JP2017082915A - ガス充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充填対象へガスを充填する際に、充填ホースが抜けることを防止できるガス充填装置を提供する。【解決手段】ガス充填装置１０は、ガス充填の初期段階において、ガスの流量の調整によって、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構１５０を備えている。これにより、抑制機構１５０は、初期段階において、ガスの流量を調整することで、圧力上昇加速度が急激に増加する部分が発生することを抑制することができる。従って、初期段階に充填ホース５１に大きな荷重がかかることを抑制できる。以上より、充填対象へガスを充填する際に、充填ホース５１が抜けることを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、充填対象にガスを充填するガス充填装置に関する。

従来のガス充填装置として、特許文献１に記載されるものが知られている。このガス充填装置は、加圧されたガスを流通させるガス流路と、ガス流路の下流側に設けられ、充填対象にガスを充填するための充填ホースをガス流路に接続する接続部と、を備えている。ガス充填装置は、ガス充填の初期段階においては、ガス流路に設けられた遮断弁を開くことで、接続部へ接続された充填ホースへガスを流す。これにより、ガス充填装置は、充填ホースを介して充填対象へガスを供給する。

特開２０１５−２１５７３号公報

特許文献１に開示されたガス充填装置では、ガスを充填対象に充填する際に、充填ホースが接続部（例えば、緊急離脱カップラ等）から抜け落ちる場合があった。従って、充填対象へのガスの充填の際に、充填ホースが抜けることを防止できるガス充填装置が求められていた。

そこで、本発明は、充填対象へガスを充填する際に、充填ホースが抜けることを防止できるガス充填装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガス充填装置は、充填対象にガスを充填するガス充填装置であって、加圧されたガスを流通させるガス流路と、充填対象にガスを充填する充填ホースをガス流路側に接続する接続部と、ガス充填の初期段階において、ガスの流量の調整によって、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構と、を備える。

本発明者らは、鋭意研究の結果、ガス充填の初期段階においては、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度が急激に増加する部分が発生し、当該部分において充填ホースに大きな荷重がかかることを見出している。また、当該荷重の影響により、充填ホースが接続部から抜けることを見出している。従って、本発明者らは、充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制することで、充填ホースが接続部から抜けることを防止できることができるという知見を得るに至った。そこで、本発明に係るガス充填装置は、ガス充填の初期段階において、ガスの流量の調整によって、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構を備えている。これにより、抑制機構は、初期段階において、ガスの流量を調整することで、圧力上昇加速度が急激に増加する部分が発生することを抑制することができる。従って、初期段階に充填ホースに大きな荷重がかかることを抑制できる。以上より、充填対象へガスを充填する際に、充填ホースが抜けることを防止できる。

本発明に係るガス充填装置において、接続部は、充填ホースに所定の荷重が作用する時に、充填ホースを離脱可能に構成されていてよい。このように、接続部は、所定の荷重で充填ホースを離脱させるものであるため、充填ホースの抜け落ちが発生する可能性が生じる。従って、接続部が当該構成を有する場合、本発明の効果が一層顕著なものとなる。

本発明に係るガス充填装置において、接続部は、緊急離脱カップラであってよい。接続部が緊急離脱カップラの場合、充填対象が誤発進した場合には充填ホースを離脱させる必要がある一方、圧力変動等によっては充填ホースが抜けないように当該充填ホースを保持する必要がある。従って、接続部が緊急離脱カップラの場合、本発明の効果が一層顕著なものとなる。

本発明に係るガス充填装置において、抑制機構は、圧力上昇加速度の増加を抑制する制御を行う制御部を備えてよい。制御部の制御によって圧力上昇加速度の増加を抑制することで、複雑な構造を用いることなく、抑制機構を構成することが可能となる。

本発明に係るガス充填装置は、ガス流路上に設けられ、ガスの流れを遮断すると共に圧縮空気によって開かれる遮断弁を備え、抑制機構は、遮断弁の圧縮空気を流す駆動ライン上に設けられてよい。これにより、遮断弁の動作を調整することを介して、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。

本発明に係るガス充填装置において、抑制機構は、圧縮空気の圧力上昇速度を低下させて遮断弁の開度速度を低下させることで、圧力上昇加速度の増加を抑制してよい。遮断弁の開度速度が低下すると、ガスの流量が急激に増加することが抑制される。これによって、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。

本発明に係るガス充填装置において、抑制機構は、ガス流路上に設けられてよい。これによって、抑制機構は、ガス流路を流れるガスの流量を直接調整することによって、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。

また、本発明者らは、鋭意研究の結果、圧力上昇加速度の増加に伴って充填ホースが急激に膨張することで、長さ方向に変形することも、充填ホースが抜けることの原因であるという知見を得るに至った。そこで、本発明に係るガス充填装置において、接続部に接続される充填ホースを更に備え、充填ホースの長さ方向における収縮率は２％以下であってよい。このような収縮率に係る充填ホースを用いることで、充填ホースが抜けることをより確実に防止できる。

本発明によれば、充填対象へガスを充填する際に、充填ホースが抜けることを防止できる。

本発明の実施形態に係るガス充填装置の概略構成図である。 充填時間と充填ガス圧力との関係を示すグラフである。 （ａ）は、充填時間と圧力上昇速度との関係を示すグラフであり、（ｂ）は充填時間と圧力上昇加速度との関係を示すグラフである。 （ａ）は圧力上昇加速度が上昇する前の充填ホースの様子を示す図であり、（ｂ）は圧力上昇加速度が上昇したときの充填ホースの様子を示す図である。 変形例に係る抑制機構を示す概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

以下、本発明の一実施の形態に係るガス充填装置について、自動車としての燃料電池車に燃料ガスとして水素ガスを充填するガス充填装置を例に、図面に基づいて説明する。なお、本発明に係るガス充填装置については、燃料電池車に水素ガスを充填するガス供給装置に限らず、例えば、ＣＮＧ車に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を充填するガス充填装置等、自動車に燃料ガスを充填するガス充填装置であるならば、適用可能である。すなわち、充填対象は特に限定されず、充填するガスの種類も特に限定されない。

図１は、本実施の形態に係るガス充填装置のシステム構成図である。ガス充填装置１０は、ガス供給ステーション９０に設置され、ディスペンサユニット３０によって、ガス蓄圧器（蓄ガス器）２２に貯留されている水素ガス（ガス）を、充填対象の燃料電池車８０の燃料タンク８１に充填する。

ガス蓄圧器２２は、その流入口が圧縮機２１の吐出ポートと連通され、圧縮機２１から、逆止弁２３を介して、予め設定された設計圧力（例えば、７５ＭＰａ）の水素ガスの供給を受ける。ガス蓄圧器２２は、ガス供給源として、この設計圧力（７５ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。この場合、設計圧力（７５ＭＰａ）は、充填対象の燃料タンク８１における水素ガスの充填最高圧力（例えば、７０ＭＰａ）よりも高くなるように、予め設定されている。

圧縮機２１には、例えば多段式圧縮機が用いられる。図示の例では、圧縮機２１は、図示せぬガス蓄圧器に貯留されている低圧の水素ガスを加圧して、ガス蓄圧器２２に貯留する設計圧力（７５ＭＰａ）の水素ガスを生成し、ガス供給源であるガス蓄圧器２２に貯留する。圧縮機２１は、その一段目の吸入ポートが、前述の低圧の水素ガスを貯留するガス蓄圧器（図示せず）に接続されている。圧縮機２１は、この低圧の水素ガスを段階的に圧縮して、設計圧力（７５ＭＰａ）の水素ガスを生成する。

通常、圧縮機２１やガス蓄圧器２２は、ガス充填作業を受ける燃料電池車８０への安全面等の理由から、燃料電池車８０の進入・退出やガス充填作業の邪魔にならない、ディスペンサユニット３０とは離れたガス供給ステーション９０の敷地内適所に、圧力発生ユニット２０として設置される。そのため、ガス蓄圧器２２に貯留されている水素ガスは、敷地面地下を延設されたガス供給配管９１を介して、ガス充填作業エリアのディスペンサユニット３０に供給されるようになっている。

ディスペンサユニット３０は、ガス蓄圧器２２から水素ガスの供給を受け、これを燃料電池車８０の燃料タンク８１に充填する。ガス蓄圧器２２は、少なくとも１台以上の燃料電池車８０に充填可能な水素ガスを貯留可能になっており、ディスペンサユニット３０に対するガス供給源になる。

ディスペンサユニット３０は、先端に充填カップラ５２を備えた充填ホース５１が、途中に緊急離脱カップラ（接続部）５３を配して、ディスペンサ筐体３１から延設された構成になっている。緊急離脱カップラ５３は、ガス充填中に車両が誤発進したときに離脱することにより、車両及びガス充填装置１０本体を保護するためのものである。緊急離脱カップラ５３は、ガス供給管路４１の下流側と充填ホース５１とを接続する接続部として機能する。すなわち、本実施形態においては、接続部は緊急離脱カップラ５３で構成されている。従って、接続部は、充填ホース５１に所定の荷重が作用する時に、充填ホース５１を離脱可能に構成されている。

充填カップラ５２は、ガス充填作業時に、ガス充填作業を受ける燃料電池車８０の燃料タンク８１の接続口である充填口カップラ８２に接続される。充填カップラ５２及び充填口カップラ８２には、それぞれ内部に常閉の弁（図示せず）が内蔵されており、両カップラ５２、８２が結合接続された接続状態では、各弁が開弁して両カップラ５２、８２間は連通状態になり、両カップラ５２、８２が切り離された接続解除状態では、各弁が閉弁した状態になり、両カップラ５２、８２それぞれは燃料ガスが放出されない閉状態になり、ガスの流出が防止される。ガス充填作業が行われていない待機時は、充填カップラ５２は、充填口カップラ８２から切り離されて、通常、ディスペンサ筐体３１に設けられた収納部３３に掛止保持されている。一方、燃料電池車８０の充填口カップラ８２は、逆止弁８３を介して、燃料タンク８１に連通接続されている。

ディスペンサ筐体３１内には、一端側がガス供給配管９１との接続部になり、他端４１ａが充填ホース５１の基端５１ａとの接続部になったガス供給管路（ガス流路）４１が設けられている。図示の例では、ガス供給管路４１は、一端側から他端側に、１次圧力センサ４２、流量計４３、流量調整弁４４、遮断弁４５、冷却器４６、２次圧力センサ４７、燃料温度センサ４８が順次配設された構成になっている。

１次圧力センサ４２は、ガス蓄圧器２２から供給される水素ガスの供給ガス圧を検出する。そのため、１次圧力センサ４２は、流量調整弁４４並びに遮断弁４５に対して上流側（ガス蓄圧器側）のガス供給管路４１に設けられている。

流量計４３は、燃料タンク８１に供給された水素ガスのガス供給量を計測する。流量計４３には、例えば、センサチューブと呼ばれる管路を振動させるコリオリ式質量流量計が適用される。コリオリ式質量流量計は、振動する管路内を流れる水素ガスのガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流出側との位相差が流量に比例することを基にして、ガス供給管路４１を流れる水素ガスの質量流量を計測する。

流量調整弁４４は、燃料タンク８１に供給される水素ガスの流量を制御する。図示の例では、流量調整弁４４は、弁体を開閉調整する駆動媒体に圧縮空気を利用した空圧作動式の開閉調整弁からなる。流量調整弁４４は、圧縮空気による作動圧室の加圧状態に応じて弁開度を変化させ、水素ガスの流量（通過流量）を調整する構成になっている。

図示の例では、アクチュエータとしての作動圧室は、パイロット４４ｐ１を介して、圧縮空気供給源９３と連通される構成になっている。パイロット４４ｐ１は、電動式の切替弁からなり、アクチュエータとしての作動圧室を圧縮空気供給源９３又は大気圧雰囲気のいずれか一方に対して選択的に連通させる。

遮断弁４５は、ガス供給管路４１を連通／遮断する。図示の例では、遮断弁４５も、弁体を開閉するアクチュエータの駆動媒体に圧縮空気を利用した空圧作動式の開閉弁からなる。パイロット４５ｐは、電動式の切替弁からなり、アクチュエータとしての作動圧室を圧縮空気供給源９３又は大気圧雰囲気のいずれか一方に対して選択的に連通させる。遮断弁４５は、パイロット４５ｐの切り換えに応じて、アクチュエータの作動圧室が圧縮空気の供給状態又は大気圧開放状態になり、弁体が開弁状態（水素ガス供給状態）又は閉弁状態（水素ガス遮断状態）になる。

これに伴い、空圧作動式の流量調整弁４４及び遮断弁４５を備えた図示のディスペンサユニット３０では、ディスペンサ筐体３１内に、流量調整弁４４、遮断弁４５それぞれに駆動媒体である圧縮空気を供給するための圧縮空気管路４９が配設されている。圧縮空気管路４９は、一端側が圧縮空気供給源９３からの圧縮空気供給配管９２との接続部になり、他端側は分岐端となって、流量調整弁４４のパイロット４４ｐ１、遮断弁４５のパイロット４５ｐそれぞれの圧縮空気流入ポートに接続されている。圧縮空気管路４９は、遮断弁４５へ圧縮空気を流す駆動ライン４９Ａと、流量調整弁４４へ圧縮空気を流す駆動ライン４９Ｂと、に分岐されている。圧縮空気供給配管９２は、ガス供給ステーション９０に備えられている圧縮空気供給源９３で生成した乾燥圧縮空気を、ディスペンサユニット３０の流量調整弁４４及び遮断弁４５に供給するために、敷地内に配設された配管である。

圧縮空気供給源９３も、圧力発生ユニット２０と同様に、燃料電池車８０の進入・退出やガス充填作業の邪魔にならない、ディスペンサユニット３０とは離れたガス供給ステーション９０の敷地内適所に設置される。圧縮空気供給源９３は、ディスペンサユニット３０の流量調整弁４４及び遮断弁４５を含む、ガス供給ステーション９０内の各装置の圧縮空気利用機器それぞれに駆動媒体として供給する乾燥圧縮空気を生成する。圧縮空気供給源９３は、例えば、エアードライヤーが付設された圧縮機を含み、供給先の装置の圧縮空気利用機器でドレンを生じさせない、乾燥圧縮空気を生成する。

冷却器４６は、充填直前のガスを氷点下（例えば、−２０℃）に冷却して、燃料タンク８１の温度がガス充填作業に伴って上昇することを防止する。冷却器４６は、遮断弁４５と２次圧力センサ４７との間でガス供給管路４１に設けられた熱交換器と、熱交換器に接続され、例えばコンプレッサ、ポンプ等の駆動機構が搭載されたチラーユニットとによって構成されている。チラーユニットは、通電によるその作動時には、例えばエチレングリコール等を含んだ冷却液を熱交換器との間に循環させる。

２次圧力センサ４７は、充填カップラ５２が結合接続された充填対象の燃料タンク８１に充填されている燃料ガスの充填ガス圧を検出する。燃料温度センサ４８は、燃料タンク８１に供給される水素ガスの供給温度を検出する。そのため、２次圧力センサ４７は、流量調整弁４４並びに遮断弁４５に対して下流側（充填カップラ側）のガス供給管路４１に設けられている。

ディスペンサ筐体３１の筐体面の作業者が操作し易い位置には、充填開始スイッチ６２、充填停止スイッチ６３、プリセットスイッチ６４が備えられた操作部６１が設けられている。充填開始スイッチ６２は、ガス充填作業において、作業者によって充填カップラ５２が燃料タンク８１の充填口カップラ８２に接続された後、流量調整弁４４、遮断弁４５を開弁させて燃料タンク８１への水素ガスの充填を開始する際に、作業者によって操作される操作スイッチである。これに対し、充填停止スイッチ６３は、ガス充填作業において、ガス充填中で開弁状態になっている流量調整弁４４、遮断弁４５を閉弁させて燃料タンク８１への水素ガスの充填を終了させるため、作業者によって操作される操作スイッチである。プリセットスイッチ６４は、水素ガスの充填を開始する前に、予めガス充填量又はガス充填圧をプリセット値として設定入力するための操作スイッチである。

さらに、ディスペンサ筐体３１には、これら充填開始スイッチ６２、充填停止スイッチ６３、プリセットスイッチ６４に加えて、センサ確認スイッチ１００が設けられている。センサ確認スイッチ１００は、例えばガス充填装置１０のメンテナンス時等に、１次圧力センサ４２、２次圧力センサ４７それぞれの検出出力に異常・故障があるか否かを確認する際、その確認指示を行う操作スイッチである。そのため、センサ確認スイッチ１００は、充填開始スイッチ６２や充填停止スイッチ６３のように充填作業を行う度に作業者によって毎回操作されるものではないので、図示の例では、操作部６１とは別のディスペンサ筐体３１の箇所に配置されている。例えば、ディスペンサ筐体３１の筐体面に形成された、ロック機構付きの扉で閉塞されている収納部に配置されている。また、ディスペンサ筐体３１の視認し易い筐体面位置には、充填対象へのガス充填量、ガス充填圧力、単価等といったガス充填に関する情報を表示する表示器６５が設けられている。

制御装置（制御部）７０は、電源回路、メモリ，ＣＰＵを備えたマイクロコンピュータ等を含んで構成され、外部電源９４から電源ライン９５を介して電力供給を受け、ディスペンサユニット３０の各部の作動を制御する。

そのため、制御装置７０には、操作部６１における充填開始スイッチ６２、充填停止スイッチ６３、プリセットスイッチ６４それぞれの操作信号、センサ確認スイッチ１００の操作信号、１次圧力センサ４２からのガス蓄圧器２２から供給される水素ガスの供給ガス圧の検出出力、流量計４３からの燃料タンク８１に供給されている水素ガスの質量流量の計測出力、２次圧力センサ４７からの充填カップラ５２が結合接続された充填対象の燃料タンク８１に充填されている水素ガスの充填ガス圧、燃料温度センサ４８からの燃料タンク８１に供給される水素ガスの供給温度の検出出力が、それぞれ入力される。

制御装置７０は、これら操作信号、検出出力、及び計測出力の入力に基づいて、流量調整弁４４、遮断弁４５、冷却器４６、及び表示器６５を作動制御して、ディスペンサユニット３０による燃料電池車８０の燃料タンク８１に対するガス充填作業、並びに１次圧力センサ４２及び／又は２次圧力センサ４７に異常・故障があるか否かを確認するセンサ確認作業を、次のようにして実行制御する。

次に、本実施形態に係るガス充填装置１０の特徴部分について説明する。ガス充填装置１０は、ガス充填の初期段階において、ガスの流量の調整によって、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構１５０を備えている。なお、「ガスの流量の調整」とは、ガスの供給量の増加・減少を調整することに加え、所定の供給量へ至るまでの間の流量上昇速度、流量上昇加速度を調整することも含まれる。

ここで、「ガス充填の初期段階」とは、ガス充填装置１０が充填対象へガスを充填する一連の動作の内の、充填を始動するために必要とされる段階である。初期段階では、充填ガス圧力の初期圧測定がなされる。初期段階では、本格的な充填は開始されていない。初期段階は、図２において「充填始動時間」で示される領域に該当する。具体的には、初期段階は、動作開始から５０〜６０秒以下の範囲に該当する。また、初期段階における充填ガス圧力である充填初期圧力の上昇は、燃料電池自動車のタンク容量によるが、通常１０〜４０ＭＰａ以下である。

本実施形態では、抑制機構１５０は、遮断弁４５の圧縮空気を流す駆動ライン４９Ａ上に設けられるスピードコントローラ４５ａによって構成される。抑制機構１５０を構成するスピードコントローラ４５ａは、駆動ライン４９Ａを流れる圧縮空気の流量及び圧力上昇速度を、所望の値に予め設定しておくことができる。ここでは、スピードコントローラ４５ａは、圧縮空気の圧力上昇速度を（スピードコントローラ４５ａを設けなかった場合に比して）低下させて、遮断弁４５の開度速度を（スピードコントローラ４５ａを設けなかった場合に比して）低下させることで、圧力上昇加速度の増加を抑制する。スピードコントローラ４５ａによって遮断弁４５の開度速度が低下する場合、遮断弁４５が所望の開度となるまでに時間がかかる。従って、ガス充填の初期段階において、急激にガスの流量が増えようとしても、遮断弁４５が十分な開度にない場合は、当該ガスが遮断弁４５を流れることができない。すなわち、遮断弁４５を通過するガスの流量が所望の値となるまでに、時間がかかり、結果として、圧力上昇加速度が抑制される。

次に、本実施形態に係るガス充填装置１０の作用・効果について説明する。

まず、図２及び図３を参照し、比較例に係るガス充填装置におけるガス充填圧力と圧力上昇速度及び圧力上昇加速度の関係について説明する。比較例に係るガス充填装置は、図１に示すガス充填装置１０の構成から、抑制機構１５０（すなわちスピードコントローラ４５ａ）を除いた構成を有する。

図２に示すように、ガス充填開始からガス充填完了に至るまでの間の領域（図２における総充填時間に対応する領域）は、初期段階（充填始動時間に対応する領域）と、本充填段階（主たる充填時間に対応する領域）と、停止段階（充填停止時間に対応する領域）と、を有する。このうち、初期段階においては、ガス充填開始直後に急激に充填ガス圧力が上昇する部分が存在する（図２においてＡで示す部分）。

図３（ａ）は、図２においてＡで示す部分における圧力上昇速度を示すグラフであり、図３（ｂ）は、図２においてＡで示す部分における圧力上昇加速度を示すグラフである。なお、図２及び図３において横軸に付されている数字は説明のために任意で付された相対的なものである。ここでは、「２」で充填ガス圧力がピークに達しているものとする（図２参照）。図３（ａ）のグラフＶ１で示されるように、圧力上昇速度は、充填ガス圧力がピークに達するまでの間に、一回大きく増加（０〜１）した後、大きく低下し（１〜３）、そののち再び増加して（３〜４）、一定となる。従って、図３（ｂ）のグラフＡ１で示されるように、充填開始直後に圧力上昇加速度は、急激に増減する大きなピークを有することとなる（０〜１）。なお、二回目の小さなピークも確認される（３〜４）。なお、圧力上昇速度が一定の場合、ガスの流量は充填ガス圧力と同じ挙動を示す。

ここで、充填ホース５１に作用する荷重は、「質量×圧力上昇加速度」で示される。従って、充填ホース５１には、図３（ｂ）の圧力上昇加速度のピークにおいて大きな荷重が作用する。これによって、緊急離脱カップラ５３の結合機構に大きな応力が作用し、一回で、又は繰り返しの応力変動による疲労が蓄積することで、緊急離脱カップラ５３にて充填ホース５１の抜け落ちが発生する。

以上のように、本発明者らは、鋭意研究の結果、ガス充填の初期段階においては、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度が急激に増加する部分が発生し、当該部分において充填ホース５１に大きな荷重がかかることを見出している。また、当該荷重の影響により、充填ホース５１が緊急離脱カップラ５３から抜けることを見出している。従って、本発明者らは、充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制することで、充填ホース５１が緊急離脱カップラ５３から抜けることを防止できることができるという知見を得るに至った。

そこで、本実施形態に係るガス充填装置１０は、ガス充填の初期段階において、ガスの流量の調整によって、充填対象へ充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構１５０を備えている。これにより、抑制機構１５０は、初期段階において、ガスの流量を調整することで、圧力上昇加速度が急激に増加する部分が発生することを抑制することができる。従って、初期段階に充填ホース５１に大きな荷重がかかることを抑制できる。以上より、充填対象へガスを充填する際に、充填ホース５１が抜けることを防止できる。

ここで、接続部が緊急離脱カップラ５３で構成されている場合、充填対象が誤発進した場合には充填ホース５１を離脱させる必要がある一方、圧力変動等によっては充填ホース５１が抜けないように当該充填ホース５１を保持する必要がある。すなわち、緊急離脱カップラ５３を用いる場合は、充填ホース５１の抜けを防止するために、単純に接続部の接続構造を強固にするという措置を採用することができない。従って、接続部が緊急離脱カップラ５３で構成されている場合は、本実施形態に係るガス充填装置１０の効果が一層顕著なものとなる。

また、本実施形態に係るガス充填装置１０は、ガス供給管路４１上に設けられ、ガスの流れを遮断すると共に圧縮空気によって開かれる遮断弁４５を備える。抑制機構１５０は、遮断弁４５の圧縮空気を流す駆動ライン４９Ａ上に設けられている。これにより、遮断弁４５の動作を調整することを介して、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。このように、抑制機構１５０を設けるための新規のラインを別途追加するのではなく、既設の遮断弁４５の駆動ライン上に抑制機構１５０を設けることで、構造の複雑化を防止できる。

また、本実施形態に係るガス充填装置１０において、抑制機構１５０は、圧縮空気の圧力上昇速度を低下させて遮断弁４５の開度速度を低下させるスピードコントローラ４５ａによって構成されることで、圧力上昇加速度の増加を抑制する。遮断弁４５の開度速度が低下すると、ガスの流量が急激に増加することが抑制される。これによって、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、様々な構成を追加、又は代わりに設けてもよい。

例えば、ガス充填装置１０は、抑制機構１５０を構成するスピードコントローラ４５ａが設けられた駆動ライン４９Ａに加えて、当該駆動ライン４９Ａと並列な駆動ライン４９Ｃを設けてもよい。駆動ライン４９Ｃは、スピードコントローラ４５ａを有しておらず、圧縮空気をそのまま遮断弁４５へ供給するラインである。また、駆動ライン４９Ａ，４９Ｃには、互いのガスの流れを切り替えるための切替弁１５１，１５２が設けられている。このような構成によれば、制御装置７０は、圧力センサ４２によって供給元のガスの圧力を検知し、検知した圧力が所定の閾値（例えば４０ＭＰａ）以上の場合は、圧力上昇加速度の増加を抑制するために、切替弁１５２を閉とした状態を保持したまま切替弁１５１を開とすることで、駆動ライン４９Ａにガスを流す。また、圧力センサ４２によって検知した圧力が所定の閾値より小さい場合は、圧力上昇加速度を抑制する必要はないとして、制御装置７０は、切替弁１５１を閉とした状態を保持したまま切替弁１５２を開とすることで、駆動ライン４９Ｃにガスを流す。

また、駆動ライン４９Ａには、抑制機構１５０として、スピードコントローラ４５ａに代えて、あるいはそれに加えて、遮断弁４５の開度速度を低下させる減速手段１６０を設けてもよい。減速手段１６０として、例えばバッファータンク、アキュムレーター等を採用してよい。

また、ガス充填装置１０において、抑制機構１５０は、ガス供給管路４１上に設けられてよい。これによって、抑制機構１５０は、ガス供給管路４１を流れるガスの流量を直接調整することによって、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。

例えば、ガス供給管路４１上に、充填されるガスの圧力上昇加速度の増加を直接抑制する抑制手段１６１が設けられてよい。抑制手段１６１として、例えばバッファータンク、オリフィス、流量調整弁等を採用してよい。

あるいは、ガス供給管路４１上に設けられた脱圧弁１２０が抑制機構１５０を構成してよい。例えば、制御装置７０が、ガス充填の初期段階において、脱圧弁１２０を制御して一部の流量のガスを排出することで、圧力上昇加速度を抑制してもよい。なお、脱圧弁１２０の下流側のラインは、排出されたガスをガス回収機構や排出されたガスを利用するガス利用機構に接続されていてよい。また、制御装置７０は、脱圧弁１２０の制御によって、圧力上昇加速度の増加を抑制することができる。制御装置７０の制御によって圧力上昇加速度の増加を抑制することで、複雑な構造を用いることなく、抑制機構１５０を構成することが可能となる。

あるいは、ガス供給管路４１が、遮断弁４５が設けられたとライン４１Ａと並列なライン４１Ｂを有していてよい。また、ライン４１Ａ，４１Ｂには、互いのガスの流量を絞るための絞り１５３，１５６が設けられている（ただし、絞り１５３は省略しても良い）。絞り１５６の流路抵抗は絞り１５３の流路抵抗よりも大きく設定されている。例えば、ライン４１Ａ上の遮断弁４５は予め通常充填用に設定された状態とされ、ライン４１Ｂ上の遮断弁１５４は予め初期段階の充填用に設定された状態とされてよい。制御装置７０は、ガス充填の初期段階においては、遮断弁４５を閉とした状態を保ったまま遮断弁１５４を開とすることで、ライン４１Ｂにガスを流す。制御装置７０は、所定時間が経過し、本充填を行う際は、遮断弁１５４を閉とすると共に、遮断弁４５を開とすることで、ライン４１Ａにガスを流す。このように、制御装置７０の制御によって圧力上昇加速度の増加を抑制することで、複雑な構造を用いることなく、抑制機構１５０を構成することが可能となる。

上述の実施形態及び変形例の説明では、複数タイプの抑制機構１５０が例示されていたが、これらのうちの１つのタイプの抑制機構１５０のみを採用してよく、複数タイプの抑制機構１５０を組み合わせて採用してもよい。

ここで、本発明者らは、鋭意研究の結果、圧力上昇加速度の増加に伴って充填ホース５１が急激に膨張することで、長さ方向に変形することも、充填ホース５１が抜けることの原因であるという知見を得るに至った。例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、初期段階においてガス充填圧力が急激に上昇すると、充填ホースに５１に径方向に膨張するような力が作用する。すなわち、充填ホース５１は、長さ方向に収縮するような挙動を示す。このような収縮が、充填ホース５１の緊急離脱カップラ５３から抜け落ちる原因となる。従って、圧力上昇加速度が高い場合であっても、充填ホース５１の剛性が高い場合は、膨張や収縮を抑制することができる。従って、長さ方向への収縮率が低い充填ホース５１を採用してもよい。これにより、前述の抑制機構１５０による効果との相乗効果によって、充填ホース５１の収縮率を低くする効果により、充填ホース５１が接続部から抜けることをより確実に抑制できる。あるいは、充填ホース５１の収縮率を低くすることで、抑制機構１５０による圧力上昇加速度の増加の抑制度合いを過度に高めることを抑制できる。例えば、抑制機構１５０を簡素化したり、抑制機構１５０の抑制効果によって本充填に及ぼされる影響を低減できる。

例えば、充填ホース５１の収縮率は、従来品に係る充填ホースに比して低く設定されていてよい。すなわち、充填ホース５１は、従来品に係る充填ホースよりも剛性が高く、変形しにくく構成されていてよい。具体的には、従来品に係る充填ホースの収縮率が４％であるのに対して、適用される充填ホース５１の収縮率は２％以下であってよい。あるいは、充填ホース５１の長さ方向における収縮率は２％より低く、１％以下でもよい。また、従来品に係る充填ホースの収縮率は４％であるのに対して、当該値より小さい収縮率に係る充填ホース５１を適用してもよい。なお、充填ホース５１の長さ方向における収縮率は０．０２％以上でよい。０．０２％より小さい場合は、充填ホース５１をガス充填時に使用する際に、取り扱い性の観点において問題が生じる場合がある。

参考形態として、ガス充填装置１０が抑制機構１５０を有しておらず、充填ホース５１の収縮率を低くするのみによって、充填ホース５１の抜けを防止してよい。

なお、充填ホース５１には、緊急離脱カップラ５３が設けられていなくともよく、この場合は、他端４１ａと基端５１ａとの接続箇所が「接続部」に該当する。

１０…ガス充填装置、４１…ガス供給管路（ガス流路）、４５…遮断弁、４５ａ…スピードコントローラ（抑制機構）、４９Ａ…駆動ライン、５１…充填ホース、５３…緊急離脱カップラ、７０…制御装置（制御部）、１５０…抑制機構、１５４…遮断弁（抑制機構）、１６０…減速手段（抑制機構）、１６１…抑制手段（抑制機構）。

Claims (8)

1. 充填対象にガスを充填するガス充填装置であって、
   加圧された前記ガスを流通させるガス流路と、
   前記充填対象に前記ガスを充填する充填ホースを前記ガス流路側に接続する接続部と、
   ガス充填の初期段階において、前記ガスの流量の調整によって、前記充填対象へ充填される前記ガスの圧力上昇加速度の増加を抑制する抑制機構と、を備えるガス充填装置。
2. 前記接続部は、前記充填ホースに所定の荷重が作用する時に、前記充填ホースを離脱可能に構成されている、請求項１に記載のガス充填装置。
3. 前記接続部は、緊急離脱カップラである、請求項２に記載のガス充填装置。
4. 前記抑制機構は、前記圧力上昇加速度の増加を抑制する制御を行う制御部を備える、請求項１〜３の何れか一項に記載のガス充填装置。
5. 前記ガス流路上に設けられ、前記ガスの流れを遮断すると共に圧縮空気によって開かれる遮断弁を備え、
   前記抑制機構は、前記遮断弁の圧縮空気を流す駆動ライン上に設けられる、請求項１〜４の何れか一項に記載のガス充填装置。
6. 前記抑制機構は、前記圧縮空気の圧力上昇速度を低下させて前記遮断弁の開度速度を低下させることで、前記圧力上昇加速度の増加を抑制する、請求項５に記載のガス充填装置。
7. 前記抑制機構は、前記ガス流路上に設けられる、請求項１〜６の何れか一項に記載のガス充填装置。
8. 前記接続部に接続される前記充填ホースを更に備え、
   前記充填ホースの長さ方向における収縮率は２％以下である、請求項１〜７の何れか一項に記載のガス充填装置。

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