JP5087356B2

JP5087356B2 - 液化ガス充填システム

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Publication number: JP5087356B2
Application number: JP2007252482A
Authority: JP
Inventors: 宏之雨森
Original assignee: トキコテクノ株式会社
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: JP2009085249A

Description

本発明は液化ガス充填システム及び液化ガス充填量演算方法に係わり、特に液化ガスを被充填容器に充填する際の気相部分の均圧化に伴う流量変化を測定するよう構成された液化ガス充填システムに関する。

自動車などの車両用燃料として使用される液化ガスとして、例えば、ブタン・プロパンなどを主成分とするＬＰＧ(Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｇａｓ)、酸素含有率が高く黒煙が出ないディーゼル燃料として使用されるＤＭＥ（ジメチルエーテル）がある。この種の液化ガスは、気体燃料を圧縮することにより液化できるため、タンク内においては、液相部分と気相部分とが併存する。

液化ガス充填システムでは、液化ガス貯槽のＬＰＧをポンプ等の加圧装置で加圧して車両に搭載された燃料タンク(被充填容器)に押し込みながら流量計により充填された流量を計測して燃料タンクに充填された積算流量（充填量）を求めている（例えば、特許文献１参照）。

この液化ガス充填方式では、車両の燃料タンク内のＬＰＧベーパ(気相)がポンプにより加圧されることにより液化され、体積が減少するため、燃料タンク内にＬＰＧ(液相)が充填される。この押し込み充填方式には、以下のような問題点がある。
（１）ポンプによる加圧に伴い自動車の燃料タンクでは、液化ガスのベーパ(気相)の液化が発生しており、ベーパの体積が減少することより液化ガスが燃料タンクに充填される。この加圧によるベーパの液化に伴って液化潜熱が発生するため、燃料タンクの温度が上昇する。この温度上昇に伴い燃料タンク内の飽和蒸気圧力（容器内圧力）が上昇することになる。従って、一定吐出圧力のポンプで充填を行なっていると、充填が進行するのに伴って発生する燃料タンクの圧力上昇によって充填流量が徐々に低下する現象が発生する。
（２）自動車の走行等に伴って燃料タンクの温度が上昇したり、夏季に道路からの輻射熱によって燃料タンクの温度が上昇することがある。この状態で液化ガスを充填する場合、燃料タンクの温度が充填所の液化ガス貯槽の温度よりも高いため、燃料タンクの圧力が貯槽圧力よりも高くなる。この状態で液化ガスの充填を行なうと、ポンプ吐出圧力が圧力差分だけ実質的に減少したことになり、充填開始時から充填流量が低くなってしまう現象が発生する。この現象に上記（１）の現象が加わると充填流量が著しく低下する現象が発生する。
（３）例えば、プロパンやジメチルエーテル（以下、ＤＭＥと言う）のように物性的に温度上昇に伴う飽和蒸気圧力の上昇が大きい液化ガスの場合、上記（１）（２）の現象は顕著となるため、流量低下量は大きくなる。このため、充填に非常に長時間を要する問題や燃料タンクの圧力が高くなるといった問題が生じる。

このような問題を解消する充填方式としては、例えば、液化ガスの貯蔵元である液化ガス貯槽と被充填容器との間を充填ラインと均圧化ラインの２つの配管経路で連通して効率良く液化ガスを充填する方式がある(例えば、特許文献２参照)。

図１は、従来の充填方式を用いた液化ガス充填システムの系統図である。図１に示されるように、液化ガス充填システム１０は、液化ガスが貯蔵された液化ガス貯槽２０と、一端が液化ガス貯槽２０の液相部分に接続され、他端が液化ガスを充填される燃料タンク（被充填容器）３０の接続口３２に接続された充填用接続カップリング３４を有する液化ガス供給配管経路（充填ライン）４０と、一端が液化ガス貯槽２０の気相部分に接続され、他端が燃料タンク３０の気相側接続口３６に接続される均圧用接続カップリング３８を有する気相部均圧配管経路（均圧化ライン）５０とを有する。
液化ガス供給配管経路４０は、ディスペンサ６０を介して燃料タンク３０に接続されており、液化ガス貯槽２０とディスペンサ６０との間には、液化ガスを圧送する供給手段としてのポンプ７０が設けられている。また、ディスペンサ６０の筐体内部には、液化ガス供給配管経路４０により供給される液化ガスから気泡を分離するセパレータ６２と、液化ガス供給配管経路４０により供給される液化ガスの流量を計測する流量計６４と、液化ガス供給配管経路４０により供給される液化ガスが流量計の位置において気化しないように、圧力が液化ガスの飽和蒸気圧力よりも上回る設定値以上になったとき開弁する背圧弁６６と、電磁弁からなる第１の開閉弁Ｖ１とが設けられている。

充填用接続カップリング３４は、ディスペンサ６０から引き出された液化ガス供給配管経路４０を構成する充填ホース４２の先端(他端)に設けられている。また、均圧用接続カップリング３８は、ディスペンサ６０から引き出された気相部均圧配管経路５０を構成する均圧ホース５２の先端(他端)に設けられている。そして、燃料タンク３０が搭載された車両８０には、接続口３２を開または閉とする手動式の開閉弁Ｖ２と、気相側接続口３６を開または閉とする手動式の開閉弁Ｖ３とが設けられている。

ここで、接続口３２及び３６の構造が、接続カップリング３４及び３８を接続口３２及び３６に接続したときには、通路を開とし、一方、接続カップリング３４及び３８を離脱したときには、通路(開口部)を閉とする構造である場合は、上記開閉弁Ｖ２、開閉弁Ｖ３は、必ずしも必要ではない。

また、背圧弁６６は、気相部均圧配管経路５０から分岐された背圧管６８を介して気相部分の均圧化された圧力が背圧として導入されており、均圧化された圧力よりポンプ７０により加圧された液圧が大きくなったときに開弁するように構成されている。

液化ガス充填は、燃料タンク３０内の過充填防止弁の所定充填量検知による弁閉止により終了する。充填終了に伴いオペレータが充填停止釦を押してディスペンサ６０に設けられた、制御回路９０によりポンプ７０を停止し第1の開閉弁Ｖ1を閉弁する。次いで流量計６４により計測された積算流量を読み込むことで燃料タンク３０に充填された液化ガス(液)の流量を充填量として記憶すると共に、流量表示器９２に充填量を表示する。

この液化ガス充填システム１０によれば、充填開始前に液化ガス貯槽２０の気相部分と燃料タンク３０の気相部分との間が気相部均圧配管経路５０により連通されるため、液化ガス貯槽２０と燃料タンク３０との圧力差がなくなり、ポンプ７０の吐出圧力を充填するための圧力として有効に活かせる。

また、ポンプ７０の吐出圧力により液充填が行われ、これに伴い充填量に等しい体積の燃料タンク３０内のベーパが気相部均圧配管経路５０を介して液化ガス貯槽２０に流出されるため、燃料タンク３０におけるベーパの液化は発生せず、液化潜熱による内圧上昇は発生しない。従って、上記（１）（２）に記載した充填流量の低下は、防止されることになる。

この図１に示す均圧充填方式は、特にプロパンやＤＭＥのような温度上昇に伴う飽和蒸気圧力の上昇が大きい液化ガスを充填する場合に適した充填方式である。
特開平７−２７０２１１号公報特願平１１−９９２５８号公報

上記均圧充填方式の液化ガス充填システムでは、液充填開始時の圧力差によって燃料タンク３０内のベーパが気相部均圧配管経路５０を介して液化ガス貯槽２０に移動したり、あるいは液化ガス貯槽２０のベーパが気相部均圧配管経路５０を介して燃料タンク３０に移動することで均圧化するため、液化ガス供給配管経路４０の流量計６４でベーパの移動量を測定することができないという問題があった。

さらに、気相部均圧配管経路５０にベーパ計測用流量計を設ける構成としてもベーパの移動方向が液化ガス貯槽２０と燃料タンク３０との圧力差によって逆転するため、何れか一方の流量しか計測できず、正確にベーパ量を計測するには、各流れ方向を計測するための流量計を２台設けなければならず、製造コストが大幅にアップしてしまうという問題が生じる。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した液化ガス充填システム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。

本発明は、液化ガスが貯蔵された液化ガス貯槽と、液化ガスが充填される被充填容器と、一端が前記液化ガス貯槽の液相部分に接続され、他端が前記被充填容器に接続される液化ガス供給配管経路と、該液化ガス供給配管経路の途中に順次設けられた、液化ガスを被充填容器に供給する供給手段、流量計、及び、第１の開閉弁と、一端が前記液化ガス貯槽の気相部分に接続され、他端が前記被充填容器の気相部分に接続される気相部均圧配管経路と、前記気相部均圧配管経路に設けられた第２の開閉弁と、前記気相部均圧配管経路のうち、前記第２の開閉弁と前記液化ガス貯槽との間に配置された第１の圧力検知器と、前記気相部均圧配管経路のうち、前記第２の開閉弁と前記被充填容器との間に配置された第２の圧力検知器と、前記液化ガス供給配管経路のうち、供給手段より下流側に設けられた温度検知器と、前記第２の開閉弁の開弁により前記気相部均圧配管経路を介して前記被充填容器と前記液化ガス貯槽とを均圧し、前記第１の開閉弁の開弁により前記液化ガス供給配管経路を介して前記液化ガス貯槽から前記被充填容器に液化ガスを充填すると共に、前記流量計、前記第１の圧力検知器、前記第２の圧力検知器、前記温度検知器からの各検出値に基づいて前記気相部均圧配管経路を流れるベーパ移動量を演算し、前記流量計により計測された液相流量から前記ベーパ移動量を減算して前記被充填容器に充填された液充填量を演算する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１、第２の開閉弁が閉弁された状態で前記第１、第２の圧力検知器により測定された充填開始前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１を読み込み記憶する手段と、前記第２の開閉弁が開弁され、前記第１の開閉弁が開弁され充填が開始された後に、前記流量計からの流量信号、前記温度検知器により検出された温度Ｔ１を読み込み記憶する手段と、前記第２の開閉弁の開弁後から、前記被充填容器への充填が終了し前記第１の開閉弁が閉弁された時点までの間に、前記第1又は第２の圧力検知器により検出された圧力値Ｐ２３０を読み込み記憶する手段と、前記充填開始前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１、前記圧力値Ｐ２３０、温度Ｔ１、および流量信号に基づいてベーパ移動量を演算する手段と、前記流量信号から求めた液積算流量から前記ベーパ移動量を減算する手段とを有する。

本発明によれば、液積算流量から充填開始前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１、圧力値Ｐ２３０、温度Ｔ１、および流量信号に基づいて演算されたベーパ移動量を減算するため、気相部均圧配管経路にベーパ計測用流量計を設けることなく被充填容器に充填された液充填量を正確に求めることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図２は本発明による液化ガス充填システムの一実施例を示す系統図である。尚、図２において、前述した図１に示す部分と共通部分には、同一符号を付してその説明を省略する。図２に示されるように、液化ガス充填システム１００は、ディスペンサ６０の内部に、液化ガス供給配管経路４０を流れる液の温度（流量計６４に流入する液化ガスの温度Ｔ１）を検知する温度検知器１１０を有する。さらに、気相部均圧配管経路５０には、電磁弁からなる第２の開閉弁Ｖ４と、第２の開閉弁Ｖ４と液化ガス貯槽２０との間でベーパの圧力（液化ガス貯槽の気相部圧力）を検知する第１の圧力検知器１２０と、第２の開閉弁Ｖ４と燃料タンク３０との間に配置された第２の圧力検知器１３０とが設けられている。

ここで、液化ガス充填システム１００において、燃料タンク３０へ液化ガスを充填する際の操作手順及び制御処理について説明する。車両８０への液化ガスを充填する際の作業としては、まず、作業員が充填用接続カップリング３４を燃料タンク（被充填容器）３０の接続口３２に接続し、さらに均圧用接続カップリング３８を燃料タンク３０の気相側接続口３６に接続する。そして、作業員は、開閉弁Ｖ２，Ｖ３を開弁操作する。これで、液化ガス充填開始前の準備作業が終わり、異常がないことを確認してディスペンサ６０の充填開始スイッチ９４をオンに操作する。

次に、ディスペンサ６０の制御回路９０が実行する制御処理について図３Ａ、図３Ｂのフローチャートを参照して説明する。制御回路９０は、図３ＡのＳ１１で充填開始スイッチ９４がオンに操作されたか否かをチェックしており、充填開始スイッチ９４がオンになると、Ｓ１２に進む。Ｓ１２では、第１の圧力検知器１２０、第２の圧力検知器１３０によって検知された充填開始前の各検出値Ｐ１１、Ｐ２１を読み込んで記憶する。

次のＳ１３では、気相部均圧配管経路５０に設けられた第２の開閉弁Ｖ４を開弁させる。これにより、液化ガス貯槽２０の気相と燃料タンク３０の気相との間が連通されて高圧側のベーパが低圧側に移動する。ベーパの圧力は、温度と関連しており、例えば、車両８０が夏季のように道路から高熱の輻射熱を受ける場合は、燃料タンク３０の飽和蒸気圧力が液化ガス貯槽２０の圧力よりも高くなっている。そのため、第２の開閉弁Ｖ４が開弁されると、燃料タンク３０のベーパが液化ガス貯槽２０に移動して燃料タンク３０と液化ガス貯槽２０との均圧化が行なわれる。

次のＳ１４では、ポンプ７０を起動させる。続いて、Ｓ１５においては、液化ガス供給配管経路４０の第１の開閉弁Ｖ１を開弁させる。また、供給手段としてのポンプ７０によって加圧された液化ガスの圧力が、気相部均圧配管経路５０の圧力よりも高くなった時点で背圧弁６６が開弁する。これで、ポンプ７０によって加圧された液化ガス貯槽２０の液化ガスが液化ガス供給配管経路４０を介して燃料タンク３０に充填される。本実施例では、供給手段としてポンプを用いているが、気相部自体の圧力を高めて供給する、あるいは、気相部に移動隔壁を設け、この移動隔壁により仕切られた液化ガス貯槽２０室内により高圧のガスを供給して、この移動隔壁を介して液化ガス貯槽２０内の液化ガスを供給するようにしても良い。

次のＳ１６では、流量計６４によって計測された液化ガス供給配管経路４０を流れる液化ガスの各流量パルスＱＰ（流量信号）に同期させて、温度検知器１１０で検出された温度信号Ｔ１、及び第２の圧力検知器１３０の検出値（圧力値）Ｐ４０を読み込む。（この状態では、第１および第２の圧力検知器１２０、１３０の値は同じであるので、圧力検出は、第１又は第２の圧力検知器１２０，１３０のいずれかを用いても良い。）
続いて、Ｓ１７では、各流量パルスＱＰに対応した温度検知器１１０で検出された温度信号Ｔ１、及び第２の圧力検知器１３０の検出値Ｐ４０から、各流量パルスＱＰ毎の一定温度の液体積に換算した供給液量値Ｑ６０、各流量パルスＱＰ毎に燃料タンク３０から燃料ガス貯槽２０に戻るベーパの一定温度の液換算値Ｑ７０を演算して記憶する。

Ｓ１８において、瞬時流量がゼロになったか否かをチェックしており、瞬時流量がゼロより大であるときは、液化ガスの充填が行なわれているものとして上記Ｓ１６の処理に戻り、Ｓ１６〜Ｓ１８の処理を繰り返す。

Ｓ１８において、瞬時流量がゼロになったときは、燃料タンク３０に設けられた過充填防止弁（図示せず）が閉弁して液化ガスの充填が停止したものと判断して図３Ｂに示すＳ１８ａに進み、ポンプ７０を停止させる。尚、燃料タンク３０の容積の９０％等一定容積比率まで液化ガスが充填されると満充填としなければならないことが法令で決められているので、燃料タンク３０の過充填防止弁は、燃料タンク３０の容積の９０％に達した時点で閉弁するように構成されている。

次の、Ｓ１９では、第２の圧力検知器１３０によって測定された充填終了後の検出値Ｐ２３を読み込んで記憶する。

続いて、Ｓ２０に進み、第１及び第２の開閉弁Ｖ１，Ｖ４を閉じる。

Ｓ２１に進み、各流量パルスＱＰ毎に燃料タンク３０から燃料ガス貯槽２０に戻るベーパの一定温度の液換算値Ｑ７０を集積（積算）し、充填に伴って燃料タンク３０から燃料が液化ガス貯槽２０に戻る全ベーパ移動量を一定温度の液換算値Ｑ７として演算する。

次に、Ｓ２２では、均圧前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１、充填完了時の圧力値Ｐ２３、各流量パルスＱＰの集積値Ｑ１から、均圧時における液化ガス貯槽２０と被充填容器である燃料タンク３０間のベーパの移動量を一定温度の液換算値Ｑ８として演算する。尚、上記説明では、第２の開閉弁V4の開弁後から、燃料タンク３０への充填が終了し第１の開閉弁Ｖ１が閉弁された時点までの間に、第1又は第２の圧力検知器１２０，１３０により検出された圧力値Ｐ２３を用いてベーパ移動量を演算する方法について説明した。しかしながら、上記圧力値Ｐ２３は、一時期の圧力ではなく、燃料タンク３０への充填が終了し第１の開閉弁Ｖ１が閉弁された時点までの間に検出された圧力Ｐ２３０のことであり、この間のいずれかの時点で検出された圧力Ｐ２３０を演算式に用いても良い。

Ｓ２３では、各流量パルスＱＰ毎に一定温度の液に換算した供給液量値Ｑ６０の集積値から、見かけ上の被充填容器への液化ガス充填量を一定温度の全供給液量値Ｑ６として演算する。

Ｓ２４では、Ｑ６−Ｑ７−Ｑ８を演算し、見かけ上の全供給液量値Ｑ６から上記ベーパ移動量Ｑ７，Ｑ８を減算して一定温度の液換算値としての液充填量Ｑ０を求める。

このように、液化ガス供給配管経路４０を介して燃料タンク３０に充填された液化ガスの充填量から燃料タンク３０から気相部均圧配管経路５０を介して液化ガス貯槽２０に移動したベーパの液化流量を減算して燃料タンク３０に充填された実充填量を正確に計測することができる。

ここで、上記液化ガスの充填補正演算方法について説明する。

液化ガス充填システム１００において、液化ガス供給配管経路４０を介して燃料タンク３０に充填される見かけ上の全供給液量値Ｑ６（一定温度の液換算値である供給液量値Ｑ６０の集積値）は、液化ガス供給配管経路４０に設けられた流量計６４および温度検知器１１０によって計測された値から求められる。一方、燃料タンク３０は、気相部均圧配管経路５０を介して液化ガス貯槽２０と連通されるため、液化ガスの充填に伴い燃料タンク３０の気相部分の圧力が液化ガス貯槽２０の気相圧力より上昇すると、液充填と共に燃料タンク３０のベーパが液化ガス貯槽２０に排出される。そのため、液化ガス貯槽２０に戻されるベーパの流量を液に換算した体積（ベーパ移動量）を全供給液量値Ｑ６から差し引くことにより、燃料タンク３０への正確な液充填量Ｑ０が求まる。

また、気相部均圧配管経路５０を燃料タンク３０と接続し、第２の開閉弁Ｖ４を開くと、液化ガス貯槽２０の温度Ｔ１と燃料タンク３０の温度Ｔ２とが異なる場合、温度差によって飽和蒸気圧力の差により高圧側のベーパが低圧側へ移動する。例えば、夏季に車両８０が走行すると、太陽光や路面からの輻射熱により燃料タンク３０の温度が上昇しやすく、液化ガス貯槽２０との温度差が大きくなる傾向にある。また、冬季で、車両始動時は燃料タンク３０の温度が低くなるので、相対的に液化ガス貯槽２０の温度が高くなる。

従って、夏季のように燃料タンク３０の温度が液化ガス貯槽２０の温度よりも高い場合は、充填開始時に燃料タンク３０の飽和蒸気圧力が高いので、燃料タンク３０のベーパが液化ガス貯槽２０に移動することで均圧化が行なわれる。また、冬季のように液化ガス貯槽２０の温度が燃料タンク３０の温度よりも高い場合は、充填開始時に液化ガス貯槽２０の飽和蒸気圧力が高いので、液化ガス貯槽２０のベーパが燃料タンク３０に移動することで均圧化が行なわれる。

すなわち、充填量を正確に求めるためには、燃料タンク３０の温度が液化ガス貯槽２０の温度より高い場合は、流量計６４によって計測された積算流量（見かけの充填量）からベーパ移動量の液換算値を減算し、液化ガス貯槽２０の温度が燃料タンク３０の温度よりも高い場合は、流量計６４によって計測された積算流量（見かけの充填量）にベーパ移動量の液換算値を加算する必要がある。

そのため、気相部均圧配管経路５０を介して流通するベーパの流れ方向とベーパの流量とを求め、流れ方向に応じたベーパ流量の液換算値を補正（減算、加算）することで燃料タンク３０に充填された液の流量（液充填量）を求めることが可能になる。このように、温度差によって生じる飽和蒸気圧力の差でベーパの移動方向及びベーパ流量が変化する充填システムにおいては、気相部均圧配管経路５０に正逆方向のベーパの流量を計測できるベーパ計測用流量計を設けることが望ましいが、そのような流量計は高価であるので、実際の装置に適用することは難しい。

本実施例の液化ガス充填システム１００は、ベーパ計測用流量計を用いず温度検知器１１０、第１の圧力検知器１２０、第２の圧力検知器１３０を設けることによって温度と圧力との関係から燃料タンク３０から排出されたベーパの液化された流量（ベーパ移動量）を演算することで、燃料タンク３０に充填された液の流量（液充填量）を求めるものである。

ここで、液化ガス充填システム１００における液化ガス充填量演算方法の手順１〜手順８について図４を参照して説明する。

手順１では、燃料タンク３０とディスペンサ６０の液充填ラインと、均圧ラインとが接続され、且つ開閉弁Ｖ２、Ｖ３が開弁された状態で第１、第２の圧力検知器１２０，１３０により測定された充填開始前の圧力Ｐ１１、Ｐ２１を読み込む。

手順２では、第１、第２の圧力検知器１２０、１３０により測定された液化ガス貯槽２０の圧力Ｐ１１と燃料タンク３０の圧力Ｐ２１との差からベーパの流れ方向を判断する。

手順３では、第２の開閉弁Ｖ４を開弁し充填を開始した後、流量計６４からの流量信号（流量パルス）ＱＰと流量信号ＱＰに同期して第１又は第２の圧力検知器１２０，１３０により測定された圧力値Ｐ４０及び温度検知器１１０により測定された温度Ｔ１を読み込む。

手順４では、燃料タンク３０の過充填防止手段の満タン検知により、ポンプ７０を停止させた後、第１又は第２の圧力検知器１２０，１３０により測定された圧力値Ｐ２３（または燃料タンク３０への充填が終了し第１の開閉弁Ｖ１が閉弁された時点までの間に検出された圧力Ｐ２３０）を読み込む。

手順５では、流量計６４により測定された流量パルスＱＰと流量パルスＱＰに同期した圧力信号値Ｐ４０から充填に伴って燃料タンク３０から液化ガス貯槽２０に戻るベーパを一定温度に換算した液体積量Ｑ７を演算する。

手順６では、圧力値Ｐ１１，Ｐ２３および流量パルスＱＰの集積値Ｑ１から充填開始前の液化ガス貯槽２０と燃料タンク３０の圧力差によるベーパ移動量を一定温度の液に換算した液体積量Ｑ８を演算する。

手順７では、流量計６４により測定された流量パルスＱＰと温度検知器１１０により測定された温度Ｔ１から一定温度の液体積量に換算した供給液量値Ｑ６０を演算し、この供給液量値Ｑ６０を集積したみかけの全供給液量値Ｑ６を演算する。

手順８では、みかけの液充填体積である全供給液量値Ｑ６からベーパ移動量Ｑ７、Ｑ８を差し引いた真の液充填量Ｑ０を演算する。

続いて、上記手順７における流量補正演算方法について説明する。流量計６４により測定された流量パルスＱＰと流量パルスＱＰに同期した温度検知器１１０の検出値Ｔ１から燃料タンク３０の気相部分におけるベーパ移動量を考慮していない見かけ上の一定温度に換算された液充填体積は、液化ガス温度と、密度の関係を演算回路にデータテーブルとして記憶させておくことにより全供給液量値Ｑ６０を液充填体積として求めることができる。これを集積した値が全供給液量値Ｑ６である。

燃料タンク３０への液充填に伴い燃料タンク３０から液化ガス貯槽２０に戻るベーパの体積は、流量パルスＱＰと、流量パルスＱＰに同期した圧力信号値Ｐ４０からベーパー移動量の一定温度の液換算量Ｑ７０を集積することにより、液充填に伴うベーパの戻り分の液換算体積量Ｑ７が求まる。

前記ベーパ移動量の液換算は、液充填の間のベーパ圧力Ｐ２を第１の圧力検知器１２０又は第２の圧力検知器１３０により測定し、予めベーパ圧力とベーパ密度の関係を表す演算式、あるいはベーパ圧力とベーパ密度との関係を表すデータベースを制御回路９０に記憶させておく。これにより、制御回路９０では、液充填中に第１の圧力検知器１２０又は第２の圧力検知器１３０により測定された圧力が入力されることで、液換算体積量Ｑ７０を演算することができる。

また、液充填開始前の準備作業で燃料タンク３０と液化ガス貯槽２０との間が気相部均圧配管経路５０を介して連通された際、燃料タンク３０と液化ガス貯槽２０のうち温度の高い側の飽和蒸気圧力が高いため、温度の高い側のベーパが燃料タンク３０と液化ガス貯槽２０のうち温度の低い側へ移動する。

この温度差に基づくベーパの移動量となるベーパ体積Ｑ８は、以下のように求めることができる。ここで、車両８０の燃料タンク３０に液化ガスを燃料として充填する充填所の場合、液化ガス貯槽２０の体積ＶＡは、燃料タンク３０の容積ＶＢに比べて十分に大きいので、ＶＡ＞＞ＶＢと見なすことができる。

そのため、ベーパ体積Ｅの演算式は、次式のようになる。

Ｅ＝（１−（Ｐ１２／Ｐ２１））・（充填開始前の燃料タンク内ベーパ体積）・・・（１）
ここで、Ｐ１２は、均圧管の開閉弁Ｖ４を開とし均圧化した後の圧力であり、Ｐ２１は、均圧化する前の燃料タンク側の圧力である。
この（１）において、Ｐ１２＜Ｐ２１の場合、ベーパ体積Ｅは正、Ｐ１２＞Ｐ２１の場合、ベーパ体積Ｅは負とする。

厳密には、液充填開始前に温度差がある燃料タンク３０と液化ガス貯槽２０との間が気相部均圧配管経路５０を介して連通された場合、温度の高い側から温度の低い側へベーパが移動し、両圧力が等しくなるまでベーパが移動することで一旦燃料タンク３０の圧力と液化ガス貯槽２０との圧力が均圧化される。

その後、温度の低い側において、流入したベーパが液化して液化潜熱により温度上昇が発生する。これと共に、ベーパの液化に伴う体積減少によって圧力低下が発生するため、ベーパが再流入して上記のようなベーパの液化、温度上昇、体積減少、圧力低下といった現象を繰り返してベーパの流入量が徐々に減少する。

この均圧化による現象が継続的に進行することで液化ガス貯槽２０の温度Ｔ１と燃料タンク３０の温度Ｔ２とが等しくなった時点で、ベーパの移動が停止して均圧化が終了する。

しかしながら、液化ガスの充填作業は、填用接続カップリング３４を燃料タンク３０の液相側接続口３２に接続し、さらに均圧用接続カップリング３８を燃料タンク３０の気相側接続口３６に接続して、開閉弁Ｖ２，Ｖ３が開弁操作された後、第２の開閉弁Ｖ４が開弁することで均圧化が行なわれる。この後は、ディスペンサ６０の充填開始スイッチ９４がオンに操作されると、第１の開閉弁Ｖ１が開弁されて液充填が開始される。そのため、均圧化が行なわれる時間が比較的短く、最終的には充填終了時点で均一化は完了するので均圧化にともなうベーパの移動体積は以下のように近似することができ、また、液化ガスはほぼ満量まで充填されるので以下に近似できる。

Ｑ８＝（１−（Ｐ２３／Ｐ２１））・Ｑ１・・・（２）
（２）式において、Ｑ１は流量パルスＱＰの集積値である。

この（２）式により得られたベーパ体積Ｅ１の液体積への換算値（液化流量）Ｑ８は、前述した予めベーパ圧力とベーパ密度の関係を表す演算式、あるいはベーパ圧力とベーパ密度との関係を表すデータベースを制御回路９０に記憶させておくことにより演算可能となる。

以上のことから、真の液充填体積量である液充填量Ｑ０は、次式から得られる。

Ｑ０＝Ｑ６−Ｑ７−Ｑ８・・・（３）
この（３）式において、Ｑ６はみかけの一定温度の液充填体積である全供給液量値、Ｑ８は均圧化により充填開始時の燃料ガス貯層２０と燃料タンク３０の圧力差により移動するベーパ体積の一定温度における液体積への換算値（液化流量）、Ｑ７は液充填に伴うベーパの戻り分の一定温度における液への換算体積量である。また、ベーパ移動量の合計値Ｑ８＋Ｑ７は、全ベーパ移動量Ｑ４と等しい。

この（３）式から真の一定温度における液充填体積量である液充填量Ｑ０を求めることができるので、気相部均圧配管経路５０にベーパ計測用流量計を設けなくても流量計６４による積算流量、充填時に第１、第２の圧力検知器１２０，１３０により測定された圧力値Ｐ１２，Ｐ２２および温度測定器１１０による温度測定値Ｔ１が分かれば、ベーパ移動量Ｑ４を演算でき、真の液充填体積量である液充填量Ｑ０を演算することが可能になる。

また、上記説明の中に温度検知器１１０により測定された液温度について説明を行なっていないが、温度によって液密度が変化することが知られている。従って、液充填体積量を測定したときの温度に対応する密度から一定温度（例えば、０°Ｃ）の密度に対応する体積量（積算流量）に換算（温度補正）して一定温度の液充填体積量を求めることができる。またベーパについてはベーパ圧力とベーパ密度が一定の関係にあることが明らかとなっており、ベーパ圧力を測定することにより一定温度の液換算体積を演算することができる。

尚、液化ガスがプロパン、ブタン混合液化ガスの場合は液充填ラインに圧力センサーを、均圧ラインに温度センサーを設けその信号を取り込むことにより、真の充填量を求めることができる。

また、上記は体積を計測する流量計を用い、一定温度の液の体積に換算した充填量を求める方式を示したが、質量を計測する流量があり、質量による充填量を求める計算方式がある。

この場合、ベーパ移動量はベーパ圧力と密度のデータからベーパ質量を求めることになる。また、Ｑ８の演算に用いるＱ１については、質量流量パルスＱＰＷと質量流量パルスに同期した温度検知器１１０の温度信号値Ｔ１から体積流量ＱＰＶを求め、ＱＰＶを集積することにより求められる。

上記演算は当該液化ガスの温度と密度のテーブル又は関係式を制御回路に記憶させておいて行う。

上記演算方法から質量充填量ＱＯＷを求めることができる。

また、質量流量計を用いて、体積充填量を計量する計量方式もある。この場合は質量流量計の質量流量パルスＱＰＷとＱＰＷに同期した温度信号Ｔ１から、前記と同様に体積流量ＱＰＶを求めることになる。

尚、上記実施例では、ＬＰＧまたはＤＭＥ等の液化ガスを車両に搭載された燃料タンクに充填する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、他の液化ガスを充填する場合、あるいは車両以外の被充填容器に液化ガスを充填する場合にも本発明を適用することができるのは勿論である。

従来の充填方式を用いた液化ガス充填システムの系統図である。本発明による液化ガス充填システムの一実施例を示す系統図である。ディスペンサ６０の制御回路９０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３Ａの制御処理に続いてディスペンサ６０の制御回路９０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。液化ガス充填量演算方法の手順１〜手順８を示す図である。

符号の説明

２０液化ガス貯槽
３０燃料タンク
３４充填用接続カップリング
３８均圧用接続カップリング
４０液化ガス供給配管経路
５０気相部均圧配管経路
６０ディスペンサ
８０車両
９０制御回路
９２流量表示器
９４充填開始スイッチ
１００液化ガス充填システム
１１０温度検知器
１２０第１の圧力検知器
１３０第２の圧力検知器
Ｖ１第１の開閉弁
Ｖ２開閉弁
Ｖ３開閉弁
Ｖ４第２の開閉弁

Claims

液化ガスが貯蔵された液化ガス貯槽と、
液化ガスが充填される被充填容器と、
一端が前記液化ガス貯槽の液相部分に接続され、他端が前記被充填容器に接続される液化ガス供給配管経路と、
該液化ガス供給配管経路の途中に順次設けられ、液化ガスを前記被充填容器に供給する供給手段、流量計、及び、第１の開閉弁と、
一端が前記液化ガス貯槽の気相部分に接続され、他端が前記被充填容器の気相部分に接続される気相部均圧配管経路と、
前記気相部均圧配管経路に設けられた第２の開閉弁と、
前記気相部均圧配管経路のうち、前記第２の開閉弁と前記液化ガス貯槽との間に配置された第１の圧力検知器と、
前記気相部均圧配管経路のうち、前記第２の開閉弁と前記被充填容器との間に配置された第２の圧力検知器と、
前記液化ガス供給配管経路のうち、前記供給手段より下流側に設けられた温度検知器と、
前記第２の開閉弁の開弁により前記気相部均圧配管経路を介して前記被充填容器と前記液化ガス貯槽とを均圧にし、前記第１の開閉弁の開弁により前記液化ガス供給配管経路を介して前記液化ガス貯槽から前記被充填容器に液化ガスを充填すると共に、前記流量計、前記第１の圧力検知器、前記第２の圧力検知器、前記温度検知器からの各検出値に基づいて前記気相部均圧配管経路を流れるベーパ移動量を演算し、前記流量計により計測された液相流量から前記ベーパ移動量を減算して前記被充填容器に充填された液充填量を演算する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記第１、第２の開閉弁が閉弁された状態で前記第１、第２の圧力検知器により測定された充填開始前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１を読み込み記憶する手段と、
前記第２の開閉弁が開弁され、前記第１の開閉弁が開弁され充填が開始された後に、前記流量計からの流量信号、前記温度検知器により検出された温度Ｔ１を読み込み記憶する手段と、
前記第２の開閉弁の開弁後から、前記被充填容器への充填が終了し前記第１の開閉弁が閉弁された時点までの間に、前記第1又は第２の圧力検知器により検出された圧力値Ｐ２３０を読み込み記憶する手段と、
前記充填開始前の圧力値Ｐ１１、Ｐ２１、前記圧力値Ｐ２３０、温度Ｔ１、および流量信号に基づいてベーパ移動量を演算する手段と、
前記流量信号から求めた液積算流量から前記ベーパ移動量を減算する手段と、
を有することを特徴とする液化ガス充填システム。