JP3568677B2

JP3568677B2 - ガス供給装置

Info

Publication number: JP3568677B2
Application number: JP06354696A
Authority: JP
Inventors: 主税我妻; 敏夫大八木
Original assignee: トキコテクノ株式会社
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JPH09257194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に圧縮したガスを被充填タンクに充填するよう構成されたガス供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にして走行する自動車の開発と共に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を自動車の燃料タンクに供給するガス供給装置の実用化が進められている。この種のガス供給装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、燃料補給のためＣＮＧ車がガスステーションに到着すると、ガス蓄圧器に貯蔵されたガスがＣＮＧ車の燃料タンクに急速充填するように構成されている。
【０００３】
そして、自動車の燃料タンクへ供給された流量は流量計により計測されているため、燃料タンクに充填された充填量（積算流量）を知ることができ、燃料タンクに充填された圧力は圧力伝送器により計測される。また、ガス供給管路の先端には、燃料タンクの接続口に接続されるガス充填ノズルが設けられており、ガス充填ノズルのノズル先端には着脱カプラが設けられている。
【０００４】
このガス充填ノズルの着脱カプラは、燃料タンクの開閉弁（被充填側開閉弁）に連通された着脱カプラに接続され、ガス充填完了後に燃料タンクの着脱カプラから外される。
ところが、着脱カプラ内の圧力が高圧になっているとガス供給管路の着脱カプラを燃料タンクの着脱カプラから外すことができない。そのため、ガス充填完了後にガス供給管路の着脱カプラを燃料タンクの着脱カプラから外す際は、着脱カプラ内の圧力を外部に逃がして着脱カプラ内を減圧する必要がある。
【０００５】
ガス供給装置においては、このような脱圧操作を行うため、ガス充填ノズルに手動式の三方弁を設け、燃料タンクへのガス充填が終了した時点で三方弁を切り換え操作して燃料タンクの開閉弁より上流側の管路に残留するガスを排気させるようにしていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記構成のガス供給装置では、ガス供給管路の着脱カプラを燃料タンクの着脱カプラから外すため、ガス充填完了後に三方弁を切り換えて着脱カプラ内を大気圧に減圧させているが、着脱カプラだけでなく燃料タンクの開閉弁より上流側の管路に残留しているガスも排気されてしまう。そのため、実際に燃料タンクに充填されたガスの充填量は、流量計により計測されて積算された積算流量から三方弁と燃料タンクの開閉弁との間に残留していた流量を差し引いた流量である。
【０００７】
従って、流量表示器に表示された流量値は、実際に燃料タンクに充填されたガスの充填量と一致せず、流量表示器には三方弁と燃料タンクの開閉弁との間に残留していた流量分だけ多く表示されるといった問題がある。
また、三方弁が着脱カプラの近傍の管路途中に設けられた構成では、三方弁から着脱カプラまでの距離が短いため、脱圧操作により着脱カプラから排気されるガスの量は例えば２００ｃｃ程度と比較的少ないが、例えばスクータ等のように燃料タンクが小さい車両の場合には、燃料タンクの容量に対する脱圧量の割合が相対的に増大することになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題を解決したガス供給装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有するものである。
本発明は、着脱カプラを介して被充填タンクの被充填側開閉弁に接続され、圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給管路と、
該ガス供給管路に配設され、前記被充填タンクに供給されたガスの流量を計測する流量計と、
前記ガス供給管路に配設され、前記被充填タンクへのガス供給開始時に開弁される供給側開閉弁と、
前記ガス供給管路の端部に設けられ、前記被充填タンクへのガス供給開始からガス供給終了まで前記ガス供給管路と前記被充填側開閉弁とを連通し、ガス供給終了後前記着脱カプラの圧力を外部に逃がすように切り換えられる三方弁と、
を有するガス供給装置において、
前記供給側開閉弁の開弁により前記着脱カプラに圧力を供給した後、前記被充填側開閉弁が開弁された際に前記流量計により計測された流量の積算を開始して積算流量を計測し、当該積算流量を表示させる流量計測制御手段を備えてなることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、本発明によれば、供給側開閉弁の開弁により着脱カプラに圧力を供給した後、被充填側開閉弁が開弁された際に流量計により計測された流量の積算を開始して積算流量を計測し、当該積算流量を表示させるため、積算された流量が実際に被充填タンクへ充填されたガス充填量と一致し、三方弁の脱圧操作による流量積算値と実際に充填量との差を無くすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の一実施例を説明する。尚、図１に本発明になるガス供給装置の一実施例を示す。
ガス供給装置１は、例えば自動車２の燃料タンク（被充填タンク）３に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス供給ステーションなどに設置されている。
【００１２】
ガス供給装置１は、大略、都市ガスを所定圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニット４と、圧力発生ユニット４により圧縮されたガスを燃料タンク３に供給するためのディスペンサユニット５とよりなる。
圧力発生ユニット４は、都市ガスの中圧管路から分岐された分岐管路１１にコンプレッサ１２を接続した構成となっている。このコンプレッサ１２は、例えばガスを圧縮するためのシリンダが複数（３個または４個）設けられた多段式のものであり、前段のシリンダで圧縮されたガスを次段のシリンダでさらに高い圧力に加圧して分岐管路１１から供給されたガスを段階的に圧縮する。
【００１３】
さらに、コンプレッサ１２から引き出された高圧管路１３には、コンプレッサ１２から吐出された圧力を検出する圧力スイッチ１４と、コンプレッサ１２により生成されたガスの逆流を防止する逆止弁１５が配設されている。また、高圧管路１３から分岐した分岐管路１６の端部には、複数本のガス蓄圧器１７（１７_１〜１７_ｎ）が接続されている。尚、ガス蓄圧器１７は、一般に文献等では「蓄ガス器」とも呼ばれている。
【００１４】
上記ガス蓄圧器１７（１７_１〜１７_ｎ）には、上記コンプレッサ１２により圧縮された高圧ガス、本実施例では２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２に圧縮されたガスが蓄圧される。上記圧力スイッチ１４は、ガス蓄圧器１７（１７_１〜１７_ｎ）に蓄圧された圧力が規定圧力２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２に達すると、その検出信号をコンプレッサ制御盤１８に出力する。コンプレッサ１２は、コンプレッサ制御盤１８により制御されており、ガス蓄圧器１７（１７_１〜１７_ｎ）が規定圧力２５０ｋｇｆ／ｃｍ^２に達するとロード運転からアンロード運転に切り換えられる。
【００１５】
また、高圧管路１３の下流側端部には、電磁弁よりなる第１の開閉弁１９が配設されている。この第１の開閉弁１９は、コンプレッサ１２により圧縮されたガスがガス蓄圧器１７へ供給される際に閉弁されてガスがディスペンサユニット５へ流出することを防止し、ガス蓄圧器１７内のガスが燃料タンク３に充填されるときは開弁される。そして、ガス蓄圧器１７内の圧力が所定圧力に達すると、圧力発生ユニット４は充填作業可能な待機状態となる。
【００１６】
また、圧力発生ユニット４とディスペンサユニット５との間は、ガス供給管路２１を介して接続されている。そして、ガス供給管路２１の下流側端部に接続されてディスペンサユニット５内に延在するガス供給管路２２には、電磁弁よりなる第２の開閉弁（供給側開閉弁）２３と、ガス供給管路２２を流れるガス流量を計測する流量計２４と、下流側へ給送される圧力又は流量が所定値となるように制御する制御弁２５と、制御弁２５の下流に供給される２次圧力を検出する２次圧力伝送器２６と、２次圧力が規定圧力（本実施例では、２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）以上になることを防止する過充填防止弁２７と、所定以上の力で引っ張られたとき分離する緊急離脱カプラ２８とが配設されている。
【００１７】
上記流量計２４は、高圧ガスの流量を正確に計測することができるコリオリ式の質量流量計が採用されており、その流量計測信号を出力する。そして、制御弁２５は、後述するように一定の圧力上昇でガスを充填する一定圧力上昇制御、あるいは一定の流量でガスを充填する一定流量制御により弁開度が調整される。
【００１８】
過充填防止弁２７は、ガス供給管路２２の圧力がパイロット圧として導入されており、ガス供給管路２２の圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上になると、弁開度を絞るように動作する。
上記緊急離脱カプラ２８は、万が一着脱カプラ３４が燃料タンク３側の着脱カプラ４２に接続されたまま自動車２が発車した場合に連結を解除するとともに、緊急離脱カプラ３４内部に設けられた逆止弁（図示せず）が閉弁してガス漏れを防止する。
【００１９】
２９は制御回路で、後述するように第１の開閉弁１９及び第２の開閉弁２３の開閉動作を制御すると共に、流量計２４及び２次圧力伝送器２６により検出された流量及び圧力に基づいて制御弁２５の弁開度を一定の圧力上昇でガスを充填する一定圧力上昇制御、あるいは一定の流量でガスを充填する一定流量制御により制御する。
【００２０】
また、制御回路２９は、流量計２４により計測された流量計測値を積算する流量積算カウンタ（流量積算部）２９ａを有し、この流量積算カウンタ２９ａを制御する流量計測制御プログラムが格納されている。この流量積算カウンタ２９ａは、後述するように着脱カプラ３４へガスを充填するまでの流量をリセットされた後、自動車２の手動開閉弁４３が開弁操作されて燃料タンク３へのガス供給が開始されると共に流量計２４から出力された流量パルスを積算して燃料タンク３に供給された流量のみを積算する。
【００２１】
３０は表示器で、燃料タンク３に充填されたガスの充填量（流量積算値）及び充填圧力（２次圧力）を表示する。
また、緊急離脱カプラ２８には、高圧ガスに耐えうる高圧ガス供給チューブ３１の一端が接続され、高圧ガス供給チューブ３１の他端にはガス充填ノズルを構成する第１の三方弁３２が設けられている。第１の三方弁３２の流入ポートａには、高圧ガス供給チューブ３１が接続されている。さらに、第１の三方弁３２の充填ポートｂには、ノズル部３３が接続されており、このノズル部３３の端部には、着脱可能な着脱カプラ３４が設けられている。
【００２２】
また、第１の三方弁３２の排気ポートｃは、ガス供給終了後、着脱カプラ３４の離脱操作を可能にするため、着脱カプラ３４内の残留ガスを外部に逃がすための排気管路３５に接続されている。
このように設けられた三方弁３２は、手動操作により切り換えられる構成であり、ガス充填前及びガス充填後は、充填ポートｂと排気ポートｃとが連通されると共に流入ポートａが遮断されている。さらに、ガス充填時は、流入ポートａと充填ポートｂとが連通するとともに排気ポートｃが遮断するように切り換え操作される。
【００２３】
３６は第２の三方弁で、ガス供給管路２２から引き出された排気管路３７が接続されたａポートと、第１の三方弁３２から引き出された排気管路３５が接続されたｂポートと、低圧管路３８が接続されたｃポートとを有する。
この第２の三方弁３６は、燃料タンク３へガスを充填しているときは、ｂポートとｃポートとを連通するように操作されており、ガス充填終了後に第１の三方弁３２がｂポートとｃポートとを連通するように操作されると、ノズル部３３のガスが低圧管路３８へ排気されて着脱カプラ３４，４２内が脱圧される。その後、第２の三方弁３６は、ａポートとｃポートとが連通するように切り換え操作されてガス供給管路２２内のガスが低圧管路３８へ排気されてガス供給管路２２内が脱圧される。
【００２４】
また、高圧ガスが充填される自動車２においては、燃料タンク３に接続された管路４１に上流側より上記着脱カプラ３４が結合される着脱カプラ４２と、ガスを充填する際手動操作により開弁される手動開閉弁４３と、燃料タンク３に充填されたガスが逆流することを防止する逆止弁４４とが配設されている。
【００２５】
ここで、上記構成になるガス供給装置１におけるガス充填作業について説明する。
上記自動車２の燃料タンク３にガスを充填する際、作業者は、先ず、ディスペンサユニット５の着脱カプラ３４を自動車２の着脱カプラ４２に結合させる。そして、三方弁３２の流入ポートａと充填ポートｂとが連通するように切り換えた後、充填開始釦（図示せず）がオンに操作されると、制御回路２９は第１、第２の開閉弁１９，２３を開弁させる。そして、自動車２の手動開閉弁４３までガスが供給された状態となった後、手動開閉弁４３を開弁させて燃料タンク３にガスを供給する。
【００２６】
これにより、ガス蓄圧器１７に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路２１，２２，高圧ガス供給ホース３１，ノズル部３３，着脱カプラ３４，４２，管路４１を介して燃料タンク３に充填される。
充填開始直後は、ガス供給管路２２に配設された制御弁２５の弁開度がやや絞られており、ガス蓄圧器１７からのガスにより各機器が受ける圧力の昇圧を緩和して各機器を高圧ガスから保護する。そして、所定時間（例えば５秒程度）が経過すると、制御弁２５の弁開度を徐々に開いてガス充填流量を増加させる。
【００２７】
燃料タンク３へのガス充填が完了すると、作業者は、脱圧操作を行う。すなわち、手動開閉弁４３を閉弁した後、第１の三方弁３２の充填ポートｂと排気ポートｃとを連通させるとともに流入ポートａを遮断させる。排気管路３５及び低圧管路３８を介して着脱カプラ３４内及び供給ホース３３内に残留するガスは、三方弁３２の排気ポートｃから排気管路３５、第２の三方弁３６を介して低圧管路３８へ排気される。これにより、脱圧操作が終了して着脱カプラ３４の離脱操作が可能になる。
【００２８】
また、第２の三方弁３６は、ａポートとｃポートとが連通するように切り換え操作されてガス供給管路２２内のガスが低圧管路３８へ排気されてガス供給管路２２内が脱圧される。そして、ディスペンサユニット５の着脱カプラ３４が自動車２の着脱カプラ４２から分離されてガス充填作業が完了する。
【００２９】
次に、制御回路２９が実行するガス充填制御処理につき説明する。尚、図２は制御回路２９が実行するガス充填制御処理のフローチャートである。
前述したように作業者が、ディスペンサユニット５の着脱カプラ３４を自動車２の着脱カプラ４２に結合して三方弁３２の流入ポートａと充填ポートｂとが連通するように切り換え操作した後、充填開始釦（図示せず）をオンに操作すると、制御回路２９は図２に示す処理を実行する。
【００３０】
ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、充填開始釦がオンに操作されると、Ｓ２に進み、表示器３０の流量表示をゼロにする。続いてＳ３に進み、第１、第２の開閉弁１９，２３を開弁させる。これで、ガス蓄圧器１７の圧力が自動車２の手動開閉弁４３まで供給される。尚、このとき、手動開閉弁４３はまだ閉弁されていないため、燃料タンク３にはガスが供給されていない。
【００３１】
次のＳ４では、２次圧力伝送器２６により検出された２次圧力を読み込む。続いて、Ｓ５では、２次圧力が安定したか否かを判定しており、２次圧力が変動している間は上記Ｓ４に戻り、２次圧力が安定するまでＳ４，Ｓ５の処理を繰り返す。
【００３２】
そして、作業者は、２次圧力が安定すると、手動開閉弁４３までガスが充填されたものと判断して手動開閉弁４３を開弁操作する。これにより、ガス蓄圧器１７から供給されたガスが自動車２の燃料タンク３に供給され、ガス充填が開始される。
【００３３】
次のＳ６では、作業者が自動車２の手動開閉弁４３を開弁操作して２次圧力が降下したことを確認する。Ｓ６で圧力降下が発生した場合、手動開閉弁４３を開弁操作により燃料タンク３へのガス供給が開始されたものと判断し、流量積算カウンタ２９ａをリセットする（Ｓ７）。
【００３４】
次のＳ８では、流量計２４により計測された流量及び２次圧力伝送器２６により検出された２次圧力を読み込む。そして、流量積算カウンタ２９ａにより流量計２４から出力された流量計測値を積算すると共に、表示器３０に流量積算カウンタ２９ａに積算された流量積算値を表示させる（Ｓ９）。
【００３５】
Ｓ１０では、上記Ｓ８で読み込まれた流量及び圧力に基づいて制御弁２５の弁開度を制御する。すなわち、制御弁２５は、圧力が一定の上昇率となるように制御する「一定圧力制御」あるいは流量が一定になるように制御する「一定流量制御」により弁開度が制御される。
【００３６】
続いて、Ｓ１１に進み、２次圧力伝送器２６により検出された２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）に達したかどうかを判定する。従って、２次圧力伝送器３３の検出値が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）未満であるときは、燃料タンク３が満タンになっていないものと判断してＳ８に戻る。そして、Ｓ８〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００３７】
しかし、２次圧力伝送器２６の検出値が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）に達しているときは、Ｓ１２に進み、燃料タンク３に供給されるガス流量が所定の微小流量Ｑａ未満に減少したか否かを判定する。もし、Ｓ１２において、ガス流量が所定の微小流量Ｑａ以上であるときは、まだ燃料タンク３が満タンではないと判断して上記Ｓ８に戻り、Ｓ８〜Ｓ１２の処理を繰り返す。そして、ガス流量が微小流量Ｑａ未満に減少したときは、燃料タンク３が満タンになったものと判断してＳ１３に進み、全ての弁を閉弁させる。これで、一連のガス充填制御が終了する。
【００３８】
ガス充填後、作業者は、手動開閉弁４３を閉弁した後、三方弁３２の充填ポートｂと排気ポートｃとを連通させて着脱カプラ３４内及び供給ホース３３内に残留するガスを排気して着脱カプラ３４内を大気圧に減圧する。その後、作業者は、ディスペンサユニット５の着脱カプラ３４を自動車２の着脱カプラ４２から分離させてガス充填作業を完了する。
【００３９】
このように、ガス蓄圧器１７の圧力が自動車２の手動開閉弁４３まで供給され、且つ作業者が手動開閉弁４３を開弁操作すると、流量積算カウンタ２９ａの流量積算値をゼロにリセットするため、流量積算カウンタ２９ａは燃料タンク３に供給されたガスの流量のみ積算することができる。そのため、燃料タンク３へのガス充填終了後に脱圧操作を行って手動開閉弁４３より上流側に供給されたガスが外部に排気されてもこの脱圧されたガス量が流量積算カウンタ２９ａにより積算されることがなく、燃料タンク３に充填された充填量のみを表示器３０に表示させることができる。
【００４０】
そのため、脱圧操作により排気されるガスの流量が表示器３０に表示されることが防止され、表示器３０の流量表示を正確な値とすることができる。
尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガスを供給するのにも適用できるのは勿論である。
【００４１】
また、上記実施例では、自動車２の燃料タンク３に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガスを他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の装置にも適用できるのは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、供給側開閉弁の開弁により着脱カプラに圧力を供給した後、被充填側開閉弁が開弁された際に流量計により計測された流量の積算を開始して積算流量を計測し、当該積算流量を表示させるため、積算された流量が実際に被充填タンクへ充填されたガス充填量と一致し、三方弁の脱圧操作による流量積算値と実際に充填量との差を無くすことができる。すなわち、流量表示が実際の充填量と等しくなり、被充填タンクへ充填されたガス充填量の表示をより正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】制御回路が実行するガス充填制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１ガス供給装置
３燃料タンク
４圧力発生ユニット
５ディスペンサユニット
１２コンプレッサ
１７ガス蓄圧器
１９第１の開閉弁
２１，２２ガス供給管路
２３第２の開閉弁
２４流量計
２５制御弁
２６２次圧力伝送器
２９制御回路
２９ａ流量積算カウンタ
３０表示器
３２，３６三方弁
３４，４２着脱カプラ
４３手動開閉弁

Claims

着脱カプラを介して被充填タンクの被充填側開閉弁に接続され、圧縮されたガスを被充填タンクに供給するガス供給管路と、
該ガス供給管路に配設され、前記被充填タンクに供給されたガスの流量を計測する流量計と、
前記ガス供給管路に配設され、前記被充填タンクへのガス供給開始時に開弁される供給側開閉弁と、
前記ガス供給管路の端部に設けられ、前記被充填タンクへのガス供給開始からガス供給終了まで前記ガス供給管路と前記被充填側開閉弁とを連通し、ガス供給終了後前記着脱カプラの圧力を外部に逃がすように切り換えられる三方弁と、
を有するガス供給装置において、
前記供給側開閉弁の開弁により前記着脱カプラに圧力を供給した後、前記被充填側開閉弁が開弁された際に前記流量計により計測された流量の積算を開始して積算流量を計測し、当該積算流量を表示させる流量計測制御手段を備えてなることを特徴とするガス供給装置。