JP2017133624A - 燃料ガス充填装置及び燃料ガス充填方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガスの充填に関し、安全性を向上させ、かつ、ディスペンサへの負荷を軽減する。
【解決手段】燃料ガス充填装置は、燃料ガスの充填口と、充填口を介して供給された燃料ガスを充填するタンクとを連通する供給路と、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路を閉弁するように構成された流量制限弁と、異常を検知したときに、前記流量制限弁を閉弁する制御部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ガス充填装置及び燃料ガス充填方法に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車などの車両には、その動力源となる燃料電池が搭載されている。燃料電池は、水素ガスを含む燃料ガスが供給されるアノード側と、空気が供給されるカソード側とを備える。燃料ガスは、ステーションにおいて車両内のタンクに高圧充填されたものが用いられる。

近年、タンクに燃料ガスを充填するための様々な技術が提案されている。特許文献１には、燃料ガスタンクを搭載した車両と、燃料ガスタンクに燃料ガスを充填するためのステーションにおけるディスペンサとの間で通信を行い、予め規定された流量で燃料ガスタンクに燃料ガスを充填する充填システムについて開示されている。より詳細には、ステーション側の制御方法を規定したプロトコルを車両からステーションへ送信し、ステーションは、受信したプロトコルに基づいてディスペンサから車両への燃料ガスの供給を制御する。

特開２０１１−３３０６８号公報

しかしながら、ステーションのディスペンサによっては、燃料ガスについて計測された圧力及び温度の情報を車両との間で通信を行うことができず、その結果、ディスペンサが燃料ガスタンクの規格に従って燃料ガスの充填を安全に行うことができない場合がある。また、車両が異常を検知したときに（例えば、燃料ガスタンクに充填される燃料ガスの温度などを計測するセンサを車両に設け、当該センサが異常温度等を検知したときに）、燃料ガスタンクへの燃料ガスの供給路をバルブ等により遮断しようとすると、急激な圧力上昇等によりディスペンサに負荷がかかり、ディスペンサが損傷する可能性もある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものである。本発明の課題は、燃料ガスの充填に関し、安全性を向上させ、かつ、ディスペンサへの負荷を軽減する技術を提供することにある。

本発明に係る燃料ガス充填装置は、少なくとも、供給路と、流量制限弁と、制御部とを備える。供給路は、燃料ガスの充填口と、充填口を介して供給された燃料ガスを充填するタンクとを連通する経路である。流量制限弁は、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路を閉弁するように構成された弁である。制御部は、異常を検知したときに、流量制限弁を閉弁する。

ここで、流量制限弁の全閉とは、供給路における燃料ガスの流通を最も遮るように流量制限弁を制御した状態を意味する。従って、流量制限弁の構成によっては、全閉しても、供給路における燃料ガスの流通が完全には遮断されない場合がある。本発明に係る燃料ガス充填装置においては、上記のとおり、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路を閉弁するように構成される。

本発明によれば、燃料ガスの充填に関し、安全性を向上させ、かつ、ディスペンサへの負荷を軽減する技術を提供することができる。

一実施形態に係る燃料ガス充填システムの概略構成を示す図である。 一実施形態に係る燃料ガス充填システムにおける制御を示すフローチャートである。 一実施形態に係る燃料ガス充填システムにおける燃料ガスの流量と温度センサの計測値の変化を示す図である。 一実施形態に係る燃料ガス充填システムにおける圧力変化を示す図である。 他の実施形態に係る燃料ガス充填システムの概略構成を示す図である。 他の実施形態に係る燃料ガス充填システムにおける圧力変化を示す図である。 他の実施形態に係る燃料ガス充填システムの概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、発明の範囲をこれらに限定するものではない。

実施形態１
［燃料ガス充填システムの構成］
図１を参照して、実施形態１における燃料ガス充填システムの構成について説明する。図１に示すように、燃料ガス充填システムＳ１は、車両１００と、燃料ガスステーション２００とを備える。

車両１００は、電気自動車やハイブリッド自動車など、燃料電池を動力源とする車両である。燃料ガスステーション２００は、水素ガスなどの燃料ガスを燃料電池車両に充填するためのステーションである。

車両１００は、燃料ガスタンク１０１、圧力センサ１０２、温度センサ１０３、充填口１０４、絞りバルブ１０５、供給路１０６、通信部１０７及びコントローラ１１０を備える。また、燃料ガスタンク１０１、圧力センサ１０２、温度センサ１０３、充填口１０４、絞りバルブ１０５、供給路１０６及びコントローラ１１０を備えた構成により燃料ガス充填装置を形成する。車両１００は、電気自動車やハイブリッド自動車などが一般的に有する他の構成を有するが、便宜上、ここでは説明を省略する。

燃料ガスタンク１０１は、車両１００の燃料ガスが充填されるタンクである。圧力センサ１０２は、充填される燃料ガスの圧力を測定するセンサである。温度センサ１０３は、燃料ガスタンク１０１内の温度を測定するセンサである。充填口１０４は、燃料ガスステーション２００からの燃料ガスの供給を受ける。供給路１０６は、充填口１０４と、燃料ガスタンク１０１とを連通し、燃料ガスを流通させるためのパイプである。

絞りバルブ１０５は、絞られることにより、供給路１０６を開弁又は閉弁するように構成された流量制限弁である。また、絞りバルブ１０５は、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路１０６を絞る（閉弁する）ことができ、また、燃料ガスの流通を完全に遮断するように供給路１０６を閉弁（全閉）することができる。

ここで、使用する用語について、（絞りバルブ１０５の）全閉とは、供給路における燃料ガスの流通を最も遮るように絞りバルブ１０５を制御した状態を意味する。また、似た用語として、（供給路１０６の）遮断とは、供給路における燃料ガスの流通を完全に遮ることを意味する。従って、絞りバルブ１０５を全閉した場合であっても、絞りバルブ１０５の構成によっては、供給路１０６に所定量の燃料ガスを流通させることが可能であることを意味する。

通信部１０７は、圧力センサ１０２及び温度センサ１０３によりセンシングされた情報等を含むデータ信号をステーションのディスペンサに送信するための通信部である。なお、本実施形態において、ディスペンサ２０１は通信部１０７から送信されたデータ信号を受信する受信部を有さない。そのため、通信部１０７は、ディスペンサ２０１との間で温度及び圧力の情報等について通信することができない。

燃料ガスステーション２００には、ディスペンサ２０１が設置されている。ディスペンサ２０１は、燃料ガスを燃料電池車両に充填するための装置である。ディスペンサ２０１は、充填ライン２０２、充填ノズル２０３、圧力センサ２０４及びコントローラ２１０を備える。ディスペンサ２０１は、燃料ガス貯蔵タンク（図示せず）内の燃料ガスを充填ライン２０２を介して流通させ、充填ノズル２０３から充填口１０４を介して車両１００に燃料ガスを充填することができる。圧力センサ２０４は、ディスペンサ２０１内の燃料ガスの圧力を測定するセンサである。コントローラ２１０は、ユーザ操作等に応じて、ディスペンサ２０１からの燃料ガスの供給を制御する。なお、ディスペンサ２０１は、上記以外の他の構成も有するが、便宜上、ここでは説明を省略する。

［処理の制御フロー］
図２を参照して、車両１００におけるコントローラ１１０による燃料ガス充填の制御フローを説明する。

まず、ステップＳ２０１において、コントローラ１１０は、圧力センサ１０２により測定された圧力、温度センサ１０３により測定された温度、及び充填口１０４の状態の情報を取得する。ステップＳ２０２において、コントローラ１１０は、充填ノズル２０３が充填口１０４に充填接続されている状態であるか否かを判断し、接続されていないと判断された場合、図２に示す処理のフローは終了する。

ステップＳ２０２で接続されていると判断された場合（すなわち、燃料ガスが充填されている場合）、ステップＳ２０３において、コントローラ１１０は、ステップＳ２０１で取得された温度の情報が第１の閾値以上の温度を示すか否かを判定する。なお、当該第１の閾値は、充填される燃料ガスの制限温度よりも低い値で予め設定された値である。

ステップＳ２０３で第１の閾値以上であると判断された場合、処理はステップＳ２０４へ進み、他の場合、処理はステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０４において、コントローラ１１０は、絞りバルブ１０５を絞るように制御することにより、供給路１０６における燃料ガスの流量を制限する。このとき、絞りバルブ１０５が絞られることにより、供給路１０６における燃料ガスの流通が完全に遮断（すなわち、供給路１０６が全閉）されるのではなく、所定量の燃料ガスが流通する程度に絞りバルブ１０５が絞られる。その後処理はステップＳ２０１へ進む。

図３を参照して、図２で説明した燃料ガス充填の制御時の供給路１０６における絞りバルブ１０５の開度（燃料ガスの流量）と、温度センサ１０３により測定された燃料ガスの温度とについて、時系列の変化を説明する。

図３に示すように、まず、時間Ｔ３１より前の段階で、規定された速度よりも早い速度（流量）で燃料ガスの供給が行われていることにより、燃料ガスの温度が上昇している。測定された温度が制限温度よりも低い値で予め設定された第１の閾値の温度（判定閾値）を超えたとき（時間Ｔ３１）、絞りバルブ１０５が絞られる。絞りバルブ１０５の開度が徐々に下がることにより、供給路１０６における燃料ガスの流量が徐々に減少し、時間Ｔ３２の時点で制限量まで減少する。このとき、燃料ガスの流量が制限されることにより、燃料ガスの温度の上昇も緩和される。

以上のように、本実施形態によれば、燃料ガスについて計測された圧力及び温度の情報について、車両１００とディスペンサ２０１との間で通信しない場合において、温度センサ１０３により測定された燃料ガスの温度が第１の閾値を超えたときに、供給路１０６は、全閉されるのではなく、所定量の燃料ガスが流通可能な程度に絞りバルブ１０５により絞られる。その結果、燃料ガスの温度が第１の閾値を超えたときに供給路１０６を全閉する場合と比較して、圧力上昇によるディスペンサ２０１への負荷が低減し、ディスペンサ２０１の損傷を防ぐことができる。

実施形態２
次に、本発明の実施形態２について説明する。実施形態１に示したような燃料ガス充填システムＳ１の構成において、何らかの原因でコントローラ１１０に異常が発生した場合、絞りバルブ１０５は全閉され、供給路１０６における燃料ガスの流通が完全に遮断される。このとき、コントローラ１１０により燃料ガス充填システムＳ１のフェール判定がなされる。

図４を参照して、図１に示した燃料ガス充填システムＳ１において絞りバルブ１０５が全閉した場合におけるディスペンサ２０１の圧力センサ２０４の圧力測定値の変化を説明する。

図４に示すように、時間Ｔ４１において、何らかの原因でコントローラ１１０に異常が発生した（例えば、温度センサ１０３による測定温度が、上述の第１の閾値の温度よりも高い制限温度として予め設定された第２の閾値の温度を超えた）ことにより、絞りバルブ１０５が全閉し、供給路１０６における燃料ガスの流通が遮断される。このとき、コントローラ１１０により燃料ガス充填システムＳ１のフェール判定がなされる。

供給路１０６における燃料ガスの流通が遮断されたことにより、ディスペンサ２０１に対して圧力上昇による負荷がかかり、圧力センサ２０４により測定される圧力が異常判定値を超える。これにより、ディスペンサ２０１が損傷する恐れがある。

実施形態２では、絞りバルブ１０５が全閉した場合であっても、ディスペンサ２０１への負荷を低減させる方法について説明する。

図５を参照して、実施形態２における燃料ガス充填システムＳ２の構成について説明する。燃料ガス充填システムＳ２の構成は、図１を参照して説明した実施形態１の燃料ガス充填システムＳ１における絞りバルブ１０５の代わりに絞りバルブ１０８を有する点で異なり、他の構成は燃料ガス充填システムＳ１と同様である。そのため、絞りバルブ１０８以外の構成についてここでは説明を省略する。

絞りバルブ１０８は、絞られることにより、供給路１０６を開弁又は閉弁するように構成された流量制限弁である。また、絞りバルブ１０８は、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路１０６を閉弁するように構成されている。

吹き出し１０８ａに示すとおり、実施形態１における絞りバルブ１０５は、例えば、バタフライバルブで構成され、その弁体が、閉弁したときに供給路１０６の燃料ガスの流通を遮断可能な形状で構成される。これに対し、バタフライバルブで構成された絞りバルブ１０８の弁体は、例えば、供給路１０６の径よりも小さいサイズで構成されることにより、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路１０６を閉弁するように構成されている。

図６を参照して、図５に示した燃料ガス充填システムＳ２において絞りバルブ１０８が全閉した場合におけるディスペンサ２０１の圧力センサ２０４の圧力測定値の変化を説明する。

図６に示すように、時間Ｔ６１において、コントローラ１１０は何らかの異常を検知したことにより、絞りバルブ１０８を全閉する。このとき、供給路１０６における燃料ガスの流通は完全には遮断されず、所定量の燃料ガスが供給路１０６内を流通する。その結果、ディスペンサ２０１における圧力の上昇は緩和され、燃料ガス充填システムＳ２全体に対するフェール判定はなされない。

以上のように実施形態２によれば、絞りバルブ１０８は、全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で供給路１０６を閉弁するように構成されている。そのため、絞りバルブ１０８が全閉したときに、供給路１０６における燃料ガスの流通は完全には遮断されず、所定量の燃料ガスが供給路１０６内を流通する。その結果、ディスペンサ２０１における圧力の上昇は緩和される。従って、燃料ガスの圧力上昇によるディスペンサ２０１への負荷が低減し、ディスペンサ２０１の損傷を防ぐことができる。

実施形態３
実施形態３は、実施形態２とは異なる方法で、絞りバルブ１０５が全閉した場合であっても、ディスペンサ２０１への負荷を低減させることが可能な形態である。

図７を参照して、燃料ガス充填システムＳ３の構成について説明する。燃料ガス充填システムＳ３の構成は、図１を参照して説明した実施形態１の燃料ガス充填システムＳ１が有する構成に対して、バイパス経路１０９が加えられた構成である。バイパス経路１０９は、供給路１０６において、絞りバルブ１０５を迂回するように設けられた燃料ガスの流路である。

燃料ガス充填システムＳ３において、絞りバルブ１０５が全閉すると、バイパス経路１０９内を所定量の燃料ガスが流通する。その結果、絞りバルブ１０５が全閉した場合であっても、燃料ガスタンク１０１への燃料ガスの充填は継続され、圧力上昇によるディスペンサ２０１への負荷を低減させることができる。

Ｓ１ 燃料ガス充填システム
１００ 車両
１０１ 燃料ガスタンク
１０２ 圧力センサ
１０３ 温度センサ
１０４ 充填口
１０５ 絞りバルブ
１０６ 供給路
１０７ 通信部
１１０ コントローラ
１０８ 絞りバルブ
１０９ バイパス経路
２００ 燃料ガスステーション
２０１ ディスペンサ
２０２ 充填ライン
２０３ 充填ノズル
２０４ 圧力センサ
２１０ コントローラ

Claims (2)

1. 燃料ガスの充填口と、前記充填口を介して供給された燃料ガスを充填するタンクとを連通する供給路と、
   全閉したときに、所定量の燃料ガスが流通可能な状態で前記供給路を閉弁するように構成された流量制限弁と、
   異常が検知されたときに、前記流量制限弁を閉弁する制御部と
   を備えた燃料ガス充填装置。
2. 前記供給路内を流通する燃料ガスの温度を測定する測定部を備え、
   前記制御部は、前記測定部により測定された温度が所定値以上であるときに前記異常を検知する、請求項１に記載の燃料ガス充填装置。

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