JP3628752B2 - Gas supply device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に小容量から大容量まで被充填タンクの容量に応じて被充填タンクへガス充填時間の短縮を図ると共にガス充填精度の向上を図るよう構成したガス供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス(CNG)等を別のタンクに供給するガス供給装置としては、実開平4−64699号公報にみられるような装置がある。当該公報の装置は、圧縮されたガスを急速充填する方式が採用されており、圧縮機により所定圧力以上に昇圧されたガスをガス供給タンクに一旦貯めておき、そしてガス供給タンクに貯められたガスを自動車の燃料タンク(被充填タンク)に注入して燃料タンク内が所定圧力に達するまで充填されるようになっている。
【0003】
上記装置では、圧力上昇率が一定になるように制御弁の弁開度を制御する一定圧力上昇制御、あるいはガス供給量が一定になるように制御弁の弁開度を制御する一定流量制御により燃料タンクへのガス充填を行っていた。
一定圧力上昇制御でガス充填を行う場合、燃料タンクに供給される供給圧力が一定の割合で上昇することになり、ガス充填により燃料タンクの圧力が上昇するとともに制御弁によりガス供給圧力を上昇させて燃料タンクの充填圧力が目標充填圧力になるようにしていた。そのため、一定圧力上昇制御では、燃料タンクの充填前の残量又は残留圧力に関係なく、ガス供給タンクからのガスを制御弁により目標充填圧力となるまで圧力を一定に上昇させて充填していた。
【0004】
また、一定流量でガス充填を行う一定流量制御により燃料タンクへのガス充填制御を行う場合、燃料タンクの容量に関係なく、ガス供給タンクからのガス供給流量を一定にしたまま目標充填圧力となるまで充填していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の装置では、乗用車の燃料タンクにガスを一定圧力上昇制御を行う場合と同じ制御則で乗用車のおよそ10倍の容量を有するバスの燃料タンクにガスを充填していた。そのため、従来は、ガス供給系路の流量制限による圧力損失が生じて、燃料タンクに充填された充填圧力がガス供給装置側に設けられた圧力センサにより検出された圧力よりも小となり、その分燃料タンクに充填された充填圧力が目標圧力よりも小さくなってしまい、ガス充填精度が低下するといった問題があった。
【0006】
そして、ガス供給装置では、装置内の圧力センサにより検出された圧力値に基づいてガス供給開閉弁を閉弁させるため、実際には燃料タンク内が満タン充填圧力に達しないままガス充填を終了してしまうことがある。
また、一定流量でガス充填を行う一定流量充填制御により燃料タンクへのガス充填制御を行った場合、一定圧力上昇制御の場合のように圧力損失の影響を受けずに目標圧力になるように正確にガス充填が行える反面、タンク容量が大きいバスの燃料タンク等にガスを充填する場合には、制御流量が少ないと燃料タンクが満タン(目標圧力)になるまでの充填時間が乗用車等に比べてかなり長時間となってしまい、制御流量が多過ぎると充填開始当初急激な圧力上昇が生じてしまうことになるといった問題がある。
【0007】
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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被充填タンクに接続され、圧縮されたガスを該被充填タンクに供給するガス供給管路と、
該ガス供給管路に設けられガスの流れを制御する制御弁と、
前記ガス供給管路に設けられ、前記被充填タンクに充填される圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ガス供給管路に設けられ、前記被充填タンクに充填される流量を測定する流量計と、
前記被充填タンクへの充填開始後、前記被充填タンクの圧力が前記被充填タンクの容量に応じた所定圧力に上昇するまで前記制御弁の弁開度を前記被充填タンクの容量に応じた一定圧力上昇となるように前記圧力検出手段からの信号により一定圧力上昇制御を行い、該所定圧力に達した時点で前記流量計により計測された流量が一定流量となるように前記制御弁の弁開度を一定流量制御に切り換えて前記被充填タンクに目標圧力を充填する制御手段と、
よりなることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】
本発明によれば、被充填タンクへの充填開始後、被充填タンクの圧力が被充填タンクの容量に応じた所定圧力に上昇するまで制御弁の弁開度を被充填タンクの容量に応じた一定圧力上昇となるように圧力検出手段からの信号により一定圧力上昇制御を行い、所定圧力に達した時点で流量計により計測された流量が一定流量となるように制御弁の弁開度を一定流量制御に切り換えて被充填タンクに目標圧力を充填するため、目標圧力を正確に充填することができ、ガス充填精度を高めることができる。
【0010】
【実施例】
図1に本発明になるガス供給装置の一実施例を示す。尚、図1はガス供給装置の概略構成を示す構成図である。
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。
【0011】
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、これら圧力発生ユニット4,ディスペンサユニット5の各機器を制御する制御装置6とよりなる。
【0012】
圧力発生ユニット4は、都市ガス等が家庭に分岐される前の中圧管路(図示せず)に接続された分岐管路11に、ガスを圧縮する多段式のコンプレッサ12が配設されている。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、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するようになっており、中圧管路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には可変圧管路13と高圧管路14とが並列に接続され、可変圧管路13,高圧管路14は、夫々可変圧ガス蓄圧器15,高圧ガス蓄圧器16が接続されている。尚、可変圧ガス蓄圧器15,高圧ガス蓄圧器16は、一般に文献等では蓄ガス器とも呼ばれている。
【0014】
本実施例においては、上記燃料タンク3の最高圧力が200kgf/cm2 とした場合、可変圧ガス蓄圧器15及び高圧ガス蓄圧器16の最高圧力は250kgf/cm2 に設定される。従って、コンプレッサ12は中圧管路から供給された都市ガス(約5〜8kgf/cm2 )を圧縮して可変圧ガス蓄圧器15及び高圧ガス蓄圧器16の圧力を上記設定圧力にする。
【0015】
また、上記可変圧管路13,高圧管路14には、電磁弁よりなる上流側開閉弁19,20が配設され、上記可変圧ガス蓄圧器15,高圧ガス蓄圧器16からのガスを吐出するための吐出管路17,18には、電磁弁よりなる下流側開閉弁21,22と、圧力伝送器23,24と、が配設されている。
【0016】
上記圧力伝送器23,24は、内部にガスの圧力を検出する圧力センサが設けられており、ガスの圧力に応じた検出信号を制御装置6に送信する。また、制御装置6からの指令により上流側開閉弁19が開弁されると、コンプレッサ12により圧縮されたガスが可変圧ガス蓄圧器15に供給され、上流側開閉弁20が開弁されると、コンプレッサ12により圧縮されたガスが高圧ガス蓄圧器16に供給される。
【0017】
そして、可変圧ガス蓄圧器15,高圧ガス蓄圧器16の圧力が所定圧(本実施例では、250kgf/cm2 )に達すると、各上流側開閉弁19,20が閉弁されて、圧力発生ユニット4は充填作業可能な待機状態となる。
尚、燃料タンク3へのガス充填を行う際は、当初、下流側開閉弁21を開弁させて可変圧ガス蓄圧器15のガスを燃料タンク3に充填した後、下流側開閉弁22を開弁させて高圧ガス蓄圧器16のガスを燃料タンク3に充填して燃料タンク3の圧力を段階的に上昇させるようにする。
【0018】
また、吐出管路17,18の下流側端部は、ガス供給管路28に連通しており、圧力発生ユニット4の可変圧ガス蓄圧器15,高圧ガス蓄圧器16はガス供給管路28を介して上記燃料タンク3に接続される。
そして、ディスペンサユニット5内に延在するガス供給管路28には、電磁弁よりなるガス供給開閉弁29と、圧力発生ユニット4から供給された1次圧力を検出する1次圧力伝送器30と、ガス供給管路28を流れるガス流量を計測するコリオリ式の質量流量計31と、下流側へ給送されるガスの圧力を所定圧力に制御する制御弁32と、制御弁32により設定されたガスの2次圧力を検出する2次圧力伝送器33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34と、が配設されている。
【0019】
ガス供給開閉弁29は、燃料タンク3にガスを充填開始するときに開弁され、ガス充填完了と共に閉弁される。
質量流量計31は、ガスが通過するセンサチューブを振動させてコリオリ力による流入側と流出側との位相差に応じた計測信号を出力する振動式質量流量計である。また、質量流量計31は、比較的高圧のガスの流量を正確に計測するよう構成されており、その流量計測信号(流量パルス)を制御装置6に送信する。
【0020】
制御弁32は、制御装置6からの指令により燃料タンク3の推定容量に応じた設定圧力になるように弁開度が制御される。本実施例では、当初燃料タンク3のタンク容量に応じた圧力上昇率になるように制御弁32の弁開度が一定圧力上昇制御される。
【0021】
この一定圧力上昇制御は、燃料タンク3のタンク圧力がタンク容量に応じた設定圧力になるまで行われ、それ以降は燃料タンク3が満タンとなるまでガス供給流量が所定の流量になるように制御弁32の弁開度が制御されて一定流量充填制御が行われる。本実施例では、このように制御弁32の弁開度を制御することにより燃料タンク3への供給圧力あるいは供給流量を所定値に制御する。そのため、ガス供給装置1では、ガス充填精度が高められ、より正確なガス充填を行うことができる。
【0022】
1次圧力伝送器30及び2次圧力伝送器33は、それぞれの取り付け位置で検出した圧力に応じた検出信号を制御装置6に送信する。
また、緊急離脱カプラ34には、高圧ガスに耐えうるガス充填ホース37の一端が接続され、ガス充填ホース37の他端は三方弁38の流入ポートaに接続されている。さらに、三方弁38の充填ポートbには、ガス供給管路39が接続され、ガス供給管路39の先端には着脱カプラ40が設けられている。
【0023】
着脱カプラ40は、ガス充填前に燃料タンク3側の着脱カプラ42に接続され、燃料タンク3へのガス充填完了後に着脱カプラ42から離間される。
三方弁38の排気ポートcは、ガス充填完了後、着脱カプラ40の離脱操作を可能にするため、着脱カプラ40内の残留ガスを外部に逃がすための低圧管路41に接続されている。そして、三方弁38は、ガス充填時に流入ポートaと充填ポートbとが連通されるとともに排気ポートcが遮断されるように切換操作される。そして、三方弁38は、ガス充填後作業者の手動操作により、充填ポートbと排気ポートcとが連通されるとともに、流入ポートaが遮断されるように切り換わる。
【0024】
また、緊急離脱カプラ34は、万が一着脱カプラ40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。
【0025】
上記着脱カプラ40と着脱カプラ42とは、それぞれ内部に逆止弁(図示せず)が設けられており、互いに連結されていないときは逆止弁が閉弁し、着脱カプラ40と着脱カプラ42とが連結されると各逆止弁が開弁位置に変位して相互に連通状態となる。
【0026】
43は表示器で、燃料タンク3に充填されたガスの流量及び供給圧力を表示する。
制御装置6のメモリ44には、2次圧力伝送器33により検出された圧力値に基づいて燃料タンク3の容量を推定する容量推定プログラムと、推定された燃料タンク3の容量に応じた圧力上昇率で一定圧力上昇制御を行い充填可能なタンク容量が所定容量以下になった時点で一定流量制御に切り換える制御プログラムと、が格納されている。
【0027】
制御装置6は、予め登録された各プログラムに基づいて1次圧力伝送器30,2次圧力伝送器33により検出された圧力値を読み込むと共に、質量流量計31から出力された流量パルスを積算して流量を算出する。そして、制御装置6は、検出された圧力及び流量計測値に基づいて制御弁32の各弁開度を制御する。
【0028】
また、自動車2において、高圧ガスが充填される燃料タンク3に接続された管路45には、上流側より上記ディスペンサユニット5の着脱カプラ40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46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47とが配設されている。
【0029】
次に、制御装置6が実行する処理を説明する前に、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40を自動車2の着脱カプラ42に結合させる。そして、作業者は、自動車2の手動開閉弁46を開弁させるとともに、三方弁38の流入ポートaと充填ポートbとが連通するように切換操作する。
【0030】
次に充填開始のスタート釦(図示せず)がオンに操作されると、制御装置6は可変ガス蓄圧器15の開閉弁21を開弁させるとともに、ガス供給開閉弁29を開弁させる。これにより、可変ガス蓄圧器15に蓄圧された高圧ガスは、ガス供給管路28,ガス充填ホース37,着脱カプラ40,42,管路45を介して燃料タンク3に充填される。
【0031】
そして、燃料タンク3に充填された圧力が上昇すると共に可変ガス蓄圧器15の圧力が低下して1次圧力と2次圧力との差が小さくなると、可変ガス蓄圧器15の開閉弁21が閉弁された後、高圧ガス蓄圧器16の開閉弁22が開弁されてさらにガス充填が行われる。
【0032】
燃料タンク3が満タン状態に達した時点で、高圧ガス蓄圧器16の開閉弁22が閉弁されるとともに、ガス供給開閉弁29が閉弁される。ガス供給管路28を通過したガス充填量は、質量流量計31により計測され、ガス充填量に応じた流量パルスが制御装置6に出力される。
【0033】
これにより、制御装置6は、2次圧力伝送器33により検出された供給圧力と、質量流量計31からの流量パルス数に基づいて、燃料タンク3に充填されたガス充填量を算出して表示器43に表示する。
燃料タンク3へのガス充填が完了すると、作業者は自動車2側の手動開閉弁46を閉弁させた後、三方弁38を充填ポートbと排気ポートcとが連通するとともに流入ポートaが遮断するように切換操作する。即ち、三方弁38は、低圧管路41を介して着脱カプラ40,42内及び充填ホース39内に残留するガスを外部に逃がして減圧し、着脱カプラ40の離脱操作を可能にする。
【0034】
その後、作業者はディスペンサユニット5の着脱カプラ40を自動車2の着脱カプラ42から分離させる。これで、一連のガス充填作業が完了する。
ここで、上記構成になるガス供給装置1の制御装置6が実行する処理につき説明する。
【0035】
図2はガス充填作業時に制御装置6が実行するメインフローチャートであり、図3はメインフローチャートの充填制御のサブルーチンである。
作業者は、前述したようにガス供給管路28の先端に設けられた着脱カプラ40を燃料タンク3の着脱カプラ42に接続し、その後手動式の開閉弁46を開弁操作する。そして、作業者は、スタート釦をオンに操作する。
【0036】
制御装置6は、スタート釦がオンに操作されると図2の処理を実行する。ステップS1(以下「ステップ」を省略する)では、可変ガス蓄圧器15の開閉弁21を開弁させ、次のS2ではディスペンサユニット5のガス供給開閉弁29を開弁させる。
【0037】
続いて、S3では、制御弁32の弁開度を制御して燃料タンク3に充填される圧力の上昇率を一定にする。そして、満タン直前まで燃料タンク3のタンク容量に応じた圧力上昇率で一定圧力上昇制御を行い、ガス充填可能なタンク容量が所定値以下になった時点で制御弁32の弁開度を制御して一定流量制御に切り換わり燃料タンク3が満タンとなるまでガス供給流量を一定流量に制御する。
【0038】
次のS4では、1次圧力伝送器30及び2次圧力伝送器33により検出された1次圧力と2次圧力とを読み込み、1次圧力と2次圧力との差が予め設定された所定値以下に小さくなったかどうかをチェックする。即ち、S4においては、可変ガス蓄圧器15のガスが燃料タンク3に充填されて燃料タンク3の圧力が可変ガス蓄圧器15の圧力に近い圧力まで上昇したことを確認しており、1次圧力と2次圧力との差が大きい場合には、S5に進み、燃料タンク3の圧力、即ち2次圧力伝送器33により検出された2次圧力が目標圧力(本実施例では、200kgf/cm2 )になったかどうかをチェックする。
【0039】
尚、上記S5において、燃料タンク3の圧力が目標圧力に達したときは、後述するS9に進み、開弁された全ての弁を閉弁させてガス充填処理を終了する。
そして、燃料タンク3の圧力が目標圧力以下であるときは、S3〜S5の処理を繰り返す。しかし、S4において、1次圧力と2次圧力との差が予め設定された所定値以下に小さくなったときは、S6に進み、可変ガス蓄圧器15の開閉弁21を閉弁させる。
【0040】
次のS7では、高圧ガス蓄圧器16の開閉弁22を開弁して高圧ガス蓄圧器16のガスを燃料タンク3に充填する。そして、S8で実行される充填制御は、前述したS3と同様な一定圧力上昇制御及び一定流量制御を行う。このS8では、燃料タンク3の圧力、即ち2次圧力伝送器33により検出された2次圧力が目標圧力(本実施例では、200kgf/cm2 )になるまでガスの充填が行われる。
【0041】
そして、S8において、燃料タンク3の圧力が目標圧力に達したときは、燃料タンク3へのガス充填が終了したものと判断してS9に進み、高圧ガス蓄圧器16の開閉弁22を閉弁させると共に、ガス供給開閉弁29を閉弁させる。
次に上記S8で実行される充填処理について図3を参照して詳しく説明する。
【0042】
S11においては、燃料タンク3の残留圧力、即ちガス充填前に2次圧力伝送器33が検出した2次圧力を読み込みメモリ44に記憶させる。続いて、S12で、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 以上であるかどうかをチェックする。もし、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 未満であるときは、S13に進み、制御弁32の弁開度を制御して燃料タンク3に充填される圧力を一定の圧力上昇率(1.5kgf/cm2/sec )で上昇させる。
【0043】
次のS14においては、充填開始前に2次圧力伝送器33が検出した2次圧力を基準値として、この充填開始前の2次圧力から予め設定された所定圧力(本実施例では、30kgf/cm2 とする)まで上昇したかどうかをチェックする。つまり、本実施例では、ガス充填開始から2次圧力が30kgf/cm2 だけ上昇するまで1.5kgf/cm2/sec の圧力上昇率で燃料タンク3にガスを充填する。
【0044】
しかし、上記S12において、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 以上に達したときは、S15に移行して制御弁32の弁開度を微少流量となるように制御して一定流量(例えば、2kg/min)のガスを燃料タンク3に充填させる。
さらに、S16に進み、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 になるまでS16の一定流量制御を継続し、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したとき目標圧力の充填が完了したため前述したS9に移行して図3の処理を終了する。
【0045】
また、S14において、2次圧力が30kgf/cm2 上昇すると、S17に進み、制御弁32の弁開度を制御して燃料タンク3に充填される流量を一定値に保つようにする。ここでは、例えば3kg/minの一定流量で10秒間だけガスを燃料タンク3に充填するようにする。
【0046】
その後、S18に進み、質量流量計31からの流量パルスを積算して燃料タンク3へ充填されるガスの積算流量を求めるとともに、2次圧力伝送器33により検出された2次圧力の上昇率により燃料タンク3の容量を演算する。即ち、S18においては、積算流量÷上昇圧力の演算を行って燃料タンク3の容量を推定すると共にメモリ44に記憶させる。
【0047】
S19以降では、このように演算された燃料タンク3の推定容量に基づいて最適なガス充填制御を行う。即ち、S19において、燃料タンク3の容量が20リットル以下かどうかをチェックしており、燃料タンク3の容量が20リットル以下である場合は、S20に進み、制御弁32の弁開度を微少流量となるように制御して一定流量(例えば、2kg/min)のガスを燃料タンク3に充填させる。
【0048】
さらに、S21に進み、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 になるまでS20の一定流量制御を継続し、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したとき目標圧力の充填が完了したため前述したS9に移行して図3の処理を終了する。このように、タンク容量が20リットル以下の場合、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 になるまで一定流量制御を行うことにより、例えばスクータやバイク等のようにタンク容量の小さい車両の場合でも最適な流量でガス充填を行うことができ、満タン充填時のガス充填量を正確に計測して充填精度を高めることができる。
【0049】
また、S19において、燃料タンク3の容量が20リットル以下でない場合には、S22に進み、燃料タンク3の容量が100リットル以下かどうかをチェックする。燃料タンク3の容量が20〜100リットルである場合は、S23に進み、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 以上になったかどうかをチェックする。もし、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 未満であるときは、S24に進み、制御弁32の弁開度を制御して燃料タンク3に充填される圧力を一定の圧力上昇率(2kgf/cm2/sec )で上昇させる。
【0050】
そして、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 に達するまでS24の一定圧力上昇制御が行われる。S23において、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 に達すると、S25に進み、制御弁32の弁開度を微少流量となるように制御して一定流量(例えば、2kg/min)のガスを燃料タンク3に充填させる。
【0051】
さらに、S26では、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したかどうかをチェックしている。S26において、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 以下であるときは、上記S23に戻り、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 以上であるか否かをチェックする。これは、一端圧力が190kgf/cm2 以上になっても温度低下等の環境変化により圧力が低下することがあるため、再度圧力を確認する必要があるからである。
【0052】
ここで、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 未満に低下していた場合には、S24に進み、再度一定圧力上昇制御を行う。しかし、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 以上であるときは、S25に進み、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 になるまで一定流量制御を継続する。そして、S26において、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したときは、目標圧力の充填が完了したため前述したS9に移行して図3の処理を終了する。
【0053】
このように、タンク容量が100リットル以下の場合、燃料タンク3の圧力が満タン直前の圧力190kgf/cm2 になるまでは一定圧力上昇制御を行ってガス充填時間をできるだけ短縮できると共に、燃料タンク3の圧力が190〜200kgf/cm2 までは一定流量制御を行うことにより、例えば軽乗用車等のようにタンク容量が小型の車両の場合でも最適な圧力、流量でガス充填を行うことができ、満タン充填時のガス充填量を正確に計測して充填精度を高めることができる。
【0054】
また、S22において、燃料タンク3の容量が100リットル以下でない場合はS27に進み、燃料タンク3の容量が300リットル以下かどうかをチェックする。燃料タンク3の容量が100〜300リットルである場合は、S28に進み、燃料タンク3の圧力が195kgf/cm2 以上になったかどうかをチェックする。そして、S28〜S31では、上記S23〜S26と同様に、燃料タンク3の圧力が195kgf/cm2 未満であるときは、S29で一定の圧力上昇率(3kgf/cm2/sec )でガスを充填し、195kgf/cm2 に達するとS30の一定流量(3kg/min)のガスを燃料タンク3に充填させる。
【0055】
また、S31において、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 以下であるときは、上記S28に戻る。そして、燃料タンク3の圧力が190kgf/cm2 未満に低下していた場合には、S29で再度一定圧力上昇制御を行う。しかし、燃料タンク3の圧力が195kgf/cm2 以上であるときは、S30で燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 になるまで一定流量制御を継続する。そして、S31において、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したときは、目標圧力の充填が完了したため前述したS9に移行して図3の処理を終了する。
【0056】
このように、タンク容量が300リットル以下の場合、燃料タンク3の圧力が満タン直前の圧力195kgf/cm2 になるまでは一定圧力上昇制御を行ってガス充填時間をできるだけ短縮できると共に、燃料タンク3の圧力が195〜200kgf/cm2 までは一定流量制御を行うことにより、例えば普通乗用車等のようにタンク容量が中型の車両の場合でも最適な圧力、流量でガス充填を行うことができ、満タン充填時のガス充填量を正確に計測して充填精度を高めることができる。
【0057】
また、S27において、燃料タンク3の容量が300リットル以上であるときはS32に進み、燃料タンク3の圧力が198kgf/cm2 以上になったかどうかをチェックする。そして、S32〜S35では、上記S23〜S26及びS28〜S31と同様に、燃料タンク3の圧力が198kgf/cm2 未満であるときは、S33で一定の圧力上昇率(3kgf/cm2/sec )でガスを充填し、198kgf/cm2 に達するとS34で一定流量(3kg/min)のガスを燃料タンク3に充填させる。
【0058】
そして、S35において、燃料タンク3の圧力が200kgf/cm2 に達したときは、目標圧力の充填が完了したため前述したS9に移行して図3の処理を終了する。
このように、タンク容量が300リットルを越える大型車両の場合、燃料タンク3の圧力が満タン直前の圧力198kgf/cm2 になるまでは一定圧力上昇制御を行ってガス充填時間をできるだけ短縮できると共に、燃料タンク3の圧力が198〜200kgf/cm2 までは一定流量制御を行うことにより、例えばバス等のようにタンク容量が大型の車両の場合でも最適な圧力、流量でガス充填を行うことができ、満タン充填時のガス充填量を正確に計測して充填精度を高めることができる。
【0059】
従って、燃料タンク3のタンク容量を推定し、そのタンク容量の大きさに応じてガス充填制御則、つまり一定流量制御で充填するのか、あるいは一定圧力上昇制御で充填するのかを判断し、さらに、一定圧力上昇制御を行う場合には、タンク容量の大きさに応じた圧力上昇率を設定して最適なガス充填制御を行うことができる。しかも、一定圧力上昇制御を行っていても満タン直前になると一定流量制御に切り換えるため、小容量から大容量まで被充填タンクの容量に応じて被充填タンクへガス充填時間の短縮を図ることができるとともに、圧力損失の影響を受けずに燃料タンク3が満タン状態になるまでガスを充填することができ、ガス充填精度をより高めることができる。
【0060】
尚、上記実施例では、タンク容量を20リットル、100リットル、300リットルといった容量に分類してガス充填制御則を選択的に変更するようにしたが、これに限らず、上記実施例よりさらにタンク容量を細分化してきめ細かいガス充填制御を行うようにしても良いのは勿論である。
【0061】
また、上記実施例では、2次圧力伝送器33により検出された圧力値に基づいて燃料タンク3の容量を推定し、推定された燃料タンク3の容量に応じた圧力上昇率で一定圧力上昇制御を行い充填可能なタンク容量が所定容量以下になった時点で一定流量制御に切り換えるようにしたが、これに限らず、例えば燃料タンク3の容量を予め測定したり、あるいは燃料タンク3の容量を推定する装置が別個に設けられている構成のガス供給装置にも適用することができる。
【0062】
また、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。
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。
【0063】
また、上記実施例では、都市ガス等が家庭に分岐される前の中圧管路10からの都市ガスを圧縮する構成としたが、これに限らず、例えば中圧管路10から分岐された家庭の管路からガスを取り出すようにしても良い。
【0064】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、被充填タンクへの充填開始後、被充填タンクの圧力が被充填タンクの容量に応じた所定圧力に上昇するまで制御弁の弁開度を被充填タンクの容量に応じた一定圧力上昇となるように圧力検出手段からの信号により一定圧力上昇制御を行い、所定圧力に達した時点で流量計により計測された流量が一定流量となるように制御弁の弁開度を一定流量制御に切り換えて被充填タンクに目標圧力を充填するため、小容量から大容量まで被充填タンクの容量に応じて被充填タンクへガス充填時間の短縮を図ることができるとともに、圧力損失の影響を受けずに被充填タンクが目標圧力になるまでガスを充填することができ、ガス充填精度をより高めることができる。
【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】制御装置が実行する処理のメインフローチャートである。
【図3】充填制御の処理を詳細に説明するためのサブルーチン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
6 制御装置
15 可変圧ガス蓄圧器
16 高圧ガス蓄圧器
28 ガス供給管路
29 ガス供給開閉弁
30 1次圧力伝送器
31 質量流量計
32 制御弁
33 2次圧力伝送器
38 三方弁
40,42 着脱カプラ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a gas supply device, and more particularly, to a gas supply device configured to reduce gas filling time to a filled tank from a small capacity to a large capacity according to the capacity of the filled tank and to improve gas filling accuracy. .
[0002]
[Prior art]
For example, as a gas supply device for supplying compressed natural gas (CNG) or the like obtained by compressing natural gas to another tank, there is a device as shown in Japanese Utility Model Publication No. 4-64699. The apparatus of this publication employs a method of rapidly filling compressed gas, and the gas whose pressure has been increased to a predetermined pressure or higher by the compressor is temporarily stored in the gas supply tank and then stored in the gas supply tank. Gas is injected into a fuel tank (filled tank) of an automobile so that the fuel tank is filled until a predetermined pressure is reached.
[0003]
In the above-described device, either by a constant pressure increase control for controlling the valve opening of the control valve so that the rate of pressure increase is constant, or by a constant flow control for controlling the valve opening of the control valve so that the gas supply amount is constant. The fuel tank was filled with gas.
When gas filling is performed with constant pressure increase control, the supply pressure supplied to the fuel tank will rise at a constant rate, and the fuel tank pressure will rise due to gas filling and the gas supply pressure will be raised by the control valve. Therefore, the filling pressure of the fuel tank is set to the target filling pressure. Therefore, in the constant pressure increase control, the gas from the gas supply tank is filled with the pressure constantly increased until the target filling pressure is reached by the control valve regardless of the remaining amount or residual pressure before filling the fuel tank. .
[0004]
In addition, when performing gas filling control to the fuel tank by constant flow control that performs gas filling at a constant flow rate, the target filling pressure is maintained while keeping the gas supply flow rate from the gas supply tank constant regardless of the capacity of the fuel tank. It was filled up to.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional apparatus, the gas is filled into the fuel tank of the bus having a capacity approximately 10 times that of the passenger car according to the same control rule as when the constant pressure increase control is performed on the fuel tank of the passenger car. Therefore, conventionally, a pressure loss due to the flow restriction in the gas supply system occurs, and the filling pressure filled in the fuel tank becomes smaller than the pressure detected by the pressure sensor provided on the gas supply device side. There has been a problem that the filling pressure filled in the fuel tank becomes smaller than the target pressure, and the gas filling accuracy is lowered.
[0006]
In the gas supply device, the gas supply on / off valve is closed based on the pressure value detected by the pressure sensor in the device, so the gas filling is actually finished without reaching the full tank filling pressure. May end up.
In addition, when gas filling control to the fuel tank is performed by constant flow rate filling control that performs gas filling at a constant flow rate, the target pressure is not affected by pressure loss as in the case of constant pressure increase control. However, when filling gas into a fuel tank of a bus with a large tank capacity, the filling time until the fuel tank becomes full (target pressure) is smaller than that of a passenger car. If the control flow rate is too high, there will be a problem that a sudden pressure increase will occur at the beginning of filling.
[0007]
Then, an object of this invention is to provide the gas supply apparatus which solved the said problem.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a gas supply line connected to a tank to be filled and supplying compressed gas to the tank to be filled.
A control valve provided in the gas supply pipe for controlling the flow of gas;
Pressure detecting means provided in the gas supply pipe for detecting the pressure charged in the tank to be filled;
A flow meter that is provided in the gas supply line and measures a flow rate filled in the tank to be filled;
After the filling of the filling tank is started, the pressure of the filling tank is Depending on the capacity of the tank to be filled The valve opening of the control valve is increased until the pressure increases to a predetermined pressure. Depending on the capacity of the tank to be filled A constant pressure increase control is performed by a signal from the pressure detecting means so as to achieve a constant pressure increase, and when the predetermined pressure is reached, the flow rate measured by the flow meter becomes a constant flow rate. Control means for switching the opening degree to a constant flow rate control and filling the target tank with the target pressure;
It is characterized by comprising.
[0009]
[Action]
According to the present invention, after the filling of the filling tank is started, the pressure of the filling tank is reduced. Depending on the capacity of the tank to be filled Adjust the valve opening until the pressure rises to the specified pressure. Depending on the capacity of the tank to be filled A constant pressure increase control is performed by a signal from the pressure detection means so that a constant pressure increase is achieved, and the valve opening of the control valve is constant so that the flow rate measured by the flow meter becomes a constant flow rate when the predetermined pressure is reached. Since the target pressure is filled in the tank to be filled by switching to the flow rate control, the target pressure can be filled accurately and the gas filling accuracy can be improved.
[0010]
【Example】
FIG. 1 shows an embodiment of a gas supply apparatus according to the present invention. In addition, FIG. 1 is a block diagram which shows schematic structure of a gas supply apparatus.
The
[0011]
The
[0012]
In the
[0013]
Further, a
[0014]
In this embodiment, the maximum pressure of the
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The pressures of the variable
When filling the
[0018]
The downstream ends of the
A
[0019]
The gas supply opening / closing
The
[0020]
The valve opening degree of the
[0021]
This constant pressure increase control is performed until the tank pressure of the
[0022]
The
One end of a
[0023]
The
The exhaust port c of the three-
[0024]
In addition, the
[0025]
The
[0026]
43 is a display which displays the flow rate and supply pressure of the gas filled in the
In the
[0027]
The control device 6 reads the pressure values detected by the
[0028]
In the
[0029]
Next, the gas filling operation in the
When filling the
[0030]
Next, when a start button (not shown) for starting filling is turned on, the control device 6 opens the on-off
[0031]
When the pressure charged in the
[0032]
When the
[0033]
Thus, the control device 6 calculates and displays the gas filling amount filled in the
When the gas filling to the
[0034]
Thereafter, the operator separates the
Here, the process performed by the control device 6 of the
[0035]
FIG. 2 is a main flowchart executed by the control device 6 during the gas filling operation, and FIG. 3 is a filling control subroutine of the main flowchart.
As described above, the operator connects the
[0036]
When the start button is turned on, the control device 6 executes the process of FIG. In step S1 (hereinafter, “step” is omitted), the opening / closing
[0037]
Subsequently, in S3, the valve opening degree of the
[0038]
In the next S4, the primary pressure and the secondary pressure detected by the
[0039]
In S5, when the pressure in the
And when the pressure of the
[0040]
In next S7, the on-off
[0041]
In S8, when the pressure in the
Next, the filling process executed in S8 will be described in detail with reference to FIG.
[0042]
In S 11, the residual pressure in the
[0043]
In the next S14, the secondary pressure detected by the
[0044]
However, in S12, the pressure in the
Furthermore, it progresses to S16 and the pressure of the
[0045]
In S14, the secondary pressure is 30 kgf / cm. 2 If it rises, it will progress to S17 and will control the valve opening degree of the
[0046]
Thereafter, the process proceeds to S18, in which the flow rate pulse from the
[0047]
After S19, optimal gas filling control is performed based on the estimated capacity of the
[0048]
Furthermore, it progresses to S21 and the pressure of the
[0049]
In S19, if the capacity of the
[0050]
The pressure of the
[0051]
Furthermore, in S26, the pressure of the
[0052]
Here, the pressure of the
[0053]
Thus, when the tank capacity is 100 liters or less, the pressure of the
[0054]
In S22, if the capacity of the
[0055]
In S31, the pressure of the
[0056]
Thus, when the tank capacity is 300 liters or less, the pressure of the
[0057]
In S27, when the capacity of the
[0058]
In S35, the pressure of the
Thus, in the case of a large vehicle with a tank capacity exceeding 300 liters, the pressure in the
[0059]
Accordingly, the tank capacity of the
[0060]
In the above embodiment, the tank capacity is classified into 20 liters, 100 liters, and 300 liters, and the gas filling control law is selectively changed. However, the present invention is not limited to this. Of course, fine gas filling control may be performed by subdividing the capacity.
[0061]
In the above embodiment, the capacity of the
[0062]
Moreover, in the said Example, although the case where the compressed natural gas (CNG) which compressed the city gas was supplied was mentioned as an example, it is applicable not only to this but supplying gas, such as butane and propane, for example. Of course.
Moreover, in the said Example, although the case where the compressed gas was filled in the
[0063]
Moreover, in the said Example, it was set as the structure which compresses the city gas from the
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the filling of the filling tank is started, the pressure of the filling tank is reduced. Depending on the capacity of the tank to be filled Adjust the valve opening until the pressure rises to the specified pressure. Depending on the capacity of the tank to be filled A constant pressure increase control is performed by a signal from the pressure detection means so that a constant pressure increase is achieved, and the valve opening of the control valve is constant so that the flow rate measured by the flow meter becomes a constant flow rate when the predetermined pressure is reached. Since the target pressure is filled in the filled tank by switching to the flow rate control, the gas filling time can be shortened to the filled tank from the small capacity to the large capacity according to the capacity of the filled tank, and the effect of pressure loss The gas can be filled until the tank to be filled reaches the target pressure without receiving the gas, and the gas filling accuracy can be further improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a gas supply apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a main flowchart of processing executed by a control device.
FIG. 3 is a flowchart of a subroutine for explaining details of a filling control process;
[Explanation of symbols]
1 Gas supply device
3 Fuel tank
4 Pressure generation unit
5 Dispenser unit
6 Control device
15 Variable pressure gas accumulator
16 High pressure gas accumulator
28 Gas supply line
29 Gas supply on / off valve
30 Primary pressure transmitter
31 Mass flow meter
32 Control valve
33 Secondary pressure transmitter
38 Three-way valve
40, 42 Detachable coupler
Claims (1)
該ガス供給管路に設けられガスの流れを制御する制御弁と、
前記ガス供給管路に設けられ、前記被充填タンクに充填される圧力を検出する圧力検出手段と、
前記ガス供給管路に設けられ、前記被充填タンクに充填される流量を測定する流量計と、
前記被充填タンクへの充填開始後、前記被充填タンクの圧力が前記被充填タンクの容量に応じた所定圧力に上昇するまで前記制御弁の弁開度を前記被充填タンクの容量に応じた一定圧力上昇となるように前記圧力検出手段からの信号により一定圧力上昇制御を行い、該所定圧力に達した時点で前記流量計により計測された流量が一定流量となるように前記制御弁の弁開度を一定流量制御に切り換えて前記被充填タンクに目標圧力を充填する制御手段と、
よりなることを特徴とするガス供給装置。A gas supply line connected to the filling tank for supplying compressed gas to the filling tank;
A control valve provided in the gas supply pipe for controlling the flow of gas;
Pressure detecting means provided in the gas supply pipe for detecting the pressure charged in the tank to be filled;
A flow meter that is provided in the gas supply line and measures a flow rate filled in the tank to be filled;
After the filling of the tank to be filled is started, the valve opening of the control valve is kept constant according to the capacity of the tank to be filled until the pressure of the tank to be filled rises to a predetermined pressure corresponding to the capacity of the tank to be filled. A constant pressure increase control is performed by a signal from the pressure detecting means so as to increase the pressure, and when the predetermined pressure is reached, the control valve is opened so that the flow rate measured by the flow meter becomes a constant flow rate. Control means for switching the degree to a constant flow rate control and filling the target tank with the target pressure;
A gas supply device comprising:
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