JP4223835B2 - ガス供給装置及びその制御方法 - 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、特に充填ホース内に残留する圧力差に応じて充填ホース内のガス残量を求めるよう構成され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、例えば、圧縮機、蓄ガスユニットとディスペンサユニットとを有しており、ディスペンサユニットは流量計、制御弁、圧力センサを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このガス供給装置では、圧縮機により所定圧以上（例えば２５ＭＰａ）に昇圧されたガスが供給源としてのガス供給タンクに貯留されている。そして、燃料供給を受ける自動車が到着すると、充填ホースの先端に設けられた充填カップリングを自動車の燃料タンク（被充填タンク）の接続部（カプラ）に結合させる。尚、自動車側の接続部は、逆止弁が内蔵されており、充填カップリングが結合され燃料タンクの圧力よりも充填ホース側圧力が大きいとき圧力差によって逆止弁が開弁する。
【０００４】
その後、充填カップリングの三方弁が切り替え操作されてガス供給タンクに貯留されたガスが充填ホース及び充填カップリングを介して自動車の燃料タンクに充填される。このとき、自動車の燃料タンクには、ガスが残っているが、ガス供給タンクの圧力（供給圧力）が燃料タンクの圧力よりも十分に大きいので、圧力差によりガス充填が行われる。
【０００５】
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に供給され燃料タンク内が所定の満タン圧（例えば、２０ＭＰａ）に達するまで充填し、充填カップリングの三方弁を切り替えることによりガス充填が終了する。
【０００６】
ガス充填が終了すると、作業者は、充填カップリングを自動車側のカプラから分離させ、充填カップリングをカップリング収納部に収納させる。
【０００７】
また、自動車の燃料タンクへのガス供給量は、流量計により計測されており、燃料タンクに充填された総流量を知ることができ、燃料タンクに充填された圧力は圧力センサ（圧力測定手段）により測定できる。さらに、充填ホースの先端には、燃料タンクの接続部に接続される充填カップリングが設けられており、この充填カップリングはガス供給前に自動車の燃料タンクに接続され、ガス充填完了後に燃料タンクから外される。
【０００８】
ところが、充填ホース内の圧力が高圧になっていると充填カップリングを燃料タンクの接続部から外すことができない。そのため、作業者は、手動式の三方弁を切り換えて充填カップリング内のガスを大気中に放出するか、あるいはドレンタンクに回収させて充填ホース内を大気圧に減圧させる。このように、充填カップリングの減圧操作を行うことにより、上記充填カップリングを燃料タンクの接続部から外すことが可能になる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−６８４９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のガス供給装置では、２台の自動車に連続して燃料タンクに満タン充填を行う場合、燃料タンクの耐圧基準値により満タン圧力が決められているので、充填ホースに残留する前回充填終了圧力と今回充填終了圧力とがほぼ同一であるので、誤差が生じない。
【００１１】
しかし、１台目の自動車に対して任意の所定圧力でプリセット充填した後に２台目の自動車に対して満タン充填を行う場合、充填ホースに残留する前回充填終了圧力と今回充填終了圧力が同一でないので、誤差が生じる。
【００１２】
さらに、ガス供給装置においては、流量計が制御弁の上流にあるので、制御弁を閉弁した状態で充填カップリングを自動車の接続部に接続する場合、充填ホースに残留するガスが充填カップリングを介して自動車の燃料タンクに供給されるガス供給量を測定することができない。
【００１３】
一方、流量計で計測できるのは、今回の充填開始（開閉弁、制御弁の開弁）から今回の充填終了（開閉弁、制御弁の閉弁）までの間に供給されたガス供給量である。また、圧力センサにより検出できるのは、制御弁より下流の圧力値であり、充填ホースの圧力である。
【００１４】
従って、ガス供給装置においては、充填開始される前の充填カップリングの接続によって充填ホース内に残留していたガスがどれだけ自動車側に供給されたかを流量計で測定できず、正確なガス供給量が分からないので、充填開始前のホース残留圧力と充填終了後のホース残留圧力との圧力差による流量誤差が生じてしまうという問題がある。
【００１５】
また、充填開始される前（充填カップリングの接続前）に充填ホース内に残留していたガス圧力よりも、充填終了後のホース残留圧力が高くなった場合には、この圧力差分のガスは流量計により測定されるが自動車側に供給されないことになり流量誤差が生じてしまうという問題がある。
【００１６】
また、充填カップリングの弁を開弁するのを忘れたり、あるいは充填カップリングを自動車側のカプラに結合させていないのにガスの供給を開始してしまうと、充填ホース内の圧力が供給圧力まで上昇してしまい、充填ホースの負担が増大するという問題が生じるおそれがある。
そこで、本発明は上記課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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、充填カップリングの不使用時に当該充填カップリングが収納されるカップリング収納部と、カップリング収納部より充填カップリングが外されたことを検出する検出手段と、充填カップリングよりガスを供給する際に操作される充填開始指示スイッチと、検出手段により充填カップリングが取り外されたことを検出した際において圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する初期圧力値記憶手段と、充填開始指示スイッチが操作された際において圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する充填開始圧力値記憶手段と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する差圧演算手段と、を備えており、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することが可能になる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、差圧演算手段により演算された差圧が所定値以上の場合に開閉弁を開弁させるものであり、充填カップリングが被充填側に正しく接続され、且つ充填カップリングの弁が開弁されている場合にガス供給を開始し、充填カップリングが被充填側に接続されていなかったり、あるいは充填カップリングの弁が開弁されていない場合には、ガスの供給を停止させて充填ホースに過大な圧力を作用させず、安全性が高められる。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、カップリング検出手段により充填カップリングが収納部から外されたことが検出された際に、圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する第１の手順と、指示手段が操作された際に圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する第２の手順と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する第３の手順と、をコンピュータに実行させるものであり、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になるガス供給装置のシステム構成を示す構成図である。
図１中、ガス供給装置１０は、例えば自動車１２の燃料タンク（被充填容器）１４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。尚、上記圧縮天然ガスは一例であり、ガス供給装置１０が扱うガスは、これに限らず大気圧から２０ＭＰａ程度の高圧の範囲で圧縮されて使用される他のガスを含む。
【００２１】
ガス供給装置１０は、大略、都市ガスを所定圧力に昇圧する圧力発生ユニット１６と、圧力発生ユニット１６により圧縮されたガスを燃料タンク１４に供給するためのディスペンサユニット１８とより構成されている。
【００２２】
圧力発生ユニット１６は、中圧（家庭で使用される圧力よりも高い圧力）で給送される中圧管路（図示せず）を介して供給された都市ガスを圧縮する多段式のコンプレッサを有する。本実施例においては、上記燃料タンク１４の最高圧力が２０ＭＰａとした場合、圧力発生ユニット１６では２５ＭＰａの圧力に加圧する。
【００２３】
さらに、圧力発生ユニット１６の吐出口には、ディスペンサユニット１８のガス供給管路２０が接続されており、ガス供給管路２０には燃料タンク１４に供給されたガス供給量を測定する流量計２２と、ガス供給管路２０を開閉する開閉弁２４と、燃料タンク１４に供給されるガス圧及び流量を所定値に制御する制御弁２６と、燃料タンク１４に供給された供給ガス圧を測定する圧力センサ（圧力測定部）２８とが配設されている。
【００２４】
ディスペンサユニット１８の側面には、カップリング掛け（収納部）３０が設けられており、カップリング掛け３０には、カップリングスイッチ（カップリング検出手段）３２が設けられている。また、ディスペンサユニット１８は、充填開始スイッチ（指示手段）３４、充填停止スイッチ３６が設けられている。
【００２５】
また、ディスペンサユニット１８は、上記流量計２２、開閉弁２４、制御弁２６、圧力センサ２８、カップリングスイッチ３２、充填開始スイッチ３４、充填停止スイッチ３６に電気的に接続された制御回路３８を有する。制御回路３８は、マイクロコンピュータなどからなり、後述するように開閉弁２４、制御弁２６を制御する。
【００２６】
制御回路３８は、流量計２２からの流量信号、及び圧力センサ２８からの圧力信号、及びカップリングスイッチ３２からのカップリング検出信号が入力されると共に、開閉弁２４の開弁または閉弁制御、及び制御弁２６の弁開度を調整して流量、圧力制御を行う。
【００２７】
制御回路３８のメモリ３９には、圧力センサ２８により測定されたガス充填開始圧力値と初期値との圧力差を求める制御プログラム（差圧演算手段）と、この圧力差に流量計２２から充填カップリング４２までのガス供給経路内の容積（流量計２２から下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の容積）を乗算して充填量補正値を演算する制御プログラム（充填量補正演算手段）とが格納されている。また、制御回路３８は、演算した補正量を総充填量から減算することにより、充填ホース４０の残留圧力の差異による流量誤差を補正することが可能になる。
【００２８】
ディスペンサユニット１８の側面から引出された充填ホース４０は、一端がガス供給管路２０に接続され、他端に充填カップリング４２が連通されている。充填カップリング４２は、作業者が手動操作する手動式三方弁４４と、燃料タンク１４のカップリング４６に結合されるカップリング４８とから構成されている。
【００２９】
手動式三方弁４４は、手動操作用ハンドル４４ａと、ガス供給側のａポートと、ガス吐出側のｂポートと、脱圧側のｃポートとを有する。手動式三方弁４２のａポートには、充填ホース４０が連通されており、ｂポートにはカップリング４８が設けられている。また、手動式三方弁４２のｃポートは、充填終了後にカップリング４８の残圧を外部（大気中または回収経路）に排出するための排気ポートである。
【００３０】
また、燃料タンク１４とカップリング４６とを連通する管路５０には、燃料タンク１４に充填されたガスが充填カップリング４２へ逆流しないように逆止弁５２が配設されている。尚、逆止弁５２の代わりに手動式の開閉弁を設ける構成としても良い。
【００３１】
図２はガス充填開始からガス充填終了までの圧力変化及び流量変化の一例を示すグラフである。尚、図２において、グラフＩは圧力センサ２８により測定された圧力の変化を示し、グラフIIは流量計２２により測定された流量の変化を示す。
図２のグラフＩに示されるように、P1は充填開始前圧力、P2は充填開始圧力、P3は充填開始時の定流量制御終了圧力、P4は定圧上昇制御終了圧力、P5は充填終了時の定流量制御終了圧力である。
【００３２】
グラフＩは圧力センサ２８により測定された圧力であり、燃料タンク１４に充填される圧力、すなわち、ガス供給管路２０及び充填ホース４０の圧力変化を示している。そして、カップリング４８を燃料タンク１４のカップリング４６に結合させ、手動式三方弁４４のａ，ｂポートを連通させると、充填ホース４０内に残留するガスが燃料タンク１４に供給される。これにより、充填ホース４０内の圧力は、充填開始前圧力P1から今回充填開始圧力P2に低下する。
【００３３】
このときの充填開始前の圧力変化ΔP（＝P1−P2）は、充填開始前圧力P1と燃料タンク１４の残圧及び容積によって変動する。充填開始前圧力P1は、前回充填がプリセット充填である場合、一定値ではないので、毎回異なる値になる。また、燃料タンク１４の残圧は、運転者の判断で充填を行うので、毎回異なる値になる。
【００３４】
従って、上記圧力変化ΔPは、毎回満タン充填を行う場合を除いて変動することになる。しかしながら、この圧力変化ΔPは、開閉弁２４が閉弁された充填開始前の圧力変化であるので、充填ホース４０から燃料タンク１４へ供給されたガスの流量を流量計２２によって計測することはできない。
【００３５】
また、充填終了後の圧力変化ΔP’（＝P4−P3）は、制御弁２６の下流の充填による圧力上昇であり、燃料タンク１４内への充填量のほか、同時に充填ホース４０への充填量を含む。そして、充填終了後の圧力変化がΔP’（＝P4−P3）＞０の場合には、流量計２２によって計測されるが流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０への充填量は燃料タンク１４内に入らずガス供給管路２０及び充填ホース４０内に残ることになる。
【００３６】
図２のグラフIIに示されるように、Q1は充填開始の流量、Q2は定圧上昇制御開始の流量、Q3は流量上昇分岐点の流量、Q4は絞り開始の流量、Q5は充填終了の流量、Q6は充填終了の流量である。
【００３７】
尚、Q1〜Q2及びQ5〜Q6は、圧力センサ２８の検出精度を安定的に行うため、低流量による定量制御が行われる。また、Q2〜Q4は定圧上昇制御に応じた流量変化を示す。
【００３８】
ここで、流量計２２により測定された積算流量を充填ホース４０の充填開始圧力と充填終了圧力との圧力差に応じた補正量Ｋの演算方法について説明する。
補正量Ｋは、次式(1)により求まる。
【００３９】
Ｋ＝Ｖ×（Pe−Ps）/Pa …（１）
尚、（１）式のPaは大気圧、Ｖは流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の内部に形成された流路の幾何容積である。
【００４０】
そして、補正量Ｋが正の場合には、この補正量を流量計２２で測定された積算流量から減算することにより正確な充填量を演算する。また、補正量Ｋが負の場合には、積算流量に補正量を加算して充填量表示値を補正する。
【００４１】
なお、この充填量の補正は、充填終了の直前においての定流量制御を行っているときに行なわれる。
【００４２】
ここで、定圧上昇制御（P3〜P4）から定流量制御(P4〜P5)への充填制御の切替条件は、残充填量または（定量設定量−現在の充填量）が予め設定された値に達したときであり、充填終了条件は満タン圧力(P5)または定量設定値（プリセット値）に達したときである。
前述した（１）式は、次のようになる。
【００４３】
Ｋ＝｛Ｖ×（P−Pe）/Pa｝−｛Ｖ×（P−Ps）/Pa｝…（２）
（２）式のPは予め設定された設定圧力であり、ここでは満タン圧力である。そのため、この（２）式では、Ｖ×（P−Ps）/Paの演算を充填開始直後から行うことができる。そして、充填ホース４０内が満タン圧力から充填開始して充填停止スイッチ３６をオンに操作して充填途中でガス供給を停止しても充填開始時の流量誤差を補正することが可能になる。
【００４４】
また、予め設定する充填ホース４０の内容積（Ｖ）は、通常、設計寸法から既知となるが、以下のように実際の充填量から求めることにより、さらに精度が高まる。
【００４５】
充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)に減圧してから充填開始スイッチ３４を操作することにより、開閉弁２４を開弁し、ガス充填を開始する。このとき、充填カップリング４４のカップリング４８が自動車１２のカップリング４６に結合されていないことを保証するために、カップリングスイッチ３２からの信号の有無により監視する。
【００４６】
そして、満タン圧力(P5)に達すると、開閉弁２４を閉弁して充填終了し、流量計２２により計測された積算流量をメモリ３９に記憶する。
【００４７】
｛計量値（体積値）/（満タン圧力/大気圧）｝…（３）
この（３）式により流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の幾何容積（Ｖ）を算出し、メモリ３９に記憶する。この演算処理は、幾何容積設定モード等の特定の操作により行う。
【００４８】
さらに、予め圧力に関するガスの圧縮係数データをデータベースに記憶させ、上記（１）（２）式をそのときの圧力に応じて圧縮係数の補正を行うことにより流量補正演算処理の精度が高められる。
【００４９】
ここで、幾何容積設定モードが設定された場合に制御回路３８が実行する制御処理の処理手順について説明する。
【００５０】
図３は制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。尚、幾何容積設定モードは、メンテナンス時あるいは充填ホース４０の交換時などで行なわれる。
【００５１】
幾何容積設定モードを設定する場合、例えば、設定操作を行う操作者は、予め手動式三方弁４４のａ，ｂポートを連通させることにより、充填ホース４０内に残留するガスが大気中に放出されて充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)に減圧させる。そして、手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを操作してｂ，ｃポートを連通させ，ａポートを遮断（閉弁状態）する。このように、充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)にした状態で充填ホース４０の圧力を上限圧力（満タン圧力）まで昇圧させることで、前述した流量計２２から充填カップリング４２までの幾何容積Ｖを正確に算出することが可能になる。
【００５２】
図３に示されるように、制御回路３８は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、ホース内容積設定モードが設定されたか否かを確認する。Ｓ１で操作者の操作により幾何容積設定モードが設定された場合、Ｓ２に進み、カップリングスイッチ３２がオンかどうかをチェックする。
【００５３】
カップリングスイッチ３２がオンであるときは、カップリング掛け３０に充填カップリング４２が掛けられているものと判断してＳ３に進む。
【００５４】
Ｓ３では、充填開始スイッチ３４がオンかどうかをチェックする。Ｓ３において、充填開始スイッチ３４がオンに操作されると、Ｓ４に進み、圧力センサ２８により測定された圧力値と読み込み、充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)かどうかをチェックする。
【００５５】
Ｓ４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が大気圧(Pa)でない場合には、Ｓ５に進み、充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)以上であることを表示すると共に、警報を発して報知する。この場合、操作者は、前述した手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを開閉操作して充填ホース４０に残留するガスを大気中に放出させて充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)する。
【００５６】
そして、再度、Ｓ２〜Ｓ４の処理を行う。上記Ｓ４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が大気圧(Pa)である場合には、Ｓ６に進み、開閉弁２４を開弁させて、充填ホース４０にガスを充填する。
【００５７】
次のＳ７では、圧力センサ２８により測定された圧力値が上限圧力(P5)に達したかどうかをチェックする。Ｓ７において、圧力センサ２８により測定された圧力値が上限圧力(P5)に達した時点で、Ｓ８に進み、開閉弁２４を閉弁させて、充填ホース４０へのガス充填を停止する。
【００５８】
そして、Ｓ９では、大気圧から上限圧力(P5)に達するまでの間に流量計２２によって計測された流量値を読み込む。続いて、Ｓ１０では、前述した（３）式により流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の幾何容積（Ｖ）を算出し、メモリ３９に記憶する。
【００５９】
尚、上記説明では、充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)にした状態で充填ホース４０の圧力を上限圧力（満タン圧力）まで昇圧させることで、前述した流量計２２から充填カップリング４２までの幾何容積Ｖを正確に算出する方法について説明したが、これに限らず、開始圧力を大気圧(Pa)以外の任意の圧力、あるいは上限圧力を満タン圧力以外の任意の圧力（この場合、開始圧力より大きい圧力）に設定することも可能である。
【００６０】
すなわち、流量計２２から充填カップリング４２までのガス供給経路内の容積は、充填カップリング４２を閉弁した状態を維持した状態で、開閉弁２２を閉弁している際において圧力センサ２８により計測された充填前圧力値と、当該状態において開閉弁２４を開弁させた際における圧力センサ２８により計測された充填後圧力値とから、圧力差を演算し、当該圧力差と充填前圧力値から充填後圧力値までに圧力を昇圧させた際に流量計２２で測定された供給量とに基づき求めることができる。
【００６１】
ここで、制御回路３８が実行する充填制御処理の処理手順について説明する。図４は制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。
図４に示されるように、Ｓ１１において、カップリングスイッチ３２がオフになると、充填カップリング４２がカップリング掛け３０から外されたものと判断する。作業者は、充填カップリング４２をカップリング掛け３０から外した後、カップリング４８を燃料タンク１４のカップリング４６に結合させる。
【００６２】
そして、作業者は、手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを回動操作してａポートとｂポートとを連通させる。これにより、充填ホース４０に残留していたガスが自動車１２の燃料タンク１４に供給され、充填ホース４０の圧力は充填開始前圧力P1から今回充填開始圧力P2に低下する。
【００６３】
次のＳ１２では、圧力センサ２８により測定された充填開始時の初期圧力値（ホース内圧力Ps=P1）を読み込み、メモリ３９に記憶する（初期圧力値記憶手段）。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填開始時の圧力値は、消去される。
【００６４】
続いて、Ｓ１３に進み、充填開始スイッチ３４がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ１３において、充填開始スイッチ３４がオフのときは、Ｓ１４に移行してカップリングスイッチ３２がオフかどうかをチェックする。Ｓ１４において、カップリングスイッチ３２がオンの場合には、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されたものと判断して上記Ｓ１１に戻る。
【００６５】
また、上記Ｓ１４において、カップリングスイッチ３２がオフの場合には、充填カップリング４２がカップリング掛け３０から外されているので、Ｓ１３に戻る。また、上記Ｓ１３において、充填開始スイッチ３４がオンのときは、Ｓ１５に進み、開閉弁２４を開弁させる。これで、圧力発生ユニット１６で生成された高圧ガスがガス供給管路２０及び充填ホース４０及び充填カップリング４２を介して燃料タンク１４に供給される。
【００６６】
次のＳ１６では、充填開始から所定時間が経過するまで定流量制御を行うように制御弁２６の弁開度を制御する。この定流量制御は、図２のグラフIIに示すQ1〜Q2である。
【００６７】
次のＳ１７では、定流量制御において、流量計２２により測定された流量値（計量値）が予め設定された設定量に達したか否かを確認しており、流量計２２により測定された流量値が設定量に達していない場合にはＳ１６に戻り、流量値が設定量となるように制御弁２６の弁開度を制御する。
【００６８】
また、Ｓ１７において、流量計２２により測定された流量値（計量値）が予め設定された設定量に達したときは、Ｓ１８に進み、定圧上昇制御となるように制御弁２６の弁開度を制御する。この定圧上昇制御は、図２のグラフIに示すP3〜P4である。
【００６９】
次のＳ１９では、流量計２２により測定された流量値（計量値）が定量設定値（プリセット値）から所定設定量（絞り開始から充填終了までの流量）を差し引いた値（プリセット値の直前値）と等しいかどうかをチェックする。Ｓ１９において、流量計２２により測定された流量値が定量設定値から所定設定量を差し引いた値に達していないときは、Ｓ２７に移行して充填停止スイッチ３６がオンに操作されたかどうかをチェックする。
【００７０】
Ｓ２７において、充填停止スイッチ３６がオンに操作されていないときは、上記Ｓ１８に戻り、Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２７の処理を繰り返す。
【００７１】
また、Ｓ１９において、流量計２２により測定された流量値が定量設定値から所定設定量を差し引いた値に達したときは、Ｓ２０に進み、充填終了時の定流量制御となるように制御弁２６の弁開度を制御する。この定流量制御は、図２のグラフIIに示すQ5〜Q6である。
【００７２】
続いて、Ｓ２１に進み、充填終了時の圧力（Pe＝P4）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填終了時の圧力値は、消去される。
【００７３】
次のＳ２２では、充填開始圧力Psと充填終了圧力Peとの圧力差に幾何容積Ｖを乗算して圧力差に応じた充填ホース４０に残留するガス量（補正量Ｋ）を演算する。
【００７４】
続いて、Ｓ２３に進み、充填開始から充填終了までの計量値に上記補正量を加減算することにより充填量を算出する。
【００７５】
次のＳ２４では、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力（燃料タンク１４の許容圧力）に達したかどうかをチェックする。Ｓ２４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達していないときは、Ｓ２５に進み、流量計２２により計測された計量値と充填量とが等しいかどうかをチェックする。
【００７６】
Ｓ２５において、流量計２２により計測された計量値と充填量とが等しくないときは、上記Ｓ２４に戻り、再度、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達したかどうかをチェックする。
【００７７】
そして、Ｓ２４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達すると、Ｓ２６に進み、開閉弁２４を閉弁させる。これで、燃料タンク１４へのガス充填処理が終了する。
【００７８】
また、上記Ｓ２７において、充填停止スイッチ３６がオフであるときは、作業者がガス充填を中断したものと判断してＳ２８に進み、開閉弁２４を閉弁させる。続いて、Ｓ２９に進み、充填終了時の圧力（Pe＝P4）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填終了時の圧力値は、消去される。
【００７９】
そして、Ｓ３０で充填開始圧力Psと充填終了圧力Peとの圧力差に応じた流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量（補正量Ｋ）を演算する。続いて、Ｓ３１に進み、充填開始から充填終了までの計量値に上記補正量を加算または減算した充填量を算出する。
【００８０】
このように、充填開始前と充填終了後の流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差を演算し、この値を補正量Ｋとして流量計２２により計量された総流量値から減算（Ｋが負の場合には加算）することにより流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差異による誤差を無くすため、流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の残圧が毎回異なるプリセット充填を行う場合も満タン充填を連続させる場合と同様により高精度な充填が可能になる。
【００８１】
ここで、変形例１について説明する。図５は制御装置１６が実行する充填処理の変形例１を説明するためのフローチャートである。
図５において、Ｓ４１〜Ｓ４４の処理は、前述した図４のＳ１１〜Ｓ１４と同一であるので、その説明を省略する。
【００８２】
Ｓ４５では、充填開始時の圧力（Ps1＝P2）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する（充填開始圧力値記憶手段、第２の手順）。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填開始時の圧力値は、消去される。
【００８３】
次のＳ４６では、充填開始時の圧力Ps＝P1から圧力（Ps1＝P2）を差し引いた圧力値が予め設定された所定圧力差よりも大きいかどうかをチェックする。Ｓ４６において、充填開始時の圧力Ps＝P1から圧力（Ps1＝P2）を差し引いた圧力値が予め設定された所定圧力差よりも小さい場合には、上記圧力（Ps1＝P2）が低下していないので、手動式三方弁４４のａポートとｂポートとが連通されていないものと判断し、Ｓ４７に進む。
【００８４】
Ｓ４７では、充填準備未完了であることを警告するため、警報音（アラーム音）を発する。続いて、Ｓ４８に進み、充填開始スイッチ３４がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ４８において、充填開始スイッチ３４がオンに操作されていないときは、Ｓ４９に進み、カップリングスイッチ３２がオンに切り替わったかどうかをチェックする。
【００８５】
Ｓ４９において、カップリングスイッチ３２がオンに切り替わったときは、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されたものと判断してＳ５０に進み、充填準備未完了の警報音（アラーム音）を停止させる。従って、充填カップリング４２の手動式三方弁４４が正しく操作されていなので、今回の充填処理を終了させる。
【００８６】
また、上記Ｓ４８において、充填開始スイッチ３４がオンであるときは、充填を開始するため、Ｓ５１に進み、充填準備未完了の警報音（アラーム音）を停止させて上記Ｓ４５に戻る。
【００８７】
また、上記Ｓ４９において、カップリングスイッチ３２がオフであるときは、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されていないので、上記Ｓ４７に戻り、Ｓ４７以降の処理を繰り返す。
【００８８】
図５において、Ｓ５２〜Ｓ６８の処理は、前述した図４のＳ１５〜Ｓ３１と同様な処理であるので、その説明を省略する。
【００８９】
このように、充填開始前の初期圧力値Psと充填開始圧力値Ps1の充填ホース４０に残留するガス量の差を演算することにより、この値を補正量Ｋとして流量計２２により計量された総流量値から減算（Ｋが負の場合には加算）して流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差異による誤差を無くすことが可能になる。そのため、流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の残圧が毎回異なるプリセット充填を行う場合も満タン充填を連続させる場合と同様により高精度な充填が可能になる。
【００９０】
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。
【００９１】
又、上記実施例では、自動車１２の燃料タンク１４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。
【００９２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、充填カップリングの不使用時に当該充填カップリングが収納されるカップリング収納部と、カップリング収納部より充填カップリングが外されたことを検出する検出手段と、充填カップリングよりガスを供給する際に操作される充填開始指示スイッチと、検出手段により充填カップリングが取り外されたことを検出した際において圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する初期圧力値記憶手段と、充填開始指示スイッチが操作された際において圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する充填開始圧力値記憶手段と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する差圧演算手段と、を備えたため、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することができる。
【００９３】
また、請求項２記載の発明によれば、差圧演算手段により演算された差圧が所定値以上の場合に開閉弁を開弁させるため、充填カップリングが被充填側に正しく接続され、且つ充填カップリングの弁が開弁されている場合にガス供給を開始し、充填カップリングが被充填側に接続されていなかったり、あるいは充填カップリングの弁が開弁されていない場合には、ガスの供給を停止させて充填ホースに過大な圧力を作用させず、安全性を高めることができる。
【００９４】
また、請求項３記載の発明によれば、カップリング検出手段により充填カップリングが収納部から外されたことが検出された際に、圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する第１の手順と、指示手段が操作された際に圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する第２の手順と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する第３の手順と、をコンピュータに実行させるため、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるガス供給装置のシステム構成を示す構成図である。
【図２】ガス充填開始からガス充填終了までの圧力変化及び流量変化の一例を示すグラフである。
【図３】制御回路３８が実行する幾何容積設定モード処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】制御回路３８が実行する充填処理の変形例１を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ガス供給装置
１２ 自動車
１４ 燃料タンク
１６ 圧力発生ユニット
１８ディスペンサユニット
２０ ガス供給管路
２２ 流量計
２４ 開閉弁
２６ 制御弁
２８ 圧力センサ
３０ カップリング掛け
３２ カップリングスイッチ
３４ 充填開始スイッチ
３６ 充填停止スイッチ
３８ 制御回路
３９ メモリ
４０ 充填ホース
４２ 充填カップリング
４４ 手動式三方弁
４６ カプラ
４８ カップリング
５２ 逆止弁
【発明の属する技術分野】
本発明はガス供給装置に係り、特に充填ホース内に残留する圧力差に応じて充填ホース内のガス残量を求めるよう構成され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、例えば、圧縮機、蓄ガスユニットとディスペンサユニットとを有しており、ディスペンサユニットは流量計、制御弁、圧力センサを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このガス供給装置では、圧縮機により所定圧以上（例えば２５ＭＰａ）に昇圧されたガスが供給源としてのガス供給タンクに貯留されている。そして、燃料供給を受ける自動車が到着すると、充填ホースの先端に設けられた充填カップリングを自動車の燃料タンク（被充填タンク）の接続部（カプラ）に結合させる。尚、自動車側の接続部は、逆止弁が内蔵されており、充填カップリングが結合され燃料タンクの圧力よりも充填ホース側圧力が大きいとき圧力差によって逆止弁が開弁する。
【０００４】
その後、充填カップリングの三方弁が切り替え操作されてガス供給タンクに貯留されたガスが充填ホース及び充填カップリングを介して自動車の燃料タンクに充填される。このとき、自動車の燃料タンクには、ガスが残っているが、ガス供給タンクの圧力（供給圧力）が燃料タンクの圧力よりも十分に大きいので、圧力差によりガス充填が行われる。
【０００５】
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に供給され燃料タンク内が所定の満タン圧（例えば、２０ＭＰａ）に達するまで充填し、充填カップリングの三方弁を切り替えることによりガス充填が終了する。
【０００６】
ガス充填が終了すると、作業者は、充填カップリングを自動車側のカプラから分離させ、充填カップリングをカップリング収納部に収納させる。
【０００７】
また、自動車の燃料タンクへのガス供給量は、流量計により計測されており、燃料タンクに充填された総流量を知ることができ、燃料タンクに充填された圧力は圧力センサ（圧力測定手段）により測定できる。さらに、充填ホースの先端には、燃料タンクの接続部に接続される充填カップリングが設けられており、この充填カップリングはガス供給前に自動車の燃料タンクに接続され、ガス充填完了後に燃料タンクから外される。
【０００８】
ところが、充填ホース内の圧力が高圧になっていると充填カップリングを燃料タンクの接続部から外すことができない。そのため、作業者は、手動式の三方弁を切り換えて充填カップリング内のガスを大気中に放出するか、あるいはドレンタンクに回収させて充填ホース内を大気圧に減圧させる。このように、充填カップリングの減圧操作を行うことにより、上記充填カップリングを燃料タンクの接続部から外すことが可能になる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−６８４９６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成のガス供給装置では、２台の自動車に連続して燃料タンクに満タン充填を行う場合、燃料タンクの耐圧基準値により満タン圧力が決められているので、充填ホースに残留する前回充填終了圧力と今回充填終了圧力とがほぼ同一であるので、誤差が生じない。
【００１１】
しかし、１台目の自動車に対して任意の所定圧力でプリセット充填した後に２台目の自動車に対して満タン充填を行う場合、充填ホースに残留する前回充填終了圧力と今回充填終了圧力が同一でないので、誤差が生じる。
【００１２】
さらに、ガス供給装置においては、流量計が制御弁の上流にあるので、制御弁を閉弁した状態で充填カップリングを自動車の接続部に接続する場合、充填ホースに残留するガスが充填カップリングを介して自動車の燃料タンクに供給されるガス供給量を測定することができない。
【００１３】
一方、流量計で計測できるのは、今回の充填開始（開閉弁、制御弁の開弁）から今回の充填終了（開閉弁、制御弁の閉弁）までの間に供給されたガス供給量である。また、圧力センサにより検出できるのは、制御弁より下流の圧力値であり、充填ホースの圧力である。
【００１４】
従って、ガス供給装置においては、充填開始される前の充填カップリングの接続によって充填ホース内に残留していたガスがどれだけ自動車側に供給されたかを流量計で測定できず、正確なガス供給量が分からないので、充填開始前のホース残留圧力と充填終了後のホース残留圧力との圧力差による流量誤差が生じてしまうという問題がある。
【００１５】
また、充填開始される前（充填カップリングの接続前）に充填ホース内に残留していたガス圧力よりも、充填終了後のホース残留圧力が高くなった場合には、この圧力差分のガスは流量計により測定されるが自動車側に供給されないことになり流量誤差が生じてしまうという問題がある。
【００１６】
また、充填カップリングの弁を開弁するのを忘れたり、あるいは充填カップリングを自動車側のカプラに結合させていないのにガスの供給を開始してしまうと、充填ホース内の圧力が供給圧力まで上昇してしまい、充填ホースの負担が増大するという問題が生じるおそれがある。
そこで、本発明は上記課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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下のような特徴を有する。
上記請求項１記載の発明は、充填カップリングの不使用時に当該充填カップリングが収納されるカップリング収納部と、カップリング収納部より充填カップリングが外されたことを検出する検出手段と、充填カップリングよりガスを供給する際に操作される充填開始指示スイッチと、検出手段により充填カップリングが取り外されたことを検出した際において圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する初期圧力値記憶手段と、充填開始指示スイッチが操作された際において圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する充填開始圧力値記憶手段と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する差圧演算手段と、を備えており、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することが可能になる。
【００１８】
また、請求項２記載の発明は、差圧演算手段により演算された差圧が所定値以上の場合に開閉弁を開弁させるものであり、充填カップリングが被充填側に正しく接続され、且つ充填カップリングの弁が開弁されている場合にガス供給を開始し、充填カップリングが被充填側に接続されていなかったり、あるいは充填カップリングの弁が開弁されていない場合には、ガスの供給を停止させて充填ホースに過大な圧力を作用させず、安全性が高められる。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、カップリング検出手段により充填カップリングが収納部から外されたことが検出された際に、圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する第１の手順と、指示手段が操作された際に圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する第２の手順と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する第３の手順と、をコンピュータに実行させるものであり、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明になるガス供給装置のシステム構成を示す構成図である。
図１中、ガス供給装置１０は、例えば自動車１２の燃料タンク（被充填容器）１４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。尚、上記圧縮天然ガスは一例であり、ガス供給装置１０が扱うガスは、これに限らず大気圧から２０ＭＰａ程度の高圧の範囲で圧縮されて使用される他のガスを含む。
【００２１】
ガス供給装置１０は、大略、都市ガスを所定圧力に昇圧する圧力発生ユニット１６と、圧力発生ユニット１６により圧縮されたガスを燃料タンク１４に供給するためのディスペンサユニット１８とより構成されている。
【００２２】
圧力発生ユニット１６は、中圧（家庭で使用される圧力よりも高い圧力）で給送される中圧管路（図示せず）を介して供給された都市ガスを圧縮する多段式のコンプレッサを有する。本実施例においては、上記燃料タンク１４の最高圧力が２０ＭＰａとした場合、圧力発生ユニット１６では２５ＭＰａの圧力に加圧する。
【００２３】
さらに、圧力発生ユニット１６の吐出口には、ディスペンサユニット１８のガス供給管路２０が接続されており、ガス供給管路２０には燃料タンク１４に供給されたガス供給量を測定する流量計２２と、ガス供給管路２０を開閉する開閉弁２４と、燃料タンク１４に供給されるガス圧及び流量を所定値に制御する制御弁２６と、燃料タンク１４に供給された供給ガス圧を測定する圧力センサ（圧力測定部）２８とが配設されている。
【００２４】
ディスペンサユニット１８の側面には、カップリング掛け（収納部）３０が設けられており、カップリング掛け３０には、カップリングスイッチ（カップリング検出手段）３２が設けられている。また、ディスペンサユニット１８は、充填開始スイッチ（指示手段）３４、充填停止スイッチ３６が設けられている。
【００２５】
また、ディスペンサユニット１８は、上記流量計２２、開閉弁２４、制御弁２６、圧力センサ２８、カップリングスイッチ３２、充填開始スイッチ３４、充填停止スイッチ３６に電気的に接続された制御回路３８を有する。制御回路３８は、マイクロコンピュータなどからなり、後述するように開閉弁２４、制御弁２６を制御する。
【００２６】
制御回路３８は、流量計２２からの流量信号、及び圧力センサ２８からの圧力信号、及びカップリングスイッチ３２からのカップリング検出信号が入力されると共に、開閉弁２４の開弁または閉弁制御、及び制御弁２６の弁開度を調整して流量、圧力制御を行う。
【００２７】
制御回路３８のメモリ３９には、圧力センサ２８により測定されたガス充填開始圧力値と初期値との圧力差を求める制御プログラム（差圧演算手段）と、この圧力差に流量計２２から充填カップリング４２までのガス供給経路内の容積（流量計２２から下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の容積）を乗算して充填量補正値を演算する制御プログラム（充填量補正演算手段）とが格納されている。また、制御回路３８は、演算した補正量を総充填量から減算することにより、充填ホース４０の残留圧力の差異による流量誤差を補正することが可能になる。
【００２８】
ディスペンサユニット１８の側面から引出された充填ホース４０は、一端がガス供給管路２０に接続され、他端に充填カップリング４２が連通されている。充填カップリング４２は、作業者が手動操作する手動式三方弁４４と、燃料タンク１４のカップリング４６に結合されるカップリング４８とから構成されている。
【００２９】
手動式三方弁４４は、手動操作用ハンドル４４ａと、ガス供給側のａポートと、ガス吐出側のｂポートと、脱圧側のｃポートとを有する。手動式三方弁４２のａポートには、充填ホース４０が連通されており、ｂポートにはカップリング４８が設けられている。また、手動式三方弁４２のｃポートは、充填終了後にカップリング４８の残圧を外部（大気中または回収経路）に排出するための排気ポートである。
【００３０】
また、燃料タンク１４とカップリング４６とを連通する管路５０には、燃料タンク１４に充填されたガスが充填カップリング４２へ逆流しないように逆止弁５２が配設されている。尚、逆止弁５２の代わりに手動式の開閉弁を設ける構成としても良い。
【００３１】
図２はガス充填開始からガス充填終了までの圧力変化及び流量変化の一例を示すグラフである。尚、図２において、グラフＩは圧力センサ２８により測定された圧力の変化を示し、グラフIIは流量計２２により測定された流量の変化を示す。
図２のグラフＩに示されるように、P1は充填開始前圧力、P2は充填開始圧力、P3は充填開始時の定流量制御終了圧力、P4は定圧上昇制御終了圧力、P5は充填終了時の定流量制御終了圧力である。
【００３２】
グラフＩは圧力センサ２８により測定された圧力であり、燃料タンク１４に充填される圧力、すなわち、ガス供給管路２０及び充填ホース４０の圧力変化を示している。そして、カップリング４８を燃料タンク１４のカップリング４６に結合させ、手動式三方弁４４のａ，ｂポートを連通させると、充填ホース４０内に残留するガスが燃料タンク１４に供給される。これにより、充填ホース４０内の圧力は、充填開始前圧力P1から今回充填開始圧力P2に低下する。
【００３３】
このときの充填開始前の圧力変化ΔP（＝P1−P2）は、充填開始前圧力P1と燃料タンク１４の残圧及び容積によって変動する。充填開始前圧力P1は、前回充填がプリセット充填である場合、一定値ではないので、毎回異なる値になる。また、燃料タンク１４の残圧は、運転者の判断で充填を行うので、毎回異なる値になる。
【００３４】
従って、上記圧力変化ΔPは、毎回満タン充填を行う場合を除いて変動することになる。しかしながら、この圧力変化ΔPは、開閉弁２４が閉弁された充填開始前の圧力変化であるので、充填ホース４０から燃料タンク１４へ供給されたガスの流量を流量計２２によって計測することはできない。
【００３５】
また、充填終了後の圧力変化ΔP’（＝P4−P3）は、制御弁２６の下流の充填による圧力上昇であり、燃料タンク１４内への充填量のほか、同時に充填ホース４０への充填量を含む。そして、充填終了後の圧力変化がΔP’（＝P4−P3）＞０の場合には、流量計２２によって計測されるが流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０への充填量は燃料タンク１４内に入らずガス供給管路２０及び充填ホース４０内に残ることになる。
【００３６】
図２のグラフIIに示されるように、Q1は充填開始の流量、Q2は定圧上昇制御開始の流量、Q3は流量上昇分岐点の流量、Q4は絞り開始の流量、Q5は充填終了の流量、Q6は充填終了の流量である。
【００３７】
尚、Q1〜Q2及びQ5〜Q6は、圧力センサ２８の検出精度を安定的に行うため、低流量による定量制御が行われる。また、Q2〜Q4は定圧上昇制御に応じた流量変化を示す。
【００３８】
ここで、流量計２２により測定された積算流量を充填ホース４０の充填開始圧力と充填終了圧力との圧力差に応じた補正量Ｋの演算方法について説明する。
補正量Ｋは、次式(1)により求まる。
【００３９】
Ｋ＝Ｖ×（Pe−Ps）/Pa …（１）
尚、（１）式のPaは大気圧、Ｖは流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の内部に形成された流路の幾何容積である。
【００４０】
そして、補正量Ｋが正の場合には、この補正量を流量計２２で測定された積算流量から減算することにより正確な充填量を演算する。また、補正量Ｋが負の場合には、積算流量に補正量を加算して充填量表示値を補正する。
【００４１】
なお、この充填量の補正は、充填終了の直前においての定流量制御を行っているときに行なわれる。
【００４２】
ここで、定圧上昇制御（P3〜P4）から定流量制御(P4〜P5)への充填制御の切替条件は、残充填量または（定量設定量−現在の充填量）が予め設定された値に達したときであり、充填終了条件は満タン圧力(P5)または定量設定値（プリセット値）に達したときである。
前述した（１）式は、次のようになる。
【００４３】
Ｋ＝｛Ｖ×（P−Pe）/Pa｝−｛Ｖ×（P−Ps）/Pa｝…（２）
（２）式のPは予め設定された設定圧力であり、ここでは満タン圧力である。そのため、この（２）式では、Ｖ×（P−Ps）/Paの演算を充填開始直後から行うことができる。そして、充填ホース４０内が満タン圧力から充填開始して充填停止スイッチ３６をオンに操作して充填途中でガス供給を停止しても充填開始時の流量誤差を補正することが可能になる。
【００４４】
また、予め設定する充填ホース４０の内容積（Ｖ）は、通常、設計寸法から既知となるが、以下のように実際の充填量から求めることにより、さらに精度が高まる。
【００４５】
充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)に減圧してから充填開始スイッチ３４を操作することにより、開閉弁２４を開弁し、ガス充填を開始する。このとき、充填カップリング４４のカップリング４８が自動車１２のカップリング４６に結合されていないことを保証するために、カップリングスイッチ３２からの信号の有無により監視する。
【００４６】
そして、満タン圧力(P5)に達すると、開閉弁２４を閉弁して充填終了し、流量計２２により計測された積算流量をメモリ３９に記憶する。
【００４７】
｛計量値（体積値）/（満タン圧力/大気圧）｝…（３）
この（３）式により流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の幾何容積（Ｖ）を算出し、メモリ３９に記憶する。この演算処理は、幾何容積設定モード等の特定の操作により行う。
【００４８】
さらに、予め圧力に関するガスの圧縮係数データをデータベースに記憶させ、上記（１）（２）式をそのときの圧力に応じて圧縮係数の補正を行うことにより流量補正演算処理の精度が高められる。
【００４９】
ここで、幾何容積設定モードが設定された場合に制御回路３８が実行する制御処理の処理手順について説明する。
【００５０】
図３は制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。尚、幾何容積設定モードは、メンテナンス時あるいは充填ホース４０の交換時などで行なわれる。
【００５１】
幾何容積設定モードを設定する場合、例えば、設定操作を行う操作者は、予め手動式三方弁４４のａ，ｂポートを連通させることにより、充填ホース４０内に残留するガスが大気中に放出されて充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)に減圧させる。そして、手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを操作してｂ，ｃポートを連通させ，ａポートを遮断（閉弁状態）する。このように、充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)にした状態で充填ホース４０の圧力を上限圧力（満タン圧力）まで昇圧させることで、前述した流量計２２から充填カップリング４２までの幾何容積Ｖを正確に算出することが可能になる。
【００５２】
図３に示されるように、制御回路３８は、ステップＳ１（以下「ステップ」を省略する）において、ホース内容積設定モードが設定されたか否かを確認する。Ｓ１で操作者の操作により幾何容積設定モードが設定された場合、Ｓ２に進み、カップリングスイッチ３２がオンかどうかをチェックする。
【００５３】
カップリングスイッチ３２がオンであるときは、カップリング掛け３０に充填カップリング４２が掛けられているものと判断してＳ３に進む。
【００５４】
Ｓ３では、充填開始スイッチ３４がオンかどうかをチェックする。Ｓ３において、充填開始スイッチ３４がオンに操作されると、Ｓ４に進み、圧力センサ２８により測定された圧力値と読み込み、充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)かどうかをチェックする。
【００５５】
Ｓ４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が大気圧(Pa)でない場合には、Ｓ５に進み、充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)以上であることを表示すると共に、警報を発して報知する。この場合、操作者は、前述した手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを開閉操作して充填ホース４０に残留するガスを大気中に放出させて充填ホース４０の圧力が大気圧(Pa)する。
【００５６】
そして、再度、Ｓ２〜Ｓ４の処理を行う。上記Ｓ４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が大気圧(Pa)である場合には、Ｓ６に進み、開閉弁２４を開弁させて、充填ホース４０にガスを充填する。
【００５７】
次のＳ７では、圧力センサ２８により測定された圧力値が上限圧力(P5)に達したかどうかをチェックする。Ｓ７において、圧力センサ２８により測定された圧力値が上限圧力(P5)に達した時点で、Ｓ８に進み、開閉弁２４を閉弁させて、充填ホース４０へのガス充填を停止する。
【００５８】
そして、Ｓ９では、大気圧から上限圧力(P5)に達するまでの間に流量計２２によって計測された流量値を読み込む。続いて、Ｓ１０では、前述した（３）式により流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の幾何容積（Ｖ）を算出し、メモリ３９に記憶する。
【００５９】
尚、上記説明では、充填ホース４０の圧力を大気圧(Pa)にした状態で充填ホース４０の圧力を上限圧力（満タン圧力）まで昇圧させることで、前述した流量計２２から充填カップリング４２までの幾何容積Ｖを正確に算出する方法について説明したが、これに限らず、開始圧力を大気圧(Pa)以外の任意の圧力、あるいは上限圧力を満タン圧力以外の任意の圧力（この場合、開始圧力より大きい圧力）に設定することも可能である。
【００６０】
すなわち、流量計２２から充填カップリング４２までのガス供給経路内の容積は、充填カップリング４２を閉弁した状態を維持した状態で、開閉弁２２を閉弁している際において圧力センサ２８により計測された充填前圧力値と、当該状態において開閉弁２４を開弁させた際における圧力センサ２８により計測された充填後圧力値とから、圧力差を演算し、当該圧力差と充填前圧力値から充填後圧力値までに圧力を昇圧させた際に流量計２２で測定された供給量とに基づき求めることができる。
【００６１】
ここで、制御回路３８が実行する充填制御処理の処理手順について説明する。図４は制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。
図４に示されるように、Ｓ１１において、カップリングスイッチ３２がオフになると、充填カップリング４２がカップリング掛け３０から外されたものと判断する。作業者は、充填カップリング４２をカップリング掛け３０から外した後、カップリング４８を燃料タンク１４のカップリング４６に結合させる。
【００６２】
そして、作業者は、手動式三方弁４４の手動操作用ハンドル４４ａを回動操作してａポートとｂポートとを連通させる。これにより、充填ホース４０に残留していたガスが自動車１２の燃料タンク１４に供給され、充填ホース４０の圧力は充填開始前圧力P1から今回充填開始圧力P2に低下する。
【００６３】
次のＳ１２では、圧力センサ２８により測定された充填開始時の初期圧力値（ホース内圧力Ps=P1）を読み込み、メモリ３９に記憶する（初期圧力値記憶手段）。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填開始時の圧力値は、消去される。
【００６４】
続いて、Ｓ１３に進み、充填開始スイッチ３４がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ１３において、充填開始スイッチ３４がオフのときは、Ｓ１４に移行してカップリングスイッチ３２がオフかどうかをチェックする。Ｓ１４において、カップリングスイッチ３２がオンの場合には、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されたものと判断して上記Ｓ１１に戻る。
【００６５】
また、上記Ｓ１４において、カップリングスイッチ３２がオフの場合には、充填カップリング４２がカップリング掛け３０から外されているので、Ｓ１３に戻る。また、上記Ｓ１３において、充填開始スイッチ３４がオンのときは、Ｓ１５に進み、開閉弁２４を開弁させる。これで、圧力発生ユニット１６で生成された高圧ガスがガス供給管路２０及び充填ホース４０及び充填カップリング４２を介して燃料タンク１４に供給される。
【００６６】
次のＳ１６では、充填開始から所定時間が経過するまで定流量制御を行うように制御弁２６の弁開度を制御する。この定流量制御は、図２のグラフIIに示すQ1〜Q2である。
【００６７】
次のＳ１７では、定流量制御において、流量計２２により測定された流量値（計量値）が予め設定された設定量に達したか否かを確認しており、流量計２２により測定された流量値が設定量に達していない場合にはＳ１６に戻り、流量値が設定量となるように制御弁２６の弁開度を制御する。
【００６８】
また、Ｓ１７において、流量計２２により測定された流量値（計量値）が予め設定された設定量に達したときは、Ｓ１８に進み、定圧上昇制御となるように制御弁２６の弁開度を制御する。この定圧上昇制御は、図２のグラフIに示すP3〜P4である。
【００６９】
次のＳ１９では、流量計２２により測定された流量値（計量値）が定量設定値（プリセット値）から所定設定量（絞り開始から充填終了までの流量）を差し引いた値（プリセット値の直前値）と等しいかどうかをチェックする。Ｓ１９において、流量計２２により測定された流量値が定量設定値から所定設定量を差し引いた値に達していないときは、Ｓ２７に移行して充填停止スイッチ３６がオンに操作されたかどうかをチェックする。
【００７０】
Ｓ２７において、充填停止スイッチ３６がオンに操作されていないときは、上記Ｓ１８に戻り、Ｓ１８，Ｓ１９，Ｓ２７の処理を繰り返す。
【００７１】
また、Ｓ１９において、流量計２２により測定された流量値が定量設定値から所定設定量を差し引いた値に達したときは、Ｓ２０に進み、充填終了時の定流量制御となるように制御弁２６の弁開度を制御する。この定流量制御は、図２のグラフIIに示すQ5〜Q6である。
【００７２】
続いて、Ｓ２１に進み、充填終了時の圧力（Pe＝P4）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填終了時の圧力値は、消去される。
【００７３】
次のＳ２２では、充填開始圧力Psと充填終了圧力Peとの圧力差に幾何容積Ｖを乗算して圧力差に応じた充填ホース４０に残留するガス量（補正量Ｋ）を演算する。
【００７４】
続いて、Ｓ２３に進み、充填開始から充填終了までの計量値に上記補正量を加減算することにより充填量を算出する。
【００７５】
次のＳ２４では、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力（燃料タンク１４の許容圧力）に達したかどうかをチェックする。Ｓ２４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達していないときは、Ｓ２５に進み、流量計２２により計測された計量値と充填量とが等しいかどうかをチェックする。
【００７６】
Ｓ２５において、流量計２２により計測された計量値と充填量とが等しくないときは、上記Ｓ２４に戻り、再度、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達したかどうかをチェックする。
【００７７】
そして、Ｓ２４において、圧力センサ２８により測定された圧力値が予め設定された上限圧力に達すると、Ｓ２６に進み、開閉弁２４を閉弁させる。これで、燃料タンク１４へのガス充填処理が終了する。
【００７８】
また、上記Ｓ２７において、充填停止スイッチ３６がオフであるときは、作業者がガス充填を中断したものと判断してＳ２８に進み、開閉弁２４を閉弁させる。続いて、Ｓ２９に進み、充填終了時の圧力（Pe＝P4）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填終了時の圧力値は、消去される。
【００７９】
そして、Ｓ３０で充填開始圧力Psと充填終了圧力Peとの圧力差に応じた流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量（補正量Ｋ）を演算する。続いて、Ｓ３１に進み、充填開始から充填終了までの計量値に上記補正量を加算または減算した充填量を算出する。
【００８０】
このように、充填開始前と充填終了後の流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差を演算し、この値を補正量Ｋとして流量計２２により計量された総流量値から減算（Ｋが負の場合には加算）することにより流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差異による誤差を無くすため、流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の残圧が毎回異なるプリセット充填を行う場合も満タン充填を連続させる場合と同様により高精度な充填が可能になる。
【００８１】
ここで、変形例１について説明する。図５は制御装置１６が実行する充填処理の変形例１を説明するためのフローチャートである。
図５において、Ｓ４１〜Ｓ４４の処理は、前述した図４のＳ１１〜Ｓ１４と同一であるので、その説明を省略する。
【００８２】
Ｓ４５では、充填開始時の圧力（Ps1＝P2）を圧力センサ２８から読み込み、メモリ３９に記憶する（充填開始圧力値記憶手段、第２の手順）。このとき、前回の充填処理において、メモリ３９に記憶された充填開始時の圧力値は、消去される。
【００８３】
次のＳ４６では、充填開始時の圧力Ps＝P1から圧力（Ps1＝P2）を差し引いた圧力値が予め設定された所定圧力差よりも大きいかどうかをチェックする。Ｓ４６において、充填開始時の圧力Ps＝P1から圧力（Ps1＝P2）を差し引いた圧力値が予め設定された所定圧力差よりも小さい場合には、上記圧力（Ps1＝P2）が低下していないので、手動式三方弁４４のａポートとｂポートとが連通されていないものと判断し、Ｓ４７に進む。
【００８４】
Ｓ４７では、充填準備未完了であることを警告するため、警報音（アラーム音）を発する。続いて、Ｓ４８に進み、充填開始スイッチ３４がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ４８において、充填開始スイッチ３４がオンに操作されていないときは、Ｓ４９に進み、カップリングスイッチ３２がオンに切り替わったかどうかをチェックする。
【００８５】
Ｓ４９において、カップリングスイッチ３２がオンに切り替わったときは、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されたものと判断してＳ５０に進み、充填準備未完了の警報音（アラーム音）を停止させる。従って、充填カップリング４２の手動式三方弁４４が正しく操作されていなので、今回の充填処理を終了させる。
【００８６】
また、上記Ｓ４８において、充填開始スイッチ３４がオンであるときは、充填を開始するため、Ｓ５１に進み、充填準備未完了の警報音（アラーム音）を停止させて上記Ｓ４５に戻る。
【００８７】
また、上記Ｓ４９において、カップリングスイッチ３２がオフであるときは、充填カップリング４２がカップリング掛け３０に戻されていないので、上記Ｓ４７に戻り、Ｓ４７以降の処理を繰り返す。
【００８８】
図５において、Ｓ５２〜Ｓ６８の処理は、前述した図４のＳ１５〜Ｓ３１と同様な処理であるので、その説明を省略する。
【００８９】
このように、充填開始前の初期圧力値Psと充填開始圧力値Ps1の充填ホース４０に残留するガス量の差を演算することにより、この値を補正量Ｋとして流量計２２により計量された総流量値から減算（Ｋが負の場合には加算）して流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０に残留するガス量の差異による誤差を無くすことが可能になる。そのため、流量計２２より下流のガス供給管路２０及び充填ホース４０の残圧が毎回異なるプリセット充填を行う場合も満タン充填を連続させる場合と同様により高精度な充填が可能になる。
【００９０】
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。
【００９１】
又、上記実施例では、自動車１２の燃料タンク１４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。
【００９２】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、充填カップリングの不使用時に当該充填カップリングが収納されるカップリング収納部と、カップリング収納部より充填カップリングが外されたことを検出する検出手段と、充填カップリングよりガスを供給する際に操作される充填開始指示スイッチと、検出手段により充填カップリングが取り外されたことを検出した際において圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する初期圧力値記憶手段と、充填開始指示スイッチが操作された際において圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する充填開始圧力値記憶手段と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する差圧演算手段と、を備えたため、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することができる。
【００９３】
また、請求項２記載の発明によれば、差圧演算手段により演算された差圧が所定値以上の場合に開閉弁を開弁させるため、充填カップリングが被充填側に正しく接続され、且つ充填カップリングの弁が開弁されている場合にガス供給を開始し、充填カップリングが被充填側に接続されていなかったり、あるいは充填カップリングの弁が開弁されていない場合には、ガスの供給を停止させて充填ホースに過大な圧力を作用させず、安全性を高めることができる。
【００９４】
また、請求項３記載の発明によれば、カップリング検出手段により充填カップリングが収納部から外されたことが検出された際に、圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する第１の手順と、指示手段が操作された際に圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する第２の手順と、初期圧力値と充填開始圧力値との差を演算する第３の手順と、をコンピュータに実行させるため、充填カップリングをカップリング収納部より外して被充填タンクに接続した状態で初期圧力と充填開始圧力との圧力差があっても流量計より下流の経路に残留する圧力の流量誤差を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になるガス供給装置のシステム構成を示す構成図である。
【図２】ガス充填開始からガス充填終了までの圧力変化及び流量変化の一例を示すグラフである。
【図３】制御回路３８が実行する幾何容積設定モード処理を説明するためのフローチャートである。
【図４】制御回路３８が実行する充填処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】制御回路３８が実行する充填処理の変形例１を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ ガス供給装置
１２ 自動車
１４ 燃料タンク
１６ 圧力発生ユニット
１８ディスペンサユニット
２０ ガス供給管路
２２ 流量計
２４ 開閉弁
２６ 制御弁
２８ 圧力センサ
３０ カップリング掛け
３２ カップリングスイッチ
３４ 充填開始スイッチ
３６ 充填停止スイッチ
３８ 制御回路
３９ メモリ
４０ 充填ホース
４２ 充填カップリング
４４ 手動式三方弁
４６ カプラ
４８ カップリング
５２ 逆止弁
Claims (3)
- ガス供給経路に連通された充填ホースと、該充填ホースの端部に結合された充填カップリングと、前記ガス供給経路に設けられた開閉弁と、前記開閉弁の下流の圧力を測定する圧力測定部と、を有するガス供給装置において、
前記充填カップリングの不使用時に当該充填カップリングが収納されるカップリング収納部と、
前記カップリング収納部より前記充填カップリングが外されたことを検出する検出手段と、
前記充填カップリングよりガスを供給する際に操作される充填開始指示スイッチと、
前記検出手段により前記充填カップリングが取り外されたことを検出した際において前記圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する初期圧力値記憶手段と、
前記充填開始指示スイッチが操作された際において前記圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する充填開始圧力値記憶手段と、
前記初期圧力値と前記充填開始圧力値との差を演算する差圧演算手段と、
を備えてなることを特徴とするガス供給装置。 - 請求項１記載のガス供給装置であって、
前記差圧演算手段により演算された差圧が所定値以上の場合に前記開閉弁を開弁させる弁制御手段を備えてなることを特徴とするガス供給装置。 - ガス供給経路に連通された充填ホースと、該充填ホースの端部に結合された充填カップリングと、該充填カップリングを収納する収納部と、前記充填カップリングが前記収納部に収納されたことを検出するカップリング検出手段と、前記ガス供給経路に設けられ、前記充填ホース及び充填カップリングに供給するガスを制御する制御弁と、前記制御弁の下流の圧力を測定する圧力測定部と、ガス供給開始時に操作される指示手段とを有するガス供給装置の制御方法であって、
前記カップリング検出手段により前記充填カップリングが前記収納部から外されたことが検出された際に、前記圧力測定部により測定された圧力値を初期圧力値として記憶する第１の手順と、
前記指示手段が操作された際に前記圧力測定部により測定された圧力値を充填開始圧力値として記憶する第２の手順と、
前記初期圧力値と前記充填開始圧力値との差を演算する第３の手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とするガス供給装置の制御方法。
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