JP4262420B2 - 燃料混合充填システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料混合充填システムに係り、特に被充填タンクにＣＮＧ（圧縮天然ガス）からなる気体燃料、及びＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gases）からなる液体燃料を充填させるよう構成された燃料混合充填システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエンジンから排出される排気ガスのクリーン化及び資源有効利用の観点から石油（ガソリンや軽油）に代わる燃料の研究が進められており、埋蔵量が豊富でガソリンや軽油を燃焼させるよりも排気ガスがクリーンな代替燃料の一つとして気体燃料を自動車の燃料とする方法が検討されている。
【０００３】
気体燃料は、主成分がメタン（ＣＨ４）からなり、ガソリン等よりも二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が２０〜３０％少なく、且つＳＰＭ（浮遊粒子状物質：Suspended Particle Matter）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の発生量も少ないといった利点があり、しかも都市ガスとして各家庭にも供給されているので、充分な供給量が確保されている。
【０００４】
ところが、気体燃料としての圧縮天然ガスは、エネルギー密度が低く、ガソリンと比較すれば１／４程度である。すなわち、圧縮天然ガスを燃料とする天然ガス自動車においては、ガソリン自動車に比べて走行距離が短く、１回のガス充填による走行距離を延ばすためには燃料タンクの容量を増大する必要があるという問題があった。
【０００５】
そのため、自動車の燃料タンクに圧縮天然ガスとエネルギー密度の高い液体燃料を溶解混合した燃料を充填し、この混合燃料が充填された燃料タンクの下部から混合燃料を取り出すことで、全体の消費を通じて平均して均一なエネルギー量を取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように自動車の燃料タンクに圧縮天然ガスと液体燃料とを所定の比率で充填する燃料混合充填システムでは、燃料タンクの残量が減少した自動車が到着すると、燃料タンクの残量に応じて気体燃料と液体燃料とを燃料タンクに充填することになるが、自動車に搭載されたエンジンの燃料噴射制御方法によって気体燃料の消費量と液体燃料の消費量との差が生じて燃料タンクに残っている気体燃料と液体燃料との比率が変化していることがある。
【０００７】
そのため、燃料混合充填システムにおいては、走行距離を延ばすために燃料タンクに充填された気体燃料と液体燃料との比率が所定の比率となるように各燃料の充填量を個別に制御する必要があり、それには燃料タンクに気体燃料及び液体燃料を充填する前に、予め燃料タンクに残留している気体燃料及び液体燃料の残量を求める必要がある。
【０００８】
また、燃料混合充填システムにおいては、自動車側に燃料タンクの残量を測定する残量メータを設けることも可能であるが、残量メータから出力された信号（残量データ）を読み取るためのデータ読み取り装置を自動車側に接続する必要があり、給油操作の複雑化を招くおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、充填精度の向上と充填制御の効率化を可能とした燃料混合充填システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【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。
【００１１】
請求項１記載の発明は、被充填容器への充填開始時に第１の燃料供給経路から一定の気体燃料を充填することにより、被充填容器内に充填された圧力を検出し、検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器の充填可能容量を演算して、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている気体燃料の残量を推測できると共に、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている液体燃料の残量を推測することができる。そのため、充填する前に被充填容器の充填可能容量と、気体燃料の残量及び液体燃料の残量を推測することにより、燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料と気体燃料とを充填することができ、燃料充填精度を高めることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、推測された気体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように気体燃料を充填し、推測された液体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料を充填するため、気体燃料と液体燃料とが所定の比率となるように燃料タンクに自動的に充填させることができ、２種類の燃料の混合比が一定値となるように各燃料を高精度に充填することができる。
【００１３】
【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は本発明になる燃料混合充填システムの一実施例を示すブロック図である。
図１に示されるように、燃料混合充填システム１０は、圧縮天然ガス（以下、「気体燃料」という）を供給するための第１の燃料供給経路１２と、液化石油ガス(以下「液体燃料」という)を供給するための第２の燃料供給経路１４と、上流側端部に第１の燃料供給経路１２と第２の燃料供給経路１４とが合流し下流側端部が車両の燃料タンク（被充填容器）１５に接続される第３の燃料供給経路１６とを有する。
【００１４】
第１の燃料供給経路１２及び第２の燃料供給経路１４を通過した気体燃料及び液体燃料は、三方電磁弁５６の切替方向に応じた何れか一方の燃料が第３の燃料供給経路１６に供給され、第３の燃料供給経路１６を通過して車両の燃料タンク１５に充填される。
【００１５】
燃料混合充填システム１０は、三方電磁弁５６の切替動作により気体燃料と液体燃料とを交互に燃料タンク１５へ充填するシリアルバッチブレンド方式のシステムである。三方電磁弁５６は、第１の燃料供給経路１２が接続されたａポートと、第２の燃料供給経路１４が接続されたｂポートと、第３の燃料供給経路１６が接続されたｃポートとを有する。そして、三方電磁弁５６は、制御回路６３からの制御信号により、ａポートとｃポートとを連通する気体燃料充填モード、またはｂポートとｃポートとを連通する液体燃料充填モードの何れかに切り替わる。
【００１６】
第１の燃料供給経路１２の上流側端部は、気体燃料が所定圧力に圧縮されて蓄圧された蓄ガス器１８に接続されている。尚、蓄ガス器１８は、都市ガス配管（図示せず）から気体燃料が供給されており、コンプレッサ（図示せず）により例えば２０ＭＰａ程度の高圧に圧縮される。
【００１７】
第１の燃料供給経路１２には、気体燃料の供給圧力を測定する圧力計２０、気体燃料の流量を計測する質量流量計２２、充填時に開弁され気体燃料の供給を開始する遮断弁２４、気体燃料の流量及び圧力を制御する制御弁（コントロール弁）２６が配設されている。
【００１８】
第２の燃料供給経路１４の上流側端部は、液体燃料が貯留されたＬＰＧタンク３０に接続されている。また、第２の燃料供給経路１４には、エア駆動式昇圧ポンプ３４、エア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧された液体燃料の流量を計測する質量流量計３８、充填時に開弁されて液体燃料の供給を開始する遮断弁４０、加圧された液体燃料の流量及び圧力を制御する制御弁（コントロール弁）４２が配設されている。
【００１９】
エア駆動式昇圧ポンプ３４は、圧縮空気の圧力により駆動されるように構成されており、圧縮空気を供給するためのエア供給管路４６が接続されている。このエア供給管路４６には、圧縮空気を生成するエアコンプレッサ４８、充填時に圧縮空気を供給するように開弁する遮断弁５０、圧縮空気の供給圧力を所定圧力に調整するレギュレータ５２、圧縮空気の供給圧力を測定する圧力計５４が配設されている。
【００２０】
従って、エアコンプレッサ４８によって生成された圧縮空気は、レギュレータ５２によって所定の駆動圧力に調整されてエア駆動式昇圧ポンプ３４の駆動部へ供給される。そして、エア駆動式昇圧ポンプ３４は、駆動部側ピストン（図示せず）がエアコンプレッサ４８からの圧縮空気の圧力で駆動されると、ポンプ側ピストンが往復動して液体燃料を吸引すると共に、吸引された液体燃料を加圧して吐出させる。これにより、ＬＰＧタンク３０に貯蔵された液体燃料がエア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧されて吐出され、第２の燃料供給経路１４を介して三方電磁弁５６のｂポートへ送液される。
【００２１】
そして、三方電磁弁５６は、制御回路６３から出力された制御信号に応じてｂポートとｃポートとを連通するように切り替わるため、第２の燃料供給経路１４から供給された液体燃料が第３の燃料供給経路１６を介して燃料タンク１５に充填される。
【００２２】
そのため、燃料タンク１５においては、三方電磁弁５６、第３の燃料供給経路１６を介して充填された気体燃料と液体燃料とが混合され、気体燃料と液体燃料との比率は、三方電磁弁５６の切替動作時間によって決まる。このように、加圧された液体燃料と高圧に圧縮された気体燃料は、密閉された燃料タンク１５内において、気体燃料と液体燃料とが混合された超臨界流体となって貯蔵される。
【００２３】
また、第３の燃料供給経路１６には、第１の燃料供給経路１２及び第２の燃料供給経路１４から供給された燃料の圧力を計測する圧力計５８及び燃料の温度を測定する温度計５９が配設され、第３の燃料供給経路１６の下流端部には充填ノズル６０が設けられている。
【００２４】
燃料タンク１５は、充填ノズル６０が結合される逆止弁付きクイックカプラを有する充填口６２が設けられている。そして、充填ノズル６０が充填口６２に結合されると、燃料の充填が開始される。
【００２５】
また、上記第１乃至第３の燃料供給経路１２，１４，１６に配置された各機器は、制御回路６３に接続されており、後述するように制御回路６３からの制御信号により動作する。尚、制御回路６３には、予備充填処理により測定された圧力上昇に応じて燃料タンク１５の残量及び充填可能量を演算する演算部６４と、演算部６４で演算された燃料タンク１５の充填可能量が充填されるように各燃料の流量制御を行う流量制御部６６とを有する。
【００２６】
制御回路６３には、予め燃料タンク１５に充填される燃料の充填量とモル比が入力され、この充填量及びモル比に基づいて演算部６４が気体燃料及び液体燃料の夫々の充填量を演算し、この演算結果に基づいて、流量制御部６６が上記制御弁２６，４２の弁開度を制御する。このように、充填完了後の燃料タンク１５の混合燃料が予め規定したモル比になるように気体燃料と液体燃料の充填量が制御される。
【００２７】
また、この制御弁２６，４２の制御のためには、充填時における気体燃料及び液体燃料の流量データが必要となるが、これは質量流量計２４，３８から制御回路６３に入力される。
【００２８】
尚、制御回路６３では、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４の開閉制御、第２の燃料供給経路１４に設けられた遮断弁４０の開閉制御、及び気体燃料を加圧するエア駆動式昇圧ポンプ３４の起動、停止制御、及び三方電磁弁５６の切替制御を行う。
【００２９】
また、制御回路６３のメモリには、燃料タンク１５への充填開始時に第１の燃料供給経路１２から一定の気体燃料を充填する制御プログラムＩ（予備充填制御手段）と、燃料タンク１５内に充填された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５の充填可能容量を演算する制御プログラムII（演算手段）と、検出された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５に残っている気体燃料の残量を推測する制御プログラムIII（気体燃料残量推測手段）と、検出された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５に残っている液体燃料の残量を推測する制御プログラムIV（液体燃料残量推測手段）と、推測された燃料タンク１５の残量に応じた気体燃料の充填量を充填する制御プログラムＶ（気体燃料充填手段）と、推測された液体燃料の残量に応じた液体燃料の充填量を充填する制御プログラムVI（液体燃料充填手段）とが格納されている。
【００３０】
ここで、制御回路６３が実行する予備充填処理について説明する。
図２は予備充填処理を説明するためのフローチャートである。
図２に示されるように、顧客または作業員が充填ノズル６０を燃料タンク１５の充填口６２に結合し、充填比率（液体燃料と気体燃料との比率）及び充填量を入力すると、制御回路６３はステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）で燃料タンク１５に充填すべき充填量の設定を行う。次のＳ１２では、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８及び温度計５９により測定された圧力値及び温度値を読み込んで、圧力変化及び温度変化から充填ノズル６０が燃料タンク１５の充填口６２に結合されたことを確認する。
【００３１】
Ｓ１２において、充填ノズル６０が燃料タンク１５の充填口６２に結合されたことを確認すると、Ｓ１３に進み、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８及び温度計５９により検出された圧力Ｐ０及び温度Ｔを読み込む。続いて、Ｓ１４に進み、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４を開弁させる。Ｓ１５では、三方電磁弁５６のａポートとｃポートとを連通する気体燃料充填モードに切り替えて燃料タンク１５へ気体燃料の予備充填を開始する。すなわち、Ｓ１５では、高圧の気体燃料を予め決められた一定量だけ燃料タンク１５へ充填する。
【００３２】
続いて、Ｓ１６においては、予備充填制御を行う。この予備充填制御は、蓄ガス器１８の高圧に圧縮された気体燃料を燃料タンク１５に充填すると共に、燃料タンク１５の圧力変化を監視して圧力上昇率を演算する。
【００３３】
次のＳ１７では、予備充填中に充填された気体燃料の圧力値、流量、温度を読み込む。すなわち、Ｓ１７では、第１の燃料供給経路１２に設けられた質量流量計２２により検出された気体燃料の流量、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８により検出された気体燃料の圧力、温度計５９により検出された気体燃料の温度を読み込むと共に、圧力計５８により検出される燃料タンク１５の圧力上昇率を監視する。
【００３４】
次のＳ１８では、前述のＳ１５において、予備充填を開始してからの高圧の気体燃料の充填量が一定量に達したか、すなわち、予備充填が終了したかどうかをチェックする。Ｓ１８において、予備充填が終了したと判断したときは、Ｓ１９に進み、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４を閉弁させて、今回の予備充填処理を終了する。
【００３５】
このように、予備充填によって一定量の気体燃料が燃料タンク１５に充填されることにより上昇した燃料タンク１５内の圧力値を圧力計５８で計測すると共に、その間に充填された気体燃料の流量が質量流量計２２で計測されると、後述する演算式により燃料タンク１５内に残存していた気体燃料の残量と液体燃料の残量が求まり、さらに気体燃料及び液体燃料の充填可能量を推測することができる。
【００３６】
図３は予備充填処理の圧力変化を示すグラフである。
図３に示されるように、三方電磁弁５６のａポートとｃポートとを連通させる気体燃料充填モードに切り替えると共に、予備充填処理により遮断弁２４が時間Δｔの間だけ開弁されると、圧力計５８により検出された気体燃料の圧力はΔｔの間にΔＰに上昇する。時間Δｔが経過して遮断弁２４が閉弁されると、気体燃料の充填が停止されると共に、さらに所定の待機時間Δｔａが経過する間に第３の燃料供給経路１６の圧力と燃料タンク１５内の圧力が平均化される。このとき、圧力計５８により検出された圧力上昇値が燃料タンク１５の容量と気体燃料の充填圧力及び充填量によって変動する。
【００３７】
そのため、予備充填処理を行って圧力計５８により検出された気体燃料の圧力、質量流量計２２により検出された気体燃料の流量を測定することにより、燃料タンク１５の燃料の残量を演算することが可能になる。そして、燃料タンク１５の残量を演算した後、後述するように燃料タンク１５への充填可能量を演算し、この充填可能量に応じて気体燃料及び液体燃料の充填量を制御し、目標圧力になるまで燃料タンク１５に充填する。
【００３８】
ここで、上記予備充填中の燃料タンク１５の圧力上昇値(圧力変化)と予備充填量から制御回路６３が行う燃料タンク１５への充填可能量の演算方法について説明する。
【００３９】
充填すべき燃料タンク１５は、その総容量Ｖ０が既知であるとする。尚、燃料タンク１５の容量は、規格統一されていれば、この容量Ｖ０を制御回路６３内に記憶しておけば良いが、規格が無く、車両用の燃料タンク１５の容量が不統一ならば、この容量Ｖ０は、自動車に搭載されたマイコンあるいはメモリに記憶させておき、通信などを利用して燃料混合充填システム側で自動車の燃料タンクの容量を認識するようにしても良い。
【００４０】
今、予備充填によって燃料タンク１５内の圧力値がＰＯからＰｌに変化したことが圧力計５８で計測されると共に、その間に充填された気体燃料の質量△Ｗ［ｇ］が質量流量計２２で計測され、温度計５９で温度Ｔが計測されたものとする。燃料タンク１５内に残存していた気体燃料の残量Ｗｃｎｇと液体燃料の残量Ｗｌｐｇは各々次式にて計算することができる。
【００４１】
尚、温度計５９で計測される温度Ｔは、前述の予備充填処理が少量の気体燃料の充填しか行わず予備充填処理が短時間で行われるため、ほとんど変化しないものとしている。そして、気体燃料の残量Ｗｃｎｇ、液体燃料の残量Ｗｌｐｇ、混合比率Ｋは、夫々次式ように表せる。
【００４２】
Ｗｃｎｇ＝Ｐ０・ΔＷ／（Ｐ１−Ｐ０） …（１）
Ｗｌｐｇ＝ρｌｐｇ[Ｖ０−｛Δｎ・Ｒ・Ｔ／（Ｐ１−Ｐ０）｝] …（２）
Ｋ＝Ｎｃｎｇ／Ｎｌｐｇ
＝Ｗｃｎｇ・Ｍｌｐｇ／Ｍｃｎｇ・Ｗｌｐｇ …（３）
上記（１）〜（３）式において、Ｒは気体定数、Ｔは燃料タンク内温度、Ｎはモル数、Ｍは分子量、ρは密度であり、それぞれの添え字は気体燃料の値がｃｎｇ、液体燃料の値がｌｐｇで示している。
【００４３】
よって、予備充填によって予測される充填可能量は、それぞれ上記（１）〜（３）式から得られる次式（４）（５）において求めることができる。
【００４４】
今、充填量の設定において満タンＰｍａｘ充填が選択され、充填後の混合比率ＫがＣＮＧ：ＬＰＧ＝３:１となるように気体燃料と液体燃料とを充填する場合の充填量の計算式は、夫々次式のように表せる。
【００４５】
気体燃料の充填可能量[ｇ]＝Ｍｃｎｇ・Ｐｍａｘ・Ｖ０／{Ｒ・Ｔ＋（Ｐｍａｘ・Ｍｌｐｇ／３・ρｌｐｇ）}−Ｍｃｎｇ・Ｎｃｎｇ−ΔＷ …（４）
液体燃料の充填可能量[ｇ]＝Ｍｌｐｇ・Ｐｍａｘ・Ｖ０／３・{Ｒ・Ｔ＋（Ｐｍａｘ・Ｍｌｐｇ／３・ρｌｐｇ）}−Ｍｌｐｇ・Ｎｌｐｇ …（５）
ここで、燃料タンク１５内の燃料の消費において、気体燃料と液体燃料とが混合された状態で消費された場合、圧力が低下することにより気体燃料と液体燃料とが分離して一定の比率で消費されないおそれがある。そのため、自動車の走行距離によって混合燃料の消費量が増大することによって、燃料タンク１５の圧力が低下した場合、上記のように気体燃料の残量Ｗｃｎｇ、液体燃料の残量Ｗｌｐｇを求め、残量の比率から燃料タンク１５の容積に対する各燃料の充填可能量を算出する必要がある。
【００４６】
初期圧力Ｐ０を計測した結果、気体燃料と液体燃料との混合燃料の超臨界圧力値である１１．７[ＭＰａ]未満であった場合は、それまでに消費された気体燃料と液体燃料との比率が変動しているため、上記（４）（５）式に基づいて気体燃料と液体燃料との充填可能量を算出する。
【００４７】
尚、初期圧力Ｐ０を計測した結果、気体燃料と液体燃料との混合燃料の超臨界圧力値である１１．７[ＭＰａ]以上であった場合は、それまでに消費された気体燃料と液体燃料との比率が一定であるため、充填可能量の予測を行う必要はなく、満タン値まで気体燃料と液体燃料との混合比を３：１の比率で充填すればよい。
【００４８】
また、上式においては、説明を簡単にするため、理想気体の状態方程式を用いたが、気体の状態を表現する式であれば良いことは言うまでもない。
【００４９】
ここで、燃料混合充填システム１０によるシリアルバッチブレンドの制御処理について図４、図５を参照して説明する。
【００５０】
図４において、燃料混合充填システム１０の制御回路６３は、顧客または作業員が充填ノズル６０を燃料タンク１５の充填口６２に結合し、充填比率（液体燃料と気体燃料との比率）及び充填量を入力すると、Ｓ３１で上記予備充填処理（図２参照）を行って上記（１）〜（５）の演算式で燃料タンク１５の残量を演算すると共に、残量に応じた比率の気体燃料及び液体燃料の充填可能量を算出する。
【００５１】
次のＳ３２では、上記充填可能量あるいは充填可能量の範囲内で燃料タンク１５へ充填すべき気体燃料及び液体燃料の充填量、充填目標圧力等の充填データを設定する。
【００５２】
この時、気体燃料と液体燃料の充填比率は、予め設定されていても良い。また、燃料タンク１５内の残ガス量を補正する形で計算されるようにしても良い。
【００５３】
次のＳ３３では、スタートスイッチ釦がオンに操作されたことを確認しており、顧客または作業員が設定された充填データを確認してスタートスイッチ釦をオンに操作すると、Ｓ３４に進み、遮断弁２４，４０，５０に設けられたリミットスイッチ（図示せず）の信号を検出し、遮断弁２４，４０，５０が閉弁していることを確認する。Ｓ３４において、遮断弁２４，４０，５０が閉弁していないときは、Ｓ３５に進み、遮断弁２４，４０，５０を閉弁させる。
【００５４】
そして、Ｓ３４において、遮断弁２４，４０，５０が閉弁しているときは、Ｓ３６に進み、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁していることを確認する。Ｓ３６において、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁していないときは、Ｓ３７に進み、制御弁２６，４２，レギュレータ５２を閉弁させる。
【００５５】
そして、Ｓ３６において、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁しているときは、Ｓ３８に進み、エア供給管路４６の遮断弁５０を開弁させる。次のＳ３９では、レギュレータ５２による減圧値を調整する。これにより、エアコンプレッサ４８によって生成された圧縮空気は、レギュレータ５２によって所定の圧力に調整されてエア駆動式昇圧ポンプ３４の駆動部へ供給される。
【００５６】
次のＳ４０では、圧力計５４により検出されたエア供給圧力が予め設定された設定圧力に調整されたことを確認する。そして、Ｓ３９，Ｓ４０では、圧力計５４により検出されたエア供給圧力が予め設定された設定圧力と等しくなるまで、レギュレータ５２を調整する。
【００５７】
次のＳ４１では、エア駆動式昇圧ポンプ３４の起動を開始させる。エア駆動式昇圧ポンプ３４は、前述したように駆動側ピストンがエアコンプレッサ４８からの圧縮空気の圧力で駆動されると、ポンプ側ピストンが液体燃料を吸引すると共に、吸引された液体燃料を加圧して吐出させる。これにより、ＬＰＧタンク３０に貯蔵された液体燃料がエア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧されて吐出され、第２の燃料供給経路１４を介して送液される。
【００５８】
そして、Ｓ４２に進み、遮断弁４０を開弁させる。これにより、エア駆動式昇圧ポンプ３４に加圧された液体燃料が第２の燃料供給経路１４を介して三方電磁弁５６に供給される。
【００５９】
このとき、三方電磁弁５６は、ｂポートとｃポートとを連通する液体燃料充填モードに切り替わっており、エア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧された液体燃料は、第３の燃料供給経路１６を通過して燃料タンク１５に充填される。
【００６０】
Ｓ４３では、第２の燃料供給経路１４に設けられた制御弁４２を調整して液体燃料の供給圧力を予め設定された設定圧力及び流量に制御する。次のＳ４４では、第２の燃料供給経路１４に設けられた質量流量計３８により検出された流量値を読み込み、燃料タンク１５に充填された液体燃料の充填量が予め設定された充填可能量に達したかどうかをチェックする。
【００６１】
Ｓ４４において、質量流量計３８により検出された流量値が設定値（充填可能量）に達していないときは、Ｓ４３に戻り、再度、第２の燃料供給経路１４に設けられた制御弁４２を調整して液体燃料の供給圧力及び流量に制御する。
【００６２】
また、上記Ｓ４４において、質量流量計２２により検出された流量値が設定値（充填可能量）に達しているときは、液体燃料の充填が完了したため、Ｓ４５に進み、遮断弁４０を閉弁させると共に、制御弁４２を閉弁させる。このように、燃料タンク１５に液体燃料を先に充填する理由は、高圧の気体燃料を先に充填した場合、液体燃料をそれ以上に加圧しないと充填できず、エア駆動式昇圧ポンプ３４による充填効率が低下すると共に、充填時間が延長されてしまうからである。
【００６３】
次のＳ４６では、三方電磁弁５６をａポートとｃポートとが連通する気体燃料充填モードに切り替えて、気体燃料を供給するための第１の燃料供給経路１２と第３の燃料供給経路１６とを連通させる。
【００６４】
続いて、図５に示す、Ｓ４７では、遮断弁２４を開弁させる。これにより、Ｓ４８では、蓄ガス器１８に貯蔵された高圧の気体燃料が三方電磁弁５６を介して第１の燃料供給経路１２から第３の燃料供給経路１６へ供給され、燃料タンク１５に充填される。このとき、燃料タンク１５の内部には、液体燃料が充填されているが、気体燃料の方が高圧であるので、短時間で気体燃料を燃料タンク１５に充填することができる。
【００６５】
次のＳ４９では、制御弁２６を調整して蓄ガス器１８から供給された気体燃料の圧力及び流量を制御する。次のＳ５０では、第１の燃料供給経路１２に設けられた質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）になったかどうかをチェックする。
【００６６】
そして、Ｓ５０において、質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）になるまでＳ４９，Ｓ５０の処理を繰り返すことにより、気体燃料が燃料タンク１５に充填される。そのため、燃料タンク１５においては、気体燃料と液体燃料とが混合される。このように、加圧された液体燃料と高圧に圧縮された気体燃料は、密閉された燃料タンク１５内において、気体燃料と液体燃料とが混合された臨界流体となって貯蔵される。
【００６７】
Ｓ５０において、質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）に達すると、Ｓ５１に進み、遮断弁２４及び制御弁２６を閉弁させる。これで、今回のシリアルバッチブレンドによる充填処理が終了する。
【００６８】
また、充填の途中で圧力計５８の読みから燃料タンク１５内の圧力が満充填圧力（例えば、２０ＭＰａ）に達したと予測できたときは、充填を停止する。
【００６９】
また、上記実施の形態では、気体燃料としての圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、液体燃料としての液化石油ガス(ＬＰＧ)を混合させる場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の成分からなる気体燃料と液体燃料とを混合する燃料混合充填システムにも適用できるのは言うまでもない。
【００７０】
尚、上記実施の形態では、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液化石油ガス(ＬＰＧ)とを自動車等の車両に搭載された燃料タンク１５に充填する構成を一例として挙げたが、これに限らず、車両以外の燃料タンク（例えば、小型発電機の燃料タンク等）に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液化石油ガス(ＬＰＧ)とを充填する充填システムにも適用することができるのは勿論である。
【００７１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、被充填容器への充填開始時に第１の燃料供給経路から一定の気体燃料を充填することにより、被充填容器内に充填された圧力を検出し、検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器の充填可能容量を演算して、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている気体燃料の残量を推測できると共に、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている液体燃料の残量を推測することができる。そのため、充填する前に被充填容器の充填可能容量と、気体燃料の残量及び液体燃料の残量を推測することにより、燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料と気体燃料とを充填することができ、燃料充填精度を高めることが可能になる。また、被充填容器の上限圧力を予測することもできるので、燃料充填作業の安全性を向上させることができる。
【００７２】
請求項２記載の発明によれば、推測された気体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように気体燃料を充填し、推測された液体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料を充填するため、気体燃料と液体燃料とが所定の比率となるように燃料タンクに自動的に充填させることができ、２種類の燃料の混合比が一定値となるように各燃料を高精度に充填することができる。これにより、高精度・高速充填などの最適制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる燃料混合充填システムの一実施例を示すブロック図である。
【図２】予備充填処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】予備充填処理の圧力変化を示すグラフである。
【図４】制御回路が実行する充填制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４の制御処理に続いて制御回路が実行する充填制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料混合充填システム
１２ 第１の燃料供給経路
１４ 第２の燃料供給経路
１５ 燃料タンク
１６ 第３の燃料供給経路
１８ 蓄ガス器
２０，５８ 圧力計
５９ 温度計
２２，３８ 質量流量計
２４，４０，５０ 遮断弁
２６，４２ 流量制御弁
３０ ＬＰＧタンク
３４ エア駆動式昇圧ポンプ
５６ 三方電磁弁
６０ 充填ノズル
６３ 制御回路
６４ 演算部
６６ 流量制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料混合充填システムに係り、特に被充填タンクにＣＮＧ（圧縮天然ガス）からなる気体燃料、及びＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gases）からなる液体燃料を充填させるよう構成された燃料混合充填システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車のエンジンから排出される排気ガスのクリーン化及び資源有効利用の観点から石油（ガソリンや軽油）に代わる燃料の研究が進められており、埋蔵量が豊富でガソリンや軽油を燃焼させるよりも排気ガスがクリーンな代替燃料の一つとして気体燃料を自動車の燃料とする方法が検討されている。
【０００３】
気体燃料は、主成分がメタン（ＣＨ４）からなり、ガソリン等よりも二酸化炭素（ＣＯ２）の発生量が２０〜３０％少なく、且つＳＰＭ（浮遊粒子状物質：Suspended Particle Matter）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の発生量も少ないといった利点があり、しかも都市ガスとして各家庭にも供給されているので、充分な供給量が確保されている。
【０００４】
ところが、気体燃料としての圧縮天然ガスは、エネルギー密度が低く、ガソリンと比較すれば１／４程度である。すなわち、圧縮天然ガスを燃料とする天然ガス自動車においては、ガソリン自動車に比べて走行距離が短く、１回のガス充填による走行距離を延ばすためには燃料タンクの容量を増大する必要があるという問題があった。
【０００５】
そのため、自動車の燃料タンクに圧縮天然ガスとエネルギー密度の高い液体燃料を溶解混合した燃料を充填し、この混合燃料が充填された燃料タンクの下部から混合燃料を取り出すことで、全体の消費を通じて平均して均一なエネルギー量を取り出すことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように自動車の燃料タンクに圧縮天然ガスと液体燃料とを所定の比率で充填する燃料混合充填システムでは、燃料タンクの残量が減少した自動車が到着すると、燃料タンクの残量に応じて気体燃料と液体燃料とを燃料タンクに充填することになるが、自動車に搭載されたエンジンの燃料噴射制御方法によって気体燃料の消費量と液体燃料の消費量との差が生じて燃料タンクに残っている気体燃料と液体燃料との比率が変化していることがある。
【０００７】
そのため、燃料混合充填システムにおいては、走行距離を延ばすために燃料タンクに充填された気体燃料と液体燃料との比率が所定の比率となるように各燃料の充填量を個別に制御する必要があり、それには燃料タンクに気体燃料及び液体燃料を充填する前に、予め燃料タンクに残留している気体燃料及び液体燃料の残量を求める必要がある。
【０００８】
また、燃料混合充填システムにおいては、自動車側に燃料タンクの残量を測定する残量メータを設けることも可能であるが、残量メータから出力された信号（残量データ）を読み取るためのデータ読み取り装置を自動車側に接続する必要があり、給油操作の複雑化を招くおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、充填精度の向上と充填制御の効率化を可能とした燃料混合充填システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【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。
【００１１】
請求項１記載の発明は、被充填容器への充填開始時に第１の燃料供給経路から一定の気体燃料を充填することにより、被充填容器内に充填された圧力を検出し、検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器の充填可能容量を演算して、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている気体燃料の残量を推測できると共に、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている液体燃料の残量を推測することができる。そのため、充填する前に被充填容器の充填可能容量と、気体燃料の残量及び液体燃料の残量を推測することにより、燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料と気体燃料とを充填することができ、燃料充填精度を高めることが可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、推測された気体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように気体燃料を充填し、推測された液体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料を充填するため、気体燃料と液体燃料とが所定の比率となるように燃料タンクに自動的に充填させることができ、２種類の燃料の混合比が一定値となるように各燃料を高精度に充填することができる。
【００１３】
【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は本発明になる燃料混合充填システムの一実施例を示すブロック図である。
図１に示されるように、燃料混合充填システム１０は、圧縮天然ガス（以下、「気体燃料」という）を供給するための第１の燃料供給経路１２と、液化石油ガス(以下「液体燃料」という)を供給するための第２の燃料供給経路１４と、上流側端部に第１の燃料供給経路１２と第２の燃料供給経路１４とが合流し下流側端部が車両の燃料タンク（被充填容器）１５に接続される第３の燃料供給経路１６とを有する。
【００１４】
第１の燃料供給経路１２及び第２の燃料供給経路１４を通過した気体燃料及び液体燃料は、三方電磁弁５６の切替方向に応じた何れか一方の燃料が第３の燃料供給経路１６に供給され、第３の燃料供給経路１６を通過して車両の燃料タンク１５に充填される。
【００１５】
燃料混合充填システム１０は、三方電磁弁５６の切替動作により気体燃料と液体燃料とを交互に燃料タンク１５へ充填するシリアルバッチブレンド方式のシステムである。三方電磁弁５６は、第１の燃料供給経路１２が接続されたａポートと、第２の燃料供給経路１４が接続されたｂポートと、第３の燃料供給経路１６が接続されたｃポートとを有する。そして、三方電磁弁５６は、制御回路６３からの制御信号により、ａポートとｃポートとを連通する気体燃料充填モード、またはｂポートとｃポートとを連通する液体燃料充填モードの何れかに切り替わる。
【００１６】
第１の燃料供給経路１２の上流側端部は、気体燃料が所定圧力に圧縮されて蓄圧された蓄ガス器１８に接続されている。尚、蓄ガス器１８は、都市ガス配管（図示せず）から気体燃料が供給されており、コンプレッサ（図示せず）により例えば２０ＭＰａ程度の高圧に圧縮される。
【００１７】
第１の燃料供給経路１２には、気体燃料の供給圧力を測定する圧力計２０、気体燃料の流量を計測する質量流量計２２、充填時に開弁され気体燃料の供給を開始する遮断弁２４、気体燃料の流量及び圧力を制御する制御弁（コントロール弁）２６が配設されている。
【００１８】
第２の燃料供給経路１４の上流側端部は、液体燃料が貯留されたＬＰＧタンク３０に接続されている。また、第２の燃料供給経路１４には、エア駆動式昇圧ポンプ３４、エア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧された液体燃料の流量を計測する質量流量計３８、充填時に開弁されて液体燃料の供給を開始する遮断弁４０、加圧された液体燃料の流量及び圧力を制御する制御弁（コントロール弁）４２が配設されている。
【００１９】
エア駆動式昇圧ポンプ３４は、圧縮空気の圧力により駆動されるように構成されており、圧縮空気を供給するためのエア供給管路４６が接続されている。このエア供給管路４６には、圧縮空気を生成するエアコンプレッサ４８、充填時に圧縮空気を供給するように開弁する遮断弁５０、圧縮空気の供給圧力を所定圧力に調整するレギュレータ５２、圧縮空気の供給圧力を測定する圧力計５４が配設されている。
【００２０】
従って、エアコンプレッサ４８によって生成された圧縮空気は、レギュレータ５２によって所定の駆動圧力に調整されてエア駆動式昇圧ポンプ３４の駆動部へ供給される。そして、エア駆動式昇圧ポンプ３４は、駆動部側ピストン（図示せず）がエアコンプレッサ４８からの圧縮空気の圧力で駆動されると、ポンプ側ピストンが往復動して液体燃料を吸引すると共に、吸引された液体燃料を加圧して吐出させる。これにより、ＬＰＧタンク３０に貯蔵された液体燃料がエア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧されて吐出され、第２の燃料供給経路１４を介して三方電磁弁５６のｂポートへ送液される。
【００２１】
そして、三方電磁弁５６は、制御回路６３から出力された制御信号に応じてｂポートとｃポートとを連通するように切り替わるため、第２の燃料供給経路１４から供給された液体燃料が第３の燃料供給経路１６を介して燃料タンク１５に充填される。
【００２２】
そのため、燃料タンク１５においては、三方電磁弁５６、第３の燃料供給経路１６を介して充填された気体燃料と液体燃料とが混合され、気体燃料と液体燃料との比率は、三方電磁弁５６の切替動作時間によって決まる。このように、加圧された液体燃料と高圧に圧縮された気体燃料は、密閉された燃料タンク１５内において、気体燃料と液体燃料とが混合された超臨界流体となって貯蔵される。
【００２３】
また、第３の燃料供給経路１６には、第１の燃料供給経路１２及び第２の燃料供給経路１４から供給された燃料の圧力を計測する圧力計５８及び燃料の温度を測定する温度計５９が配設され、第３の燃料供給経路１６の下流端部には充填ノズル６０が設けられている。
【００２４】
燃料タンク１５は、充填ノズル６０が結合される逆止弁付きクイックカプラを有する充填口６２が設けられている。そして、充填ノズル６０が充填口６２に結合されると、燃料の充填が開始される。
【００２５】
また、上記第１乃至第３の燃料供給経路１２，１４，１６に配置された各機器は、制御回路６３に接続されており、後述するように制御回路６３からの制御信号により動作する。尚、制御回路６３には、予備充填処理により測定された圧力上昇に応じて燃料タンク１５の残量及び充填可能量を演算する演算部６４と、演算部６４で演算された燃料タンク１５の充填可能量が充填されるように各燃料の流量制御を行う流量制御部６６とを有する。
【００２６】
制御回路６３には、予め燃料タンク１５に充填される燃料の充填量とモル比が入力され、この充填量及びモル比に基づいて演算部６４が気体燃料及び液体燃料の夫々の充填量を演算し、この演算結果に基づいて、流量制御部６６が上記制御弁２６，４２の弁開度を制御する。このように、充填完了後の燃料タンク１５の混合燃料が予め規定したモル比になるように気体燃料と液体燃料の充填量が制御される。
【００２７】
また、この制御弁２６，４２の制御のためには、充填時における気体燃料及び液体燃料の流量データが必要となるが、これは質量流量計２４，３８から制御回路６３に入力される。
【００２８】
尚、制御回路６３では、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４の開閉制御、第２の燃料供給経路１４に設けられた遮断弁４０の開閉制御、及び気体燃料を加圧するエア駆動式昇圧ポンプ３４の起動、停止制御、及び三方電磁弁５６の切替制御を行う。
【００２９】
また、制御回路６３のメモリには、燃料タンク１５への充填開始時に第１の燃料供給経路１２から一定の気体燃料を充填する制御プログラムＩ（予備充填制御手段）と、燃料タンク１５内に充填された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５の充填可能容量を演算する制御プログラムII（演算手段）と、検出された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５に残っている気体燃料の残量を推測する制御プログラムIII（気体燃料残量推測手段）と、検出された圧力上昇値に基づいて燃料タンク１５に残っている液体燃料の残量を推測する制御プログラムIV（液体燃料残量推測手段）と、推測された燃料タンク１５の残量に応じた気体燃料の充填量を充填する制御プログラムＶ（気体燃料充填手段）と、推測された液体燃料の残量に応じた液体燃料の充填量を充填する制御プログラムVI（液体燃料充填手段）とが格納されている。
【００３０】
ここで、制御回路６３が実行する予備充填処理について説明する。
図２は予備充填処理を説明するためのフローチャートである。
図２に示されるように、顧客または作業員が充填ノズル６０を燃料タンク１５の充填口６２に結合し、充填比率（液体燃料と気体燃料との比率）及び充填量を入力すると、制御回路６３はステップＳ１１（以下「ステップ」を省略する）で燃料タンク１５に充填すべき充填量の設定を行う。次のＳ１２では、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８及び温度計５９により測定された圧力値及び温度値を読み込んで、圧力変化及び温度変化から充填ノズル６０が燃料タンク１５の充填口６２に結合されたことを確認する。
【００３１】
Ｓ１２において、充填ノズル６０が燃料タンク１５の充填口６２に結合されたことを確認すると、Ｓ１３に進み、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８及び温度計５９により検出された圧力Ｐ０及び温度Ｔを読み込む。続いて、Ｓ１４に進み、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４を開弁させる。Ｓ１５では、三方電磁弁５６のａポートとｃポートとを連通する気体燃料充填モードに切り替えて燃料タンク１５へ気体燃料の予備充填を開始する。すなわち、Ｓ１５では、高圧の気体燃料を予め決められた一定量だけ燃料タンク１５へ充填する。
【００３２】
続いて、Ｓ１６においては、予備充填制御を行う。この予備充填制御は、蓄ガス器１８の高圧に圧縮された気体燃料を燃料タンク１５に充填すると共に、燃料タンク１５の圧力変化を監視して圧力上昇率を演算する。
【００３３】
次のＳ１７では、予備充填中に充填された気体燃料の圧力値、流量、温度を読み込む。すなわち、Ｓ１７では、第１の燃料供給経路１２に設けられた質量流量計２２により検出された気体燃料の流量、第３の燃料供給経路１６に設けられた圧力計５８により検出された気体燃料の圧力、温度計５９により検出された気体燃料の温度を読み込むと共に、圧力計５８により検出される燃料タンク１５の圧力上昇率を監視する。
【００３４】
次のＳ１８では、前述のＳ１５において、予備充填を開始してからの高圧の気体燃料の充填量が一定量に達したか、すなわち、予備充填が終了したかどうかをチェックする。Ｓ１８において、予備充填が終了したと判断したときは、Ｓ１９に進み、第１の燃料供給経路１２に設けられた遮断弁２４を閉弁させて、今回の予備充填処理を終了する。
【００３５】
このように、予備充填によって一定量の気体燃料が燃料タンク１５に充填されることにより上昇した燃料タンク１５内の圧力値を圧力計５８で計測すると共に、その間に充填された気体燃料の流量が質量流量計２２で計測されると、後述する演算式により燃料タンク１５内に残存していた気体燃料の残量と液体燃料の残量が求まり、さらに気体燃料及び液体燃料の充填可能量を推測することができる。
【００３６】
図３は予備充填処理の圧力変化を示すグラフである。
図３に示されるように、三方電磁弁５６のａポートとｃポートとを連通させる気体燃料充填モードに切り替えると共に、予備充填処理により遮断弁２４が時間Δｔの間だけ開弁されると、圧力計５８により検出された気体燃料の圧力はΔｔの間にΔＰに上昇する。時間Δｔが経過して遮断弁２４が閉弁されると、気体燃料の充填が停止されると共に、さらに所定の待機時間Δｔａが経過する間に第３の燃料供給経路１６の圧力と燃料タンク１５内の圧力が平均化される。このとき、圧力計５８により検出された圧力上昇値が燃料タンク１５の容量と気体燃料の充填圧力及び充填量によって変動する。
【００３７】
そのため、予備充填処理を行って圧力計５８により検出された気体燃料の圧力、質量流量計２２により検出された気体燃料の流量を測定することにより、燃料タンク１５の燃料の残量を演算することが可能になる。そして、燃料タンク１５の残量を演算した後、後述するように燃料タンク１５への充填可能量を演算し、この充填可能量に応じて気体燃料及び液体燃料の充填量を制御し、目標圧力になるまで燃料タンク１５に充填する。
【００３８】
ここで、上記予備充填中の燃料タンク１５の圧力上昇値(圧力変化)と予備充填量から制御回路６３が行う燃料タンク１５への充填可能量の演算方法について説明する。
【００３９】
充填すべき燃料タンク１５は、その総容量Ｖ０が既知であるとする。尚、燃料タンク１５の容量は、規格統一されていれば、この容量Ｖ０を制御回路６３内に記憶しておけば良いが、規格が無く、車両用の燃料タンク１５の容量が不統一ならば、この容量Ｖ０は、自動車に搭載されたマイコンあるいはメモリに記憶させておき、通信などを利用して燃料混合充填システム側で自動車の燃料タンクの容量を認識するようにしても良い。
【００４０】
今、予備充填によって燃料タンク１５内の圧力値がＰＯからＰｌに変化したことが圧力計５８で計測されると共に、その間に充填された気体燃料の質量△Ｗ［ｇ］が質量流量計２２で計測され、温度計５９で温度Ｔが計測されたものとする。燃料タンク１５内に残存していた気体燃料の残量Ｗｃｎｇと液体燃料の残量Ｗｌｐｇは各々次式にて計算することができる。
【００４１】
尚、温度計５９で計測される温度Ｔは、前述の予備充填処理が少量の気体燃料の充填しか行わず予備充填処理が短時間で行われるため、ほとんど変化しないものとしている。そして、気体燃料の残量Ｗｃｎｇ、液体燃料の残量Ｗｌｐｇ、混合比率Ｋは、夫々次式ように表せる。
【００４２】
Ｗｃｎｇ＝Ｐ０・ΔＷ／（Ｐ１−Ｐ０） …（１）
Ｗｌｐｇ＝ρｌｐｇ[Ｖ０−｛Δｎ・Ｒ・Ｔ／（Ｐ１−Ｐ０）｝] …（２）
Ｋ＝Ｎｃｎｇ／Ｎｌｐｇ
＝Ｗｃｎｇ・Ｍｌｐｇ／Ｍｃｎｇ・Ｗｌｐｇ …（３）
上記（１）〜（３）式において、Ｒは気体定数、Ｔは燃料タンク内温度、Ｎはモル数、Ｍは分子量、ρは密度であり、それぞれの添え字は気体燃料の値がｃｎｇ、液体燃料の値がｌｐｇで示している。
【００４３】
よって、予備充填によって予測される充填可能量は、それぞれ上記（１）〜（３）式から得られる次式（４）（５）において求めることができる。
【００４４】
今、充填量の設定において満タンＰｍａｘ充填が選択され、充填後の混合比率ＫがＣＮＧ：ＬＰＧ＝３:１となるように気体燃料と液体燃料とを充填する場合の充填量の計算式は、夫々次式のように表せる。
【００４５】
気体燃料の充填可能量[ｇ]＝Ｍｃｎｇ・Ｐｍａｘ・Ｖ０／{Ｒ・Ｔ＋（Ｐｍａｘ・Ｍｌｐｇ／３・ρｌｐｇ）}−Ｍｃｎｇ・Ｎｃｎｇ−ΔＷ …（４）
液体燃料の充填可能量[ｇ]＝Ｍｌｐｇ・Ｐｍａｘ・Ｖ０／３・{Ｒ・Ｔ＋（Ｐｍａｘ・Ｍｌｐｇ／３・ρｌｐｇ）}−Ｍｌｐｇ・Ｎｌｐｇ …（５）
ここで、燃料タンク１５内の燃料の消費において、気体燃料と液体燃料とが混合された状態で消費された場合、圧力が低下することにより気体燃料と液体燃料とが分離して一定の比率で消費されないおそれがある。そのため、自動車の走行距離によって混合燃料の消費量が増大することによって、燃料タンク１５の圧力が低下した場合、上記のように気体燃料の残量Ｗｃｎｇ、液体燃料の残量Ｗｌｐｇを求め、残量の比率から燃料タンク１５の容積に対する各燃料の充填可能量を算出する必要がある。
【００４６】
初期圧力Ｐ０を計測した結果、気体燃料と液体燃料との混合燃料の超臨界圧力値である１１．７[ＭＰａ]未満であった場合は、それまでに消費された気体燃料と液体燃料との比率が変動しているため、上記（４）（５）式に基づいて気体燃料と液体燃料との充填可能量を算出する。
【００４７】
尚、初期圧力Ｐ０を計測した結果、気体燃料と液体燃料との混合燃料の超臨界圧力値である１１．７[ＭＰａ]以上であった場合は、それまでに消費された気体燃料と液体燃料との比率が一定であるため、充填可能量の予測を行う必要はなく、満タン値まで気体燃料と液体燃料との混合比を３：１の比率で充填すればよい。
【００４８】
また、上式においては、説明を簡単にするため、理想気体の状態方程式を用いたが、気体の状態を表現する式であれば良いことは言うまでもない。
【００４９】
ここで、燃料混合充填システム１０によるシリアルバッチブレンドの制御処理について図４、図５を参照して説明する。
【００５０】
図４において、燃料混合充填システム１０の制御回路６３は、顧客または作業員が充填ノズル６０を燃料タンク１５の充填口６２に結合し、充填比率（液体燃料と気体燃料との比率）及び充填量を入力すると、Ｓ３１で上記予備充填処理（図２参照）を行って上記（１）〜（５）の演算式で燃料タンク１５の残量を演算すると共に、残量に応じた比率の気体燃料及び液体燃料の充填可能量を算出する。
【００５１】
次のＳ３２では、上記充填可能量あるいは充填可能量の範囲内で燃料タンク１５へ充填すべき気体燃料及び液体燃料の充填量、充填目標圧力等の充填データを設定する。
【００５２】
この時、気体燃料と液体燃料の充填比率は、予め設定されていても良い。また、燃料タンク１５内の残ガス量を補正する形で計算されるようにしても良い。
【００５３】
次のＳ３３では、スタートスイッチ釦がオンに操作されたことを確認しており、顧客または作業員が設定された充填データを確認してスタートスイッチ釦をオンに操作すると、Ｓ３４に進み、遮断弁２４，４０，５０に設けられたリミットスイッチ（図示せず）の信号を検出し、遮断弁２４，４０，５０が閉弁していることを確認する。Ｓ３４において、遮断弁２４，４０，５０が閉弁していないときは、Ｓ３５に進み、遮断弁２４，４０，５０を閉弁させる。
【００５４】
そして、Ｓ３４において、遮断弁２４，４０，５０が閉弁しているときは、Ｓ３６に進み、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁していることを確認する。Ｓ３６において、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁していないときは、Ｓ３７に進み、制御弁２６，４２，レギュレータ５２を閉弁させる。
【００５５】
そして、Ｓ３６において、制御弁２６，４２，レギュレータ５２が閉弁しているときは、Ｓ３８に進み、エア供給管路４６の遮断弁５０を開弁させる。次のＳ３９では、レギュレータ５２による減圧値を調整する。これにより、エアコンプレッサ４８によって生成された圧縮空気は、レギュレータ５２によって所定の圧力に調整されてエア駆動式昇圧ポンプ３４の駆動部へ供給される。
【００５６】
次のＳ４０では、圧力計５４により検出されたエア供給圧力が予め設定された設定圧力に調整されたことを確認する。そして、Ｓ３９，Ｓ４０では、圧力計５４により検出されたエア供給圧力が予め設定された設定圧力と等しくなるまで、レギュレータ５２を調整する。
【００５７】
次のＳ４１では、エア駆動式昇圧ポンプ３４の起動を開始させる。エア駆動式昇圧ポンプ３４は、前述したように駆動側ピストンがエアコンプレッサ４８からの圧縮空気の圧力で駆動されると、ポンプ側ピストンが液体燃料を吸引すると共に、吸引された液体燃料を加圧して吐出させる。これにより、ＬＰＧタンク３０に貯蔵された液体燃料がエア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧されて吐出され、第２の燃料供給経路１４を介して送液される。
【００５８】
そして、Ｓ４２に進み、遮断弁４０を開弁させる。これにより、エア駆動式昇圧ポンプ３４に加圧された液体燃料が第２の燃料供給経路１４を介して三方電磁弁５６に供給される。
【００５９】
このとき、三方電磁弁５６は、ｂポートとｃポートとを連通する液体燃料充填モードに切り替わっており、エア駆動式昇圧ポンプ３４により加圧された液体燃料は、第３の燃料供給経路１６を通過して燃料タンク１５に充填される。
【００６０】
Ｓ４３では、第２の燃料供給経路１４に設けられた制御弁４２を調整して液体燃料の供給圧力を予め設定された設定圧力及び流量に制御する。次のＳ４４では、第２の燃料供給経路１４に設けられた質量流量計３８により検出された流量値を読み込み、燃料タンク１５に充填された液体燃料の充填量が予め設定された充填可能量に達したかどうかをチェックする。
【００６１】
Ｓ４４において、質量流量計３８により検出された流量値が設定値（充填可能量）に達していないときは、Ｓ４３に戻り、再度、第２の燃料供給経路１４に設けられた制御弁４２を調整して液体燃料の供給圧力及び流量に制御する。
【００６２】
また、上記Ｓ４４において、質量流量計２２により検出された流量値が設定値（充填可能量）に達しているときは、液体燃料の充填が完了したため、Ｓ４５に進み、遮断弁４０を閉弁させると共に、制御弁４２を閉弁させる。このように、燃料タンク１５に液体燃料を先に充填する理由は、高圧の気体燃料を先に充填した場合、液体燃料をそれ以上に加圧しないと充填できず、エア駆動式昇圧ポンプ３４による充填効率が低下すると共に、充填時間が延長されてしまうからである。
【００６３】
次のＳ４６では、三方電磁弁５６をａポートとｃポートとが連通する気体燃料充填モードに切り替えて、気体燃料を供給するための第１の燃料供給経路１２と第３の燃料供給経路１６とを連通させる。
【００６４】
続いて、図５に示す、Ｓ４７では、遮断弁２４を開弁させる。これにより、Ｓ４８では、蓄ガス器１８に貯蔵された高圧の気体燃料が三方電磁弁５６を介して第１の燃料供給経路１２から第３の燃料供給経路１６へ供給され、燃料タンク１５に充填される。このとき、燃料タンク１５の内部には、液体燃料が充填されているが、気体燃料の方が高圧であるので、短時間で気体燃料を燃料タンク１５に充填することができる。
【００６５】
次のＳ４９では、制御弁２６を調整して蓄ガス器１８から供給された気体燃料の圧力及び流量を制御する。次のＳ５０では、第１の燃料供給経路１２に設けられた質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）になったかどうかをチェックする。
【００６６】
そして、Ｓ５０において、質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）になるまでＳ４９，Ｓ５０の処理を繰り返すことにより、気体燃料が燃料タンク１５に充填される。そのため、燃料タンク１５においては、気体燃料と液体燃料とが混合される。このように、加圧された液体燃料と高圧に圧縮された気体燃料は、密閉された燃料タンク１５内において、気体燃料と液体燃料とが混合された臨界流体となって貯蔵される。
【００６７】
Ｓ５０において、質量流量計２２で検出された流量値を読み込んで計測された流量値が予め設定された設定値（充填可能量）に達すると、Ｓ５１に進み、遮断弁２４及び制御弁２６を閉弁させる。これで、今回のシリアルバッチブレンドによる充填処理が終了する。
【００６８】
また、充填の途中で圧力計５８の読みから燃料タンク１５内の圧力が満充填圧力（例えば、２０ＭＰａ）に達したと予測できたときは、充填を停止する。
【００６９】
また、上記実施の形態では、気体燃料としての圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、液体燃料としての液化石油ガス(ＬＰＧ)を混合させる場合を一例として挙げたが、これに限らず、他の成分からなる気体燃料と液体燃料とを混合する燃料混合充填システムにも適用できるのは言うまでもない。
【００７０】
尚、上記実施の形態では、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液化石油ガス(ＬＰＧ)とを自動車等の車両に搭載された燃料タンク１５に充填する構成を一例として挙げたが、これに限らず、車両以外の燃料タンク（例えば、小型発電機の燃料タンク等）に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液化石油ガス(ＬＰＧ)とを充填する充填システムにも適用することができるのは勿論である。
【００７１】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、被充填容器への充填開始時に第１の燃料供給経路から一定の気体燃料を充填することにより、被充填容器内に充填された圧力を検出し、検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器の充填可能容量を演算して、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている気体燃料の残量を推測できると共に、圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて被充填容器に残っている液体燃料の残量を推測することができる。そのため、充填する前に被充填容器の充填可能容量と、気体燃料の残量及び液体燃料の残量を推測することにより、燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料と気体燃料とを充填することができ、燃料充填精度を高めることが可能になる。また、被充填容器の上限圧力を予測することもできるので、燃料充填作業の安全性を向上させることができる。
【００７２】
請求項２記載の発明によれば、推測された気体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように気体燃料を充填し、推測された液体燃料の残量から燃料混合比率が所定の比率となるように液体燃料を充填するため、気体燃料と液体燃料とが所定の比率となるように燃料タンクに自動的に充填させることができ、２種類の燃料の混合比が一定値となるように各燃料を高精度に充填することができる。これにより、高精度・高速充填などの最適制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる燃料混合充填システムの一実施例を示すブロック図である。
【図２】予備充填処理を説明するためのフローチャートである。
【図３】予備充填処理の圧力変化を示すグラフである。
【図４】制御回路が実行する充填制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】図４の制御処理に続いて制御回路が実行する充填制御処理を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料混合充填システム
１２ 第１の燃料供給経路
１４ 第２の燃料供給経路
１５ 燃料タンク
１６ 第３の燃料供給経路
１８ 蓄ガス器
２０，５８ 圧力計
５９ 温度計
２２，３８ 質量流量計
２４，４０，５０ 遮断弁
２６，４２ 流量制御弁
３０ ＬＰＧタンク
３４ エア駆動式昇圧ポンプ
５６ 三方電磁弁
６０ 充填ノズル
６３ 制御回路
６４ 演算部
６６ 流量制御部
Claims (2)
- 圧縮された気体燃料が供給される第１の燃料供給経路と、
液体燃料が供給される第２の燃料供給経路と、
上流側端部に前記第１の燃料供給経路の下流端部と前記第２の燃料供給経路の下流端部とが合流し、下流側端部が被充填容器に接続される第３の燃料供給経路と、
前記被充填容器への充填開始時に前記第１の燃料供給経路から一定の気体燃料を充填する予備充填制御手段と、
該予備充填制御手段により前記被充填容器内に充填された圧力を検出する圧力検出手段と、
該圧力検出手段により検出された圧力上昇値に基づいて前記被充填容器の充填可能容量を演算する演算手段と、
前記圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて前記被充填容器に残っている前記気体燃料の残量を推測する気体燃料残量推測手段と、
前記圧力検出手段に検出された圧力上昇値に基づいて前記被充填容器に残っている前記液体燃料の残量を推測する液体燃料残量推測手段と、
を備え、前記液体燃料及び前記気体燃料を所定の比率で前記被充填容器に充填することを特徴とする燃料混合充填システム。 - 前記気体燃料残量推測手段により推測された前記気体燃料の残量に基づいて前記被充填容器内の燃料混合比率が所定の比率となるように前記気体燃料を充填する気体燃料充填手段と、
前記液体燃料残量推測手段により推測された前記液体燃料の残量に基づいて前記被充填容器内の燃料混合比率が所定の比率となるように前記液体燃料を充填する液体燃料充填手段と、
を備えてなることを特徴とする請求項１記載の燃料混合充填システム。
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