JP5138339B2 - 液化ガス充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、液化ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、ＬＰＧ（液化プロパンガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）などの液化ガスを貯蔵容器から被充填容器に充填するときに用いられる液化ガス充填装置に関するもの、特に、液化ガスの過充填を防止する為に被充填容器側で作動する過充填防止弁による不具合を防止する液化ガス充填装置に関するものである。

自動車等の燃料として、液化石油ガス、ジメチルエーテル等の液化ガスが使用されてきている。例えば、液化ガスを燃料とする自動車に充填する場合、一般的には、（i）充填ノズル接続（ii）車両容器側バルブ開（iii）充填装置スイッチオン（充填開始）（iv）車両容器内の過充填防止弁閉（充填停止）（v）充填装置スイッチオフ（vi）車両容器側バルブ閉（vii）充填ノズル取り外しのような順序で充填が行なわれる。充填は、充填装置のスイッチをオンすることによりポンプが起動して液を吐出し、車両容器内の過充填防止弁のフロートが上昇し、所定の充填量に達した時点で過充填防止弁が閉じて充填が停止する。

下記に示す特許文献１には、耐圧ガス容器へ液化ガスを充填するための充填弁に関する発明が記載されている。液化ガスを液体状態でガスタンク内へ充填するための充填弁として、ガスの過充填によりガスタンク内の圧力が規定値を上回るのを防止するために、予め設定された貯留量以上の液化ガスがタンク内に充填された際にガス流路を遮断する過充填防止弁が取り付けられたものが開示されている。

実公平５−４０３９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された発明では、過充填防止弁の作動によるウォーターハンマー現象の発生が問題となる。例えば、液化石油ガスのような液化ガスを燃料として自動車に充填する場合、充填が終了する際の車両容器側の過充填防止弁は、規定量の充填に達すると急閉する為、大流量を充填している場合にはウォーターハンマーの衝撃が充填装置内の各機器、さらには上流側のポンプにまで悪影響を及ぼす虞がある。ウォーターハンマーを防止する方策としては、一般的にはアキュムレータの追加等が挙げられるが、配管機器の追加は、スペースの確保、接続個所増加による漏れ部分の発生等の不具合があった。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ウォーターハンマー現象の影響を受けることなく安全に液化ガスを充填することができる液化ガス充填装置の提供を目的とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る液化ガス充填装置の発明は、液化ガスを被充填容器に充填するための充填経路を備えた液化ガス充填装置において、前記液化ガスの充填の開始を指示する為の充填開始指示手段と、前記充填経路に設けられ、前記充填開始指示手段を操作することによる前記液化ガスの充填開始に伴って、前記被充填容器に充填される液化ガスの流量を測定する流量測定手段と、前記充填経路に設けられ、当該充填経路の流路面積を変化させることにより当該充填経路を流れる液化ガスの流量を調整する流量調整弁と、前記液化ガスの充填に伴い上昇する前記被充填容器内の圧力によって、前記流量測定手段により測定される流量が第１の所定流量値以下になったとき、前記流量調整弁を調整して前記充填経路の流路面積を絞ることにより前記液化ガスの流量を減少させる流量制御手段とを備えることを特徴とするものである。

被充填容器へ液化ガスを充填するに従って、被充填容器内の圧力は次第に上昇してくる。この被充填容器内の圧力の上昇に伴って、液化ガスの充填される流量、すなわち被充填容器内に液化ガスが充填されて行く勢いは次第に低下してくる。充填開始当初から略満タンに充填された時点までの流量の変化を測定し、充填終了（満タン）まじかとなったときの流量を第１の所定流量値として設定する。液化ガスの充填される流量（勢い）が低下し、第１の所定流量値以下となった場合、被充填容器の液化ガスが満タンまじかになったと判別して、充填の流量を減少させる。このように設定することにより、満タンまじかまでは大きな流量で、つまり勢い良く充填を行ない、満タンまじかに達した後は充填する流量を減少させて、つまり勢いを低下させて充填することができる。充填が終了すると、すなわち被充填容器が満タンになると、被充填容器側に設けられている過充填防止弁が閉じて被充填容器側への充填は停止する。この過充填防止弁が閉じる際に、いわゆるウォーターハンマー現象が発生し、充填される液化ガスの流量が多い場合には、ウォーターハンマーの衝撃が充填装置内の各機器等に悪影響を及ぼす。そこで、充填する液化ガスの流量を上記満タンまじかになったとき減少させることで、ウォーターハンマーの衝撃による悪影響を各機器に発生させないようにした。

また、請求項２に係る液化ガス充填装置の発明は、請求項１に記載の発明において、前記流量制御手段は、前記液化ガスの充填開始の際に前記流量測定手段により測定された流量が前記第１の所定流量値よりも小さい第２の所定流量値以下であった場合には、前記液化ガスの流量を減少させるための前記流量調整弁の調整を行なうことなく当該液化ガスの充填を行なわせることを特徴とするものである。

充填する液化ガスの流量が減少すれば、その分だけ充填終了までに要する時間は増加する。流量を減少させる時期が満タンまじか（充填終了まじか）であったとしても、同様にその分だけ時間は増加する。充填する流量を途中で減少させているのは、上記のようにウォーターハンマーの衝撃による不具合を防止する為である。したがって、その衝撃が不具合を発生させない程度のものであれば必ずしも充填する流量を減少させる必要はない。そこで、被充填容器に液化ガスを充填開始した当初の流量が、その流量によるウォーターハンマー現象によって機器等に不具合を及ぼさない値（第２の所定流量値以下）であるときは、流量調整弁の調整は行なわないこととした。例えば、被充填装置内の圧力が高い為に、充填開始後に測定される充填流量が大きくならず、第２の所定流量値以下であった場合には、流量を減少させるための流量調整弁の調整は行なわないこととした。これにより充填が小流量（第２の所定流量値以下）のときには、流量を減少させることに伴う充填時間の増加を防止すことができる。

本発明に係る液化ガス充填装置によれば、被充填容器への液化ガスの充填終了まじかに、液化ガスの充填流量を減少させることにより、充填終了時に閉じる被充填容器側の過充填防止弁によるウォーターハンマーの悪影響を大幅に抑制することができ、安全、確実に液化ガスの計量を行なうことができる。また、ウォーターハンマーによる不具合が発生し得る充填流量の場合にのみ流量を減少させる構成としたことで、充填時間の不要な増加を防止することができる。

以下、本発明に係る液化ガス充填装置の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、液化ガス充填装置１を示すシステム系統図である。液化ガス充填装置１は、ガス供給ステーション等に設置されており、貯蔵容器３に貯蔵された液化ガスを、車両に搭載されている車両容器２（被充填容器）に供給する装置である。液化ガスとしては、例えば、液化ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、ＬＰＧ（液化プロパンガス）、ＬＮＧ（液化天然ガス）等を挙げることができる。

液化ガス充填装置１は、ディスペンサユニット４、ディスペンサユニットに搭載された各機器、および各機器等を制御する制御部５から概略構成されている。ディスペンサユニット４には、貯蔵容器３に連通する液ライン６（液化ガス充填経路）が接続されている。液化ガ充填装置１の液ライン６には、セパレータ７、逆止弁８、流量計９（流量測定手段）、背圧弁１０、圧力計１１、電磁弁１２が下流側に向かって順次、配設されている。

セパレータ７は、気液分離器として機能し、貯蔵容器３より供給されてくる液化ガスから気体を除去し、下流に設けられている流量計側に液のみを流す。逆止弁８は、貯蔵容器３から液ライン６を通って下流側に流れる液化ガスの逆流を防止する。流量計９は、貯蔵容器３から車両容器２への液化ガスの供給量、すなわち液ライン６内を流れる液化ガスの流量を計測する。液化ガスの計測は、充填が開始されてから充填が終了するまでの間、継続して行なわれており、計測された流量値のデータは制御部５（流量制御手段）に送信される。

背圧弁１０は、上流側の液化ガスが気化することを防止するために上流側の圧力を気化が生じない圧力以上に保つための弁である。上流側の圧力が低下し気化が生じ得る圧力に近づくにつれて閉弁動作して、上流側の圧力を気化が生じない圧力以上に保つ。圧力計１１は、作業者が目視により圧力を確認できるようにするためのものであり、ディスペンサの異常や稼動状態を圧力値から推測することができる。

電磁弁１２は、流路面積を変化させることができる流量調整弁であり、車両容器２へ供給される液化ガスの流量を調整する。電磁弁１２は、制御部５に接続されており、制御部５から送信される制御信号によって弁の開閉が制御されている。電磁弁１２は、例えば、可変絞り弁からなり、弁を絞ることによって段階的に流路面積を変化させ流量が絞れる構成のものであってもよいし、連続的に流路面積を変化させ流量が絞れる構成のものであってもよい。尚、この形態で使用されている電磁弁１２は、制御部５の制御により弁を完全に閉じて流量をゼロに調整することができる調整弁である。また、電磁弁１２は、例えば、液化ガスの流路を切り換えるために開閉制御される流量調整弁であってもよい。流路面積の大きい第１の流路と流路面積の小さい第２の流路、そして各流路を開／閉状態にする第１の弁と第２の弁を設け、制御部５の制御によって第１の弁および第２の弁を開閉させて流量を変化させる。

制御部５には、液化ガスの充填の開始を指示する為の充填開始スイッチ１３（充填開始指示手段）と、液化ガスの充填の停止を指示する為の充填停止スイッチ１４（充填停止指示手段）が接続されている。制御部５は、これらのスイッチ１３、１４からの指示に従って電磁弁１２を制御し、充填流量を制御している。

液ライン６の下流には、液化ガスの漏れを防止するセフティカップリング２１を介して充填ホース２２が接続されている。充填ホース２２の先端には、充填ノズル２３が設けられており、この充填ノズル２３が車両容器２の充填口に連結されて液化ガスが車両容器２内に充填される。車両容器２内には、液化ガスの過充填を防止するための過充填防止弁２５が設けられており、充填された液化ガスが所定量に達したとき、例えば、車両容器が満タンになったときに閉弁して液化ガスの流入口をふさぐ。この過充填防止弁２５の閉弁により、いわゆるウォーターハンマー現象が生じる。

貯蔵容器３には貯蔵容器３内の圧力および温度を測定する圧力センサ３１および温度センサ３２が設けられている。圧力センサ３１と温度センサ３２は制御部５に接続されており、両センサ３１、３２によって測定された貯蔵容器３のデータは制御部５に送信されている。

制御部５は、例えば、ＣＰＵからなり、ＣＰＵに内蔵されているＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、制御部に接続された各機器を制御し液化ガスの充填を行なっている。また、各機器のデータ、例えば、流量計９によって測定された流量値、電磁弁１２の開閉程度を示すデータ等は、ＣＰＵに内蔵されたＲＡＭに書き込まれ、必要に応じてＲＡＭから読み出されて制御データとして使用されている。

次に、図２のフローチャートに基づいて、本実施形態に係る液化ガス充填装置１の動作について説明する。
ここで、この形態において使用されている電磁弁１２は、液化ガスの流路を切り換えることによって流量を変化させることができる構成のものであり、切換えられた流路によって大流量、小流量、流量ゼロの３段階の充填流量に変化させることができる。以下の説明では、大流量用の流路を第１の流路（メインライン）といい、小流量用の流路を第２の流路（サブライン）という。また、メインラインを開閉する弁を第１の弁（メインライン弁）といい、サブラインを開閉する弁を第２の弁（サブライン弁）という。メインライン弁が開弁（サブライン弁は閉）し、液化ガスの流路としてメインラインが使用される場合には、充填される液化ガスの流量はメインラインによっては減少することはない。サブライン弁が開弁（メインライン弁は閉）し、液化ガスの流路としてサブラインが使用される場合には、充填される液化ガスの流量は、サブラインの流路面積によって制限され、車両容器２の過充填防止弁２５によるウォーターハンマー現象が悪影響を及ぼさない流量まで減少する。また、メインライン弁とサブライン弁の両方が閉弁された場合には、車両容器２への充填がゼロに、すなわち流量計９による計測値がゼロになる。

先ず、ステップ４１において、充填開始スイッチ１３がオン（ＯＮ）されたか否かの判別が行なわれる。充填開始スイッチ１３がオンされていると判別した場合には、ステップ４２に進み、充填用の電磁弁１２を制御し、メインライン弁を開弁してメインラインを「開」状態にする。一方、充填開始スイッチ１３がオンされていないと判別した場合には、ステップ４１の判別処理を繰り返す。

メインラインを開状態にすると、続いて、ステップ４３に進み、流量計９によって計測された流量値、すなわち貯蔵容器３から車両容器２へ充填される流量が、予め定められた規定値Ａよりも大きい流量値であるか否かの判別が行なわれる。流量計９による流量の計測は、充填中（充填開始スイッチがオンされてから充填停止スイッチがオンされるまでの間）常時行なわれており、その測定データは制御部５に送信されている。ここでいう規定値Ａとは、車両容器２の過充填防止弁２５が動作してウォーターハンマー現象が発生したとき、その衝撃により充填装置内の各機器に悪影響を及ぼすことのない流量値（第２の所定流量値）のことをいう。

ステップ４３において、流量が規定値Ａよりも大きいと判別された場合、すなわち過充填防止弁２５の動作によるウォーターハンマー現象が生じたとき充填装置内の各機器に悪影響を及ぼすと判別された場合には、ステップ４４に進む。一方、流量が規定値Ａ以下であると判別された場合、すなわち過充填防止弁２５の動作によるウォーターハンマー現象が生じたとき充填装置内の各機器に悪影響を及ぼさないと判別された場合には、ステップ４５に進む。

ステップ４４に進むと、流量計９によって計測された流量値、すなわち貯蔵容器３から車両容器２へ充填される流量が、予め定められた規定値Ｂ以下であるか否かの判別が行なわれる。車両容器２に充填される液化ガスの流量は、車両容器２が密閉された状態である場合、液化ガスの充填が進むにつれて車両容器内の気化ガス部（気相部）の容積が減少し、圧力が増加するため、徐々に減少する。そのため流量計９によって計測される流量値もそれに応じて徐々に低下する。ここで、規定値Ｂとは、車両容器２への液化ガスの充填が終了まじかになったと推測される流量値（第１の所定流量値）のことをいう。つまりステップ４４では、流量計９の計測値が、車両容器２が充填終了まじかと推測される流量値（規定値Ｂ）以下になったか否かの判別が行なわれる。ここでいう液化ガスの充填が終了するとは、車両容器２内に設けられている過充填防止弁が閉じるとき、すなわちウォーターハンマー現象が発生するときを指す。尚、規定値Ａと規定値Ｂとは、規定値Ａ＜規定値Ｂの関係にある。

流量計９によって計測された流量値が規定値Ｂ以下になったと判別された場合、すなわち車両容器２が充填終了まじかになったと判別された場合には、ステップ４６に進み、充填用の電磁弁１２が制御され、メインライン弁が閉弁、サブライン弁が開弁されて、メインラインが「閉」状態、サブラインが「開」状態になる。これにより車両容器２に充填される液化ガスの流路はサブラインに切り換えられ、その流量はサブラインの流路面積に制限されて、車両容器２の過充填防止弁２５によるウォーターハンマー現象によって各機器に不具合が発生しない流量に減少する。一方、流量値が規定値Ｂよりも大きいと判別された場合には、流量が規定値Ｂ以下になるまでステップ４４の判別処理を繰り返す。

ステップ４６の処理において充填の流量が減少すると、ステップ４７において流量パルスの有無の判別、すなわち流量計９が液化ガスの流量を検出しその検出パルスが制御部５に送信されているか否かの判別が行なわれる。流量パルスが無いと判別された場合、つまり車両容器２への液化ガスの充填が終了して流量計９による流量の検出がなくなった場合には、ステップ４８に進み、充填用の電磁弁１２を閉じて（メインライン弁とサブライン弁の両方を閉じて）充填処理の動作を終了する。上記したように車両容器２において液化ガスの充填が終了すると過充填防止弁２５が閉じる。この過充填防止弁２５の閉弁によって貯蔵容器３側から車両容器２側への充填が止まり、流量計９による流量の検出がなくなる。また、過充填防止弁２５の閉弁によってウォーターハンマー現象が発生するが、ステップ４６において充填流量は減少しているため各機器への不具合が発生することはない。
一方、流量パルスが有ると判別された場合、すなわち液化ガスの充填が継続していると判別された場合には、ステップ４７の処理を繰り返す。

ステップ４３で流量が規定値Ａ以下であると判別されてステップ４５に進むと、流量パルスの有無の判別、すなわち流量計９が液化ガスの流量を検出しその検出パルスが制御部５に送信されているか否かの判別が行なわれる。流量パルスが無いと判別された場合、すなわち液化ガスの流量が検出できないと判別された場合には、ステップ４８に進み、充填用の電磁弁１２を閉じて充填処理の動作を終了する。一方、流量パルスは有ると判別された場合、すなわち流量は規定値Ａ以下であるが液化ガスが充填されていると判別された場合には、ステップ４３に戻って、上記と同様の処理を行なう。流量が規定値Ａ以下で継続して充填されると、ステップ４３とステップ４５の処理が充填が終了するまで繰り返される。したがって、流量計９によって計測された充填流量、例えば、その計測値が最大となる充填開始の際（開始から僅かな期間が経過する間）の充填流量が規定値Ａ以下である場合、すなわちその流量によるウォーターハンマー現象では充填装置内の各機器に悪影響を及ぼさない場合には、液化ガスの流量を減少させるための電磁弁１２の調整を行なわずにメインライン「開」の状態で充填処理が行なわれる。

尚、上記説明では電磁弁１２として、流路を切換えることによって液化ガスの流量を変化させる流量調整弁（メインライン弁、サブライン弁）を使用したが、この形態に限定されず例えば、流路の切換えは行なうことなく、液ライン６に設けられた電磁弁１２であって、可変絞り弁からなり、制御部５からの制御信号により段階的あるいは連続的に弁が可変調整され、充填される液化ガスの流量を変化させることができる流量調整弁であってもよい。

本発明に係る液化ガス充填装置の一形態を示すシステム系統図である。 図１の制御部の充填制御内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 液化ガス充填装置
２ 車両容器（被充填容器）
３ 貯蔵容器
５ 制御部（流量制御手段）
６ 液ライン
９ 流量計（流量測定手段）
１２ 電磁弁（流量調整弁）
１３ 充填開始スイッチ（充填開始指示手段）
２５ 過充填防止弁

Claims (2)

1. 液化ガスを被充填容器に充填するための充填経路を備えた液化ガス充填装置において、
   前記液化ガスの充填の開始を指示する為の充填開始指示手段と、
   前記充填経路に設けられ、前記充填開始指示手段を操作することによる前記液化ガスの充填開始に伴って、前記被充填容器に充填される液化ガスの流量を測定する流量測定手段と、
   前記充填経路に設けられ、当該充填経路の流路面積を変化させることにより当該充填経路を流れる液化ガスの流量を調整する流量調整弁と、
   前記液化ガスの充填に伴い上昇する前記被充填容器内の圧力によって、前記流量測定手段により測定される流量が第１の所定流量値以下になったとき、前記流量調整弁を調整して前記充填経路の流路面積を絞ることにより前記液化ガスの流量を減少させる流量制御手段とを備えることを特徴とする液化ガス充填装置。
2. 前記流量制御手段は、前記液化ガスの充填開始の際に前記流量測定手段により測定された流量が前記第１の所定流量値よりも小さい第２の所定流量値以下であった場合には、前記液化ガスの流量を減少させるための前記流量調整弁の調整を行なうことなく当該液化ガスの充填を行なわせることを特徴とする請求項１に記載の液化ガス充填装置。

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