JP3994963B2 - ガス充填装置 - Google Patents

Description

この発明は、電気供給ステーションに設置され、自動車の駆動源として自動車に充填する水素ガスの充填装置に関するものである。

従来から、自動車の燃料としては、ガソリンや軽油など石油系燃料が使用されているが、将来の石油供給の不安定、窒素酸化物などの有害ガスの排出がもたらす健康への影響、二酸化炭素の排出がもたらす地球温暖化への影響などの懸念から、また、石油系燃料は限りある資源であるとのエネルギー問題の観点から、公害発生のおそれのない新しい駆動源として、水素を燃料とする燃料電池車（ＦＣ車）が注目されている。

そこで、従来の駆動源であるガソリンと同様に水素を自動車に補給する水素供給設備が必要となるが、かかる水素供給設備は、水素発生装置、圧縮機、蓄圧器、充填機で構成される。

前記先行技術は当業者間で一般的に行われているものであり、文献公知発明にかかるものではない。

前記従来技術による水素供給設備は、これら水素発生装置、圧縮機、蓄圧器、充填機を新設するには膨大な費用と敷地を必要とするため、インフラ整備、コスト削減が重要な課題になっている。

この発明の目的は前記従来例の不都合を解消するものとして、自動車に水素ガスを供給する設備として、水素ガス供給元の部分である水素発生装置および圧縮機を簡素化することで設備全体を安価でコンパクトなものにできるガス充填装置を提供することにある。

この発明は前記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、充填機構が収納され、先端に充填ノズルを設けた充填ホースを接続したハウジング本体と、このハウジング本体に接続配管により着脱自在に接続されて高圧圧縮されたガスを貯留したガスユニットとより構成され、前記充填ノズルの掛け外しに連動して動作するノズルスイッチをハウジング本体に設け、ガス充填可否を判断するために前記ノズルスイッチからのノズル外し信号を受けて動作するセンサーを、接続配管によるガスユニットとハウジング本体との着脱自在な接続箇所に設け、前記センサーからの、接続配管とハウジング本体およびガスユニットとが接続されていることの信号とスタートスイッチからのスタート信号とにより充填ノズルからガスが吐出されるように構成したことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、充填機構を収納したハウジング本体とガスボンベであるガスユニットとを別体とし、ガスユニットをハウジング本体に対して着脱自在なものとしたから、必要に応じて取り付け、取り外しが容易に行え、インフラコストを低減できる。埋設配管を無くすことができるから、地震などの振動に対しても影響がない。また、ガス供給ステーションの閉店時にはガスユニットを回収でき安全性が向上する。さらに、ユニット化されていることで燃料切れの場合にユニットを交換するだけでよく、迅速かつ容易に対応できる。

さらに、ガスユニットを接続配管によってハウジング本体に着脱自在な構造とした場合に、ガス充填のために充填ノズルがノズル掛けから外されたときには、ノズル外し信号の出力によって接続配管による着脱自在な接続箇所に配設したセンサーが作動し、これにより充填可否が判断されるから、ガスユニットが接続配管によってハウジング本体に確実に接続されていなかったときの安全が確保され、接続不良による事故発生を防止できる。

請求項２記載の発明は、前記ガスユニットは耐圧容器で形成されることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、ガスユニットでここに貯留してあるガスの圧力を一定に保持できるから、従来の設備では必要であった圧縮機が不要となり設備投資を抑えることができる。

請求項３記載の発明は、前記ガスユニットは、充填されているガスを所定圧力に保持する手段としてガスを重力で上方から圧縮する錘りを配設したことを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、ガスユニット内のガスを自動車に供給すると、その分だけガスユニットが減圧するが、錘りの重力によって減圧が簡単に自動的に防止され、特に昇圧する必要がない。

請求項４記載の発明は、前記ガスユニットは、充填されているガスの吐出側を所定圧力に保持する手段として吐出側に向けて圧力調整弁を配設したことを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、請求項４と同様にガスユニット内のガスを自動車に供給すると、その分だけガスユニットが減圧するが、圧力調整弁の例えばバネなどによる押圧力によって減圧が簡単に自動的に防止され、特に昇圧する必要がない。

この発明のガス充填装置は、自動車に水素を供給する設備として、水素供給設備を構成する機器のうち、水素ガス供給元の部分である水素発生装置および圧縮機がなくても水素ガスを貯留するユニット内の圧力を一定に保持できるようにしたから、設備全体を安価でコンパクトなものにできる。

また、ガスユニットをハウジング本体に対して着脱自在なものとしたから、必要に応じて取り付け、取り外しが容易に行え、インフラコストを低減できる。埋設配管を無くすことができるから、地震などの振動に対しても影響がない。また、ガス供給ステーションの閉店時にはガスユニットを回収でき安全性が向上する。さらに、ユニット化されていることで燃料切れの場合にユニットを交換するだけでよく、迅速かつ容易に対応できるものである。

以下、図面についてこの発明の実施形態を詳細に説明する。図１はこの発明のガス充填装置の実施形態を示す正面図、図２は同上要部であるガスユニットの一例を示す縦断正面図で、この発明のガス充填装置は、充填機構が収納され、先端に充填ノズル２を設けた充填ホース３を接続したハウジング本体１と、このハウジング本体１に着脱自在に接続されて高圧圧縮されたガスを貯留したガスユニット４とにより構成される。

ハウジング本体１内には充填機構として後述のガスユニット４との接続配管１０と充填ホース３に接続する配管１５が配設され、この配管１５の途中に弁１６および流量計１７を順次配設した。

ハウジング本体１の前面には充填ノズル２のノズル掛けを設け、このノズル掛けに図１では省略するが充填ノズル２の掛け外しに連動してオンオフするノズルスイッチ１８を設ける。

ハウジング本体１の上面には操作盤が配設され、その前面にプリセット量などを設定するためのキーボード２２、設定されたプリセット量を表示するプリセット表示器２１、自動車への水素ガス供給のスタートスイッチ５、停止スイッチ６、充填終了を報知する報知器７、充填量などを表示する表示器８、および充填量や充填金額をプリントした伝票を発行するプリンター９を設けた。

ガスユニット４は接続配管１０によりハウジング本体１に着脱自在に接続され、水素の蓄圧ボンベとして機能するように耐圧容器で構成され、下部に移動可能なよう車輪１１を取り付けた。この車輪１１には図示は省略するがストッパーを設けてある。

このガスユニット４は水素ガスを所定の高圧に圧縮し保持する手段の一例として、図２に示すように錘り１２をガスユニット４内の上部に配設し、この錘り１２で水素ガスを所定の圧力に圧縮し保持するようにした。図中１３はガスユニット４内の水素ガスの圧力が所定値以上に高圧になった場合に内圧を下げるための安全弁を示す。

そして、接続配管１０によるガスユニット４とハウジング本体１との着脱自在な接続箇所に接続の有無を検知するセンサー１４ａ，１４ｂを取付けた。

図３はガスユニット４内の水素ガスを所定の高圧に圧縮し保持する手段の他の例を示し、水素ガスの吐出口の反対側に位置させて水平方向に押圧力が作用するバネ等による圧力調整弁１９を設け、この圧力調整弁１９で水素ガスを吐出口の方向に圧縮してガスユニット４を所定の高圧に保持する。

図４は水素ガスを自動車に充填する充填制御のブロック図を示し、充填制御装置２０の入力側にノズルスイッチ１８からのノズル外し信号、センサー１４ａ，１４ｂからの接続信号、流量計１７からの流量信号、スタートスイッチ５からのスタート信号および停止スイッチ６からの停止信号が入力され、充填制御装置２０の出力側に弁１６への開閉信号、報知器７への報知信号、プリンター９への作動信号および表示器８への表示信号が出力される。

次に使用法を図５のフローチャートについて説明する。ガス供給ステーションにはハウジング本体１が設置されており、ここにボンベローリー車などでガスユニット４を搬入し、接続配管１０でガスユニット４をハウジング本体１に接続する。ガスユニット４をハウジング本体１の設置場所まで移動する際、ガスユニット４には車輪１１が設けてあるから、移動は容易に行え、ハウジング本体１に接続した後は、ストッパーにより設置位置に固定できる。そして、自動車を充填装置の前に停車し、プリセット充填の場合は、操作盤に設けてあるキーボード２２のテンキーなどでプリセット量の設定を行い、プリセット量をプリセット表示器２１に表示する。

そして、充填ノズル２をノズル掛けから外せば、これに連動してノズルスイッチ１８がオンし（ステップ１）、このノズル外し信号が充填制御装置２０に入力され、さらにこのノズル外し信号を受けてセンサー１４ａ，１４ｂが作動し、接続配管１０とハウジング本体１およびガスユニット４とが確実に接続されているかの接続の有無信号が充填制御装置２０に入力される。

確実に接続されている場合には（ステップ２）、表示器８に表示されている前回の充填データが帰零され（ステップ３）、よって、充填ノズル２を自動車の充填口に挿入してスタートスイッチ５を押せば（ステップ４）、ハウジング本体１内の弁１６が開いて（ステップ５）、充填ノズル２から水素ガスが吐出する。なお、接続配管１０がハウジング本体１とガスユニット４とに確実に接続されていない場合は充填動作が開始できないから、水素ガスを周囲に撒き散らすことがなく事故発生を防止でき安全を確保できる。

充填量は流量計１７で計測されて表示器８に表示される。そして、プリセット充填の場合はプリセット量に達すれば、プリセット量を設定しなかった場合は満充填になれば（ステップ６，７）、報知器７が作動して終了を報知する（ステップ ８）。よって、充填終了を知り、停止スイッチ６をオンすれば（ステップ９）、充填制御装置２０からの出力で弁１６が閉じ、充填量などのデータを記載した伝票がプリンター９から発行される（ステップ１０）。

自動車へのガス充填によりガスユニット４内の水素ガスが減少し，その分だけ内圧が低下するが、圧縮機を使用して特に昇圧しなくても、錘り１２や圧力調整弁１９によりガスユニット４内の水素ガスは所定の高圧に保持される。この場合、ガスユニット４は耐圧容器で構成してあるから内圧に耐えることができる。

また、ガスユニット４内が所定値以上の高圧になった場合は、安全弁１３が作動して圧を抜き安全を確保する。

ガス供給ステーションの閉店時にはガスユニット４をハウジング本体１から外して回収し別の場所に保管することで安全を確保できる。また、ガスユニット４が空になった場合は，別のガスユニット４と簡単に交換できる。

なお、ガスユニット４は前記のようにこれを１つのタンクとしてもよいが、内部に複数のボンベを設けて、空になった場合には切換え可能なようにしてもよい。

この発明のガス充填装置の実施形態を示す正面図である。 この発明のガス充填装置の実施形態を示す要部であるガスユニットの第１例の縦断正面図である。 この発明のガス充填装置の実施形態を示す要部であるガスユニットの第２例の縦断正面図である。 この発明のガス充填装置の実施形態を示すガス充填制御のブロック図である。 この発明のガス充填動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…ハウジング本体 ２…充填ノズル
３…充填ホース ４…ガスユニット
５…スタートスイッチ ６…停止スイッチ
７…報知器 ８…表示器
９…プリンター １０…接続配管
１１…車輪 １２…錘り
１３…安全弁 １４ａ，１４ｂ…センサー
１５…配管 １６…弁
１７…流量計 １８…ノズルスイッチ
１９…圧力調整弁 ２０…充填制御装置
２１…プリセット表示器 ２２…キーボード

Claims (4)

1. 充填機構が収納され、先端に充填ノズルを設けた充填ホースを接続したハウジング本体と、このハウジング本体に接続配管により着脱自在に接続されて高圧圧縮されたガスを貯留したガスユニットとより構成され、前記充填ノズルの掛け外しに連動して動作するノズルスイッチをハウジング本体に設け、ガス充填可否を判断するために前記ノズルスイッチからのノズル外し信号を受けて動作するセンサーを、接続配管によるガスユニットとハウジング本体との着脱自在な接続箇所に設け、前記センサーからの、接続配管とハウジング本体およびガスユニットとが接続されていることの信号とスタートスイッチからのスタート信号とにより充填ノズルからガスが吐出されるように構成したことを特徴とするガス充填装置。
2. 前記ガスユニットは耐圧容器で形成されることを特徴とする請求項１に記載のガス充填装置。
3. 前記ガスユニットは、充填されているガスを所定圧力に保持する手段としてガスを重力で上方から圧縮する錘りを配設したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガス充填装置。
4. 前記ガスユニットは、充填されているガスの吐出側を所定圧力に保持する手段として吐出側に向けて圧力調整弁を配設したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガス充填装置。

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