JP2019173824A - 自動車用ｌｎｇ充填装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの正しい操作を支援すると共に、ユーザや充填所の不正を防止することができる自動車用ＬＮＧ充填装置を提供する。【解決手段】ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯留槽に連通する配管２、６の途中に充填機構を介装し、ＬＮＧを自動車に搭載された燃料タンクに充填する充填装置１において、充填機構は、燃料タンクにＬＮＧを充填するための充填ノズル３と、非充填時に充填ノズル３と接続されることで、ＬＮＧ貯留槽と配管２、６との間に循環路が形成されるレセプタクル７と、充填ノズル３とレセプタクル７の接続／非接続を検知する検知スイッチ８とを備える自動車用ＬＮＧ充填装置１。充填装置１が循環路を介してＬＮＧの予冷を行っているときに、検知スイッチ８が充填ノズル３とレセプタクル７の非接続を検知した場合に、充填装置１の動作を停止することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＮＧ（液化天然ガス）等を自動車等の車両に搭載されたタンクに充填するガス充填装置に関する。

近年ＣＮＧ（圧縮天然ガス）、ＬＮＧを燃料とする車両は、ガソリンを燃料とする車両に比べて環境に及ぼす弊害が少ないため普及が進んでいる。

天然ガスを圧縮したＣＮＧは体積が約１／２００となり、天然ガスを液化したＬＮＧは体積が約１／６００になる。そのため、ＬＮＧを車両に搭載した場合、同容量の燃料タンクであれば、ＣＮＧの場合に比較して数倍の燃料を搭載できることとなり、車両の走行可能距離を延ばすことができる。そこで、本出願人は、特願２０１６−５１１９３１号において、貯槽内でＬＮＧを常圧で約−１６２℃の低温に保持し、車両へ供給する充填装置を提案している。

上記充填装置は、充填動作を行う直前等に予冷動作を行うことで、充填時に流量計の内部にＬＮＧが蒸発したガスが混入することによって計量精度が低下したり、このガスが車載タンク内に混入することを防止している。

一方、上記ガスが存在して車載タンク内の圧力が高い場合には、充填装置からＬＮＧを充填することができないため、充填動作及び予冷動作を行う前に車載タンクからガスを回収している。

上記ガス回収動作や予冷動作により、従来の充填装置は効果的に機能するが、充填装置の一部の状況確認を目視に頼っているため、ユーザ（充填者）が誤った操作をすると、実際の充填量とは異なる充填料金を請求したり、ユーザや充填所の不正に繋がる動作を行うおそれがあった。

そこで、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、ユーザの正しい操作を支援すると共に、ユーザや充填所の不正を防止することができる自動車用ＬＮＧ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、ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯留槽に連通する配管の途中に充填機構を介装し、前記ＬＮＧを自動車に搭載された燃料タンクに充填する充填装置において、前記充填機構は、前記燃料タンクに前記ＬＮＧを充填するための充填ノズルと、非充填時に前記充填ノズルと接続されるレセプタクルであって、前記充填ノズルに接続されることで、前記ＬＮＧ貯留槽と前記配管との間に循環路が形成されるレセプタクルと、前記充填ノズルと前記レセプタクルの接続／非接続を検知する検知スイッチとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検知スイッチによって充填ノズルがレセプタクルから取り外されたことを検知することができるため、充填ノズルがレセプタクルから取り外されている間は他の動作を制限したり、他の動作を行ってる間に充填ノズルがレセプタクルから取り外された際に報知するなど、ユーザの正しい操作を支援すると共に、充填ノズルの使用に伴うユーザの不正に対処することができる。

上記自動車用ＬＮＧ充填装置において、該充填装置が前記循環路を介して前記ＬＮＧの予冷を行っているときに、前記検知スイッチが前記充填ノズルと前記レセプタクルの非接続を検知した場合に、該充填装置の動作を停止することができる。これにより、循環路でＬＮＧを予冷している際の充填ノズルの使用を制限し、ユーザの不正を防止することができる。

また、本発明は、ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯留槽に連通する配管の途中に充填機構を介装し、前記ＬＮＧを自動車に搭載された燃料タンクに充填する充填装置において、前記ＬＮＧの充填前に、前記自動車に搭載された燃料タンクからＬＮＧが蒸発したガスを回収するガス回収機構を備え、該ガス回収機構は、前記燃料タンクから前記ガスを回収するためのガス回収ノズルと、該ガス回収ノズルが掛けられるノズル掛けと、該ノズル掛けへの前記ガス回収ノズルの着脱を検知するノズルスイッチとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、ノズルスイッチによってガス回収ノズルがノズル掛けから取り外されたことを検知することができるため、ガス回収ノズルがノズル掛けから取り外されている間は他の動作を制限したり、他の動作を行ってる間にガス回収ノズルがノズル掛けから取り外された際に報知するなど、ユーザの正しい操作を支援すると共に、ガス回収ノズルの使用に伴う充填所の不正に対処することができる。

上記自動車用ＬＮＧ充填装置において、前記ガス回収機構は、該ガス回収機構が介装される配管の流量を計測する流量計を備えることができる。これにより、充填量からガス回収量を差し引いた分を実際の充填量としてユーザに請求することができ、適正な取引を行うことができる。

以上のように、本発明によれば、ユーザの正しい操作を支援すると共に、ユーザや充填所の不正を防止することができる自動車用ＬＮＧ充填装置を提供することができる。

本発明に係る自動車用ＬＮＧ充填装置の一実施の形態を示す概略図である。 図１の自動車用ＬＮＧ充填装置の充填動作を説明するためのフローチャートである。 図１の自動車用ＬＮＧ充填装置のガス回収動作を説明するためのフローチャートである。 図１の自動車用ＬＮＧ充填装置の予冷動作の第１実施例を説明するためのフローチャートである。 図１の自動車用ＬＮＧ充填装置の予冷動作の第２実施例を説明するためのフローチャートである。

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。

図１は、本発明に係る自動車用ＬＮＧ充填装置の一実施の形態を示し、このＬＮＧ充填装置１は、一端がＬＮＧ貯留槽に接続され、他端が充填ノズル３が接続された充填ホース４に安全接手５を介して接続される供給管２と、一端に充填ノズル３が接続されるレセプタクル７及び検知スイッチ（以下「スイッチ」を「ＳＷ」と略記する。）８を有し、他端がＬＮＧ貯留槽に接続される戻り管６と、一端がガス回収タンクに接続され、他端にガス回収ノズル１０が接続されたガス回収管９等を備える。

供給管２には、供給管２の内部の圧力を計測する圧力計１３と、供給管２を流れるＬＮＧの流量を計測する流量計１４と、ＬＮＧの充填を行っていない非充填時に閉となってＬＮＧを遮断する遮断弁１５とが設けられる。流量計１４としては、密度と温度の両方を計測することが可能なコリオリ流量計を用いることが好ましい。

戻り管６の検知ＳＷ８は、レセプタクル７に充填ノズル３が接続されているか否かを検知するために設けられ、レセプタクル７に充填ノズル３が接続されているときにオンとなる。この検知ＳＷ８としては、例えば、近接スイッチやファイバーセンサを用いることができる。

また、戻り管６には、他の部分よりも小径に形成され、戻り管６内の圧力を維持してＬＮＧの液化状態を維持するための絞り部（抵抗部）１６と、戻り管６の温度を測定する温度計１７とが設けられる。

循環管１８は、供給管２と戻り管６とを繋ぐために設けられ、非充填時に開となる循環弁１９が設けられる。この循環管１８により、ＬＮＧ充填装置１を利用するユーザが少なく、充填間隔が長い場合に、遮断弁１５を閉じ、循環弁１９を開くことで、ＬＮＧ貯留槽からのＬＮＧを、供給管２、循環管１８及び戻り管６を介して循環させ、流量計１４等を予冷することができる。

ガス回収管９には、ガス回収ノズル１０がノズル掛け（不図示）に掛けられている場合にオンとなるノズルＳＷ２０と、ガス回収管９内の圧力を測定する圧力計２１と、ガスの回収を行っていない非回収時に閉となる制御弁２２と、ガス回収管９内の流量を測定する流量計２３とが設けられる。

遮断弁１５、循環弁１９、制御弁２２及びエア吹き出し口１２には、エア源からこれらに対するエアの供給を制御するために電磁弁２４Ａ〜２４Ｄが付設される。遮断弁１５（常時閉弁）は、電磁弁２４Ａが開いてエアが供給されると開き、循環弁１９（常時開弁）は、電磁弁２４Ｂが開いてエアが供給されると閉じ、制御弁２２（常時開弁）は、電磁弁２４Ｃが開いてエアが供給されると閉じるように構成される。また、電磁弁２４Ｄは、充填ノズル３とレセプタクル７の接続部１１の外周にエアを吹き付けるためのエア吹き出し口１２へのエアの供給停止を切り換える。

ガスセンサ２５は、ＬＮＧ充填装置１の内部におけるＬＮＧの漏洩を検知するために設けられる。モード切換ＳＷ２６は、後述する予冷動作をガス充填所の作業員が切り換えるためのダイアル式のＳＷである。充填開始／停止ＳＷ２７、２８は、ユーザが充填開始／停止時に押圧することでＬＮＧ充填装置１の充填機構の作動／停止を制御するために設けられ、緊急停止ＳＷ２９は、異常時にユーザが押圧することでＬＮＧ充填装置１の動作を緊急停止させるために設けられる。ガス回収ＳＷ３０は、回収時にユーザが押圧することで後述する回収動作を行うために設けられる。

制御装置３１は、圧力計１３等から計測値を取得してＬＮＧ充填装置１全体を制御したり、エアを遮断弁１５及び循環弁１９に供給したり、充填ノズル３とレセプタクル７の接続部１１にエアを吹き付けたりするか否かを電磁弁２４の開閉制御によって制御するなどのために設けられる。制御盤３２は、ＬＮＧ充填装置１の構成要素ではなく、ＬＮＧ充填装置１が設置される充填所に設けられ、外部からＬＮＧ充填装置１を制御するものである。

次に、上記構成を有するＬＮＧ充填装置１の充填動作について、図１及び図２を参照しながら説明する。尚、実際の充填動作の前に行うガス回収動作と予冷動作については後述する。

ステップＳ１において、充填ノズル３が自動車の充填口（不図示）に接続された後、ユーザによって充填開始ＳＷ２７が押圧されると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御装置３１には、充填開始ＳＷ２７からＬＮＧ圧送開始を指示する信号が入力される（ステップＳ２）。

制御装置３１は、ＬＮＧ圧送開始を指示する信号に基づいて、電磁弁２４Ｂを開くと共に、電磁弁２４Ａを開くことで、循環弁１９を閉じると共に、遮断弁１５を開き、ＬＮＧの充填を開始する（ステップＳ３）。

ＬＮＧを満充填する際には、ステップＳ４において、圧力計１３の指示値Ｐを監視し、指示値Ｐが所定の圧力Ｐ１（例えば、１〜１．５ＭＰａ程度）に達した場合には（ステップＳ４；Ｙｅｓ）、電磁弁２４Ａを閉じて遮断弁１５を閉じた後（ステップＳ５）、表示部（不図示）を介してユーザに充填終了を報知して（ステップＳ６）充填動作を終了する。また、流量計１４の瞬時流量が所定の値になったときに充・動作を終了することもできる。

ＬＮＧをユーザが所望する量だけ充填するフリー充填を行う際には、ステップＳ３からステップＳ４を経てステップＳ７へと進み、ステップＳ７において充填停止ＳＷ２８が押圧されるまで待機し、ユーザによって充填停止ＳＷ２８が押圧されると（ステップＳ７；Ｙｅｓ）、電磁弁２４Ａを閉じて遮断弁１５を閉じた後（ステップＳ５）、表示部（不図示）を介してユーザに充填終了を報知して（ステップＳ６）充填動作を終了する。

上記ステップＳ４における満充填又はステップＳ７におけるフリー充填の最中に、ユーザが異常を感じて緊急停止ＳＷ２９を押圧した場合には（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、電磁弁２４Ａを閉じて遮断弁１５を閉じた後、表示部を介してガス充填所の作業員に異常を報知すると共に（ステップＳ９）、充填終了も報知して（ステップＳ１０）充填動作を終了する。

次に、上記充填動作の前に行うガス回収動作について図１及び図３を参照しながら説明する。このガス回収動作は、上述のように、車両の燃料タンクに残存するＬＮＧが蒸発したガスの圧力等により、充填装置からのＬＮＧの充填が不可能になることを回避するために行うものであり、ガス回収管９のガス回収ノズル１０を車載タンクのガス回収口（不図示）に接続して行う。

ステップＳ１１において、ガス回収ノズル１０がノズル掛けから外されてオフになると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２において、検知ＳＷ８がオンか否かを判定し、検知ＳＷ８がオンになると（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御弁２２を閉じる（ステップＳ１３）。尚、ステップＳ１１で、ガス回収ノズル１０が車載タンクに接続されていることとする。

ステップＳ１４において、ガス回収ＳＷ３０が押圧されると（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１５において、圧力計２１を介して燃料タンク内の圧力を測定し、圧力計２１の指示値Ｐが閾値Ｐ１（例えばＰ１＝１ＭＰａ程度）より大きいか否かを判定し、指示値Ｐが閾値Ｐ１を上回る場合には（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ステップＳ１６において、制御弁２２を開いて燃料タンクからガスを回収する。

ガスを回収している間は、ステップＳ１７において、圧力計２１によって燃料タンク内の圧力を監視すると共に、ステップＳ１８において、検知ＳＷ８を監視する。圧力計２１の指示値Ｐが閾値Ｐ２（例えばＰ２＝０．８ＭＰａ程度）となるまでに検知ＳＷ８がオフにならなければ（ステップＳ１７；Ｙｅｓ、ステップＳ１８；Ｎｏ）、制御弁２２を閉じ（ステップＳ１９）、ガス回収が終了したことを報知する（ステップＳ２０）。

一方、ステップＳ１５において、圧力計２１の指示値Ｐが閾値Ｐ１を上回らないと判定された場合には（ステップＳ１５；Ｎｏ）、ガスを回収する必要がないことを報知し（ステップＳ２１）、ステップＳ２４へ進む。

また、圧力計２１の指示値Ｐが閾値Ｐ２（例えばＰ２＝０．８ＭＰａ程度）になるまでの間に検知ＳＷ８がオフになった場合には（ステップＳ１７；Ｎｏ、ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、制御弁２２を閉じ（ステップＳ２２）、レセプタクル７からの充填ノズル３の外れを報知した後（ステップＳ２３）、ステップＳ２４へ進む。

そして、ステップＳ２４において、ガス回収ノズル１０がノズル掛けに掛けられてノズルＳＷ２０がオンになると（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、制御弁２２を開いてガス回収動作を終了する（ステップＳ２５）。

ステップＳ２３において、レセプタクル７からの充填ノズル３の外れを報知するのは、ガス回収動作中に充填動作が行われると、ＬＮＧ充填装置１は充填したＬＮＧが蒸発したガスを回収してしまうため、実際の充填量がＬＮＧ充填装置１が計測する充填量よりも少なくなり、給油所の不正に繋がるからであり、車両のタンク内に気相部がなくなって１００％充・となり、タンクが破損したり、ＬＮＧがタンク外に吹き出すなどのおそれがあるからでもある。

なお、上記充填動作における充填量から上記ガス回収動作におけるガス回収量を引いた分を実際の充填量としてユーザに請求すれば、適正な取引を行うことができる。

次に、上記ガス回収動作の後で上記充填動作の直前の予冷（充填準備）時に行う予冷動作について図１を参照しながら説明する。この予冷動作は、上述のように、充填時に流量計１４の内部に気体が混入することによって計量精度が低下したり、車載タンク内に気体が混入することを防止するために行うものであり、供給管２等の配管や供給管２に付設される流量計１４等を予冷する。この予冷動作は、ＬＮＧ貯留槽と配管の間で循環路を形成し、ＬＮＧを循環させて行う。

循環路は、供給管２の遮断弁１５を開き、循環管１８の循環弁１９を閉じ、充填ノズル３をレセプタクル７に接続することで形成され、ＬＮＧ貯留槽、供給管２、安全接手５、充填ホース４、充填ノズル３、レセプタクル７、戻り管６及びＬＮＧ貯留槽を連通させるものであり、この循環路によれば、充填時に使用する供給管２及びこれに設けられる充填機構のすべてを予冷することができる。

次に、上記循環路を用いた予冷動作について、図１並びに図４及び図５のフローチャートを参照しながら説明する。以下の説明においては、予冷動作の２つの実施例について説明する。

予冷動作の第１実施例について図１及び図４を参照しながら説明する。この第１実施例は、ステップＳ３１〜３３に示すように、第１実施例の予冷動作を行うようにモード切換ＳＷ２６が切り換えられること（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、充填ノズル３がレセプタクル７に接続されて検知ＳＷがオンであること（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、及びガス回収ノズル１０のノズルＳＷ２０がオンであること（ステップＳ３３；Ｙｅｓ）を条件に、制御装置３１にモード切換ＳＷ２６からＬＮＧ圧送開始を指示する信号が入力され、制御装置３１が電磁弁２４Ｄを開く。これによって、充填ノズル３とレセプタクル７の接続部１１にエア吹き出し口１２からエアを吹き付けながら、すなわち、接続部１１への水の付着を防止しながら後述するＬＮＧ圧送を行うことができ、充填ノズル３とレセプタクル７の凍結を防止する。次に、制御装置３１は、電磁弁２４Ｂを閉じると共に電磁弁２４Ａを開くことで、循環弁１９を閉じると共に遮断弁１５を開き、ＬＮＧの圧送を開始する（ステップＳ３４）。

ＬＮＧの圧送により循環路内が冷却されることで、ステップＳ３５において、温度計１７の指示値Ｔが、ＬＮＧ充填装置１の内部の配管内においてＬＮＧが液化する温度ｔ１（例えば−１００℃）以下になるまで待機し、温度計１７の指示値Ｔが温度ｔ１以下になった場合には（ステップＳ３５；Ｙｅｓ）、制御装置３１に温度計１７からＬＮＧ圧送終了を指示する信号が入力され、制御装置３１が電磁弁２４Ａを閉じることで、遮断弁１５を閉じる（ステップＳ３６）。そして、予冷が終了したことを報知し（ステップＳ３７）、ＬＮＧの圧送を終了する。尚、エア吹き出し口１２を介したエアの吹き付けは充填ノズル３をレセプタクル７から安全に取り外せるようになるまで継続する。

一方、温度計１７の指示値Ｔが温度ｔ１以下になるまでの間に（ステップＳ３５；Ｎｏ）、ガス回収ノズル１０のノズルＳＷ２０がオフになると（ステップＳ３８；Ｙｅｓ）、ノズルＳＷ２０から制御装置３１にＬＮＧ圧送終了を指示する信号が入力され、制御装置３１が電磁弁２４Ａを閉じることで、遮断弁１５を閉じる（ステップＳ３９）。そして、予冷中にガスガス回収ノズル１０が外されたことを報知し（ステップＳ４０）、ＬＮＧの圧送を終了する。

本実施の形態におけるガス充填装置１は、予冷時に充填ノズル３をレセプタクル７から取り外すと遮断弁１５を開くように構成されているが、レセプタクル７から取り外した充填ノズル３を車両の燃料タンクの充填口に接続することでＬＮＧを充填することができてしまう。しかし、上記第１の実施例によれば、予冷時に充填ノズル３がレセプタクル７から取り外されたことを報知することができるため、そのような不正を防止することができる。

予冷動作の第２実施例を図５に示すが、この第２実施例は、流量計１４の密度の指示値Ｄを予冷動作を終了する判断材料にする点で、図４に示した第１実施例と相違する。

図５に示すステップＳ４１〜Ｓ４３において、上記ステップＳ３１〜Ｓ３３と同様に、第２実施例の予冷動作を行う条件が整うと（ステップＳ４１〜４３；Ｙｅｓ）、ステップＳ４４において、上記ステップＳ４２と同様にＬＮＧの圧送を開始する。

予冷動作を終了するのは、ステップＳ４５において、流量計１４の密度の指示値Ｄが、ＬＮＧ充填装置１の内部の配管内においてＬＮＧが液化する密度ｄ１（例えば３００ｋｇ／ｍ³）以上になった場合か（ステップＳ４５；Ｙｅｓ）、それまでの間に（ステップＳ４５；Ｎｏ）、ガス回収ノズル１０のノズルＳＷ２０がオフになった場合である（ステップＳ４８；Ｙｅｓ）。この第２実施例によれば、第１実施例の効果に加え、配管内のＬＮＧが液化しているか否か、すなわち、配管が十分に冷えているか否かを瞬時に判断することができる。

前記の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。例えば、予冷動作の第１実施例での温度計１７の温度の代わりに、流量計１４を通過するＬＮＧの温度や密度を用いることも可能である。

１ ＬＮＧ充填装置
２ 供給管
３ 充填ノズル
４ 充填ホース
５ 安全接手
６ 戻り管
７ レセプタクル
８ 検知ＳＷ
９ ガス回収管
１０ ガス回収ノズル
１１ 接続部
１２ エア吹き出し口
１３ 圧力計
１４ 流量計
１５ 遮断弁
１６ 絞り部
１７ 温度計
１８ 循環管
１９ 循環弁
２０ ノズルＳＷ
２１ 圧力計
２２ 制御弁
２３ 流量計
２４（２４Ａ〜２４Ｄ） 電磁弁
２５ ガスセンサ
２６ モード切換ＳＷ
２７ 充填開始ＳＷ
２８ 充填停止ＳＷ
２９ 緊急停止ＳＷ
３０ 回収ＳＷ
３１ 制御装置
３２ 制御盤

Claims (4)

1. ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯留槽に連通する配管の途中に充填機構を介装し、前記ＬＮＧを自動車に搭載された燃料タンクに充填する充填装置において、
   前記充填機構は、
   前記燃料タンクに前記ＬＮＧを充填するための充填ノズルと、
   非充填時に前記充填ノズルと接続されるレセプタクルであって、前記充填ノズルに接続されることで、前記ＬＮＧ貯留槽と前記配管との間に循環路が形成されるレセプタクルと、
   前記充填ノズルと前記レセプタクルの接続／非接続を検知する検知スイッチとを備えることを特徴とする自動車用ＬＮＧ充填装置。
2. 該充填装置が前記循環路を介して前記ＬＮＧの予冷を行っているときに、前記検知スイッチが前記充填ノズルと前記レセプタクルの非接続を検知した場合に、該充填装置の動作を停止することを特徴とする請求項１に記載の自動車用ＬＮＧ充填装置。
3. ＬＮＧを貯留するＬＮＧ貯留槽に連通する配管の途中に充填機構を介装し、前記ＬＮＧを自動車に搭載された燃料タンクに充填する充填装置において、
   前記ＬＮＧの充填前に、前記自動車に搭載された燃料タンクからＬＮＧが蒸発したガスを回収するガス回収機構を備え、
   該ガス回収機構は、前記燃料タンクから前記ガスを回収するためのガス回収ノズルと、該ガス回収ノズルが掛けられるノズル掛けと、該ノズル掛けへの前記ガス回収ノズルの着脱を検知するノズルスイッチとを備えることを特徴とする自動車用ＬＮＧ充填装置。
4. 前記ガス回収機構は、該ガス回収機構が介装される配管の流量を計測する流量計を備えることを特徴とする請求項３に記載の自動車用ＬＮＧ充填装置。

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