JP4001043B2

JP4001043B2 - ガス充填装置

Info

Publication number: JP4001043B2
Application number: JP2003103575A
Authority: JP
Inventors: 野日吉龍
Original assignee: Tatsuno Corp
Current assignee: Tatsuno Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: JP2004308801A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の燃料として実用化されつつある水素ガス、天然ガス等の高圧ガス用のガス充填装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油の枯渇及び公害問題から、自動車の燃料として水素ガス、天然ガス等が実用化されつつある。これらのガスはガス供給タンクに貯められ、ガス充填装置の圧縮機により高圧に加圧されて自動車の燃料タンクへ供給するようになっている。このガス充填装置は引火性が高い高圧のガスを取り扱うので、圧縮機等の機器が高価であり、施工期間が長く、設置工事費も嵩むものである。しかし、ガスを燃料とする自動車の普及台数は、現段階では少なく、ガス充填装置を設けたスタンドの数も少ない。
【０００３】
そこで、本出願人は、ガスを蓄圧したボンベと、ボンベ内のガスを自動車へ充填する充填機構をトラックに搭載した移動式ガス充填装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、本出願人は、ガスを蓄圧した１次ボンベと、１次ボンベ内のガスを昇圧装置で昇圧して蓄圧する２次ボンベと、２次ボンベ内のガスを自動車へ充填する充填機構とをトラックに搭載した移動式ガス充填装置も提案している（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
これらの提案は路上でガス欠となった自動車へガスを充填することに有効に対応できるが、充填場所が特定されないので、ガスの残量が少なくなったドライバーにとって不安である。そこで小型の充填所でよいが、多数個所の充填所の開設が急務となっている。
【０００６】
【特許文献１】
特願２００３−２９７８４号
【特許文献２】
特願２００３−８６８６１号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記に鑑みてなされたもので、多数個所の充填所を短期間に、安価に開設できるガス充填装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、自動車の燃料としての高圧ガスを充填するための高圧ガス充填装置において、ガスを蓄圧した多数の１次ボンベ（２）と、１次ボンベ（２）にパイプ（７）で接続された昇圧装置（３）と、昇圧装置（３）に開閉弁（９）を介装したパイプ（８）で接続された複数の２次ボンベ（４）と、２次ボンベ（４）に開閉弁（１２）を介装したパイプ（１１）で接続された充填機構（５）と、充填機構（５）および開閉弁を制御する制御部（１８）とが底面が平らなケース（６）内に組みこまれており、前記充填機構（５）には充填ホース（１５）を介して自動車（Ｍ）の燃料ボンベの充填口に接続する充填ノズル（１６）および計測部（１０）が設けられ、前記昇圧装置（３）は別の開閉弁（１３）を介装したパイプ（１４）で計測部（１０）に接続されており、計測部（１０）はパイプ（１１）又はパイプ（１４）を介して充填ノズル（１６）から充填される水素ガスの量を計測し、前記制御部（１８）はスタートスイッチ（２４）が押されると第１の２次ボンベ（４ａ）の開閉弁（１２ａ）を開いて高圧ガスを自動車（Ｍ）に充填し、計測部（１０）に設けられて自動車の燃料ボンベの圧力を検知する圧力センサ（２０）と第１の２次ボンベ（４ａ）の圧力センサ（１７）との圧力信号を比較し、両圧力信号が均衡した場合は前記２次ボンベ（４）の開閉弁（１２ａ）を閉じ、第２の２次ボンベ（４ｂ）の開閉弁（１２ｂ）を開いて第２の２次ボンベ（４ｂ）内の高圧ガスを自動車（Ｍ）に充填し、そして充填機構（５）から充填される充填量を演算して表示器（３１）に表示する機能を有している。
【０００９】
このようにケース内に各機器を組み込んでいるので、ガス充填装置の全体を工場で大量生産でき安価となり、多数個所の充填所を短期間に開設することができるようになる。
【００１０】
また本発明によれば、前記各機器を組込んだケース６は台車３５上に搭載され、前記台車３５には持ち上げるための４つの伸縮手段３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄと台車３５の傾きを検知する傾きセンサ３７とが設けられ、前記制御部１８は伸縮スイッチ２７をオンすると、台車３５を持ち上げるように伸縮手段３６が作動し、傾きセンサ３７が作動すると、台車３５が水平を保つように各伸縮手段３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄを独立して作動し、そして台車３５のタイヤが浮上したら伸縮スイッチ２７をオフにすることで伸縮手段３６を停止してガス充填装置による充填を可能とする機能を有している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明のガス充填装置の実施の形態を、水素ガスを充填する例で説明する。
【００１３】
図１はガス充填装置の全体を示す側面図で、図２は充填機構の正面図である。ガス充填装置１は、水素ガスを蓄圧する多数本の１次ボンベ２ａ、２ｂ・・・（以下代表する場合は、符号２と記す）と、１次ボンベ２内の水素ガスを加圧する昇圧装置３と、昇圧装置３で加圧された水素ガスを蓄圧する複数本の２次ボンベ４ａ、４ｂ（以下代表する場合は、符号４と記す）と、水素ガスを自動車Ｍへ充填する充填機構５とで構成され、これらはケース６内に組みこまれている。
【００１４】
１次ボンベ２と昇圧装置３とはパイプ７により接続され、昇圧装置３と２次ボンベ４ａ、４ｂとはパイプ８ａ、８ｂ（以下代表する場合は、符号８と記す）で接続され、パイプ８ａ、８ｂには開閉弁９ａ、９ｂ（以下代表する場合は、符号９と記す）が介装され、２次ボンベ４ａ、４ｂと充填機構５の計測部１０とはパイプ１１ａ、１１ｂ（以下代表する場合は、符号１１と記す）で接続され、パイプ１１ａ、１１ｂには開閉弁１２ａ、１２ｂ（以下代表する場合は、符号１２と記す）が介装されている。また、昇圧装置３と計測部１０とは開閉弁１３が介装されたパイプ１４で接続され、計測部１０に接続された充填ホース１５の先端には、ガスを自動車Ｍへ充填する充填ノズル１６が設けられている。
【００１５】
なお、パイプ７、８、１１、１４はフレキシブルパイプが使用され、移動中の振動により接続部が緩んだり破損してガス洩れが生じないようになっている。
【００１６】
１次ボンベ２は２０Ｍｐ（メガパスカル）程度の比較的に低圧の水素ガスを蓄圧したもので、市販の水素ガスボンベである。そして、充填により空となった１次ボンベ２はパイプ７から外され、水素ガスが充填されたボンベと交換される。なお、１次ボンベ２とパイプ７とは、クイックカップリング等により容易に着脱交換できるようになっている。
【００１７】
昇圧装置３は、１次ボンベ２内の比較的に低圧（２０Ｍｐ）の水素ガスを４０Ｍｐ程度の高圧に高めるものである。そして、昇圧装置３で加圧された水素ガスは、パイプ８を介して２次ボンベ４へ、又はパイプ１４を介して計測部１０へ送られる。
【００１８】
２次ボンベ４は、昇圧装置３で高圧（４０Ｍｐ）に加圧された水素ガスを蓄圧するものである。２次ボンベ４ａ、４ｂには圧力センサ１７ａ、１７ｂ（以下代表する場合は、符号１７と記す）が設けられ、圧力センサ１７の圧力信号は充填機構５の制御部１８へ信号線Ｌを介して送られるようになっている。なお、２次ボンベ４には安全弁１９が設けられ、異常高圧時に安全弁１９が開いて２次ボンベ４の高圧破損を防止している。
【００１９】
充填機構５の計測部１０は、充填ノズル１６から充填される水素ガスの量を計測するものである。そして、計測部１０には充填側の圧力を検知する圧力センサ２０が設けられ、この圧力センサ２０の圧力信号は制御部１８へ送られるようになっている。図中Ｕはガス充填装置１を牽引するためのトラクタである。
【００２０】
図２に示すように、充填機構５の操作盤２１には、テンキー２２、操作表示器２３、スタートスイッチ２４、停止スイッチ２５、緊急停止スイッチ２６、伸縮スイッチ２７、貨幣投入口２８、貨幣返却口２９、プリンター３０、表示器３１、報知器３２等が設けられている。
【００２１】
上述した各機器が組み込まれたケース６の上端にはガスセンサ３３及び通気管３４が設けられている。そして、各機器から水素ガスが洩れ出た場合には、ガスセンサ３３のガス検知信号は制御部１８へ伝えられて報知器３２が作動し、通気管３４から水素ガスを大気中へ放出し、ガス充填装置１の安全を確保している。
【００２２】
各機器が組み込まれたケース６は台車３５上に搭載され、台車３５には４個の伸縮手段３６ａ、３６ｂ・・（以下代表する場合は、符号３６と記す）が設けられている。また、台車３５には傾きセンサ３７が設けられ、傾きセンサ３７の傾き信号は制御部１８へ送られ、制御部１８の作動信号により伸縮手段３６が制御されるようになっている。
【００２３】
図３に示すように、上述した各機器と制御部１８とは信号線で接続され、制御信号が授受されている。
【００２４】
次に図４乃至図６のフロー図に基づいて、ガス充填装置１の動作を説明する。
図４は、ガス充填装置１を搭載した台車３５を固定するときのフロー図である。
ケース６内に各機器を工場で組み込んだガス充填装置１は台車３５に搭載され、台車３５は牽引車Ｖで引かれて移動し、所定場所で牽引車Ｖを台車３５から分離する。
【００２５】
そして、伸縮スイッチ２７をオンすると（ＳＴ１）、制御部１８の作動信号により伸縮手段３６が作動し（ＳＴ２）、台車３５が持ち上げられる。伸縮手段３６の作動時において、傾きセンサ３７が傾きを検知すると（ＳＴ３）、伸縮手段３６ａ、３６ｂ・・が独立して作動し（ＳＴ４）、台車３５を水平に保ちつつ持ち上げられる。そして、台車３５のタイヤが浮上したら伸縮スイッチ２７をオフにすると（ＳＴ５）、伸縮手段３６は作動を停止してガス充填装置１による充填が可能状態となる（ＳＴ６）。
【００２６】
このように、ガス充填装置１は全体を工場で大量生産できるので安価に製造でき、現場での施工期間は零となる。そして、ガス充填装置１は台車３５上に搭載され、牽引車Ｖで何処へでも移動できるので、路上でガス欠となった自動車に容易に対応することができる。また、台車３５は伸縮手段３６により持ち上げられるので、同じ場所に長期間開設し続けた場合の台車の負荷を軽減することができる。さらに、傾きセンサ３７の傾き検知信号に基づいて台車３５が水平に持ち上げられるので、ガス充填装置１の水平が保たれ、充填作業の安全を確保することができる。
【００２７】
図５は、ガス充填装置１から自動車Ｍへガスを充填するときのフロー図である。
充填機構５の充填ノズル１６を自動車Ｍの燃料ボンベの充填口へ接続し、必要に応じて操作盤２１のテンキー２２からプリセット量を入力し、又は貨幣投入口２８へ所望の金額を投入し、スタートスイッチ２４を押すと（ＳＴ１１）、充填開始信号が制御部１８に入力し、開閉弁１２ａを開く（ＳＴ１２）。
【００２８】
開閉弁１２ａが開くことにより、２次ボンベ４ａ内の水素ガスはパイプ１１ａ、計測部１０、及び充填ホース１５を介して充填ノズル１６から自動車Ｍへ充填される。そして、計測部１０で計量された充填量は制御部１８で演算され、表示器３１に表示される。
【００２９】
計測部１０の圧力センサ２０と２次ボンベ４ａの圧力センサ１７ａの圧力信号は制御部１８で比較され、両圧力信号が均衡した場合は（ＳＴ１３）、充填不能と判断して開閉弁１２ａを閉じて開閉弁１２ｂを開き（ＳＴ１４）、２次ボンベ４ｂからの充填へ移行する。
【００３０】
そして、上述した２次ボンベ４ａと同様に、２次ボンベ４ｂ内の水素ガスはパイプ１１ｂ、計測部１０、及び充填ホース１５を介して充填ノズル１６から自動車Ｍへ充填される。充填により、圧力センサ２０と圧力センサ１７ｂの圧力信号が均衡した場合は（ＳＴ１５）、開閉弁１２ｂを閉じ、開閉弁１３を開いて昇圧装置３を駆動し（ＳＴ１６）、１次ボンベ２からの充填へ移行する。
【００３１】
そして、プリセット量まで充填されるか（ＳＴ１７）、圧力センサ２０の圧力信号が最高圧力、即ち自動車Ｍの燃料ボンベが満タンになると（ＳＴ１８）、開閉弁１３を閉じて昇圧装置３を停止し（ＳＴ１９）、報知器３２から充填終了を報知する（ＳＴ２０）。
【００３２】
報知器３２で充填終了を知った作業員は、充填ノズル１６を外して充填機構５へ掛け、操作盤２１の停止スイッチ２５を押すと（ＳＴ２１）、プリンター３０から充填伝票が発行される（ＳＴ２２）。そして、伝票に基づき充填料金を精算して充填作業を終了する。
【００３３】
ステップＳＴ１３において、圧力センサ２０と圧力センサ１７ａの圧力信号が均衡する前にプリセット量に達した場合（ＳＴ２３）、又はプリセット量に達する前に圧力センサ２０の圧力信号が最高圧力になった場合は（ＳＴ２４）、開閉弁１２ａを閉じ（ＳＴ２５）、ステップＳＴ２０へ移行して報知器３２から充填終了が報知される。
【００３４】
同様に、ステップＳＴ１５において、圧力センサ２０と圧力センサ１７ｂの圧力信号が均衡する前にプリセット量に達した場合（ＳＴ２６）、又はプリセット量に達する前に圧力センサ２０からの圧力信号が最高圧力になった場合は（ＳＴ２７）、開閉弁１２ｂを閉じ（ＳＴ２８）、ステップＳＴ２０へ移行して報知器３２が作動する。
【００３５】
上述したように、２次ボンベ４を複数個、この実施の形態では２個設けられ、最初に２次ボンベ４ａから充填し、２次ボンベ４ａ内のガスだけでは充填が終わらない場合に２次ボンベ４ｂから充填をする。そして、２次ボンベ４ｂ内のガスでも充填が終わらない場合に、１次ボンベ２から充填をするようになっている。このように高圧に蓄圧された２次ボンベ４内のガスを充填するので、可及的に短時間で充填することができる。
【００３６】
図６は、１次ボンベ２内の水素ガスを２次ボンベ４へ補充蓄圧するフローを示すものである。
圧力センサ１７の圧力信号が一定以下となり（ＳＴ３１）、開閉弁１２が閉じている場合（ＳＴ３２）、即ち２次ボンベ４内の水素ガスが少なくなり、充填作業が行なわれていない場合は、開閉弁９を開いて昇圧装置３を駆動し（ＳＴ３３）、１次ボンベ２内の水素ガスを加圧して２次ボンベ４へ蓄圧する。そして、圧力センサ１７の圧力信号が所定圧力になったら（ＳＴ３４）、開閉弁９を閉じて昇圧装置３を停止し（ＳＴ３５）、２次ボンベ４への水素ガスの補充蓄圧を終了する。
【００３７】
このように２次ボンベ４は複数個も受けられ、非充填時に蓄圧するので、蓄圧に時間を掛けても不都合がなくなり、容量が小さな昇圧装置３でよく、コストを低く押さえることができる。また、１次ボンベ２内のガスは昇圧装置３で加圧して２次ボンベ４に蓄圧しているので、１次ボンベ２内の残ガスを可及的に少なくすることができる。
【００３８】
図７はガス充填装置の第二の実施の形態を示すもので、上述した第一の実施の形態と同様であり、第一の実施の形態と同一部分に同一符号を付し、簡略して説明する。
【００３９】
ガス充填装置１のケース６内には、水素ガスを蓄圧する多数本の１次ボンベ２と、１次ボンベ２内の水素ガスを加圧する昇圧装置３と、昇圧装置３で加圧された水素ガスを蓄圧する複数本の２次ボンベ４と、水素ガスを自動車Ｍへ充填する充填機構５が組みこまれている。
【００４０】
１次ボンベ２と昇圧装置３とはパイプ７により接続され、昇圧装置３と２次ボンベ４とはパイプ８で接続され、パイプ８には開閉弁９が介装され、２次ボンベ４と充填機構５の計測部１０とはパイプ１１で接続され、パイプ１１には開閉弁１２が介装されている。また、昇圧装置３と計測部１０とは開閉弁１３が介装されたパイプ１４で接続され、計測部１０に接続された充填ホース１５の先端には、ガスを自動車Ｍへ充填する充填ノズル１６が設けられている。
【００４１】
各機器の動作は、上述した第一の実施の形態と同じであるので説明を省略する。そして、各機器が組み込まれたケース６は、地上Ｇに設置されている。
【００４２】
この実施の形態では、各機器が組み込まれたケースを地上に設置しているので、台車が不用となり、開設コストをさらに低減することができる。特に充填所を長期間開設する場合に適したガス充填装置となる。
【００４３】
なお、ガス充填装置１を図１のようにトレーラーに載置した場合は、トラクタＵ又は人力で自動車Ｍの駐車位置に移動してガスを計量充填することができるので、ガス欠等の自動車に対して効果的である。また図示の実施例では水素ガスを例にして説明したが、天然ガス等の他の高圧ガスに対して適用できることは明らかである。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のガス充填装置の効果を、以下に列挙する。
（１）各機器をケース内に組み込んでいるので、ガス充填装置の全体を工場で大量生産でき、製造コストを低減することができる。
（２）ガス充填装置の全体を現場へ運んで設置できるので、現場での施工期間を零とすることができる。
（３）各機器を組み込んだケースは台車に搭載されているので、牽引車で運ぶことにより、路上でガス欠となった自動車へのガス充填に容易に対応することができる。
（４）台車は伸縮手段により持ち上げられるので、同じ場所に一定期間開設し続けた場合の台車の負荷を軽減することができる。
（５）傾きセンサの傾き検知信号に基づいて台車が水平に持ち上げられるので、ガス充填装置の水平が保たれ、充填作業の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス充填装置の全体を示す側面図。
【図２】ガス充填装置の充填機構の正面図。
【図３】ガス充填装置の制御部を中心としたブロック図。
【図４】台車を持ち上げる制御の態様を示すフロー図。
【図５】自動車へガスを充填する制御の態様を示すフロー図。
【図６】２次ボンベ内へガスを補充蓄圧する制御の態様を示すフロー図。
【図７】ガス充填装置の第二の実施の形態を示す側面図。
【符号の説明】
１・・・ガス充填装置
２・・・１次ボンベ
３・・・昇圧装置
４・・・２次ボンベ
５・・・充填機構
６・・・ケース
７、８、１１、１４・・・パイプ
９、１２、１３・・・開閉弁
１０・・・計測部
１５・・・充填ホース
１６・・・充填ノズル
１７、２０・・・圧力センサ
１８・・・制御部
１９・・・安全弁
２１・・・操作盤
２２・・・テンキー
２３・・・操作表示器
２４・・・スタートスイッチ
２５・・・停止スイッチ
２６・・・緊急停止スイッチ
２７・・・伸縮スイッチ
２８・・・貨幣投入口
２９・・・貨幣返却口
３０・・・プリンター
３１・・・表示器
３２・・・報知器
３３・・・ガスセンサ
３４・・・通気管
３５・・・台車
３６・・・伸縮手段
３７・・・傾きセンサ

Claims

自動車の燃料としての高圧ガスを充填するための高圧ガス充填装置において、ガスを蓄圧した多数の１次ボンベ（２）と、１次ボンベ（２）にパイプ（７）で接続された昇圧装置（３）と、昇圧装置（３）に開閉弁（９）を介装したパイプ（８）で接続された複数の２次ボンベ（４）と、２次ボンベ（４）に開閉弁（１２）を介装したパイプ（１１）で接続された充填機構（５）と、充填機構（５）および開閉弁を制御する制御部（１８）とが底面が平らなケース（６）内に組みこまれており、前記充填機構（５）には充填ホース（１５）を介して自動車（Ｍ）の燃料ボンベの充填口に接続する充填ノズル（１６）および計測部（１０）が設けられ、前記昇圧装置（３）は別の開閉弁（１３）を介装したパイプ（１４）で計測部（１０）に接続されており、計測部（１０）はパイプ（１１）又はパイプ（１４）を介して充填ノズル（１６）から充填される水素ガスの量を計測し、前記制御部（１８）はスタートスイッチ（２４）が押されると第１の２次ボンベ（４ａ）の開閉弁（１２ａ）を開いて高圧ガスを自動車（Ｍ）に充填し、計測部（１０）に設けられて自動車の燃料ボンベの圧力を検知する圧力センサ（２０）と第１の２次ボンベ（４ａ）の圧力センサ（１７）との圧力信号を比較し、両圧力信号が均衡した場合は前記２次ボンベ（４）の開閉弁（１２ａ）を閉じ、第２の２次ボンベ（４ｂ）の開閉弁（１２ｂ）を開いて第２の２次ボンベ（４ｂ）内の高圧ガスを自動車（Ｍ）に充填し、そして充填機構（５）から充填される充填量を演算して表示器（３１）に表示する機能を有することを特徴とするガス充填装置。
前記各機器を組込んだケース（６）は台車（３５）上に搭載され、前記台車（３５）には持ち上げるための４つの伸縮手段（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）と台車（３５）の傾きを検知する傾きセンサ（３７）とが設けられ、前記制御部（１８）は伸縮スイッチ（２７）をオンすると、台車（３５）を持ち上げるように伸縮手段（３６）が作動し、傾きセンサ（３７）が作動すると、台車（３５）が水平を保つように各伸縮手段（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ）を独立して作動し、そして台車（３５）のタイヤが浮上したら伸縮スイッチ（２７）をオフにすることで伸縮手段（３６）を停止してガス充填装置による充填を可能とする機能を有する請求項１記載のガス充填装置。