KR20200135466A - 가스 충전 장치 - Google Patents

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KR20200135466A
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다츠야 렘부츠
아키히코 후쿠나가
도시오 데즈카
에이지 네기시
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토키코 시스템 솔루션즈 가부시키가이샤
에네오스 가부시키가이샤
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Abstract

디스펜서 유닛(4) 내에 마련된 제어 장치(28)는, 연료 탱크(2A)에 가스 충전을 행하는 경우의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 유량 조정 밸브(16)를 개폐 제어한다. 제어 장치(28)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 개시했을 때에는 압력 상승률을 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 제어하고, 고상승률로 가스 충전을 행하고 있을 때의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력과 기준 상승률로 충전을 행하는 경우의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력의 차가 소정 압력차에 달한 후는 기준 상승률로 연료 탱크(2A)로의 가스 충전이 행해지도록 유량 조정 밸브(16)를 개폐 제어한다.

Description

가스 충전 장치
본 발명은, 예를 들어 수소 가스를 차량의 연료 탱크에 충전하는 가스 충전 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수소 가스를 연료로 하는 차량(4륜 자동차 등)의 피충전 탱크(연료 탱크)에 수소 가스를 충전하는 가스 충전 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 가스 충전 장치는, 예를 들어 컴프레서 등의 승압기를 사용하여 축압기 내에 고압 가스를 미리 축압(저장)해 둔다. 가스 충전 장치는, 가스 공급 관로에 마련된 유량 조정 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 고압 가스를 축압기로부터 연료 탱크를 향하여 충전한다. 이 경우, 가스 충전 장치는, 가스 공급 경로에 마련된 냉각기(열교환기)로 수소 가스를 냉각하여, 연료 탱크 내의 가스 온도의 상승을 억제함으로써, 가스 충전 시간의 단축을 행하고 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2015-21573호 공보
그런데, 상술한 종래 기술에 의하면, 열교환기보다도 하류측의 가스 공급 관로 및 가스 공급 관로와 연료 탱크를 접속하는 충전 호스가, 환경 온도(외기온)의 영향에 의해 대기 중에 온도 상승할 가능성이 있다. 특히, 외기온이 높은 경우 및 전회의 가스 충전의 종료로부터 금회의 가스 충전의 개시까지의 시간 간격이 긴 경우에는, 가스 공급 관로 및 충전 호스가 외기온과 동등한 온도가 될 가능성이 있다. 이러한 상태에서 가스 충전을 개시하면, 열교환기에서 냉각된 연료 가스가, 온도 상승한 가스 공급 관로 및 충전 호스 사이에서 열교환된다. 이에 의해, 연료 탱크에 공급되는 연료 가스를 소정의 온도로 저하시킬 때까지의 시간이 증대할 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 연료 탱크에 공급되는 연료 가스의 온도를 보다 빠르게 낮추어, 충전 작업을 효율적으로 행할 수 있는 가스 충전 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 형태에 관한 가스 충전 장치는, 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와, 상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때에는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고, 상기 고상승률로 가스 충전을 행하고 있을 때의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력과 상기 기준 상승률로 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 차가 소정 압력차에 달한 후는, 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어한다.
또한, 본 발명의 일 형태에 관한 가스 충전 장치는, 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와, 상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때로부터 소정 시간이 경과할 때까지, 또는 상기 소정 시간이 경과했을 때에 상기 압력 검출 수단에 의해 검출된다고 상정되는 상정 압력을 상기 압력 검출 수단이 검출할 때까지는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고, 상기 소정 시간이 경과한 후, 또는 상기 상정 압력을 검출한 후는, 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어한다.
상술한 가스 충전 장치에 의하면, 연료 탱크에 공급되는 연료 가스의 온도를 가스 충전의 개시로부터 소정 시간 이내에 소정의 온도로 저하시킬 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 의한 가스 충전 장치를 모식적으로 도시하는 전체 구성도이다.
도 2는, 도 1 중의 제어 장치에 의한 가스 공급의 압력 제어를 도시하는 설명도이다.
도 3은, 도 1 중의 제어 장치에 의한 가스 공급의 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 4는, 도 3 중의 본 충전 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 도 4 중의 제어 타이머 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 도 5 중의 오프셋 계산의 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 7은, 제2 실시 형태에 의한 오프셋 계산의 제어 처리를 나타내는 흐름도이다.
이하, 실시 형태에 의한 가스 충전 장치를, 첨부 도면을 따라서 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6은, 제1 실시 형태를 나타내고 있다. 도 1 중의 가스 충전 장치(1)는, 예를 들어 차량(2)의 연료 탱크(2A)(피충전 탱크)에 압축된 연료 가스(본 실시 형태에서는, 수소 가스)를 공급(충전)한다. 가스 충전 장치(1)는, 일반적으로 가스 공급 스테이션이라고 불리는 설비 등에 설치되어 있다. 가스 충전 장치(1)는, 고압으로 압축된 가스를 저장하는 가스 저장부(3)와, 해당 가스 저장부(3)로부터의 연료 가스를 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 충전, 공급하기 위한 디스펜서 유닛(4)과, 가스 저장부(3)로부터 디스펜서 유닛(4)의 디스펜서 하우징(4A) 내에 걸쳐 연장하는 가스 공급 관로(5)를 포함하여 구성되어 있다.
가스 공급 계통으로서의 가스 공급 관로(5)는, 디스펜서 하우징(4A) 내에 배치되어 있다. 가스 공급 관로(5)에는, 축압기(6)로부터 가압된 연료 가스가 공급된다. 이 가스 공급 관로(5)는, 축압기(6)로부터 후술하는 차단 밸브(18)까지 연장하는 상류측 공급 관로(5A)와, 차단 밸브(18)로부터 후술하는 충전 호스(12)까지 연장하는 하류측 공급 관로(5B)에 의해 구성되어 있다. 즉, 상류측 공급 관로(5A)는, 일단(상류단)측이 축압기(6)에 접속되고, 타단부(하류단)측이 차단 밸브(18)에 접속되어 있다. 한편, 하류측 공급 관로(5B)는, 일단(상류단)측이 차단 밸브(18)에 접속되고, 타단부(하류단)측이 충전 호스(12)에 접속되어 있다.
가스 충전 장치(1)의 가스 저장부(3)는, 축압기(6)와, 승압기로서의 컴프레서(7)를 포함하여 구성되어 있다. 축압기(6)는, 컴프레서(7)에 의해 압축된 고압의 연료 가스를 축압하기 위한 용기이다. 축압기(6)는, 예를 들어 복수개의 봄베를 서로 병렬로 접속하여 이루어지는 압력 용기로서 형성되어 있다. 축압기(6)의 유입측은, 가스 도관(8)을 통해 컴프레서(7)의 토출측에 접속되어 있다. 가스 도관(8)의 도중에는, 역지 밸브(9)가 마련되어 있다. 역지 밸브(9)는, 축압기(6) 내의 연료 가스가 가스 도관(8) 내를 역류하는 것을 저지한다.
컴프레서(7)는, 예를 들어 복수단에서 연료 가스를 압축하는 다단식의 압축기를 포함한다. 컴프레서(7)의 흡입측은, 흡입관로(10)와 접속되어 있다. 흡입관로(10)는, 예를 들어 수소 가스를 저장하는 가스 탱크(또는, 수소 가스를 생성하는 수소 생성 설비)와 연통하는 중압 배관(11)에 접속되어 있다. 연료 가스는, 중압 배관(11)으로부터 흡입관로(10)를 통해 컴프레서(7)에 의해 압축된다. 승압한 연료 가스는, 가스 도관(8) 및 역지 밸브(9)를 통해 축압기(6)에 공급된다. 축압기(6)에는, 컴프레서(7)에 의해 승압된 고압의 연료 가스가 만압이 될 때까지 축압하여 저장된다.
충전 호스(12)는, 기단측이 하류측 공급 관로(5B)에 연통되어 있다. 충전 호스(12)는, 디스펜서 하우징(4A)의 외부로 연장하고 있다. 충전 호스(12)는, 가스 공급 관로(5)와 함께 가스 공급 계통을 구성하고 있다. 충전 호스(12)의 선단측에는, 차량(2)에 탑재된 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)(즉, 리셉터클)에 연결되는 노즐(13)이 마련되어 있다.
노즐(13)은, 가스 공급 관로(5) 및 충전 호스(12)를 통해, 연료 가스를 축적하는 축압기(6)와 접속되어 있다. 노즐(13)은, 연료 가스를 연료 탱크(2A)에 충전한다. 즉, 노즐(13)은, 예를 들어 수소 가스를 포함하는 연료를 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 공급하기 위해서, 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)에 기밀 상태에서 착탈 가능하게 접속되는 충전 커플링을 구성하고 있다.
노즐(13)은, 예를 들어 수소 가스의 충전 중에 가스의 압력에 의해 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)로부터 잘못하여 벗어나는 일이 없도록, 접속구(2B)에 대하여 결합 분리 가능하게 로크되는 로크 기구(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 이에 의해, 노즐(13)을 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)에 접속(로크)한 상태에서, 축압기(6) 내의 고압의 연료 가스(수소 가스)를 가스 공급 관로(5), 충전 호스(12) 및 노즐(13)을 통하여 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 충전할 수 있다.
디스펜서 하우징(4A) 내의 가스 공급 관로(5)에는, 상류측에서 하류측으로의 순으로, 1차 압력 센서(14), 유량계(15), 유량 조정 밸브(16), 냉각기(17), 차단 밸브(18), 2차 압력 센서(19) 및 온도 센서(20)가 마련되어 있다. 또한, 가스 공급 관로(5)의 상류측에서 하류측을 향하여 마련되어 있는 유량계(15), 유량 조정 밸브(16), 냉각기(17), 차단 밸브(18) 및 센서(19, 20)의 설치 순번은, 도 1 중에 나타낸 순번에 한정되지 않는다.
1차 압력 센서(14)는, 유량계(15) 및 유량 조정 밸브(16)보다도 상류측에 위치하여 상류측 공급 관로(5A)에 마련되어 있다. 이 1차 압력 센서(14)는, 축압기(6)로부터 상류측 공급 관로(5A) 내에 공급되는 연료 가스의 가스 압력을 검출한다. 1차 압력 센서(14)는, 그 검출값(압력값)에 따른 검출 신호를 제어 장치(28)를 향하여 출력한다.
유량계(15)는, 상류측 공급 관로(5A)에 마련되어 있다. 유량계(15)는, 가스 공급 관로(5) 내를 유통하는 피측 유체의 질량 유량을 계측하는 코리올리식 유량계 등에 의해 구성되어 있다. 유량계(15)는, 예를 들어 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18) 등을 통해 가스 공급 관로(5) 내를 흐르는 연료 가스, 즉 수소 가스의 유량(질량 유량)을 계측하고, 계측한 유량에 비례한 수의 유량 펄스를 후술하는 제어 장치(28)에 출력한다.
이에 의해, 제어 장치(28)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 대한 연료(수소 가스)의 충전량을 연산에 의해 구할 수 있다. 이 결과, 제어 장치(28)는, 차량(2)에 대한 연료의 불출량(급유량에 상당)을 표시 장치(예를 들어, 후술하는 표시기(27) 또는 이외의 표시부) 등에서 표시하고, 예를 들어 고객 등에 표시 내용을 통보할 수 있다.
유량 조정 밸브(16)은, 상류측 공급 관로(5A)에 마련되어 있다. 유량 조정 밸브(16)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 연료 가스의 유통을 제어한다. 유량 조정 밸브(16)는, 예를 들어 에어 작동식으로 되어 있고, 에어의 공급으로 밸브 개방하여 제어 신호로 제어압(에어압)을 제어하여 밸브 개방도가 조정되는 밸브 장치이다. 제어 밸브로서의 유량 조정 밸브(16)는, 후술하는 제어 장치(28)의 제어 프로그램에 기초하는 명령에 의해 임의의 밸브 개방도로 제어되고, 가스 공급 관로(5) 내를 흐르는 연료 가스의 유량, 가스압을 가변하도록 제어한다.
냉각기(17)는, 가스 공급 관로(5)(상류측 공급 관로(5A)) 내를 흐르는 연료 가스를 냉각하는 장치이다. 이 냉각기(17)는, 디스펜서 하우징(4A) 외에 마련되어 냉매를 냉각하는 냉동기(도시하지 않음)를 갖는 칠러 유닛(17A)과, 유량 조정 밸브(16)보다도 하류측에 위치하여 상류측 공급 관로(5A)에 마련된 열교환기(17B)와, 칠러 유닛(17A)의 냉동기와 열교환기(17B) 사이에서 냉매를 순환시키기 위한 냉매 관로(17C)를 포함하여 구성되어 있다.
열교환기(17B)는, 상류측 공급 관로(5A) 내를 흐르는 연료를 냉각한다. 즉, 열교환기(17B)는, 연료 가스가 충전되는 차량(2)의 연료 탱크(2A)의 온도 상승을 억제하기 위해서, 가스 공급 관로(5)의 도중에 배치되어 있다. 열교환기(17B)는, 가스 공급 관로(5)의 도중 위치에서 연료 가스를 냉각한다.
열교환기(17B)는, 냉매 관로(17C)를 통해 칠러 유닛(17A)에 접속되어 있다. 칠러 유닛(17A)은, 냉매(예를 들어, 에틸렌글리콜 등을 포함한 액체)를 냉매 관로(17C)에 유통시켜서 열교환기(17B) 사이에 순환시킨다. 이에 의해, 열교환기(17B)는, 냉매와 연료 가스를 열교환시켜서 연료 가스(수소 가스)의 온도를 규정 온도(예를 들어, -33℃ 내지 -40℃)까지 저하시킨다.
이 경우, 열교환기(17B)는, 예를 들어 냉매가 유통하는 다수의 냉매 유로(도시하지 않음)가 형성된 제1 층과, 연료 가스가 유통하는 다수의 가스 유로(도시하지 않음)가 형성된 제2 층이 교대로 적층되어 있다. 즉, 열교환기(17B)는, 복수의 각 층이 일체적으로 형성된 일체형 적층 구조 열교환기로서 구성되어 있다. 또한, 열교환기(17B)는, 일체형 적층 구조 열교환기에 한하지 않고, 예를 들어 냉각 액화된 냉매(이산화탄소)가 충전된 용기 내에 연료 가스가 유통하는 가스 공급 관로를 배치함으로써, 연료 가스를 냉각해도 된다. 열교환기(17B)의 구조는, 이들에 제한되지 않는다.
차단 밸브(18)는, 가스 공급 관로(5)에 마련되고, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 연료 가스의 유통을 제어한다. 이 차단 밸브(18)는, 가스 공급 관로(5)의 도중 부위(상류측 공급 관로(5A)와 하류측 공급 관로(5B) 사이)에 마련된 에어 작동식 또는 전자식의 밸브 장치이다. 차단 밸브(18)는, 후술하는 제어 장치(28)로부터의 제어 신호로 개방, 폐쇄됨으로써, 연료 탱크(2A)로의 연료 가스의 공급, 차단을 행한다.
2차 압력 센서(19)는, 유량 조정 밸브(16), 냉각기(17) 및 차단 밸브(18)보다도 하류측에 마련되어 있다. 즉, 2차 압력 센서(19)는, 하류측 공급 관로(5B) 중 충전 호스(12)측에 마련되어 있다. 이 2차 압력 센서(19)는, 축압기(6)로부터 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 공급되는 연료 가스의 가스 압력을 검출한다. 압력 검출 수단으로서의 2차 압력 센서(19)는, 노즐(13)의 근방에서 하류측 공급 관로(5B) 내의 가스 압력(압력값 P)을 측정한다. 2차 압력 센서(19)는, 측정한 압력값 P에 따른 검출 신호를 제어 장치(28)에 출력한다.
온도 센서(20)는, 2차 압력 센서(19)보다도 하류측에 위치하여 하류측 공급 관로(5B)에 마련되어 있다. 즉, 온도 센서(20)는, 하류측 공급 관로(5B) 중 충전 호스(12)측에 마련되어 있다. 이 온도 센서(20)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 공급되는 연료 가스의 온도를 검출한다. 온도 센서(20)는, 노즐(13)의 근방에서 하류측 공급 관로(5B) 내의 온도를 측정한다. 온도 센서(20)는, 측정한 온도에 따른 검출 신호를 제어 장치(28)에 출력한다. 또한, 온도 센서(20)는, 2차 압력 센서(19)보다도 상류측에 마련하고 있어도 된다.
탈압 관로(21)는, 차단 밸브(18)와 충전 호스(12) 사이에 위치하여 하류측 공급 관로(5B)의 도중에 분기하여 마련되어 있다. 탈압 관로(21)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 연료 가스의 공급이 완료되었을 때에, 노즐(13)측으로부터 가스 압력을 탈압한다. 그 때문에, 탈압 관로(21)의 도중에는, 예를 들어 전자 밸브 또는 공기 압력 구동 밸브 등의 자동 밸브를 포함하는 탈압 밸브(22)가 마련되어 있다.
탈압 밸브(22)는, 노즐(13)을 사용한 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 작업이 완료하여 차단 밸브(18)가 밸브 폐쇄했을 때에, 제어 장치(28)로부터의 신호에 의해 개방 밸브 제어된다. 탈압 밸브(22)는, 하류측 공급 관로(5B) 내가 감압된 후에 폐쇄 밸브 제어된다. 탈압 밸브(22)가 밸브 개방했을 때에는, 하류측 공급 관로(5B) 내의 연료 가스가 방산 라인(23)에 방출되어서 노즐(13)의 압력이 대기압으로 감압된다. 이에 의해, 노즐(13)과 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)의 접속을 해제할 수 있다.
적재부(24)는, 디스펜서 하우징(4A)에 마련되어 있다. 적재부(24)에는, 노즐(13)이 적재된다. 이 적재부(24)는, 노즐(13)이 연료 가스의 충전을 종료하여 복귀되는 경우에, 당해 노즐(13)을 수납한다. 이 경우, 노즐(13)은, 기밀 상태를 유지한 상태에서 적재부(24)에 수납된다. 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 연료를 충전할 때에는, 도 1 중에 이점 쇄선으로 나타내는 것과 같이, 노즐(13)이 적재부(24)로부터 분리되어서 차량(2)(연료 탱크(2A))의 접속구(2B)에 연결된다. 그리고, 노즐(13)을 연료 탱크(2A)에 접속한 상태에서, 축압기(6) 내의 연료 가스는, 가스 공급 관로(5), 충전 호스(12) 및 노즐(13) 등을 통하여 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 충전된다.
외기온 센서(25)는, 디스펜서 하우징(4A) 내에 마련되어 있다. 외기온 센서(25)는, 디스펜서 하우징(4A)의 주위 온도를 검출한다. 이 외기온 센서(25)는, 측정한 온도에 따른 검출 신호를 후술하는 제어 장치(28)에 출력한다. 외기온 센서(25)의 검출값(외기 온도)은, 예를 들어 연료 가스를 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 공급할 때의 압력 승압률(APRR) 및 목표 종료 압력(Ptarget)을 설정하는데도 사용된다.
조작부(26)는, 디스펜서 하우징(4A)에 마련되어 있다. 조작부(26)는, 예를 들어 충전 개시 스위치(26A), 충전 정지 스위치(26B) 및 프리셋 스위치(26C)를 포함하여 구성되어 있다. 충전 개시 스위치(26A)는, 예를 들어 연료 공급소의 작업자 등이 수동으로 조작 가능한 조작 스위치이다. 충전 개시 스위치(26A)는, 연료 가스의 충전을 개시하는 경우에 조작된다. 즉, 충전 개시 스위치(26A)는, 충전 호스(12)의 선단에 마련된 노즐(13)이 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)에 접속된 후에, 가스 충전 작업(본 충전)을 개시시키기 위하여 조작되는 충전 개시용의 조작 스위치이다.
충전 정지 스위치(26B)는, 가스 충전 작업을 정지할 때에 조작되는 충전 정지용의 조작 스위치이다. 충전 정지 스위치(26B)는, 가스 충전 중에 충전을 정지시키는 경우에 조작된다. 또한, 프리셋 스위치(26C)는, 연료 가스를 연료 탱크(2A)에 충전하기 전에, 가스 충전량 및 가스 압력을 설정한다. 조작부(26)의 충전 개시 스위치(26A), 충전 정지 스위치(26B) 및 프리셋 스위치(26C)는, 조작 상태에 따른 신호를 후술하는 제어 장치(28)에 각각 출력한다. 그리고, 제어 장치(28)는, 이들의 신호에 따라서 에어 작동식의 공기 압력 구동 밸브 또는 전자 밸브 등의 자동 밸브를 포함하는 차단 밸브(18)를 밸브 개방 또는 밸브 폐쇄시킨다.
표시기(27)는, 연료 가스의 충전 작업을 행하는 작업자가 시인하기 쉬운 위치에서 디스펜서 하우징(4A)에 마련되어 있다. 이 표시기(27)는, 연료 가스의 충전 작업에 필요한 정보 표시 등을 행한다. 표시기(27)는, 후술하는 제어 장치(28)가 충전 프로토콜에 준거한 충전 제어를 행하고 있을 때에, 제어 장치(28)로부터의 제어 신호에 의해 필요한 정보를 표시한다. 표시기(27)는, 예를 들어 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 대한 연료 가스의 충전 상태(고상승률 제어, 기준 상승률 제어, 연료 가스 공급량, 이상 발생 등)를 표시한다.
제어 수단으로서의 제어 장치(28)는, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)의 제어(개폐 제어)를 행함으로써, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 연료 가스의 공급을 제어한다. 이 제어 장치(28)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등을 사용하여 구성되어 있다. 제어 장치(28)의 입력측은, 1차 압력 센서(14), 유량계(15), 2차 압력 센서(19), 온도 센서(20), 외기온 센서(25), 조작부(26) 등에 접속되어 있다. 한편, 제어 장치(28)의 출력측은, 유량 조정 밸브(16), 차단 밸브(18), 탈압 밸브(22), 표시기(27) 등에 접속되어 있다.
제어 장치(28)는, 충전 제어부(30)와 이상 검출부(31)를 갖고 있다. 충전 제어부(30)는, 메모리(29)에 기억된 가스 충전 제어 처리용의 프로그램(도 3 내지 도 6)에 의해 연료 가스의 충전 제어를 행한다. 이상 검출부(31)는, 충전 제어부(30)에 의해 충전 제어를 행하고 있는 경우에 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 가스 압력(압력값)이 소정의 압력값(예를 들어, 허용 상한 압력: Pupper 또는 허용 하한 압력: Plower)에 달하고 있을 때에 연료 탱크(2A)로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출한다.
제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)에 노즐(13)을 접속한 상태에서, 예를 들어 조작부(26)의 충전 개시 스위치(26A)가 폐쇄(ON) 조작되었을 때에, 유량 조정 밸브(16)와 차단 밸브(18)에 개방 밸브 신호를 출력한다. 이에 의해, 유량 조정 밸브(16)와 차단 밸브(18)가 밸브 개방하고, 축압기(6) 내의 연료 가스를 연료 탱크(2A) 내에 공급하는 가스 충전 작업이 개시된다.
또한, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 예를 들어 유량계(15), 1차 압력 센서(14), 2차 압력 센서(19) 및 온도 센서(20)의 측정 결과를 감시하면서, 유량 조정 밸브(16)의 개방도 등을 미리 설정된 제어 방식(예를 들어, 정압 상승 제어 방식)으로 조정한다. 즉, 충전 제어부(30)는, 예를 들어 연료 가스의 충전 시에 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 압력값으로부터 얻어지는 압력 승압률(상승률)이 미리 설정된 소정의 압력 상승(승압)률에 일치하도록 유량 조정 밸브(16)의 밸브 개방도를 제어한다.
이에 의해, 제어 장치(28)는, 연료 탱크(2A) 내에 공급되는 연료 가스의 압력, 유량을 적절한 상태로 제어할 수 있다. 이때, 제어 장치(28)는, 유량계(15)로부터의 유량 펄스를 적산하여 연료의 충전량(질량)을 연산한다. 제어 장치(28)는, 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 연료 가스의 압력값이 목표 종료 압력(Ptarget)에 달했을 때에, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)를 밸브 폐쇄하여 연료의 충전을 정지한다.
또한, 조작부(26)의 충전 정지 스위치(26B)가 조작된 경우에는, 예를 들어 연료 가스의 충전량이나 압력값이 목표에 달하고 있지 않아도, 충전 동작을 강제적으로 정지한다. 이 경우, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)는, 제어 장치(28)로부터의 신호에 의해 밸브 폐쇄한다. 그 후, 제어 장치(28)는, 탈압 밸브(22)를 밸브 개방시켜서 하류측 공급 관로(5B) 내의 연료 가스를 방산 라인(23)에 방출시켜, 하류측 공급 관로(5B) 내 및 노즐(13)을 감압한 후에 탈압 밸브(22)를 밸브 폐쇄한다.
제어 장치(28)의 메모리(29)는, 예를 들어 불휘발성 메모리, RAM, ROM 등을 포함한다. 메모리(29)에는, 예를 들어 도 3 내지 도 6에 도시하는 가스 충전 제어 처리용의 프로그램 등이 저장되어 있다. 또한, 메모리(29)에는, 기준 상승률(압력 승압률: APRR) 및 목표 종료 압력(Ptarget)을 결정하기 위하여 사용되는 룩업 테이블(Lookup table)이 저장되어 있다.
룩업 테이블은, 충전 압력 구분(예를 들어, 70MPa급, 35MPa급 등), 공급 연료 온도 구분(예를 들어, -40℃, -20℃ 등) 및 연료 탱크(2A)의 용량 구분에 따라, 기준 상승률과 목표 종료 압력이 설정되어 있다. 이 경우, 기준 상승률과 목표 종료 압력은, 외기온 센서(25)의 검출값(외기온)과 연료 탱크(2A)의 초기 압력(Pc0)에 대응하여 설정되어 있다. 기준 상승률은, 외기온 센서(25)에 의해 검출된 외기온(환경 온도)으로부터 룩업 테이블을 참조함으로써 얻을 수 있다. 목표 종료 압력은, 외기온과 연료 탱크(2A) 내의 초기 압력(Pc0)으로부터 얻을 수 있다.
도 2 중에 이점 쇄선으로 나타내는 가상선(32)은, 가령 연료 탱크(2A)의 본 충전 초기 압력(Pc0)으로부터 목표 종료 압력(Ptarget)까지 기준 상승률로 연료 탱크(2A)에 연료 가스를 공급한 경우에 있어서의 연료 탱크(2A) 내의 압력 상승으로 되고 있다. 또한, 이 가상선(32)은, 가스 충전 중에 뱅크(축압기(6))의 전환 등에 의해 비충전 시간이 있는 경우에는 그동안의 압력 변화가 없는 것으로서 나타내고 있다.
이 경우, 연료 탱크(2A) 내의 압력 상승에는, 기준 상승률에 대하여 압력 허용 범위가 설정된다. 이 압력 허용 범위는, 가상선(32)으로 나타내는 기준 상승률을 기준으로 하여 공급 연료 가스의 압력 관리를 행하기 위해서, 압력 관리의 상한이 되는 허용 상한 압력(Pupper)과, 압력 관리의 하한이 되는 허용 하한 압력(Plower)이 설정되어 있다.
허용 상한 압력과 허용 하한 압력은, 각각 소정의 압력값(상한측 소정 압력값, 하한측 소정 압력값)에 대응한다. 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 충전 압력(Pm)이 이 압력 허용 범위 내에서 추이하고 있는지의 여부를 감시하고 있다. 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 예를 들어 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 충전 압력(Pm)이 압력 허용 범위 내인지의 여부에 기초하여, 가스 충전이 정상인지 이상인지를 검출(판정)한다. 그리고, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 이상 검출부(31)에 의해 이상이 검출된 경우에, 고상승률을 기준 상승률로 전환하는 승압률 이상 처리(상승률 변경 처리), 또는, 가스 충전을 정지하는 승압률 이상 처리(정지 처리)를 행한다.
도 2 중의 가상선(32)보다도 높은 압력측에 위치하는 점선(33)은, 허용 상한 압력을 나타내고 있다. 점선(33)은, 예를 들어 가상선(32)보다도 7.0MPa 높은 압력으로 되어 있다. 한편, 도 2 중의 가상선(32)보다도 낮은 압력측에 위치하는 점선(34)은, 허용 하한 압력을 나타내고 있다. 점선(34)은, 예를 들어 가상선(32)보다도 2.5MPa 낮은 압력으로 되어 있다. 또한, 허용 상한 압력(Pupper)과 허용 하한 압력(Plower)은, 상술한 7.0MPa 높은 압력 및 2.5MPa 낮은 압력에 한하지 않고 적절히 설정할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 도 2 중의 특성선(35)에 나타내는 바와 같이, 충전 초기에는 기준 상승률보다도 높은 고상승률(특성선(35A))로 연료 가스의 공급을 행하고, 주된 충전 가스의 공급 중(충전 중기 및 후기)에는 기준 상승률(특성선(35B))로 충전을 행한다. 그리고, 2차 압력 센서(19)에서 검출된 압력값이 목표 종료 압력(Ptarget)에 달했을 때에, 가스 충전이 정지(종료)한다. 즉, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 개시하고 나서의 경과 시간(tc1)까지는, 고상승률로 가스 충전을 행하고, 시간(tc1) 이후는 목표 종료 압력까지 기준 상승률로 가스 충전을 행한다.
이에 의해, 가스 충전의 개시로부터 시간(tc1)까지는, 하류측 공급 관로(5B)와 충전 호스(12)에 유통하는 가스 유량을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 외기온에 의해 온도 상승한 하류측 공급 관로(5B)와 충전 호스(12)의 온도를 시간(tc1) 이내로 효율적으로 저하시킬 수 있다. 따라서, 하류측 공급 관로(5B)와 충전 호스(12)가 온도 상승하고 있었던 경우에도, 시간(tc1) 이후에는 냉각기(17)(열교환기(17B))에서 냉각 제어된 연료 가스를 연료 탱크(2A)에 공급할 수 있다. 이러한 본 실시 형태의 가스 충전은, 제어 장치(28)에 의해 유량 조정 밸브(16)를 개폐 제어함으로써 행하여진다.
그 때문에, 메모리(29)에는, 샘플링 타임마다 기준 상승률로 가산하는 승압률(OPRR), 초기값(OS0) 및 최대 승압률 상승값(OSmax)이 저장되어 있다. 이 경우, 승압률(OPRR), 초기값(OS0) 및 최대 승압률 상승값(OSmax)은, 연료 탱크(2A)에 공급되는 연료 가스를 소정의 온도로 하기 위해서, 시간(tc1)에 기초하여 설정되어 있다.
일례를 들면, 시간(tc1)은 30초 정도로 설정되고, 이것에 기초하여 승압률(OPRR), 초기값(OS0) 및 최대 승압률 상승값(OSmax)이 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해 설정된다. 도 2에 있어서는, 초기값(OS0)은 「0」이라고 설정되어 있다. 또한, 최대 승압률 상승값(OSmax)은, 기준 상승률로 가스 공급 제어한 경우의 허용 상한 압력(Pupper) 이상이 되지 않는 값으로 설정되어 있다(OSmax≤Pupper=7.0MPa).
제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 최대 승압률 상승값(OSmax)으로 제어했을 때에는 고상승률로부터 기준 상승률로 전환한다. 환언하면, 도 2에 도시한 바와 같이, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 「고상승률로 가스 충전을 행하고 있을 때의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력(Pc2)」과 「가령 가스 충전 개시로부터 기준 상승률로 충전을 행하는 경우의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력(Pc1)의 차(Pc2-Pc1)」가 소정 압력차(즉, 최대 승압률 상승값)에 달한 후는, 목표 종료 압력에 달하는 시간(tc2)까지 기준 상승률로 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 행한다.
본 실시 형태에 의한 가스 충전 장치(1)는, 상술한 바와 같이 구성을 갖는 것이고, 이어서, 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 연료 가스(수소 가스)를 공급하기 위한 제어에 대하여 설명한다.
작업자는, 적재부(24)로부터 노즐(13)을 분리하여, 노즐(13)을 차량(2)의 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)에 연결한다. 그리고, 조작부(26)의 충전 개시 스위치(26A)가 조작됨으로써, 유량 조정 밸브(16)와 차단 밸브(18)가 밸브 개방하여 축압기(6)로부터 연료 탱크(2A)에 연료 가스가 공급된다. 이 경우, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 압력값으로부터 얻어지는 압력 상승률이 미리 설정된 소정의 압력 승압률에 일치하도록 유량 조정 밸브(16)의 밸브 개방도를 제어한다.
그리고, 제어 장치(28)는, 유량계(15)로부터의 유량 펄스를 적산하여 연료의 충전량(질량)을 연산하고, 연료의 충전량이 미리 설정된 목표 충전량에 달했을 때에, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)를 밸브 폐쇄하여 연료의 충전을 정지한다. 또는, 제어 장치(28)는, 2차 압력 센서(19)에 의해 검출한 연료 가스의 압력값이 미리 설정된 목표 종료 압력(Ptarget)에 달했을 때에, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)을 밸브를 닫게 하여 연료의 충전을 정지한다. 또한, 조작부(26)의 충전 정지 스위치(26B)가 조작된 경우에는, 예를 들어 연료 가스의 충전량 및 압력값이 목표값에 달하고 있지 않아도, 충전 동작을 강제적으로 정지한다. 즉, 이 경우에는, 유량 조정 밸브(16) 및 차단 밸브(18)가 제어 장치(28)로부터의 신호에 의해 밸브 폐쇄한다.
그 후, 제어 장치(28)는, 탈압 밸브(22)를 밸브 개방시켜서 하류측 공급 관로(5B) 내의 연료 가스를 방산 라인(23)에 방출시켜, 하류측 공급 관로(5B), 충전 호스(12) 및 노즐(13)을 감압한 후에 탈압 밸브(22)를 밸브 폐쇄한다. 이에 의해, 하류측 공급 관로(5B) 내의 연료 가스가 방산 라인(23)에 방출되어서 노즐(13)의 압력이 대기압에 감압된다. 그 후, 작업자는, 노즐(13)과 연료 탱크(2A)의 접속구(2B)의 접속을 해제하여, 노즐(13)을 적재부(24)로 되돌린다(수납한다).
그런데, 상술한 종래 기술에서는, 열교환기(17B)보다도 하류측의 가스 공급 관로(5)(하류측 공급 관로(5B)) 및 충전 호스(12)는, 대기 중에 환경 온도(외기온)의 영향에 의해 온도 상승할 우려가 있다. 이 경우, 연료 탱크(2A)로의 충전 효율이 저하되지 않도록 하기 위해서는, 충전 개시로부터 소정 시간 이내(예를 들어, 30초 이내)에 연료 탱크(2A)에 공급되는 연료 가스의 온도를 소정의 온도 이하로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 외기온이 높은 경우 및 전회의 충전 종료로부터 금회의 충전 개시까지의 시간 간격이 긴 경우에는, 하류측 공급 관로(5B)와 충전 호스(12)의 온도가 상승하고 있을 가능성이 있다. 이 경우, 충전 개시로부터 소정 시간 이내에 연료 탱크(2A)에 공급되는 연료 가스의 온도를 소정의 온도까지 저하시킬 수 없고, 충전 시간이 증가할 우려가 있다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 도 2 중의 특성선(35)으로 나타내는 바와 같이, 연료 가스의 충전 초기는, 외기온에 의해 설정된 기준 상승률보다도 높은 상승률인 고상승률(특성선(35A))로 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 연료 가스를 공급한다. 그리고, 충전 중기 및 후기는, 기준 상승률(특성선(35B))로 연료 탱크(2A)에 연료 가스를 공급한다.
이하, 제어 장치(28)에 의한 가스 충전 제어 처리에 대해서, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 이 제어 처리는, 가스 충전 장치(1)가 기동하고 있는 동안에 소정 주기마다 반복 실행된다.
먼저, 도 3에 도시하는 가스 공급의 제어 처리에 대하여 설명한다. 처리 동작이 스타트하면, 스텝 1에서는, 데이터 초기화가 행하여진다. 즉, 제어 장치(28)는, 예를 들어 조작부(26)의 충전 개시 스위치(26A)가 ON 조작되었을 때에, 전회의 가스 충전 제어에 의한 데이터(기준 상승률, 목표 종료압 등)의 초기화를 행한다. 다음 스텝 2에서는, 초기압 측정 충전 등의 준비 공정이 행하여진다. 이 초기압 측정 충전 등의 준비 공정에서는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 개시 전에 연료 탱크(2A)에 소량의 가스 공급을 행한다. 제어 장치(28)는, 그때의 가스 유량, 가스 압력 등으로부터 연료 탱크(2A) 내의 초기 압력(Pc0)을 추정 연산한다. 또한, 이 준비 공정 시에 공급하는 가스의 양(적산 유량)은 가능한 한 많게 하는 것이 효과적이고, 바람직하게는 50g 이상, 더욱 바람직하게는 120g 이상 200g 이하의 양을 공급하는 것이 보다 효과적이다.
다음 스텝 3에서는, 룩업 테이블을 참조하여 기준 상승률(압력 승압률: APRR)과 목표 종료 압력(Ptarget)을 결정한다. 즉, 제어 장치(28)는, 룩업 테이블을 참조하여, 외기온 센서(25)에 의해 검출된 외기온으로부터 기준 상승률을 결정하고, 외기온과 연료 탱크(2A) 내의 초기 압력(Pc0)으로부터 목표 종료 압력을 결정한다. 그리고, 다음 스텝 4에서는, 연료 가스의 본 충전이 행하여진다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 1차 압력 센서(14), 2차 압력 센서(19) 및 온도 센서(20) 등의 검출값을 감시하여, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 가스 공급을 행한다.
이어서, 도 4에 도시하는 연료 가스의 본 충전 제어 처리(도 3 중의 스텝 4의 처리)에 대하여 설명한다.
스텝 11에서는, 본 충전 시간(tc)=0, 본 충전 초기 압력(Pc0)=충전 압력(Pm), 목표 갱신 요구=예를 설정한다. 본 충전 시간은, 뱅크(축압기(6))의 전환 시간 등의 비충전 시간을 제외하는 목표 갱신 요구가 「예」 중(목표 갱신 요구가 이루어져 있는 경우)에서의 승압률 일정 제어를 하고 있는 시간이다. 본 실시 형태에서는, 예를 들어 샘플링 타임으로서, 0.1초를 설정하고 있다. 또한, 샘플링 타임은, 0.1초에 한하지 않고, 적절히 설정 가능하다. 그리고, 연료 탱크(2A)로의 본 충전 개시 시에는, 본 충전 시간=0(tc=0)으로 설정되어 있다.
충전 압력은, 2차 압력 센서(19)에서 검출되는 검출값(압력값)이고, 본 충전 개시 시에는 연료 탱크(2A) 내의 초기 압력으로 되어 있다. 목표 갱신 요구는, 승압률이 일정하여 목표 생성하는 경우에는 「예」가 되고, 뱅크(축압기(6))의 전환 등으로 목표 압력을 갱신하지 않는 경우에는 「아니오」가 된다. 따라서, 본 충전 개시 시에는, 목표 갱신 요구가 「예」가 된다.
다음 스텝 12에서는, 승압률 상승 처리 플래그(OSf)=1, 승압률 상승값(OS)=승압률 상승 초기값(OS0)을 설정한다. 승압률 상승 처리 플래그는, 룩업 테이블을 참조하여 외기온으로부터 얻어진 기준 상승률보다도 높은 압력 상승률인 고상승률로 가스 충전 제어를 행하는지의 여부를 결정하는 지시 플래그이다. 승압률 상승 처리 플래그는, 예를 들어 「1」의 플래그가 세트되면 고상승률에서의 제어 있음이 되고, 「0」의 플래그가 세트되면 고상승률에서의 제어 없음이 된다. 따라서, 본 충전 개시 시에는, 고상승률에서의 제어를 행하므로, 승압률 상승 처리 플래그=1이 된다. 승압률 상승값은, 기준 상승률로부터의 승압률 상승분으로서 목표 압력에 가산하는 오프셋 양이다. 따라서, 본 충전 개시 시에는, 승압률 상승값이 승압률 상승 초기값(예를 들어, OS0=0MPa)으로 설정된다.
다음 스텝 13에서는, 제어 타이머를 스타트시킨다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 행하기 위한 제어 타이머를 스타트시켜, 다음 스텝 14으로 진행한다.
스텝 14에서는, 제어 타이머 처리를 행할지의 여부를 판정한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 샘플링 타임으로서 설정된 시간(예를 들어, 0.1초)을 경과했는지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 14에서 「예」, 즉 샘플링 타임으로서 설정된 시간을 경과했다고 판정된 경우에는, 스텝 15로 진행한다. 한편, 스텝 14에서 「아니오」, 즉 샘플링 타임으로서 설정된 시간을 경과하고 있지 않다고 판정되었을 경우에는, 스텝 16으로 진행한다.
스텝 15에서는, 제어 타이머 처리를 행한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 도 5에 도시하는 제어 타이머 처리를 실행하고, 다음 스텝 16으로 진행한다. 이 제어 타이머 처리에 대해서는, 후술한다.
스텝 16에서는, 충전 압력(Pm)이 목표 종료 압력(Ptarget)에 도달했는지의 여부(Pm≥Ptarget) 및 충전율이 목표 충전율에 도달했는지의 여부(SOC≥목표 SOC)를 판정한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 가스 충전 중에 2차 압력 센서(19)에서 검출되는 충전 압력(Pm)이 목표 종료 압력(Ptarget)에 달함으로써, 연료 탱크(2A) 내에 충분히 가스 충전이 행해졌는지의 여부를 판정한다. 또한, 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A) 내의 충전율이 미리 설정된 연료 탱크(2A) 내의 만탱크 상태를 나타내는 충전율에 도달했는지의 여부를 판정한다. 이 경우, 충전율은, 예를 들어 15℃에서의 70MPa를 100％로 하여 충전량을 비율로 나타내고 있다.
그리고, 스텝 16에서 「아니오」, 즉 충전 압력이 목표 종료 압력에 달하고 있지 않다고 판정된 경우 및 충전율이 목표 충전율에 달하고 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 17로 진행한다. 한편, 스텝 16에서 「예」, 즉 충전 압력이 목표 종료 압력에 달했다고 판정된 경우 또는 충전율이 목표 충전율에 달했다고 판정된 경우에는, 스텝 18로 진행한다.
스텝 17에서는, 이상 있는지의 여부를 판정한다. 즉, 제어 장치(28)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 중에 이상이 발생하고 있는지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 17에서 「아니오」, 즉 이상이 발생하고 있지 않다고 판정되었을 경우에는, 스텝 14로 되돌아간다. 한편, 스텝 17에서 「예」, 즉 이상이 발생하고 있다고 판정된 경우에는, 스텝 18로 진행하고, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 종료하여, 리턴한다.
이어서, 도 5에 도시하는 제어 타이머 처리(도 4 중의 스텝 15의 처리)에 대하여 설명한다.
스텝 21에서는, 목표 갱신 요구인지의 여부를 판정한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 가스 공급의 상승률(승압률)을 일정하게 목표 생성하는지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 21에서 「예」, 즉 가스 공급의 상승률(승압률)을 일정하여 목표 생성한다고 판정된 경우에는, 스텝 22로 진행한다. 한편, 스텝 21에서 「아니오」, 즉 축압기(6)의 전환 등으로 목표 압력을 갱신하지 않는 경우에는 스텝 26으로 진행한다.
스텝 22에서는, 본 충전 시간에 샘플링 타임을 가산(tc=tc+0.1)하여, 다음 스텝 23으로 진행하고, 오프셋 계산(OS)의 제어 처리가 행하여진다. 이 오프셋 계산의 제어 처리에 대해서는, 후술한다.
다음 스텝 24에서는, 목표 압력(Ptc)의 연산을 행한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 시시각각(샘플링 타임마다)의 목표 압력(Ptc)을 기준 상승률(APRR), 본 충전 시간(tc), 본 충전 초기 압력(Pc0), 승압률 상승값(OS)으로부터 하기의 수학식 1의 식에 의해 연산하고, 다음 스텝 25로 진행한다.
[수학식 1]
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다음 스텝 25에서는, 허용 상한 압력(Pupper)과 허용 하한 압력(Plower)을 결정한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 상기 수학식 1 식에서 OS=0으로 한 경우의 시시각각의 목표 압력(Ptc0)으로부터 가스 충전 제어 중의 압력 관리의 상한값과 하한값을 연산한다. 즉, 가령 가스 충전 개시로부터 기준 상승률로 압력 제어한 경우(도 2 중의 가상선(32))의 시시각각의 목표 압력(Ptc0)으로부터 허용 상한 압력(Pupper)과 허용 하한 압력(Plower)을 연산한다. 허용 상한 압력은, 예를 들어 목표 압력(Ptc0)에 7.0MPa를 가산한 값(Pupper=Ptc0+7.0)으로 설정할 수 있다. 한편, 허용 하한 압력은, Ptc0에 2.5MPa 감산한 값(Plower=Ptc0-2.5)으로 설정할 수 있다.
다음 스텝 26에서는, 충전 제어가 행하여진다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 예를 들어 PID 제어에 의해, 2차 압력 센서(19)에서 검출되는 충전 압력(Pm)이 목표 압력(Ptc)이 되도록 피드백 제어를 행하고, 다음의 스텝 27로 진행한다.
스텝 27에서는, 충전 압력(Pm)이 허용 상한 압력(Pupper) 이상이 되고 있는지의 여부를 판정한다(Pm≥Pupper). 즉, 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 연료 가스의 충전 제어 중에 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 충전 압력(Pm)이 목표 압력(Ptc)을 초과하여 허용 상한 압력(Pupper) 이상이 되고 있는지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 27에서 「아니오」, 즉 충전 압력이 허용 상한 압력 이상이 되고 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 28로 진행한다. 한편, 스텝 27에서 「예」, 즉 충전 압력이 허용 상한 압력 이상이 되고 있다고 판정된 경우에는, 스텝 31로 진행한다.
스텝 28에서는, 충전 압력(Pm)이 허용 하한 압력(Plower) 이하가 되고 있는지의 여부를 판정한다(Pm≤Plower). 즉, 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 연료 가스의 충전 제어 중에 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 충전 압력(Pm)이 목표 압력(Ptc)에 도달하지 않고 허용 하한 압력(Plower) 이하가 되고 있는지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 28에서 「아니오」, 즉 충전 압력이 허용 하한 압력 이하가 되고 있지 않다고 판정된 경우에는, 스텝 29로 진행한다. 한편, 스텝 28에서 「예」, 즉 충전 압력이 허용 상한 압력 이상이 되고 있다고 판정된 경우에는, 스텝 31로 진행한다.
스텝 29에서는, 목표 압력이 목표 종료 압력 이상이 된 것인지의 여부를 판정한다(Ptc≥Ptarget). 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 스텝 24에서 연산된 목표 압력(Ptc)이 가스 충전 개시 시에 외기온과 연료 탱크(2A)의 초기 압력(Pc0)에 기초하여 룩업 테이블을 참조하여 결정된 목표 종료 압력(Ptarget) 이상이 된 것인지의 여부를 판정한다. 그리고, 스텝 29에서 「예」, 즉 목표 압력이 목표 종료 압력 이상이 되었다고 판정된 경우에는, 스텝 30으로 진행하고, 목표 압력(Ptc)을 목표 종료 압력(Ptarget)으로 설정한다. 또한, 목표 압력을 갱신시키지 않기 위해서, 목표 갱신 요구를 「아니오」로 설정하고, 리턴한다.
스텝 31에서는, 승압률 이상 처리를 행한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 이상 검출부(31)에 의해 이상이 검출된 경우(즉, 가스 충전 제어에 이상이 발생하는 경우)의 이상 처리를 행한다. 이 승압률 이상 처리는, 예를 들어 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 고상승률로 제어하고 있는 경우에는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하는 제어로 할 수 있다. 또한, 이 승압률 이상 처리는, 예를 들어 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 정지하는 제어로 해도 된다. 이 경우, 디스펜서 하우징(4A)에 마련된 경보 장치(도시하지 않음)로부터 경보음을 발생시켜도 되고, 표시기(27)에 이상이 발생하고 있는 것을 표시해도 된다. 그리고, 승압률 이상 처리를 행한 후는, 리턴한다.
이어서, 도 6에 도시하는 오프셋 계산 처리(도 5 중의 스텝 23의 처리)에 대하여 설명한다.
스텝 41에서는, 승압률 상승 처리 플래그(OSf)를 「1」로 한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 개시 시에는 기준 상승률보다도 압력 상승률을 높게 한 고상승률로 제어하기 위해서, 오프셋 플래그를 가동하여(OSf=1), 다음 스텝 42로 진행한다.
스텝 42에서는, 승압률 상승값(OS)의 연산을 행한다. 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 시시각각의 목표 압력(Ptc)의 연산에 사용되는 승압률 상승값(OS)을 하기의 수학식 2의 식에 의해 연산한다. 즉, 전회의 샘플링 타임의 승압률 상승값에 승압률(OPRR)을 가산하여 금회의 승압률 상승값을 결정하고, 다음 스텝 43으로 진행한다.
[수학식 2]
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스텝 43에서는, 승압률 상승값(OS)이 최대 승압률 상승값(OSmax) 이상이 된 것인지의 여부를 판정한다(OS≥OSmax). 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 공급 시의 시간 경과(샘플링 타임마다)에 따라 가산되는 승압률 상승값이 최대 승압률 상승값에 도달했는지의 여부를 판정한다.
그리고, 스텝 43에서 「아니오」, 즉 승압률 상승값이 최대 승압률 상승값 이상이 되어 있지 않다고 판정된 경우에는, 리턴한다. 한편, 스텝 43에서 「예」, 즉 승압률 상승값이 최대 승압률 상승값 이상이 되고 있다고 판정된 경우에는, 스텝 44로 진행한다.
스텝 44에서는, 승압률 상승값(OS)을 최대 승압률 상승값(OSmax)으로 설정한다(OS=OSmax). 또한, 승압률 상승 처리 플래그(OSf)를 「0」로 한다(OSf=0). 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 공급을 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하기 위해서, 승압률 상승 처리 플래그를 「1」로부터 「0」으로 전환한다. 그리고, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 도 5 중의 스텝 24에서 연산되는 목표 압력(Ptc)의 승압률 상승값(OS)을 최대 승압률 상승값(OSmax)에 고정하기 위해서, 승압률 상승값(OS)을 최대 승압률 상승값(OSmax)으로 설정하고, 리턴한다.
즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 고상승률로 제어하고 있는 경우에는 상기의 수학식 1의 식에서의 승압률 상승값(OS)이 초기값(OS0)으로부터 최대 승압률 상승값(OSmax)을 향하여 샘플링 타임마다 승압률(OPRR)을 가산하여 목표 압력(Ptc)을 연산한다. 한편, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하여 제어하고 있는 경우에는 상기의 수학식 1의 식에서의 승압률 상승값(OS)을 최대 승압률 상승값(OSmax)으로 고정하여 목표 압력(Ptc)을 연산한다.
이리하여, 본 실시 형태에서는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 초기에는 외기온에 의해 설정된 기준 상승률보다도 높은 압력 상승률인 고상승률로 가스 공급을 행하고, 가스 충전 중기 및 후기에는 기준 상승률로 가스 공급을 행하고 있다. 이에 의해, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 초기에는, 하류측 공급 관로(5B) 및 충전 호스(12)에 유통하는 연료 가스를 증가시킬 수 있으므로, 외기온의 영향에 의해 온도 상승한 하류측 공급 관로(5B) 및 충전 호스(12)를 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 그 결과, 연료 가스의 충전 개시로부터 소정 시간 이내에 연료 탱크(2A)로 공급되는 연료 가스의 온도를 소정의 온도 이하로 할 수 있으므로, 가스 충전의 시간을 단축할 수 있다.
또한, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 승압률 상승값(OS)이 최대 승압률 상승값(OSmax)에 달했을 때에, 고상승률로부터 기준 상승률로의 전환을 행하고 있다. 이 경우, 최대 승압률 상승률은, 허용 상한 압력(Pupper) 이하로 설정되어 있으므로, 가스 충전을 고상승률로 행하고 있는 경우에도 허용 상한 압력을 초과하는 것을 억제하여, 연료 탱크(2A), 가스 공급 관로(5) 및 충전 호스(12)에 과잉의 압력이 가해지는 것을 억제하고 있다.
또한, 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된 압력값이 소정의 압력값(예를 들어, 허용 상한 압력 또는 허용 하한 압력)에 달했을 때에는 연료 탱크(2A)로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출하고 있다. 그리고, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 이상 검출부(31)가 이상을 검출한 경우에, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하는, 또는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 정지한다. 이에 의해, 연료 탱크(2A), 가스 공급 관로(5) 및 충전 호스(12)에 과잉의 압력이 가해지는 것, 또는, 연료 탱크(2A)로의 가스 공급 부족이 되는 것을 억제할 수 있다.
이어서, 도 7은, 제2 실시 형태를 나타내고 있다. 제2 실시 형태의 특징은, 가스 충전의 개시로부터 소정의 시간(tc1) 경과했을 때에, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환한 것에 있다. 또한, 제2 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이 경우, 제1 실시 형태에 의한 도 6의 오프셋 계산의 제어 처리 대신에, 도 7의 오프셋 계산의 제어 처리가 사용된다.
즉, 도 7 중의 스텝 51과 스텝 52는, 도 6 중의 스텝 41과 스텝 42와 마찬가지의 제어가 이루어진다. 그리고, 스텝 53에서는, 본 충전 시간(tc)이 승압률 상승 종료 시간(tc1)을 경과했는지의 여부를 판정한다(tc≥tc1). 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 도 5 중의 스텝 22에서 가산되는 본 충전 시간이 미리 설정된 승압률 상승 종료 시간(tc1)을 경과했는지의 여부를 판정한다.
따라서, 승압률 상승 종료 시간은, 승압률을 상승시킨 가스 충전(고상승률)을 개시하고 나서 기준 상승률에서의 가스 충전으로 전환할 때까지의 시간으로서 미리 설정된 시간(역치)이다. 환언하면, 승압률 상승 종료 시간은, 가스 충전을 고상승률로 개시하고 나서 종료될 때까지의 시간으로서 메모리(29)에 미리 저장(기억)되어 있다.
승압률 상승 종료 시간은, 고상승률로 가스 충전 중에 2차 압력 센서(19)에서 검출되는 가스 압력이 허용 상한 압력(Pupper)을 초과하지 않도록, 실험, 계산, 시뮬레이션 등에 의해, 예를 들어 30초 정도(바람직하게는, 20 내지 35초, 보다 바람직하게는, 25 내지 30초)로 설정되어 있다.
그리고, 스텝 53에서 「아니오」, 즉 본 충전 시간(tc)이 승압률 상승 종료 시간(tc1)을 경과하고 있지 않다고 판정되었을 경우에는, 리턴한다. 한편, 본 충전 시간(tc)이 승압률 상승 종료 시간(tc1)을 경과했다고 판정된 경우에는, 스텝 54로 진행한다.
스텝 54에서는, 승압률 상승 처리 플래그(OSf)를 「0」으로 한다(OSf=0). 즉, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 연료 탱크(2A)로의 가스 공급을 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하기 위해서, 승압률 상승 처리 플래그를 「1」로부터 「0」으로 전환한다. 또한, 본 충전 시간이 승압률 상승 종료 시간에 달했을 때의 승압률 상승값(OS)이 고정값으로서 설정되고, 그 이후(기준 상승률로 제어 중)는 도 5 중의 스텝 24에서 목표 압력(Ptc)이 연산되어, 리턴한다.
이리하여, 제2 실시 형태에 대해서도 제1 실시 형태와 마찬가지의 작용, 효과를 얻을 수 있다. 특히 제2 실시 형태에서는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전의 개시로부터 시간 경과에 의해, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하고 있다. 이에 의해, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전 중에 고상승률로 제어되어 있는 것인지, 기준 상승률로 제어되고 있는 것인지를 이해하기 쉽다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 승압률 상승값(OS), 초기값(OS0) 및 최대 승압률 상승값(OSmax)이 미리 메모리(29)에 저장(기억)되어 있는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 충전 개시 전에 온도 센서(20)가 검출한 검출값(온도) 및 전회 가스 공급하고 나서의 경과 시간에 대응한 테이블 또는 연산식을 메모리(29)에 저장해 두고, 그 저장된 테이블 또는 연산식을 참조하여 승압률 상승값(OS), 초기값(OS0) 및 최대 승압률 상승값(OSmax)을 설정해도 된다. 이것은, 제2 실시 형태에 의한 승압률 상승 종료 시간(tc1)에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 차량(2)의 연료 탱크(2A)와 디스펜서 유닛(4)에서 통신 제어를 행하지 않는 비통신 충전에 의해, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 제어한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 차량(2)의 연료 탱크(2A)의 상태를 디스펜서 유닛(4)에 송신하는 통신 제어로 해도 된다. 즉, 제1 실시 형태에서는, 하류측 공급 관로(5B)에 마련된 2차 압력 센서(19)의 검출값을 사용하여 차량(2)의 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력을 측정한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 차량(2)의 연료 탱크(2A)에 연료 탱크(2A) 내의 가스 압력을 검출하는 압력 센서를 마련하고, 이 압력 센서의 검출값을 디스펜서 유닛(4)의 제어 장치(28)에 송신하여 가스 충전 제어를 행해도 된다. 이것은, 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 2차 압력 센서(19)가 검출하는 압력값이 허용 상한 압력(Pupper) 또는 허용 하한 압력(Plower)에 달했을 때에, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전이 이상하다고 판정한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 제어 장치(28)의 이상 검출부(31)는, 허용 상한 압력보다도 낮은 압력(허용 상한 압력과 최대 승압률 상승값에서의 압력값 사이)을 소정의 압력값으로서 설정해도 된다. 마찬가지로, 허용 하한 압력보다도 높은 압력을 소정의 압력값으로서 설정해도 된다. 이것은, 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 이상 검출부(31)가 이상을 검출한 경우에, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하는 경우 및 가스 충전을 정지하는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 제어 장치(28)의 충전 제어부(30)는, 먼저 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하는 제어를 행하고, 그 후 2차 압력 센서(19)가 더 높은 압력값을 검출한 경우에, 가스 충전의 정지를 행하는 제어를 행해도 된다. 이것은, 제2 실시 형태에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 상술한 제2 실시 형태에서는, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 가스 충전의 개시로부터 소정 시간(tc1)이 경과했을 때에, 고상승률로부터 기준 상승률로 전환한 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 고상승률로부터 기준 상승률로의 가스 충전의 전환은, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 개시하고 나서 소정 시간(tc1)이 경과했을 때로 하는 것이 아니고, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 개시하고 나서 소정 시간(tc1)이 경과했을 때에 2차 압력 센서(19)에 의해 검출된다고 상정되는 상정 압력을 2차 압력 센서(19)가 검출했을 때에 행하게 해도 된다.
이 경우, 상정 압력은, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 고상승률로부터 기준 상승률로 전환하는 압력 역치에서, 허용 상한 압력(Pupper)을 초과하지 않도록 설정되어 있다. 즉, 상정 압력은, 승압률 상승 종료 압력으로서 스텝 2의 초기압 측정 충전 등의 준비 공정에서 연산된 초기 압력(Pc0)에 의해 결정되고, 각 초기 압력(Pc0)에 대응하여 제어 장치(28)의 메모리(29)에 미리 저장(기억)되어 있다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에서는, 가스 충전의 개시로부터 소정 시간(tc1) 경과할 때까지의 사이, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 고상승률로 행한다. 또한, 상술한 제2 실시 형태에서는, 가스 충전의 개시로부터 소정 시간(tc1) 경과할 때까지 동안, 또는, 소정 시간(tc1) 경과했을 때에 압력 센서(19)에 의해 검출된다고 상정되는 상정 압력을 압력 센서(19)가 검출할 때까지 동안, 연료 탱크(2A)로의 가스 충전을 고상승률로 행한다. 그리고, 이 고상승률에서의 가스 충전을 행하고 있을 때에, 예를 들어 가스 충전의 진행에 수반하여 축압기(6) 내의 가스 압력이 저하됨으로써 고상승률에서의 가스 충전을 유지할 수 없게 된 결과, 압력 센서(19)에 의해 검출된 압력이 하한 압력(Plower)까지 저하된 경우를 생각한다. 이 경우에는, 도 5의 스텝 28에 있어서 「예」라고 판정됨으로써, 스텝 31의 승압률 이상 처리로 이행한다. 그러나, 상술한 바와 같이, 고상승률에서의 가스 충전을 유지할 수 없게 된 원인은 축압기(6) 내의 가스 압력 저하에 의한 것이고, 가스 충전 제어의 이상이 아니다. 이 경우에는, 도 5의 스텝 28에 있어서 「예」라고 판정된 경우라도 스텝 29의 처리로 이행해도 된다. 즉, 스텝 28의 처리 자체를 생략해도 된다. 이러한 구성으로 하면, 축압기(6) 내의 가스를 연료 탱크(2A)에 보다 많이 충전할 수 있다.
이상 설명한 실시 형태에 기초하는 가스 충전 장치로서, 예를 들어 이하에 설명하는 양태의 것이 생각된다.
제1 양태로서는, 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와, 상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때에는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고, 상기 고상승률로 가스 충전을 행하고 있을 때의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력과 상기 기준 상승률로 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 차가 소정 압력차에 달한 후는 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어한다.
제2 양태로서는, 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와, 상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와, 상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과, 상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때로부터 소정 시간이 경과할 때까지, 또는 상기 소정 시간이 경과했을 때에 상기 압력 검출 수단에 의해 검출된다고 상정되는 상정 압력을 상기 압력 검출 수단이 검출할 때까지는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고, 상기 소정 시간이 경과한 후, 또는 상기 상정 압력을 검출한 후는, 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어한다.
제3 양태로서는, 제1, 제2 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 압력 검출 수단에 의해 검출된 가스 압력이 소정의 압력값에 달했을 때에는 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 갖는다.
제4 양태로서는, 제3 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 이상 검출부가 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출한 경우에 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 상기 고상승률로부터 상기 기준 상승률로 전환하여 제어한다.
제5 양태로서는, 제3 양태에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 이상 검출부가 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출한 경우에 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 정지한다.
또한, 본 발명의 몇 가지의 실시 형태에 대하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 여러가지 변형예가 포함된다. 예를 들어, 상술한 실시 형태는, 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위하여 상세하게 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시 형태의 구성의 일부를 다른 실시 형태의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시 형태의 구성에 다른 실시 형태의 구성을 추가하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시 형태의 구성 일부에 대해서, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것이 가능하다.
본원은, 2018년 4월 27일자 출원의 일본 특허 출원 제2018-086740호에 기초하는 우선권을 주장한다. 2018년 4월 27일자 출원의 일본 특허 출원 제2018-086740호의 명세서, 특허 청구 범위, 도면 및 요약서를 포함하는 전체 개시 내용은, 참조에 의해 본원에 전체로서 내장된다.
1: 가스 충전 장치
2: 차량
2A: 연료 탱크(피충전 탱크)
5: 가스 공급 관로(가스 공급 계통)
6: 축압기
13: 노즐
16: 유량 조정 밸브(제어 밸브)
17: 냉각기
19: 2차 압력 센서(압력 검출 수단)
28: 제어 장치(제어 수단)
31: 이상 검출부

Claims (5)

  1. 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과,
    상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와,
    상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와,
    상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때에는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고,
    상기 고상승률로 가스 충전을 행하고 있을 때의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력과 상기 기준 상승률로 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 차가 소정 압력차에 달한 후는, 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 충전 장치.
  2. 가스를 축적하는 축압기와 가스 공급 계통을 통해 접속되고, 당해 가스를 피충전 탱크에 충전하기 위한 노즐과,
    상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 피충전 탱크로의 가스의 유통을 제어하는 제어 밸브와,
    상기 가스 공급 계통에 마련되고, 상기 노즐에 의해 상기 피충전 탱크에 충전되는 상기 가스를 냉각하는 냉각기와,
    상기 피충전 탱크 내의 가스 압력과 상기 가스 공급 계통의 상기 제어 밸브보다도 하류측의 가스 압력 중 어느 한쪽의 가스 압력을 검출하는 압력 검출 수단과,
    상기 피충전 탱크에 가스 충전을 행하는 경우의 상기 압력 검출 수단에 의해 검출되는 가스 압력의 압력 상승률이 미리 정해진 기준 상승률로 상승하도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 제어 수단을 구비한 가스 충전 장치에 있어서,
    상기 제어 수단은,
    상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 개시했을 때로부터 소정 시간이 경과할 때까지, 또는 상기 소정 시간이 경과했을 때에 상기 압력 검출 수단에 의해 검출된다고 상정되는 상정 압력을 상기 압력 검출 수단이 검출할 때까지는, 상기 압력 상승률을 상기 기준 상승률보다도 높은 고상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하고,
    상기 소정 시간이 경과한 후, 또는 상기 상정 압력을 검출한 후는, 상기 기준 상승률로 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 행해지도록 상기 제어 밸브를 개폐 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 충전 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 수단은,
    상기 압력 검출 수단에 의해 검출된 가스 압력이 소정의 압력값에 달했을 때에는 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출하는 이상 검출부를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 충전 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어 수단은,
    상기 이상 검출부가 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출한 경우에 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 상기 고상승률로부터 상기 기준 상승률로 전환하여 제어하는 것을 특징으로 하는 가스 충전 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어 수단은,
    상기 이상 검출부가 상기 피충전 탱크로의 가스 충전이 이상이 되고 있는 것을 검출한 경우에 상기 피충전 탱크로의 가스 충전을 정지하는 것을 특징으로 하는 가스 충전 장치.
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