０は、水分除去処理を終了したことを契機に、起動処理を実行する。起動処理を実行することで、次回の吸引に備えることができる。
水分除去処理においては、起動処理とは異なり、配管真空引き処理によって第２，第３配管６２，６３を真空引きしてから第１真空引き処理を実行するのは、第２，第３配管６２，６３を真空引きすれば、第２真空チャンバ５２による吸引が可能になるからである。このようにすることで、第１，第２真空チャンバの何れも準備が完了していない時間を短くすることができる。
一方、準備完了なのが第１真空チャンバ５１のみの場合（ステップＳ５２０、第１真空チャンバ）、第２真空引き処理を別処理として起動して（ステップＳ５５０）、ステップＳ５７１（第１除去処理）に進む。このようにすることで、第２真空引き処理と第１除去処理とを同時に実行できる。
また、準備完了なのが第２真空チャンバ５２のみの場合（ステップＳ５２０、第２真空チャンバ）、第１真空引き処理を別処理として起動して（ステップＳ５６０）、第２除去処理を実行する（ステップＳ５７２）。その後、吸引用ノズル１００を斜め下４５°に向け（ステップＳ５８２）、配管真空引き処理を実行する（ステップＳ５９２）。続いて、第２真空引き処理を実行して（ステップＳ６０２）、ステップＳ６１０に進む。
一方、第１，第２真空チャンバ５１，５２共に準備が完了していない場合（ステップＳ、無し）、第２バルブ４２を開け（ステップＳ５３０）、第１真空引き処理（ステップＳ５４０）を実行し、第２バルブ４２を閉めて（ステップＳ５４５）、ステップＳ５５０に進む。
以上の実施形態１によれば、少なくとも以下の効果を得ることができる。
（Ａ）真空ポンプ５５の能力が低くても、第１真空チャンバ５１＜第２真空チャンバ５２＞を用いて吸引用ノズル１００を吸引することで、充分な水分除去効果を得ることができる。充分な水分除去効果を得ることができるのは、第３バルブ４３＜第４バルブ４４＞を開けた直後において、急激に吸引用ノズル１００内の圧力が低下し、瞬間的に大きな吸引力が発生するからである。この吸引力は、真空ポンプ５５による能力を超えるものである。真空ポンプ５５の能力を超える吸引力が実現されるのは、真空ポンプ５５が或る程度の時間をかけて、大きな容積の真空チャンバを真空引きし、短時間で開放するからである。
（Ｂ）第１，第２真空チャンバ５１，５２と真空ポンプ５５との何れもが防爆対応が不要なエリアに設置されているので、これらの設計を簡素化できる。これらを防爆対応が不要なエリアに設置できるのは、配管が長くなって圧損が大きくなっても、上記の大きな吸引力によって充分な水分除去が実現できるからである。
（Ｃ）第１又は第２除去処理を繰り返し実行することによって、一旦、除去した後に再び付着した水分を除去できる。一旦、水分を除去した後も再び水分が付着するのは、再び結露が発生したり、降雨によって水が充填ノズル３００内に入り込んだりするからである。再び結露が発生するのは、水素の充填の直後は、充填ノズル３００の温度が低いからである。
（Ｄ）水分と共にチリやゴミの除去ができる。結露した水分に含まれるチリやゴミは、水分の蒸発後、充填ノズル３００に固着しやすくなる。また、残っていたチリやゴミが不純物として水素に混入したり、エアの混入につながったりする虞がある。
（Ｅ）充填ノズル３００を吸引用ノズル１００に嵌合させる時には、吸引用ノズル１００が斜め下４５°を向いているので、嵌合させる作業が容易である。
（Ｆ）充填ノズル３００を吸引用ノズル１００によって吸引する時には、吸引用ノズル１００が水平方向を向いているので、吸引用ノズル１００が斜め下４５°を向いている状態に比べて効果的に水分を除去できる。
（Ｇ）真空ポンプ５５が離れた場所に設置されているため、吸引用ノズル１００を回転させる機構（図５，図６）を、真空ポンプ５５との干渉を考慮せずに配置できる。
（Ｈ）真空チャンバを２つ備えることによって、吸引が終わった後、再度の吸引を開始できるまでの時間が短くなる。
（Ｉ）真空ポンプ５５のＯＮ／ＯＦＦの頻度を減らすことで、真空ポンプ５５の負荷を抑制できる。ＯＮ／ＯＦＦの頻度が減るのは、起動処理や水分除去処理において、２つの真空チャンバを真空引きする際に、できるだけ連続で実行するようにしているからである。
実施形態２を説明する。図１８は、吸引装置２０ａと、水素ディスペンサ３０とを示す。吸引装置２０ａは、実施形態１の吸引装置２０の代わりに用いられる。図１８に示すように、吸引装置２０ａは、真空チャンバとして第１真空チャンバ５１のみを備える。これに伴い、配管やバルブについても、第１真空チャンバ５１に対応したもののみが備えられている。
吸引装置２０ａにおいて、吸引装置２０に対して同じ符合が付されたものは、吸引装置２０と同じであるので説明を省略し、以下に実施形態１とは異なるものを説明する。
第２配管６２ａは、第２配管６２と異なり分岐が無く、流量調整バルブ４８と第３バルブ４３とを接続する。第３配管６３ａは、第３配管６３と異なり分岐が無く、第５バルブ４５と第７バルブ４７とを接続する。制御装置７０ａは、真空チャンバが１つのみであることに起因して、制御装置７０とは異なる処理を実行する。
図１９は、実施形態２における起動処理を示すフローチャートである。この処理は、制御装置７０ａによって実行される。図１９に示すように、実施形態１の起動処理と比較して、第２真空引き処理が省略されている。さらに、ステップＳ４４０，Ｓ４６０に代えて、ステップＳ４４１，Ｓ４６１が実行される。ステップＳ４４１，Ｓ４６１は、ステップＳ４４０，Ｓ４６０と異なり、第５バルブ４５を対象としている。他のステップは、実施形態１と同じなので説明を省略する。
図２０は、実施形態２における水分除去処理を示すフローチャートである。この処理は、制御装置７０ａによって実行される。開始および終了の条件は、実施形態１と同じである。
初めに、ロック状態にし（ステップＳ７０５）、続いて吸引用ノズル１００を水平にする（ステップＳ７１０）。次に、第１真空チャンバ５１の準備が完了しているかを判定する（ステップＳ７２０）。
準備が完了していない場合（ステップＳ７２０、ＮＯ）、第５バルブ４５を開け（ステップＳ７３０）、第１真空引き処理を実行し（ステップＳ７４０）、第５バルブ４５を閉めて（ステップＳ７５０）、第１除去処理を実行する（ステップＳ７７０）。第１除去処理は、実施形態１と同じである。準備が完了している場合（ステップＳ７２０、ＹＥＳ）、ステップＳ７３０〜ステップＳ７５０を実行せずに、第１除去処理を実行する（ステップＳ７７０）。
第１除去処理を終えると、吸引用ノズル１００を斜め下に向け（ステップＳ７８０）、起動処理を起動し（ステップＳ７９０）、所定時間、待機して（ステップＳ８００）、ステップＳ７１０に戻る。
実施形態２によれば、簡素な構成による吸引装置２０ａを用いて、第１真空チャンバ５１による吸引を実現できる。
第３実施形態を説明する。第３実施形態は、吸引用ノズル１００の代わりに、吸引用ノズル１００ａを使用する。その他の点は、実施形態１と同じなので、説明を省略する。
図２１は、吸引用ノズル１００ａの正面図である。吸引用ノズル１００ａは、図２１に示すように、開口部１０４に溝１５０を備える。
図２２は、吸引用ノズル１００ａの下面図である。図２２に示すように、溝１５０は、８箇所に設けられ、中空部１０３と外部とを繋ぐ流路として機能する。
図２３は、実施形態３における嵌合状態を示す断面図である。図２３に示すように、吸引によって溝１５０を通る流れが発生する。この流れによって、当接部３４５の先端部１０２付近の水分も効果的に除去される。
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
真空チャンバは、実施形態で示した物に限られない。つまり、上記で説明した機能を発揮するものであれば、どのような物でも構わない。具体的には、吸引用ノズルと配管で繋がれており、体積および到達真空度が要求スペックを満たすものであればよい。例えば、配管の一部として径が膨らんだ部位でも上記の機能を発揮できるので、この部位も本願でいう真空チャンバに含まれる。また、配管を長くすることによって、配管内部の体積を増大させた物も、本願の真空チャンバに含まれる。
真空チャンバ及び真空ポンプの少なくとも何れかを、防爆エリアに設置してもよい。
充填ノズルの吸引は、自動で繰り返し実行しなくてもよい。例えば、作業者の指示を契機に実行してもよい。
真空チャンバの数は、３つ以上でもよい。
吸引用ノズルの回転について、待機状態の角度、及び吸引時の角度は、任意の角度に変更してもよい。例えば、待機状態の角度は、吸引用ノズル１００の配置を加味して、作業者が作業しやすい角度に設定してもよい。吸引時の角度は、水分除去の効果を優先する場合は、重力方向の上向きにしてもよい。なお、重力方向の上向きにすると、供給ホースにかかる負荷が大きくなりやすいが、曲がりやすい素材で供給ホースを形成した場合には、重力方向の上向きにしても、負荷は大きくならない。
吸引用ノズルを自動で回転させる機構は無くてもよい。例えば、手動で回転させることができる機構を備えてもよいし、回転しないように構成されてもよい。
実施形態１では、第１真空チャンバを優先的に使用するようにしたが、第１真空チャンバと第２真空チャンバとで、使用頻度が平準化されるようにしてもよい。
実施形態として、充填ノズルと吸引装置とが１つずつの場合を例示したが、充填ノズルや吸引装置の数は、各々いくつでもよい。例えば、充填ノズルが複数（例えば２つ）の場合、実施形態１のように複数の真空チャンバを備えれば、吸引装置の数が１つであっても、各充填ノズルによる水素の充填が終わる度に、素早く吸引を開始できる。
嵌合状態において、吸引用ノズル外壁面と充填ノズルの内壁面との隙間を封止するために、Ｏリングを用いてもよい。例えば、吸引用ノズルの外壁にＯリングを設けてもよい。
充填ノズルと吸引用ノズルとのロック及びアンロックは、駆動装置などを用いない手法で実現してもよい。例えば、作業者が挿入すると、バネ等の機構によってロック状態になるように構成してもよい。この構成におけるロック状態を、手動でアンロック状態にできるように構成してもよい。
実施形態では、スイッチを１つとしたが、複数でもよい。例えば、吸引用ノズルの回転と、吸引の開始とを別々のスイッチによって指示できるようにしてもよい。
実施形態では、１つの制御装置が、吸引装置内の全バルブ、真空ポンプ、吸引用ノズルの回転、充填ノズル内の駆動装置を制御する構成であるが、複数の制御装置によってこれらの制御を分担してもよい。このように分担する際には、各制御装置が、他の制御層に向けて、適宜、信号を出力してもよい。
実施形態では縮径部吸引口およびフランジ部吸引口は、円形の貫通孔としているが、貫通孔の形状は、楕円形や矩形など任意の形状としてもよい。また、個数についても任意の数としてよい。また互いに形状が異なっていてもよい。
第１，第２除去処理において吸引を実行する際に、真空チャンバによる吸引に加え、真空ポンプによって吸引用ノズルを吸引してもよい。
第１＜第２＞真空引き処理のステップＳ４５３の判断において、タイムアウトエラーの処理をしてもよい。第１＜第２＞除去処理や、配管真空引き処理の判断ステップにおいても、タイムアウトエラーの処理をしてもよい。
実施形態に示した数値は、全て例示であり、適宜、変更してもよい。
２０…吸引装置
２０ａ…吸引装置
３０…水素ディスペンサ
３１…ディスペンサ本体
３３…供給ホース
４１…第１バルブ
４２…第２バルブ
４３…第３バルブ
４４…第４バルブ
４５…第５バルブ
４６…第６バルブ
４７…第７バルブ
４８…流量調整バルブ
５１…第１真空チャンバ
５２…第２真空チャンバ
５５…真空ポンプ
６１…第１配管
６２…第２配管
６２ａ…第２配管
６３…第３配管
６３ａ…第３配管
６４…第４配管
６５…第５配管
６６…第６配管
７０…制御装置
７０ａ…制御装置
８０…エアコンプレッサ
９０…スタンド
９１…筐体
９２…脚部
９４…ガイド溝
９８…スイッチ
１００…吸引用ノズル
１００ａ…吸引用ノズル
１０２…先端部
１０３…中空部
１０４…開口部
１０５…外周面
１２１…段差部
１２３…縮径部
１２５…縮径部吸引口
１３０…フランジ部
１３１…段差部
１３５…フランジ部吸引口
２１１…接続管
２１２…可撓管
２１５…アクチュエータ
３００…充填ノズル
３１０…外管部
３１１…開口部
３１３…外周壁
３１４…内周面
３１５…内周壁
３１６…空間部
３２０…スリーブ
３３０…ロックピン
３３１…突起部
３３２…背面部
３４０…内管部
３４１…先端部
３４２…供給口
３４３…供給管
３４４…Ｏリング
３４５…当接部
３４６…外周面
３６０…駆動装置
Ｏ…中心軸
Ｐ１…圧力計
Ｐ２…圧力計
Ｐ３…圧力計

Claims (11)

  1. 水素を供給するために使用される充填ノズルの内部を吸引する吸引装置であって、
    前記充填ノズルと嵌合する吸引用ノズルと、
    前記吸引用ノズル内を吸引するための真空チャンバと、
    前記真空チャンバ内を真空引きする真空ポンプと
    を備える吸引装置。
  2. 前記真空チャンバと前記真空ポンプとの少なくとも何れかは、水素の防爆対応が不要な場所に設置されている
    請求項１に記載の吸引装置。
  3. 前記真空チャンバによる前記吸引用ノズルの吸引を、作業者の指示に基づき実行した後、所定の間隔を空けて再び実行する
    請求項１又は請求項２に記載の吸引装置。
  4. 前記吸引用ノズルの俯角を変化させるための機構を備える
    請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の吸引装置。
  5. 前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されている場合、前記吸引用ノズルと前記充填ノズルとが嵌合していない場合に比べて、前記俯角を上向きにする
    請求項４に記載の吸引装置。
  6. 前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されている場合、前記吸引用ノズルを水平に向ける
    請求項４又は請求項５に記載の吸引装置。
  7. 前記機構は、前記真空チャンバによる吸引が実施されていない場合、前記俯角を４５°に向ける
    請求項４から請求項６までの何れか一項に記載の吸引装置。
  8. 前記真空チャンバを、複数、備える
    請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の吸引装置。
  9. 前記複数の真空チャンバの一部によって前記吸引用ノズルが吸引されている間、他の前記真空チャンバ内を前記真空ポンプによって真空引きする
    請求項８に記載の吸引装置。
  10. 前記真空チャンバによる吸引力は、前記真空ポンプによる吸引力よりも高い
    請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の吸引装置。
  11. 水素を供給するために使用される充填ノズルの内部を、前記充填ノズルと嵌合する吸引用ノズルを用いて吸引する方法であって、
    真空ポンプを用いて真空チャンバ内を真空引きし、
    前記真空引きされた真空チャンバを用いて、前記吸引用ノズル内を吸引する
    吸引方法。
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