JP7096062B2

JP7096062B2 - ガス充填装置

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Publication number: JP7096062B2
Application number: JP2018086740A
Authority: JP
Inventors: 達也蓮仏; 明彦福永; 俊雄手塚; 英二根岸
Original assignee: Tokico System Solutions Co Ltd; Eneos Corp
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd; Eneos Corp
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-07-05
Anticipated expiration: 2038-04-27
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Description

本発明は、例えば水素ガスを車両の燃料タンクに充填するのに好適に用いられるガス充填装置に関する。

一般に、水素ガスを燃料とする車両（４輪自動車等）の被充填タンク（燃料タンク）に水素ガスを充填するガス充填装置が知られている。この種のガス充填装置は、例えばコンプレッサ等の昇圧器を用いて蓄圧器内に高圧ガスを予め蓄圧（貯蔵）しておき、ガス供給管路に設けられた流量調整弁の弁開度を調整することで、高圧ガスを蓄圧器から燃料タンクに向けて充填するようにしている。この場合、ガス供給経路に設けられた冷却器（熱交換器）で水素ガスを冷却して、燃料タンク内のガス温度の上昇を抑制することにより、ガス充填時間の短縮を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５－２１５７３号公報

ところで、上述した従来技術では、熱交換器よりも下流側のガス供給管路およびガス供給管路と燃料タンクとを接続する充填ホースは、待機中に環境温度（外気温）の影響により温度上昇する。特に、外気温が高い場合および前回のガス充填の終了から今回のガス充填の開始までの時間間隔が長い場合には、ガス供給管路および充填ホースが外気温と同等の温度となってしまう。このような状態でガス充填を開始すると、熱交換器で冷却された燃料ガスが温度上昇したガス供給管路および充填ホースとの間で熱交換されるので、燃料タンクに供給される燃料ガスを所定の温度に低下させるまでの時間が増大する虞がある。

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、燃料タンクに供給される燃料ガスの温度をより速く下げ、充填作業を効率的に行うことができるガス充填装置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、ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段と、を備えたガス充填装置において、前記制御手段は、前記被充填タンクにガスを供給することにより前記被充填タンクの初期圧力を測定するための初期圧測定充填を含む準備工程を行ってから、本充填を行い、前記被充填タンクへの前記本充填を開始した時には前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、前記高上昇率でガス充填を行っているときの前記圧力検出手段により検出されるガス圧力と前記基準上昇率で充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力との差が所定圧力差に達した後は、前記圧力検出手段により検出されるガス圧力がガス充填を終了する目標終了圧力に達するまで、前記基準上昇率で、かつ、前記所定圧力差を維持しながら、前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御することを特徴としている。

また、上述した課題を解決するために、本発明は、ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段と、周囲温度を検出する外気温センサと、を備えたガス充填装置において、前記制御手段は、前記被充填タンクにガスを供給することにより前記被充填タンクの初期圧力を測定するための初期圧測定充填を含む準備工程を行ってから、本充填を行い、前記被充填タンクへの前記本充填を開始した時から所定時間が経過するまで、または前記所定時間が経過した際に前記圧力検出手段により検出されると想定される想定圧力を前記圧力検出手段が検出するまでは、前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、前記所定時間が経過した後、または前記想定圧力を検出した後は、前記圧力検出手段により検出されるガス圧力がガス充填を終了する目標終了圧力に達するまで、前記基準上昇率で、かつ、前記所定時間が経過したときの前記想定圧力と、前記基準上昇率で充填を行う場合の前記所定時間が経過したときの前記圧力検出手段により検出されるガス圧力と、の圧力差を維持しながら、前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、さらに、前記制御手段は、前記外気温センサで検出された外気温から前記基準上昇率を決定し、かつ、前記外気温と前記初期圧力とから前記目標終了圧力を決定することを特徴としている。

本発明によれば、燃料タンクに供給される燃料ガスの温度をガス充填の開始から所定時間以内に所定の温度に低下させることができる。

本発明の第１の実施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中の制御装置によるガス供給の圧力制御を示す説明図である。図１中の制御装置によるガス供給の制御処理を示す流れ図である。図３中の本充填制御処理を示す流れ図である。図４中の制御タイマ処理を示す流れ図である。図５中のオフセット計算の制御処理を示す流れ図である。本発明の第２の実施形態によるオフセット計算の制御処理を示す流れ図である。

以下、本発明の実施形態によるガス充填装置を、添付図面に従って詳細に説明する。

図１ないし図６は、本発明の第１の実施形態を示している。図１中のガス充填装置１は、例えば車両２の燃料タンク２Ａ（被充填タンク）に圧縮した燃料ガス（本実施形態では、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。ガス充填装置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からの燃料ガスを車両２の燃料タンク２Ａ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のディスペンサ筐体４Ａ内にわたって延びるガス供給管路５とを含んで構成されている。

ガス供給系統としてのガス供給管路５は、ディスペンサ筐体４Ａ内に配設され、蓄圧器６から加圧された燃料ガスが供給されるものである。このガス供給管路５は、蓄圧器６から後述の遮断弁１８まで延びる上流側供給管路５Ａと、遮断弁１８から後述の充填ホース１２まで延びる下流側供給管路５Ｂとにより構成されている。即ち、上流側供給管路５Ａは、一端（上流端）側が蓄圧器６に接続され、他端（下流端）側が遮断弁１８に接続されている。一方、下流側供給管路５Ｂは、一端（上流端）側が遮断弁１８に接続され、他端（下流端）側が充填ホース１２に接続されている。

ガス充填装置１のガス貯蔵部３は、蓄圧器６と、昇圧器としてのコンプレッサ７とを含んで構成されている。蓄圧器６は、コンプレッサ７により圧縮された高圧の燃料ガスを蓄圧するための容器であり、例えば複数個のボンベを互いに並列に接続してなる圧力容器として形成されている。蓄圧器６は、その流入側がガス導管８を介してコンプレッサ７の吐出側に接続され、ガス導管８の途中には逆止弁９が設けられている。逆止弁９は、蓄圧器６内の燃料ガスがガス導管８内を逆流するのを防止している。

コンプレッサ７は、例えば複数段で燃料ガスを圧縮する多段式の圧縮機からなり、その吸込管路１０は、例えば水素ガスを貯蔵するガスタンク（または、水素ガスを生成する水素生成設備）と連通する中圧配管１１に接続されている。燃料ガスは、中圧配管１１から吸込管路１０を介してコンプレッサ７により圧縮される。そして、昇圧した燃料ガスは、ガス導管８および逆止弁９を介して蓄圧器６に供給される。蓄圧器６には、コンプレッサ７よって昇圧された高圧の燃料ガスが満圧になるまで蓄圧して貯蔵される。

充填ホース１２は、基端側が下流側供給管路５Ｂに連通され、ディスペンサ筐体４Ａの外部へと延びている。充填ホース１２は、ガス供給管路５と共に本発明のガス供給系統を構成している。充填ホース１２の先端側には、車両２に搭載された燃料タンク２Ａの接続口２Ｂ（即ち、レセプタクル）に連結されるノズル１３が設けられている。

ノズル１３は、燃料ガスを蓄える蓄圧器６とガス供給管路５および充填ホース１２を介して接続され、燃料ガスを燃料タンク２Ａに充填するためのものである。即ち、ノズル１３は、例えば水素ガスからなる燃料を車両２の燃料タンク２Ａに供給するため、燃料タンク２Ａの接続口２Ｂに気密状態で着脱可能に接続される充填カップリングを構成している。

ノズル１３は、例えば水素ガスの充填中にガスの圧力によって燃料タンク２Ａの接続口２Ｂから誤って外れることがないように、接続口２Ｂ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。これにより、ノズル１３を燃料タンク２Ａの接続口２Ｂに接続（ロック）した状態で、蓄圧器６内の高圧な燃料ガス（水素ガス）をガス供給管路５、充填ホース１２、およびノズル１３を通じて車両２の燃料タンク２Ａに充填することができる。

ディスペンサ筐体４Ａ内のガス供給管路５には、上流側から下流側へと順に、１次圧力センサ１４、流量計１５、流量調整弁１６、冷却器１７、遮断弁１８、２次圧力センサ１９、および温度センサ２０等が設けられている。なお、ガス供給管路５の上流側から下流側に向けて設けられている流量計１５、流量調整弁１６、冷却器１７、遮断弁１８、およびセンサ１９，２０等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。

１次圧力センサ１４は、流量計１５および流量調整弁１６よりも上流側に位置して上流側供給管路５Ａに設けられている。この１次圧力センサ１４は、蓄圧器６から上流側供給管路５Ａ内に供給される燃料ガスのガス圧力を検出するものである。１次圧力センサ１４は、その検出値（圧力値）に応じた検出信号を制御装置２８に向けて出力する。

流量計１５は、上流側供給管路５Ａに設けられ、ガス供給管路５内を流通する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１５は、例えば流量調整弁１６および遮断弁１８等を介してガス供給管路５内を流れる燃料ガス、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制御装置２８へと出力する。

これによって、制御装置２８は、車両２の燃料タンク２Ａ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２に対する燃料の払出し量（給油量に相当）を表示装置（例えば、後述の表示器２７またはこれ以外の表示部）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。

流量調整弁１６は、上流側供給管路５Ａに設けられ、車両２の燃料タンク２Ａへの燃料ガスの流通を制御するものである。流量調整弁１６は、例えばエア作動式となっており、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。流量調整弁１６は、後述の制御装置２８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、ガス供給管路５内を流れる燃料ガスの流量、ガス圧を可変に制御するものである。流量調整弁１６は、本発明の制御弁を構成している。

冷却器１７は、ガス供給管路５（上流側供給管路５Ａ）内を流れる燃料ガスを冷却する装置である。この冷却器１７は、ディスペンサ筐体４Ａ外に設けられ冷媒を冷却する冷凍器（図示せず）を有するチラーユニット１７Ａと、流量調整弁１６よりも下流側に位置して上流側供給管路５Ａに設けられた熱交換器１７Ｂと、チラーユニット１７Ａの冷凍器と熱交換器１７Ｂとの間で冷媒を循環させるための冷媒管路１７Ｃとを含んで構成されている。

熱交換器１７Ｂは、上流側供給管路５Ａ内を流れる燃料を冷却するものである。即ち、熱交換器１７Ｂは、燃料ガスが充填される車両２の燃料タンク２Ａの温度上昇を抑制するために、ガス供給管路５の途中位置で燃料ガスを冷却するように配設されている。

熱交換器１７Ｂは、冷媒管路１７Ｃを介してチラーユニット１７Ａに接続されている。チラーユニット１７Ａは、冷媒（例えば、エチレングリコール等を含んだ液体）を冷媒管路１７Ｃに流通させて熱交換器１７Ｂとの間に循環させる。これにより、熱交換器１７Ｂは、冷媒と燃料ガスとを熱交換させて燃料ガス（水素ガス）の温度を規定温度（例えば、－３３℃～－４０℃）まで低下させる。

この場合、熱交換器１７Ｂは、例えば冷媒が流通する多数の冷媒流路（図示せず）が形成された第１層と、燃料ガスが流通する多数のガス流路（図示せず）が形成された第２層とが交互に積層され、複数の各層が一体的に形成された一体型積層構造熱交換器として構成されている。なお、熱交換器１７Ｂは、一体型積層構造熱交換器に限らず、例えば冷却液化された冷媒（二酸化炭素）が充填された容器内に燃料ガスが流通するガス供給管路を配設することにより、燃料ガスを冷却してもよく、熱交換器１７Ｂの構造についてはこれらに限るものではない。

遮断弁１８は、ガス供給管路５に設けられ、車両２の燃料タンク２Ａへの燃料ガスの流通を制御するものである。この遮断弁１８は、ガス供給管路５の途中部位（上流側供給管路５Ａと下流側供給管路５Ｂ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。遮断弁１８は、後述する制御装置２８からの制御信号で開，閉されることにより、燃料タンク２Ａへの燃料ガスの供給、遮断を行うものである。

２次圧力センサ１９は、流量調整弁１６、冷却器１７、および遮断弁１８よりも下流側に設けられている。即ち、２次圧力センサ１９は、下流側供給管路５Ｂのうち充填ホース１２側に設けられている。この２次圧力センサ１９は、蓄圧器６から車両２の燃料タンク２Ａに供給される燃料ガスのガス圧力を検出するものである。２次圧力センサ１９は、本発明の圧力検出手段を構成するもので、ノズル１３の近傍で下流側供給管路５Ｂ内のガス圧力（圧力値Ｐ）を測定し、測定した圧力値Ｐに応じた検出信号を制御装置２８へと出力する。

温度センサ２０は、２次圧力センサ１９よりも下流側に位置して下流側供給管路５Ｂに設けられている。即ち、温度センサ２０は、下流側供給管路５Ｂのうち充填ホース１２側に設けられている。この温度センサ２０は、車両２の燃料タンク２Ａに供給される燃料ガスの温度を検出するものである。温度センサ２０は、ノズル１３の近傍で下流側供給管路５Ｂ内の温度を測定し、測定した温度に応じた検出信号を制御装置２８へと出力する。なお、温度センサ２０は、２次圧力センサ１９よりも上流側に設けていてもよい。

脱圧管路２１は、遮断弁１８と充填ホース１２との間に位置して下流側供給管路５Ｂの途中に分岐して設けられている。脱圧管路２１は、車両２の燃料タンク２Ａへの燃料ガスの供給が完了したときに、ノズル１３側からガス圧力を脱圧するためのものである。そのために、脱圧管路２１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２２が設けられている。

脱圧弁２２は、ノズル１３を用いた燃料タンク２Ａへのガス充填作業が完了して遮断弁１８が閉弁されたときに、制御装置２８からの信号により開弁制御され、下流側供給管路５Ｂ内が減圧された後に閉弁制御される。脱圧弁２２が開弁したときには、下流側供給管路５Ｂ内の燃料ガスが放散ライン２３に放出されてノズル１３の圧力が大気圧に減圧される。これにより、ノズル１３と燃料タンク２Ａの接続口２Ｂとの接続を解除することができる。

載置部２４は、ディスペンサ筐体４Ａに設けられ、ノズル１３を載置させるものである。この載置部２４は、ノズル１３が燃料ガスの充填を終了して戻される場合に、当該ノズル１３を収納するものである。この場合、ノズル１３は、気密状態を維持した状態で載置部２４に収納される。車両２の燃料タンク２Ａ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、ノズル１３が載置部２４から取外されて車両２（燃料タンク２Ａ）の接続口２Ｂに連結される。そして、ノズル１３を燃料タンク２Ａに接続した状態で、蓄圧器６内の燃料ガスは、ガス供給管路５、充填ホース１２、およびノズル１３等を通じて車両２の燃料タンク２Ａに充填される。

外気温センサ２５は、ディスペンサ筐体４Ａ内に設けられ、ディスペンサ筐体４Ａの周囲温度を検出するものである。この外気温センサ２５は、測定した温度に応じた検出信号を後述の制御装置２８へと出力する。外気温センサ２５の検出値(外気温度)は、例えば燃料ガスを車両２の燃料タンク２Ａに供給するときの圧力昇圧率(ＡＰＲＲ)および目標終了圧力（Ｐtarget）等を設定するのに用いられる。

操作部２６は、ディスペンサ筐体４Ａに設けられ、例えば充填開始スイッチ２６Ａ、充填停止スイッチ２６Ｂ、およびプリセットスイッチ２６Ｃとを含んで構成されている。充填開始スイッチ２６Ａは、例えば燃料供給所の作業者等が手動で操作可能な操作スイッチで、燃料ガスの充填を開始する場合に操作される。即ち、充填開始スイッチ２６Ａは、充填ホース１２の先端に設けられたノズル１３が燃料タンク２Ａの接続口２Ｂに接続された後に、ガス充填作業（本充填）を開始させるために操作される充填開始用の操作スイッチである。

充填停止スイッチ２６Ｂは、ガス充填作業を停止する際に操作される充填停止用の操作スイッチで、ガス充填中に充填を停止させる場合に操作される。また、プリセットスイッチ２６Ｃは、燃料ガスを燃料タンク２Ａに充填する前に、ガス充填量およびガス圧力を設定するためのものである。操作部２６の充填開始スイッチ２６Ａ、充填停止スイッチ２６Ｂ、およびプリセットスイッチ２６Ｃは、操作状態に応じた信号を後述の制御装置２８にそれぞれ出力する。そして、制御装置２８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遮断弁１８を開弁または閉弁させる。

表示器２７は、燃料ガスの充填作業を行う作業者が視認し易い位置でディスペンサ筐体４Ａに設けられている。この表示器２７は、燃料ガスの充填作業に必要な情報表示等を行う。表示器２７は、後述の制御装置２８が充填プロトコルに準拠した充填制御を行っているときに、制御装置２８からの制御信号により、例えば車両２の燃料タンク２Ａに対する燃料ガスの充填状態（高上昇率制御、基準上昇率制御、燃料ガス供給量、異常発生等）を表示する。

制御装置２８は、流量調整弁１６および遮断弁１８の制御を行うことにより車両２の燃料タンク２Ａへの燃料ガスの供給を制御するもので、本発明の制御手段を構成している。この制御装置２８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１次圧力センサ１４、流量計１５、２次圧力センサ１９、温度センサ２０、外気温センサ２５、および操作部２６等に接続されている。一方、制御装置２８の出力側は、流量調整弁１６、遮断弁１８、脱圧弁２２、および表示器２７等に接続されている。

制御装置２８には、メモリ２９に記憶されたガス充填制御処理用のプログラム（図３ないし図６）により燃料ガスの充填制御を行う充填制御部３０と、充填制御部３０により充填制御を行っている場合に２次圧力センサ１９により検出されたガス圧力（圧力値）が所定の圧力値（例えば、許容上限圧力：Ｐupperまたは許容下限圧力：Ｐlower）に達しているときに燃料タンク２Ａへのガス充填が異常となっていることを検出する異常検出部３１とを有している。

制御装置２８の充填制御部３０は、車両２の燃料タンク２Ａの接続口２Ｂにノズル１３を接続した状態で、例えば操作部２６の充填開始スイッチ２６Ａが閉成（ＯＮ）操作されたときに、流量調整弁１６と遮断弁１８とに開弁信号を出力して流量調整弁１６と遮断弁１８とを開弁させる。これにより、蓄圧器６内の燃料ガスを燃料タンク２Ａ内に供給するガス充填作業が開始される。

また、制御装置２８の充填制御部３０は、例えば流量計１５、１次圧力センサ１４、２次圧力センサ１９、および温度センサ２０の測定結果を監視しつつ、流量調整弁１６の開度等を予め設定された制御方式（例えば、定圧上昇制御方式）で調整する。即ち、充填制御部３０は、例えば燃料ガスの充填時に２次圧力センサ１９により検出された圧力値から得られる圧力昇圧率（上昇率）が予め設定された所定の圧力上昇（昇圧）率に一致するように流量調整弁１６の弁開度を制御する。

これにより、制御装置２８は、燃料タンク２Ａ内に供給される燃料ガスの圧力、流量を適切な状態に制御することができる。このとき、制御装置２８は、流量計１５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、２次圧力センサ１９により検出された燃料ガスの圧力値が目標終了圧力（Ｐtarget）に達したときに、流量調整弁１６および遮断弁１８を閉弁させて燃料の充填を停止する。

また、操作部２６の充填停止スイッチ２６Ｂが操作された場合には、例えば燃料ガスの充填量や圧力値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流量調整弁１６および遮断弁１８が制御装置２８からの信号により閉弁される。その後、制御装置２８は、脱圧弁２２を開弁させて下流側供給管路５Ｂ内の燃料ガスを放散ライン２３に放出させ、下流側供給管路５Ｂ内およびノズル１３を減圧した後に脱圧弁２２を閉弁する。

制御装置２８のメモリ２９は、例えば不揮発性メモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなり、例えば図３ないし図６に示すガス充填制御処理用のプログラム等が格納されている。また、メモリ２９には、基準上昇率（圧力昇圧率：ＡＰＲＲ）および目標終了圧力（Ｐtarget）を決定するために用いられるルックアップテーブル（Lookup table）が格納されている。

ルックアップテーブルは、充填圧力区分（例えば、７０ＭＰa級、３５ＭＰa級等）、供給燃料温度区分（例えば、－４０℃、－２０℃等）、および燃料タンク２Ａの容量区分に応じて、基準上昇率と目標終了圧力とが外気温センサ２５の検出値（外気温）と燃料タンク２Ａの初期圧力（Ｐc0）に対応して設定されている。従って、基準上昇率は、外気温センサ２５により検出された外気温（環境温度）からルックアップテーブルを参照することにより得ることができ、目標終了圧力は、外気温と燃料タンク２Ａ内の初期圧力（Ｐc0）から得ることができる。

図２中に二点鎖線で示す仮想線３２は、仮に燃料タンク２Ａの本充填初期圧力（Ｐc0）から目標終了圧力（Ｐtarget）まで基準上昇率で燃料タンク２Ａに燃料ガスを供給した場合における燃料タンク２Ａ内の圧力上昇となっている。なお、この仮想線３２は、ガス充填中にバンク（蓄圧器６）の切換え等により非充填時間がある場合にはその間の圧力変化がないものとして示している。

この場合、燃料タンク２Ａ内の圧力上昇には、基準上昇率に対して圧力許容範囲が設定される。この圧力許容範囲は、仮想線３２で示す基準上昇率を基準として供給燃料ガスの圧力管理を行うためのもので、圧力管理の上限となる許容上限圧力（Ｐupper）と、圧力管理の下限となる許容下限圧力（Ｐlower）とが設定されている。

許容上限圧力と許容下限圧力とは、それぞれ本発明の所定の圧力値を構成するもので、制御装置２８の異常検出部３１は、２次圧力センサ１９により検出された充填圧力（Ｐm）がこの圧力許容範囲内で推移しているか否かを監視している。そして、制御装置２８の充填制御部３０は、異常検出部３１により異常が検出された場合には高上昇率を基準上昇率に切換えたり、ガス充填を停止したりする昇圧率異常処理を行う。

図２中の仮想線３２よりも高い圧力側に位置する点線３３は、許容上限圧力を示すもので、例えば仮想線３２よりも７．０ＭＰa高い圧力となっている。一方、図２中の仮想線３２よりも低い圧力側に位置する点線３４は、許容下限圧力を示すもので、例えば仮想線３２よりも２．５ＭＰa低い圧力となっている。なお、許容上限圧力（Ｐupper）と許容下限圧力（Ｐlower）は、上述の７．０ＭＰa高い圧力および２．５ＭＰa低い圧力に限らず適宜設定することができる。

ここで、本実施形態では、図２中の特性線３５に示すように、充填初期には基準上昇率よりも高い高上昇率（特性線３５Ａ）で燃料ガスの供給を行い、主たる充填ガスの供給中（充填中期および後期）には基準上昇率（特性線３５Ｂ）で充填を行う構成としている。そして、２次圧力センサ１９で検出された圧力値が目標終了圧力（Ｐtarget）に達したときにガス充填を停止（終了）している。即ち、燃料タンク２Ａへのガス充填を開始してからの経過時間（tc1）までは、高上昇率でガス充填を行い、時間（tc1）以降は目標終了圧力まで基準上昇率でガス充填を行う構成としている。

これにより、ガス充填の開始から時間（tc1）までは、下流側供給管路５Ｂと充填ホース１２とに流通するガス流量を増加させることができるので、外気温により温度上昇した下流側供給管路５Ｂと充填ホース１２との温度を時間（tc1）以内に効率よく低下させることができる。従って、下流側供給管路５Ｂと充填ホース１２とが温度上昇していた場合でも、時間（tc1）以降には冷却器１７（熱交換器１７Ｂ）で冷却制御された燃料ガスを燃料タンク２Ａに供給させることができる。

そのために、メモリ２９には、サンプリングタイム毎に基準上昇率に加算する昇圧率（ＯＰＲＲ）、初期値（ＯＳ0）、および最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）が格納されている。この場合、昇圧率（ＯＰＲＲ）、初期値（ＯＳ0）、および最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）は、燃料タンク２Ａに供給される燃料ガスを所定の温度とするために、時間（tc1）に基づき設定されている。

一例を挙げると、時間（tc1）は、３０秒程度に設定され、これに基づき昇圧率（ＯＰＲＲ）、初期値（ＯＳ0）、および最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）が実験、計算、シミュレーション等により設定される。図２においては、初期値（ＯＳ0）は「０」と設定されている。また、最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）は、基準上昇率でガス供給制御した場合の許容上限圧力（Ｐupper）以上とならない値に設定されている（ＯＳmax≦Ｐupper＝７．０ＭＰa）。

制御装置２８の充填制御部３０は、燃料タンク２Ａへのガス充填を最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）で制御したときには高上昇率から基準上昇率に切換える。換言すると、図２に示すように、制御装置２８の充填制御部３０は、高上昇率でガス充填を行っているときの燃料タンク２Ａ内のガス圧力（Ｐc2）と仮にガス充填開始から基準上昇率で充填を行う場合の燃料タンク２Ａ内のガス圧力(Ｐc1)との差（Ｐc2－Ｐc1）が所定圧力差（即ち、最大昇圧率上昇値）に達した後は目標終了圧力に達する時間tc2まで基準上昇率で燃料タンク２Ａへのガス充填を行う。

本実施形態によるガス充填装置１は、上述の如き構成を有するものであり、次に、車両２の燃料タンク２Ａに燃料ガス（水素ガス）を供給するための制御について説明する。

作業者は、載置部２４からノズル１３を取外して、ノズル１３を車両２の燃料タンク２Ａの接続口２Ｂに連結する。そして、操作部２６の充填開始スイッチ２６Ａが操作されることにより、流量調整弁１６と遮断弁１８とが開弁して蓄圧器６から燃料タンク２Ａに燃料ガスが供給される。この場合、制御装置２８の充填制御部３０は、２次圧力センサ１９により検出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昇圧率に一致するように流量調整弁１６の弁開度を制御する。

そして、制御装置２８は、流量計１５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２次圧力センサ１９により検出した燃料ガスの圧力値が予め設定された目標終了圧力（Ｐtarget）に達したときに、流量調整弁１６および遮断弁１８を閉弁させて燃料の充填を停止する。また、操作部２６の充填停止スイッチ２６Ｂが操作された場合には、例えば燃料ガスの充填量および圧力値が目標値に達していなくても、充填動作を強制的に停止すべく流量調整弁１６および遮断弁１８が制御装置２８からの信号により閉弁される。

その後、制御装置２８は、脱圧弁２２を開弁させて下流側供給管路５Ｂ内の燃料ガスを放散ライン２３に放出させ、下流側供給管路５Ｂ、充填ホース１２、およびノズル１３を減圧した後に脱圧弁２２を閉弁する。これにより、下流側供給管路５Ｂ内の燃料ガスが放散ライン２３に放出されてノズル１３の圧力が大気圧に減圧される。その後、作業者は、ノズル１３と燃料タンク２Ａの接続口２Ｂとの接続を解除して、ノズル１３を載置部２４に戻す（収納する）。

ところで、上述した従来技術では、熱交換器１７Ｂよりも下流側のガス供給管路５（下流側供給管路５Ｂ）および充填ホース１２は、待機中に環境温度（外気温）の影響により温度上昇する虞がある。この場合、燃料タンク２Ａへの充填効率が低下しないようにするには、充填開始から所定時間以内（例えば、３０秒以内）に燃料タンク２Ａに供給される燃料ガスの温度を所定の温度以下にすることが望ましい。しかし、外気温が高い場合および前回の充填終了から今回の充填開始までの時間間隔が長い場合には、下流側供給管路５Ｂと充填ホース１２との温度が上昇しているので、充填開始から所定時間以内に燃料タンク２Ａに供給される燃料ガスの温度を所定の温度まで低下させることができずに充填時間が増加する虞がある。

そこで、本実施形態では、図２中の特性線３５に示すように、燃料ガスの充填初期は、外気温により設定された基準上昇率よりも高い上昇率である高上昇率（特性線３５Ａ）で車両２の燃料タンク２Ａに燃料ガスを供給し、充填中期および後期は、基準上昇率（特性線３５Ｂ）で燃料タンク２Ａに燃料ガスを供給する構成としている。

以下、制御装置２８によるガス充填制御処理について、図３ないし図６を参照して説明する。この制御処理は、ガス充填装置１が起動している間に所定周期毎に繰り返し実行される。

まず、図３に示すガス供給の制御処理について説明する。処理動作がスタートすると、ステップ１では、データ初期化が行われる。即ち、制御装置２８は、例えば操作部２６の充填開始スイッチ２６ＡがＯＮ操作されたときに、前回のガス充填制御によるデータ（基準上昇率、目標終了圧等）の初期化を行う。次のステップ２では、初期圧測定充填等の準備工程が行われる。この初期圧測定充填等の準備工程は、燃料タンク２Ａへのガス充填開始前に燃料タンク２Ａに少量のガス供給を行うものである。制御装置２８は、そのときのガス流量、ガス圧力等から燃料タンク２Ａ内の初期圧力（Ｐc0）を推定演算する。なお、この準備工程の際に供給するガスの量(積算流量)は可能な限り多くすることが効果的であり、好ましくは５０ｇ以上、さらに好ましくは１２０ｇ以上２００ｇ以下の量を供給することがより効果的である。

次のステップ３では、ルックアップテーブルを参照して基準上昇率（圧力昇圧率：ＡＰＲＲ）と目標終了圧力（Ｐtarget）とを決定する。即ち、制御装置２８は、ルックアップテーブルを参照して、外気温センサ２５により検出された外気温から基準上昇率を決定し、外気温と燃料タンク２Ａ内の初期圧力（Ｐc0）から目標終了圧力を決定する。そして、次のステップ４では、燃料ガスの本充填が行われる。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、１次圧力センサ１４、２次圧力センサ１９、および温度センサ２０等の検出値を監視して、車両２の燃料タンク２Ａへのガス供給を行う。

次に、図４に示す燃料ガスの本充填制御処理（図３中のステップ４の処理）について説明する。

ステップ１１では、本充填時間（tc）＝０、本充填初期圧力（Ｐc0）＝充填圧力（Ｐm）、目標更新要求＝ＹＥＳを設定する。本充填時間は、バンク（蓄圧器６）の切換え時間等の非充填時間を除く目標更新要求がＹＥＳ中（目標更新要求がなされている場合）での昇圧率一定制御をしている時間である。本実施形態では、例えばサンプリングタイムとして、０．１秒を設定している。なお、サンプリングタイムは、０．１秒に限らず、適宜設定可能である。そして、燃料タンク２Ａへの本充填開始時には、本充填時間＝０（tc＝０）と設定されている。

充填圧力は、２次圧力センサ１９で検出される検出値（圧力値）で本充填開始時には燃料タンク２Ａ内の初期圧力となっている。目標更新要求は、昇圧率が一定で目標生成する場合は「ＹＥＳ」となり、バンク（蓄圧器６）の切換え等で目標圧力を更新しない場合は「ＮＯ」となる。従って、本充填開始時には、目標更新要求が「ＹＥＳ」となる。

次のステップ１２では、昇圧率上昇処理フラグ（ＯＳｆ）＝１、昇圧率上昇値（ＯＳ）＝昇圧率上昇初期値（ＯＳ0）を設定する。昇圧率上昇処理フラグは、ルックアップテーブルを参照して外気温から得られた基準上昇率よりも高い圧力上昇率である高上昇率でガス充填制御を行うか否かを決定するものである。昇圧率上昇処理フラグは、例えば「１」のフラグが立つと高上昇率での制御ありとなり、「０」のフラグが立つと高上昇率での制御なしとなる。従って、本充填開始時には、高上昇率での制御を行うので、昇圧率上昇処理フラグ＝１となる。昇圧率上昇値は、基準上昇率からの昇圧率上昇分として目標圧力に加算するオフセット量である。従って、本充填開始時には、昇圧率上昇値が昇圧率上昇初期値（例えば、ＯＳ0＝０ＭＰa）に設定される。

次のステップ１３では、制御タイマをスタートさせる。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、車両２の燃料タンク２Ａへのガス充填を行うための制御タイマをスタートさせ、次のステップ１４に進む。

ステップ１４では、制御タイマ処理を行うか否かを判定する。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、サンプリングタイムとして設定された時間（例えば、０．１秒）を経過したか否かを判定する。そして、ステップ１４で「ＹＥＳ」、即ちサンプリングタイムとして設定された時間を経過したと判定された場合には、ステップ１５に進む。一方、ステップ１４で「ＮＯ」、即ちサンプリングタイムとして設定された時間を経過していないと判定された場合には、ステップ１６に進む。

ステップ１５では、制御タイマ処理を行う。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、図５に示す制御タイマ処理を実行し、次のステップ１６に進む。この制御タイマ処理については、後述で説明する。

ステップ１６では、充填圧力（Ｐm）が目標終了圧力（Ｐtarget）に達したか否か（Ｐm≧Ｐtarget）および充填率が目標充填率に達したか否か（ＳＯＣ≧目標ＳＯＣ）を判定する。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、ガス充填中に２次圧力センサ１９で検出される充填圧力（Ｐm）が目標終了圧力（Ｐtarget）に達することにより、燃料タンク２Ａ内に十分にガス充填が行われたか否かを判定する。また、燃料タンク２Ａ内の充填率が予め設定された燃料タンク２Ａ内の満タン状態を示す充填率に達したか否かを判定する。この場合、充填率は、例えば１５℃での７０ＭＰaを１００％として充填量を比率で表したものである。

そして、ステップ１６で「ＮＯ」、即ち充填圧力が目標終了圧力に達していないと判定された場合および充填率が目標充填率に達していないと判定された場合には、ステップ１７に進む。一方、ステップ１６で「ＹＥＳ」、即ち充填圧力が目標終了圧力に達したと判定された場合または充填率が目標充填率に達したと判定された場合には、ステップ１８に進む。

ステップ１７では、異常ありか否かを判定する。即ち、制御装置２８は、燃料タンク２Ａへのガス充填中に異常が発生しているか否かを判定する。そして、ステップ１７で「ＮＯ」、即ち異常が発生していないと判定された場合には、ステップ１４に戻る。一方、ステップ１７で「ＹＥＳ」、即ち異常が発生していると判定された場合には、ステップ１８に進み、燃料タンク２Ａへのガス充填を終了して、リターンする。

次に、図５に示す制御タイマ処理（図４中のステップ１５の処理）について説明する。

ステップ２１では、目標更新要求か否かを判定する。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、ガス供給の上昇率（昇圧率）を一定で目標生成するか否かを判定する。そして、ステップ２１で「ＹＥＳ」、即ちガス供給の上昇率（昇圧率）を一定で目標生成すると判定された場合には、ステップ２２に進む。一方、ステップ２１で「ＮＯ」、即ち蓄圧器６の切換え等で目標圧力を更新しない場合にはステップ２６に進む。

ステップ２２では、本充填時間にサンプリングタイムを加算（tc＝tc＋０．１）して、次のステップ２３に進み、オフセット計算（ＯＳ）の制御処理が行われる。このオフセット計算の制御処理については、後で説明する。

次のステップ２４では、目標圧力（Ｐtc）の演算を行う。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、時々刻々（サンプリングタイム毎）の目標圧力（Ｐtc）を基準上昇率（ＡＰＲＲ）、本充填時間（tc）、本充填初期圧力（Ｐc0）、昇圧率上昇値（ＯＳ）から下記の数１の式により演算して、次のステップ２５に進む。

次のステップ２５では、許容上限圧力（Ｐupper）と許容下限圧力（Ｐlower）とを決定する。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、上記数１式でＯＳ＝０とした場合の時々刻々の目標圧力（Ｐtc0）からガス充填制御中の圧力管理の上限値と下限値とを演算する。即ち、仮にガス充填開始から基準上昇率で圧力制御した場合（図２中の仮想線３２）の時々刻々の目標圧力（Ｐtc0）から許容上限圧力（Ｐupper）と許容下限圧力（Ｐlower）とを演算する。許容上限圧力は、例えば目標圧力（Ｐtc0）に７．０ＭＰaを加算した値（Ｐupper＝Ｐtc0＋７．０）に設定することができる。一方、許容下限圧力は、Ｐtc0に２．５ＭＰa減算した値（Ｐlower＝Ｐtc0－２．５）に設定することができる。

次のステップ２６では、充填制御が行われる。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、例えばＰＩＤ制御により、２次圧力センサ１９で検出される充填圧力（Ｐm）が目標圧力（Ｐtc）となるようにフィードバック制御を行い、次のステップ２７に進む。

ステップ２７では、充填圧力（Ｐm）が許容上限圧力（Ｐupper）以上となっているか否かを判定する（Ｐm≧Ｐupper）。即ち、制御装置２８の異常検出部３１は、燃料ガスの充填制御中に２次圧力センサ１９により検出された充填圧力（Ｐm）が目標圧力（Ｐtc）を越えて許容上限圧力（Ｐupper）以上となっているか否かを判定する。そして、ステップ２７で「ＮＯ」、即ち充填圧力が許容上限圧力以上となっていないと判定された場合には、ステップ２８に進む。一方、ステップ２７で「ＹＥＳ」、即ち充填圧力が許容上限圧力以上となっていると判定された場合には、ステップ３１に進む。

ステップ２８では、充填圧力（Ｐm）が許容下限圧力（Ｐlower）以下となっているか否かを判定する（Ｐm≦Ｐlower）。即ち、制御装置２８の異常検出部３１は、燃料ガスの充填制御中に２次圧力センサ１９により検出された充填圧力（Ｐm）が目標圧力（Ｐtc）に到達せずに許容下限圧力（Ｐlower）以下となっているか否かを判定する。そして、ステップ２８で「ＮＯ」、即ち充填圧力が許容下限圧力以下となっていないと判定された場合には、ステップ２９に進む。一方、ステップ２８で「ＹＥＳ」、即ち充填圧力が許容下限圧力以下となっていると判定された場合には、ステップ３１に進む。

ステップ２９では、目標圧力が目標終了圧力以上となったか否かを判定する（Ｐtc≧Ｐtarget）。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、ステップ２４で演算された目標圧力（Ｐtc）がガス充填開始時に外気温と燃料タンク２Ａの初期圧力（Ｐc0）とに基づきルックアップテーブルを参照して決定された目標終了圧力（Ｐtarget）以上となったか否かを判定する。そして、ステップ２９で「ＹＥＳ」、即ち目標圧力が目標終了圧力以上となったと判定された場合には、ステップ３０に進み、目標圧力（Ｐtc）を目標終了圧力（Ｐtarget）に設定する。また、目標圧力を更新させないために、目標更新要求を「ＮＯ」に設定して、リターンする。

ステップ３１では、昇圧率異常処理を行う。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、異常検出部３１により異常が検出された場合（即ち、ガス充填制御に異常が発生している場合）の異常処理を行う。この昇圧率異常処理は、例えば燃料タンク２Ａへのガス充填を高上昇率で制御している場合には、燃料タンク２Ａへのガス充填を高上昇率から基準上昇率に切換える制御とすることができる。また、この昇圧率異常処理は、例えば燃料タンク２Ａへのガス充填を停止する制御としてもよい。この場合、ディスペンサ筐体４Ａに設けられた警報装置（図示せず）から警報音を発生させてもよいし、表示器２７に異常が発生していることを表示してもよい。そして、昇圧率異常処理を行った後は、リターンする。

次に、図６に示すオフセット計算処理（図５中のステップ２３の処理）について説明する。

ステップ４１では、昇圧率上昇処理フラグ（ＯＳｆ）を「１」にする。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、燃料タンク２Ａへのガス充填開始時には基準上昇率よりも圧力上昇率を高くした高上昇率で制御するために、オフセットフラグを立ち上げ（ＯＳｆ＝１）、次のステップ４２に進む。

ステップ４２では、昇圧率上昇値（ＯＳ）の演算を行う。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、時々刻々の目標圧力（Ｐtc）の演算に用いられる昇圧率上昇値（ＯＳ）を下記の数２の式により演算する。即ち、前回のサンプリングタイムの昇圧率上昇値に昇圧率（ＯＰＲＲ）を加算して今回の昇圧率上昇値を決定し、次のステップ４３に進む。

ステップ４３では、昇圧率上昇値（ＯＳ）が最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）以上となったか否かを判定する（ＯＳ≧ＯＳmax）。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、燃料タンク２Ａへのガス供給時の時間経過(サンプリングタイム毎)に伴って加算される昇圧率上昇値が最大昇圧率上昇値に達したか否かを判定する。

そして、ステップ４３で「ＮＯ」、即ち昇圧率上昇値が最大昇圧率上昇値以上となっていないと判定された場合には、リターンする。一方、ステップ４３で「ＹＥＳ」、即ち昇圧率上昇値が最大昇圧率上昇値以上となっていると判定された場合には、ステップ４４に進む。

ステップ４４では、昇圧率上昇値（ＯＳ）を最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）に設定する（ＯＳ＝ＯＳmax）。また、昇圧率上昇処理フラグ（ＯＳｆ）を「０」にする（ＯＳｆ＝０）。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、燃料タンク２Ａへのガス供給を高上昇率から基準上昇率に切換えるために、昇圧率上昇処理フラグを「１」から「０」に切換える。そして、制御装置２８の充填制御部３０は、図５中のステップ２４で演算される目標圧力（Ｐtc）の昇圧率上昇値（ＯＳ）を最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）に固定するために、昇圧率上昇値（ＯＳ）を最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）に設定して、リターンする。

即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、高上昇率で制御している場合には上記の数１の式での昇圧率上昇値(ＯＳ)が初期値（ＯＳ0）から最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）に向けてサンプリングタイム毎に昇圧率（ＯＰＲＲ）を加算して目標圧力（Ｐtc）を演算する。一方、制御装置２８の充填制御部３０は、高上昇率から基準上昇率に切換えて制御している場合には上記の数１の式での昇圧率上昇値(ＯＳ)を最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）で固定して目標圧力（Ｐtc）を演算する。

かくして、本実施形態では、車両２の燃料タンク２Ａへのガス充填初期には外気温により設定された基準上昇率よりも高い圧力上昇率である高上昇率でガス供給を行い、ガス充填中期および後期には基準上昇率でガス供給を行っている。これにより、燃料タンク２Ａへのガス充填初期には、下流側供給管路５Ｂおよび充填ホース１２に流通する燃料ガスを増加させることができるので、外気温の影響により温度上昇した下流側供給管路５Ｂおよび充填ホース１２を効率よく冷却させることができる。その結果、燃料ガスの充填開始から所定時間以内に燃料タンク２Ａへ供給される燃料ガスの温度を所定の温度以下にすることができるので、ガス充填の時間を短縮することができる。

また、制御装置２８の充填制御部３０は、昇圧率上昇値（ＯＳ）が最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）に達したときに、高上昇率から基準上昇率への切換えを行っている。この場合、最大昇圧率上昇値は、許容上限圧力（Ｐupper）以下に設定されているので、ガス充填を高上昇率で行っている場合でも許容上限圧力を越えるのを抑制して、燃料タンク２Ａ、ガス供給管路５、および充填ホース１２に過剰な圧力がかかるのを抑制している。

また、制御装置２８の異常検出部３１は、２次圧力センサ１９により検出された圧力値が所定の圧力値（例えば、許容上限圧力または許容下限圧力）に達したときには燃料タンク２Ａへのガス充填が異常となっていることを検出している。そして、制御装置２８の充填制御部３０は、異常検出部３１が異常を検出した場合に、高上昇率から基準上昇率に切換えたり、燃料タンク２Ａへのガス充填を停止したりする。これにより、燃料タンク２Ａ、ガス供給管路５、および充填ホース１２に過剰な圧力がかかったり、燃料タンク２Ａへのガス供給不足となったりするのを抑制することができる。

次に、図７は、本発明の第２の実施形態を示すものである。第２の実施形態の特徴は、ガス充填の開始から所定の時間（tc1）経過した時に、高上昇率から基準上昇率へ切換えたことにある。なお、第２の実施形態では、第１の実施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。

この場合、第１の実施形態による図６のオフセット計算の制御処理に代えて、図７のオフセット計算の制御処理が用いられる。

即ち、図７中のステップ５１とステップ５２とは、図６中のステップ４１とステップ４２と同様の制御がなされる。そして、ステップ５３では、本充填時間（tc）が昇圧率上昇終了時間（tc1）を経過したか否かを判定する（tc≧tc1）。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、図５中のステップ２２で加算される本充填時間が予め設定された昇圧率上昇終了時間（tc1）を経過したか否かを判定する。

従って、昇圧率上昇終了時間は、昇圧率を上昇させたガス充填（高上昇率）を開始してから基準上昇率でのガス充填に切換える時までの時間として予め設定された時間（閾値）である。換言すると、昇圧率上昇終了時間は、ガス充填を高上昇率で開始してから終了するまでの時間としてメモリ２９に予め格納（記憶）されている。

昇圧率上昇終了時間は、高上昇率でガス充填中に２次圧力センサ１９で検出されるガス圧力が許容上限圧力（Ｐupper）を越えないように、実験、計算、シミュレーション等により、例えば３０秒程度（好ましくは、２０～３５秒、より好ましくは、２５～３０秒）に設定されている。

そして、ステップ５３で「ＮＯ」、即ち本充填時間（tc）が昇圧率上昇終了時間（tc1）を経過していないと判定された場合には、リターンする。一方、本充填時間（tc）が昇圧率上昇終了時間（tc1）を経過したと判定された場合には、ステップ５４に進む。

ステップ５４では、昇圧率上昇処理フラグ（ＯＳｆ）を「０」にする（ＯＳｆ＝０）。即ち、制御装置２８の充填制御部３０は、燃料タンク２Ａへのガス供給を高上昇率から基準上昇率に切換えるために、昇圧率上昇処理フラグを「１」から「０」に切換える。また、本充填時間が昇圧率上昇終了時間に達した時の昇圧率上昇値（ＯＳ）が固定値として設定されて、それ以降（基準上昇率で制御中）は図５中のステップ２４で目標圧力（Ｐtc）が演算され、リターンする。

かくして、第２の実施形態についても第１の実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。特に第２の実施形態では、燃料タンク２Ａへのガス充填の開始からの時間経過により、高上昇率から基準上昇率に切換えている。これにより、燃料タンク２Ａへのガス充填中に高上昇率で制御されているのか、基準上昇率で制御されているのかが分かり易い。

なお、上述した第１の実施形態では、昇圧率上昇値（ＯＳ）、初期値（ＯＳ0）、および最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）が予めメモリ２９に格納（記憶）されて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、例えば充填開始前に温度センサ２０が検出した検出値（温度）および前回ガス供給してからの経過時間に対応したテーブルまたは演算式をメモリ２９に格納しておき、その格納されたテーブルまたは演算式を参照して昇圧率上昇値（ＯＳ）、初期値（ＯＳ0）、および最大昇圧率上昇値（ＯＳmax）を設定してもよい。このことは、第２の実施形態による昇圧率上昇終了時間（tc1）についても同様である。

また、上述した第１の実施形態では、車両２の燃料タンク２Ａとディスペンサユニット４とで通信制御を行わない非通信充填により、燃料タンク２Ａへのガス充填を制御した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、例えば車両２の燃料タンク２Ａの状態をディスペンサユニット４に送信する通信制御としてもよい。即ち、第１の実施形態では、下流側供給管路５Ｂに設けられた２次圧力センサ１９の検出値を用いて車両２の燃料タンク２Ａ内のガス圧力を測定した場合を例に挙げて説明した。しかしこれに限らず、車両２の燃料タンク２Ａに燃料タンク２Ａ内のガス圧力を検出する圧力センサを設け、この圧力センサの検出値をディスペンサユニット４の制御装置２８に送信してガス充填制御を行ってもよい。このことは、第２の実施形態についても同様である。

また、上述した第１の実施形態では、制御装置２８の異常検出部３１は、２次圧力センサ１９が検出する圧力値が許容上限圧力（Ｐupper）または許容下限圧力（Ｐlower）に達した時に、燃料タンク２Ａへのガス充填が異常であると判定した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、例えば制御装置２８の異常検出部３１は、許容上限圧力よりも低い圧力（許容上限圧力と最大昇圧率上昇値での圧力値との間）を所定の圧力値として設定してもよい。同様に、許容下限圧力よりも高い圧力を所定の圧力値として設定してもよい。このことは、第２の実施形態についても同様である。

また、上述した第１の実施形態では、制御装置２８の充填制御部３０は、異常検出部３１が異常を検出した場合に、高上昇率から基準上昇率に切換える場合およびガス充填を停止する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば制御装置２８の充填制御部３０は、まず高上昇率から基準上昇率に切換える制御を行い、その後２次圧力センサ１９がさらに高い圧力値を検出した場合に、ガス充填の停止を行う制御を行ってもよい。このことは、第２の実施形態についても同様である。

また、上述した第２の実施形態では、燃料タンク２Ａへのガス充填をガス充填の開始から所定時間（tc1）が経過した時に、高上昇率から基準上昇率に切換えた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、例えば高上昇率から基準上昇率へのガス充填の切換えは、燃料タンク２Ａへのガス充填を開始してから所定時間（tc1）が経過した時とするのではなく、燃料タンク２Ａへのガス充填を開始してから所定時間（tc1）が経過した際に２次圧力センサ１９により検出されると想定される想定圧力を２次圧力センサ１９が検出した時に行うようにしてもよい。

この場合、想定圧力は、燃料タンク２Ａへのガス充填を高上昇率から基準上昇率に切換える圧力閾値で、許容上限圧力（Ｐupper）を越えないように設定されている。即ち、想定圧力は、昇圧率上昇終了圧力としてステップ２の初期圧測定充填等の準備工程で演算された初期圧力（Ｐc0）により決定され、各初期圧力（Ｐc0）に対応して制御装置２８のメモリ２９に予め格納（記憶）されている。

また、燃料タンク２Ａへのガス充填を、上述した第１の実施形態ではガス充填の開始から所定時間（tc1）経過するまでの間、上述した第２の実施形態では燃料タンク２Ａへのガス充填をガス充填の開始から所定時間（tc1）経過した際に前記圧力センサ１９により検出されると想定される想定圧力を検出するまでの間は、高上昇率でガス充填を行い、この高上昇率でのガス充填を行っている際に、例えば、ガス充填の進行に伴い蓄圧器６内のガスの圧力が低下することにより高上昇率でのガス充填を保てなくなった結果、圧力センサ１９により検出された圧力が下限圧力（Ｐlower）まで低下した場合には、図５のステップ２８において「ＹＥＳ」と判定されることによりステップ３１の昇圧率異常処理に移行するように構成されている。しかし、上述のとおり、高上昇率でのガス充填を保てなくなった原因は蓄圧器６内のガスの圧力の低下によるものであり、ガス充填制御の異常ではないので、この場合には、図５のステップ２８において「ＹＥＳ」と判定された場合であってもステップ２９の処理に移行するように構成する。即ち、ステップ２８の処理自体を省略する制御構成としてもよい。このような構成とすれば、蓄圧器６内のガスを燃料タンク２Ａにより多く充填することができる。

以上説明した実施形態に基づくガス充填装置として、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

第１の態様としては、ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とからなるガス充填装置において、前記制御手段は、前記被充填タンクへのガス充填を開始した時には前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で制御し、前記高上昇率でガス充填を行っているときの前記圧力検出手段により検出されるガス圧力と前記基準上昇率で充填を行う場合の圧力検出手段により検出されるガス圧力との差が所定圧力差に達した後は前記基準上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御することを特徴としている。

第２の態様としては、ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段とからなるガス充填装置において、前記制御手段は、前記被充填タンクへのガス充填を開始した時から所定時間が経過するまで、または前記圧力検出手段が前記被充填タンクへのガス充填を開始した時から所定時間が経過した際に前記圧力検出手段により検出されると想定される想定圧力を検出するまでは前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように制御し、前記所定時間が経過した後、または前記想定圧力を検出するまでは前記基準上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように制御することを特徴としている。

第３の態様としては、第１，第２の態様において、前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出されたガス圧力が所定の圧力値に達したときには前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出する異常検出部を有することを特徴としている。

第４の態様としては、第３の態様において、前記制御手段は、前記異常検出部が前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出した場合に前記被充填タンクへのガス充填を前記高上昇率から前記基準上昇率に切換えて制御することを特徴としている。

第５の態様としては、第３の態様において、前記制御手段は、前記異常検出部が前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出した場合に前記被充填タンクへのガス充填を停止することを特徴としている。

１ガス充填装置
２車両
２Ａ燃料タンク（被充填タンク）
５ガス供給管路（ガス供給系統）
６蓄圧器
１３ノズル
１６流量調整弁（制御弁）
１７冷却器
１９２次圧力センサ（圧力検出手段）
２８制御装置（制御手段）
３１異常検出部

Claims

ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、
前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、
前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、
前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、
前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段と、を備えたガス充填装置において、
前記制御手段は、
前記被充填タンクにガスを供給することにより前記被充填タンクの初期圧力を測定するための初期圧測定充填を含む準備工程を行ってから、本充填を行い、
前記被充填タンクへの前記本充填を開始した時には前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、
前記高上昇率でガス充填を行っているときの前記圧力検出手段により検出されるガス圧力と前記基準上昇率で充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力との差が所定圧力差に達した後は、前記圧力検出手段により検出されるガス圧力がガス充填を終了する目標終了圧力に達するまで、前記基準上昇率で、かつ、前記所定圧力差を維持しながら、前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御することを特徴とするガス充填装置。
ガスを蓄える蓄圧器とガス供給系統を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのノズルと、
前記ガス供給系統に設けられ、前記被充填タンクへのガスの流通を制御する制御弁と、
前記ガス供給系統に設けられ、前記ノズルによって前記被充填タンクに充填される前記ガスを冷却する冷却器と、
前記被充填タンク内のガス圧力と前記ガス供給系統の前記制御弁よりも下流側のガス圧力とのうちのいずれか一方のガス圧力を検出する圧力検出手段と、
前記被充填タンクへガス充填を行う場合の前記圧力検出手段により検出されるガス圧力の圧力上昇率が予め定められた基準上昇率で上昇するように前記制御弁を開閉制御する制御手段と、
周囲温度を検出する外気温センサと、を備えたガス充填装置において、
前記制御手段は、
前記被充填タンクにガスを供給することにより前記被充填タンクの初期圧力を測定するための初期圧測定充填を含む準備工程を行ってから、本充填を行い、
前記被充填タンクへの前記本充填を開始した時から所定時間が経過するまで、または前記所定時間が経過した際に前記圧力検出手段により検出されると想定される想定圧力を前記圧力検出手段が検出するまでは、前記圧力上昇率を前記基準上昇率よりも高い高上昇率で前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、
前記所定時間が経過した後、または前記想定圧力を検出した後は、前記圧力検出手段により検出されるガス圧力がガス充填を終了する目標終了圧力に達するまで、
前記基準上昇率で、
かつ、
前記所定時間が経過したときの前記想定圧力と、前記基準上昇率で充填を行う場合の前記所定時間が経過したときの前記圧力検出手段により検出されるガス圧力と、の圧力差を維持しながら、
前記被充填タンクへのガス充填が行われるように前記制御弁を開閉制御し、
さらに、前記制御手段は、
前記外気温センサで検出された外気温から前記基準上昇率を決定し、かつ、前記外気温と前記初期圧力とから前記目標終了圧力を決定することを特徴とするガス充填装置。
周囲温度を検出する外気温センサをさらに備えており、
前記制御手段は、前記外気温センサで検出された外気温から前記基準上昇率を決定し、かつ、前記外気温と前記初期圧力とから前記目標終了圧力を決定することを特徴とする請求項１に記載のガス充填装置。
前記制御手段は、前記圧力検出手段により検出されたガス圧力が所定の圧力値に達したときには前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出する異常検出部を有することを特徴とする請求項１，２または３に記載のガス充填装置。
前記制御手段は、前記異常検出部が前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出した場合に前記被充填タンクへのガス充填を前記高上昇率から前記基準上昇率に切換えて制御することを特徴とする請求項４に記載のガス充填装置。
前記制御手段は、前記異常検出部が前記被充填タンクへのガス充填が異常となっていることを検出した場合に前記被充填タンクへのガス充填を停止することを特徴とする請求項４に記載のガス充填装置。