WO2011016091A1

WO2011016091A1 - ガス充填装置及びガス充填方法

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Publication number: WO2011016091A1
Application number: PCT/JP2009/003803
Authority: WO
Inventors: 大川内栄治
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-02-10

Abstract

ガス充填装置からガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮できると共に、ガス充填初期における圧力変動の発生を緩和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。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、ガス貯留容器(１０１)に大流量の燃料ガスを充填する大流量充填ライン(３０)と、ガス供給源(１０)に接続され、ガス貯留容器(１０１)に、大流量充填ライン(３０)よりも小流量の燃料ガスを充填する小流量充填ライン(２０)と、大流量充填ライン(３０)及び小流量充填ライン(２０)を流通する燃料ガスの流量を制御する制御手段(５０)を備え、制御手段(５０)は、小流量充填ライン(２０)から所定量の燃料ガスを充填した後、大流量充填ライン(３０)から前記燃料ガスを充填するよう制御する。

Description

ガス充填装置及びガス充填方法

　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、この燃料ガスの充填時間をできるだけ短縮させる目的で、充填開始直後から大流量の燃料ガスを注入することが行われている。

　このようなガス充填装置として、例えば、被充填タンクへのガス充填開始から充填目標圧力に達するまで高速充填を行ってガス充填時間を短縮し、充填目標圧力に達した後は低速充填を行うことにより、前記被充填タンクへのガス充填時間を短縮すると共に、ガス充填精度を向上させるガス充填装置が紹介されている。（例えば、特許文献１参照。）

　また、蓄ガス器と、当該蓄ガス器に貯蔵されたガスを車載タンクへ供給するディスペンサとを有し、当該ディスペンサ内のガス流路に設けられた流量コントロール弁の開度の制御により、前記車載タンクへの供給の初期には前記流量コントロール弁を第１の開度にして急速充填を行い、その後、前記流量コントロール弁をより小さい第２の開度に切り替えて低速充填を行うガス充填装置が紹介されている。（例えば、特許文献２参照。）

特開平９－７９４９６号公報特開２００７－３０３５６０号公報

　しかしながら、前述したような従来のガス充填装置は、ガスの充填を開始した直後から大流量の燃料ガスを注入するため、ガス充填初期において圧力変動が生じ易く、この圧力変動に起因する衝撃により、ガス充填装置（特に、ガスを流通させる配管等）から異音（例えば、金属音）が発生したり、圧力脈動によりガス充填装置に負荷がかかる虞がある。

　そこで、充填されるガス流量を調整し、異音の発生や、ガス充填装置に負荷がかかることを抑制することが考えられるが、現時点では、ガスの流量を小流量から大流量に渡って精度良く制御可能な流量調整弁が提供されておらず、ガスを充填する際の流量を調整することで、前記問題の発生を抑制することは困難である。

　本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、ガス充填装置からガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮できると共に、ガス充填初期における圧力変動の発生を緩和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。

発明を解決するための手段

　この目的を達成するため本発明は、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、前記ガス貯留容器に大流量の燃料ガスを充填する大流量充填ラインと、前記ガス供給源に接続され、前記ガス貯留容器に、前記大流量充填ラインよりも小流量の燃料ガスを充填する小流量充填ラインと、前記大流量充填ライン及び小流量充填ラインを流通する燃料ガスの流量を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記小流量充填ラインから所定量の燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填した後、前記大流量充填ラインから前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填するよう、当該燃料ガスの流量を制御す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、燃料被供給体のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際に、先ず、前記小流量充填ラインから小流量の燃料ガスが充填されるため、ガス充填初期における圧力変動を小さくすることができる。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生や、圧力脈動によるガス充填装置にかかる負荷を抑制することができる。また、前記小流量充填ラインから所定量の燃料ガスを充填した後、前記大流量充填ラインから燃料ガスが充填されるため、前記利点に加え、ガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮することもできる。

　また、本発明に係るガス充填装置は、前記小流量充填ラインの下流側と、前記大流量充填ラインの下流側を合流させる合流充填ラインと；前記合流充填ラインに配設され、当該合流充填ラインを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力計と；をさらに備え、前記制御手段は、前記圧力計で測定された圧力が所定の閾値を超えたか否かを判断し、当該圧力が当該閾値を超えた際に、前記大流量充填ラインから前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填するよう当該燃料ガスの流量を制御するよう構成することもできる。このように構成することで、より最適なタイミングで、前記大流量充填ラインから前記ガス貯留容器に大流量の燃料ガスを充填することができるため、前記圧力変動に起因する衝撃を緩和させつつ、ガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間をさらに短縮することができる。

　そしてまた、本発明に係るガス充填装置は、前記小流量充填ライン及び大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を各々配設し、前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記流量調整弁の開度を各々制御するよう構成することもできる。このように構成することで、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させ且つ燃料ガス充填時間をさらに短縮することができる最適な条件で燃料ガスを充填させることができる。

　また、本発明に係るガス充填装置は、前記小流量充填ラインに減圧弁を配設し、前記大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を配設し、前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記流量調整弁の開度を制御するよう構成することもできる。このように構成することで、前記小流量充填ラインの減圧弁よりも上流側の圧力（例えば、燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの圧力）に関わらず、当該小流量充填ラインの減圧弁よりも下流側の圧力（例えば、当該小流量充填ラインから前記ガス貯留容器に充填される燃料ガスの圧力）を所定の圧力に維持することができる。したがって、前記小流量充填ラインの減圧弁よりも上流側の圧力に応じて、減圧弁の開度を制御する必要がなく、制御手段をさらに簡略化することができる。

　そしてまた、本発明に係るガス充填装置の制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記減圧弁の開度を制御してもよい。このように構成することで、前記利点に加え、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させ且つ燃料ガス充填時間をさらに短縮することができる最適な条件で燃料ガスを充填させることができる。

　さらにまた、本発明に係るガス充填装置は、前記小流量充填ラインの減圧弁より下流側に、前記燃料ガスの流通を遮断する遮断弁を配設してもよい。このようにすることで、仮に、減圧弁を閉じた際のシールが不完全であっても、燃料ガスが不用意にガス貯留容器に充填されることを防止することができる。

　また、本発明に係るガス充填装置は、前記小流量充填ラインに、上流側の燃料ガス流量より下流側の燃料ガス流量を少なくさせるオリフィスを配設し、前記大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を配設し、前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記の流量調整弁の開度を制御するよう構成することもできる。このように構成することで、前記小流量充填ラインを流通する燃料ガスの流量を、オリフィスという低コストで簡単な構成の部材で小流量にすることができるため、前記利点に加え、ガス充填装置のコストを削減することができる。また、この構成の場合、前記小流量充填ラインのオリフィスより下流側に、前記燃料ガスの流通を遮断する遮断弁を配設してもよい。このようにすることで、燃料ガスが不用意にガス貯留容器に充填されることを防止することができる。

　また、本発明は、燃料被供給体のガス貯留容器に燃料ガス供給源から供給された燃料ガスを充填するガス充填方法であって、前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの流量を小流量に調整する小流量充填ラインを介して、前記ガス貯留容器に充填する小流量充填工程と、前記小流量充填ラインを介して所定量の燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填した後、前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの流量を前記小流量充填工程よりも大流量に調整する大流量充填ラインを介して、前記ガス貯留容器に充填する大流量充填工程と、を備えたガス充填方法を提供するものである。

　このガス充填方法によれば、燃料被供給体のガス貯留容器に燃料ガスを充填する際に、先ず、前記小流量充填ラインから小流量の燃料ガスが充填されるため、ガス充填初期における圧力変動を小さくすることができる。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生や、圧力脈動によるガス充填装置にかかる負荷を抑制することができる。また、前記小流量充填ラインから所定量の燃料ガスを充填した後、前記大流量充填ラインから燃料ガスが充填されるため、前記利点に加え、ガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮することもできる。

　また、本発明に係るガス充填方法は、前記小流量充填ラインの下流側と、前記大流量充填ラインの下流側を合流した合流充填ラインを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力測定工程と、前記圧力測定工程で測定された圧力が所定の閾値を超えたか否かを判断する圧力判断工程とをさらに備え、前記大流量充填工程は、前記圧力が当該閾値を超えた際に、前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填する工程を有することができる。この方法によれば、より最適なタイミングで、前記大流量充填ラインから前記ガス貯留容器に大流量の燃料ガスを充填することができるため、前記圧力変動に起因する衝撃を緩和させつつ、ガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間をさらに短縮することができる。

　そしてまた、本発明に係るガス充填方法は、前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有し、前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有することができる。この方法によれば、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させ且つ燃料ガス充填時間をさらに短縮することができる最適な条件で燃料ガスを充填させることができる。

　さらにまた、本発明に係るガス充填方法は、前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された減圧弁の開度を設定する工程を有し、前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有することができる。この方法によれば、前記小流量充填ラインの減圧弁よりも上流側の圧力に関わらず、当該小流量充填ラインの減圧弁よりも下流側の圧力を所定の圧力に維持することができる。したがって、前記小流量充填ラインの減圧弁よりも上流側の圧力に応じて、減圧弁の開度を制御する必要がなく、ガス充填方法をさらに簡略化することができる。

　また、このガス充填方法の場合、前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された減圧弁の開度を制御する工程を有することができる。この方法によれば、前記利点に加え、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させ且つ燃料ガス充填時間をさらに短縮することができる最適な条件で燃料ガスを充填させることができる。

　そしてまた、本発明に係るガス充填方法は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインの減圧弁より下流側における前記燃料ガスの流通を遮断する工程をさらに備えることもできる。この方法によれば、仮に、減圧弁を閉じた際のシールが不完全であっても、燃料ガスが不用意にガス貯留容器に充填されることを防止することができる。

　また、本発明に係るガス充填方法は、前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、前記小流量充填工程は、前記小流量充填ラインに配設されたオリフィスにより、上流側の燃料ガス流量より下流側の燃料ガス流量を少なくする工程を有し、前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有することができる。この方法によれば、前記小流量充填ラインを流通する燃料ガスの流量を、オリフィスという低コストで簡単な構成の部材で小流量にすることができる。また、この方法の場合、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインのオリフィスより下流側における前記燃料ガスの流通を遮断する工程をさらに備えてもよい。この方法によれば、燃料ガスが不用意にガス貯留容器に充填されることを防止することができる。

　なお、前記小流量充填ライン及び大流量充填ラインに共に設けられた流量調整弁は、同じものであってもよく、異なるものであってもよい。

　本発明によれば、ガス充填装置からガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮できると共に、ガス充填初期における圧力変動の発生を緩和することが可能なガス充填装置を提供することができる。

　また、本発明によれば、ガス充填装置からガス貯留容器に燃料ガスを充填する時間を短縮できると共に、ガス充填初期における圧力変動の発生を緩和することが可能なガス充填方法を提供することができる。

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である。図２は、図１に示すガス充填装置に係る燃料ガスの充填圧力と充填時間との関係を示す図である。図３は、図１に示すガス充填装置に配設された流量調整弁の開度と燃料ガス流量との関係を示す図である。図４は、従来のガス充填装置に係る燃料ガスの充填圧力と充填時間との関係を示す図である。図５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である。図６は、本発明の実施形態３に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図である。

　１、２、３…ガス充填装置、　１０…ガス供給源、　２０…小流量充填ライン、　２２…第１の流量調整弁、３２…第２の流量調整弁、　２４…減圧弁、　２５…遮断弁、　２６…オリフィス、　３０…大流量充填ライン、　４０…合流充填ライン、　４１…圧力計、　５０…制御装置、　１００…ＦＣ車両、　１０１…ガス貯留容器

　次に、本発明の実施形態に係るガス充填装置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に係る燃料ガスの充填圧力と充填時間との関係を示す図、図３は、図１に示すガス充填装置に配設された流量調整弁の開度と燃料ガス流量との関係を示す図である。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）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（ＦＣ車両）である場合について説明する。

　図１に示すように、実施形態１に係るガス充填装置１は、燃料電池自動車（以下、ＦＣ車両１００という）に搭載されたガス貯留容器１０１に燃料ガスを充填する装置であり、圧縮された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貯留容器１０１に小流量の燃料ガスを充填する小流量充填ライン２０と、ガス供給源１０に接続され且つガス貯留容器１０１に大流量の燃料ガスを充填する大流量充填ライン３０と、小流量充填ライン２０の下流部２３と大流量充填ライン３０の下流部３３とを合流させる合流充填ライン４０と、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０を流通する燃料ガスの流量を制御する制御装置５０を備えている。

　ガス供給源１０は、その内部に高圧の水素ガスが貯蔵されている。このガス供給源１０は、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０の上流に位置し、内部に貯蔵されている圧縮された燃料ガスを、接続流路１１を介して小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０に供給する。なお、このガス供給源１０を複数配設し、ガス供給源１０に残存している燃料ガスの量や、ガス供給源１０の内圧等に応じて、新しいガス供給源１０に切り替えるようにしてもよい。

　小流量充填ライン２０は、ガス貯留容器１０１に、大流量充填ライン３０よりも小流量の燃料ガスを充填するためのラインであり、接続流路１１に連通された上流部２１と、上流部２１に連通され且つ上流部２１から供給される燃料ガスの流量を調整する第１の流量調整弁２２と、第１の流量調整弁２２により流量が調整された燃料ガスを合流充填ライン４０に供給する下流部２３とを備えている。第１の流量調整弁２２には、後に詳述する制御装置５０が接続されており、この制御装置５０によって第１の流量調整弁２２の開度が調整されるようになっている。なお、第１の流量調整弁２２は、燃料ガス充填時以外は閉じた状態となっている。

　大流量充填ライン３０は、ガス貯留容器１０１に、小流量充填ライン２０よりも大流量の燃料ガスを充填するためのラインであり、接続流路１１に連通された上流部３１と、上流部３１に連通され且つ上流部３１から供給される燃料ガスの流量を調整する第２の流量調整弁３２と、第２の流量調整弁３２により流量が調整された燃料ガスを合流充填ライン４０に供給する下流部３３とを備えている。第２の流量調整弁３２には、後に詳述する制御装置５０が接続されており、この制御装置５０によって第２の流量調整弁３２の開度を調整可能となっている。なお、第２の流量調整弁３２は、燃料ガス充填時以外は閉じた状態となっている。

　合流充填ライン４０は、ガス貯留容器１０１に、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０によって流量が調整された燃料ガスを充填するためのラインである。この合流充填ライン４０には、その内部を流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力計４１が配設されている。また、合流充填ライン４０の下流側には、ガス貯留容器１０１の燃料供給口１０２に接続され、合流充填ライン４０から供給された燃料ガスを燃料供給口１０２からガス貯留容器１０１に充填する充填ノズル４２が配設されている。なお、特に図示しないが、燃料供給口１０２の下流側には、ガス貯留容器１０１に充填された燃料ガスがガス充填装置１側に逆流することを阻止する逆止弁が配設されている。

　制御装置５０は、第１の流量調整弁２２、第２の流量調整弁３２、圧力計４１に接続されており、圧力計４１によって測定された圧力情報に応じて、第１の流量調整弁２２及び第２の流量調整弁３２の開閉制御を行う。また、この制御装置５０は、燃料ガスの充填対象であるＦＣ車両１００に配設され且つガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等を測定する測定装置（図示せず）から送信される情報を受信可能となっており、この受信した情報に応じて、第１の流量調整弁２２及び第２の流量調整弁３２の開度を調整する。

　次に、実施形態１に係るガス充填装置１の具体的動作について説明する。ＦＣ車両１００に燃料ガスを充填する際は、先ず、充填ノズル４２をＦＣ車両１００の燃料供給口１０２に接続し、燃料ガス充填開始可能状態とする。この時、第１の流量調整弁２２及び第２の流量調整弁３２は、共に閉じられている。次に、制御装置５０は、燃料ガス充填開始時に、第１の流量調整弁２２を閉状態から開状態となるよう制御する。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、接続流路１１から上流部２１に流れ、第１の流量調整弁２２によって流量が調整された後、下流部２３及び合流充填ライン４０を通過し、充填ノズル４２から燃料供給口１０２を経て、ガス貯留容器１０１に充填される。この時、圧力計４１は、合流充填ライン４０の内部を流通する燃料ガスの圧力を測定し、この測定した圧力値（情報）を制御装置５０に送信する。そして、制御装置５０は、この受信した圧力値が、予め設定されている閾値Ａ（図２参照）を超えたか否かを判断し、閾値Ａを超えるまで、小流量充填ライン２０を通過した燃料ガスのみが充填されるように制御する。

　このように、ガス充填初期は、小流量充填ライン２０から小流量の燃料ガスが充填されるため、ガス充填初期における圧力変動を小さくすることができる。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができる。また、圧力脈動に起因してガス充填装置１に付与される負荷を抑制することができる。

　次に、制御装置５０は、受信した圧力値が所定の閾値Ａ（図２参照）を超えた際に、第２の流量調整弁３２を閉状態から開状態となるよう制御する。なお、実施形態１では、この時、第１の流量調整弁２２は開状態を維持しておく。この動作により、ガス貯留容器１０１には、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０の両方を通過した燃料ガスが充填されるため、燃料ガスの充填量（時間当たりの流量）が増加するが、ガス貯留容器１０１には、既に小流量充填ライン２０を通過した所定量の燃料ガスが充填されているため、圧力変動が大きくなることが抑制される。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができると共に、圧力脈動に起因してガス充填装置１に付与される負荷を抑制することができる。また、第２の流量調整弁３２が開状態となった時点から、燃料ガスの充填量が増加するため、ガス貯留容器１０１に燃料ガスを充填する時間を短縮することができる。

　また、制御装置５０は、前述した燃料ガス充填開始可能状態の際に、ＦＣ車両１００に配設されている前記測定装置から、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等の情報を受信し、この情報に応じて、図３に示すように、第１の流量調整弁２２の開度を制御する。さらに制御装置５０は、第２の流量調整弁３２が開状態の際に、この情報に応じて、図３に示すように、第２の流量調整弁３２の開度を制御する。このように、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等に応じて、第１の流量調整弁２２及び第２の流量調整弁３２の開度を制御することで、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させるという条件を満たしたうえで、最大限となる流量で燃料ガスを充填することができるため、燃料ガス充填時間の短縮を効率よく行うことができる。また、充填される燃料ガスの流量は、第１の流量調整弁２２及び第２の流量調整弁３２の２つにより制御されるため、小流量から大流量に渡って広範囲且つ高精度で制御することができる。

　これに対し、従来のガス充填装置は、燃料ガス充填時間を短縮させる目的で、燃料ガス充填開始時から燃料ガスを大流量で充填するため、燃料ガスが流通するライン（配管）における圧力が、図４に示すように、充填開始直後に急激に増加し、圧力変動が大きくなることが判る。したがって、この大きな圧力変動に起因する衝撃により、ガス充填装置（特に、ガスを流通させる配管等）から異音（例えば、１００ｄＢ程度の金属音等）が発生する可能性が高くなる。また、圧力脈動によりガス充填装置に負荷がかかり、ガス充填装置の故障の原因になる可能性が高くなる。

　ここで、ＦＣ車両への燃料ガスの時間当たりの充填量は、今後益々増加すると予測されている。ＦＣ車両への燃料ガスの時間当たりの充填量が増加すると、当該燃料ガスの最高充填圧力が高くなり、これに伴って、燃料ガス供給源の圧力（元圧）も増加する可能性が高い。このように、燃料ガスの充填流量や燃料ガス供給源の圧力が増加すると、充填開始直後の圧力変動がさらに大きくなり、この圧力変動に起因する衝撃も大きくなることが懸念される。したがって、前記衝撃による異音の発生やガス充填装置にかかる負荷の増加に対する対策が今後益々望まれる。

　なお、実施形態１では、小流量充填ライン２０から燃料ガスを充填した状態で、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填した場合について説明したが、これに限らず、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填する際に、小流量充填ライン２０からの燃料ガスの充填を停止（第１の流量調整弁２２を閉じる）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について図面を参照して説明する。図５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である。なお、実施形態２では、実施形態１で説明した構成と同様の構成には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　図５に示すように、実施形態２に係るガス充填装置２の、実施形態１に係るガス充填装置１との異なる点は、小流量充填ライン２０に、第１の流量調整弁２２に替えて減圧弁２４及び遮断弁２５を配設した点である。すなわち、実施形態２に係るガス充填装置２は、上流部２１から供給された燃料ガスの圧力を減圧することで、燃料ガスの流量を小流量にするよう構成されている。

　ガス充填装置２のガス充填装置２の小流量充填ライン２０は、接続流路１１に連通された上流部２１と、上流部２１に連通され且つ上流部２１から所定圧力で供給される燃料ガスの圧力を、当該所定圧力よりも減圧する減圧弁２４と、減圧弁２４の下流側に連通された遮断弁２５から供給された燃料ガスを合流充填ライン４０に供給する下流部２３とを備えている。減圧弁２４及び遮断弁２５には、制御装置５０が接続されており、この制御装置５０によって減圧弁２４の開度、遮断弁２５の開閉が制御されるようになっている。なお、遮断弁２５は、燃料ガス充填時以外は閉じた状態となっている。

　次に、実施形態２に係るガス充填装置２の具体的動作について説明する。ＦＣ車両１００に燃料ガスを充填する際は、先ず、充填ノズル４２をＦＣ車両１００の燃料供給口１０２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２５及び第２の流量調整弁３２は、共に閉じられている。次に、制御装置５０は、ＦＣ車両１００に配設されている前記測定装置から、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等の情報を受信し、この情報に応じて、図３に示すように、減圧弁２４の開度を決定し、遮断弁２５を閉状態から開状態にする。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、接続流路１１から上流部２１に流れ、減圧弁２４によって減圧された（小流量となった）燃料ガスが下流部２３及び合流充填ライン４０を通過し、充填ノズル４２から燃料供給口１０２を経て、ガス貯留容器１０１に充填される。この時、圧力計４１は、合流充填ライン４０の内部を流通する燃料ガスの圧力を測定し、この測定した圧力値（情報）を制御装置５０に送信する。そして、制御装置５０は、この受信した圧力値が、予め設定されている閾値Ａ（図２参照）を超えたか否かを判断し、閾値Ａを超えるまで、小流量充填ライン２０を通過した燃料ガスのみが充填されるように制御する。

　このように、ガス充填初期は、減圧弁２４により減圧された燃料ガスが小流量充填ライン２０から充填されるため、ガス充填初期における圧力変動を小さくすることができる。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができる。また、圧力脈動に起因してガス充填装置２に付与される負荷を抑制することができる。

　なお、減圧弁２４は、上流部２１から供給される燃料ガスの圧力に関わらず、下流部２３の圧力を一定の圧力（この圧力は、減圧弁２４の開度に基づく）に維持することができる。したがって、上流部２１の圧力に応じて、減圧弁２４の開度を制御する必要がなく、制御方法をさらに簡略化することができる。

　次に、制御装置５０は、受信した圧力値が所定の閾値Ａ（図２参照）を超えた際に、第２の流量調整弁３２を閉状態から開状態となるよう制御する。なお、実施形態２では、この時、遮断弁２５は開状態を維持しておく。この動作により、ガス貯留容器１０１には、実施形態１と同様に、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０の両方を通過した燃料ガスが充填されるため、燃料ガスの充填量（時間当たりの流量）が増加するが、ガス貯留容器１０１には、既に小流量充填ライン２０を通過した所定量の燃料ガスが充填されているため、圧力変動が大きくなることが抑制される。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができると共に、圧力脈動に起因してガス充填装置２に付与される負荷を抑制することができる。また、第２の流量調整弁３２が開状態となった時点から、燃料ガスの充填量が増加するため、ガス貯留容器１０１に燃料ガスを充填する時間を短縮することができる。

　また、制御装置５０は、第２の流量調整弁３２が開状態の際に、ＦＣ車両１００に配設されている前記測定装置から、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等の情報を受信し、この情報に応じて第２の流量調整弁３２の開度を制御する。このように、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等に応じて、第２の流量調整弁３２の開度を制御することで、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させるという条件を満たしたうえで、最大限となる流量で燃料ガスを充填することができるため、燃料ガス充填時間の短縮を効率よく行うことができる。また、充填される燃料ガスの流量は、減圧弁２４及び第２の流量調整弁３２の２つにより制御されるため、小流量から大流量に渡って広範囲且つ高精度で制御することができる。

　なお、実施形態２では、小流量充填ライン２０から燃料ガスを充填した状態で、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填した場合について説明したが、これに限らず、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填する際に、小流量充填ライン２０からの燃料ガスの充填を停止（遮断弁２５を閉じる）してもよい。

　また、実施形態２では、減圧弁２４の開度を、燃料ガスが充填されるガス貯留容器１０１の圧力や温度によって予め決定し、この開度を維持した状態で、燃料ガスの充填を行った場合について説明したが、これに限らず、例えば、減圧弁２４としてエアー式の減圧弁を使用し、ＦＣ車両１００に配設されている前記測定装置から、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等の情報を受信し、この情報に応じて減圧弁２４の開度を制御してもよい。このように減圧弁２４の開度を制御することで、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させ且つ燃料ガス充填時間をさらに短縮することができる最適な条件で燃料ガスを充填させることができる。

　そしてまた、実施形態２では、小流量充填ライン２０に遮断弁２５を配設し、この遮断弁２５によって燃料ガスの充填及び充填停止を行う場合について説明したが、これに限らず、減圧弁２４を閉状態とした際に、燃料ガスの流れを遮断可能であれば、遮断弁２５を配設しなくてもよい。

（実施形態３）
　次に、本発明の実施形態３に係るガス充填装置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３に係るガス充填装置の構成を模式的に示す図である。なお、実施形態３では、実施形態１及び２で説明した構成と同様の構成には、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

　図６に示すように、実施形態３に係るガス充填装置２の、実施形態２に係るガス充填装置２との異なる点は、小流量充填ライン２０に、減圧弁２４に替えてオリフィス２６を配設した点である。すなわち、ガス充填装置３の小流量充填ライン２０は、接続流路１１に連通された上流部２１と、上流部２１に連通されたオリフィス２６と、オリフィス２６の下流側に連通された遮断弁２５から供給された燃料ガスを合流充填ライン４０に供給する下流部２３とを備えている。遮断弁２５には、実施形態２と同様に、制御装置５０が接続されており、遮断弁２５は、燃料ガス充填時以外は閉じた状態となっている。

　オリフィス２６は、下流側の開口径（内径）が上流側の開口径（内径）よりも小さく構成されており、上流部２１から供給された燃料ガスの流量を小流量にして下流部２３に供給するよう構成されている。

　次に、実施形態３に係るガス充填装置３の具体的動作について説明する。ＦＣ車両１００に燃料ガスを充填する際は、先ず、充填ノズル４２をＦＣ車両１００の燃料供給口１０２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２５及び第２の流量調整弁３２は、共に閉じられている。次に、制御装置５０は、遮断弁２５を閉状態から開状態にし、ガス供給源１０から供給された燃料ガスを、接続流路１１から上流部２１、オリフィス２６、下流部２３、合流充填ライン４０へと順に通過させ、当該燃料ガスは、充填ノズル４２から燃料供給口１０２を経て、ガス貯留容器１０１に充填される。この時、圧力計４１は、合流充填ライン４０の内部を流通する燃料ガスの圧力を測定し、この測定した圧力値（情報）を制御装置５０に送信する。そして、制御装置５０は、この受信した圧力値が、予め設定されている閾値Ａ（図２参照）を超えたか否かを判断し、閾値Ａを超えるまで、小流量充填ライン２０を通過した燃料ガスのみが充填されるように制御する。

　このように、ガス充填初期は、オリフィス２６により小流量となった燃料ガスが小流量充填ライン２０から充填されるため、ガス充填初期における圧力変動を小さくすることができる。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができる。また、圧力脈動に起因してガス充填装置３に付与される負荷を抑制することができる。

　なお、オリフィス２６は構成が簡単で安価であり、制御装置５０による制御を行う必要がないため、ガス充填装置３のコストをより削減することができると共に、制御方法をさらに簡略化することができる。

　次に、制御装置５０は、受信した圧力値が所定の閾値Ａ（図２参照）を超えた際に、第２の流量調整弁３２を閉状態から開状態となるよう制御する。なお、実施形態３では、この時、遮断弁２５は開状態を維持しておく。この動作により、ガス貯留容器１０１には、実施形態１と同様に、小流量充填ライン２０及び大流量充填ライン３０の両方を通過した燃料ガスが充填されるため、燃料ガスの充填量（時間当たりの流量）が増加するが、ガス貯留容器１０１には、既に小流量充填ライン２０を通過した所定量の燃料ガスが充填されているため、圧力変動が大きくなることが抑制される。したがって、圧力変動に起因する衝撃を緩和させることができ、異音の発生を抑制することができると共に、圧力脈動に起因してガス充填装置２に付与される負荷を抑制することができる。また、第２の流量調整弁３２が開状態となった時点から、燃料ガスの充填量が増加するため、ガス貯留容器１０１に燃料ガスを充填する時間を短縮することができる。

　また、制御装置５０は、実施形態２と同様に、第２の流量調整弁３２が開状態の際に、ＦＣ車両１００に配設されている前記測定装置から、ガス貯留容器１０１内の圧力及び温度等の情報を受信し、この情報に応じて第２の流量調整弁３２の開度を制御するため、前記圧力変動に起因する衝撃をより緩和させると共に、燃料ガス充填時間の短縮を効率よく行うことができる。また、充填される燃料ガスの流量は、オリフィス２６及び第２の流量調整弁３２の２つにより制御されるため、小流量から大流量に渡って広範囲且つ高精度で制御することができる。

　なお、実施形態３では、小流量充填ライン２０から燃料ガスを充填した状態で、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填した場合について説明したが、これに限らず、大流量充填ライン３０から燃料ガスを充填する際に、小流量充填ライン２０からの燃料ガスの充填を停止（遮断弁２５を閉じる）してもよい。

Claims

　燃料被供給体のガス貯留容器に接続され、当該前記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、前記ガス貯留容器に大流量の燃料ガスを充填する大流量充填ラインと、
　前記ガス供給源に接続され、前記ガス貯留容器に、前記大流量充填ラインよりも小流量の燃料ガスを充填する小流量充填ラインと、
　前記大流量充填ライン及び小流量充填ラインを流通する燃料ガスの流量を制御する制御手段と、
　を備え、
　前記制御手段は、前記小流量充填ラインから所定量の燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填を開始した後、前記大流量充填ラインから前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填を開始するよう、当該燃料ガスの流量を制御するガス充填装置。
　前記小流量充填ラインの下流側と、前記大流量充填ラインの下流側を合流させる合流充填ラインと、
　前記合流充填ラインに配設され、当該合流充填ラインを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力計と、
　をさらに備え、
　前記制御手段は、前記圧力計で測定された圧力が所定の閾値を超えたか否かを判断し、当該圧力が当該閾値を超えた際に、前記大流量充填ラインから前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填するよう当該燃料ガスの流量を制御する請求項１記載のガス充填装置。
　前記小流量充填ライン及び大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を各々配設し、
　前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記流量調整弁の開度を各々制御する請求項１または請求項２記載のガス充填装置。
　前記小流量充填ラインに、減圧弁を配設し、
　前記大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を配設し、
　前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記流量調整弁の開度を制御する請求項１または請求項２記載のガス充填装置。
　前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記減圧弁の開度を制御する請求項４記載のガス充填装置。
　前記小流量充填ラインの減圧弁より下流側に、前記燃料ガスの流通を遮断する遮断弁を配設してなる請求項４または請求項５記載のガス充填装置。
　前記小流量充填ラインに、上流側の燃料ガス流量より下流側の燃料ガス流量を少なくさせるオリフィスを配設し、
　前記大流量充填ラインに、前記燃料ガスの流量を調整する流量調整弁を配設し、
　前記制御手段は、前記燃料被供給体から送信される情報に応じて、前記流量調整弁の開度を制御する請求項１または請求項２記載のガス充填装置。
　前記小流量充填ラインのオリフィスより下流側に、前記燃料ガスの流通を遮断する遮断弁を配設してなる請求項７記載のガス充填装置。
　燃料被供給体のガス貯留容器に燃料ガス供給源から供給された燃料ガスを充填するガス充填方法であって、
　前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの流量を小流量に調整する小流量充填ラインを介して、前記ガス貯留容器に充填する小流量充填工程と、
　前記小流量充填ラインを介して所定量の燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填した後、前記燃料ガス供給源から供給される燃料ガスの流量を前記小流量充填工程よりも大流量に調整する大流量充填ラインを介して、前記ガス貯留容器に充填する大流量充填工程と、
　を備えたガス充填方法。
　前記小流量充填ラインの下流側と、前記大流量充填ラインの下流側を合流した合流充填ラインを流通する燃料ガスの圧力を測定する圧力測定工程と、
　前記圧力測定工程で測定された圧力が所定の閾値を超えたか否かを判断する圧力判断工程と、
　をさらに備え、
　前記大流量充填工程は、前記圧力が当該閾値を超えた際に、前記燃料ガスを前記ガス貯留容器に充填する工程を有する請求項９記載のガス充填方法。
　前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、
　前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有し、
　前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有する請求項９または請求項１０記載のガス充填方法。
　前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、
　前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された減圧弁の開度を設定する工程を有し、
　前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有する請求項９または請求項１０記載のガス充填方法。
　前記小流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインに配設された減圧弁の開度を制御する工程を有する請求項１２記載のガス充填方法。
　前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインの減圧弁より下流側における前記燃料ガスの流通を遮断する工程をさらに備えた請求項１２または請求項１３記載のガス充填方法。
　前記燃料被供給体から送信される情報を受信する情報受信工程をさらに備え、
　前記小流量充填工程は、前記小流量充填ラインに配設されたオリフィスにより、上流側の燃料ガス流量より下流側の燃料ガス流量を少なくする工程を有し、
　前記大流量充填工程は、前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記大流量充填ラインに配設された流量調整弁の開度を制御する工程を有する請求項９または請求項１０記載のガス充填方法。
　前記情報受信工程で受信した情報に応じて、前記小流量充填ラインのオリフィスより下流側における前記燃料ガスの流通を遮断する工程をさらに備えた請求項１５記載のガス充填方法。