JP2007024152A

JP2007024152A - ガス供給装置

Info

Publication number: JP2007024152A
Application number: JP2005205999A
Authority: JP
Inventors: Teruo Kasuya; 晃夫粕谷
Original assignee: Tokico Technology Ltd
Current assignee: Tokico System Solutions Co Ltd
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2005-07-14
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】本発明はガス供給終了後にガス充填ホース内の圧力差を補正する際にガスの温度上昇に伴う体積膨脹分も考慮して補正ことを課題とする。
【解決手段】制御装置１６は、ガス供給前におけるガス供給経路１８内のガス供給開閉弁２２よりも下流側のガス量を、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積と温度センサ２７の温度検出値と圧力センサ３０の圧力検出値とに基づいて演算する供給前ガス量演算手段と、ガス供給終了後におけるガス供給経路１８内のガス供給開閉弁２２よりも下流側のガス量を、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積と温度センサ４７の温度検出値と圧力センサ３０の圧力検出値とに基づいて演算する供給終了後ガス量演算手段と、上記供給前ガス量と供給後ガス量とのガス量差を演算し、流量計２６により測定された供給量からガス量差分を減算して燃料タンク１２に供給されたガス供給量を演算する充填量演算手段とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はガス供給装置に係り、特に被供給体に供給されるガスの供給量を正確に演算するよう構成されたガス供給装置に関する。

ガス供給装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵しておき、ガス充填ホースの接続カップリングを被供給体側の接続カップリングに接続し、ガス充填ホースの先端部に連通された三方弁を切り替え操作することによりガス蓄圧器に貯蔵されたガスを例えば、自動車の燃料タンク（被供給体）に充填するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

上記ガス供給装置では、圧力センサにより測定されたガス充填開始前圧力値と充填終了時点のガス充填終了圧力値との圧力差を求め、この圧力差に流量計より下流のガス供給管路及び充填ホースの容積を乗算して充填補正値を演算している。そして、演算した充填補正量を総充填量から減算することにより、充填ホースの残留圧力の差異による流量誤差を補正することにより、ガス充填開始前圧力値とガス充填終了圧力値との圧力差による誤差を無くしている。
特開２００４−２５７５２５号公報

しかしながら、上記従来のガス供給装置においては、ガス充填開始前圧力値とガス充填終了圧力値との圧力差による誤差を補正する際に、ガス充填時の圧力上昇に伴う温度上昇によってガスが体積膨脹することを考慮しておらず、ガス充填開始前のガス温度とガス充填終了のガス温度との温度差に伴う熱膨脹による増加量を正確に補正できず、その分計測されたガス充填量を補正したガス供給量値に誤差が生じるという問題があった。

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。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、圧縮されたガスを供給するガス供給経路の下流端部に設けられた充填カップリングと、
前記ガス供給経路に設けられた弁と、
該弁の開弁により前記ガス供給経路を流れる供給量を測定する流量測定部と、
前記ガス供給経路内の前記弁が設けられた位置よりも下流側に設けられ、当該ガス供給経路内のガスの圧力を測定する圧力測定部と、
前記流量測定部により測定された供給量または前記圧力測定部により測定された圧力が、予め定められた充填終了の目標値になった場合に前記弁を閉弁する制御手段と、
を有するガス供給装置において、
前記ガス供給経路を流れるガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記被供給体へのガス供給前における前記ガス供給経路内の前記弁よりも下流側のガス量を、前記弁より下流の前記ガス供給経路の容積と前記温度測定手段により測定された温度データと前記圧力測定部により測定された圧力値とに基づいて演算する供給前ガス量演算手段と、
前記被供給体へのガス供給終了後における前記ガス供給経路内の前記弁よりも下流側のガス量を、前記弁より下流の前記ガス供給経路の容積と前記温度測定手段により測定された温度データと前記圧力測定部により測定された圧力値とに基づいて演算する供給終了後ガス量演算手段と、
前記流量測定部により測定された供給量から前記供給前ガス量演算手段により演算された供給前ガス量と前記供給終了後ガス量演算手段により演算された供給後ガス量とのガス量差を減算して前記被供給体に供給されたガス供給量を演算する充填量演算手段と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、被供給体へのガス供給前及びガス供給終了後におけるガス供給経路内の弁よりも下流側のガス量を、弁より下流のガス供給経路の容積と温度測定手段により測定された温度データと圧力測定部により測定された圧力値とに基づいて演算し、流量測定部により測定された供給量から供給前ガス量演算手段により演算された供給前ガス量と供給終了後ガス量演算手段により演算された供給後ガス量とのガス量差を減算して被供給体に供給されたガス供給量を演算するため、ガス充填開始前のガス温度とガス充填終了のガス温度との温度差に伴う熱膨脹による増加量を正確に補正でき、ガス供給前のガス温度とガス供給終了後の圧力上昇に伴う上昇温度とによって生じるガスの体積膨脹差を考慮することができ、その分計測されたガス供給量を正確に補正することが可能になる。

以下、図面と共に本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。図１に示されるように、ガス供給装置１０は、例えば自動車の燃料タンク（被供給体）１２に圧縮したガス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。尚、供給されるガスとしては、圧縮天然ガスなどの高圧に圧縮されて使用されるガス等である。

ガス供給装置１０は、大略、高圧に圧縮されたガスを貯蔵するガス蓄圧器（ガス供給源）１４と、ガス蓄圧器１４からのガスを燃料タンク１２に供給するためのディスペンサユニット１５と、これらディスペンサユニット１５の各機器を制御する制御装置１６とよりなる。

ディスペンサユニット１５には、ガス蓄圧器１４に連通されたガス供給経路１８が設けられており、ガス供給経路１８には、１次圧力計２０、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、流量計（流量測定手段）２６、圧力センサ(圧力測定手段)３０、２次圧力計３２、安全弁３４が配設されている。

さらに、ガス供給経路１８の下流には、緊急離脱カプラ４２を介してガス充填ホース４４が接続されている。そして、ガス充填ホース４４の先端には、燃料タンク１２の充填口１２ａに結合される充填カップリング４６が設けられている。また、充填カップリング４６は、脱圧ホース３６が設けられており、脱圧ホース３６の他端は、ガス放散口３８に連通されている。また、ガス供給経路１８から分岐する脱圧経路３７には、ガス放散口３８へのガス放出を行なう脱圧弁４０が設けられている。また、燃料タンク１２と充填口１２ａとの間には、逆流を防止する逆止弁１３が設けられている。

充填カップリング４６は、後述するように供給されるガス温度を測定する温度センサ（温度測定手段）４７が設けられている。この温度センサ４７は、充填カップリング４６を介して燃料タンク１２に供給されるガスの温度を測定し、その温度検出信号を制御装置１６に出力する。そして、制御装置１６では、後述するようにガス充填ホース４４に供給されたガス供給量を演算する際に測定された温度に対する基準温度（例えば、１５°Ｃ）の流量に換算して温度補正演算を行なう。

また、ディスペンサユニット１５には、充填カップリング４６が燃料タンク１２の充填口１２ａに結合されて操作される充填開始スイッチ５０と、充填を停止する充填停止スイッチ５２と、脱圧弁４０を開弁させてガス供給経路１８のガスを脱圧する場合に操作されるホース内脱圧スイッチ５４とが設けられている。また、ガス蓄圧器１４とガス供給経路１８との間を連通するガス供給経路５６には、電磁弁からなる元弁５７と、逆流を防止する逆止弁５８とが設けられている。

制御装置１６は、予めメモリ４８に記憶された制御則に基づいて上記ディスペンサユニット１５に配置された各機器を制御しており、充填開始スイッチ５０がオンに操作されると、流量計２６により計測された流量計測値が目標流量となるように制御弁２４の弁開度を制御する。

また、メモリ４８には、燃料タンク１２へのガス供給前におけるガス供給経路１８内のガス供給開閉弁２２よりも下流側のガス量を、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積と温度センサ２７により測定された温度データと圧力センサ３０により測定された圧力値とに基づいて演算する制御プログラム（供給前ガス量演算手段）と、燃料タンク１２へのガス供給終了後におけるガス供給経路１８内のガス供給開閉弁２２よりも下流側のガス量を、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積と温度センサ４７により測定された温度データと圧力センサ３０により測定された圧力値とに基づいて演算する制御プログラム（供給終了後ガス量演算手段）と、流量計２６により測定された供給量から供給前ガス量演算手段により演算された供給前ガス量と供給終了後ガス量演算手段により演算された供給後ガス量とのガス量差を減算して燃料タンク１２に供給されたガス供給量を演算する制御プログラム（充填量演算手段）と、が格納されている。制御装置１６は、メモリ４８に格納された各制御プログラムを読み込んで圧力及び温度を考慮した補正演算を行なって燃料タンク１２に供給されたガス量を正確に演算する。

図２は制御装置１６に接続された各機器を示すブロック図である。図２に示されるように、制御装置１６は、ガス供給開閉弁２２、制御弁２４、流量計２６、圧力センサ３０、脱圧弁４０、温度センサ４７、メモリ４８、充填開始スイッチ５０、充填停止スイッチ５２、元弁５７、ホース内脱圧スイッチ５４、ノズルスイッチ６７と接続されている。

また、流量計２６は、コリオリ式質量流量計からなり、ガス供給経路１８を通過して供給されるガスの流量を測定し、流量に応じた信号を制御装置１６に出力する。

また、ガス供給開閉弁２２及び脱圧弁４０は、電磁弁などからなり、制御装置１６からの開弁信号のオン、オフにより開弁または閉弁する。

また、制御弁２４は、制御装置１６の指令により任意の弁開度に調整され、予め設定された制御則に基づいてガスの圧力または流量を制御するように動作する。

図３はディスペンサユニット１５の正面図である。図４は充填カップリング４６を拡大して示す側面図である。図３及び図４に示されるように、ディスペンサユニット１５は、筐体６０の内部には、上記機器と制御装置１６及びメモリ４８を収納する耐圧防爆ケース６１が設けられている。さらに、筐体６０の前面には、供給されたガス供給量を表示する表示器６２が設けられている。

また、筐体６０の側面上部には、ガス充填ホース４４の基端が連通された継ぎ手６４と、ガス充填ホース４４の先端が連通された充填カップリング４６を掛止する掛止部６６とが設けられている。この掛止部６６には、充填カップリング４６が掛止されていることを検出し、その検出信号を制御回路１６に出力するノズルスイッチ６７が設けられている。さらに、充填カップリング４６には、充填ノズル６８と、三方弁７０と、温度センサ４７とが設けられている。そして、充填カップリング４６から並列に引き出された、温度センサ４７に接続された信号線７２は、継ぎ手６４を介して筐体６２の内部に引き込まれている。

また、充填カップリング４６は、三方弁７０のホース接続部７２，７３にガス充填ホース４４、脱圧ホース３６が接続されており、ホース接続部７２に接続されたガス充填ホース４４の連結部７４の外周には、温度センサ４７が取り付けられている。従って、温度センサ４７は、ガス充填ホース４４内部を流れるガスの圧力が上昇するのに伴って上昇する温度変化を燃料タンク１２に最も近い充填カップリング４６で検出することができる。そのため、温度センサ４７は、燃料タンク１２の近くで燃料タンク１２に供給されたガスの温度を検出することが可能になる。

また、三方弁７０の上部に設けられた切替操作ハンドル７０ａは、ガス供給時は充填ノズル６８とガス充填ホース４４とを連通する位置に回動操作され、ガス供給終了後の脱圧時は充填ノズル６８と脱圧ホース３６とを連通する位置に回動操作される。

ここで、制御装置１６が実行するガス充填制御処理について図５のフローチャートを参照して説明する。作業員は、ガス充填を受ける自動車が到着すると、充填カップリング４６を燃料タンク１２の充填口１２ａに結合させた後、三方弁７０の切替操作ハンドル７０ａを回動操作して充填ノズル６８とガス充填ホース４４とを連通させる。これにより、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８及びガス充填ホース４４に充填されたガスが燃料タンク１２に流入する。

制御装置１６は、図５に示すＳ１１でカップリング４６が筐体６０の掛止部６６(図３参照)から外されてノズルスイッチ６７がオフになると、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８及びガス充填ホース４４内のガス量を演算する。この燃料タンク１２へのガス供給開始前の初期段階での演算では、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積、及びガス充填ホース４４の内径と全長からホース内容積を求め、その容積値に圧力センサ３０により検出された圧力値を乗算してガス供給開始前のガス量が得られる。

次のＳ１２で、充填開始スイッチ５０がオンに操作されると、Ｓ１３に進み、温度センサ４７により検出された現在のガス温度Ｔを読み込む。そして、ガス供給開始前のガス量を基準温度に対するガス量Ｖ_ＴＡに換算し、この温度補正されたガス量Ｖ_ＴＡをメモリ４８に記憶する。

次のＳ１４では、ガス蓄圧器１４の元弁５７、ガス供給経路１８のガス供給開閉弁２２、制御弁２４を開弁する。これにより、ガス蓄圧器１４に蓄圧されたガスがガス供給経路１８及びガス充填ホース４４を介して燃料タンク１２に供給される。

続いて、Ｓ１５に進み、圧力センサ３０により検出された圧力値Ｐを読み込み、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達したか否かを確認する。このＳ１５において、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達していないときは、Ｓ１６に進み、温度センサ４７により検出された温度検出信号を読み込み、現在の検出温度Ｔが予め設定された第１設定温度Ｔ_Ａより高いか否かを確認する。このＳ１６において、現在の検出温度Ｔが第１設定温度Ｔ_Ａ未満のときは、燃料タンク１２に充填されたガス温度がまだ低いので、Ｓ１７に進み、圧力センサ３０により検出された圧力値Ｐを読み込み、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達したか否かを確認する。

Ｓ１７において、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達していないときは、まだガス供給を継続するため、上記Ｓ１６に戻り、Ｓ１６、Ｓ１７の処理を繰り返す。また、Ｓ１７において、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達したときは、Ｓ１８に進み、ガス蓄圧器１４の元弁５７、ガス供給経路１８のガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁する。

この後、Ｓ１９では、燃料タンク１２へのガス供給終了後の段階でのガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８及びガス充填ホース４４内のガス量を演算する。この演算では、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積、及びガス充填ホース４４の内径と全長からホース内容積を求め、その容積値に圧力センサ３０により検出された目標圧力Ｐ_０を乗算してガス供給終了後のガス量が得られる。さらに、温度センサ４７により検出された現在のガス温度Ｔを読み込む。そして、ガス供給終了後のガス量を基準温度に対するガス量Ｖ_ＴＢに換算し、この温度補正されたガス量Ｖ_ＴＢをメモリ４８に記憶する。

続いて、Ｓ２０に進み、当該燃料タンク１２に対するガス充填が完了したか否かを確認する。このＳ２０において、三方弁７０の切替操作ハンドル７０ａが回動操作されて、充填ノズル６８と脱圧ホース３６とを連通させて充填カップリング４６内部を脱圧し、充填カップリング４６を筐体６０の掛止部６６(図３参照)に掛止してノズルスイッチ６７をオンにするか、あるいは、充填停止スイッチ５２がオンに操作された場合に充填完了と判断してＳ２１に進む。

Ｓ２１では、上記メモリ４８に記憶された温度補正されたガス量Ｖ_ＴＡ，Ｖ_ＴＢを読み込み、供給開始前の温度補正されたガス量Ｖ_ＴＡと供給終了後の温度補正されたガス量Ｖ_ＴＢとを比較し、差（Ｖ_ＴＡ＜Ｖ_ＴＢ）がある場合には、両者のホース内ガス量差（Ｖ_ＴＢ−Ｖ_ＴＡ）を求め、流量計２６により計測されたガス供給量からホース内ガス量差（Ｖ_ＴＢ−Ｖ_ＴＡ）を減算し、逆（Ｖ_ＴＡ＞Ｖ_ＴＢ）の場合は、両者のホース内ガス量差（Ｖ_ＴＡ−Ｖ_ＴＢ）を求め、流量計２６により計測されたガス供給量からホース内ガス量差（Ｖ_ＴＡ−Ｖ_ＴＢ）を加算する。これにより、流量計２６により計測されたガス供給量を圧力差及び温度差に影響を受けないように補正されたガス供給量を正確に演算することができる。

次のＳ２２では、メモリ４８に記憶されたガス量Ｖ_ＴＡ，Ｖ_ＴＢをクリアする。これで、今回のガス充填制御処理が終了する。

また、上記Ｓ１６において、現在の検出温度Ｔが第１設定温度Ｔ_Ａ以上のときは、燃料タンク１２に充填されたガス温度が高いので、Ｓ２６に移行して現在の検出温度Ｔが予め設定された第２設定温度Ｔ_Ｂ（＞Ｔ_Ａ）より高いか否かを確認する。このＳ２６において、現在の検出温度Ｔが第２設定温度Ｔ_Ｂ未満のときは、燃料タンク１２に充填されたガス温度が許容温度より低いので、Ｓ２７に進み、制御弁２４の弁開度を１段絞り、燃料タンク１２へのガス供給の流速を減速させる。これにより、燃料タンク１２に充填されたガスの温度上昇を抑えることが可能になる。その後、上記Ｓ１６に戻り、Ｓ１６以降の処理を行なう。

また、上記Ｓ２６において、現在の検出温度Ｔが第２設定温度Ｔ_Ｂ以上のときは、燃料タンク１２に充填されたガス温度が許容温度を超えているので、Ｓ２８に進み、ガス蓄圧器１４の元弁５７、ガス供給経路１８のガス供給開閉弁２２、制御弁２４を閉弁してガス供給を緊急停止すると共に、警報を発して異常が発生したことを報知する。この後、全ての処理を中止する。

このように、上記Ｓ１３で演算、記憶したガス供給前のガス供給経路内に供給されたガス供給量と、上記Ｓ１９で演算、記憶したガス供給終了後のガス供給経路内に供給されたガス供給量を、ガス供給開閉弁２２より下流のガス供給経路１８の容積と温度センサ４７により測定された温度データと圧力センサ３０により測定された圧力値とに基づいて演算するため、ガス充填開始前のガス温度とガス充填終了のガス温度との温度差に伴う熱膨脹による増加量を正確に補正でき、ガス供給前のガス温度とガス供給終了後の圧力上昇に伴う上昇温度とによって生じるガスの体積膨脹差を考慮することができ、その分計測されたガス供給量を正確に補正することが可能になる。

尚、上記実施例で供給されるガスは、例えば、ＣＮＧ、燃料電池車で消費される水素ガス、あるいはブタン、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。

また、上記実施例では、自動車の燃料タンク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。

また、上記実施例では、上記Ｓ１７において、現在の充填圧力Ｐが目標圧力Ｐ_０に達したか否かを確認したが、これに限らず、Ｓ１７において、流量計２６により計測された現在の充填供給量（積算流量）が目標供給量に達したか否かを確認するようにしても良い。

本発明になるガス供給装置の一実施例を示す概略構成図である。制御装置１６に接続された各機器を示すブロック図である。ディスペンサユニット１５の正面図である。充填カップリング４６を拡大して示す側面図である。制御装置１６が実行するガス充填制御処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ガス供給装置
１２燃料タンク
１４ガス蓄圧器
１５ディスペンサユニット
１６制御装置
１８ガス供給経路
２２ガス供給開閉弁
２４制御弁
２６流量計
２４ガス供給開閉弁
２６制御弁
３０圧力センサ
４０脱圧弁
４６充填カップリング
４７温度センサ
４８メモリ
５０充填開始スイッチ

Claims

圧縮されたガスを供給するガス供給経路の下流端部に設けられた充填カップリングと、
前記ガス供給経路に設けられた弁と、
該弁の開弁により前記ガス供給経路を流れる供給量を測定する流量測定部と、
前記ガス供給経路内の前記弁が設けられた位置よりも下流側に設けられ、当該ガス供給経路内のガスの圧力を測定する圧力測定部と、
前記流量測定部により測定された供給量または前記圧力測定部により測定された圧力が、予め定められた充填終了の目標値になった場合に前記弁を閉弁する制御手段と、
を有するガス供給装置において、
前記ガス供給経路を流れるガスの温度を測定する温度測定手段と、
前記被供給体へのガス供給前における前記ガス供給経路内の前記弁よりも下流側のガス量を、前記弁より下流の前記ガス供給経路の容積と前記温度測定手段により測定された温度データと前記圧力測定部により測定された圧力値とに基づいて演算する供給前ガス量演算手段と、
前記被供給体へのガス供給終了後における前記ガス供給経路内の前記弁よりも下流側のガス量を、前記弁より下流の前記ガス供給経路の容積と前記温度測定手段により測定された温度データと前記圧力測定部により測定された圧力値とに基づいて演算する供給終了後ガス量演算手段と、
前記流量測定部により測定された供給量から前記供給前ガス量演算手段により演算された供給前ガス量と前記供給終了後ガス量演算手段により演算された供給後ガス量とのガス量差を減算して前記被供給体に供給されたガス供給量を演算する充填量演算手段と、
を備えたことを特徴とするガス供給装置。