JP3628765B2 - ガス供給装置 - Google Patents
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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、特に被充填タンクへのガス充填時間を短縮すると共にガス充填精度を向上させ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。
ところが、このような従来の装置では、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うことがあった。
【０００５】
そこで、ガス充填開始時に受け側となる燃料タンクの容量（充填可能量）を演算して推定し、この演算結果に基づいて燃料タンクに供給される圧力及び流量を制御することが考えられている。このタンク残量推定方法では、ガス充填開始時の圧力の上昇率を検出して燃料タンクの容量を演算し、且つ、被充填タンクの容量に応じて被充填タンクの圧力が所定圧力に上昇するまで制御弁の弁開度を一定圧力上昇となるように制御を行い、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る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにガス充填開始時にタンク容量を推定する場合、例えば乗用車の燃料タンクの容量を演算するのにガス供給系路で圧力損失があるため、燃料タンクに供給される流量を減少して約１０秒程度の時間がかかり、バスのような大型の燃料タンク（容量５００リットル）の場合には、燃料タンクの容量を演算するのに約４０秒程度の時間がかかるといった問題がある。
【０００７】
また、タンク容量を演算する際、ある程度圧力を上げないと演算することができないので、上昇圧力が小さい場合には演算精度が低下し、例えば大型の燃料タンクにガスを充填するのに±１０％程度の精度しか得られなかった。そのため、高流量充填から低流量充填に切り換えるタイミングをタンク容量演算結果に頼った場合、低流量充填の時間が長過ぎて充填時間が延長されてしまったり、低流量充填に切り換わる前に燃料タンクの充填圧力が目標圧力に達してしまいガス充填が終了してしまうといった問題がある。
【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、本発明では以下のような構成としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明は、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ガス充填開始から充填目標圧力に達するまで予め設定された圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御すると共に、前記流量計により計測された流量が予め設定された所定の微小流量以下に減少した時点で前記被充填タンクへのガス充填を停止させる制御手段と、
からなり、
前記制御手段は、前記被充填タンクの残り充填量を演算し、前記被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするものである。
従って、請求項１によれば、被充填タンクの残り充填量を演算し、被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように制御弁の弁開度を制御するため、被充填タンクの容量に応じた最短時間でガスを充填することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、前記制御手段が、
残り充填量＝積算流量×{目標充填圧力−（初期圧力＋上昇圧力）}／上昇圧力
上式に基づいて残り充填量の演算を行うことを特徴とする。
従って、請求項２によれば、上記演算式に基づいて流量計から出力された流量パルスを積算して被充填タンクへ充填されるガスの積算流量を求めると共に、圧力検出手段により検出された２次圧力の圧力上昇率から被充填タンクの残り充填量を演算することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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に多段式のコンプレッサ１２が配設されている。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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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加圧する。
【００２１】
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、供給側圧力伝送器２３，２４と、が配設されている。
【００２２】
上記供給側圧力伝送器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。
【００２３】
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。
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に充填開始した後下流側開閉弁２１を閉弁させて燃料タンク３への供給圧力を段階的に上昇させる。
【００２４】
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流量を所定流量に制御する制御弁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。
【００２５】
ガス供給開閉弁２９は、制御装置６からの指令により開閉制御されており、燃料タンク３にガスを充填開始するときに開弁され、燃料タンク３の圧力が規定圧力に達した後、流量計３１により計測された流量が予め設定された設定流量以下に減少した時点で燃料タンク３へのガス充填を停止させるため閉弁される。
【００２６】
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。
【００２７】
制御弁３２は、制御装置６からの指令によりその弁開度が制御されており、本実施例においては燃料タンク３へ充填される流量を制御している。そして、制御弁３２は、弁開度が調整されて流量を制御することにより、ガス充填開始から充填目標圧力に達するまでの圧力上昇率を制御することができる。
【００２８】
本実施例では、後述するように所定の圧力上昇率で燃料タンク３へのガス充填を一気に行うように制御弁３２の弁開度を制御するため、ガス充填時間を短縮することができ、２次圧力が充填目標圧力になると低速充填を行って燃料タンク３への供給圧力及び供給流量を制御するため、燃料タンク３と２次圧力伝送器３３の圧力誤差がなくなり、その分ガス充填量を増加させてガス充填量の精度が高められる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、燃料タンク３へのガス充填開始から充填目標圧力に達するまで予め設定された圧力上昇率となるように制御弁３２の弁開度を制御すると共に、流量計３１により計測された流量が予め設定された設定流量以下に減少した時点で燃料タンク３へのガス充填を停止させる制御プログラムが格納されている。
【００３４】
制御装置６は、上記制御プログラムに基づいて制御弁３２の各弁開度を制御し、且つ、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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は可変圧ガス蓄圧器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、可変圧ガス蓄圧器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。
【００３８】
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圧ガス蓄圧器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、可変圧ガス蓄圧器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が開弁されてガス充填が継続される。
【００３９】
燃料タンク３が満タンになった時点で、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流量は、質量流量計３１により計測され、ガス充填流量に応じた流量パルスが制御装置６に出力される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、その後三方弁３８の流入ポートａと充填ポートｂとを連通させると共に手動式の開閉弁４６を開弁操作する。これにより、燃料タンク３とガス供給管路２８とが連通され、２次圧力伝送器３３により検出された圧力値より燃料タンク３の容量を演算することができる。そして、作業者は、スタート釦をオンに操作して燃料タンク３へのガス充填を開始させる。
【００４３】
制御装置６は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）でスタート釦がオンに操作されると、Ｓ２に進み、燃料タンク３が満タンか否かを判定する。すなわち、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が充填目標圧力以上であるかどうかをチェックしており、本実施例では燃料タンク３の圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達していれば「満タン」と判断する。
【００４４】
従って、Ｓ２において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であるときは、燃料タンク３が満タンであるので、今回の燃料タンク３に対するガス充填制御を行わない。
しかし、Ｓ２で２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力未満であるときは、燃料タンク３が満タンでないためガス充填可能と判断して、Ｓ３に進む。Ｓ３では、２次圧力伝送器３３により検出された圧力値と供給側圧力伝送器２３により検出された可変圧ガス蓄圧器１５の圧力値とを比較する。そして、両圧力に差圧がある場合には、燃料タンク３の圧力が可変圧ガス蓄圧器１５の圧力よりも低くガス充填可能と判断してＳ４に進む。尚、Ｓ３において、差圧がない場合には、後述するＳ９に移行して高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換わる。
【００４５】
Ｓ４では、可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を開弁させると共に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。これにより、燃料タンク３へのガス充填が開始される。
次のＳ５では、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御開始後に２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）未満であるか否かを判定する。そして、２次圧力伝送器３３の検出圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）未満であるときは、Ｓ６に進み、燃料タンク３へ供給される２次圧力の上昇率が３ｋｇｆ／ｃｍ２／ｓｅｃ となるように制御弁３２の弁開度を制御する。これにより、燃料タンク３へ充填される圧力上昇率が一定に制御される。この圧力上昇率は２次圧力伝送器３３の検出圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達するまで維持され、燃料タンク３の圧力が目標圧力になるまで一気にガスが充填される。
【００４６】
また、Ｓ５において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）以上であるときは、Ｓ７に移行して目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を保つように制御弁３２の弁開度を制御する。この場合、２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達しているので、ガス供給量が徐々に減少するように制御弁３２の弁開度が絞られる。従って、圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達した後は燃料タンク３に供給される流量が高流量（高速充填）から低流量（低速充填）に変化する。
【００４７】
図３はガス充填時の２次圧力（実線で示す）、流量（１点鎖線で示す）、燃料タンク３の圧力（２点鎖線で示す）の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、２次圧力伝送器３３により検出された２次圧力の圧力上昇に対して管路の圧力損失により実際にガスが充填された燃料タンク３の圧力はある時間だけ遅れて上昇することになる。従って、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出していても燃料タンク３の圧力はまだ目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達しておらず、所定時間の間２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ を保つように制御弁３２の弁開度を制御する必要がある。
【００４８】
そのため、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出した後も燃料タンク３の圧力変化により２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ 前後の圧力で変動することになるため、上記Ｓ６またはＳ７の処理が繰り返される。従って、図３に示す圧力保持制御の範囲では、上記Ｓ６により２次圧力の上昇率を３ｋｇｆ／ｃｍ２／ｓｅｃ に制御し、またはＳ７により２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を保つように制御弁３２の弁開度を制御するといった処理を交互に繰り返す。
【００４９】
これにより、燃料タンク３の圧力は、図３中２点鎖線で示すように変化して目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達する。
次のＳ８では、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御から高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換えるか否かを判定しており、本実施例の場合燃料タンク３に供給される流量が所定流量以下（本実施例では１２ｋｇ／ｍｉｎ以下とする）に減少し、且つ制御弁３２の弁開度が１００％であるか否かを判定する。
【００５０】
そのため、燃料タンク３に供給される流量が減少して流量計３１により計測された流量計測値が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下であり、且つ制御弁３２の弁開度が全開であるときは、制御弁３２が全開であるにも拘わらず流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少しているので可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填が終了したものと判断する。この場合、Ｓ８からＳ９に移行して、可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を閉弁させる。
【００５１】
そして、Ｓ１０に進み、高圧ガス蓄圧器１６の開閉弁２２を開弁させる。これにより、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御から高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換わる。
また、Ｓ８において、燃料タンク３に供給される流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少していないとき、または制御弁３２の弁開度が全開ではないときは、まだ燃料タンク３へのガス充填途中であるものと判断して上記Ｓ９，Ｓ１０の処理を実行せずにＳ１１に移行する。
【００５２】
次のＳ１１では、燃料タンク３が満タンになったか否かを判定しており、本実施例では２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であり、且つ燃料タンク３に供給される流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下であるか否かを判定する。ここで、圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達しておらず、流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下でないときは、燃料タンク３が満タンでないためＳ５に戻り、上記Ｓ５〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００５３】
すなわち、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御により燃料タンク３が満タンになる場合は、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、Ｓ５からＳ７に移行して２次圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に保つ。そして、燃料タンク３へ供給される流量が微小流量以下（２ｋｇ／ｍｉｎ以下）になったとき、燃料タンク３が満タンになったものと判断する。
【００５４】
また、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御を行った後、高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換えて燃料タンク３を満タンにさせる場合は、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、燃料タンク３に供給される流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少し制御弁３２の弁開度が全開になると、Ｓ９，Ｓ１０の処理により可変圧ガス蓄圧器１５から高圧ガス蓄圧器１６に切り換わる。そして、再びＳ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、上記の場合と同様に２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、Ｓ５からＳ７に移行して２次圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に保つ。
【００５５】
そして、図３に示す圧力保持制御の範囲では、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出した後も燃料タンク３の圧力変化により２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ 前後の圧力で変動することになるため、上記Ｓ６またはＳ７の処理が交互に繰り返される。このＳ６またはＳ７の処理が複数回繰り返されて燃料タンク３の圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、図３中１点鎖線で示すように流量が微小流量に低下する。そのため、燃料タンク３へ供給される流量が微小流量以下（２ｋｇ／ｍｉｎ以下）になったとき、燃料タンク３が満タンになったものと判断する。
【００５６】
上記Ｓ１１において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であり、且つ燃料タンク３に供給される流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下であるときは、燃料タンク３が満タンであるものと判断するため、その後はＳ１２に移行して可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を閉弁させる。続いて、Ｓ１３に進み、高圧ガス蓄圧器１６の開閉弁２２を閉弁させる。
【００５７】
これで、燃料タンク３へのガス充填制御が終了する。
このように、燃料タンク３が目標圧力に達するまで一気に高速充填を行うため、より短時間で燃料タンク３を満タンにすることができるのでガス充填時間を短縮することができると共に、目標圧力に達した後はガス充填流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下になるまで徐々に流量を減少させることにより、燃料タンク３の容量を演算しないにも拘わらず目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を正確に充填することができ、燃料タンク３へのガス充填量の充填精度が高められる。
【００５８】
次に、本発明の変形例について図４を参照して説明する。尚、図４は変形例のサブルーチンのフローチャートである。
Ｓ２１では、開閉弁２１及びガス供給開閉弁２９の開弁により可変圧ガス蓄圧器１５からのガスが燃料タンク３へ充填される際の２次圧力を監視する。すなわち、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が充填目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）の直前圧力１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達したか否かを判定する。この２次圧力伝送器３３により検出された圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下であるときは、Ｓ２２に進み、燃料タンク３へ供給される２次圧力の上昇率が一定（本実施例では、３ｋｇｆ／ｃｍ２ ／ｓｅｃとする）となるように制御弁３２の弁開度を制御する。
【００５９】
また、Ｓ２１において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達しているときは、Ｓ２３に進み、燃料タンク３の充填可能容量、すなわち残り充填量を演算する。尚、燃料タンク３の残り充填量は「積算流量×｛満タン圧力−（初期圧力＋上昇圧力）｝／上昇圧力」により算出できるため、Ｓ２３では質量流量計３１から出力された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共に、２次圧力伝送器３３により検出された２次圧力の圧力上昇率から燃料タンク３の残り充填量を演算する。
【００６０】
次のＳ２４では、燃料タンク３の残り充填量が予め設定された所定値（本実施例では、１ｋｇとする）以下かどうかを判定しており、燃料タンク３の残り充填量が１ｋｇ以上であるときは、Ｓ２２に進む。
このＳ２２では、燃料タンク３に供給される流量が流量計３１の計測可能範囲を越えない流量以下となるように流量が制限された状態で高速充填を行えるように圧力上昇率が設定される。制御弁３２の弁開度は、上記のようにして設定された圧力上昇率となるように制御される。
【００６１】
また、燃料タンク３の残り充填量が予め設定された所定値以下（１kg以下）であるときは、Ｓ２５に進む。このＳ２５では、燃料タンク３へのガス充填量を減少させ、微小流量で低速充填するように制御弁３２の弁開度を絞る。本実施例では、燃料タンク３へのガス充填量が２kg/minとなるように制御弁３２の弁開度を制御する。この低速充填制御は、燃料タンク３が満タンになるまで行われる。
【００６２】
この低速充填制御では、ガス充填流量を２ｋｇ／ｍｉｎに減少させるため、低流量による充填が約２０秒間維持される。そして、低速充填により２次圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ から２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に上昇する。このように、燃料タンク３が目標圧力に達する直前に制御弁３２の弁開度を絞り、燃料タンク３が満タンになるまで低速充填制御が継続されるため、目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を正確に充填することができ、燃料タンク３へのガス充填量の充填精度が高められている。
【００６３】
また、燃料タンク３の残り充填量が大であるときは、ガス充填流量が流量計３３の計測可能範囲内の最大流量に制御され、２次圧力が充填目標圧力の直前圧力１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達したとき、２次圧力を１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ 保ちながらガス充填流量を徐々に減少させるため、燃料タンク３の残り充填量に応じた流量で高速充填することができると共に、より短時間で燃料タンク３へのガス充填処理が行える。
【００６４】
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。
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。
【００６５】
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。
【００６６】
【発明の効果】
【００６９】
上述の如く、請求項１によれば、被充填タンクの残り充填量を演算し、被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように制御弁の弁開度を制御するため、被充填タンクの容量に応じた最短時間でガスを充填することができる。
また、請求項２によれば、流量計から出力された流量パルスを積算して被充填タンクへ充填されるガスの積算流量を求めると共に、圧力検出手段により検出された２次圧力の圧力上昇率から被充填タンクの残り充填量を演算することが可能になる。
【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】図２のガス充填処理による充填流量・２次圧力変化を示すグラフである。
【図４】圧力上昇率設定処理の変形例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
【発明の属する技術分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に被充填タンクへのガス充填時間を短縮すると共にガス充填精度を向上させ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。
ところが、このような従来の装置では、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うことがあった。
【０００５】
そこで、ガス充填開始時に受け側となる燃料タンクの容量（充填可能量）を演算して推定し、この演算結果に基づいて燃料タンクに供給される圧力及び流量を制御することが考えられている。このタンク残量推定方法では、ガス充填開始時の圧力の上昇率を検出して燃料タンクの容量を演算し、且つ、被充填タンクの容量に応じて被充填タンクの圧力が所定圧力に上昇するまで制御弁の弁開度を一定圧力上昇となるように制御を行い、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る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のようにガス充填開始時にタンク容量を推定する場合、例えば乗用車の燃料タンクの容量を演算するのにガス供給系路で圧力損失があるため、燃料タンクに供給される流量を減少して約１０秒程度の時間がかかり、バスのような大型の燃料タンク（容量５００リットル）の場合には、燃料タンクの容量を演算するのに約４０秒程度の時間がかかるといった問題がある。
【０００７】
また、タンク容量を演算する際、ある程度圧力を上げないと演算することができないので、上昇圧力が小さい場合には演算精度が低下し、例えば大型の燃料タンクにガスを充填するのに±１０％程度の精度しか得られなかった。そのため、高流量充填から低流量充填に切り換えるタイミングをタンク容量演算結果に頼った場合、低流量充填の時間が長過ぎて充填時間が延長されてしまったり、低流量充填に切り換わる前に燃料タンクの充填圧力が目標圧力に達してしまいガス充填が終了してしまうといった問題がある。
【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、本発明では以下のような構成としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明は、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ガス充填開始から充填目標圧力に達するまで予め設定された圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御すると共に、前記流量計により計測された流量が予め設定された所定の微小流量以下に減少した時点で前記被充填タンクへのガス充填を停止させる制御手段と、
からなり、
前記制御手段は、前記被充填タンクの残り充填量を演算し、前記被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするものである。
従って、請求項１によれば、被充填タンクの残り充填量を演算し、被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように制御弁の弁開度を制御するため、被充填タンクの容量に応じた最短時間でガスを充填することができる。
【００１４】
また、請求項２の発明は、前記制御手段が、
残り充填量＝積算流量×{目標充填圧力−（初期圧力＋上昇圧力）}／上昇圧力
上式に基づいて残り充填量の演算を行うことを特徴とする。
従って、請求項２によれば、上記演算式に基づいて流量計から出力された流量パルスを積算して被充填タンクへ充填されるガスの積算流量を求めると共に、圧力検出手段により検出された２次圧力の圧力上昇率から被充填タンクの残り充填量を演算することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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に多段式のコンプレッサ１２が配設されている。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、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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加圧する。
【００２１】
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、供給側圧力伝送器２３，２４と、が配設されている。
【００２２】
上記供給側圧力伝送器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。
【００２３】
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。
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に充填開始した後下流側開閉弁２１を閉弁させて燃料タンク３への供給圧力を段階的に上昇させる。
【００２４】
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流量を所定流量に制御する制御弁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。
【００２５】
ガス供給開閉弁２９は、制御装置６からの指令により開閉制御されており、燃料タンク３にガスを充填開始するときに開弁され、燃料タンク３の圧力が規定圧力に達した後、流量計３１により計測された流量が予め設定された設定流量以下に減少した時点で燃料タンク３へのガス充填を停止させるため閉弁される。
【００２６】
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。
【００２７】
制御弁３２は、制御装置６からの指令によりその弁開度が制御されており、本実施例においては燃料タンク３へ充填される流量を制御している。そして、制御弁３２は、弁開度が調整されて流量を制御することにより、ガス充填開始から充填目標圧力に達するまでの圧力上昇率を制御することができる。
【００２８】
本実施例では、後述するように所定の圧力上昇率で燃料タンク３へのガス充填を一気に行うように制御弁３２の弁開度を制御するため、ガス充填時間を短縮することができ、２次圧力が充填目標圧力になると低速充填を行って燃料タンク３への供給圧力及び供給流量を制御するため、燃料タンク３と２次圧力伝送器３３の圧力誤差がなくなり、その分ガス充填量を増加させてガス充填量の精度が高められる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、燃料タンク３へのガス充填開始から充填目標圧力に達するまで予め設定された圧力上昇率となるように制御弁３２の弁開度を制御すると共に、流量計３１により計測された流量が予め設定された設定流量以下に減少した時点で燃料タンク３へのガス充填を停止させる制御プログラムが格納されている。
【００３４】
制御装置６は、上記制御プログラムに基づいて制御弁３２の各弁開度を制御し、且つ、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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は可変圧ガス蓄圧器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、可変圧ガス蓄圧器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。
【００３８】
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圧ガス蓄圧器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、可変圧ガス蓄圧器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が開弁されてガス充填が継続される。
【００３９】
燃料タンク３が満タンになった時点で、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流量は、質量流量計３１により計測され、ガス充填流量に応じた流量パルスが制御装置６に出力される。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、その後三方弁３８の流入ポートａと充填ポートｂとを連通させると共に手動式の開閉弁４６を開弁操作する。これにより、燃料タンク３とガス供給管路２８とが連通され、２次圧力伝送器３３により検出された圧力値より燃料タンク３の容量を演算することができる。そして、作業者は、スタート釦をオンに操作して燃料タンク３へのガス充填を開始させる。
【００４３】
制御装置６は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）でスタート釦がオンに操作されると、Ｓ２に進み、燃料タンク３が満タンか否かを判定する。すなわち、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が充填目標圧力以上であるかどうかをチェックしており、本実施例では燃料タンク３の圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達していれば「満タン」と判断する。
【００４４】
従って、Ｓ２において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であるときは、燃料タンク３が満タンであるので、今回の燃料タンク３に対するガス充填制御を行わない。
しかし、Ｓ２で２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力未満であるときは、燃料タンク３が満タンでないためガス充填可能と判断して、Ｓ３に進む。Ｓ３では、２次圧力伝送器３３により検出された圧力値と供給側圧力伝送器２３により検出された可変圧ガス蓄圧器１５の圧力値とを比較する。そして、両圧力に差圧がある場合には、燃料タンク３の圧力が可変圧ガス蓄圧器１５の圧力よりも低くガス充填可能と判断してＳ４に進む。尚、Ｓ３において、差圧がない場合には、後述するＳ９に移行して高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換わる。
【００４５】
Ｓ４では、可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を開弁させると共に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。これにより、燃料タンク３へのガス充填が開始される。
次のＳ５では、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御開始後に２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）未満であるか否かを判定する。そして、２次圧力伝送器３３の検出圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）未満であるときは、Ｓ６に進み、燃料タンク３へ供給される２次圧力の上昇率が３ｋｇｆ／ｃｍ２／ｓｅｃ となるように制御弁３２の弁開度を制御する。これにより、燃料タンク３へ充填される圧力上昇率が一定に制御される。この圧力上昇率は２次圧力伝送器３３の検出圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達するまで維持され、燃料タンク３の圧力が目標圧力になるまで一気にガスが充填される。
【００４６】
また、Ｓ５において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）以上であるときは、Ｓ７に移行して目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を保つように制御弁３２の弁開度を制御する。この場合、２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達しているので、ガス供給量が徐々に減少するように制御弁３２の弁開度が絞られる。従って、圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に達した後は燃料タンク３に供給される流量が高流量（高速充填）から低流量（低速充填）に変化する。
【００４７】
図３はガス充填時の２次圧力（実線で示す）、流量（１点鎖線で示す）、燃料タンク３の圧力（２点鎖線で示す）の変化を示すグラフである。このグラフから分かるように、２次圧力伝送器３３により検出された２次圧力の圧力上昇に対して管路の圧力損失により実際にガスが充填された燃料タンク３の圧力はある時間だけ遅れて上昇することになる。従って、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出していても燃料タンク３の圧力はまだ目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達しておらず、所定時間の間２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ を保つように制御弁３２の弁開度を制御する必要がある。
【００４８】
そのため、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出した後も燃料タンク３の圧力変化により２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ 前後の圧力で変動することになるため、上記Ｓ６またはＳ７の処理が繰り返される。従って、図３に示す圧力保持制御の範囲では、上記Ｓ６により２次圧力の上昇率を３ｋｇｆ／ｃｍ２／ｓｅｃ に制御し、またはＳ７により２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を保つように制御弁３２の弁開度を制御するといった処理を交互に繰り返す。
【００４９】
これにより、燃料タンク３の圧力は、図３中２点鎖線で示すように変化して目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達する。
次のＳ８では、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御から高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換えるか否かを判定しており、本実施例の場合燃料タンク３に供給される流量が所定流量以下（本実施例では１２ｋｇ／ｍｉｎ以下とする）に減少し、且つ制御弁３２の弁開度が１００％であるか否かを判定する。
【００５０】
そのため、燃料タンク３に供給される流量が減少して流量計３１により計測された流量計測値が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下であり、且つ制御弁３２の弁開度が全開であるときは、制御弁３２が全開であるにも拘わらず流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少しているので可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填が終了したものと判断する。この場合、Ｓ８からＳ９に移行して、可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を閉弁させる。
【００５１】
そして、Ｓ１０に進み、高圧ガス蓄圧器１６の開閉弁２２を開弁させる。これにより、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御から高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換わる。
また、Ｓ８において、燃料タンク３に供給される流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少していないとき、または制御弁３２の弁開度が全開ではないときは、まだ燃料タンク３へのガス充填途中であるものと判断して上記Ｓ９，Ｓ１０の処理を実行せずにＳ１１に移行する。
【００５２】
次のＳ１１では、燃料タンク３が満タンになったか否かを判定しており、本実施例では２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であり、且つ燃料タンク３に供給される流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下であるか否かを判定する。ここで、圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）に達しておらず、流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下でないときは、燃料タンク３が満タンでないためＳ５に戻り、上記Ｓ５〜Ｓ１１の処理を繰り返す。
【００５３】
すなわち、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御により燃料タンク３が満タンになる場合は、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、Ｓ５からＳ７に移行して２次圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に保つ。そして、燃料タンク３へ供給される流量が微小流量以下（２ｋｇ／ｍｉｎ以下）になったとき、燃料タンク３が満タンになったものと判断する。
【００５４】
また、可変圧ガス蓄圧器１５によるガス充填制御を行った後、高圧ガス蓄圧器１６によるガス充填制御に切り換えて燃料タンク３を満タンにさせる場合は、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、燃料タンク３に供給される流量が１２ｋｇ／ｍｉｎ以下に減少し制御弁３２の弁開度が全開になると、Ｓ９，Ｓ１０の処理により可変圧ガス蓄圧器１５から高圧ガス蓄圧器１６に切り換わる。そして、再びＳ５，Ｓ６，Ｓ８，Ｓ１１の処理が繰り返され、上記の場合と同様に２次圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、Ｓ５からＳ７に移行して２次圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に保つ。
【００５５】
そして、図３に示す圧力保持制御の範囲では、２次圧力伝送器３３が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を検出した後も燃料タンク３の圧力変化により２次圧力が２００ｋｇｆ／ｃｍ２ 前後の圧力で変動することになるため、上記Ｓ６またはＳ７の処理が交互に繰り返される。このＳ６またはＳ７の処理が複数回繰り返されて燃料タンク３の圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）になると、図３中１点鎖線で示すように流量が微小流量に低下する。そのため、燃料タンク３へ供給される流量が微小流量以下（２ｋｇ／ｍｉｎ以下）になったとき、燃料タンク３が満タンになったものと判断する。
【００５６】
上記Ｓ１１において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）であり、且つ燃料タンク３に供給される流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下であるときは、燃料タンク３が満タンであるものと判断するため、その後はＳ１２に移行して可変圧ガス蓄圧器１５の開閉弁２１を閉弁させる。続いて、Ｓ１３に進み、高圧ガス蓄圧器１６の開閉弁２２を閉弁させる。
【００５７】
これで、燃料タンク３へのガス充填制御が終了する。
このように、燃料タンク３が目標圧力に達するまで一気に高速充填を行うため、より短時間で燃料タンク３を満タンにすることができるのでガス充填時間を短縮することができると共に、目標圧力に達した後はガス充填流量が２ｋｇ／ｍｉｎ以下になるまで徐々に流量を減少させることにより、燃料タンク３の容量を演算しないにも拘わらず目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を正確に充填することができ、燃料タンク３へのガス充填量の充填精度が高められる。
【００５８】
次に、本発明の変形例について図４を参照して説明する。尚、図４は変形例のサブルーチンのフローチャートである。
Ｓ２１では、開閉弁２１及びガス供給開閉弁２９の開弁により可変圧ガス蓄圧器１５からのガスが燃料タンク３へ充填される際の２次圧力を監視する。すなわち、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が充填目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）の直前圧力１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達したか否かを判定する。この２次圧力伝送器３３により検出された圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ 以下であるときは、Ｓ２２に進み、燃料タンク３へ供給される２次圧力の上昇率が一定（本実施例では、３ｋｇｆ／ｃｍ２ ／ｓｅｃとする）となるように制御弁３２の弁開度を制御する。
【００５９】
また、Ｓ２１において、２次圧力伝送器３３により検出された圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達しているときは、Ｓ２３に進み、燃料タンク３の充填可能容量、すなわち残り充填量を演算する。尚、燃料タンク３の残り充填量は「積算流量×｛満タン圧力−（初期圧力＋上昇圧力）｝／上昇圧力」により算出できるため、Ｓ２３では質量流量計３１から出力された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共に、２次圧力伝送器３３により検出された２次圧力の圧力上昇率から燃料タンク３の残り充填量を演算する。
【００６０】
次のＳ２４では、燃料タンク３の残り充填量が予め設定された所定値（本実施例では、１ｋｇとする）以下かどうかを判定しており、燃料タンク３の残り充填量が１ｋｇ以上であるときは、Ｓ２２に進む。
このＳ２２では、燃料タンク３に供給される流量が流量計３１の計測可能範囲を越えない流量以下となるように流量が制限された状態で高速充填を行えるように圧力上昇率が設定される。制御弁３２の弁開度は、上記のようにして設定された圧力上昇率となるように制御される。
【００６１】
また、燃料タンク３の残り充填量が予め設定された所定値以下（１kg以下）であるときは、Ｓ２５に進む。このＳ２５では、燃料タンク３へのガス充填量を減少させ、微小流量で低速充填するように制御弁３２の弁開度を絞る。本実施例では、燃料タンク３へのガス充填量が２kg/minとなるように制御弁３２の弁開度を制御する。この低速充填制御は、燃料タンク３が満タンになるまで行われる。
【００６２】
この低速充填制御では、ガス充填流量を２ｋｇ／ｍｉｎに減少させるため、低流量による充填が約２０秒間維持される。そして、低速充填により２次圧力が１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ から２００ｋｇｆ／ｃｍ２ に上昇する。このように、燃料タンク３が目標圧力に達する直前に制御弁３２の弁開度を絞り、燃料タンク３が満タンになるまで低速充填制御が継続されるため、目標圧力（２００ｋｇｆ／ｃｍ２ ）を正確に充填することができ、燃料タンク３へのガス充填量の充填精度が高められている。
【００６３】
また、燃料タンク３の残り充填量が大であるときは、ガス充填流量が流量計３３の計測可能範囲内の最大流量に制御され、２次圧力が充填目標圧力の直前圧力１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ に達したとき、２次圧力を１９５ｋｇｆ／ｃｍ２ 保ちながらガス充填流量を徐々に減少させるため、燃料タンク３の残り充填量に応じた流量で高速充填することができると共に、より短時間で燃料タンク３へのガス充填処理が行える。
【００６４】
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。
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。
【００６５】
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。
【００６６】
【発明の効果】
【００６９】
上述の如く、請求項１によれば、被充填タンクの残り充填量を演算し、被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように制御弁の弁開度を制御するため、被充填タンクの容量に応じた最短時間でガスを充填することができる。
また、請求項２によれば、流量計から出力された流量パルスを積算して被充填タンクへ充填されるガスの積算流量を求めると共に、圧力検出手段により検出された２次圧力の圧力上昇率から被充填タンクの残り充填量を演算することが可能になる。
【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】図２のガス充填処理による充填流量・２次圧力変化を示すグラフである。
【図４】圧力上昇率設定処理の変形例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
Claims (2)
- 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ガス充填開始から充填目標圧力に達するまで予め設定された圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御すると共に、前記流量計により計測された流量が予め設定された所定の微小流量以下に減少した時点で前記被充填タンクへのガス充填を停止させる制御手段と、
からなり、
前記制御手段は、前記被充填タンクの残り充填量を演算し、前記被充填タンクの残り充填量に応じた圧力上昇率となるように前記制御弁の弁開度を制御することを特徴とするガス供給装置。 - 前記制御手段は、
残り充填量＝積算流量× { 目標充填圧力−（初期圧力＋上昇圧力） } ／上昇圧力
上式に基づいて残り充填量の演算を行うことを特徴とする請求項２に記載のガス供給装置。
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