JP6475445B2

JP6475445B2 - ガス充填装置及びその方法

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Publication number: JP6475445B2
Application number: JP2014185083A
Authority: JP
Inventors: 達也蓮仏; 達夫菅田
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Measurement Ltd
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2019-02-27
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: JP2016056909A

Description

本発明は、例えば水素等の高圧ガスを車両の燃料タンクに充填して供給するのに好適に用いられるガス充填装置及びその方法に関する。

一般に、水素、天然ガス等の高圧ガスを被充填タンク（４輪自動車等の車両に搭載した燃料タンク）に充填して供給するようにしたガス充填装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の従来技術によるガス充填装置は、車両側の被充填タンク内が予め決められた目標圧力に達すると、高圧ガスの充填を終了するように構成されている。

特許第５３１４４０１号（特開２０１０−１３３４９７号公報）

ところで、上述した従来技術によると、被充填タンクに高圧ガスを充填するときには、被充填タンク内のガス圧力が上昇するに伴って、被充填タンク内のガス温度も上昇する。この結果、被充填タンク内の圧力は、充填されたガスの量による圧力上昇に加え、ガス温度の上昇によっても圧力が上昇する。

このため、例えば被充填タンク内のガス圧力が所定の目標圧力となるまでガス充填を行なった場合でも、その後の放熱によって被充填タンク内のガスの温度が低下したときには、被充填タンク内の圧力が温度変化に伴って低下する。この結果、本来であればガス充填を更に行うことができるにもかかわらず、それ以前にガス充填作業が終了される場合があり、当該ガスを燃料としたときの走行可能距離が温度上昇分だけ減じられてしまうという問題が生じる。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、被充填タンク内に充填するガスの供給量を温度変化に拘わらずほぼ一定に保つことができ、ガス充填を効率的に行うことができるようにしたガス充填装置及びその方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填経路と、前記ガス充填経路のガスの流れを制御する制御機器と、前記ガス充填経路先端に設けられ、前記被充填タンクの充填口に着脱可能に構成され、前記充填口に接続された状態で前記ガス充填経路から前記被充填タンクへのガス供給を可能にする充填カップリングと、前記被充填タンク内のガスの温度を検知するための温度センサと、前記被充填タンク内のガスの圧力を検知するための圧力センサと、前記被充填タンク内へのガス充填を終了する際の圧力としての目標圧力を記憶する記憶部を有し、前記圧力センサにより検知された前記ガスの圧力が前記記憶部に記憶された目標圧力に達した場合にガス充填を終了させる制御部と、を備えたガス充填装置に適用される。

この上で、請求項１の発明によると、前記制御部は、前記被充填タンクへのガスの充填中に前記温度センサにより検出された前記被充填タンク内のガスの温度に基づき設定される被充填タンク内へのガス充填を終了する際の目標圧力を繰り返し演算し、繰り返し演算された目標圧力を前記記憶部に更新して記憶させ、前記圧カセンサにより検出されるガスの圧力が前記記憶部に記憶されている前記目標圧力よりも低い場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を行い、前記圧力センサにより検出されるガスの圧力が前記記憶部に記憶されている前記目標圧力以上となった場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を終了させることを特徴としている。

一方、請求項２の発明によると、前記制御部は、前記被充填タンクへのガスの充填中に前記圧力センサおよび温度センサにより検知されるガスの圧力および温度から、前記被充填タンク内のガスの温度が予め定められた温度に変化した場合に想定される前記被充填タンク内の圧力を繰り返し演算し、前記繰り返し演算された圧力が前記記憶部に記憶されている目標圧力よりも低い場合には前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を行い、前記繰り返し演算された圧力が前記記憶部に記憶されている目標圧力以上となった場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を終了させることを特徴としている。

請求項３の発明は、ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填方法であって、前記被充填タンク内のガスの温度を検知する工程と、前記被充填タンク内のガスの圧力を検知する工程と、前記工程で検知されたガスの圧力が目標圧力に達した場合にガス充填を停止させる工程と、を備えてなり、前記被充填タンクへのガスの充填中に前記被充填タンク内のガスの温度に基づき設定される被充填タンク内に充填すべき圧力を繰り返し演算する工程と、繰り返し演算された圧力を目標圧力として更新して記憶する工程と、前記記憶された前記目標圧力よりも前記被充填タンク内のガス圧力が低い場合に前記被充填タンクへのガスの充填を許可する工程と、前記被充填タンク内のガス圧力が前記目標圧力以上となった場合に前記被充填タンクへのガスの充填を停止させる工程と、を備えたことを特徴としている。

請求項４の発明は、ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填方法であって、前記被充填タンク内のガスの温度を検知する工程と、前記被充填タンク内のガスの圧力を検知する工程と、前記被充填タンク内へのガス充填を終了する際の圧力として予め定められた目標圧力を記憶する工程と、前記工程で検知されたガスの圧力が目標圧力に達した場合にガス充填を停止させる工程と、を備えてなり、前記被充填タンクへのガスの充填中に検知される前記ガスの圧力および温度から、前記被充填タンク内のガスの温度が予め定められた温度に変化した場合に想定される前記被充填タンク内の圧力を繰り返し演算する工程と、前記繰り返し演算された圧力が予め定められた前記目標圧力よりも低い場合に前記被充填タンクへのガスの充填を許可する工程と、前記繰り返し演算された圧力が前記目標圧力以上となった場合に前記被充填タンクへのガスの充填を停止させる工程と、を備えたことを特徴としている。

上述の如く、請求項１の発明によれば、ガス充填後において、所定の温度に温度が低下した際の被充填タンク内のガス圧力が所定圧力になるように、被充填タンクにガスを充填している際の目標となるガスの圧力（目標圧力）を繰り返し演算することができ、被充填タンク内のガス圧力が前記目標圧力となった場合にガス充填を終了する。このため、被充填タンクへのガス充填直後においては圧力が所定圧力よりも高いとしても、被充填タンク内のガス温度が所定温度に低下した場合には当該所定圧力となる。よって、被充填タンクへのガス充填作業を、より目標とする圧力状態となるまで続けることができる。請求項３の発明でも、これと同様な効果を奏する。

請求項２の発明によれば、前記被充填タンクへのガスの充填中に圧力センサおよび温度センサにより検知されるガスの圧力および温度から、被充填タンク内のガスの温度が予め定められた温度となった場合における被充填タンク内の圧力を繰り返し演算し、当該圧力が予め定められた目標圧力(固定値)よりも低い場合には前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を行い、当該圧力が目標圧力以上となった場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を終了する。このため、被充填タンクへのガス充填直後においてはガスの圧力が所定圧力よりも高いとしても、被充填タンク内のガス温度が所定温度に低下した場合には当該所定圧力(目標圧力)となる。よって、被充填タンクへのガス充填をより目標とする圧力まで充填することができる。請求項４の発明でも、これと同様な効果を奏することができる。

本発明の第１の実施の形態によるガス充填装置を模式的に示す全体構成図である。図１中の制御回路によるガス充填制御処理を示す流れ図である。燃料タンク内の温度と目標圧力との関係を示す特性線図である。第２の実施の形態によるガス充填制御処理を示す流れ図である。

以下、本発明の実施の形態によるガス充填装置を、添付図面の図１ないし図４に従って詳細に説明する。

ここで、図１ないし図３は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、燃料の供給所等に設置されるガス充填装置としての充填ステーション１が示されている。この充填ステーション１は、例えばディスペンサー２を有している。

このディスペンサー２内および／またはディスペンサー２の地下部分には、ガス充填経路としての供給配管３が設けられている。この供給配管３は、その一端が例えば水素ガスからなる燃料を貯える貯蔵タンク１００（水素ガス源）に連通するように接続されている。供給配管３の他端には、例えば可撓性ホース等からなる充填ホース４を介して充填カップリング５が接続されている。

ディスペンサー２は、充填カップリング５、調整弁８、遮断弁９、冷却器１０、流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５、充填開始スイッチ１６、充填停止スイッチ１７、脱圧弁２０および制御回路２１等を含んで構成されている。調整弁８および遮断弁９は、供給配管３を流れるガスの流量及び圧力を制御する制御機器を構成している。流量計１３、圧力センサ１４および燃料温度センサ１５は、供給配管３を流れるガスの流量、圧力および温度を計測する計測機器を構成している。

充填カップリング５は、後述する車両２２の燃料タンク２３に、例えば水素ガスからなる燃料を供給するため後述の充填口２３Ａに気密状態で着脱可能に接続されるように構成されている。充填カップリング５には、ガスの充填中にガスの圧力によって充填口２３Ａから誤って外れることがないように、燃料タンク２３の充填口２３Ａに対して係脱可能にロックされるロック機構（図示せず）が設けられている。

ディスペンサー２側には、例えば燃料（水素ガス）の非充填時に充填カップリング５が取外し可能に収納されるカップリング収納部６が設けられている。このカップリング収納部６は、充填カップリング５がガス充填を終了して戻される場合に、当該充填カップリング５を収納するものである。

車両２２の燃料タンク２３に燃料を充填するときには、図１中に二点鎖線で示す如く、充填カップリング５がカップリング収納部６から取外されて車両２２（燃料タンク２３）の充填口２３Ａに連結して接続される。このように充填カップリング５を燃料タンク２３に接続した状態で、貯蔵タンク１００内の燃料（水素ガス）は、供給配管３、充填ホース４および充填カップリング５等を通じて後述の如く車両２２の燃料タンク２３に充填される。

ディスペンサー２側には、それぞれ供給配管３の途中に位置して、例えば手動操作により開，閉される入口弁７と、該入口弁７の下流側に接続され後述の制御回路２１によって開，閉されることにより供給配管３を流れる燃料の流量を調整可能に制御する調整弁８と、該調整弁８の下流側に接続された電磁弁または空圧駆動弁などの自動弁からなる遮断弁９とが設けられている。なお、入口弁７は必要に応じて取付けられるものであり、不要であればこれを除いてもよい。また、供給配管３の上流側から下流側に向けて設けられている流量計１３、調整弁８、遮断弁９の取り付けの順番は、図１中に示した順番に限定されるものではない。

遮断弁９は、供給配管３の途中部位（調整弁８と冷却器１０との間）に設けられた電磁式または空圧作動式の弁装置である。遮断弁９は、後述する制御回路２１からの制御信号で開，閉されることにより、供給配管３内を流れる燃料の流通を許したり、または遮断したりする。即ち、制御回路２１は、充填カップリング５を介して車両２２の燃料タンク２３に燃料を充填、または充填を停止（終了）するときに、調整弁８と遮断弁９との開，閉弁制御を行うものである。

冷却器１０は供給配管３内を流れる燃料を冷却する装置である。即ち、該冷却器１０は、ガスが充填される車両２２の燃料タンク２３の温度上昇を防止するために、供給配管３の途中位置で水素ガス（燃料）を冷却するように配設されている。冷却器１０は、遮断弁９と充填カップリング５との間に位置する供給配管３の途中部位に設けられた熱交換器１１と、該熱交換器１１に接続され、例えばコンプレッサ、ポンプ等の駆動機構（図示せず）が搭載されたチラーユニット１２とを含んで構成されている。

チラーユニット１２は、冷却液（例えば、エチレングリコール等を含んだ液体）を熱交換器１１との間に循環させる。これにより、冷却器１０は、供給配管３内を流れる燃料と前記冷却液との間で熱交換を行い、充填カップリング５に供給される燃料の温度を規定温度（例えば、−２０℃または−４０℃）まで低下させる。

ディスペンサー２内には、供給配管３の途中で被測流体の質量流量を計測するコリオリ式の流量計１３が設けられている。この流量計１３は、例えば入口弁７と調整弁８との間で供給配管３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制御回路２１へと出力する。これによって、制御回路２１は、車両２２の燃料タンク２３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、車両２２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。

圧力センサ１４は、被充填タンクである燃料タンク２３内または、これにほぼ相当する配管途中のガスの圧力Ｐｓ（即ち、供給所で充填されるガス圧力としてのステーション圧力）を検知するセンサである。ここで、圧力センサ１４は、充填カップリング５の近傍で供給配管３内の圧力Ｐｓを測定し、測定した圧力Ｐｓに応じた検出信号を制御回路２１へと出力する。

換言すると、圧力センサ１４は、燃料タンク２３内のガス圧力（圧力Ｐｓ）を検知または検出するために設けられたものであり、燃料タンク２３内のガス圧力を直接検知するように燃料タンク２３に配置することでもよいが、必ずしもそのように配置しなければならないものではない。即ち、燃料タンク２３内のガス圧力の変動に応じ変動する供給配管３内の圧力Ｐｓを圧力センサ１４で検出することにより、燃料タンク２３内のガス圧力を監視することができ、よって、本実施の形態の圧力センサ１４は供給配管３内の圧力Ｐｓを検出するようにしている。必要ならば、圧力センサ１４による圧力検出（測定）値を基にして、燃料タンク２３内の実際のガス圧力を計算するのに補正係数を使用してもよい。

また、供給配管３の途中には、冷却器１０の熱交換器１１と圧力センサ１４との間に位置して燃料温度センサ１５が設けられている。この燃料温度センサ１５は、供給配管３内を流れる燃料の温度を検出し、その検出信号を制御回路２１へと出力する。なお、圧力センサ１４と燃料温度センサ１５との供給配管３に設けられる位置は逆にしても良い。

ディスペンサー２には、充填開始スイッチ１６と充填停止スイッチ１７とからなる操作部１８が設けられている。操作部１８の充填開始スイッチ１６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１７は、ガス充填中にガスの充填を停止する場合に操作される。そして、充填開始スイッチ１６と充填停止スイッチ１７とは、操作状態に応じた信号を制御回路２１にそれぞれ出力し、制御回路２１は、これらの信号に応じて電磁弁または空圧駆動弁等の自動弁からなる遮断弁９を開または閉とする。

遮断弁９と充填ホース４との間に位置（本実施形態では遮断弁９と冷却器１０との間に位置）する供給配管３の途中には、例えば充填カップリング５側からガス圧力を脱圧するための脱圧配管１９が分岐して設けられている。脱圧配管１９の途中には、例えば電磁弁または空圧駆動弁等の自動弁からなる脱圧弁２０が設けられている。この脱圧弁２０は、後述の如く充填カップリング５を用いたガス充填作業が完了し、遮断弁９が閉弁されたときに、制御回路２１からの信号により開弁制御される。そして、脱圧弁２０が開弁したときには、脱圧配管１９が大気に開放されることにより、充填カップリング５側のガスが外部に放出されて充填カップリング５の圧力が大気圧に減圧される。

制御回路２１は、調整弁８および遮断弁９等の制御機器を制御する制御部を構成している。制御回路２１は、例えばタイマ機能と記憶部（図示せず）等とを備えたマイクロコンピュータ等の制御装置として構成されている。制御回路２１の前記記憶部には、例えば図２に示す充填制御処理用のプログラム等が格納され、制御回路２１は、後述の如く燃料タンク２３に対する燃料（例えば、水素ガス）の充填制御処理を行うものである。また、制御回路２１の前記記憶部には、後述の数１式による演算式、許容最大圧力Ｐmax (例えば、８２ＭＰａ)、規定圧力Ｃ等が更新可能に格納されている。ここで、許容最大圧力Ｐmaxとは、燃料タンク２３自体の耐え得る上限圧力、ディスペンサー２の各機器の許容上限圧力、及び、ディスペンサー２自体が充填し得る上限圧力のうち、一番低い上限圧力を意味している。また、規定圧力Ｃとは、車両２２との後述の通信により取得される当該車両２２の燃料タンク２３内のガスの温度等の燃料供給に関する情報が、通信不良などの何らかの影響によりディスペンサー２（制御回路２１）で把握することができない場合に、当該車両２２に充填すべき目標圧力として設定される圧力のことである。

制御回路２１の入力側には、流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５、充填開始スイッチ１６、充填停止スイッチ１７等が接続されると共に、後述のタンク内ガス温度センサ２４が通信回線用の受信器２５等を介して接続されている。制御回路２１の出力側には、調整弁８、遮断弁９、チラーユニット１２、前記表示器および脱圧弁２０等が接続されている。ここで、本実施の形態における無線による通信の一例として、車両２２の充填口２３Ａに送信用のコネクタを設けると共に、充填カップリング５の先端に受信用のコネクタを設け、充填カップリング５を充填口２３Ａに接続することにより両コネクタが近接して通信可能となるようにすることが考えられる。なお、車両２２との通信は無線通信に限られるものではなく、有線による通信を行うようにしてもよい。

そして、制御回路２１は、図１中に二点鎖線で示す如く、車両２２の燃料タンク２３の充填口２３Ａに充填カップリング５を接続した状態で、例えば操作部１８の充填開始スイッチ１６が閉成（ＯＮ）操作されたときに、調整弁８と遮断弁９に開弁信号を出力して調整弁８と遮断弁９を開弁させる。これにより、貯蔵タンク１００内の水素ガスによるガスの充填作業が開始される。また、制御回路２１は、充填開始スイッチ１６が操作された場合、冷却器１０を通常の状態で作動させる。一方、ガスの充填を行っていないときに、制御回路２１は、冷却器１０を停止状態に保持するか、または少量の前記冷却液を循環させる予備冷却状態を保持するように制御する。

また、制御回路２１は、例えば流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５の測定結果を監視しつつ、調整弁８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、供給配管３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、制御回路２１は、流量計１３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１４により検出したガスの圧力が予め設定された目標圧力（目標充填圧）に達したときに、遮断弁９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１７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遮断弁９が制御回路２１からの信号により閉弁される。

水素ガスを燃料として走行する車両２２は、一例として図１に示すような４輪自動車（乗用車）により構成されている。車両２２には、例えば水素ガスまたはＣＮＧ（圧縮天然ガス）等のガスを燃料として駆動力を発生する原動機としてのエンジンあるいは燃料電池と電動モータ等の駆動装置（図示せず）と、図１中に点線で示す燃料タンク２３とが設けられている。この燃料タンク２３は、水素ガスが充填される被充填タンクを構成し、例えば車両２２の後部側に搭載されている。なお、燃料タンク２３は、車両２２の後部側に限らず、前部側または中央部側に設ける構成であってもよい。

燃料タンク２３には、図１中に二点鎖線で示すように、充填カップリング５が着脱可能に取付けられる充填口２３Ａが設けられている。そして、車両２２の燃料タンク２３内には、充填カップリング５が充填口２３Ａに気密に連結（接続）された状態で水素ガス等のガス充填が行われる。この間、充填カップリング５は前記ロック機構により充填口２３Ａに対して不用意に外れることがないようにロックされている。

車両２２には、燃料タンク２３内の燃料（即ち，水素ガス）の温度Ｔｔを検知するために、タンク内ガス温度センサ２４（温度センサ）が設けられている。タンク内ガス温度センサ２４は、燃料タンク２３内のガスの温度Ｔｔを検出すると共に、その検出信号を無線通信等の送信器（図示せず）を介して制御回路２１へと出力する。このため、制御回路２１の入力側には、無線通信等の受信器２５が設けられている。

タンク内ガス温度センサ２４は、燃料タンク２３内または、その近傍に配置するのが好ましい。しかし、本発明にあっては、タンク内ガス温度センサ２４により燃料タンク２３内のガス温度を検出できればよいのであり、タンク内ガス温度センサ２４自体を燃料タンク２３内に必ずしも配置する必要はない。例えば、充填カップリング５を燃料タンク２３の充填口２３Ａに連結した状態で、タンク内ガス温度センサ２４の温度感知部となる端子部を燃料タンク２３の内部に挿入、或いは燃料タンク２３の内壁や外壁に接触させることにより、燃料タンク２３内のガス温度を検出することができる。タンク内ガス温度センサ２４が燃料タンク２３内のガス温度を直接検知するものでない場合には、例えばタンク内ガス温度センサ２４による温度検出信号を基にして、燃料タンク２３内のガス温度を計算するのに補正係数を使用して燃料タンク２３内のガス温度を演算するようにしてもよい。

第１の実施の形態による充填ステーション１は、上述の如き構成を有するもので、次に、制御回路２１による燃料タンク２３への燃料（例えば、水素ガス）の充填制御処理について、図２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で充填作業が開始されたか否かを判定する。例えば、燃料供給所の作業員等によって充填カップリング５が車両２２の燃料タンク２３の充填口２３Ａに、図１中に二点鎖線で示す如く接続された状態で、操作部１８の充填開始スイッチ１６が閉成（ＯＮ）操作されたときには、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定されるとステップ２の処理へ移行する。

次のステップ２では、例えば受信器２５からの無線信号により通信が確立されたか否かを判定する。即ち、ステップ２では、車両２２側のタンク内ガス温度センサ２４から燃料タンク２３内の燃料の温度Ｔｔを検知した信号（検出信号）が制御回路２１に正常に送信されているか否かを判定する。ステップ２で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ３で前記燃料の温度Ｔｔを読込むと共に、圧力センサ１４からのガス圧に対応する圧力Ｐｓを読込む。

次のステップ４では、燃料タンク２３内に充填すべきガスの目標圧力Ｐｔを下記の数１式により、プログラムサイクル毎に繰り返し演算する。この場合、目標圧力Ｐｔは、タンク内ガス温度センサ２４により検出された燃料タンク２３内のガスの温度Ｔｔに基づいて設定される圧力であり、図３中に示す特性線２６（即ち、直線状の１次関数）で表されるものである。

ここで、係数Ａは、ガスの温度Ｔｔから目標圧力Ｐｔを演算するための定数であり、燃料タンク２３内の温度Ｔｔと目標圧力Ｐｔとの比例係数となっている。定数Ｂは、燃料タンク２３内の温度Ｔｔから目標圧力Ｐｔを求めるためのオフセット値（圧力値）であり、燃料タンク２３内の温度Ｔｔが、例えば０℃のときの目標圧力でもある。

次のステップ５では、圧力センサ１４で検出した燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、許容最大圧力Ｐmax （一例として８２ＭＰａ）以上まで上昇しているか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、次のステップ６に移って燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、前記数１式による目標圧力Ｐｔ以上であるか否かを判定する。ステップ６で「ＮＯ」と判定する間は、燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｔよりも低く、目標には達していない。

そこで、この場合は、次のステップ７で遮断弁９を開弁させる。また、遮断弁９が既に開弁している場合には当該開弁状態を保持する。次のステップ８では、調整弁８の開度を制御する。ステップ８による調整弁８の制御は、一例として述べると、制御回路２１は、例えば流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５の測定結果をモニタしつつ、調整弁８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、供給配管３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、制御回路２１は、流量計１３からの流量パルスを積算して燃料の充填量（質量）を演算する。これにより、貯蔵タンク１００から車両２２の燃料タンク２３に払い出されたガスの充填量（質量）を計量することができ、例えば付設の表示器（図示せず）等により、このときの計量値（充填量）を顧客に対して報知することができる。

ステップ９では、例えば充填停止スイッチ１７により、ガス充填中にガスの充填を停止する操作が行われたか否かを判定する。そして、ステップ９で「ＮＯ」と判定する間は、ガスの充填作業を続行する場合であるから、ステップ２の処理に戻って、これ以降の処理を続ける。

一方、ステップ５で「ＹＥＳ」と判定したときには、燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、許容最大圧力Ｐmax 以上まで上昇しているので、ガスの充填作業を即座に停止させる必要がある。このため、次のステップ１０では遮断弁９を閉弁させ、次のステップ１１では調整弁８を閉弁させる。これによって、ガスの充填作業を停止させることができる。

また、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｔまで上昇し、水素ガスは目標充填量に達した場合である。このため、次のステップ１０では遮断弁９を閉弁させ、次のステップ１１では調整弁８を閉弁させる。これにより、これ以上のガス充填作業を迅速に停止させる。

なお、ステップ９で「ＹＥＳ」と判定したときには、充填停止スイッチ１７が操作された場合であり、この場合は、例えばガスの充填量や圧力が目標値に達していなくても、ステップ１０，１１の処理によりガスの充填作業を強制的に停止させる。

一方、ステップ２で「ＮＯ」と判定した場合は、例えば受信器２５からの無線信号により、充填ステーション１の制御回路２１と車両２２との間で通信が確立されていない場合（即ち、車両２２側のタンク内ガス温度センサ２４から燃料の温度Ｔｔに対応した検出信号が制御回路２１に送信されていない場合）である。そして、このように通信が確立できない場合には、燃料タンク２３内の温度Ｔｔ（正確には温度Ｔｔの検出信号）を充填ステーション１側では用いることなく、圧力センサ１４で検出したガスの圧力Ｐｓのみでガスの充填作業を行う。

そこで、次のステップ１２では、目標圧力Ｐｔを規定圧力Ｃに設定する。規定圧力Ｃは、燃料タンク２３内のガス温度の高低にかかわらず固定された目標圧力であり、例えば燃料タンク２３のガス充填前の圧力と外気温度とによって予め決められる圧力である。

次のステップ１３では、圧力センサ１４からのガス圧に対応する圧力Ｐｓを読込む。次のステップ１４では、圧力センサ１４で検出した燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、許容最大圧力Ｐmax （例えば、８２ＭＰａ）以上まで上昇しているか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、前述したステップ１０，１１の処理によりガスの充填作業を停止させる。

一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定する間は、次のステップ１５に移って燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、目標となる規定圧力Ｃ以上であるか否かを判定する。ステップ１５で「ＮＯ」と判定する間は、燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが目標となる規定圧力Ｃよりも低いので、次のステップ１６〜１８にわたる処理を前述したステップ７〜９と同様に行う。そして、ステップ１５で「ＹＥＳ」と判定したときには、圧力Ｐｓが目標となる規定圧力Ｃに達しているので、前述したステップ１０，１１の処理によりガスの充填作業を停止させる。

次に、充填カップリング５を用いた燃料タンク２３へのガス充填作業が完了して調整弁８および遮断弁９が閉弁され、ガスの充填作業を停止させる場合には、制御回路２１からの信号により脱圧弁２０が、閉弁状態から開弁制御される。そして、脱圧弁２０が開弁したときには、脱圧配管１９が大気に開放されることにより、充填カップリング５側のガスが外部に放出されて充填カップリング５の圧力が大気圧に減圧される。このような状態で、充填ステーション１は、次なる充填作業に備えて待機状態となる。

かくして、第１の実施の形態によれば、貯蔵タンク１００から車両２２の燃料タンク２３にガスを充填するときに、タンク内ガス温度センサ２４により検出された燃料タンク２３内のガスの温度Ｔｔに基づき設定される前記数１式による目標圧力Ｐｔを制御回路２１によって繰り返し演算する。そして、制御回路２１は、圧カセンサ１４により検出されるガスの圧力Ｐｓが前記目標圧力Ｐｔよりも低い場合に、制御機器（遮断弁９と調整弁８）を開弁制御することにより燃料タンク２３へのガスの充填を続行し、前記圧力センサ１４により検出されるガスの圧力Ｐｓが前記目標圧力Ｐｔ以上となった場合には前記遮断弁９と調整弁８を閉弁制御することにより燃料タンク２３へのガスの充填を終了させる構成としている。

この場合、前記数１式による目標圧力Ｐｔは、タンク内ガス温度センサ２４により検出された燃料タンク２３内のガスの温度Ｔｔに基づいて、例えば図３中に示す特性線２６の如く可変に設定されている。このため、車両２２の燃料タンク２３へのガス充填直後において、燃料タンク２３内のガスの圧力Ｐｓが従来の規定圧力（例えば、前述した規定圧力Ｃと同等な所定圧力）よりも高いとしても、車両２２の燃料タンク２３内のガス温度が所定温度に低下した場合には、燃料タンク２３内のガスの圧力Ｐｓは前記所定圧力となるように変化する。

換言すると、第１の実施の形態によれば、燃料タンク２３へのガス充填後において、当該タンク２３内の温度が所定の温度に低下した際のガス圧力（車両２２の燃料タンク２３内の圧力）が所定圧力になるように、制御回路２１では、車両２２の燃料タンク２３にガスを充填しているときの目標となるガスの圧力（目標圧力Ｐｔ）を繰り返し求めつつ、車両２２の燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが目標圧力Ｐｔとなった場合にガス充填を終了する制御を実現することができる。

従って、第１の実施の形態によれば、車両２２の燃料タンク２３へのガス充填作業を、本来の目標とする圧力状態により近付けるように続けることができ、ガスの充填作業を効率的に行うことができる。これにより、当該ガスを燃料としたときの車両２２の走行可能距離を増大させることができ、従来技術のように、タンク温度の上昇分だけ走行可能距離が減じられる、という不具合をなくすことができる。

次に、図４は本発明の第２の実施の形態を示し、第２の実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。第２の実施の形態の特徴（第１の実施の形態との相違点）は、充填中にタンク内ガス温度センサ２４及び圧力センサ１４により検出される温度・圧力Ｐｓからなるガスが、予め定められた基準温度である所定の温度Ｔ１（例えば、１５℃）となった場合のガスの圧力Ｐｓ′を繰り返し演算し、当該圧力Ｐs′が予め定められた固定値である標準状態での目標圧力Ｐｔ（例えば、７０ＭＰａ）よりも低い場合には燃料タンク２３へのガスの充填を行い、当該圧力Ｐｓ′が目標圧力Ｐｔ以上となった場合に燃料タンク２３へのガスの充填を終了させる構成としたことにある。

即ち、第２の実施の形態では、被充填タンク（即ち、燃料タンク２３）内の現時点でのガスの温度Ｔｔと圧力とがそれぞれ温度Ｔ２、圧力Ｐｓであった場合に、当該ガスの温度が予め定められた所定（標準状態）の温度Ｔ１（例えば、１５℃）に低下した際の圧力Ｐｓ′を下記の数２式により換算して求め、この圧力Ｐｓ′（以下、換算圧力Ｐｓ′という）が予め定められた目標圧力Ｐｔ（固定値）に達した場合に、燃料タンク２３へのガス充填を終了するものである。

本実施の形態における換算圧力Ｐｓ′の演算式は、下記の数２式に示される通りである。なお、下記の数２式による演算は、理想気体を対象にした式（ボイル・シャルルの法則）に基づくものであるが、圧縮因子を考慮し圧縮係数も利用してより正確な換算圧力Ｐｓ′の演算を行なうようにしてもよい。

次に、第２の実施の形態による制御回路２１を用いた燃料タンク２３への燃料（例えば、水素ガス）の充填制御処理について、図４を参照して説明すると、処理動作がスタートして、ステップ２１〜２３による処理を前記第１の実施の形態によるステップ１〜３（図２参照）と同様に行う。

しかし、ステップ２４による換算圧力Ｐｓ′の算出処理では、タンク内ガス温度センサ２４により検出された燃料タンク２３内の温度Ｔ２と圧力センサ１４により検出された燃料タンク２３内の圧力Ｐｓとから、燃料タンク２３内のガスの温度が予め定められた基準温度Ｔ１となった場合における当該ガスの換算圧力Ｐｓ′を上記の数２式により、プログラムサイクル毎に繰り返し演算する。この場合、換算圧力Ｐｓ′は、タンク内ガス温度センサ２４により検出された燃料タンク２３内の温度Ｔが予め定められた基準温度Ｔ１となった場合に想定される燃料タンク２３内のガスの圧力である。

次のステップ２５では、圧力センサ１４で検出した燃料タンク２３内の圧力Ｐｓが、許容最大圧力Ｐmax以上まで上昇しているか否かを判定し、「ＮＯ」と判定する間は、次のステップ２６に移って燃料タンク２３内の換算圧力Ｐｓ′が予め定められた固定値である目標圧力Ｐｔ（例えば、７０ＭＰａ）以上であるか否かを判定する。次に、ステップ２７〜３１にわたる処理、さらにはステップ３２〜３８にわたる処理も、前記第１の実施の形態によるステップ７〜１８（図２参照）と同様に行うものである。

かくして、このように構成される第２の実施の形態でも、貯蔵タンク１００から車両２２の燃料タンク２３にガスを充填するときに、タンク内ガス温度センサ２４および圧力センサ１４で検知した燃料タンク２３内のガスの圧力および温度に基づき当該ガスの温度が基準温度Ｔ１となった場合における燃料タンク２３内のガスの換算圧力Ｐｓ′を制御回路２１によって繰り返し演算する。そして、制御回路２１は、当該換算圧力Ｐｓ′が予め定められた目標圧力Ｐｔよりも低い場合に、燃料タンク２３へのガスの充填を続行し、換算圧力Ｐｓ′が目標圧力Ｐｔ以上となった場合には遮断弁９と調整弁８を閉弁制御することにより燃料タンク２３へのガスの充填を終了させることができ、前記第１の実施の形態と同様な効果を奏する。

即ち、燃料タンク２３へのガス充填直後においては、タンク内の圧力Ｐｓが仮に目標圧力よりも高い場合でも、その後に燃料タンク２３内のガス温度が所定の基準温度Ｔ１（例えば、１５℃）に低下したときには、燃料タンク２３内の圧力Ｐｓは目標圧力Ｐｔまで下がるようになる。よって、燃料タンク２３へのガス充填作業をより目標に近いガス圧力になるまで充填することができ、充填作業の効率化を図ることができる。

なお、前記第１の実施の形態では、図３に示す特性線２６のように、目標圧力Ｐｔを直線状の１次関数（前記数１式参照）として求め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２つの直線を組み合わせるようにした演算式等を用いて、タンクの温度に対する目標圧力を求める構成としてもよい。また、２次関数または３次関数等の演算式を用いてタンク温度に対する目標圧力を求める構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、充填される水素ガスを冷却器１０によって、規定温度（例えば、−２０℃または−４０℃）に冷却する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば水素ガスの冷却温度は、適宜設定することができる。

さらに、前記実施の形態では、タンク内ガス温度センサ２４により検出した燃料タンク２３内のガスの温度Ｔｔを、無線通信等の手段で車両２２側から充填ステーション１側に送信する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばタンク内ガス温度センサ２４の検出信号を有線（例えば、充填ホース４に沿って延ばした信号線）より充填ステーション１側に送信する構成でもよい。また、携帯電話等の持ち運び可能なモバイル機器による通信機能を活用して車両２２側から充填ステーション１へと温度検出信号を送信することも可能である。

１充填ステーション（ガス充填装置）
２ディスペンサー
３供給配管（ガス充填経路）
４充填ホース
５充填カップリング
６カップリング収納部
８調整弁（制御機器）
９遮断弁（制御機器）
１０冷却器
１１熱交換器
１２チラーユニット
１３流量計
１４圧力センサ
１５燃料温度センサ
１６充填開始スイッチ
１７充填停止スイッチ
２１制御回路（制御部）
２２車両
２３燃料タンク（被充填タンク）
２３Ａ充填口
２４タンク内ガス温度センサ（温度センサ）
２５受信器
１００貯蔵タンク（水素ガス源）

Claims

ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填経路と、
前記ガス充填経路のガスの流れを制御する制御機器と、
前記ガス充填経路先端に設けられ、前記被充填タンクの充填口に着脱可能に構成され、前記充填口に接続された状態で前記ガス充填経路から前記被充填タンクへのガス供給を可能にする充填カップリングと、
前記被充填タンク内のガスの温度を検知するための温度センサと、
前記被充填タンク内のガスの圧力を検知するための圧力センサと、
前記被充填タンク内へのガス充填を終了する際の圧力としての目標圧力を記憶する記憶部を有し、前記圧力センサにより検知された前記ガスの圧力が前記記憶部に記憶された目標圧力に達した場合にガス充填を終了させる制御部と、を備えたガス充填装置において、
前記制御部は、
前記被充填タンクへのガスの充填中に前記温度センサにより検出された前記被充填タンク内のガスの温度に基づき設定される被充填タンク内へのガス充填を終了する際の目標圧力を繰り返し演算し、繰り返し演算された目標圧力を前記記憶部に更新して記憶させ、
前記圧カセンサにより検出されるガスの圧力が前記記憶部に記憶されている前記目標圧力よりも低い場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を行い、
前記圧力センサにより検出されるガスの圧力が前記記憶部に記憶されている前記目標圧力以上となった場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を終了させることを特徴とするガス充填装置。
ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填経路と、
前記ガス充填経路のガスの流れを制御する制御機器と、
前記ガス充填経路先端に設けられ、前記被充填タンクの充填口に着脱可能に構成され、前記充填口に接続された状態で前記ガス充填経路から前記被充填タンクへのガス供給を可能にする充填カップリングと、
前記被充填タンク内のガスの温度を検知するための温度センサと、
前記被充填タンク内のガスの圧力を検知するための圧力センサと、
前記被充填タンク内へのガス充填を終了する際の圧力として予め定められた目標圧力を記憶する記憶部を有し、前記圧力センサにより検知された前記ガスの圧力が前記記憶部に記憶された目標圧力に達した場合にガス充填を終了させる制御部と、を備えたガス充填装置において、
前記制御部は、
前記被充填タンクへのガスの充填中に前記圧力センサおよび温度センサにより検知されるガスの圧力および温度から、前記被充填タンク内のガスの温度が予め定められた温度に変化した場合に想定される前記被充填タンク内の圧力を繰り返し演算し、
前記繰り返し演算された圧力が前記記憶部に記憶されている目標圧力よりも低い場合には前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を行い、
前記繰り返し演算された圧力が前記記憶部に記憶されている目標圧力以上となった場合に前記制御機器を制御することにより前記被充填タンクへのガスの充填を終了させることを特徴とするガス充填装置。
ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填方法であって、
前記被充填タンク内のガスの温度を検知する工程と、
前記被充填タンク内のガスの圧力を検知する工程と、
前記工程で検知されたガスの圧力が目標圧力に達した場合にガス充填を停止させる工程と、を備えてなり、
前記被充填タンクへのガスの充填中に前記被充填タンク内のガスの温度に基づき設定される被充填タンク内に充填すべき圧力を繰り返し演算する工程と、
繰り返し演算された圧力を目標圧力として更新して記憶する工程と、
前記記憶された前記目標圧力よりも前記被充填タンク内のガス圧力が低い場合に前記被充填タンクへのガスの充填を許可する工程と、
前記被充填タンク内のガス圧力が前記目標圧力以上となった場合に前記被充填タンクへのガスの充填を停止させる工程と、
を備えたことを特徴とするガス充填方法。
ガスを燃料として走行する車両に搭載された被充填タンクにガスを充填するためのガス充填方法であって、
前記被充填タンク内のガスの温度を検知する工程と、
前記被充填タンク内のガスの圧力を検知する工程と、
前記被充填タンク内へのガス充填を終了する際の圧力として予め定められた目標圧力を記憶する工程と、
前記工程で検知されたガスの圧力が目標圧力に達した場合にガス充填を停止させる工程と、を備えてなり、
前記被充填タンクへのガスの充填中に検知される前記ガスの圧力および温度から、前記被充填タンク内のガスの温度が予め定められた温度に変化した場合に想定される前記被充填タンク内の圧力を繰り返し演算する工程と、
前記繰り返し演算された圧力が予め定められた前記目標圧力よりも低い場合に前記被充填タンクへのガスの充填を許可する工程と、
前記繰り返し演算された圧力が前記目標圧力以上となった場合に前記被充填タンクへのガスの充填を停止させる工程と、
を備えたことを特徴とするガス充填方法。
前記ガス充填装置は、
車両と通信信号の受信を行う受信器と、
当該受信器により車両との通信が可能か否かを判断する通信可否判断手段と、
を備えてなり、
前記制御部は、通信可否判断手段により車両との通信が否であると判断された場合、前記圧力センサで検知された圧力が予め定められた目標圧力以上となった場合にガスの充填を終了させることを特徴とする請求項１または２に記載のガス充填装置。
前記記憶部は、車両の燃料タンクの許容最大圧力値が記憶されてなり、
前記制御部は、前記圧力センサによる検知された圧力が前記記憶部に記憶されている許容最大圧力以上であれば、ガス充填を終了させ、許容最大圧力未満であれば、ガス充填を継続させることを特徴とする請求項１または２に記載のガス充填装置。