JP3584567B2 - 加圧気体の充填構造を用いた充填方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、充填カプラ同士の接続方式による物体間での加圧気体の充填構造を用いた充填方法に関し、詳しくは、大気中への放出・拡散が好ましくない気体の充填に好適な加圧気体の充填構造を用いた充填方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、圧縮天然ガス(CNG)を燃料とする自動車においてスタンドで燃料を補給する場合、その充填構造は図10に示すようなものとなっている。同図に示すように、スタンドの燃料供給装置側には、一方の充填カプラとしての充填ノズル70と、燃料通路72を開閉する開閉弁74が備えられており、一方、車両側には、充填ノズル70に接続される充填カプラ76と、二方弁78と、燃料ボンベ80が備えられている。図10中、符号82は逆止弁を、符号84は緊急遮断弁をそれぞれ示している。燃料充填は、(1)先ず充填カプラ76と充填ノズル70を接続し、二方弁78を「REFUEL」位置にする。(2)次いで開閉弁74を開き、200kgf/cm2の圧力で充填する。(3)燃料ボンベ80が満タンになったら、二方弁78を「DRIVE」位置にし、燃料の充填圧力を7kgf/cm2に減圧する。(4)充填カプラ76〜開閉弁74間の圧力を大気開放する。(5)充填カプラ76と充填ノズル70を外す、という手順となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような燃料補給構造では、充填後、開閉弁74から二方弁78までの燃料通路Wに加圧された天然ガス(ハッチングで表示、以下同じ。)が残留することになるが、この残留ガスは圧力の大気開放に伴って大気中に放出されている。
このことは、自動車が出す排気ガスによる大気汚染の問題における規制対策が古くから講じられている一方で、規制を受けることなく有害物質拡散(蒸散拡散)による大気汚染行為が行われているということになり、換言すれば、大気汚染の問題に対する努力を削ぐものである。
【0004】
本発明は、充填後における残留気体を大気へ放出することなく処理することができ、よって大気汚染の抑制に寄与できる加圧気体の充填構造を用いた充填方法の提供を、その目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、充填が完了した後に充填カプラ等に減圧状態で残留した気体を気体被供給体側に充填とは別の分岐経路で吸収し、吸収後充填カプラの接続を外す、という考えに基づいている。具体的には、請求項1記載の発明では、圧力可変に気体を供給する気体供給装置と、この気体供給装置から互いの充填カプラを介して加圧気体を充填される気体被供給体とが備えられ、
気体供給装置側の充填カプラの上流には気体供給装置側の気体通路を開閉する気体供給側開閉弁を備え、上記気体被供給体は、上記気体供給装置から供給された気体を高圧で貯蔵する第一タンクと、低圧で貯蔵する第二タンクと、通路切換機構を有し、上記通路切換機構は、上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様のうちのいずれか一つをとるように設定された加圧気体の充填構造を用いた充填方法であって、上記気体供給装置と気体被供給体のそれぞれの充填カプラを接続した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様にし、次いで上記気体供給側開閉弁を開いて気体を上記第一タンクに充填した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様にし、次いで上記気体供給装置の充填圧力を下げた後上記気体供給側開閉弁を閉じ、次いで上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様にして気体通路に残留する気体を上記第二タンクに流し、その後上記両者の充填カプラを外すことを特徴とする。
【0006】
請求項2記載の発明では、請求項1記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから上記通路切換機構までの主通路と、上記通路切換機構から第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記通路切換機構から第二タンクへ連通する第二気体通路を有し、上記通路切換機構は、上記主通路と上記第一気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第二気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第一気体通路,第二気体通路のいずれにも接続しない切換位置を有する弁装置であることを特徴とする。
【0007】
請求項3記載の発明では、請求項1記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから気体被供給体までの主通路を有し、当該主通路は上記第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記第二タンクへ連通する第二気体通路の2つに分岐し、上記通路切換機構は上記第一気体通路と第二気体通路のそれぞれに設けられた開閉弁から構成され、それぞれの開閉弁を介して第一気体通路のみを閉じる態様と、第二気体通路のみを閉じる態様と、第一気体通路と第二気体通路を共に閉じる態様のいずれかをとるように設定されていることを特徴とする。
【0008】
請求項4記載の発明では、請求項1又は2又は3記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法において、上記通路切換機構と第一タンクの間の上記第一気体通路と、上記通路切換機構と第二タンクの間の上記第二気体通路のうちのいずれかに上記通路切換機構から上記第一タンク側又は第二タンク側へのみ気体の流れを許容する逆止弁を設けることを特徴とする。
【0010】
なお、請求項1又は2又は3又は4記載の発明においては、上記気体が可燃物質であるとともに上記気体被供給体が自動車であり、上記第二タンク中には上記気体を吸着する気体吸着体を備えているとともに上記第二タンクは上記自動車のエンジンの吸気系に連通する構成とすることもできる。
また、請求項1又は2又は3又は4記載の発明においては、上記第二気体通路に、設定値以上の圧力が作用したときに閉じる過流防止弁を設ける構成とすることもできる。
【0014】
【実施例】
以下、本発明の一実施例(圧縮天然ガス自動車燃料充填における適用例)を図1乃至図6に基づいて説明する。
図1に示すように、気体としての圧縮天然ガスを圧力可変に供給する気体供給装置2側(充填所側)には、図示しない充填装置本体から延びる気体通路4と、この気体通路4の先端に設けられた充填カプラ6が備えられているとともに、充填カプラ6の上流側には気体通路4を開閉する気体供給側開閉弁8が備えられている。
一方、気体被供給体としての車両10側には、充填所側の充填カプラ6に接続される充填カプラ12と、通路切換機構としての三方弁14と、気体を高圧で貯蔵する第一タンクとしてのボンベ16と、気体を低圧で貯蔵する第二タンク18とが備えられており、充填カプラ12から三方弁14までは主通路20で、三方弁14からボンベ16までは第一気体通路22で、三方弁14から第二タンク18までは第二気体通路24でそれぞれ連通されている。
なお、充填カプラ12には図示しない逆止弁が取付けられるものであってもよい。すなわち、この逆止弁は気体供給体から気体被供給体への方向だけの気体の流れを許容するものであって、この逆止弁を設けることによって前記気体被供給体内の気体が前記気体供給体への逆流及び前記気体被供給体内の気体が大気へ拡散するのが防止される。
【0015】
三方弁14は、主通路20と第一気体通路22を接続する「REFUEL」位置と、主通路20と第二気体通路24を接続する「PURGE」位置と、主通路20と第一気体通路22,第二気体通路24のいずれにも接続しない「DRIVE」位置を充填動作に対応してとるようになっている。
また、第一気体通路22にはボンベ16方向へのみ気体の流れを許容する逆止弁26が設けられているとともに緊急遮断弁28が設けられている。ボンベ16に充填された圧縮天然ガスは、第一気体通路22に形成された分岐通路30から図示しない減圧弁等を介してエンジンに供給される。
また、第二気体通路24には気体の流量が設定値以上になると自動的に閉状態となる過流防止弁32が設けられている。この過流防止弁32は、図5(a)に示すように、第二タンク18側の断面積が小さく形成された流路34と、球状の弁体36と、バネ38とから構成されており、流量が設定値以下の場合には「バネ38の戻る力>流体の力」の関係が成立して流れが許容される。流量が所定値以上になると、図5(b)に示すように、「バネ38の戻る力<流体の力」となって流れは遮断される。
【0016】
また、過流防止弁32を更に実際的な例で説明すると、図9(a)及び図9(b)に示されるように、この過流防止弁32は前記球状の弁体36に相当するポペット弁136、シリンダー体140及びバネ143から構成される。同ポペット弁136は図示の通り略筒状体であり、筒状に形成された筒部137と、上流側(図中右方)端部に設けられた拡径部138とを有する。
また、筒部137にはその側面に開口部を有する通路139が設けられている。通路139はポペット弁136の半径方向中心に向かって延び、そこからさらに下流側(図中左方)に向かって延びており、同ポペット弁136の下流後端部に開口している。ポペット弁136は気体流路の一部である前記シリンダー体140の中にあり、同シリンダー体140は前記拡径部138より径の大きいボア部141と前記拡径部138より径の小さい小ボア部142とを有する。同小ボア部142の径はポペット弁136が摺動しうるように前記筒部137の径と同程度に設定されている。
また、ポペット弁136はバネ143によって上流側に付勢されている。符号145は前記過流防止弁32の上流側通路である。また、符号144は過流防止弁32の上流側開口部である。同上流側通路145の径は前記拡径部138より小さく設定されている。流体の流量が0の時、すなわち流体圧がない時、前記ポペット弁136は前記バネ143によって上流側に付勢され、前記大ボア部141の上流側端部壁に当接する。この時、前記上流側開口部144は前記ポペット弁136の頂面によって閉じられる(図示せず)。
次に、流体が流れ始め前記上流側通路145に圧力がかかると、図9(a)に示す通り、前記ポペット弁136は前記上流側通路145内の流体の圧力によって下流側に押され移動する。前記ポペット弁136が移動すると、流体が前記大ボア部141に流れ込み、次いで流体は前記ポペット弁136の前記通路139に流れ込み、下流へと流れる。
また、前記上流側通路145内の圧力が所定以上に大きくなり「バネ38の力<流体の力」の関係が成立した時、図9(b)に示す通り、前記ポペット弁136は流体の圧力によって下流側に押されて移動し、前記拡径部138が前記大ボア部141の下流側端部壁に完全に押し付けられる。この時前記筒部137の側面にある前記通路139の開口部は前記小ボア部142に入り込むので同開口部が閉じられ、上流と下流の通路が遮断されて流体は下流側へ流れない。
【0017】
次に、図1で示した構造による充填方法を説明する。図1に示すように、先ず、双方の充填カプラ6,12を接続した後、三方弁14を車両10の走行位置である「DRIVE」位置から「REFUEL」位置にし、次いで気体供給側開閉弁8を開いて圧縮天然ガスを所定圧力(200kgf/cm2)で連通されたボンベ16に充填する。
ボンベ16が満タンになったら、図2に示すように、三方弁14を「DRIVE」位置にし、気体供給装置2の充填圧力を大気との平衡状態に近い圧力(例えば7kgf/cm2)に下げ、気体供給側開閉弁8を閉じる。
次いで、図3に示すように、三方弁14を「PURGE」位置にして気体供給側開閉弁8から下流の気体通路と第二タンク18とを接続し、気体供給側開閉弁8から下流に残留していた低圧の圧縮天然ガスを第二タンク18に流す。
次いで、図4に示すように、三方弁14を「DRIVE」位置に戻した後、充填カプラ6,12を外す。
なお、残留圧縮天然ガスを第二タンク18に流した後、三方弁14が「PURGE」位置にある状態(図3)で充填カプラ6,12を外す手順とすることもできる。
【0018】
なお、図1等の実施例において、予め前記第二タンク18(又は後述する気体吸着体40)の容量を充分に大きく設定していれば上記手順の内充填圧力を大気との平衡状態に近い圧力に下げる工程は必要なくなり、前記気体供給側開閉弁8を閉じた後、前記三方弁14を「REFUEL」位置から直接「PURGE」位置にして気体通路の気体を前記第二タンク18へ流してもよい。
この場合、気体供給体側には供給する気体の圧力を可変に制御する装置を省略することもでき、また、前記通路切換装置14は三方弁である必要はなく、「REFUEL」位置及び「PURGE」位置しか持たない二方弁であってもよい。
更に、第二気体通路24の途中に絞り(図示せず)を取り付けると高圧の気体が低圧用である第二タンク18に一気に流入することがなく、第二タンク18を破損・破壊することがなくなりより好ましい。
【0019】
三方弁14の誤操作又は誤動作により、「PURGE」位置で高圧充填がなされても、上記過流防止弁32の機能により第二タンク18への充填は阻止される。 この実施例における第二タンク18は、低圧の残留圧縮天然ガスを貯蔵するだけでなく、集めた圧縮天然ガスを車両10のエンジンの混合気へ組み込んで正規の燃料として使用する機能を有し、図6に示すように、第二タンク18には気体吸着体40が備えられているとともに、エンジン42の吸気系に連通されている。すなわち、スロットルバルブ44の上流から第二タンク18に空気が取り込まれているとともに、第二タンク18で吸着された燃料はスロットルバルブ44の下流に合流するようになっている。第二タンク18内は残留した低圧圧縮天然ガスより圧力を低く設定されており、三方弁14を「PURGE」位置にすると残留圧縮天然ガスは第二タンク18に自動的に吸引される。なお、図1乃至図4と図6とは、第二タンク18のエンジンへの接続が図面上整合しないが、図6は分かり易いように変形させたもので趣旨に変わりはない。
【0020】
このように、充填のためのジョイント部分に残留した圧縮天然ガスを車両10側に引き込んでから充填カプラ6,12を外す構成としたので、充填所における蒸散ガスの発生をほとんどゼロにすることができ、大気汚染抑制に大きく寄与することができる。また、残留圧縮天然ガスを第二タンク18で吸着して燃料としてエンジン系統に戻す構成であるので、燃料の使用効率の向上を図ることができる。
さらにまた、既存のCNG自動車であっても、三方弁14や第二タンク18等を付加することにより低コストで本発明の技術思想による残留ガス拡散防止機能を発現させることができる。
【0021】
図7は車両側の他の実施例を示すものである。上記実施例と異なるところは、充填カプラ12から車両側までの主通路48が第一タンクとしてのボンベ16に連通する第二気体通路50と、第二タンク18に連通する第二気体通路52とに分岐し、第一気体通路50と第二気体通路52にそれぞれ設けられた開閉弁54,56によって通路切換機構58が構成されている点にある。すなわち、三方弁14の機能を個々の開閉弁で行うものである。
通路切換機構58は、それぞれの開閉弁54,56を介して第一気体通路50のみを閉じる態様と、第二気体通路52のみを閉じる態様と、第一気体通路50と第二気体通路52を共に閉じる態様のいずれかをとるようにコンピュータ等で制御される。
充填手順は、先ず双方の充填カプラ6,12を接続した後、開閉弁54を開、開閉弁56を閉の状態にして気体供給側開閉弁8を開きボンベ16へ充填する。次いで開閉弁54を閉じて気体供給装置2の充填圧力を下げた後気体供給側開閉弁8を閉じる。次いで開閉弁56を開にして残留圧縮天然ガスを第二タンク18に流し、その後充填カプラ6,12を外す。
【0022】
図8は車両側の参考実施例を示すものである。図7で示した実施例と異なるところは、第一気体通路50に、開閉弁54に代えてボンベ16方向にのみ気体の流れを許容する逆止弁60を設けた点にある。充填手順は、先ず双方の充填カプラ6,12を接続した後、第二気体通路52の開閉弁56を閉の状態で気体供給側開閉弁8を開いて圧縮天然ガスをボンベ16に充填する。次いで、気体供給装置2の充填圧力を下げた後気体供給側開閉弁8を閉じる。次いで開閉弁56を開にして残留圧縮天然ガスを第二タンク18に流し、その後充填カプラ6,12を外す。なお、残留圧縮天然ガスを第二タンク18に流した後開閉弁56を閉の状態にし、その後、充填カプラ6,12を外す手順とすることもできる。
上記他の実施例等においては第二タンク18の機能等を省略しているが、最初に示した実施例と同様であり、同様の残留ガス拡散防止機能を得ることができるものである。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、充填カプラ等のジョイント部分に残留した気体を気体被供給体側に完全に取り込み、その後充填カプラを外す構成・手順としたので、充填時における大気への気体拡散(ガス拡散)を防止することができ、よって大気汚染抑制に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す加圧気体の充填構造の概要図である。
【図2】気体を充填するとともに三方弁を「DRIVE」位置にして充填圧力を落とした状態を示す概要図である。
【図3】三方弁を「PURGE」位置にして残留圧縮天然ガスを第二タンクに流した状態を示す概要図である。
【図4】三方弁を「DRIVE」位置に戻して充填カプラを外した状態を示す概要図である。
【図5】過流防止弁の機能を示す図で、(a)はバネ力が流体力に勝って流れが生じている状態を示す概要断面図、(b)は流体力がバネ力に勝って流れが阻止されている状態を示す概要断面図である。
【図6】第二タンクとエンジンとの接続を示す概要図である。
【図7】他の実施例を示す一部省略の概要図である。
【図8】参考実施例を示す一部省略の概要図である。
【図9】実際の過流防止弁の機能を示す図で、(a)はバネ力が流体力に勝って流れが生じている状態を示す概要断面図、(b)は流体力がバネ力に勝って流れが阻止されている状態を示す概要断面図である。
【図10】従来例を示す概要図である。
【符号の説明】
4 気体通路
6 充填カプラ(気体供給側)
8 気体供給側開閉弁
12 充填カプラ(気体被供給体側)
14 通路切換機構としての三方弁
16 第一タンクとしてのボンベ
18 第二タンク
20,48 主通路
22,50 第一気体通路
24,52 第二気体通路
26 逆止弁
32 過流防止弁
40 気体吸着体
58 通路切換機構
Claims (4)
- 圧力可変に気体を供給する気体供給装置と、この気体供給装置から互いの充填カプラを介して加圧気体を充填される気体被供給体とが備えられ、
気体供給装置側の充填カプラの上流には気体供給装置側の気体通路を開閉する気体供給側開閉弁を備え、
上記気体被供給体は、上記気体供給装置から供給された気体を高圧で貯蔵する第一タンクと、低圧で貯蔵する第二タンクと、通路切換機構を有し、
上記通路切換機構は、上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様と、上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様のうちのいずれか一つをとるように設定された加圧気体の充填構造を用いた充填方法であって、
上記気体供給装置と気体被供給体のそれぞれの充填カプラを接続した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンクを接続する態様にし、次いで上記気体供給側開閉弁を開いて気体を上記第一タンクに充填した後上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第一タンク、第二タンクのいずれにも接続しない態様にし、次いで上記気体供給装置の充填圧力を下げた後上記気体供給側開閉弁を閉じ、次いで上記通路切換機構を上記気体供給装置と上記第二タンクを接続する態様にして気体通路に残留する気体を上記第二タンクに流し、その後上記両者の充填カプラを外すことを特徴とする加圧気体の充填構造を用いた充填方法。 - 上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから上記通路切換機構までの主通路と、上記通路切換機構から第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記通路切換機構から第二タンクへ連通する第二気体通路を有し、
上記通路切換機構は、上記主通路と上記第一気体通路を接続する切換位置と、
上記主通路と上記第二気体通路を接続する切換位置と、上記主通路と上記第一気体通路、第二気体通路のいずれにも接続しない切換位置を有する弁装置であることを特徴とする請求項1記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。 - 上記気体被供給体は、気体被供給体側充填カプラから気体被供給体までの主通路を有し、当該主通路は上記第一タンクへ連通する第一気体通路と、上記第二タンクへ連通する第二気体通路の2つに分岐し、
上記通路切換機構は上記第一気体通路と第二気体通路のそれぞれに設けられた開閉弁から構成され、それぞれの開閉弁を介して第一気体通路のみを閉じる態様と、第二気体通路のみを閉じる態様と、第一気体通路と第二気体通路を共に閉じる態様のうちのいずれか一つをとるように設定されていることを特徴とする請求項1記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。 - 上記通路切換機構と第一タンクの間の上記第一気体通路と、上記通路切換機構と第二タンクの間の上記第二気体通路のうちのいずれかに上記通路切換機構から上記第一タンク側又は第二タンク側へのみ気体の流れを許容する逆止弁を設けたことを特徴とする請求項2記載の加圧気体の充填構造を用いた充填方法。
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