以下、本発明の実施の形態によるガス供給装置を、添付図面の図1ないし図4に従って詳細に説明する。
図1に示すように、本実施の形態に係るガス供給装置1は、例えば自動車の燃料タンク2(被充填タンク)に圧縮したガス(本実施の形態では、水素ガス)を充填するように供給するため、一般にガス供給ステーションと呼ばれる設備等に設置されている。ガス供給装置1は、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス貯蔵部3と、該ガス貯蔵部3からのガスを車両の燃料タンク2に充填、供給するためのディスペンサユニット4と、ガス貯蔵部3からディスペンサユニット4にわたって延びるガス供給経路5とを含んで構成されている。
ガス供給経路5は、一端(上流端)側が後述の蓄圧器8A,8Bにそれぞれ接続され他端(下流端)側が一の合流経路6(例えば、ディスペンサユニット4のガス供給管21側)に接続された第1,第2の分岐経路7A,7Bと、自動車の燃料タンク2の供給口(以下、充填口2Aという)に接続自在にするために合流経路6の他端に設けられた接続部(即ち、後述の充填ノズル24)とを含んで構成されている。なお、分岐経路の本数は、蓄圧器の個数に対応して決められる。
ガス供給装置1のガス貯蔵部3は、複数の蓄圧器8A,8B(例えば、第1の蓄圧器8Aと第2の蓄圧器8Bとからなる少なくとも2つ以上の蓄圧器)と、昇圧器としてのコンプレッサ9とを含んで構成されている。第1の蓄圧器8Aと第2の蓄圧器8Bとは、コンプレッサ9により圧縮された高圧のガスを蓄圧するための容器であり、例えば同一容量のタンクとして形成されている。しかし、両蓄圧器8A,8Bは、必ずしも同一容量に形成する必要はない。
第1,第2の蓄圧器8A,8Bは、その流入側が第1,第2のガス導管10A,10Bを介してコンプレッサ9の吐出側に接続されている。第1,第2の蓄圧器8A,8Bには、コンプレッサ9よって昇圧された高圧のガスが満圧(後述の満圧Pm)になるまで蓄圧して貯蔵される。第1,第2の蓄圧器8A,8Bの流出側は、第1,第2の分岐経路7A,7Bを介して一の合流経路6(即ち、後述のガス供給管21側)に接続されている。第1,第2の蓄圧器8A,8Bに貯蔵(蓄圧)されるガスの圧力は、燃料タンク2の目標充填圧力よりも高い圧力であり、両者の圧力差に従って燃料タンク2内にはガスが充填される。このため、第1,第2の蓄圧器8A,8Bは、燃料タンク2よりも十分に高い耐圧性能をもって形成されている。
第1,第2の蓄圧器8A,8Bの流入側に位置する第1,第2のガス導管10A,10Bには、それぞれエア作動式で開閉する蓄圧先切替器(開閉弁)としての第1,第2入口弁11A,11Bと、該第1,第2入口弁11A,11Bと蓄圧器8A,8Bとの間に配置されガスの逆流を防止する第1,第2逆止弁12A,12Bとが設けられている。なお、本実施の形態で使用されている弁は、上述の第1入口弁11Aおよび第2入口弁11Bを含め、圧縮空気の圧力を利用して開,閉(または、その弁開度が調整)される所謂エア作動式の弁が採用されている。しかし、本発明に使用される弁は、必ずしもエア作動式の弁に限るものではなく、例えばソレノイドで作動される電磁弁等を用いてもよい。
コンプレッサ9は、例えば複数段でガスを圧縮する多段式の圧縮機からなり、その吸込管路13は、ガスを貯蔵するガスタンク(または、ガスを生成する水素生成設備)と連通する中圧配管14に接続されている。中圧配管14からのガスは、吸込管路13を介してコンプレッサ9により圧縮され、昇圧したガスがガス導管10A,10Bの一方(即ち、第1入口弁11Aまたは第2入口弁11Bが開弁された方のガス導管10Aまたは10B)を介して第1,第2の蓄圧器8A,8Bの何れか一方に選択的に供給される。
第1,第2の蓄圧器8A,8Bの流出側を合流経路6に接続する第1,第2の分岐経路7A,7Bには、それぞれエア作動式で開閉する供給元切替器(開閉弁)としての第1,第2出口弁15A,15Bと、該第1,第2出口弁15A,15Bと合流経路6との間に配置されガスの逆流を防止する第1,第2逆止弁16A,16Bと、第1,第2の蓄圧器8A,8Bと第1,第2出口弁15A,15Bとの間に配置され蓄圧器8A,8B内のガスの圧力を検出する第1,第2蓄圧器圧力検出器17A,17Bとが設けられている。
ガス貯蔵部3には、コンプレッサ9等を駆動制御してガスの供給制御を行う供給制御装置18が設けられている。該供給制御装置18は、例えばマイクロコンピュータ等を用いて構成され、その入力側が第1蓄圧器圧力検出器17Aおよび第2蓄圧器圧力検出器17B等に接続されている。供給制御装置18の出力側は、コンプレッサ9、第1入口弁11A、第2入口弁11B、第1出口弁15Aおよび第2出口弁15B等に接続されている。
また、供給制御装置18は、不揮発性メモリ、RAM、ROM等からなる記憶部としてのメモリ19を備えている。該メモリ19には、第1,第2の蓄圧器8A,8Bの内容積に相当する容量データと、蓄圧器8A,8Bの満圧に該当する満圧Pmのデータと、図4に示す蓄圧制御処理用のプログラム等とが格納されている。また、供給制御装置18は、後述の充填制御装置36との間で検出信号や制御信号等の授受を行うため、有線または無線の通信回線からなる信号線20を介して充填制御装置36に接続されている。
ここで、供給制御装置18は、供給元切替器としての第1出口弁15A,第2出口弁15Bを選択的に開,閉弁させることにより、燃料タンク2へのガスの供給元を第1の蓄圧器8A,第2の蓄圧器8Bのいずれにするかを切替制御するガス供給元切替制御手段と、蓄圧先切替器としての第1入口弁11A,第2入口弁11Bを選択的に開,閉弁させることにより、コンプレッサ9により昇圧されたガスを第1の蓄圧器8A,第2の蓄圧器8Bのいずれに蓄圧するかを切替制御する蓄圧先切替制御手段とを構成している。
この場合、供給制御装置18は、蓄圧器圧力検出器17A,17Bにより検出された蓄圧器8A,8B内の圧力(後述の圧力値Pa,Pb)と当該蓄圧器8A,8Bの容量とに基づいて、蓄圧器8A,8Bのうちガスの圧力が先に満圧Pmとなる蓄圧器を、演算により判別して選択する機能を有している。蓄圧器8A,8Bの容量が同一の場合には、内部のガス圧力がより高圧になっている方の蓄圧器が先に満圧になる。この上で、供給制御装置18は、このように判別して選択した蓄圧器8Aまたは8Bに対し、コンプレッサ9からのガスを優先的に供給して蓄圧させる蓄圧先切替制御(例えば、図4に示す蓄圧制御処理)を実行するものである。
ディスペンサユニット4には、ガス供給経路5の合流経路6を構成するガス供給管21が設けられている。該ガス供給管21の下流端側には、ディスペンサユニット4の外部に延びる充填ホース22が緊急離脱カップリング23を介して接続されている。充填ホース22の先端には、燃料タンク2の充填口2Aに連結される充填ノズル24が設けられている。燃料タンク2と充填口2Aとの間には、充填口2Aへの逆流を防止する逆止弁25が備えられる。
充填ノズル24は、例えば水素ガスからなる燃料を自動車(車両)の燃料タンク2に供給するため、充填口2Aに気密状態で着脱可能に接続されるカップリングとして構成されている。充填ノズル24は、ガスの充填中にガスの圧力によって充填口2Aから誤って外れることがないように、燃料タンク2の充填口2Aに対して係脱可能にロックされるロック機構(図示せず)を備えている。充填ノズル24は、燃料タンク2の充填口2Aに接続された状態で、蓄圧器8Aまたは8B内の高圧な燃料(水素ガス)をガス供給管21、充填ホース22および充填ノズル24等を通じて自動車の燃料タンク2に充填することができる。
ディスペンサユニット4のガス供給管21には、上流側から下流側へと順に、1次圧力計26、流量計(流量測定部)27、ガス供給開閉弁28、制御弁29、ガス温度センサ30、圧力センサ31、2次圧力計32、安全弁33が設けられている。なお、ガス供給管21の上流側から下流側に向けて設けられている流量計27、ガス供給開閉弁28、制御弁29等の取付けの順番は、図1中に示した順番に限定されるものではない。また、図示はしていないが、ガス供給管21の途中に自動車(車両)の燃料タンク2に供給するガスを冷却するための冷却器を必要に応じ設けるようにしてもよい。
ディスペンサユニット4内に設けられた流量計27は、ガス供給管21の途中で被測流体の質量流量を計測するコリオリ式流量計等により構成されている。流量計27は、例えばガス供給開閉弁28および制御弁29等を介してガス供給管21内を流れる燃料、即ち水素ガスの流量(質量流量)を計測し、計測した流量に比例した数の流量パルスを後述の充填制御装置36へと出力する。これによって、充填制御装置36は、自動車の燃料タンク2に対する燃料(水素ガス)の充填量を演算により求めることができ、自動車に対する燃料の払出し量(給油量に相当)を表示器(図示せず)等で表示し、例えば顧客等に表示内容を報知することができる。
ガス供給開閉弁28は、ガス供給管21の途中部位(例えば、流量計27と制御弁29との間)に設けられたエア作動式または電磁式の弁装置である。ガス供給開閉弁28は、後述する充填制御装置36からの制御信号で開,閉されることにより、ガス供給管21内を流れるガスの流通を許したり、または遮断したりする。即ち、充填制御装置36は、充填ノズル24を介して自動車(車両)の燃料タンク2に燃料ガスを充填、または充填を停止(終了)するときに、ガス供給開閉弁28と制御弁29との開,閉弁制御を行うものである。制御弁29は、例えばエア作動式で、エアの供給で開弁し、制御信号で制御圧(エア圧)を制御して弁開度が調整される弁装置である。制御弁29は、充填制御装置36の制御プログラムに基づく指令により任意の弁開度に制御されてガス圧を制御するものである。
圧力センサ31は、被充填タンクである燃料タンク2内(または、これにほぼ相当する配管途中)のガスの圧力を検知するセンサである。ここで、圧力センサ31は、充填ノズル24の近傍でガス供給管21内の圧力を測定し、測定した圧力に応じた検出信号を充填制御装置36へと出力する。ガス供給開閉弁28および制御弁29は、ガス供給管21を流れるガスの流量および圧力を制御する制御機器を構成している。流量計27、ガス温度センサ30および圧力センサ31は、ガス供給管21を流れるガスの流量、温度および圧力を計測する計測機器を構成している。
また、ディスペンサユニット4には、充填ホース22の先端に設けれた充填ノズル24が燃料タンク2の充填口2Aに接続された後に、ガス充填作業を開始させるために操作される充填開始スイッチ34と、ガス充填作業を停止する際に操作される充填停止スイッチ35とが設けられている。充填開始スイッチ34は、例えば燃料供給所の作業員等が手動で操作可能な操作スイッチで、ガスの充填を開始する場合に操作される。また、充填停止スイッチ35は、ガス充填中に充填を停止させる場合に操作される。そして、充填開始スイッチ34と充填停止スイッチ35とは、操作状態に応じた信号を充填制御装置36にそれぞれ出力し、充填制御装置36は、これらの信号に応じてエア作動式の空圧駆動弁または電磁弁等の自動弁からなるガス供給開閉弁28を開または閉とする。
ディスペンサユニット4には、ガス供給開閉弁28および制御弁29等の制御機器を制御してガスの充填制御を行う充填制御装置36が設けられている。該充填制御装置36は、例えばマイクロコンピュータ等を用いて構成され、その入力側が図2に示すように、流量計27、ガス温度センサ30、圧力センサ31、充填開始スイッチ34および充填停止スイッチ35等に接続されている。
充填制御装置36の出力側は、ガス供給開閉弁28および制御弁29等に接続されている。また、充填制御装置36は、図2に示すように、ガス貯蔵部3側の供給制御装置18に対して検出信号や制御信号等の授受を行う信号線20により接続され、例えば第1,第2出口弁15A,15Bの開,閉制御を供給制御装置18を介して行なう機能を有している。これにより、充填制御装置36は、ガス供給元切替制御手段としても機能するものである。
充填制御装置36は、不揮発性メモリ、RAM、ROM等からなる記憶部としてのメモリ37を備えている。該メモリ37には、例えば図3に示すガス充填制御処理用のプログラム等が格納され、充填制御装置36は、燃料タンク2に対する燃料(例えば、水素ガス)の充填制御処理を後述の如く行うものである。即ち、メモリ37には、ガスの充填時に圧力センサ31により測定された圧力値から得られる圧力上昇率が、予め設定された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁29の弁開度を制御する定圧上昇制御用の制御プログラム等が格納され、上述したように、充填制御装置36により制御弁29の開度が制御される。
なお、本実施の形態による定圧上昇制御用の制御プログラムにおいては、ガスの充填時における圧力上昇率が予め設定された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁29の弁開度を制御するよう構成されているが、制御弁29の弁開度の制御はこれに限るものではなく、例えば、充填制御装置36の周囲の温度(外気温)に対応する圧力上昇率を設定しておき、当該外気温に対応する圧力上昇率となるように制御弁29の開度を制御しても良い。
ここで、充填制御装置36は、自動車の燃料タンク2の充填口2Aに充填ノズル24を接続した状態で、例えば充填開始スイッチ34が閉成(ON)操作されたときに、ガス供給開閉弁28と制御弁29に開弁信号を出力してガス供給開閉弁28と制御弁29を開弁させる。これにより、蓄圧器8Aまたは8B内の水素ガスによるガスの充填作業が開始される。また、充填制御装置36は、例えば流量計27、ガス温度センサ30、圧力センサ31の測定結果を監視しつつ、制御弁29の開度等を予め設定された制御方式(定圧上昇制御方式または定流量制御方式)等で調整する。これにより、ガス供給管21内に供給されるガスの圧力、流量を適切な流通状態に制御することができる。
このとき、充填制御装置36は、流量計27からの流量パルスを積算して燃料の充填量(質量)を演算し、燃料の充填量が予め設定された目標充填量に達するか、または圧力センサ31により検出したガスの圧力が予め設定された目標充填圧力(目標充填圧)に達したときに、ガス供給開閉弁28を閉弁して燃料の充填を停止する。また、充填停止スイッチ35が操作された場合には、例えばガスの充填量や圧力が目標に達していなくても、充填動作を強制的に停止すべくガス供給開閉弁28が充填制御装置36からの信号により閉弁される。
本実施の形態によるガス供給装置1は、上述の如き構成を有するもので、次に、充填制御装置36による燃料タンク2への燃料ガス(例えば、水素ガス)の充填制御処理について、図3を参照して説明する。
まず、処理動作がスタートすると、ステップ1でガス充填の開始処理が行われる。例えば、燃料供給所の作業員は、ガス充填を受ける自動車が到着すると、自動車をディスペンサユニット4の近傍へ誘導し、充填ホース22先端の充填ノズル24を燃料タンク2の充填口2Aに連結させた後、充填開始スイッチ34をオン操作する。このように、充填開始スイッチ34が閉成(ON)操作されることにより、ステップ1の処理が行われる。
次に、ステップ2では、第1,第2の蓄圧器8A,8B内の圧力比較処理を行う。即ち、ステップ2では、第1,第2の蓄圧器圧力検出器17A,17Bにより検出された蓄圧器8A,8B内部のガスの圧力を比較する。次のステップ3では、2つの蓄圧器8A,8Bのうち、内部のガス圧力が高い方の蓄圧器を選択する。そして、次のステップ4では、選択された高圧側の蓄圧器8A(または、蓄圧器8B)からディスペンサユニット4のガス供給管21(即ち、燃料タンク2)内に向けてガス充填を行うため、第1出口弁15A(または、第2出口弁15B)を開弁させる。なお、低圧側となる蓄圧器側では、その元弁となる出口弁15B(または15A)が閉弁された状態に保持される。
次のステップ5では、充填開始スイッチ34のオン操作に基づいた充填制御装置36からの信号により、ガス供給開閉弁28および制御弁29が開弁され、ガスがガス供給開閉弁28から下流側のガス供給管21を介して充填ホース22内に所定量充填されるまで定流量充填制御(即ち、微小流量での燃料タンク2へのガス充填制御)が実行される。次のステップ6では、流量計27により初期積算流量を取込み、また、圧力センサ31により充填開始圧力を取込む。
次のステップ7では、これらの初期積算流量および充填開始圧力値により燃料タンク2内に残留しているガス残容量を演算する。次のステップ8では、前記初期積算流量、充填開始圧力値およびガス残容量から適宜の圧力上昇率が選択されて、圧力センサ31からの測定値から得られる圧力上昇率が、選択された所定の圧力上昇率に一致するように制御弁29の開度が充填制御装置36により定圧上昇制御されて、燃料タンク2へ定圧上昇充填が実行される。
次に、ステップ9では蓄圧器の切替条件が成立しているか否かを判定する。即ち、現時点で高圧側と選択している蓄圧器の圧力が低下し、他の蓄圧器に切替える条件を満たしているか否かを判定する。そして、ステップ9で「NO」と判定したときには、高圧側と選択している蓄圧器の圧力が他の蓄圧器よりも所定圧力(閾値)以上に高い場合であり、蓄圧器の切替を行う必要はないと判断することができる。
ステップ9で「NO」と判定し、蓄圧器の切替を行う必要はないと判断したときには、次のステップ10に移って制御切替条件が成立しているか否かを判定する。即ち、前記ステップ8による定圧上昇制御で燃料タンク2に充填されているガスの圧力が目標充填圧力に差圧ΔP1まで近付いたか否かを、ステップ10で判定する。ステップ10で「NO」と判定する間は、燃料タンク2内の圧力が目標充填圧力に差圧ΔP1までは近付いていないと判断できるので、前記ステップ8に移って定圧上昇制御による燃料タンク2へのガス充填を続行させる。
そして、ステップ10で「YES」と判定(即ち、定圧上昇制御で燃料タンク2内に充填されているガスの圧力が目標充填圧力に差圧ΔP1まで近付いたと判定)したときには、次のステップ11で、燃料タンク2に対して一段閉制御によるガス充填を行う。次のステップ12では、次なる制御切替条件が成立しているか否かを判定する。即ち、前記ステップ11による一段閉制御で燃料タンク2に充填されているガスの圧力が目標充填圧力に差圧ΔP2(ΔP2<ΔP1)まで近付いたか否かを、ステップ12で判定する。
ステップ12で「NO」と判定する間は、前記ステップ11の処理に戻って燃料タンク2へのガス充填を一段閉制御で続ける。そして、ステップ12で「YES」と判定したときには、燃料タンク2内に充填されているガスの圧力が目標充填圧力に差圧ΔP2まで近付いているので、次のステップ13では定流量制御により燃料タンク2に対してガス充填を行う。
次のステップ14では、燃料タンク2へのガスの充填完了条件が成立したか否かを判定する。例えば、燃料タンク2内の圧力が所定の圧力(目標充填圧力)に到達したことが圧力センサ31により検出された場合や、燃料タンク2に充填されるガスの流量が所定の流量以下に低下したことが流量計27により計測された場合等に、充填完了条件が成立したと判定される。ステップ14で「NO」と判定する間は、前記ステップ13の定流量制御で燃料タンク2へのガス充填を続ける。
そして、ステップ14で「YES」と判定したときには、次のステップ15でガス充填を終了させる。具体的には、充填制御装置36からの信号によりガス供給開閉弁28および制御弁29が閉弁され、燃料タンク2へのガス充填が終了される。これにより、燃料供給所の作業員は、充填ホース22先端の充填ノズル24を燃料タンク2の充填口2Aから取外し、次なる自動車(燃料タンク2)に対するガス充填作業を待機する。
一方、前記ステップ9で「YES」と判定した場合は、蓄圧器の切替条件が成立(即ち、現時点で高圧側と選択している蓄圧器の圧力が低下し、他の蓄圧器に切替える条件が成立)している。第1の蓄圧器8A内のガス圧力をPaとし、第2の蓄圧器8Bのガス圧力をPbとし、前記所定圧力としての閾値をPe(例えば、0.1〜1MPa程度)とした場合を例に挙げると、下記の数1式または数2式の関係からステップ9による蓄圧器の切替条件が設定されている。
即ち、前記ステップ3がPa>Pbの条件下で、ステップ9の処理時に蓄圧器8Aのガス圧力Paが蓄圧器8Bのガス圧力Pbよりも閾値Pe以上に高い場合には、下記の数1式の関係を満たすことになり、ステップ9では「NO」として蓄圧器の切替を行う必要はないと判断する。しかし、上記数1式の関係を満たしていない場合には、両ガス圧力Pa,Pbの差が閾値Peより小さく(Pa<Pbの場合も含む)なっているので、ステップ9では「YES」と判定する。
一方、前記ステップ3がPb>Paの条件下では、ステップ9の処理時に蓄圧器8Bのガス圧力Pbが蓄圧器8Aのガス圧力Paよりも閾値Pe以上に高い場合に、下記の数2式の関係を満たすことになり、ステップ9では「NO」として蓄圧器の切替を行う必要はないと判断する。しかし、下記数2式の関係を満たしていない場合には、両ガス圧力Pa,Pbの差が閾値Peより小さく(Pa>Pbの場合も含む)なっているので、ステップ9では「YES」と判定する。
そこで、ステップ9で「YES」と判定した場合には、次のステップ16で複数の蓄圧器の圧力比較を行い、次のステップ17で高圧側の蓄圧器選択を行い、次のステップ18では高圧側の蓄圧器からガス充填を行う。この場合のステップ16〜18の処理は、前述したステップ2〜4の処理と同様に行われる。特に、蓄圧器の個数が3個以上の場合には、ステップ16〜18の処理により最も高圧な蓄圧器を選択することができる。
そして、この間は第1,第2の蓄圧器8A,8Bのうち高圧側となる蓄圧器が切替可能に選択され、選択された蓄圧器からのガス充填が定圧上昇制御(ステップ8)で行われる。次のステップ9で、蓄圧器の切替条件が成立しない「NO」と判定するときには、高圧側と選択している蓄圧器の圧力が他の蓄圧器よりも所定圧力(閾値Pe)以上に高い場合(具体例を挙げると、前記数1式または数2式の関係を満たしている)場合である。これにより、ステップ10以降の処理を行う場合に、高圧側の蓄圧器は、内部のガス圧力が他の蓄圧器よりも閾値Pe以上に高くなっている。
このため、自動車の燃料タンク2には、常に高圧側の蓄圧器からガスを充填し続けることができ、燃料タンク2へのガス供給時間が長くなってしまう等の問題をなくすことができる。なお、閾値Peは、例えば0.1〜1MPa程度の圧力としたが、これはあくまでも目安にした値であり、ステップ9からステップ16〜18の処理を行う間に、高圧側の蓄圧器が頻繁に切替わることがないように、即ちハンチングが生じないように閾値Peの値を選定するのがよいことは勿論である。
上記のように、前記ステップ9で蓄圧器の切替条件が成立しているか否かを判定し、「YES」と判定する間は、ステップ16〜18の処理を行うことにより、車両の燃料タンク2へのガス供給途中において、当該燃料タンク2にガスを供給するのに使用している蓄圧器内のガスの圧力が他の蓄圧器内のガスの圧力よりも低下し、他の蓄圧器内のガスの圧力が使用している蓄圧器の圧力よりも所定圧力(閾値Pe)以上に高くなったときに、蓄圧器の切替制御を行って前記他の蓄圧器のガスを前記燃料タンクに供給することになる。このため、常に高い圧力を有している蓄圧器を用いて燃料タンク2へのガス供給を行うことができ、車両の燃料タンク2へのガス供給時間を短縮することができる。
次に、供給制御装置18による蓄圧器8A,8Bへの蓄圧制御処理について、図4を参照して説明する。ここで、第1,第2の蓄圧器8A,8Bは、同一の容量に設定されている場合を例に挙げる。
供給制御装置18は、第1,第2の蓄圧器圧力検出器17A,17Bにより検出される蓄圧器8A,8B内の圧力値Pa,Pbと当該蓄圧器8A,8Bの容量とに基づいて、蓄圧器8A,8Bのうちガスの圧力が先に満圧Pm(蓄圧器8A,8B内のガスの圧力として予め設定された目標となる圧力)となる蓄圧器を判別(選択)する機能を有している。しかし、蓄圧器8A,8Bの容量が同一の場合には、内部のガス圧力がより高圧になっている方の蓄圧器が先に満圧になる。
図4の処理動作がスタートすると、ステップ21で第1,第2の蓄圧器8A,8B内の圧力値Pa,Pbを、第1,第2の蓄圧器圧力検出器17A,17Bの検出信号から読込む。次のステップ22では、圧力値Pa,Pbが満圧Pmより低いか否かを判定する。そして、ステップ22で「NO」と判定したときには、蓄圧器8A,8Bの圧力が満圧Pmに達しているので、ステップ21に戻る。
一方、ステップ22で「YES」と判定したときには、蓄圧器8A,8Bの圧力が満圧Pmよりも低く、満圧には達していないので、次のステップ23でコンプレッサ9を駆動し、ガスの圧力を昇圧させる。次のステップ24では、第1の蓄圧器8Aの圧力値Paが第2の蓄圧器8Bの圧力値Pb以上(Pa≧Pb)であるか否かを判定する。なお、圧力値Pa,Pbが仮に等しい圧力(同一値)になった場合は、例えば第1の蓄圧器8Aを「高圧側の蓄圧器」として選択するように初期設定を行っておけばよい。
ステップ24で「YES」と判定したときには、高圧側となる第1の蓄圧器8Aの方が第2の蓄圧器8Bよりも先に満圧に達すると判定する。そこで、次のステップ25では、第1入口弁11Aを開弁させ、第2入口弁11Bを閉弁状態に保つ。これにより、コンプレッサ9で昇圧されたガスは、第1の蓄圧器8Aに蓄圧される。次のステップ26では、高圧側と選択した蓄圧器8Aの圧力値Paが満圧に達したか否か、即ちPa≧Pmとなったか否かを判定する。
ステップ26で「NO」と判定する間は、蓄圧器8Aの圧力が満圧には達していないので、ステップ30に移って制御継続か否か、即ちコンプレッサ9の駆動を続けるか否かを判定する。ステップ30で「YES」と判定する間は、コンプレッサ9の駆動を続けるように前記ステップ24に戻り、コンプレッサ9で昇圧されたガスを第1の蓄圧器8Aに蓄圧させる。一方、ステップ30で「NO」と判定するときには制御継続ではないので、後述のステップ29に移ってコンプレッサ9を停止させる。
ステップ26で「YES」と判定したときには、第1の蓄圧器8Aの圧力が満圧(Pa≧Pm)に達しているので、蓄圧対象を低圧側の蓄圧器へと切替えるために次のステップ27で、第1入口弁11Aを閉弁させ、第2入口弁11Bを開弁させる。これにより、コンプレッサ9で昇圧されたガスは、第2の蓄圧器8Bに蓄圧される。次のステップ28では、第2の蓄圧器8Bの圧力値Pbが満圧に達したか否か、即ちPb≧Pmとなったか否かを判定する。
ステップ28で「YES」と判定したときには、第2の蓄圧器8Bの圧力が満圧(Pb≧Pm)に達しているので、次のステップ29でコンプレッサ9を停止させる処理を行い、これによって蓄圧器8A,8Bへの蓄圧制御処理を終了させる。ステップ30で「NO」と判定したときにも、同様にステップ29に移ってコンプレッサ9を停止させ、蓄圧制御処理を終了させる。
一方、ステップ24で「NO」と判定したときには、第1の蓄圧器8Aの圧力値Paが第2の蓄圧器8Bの圧力値Pbよりも低く、第2の蓄圧器8Bの方が第1の蓄圧器8Aよりも先に満圧に達すると判断できる場合である。そこで、この場合は、次のステップ31に移って第2入口弁11Bを開弁させ、第1入口弁11Aを閉弁状態に保つ制御を行う。これにより、コンプレッサ9で昇圧されたガスは、高圧側となる第2の蓄圧器8Bに蓄圧される。
次のステップ32では、高圧側と選択した蓄圧器8Bの圧力値Pbが満圧に達したか否か、即ちPb≧Pmとなったか否かを判定する。ステップ32で「NO」と判定する間は、ステップ30に移って制御継続か否かを判定し、ステップ30で「YES」と判定する間は、前記ステップ24に戻って、これ以降の処理を続けることにより、コンプレッサ9で昇圧されたガスを第2の蓄圧器8Bに蓄圧させる処理を行う。
ステップ32で「YES」と判定したときには、第2の蓄圧器8Bの圧力が満圧(Pb≧Pm)に達しているので、蓄圧対象を切替えるために次のステップ33で、第1入口弁11Aを開弁させ、第2入口弁11Bを閉弁させる。これにより、コンプレッサ9で昇圧されたガスは、第1の蓄圧器8Aに蓄圧される。次のステップ34では、第1の蓄圧器8Aの圧力値Paが満圧に達したか否か、即ちPa≧Pmとなったか否かを判定する。
ステップ34で「YES」と判定したときには、第1の蓄圧器8Aの圧力が満圧(Pa≧Pm)に達しているので、次のステップ29でコンプレッサ9を停止させる処理を行い、これによって蓄圧器8A,8Bへの蓄圧制御処理を終了させる。なお、前記ステップ30で「NO」と判定した場合は、前述の蓄圧制御の途中で処理を中断させる場合であり、このような場合もステップ29でコンプレッサ9を停止させて、処理を終了させることができる。
かくして、本実施の形態によれば、供給制御装置18は蓄圧先切替制御手段として、複数の蓄圧器8A,8Bのうちガスの圧力値Pa,Pbが先に満圧Pmとなる蓄圧器を選択し、コンプレッサ9から供給される昇圧したガスを選択した蓄圧器8Aまたは8B(即ち、高圧側の蓄圧器)に対して優先的に供給することができる。このため、複数の蓄圧器8A,8Bのうち少なくとも選択した蓄圧器8Aまたは8Bを、上限となる圧力(満圧)まで早期に昇圧することができる。
一方、充填制御装置36はガス供給元切替制御手段として、複数の蓄圧器8A,8Bのうち高圧側となる蓄圧器を選択し、選択した蓄圧器から満圧Pmまたは満圧に近い圧力のガスを車両の燃料タンク2に向けて供給することができる。この結果、燃料タンク2へのガス供給を効率的に行うことができ、燃料タンク2へのガス供給時間が長くなってしまうのを防ぐことができる。
即ち、ガス供給元切替制御手段としての充填制御装置36は、複数の蓄圧器8A,8Bのうち圧力が高い方の蓄圧器から車両の燃料タンク2に対するガス供給を開始し、このときの蓄圧器(ガス圧力)は満圧または満圧に近い圧力であるため、当該ガスの供給中に無駄に蓄圧器8Aまたは8Bの切替制御を行なう必要がなくなり、その分、燃料タンク2に対するガス供給をスムーズに行うことができる。
しかも、充填制御装置36は、燃料タンク2へのガス供給途中において、当該燃料タンク2にガスを供給するのに使用している蓄圧器8A(または8B)内のガスの圧力が、他の蓄圧器8B(または8A)のガスの圧力よりも低下し、さらに、前記数1式または数2式のように、他の蓄圧器8B(または8A)のガスの圧力が蓄圧器8A(または8B)よりも所定圧力(閾値Pe)以上高くなると、蓄圧器の切替制御を行って前記他の蓄圧器のガスを燃料タンク2に供給する。
このため、常に高い圧力を有している蓄圧器8Aまたは8Bを用いて燃料タンク2へのガス供給を行うことができ、車両の燃料タンク2へのガス供給時間を短縮することができる。また、図3に示すステップ9からステップ16〜18の処理を行う間は、閾値Peの値を適正に選定することにより、蓄圧器8Aまたは8Bが高圧側と低圧側とに頻繁に切替わるのを抑えることができ、蓄圧器の切替制御にハンチングが生じないようにすることができる。
従って、本実施の形態では、例えば複数台の車両(燃料タンク2)に燃料ガスを順次充填するような場合にも、燃料供給所の作業員は、ガス充填を受ける複数台の自動車をディスペンサユニット4の近傍に順番に誘導しつつ、充填ホース22先端の充填ノズル24を燃料タンク2の充填口2Aに連結させた後、充填開始スイッチ34をオン操作する。これにより、充填制御装置36は、複数の蓄圧器8A,8Bのうち高圧側で、満圧となっている蓄圧器を選択し、選択した高圧側の蓄圧器から車両の燃料タンク2に向けたガス供給を開始することができる。
そして、このような燃料タンク2へのガス供給途中に、当該燃料タンク2にガスを供給するのに使用している蓄圧器8A(または8B)内のガスの圧力が、他の蓄圧器8B(または8A)のガスの圧力に対して相対的に低下し、他の蓄圧器8B(または8A)のガスの圧力が蓄圧器8A(または8B)よりも閾値Pe以上高くなった場合には、蓄圧器の切替制御を行って前記他の蓄圧器のガスを燃料タンク2に供給することができる。この結果、燃料タンク2へのガス供給を効率的に行うことができ、燃料タンク2へのガス供給時間を可及的に短くすることができる。
また、このような充填作業の終了後には、作業員が自動車(燃料タンク2)の充填口2Aから充填ホース22側の充填ノズル24を取外し、次なる自動車をディスペンサユニット4の近傍に誘導する。そして、この状態で、作業員が次なる自動車の燃料タンク2の充填口2Aに対し、充填ホース22側の充填ノズル24を連結させ、充填開始スイッチ34をオン操作するために、充填作業の準備時間が必要となる。このような各自動車に対する充填作業の準備時間の間には、供給制御装置18による蓄圧器8A,8Bへの蓄圧制御処理を同時並行的に行うことができ、例えば第1,第2の蓄圧器8A,8Bのうち高圧側の蓄圧器に対して、コンプレッサ9により昇圧されたガスを優先的に供給することができる。
これにより、複数の蓄圧器8A,8Bのうち少なくとも選択した蓄圧器8Aまたは8B(即ち、高圧側の蓄圧器)を満圧になるまで早期に昇圧することができる。このため、複数台の車両(燃料タンク2)に燃料ガスを順次充填するような場合にも、前記充填作業の準備時間の間に高圧側の蓄圧器を、ほぼ常に満圧まで昇圧させた状態で、次なる充填作業に待機させることができ、各車両の燃料タンク2へのガス供給(充填)の開始時に、満圧状態の蓄圧器からのガス供給を行うことができる。
さらに、燃料タンク2へのガス供給途中に、仮に当該燃料タンク2にガスを供給するのに使用している蓄圧器(例えば、蓄圧器8A)内のガスの圧力が、他の蓄圧器8Bのガスの圧力よりも低下し、他の蓄圧器8Bのガスの圧力が前記蓄圧器8Aよりも所定圧力(閾値Pe)以上高くなった段階では、蓄圧器の切替制御を行って前記他の蓄圧器(例えば、蓄圧器8B)のガスを燃料タンク2に供給することができる。この結果、常に高い圧力を有している蓄圧器8Aまたは8Bを用いて燃料タンク2へのガス供給を行うことができ、車両の燃料タンク2へのガス供給時間を短縮することができる。
なお、前記実施の形態では、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、水素ガス以外のガス、例えば、ブタン,プロパンなどのガスや圧縮天然ガス(CNG)を車両の燃料タンク2に充填するためのガス供給装置にも適用することができる。また、車両の燃料タンク2に圧縮されたガスを充填する形態に限らず、他のタンクや容器等に圧縮されたガスを充填する際にも適用することができる。さらに、本ガス供給装置1のディスペンサユニット4を、他の場所にガス給送するための管路の途中に設置してもよい。
また、前記実施の形態では、図3のステップ9で蓄圧器の切替条件成立を判定する場合に、前記数1式または数2式のように、他の蓄圧器8B(または8A)のガスの圧力が蓄圧器8A(または8B)よりも閾値Pe以上高いか否かを判定する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば蓄圧器8Aの圧力値Paと蓄圧器8Bの圧力値Pbとを単純に比較し、両者の大小関係が反転した場合に蓄圧器の切替制御を行う構成としてもよい。この場合には、所定圧力(閾値Pe)を換算して蓄圧器の切替制御を行う必要がなくなる。
また、前記実施の形態では、図3のステップ10,12で制御切替条件の成立を判定する場合に、ガスの圧力が目標充填圧力に差圧ΔP1,ΔP2(ΔP1>ΔP2)まで近付いているか否かで判定する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば燃料タンク2への目標充填量と現在の充填量との差(即ち、流量計27の計量値)に基づいて、制御切替条件の成立を判定する構成としてもよい。さらに、ステップ14の充填完了条件についても、流量計27の計量値に基づき、燃料タンク2への目標充填量に達したか否かで判定してもよい。