JP6316280B2 - 燃料補給中に圧縮天然ガス車両を移動できないようにする車両安全システム及び圧縮天然ガス車両への燃料補給中の走り去り事故を防止する方法 - Google Patents

Description

本願発明は、一般に車両の安全及び圧縮天然ガスの分野に関し、特に圧縮天然ガスを燃料とする車両への燃料補給に関連している安全システムに関する。

米国や他のいくつかの国において、天然ガスは十分な資源になりつつある。エネルギー供給の年数に関して、米国の天然ガス埋蔵量はサウジアラビアの石油埋蔵量を上回ると推定される。

この資源を有効活用して原油に取って代わるために、天然ガスを車両に使用する必要がある。小規模な変更で、内燃エンジンが天然ガスにより非常に良好に動作するため、多くの保有車両運転者は天然ガス燃料に彼らの車両を切り替えている。

通常、天然ガスは、２つの異なる形態である１）圧縮ガス、及び２）液化ガスとして供給される。液化ガスは、単独のタンクに供給できるガスの量に関してより効率が良い一方、取り扱いが非常に危険であり、液化ガスを補給して実際に使用するために非常に特殊な設備を必要とする。それに対して、圧縮天然ガスは補給や利用が比較的容易である。３０００ｐｓｉから４０００ｐｓｉの圧力で、圧縮天然ガスを耐圧ボトルに供給できる。工業界において、このようなボトルの取り扱い方法及び該ボトルへの充填方法は非常に良く知られている。天然ガスの“ガス補給所”は、高圧エアーと同様の充填技術を利用して、ごくわずかの時間で車両タンク（耐圧ボトル）を充填できる。３５００ｐｓｉの圧力で１００〜２００立方フィートの天然ガスが入っている車両タンクは、通常の自動車のガソリンタンクほど危険ではない。その車両タンクを、事故の直接的な衝撃から保護できる。

米国の多くの家庭及び企業では、料理及び、多くの場合暖房のための天然ガス配管が通っている。多くの家庭では車両を何台か所有しており、大部分の米国人は少なくとも１台の自動車もしくは他の車両を所有する。この組み合わせは、翌日利用するために夜間に家で天然ガス車両を充填すること、もしくは小企業の所在地で充填することの実現性を直ちに連想させる。大型の圧縮天然ガスタンクでさえ通常のガソリンタンクほど補充と補充の間は長く続かないと予想されるため、夜間に天然ガスを補充することは非常に便利になると予想される。天然ガス補給所もまた、車両所有者は利用可能である。しかしながら、恐らくこれらの天然ガス補給所は、長期の旅行でより利便性があると予想される。大部分の人は、車両に充填するためにガス補給所で５〜１０分待つ必要があることを望まないだろう。交換可能なタンクも同様に考えられる一方、これらは単一の固定式搭載タンクよりも相当多くの諸設備及び取り扱いを必要とする。交換可能なタンクを使用したとしても、恐らく車両所有者はまだ、現在ガソリンでやるよりも、補給所で補充するために相当長く待つ必要があるだろう。

現在のところ、少なくとも１社の自動車メーカーが、圧縮天然ガス車両及び充填用の家庭用コンプレッサーを供給している。全米消防規則は現在、家庭における大型の貯蔵タンクの所有もしくは高速充填用のコンプレッサーを禁止している。現在の規格を考慮すると、家庭用コンプレッサーは高圧ホースを用いて車両に直接取り付けられ、該車両は（搭載タンクの大きさによるが）充填に数時間かかると予想される。この場合もやはり、この充填を夜間に行うことが非常に都合がよいと予想される。小企業、特に保有車両を有する小企業は、同様の設備を利用できる。

非常に多くの人々が、車庫において夜間に、もしくは事業拠点で天然ガス車両を充填しているが、非常に深刻なタイプの事故の可能性が劇的に増加する−すなわち、いわゆるドライブオフ（drive-off）の事故である。これは、高圧充填ホースがまだ車両に取り付けられたまま走り去ろうとする事故である。その車両の接続金具もしくはバルブを損傷した場合、もしくはコンプレッサーが家庭用天然ガス源から引き離された場合、家庭用車庫におけるこのような事故は大参事になり得る。どちらの場合にも車庫に相当な量のガスが流出し、火事もしくは爆発の危険性をもたらし得る。ホースや接続金具を壊す前に車両を止めた“軽度の”ドライブオフの事故でさえ、その充填ホースにストレスを加えることもあり得、場合により少量の、非常に発覚されにくいガス漏れを生じさせ得る。このような少量のガス漏れは、朝までに車庫をガスで充満させ得る。

天然ガスは主にメタンガスを含有し、したがって空気より軽い。車庫における天然ガスのガス漏れは、その車庫の天井から床まで充満すると予想される。天然ガスと空気との爆発性混合ガスは、（純メタンガスに関して）５％前後と１５〜２０％前後の間である。多くの車庫は、オープンフレームを有するかまど及び給湯器を備えている。天然ガスが車庫に充満するにつれて、一段高い台の上のかまどもしくは給湯器により簡単に引火し得る（消防規則では、自動車のガソリン漏れに起因して床沿いに集まる恐れのあるガソリンの霧を避けるために、車庫内のオープンフレームの装置を台に設置することを要求する）。これが、ガレージ爆発の典型的な状態である。したがって、天然ガスの放出あるいはガス漏れをもたらす可能性のあるあらゆることが、大きな脅威となる。ドライブオフの事故はこのような出来事である。

充填用ノズルがまだガソリンタンク注入口にある場合、ガソリン車両がガソリンスタンドで発進してしまうことのないようにするために、いくつかの従来技術が報告されている。その技術の一つが米国特許公開第２００２／０１６２６０１号であり、また米国特許第５，７２０，３２７号である。充填用ホースが充填用注入口にない場合、ガソリンもしくは他の燃料を吸い上げないようにするために、他の技術が発明されている。その技術の一つが米国特許公開第２００８／０２９０１５２号であり、また米国特許第４，２２７，４９７号である。

これらの従来技術はガソリンでは有用である一方、家庭もしくは企業で高圧圧縮天然ガスを車両に充填することに伴う問題の解決にはならない。特に、圧縮天然ガスタンクは、非常に高圧（３０００から４０００ｐｓｉの間）で充填される。このような容器の接続金具もしくはバルブでの漏出もしくはズレが、爆弾のように作用し得る途方もない高圧爆発をもたらす可能性がある（これは、いかなる圧縮ガスでも空気を含んでいる状態で起こる可能性がある）。高圧化での非常に少量の漏出でも同様に、大量のガスを漏出させる可能性がある。例えば爆発しているタンクは、家屋や車両の運転席を貫通する十分な力がある金属の破片を、全方向に放出する可能性がある。これは、あらゆる火事の発生前に起こる可能性がある。その後、家屋や企業をがれきに変えるその爆発物や引火性の高いガスの塊に、ごく微量の火花が引火し得る。急速着脱式のホースでさえ、接続金具、タンク、ホース、コンプレッサー及び／又は天然ガス供給源を損傷しつつ運転手は急速に走り去ろうとし得るため、通常はこの問題の解決にはならない。

充填用ホースが装着され、安全バルブが正しい位置にない時に、運転手が車両のエンジンをかけることができないようにする、二重もしくは三重に重複するシステム及び方法を有することは非常に有益であるだろう。

発明を解決するための手段

本願発明は、圧縮天然ガス充填用システムを車両から正しく完全に取り外さない場合、運転手がエンジンをかけることができないようにし、及び／又はその車両を移動できないようにする多数重複システムに関する。

本発明の実施形態の１つでは、１つ以上のオプションの機械式マイクロスイッチと併用される複数の近接センサ、もしくは他のセンサ、が組み合わさり、その車両の点火装置を保護し、もしくは他の方法でその車両を作動しないようにする。最低レベルで高圧充填用ホースの存在もしくはないことを検知する単体の近接センサを有していれば、異なる安全レベルにするために異なるセンサの組み合わせを使用できる。本発明に従った最高の安全レベルでは、燃料充填用ホース用の接続金具、ガスキャップカバー、及び手動安全バルブもしくは隔離弁のそれぞれに、例えば近接センサ等のセンサを、少なくとも１つの上記部品で重複するマイクロスイッチに加えて有することできる。車両メーカーによりその車両のコンピュータに備えられた電気的もしくは機械的保護手段、あるいは点火装置の一連のシンプルな電気的直列回路により、点火装置、変速装置もしくは他の機能を保護できる。上記最高の安全レベルのシステムでは、両方の技術を使用し得る。

なお、上記車両コンピュータ、もしくは別のシンプルな電気回路では、取り付けられた燃料補給用ホースを１つ以上のセンサが示していることの可視的及び／又は音響的な表示を備え得る。その表示機の警告は、運転手が車両のキーを点火装置に入れる瞬間に作動し得る。本願発明を考慮すると、実際にはそのシステムが全く安全な時に、前記燃料補給用ホースが繋がれたことを示す状態で前記センサの１つが故障し得る可能性がある、ということが理解されよう。この非常に特殊な場合に、前記センサを限定回数無効にしてエンジンをかける、もしくは供給された無効手段を用いて前記車両を移動する、運転手のための技術を本願発明は提供する。この機能を有することで、その運転手は整備士のところに運転して前記問題を解決できるようになる。不良センサを有する車両の運転手が修理を先延ばしにしないようにするため、所定の使用回数（例えば３回など）後は、誤用防止装置によりこの機能を自動的に機能しないようにし得る。最後に、最終レベルの保護のために、本発明の他の機能に加えてオプションのブレイクアウェイ式の（break-away）接続金具も提供され得る。

現在、本願発明の特徴を図示した数枚の図面に注意が向けられる。
本願発明に従った高安全性の保護（lockout）システムの実施形態のブロック図である。 センサの入力を組み合わせることができる論理回路である。 近接センサを有する充填用設備の詳細図面である。 高圧充填用ホースを取り外した状態の図２のシステムである。 追加のガスキャップセンサを有する図２〜３と同様のシステムである。 隔離弁と３個の近接センサを有するパネル式充填システムである。 追加の機械式マイクロスイッチを有する図５のシステムである。

高圧圧縮天然ガス用燃料ホースが車両に取り付けられ、及び／又は充填用キャップを取っている時の、該車両の点火装置、変速装置もしくは該車両を動作させる他の手段を保護する、システム及び方法に本願発明は関する。図１Ａは、このようなシステムの実施形態のブロック図を示している。隔離弁２２を介して充填することを可能とする高圧充填ホース２１を、圧縮ガス燃料接続金具２は受け入れる。隔離弁２２を手動で開けることができ、もしくはパネルの蓋もしくは“ガスキャップ”を開いた時に機械的に開けることができる。電気式近接センサであり得るセンサ４は、高圧充填ホース２１の取付部の存在を検知する。オプションの第２のセンサ８は、前記パネルもしくはガスキャップが開いていることを検知する。オプションの第３のセンサ１４は、（隔離弁のようなバルブを有する自動車の）隔離弁２２の位置を検知できる。前記センサの全てが磁気式、光学式もしくは超音波近接センサあるいはその他のセンサであり得る。そして接近を検知する、もしくは特定の機構部が特定の位置にあること、あるいはないことを検知するあらゆる方法を、前記センサの全てが利用し得る。オプションの１つ以上の機械式マイクロスイッチ２３は１つ以上の前記センサへのバックアップを提供できる。

独立したユニットであり得る、さらなる論理回路２４もしくは他の保護手段、あるいは自動車のプロセッサの一部は、全てのセンサ４，８，１４及びオプションのマイクロスイッチ２３からの入力を組み合わせることができ、その自動車の点火装置にエンジンをかけさせることができる、もしくはその自動車を動作させることができる安全信号を生成する。図１Ｂはこの回路２４の略図を示している。ここで、それぞれのセンサ信号を増幅し、条件付けして、ＡＮＤ回路２６に入力する。もし、それらのセンサのいずれかが安全ではない状態であるなら、ＡＮＤ回路２６は“安全”信号を生成しないだろう。図１Ｂの特定の回路では、近接しているときに近接センサの論理値はHighであると推測され、また前記蓋が閉じたときにそのマイクロスイッチの電圧がHighであると推測される。その他の論理レベルもしくは論理的構成も使用できる。特に、マイクロコントローラもしくは他のプロセッサのプログラムも、その決定をすることがあり得る。技術的によく知られるように、ＡＮＤ回路の代わりにＯＲ回路も実際上使用され得る。センサの入力を組み合わせて“安全”の決定をする、あらゆる回路もしくはプログラムが、本願発明の範囲内である。

図１Ｂはまた、センサの１つが安全ではない状態である時、無理やり“安全”状態にさせるために使用され得る無効手段２７も示している。この回路はオプションではあるが、該回路を備えている時、運転手が故障しているセンサを有する車で整備士のところに行けるようにする。カウンター２８もしくは他の誤用防止装置は、そのセンサの修理前に前記無効手段を所定回数（例えば３回）より多く使用されないようにする。そのセンサの論理値が安全信号を生成するときはいつでも、カウンター２８は任意にリセットできる。本例では、運転手は特別なＰＩＮコード２９を入力でき、前記無効手段をアクティブにして前記センサを無効にする。この回路を提供することにより、そのシステムの無効手段の安全閾値をわずかに下げる一方、該無効手段の実行行為をあまりにも困難にし得るため、運転手は日常的に該回路を使用して故障したセンサの修理の必要を避けることはないだろう。その無効手段は、有資格整備士によってのみ任意に使用を限定され得る。この場合、運転手はその回路を操作できないだろう。無効手段のシンプルなスイッチを使用できる一方、さらなる安全性のために、ＰＩＮもしくはバーコード、あるいはその他の固有の識別２９が要求される可能性がある。ＰＩＮを使用する場合、ＰＩＮの入力方法は、例えばキーパッドや磁気カード読取装置などを利用できる。バーコードを使用する場合、小型のバーコードリーダーが供給され得る。

図２は、車両のオス型のタンクアダプタ２を、連結された（通常はばね式で連結された）メス型の充填用ロック式結合器３及び高圧導入用ホース１と共に示している。通常、導入用ホース１はコンプレッサーもしくは貯蔵タンクから延びている。電気的接続手段（electrical connections）５を有する近接センサ４は、その導入用ホース（安全ではない状態）を検知する。メス型のロック式結合器３は通常、タンクアダプタ２を固定する接続／取り外し用の接続金具を有し、高圧かつ漏れないように接続を行なう。注目すべきは、メス型の充填用ロック式結合器３は着脱が容易なブレイクアウェイ式の（break-away）接続金具であり得るということである。これは、何故か残りのシステムが機能しなくなった場合にホースを手動で取り外すという、最終的な機械的バックアップをそのシステムに加えるだろう。

図３は、図２と同様の配置で、導入用ホース１及びメス型のロック式結合器３を取り外して、オス型の充填アダプタ２から取り出した状態を示している。

図４は、充填用の空洞６、及びヒンジで開く充填用アクセス蓋７を示している。第２の近接センサ８は第２の給電手段（electrical feed）９を有している。本発明の実施形態では、このセンサ８を単独もしくは充填用ホースのセンサ４と併せて使用できる。

あらゆる種類のセンサを本願発明に使用できる。望ましいセンサは磁気式もしくは光学式の近接センサである；しかしながら、例えば超音波センサや他のセンサなどの、他のセンサの種類も使用できる。

図５は、異なる配置の燃料補給システムを示している。この種類のシステムは、トラックもしくは大型車両で一般的に見られる。パネル１３は、タンクアダプタ１２へのアクセスを可能にするために開閉する。隔離弁１０を手動で操作可能、もしくは隔離弁１０はパネル１３上のレバー１６と連動して操作可能である。そのパネルが開いているか閉じているか（したがって隔離弁１０にレバー１６を使用する場合、該隔離弁が開いているか閉じているか）を検知するために、給電手段１５を有する第３の近接センサ１４を使用できる。前記パネルが閉じている時、隔離弁１０は前記タンクからタンクアダプタ１２を隔離する。

図６は、オプションのマイクロスイッチ２３をパネル１３に加えていること以外は、図５と同様の実施形態を示している。これは、近接センサに依存しないシンプルな機械的バックアップである。注目すべきは、本願発明の様々な実施形態で示されるあらゆる近接センサは、マイクロスイッチもしくは他の機械素子により代用され得るということであり、あるいは、それぞれの近接センサを追加のマイクロスイッチで任意にバックアップし得るということである。

注目すべきは、オプションの天然ガス漏れセンサを本願発明に組み込むこともでき、さらなる安全性の要因をもたらす、ということである。このようなセンサは、遊離天然ガスの法外な濃度を検知した場合に前記車両を作動しない状態に保ち得る。このようなセンサが、前記車両もしくは前記コンプレッサーの警報を鳴らすこともあり得る。上記のあらゆるセンサもしくは回路は、例えば無線や光などによるワイヤレスで、前記保護手段や他の論理回路と伝達可能ということもあり得る。最後に注目すべきは、メモリ及び内臓プログラムを有するプロセッサは、前記保護手段、無効手段及び／又は誤用防止装置の論理機能を実行できるということである。これは、あらゆるデジタルもしくはアナログの論理回路、あるいはシンプルなリレーであり得る。なお、リモートで前記システムの状態を報告もしくは記録するために、インターネットもしくはネットワークのインターフェースを備えることができる。この機能は、例えば保護状態で走り去るための試行回数もしくは無効手段の使用回数など、保有車両運転者にとって安全性を追跡するために有用であり得る。

本願発明は、圧縮天然ガス車両の燃料補給をする家庭もしくは企業の安全性を高めるための、多数重複システムを提供する。プロパンもしくはその他の圧縮ガス燃料を使用している車両にも、そのシステムを利用できる。その燃料補給システムが安全な状態である場合、１つ以上のセンサのシステムが決定する。これは、高圧充填用ホースが取り外され、燃料補給区画のアクセス蓋が閉められ、そしてあらゆる隔離弁が正しい位置である状態であり得る。そのシステムが安全な状態ではない時、保護手段はその車両を発進できなくする、もしくは別の方法で該車両は移動できなくなる。運転手が故障したセンサの修理を可能にするために、無効手段は前記安全センサを無効にでき、前記車両を移動できるようにすることをもたらし得る。この無効手段には誤用防止装置が備えられており、該誤用防止装置は、該無効手段自身を無効にする前に所定回数だけしか使用できないようにする。これは、運転手が故障したセンサの修理を先延ばしにすることを防止する。安全ではない状態で運転手が車両のキーを差込口に入れる時、あるいはまた、その運転手が発進するためにそのキーを回す時に、音響的及び／又は可視的表示機は音を発し得る、もしくは表示し得る。

本願発明において、保護手段は車両を移動できないようにさせるための、あらゆる方法、手段もしくは技術であり、点火装置もしくは変速装置を作動しないようにできる、あるいはその他の方法で前記車両を作動しないようにできる回路もしくはモジュールを含んでいる。無効手段は、保護状態にもかかわらず、車両を移動できるようにするためのあらゆる方法、手段もしくは技術−前記保護手段を無効化するあらゆる方法である。誤用防止装置は、前記無効手段の使用可能回数（特に連続回数）を限定することにより、該無効手段の誤用を防止するためのあらゆる方法、手段もしくは技術である。

それぞれの記述及び図面は、本願発明の特徴の理解を助けるために提示される。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で多数の変更及び変化が可能であることは、当業者であれば理解するだろう。これらの変更及び変化のそれぞれは、本願発明の要旨の範囲内である。

Claims (7)

1. 高圧天然ガスタンクと結合するタンク充填用アダプタに近接している高圧天然ガス充填用ホースの存在を検知する第１のセンサと、
   前記タンク充填用アダプタを含む区画を閉じる充填用アクセス蓋の、開／閉位置を検知する第２のセンサと、
   閉じられた時は前記高圧天然ガスタンクから前記タンク充填用アダプタを隔離する隔離弁の、開／閉位置を検知する第３のセンサと、
   前記高圧天然ガス充填用ホースが前記タンク充填用アダプタに近接していなく、前記充填用アクセス蓋が閉められ、そして前記隔離弁が閉められた時に、前記第１、第２、及び第３のセンサからの入力を組み合わせて、安全な状態を示している安全信号を生成するように構成される論理回路と、
   前記安全信号がない時に、車両を作動しないようにする保護回路と、
   手動で前記車両を作動させる時に、前記論理回路を無効にして前記安全信号を生成する手動用無効回路と、を備え、
   前記手動用無効回路は、所定の連続回数だけ使用されるように構成されることを特徴とする燃料補給中に圧縮天然ガス車両を移動できないようにする車両安全システム。
2. 前記充填用アクセス蓋もしくは前記隔離弁の位置も検知するマイクロスイッチをさらに備え、
   前記充填用アクセス蓋が開いていること、もしくは前記隔離弁が安全ではない位置であることを前記マイクロスイッチが検知したときにも、前記論理回路は前記安全信号を生成しないことを特徴とする請求項１に記載の車両安全システム。
3. 前記手動用無効回路の連続使用回数を計測するように構成されるカウンターをさらに備え、
   前記論理回路が前記安全信号を生成する時に前記回数がリセットされることを特徴とする請求項１に記載の車両安全システム。
4. 前記第１、第２、及び第３のセンサが磁気式、光学式もしくは超音波センサであることを特徴とする請求項１に記載の車両安全システム。
5. 前記タンク充填用アダプタに近接している高圧天然ガス充填用ホースの存在、もしくはないことを検知するマイクロスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両安全システム。
6. 車両の高圧天然ガスタンクに取り付けられたタンク充填用アダプタに近接している高圧天然ガス充填用ホースの存在を検知する、第１の近接センサを前記車両に設置し、
   前記車両で前記タンク充填用アダプタを含む区画を閉じる充填用アクセス蓋の、開／閉位置を検知する第２の近接センサを前記車両に設置し、
   閉じられた時は前記高圧天然ガスタンクから前記タンク充填用アダプタを隔離する隔離弁の、開／閉位置を検知する第３の近接センサを前記車両に設置し、
   前記高圧天然ガス充填ホースが前記タンク充填用アダプタに近接していなく、前記充填用アクセス蓋が閉められ、そして前記隔離弁が閉められた時に、前記第１、第２、及び第３の近接センサからの入力を組み合わせて、安全な状態を示している安全信号を生成するように構成される論理回路を設け、
   前記安全信号がない時に、前記車両のエンジンを作動しないようにする保護回路を設け、
   手動で前記車両のエンジンを作動させる時に前記論理回路を無効にして前記安全信号を生成する手動用無効回路を、さらに設け、
   前記手動用無効回路は所定の連続回数だけ使用されるように構成され、使用回数を保持することにより前記論理回路を無効にする、
   ことを特徴とする圧縮天然ガス車両への燃料補給中の走り去り事故を防止する方法。
7. 前記論理回路が前記安全信号を生成する時に前記使用回数がリセットされることを特徴とする請求項６に記載の方法。

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