JP4877434B2 - ガス充填装置及びガス充填方法 - Google Patents

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本発明は、燃料被供給体のガス貯留容器に接続され、燃料ガス供給源から供給された燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填するガス充填装置及びガス充填方法に関する。
従来から、燃料ガス（例えば、水素ガスや圧縮天然ガス）と酸化ガス（例えば、空気）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池自動車の開発が進められている。この燃料電池自動車には、燃料ガスタンク（ガス貯留容器）が搭載されており、この燃料ガスタンクに対しては、ガス充填装置（燃料ガスステーション）等の燃料ガス供給システムから燃料ガスが供給されている。このガス充填装置は、通常、圧縮された燃料ガスを貯蔵する畜圧器に接続された充填ノズルを燃料電池自動車の燃料ガスタンクに接続し、高圧の燃料ガスを前記燃料ガスタンクに充填するが、燃料電池自動車が複数の燃料ガスタンクを備えている場合、いずれか１本の燃料ガスタンクの圧力、温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率（ＳｏＣ：State of Charge）を判断し、燃料ガスの充填終了を制御することが行われている。
また、燃料電池自動車に搭載された複数の燃料ガスタンク毎に接続される充填バルブと、前記複数の燃料ガスタンク毎に接続される放出バルブと、前記充填バルブ間に接続された充填配管と、前記放出バルブ間に接続された放出配管と、前記複数の燃料ガスタンク毎の温度を検出する複数の温度センサと、前記燃料ガスタンク毎の圧力を検出する複数の圧力センサと、これら温度センサ及び圧力センサの検出結果に基づいて前記充填バルブ及び前記放出バルブの制御を行なう制御ユニットと、を備えたガス充填装置も紹介されている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−８４８０８号公報
ところで、燃料ガスタンクに対する燃料ガスの充填は、充填率（ＳｏＣ）が１００％となり、且つ、できるだけ短時間で充填が行われることが望まれているが、このためには、燃料ガスタンク内の圧力が８７．５ＭＰａ、温度が８５℃となるように充填制御することが最適であることが知られている。なお、現在、燃料ガスタンクの耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時の燃料ガスタンク内温度の上限値が規定されており、その規定値は一般に約８５℃であり、通常、燃料ガスタンク内温度が８５℃を超えると、燃料ガスの充填が停止されるようになっている。
また、複数の燃料ガスタンクが搭載されている燃料電池自動車では、各々の燃料ガスタンク同士の体格の違い等により、当該各々の燃料ガスタンクの放熱性（放熱性＝タンクの表面積／タンクの内容積）に違いが生じ、１台の燃料電池自動車において、温度が上がり易い（放熱性が低い）燃料ガスタンクと、温度が上がり難い（放熱性が高い）燃料ガスタンクが混在することがある。
ここで、放熱性が異なる燃料ガスタンクが混在している際に、複数の燃料ガスタンクのうち、温度が上がり難い燃料ガスタンク内の圧力及び温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率（ＳｏＣ）を判断し、燃料ガスの充填終了を制御する場合、燃料ガスタンク内の圧力が８７．５ＭＰａ、温度が８５℃で、充填率（ＳｏＣ）が１００％になると、温度が上がり易い燃料ガスタンクは、既に内部温度が８５℃を超えており、燃料ガスタンク内温度が８５℃を超えると、燃料ガスの充填が停止されることから、充填率（ＳｏＣ）が１００％になる前に、燃料ガスの充填が停止されることになる。一方、複数の燃料ガスタンクのうち、温度が上がり易い燃料ガスタンク内の圧力及び温度をモニタリングした場合、この燃料ガスタンク内の圧力が８７．５ＭＰａ、温度が８５℃で、充填率（ＳｏＣ）が１００％になると、温度が上がり難い燃料ガスタンクは、内部温度が８５℃まで上昇しておらず、充填率（ＳｏＣ）が１００％を超えてしまうことになる。したがって、燃料電池自動車が複数の燃料ガスタンクを備えている場合、いずれか１本の燃料ガスタンクの圧力、温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率（ＳｏＣ）を判断し、燃料ガスの充填終了を制御する方法では、全ての燃料タンクに十分に燃料ガスを充填することが困難である。
また、特許文献１に記載されたガス充填装置は、全ての燃料ガスタンクに温度センサ及び圧力センサを配設し、全ての燃料ガスタンク内の温度及び圧力をモニタリングし、始めに燃料ガス（水素）量の少ない燃料ガスタンクへ、他の燃料ガス量の多い燃料ガスタンクから燃料ガスを移送する方法をとっているため、コストがかかると共に、制御が複雑である。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、温度が上がり易い（放熱性が低い）ガス貯留容器と、温度が上がり難い（放熱性が高い）ガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することが可能なガス充填装置及びガス充填方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填装置であって、圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源と；前記ガス供給源に接続され、前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する燃料ガス充填ラインと；前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得部と；前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得部と；予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得部と；前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、前記内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出部と；前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御部と；を備えてなるガス充填装置を提供するものである。
この構成を備えたガス充填装置は、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する場合であっても、温度が最も上がり易いガス貯留容器の内部温度が、予め決定されている上限温度を超えることがなく、温度が上がり難いガス貯留容器の燃料ガス充填率が１００％を超えることがないように制御することができる。したがって、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填装置は、前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部と、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部と、をさらに備えることができる。
そしてまた、本発明に係るガス充填装置の一態様としては、前記温度情報取得部は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得し、前記圧力情報取得部は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得し、前記温度差算出部は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出するよう構成することができる。このように構成することで、前記複数のガス貯留容器の放熱性が異なっても、複数のガス貯留容器のうち、１つのガス貯留容器、即ち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報及び温度情報を取得することで、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、この構成の場合、前記温度情報取得部は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に予め配設されてなる温度検出器から温度情報を取得することができる。このように構成することで、燃料ガスを充填する際に、前記温度検出器から検出される検出温度をモニタすることで、前記各々のガス貯留容器の放熱性を比較することなく、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度を検出することができる。
また、本発明に係るガス充填装置の他の態様としては、前記温度情報取得部は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得することができる。このように構成することで、全てのガス貯留容器の内部の温度情報を取得することができるため、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差をより簡単且つ迅速に算出することができ、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
さらにまた、この構成の場合、前記温度情報取得部は、全てのガス貯留容器内に予め配設されてなる各々の温度検出器から温度情報を取得することができる。
また、本発明に係るガス充填装置は、前記温度情報から求めた温度と、前記圧力情報から求めた圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量を示すデータを取得する充填流量データ取得部をさらに備えることができる。このように構成することで、ガス貯留容器内の温度及び圧力に応じて、常に適切な充填流量（昇圧速度）で、各ガス貯留容器に燃料ガスを充填することができる。
なお、前記温度上限値は、ガス貯留容器の耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時のガス貯留容器内温度の上限値として規定されている約８５℃に設定することができる。
そしてまた、圧力情報取得部は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得することができる。このように構成することで、前記ガス貯留容器の内部に圧力検出器を配設することなく、当該ガス貯留容器内の圧力情報を取得することができる。
また、本発明は、燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填方法であって、圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源から燃料ガス充填ラインを介して前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する充填工程と；前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得工程と；前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得工程と；予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得工程と；前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出工程と；前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御工程と；を備えてなるガス充填方法を提供するものである。
これらの工程を備えたガス充填方法は、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する場合であっても、温度が最も上がり易いガス貯留容器の内部温度が、予め決定されている上限温度を超えることがなく、温度が上がり難いガス貯留容器の燃料ガス充填率が１００％を超えることがないように制御することができる。したがって、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填方法は、前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定工程と、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定工程と、をさらに含むことができる。
また、本発明に係るガス充填方法の一態様としては、前記温度情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含み、前記圧力情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得する工程を含み、前記温度差算出工程は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出する工程を含むことができる。
このガス充填方法によれば、前記複数のガス貯留容器の放熱性が異なっても、複数のガス貯留容器のうち、１つのガス貯留容器、即ち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報及び温度情報を取得することで、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、前記温度情報取得工程は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含むことができる。この工程により、前記各々のガス貯留容器の放熱性を比較することなく、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得することができる。
また、本発明に係るガス充填方法の他の態様としては、前記温度情報取得工程は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含むことができる。
このガス充填方法によれば、全てのガス貯留容器の内部の温度情報を取得することができるため、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差をより簡単且つ迅速に算出することができ、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、前記温度情報取得工程は、全てのガス貯留容器内に予め配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含むことができる。
なお、本発明に係るガス充填方法は、ガス貯留容器の耐久性等を考慮して、前記温度上限値を燃料ガス充填時のガス貯留容器内温度の上限値として規定されている約８５℃に設定することができる。
そしてまた、前記圧力情報取得工程は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する工程を含むことができる。この工程により、前記ガス貯留容器の内部に圧力検出器を配設することなく、当該ガス貯留容器内の圧力を検出することができる。
本発明に係るガス充填装置によれば、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填方法によれば、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
本発明の実施形態１に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図である。 図１に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係るガス充填装置において、ガスタンク（ガス貯留容器）の充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す図である。 本発明の実施形態１に係るガス充填方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態１に係るガスタンク（ガス貯留容器）内の温度と圧力との関係によるガスタンクの充填率を示す表である。 本発明の実施形態２に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図である。 図６に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態２に係るガスタンク（ガス貯留容器）内の温度と圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量（昇圧速度）を示す表である。 本発明の実施形態２に係るガス充填装置において、ガスタンク（ガス貯留容器）の充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す図である。 本発明の実施形態２に係るガス充填方法を示すフローチャートである。
次に、本発明の実施形態に係るガス充填装置及びガス充填方法について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図、図２は、図１に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施形態１では、燃料被供給体が、燃料ガス（例えば、水素ガスや圧縮天然ガス等）と酸化ガス（例えば、空気）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池自動車（以下、ＦＣ車両１００という）である場合について説明する。
このＦＣ車両１００は、図１に示すように、燃料ガスを貯留する複数のガスタンク（実施形態１では、第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２）を備えている。第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２は、ＦＣ車両１００の製造段階で各々の放熱性データが予め取得されており、このデータは、ＦＣ車両１００に搭載されている図示しない記憶部に記憶されている。なお、第２ガスタンク１０２は、第１ガスタンク１０１よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、第２ガスタンク１０２内には、第２ガスタンク１０２内の温度（Ｔ）を測定する温度検出器としての温度計１０３が予め配設されている。この温度計１０３は、検出した温度（Ｔ）を温度情報として、後に詳述するガス充填装置１の温度情報取得部４８に、通信により送信可能となっている。
ガス充填装置１は、図１に示すように、ＦＣ車両１００に搭載された第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２に燃料ガスを充填する装置であり、燃料ガスを供給するガス供給源１０と、ガス供給源１０に接続され且つガス供給源１０から供給された燃料ガスを第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２に充填する燃料ガス充填ラインＬを有している。燃料ガス充填ラインＬには、ガス供給源１０側から順に、ガス供給源１０から供給された燃料ガスを圧縮するコンプレッサ２０と、コンプレッサ２０から吐出された燃料ガスの流通を停止可能な遮断弁３０と、燃料ガス充填ラインＬを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力検出器としての圧力計４０と、が配設されている。この圧力計４０は、検出した圧力（Ｐ）を圧力情報として、後に詳述するガス充填装置１の圧力情報取得部４９に、通信により送信可能となっている。
また、ガス充填装置１は、温度計１０３、圧力計４０及び遮断弁３０に接続され、温度計１０３から送信された温度情報（温度：Ｔ）、及び圧力計４０から送信された圧力情報（圧力：Ｐ）に基づいて遮断弁３０の開閉を制御する制御装置５０を備えている。
制御装置５０は、特に図２に示すように、温度計１０３で測定された温度（Ｔ：温度情報）を取得する温度情報取得部４８と；圧力計４０で測定された圧力（Ｐ：圧力情報）を取得する圧力情報取得部４９と；予め取得されたガスタンク（ガス貯留容器）の充填率が目標充填率（約１００％）となる際の当該ガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データ（図３参照）が記憶されている記憶部５１と；予め取得された第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２の放熱性データに基づいて、放熱性が最も高いガスタンク（実施形態１の場合は、第２ガスタンク１０２）と、放熱性が最も低いガスタンク（実施形態１の場合は、第１ガスタンク１０１）との燃料ガス充填時における温度差（ΔＴ）を算出する温度差算出部５２と；温度情報取得部４８が取得した温度が、予め設定されている温度上限値（実施形態１の場合は、８５℃）から温度差（ΔＴ）を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部５３と；圧力情報取得部４９が取得した圧力が、前記対応関係データにおいて前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部５４と；前記温度情報取得部４８が取得した温度が差引温度になり且つ前記検出圧力が前記対応圧力になった際に、遮断弁３０を閉じるよう制御する制御部５５と；を備えている。
なお、燃料ガス充填ラインＬの下流端には、図示しない充填ノズルが配設されており、この充填ノズルをＦＣ車両１００の燃料供給口に接続することで、燃料ガス充填開始可能状態となる。
次に、実施形態１に係るガス充填装置１の具体的動作（即ち、ガス充填方法）について図４に示すフローチャートを参照して説明する。
ＦＣ車両１００に燃料ガスを充填する際は、先ず、ガス充填装置１の図示しない充填ノズルをＦＣ車両１００の図示しない燃料供給口に接続し、燃料ガス充填開始可能状態とする。この時、遮断弁３０は閉じている。次に、ステップＳ１０１に進み、遮断弁３０を開く（開状態とする）。この動作により、ガス供給源１０から供給された燃料ガスは、燃料ガス充填ラインＬからコンプレッサ２０に流れ、コンプレッサ２０から吐出された燃料ガスは、下流側の燃料ガス充填ラインＬから遮断弁３０を介して第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２に充填される。その後、ステップＳ１０２に進む。
ステップＳ１０２では、温度差算出部５２が、第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２の放熱性データをＦＣ車両１００の図示しない記憶部から取得し、この取得データに基づいて、燃料ガス充填時における第１ガスタンク１０１と第２ガスタンク１０２の温度差（ΔＴ）を算出し、ステップＳ１０３に進む。なお、実施形態１では、第１ガスタンク１０１と第２ガスタンク１０２の温度差（ΔＴ）が１０℃であるとする。
ステップＳ１０３では、温度計１０３により第２ガスタンク１０２内の温度を検出し、温度情報取得部４８が、この温度情報を通信により取得し、ステップＳ１０４に進む。次に、ステップＳ１０４では、温度判定部５３が、ガスタンク内の温度上限値（８５℃）から第１ガスタンク１０１と第２ガスタンク１０２の温度差（ΔＴ：実施形態１では、１０℃）を差し引いて得られる差引温度（実施形態１では、７５℃）と、温度情報取得部４８が取得した温度とが一致するか否かを判定する。差引温度（７５℃）が、温度情報取得部４８が取得した温度に一致した（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）場合は、ステップＳ１０５に進む。一方、差引温度（７５℃）が、温度情報取得部４８が取得した温度に一致しない（ステップＳ１０４：ＮＯ）場合は、ステップＳ１０３に戻る。
ステップＳ１０５では、圧力判定部５４が、記憶部５１に記憶されている図３に示す温度と圧力の対応関係から、ガスタンク内の温度が７５℃の時のガスタンク内圧力（対応圧力）を取得し、ステップＳ１０６に進む。なお、図３に示すように、実施形態１では、ガスタンク内の温度が７５℃の時の対応圧力は８５ＭＰａである。即ち、第２ガスタンク１０２は、第２ガスタンク１０２内の温度が７５℃であり、圧力が８５ＭＰａの時に、燃料ガス充填率は、図５に示すように約１００％となる。また、実施形態１では、圧力判定部５４が、対応関係データを取得する関係データ取得部の役割を果たしている。
ステップＳ１０６では、圧力計４０により、燃料ガス充填ラインＬの下流端近傍を流通する燃料ガスの圧力を検出し、この圧力情報を圧力情報取得部４９に送信し、ステップＳ１０７に進む。次に、ステップＳ１０７では、圧力判定部５４が、対応圧力（８５ＭＰａ）と、圧力情報取得部４９が取得した圧力とが一致するか否かを判定する。対応圧力が圧力情報取得部４９が取得した圧力に一致した（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）場合は、ステップＳ１０８に進む。一方、対応圧力が、圧力情報取得部４９が取得した圧力に一致しない（ステップＳ１０７：ＮＯ）場合は、ステップＳ１０６に戻る。
ステップＳ１０８では、制御部５５が遮断弁３０を閉じ、第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２に対する燃料ガスの充填を停止させる。
なお、前述したが、実施形態１では、第２ガスタンク１０２は、第１ガスタンク１０１よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、燃料ガス充填時における両者の温度差（ΔＴ）は１０℃である。したがって、第２ガスタンク１０２内の温度が７５℃となった際に、第１ガスタンク１０１内の温度が８５℃になるが、第１ガスタンク１０１内の圧力は、第２ガスタンク１０２内と同じ８５ＭＰａであるため、燃料ガス充填率は、図５に示すように約９８％となる。
このように、ＦＣ車両１００が、放熱性の異なる第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２を搭載していても、放熱性が最も高い第２ガスタンク１０２内の温度及び圧力をモニタリングするだけで、両ガスタンク１０１及び１０２の燃料ガス充填率をほぼ１００％近くまで向上させることができる。
また、前述したが、現在、ガスタンクの耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時のガスタンク内温度の上限値（約８５℃）が規定されており、実施形態１でも第１ガスタンク１０１内の温度及び第２ガスタンク１０２内の温度が８５℃を超えた場合、燃料ガスの充填が停止されるようにしている。具体的には、実施形態１では、温度上限値（８５℃）から温度差（ΔＴ）を差し引いた差引温度が、温度情報取得部４８が取得した温度に一致した際に遮断弁３０を閉じるフラグをたてることで対処している。
なお、実施形態１では、放熱性の異なる２つのガスタンク（第１ガスタンク１０１及び第２ガスタンク１０２）が搭載されたＦＣ車両１００に燃料ガスを充填する場合について説明したが、これに限らず、本発明に係るガス充填装置及びガス充填方法は、３つ以上のガスタンクが搭載されたＦＣ車両１００に燃料ガスを充填することもできる。この場合、３つ以上のガスタンクのうち、放熱性が最も高い（温度が最も上がり難い）ガスタンクの温度を検出し、放熱性が最も低い（温度が最も上がり易い）ガスタンクとの温度差（ΔＴ）を算出すればよい。
また、実施形態１では、放熱性が最も高いガスタンク（第２ガスタンク１０２）内に予め配設された温度計１０３により、放熱性が最も高いガスタンク内の温度を検出し、この検出温度を温度情報取得部４８に送信する場合について説明したため、例えば、各々のガスタンクの放熱性データを比較することなく、放熱性が最も高いガスタンク内の温度情報を取得することができ、温度情報取得工程を簡単に行うことができたが、これに限らず、放熱性が最も高いガスタンク内の温度は、例えば、ＦＣ車両１００の記憶部に記憶されている放熱性データに基づいて、燃料ガス充填開始時に放熱性が最も高いガスタンクを選択し、選択されたガスタンク内に温度検出器を、ガス充填時に挿入する等して検出する等、任意の方法により検出してもよい。この場合も、温度情報取得部４８は、挿入した温度検出器からガスタンク内の温度情報を取得することができる。
そしてまた、実施形態１では、燃料ガス充填ラインＬの下流端近傍に圧力計４０を配設し、この圧力計４０により燃料ガス充填ラインＬの下流端近傍を流通する燃料ガスの圧力を検出することで、第１ガスタンク１０１内及び第２ガスタンク１０２内の圧力を検出し、この検出圧力を圧力情報取得部４９に送信する場合について説明したため、例えば、第１ガスタンク１０１内及び第２ガスタンク１０２内に予め圧力検出器を配設しておく必要がないという利点が得られるが、これに限らず、少なくとも放熱性が最も高いガスタンク内の圧力は、例えば、ＦＣ車両１００に搭載されている図示しない記憶部に記憶されている放熱性データに基づいて、燃料ガス充填開始時に放熱性が最も高いガスタンクを選択し、選択されたガスタンク内に圧力検出器を挿入する等して検出する、あるいは、ガスタンク内に予め配設された圧力検出器により圧力を検出する等、任意の方法により検出してもよい。この場合も、圧力情報取得部４９は、挿入した圧力検出器から圧力情報を取得することができる。
さらにまた、実施形態１では、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を行った後、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を行った場合について説明したが、これに限らず、本発明は、例えば、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を行った後、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を行ってもよく、あるいは、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４と、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７とを並行して（同時に）行い、温度情報取得部４８が取得した温度が差引温度になり且つ圧力情報取得部４９が取得した圧力が対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御してもよい。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るガス充填装置及びガス充填方法について図面を参照して説明する。
図６は、本発明の実施形態２に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図、図７は、図６に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施形態２では、実施形態１で説明したガス充填装置と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、実施形態２においても、実施形態１と同様に、燃料被供給体がＦＣ車両である場合について説明する。
図６に示すように、ガス充填装置２により燃料ガスの充填が行なわれるＦＣ車両２００は、第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２及び第３ガスタンク１０５を備えている。第１ガスタンク１０１内には、第１ガスタンク１０１内の温度（Ｔ１）を測定する温度検出器としての温度計２０３Ａが予め配設されており、第２ガスタンク１０２内には、第２ガスタンク１０２内の温度（Ｔ２）を測定する温度検出器としての温度計２０３Ｂが予め配設されており、第３ガスタンク１０５内には、第２ガスタンク１０５内の温度（Ｔ３）を測定する温度検出器としての温度計２０３Ｃが予め配設されている。これらの温度計２０３Ａ、２０３Ｂ及び２０３Ｃは、検出した温度（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）を温度情報として、ガス充填装置２の温度情報取得部４８に、通信により送信可能となっている。
なお、実施形態２では、第２ガスタンク１０２は、第１ガスタンク１０１よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、第３ガスタンク１０５は、第２ガスタンク１０２よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有している。即ち、３つのガスタンクの温度は、第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２、第３ガスタンク１０５の順に低温（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）となる。
また、ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部には、ガスタンク内の温度と圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量（昇圧速度）を示す情報（図８参照）、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す情報（図９参照）が記憶されている。実施形態２の場合、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係は、実施形態１と同様に図９に示す対応関係データによって示される。
ガス充填装置２は、図６に示すように、ＦＣ車両２００に搭載された第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２、第３ガスタンク１０５に燃料ガスを充填する装置であり、実施形態１に係るガス充填装置１と同様のガス供給源１０及び燃料ガス充填ラインＬを有しており、燃料ガス充填ラインＬには、コンプレッサ２０、遮断弁３０、圧力計４０が配設されている。この圧力計４０は、検出した圧力（Ｐ）を圧力情報として、ガス充填装置２の圧力情報取得部４９に、通信により送信可能となっている。
また、ガス充填装置２は、温度計２０３Ａ、２０３Ｂ及び２０３Ｃ、圧力計４０及び遮断弁３０に接続され、温度計２０３Ａ、２０３Ｂ及び２０３Ｃから送信された温度情報（温度：Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）、及び圧力計４０から送信された圧力情報（圧力：Ｐ）、ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部から取得した情報に基づいて遮断弁３０の開閉を制御する制御装置２５０を備えている。
制御装置２５０は、特に図７に示すように、温度計２０３Ａ、２０３Ｂ及び２０３Ｃで測定された温度（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３：温度情報）を取得する温度情報取得部４８と；圧力計４０で測定された圧力（Ｐ：圧力情報）を取得する圧力情報取得部４９と；ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部に記憶された対応関係データ（図９参照）から、温度上限値（ＴＭＡＸ）から温度差（ΔＴ）を差引いた差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）に対応する圧力（Ｐ’：圧力目標値）を取得する対応関係データ取得部４７と；温度情報取得部４８が取得した温度（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）から、最高温度（Ｔ１）と最低温度（Ｔ３）との温度差（ΔＴ）を算出する温度差算出部５２と；温度情報取得部４８が取得した温度が、予め設定されている温度上限値（ＴＭＡＸ）から温度差（ΔＴ）を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部５３と；圧力情報取得部４９が取得した圧力が、前記対応関係データにおいて前記差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）に対応する圧力（Ｐ’）になったか否かを判定する圧力判定部５４と；前記温度情報取得部４８が取得した温度が差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）になり且つ圧力計４０で測定された圧力（Ｐ）が前記対応圧力（Ｐ’）になった際に、遮断弁３０を閉じるよう制御する制御部５５と；ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部に記憶された燃料ガスの充填流量を示すデータから、温度計２０３Ｃで測定された温度（Ｔ３）と圧力計４０で測定された圧力（Ｐ）とにより決定される燃料ガスの充填流量を取得する充填流量データ取得部５６と；を備えている。
なお、燃料ガス充填ラインＬの下流端には、実施形態１と同様に、図示しない充填ノズルが配設されており、この充填ノズルをＦＣ車両１００の燃料供給口に接続することで、燃料ガス充填開始可能状態となる。この充填ノズル及び燃料供給口は、通信機能を有しており、前述した情報の送受信を行うことができるようになっている。
次に、実施形態２に係るガス充填装置２の具体的動作（即ち、ガス充填方法）について図１０に示すフローチャートを参照して説明する。
ＦＣ車両２００に燃料ガスを充填する際は、先ず、ガス充填装置２の図示しない充填ノズルをＦＣ車両２００の図示しない燃料供給口に接続し、燃料ガス充填開始可能状態とする。この時、遮断弁３０は閉じている。次に、ステップＳ２０１に進み、温度情報取得部４８が、ＦＣ車両２００に搭載されている第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２及び第３ガスタンク１０５内に各々配設されている温度計２０３Ａ、２０３Ｂ及び２０３Ｃが測定した温度（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）を通信により取得した後、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０２では、圧力情報取得部４９が、圧力計４０で測定された圧力（Ｐ）を通信により取得し、ステップＳ２０３に進む。
ステップＳ２０３では、充填流量データ取得部５６が、ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部に記憶された燃料ガスの充填流量を示すデータ（図８参照）から、温度計２０３Ｃで測定された温度（Ｔ３）と圧力計４０で測定された圧力（Ｐ）とにより決定される燃料ガスの充填流量を取得し、ステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４では、遮断弁３０を開き、ガス供給源１０から燃料ガス充填ラインＬ、コンプレッサ２０、遮断弁３０を介して、ステップＳ２０３で取得した充填流量で、第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２及び第３ガスタンク１０５に燃料ガスを充填する。その後、ステップＳ２０５に進む。
次に、ステップＳ２０５では、温度差算出部５２が、温度情報取得部４８が取得した温度（Ｔ１、Ｔ２及びＴ３）のうち、最高温度（Ｔ１）と最低温度（Ｔ３）との温度差（ΔＴ）を算出し、ステップＳ２０６に進む。
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で算出した温度差（ΔＴ）を、予め決定されている温度上限値（ＴＭＡＸ）から差し引いた差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）を算出し、ステップＳ２０７に進む。
次に、ステップＳ２０７では、対応関係データ取得部４７が、ＦＣ車両２００に搭載された図示しない記憶部に記憶された対応関係データ（図９参照）から、差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）に対するＳｏＣが１００％となる圧力（Ｐ’）を取得する。その後、ステップＳ２０８に進む。
ステップＳ２０８では、温度判定部５３が、ステップＳ２０６で算出した差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）と、温度情報取得部４８が取得した最低温度（Ｔ３）とが一致するか否かを判定する。差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）が、温度情報取得部４８が取得した温度に一致した（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２０９に進む。一方、差引温度（ＴＭＡＸ−ΔＴ）が、温度情報取得部４８が取得した温度に一致しない（ステップＳ２０８：ＮＯ）場合は、ステップＳ２０１に戻る。
ステップＳ２０９では、圧力判定部５４が、ステップＳ２０７で取得した圧力（Ｐ’）と、圧力情報取得部４９が取得した圧力（Ｐ）とが一致するか否かを判定する。圧力情報取得部４９が取得した圧力（Ｐ）と圧力情報取得部４９が取得した圧力（Ｐ’）とが一致した（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）場合は、ステップＳ２１０に進む。一方、圧力（Ｐ）と圧力（Ｐ’）とが一致しない（ステップＳ２０９：ＮＯ）場合は、ステップＳ２０１に戻る。
ステップＳ２１０では、制御部５５が遮断弁３０を閉じ、第１ガスタンク１０１、第２ガスタンク１０２及び第３ガスタンク１０５に対する燃料ガスの充填を停止させる。
なお、第１のガスタンク１０１と、第３のガスタンク１０５との最終的な温度差が、例えば２０℃の場合、図９に示すように、燃料ガス供給停止時には、第１のガスタンク１０１の温度が８５℃、圧力８２ＭＰａ、充填率９６％、第３のガスタンク１０５の温度が６５℃、圧力８２ＭＰａ、充填率１００％となる。
このように、ＦＣ車両２００が、放熱性の異なる複数のガスタンクを搭載していても、全てのガスタンクの燃料ガス充填率をほぼ１００％近くまで向上させることができる。
なお、実施形態２においても、実施形態１と同様に、ガスタンクの耐久性等を考慮して、全てのガスタンク内の温度が、現在規定されている上限値（約８５℃）を超えた場合、燃料ガスの充填が停止されるようにしている。
また、実施形態２では、放熱性の異なる３つのガスタンクが搭載されたＦＣ車両２００に燃料ガスを充填する場合について説明したが、これに限らず、本発明に係るガス充填装置及びガス充填方法は、３つ以上のガスタンクが搭載されたＦＣ車両２００に燃料ガスを充填することもできる。
そしてまた、実施形態２では、ＦＣ車両２００に搭載されたガスタンクに温度計を配設した場合について説明したが、これに限らず、ガス充填装置２に温度計（温度検出部）を持たせ、燃料ガス充填開始時に、各々のガスタンクの温度を検出し、この温度情報を温度情報取得部４８が取得するようにしてもよい。
また、実施形態２では、ＦＣ車両２００の記憶部が、ガスタンク内の温度と圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量（昇圧速度）を示す情報（図８参照）、及び、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す情報（図９参照）を記憶している場合について説明したが、これに限らず、これらの情報の少なくとも一つを記憶している記憶部を、ガス充填装置２が有していてもよい。
１、２…ガス充填装置、 １０…ガス供給源、 ２０…コンプレッサ、 ３０…遮断弁、 ４０…圧力計、 ４７…対応関係データ取得部、 ４８…温度情報取得部、 ４９…圧力情報取得部 ５０…制御装置、 ５１…記憶部、 ５２…温度差算出部、 ５３…温度判定部、 ５４…圧力判定部、 ５５…制御部、 ５６…充填流量データ取得部、 １００、２００…ＦＣ車両、 １０１…第１ガスタンク、 １０２…第２ガスタンク、 １０３、２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃ…温度計、１０５…第３ガスタンク

Claims (13)

  1. 燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填装置であって、
    圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源と、
    前記ガス供給源に接続され、前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する燃料ガス充填ラインと、
    前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得部と、
    前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得部と、
    予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得部と、
    前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち前記内部温度が最も高温であるガス貯留容器と内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出部と、
    前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、且つ、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力となった場合に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御部と、を備えてなる、
    ガス充填装置。
  2. 前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部と、
    前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部と、をさらに備え、
    前記制御部は、前記温度情報から求めた温度が前記差引温度になったものと前記温度判定部で判定され、且つ、前記圧力情報から求めた圧力が前記差引温度に対応する対応圧力になったものと前記圧力判定部で判定された場合に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する、
    請求項１記載のガス充填装置。
  3. 前記温度情報取得部は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する、
    請求項１または請求項２記載のガス充填装置。
  4. 前記温度情報取得部は、全てのガス貯留容器内に予め配設されてなる各々の温度検出器から温度情報を取得する、
    請求項３記載のガス充填装置。
  5. 前記温度情報から求めた温度と、前記圧力情報から求めた圧力と、により決定される燃料ガスの充填流量を示すデータを取得する充填流量データ取得部をさらに備え、前記充填流量データ取得部で取得した充填流量で前記各々のガス貯留容器に燃料ガスが充填される、
    請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のガス充填装置。
  6. 前記温度上限値が８５℃である、
    請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のガス充填装置。
  7. 圧力情報取得部は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する、
    請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のガス充填装置。
  8. 燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填方法であって、
    圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源から燃料ガス充填ラインを介して前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する充填工程と、
    前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得工程と、
    前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得工程と、
    予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得工程と、
    前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出工程と、
    前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、且つ、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった場合に、前記充填工程による前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御工程と、を備えてなる、
    ガス充填方法。
  9. 前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定工程と、
    前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定工程と、をさらに含み、
    前記制御工程では、前記温度情報から求めた温度が前記差引温度になったものと前記温度判定工程で判定され、且つ、前記圧力情報から求めた圧力が前記差引温度に対応する対応圧力になったものと前記圧力判定工程で判定された場合に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する、
    請求項８記載のガス充填方法。
  10. 前記温度情報取得工程は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含む、
    請求項８または請求項９記載のガス充填方法。
  11. 前記温度情報取得工程は、全てのガス貯留容器内に予め配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含む、
    請求項１０記載のガス充填方法。
  12. 前記温度上限値が８５℃である、
    請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載のガス充填方法。
  13. 前記圧力情報取得工程は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する工程を含む、
    請求項８ないし請求項１２のいずれか一項に記載のガス充填方法。
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