JP4707427B2 - ガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明はガス供給装置に係り、特に異なる容量（容積）を有する被充填タンクにガスを充填するガス供給装置に関する。

近年、天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にして走行する自動車（ＣＮＧ車）の開発や水素を燃料とする燃料電池車の開発が進められている。これに伴って、圧縮天然ガスを自動車の燃料タンクに供給するガス供給装置や高圧に圧縮された水素を自動車の燃料タンクに供給するガス供給装置の実用化も進められている。

この種のガス供給装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、ガス充填ホース先端に設けられた充填ノズルの接続部を自動車側の燃料タンクの接続部に接続し、ガス充填ホースの先端部に連通された三方弁を切り替え操作することによりガス蓄圧器に貯蔵されたガスを自動車の燃料タンク（被充填タンク）に充填するように構成されている。

そして、ガス供給装置では、各車両に搭載された燃料タンクに対して予め設定された目標圧力になるように充填圧力を制御すると共に、供給される流量も制御している（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−２９１８９７号公報

しかしながら、従来は、予め決められた制御則によりガスの充填圧力及び流量を制御しているが、例えば、普通自動車の場合と大型自動車の場合によって燃料タンクの容積（或いは充填可能量）が異なり、同じ制御則によってガス充填を行うと、大型自動車へのガス充填時間がかなり長くかかるという問題がある。

また、大型自動車のタンク容量へのガス充填時間を短縮するため、流量を増大させた場合には、普通自動車の燃料タンクに充填する際には、燃料タンクの温度が急激に上昇してしまう。

そのため、ガス供給装置では、燃料タンクの容積の大きさ（或いは充填可能量の大きさ）に応じて流量を制御する必要があるが、流量計は流量計測可能範囲が決められており、この流量計測可能範囲を逸脱した場合には精度の高い流量計測が行えなくなる。従って、例えば、普通自動車等の充填可能量の小さい燃料タンクにガスを充填する際の小流量を計測できる流量計を用いた場合には、大型自動車等の充填可能量の大きいタンクにガスを充填する際にはこの流量計の流量計測可能範囲内でのガス充填を行なわなくてはならず、充填に要する時間が長くなる。また、これとは逆に、大型自動車等の充填可能量の大きい燃料タンクにガスを充填する際の大流量を計測できる流量計を設けた場合には、普通自動車に充填する流量を正確に計測することが難しくなる。
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。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
請求項１の発明は、圧縮されたガスを貯留する圧力源から被充填タンクにガスを供給するガス供給経路に流量計を設け、該流量計により計測される流量計測値及び予め設定された制御則に基づいて流量制御を行うガス供給装置において、
前記流量計の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に設けられた弁と、
前記被充填タンクへのガスの充填可能量を推定する充填可能量推定手段と、
該充填可能量推定手段により推定された充填可能量が予め設定された所定以上である場合に前記バイパス経路の弁を開弁させる開弁手段と、
を備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、圧縮されたガスを貯留する圧力源から被充填タンクにガスを供給するガス供給経路に流量計を設け、該流量計により計測される流量計測値及び予め設定された制御則に基づいて流量制御を行うガス供給装置において、
前記流量計の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路と、
前記バイパス経路に設けられた弁と、
前記流量計を通過する流量と前記バイパス経路を通過する流量との分流比が予め設定された所定値を保つように、前記流量計の計測値に応じて前記バイパス経路の弁の弁開度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、流量計の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路と、バイパス経路に設けられた弁とを有するため、被充填タンクへの充填可能量が大きい場合には、バイパス経路からもガスを充填するようにしてガス充填時間を短縮できると共に、ガスの流量を充填可能量の大小にかかわらず正確に計測することが可能になる。

また、本発明によれば、被充填タンクの充填可能量を推定し、推定された充填可能量が予め設定された所定以上である場合にバイパス経路の弁を開弁させるため、充填可能量が所定以上の場合に自動的にバイパス経路の弁を自動的に開弁させることが可能になり、作業員による誤操作が防止される。

また、本発明によれば、流量計を通過する流量とバイパス経路を通過する流量との分流比が予め設定された所定値を保つように、流量計の計測値に応じてバイパス経路の弁の弁開度を制御するため、分流比が一定になり、流量計の計測値からバイパス経路の流量を含む全体の流量を正確に求めることができる。

以下、図面と共に本発明の一実施例について説明する。

図１は本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、例えば自動車の燃料タンク（被充填タンク）１２に圧縮したガス（例えば、水素ガス）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、供給されるガスとしては、水素に限らず、圧縮天然ガスなどの高圧に圧縮されて使用される他のガスを含む。

ガス供給装置１０は、大略、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス蓄圧器（ガス供給源）１４と、ガス蓄圧器１４からのガスを燃料タンク１２に供給するためのディスペンサユニット１５と、これらディスペンサユニット１５の各機器を制御する制御装置１６とよりなる。

ディスペンサユニット１５には、ガス蓄圧器１４に連通されたガス供給経路１８が設けられており、ガス供給経路１８には、１次圧力計２０、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、第１流量計２６、温度センサ２８、圧力センサ３０、２次圧力計３２、安全弁３４が配設されている。また、第１流量計２６の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路３６が設けられており、バイパス経路３６には、第２流量計３８と第２ガス供給開閉弁（請求項１及び２に記載の弁に相当する）４０とが設けられている。

さらに、ガス供給経路１８の下流には、緊急離脱カップリング４２を介して充填ホース４４が接続されている。そして、充填ホース４４の先端には、燃料タンク１２の充填口１２ａに結合される充填ノズル４６が設けられている。また、燃料タンク１２と充填口１２ａとの間には、逆流を防止する逆止弁１３が設けられている。

また、ディスペンサユニット１５には、充填ノズル４６が燃料タンク１２の充填口１２ａに結合されて操作される充填開始スイッチ５０と、充填を停止する充填停止スイッチ５２と、大型自動車が到着した場合に操作される大容量充填スイッチ５４とが設けられている。また、ガス蓄圧器１４とガス供給経路１８との間を連通するガス供給経路５６には、元弁５７と、逆流を防止する逆止弁５８とが設けられている。

第１流量計２６は、普通自動車等が有している小型の容器等の充填可能量の小さい容器にガスを充填する場合の当該ガスの流量が流量計測可能範囲内に入るものが採用されている。

第２ガス供給開閉弁４０は、大型自動車等が有している大型の容器などの充填可能量の大きい容器にガス充填を行う場合に開弁してバイパス経路３６からもガス供給を行えるようにするものである。バイパス経路３６に設けられた第２流量計３８は、ガス供給経路１８に設けられた第１流量計２６と略同様の計測可能流量範囲を有する。

このように、第１流量計２６と第２流量計３８とが設けられているので、タンク容積の小さい（充填可能量が所定の充填可能量よりも小さい）普通自動車に小流量でガス充填する場合にはバイパス経路３６からのガス供給は行わずに第１流量計２６が設けられたガス供給経路１８を用いてガス供給を行わせることにより第１流量計２６のみを用いて計測し、タンク容積が規定以上に大きい（充填可能量が所定の充填可能量よりも大きい）大型自動車に上記低流量よりも高い流量（第１流量計２６の計測可能流量範囲を超える流量）でガス充填する場合においてはガス供給経路１８とバイパス経路３６との両経路を用いてガス供給を行うことによりガス供給経路１８とバイパス経路３６との夫々のガスの流量は第１流量計２６と第２流量計３８との夫々の計測可能流量範囲に入ることになり、よってガスの流量が小流量か大流量かに拘らずタンクに供給されたガスの流量を正確に計測することが可能になる。

なお、本実施例においては第１流量計２６と第２流量計３８との流量計測可能範囲は一致させているが、流量計測可能範囲を異ならせるようにしても良いのはもちろんである。

制御装置１６は、予めメモリ４８に記憶された制御則（所定流量でのガスの充填を行う低速充填制御または所定流量を超える所定の大流量でガスの充填を行う高速充填制御の制御プログラム）に基づいて上記ディスペンサユニット１５に配置された各機器を制御しており、充填開始スイッチ５０がオンに操作されると、低速充填制御の場合には第１流量計２６により計測された流量計測値が目標流量（所定流量）となるように制御弁２４の弁開度を制御し、また、高速充填制御の場合には第１流量計２６により計測された流量計測値と第２流量計３８により計測された流量計測値との合算値が目標流量（所定の大流量）となるように制御弁２４の弁開度を制御する。また、制御装置１６は、後述するように大容量充填スイッチ５４がオンに操作された場合、または充填開始スイッチ５０がオンに操作された直後に行われる燃料タンク１２の容積の推定の結果、燃料タンク１２の容積が大型自動車の大きさである（所定の大きさよりも大きい）と判定されたときは、高速充填制御によりガス充填を行わせるべく第２ガス供給開閉弁４０を開弁してバイパス経路３６からもガスを供給するように切り替える。

図２は制御装置１６に接続された各機器を示すブロック図である。図２に示されるように、制御装置１６は、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、第１流量計２６、温度センサ２８、圧力センサ３０、第２流量計３８、第２ガス供給開閉弁４０、メモリ４８、充填開始スイッチ５０、充填停止スイッチ５２、大容量充填スイッチ５４と接続されている。

また、第１流量計２６及び第２流量計３８は、コリオリ式質量流量計からなり、供給されたガスの流量に応じた信号を制御装置１６に出力する。

また、第１ガス供給開閉弁２２及び第２ガス供給開閉弁４０は、電磁弁などからなり、制御装置１６からの開弁信号のオン、オフにより開弁または閉弁する。

また、制御弁２４は、制御装置１６の指令により任意の弁開度に調整され、予め設定された制御則に基づいてガスの流量を制御するように動作する。

大容量充填スイッチ５４は、作業員が到着した車両の種別（普通または大型）を目視で識別し当該車両が大容積の燃料タンクを有する大型自動車の場合に作業員がオンに操作したり、また、作業員が車両の燃料計等の情報から充填可能量の大小を判断し充填可能量が大きいと判断した場合に作業員がオン操作するためのスイッチである。なお、本実施例においては、大容量充填スイッチ５４がオンに操作されたことをもって制御装置１６は充填可能量が大きい燃料タンクに対して充填を行うことを判断するようになっている。

ここで、制御装置１６が実行するガス充填制御処理１について図３のフローチャートを参照して説明する。作業員は、ガス充填を受ける自動車が到着すると、充填ノズル４６を燃料タンク１２の充填口１２ａに結合させた後、充填開始スイッチ５０をオンに操作する。

図３に示されるように、制御装置１６は、Ｓ１１で充填開始スイッチ５０がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ１１において、充填開始スイッチ５０がオンに操作されないときはＳ１２に進み、大容量充填スイッチ５４がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ１２において、大容量充填スイッチ５４がオンに操作されたときは、Ｓ１３に進み、大容量に対応した大容量充填モードがセットされたことをメモリ４８に記憶させる。

また、上記Ｓ１２において、大容量充填スイッチ５４がオンに操作されないときは、Ｓ１１に戻り、Ｓ１１とＳ１２の処理を繰り返す。そして、Ｓ１１において、充填開始スイッチ５０がオンに操作されたときは、Ｓ１４に進み、ガス蓄圧器１４の元弁５７、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を開弁する。

次のＳ１５では、大容量対応充填モードがセットされているかどうかをチェックする。Ｓ１５において、大容量対応充填モードがセットされている場合には、Ｓ１６に進み、バイパス経路３６に設けられた第２ガス供給開閉弁４０を開弁する（開弁手段）。これにより、ガスは第１流量計２６及び第２流量計３８の夫々により計測された流量を合算した流量で燃料タンク１２に充填される。尚、Ｓ１５において、大容量対応充填モードがセットされていない場合は、当該車両が小容量の燃料タンクを有する普通自動車であるので、第２ガス供給開閉弁４０を開弁せず、第１流量計２６で計測された流量のみが燃料タンク１２に充填される。

大容量対応充填モードによる充填は、第１流量計２６及び第２流量計３８の両方で計測された流量で行われるため、大流量で効率良く充填することが可能になり、特に燃料タンク１２の容量が大きい大型自動車の場合の充填時間を短縮することが可能になる。なお、バイパス経路３６から供給された流量は、第２流量計３８により直接計測されるため、第１流量計２６の計測値と第２流量計３８の計測値とを合計することで、燃料タンク１２に充填された総流量を正確に求めることが可能である。

次のＳ１７では、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力が燃料タンク１２に充填すべき目標となる圧力（目標圧力）に達したかどうかをチェックする。Ｓ１７において、現在の充填圧力が目標圧力に達していないときは、まだ充填途中であるので、Ｓ１８に進み、燃料タンク１２に現在供給されているガスの流量が第１流量計２６の計測可能範囲まで低下してきたか否か（または現在の充填圧力が目標圧力よりも若干低い所定の圧力に達したか否か）をチェックする。Ｓ１８において、燃料タンク１２に現在供給されているガスの流量が第１流量計２６の計測可能範囲まで低下していない（または充填圧力が目標圧力よりも若干低い圧力に達していない）と判断されたときは、ガス蓄圧器１４から供給されるガスの流量が十分あるので、上記Ｓ１７に戻り、Ｓ１７以降の処理を行う。

また、上記Ｓ１７において、現在の充填圧力が目標圧力に達したときは、充填完了であるので、Ｓ１９に進み、ガス蓄圧器１４の元弁５７、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁する。これで、今回のガス充填処理が終了する。

また、上記Ｓ１８において、燃料タンク１２に現在供給されているガスの流量（第１流量計２６により計測された流量と第２流量計３８により計測された流量との合計流量）が第１流量計２６の計測可能範囲まで低下した（または充填圧力が燃料タンクに充填すべき目標となる圧力に達した）と判断されたとき（或いは充填圧力が目標圧力よりも若干低い圧力に達したとき）は、現在の流量が第１流量計２６における流量計測可能範囲内に低下したことが検出されたことになるので、Ｓ２０に進み、バイパス経路３６に設けられた第２ガス供給開閉弁４０を閉弁する。これにより、ガスはガス供給経路１８を介して第１流量計２６で計測された流量のみが燃料タンク１２に充填される。

次のＳ２１では、再度、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力が目標圧力に達したかどうかをチェックする。Ｓ２１において、現在の充填圧力が目標圧力に達していないときは、まだ充填途中であるので、待機状態となる。そして、現在の充填圧力が目標圧力に達すると、Ｓ２２に進み、ガス蓄圧器１４の元弁５７、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁する。続いて、Ｓ２３では、大容量対応充填モードがセットされていることをメモリ４８から抹消する。これで、今回のガス充填処理が終了する。

図４は制御装置１６が実行するガス充填制御処理２を説明するためのフローチャートである。尚、実施例２の系統図は実施例１と同じなので、その説明は省略する。図４に示されるように、制御装置１６は、Ｓ３１で充填開始スイッチ５０がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ３１において、充填開始スイッチ５０がオンに操作されないときは、Ｓ３２に進み、車両情報（普通自動車または大型自動車）が入力されたかどうかをチェックする。Ｓ３２において、車両情報が入力されないときは、上記Ｓ３１に戻り、Ｓ３１，Ｓ３２の処理を繰り返す。

なお、上記車両情報とはガスの充填を受ける車両の燃料タンクの容量の大小（或いは充填可能量）を識別するための情報であり、車両情報をディスペンサユニット１５へ入力するための構成は種々存在するが、その代表的なものとしては下記の３つがある。

第１の例としてはディスペンサユニット１５にカードリーダなどの読取手段を設けておき、車両ごとに設けられ燃料タンクの容積を含む車両情報を記憶するカード等の情報記憶媒体を上記読取手段に読み取らせることである。

第２の例としては車両に燃料タンクの容積の大小或いは充填可能量（この充填可能量は燃料タンクの容量（燃料が空の状態の燃料タンク内への充填可能量）と車両の燃料計より把握できる燃料タンク内の燃料の残量との差を演算することによって求めることができる）を含む車両情報を記憶する情報記憶媒体と当該情報記憶媒体に記憶された車両情報を無線送信する送信器とを設け、ディスペンサユニット１５に上記送信器より送信された車両情報を入力するための受信器を設けることにより車両情報を車両からディスペンサユニット１５内に読み込むものである。

第３の例としてはディスペンサユニット１５内に車両のナンバーに対応付けて当該車両の燃料タンクの容積の大小を含む車両情報を記憶する情報記憶媒体を設けるとともにテンキーなどからなる車両のナンバーを入力する入力手段を設け、入力手段より入力された車両ナンバーに対応する車両情報を読み込むものである。

また、車両情報の内容としては、車両の燃料タンクの大小や車両の燃料タンクの充填可能量をそのまま示す情報の他、例えば、ディスペンサユニット１５内に入力された車両自体を特定するための情報（車両ナンバーなど）であってもよく、この場合には車両自体を特定するための情報に対応付けて当該車両の燃料タンクの大小を記憶する記憶手段をディスペンサユニット１５内に設け、車両自体を特定するための情報が入力された場合には上記記憶手段の記憶内容に基づき燃料タンクの大小を読み出す構成としても良いのはもちろんである。

次に、上記Ｓ３２において、車両情報が入力されたときは、Ｓ３３に進み、当該車両の燃料タンク１２が大容積である（或いは充填可能量が大きい）かどうかをチェックする。尚、車両情報の入力手段として、例えば、運転者が所持するＩＣカードまたは磁気カードに記憶された顧客情報と共に車両情報をカードリーダに読み取らせて入力する方法や、車両カードに印刷されたバーコードを読み取る方法や、作業員がテンキーなどを操作して車両情報を入力する方法や、マイクロホンを介して音声入力する方法などが用いられる。

そして、Ｓ３３において、当該車両の燃料タンク１２が大容積（或いは大きい充填可能量）である場合には、Ｓ３４に進み、大容積（或いは大きい充填可能量）に対応した大容量充填モードがセットされたことをメモリ４８に記憶させる。また、Ｓ３３において、当該車両の燃料タンク１２が大容積（或いは大きい充填可能量）でない場合には、上記Ｓ３１に戻る。

また、上記Ｓ３１において、充填開始スイッチ５０がオンに操作されたときは、Ｓ３５に進み、Ｓ３５〜Ｓ４４の処理を実行する。尚、Ｓ３５〜Ｓ４４の処理は、前述した図３のＳ１４〜Ｓ２３の処理と同一であるので、その説明を省略する。

このように、実施例２では、入力された車両情報（燃料タンクの容積の大小、或いは充填可能量の大小）に基づいて、大容量充填モードでガスの充填を行うか否かが自動的にセットされるため、実施例１のような大容量充填スイッチ５４の操作を不要とすることができる。従って、例えば大型自動車に対応する車両情報が入力された場合や大きな充填可能量が入力された場合には、バイパス経路３６に設けられた第２ガス供給開閉弁４０が自動的に開弁し、第１流量計２６及び第２流量計３８の両方で計測された流量でガスを高速充填することが可能になる。

図５は実施例３のガス供給装置の構成を示す系統図である。尚、図５において、前述した実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図５に示されるように、ガス供給装置６０は、圧力供給源に可変ガス蓄圧器６２と高圧ガス蓄圧器６４とを有する。可変ガス蓄圧器６２には、燃料タンク１２の目標充填圧力よりも低い圧力のガスが貯留されており、高圧ガス蓄圧器６４には燃料タンク１２の目標充填圧力よりも高い圧力のガスが貯留されている。

充填開始当初は、可変ガス蓄圧器６２の元弁６６が開弁されて燃料タンク１２へのガス充填がおこなわれる。そして、燃料タンク１２の充填圧力が目標圧力に達する直前に高圧ガス蓄圧器６４の元弁６８を開弁して燃料タンク１２の充填圧力を目標圧力まで充填する。
これにより、目標圧力が高圧である場合の充填時間を短縮することができる。また、高圧ガス蓄圧器６４よりも圧力の小さい可変ガス蓄圧器６２のガス供給経路６７には、元弁６６と逆流を防止する逆止弁６９が設けられている。

図６は制御装置１６が実行するガス充填制御処理３を説明するためのフローチャートである。図６に示されるように、制御装置１６は、Ｓ５１で充填開始スイッチ５０がオンに操作されたかどうかをチェックする。Ｓ５１において、充填開始スイッチ５０がオンに操作されたときは、Ｓ５２に進み、可変ガス蓄圧器６２の元弁６６、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４を開弁する。

次のＳ５３では、制御弁２４の弁開度を絞って微小流量での充填制御を行い、燃料タンク１２にはガスが低速（微小流量）で供給される。続いて、Ｓ５４に進み、微小流量充填制御時の圧力を圧力センサ３０から読み込みこれを初期圧力としてメモリ４８に記憶する。

次のＳ５５では、第１流量計２６により計測された積算流量が予め設定された所定積算流量に達したかどうかをチェックする。Ｓ５５において、第１流量計２６により計測された積算流量が予め設定された所定積算流量に達すると、Ｓ５６に進み、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力（現在圧力）をメモリ４８に記憶する。続いて、Ｓ５７では、初期圧力と現在圧力との圧力差と初期圧力を現在圧力まで上昇させるのに要した積算流量との関係に基づいて燃料タンク１２の容量（容積）を演算する。尚、燃料タンク１２の容積は、燃料タンク１２へガスを供給を行うことによる圧力上昇値で当該圧力上昇値に達するまでに要した燃料タンク１２へのガスの積算流量値を割り、係数を掛けることにより求まる。

続いて、Ｓ５８では、演算された燃料タンク１２の容積が予め設定された規定容積以上かどうかをチェックする。Ｓ５８において、演算された燃料タンク１２の容積が予め設定された規定容積以上であるときは、今回ガス充填を受けている燃料タンク１２の充填可能量は大きいと判定し、Ｓ５９に進み、バイパス経路３６の第２ガス供給開閉弁４０を開弁させる。これにより、第１流量計２６及び第２流量計３８の両方で計測された大流量でガスを高速充填することが可能になる。

また、Ｓ５８において、演算された燃料タンク１２の容積が予め設定された規定容積未満であるときは、燃料タンク１２の充填可能量は小さいと判定し、Ｓ５９の処理を省略する。この場合、バイパス経路３６の第２ガス供給開閉弁は閉弁したままであるので第１流量計２６で計測された流量でガスを充填することになる。

Ｓ６０では、実施例１で述べた充填制御と同様に、制御弁２４の弁開度を制御しながら充填制御を行う。即ち、小型燃料タンクへのガス充填の場合には低速充填制御を行うとともに大型燃料タンクの場合には高速充填制御を行う。

次のＳ６１では、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力が目標圧力に達したかどうかをチェックする。Ｓ６１において、現在の充填圧力が目標圧力に達したと判断したときは、今回のガス充填は完了したものと判断し、Ｓ６４において元弁６６、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、及び第２ガス供給開閉弁４０を閉弁し、今回の充填制御を終了する。

また、Ｓ６１において現在の充填圧力が目標圧力に達していないときは、まだ充填途中であるので、Ｓ６２に進み、燃料タンク１２の残充填量（充填可能量）を演算する。尚、燃料タンク１２の残充填量（充填可能量）は、残充填量＝（積算流量×{目標充填圧力−（初期圧力＋上昇圧力）}／上昇圧力）の演算式により演算することができる。

続いて、Ｓ６３では、燃料タンク１２の残充填量が予め設定された規定残充填量未満かどうかをチェックする。Ｓ６３において、燃料タンク１２の残充填量が予め設定された規定残充填量未満でないときは、上記Ｓ６１に戻り、Ｓ６１以降の処理を繰り返す。

また、Ｓ６１において、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力が目標圧力に達したときは、充填完了であるので、Ｓ６４に進み、可変ガス蓄圧器６２の元弁６６、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、バイパス経路３６の第２ガス供給開閉弁４０を閉弁する。これで、今回のガス充填処理が終了する。

また、上記Ｓ６３において、燃料タンク１２の残充填量が予め設定された規定残充填量未満であるときは、Ｓ６５に進み、高圧ガス蓄圧器６４の元弁６８を開弁し、高圧ガス蓄圧器６４に貯留された高圧ガスを燃料タンク１２に供給する。そして、Ｓ６６では、可変ガス蓄圧器６２の元弁６６を閉弁する。

続いて、Ｓ６７に進み、圧力センサ３０により検出された現在の充填圧力が目標圧力に達したかどうかをチェックする。Ｓ６７において、現在の充填圧力が目標圧力に達したときは、高圧ガス蓄圧器６４の元弁６８、第１ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、バイパス経路３６の第２ガス供給開閉弁４０を閉弁する。これで、今回のガス充填処理が終了する。

このように、燃料タンク１２の容積を演算することにより、燃料タンク１２の容積が規定容積以上であり、大型自動車のものと判定された場合には、バイパス経路３６に設けられた第２ガス供給開閉弁４０を自動的に開弁し、第１流量計２６及び第２流量計３８の両方で計測された流量でガスを高速充填することが可能になる。

以上のように本実施例３によれば、ガスを供給しようとする燃料タンクのガス充填の目標圧力よりも大きな圧力を貯蔵するガス蓄圧器を設けておけば、大型の燃料タンクに対してガス充填終了時まで高速充填制御を行うことができ、充填時間をより短縮できる。

なお、本実施例においては、図６のフローチャートに示されるようにＳ５７で求められた燃料タンクの容積を求め、Ｓ５８においてＳ５７で求められた燃料タンクの容積が所定の容積以上に大きい場合に充填可能量が大きいと判断し、第２ガス供給開閉弁４０を開弁させて大流量でガスを燃料タンク１２に充填するように構成しているが、充填可能量の大小はタンク容積に基づき求めるのではなく、例えばＳ５７及びＳ５８の処理に代えて図６のフローチャートのＳ６２及びＳ６３の処理を行うことにより直接充填可能量を求め、この充填可能量が所定の充填可能量よりも大きいと判断した場合に第２ガス供給開閉弁４０を開弁させて大流量でガスを燃料タンク１２に充填するように構成しても良いのはもちろんである。

図７は実施例４のガス供給装置の構成を示す系統図である。尚、図７において、前述した実施例１と同一部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図７に示されるように、ガス供給装置７０は、ガス供給経路１８に上流から流量計２６、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、圧力センサ３０の順に配置されており、ガス供給経路１８に下流に連通された充填ホース４４の先端には、三方弁４５、充填ノズル４６が設けられている。三方弁４５は、燃料タンク１２のガス充填時はａ，ｂポートが連通され、充填完了後の脱圧時にはｂ，ｃポートが連通される。

また、流量計２６の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路３６が設けられており、バイパス経路３６には、第２制御弁（請求項３及び４に記載の弁に相当する）７２とが設けられている。

さらに、ガス供給経路１８の下流には、緊急離脱カップリング４２を介して充填ホース４４が接続されている。そして、ディスペンサユニット１５の側面には、充填ノズル４６を掛止するノズル掛け４７が設けられ、ノズル掛け４７には充填ノズル４６が掛止されたことを検出するノズルスイッチ４９が設けられている。

流量計２６を流れる流量Ｑ１とバイパス経路３６を流れる流量Ｑ２との比Ｑ１／Ｑ２（分流比）は、流量計２６を流れる流量Ｑ１が変化するとそれに基づき変化する。

従って、流量計２６により計測された流量計測値からバイパス経路３６を流れる流量を演算する際は、流量に応じて変化する分流比に基づいて演算する必要がある。

本実施例は、流量計２６を流れる流量Ｑ１とバイパス経路３６を流れる流量Ｑ２との分流比が常に略一定（所定の分流比）になるように制御弁７２の弁開度を制御することにより、流量計２６を流れる流量Ｑ１と上記所定の分流比とから燃料タンク１２に供給されるガスの流量を分流比の変動を考慮することなく容易に計測できるようにしたものである。

図８は実施例４の制御装置１６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図８に示されるように、制御装置１６は、流量計２６を流れるガスの各流量毎の当該流量計２６の流量計測可能範囲の最大流量値に対する割合（％）と、この割合に対して流量計２６を流れるガスの流量と前記バイパス経路３６を流れるガスの流量との分流比が一定になるようにするための制御弁７２の弁開度とが対応付けて記憶された制御弁開度記憶手段（図示せず）の記憶内容に基づき制御弁７２の弁開度を制御しており、これにより燃料タンク１２へのガスの供給流量が変動したとしても分流比が変わらないように制御している。

以下、上記点を詳細に説明する。まず、Ｓ７１で充填開始スイッチ５０がオンに操作されると、Ｓ７２に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満であるかどうかをチェックする。Ｓ７２において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満であるときは、Ｓ７３に進み、制御弁７２の弁開度を３０％に調整する。

次のＳ７４では、充填終了条件（充填圧力が目標圧力に達した、または積算流量が目標充填量に達した）が成立したかどうかをチェックする。Ｓ７４において、充填終了条件が成立しないときは上記Ｓ７２に戻り、Ｓ７２以降の処理を実行する。また、Ｓ７４において、充填終了条件が成立したときは、Ｓ７５に進み、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４，７２を閉止させてガス充填を終了させる。

また、上記Ｓ７２において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満でないときは、Ｓ７６に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ７６において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っているときは、Ｓ７７に進み、制御弁７２の弁開度を６０％に調整する。その後は、上記Ｓ７４、Ｓ７５の処理を行う。

また、上記Ｓ７６において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っていないときは、Ｓ７８に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ７８において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っているときは、Ｓ７９に進み、制御弁７２の弁開度を９０％に調整する。その後は、上記Ｓ７４、Ｓ７５の処理を行う。

また、上記Ｓ７８において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っていないときは、Ｓ８０に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の９０％〜１００％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ８０において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の９０％〜１００％の範囲に入っているときは、Ｓ８１に進み、制御弁７２の弁開度を１００％に調整する。その後は、上記Ｓ７４、Ｓ７５の処理を行う。

このように、制御弁７２の弁開度を流量に応じて調整することにより、流量計２６を流れる流量Ｑ１とバイパス経路３６を流れる流量Ｑ２との分流比Ｑ１／Ｑ２を一定に保つことができ、例えば、分流比が１：１となるように調整した場合には、流量計２６により計測された流量計測値を２倍にすることで燃料タンク１２に供給されるガスの総流量を算出することができる。従って、流量にかかわらず分流比を一定に保つことで、流量の演算が容易となる。

実施例５では、上記図７に示すガス供給装置７０において、バイパス経路３６に設けられた制御弁７２の弁開度を固定して一定に保ち、流量計２６により計測された流量に対する計量係数を流量に応じて変更し、流量計２６の計測値に計量係数を掛けて流量計測値を補正する流量補正手段を有する。バイパス経路３６を有する構成では、バイパス経路３６を流れるガスの流量と流量計２６が設けられたガス供給経路１８の流量との分流比は流量の増減に応じて変化するため、この変化に応じて計量係数の値を自動的に調整する必要がある。

このため、本実施例では、流量計２６を流れる流量Ｑ１と当該流量Ｑ１に対応する分流比とを予め記憶しておくことにより、流量計２６を流れる流量Ｑ１と当該流量Ｑ１に対応する分流比とから燃料タンク１２に供給されるガスの流量を計測できるようにしたものである。

図９は実施例５の制御装置１６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。尚、実施例５の系統図は実施例４と同じなので、その説明は省略する。図９に示されるように、制御装置１６は、流量計２６を流れるガスの各流量毎の当該流量計２６の流量計測可能範囲の最大流量値に対する割合（％）と、この割合に対して流量計２６を流れるガスの流量と前記バイパス経路３６を流れるガスの流量との分流比とが対応付けて記憶された分流比記憶手段（図示せず）の記憶内容に基づき燃料タンク１２に供給されるガスの供給量を計測する。

以下、上記点を詳細に説明する。まず、Ｓ９１で充填開始スイッチ５０がオンに操作されると、Ｓ９２に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満であるかどうかをチェックする。Ｓ９２において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満であるときは、Ｓ９３に進み、計量係数（分流比）をＡ×1.3に設定する。これにより、流量演算時には、流量計２６により計測された流量計測値に対し、1.3倍の流量がバイパス経路３６を流れるものとして燃料タンク１２へのガスの供給量を算出する。

次のＳ９４では、充填終了条件（充填圧力が目標圧力に達した、または積算流量が目標充填量に達した）が成立したかどうかをチェックする。Ｓ９４において、充填終了条件が成立しないときは上記Ｓ９２に戻り、Ｓ９２以降の処理を実行する。また、Ｓ９４において、充填終了条件が成立したときは、Ｓ９５に進み、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４，７２を閉止させてガス充填を終了させる。

また、上記Ｓ９２において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％未満でないときは、Ｓ９６に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ９６において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っているときは、Ｓ９７に進み、計量係数（分流比）をＡ×1.2に設定する。これにより、流量演算時には、流量計２６により計測された流量計測値に対し、1.2倍の流量がバイパス経路３６を流れるものとして燃料タンク１２へのガスの供給量を算出する。その後は、上記Ｓ９４、Ｓ９５の処理を行う。

また、上記Ｓ９６において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の３０％〜６０％の範囲に入っていないときは、Ｓ９８に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ９８において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っているときは、Ｓ９９に進み、計量係数（分流比）をＡ×1.1に設定する。これにより、流量演算時には、流量計２６により計測された流量計測値に対し、1.1倍の流量がバイパス経路３６を流れるものとして燃料タンク１２へのガスの供給量を算出する。その後は、上記Ｓ９４、Ｓ９５の処理を行う。

また、上記Ｓ９８において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の６０％〜９０％の範囲に入っていないときは、Ｓ１００に進み、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の９０％〜１００％の範囲に入っているかどうかをチェックする。Ｓ１００において、流量計２６により計測された流量計測値が最大流量の９０％〜１００％の範囲に入っているときは、Ｓ１０１に進み、計量係数（分流比）をＡ×1.0に設定する。これにより、流量演算時には、流量計２６により計測された流量計測値に対し、1.0倍の流量がバイパス経路３６を流れるものとして燃料タンク１２へのガスの供給量を算出する。その後は、上記Ｓ９４、Ｓ９５の処理を行う。

このように、計量係数（分流比）を流量に応じて変更することにより、バイパス経路３６を流れるガスの流量を正確に計測することができ、例えば、流量に応じた大きさの計量係数を流量計測値に掛けることで、流量の差違による分流比の変化の影響を受けずに燃料タンク１２に充填された流量（充填量）を正確に求めることができる。

尚、上記実施例では、バイパス経路を１本設けた構成を例に挙げて説明したが、これにより、バイパス経路を複数設けた構成としても良いのは勿論である。

また、上記実施例では、燃料電池車で消費される水素ガス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、あるいは都市ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）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、自動車の燃料タンク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。

本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。 ディスペンサユニット１５の正面図である。 制御装置１６が実行するガス充填制御処理１を説明するためのフローチャートである。 制御装置１６が実行するガス充填制御処理２を説明するためのフローチャートである。 実施例３のガス供給装置の構成を示す系統図である。 制御装置１６が実行するガス充填制御処理３を説明するためのフローチャートである。 実施例４のガス供給装置の構成を示す系統図である。 実施例４の制御装置１６が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。 実施例５の制御装置１６が実行する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

１０，６０，７０ ガス供給装置
１２ 燃料タンク
１４ ガス蓄圧器
１５ ディスペンサユニット
１６ 制御装置
１８ ガス供給経路
２２ 第１ガス供給開閉弁
２４ 制御弁
２６ 第１流量計
３０ 圧力センサ
３６ バイパス経路
３８ 第２流量計
４０ 第２ガス供給開閉弁
４６ 充填ノズル
５０ 充填開始スイッチ
５４ 大容量充填スイッチ
６２ 可変ガス蓄圧器
６４ 高圧ガス蓄圧器
６６，６８ 元弁
７２ 第２制御弁

Claims (2)

1. 圧縮されたガスを貯留する圧力源から被充填タンクにガスを供給するガス供給経路に流量計を設け、該流量計により計測される流量計測値及び予め設定された制御則に基づいて流量制御を行うガス供給装置において、
   前記流量計の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路と、
   前記バイパス経路に設けられた弁と、
   前記被充填タンクへのガスの充填可能量を推定する充填可能量推定手段と、
   該充填可能量推定手段により推定された充填可能量が予め設定された所定以上である場合に前記バイパス経路の弁を開弁させる開弁手段と、
   を備えたことを特徴とするガス供給装置。
2. 圧縮されたガスを貯留する圧力源から被充填タンクにガスを供給するガス供給経路に流量計を設け、該流量計により計測される流量計測値及び予め設定された制御則に基づいて流量制御を行うガス供給装置において、
   前記流量計の上流と下流との間をバイパスするバイパス経路と、
   前記バイパス経路に設けられた弁と、
   前記流量計を通過する流量と前記バイパス経路を通過する流量との分流比が予め設定された所定値を保つように、前記流量計の計測値に応じて前記バイパス経路の弁の弁開度を制御する制御手段を備えたことを特徴とするガス供給装置。

Images