JPWO2011058782A1 - ガス充填装置及びガス充填方法 - Google Patents
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Abstract
ガス供給源(10)と、ガス供給源(10)に接続され、各々のガスタンク(101,102)に燃料ガスを充填する燃料ガス充填ライン(L)と、ガスタンク(102)内の温度情報を取得する温度情報取得部と、ガスタンク(101,102)内の圧力情報を取得する圧力情報取得部と、予め取得されたガスタンク(101,102)の充填率が目標充填率となる際の当該ガスタンク(101,102)内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得部(47)と、前記温度情報により、複数のガスタンク(101,102)のうち、前記内部温度が最も高温であるガスタンク(101)と、内部温度が最も低温であるガスタンク(102)との温度差を算出する温度差算出部(52)と、内部温度が最も低温であるガスタンク(102)の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御部(55)を備えるガス充填装置及び当該充填装置を使用した充填方法である。
Description
本発明は、燃料被供給体のガス貯留容器に接続され、燃料ガス供給源から供給された燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填するガス充填装置及びガス充填方法に関する。
従来から、燃料ガス(例えば、水素ガスや圧縮天然ガス)と酸化ガス(例えば、空気)との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池自動車の開発が進められている。この燃料電池自動車には、燃料ガスタンク(ガス貯留容器)が搭載されており、この燃料ガスタンクに対しては、ガス充填装置(燃料ガスステーション)等の燃料ガス供給システムから燃料ガスが供給されている。このガス充填装置は、通常、圧縮された燃料ガスを貯蔵する畜圧器に接続された充填ノズルを燃料電池自動車の燃料ガスタンクに接続し、高圧の燃料ガスを前記燃料ガスタンクに充填するが、燃料電池自動車が複数の燃料ガスタンクを備えている場合、いずれか1本の燃料ガスタンクの圧力、温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率(SoC:State of Charge)を判断し、燃料ガスの充填終了を制御することが行われている。
また、燃料電池自動車に搭載された複数の燃料ガスタンク毎に接続される充填バルブと、前記複数の燃料ガスタンク毎に接続される放出バルブと、前記充填バルブ間に接続された充填配管と、前記放出バルブ間に接続された放出配管と、前記複数の燃料ガスタンク毎の温度を検出する複数の温度センサと、前記燃料ガスタンク毎の圧力を検出する複数の圧力センサと、これら温度センサ及び圧力センサの検出結果に基づいて前記充填バルブ及び前記放出バルブの制御を行なう制御ユニットと、を備えたガス充填装置も紹介されている。(例えば、特許文献1参照)。
ところで、燃料ガスタンクに対する燃料ガスの充填は、充填率(SoC)が100%となり、且つ、できるだけ短時間で充填が行われることが望まれているが、このためには、燃料ガスタンク内の圧力が87.5MPa、温度が85℃となるように充填制御することが最適であることが知られている。なお、現在、燃料ガスタンクの耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時の燃料ガスタンク内温度の上限値が規定されており、その規定値は一般に約85℃であり、通常、燃料ガスタンク内温度が85℃を超えると、燃料ガスの充填が停止されるようになっている。
また、複数の燃料ガスタンクが搭載されている燃料電池自動車では、各々の燃料ガスタンク同士の体格の違い等により、当該各々の燃料ガスタンクの放熱性(放熱性=タンクの表面積/タンクの内容積)に違いが生じ、1台の燃料電池自動車において、温度が上がり易い(放熱性が低い)燃料ガスタンクと、温度が上がり難い(放熱性が高い)燃料ガスタンクが混在することがある。
ここで、放熱性が異なる燃料ガスタンクが混在している際に、複数の燃料ガスタンクのうち、温度が上がり難い燃料ガスタンク内の圧力及び温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率(SoC)を判断し、燃料ガスの充填終了を制御する場合、燃料ガスタンク内の圧力が87.5MPa、温度が85℃で、充填率(SoC)が100%になると、温度が上がり易い燃料ガスタンクは、既に内部温度が85℃を超えており、燃料ガスタンク内温度が85℃を超えると、燃料ガスの充填が停止されることから、充填率(SoC)が100%になる前に、燃料ガスの充填が停止されることになる。一方、複数の燃料ガスタンクのうち、温度が上がり易い燃料ガスタンク内の圧力及び温度をモニタリングした場合、この燃料ガスタンク内の圧力が87.5MPa、温度が85℃で、充填率(SoC)が100%になると、温度が上がり難い燃料ガスタンクは、内部温度が85℃まで上昇しておらず、充填率(SoC)が100%を超えてしまうことになる。したがって、燃料電池自動車が複数の燃料ガスタンクを備えている場合、いずれか1本の燃料ガスタンクの圧力、温度をモニタリングし、このモニタリング結果から当該燃料ガスタンクの充填率(SoC)を判断し、燃料ガスの充填終了を制御する方法では、全ての燃料タンクに十分に燃料ガスを充填することが困難である。
また、特許文献1に記載されたガス充填装置は、全ての燃料ガスタンクに温度センサ及び圧力センサを配設し、全ての燃料ガスタンク内の温度及び圧力をモニタリングし、始めに燃料ガス(水素)量の少ない燃料ガスタンクへ、他の燃料ガス量の多い燃料ガスタンクから燃料ガスを移送する方法をとっているため、コストがかかると共に、制御が複雑である。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、温度が上がり易い(放熱性が低い)ガス貯留容器と、温度が上がり難い(放熱性が高い)ガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することが可能なガス充填装置及びガス充填方法を提供することを目的とする。
この目的を達成するため、本発明は、燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填装置であって、圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源と;前記ガス供給源に接続され、前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する燃料ガス充填ラインと;前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得部と;前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得部と;予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得部と;前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、前記内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出部と;前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御部と;を備えてなるガス充填装置を提供するものである。
この構成を備えたガス充填装置は、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する場合であっても、温度が最も上がり易いガス貯留容器の内部温度が、予め決定されている上限温度を超えることがなく、温度が上がり難いガス貯留容器の燃料ガス充填率が100%を超えることがないように制御することができる。したがって、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填装置は、前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部と、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部と、をさらに備えることができる。
そしてまた、本発明に係るガス充填装置の一態様としては、前記温度情報取得部は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得し、前記圧力情報取得部は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得し、前記温度差算出部は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出するよう構成することができる。このように構成することで、前記複数のガス貯留容器の放熱性が異なっても、複数のガス貯留容器のうち、1つのガス貯留容器、即ち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報及び温度情報を取得することで、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、この構成の場合、前記温度情報取得部は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に予め配設されてなる温度検出器から温度情報を取得することができる。このように構成することで、燃料ガスを充填する際に、前記温度検出器から検出される検出温度をモニタすることで、前記各々のガス貯留容器の放熱性を比較することなく、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度を検出することができる。
また、本発明に係るガス充填装置の他の態様としては、前記温度情報取得部は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得することができる。このように構成することで、全てのガス貯留容器の内部の温度情報を取得することができるため、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差をより簡単且つ迅速に算出することができ、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
さらにまた、この構成の場合、前記温度情報取得部は、全てのガス貯留容器内に予め配設されてなる各々の温度検出器から温度情報を取得することができる。
また、本発明に係るガス充填装置は、前記温度情報から求めた温度と、前記圧力情報から求めた圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量を示すデータを取得する充填流量データ取得部をさらに備えることができる。このように構成することで、ガス貯留容器内の温度及び圧力に応じて、常に適切な充填流量(昇圧速度)で、各ガス貯留容器に燃料ガスを充填することができる。
なお、前記温度上限値は、ガス貯留容器の耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時のガス貯留容器内温度の上限値として規定されている約85℃に設定することができる。
そしてまた、圧力情報取得部は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得することができる。このように構成することで、前記ガス貯留容器の内部に圧力検出器を配設することなく、当該ガス貯留容器内の圧力情報を取得することができる。
また、本発明は、燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填方法であって、圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源から燃料ガス充填ラインを介して前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する充填工程と;前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得工程と;前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得工程と;予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得工程と;前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出工程と;前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御工程と;を備えてなるガス充填方法を提供するものである。
これらの工程を備えたガス充填方法は、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する場合であっても、温度が最も上がり易いガス貯留容器の内部温度が、予め決定されている上限温度を超えることがなく、温度が上がり難いガス貯留容器の燃料ガス充填率が100%を超えることがないように制御することができる。したがって、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填方法は、前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定工程と、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定工程と、をさらに含むことができる。
また、本発明に係るガス充填方法の一態様としては、前記温度情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含み、前記圧力情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得する工程を含み、前記温度差算出工程は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出する工程を含むことができる。
このガス充填方法によれば、前記複数のガス貯留容器の放熱性が異なっても、複数のガス貯留容器のうち、1つのガス貯留容器、即ち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報及び温度情報を取得することで、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、前記温度情報取得工程は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含むことができる。この工程により、前記各々のガス貯留容器の放熱性を比較することなく、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得することができる。
また、本発明に係るガス充填方法の他の態様としては、前記温度情報取得工程は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含むことができる。
このガス充填方法によれば、全てのガス貯留容器の内部の温度情報を取得することができるため、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差をより簡単且つ迅速に算出することができ、各々のガス貯留容器に燃料ガスを高充填率で充填することができる。
そしてまた、前記温度情報取得工程は、全てのガス貯留容器内に予め配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含むことができる。
なお、本発明に係るガス充填方法は、ガス貯留容器の耐久性等を考慮して、前記温度上限値を燃料ガス充填時のガス貯留容器内温度の上限値として規定されている約85℃に設定することができる。
そしてまた、前記圧力情報取得工程は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する工程を含むことができる。この工程により、前記ガス貯留容器の内部に圧力検出器を配設することなく、当該ガス貯留容器内の圧力を検出することができる。
本発明に係るガス充填装置によれば、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
また、本発明に係るガス充填方法によれば、温度が上がり易いガス貯留容器と、温度が上がり難いガス貯留容器とが混在している複数のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際であっても、各々のガス貯留容器に燃料ガスを効率よく且つ高充填率で充填することができる。
次に、本発明の実施形態に係るガス充填装置及びガス充填方法について図面を参照して説明する。なお、以下に記載される実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図、図2は、図1に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施形態1では、燃料被供給体が、燃料ガス(例えば、水素ガスや圧縮天然ガス等)と酸化ガス(例えば、空気)との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池自動車(以下、FC車両100という)である場合について説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図、図2は、図1に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施形態1では、燃料被供給体が、燃料ガス(例えば、水素ガスや圧縮天然ガス等)と酸化ガス(例えば、空気)との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源として搭載した燃料電池自動車(以下、FC車両100という)である場合について説明する。
このFC車両100は、図1に示すように、燃料ガスを貯留する複数のガスタンク(実施形態1では、第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102)を備えている。第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102は、FC車両100の製造段階で各々の放熱性データが予め取得されており、このデータは、FC車両100に搭載されている図示しない記憶部に記憶されている。なお、第2ガスタンク102は、第1ガスタンク101よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、第2ガスタンク102内には、第2ガスタンク102内の温度(T)を測定する温度検出器としての温度計103が予め配設されている。この温度計103は、検出した温度(T)を温度情報として、後に詳述するガス充填装置1の温度情報取得部48に、通信により送信可能となっている。
ガス充填装置1は、図1に示すように、FC車両100に搭載された第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102に燃料ガスを充填する装置であり、燃料ガスを供給するガス供給源10と、ガス供給源10に接続され且つガス供給源10から供給された燃料ガスを第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102に充填する燃料ガス充填ラインLを有している。燃料ガス充填ラインLには、ガス供給源10側から順に、ガス供給源10から供給された燃料ガスを圧縮するコンプレッサ20と、コンプレッサ20から吐出された燃料ガスの流通を停止可能な遮断弁30と、燃料ガス充填ラインLを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力検出器としての圧力計40と、が配設されている。この圧力計40は、検出した圧力(P)を圧力情報として、後に詳述するガス充填装置1の圧力情報取得部49に、通信により送信可能となっている。
また、ガス充填装置1は、温度計103、圧力計40及び遮断弁30に接続され、温度計103から送信された温度情報(温度:T)、及び圧力計40から送信された圧力情報(圧力:P)に基づいて遮断弁30の開閉を制御する制御装置50を備えている。
制御装置50は、特に図2に示すように、温度計103で測定された温度(T:温度情報)を取得する温度情報取得部48と;圧力計40で測定された圧力(P:圧力情報)を取得する圧力情報取得部49と;予め取得されたガスタンク(ガス貯留容器)の充填率が目標充填率(約100%)となる際の当該ガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データ(図3参照)が記憶されている記憶部51と;予め取得された第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102の放熱性データに基づいて、放熱性が最も高いガスタンク(実施形態1の場合は、第2ガスタンク102)と、放熱性が最も低いガスタンク(実施形態1の場合は、第1ガスタンク101)との燃料ガス充填時における温度差(ΔT)を算出する温度差算出部52と;温度情報取得部48が取得した温度が、予め設定されている温度上限値(実施形態1の場合は、85℃)から温度差(ΔT)を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部53と;圧力情報取得部49が取得した圧力が、前記対応関係データにおいて前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部54と;前記温度情報取得部48が取得した温度が差引温度になり且つ前記検出圧力が前記対応圧力になった際に、遮断弁30を閉じるよう制御する制御部55と;を備えている。
なお、燃料ガス充填ラインLの下流端には、図示しない充填ノズルが配設されており、この充填ノズルをFC車両100の燃料供給口に接続することで、燃料ガス充填開始可能状態となる。
次に、実施形態1に係るガス充填装置1の具体的動作(即ち、ガス充填方法)について図4に示すフローチャートを参照して説明する。
FC車両100に燃料ガスを充填する際は、先ず、ガス充填装置1の図示しない充填ノズルをFC車両100の図示しない燃料供給口に接続し、燃料ガス充填開始可能状態とする。この時、遮断弁30は閉じている。次に、ステップS101に進み、遮断弁30を開く(開状態とする)。この動作により、ガス供給源10から供給された燃料ガスは、燃料ガス充填ラインLからコンプレッサ20に流れ、コンプレッサ20から吐出された燃料ガスは、下流側の燃料ガス充填ラインLから遮断弁30を介して第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102に充填される。その後、ステップS102に進む。
ステップS102では、温度差算出部52が、第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102の放熱性データをFC車両100の図示しない記憶部から取得し、この取得データに基づいて、燃料ガス充填時における第1ガスタンク101と第2ガスタンク102の温度差(ΔT)を算出し、ステップS103に進む。なお、実施形態1では、第1ガスタンク101と第2ガスタンク102の温度差(ΔT)が10℃であるとする。
ステップS103では、温度計103により第2ガスタンク102内の温度を検出し、温度情報取得部48が、この温度情報を通信により取得し、ステップS104に進む。次に、ステップS104では、温度判定部53が、ガスタンク内の温度上限値(85℃)から第1ガスタンク101と第2ガスタンク102の温度差(ΔT:実施形態1では、10℃)を差し引いて得られる差引温度(実施形態1では、75℃)と、温度情報取得部48が取得した温度とが一致するか否かを判定する。差引温度(75℃)が、温度情報取得部48が取得した温度に一致した(ステップS104:YES)場合は、ステップS105に進む。一方、差引温度(75℃)が、温度情報取得部48が取得した温度に一致しない(ステップS104:NO)場合は、ステップS103に戻る。
ステップS105では、圧力判定部54が、記憶部51に記憶されている図3に示す温度と圧力の対応関係から、ガスタンク内の温度が75℃の時のガスタンク内圧力(対応圧力)を取得し、ステップS106に進む。なお、図3に示すように、実施形態1では、ガスタンク内の温度が75℃の時の対応圧力は85MPaである。即ち、第2ガスタンク102は、第2ガスタンク102内の温度が75℃であり、圧力が85MPaの時に、燃料ガス充填率は、図5に示すように約100%となる。また、実施形態1では、圧力判定部54が、対応関係データを取得する関係データ取得部の役割を果たしている。
ステップS106では、圧力計40により、燃料ガス充填ラインLの下流端近傍を流通する燃料ガスの圧力を検出し、この圧力情報を圧力情報取得部49に送信し、ステップS107に進む。次に、ステップS107では、圧力判定部54が、対応圧力(85MPa)と、圧力情報取得部49が取得した圧力とが一致するか否かを判定する。対応圧力が圧力情報取得部49が取得した圧力に一致した(ステップS107:YES)場合は、ステップS108に進む。一方、対応圧力が、圧力情報取得部49が取得した圧力に一致しない(ステップS107:NO)場合は、ステップS106に戻る。
ステップS108では、制御部55が遮断弁30を閉じ、第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102に対する燃料ガスの充填を停止させる。
なお、前述したが、実施形態1では、第2ガスタンク102は、第1ガスタンク101よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、燃料ガス充填時における両者の温度差(ΔT)は10℃である。したがって、第2ガスタンク102内の温度が75℃となった際に、第1ガスタンク101内の温度が85℃になるが、第1ガスタンク101内の圧力は、第2ガスタンク102内と同じ85MPaであるため、燃料ガス充填率は、図5に示すように約98%となる。
このように、FC車両100が、放熱性の異なる第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102を搭載していても、放熱性が最も高い第2ガスタンク102内の温度及び圧力をモニタリングするだけで、両ガスタンク101及び102の燃料ガス充填率をほぼ100%近くまで向上させることができる。
また、前述したが、現在、ガスタンクの耐久性等を考慮して、燃料ガス充填時のガスタンク内温度の上限値(約85℃)が規定されており、実施形態1でも第1ガスタンク101内の温度及び第2ガスタンク102内の温度が85℃を超えた場合、燃料ガスの充填が停止されるようにしている。具体的には、実施形態1では、温度上限値(85℃)から温度差(ΔT)を差し引いた差引温度が、温度情報取得部48が取得した温度に一致した際に遮断弁30を閉じるフラグをたてることで対処している。
なお、実施形態1では、放熱性の異なる2つのガスタンク(第1ガスタンク101及び第2ガスタンク102)が搭載されたFC車両100に燃料ガスを充填する場合について説明したが、これに限らず、本発明に係るガス充填装置及びガス充填方法は、3つ以上のガスタンクが搭載されたFC車両100に燃料ガスを充填することもできる。この場合、3つ以上のガスタンクのうち、放熱性が最も高い(温度が最も上がり難い)ガスタンクの温度を検出し、放熱性が最も低い(温度が最も上がり易い)ガスタンクとの温度差(ΔT)を算出すればよい。
また、実施形態1では、放熱性が最も高いガスタンク(第2ガスタンク102)内に予め配設された温度計103により、放熱性が最も高いガスタンク内の温度を検出し、この検出温度を温度情報取得部48に送信する場合について説明したため、例えば、各々のガスタンクの放熱性データを比較することなく、放熱性が最も高いガスタンク内の温度情報を取得することができ、温度情報取得工程を簡単に行うことができたが、これに限らず、放熱性が最も高いガスタンク内の温度は、例えば、FC車両100の記憶部に記憶されている放熱性データに基づいて、燃料ガス充填開始時に放熱性が最も高いガスタンクを選択し、選択されたガスタンク内に温度検出器を、ガス充填時に挿入する等して検出する等、任意の方法により検出してもよい。この場合も、温度情報取得部48は、挿入した温度検出器からガスタンク内の温度情報を取得することができる。
そしてまた、実施形態1では、燃料ガス充填ラインLの下流端近傍に圧力計40を配設し、この圧力計40により燃料ガス充填ラインLの下流端近傍を流通する燃料ガスの圧力を検出することで、第1ガスタンク101内及び第2ガスタンク102内の圧力を検出し、この検出圧力を圧力情報取得部49に送信する場合について説明したため、例えば、第1ガスタンク101内及び第2ガスタンク102内に予め圧力検出器を配設しておく必要がないという利点が得られるが、これに限らず、少なくとも放熱性が最も高いガスタンク内の圧力は、例えば、FC車両100に搭載されている図示しない記憶部に記憶されている放熱性データに基づいて、燃料ガス充填開始時に放熱性が最も高いガスタンクを選択し、選択されたガスタンク内に圧力検出器を挿入する等して検出する、あるいは、ガスタンク内に予め配設された圧力検出器により圧力を検出する等、任意の方法により検出してもよい。この場合も、圧力情報取得部49は、挿入した圧力検出器から圧力情報を取得することができる。
さらにまた、実施形態1では、ステップS103及びステップS104を行った後、ステップS105〜S107を行った場合について説明したが、これに限らず、本発明は、例えば、ステップS105〜S107を行った後、ステップS103及びステップS104を行ってもよく、あるいは、ステップS103及びステップS104と、ステップS105〜S107とを並行して(同時に)行い、温度情報取得部48が取得した温度が差引温度になり且つ圧力情報取得部49が取得した圧力が対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御してもよい。
(実施形態2)
次に、本発明の実施形態2に係るガス充填装置及びガス充填方法について図面を参照して説明する。
次に、本発明の実施形態2に係るガス充填装置及びガス充填方法について図面を参照して説明する。
図6は、本発明の実施形態2に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図、図7は、図6に示すガス充填装置の構成要素である制御装置の構成を示すブロック図である。なお、実施形態2では、実施形態1で説明したガス充填装置と同様の部材には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。また、実施形態2においても、実施形態1と同様に、燃料被供給体がFC車両である場合について説明する。
図6に示すように、ガス充填装置2により燃料ガスの充填が行なわれるFC車両200は、第1ガスタンク101、第2ガスタンク102及び第3ガスタンク105を備えている。第1ガスタンク101内には、第1ガスタンク101内の温度(T1)を測定する温度検出器としての温度計203Aが予め配設されており、第2ガスタンク102内には、第2ガスタンク102内の温度(T2)を測定する温度検出器としての温度計203Bが予め配設されており、第3ガスタンク105内には、第2ガスタンク105内の温度(T3)を測定する温度検出器としての温度計203Cが予め配設されている。これらの温度計203A、203B及び203Cは、検出した温度(T1、T2及びT3)を温度情報として、ガス充填装置2の温度情報取得部48に、通信により送信可能となっている。
なお、実施形態2では、第2ガスタンク102は、第1ガスタンク101よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有しており、第3ガスタンク105は、第2ガスタンク102よりも放熱性が高く、温度が上がり難い特性を有している。即ち、3つのガスタンクの温度は、第1ガスタンク101、第2ガスタンク102、第3ガスタンク105の順に低温(T1>T2>T3)となる。
また、FC車両200に搭載された図示しない記憶部には、ガスタンク内の温度と圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量(昇圧速度)を示す情報(図8参照)、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す情報(図9参照)が記憶されている。実施形態2の場合、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係は、実施形態1と同様に図9に示す対応関係データによって示される。
ガス充填装置2は、図6に示すように、FC車両200に搭載された第1ガスタンク101、第2ガスタンク102、第3ガスタンク105に燃料ガスを充填する装置であり、実施形態1に係るガス充填装置1と同様のガス供給源10及び燃料ガス充填ラインLを有しており、燃料ガス充填ラインLには、コンプレッサ20、遮断弁30、圧力計40が配設されている。この圧力計40は、検出した圧力(P)を圧力情報として、ガス充填装置2の圧力情報取得部49に、通信により送信可能となっている。
また、ガス充填装置2は、温度計203A、203B及び203C、圧力計40及び遮断弁30に接続され、温度計203A、203B及び203Cから送信された温度情報(温度:T1、T2及びT3)、及び圧力計40から送信された圧力情報(圧力:P)、FC車両200に搭載された図示しない記憶部から取得した情報に基づいて遮断弁30の開閉を制御する制御装置250を備えている。
制御装置250は、特に図7に示すように、温度計203A、203B及び203Cで測定された温度(T1、T2及びT3:温度情報)を取得する温度情報取得部48と;圧力計40で測定された圧力(P:圧力情報)を取得する圧力情報取得部49と;FC車両200に搭載された図示しない記憶部に記憶された対応関係データ(図9参照)から、温度上限値(TMAX)から温度差(ΔT)を差引いた差引温度(TMAX−ΔT)に対応する圧力(P’:圧力目標値)を取得する対応関係データ取得部47と;温度情報取得部48が取得した温度(T1、T2及びT3)から、最高温度(T1)と最低温度(T3)との温度差(ΔT)を算出する温度差算出部52と;温度情報取得部48が取得した温度が、予め設定されている温度上限値(TMAX)から温度差(ΔT)を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部53と;圧力情報取得部49が取得した圧力が、前記対応関係データにおいて前記差引温度(TMAX−ΔT)に対応する圧力(P’)になったか否かを判定する圧力判定部54と;前記温度情報取得部48が取得した温度が差引温度(TMAX−ΔT)になり且つ圧力計40で測定された圧力(P)が前記対応圧力(P’)になった際に、遮断弁30を閉じるよう制御する制御部55と;FC車両200に搭載された図示しない記憶部に記憶された燃料ガスの充填流量を示すデータから、温度計203Cで測定された温度(T3)と圧力計40で測定された圧力(P)とにより決定される燃料ガスの充填流量を取得する充填流量データ取得部56と;を備えている。
なお、燃料ガス充填ラインLの下流端には、実施形態1と同様に、図示しない充填ノズルが配設されており、この充填ノズルをFC車両100の燃料供給口に接続することで、燃料ガス充填開始可能状態となる。この充填ノズル及び燃料供給口は、通信機能を有しており、前述した情報の送受信を行うことができるようになっている。
次に、実施形態2に係るガス充填装置2の具体的動作(即ち、ガス充填方法)について図10に示すフローチャートを参照して説明する。
FC車両200に燃料ガスを充填する際は、先ず、ガス充填装置2の図示しない充填ノズルをFC車両200の図示しない燃料供給口に接続し、燃料ガス充填開始可能状態とする。この時、遮断弁30は閉じている。次に、ステップS201に進み、温度情報取得部48が、FC車両200に搭載されている第1ガスタンク101、第2ガスタンク102及び第3ガスタンク105内に各々配設されている温度計203A、203B及び203Cが測定した温度(T1、T2及びT3)を通信により取得した後、ステップS202に進む。
ステップS202では、圧力情報取得部49が、圧力計40で測定された圧力(P)を通信により取得し、ステップS203に進む。
ステップS203では、充填流量データ取得部56が、FC車両200に搭載された図示しない記憶部に記憶された燃料ガスの充填流量を示すデータ(図8参照)から、温度計203Cで測定された温度(T3)と圧力計40で測定された圧力(P)とにより決定される燃料ガスの充填流量を取得し、ステップS204に進む。
ステップS204では、遮断弁30を開き、ガス供給源10から燃料ガス充填ラインL、コンプレッサ20、遮断弁30を介して、ステップS203で取得した充填流量で、第1ガスタンク101、第2ガスタンク102及び第3ガスタンク105に燃料ガスを充填する。その後、ステップS205に進む。
次に、ステップS205では、温度差算出部52が、温度情報取得部48が取得した温度(T1、T2及びT3)のうち、最高温度(T1)と最低温度(T3)との温度差(ΔT)を算出し、ステップS206に進む。
ステップS206では、ステップS205で算出した温度差(ΔT)を、予め決定されている温度上限値(TMAX)から差し引いた差引温度(TMAX−ΔT)を算出し、ステップS207に進む。
次に、ステップS207では、対応関係データ取得部47が、FC車両200に搭載された図示しない記憶部に記憶された対応関係データ(図9参照)から、差引温度(TMAX−ΔT)に対するSoCが100%となる圧力(P’)を取得する。その後、ステップS208に進む。
ステップS208では、温度判定部53が、ステップS206で算出した差引温度(TMAX−ΔT)と、温度情報取得部48が取得した最低温度(T3)とが一致するか否かを判定する。差引温度(TMAX−ΔT)が、温度情報取得部48が取得した温度に一致した(ステップS208:YES)場合は、ステップS209に進む。一方、差引温度(TMAX−ΔT)が、温度情報取得部48が取得した温度に一致しない(ステップS208:NO)場合は、ステップS201に戻る。
ステップS209では、圧力判定部54が、ステップS207で取得した圧力(P’)と、圧力情報取得部49が取得した圧力(P)とが一致するか否かを判定する。圧力情報取得部49が取得した圧力(P)と圧力情報取得部49が取得した圧力(P’)とが一致した(ステップS209:YES)場合は、ステップS210に進む。一方、圧力(P)と圧力(P’)とが一致しない(ステップS209:NO)場合は、ステップS201に戻る。
ステップS210では、制御部55が遮断弁30を閉じ、第1ガスタンク101、第2ガスタンク102及び第3ガスタンク105に対する燃料ガスの充填を停止させる。
なお、第1のガスタンク101と、第3のガスタンク105との最終的な温度差が、例えば20℃の場合、図9に示すように、燃料ガス供給停止時には、第1のガスタンク101の温度が85℃、圧力82MPa、充填率96%、第3のガスタンク105の温度が65℃、圧力82MPa、充填率100%となる。
このように、FC車両200が、放熱性の異なる複数のガスタンクを搭載していても、全てのガスタンクの燃料ガス充填率をほぼ100%近くまで向上させることができる。
なお、実施形態2においても、実施形態1と同様に、ガスタンクの耐久性等を考慮して、全てのガスタンク内の温度が、現在規定されている上限値(約85℃)を超えた場合、燃料ガスの充填が停止されるようにしている。
また、実施形態2では、放熱性の異なる3つのガスタンクが搭載されたFC車両200に燃料ガスを充填する場合について説明したが、これに限らず、本発明に係るガス充填装置及びガス充填方法は、3つ以上のガスタンクが搭載されたFC車両200に燃料ガスを充填することもできる。
そしてまた、実施形態2では、FC車両200に搭載されたガスタンクに温度計を配設した場合について説明したが、これに限らず、ガス充填装置2に温度計(温度検出部)を持たせ、燃料ガス充填開始時に、各々のガスタンクの温度を検出し、この温度情報を温度情報取得部48が取得するようにしてもよい。
また、実施形態2では、FC車両200の記憶部が、ガスタンク内の温度と圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量(昇圧速度)を示す情報(図8参照)、及び、ガスタンクの充填率が目標充填率となる際のガスタンク内の温度と圧力との対応関係を示す情報(図9参照)を記憶している場合について説明したが、これに限らず、これらの情報の少なくとも一つを記憶している記憶部を、ガス充填装置2が有していてもよい。
1、2…ガス充填装置、 10…ガス供給源、 20…コンプレッサ、 30…遮断弁、 40…圧力計、 47…対応関係データ取得部、 48…温度情報取得部、 49…圧力情報取得部 50…制御装置、 51…記憶部、 52…温度差算出部、 53…温度判定部、 54…圧力判定部、 55…制御部、 56…充填流量データ取得部、 100、200…FC車両、 101…第1ガスタンク、 102…第2ガスタンク、 103、203A、203B、203C…温度計、105…第3ガスタンク
Claims (17)
- 燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填装置であって、
圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源と、
前記ガス供給源に接続され、前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する燃料ガス充填ラインと、
前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得部と、
予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得部と、
前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、前記内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出部と、
前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御部と、
を備えてなるガス充填装置。 - 前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定部と、
前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定部と、
をさらに備えてなる請求項1記載のガス充填装置。 - 前記温度情報取得部は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得し、
前記圧力情報取得部は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得し、
前記温度差算出部は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出する、請求項1または請求項2記載のガス充填装置。 - 前記温度情報取得部は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に予め配設されてなる温度検出器から温度情報を取得する請求項3記載のガス充填装置。
- 前記温度情報取得部は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する請求項1または請求項2記載のガス充填装置。
- 前記温度情報取得部は、全てのガス貯留容器内に予め配設されてなる各々の温度検出器から温度情報を取得する請求項5記載のガス充填装置。
- 前記温度情報から求めた温度と、前記圧力情報から求めた圧力とにより決定される燃料ガスの充填流量を示すデータを取得する充填流量データ取得部をさらに備えてなる請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のガス充填装置。
- 前記温度上限値が85℃である請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のガス充填装置。
- 圧力情報取得部は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載のガス充填装置。
- 燃料被供給体に搭載された複数のガス貯留容器に接続され、当該各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填するガス充填方法であって、
圧縮された燃料ガスを供給するガス供給源から燃料ガス充填ラインを介して前記各々のガス貯留容器に燃料ガスを充填する充填工程と、
前記ガス貯留容器内の温度情報を取得する温度情報取得工程と、
前記ガス貯留容器内の圧力情報を取得する圧力情報取得工程と、
予め取得されたガス貯留容器の充填率が目標充填率となる際の当該ガス貯留容器内の温度と圧力との対応関係を示す対応関係データを取得する関係データ取得工程と、
前記温度情報により、前記複数のガス貯留容器のうち、内部温度が最も高温であるガス貯留容器と、内部温度が最も低温であるガス貯留容器との温度差を算出する温度差算出工程と、
前記内部温度が最も低温であるガス貯留容器の温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度となり、前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になった際に、前記燃料ガスの充填を停止するよう制御する制御工程と、
を備えてなるガス充填方法。 - 前記温度情報から求めた温度が、予め設定されている温度上限値から前記温度差を差し引いた差引温度になったか否かを判定する温度判定工程と、
前記圧力情報から求めた圧力が、前記対応関係データにおける前記差引温度に対応する対応圧力になったか否かを判定する圧力判定工程と、
をさらに含む請求項10記載のガス充填方法。 - 前記温度情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器のうち、放熱性が最も高いガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含み、
前記圧力情報取得工程は、前記複数のガス貯留容器内のうち、少なくとも放熱性が最も高いガス貯留容器内の圧力情報を取得する工程を含み、
前記温度差算出工程は、予め取得された前記各々のガス貯留容器の放熱性データに基づいて、前記放熱性が最も高いガス貯留容器と、放熱性が最も低いガス貯留容器との燃料ガス充填時における温度差を算出する工程を含む、請求項10または請求項11記載のガス充填方法。 - 前記温度情報取得工程は、放熱性が最も高いガス貯留容器内に配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含む請求項12記載のガス充填方法。
- 前記温度情報取得工程は、前記全てのガス貯留容器内の温度情報を取得する工程を含む請求項10または請求項11記載のガス充填方法。
- 前記温度情報取得工程は、全てのガス貯留容器内に予め配設されている温度検出器から温度情報を取得する工程を含む請求項14記載のガス充填方法。
- 前記温度上限値が85℃である請求項10ないし請求項15のいずれか一項に記載のガス充填方法。
- 前記圧力情報取得工程は、前記燃料ガス充填ラインの下流に配設されている圧力検出器から圧力情報を取得する工程を含む請求項10ないし請求項16のいずれか一項に記載のガス充填装置。
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