JPH06159595A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は圧縮されガスの密度（圧力），流量
を１台の計測器で図り、組立作業及び点検作業を容易に
行える高圧ガス充填ディスペンサを提供することを目的
とする。 【構成】 ガス供給装置１は、ガスを所定圧力に圧縮す
る圧力発生ユニット４とディスペンサユニット５とを有
し、圧力発生ユニット４には可変畜圧器１８と高圧畜圧
器１９とが並列に設けられ、交互に多段圧縮機１５から
の圧縮されたガスが畜圧される。ディスペンサユニット
５には、圧力調整弁２４，遮断弁２５，コリオリ式計測
器２６が配設されている。供給ノズル３１が燃料タンク
３に接続されて供給スイッチ３４がオンに操作される
と、可変畜圧器１８と高圧畜圧器１９のガスが段階的に
供給され、且つコリオリ式計測器２６により供給された
ガスの流量及び密度が計測されて密度より圧力が換算さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はガス供給装置に係り、特
に昇圧させたガスを所定の圧力、流量で供給できるよう
構成したガス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、天然ガスを圧縮した圧縮天然ガ
ス（ＣＮＧ）等を別のタンクに供給するガス供給装置と
しては、実開平４−６４６９９号公報にみられるような
装置がある。当該公報の装置は、圧縮されたガスを急速
充填する方式が採用されており、圧縮機により所定圧以
上に昇圧されたガスを畜圧器に一旦貯めておき、そして
畜圧器に貯められたガスを自動車の燃料タンクに注入し
て燃料タンク内が所定圧に達するまで充填されるように
なっている。

【０００３】即ち、上記装置では、所定圧以下の圧力が
畜圧された可変畜圧器と、所定圧以上に加圧された高圧
ガスが畜圧された高圧畜圧器とが設けられ、各畜圧器に
貯蔵された圧縮天然ガスを段階的に供給するよう構成さ
れており、スタートスイッチがオンにされると、まず燃
料供給ラインの可変切替弁を開弁させて可変畜圧器のガ
スを自動車の燃料タンクに供給する。そして、可変畜圧
器のガスが自動車の燃料タンクに供給されると、燃料タ
ンク内の圧力が徐々に上昇する。

【０００４】やがて、圧力センサにより圧力上昇割合が
小さくなったこと、あるいは可変畜圧器との圧力差が小
さくなったことが検出されると、可変切換弁が閉弁され
るとともに高圧切換弁が開弁して高圧畜圧器のガスを自
動車の燃料タンクに供給する。続いて、上記タンク内の
圧力が所定値になったことを圧力センサが検出すると、
高圧切換弁が閉弁する。又、ガス供給量は流量計により
計測されており、上記高圧畜圧器、可変畜圧器から燃料
タンクに充填された総流量を知ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記公報の
装置では、ガスが給送される管路の途中に流量計と圧力
センサとを配設する構成であり、且つ流量計及び圧力セ
ンサを夫々個別に制御装置と接続しなければならないの
で、組立作業に多くの手間がかかり組立時間が余計にか
かるばかりか、点検時などのメンテナンスが面倒である
といった課題がある。

【０００６】そこで、本発明は上記課題を解決したガス
供給装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスを給送す
る管路と、該管路より供給されるガスのガス圧力を所定
圧力に昇圧させるガス昇圧手段と、該ガス昇圧手段から
供給されたガスが通過するチューブの振動数よりガスの
密度を計測するとともに、該チューブに生じるコリオリ
力によりガスの流量を計測するコリオリ式計測器と、前
記ガス昇圧手段の下流側の管路に設けられ、給送される
ガスの供給量を調整する弁と、前記コリオリ式計測器に
より計測された密度に基づいて前記昇圧したガスの圧力
を算出すとともに、前記コリオリ式計測器により計測さ
れた流量に基づいて前記弁の弁開度を制御する制御手段
と、よりなることを特徴とする。

【０００８】

【作用】ガス昇圧手段により昇圧されたガスの流量と密
度がコリオリ式計測器により計測されるため、計測され
た密度より昇圧されたガス圧力を算出することができ、
流量と圧力とを同時に検出できるので、流量計と圧力セ
ンサとを別個に設ける必要がなく、構成の簡略化が図れ
るので、組立作業及び点検時のメンテナンスが容易に行
える。

【０００９】

【実施例】図１乃至図３に本発明になるガス供給装置の
一実施例を示す。

【００１０】各図中、ガス供給装置１は、例えば自動車
２の燃料タンク３に都市ガスを所定圧力に圧縮した圧縮
天然ガス（ＣＮＧ）を供給するガス供給ステーションな
どに設置されている。

【００１１】ガス供給装置１は、大略、都市ガスを所定
圧力に昇圧する圧力発生ユニット４と、圧力発生ユニッ
ト４により圧縮されたガスを燃料タンク３に供給するた
めのディスペンサユニット５と、顧客カードを読み取る
カードリーダ６と、圧力発生ユニット４，ディスペンサ
ユニット５，カードリーダ６に接続されたＰＯＳ端末機
７と、圧力発生ユニット４，ディスペンサユニット５を
制御する制御装置８とよりなる。

【００１２】尚、上記圧力発生ユニット４，ディスペン
サユニット５，カードリーダ６はガス供給作業を行うガ
ス供給エリアに設置され、ＰＯＳ端末機７，制御装置８
は建屋９内に設置されている。

【００１３】圧力発生ユニット４は、都市ガス等が家庭
に分岐される前の中圧管路１０に接続された分岐管路１
１に、上流側よりストレーナ１２，電磁弁よりなる遮断
弁１３，スナッパタンク１４，ガス昇圧手段としての多
段圧縮機（中圧用シリンダ及び高圧用シリンダとを有し
中圧用シリンダで圧縮したガスをさらに高圧用シリンダ
で高圧に圧縮する）１５を配設してなる。又、圧力発生
ユニット４は並列に設けられたガス給送管路１６，１７
に可変畜圧器１８，高圧畜圧器１９が配設されている。
このガス給送管路１６，１７の上流側端部は三方電磁弁
よりなる第１の切換弁２０に接続され、下流側端部は三
方電磁弁よりなる第２の切換弁２１に接続されている。

【００１４】第１の切換弁２０は圧縮機１５により圧縮
されたガスを可変畜圧器１８に畜圧する際は、分岐管路
１１と１６とを連通し、高圧畜圧器１９に畜圧する際
は、分岐管路１１と１７とを連通するように切り換わ
る。

【００１５】又、第２の切換弁２１は後述するようにデ
ィスペンサユニット５へ所定圧力に圧縮されたガスを供
給する際、圧力発生ユニット４とディスペンサユニット
５とを接続するガス給送管路２２に可変畜圧器１８に畜
圧されたガスあるいは高圧畜圧器１９に畜圧されたガス
を給送するように切り換わる。上記可変畜圧器１８及び
高圧畜圧器１９から吐出されたガスの圧力は、管路２２
に配設された圧力検出器３８により検出される。

【００１６】尚、本実施例においては、上記燃料タンク
３の最高圧力が２００kgf/cm² とした場合、可変畜圧器
１８の最高圧力は１００kgf/cm² に設定され、高圧畜圧
器１９の最高圧力は２５０kgf/cm² に設定される。従っ
て、圧縮機１５は中圧管路１０から分岐管路１１に供給
された都市ガス（約５〜８kgf/cm² ）を圧縮して可変畜
圧器１８及び高圧畜圧器１９の圧力を上記設定圧力にす
る。

【００１７】又、ディスペンサユニット５は上記ガス給
送管路２２に接続された管路２３を有し、該管路２３に
は給送されるガス圧及び流量を調整する調整弁２４と、
ガス供給終了時又は緊急停止時に閉弁する遮断弁２５
と、ガス圧に応じた密度及び流量を計測するコリオリ式
計測器２６とが配設されている。

【００１８】上記管路２３は三方電磁弁よりなる第３の
切換弁２７に接続されており、この切換弁２７にはスナ
ッパタンク１４からの管路２８と供給ホース２９とが接
続されている。この管路２８にはガス供給終了後開弁さ
れて供給ホース２９内の残留ガスをスナッパタンク１４
に戻すための電磁弁３０が配設されている。又、供給ホ
ース２９の先端には、燃料タンク３の供給口（図示せ
ず）に接続される供給ノズル３１が設けられている。

【００１９】３２はセイフティーカップリングで、供給
ホース２９の途中に設けられ、万が一供給ノズル３１が
燃料タンク３の供給口（図示せず）に接続されたまま自
動車２が発車した場合に連結を解除するとともに、遮断
弁２５を閉弁させてガス漏れを防止する。

【００２０】３３はポジショナで、地震又は自動車がデ
ィスペンサユニット５に衝突した場合、その検出信号を
出力して遮断弁２５を閉弁させる。３４は供給スイッチ
で、供給開始時、供給終了時あるいは緊急停止時などに
操作される。

【００２１】３５は表示収納ケースで、内部に流量及び
供給圧力を表示する表示器３６と制御回路３７とが収納
された耐圧防爆構造となっている。制御回路３７は後述
するようにコリオリ式計測器２６からの密度検出信号よ
り圧力を換算するとともに流量を積算して圧力発生ユニ
ット４及びディスペンサユニット５の各弁を切換制御す
る制御手段を有する。

【００２２】ここで、コリオリ式計測器２６の構成につ
いて説明する。

【００２３】図３に示す如く、コリオリ式計測器２６は
一対のセンサチューブ４４，４５がマニホールド４６に
取付けられている。マニホールド４６は流入管４７と流
出管４８との間に設けられ、流入管４７に接続された流
入路と流出管４８に接続された流出路とを有する。

【００２４】一方のセンサチューブ４４は、マニホール
ド４６の流入路に接続され、配管方向に延在する直管部
４４ａと、マニホールド４６の流出路に接続され配管方
向に延在する直管部４４ｂと、直管部４４ａ，４４ｂの
先端でおり返すように曲げられた曲部４４ｃと４４ｄと
を接続するＵ字状の接続部４４ｅとからなる。

【００２５】他方のセンサチューブ４５は、上記センサ
チューブ４４と同一形状に形成され、直管部４５ａ，４
５ｂが直管部４４ａ，４４ｂと平行となるようにセンサ
チューブ４４と左右対称に設置されている。なお、セン
サチューブ４４，４５の接続部４４ｅ，４５ｅは流出管
４８の周囲に遊嵌するリング４９ｃに固定されたブラケ
ット４９ａ，４９ｂに支持されている。

【００２６】一対のセンサチューブ４４，４５の直管部
４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂは支持板５０を貫通
し、支持板５０に溶接で固定されるとともに、その端部
にマニホールド４６の各接続口に接続固定されている。

【００２７】流入側の直管部４４ａと４５ａとの間、及
び流出側の直管部４４ｂと４５ｂとの間には、ピックア
ップ５１，５２が設けられている。ピックアップ５１，
５２は検出コイルが一方の直管部４５ａ，４５ｂに固定
され、検出コイルに介装するマグネットが他方の直管部
４４ａ，４４ｂに固定されている。

【００２８】５３，５４は加振器で、直管部４４ａと４
４ｂとの先端間、直管部４５ａと４５ｂとの先端間に設
けられている。

【００２９】ここで、加振器５３，５４による加振の方
法について説明する。加振器５３，５４は電磁ソレノイ
ドと同じ構造なので、コイル部に通電されると、コイル
部とマグネット部の間には吸引力または反発力が発生す
る。センサチューブ４４の固有振動数でコイル部への電
流を変化させれば、センサチューブ４４の直管部４４ａ
と４４ｂは音叉のように対向して振動し、支持板５０と
センサチューブ４４との接続された部分が振動の節とな
る。

【００３０】また、センサチューブ４５の固有振動数で
コイル部の電流を変化させれば、センサチューブ４５の
直管部４５ａと４５ｂとは音叉のように対向して振動
し、支持板５０とセンサチューブ４５との接続された部
分が振動の節となる。尚、この時、センサチューブ４４
とセンサチューブ４５は近接、離間が夫々逆となるよう
に交互に振動せしめられ、センサチューブ４４，４５間
に相対的な振幅が生じる。

【００３１】ピックアップ５１と５２は、直管部４４
ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂの振動を、磁界中に置かれ
た検出コイルの速度変化として測定している。そこでこ
のピックアップ５１と５２の信号から直管部４４ａ，４
４ｂ，４５ａ，４５ｂの相対振幅が一定となるように、
コイル部への電流を求めて供給すれば、センサチューブ
４４，４５を最小電流で振動させることができる。

【００３２】又、コリオリ式計測器２６には油液の温度
を計測する温度センサ５５が設けられている。上記構成
になるコリオリ式計測器２６では、振動するセンサチュ
ーブ４４，４５にガスが充満すると、ガスの密度Ｐ_L は
次式で表わされる。

【００３３】

【数１】

【００３４】ここで、上記式において、Ｉはセンサチ
ューブ４４，４５の振動周期（振動周波数ｆの逆数）、
αはヤング率の温度係数、Ｋ₀ はセンサチューブ４４，
４５のバネ定数、Ｓ_A はセンサチューブ４４，４５の外
径断面積、Ｓ_B はセンサチューブ４４，４５の内径断面
積、ρ_P はセンサチューブ４４，４５の密度、Ｔは温度
である。

【００３５】上記式のα，Ｓ_A ，Ｓ_B ，ρ_P ，Ｋ₀ は
コリオリ式計測器２６の固有の数値であるため、温度Ｔ
と振動周波数とが測定できれば、密度ρ_L は求まる。

【００３６】制御回路３７はコリオリ式計測器２６から
振動周波数の信号が出力されるとともに温度センサ５５
から温度信号が出力されると、上記式の演算を行いガ
スの密度ρ_L を算出する。

【００３７】尚、密度ρ_L は単位体積当たりの重さであ
るが、気体であるガスが前述したようにおよそ１００〜
２５０kgf/cm² に圧縮されるため、圧力の大きさに応じ
た密度を上記のようにして計測することができる。従っ
て、制御回路３７はガスの密度ρ_L に基づいて供給され
たガス圧力を演算して求めることできる。

【００３８】又、上記コリオリ式計測器２６は質量流量
計としても使用することができることが知られている。
上記のように、振動するセンサチューブ４４，４５に圧
力されたガスが流れると、その流量に応じたコリオリ力
が発生する。そのため、センサチューブ４４，４５の流
入側直管部４４ａ，４５ａ４４ｂ，４５ｂと流出側直管
部４４ｂ，４５ｂとで動作遅れが生じ、これによりピッ
クアップ１４と１５との出力信号に位相差があらわれ
る。この位相差が質量流量に比例するため、ピックアッ
プ５１，５２からの出力信号の位相差に基づいて質量流
量が求まる。

【００３９】従って、ディスペンサユニット５には、流
量計と圧力計とを別個に設ける必要が無く、その分従来
よりも組立作業及び配線作業が容易となり能率良く組み
立てることができ、さらには点検時にメンテナンスも容
易に行える。

【００４０】次に、上記構成になるガス供給装置１の動
作とともに上記制御回路３７が実行する処理につき説明
する。

【００４１】図４中、制御回路３７はステップＳ１（以
下「ステップ」を省略する）において、供給スイッチ３
４がオンに操作されたかどうかをチェックしている。作
業者が供給ノズル３１を自動車２の燃料タンク３に結合
して供給ノズル３１のノズルレバー（図示せず）を引い
て開弁させた後、供給スイッチ３４をオンにすると、Ｓ
２に進む。Ｓ２で遮断弁２５を開弁させ、Ｓ３で切換弁
２７を切り換えて管路２３と供給ホース２９とを連通す
る。続いて、電磁弁３０を閉弁させる（Ｓ４）。

【００４２】尚、Ｓ１において、供給スイッチ３４がオ
ンに操作されないときは、Ｓ４に進み高圧畜圧器１９の
圧力維持の処理（高圧タンク供給サブルーチン）を実行
する。即ち、圧縮機１５により圧縮されたガスが切換弁
２０を介して高圧畜圧器１９に供給され、本実施例では
高圧畜圧器１９の圧力がおよそ２５０kgf/cm² に設定さ
れる。

【００４３】Ｓ６では、切換弁２０，２１を切り換えて
管路１１と管路１６とを連通させるとともに可変畜圧器
１８と管路２２とを連通させる。続いて、調整弁２４の
弁開度を所定開度に設定する（Ｓ７）。

【００４４】次のＳ８では、多段圧縮機１５を起動さ
せ、圧縮されたガスを可変畜圧器１８に供給する。これ
で、可変畜圧器１８に畜圧されたガスは、調整弁２４，
遮断弁２５，コリオリ式計測器２６，切換弁２７，供給
ホース２９，供給ノズル３１を介して自動車２の燃料タ
ンク３に供給される。

【００４５】尚、本実施例では、可変畜圧器１８の圧力
がおよそ１００kgf/cm² に維持されており、燃料タンク
３には１００kgf/cm² 以下のガスが供給される。

【００４６】コリオリ式計測器２６は上記可変畜圧器１
８に畜圧されたガスが燃料タンク３に供給されるととも
に、供給されるガスの基準温度換算密度ρ₁₅（基準温度
１５°Ｃに換算したときの計測密度）及び質量流量Ｑm
を計測する。従って、制御回路３７は、コリオリ式計測
器２６により計測された密度に基づいて燃料タンク３に
供給されるガスの圧力を算出し、供給圧力及び流量を表
示器３６に表示する（Ｓ９）。

【００４７】次のＳ１０では、燃料タンク３に供給され
るガスの計測密度ρ₁₅が上記第1 段階の判定密度ρ
₁ （例えば、ρ₁ ＝０．９×ρ₂ ）に達したかどうかを
チェックする。このＳ１０において、ρ₁₅≧ρ₁ になる
まではＳ１１に進み調整弁２４を弁開度を増加させ、次
のＳ１２で質量流量Ｑm が所定の質量流量Ｑ₁ 達したか
どうかをチェックする。

【００４８】Ｓ１２において、Ｑm ≧Ｑ₁ であるときは
再びＳ１０に戻り、Ｓ１０〜Ｓ１２の処理を繰り返す。
上記ガス供給処理によりガスの密度及び流量は図５，図
６に示すように変化する。

【００４９】又、Ｓ１０において、ρ₁₅≧ρ₁ となった
ときは、Ｓ１３に進み切換弁２０，２１を切り換えて管
路１１と管路１７とを連通させるとともに高圧畜圧器１
９と管路２２とを連通させる。これで、高圧畜圧器１９
に畜圧されたガスは、調整弁２４，遮断弁２５，コリオ
リ式計測器２６，切換弁２７，供給ホース２９，供給ノ
ズル３１を介して自動車２の燃料タンク３に供給され
る。

【００５０】次のＳ１４では、燃料タンク３に供給され
るガスの基準密度ρ₁₅が上記第２段階の判定密度ρ
₂ （最終密度許容範囲の下限密度）に達したかどうかを
チェックする。このＳ１４において、ρ₁₅≧ρ₂ になる
とＳ１５に進み、遮断弁２５を閉弁させる。これで、自
動車２の燃料タンク３へのガス供給が停止される。

【００５１】Ｓ１６では、供給スイッチ３４がオフにな
ったかどうかをチェックする。Ｓ１６において、作業員
が供給ノズル３１を閉弁させてノズル掛け（図示せず）
に戻すととともに、供給スイッチ３４を操作してオフに
すると、Ｓ１７に進み切換弁２７及び電磁弁３０を切り
換えさせる。

【００５２】即ちＳ１７では、切換弁２７が管路２８と
供給ホース２９とを連通するように切り換わり、且つ管
路２８に配設された電磁弁３０が開弁する。そのため、
供給ホース２９に残留するガスは管路２８を介してスナ
ッパタンク１４に戻される。

【００５３】そして、Ｓ１８では、自動車２の燃料タン
ク３へ供給したガス供給量などのデータをカードリーダ
６及びＰＯＳ端末器７に転送する。

【００５４】このように、可変畜圧器１８に畜圧された
ガスが燃料タンク３へ供給された後、燃料タンク３の目
標圧力よりも大きな圧力が畜圧された高圧畜圧器１９の
ガスが燃料タンク３へ供給されるため、燃料タンク３へ
の充填時間を短縮できるとともに、可変畜圧器１８又は
高圧畜圧器１９の一方から燃料タンク３へのガス供給を
行っている間に圧縮機１５により圧縮されたガスが他方
の畜圧器に畜圧されるので、一の燃料タンク３へのガス
供給作業を連続的に行うことができる。

【００５５】尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙
げたが、これに限らず、例えばブタン、プロパン等のガ
スを供給するのにも適用できるのは勿論である。

【００５６】又、上記実施例では、自動車２の燃料タン
ク３に圧縮されたガスを充填する場合を一例として挙げ
たが、これに限らず、他の容器等に圧縮されたガスを供
給する装置にも適用でき、あるいは単に圧縮されたガス
を他の場所に給送するための管路途中に設置する構成の
装置にも適用できるのは勿論である。

【００５７】又、上記実施例では、都市ガス等が家庭に
分岐される前の中圧管路１０からの都市ガスを圧縮する
構成としたが、これに限らず、例えば中圧管路１０から
分岐された家庭の管路からガスを取り出すようにしても
良い。

【００５８】

【発明の効果】上述の如く、本発明になるガス供給装置
は、コリオリ式計測器により供給されるガスの流量と密
度とが計測されるため、計測された密度より供給先の圧
力を算出することができ、流量と圧力とを同時に検出で
きるので、従来のように流量計と圧力検出器とを別個に
設ける必要がない。従って、構成の簡略化が図れるの
で、組立作業に手間がかからず能率良く組み立てられる
とともに、点検時のメンテナンスが容易に行うことがで
きる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構
成図である。

【図２】圧力発生ユニット及びディスペンサユニットの
構成図である。

【図３】コリオリ式計測器の斜視図である。

【図４】制御回路が実行するフローチャートである。

【図５】圧縮天然ガスを供給する際に計測された質量流
量の変化を示す線図である。

【図６】圧縮天然ガスを供給する際の密度の変化を示す
線図である。

【符号の説明】

１ ガス供給装置 ３ 燃料タンク ４ 圧力発生ユニット ５ ディスペンサユニット ６ カードリーダ ７ ＰＯＳ端末機 １０ 貯蔵タンク １３ 遮断弁 １４ スナッパタンク １５ 多段圧縮機 １８ 可変畜圧器 １９ 高圧畜圧器 ２０ 第１の切換弁 ２１ 第２の切換弁 ２４ 調整弁 ２５ 遮断弁 ２６ コリオリ式計測器 ２７ 第３の切換弁 ２９ 供給ホース ３１ 供給ノズル ３４ 供給スイッチ ３６ 表示器 ３７ 制御回路 ４４，４５ センサチューブ ５１，５２ ピックアップ ５３，５４ 加振器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスを給送する管路と、 該管路より供給されるガスのガス圧力を所定圧力に昇圧
   させるガス昇圧手段と、 該ガス昇圧手段から供給されたガスが通過するチューブ
   の振動数よりガスの密度を計測するとともに、該チュー
   ブに生じるコリオリ力によりガスの流量を計測するコリ
   オリ式計測器と、 前記ガス昇圧手段の下流側の管路に設けられ、給送され
   るガスの供給量を調整する弁と、 前記コリオリ式計測器により計測された密度に基づいて
   前記昇圧したガスの圧力を算出すとともに、前記コリオ
   リ式計測器により計測された流量に基づいて前記弁の弁
   開度を制御する制御手段と、 よりなることを特徴とするガス供給装置。