JP6525754B2

JP6525754B2 - 液化天然ガス充填方法および装置

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Publication number: JP6525754B2
Application number: JP2015119898A
Authority: JP
Inventors: 河野　隆之; 隆之河野; 靖典大岡
Original assignee: AIR WATER PLANT & ENGINEERING INC.
Current assignee: AIR WATER PLANT & ENGINEERING INC.
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2015-06-15
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2035-06-15
Also published as: JP2017003065A

Description

本発明は、液化天然ガス車両の燃料容器に対する液化天然ガス充填方法および装置に関するものである。

いま、これからの化石燃料として液化天然ガス（ＬＮＧ）が注目されている。これまで主流であった石炭や石油は、残存する埋蔵量の枯渇が心配されている。一方ＬＮＧは、シェールガスに代表されるように、利用の実用化が急激に進んでいる。このようなＬＮＧは、これから利用の拡大が期待されているエネルギー源であり、その取り扱い量は今後ますます増えていくと考えられる。

ＬＮＧの輸送は、アメリカや中国などの大陸ではパイプラインが主流である。日本のような島国で自国での産出量が少ない国は、他国から海運によって輸送されることが多い。この場合は、ＬＮＧをバッチで取り扱うことになり、貯槽や容器に充填する機会が多くなる。

また、ＬＮＧを工場プラントのような大掛かりな設備における燃料として利用するだけでなく、ＬＮＧを駆動源とした車両の開発も、これから増えていくと考えられる。

日本でも現在、都市部を中心に天然ガス駆動の車両が普及しはじめている。いま使われている車両は、燃料容器に圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が充填されたＣＮＧ車両である。しかし、ＣＮＧ車両は、一回の燃料充填による航続距離が短いという欠点がある。このため、ＣＮＧ車両の利用は、都市部の近郊に限られているのが実情である。

ＬＮＧであればＣＮＧに比べ、単位体積あたりのエネルギー密度が約３倍と高い。したがって、燃料容器にＬＮＧを搭載して駆動用の燃料として用いれば、ＣＮＧ車両と比較して航続距離が大幅に伸びることになる。このようなＬＮＧ車両が実現すれば、都市部の近郊に限らず、長距離輸送など、その利用範囲が大幅に拡大する。

本出願人は、ＬＮＧを容器に充填する方法に関する先行技術として、下記の特許文献１を把握している。
本出願人は、液化ガス燃料の充填方法に関する先行技術として、下記の特許文献２を把握している。
本出願人は、上記のようなＬＮＧ車両に関する先行技術として、下記の非特許文献１を把握している。
本出願人は、ＬＮＧ車両用の燃料容器に関する先行技術として、下記の非特許文献２を把握している。

特許文献１は、液化天然ガスの充填方法に関するものである。特許文献１にはつぎの記載がある。
［要約］
［課題］タンクローリーからの液化天然ガスの充填に際して発生するボイルオフガスをタンクローリー内の昇圧に利用してボイルオフガスの処理において発生する制約を緩和する、あるいは、大気中への放散量を減少する。
［解決手段］第１の貯蔵タンク１の上部から排出されるボイルオフガスを第４の配管１８の一部から第１のタンクローリー用配管２１および第１の液化天然ガス充填配管２の一部を通じてタンクローリーＴＬの底部側に供給し、第１の貯蔵タンク１内の圧力を減少するとともに、タンクローリーＴＬ内の圧力を増加する。その後、第１の貯蔵タンク１からタンクローリーＴＬへのボイルオフガスの供給を停止し、ローリー用加圧器２９によりタンクローリーＴＬ内の圧力を設定圧力まで昇圧し、第１の液化天然ガス充填配管２を通じてタンクローリーＴＬ内の液化天然ガスを第１の貯蔵タンク１に充填供給する。

特許文献２は、液化ガス燃料の充填方法に関するものである。特許文献２にはつぎの記載がある。
［要約］
［課題］液化ガス燃料が規定流量以上に流出することを防ぐ過流防止弁が作動しているか否かを、運転者が運転中に確認することができる液化ガス燃料の充填システムと、その充填方法を提供する。
［解決手段］メインタンク４内のＤＭＥの気相Ｇａの充填先圧力Ｐａと、サブタンク５（貯槽３１）内のＤＭＥの気相Ｇｂ（Ｇｓ）の充填元圧力Ｐｂ（Ｐｓ）との差圧ΔＰが、予め定めた差圧判定値Ｐｎ以上の場合に、過流防止弁１７が流通路１２を遮断したと判断し、過流防止弁１７が流通路１２を遮断し、警告灯４２（５７）を点灯させるＣＵ４１（５６）を備える。

非特許文献１は、液化天然ガス自動車（ＬＮＧ自動車）の技術動向と最新事例に関するものである。非特許文献１には、下記の事項が記載されている。目次を掲載する。
第２項液化天然ガス自動車（ＬＮＧ自動車）の技術動向と最新事例
はじめに
１．液化天然ガス自動車（ＬＮＧ自動車）の技術動向
２．液化天然ガス自動車（ＬＮＧ自動車）の最新事例
２．１ＬＮＧ供給装置の課題
２．１．１燃料供給装置
２．１．２ＬＮＧ濃縮（ウェザリング）対策
２．１．３ガス漏洩検知対策
２．２新たなＬＮＧ燃料供給装置の検討
２．１．１外部加圧方式
２．３大型ＬＮＧトラック技術開発
２．３．１開発目標
２．３．２開発した大型ＬＮＧトラックの実走行試験
２．３．３チャレンジ公道走行試験の実施
２．４大型ＬＮＧトラックの改善に向けた今後の課題

非特許文献２は、液化天然ガスの車両用燃料タンクに関するものである。非特許文献２には、燃料タンクの内部にアレッジタンク（ＵｌｌａｇｅＴａｎｋ）と呼ばれる小さなタンクを備え付けることが記載されている。

上記アレッジタンクは、隔壁によって充填室から隔てられた空間で、タンク全体の１０％程度の容積である。上記隔壁には小さな穴が開いている。充填室に充填しすぎたり、内圧が上昇しはじめたりすると、少しずつアレッジタンク内にＬＮＧが侵入する。これにより、タンク全体として内圧の急激な上昇を防止する。また、上記アレッジタンクを外気からの入熱ポイントとすることにより、充填室内の液化ガスの気化を抑制し、ボイルオフガス（ＢＯＧ）の発生を最小に食いとめる。

特開２００７−１３２４９０号公報特開２０１４−５８９９７号公報

後藤雄一；次世代自動車技術とシェール革命、株式会社情報機構、p．７０〜７９、（２０１４）ＬＮＧＶｅｈｉｃｌｅＦｕｅｌＴａｎｋＳｙｓｔｅｍＯＰＥＲＡＴＩＯＮＳＭＡＮＵＡＬ；ＮｅｘＧｅｎＦＵＥＬＩＮＧ，ＡＣｈａｒｔＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓＣｏｍｐａｎｙ

ＬＮＧ容器にＬＮＧを充填するときの充填量の検知方法は、一般につぎの方法が採られている。すなわち、容器自体の空重量を測っておき、ＬＮＧが充填されるにしたがって変化する容器全体の重量を測り、重量の増加分をＬＮＧの充填量とする方法である。

しかし、ＬＮＧ車両に燃料タンクとして搭載されたＬＮＧ容器の場合、充填のたびにＬＮＧ容器を車両から降ろして重量を測るわけにはいかない。この場合、車両を含めた重量を測定することも考えられる。ところが、数１０ｋｇ〜数１００ｋｇ程度の充填量を測定するのに、何トンもある車両ごと重量を測定するのは現実的でない。なぜなら、測定器自体の測定誤差がＬＮＧの充填量の測定誤差の許容範囲を超える場合もあるし、測定器のコストも不釣合いに高くなるからである。

また、供給側のＬＮＧ重量減少量を測定し、これをもってＬＮＧ容器への充填量とする方法も考えられる。ところが、充填の経路上でＬＮＧの一部が気化するため、供給側における重量の減少量と、車両側の充填量は一致しない。

このように、ＬＮＧ車両に燃料タンクとして搭載されたＬＮＧ容器において、正確なＬＮＧの充填量を簡便なシステムによって車両側で検知する方法が確立されていない。

また、特に貨物輸送や旅客輸送のような業務ユースを想定した場合、ほとんどすべてのケースで燃料は満タンまで補給される。したがって、ＬＮＧ車両にＬＮＧを充填する場合も、ＬＮＧが満タン状態になった充填の終点を検知できれば足りる。

ところが、現在のところ、ＬＮＧ車両にＬＮＧを充填する場合に、重量測定以外の方法でＬＮＧの充填量やＬＮＧが満タン状態になった充填の終点を検知する方法は提案されていないのが実情である。

上記特許文献１は、タンクローリーから貯蔵タンクヘの充填システムを開示するものである。しかしながら、上記特許文献１は、あくまで充填方法の提案であって、充填の終点を検知する方法については開示されていない。

上記特許文献２は、液化ガス燃料（ジメチルエーテル）を充填スタンドから車両のタンクに充填する方法が開示されている。しかしながら、上記特許文献２も、あくまで充填方法の提案であって、充填の終点を検知する方法については開示されていない。

上記非特許文献１は、ＬＮＧ自動車の技術動向と最新事例を開示するものである。しかしながら、上記非特許文献１も、ＬＮＧを充填するときの終点を検知する方法は開示していない。

上記非特許文献２は、液化天然ガスの車両用燃料タンクに関するものである。上記非特許文献２には、燃料タンクの内部にアレッジタンクを設け、内圧の急激な上昇を防止し、ボイルオフガス（ＢＯＧ）の発生を抑えることが開示されている。しかしながら、上記非特許文献２も、ＬＮＧを充填するときの終点を検知する方法は開示していない。

〔目的〕
本発明は、上記の課題を解決するためつぎの目的をもってなされたものである。
液化天然ガス車両の燃料タンクに対して液化天然ガスを充填するときに、充填の終点を正確かつ容易に検知できる液化天然ガス充填方法および装置を提供する。

請求項１記載の液化天然ガス充填方法は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
車両に搭載されて上記車両用の燃料として液化天然ガスを貯留するタンクに対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する供給ステップと、
上記供給ステップの開始により、初期状態より上昇する上記タンクの内圧が変化する所定のタイミングで上記供給ステップにおける液化天然ガスの供給を停止する停止ステップとを備え、
上記タンクが、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室と、連通路つきの隔壁で上記充填室と仕切られた予備室とを備えたものであり、
上記所定のタイミングが、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた上記充填室内の圧力が、さらに上昇したのち平衡に達した時点である。

請求項２記載の液化天然ガス充填方法は、請求項１記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記初期状態は、上記タンク内が内圧０．６ＭＰａ以下の低圧状態かつ温度−１２０℃以下の低温状態である。

請求項３記載の液化天然ガス充填方法は、請求項２記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内のガスを抜くことにより上記タンク内を上記低圧状態とする。

請求項４記載の液化天然ガス充填方法は、請求項２または３記載の構成に加え、つぎの構成を採用した。
上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内に液化天然ガスを導入することにより上記タンク内を上記低温状態とする。

請求項５記載の液化天然ガス充填装置は、上記目的を達成するため、つぎの構成を採用した。
車両に搭載されて上記車両用の燃料として液化天然ガスを貯留するタンクに対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する供給手段と、
上記供給手段によって液化天然ガスの供給を開始することにより、初期状態より上昇する上記タンクの内圧が、その後変化する所定のタイミングで上記供給手段による液化天然ガスの供給を停止する停止手段とを備え、
上記タンクが、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室と、連通路つきの隔壁で上記充填室と仕切られた予備室とを備えたものであり、
上記停止手段は、上記所定のタイミングを、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた上記充填室内の圧力が、さらに上昇したのち平衡に達した時点とする。

請求項１および５記載の発明は、車両に搭載されて上記車両用の燃料として液化天然ガスを貯留するタンクに対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する。この供給の初期から中期にわたっては、液化天然ガスがタンク内に安定したペースで流れ込み、タンク内の液量が増え続ける。このときは、初期状態より上記タンクの内圧がやや上昇している。タンク内が液化天然ガスで満たされると、それ以上液化天然ガスはタンク内に流れ込まなくなる。一方、液化天然ガスの供給源の液化天然ガスはタンク内に移動しようとするため、タンクの内圧が変化する。この所定のタイミングで上記停止手段は、上記供給手段による供給ステップにおける液化天然ガスの供給を停止する。上記タンク内は液化天然ガスで満たされている。このようにして、液化天然ガス車両の燃料タンクに対して液化天然ガスを充填するときに、充填の終点を正確かつ容易に検知できる。

また、請求項１および５記載の発明は、上記タンクの具体的構造を特定するものである。すなわち、上記タンクが、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室と、連通路つきの隔壁で上記充填室と仕切られた予備室とを備えたものである。
液化天然ガスのような燃料系の液化ガスの貯蔵では、タンクに完全にフル容量を充填してしまうと、危険性が高くなる。たとえば、外気温により液化ガスが気化して内圧が上昇し、爆発のおそれが生じてくる。燃料系のガスによる火災に繋がるおそれもある。そこで、フル充填による事故を防止するため、タンクの内部に予備室を設けたのである。
さらに、請求項１および５記載の発明は、上記所定のタイミングが、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた上記充填室内の圧力が、さらに上昇したのち平衡に達した時点である。
このようにすることにより、充填量を９０％に近い値とするまで充填することができる。

請求項２記載の発明は、上記初期状態を特定したものである。すなわち、上記初期状態は、上記タンク内が内圧０．６ＭＰａ以下の低圧状態かつ温度−１２０℃以下の低温状態である。上記タンク内が上記の低圧状態かつ低温状態であれば、上記タンクは液化天然ガスの供給を受け入れる状態にある。つまり、上記タンクの内圧が高いと、そこから液化天然ガスを供給してもすぐにタンクの内圧が急上昇してしまい、タンクに十分な量の液化天然ガスを充填できない。また、上記タンク内の温度が高くても、そこから液化天然ガスを供給してもすぐにタンクの内圧が急上昇してしまい、タンクに十分な量の液化天然ガスを充填できない。したがって、上記タンクの初期状態が上記の低圧状態かつ低温状態であれば、そこからタンクに液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

請求項３記載の発明は、上記供給ステップを開始する前に、上記タンクを初期状態にするステップを特定するものである。すなわち、上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内のガスを抜くことにより上記タンク内を上記低圧状態とする。これにより、上記タンクを確実に初期状態としてから上記供給ステップを開始する。そこからタンクに液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

請求項４記載の発明は、上記供給ステップを開始する前に、上記タンクを初期状態にするステップを特定するものである。すなわち、上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内に液化天然ガスを導入することにより上記タンク内を上記低温状態とする。これにより、上記タンクを確実に初期状態としてから上記供給ステップを開始する。そこからタンクに液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

本発明では、上記予備室の容量をタンク全体の容量の１０体積％±５体積％に設定するのが好ましい。つまり、液化天然ガスのユーザーにとっては、タンクへはできるだけ多くの液化天然ガスを充填したい。予備室の容量をタンク全体の容量の１０体積％±５体積％に設定すれば、タンクの容量から予備室の容量（タンク全体の１０体積％±５体積％）を除いた充填室の容量（タンク全体の９０体積％−５体積％）を上限として、できる限り多くの液化天然ガスを充填したところで、上記供給ステップが停止する。これにより、安全性を確保した範囲で、上限一杯の液化天然ガスを充填できるのである。

本発明の第１実施形態の液化天然ガス充填装置を説明する図である。実施例の試験装置を説明する図である。実施例（ケース１）の測定結果を示す図である。実施例（ケース２）の測定結果を示す図である。

つぎに、本発明を実施するための形態を説明する。

〔液化天然ガス充填装置〕
図１は、本発明が適用された液化天然ガス充填装置を示す第１実施形態である。

この液化天然ガス充填装置は、車両３に搭載された車載タンク４に液化天然ガスを供給する供給手段１と、上記供給手段１による液化天然ガスの供給を停止する停止手段２とを備えている。

上記車両３は、天然ガスを燃料とするエンジンユニット５が搭載された自動車である。上記燃料の天然ガスは、上記車載タンク４に充填された液化天然ガスを蒸発器６で気化したものを用いる。

上記車載タンク４は、内槽４Ａと外槽４Ｂの間に真空断熱層４Ｃが形成された二重断熱構造の低温液化ガス容器である。上記内槽４Ａの内部に充填室４Ｄと予備室４Ｅが設けられている。上記充填室４Ｄは、上記供給手段１による供給ステップによって、上記液化天然ガスが充填される空間である。上記予備室４Ｅは、隔壁４Ｇによって上記充填室４Ｄと仕切られた空間である。上記隔壁４Ｇには連通路４Ｆが設けられ、上記充填室４Ｄと予備室４Ｅとを連通させている。上記隔壁４Ｇは、充填室４Ｄ側に膨らんだ凸面状を呈している。上記連通路４Ｆは、上記凸面状の頂部よりも下側に配置されている。

上記車載タンク４には、上記供給手段１から上記充填室４Ｄに液化天然ガスを供給するための供給路７の下流端部が接続されている。また、上記車載タンク４には、上記充填室４Ｄの内部に溜まったガスを排出するガス排出路８が設けられている。上記ガス排出路８に設けられた排出バルブ８Ａを開くことにより、上記充填室４Ｄの内部に溜まったガスを排出し、充填室４Ｄの内圧を下げることができる。

上記供給手段１は、車両３に搭載されて上記車両３用の燃料として液化天然ガスを貯留する車載タンク４に対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する。

上記供給手段１は、上記車載タンク４に供給する液化天然ガスが貯留された第１貯留タンク１１と、上記第１貯留タンク１１内を加圧するための加圧ユニット１２とを備えて構成されている。

上記第１貯留タンク１１は、内槽１１Ａと外槽１１Ｂの間に真空断熱層１１Ｃが形成された二重断熱構造の低温液化ガス容器である。上記内槽１１Ａの内部空間が、液化天然ガスを貯留する充填室１１Ｄを構成している。上記第１貯留タンク１１には、上記供給路７の上流端部が接続されている。上記供給路７は、上記充填室１１Ｄに貯留された液化天然ガスを取り出して上記車載タンク４に供給する。

上記加圧ユニット１２は、上記第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄ内に天然ガスを送り込んで加圧する。上記加圧ユニット１２による加圧により、上記第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄ内の液化天然ガスが上記供給路７から取り出される。

上記加圧ユニット１２は、液化天然ガスを貯留する第２貯留タンク１３と、上記第２貯留タンク１３から取り出された液化天然ガスを気化させる蒸発器１４とを備えて構成されている。

上記第２貯留タンク１３は、内槽１３Ａと外槽１３Ｂの間に真空断熱層１３Ｃが形成された二重断熱構造の低温液化ガス容器である。上記内槽１３Ａの内部空間が、液化天然ガスを貯留する充填室１３Ｄを構成している。上記第２貯留タンク１３には、上記充填室１３Ｄに貯留された液化天然ガスを取り出して上記蒸発器１４に導入する取出路１７の上流端部が接続されている。

上記第２貯留タンク１３には、上記充填室１３Ｄの内部を加圧するための加圧路１５が設けられている。上記加圧路１５は、上記充填室１３Ｄの底部に接続されて液化天然ガスを取り出す。上記加圧路１５から取り出した液化天然ガスは、蒸発器１５Ｂによって気化させる。さらに、上記加圧路１５は、上記充填室１３Ｄの上部に接続され、気化された天然ガスを気相に送り込む。上記加圧路１５には圧力調整弁１５Ａが設けられ、上記充填室１３Ｄの上部に形成される気相を加圧する。この加圧により、上記充填室１３Ｄに貯留された液化天然ガスが取出路１７から取り出される。

上記蒸発器１４は、第２貯留タンク１３から取り出されて導入された液化天然ガスを気化させて天然ガスにする。上記蒸発器１４には、気化した天然ガスを取り出して、上記第１貯留タンク１１に送るガス移送路１６の上流端部が接続されている。上記ガス移送路１６の下流端部は、上記第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄの上部の気相部分に接続されている。上記ガス移送路１６には、圧力計１６Ａと圧力調整弁１６Ｂが設けられている。上記ガス移送路１６により、第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄの気相部分に天然ガスが送り込まれ、充填室１１Ｄ内が加圧される。この加圧により、上記充填室１１Ｄに貯留された液化天然ガスが供給路７から取り出される。

上記蒸発器１４は、液化天然ガスを加温して気化するものであり、空気加温式のものをはじめ、水・温水・スチーム・電気などを熱源としたものを用いることができる。

上記停止手段２は、上述した供給路７に設けられている。上記停止手段２は、車載タンク４の充填室４Ｄ内の内圧を検知する圧力検知器２Ａと、上記圧力検知器２Ａで検知された圧力が急上昇したタイミングで、上記供給手段１による液化天然ガスの供給を停止する停止バルブ２Ｂとを含んで構成されている。

上記停止手段２は、上記供給手段１によって液化天然ガスの供給を開始することにより、初期状態より上昇する上記車載タンク４の内圧が、その後急上昇したタイミングで上記供給手段１による液化天然ガスの供給を停止する。

〔液化天然ガス充填方法〕
本発明の第１実施形態の液化天然ガス充填方法は、たとえば上述した装置により実現することができる。つまり、本実施形態の液化天然ガス充填方法は、たとえば上記供給手段１で実現できる供給ステップと、たとえば上記停止手段２で実現できる停止ステップとを備えている。

上記供給ステップは、車両３に搭載されて上記車両３用の燃料として液化天然ガスを貯留する車載タンク４に対し、液化天然ガスの供給源である第１貯留タンク１１から上記液化天然ガスを供給する。

つまり、上記供給ステップは、第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄに貯留された液化天然ガスを、供給路７を通じて車載タンク４の充填室４Ｄに供給する。このとき、第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄの内圧を加圧ユニット１２によって加圧する。

上記加圧ユニット１２は、第２貯留タンク１３の充填室１３Ｄに貯留された液化天然ガスを蒸発器１４で気化し、ガス移送路１６を通じて第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄ内に送り込む。このとき、上記蒸発器１４で気化された天然ガスは、圧力調整弁１６Ｂによって所定の圧力に調整されている。これにより、第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄの内圧が加圧され、第１貯留タンク１１の充填室１１Ｄに貯留された液化天然ガスが供給路７から取り出されて車載タンク４の充填室４Ｄに供給される。

上記第２貯留タンク１３の充填室１３Ｄに貯留された液化天然ガスの一部は、加圧路１５を通るときに気化され、充填室１１Ｄの気相に送り込まれる。このとき、上記加圧路１５で気化された天然ガスは、圧力調整弁１５Ａによって所定の圧力に調整されている。これにより、第２貯留タンク１３の充填室１３Ｄの内圧が加圧され、第２貯留タンク１３の充填室１３Ｄに貯留された液化天然ガスが取出路１７から取り出されて蒸発器１４に送られる。

上記停止ステップは、上記供給ステップの開始により、初期状態より上昇する上記車載タンク４の内圧が、その後急上昇したタイミングで上記供給ステップにおける液化天然ガスの供給を停止する。

つまり、上記供給ステップを開始すると、上記車載タンク４の充填室４Ｄ内に液化天然ガスが流れ込む。これにより、上記車載タンク４の内圧は、初期状態よりも少し上昇する。上記車載タンク４の充填室４Ｄ内に液化天然ガスが流れ込み続けているあいだ、上記車載タンク４の内圧は初期状態より少し上昇したレベルで、ほぼ安定して推移する。充填室４Ｄ内が液化天然ガスで満たされると、それ以上充填室４Ｄ内に液化天然ガスは流れ込まなくなる。一方で、供給手段１によって供給路７の液化天然ガスは加圧され続ける。このため、充填室４Ｄの内圧は急激に上昇する。このときの充填室４Ｄの内圧の急上昇を圧力検知器２Ａで検知し、停止バルブ２Ｂを閉じることにより、供給手段１による液化天然ガスの供給を停止する。

上記初期状態は、上記車載タンク４の充填室４Ｄの内圧が０．６ＭＰａ以下の低圧状態、かつ上記車載タンク４の充填室４Ｄ内の温度が−１２０℃以下の低温状態であるのが好ましい。

このように車載タンク４の充填室４Ｄの状態を初期状態にする操作は、充填室４Ｄ内に低温の液化天然ガスが残っていれば省略することも可能である。しかしながら、たとえば車載タンク４の液化天然ガスがほとんどカラになったまま数日以上放置された車両３では、外部から熱が侵入することにより車載タンク４内の液化天然ガスが気化し、車載タンク４内は高圧かつ高温な状態になる。このまま液化天然ガスの供給を開始しても十分な量の液化天然ガスを充填できないため、車載タンク４の充填室４Ｄを初期状態にする操作が必要となる。

つまり、上記充填室４Ｄが上記圧力を超える圧力であると、そこから液化天然ガスの供給を開始しても十分な量の液化天然ガスを充填できない。また、上記充填室４Ｄが上記温度を超える温度であっても同様に、そこから液化天然ガスの供給を開始しても十分な量の液化天然ガスを充填できない。したがって、上記初期状態を上述した低圧状態かつ低温状態にすることにより、そこから液化天然ガスの供給を開始したときに十分な量の液化天然ガスを充填できるのである。

上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４内のガスを抜くことにより上記車載タンク４内を上記低圧状態とするのが好ましい。上記低圧状態とする操作は、排出バルブ８Ａを開けてガス排出路８から車載タンク４の充填室４Ｄ内のガスを抜くことにより充填室４Ｄの内圧を下げることができる。このガス抜き操作により、充填室４Ｄの内圧が低下する。

上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４内に液化天然ガスを導入することにより上記車載タンク４内を上記低温状態とするのが好ましい。上記低温状態とする操作は、供給手段１から車載タンク４の充填室４Ｄ内に液化天然ガスを導入し、低温液化ガスで充填室４Ｄ内を冷却することにより行うことができる。この冷却操作により、充填室４Ｄ内に充満していたガスが冷却されて液化し、充填室４Ｄの内圧も下がる。

上述した充填室４Ｄ内のガスを抜く操作と、充填室４Ｄ内に液化天然ガスを導入して冷却する操作は、情況に応じていずれか一方を実施してもよい。たとえば、充填室４Ｄ内が−１２０℃以下の低温状態で内圧が０．６ＭＰａを超える場合は、充填室４Ｄ内のガスを抜く操作を行えば足りる。また、充填室４Ｄの内圧が０．６ＭＰａ以下の低圧状態で温度が−１２０℃を超える場合は、充填室４Ｄ内に液化天然ガスを導入して冷却する操作を行えば足りる。これらの場合でも、ガスを抜く操作と冷却する操作の両方を同時に行うこともできるし、これらを連続的に続けて行うこともできる。

〔実施形態の効果〕
本実施形態は、つぎの効果を奏する。

本実施形態は、車両３に搭載されて上記車両３用の燃料として液化天然ガスを貯留する車載タンク４に対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する。この供給の初期から中期にわたっては、液化天然ガスが車載タンク４内に安定したペースで流れ込み、車載タンク４内の液量が増え続ける。このときは、初期状態より上記車載タンク４の内圧がやや上昇している。車載タンク４内が液化天然ガスで満たされると、それ以上液化天然ガスは車載タンク４内に流れ込まなくなる。一方、液化天然ガスの供給源の液化天然ガスは車載タンク４内に移動しようとするため、車載タンク４の内圧が急激に上昇する。このタイミングで上記停止手段２は、上記供給手段１による供給ステップにおける液化天然ガスの供給を停止する。上記車載タンク４内は液化天然ガスで満たされている。このようにして、液化天然ガス車両３の車載タンク４に対して液化天然ガスを充填するときに、充填の終点を正確かつ容易に検知できる。

本実施形態は、上記初期状態を特定したものである。すなわち、上記初期状態は、上記車載タンク４内の内圧が０．６ＭＰａ以下の低圧状態、かつ上記車載タンク４内の温度が−１２０℃以下の低温状態である。上記車載タンク４内が上記の低圧状態かつ低温状態であれば、上記車載タンク４は液化天然ガスの供給を受け入れる状態にある。つまり、上記車載タンク４の内圧が高いと、そこから液化天然ガスを供給してもすぐに車載タンク４の内圧が急上昇してしまい、車載タンク４に十分な量の液化天然ガスを充填できない。また、上記車載タンク４内の温度が高くても、そこから液化天然ガスを供給してもすぐに車載タンク４の内圧が急上昇してしまい、車載タンク４に十分な量の液化天然ガスを充填できない。したがって、上記車載タンク４の初期状態が上記の低圧状態かつ低温状態であれば、そこから車載タンク４に液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

本実施形態は、上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４を初期状態にするステップを特定するものである。すなわち、上記車載タンク４が上記低温状態である場合、上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４内のガスを抜くことにより上記車載タンク４内を上記低圧状態とする。これにより、上記車載タンク４を確実に初期状態としてから上記供給ステップを開始する。そこから車載タンク４に液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

本実施形態は、上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４を初期状態にするステップを特定するものである。すなわち、上記車載タンク４が上記低圧状態である場合、上記供給ステップを開始する前に、上記車載タンク４内に液化天然ガスを導入することにより上記車載タンク４内を上記低温状態とする。これにより、上記車載タンク４を確実に初期状態としてから上記供給ステップを開始する。そこから車載タンク４に液化天然ガスの供給を介しても、十分な量の液化天然ガスを充填することができるのである。

本実施形態は、上記車載タンク４の具体的構造を特定するものである。すなわち、上記車載タンク４が、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室４Ｄと、連通路４Ｆつきの隔壁４Ｇで上記充填室４Ｄと仕切られた予備室４Ｅとを備えたものである。
液化天然ガスのような燃料系の液化ガスの貯蔵では、車載タンク４に完全にフル容量を充填してしまうと、危険性が高くなる。たとえば、外気温により液化ガスが気化して内圧が上昇し、爆発のおそれが生じてくる。燃料系のガスによる火災に繋がるおそれもある。そこで、フル充填による事故を防止するため、車載タンク４の内部に予備室４Ｅを設けたのである。

このとき、上記予備室４Ｅの容量を車載タンク４全体の容量の１０体積％±５体積％に設定するのが好ましい。つまり、液化天然ガスのユーザーにとっては、車載タンク４へはできるだけ多くの液化天然ガスを充填したい。予備室４Ｅの容量を車載タンク４全体の容量の１０体積％±５体積％に設定すれば、車載タンク４の容量から予備室４Ｅの容量（車載タンク４全体の１０体積％±５体積％）を除いた充填室４Ｄの容量（車載タンク４全体の９０体積％−５体積％）を上限として、できる限り多くの液化天然ガスを充填したところで、上記供給ステップが停止する。これにより、安全性を確保した範囲で、上限一杯の液化天然ガスを充填できるのである。

図２は、実施例の試験装置を説明する図である。

この試験装置では、車載タンク４を車両３に搭載せず、第１質量計２１に載置し、その質量を計測するようにしている。また、第１貯留タンク１１を第２質量計２２に載置し、その質量を計測するようにしている。それ以外は図１と同様の構成であり、同様の部分には同じ符号を付して説明を省略している。

この試験装置では、第１貯留タンク１１として容量１７６Ｌのタンクを用い、車載タンク４として容量１３１Ｌのタンクを用いた。本試験では、液化天然ガスを液化窒素で代替し、安全を確保した状態で充填試験を行った。また、本試験では、第１貯留タンク１１の質量減少と、車載タンク４の質量増加を計測し、車載タンク４における充填の終点について、質量変化の面から裏づける確認を行った。

〔試験手順〕
１）第１貯留タンク１１にＬＮ_２を規定量（約１１９ｋｇ）充填する。圧力調整弁１５Ａを開き、充填室１３Ｄの内圧を１．６ＭＰａ程度まで昇圧して圧力調整弁１５Ａを閉じる。
２）試験に使用する第１貯留タンク１１の空質量を、第２質量計２２で計測する。第１貯留タンク１１にＬＮ_２を規定量（約１１９ｋｇ）充填する。
３）車載タンク４を第１質量計２１に搭載する。その状態で、第１貯留タンク１１と別の容器（図示せず）からＧＮ_２およびＬＮ_２を充填室４Ｄに供給しながら排出弁８Ａからガスを排出し、充填室４Ｄ内の冷却を実施する。このとき、第１質量計２１の表示値に変化が生じないことを確認しながら冷却を実施する。つまり充填室４Ｄに液化天然ガスが溜まってしまわないレベルで冷却を行う。目安として、排出バルブ８Ａから排出されるガス温度がおよそ−１００℃程度となるまで冷却する。冷却後、充填室４Ｄ内の圧力を０．５ＭＰａまで降下させる。
４）第１貯留タンク１１から車載タンク４に液化天然ガスの供給を開始する。このときのバルブＶ１〜Ｖ５の開閉状態を下記の表１に示す。なお、Ｖ５は停止バルブ２Ｂである。５）そして、圧力検知器２Ａが検知した圧力と、第１質量計２１で測定した質量をプロットした。

〔ケース１〕
ケース１では、充填率０体積％の車載タンク４に液化天然ガスの充填を行った。
図３は、圧力検知器２Ａで測定した充填室４Ｄ内の圧力（下の線）と、第１質量計２１で測定した車載タンク４の質量（上の線）をプロットした図である。
表２は、第１質量計２１で測定した車載タンク４の質量を充填量に換算し、第２質量計２２で測定した第１貯留タンク１１の質量を供給量に換算してまとめたものである。

図３からわかるように、充填開始後、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた車載タンク４内の圧力が、充填開始後６分程度で一気に０．６５ＭＰａまで急激に上昇している。車載タンク４の充填率が０％の状態から充填を開始し、７７．４体積％に達した時点で急激な圧力上昇をしている。そのわずかあとに圧力変動が平衡に達している。この時点で、充填率は８０．４％となり、これが車載タンク４の充填終点であった。

この結果より、実際に液化天然ガスを車載タンク４に充填するに際しては、つぎのようにして、車載タンク４の充填終点を検知できる。
（１）車載タンク４は空（充填率０％）であって、充填室４Ｄは十分に予冷を実施しておく。
（２）Ｖ４バルブを開け、車載タンク４に液化天然ガスの供給を開始する。
（３）圧力検知器２Ａでの圧力変化を見る。ここで圧力が急激に上昇し、その後、平衡に達した時点が充填の終点である。つまりこの時点で満足できる車載タンク４の充填率となる。

〔ケース２〕
ケース２では、充填率を３７％とした車載タンク４を準備し、ここから充填を開始する試験を実施した。つまり、車載タンク４に液化天然ガスがいくらか残っている状態から充填を開始するケースである。
図４は、圧力検知器２Ａで測定した充填室４Ｄ内の圧力（下側で始まる線）と、第１質量計２１で測定した車載タンク４の質量（上側で始まる線）をプロットした図である。
表３は、第１質量計２１で測定した車載タンク４の質量を充填量に換算し、第２質量計２２で測定した第１貯留タンク１１の質量を供給量に換算してまとめたものである。

図４からわかるように、充填開始後、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた車載タンク４内の圧力が、充填開始後４分程度で一気に１．２ＭＰａ程度まで急激に上昇している。ケース２では、ＬＮＧ容器は充填割合が３７％の状態から充填を開始し、８１．８％に達した時点で急激な圧力上昇が見られた。そのわずかあとに圧力変動は平衡に達した。この時点で、充填量は８４．３％となり、これが本体容器の充填終点であった。

この結果より、ケース２のような、液化天然ガスが残った状態の車載タンク４への実際のＬＮＧ充填に際しては、以下のようにして充填の終点を検知できる。
（１）車載タンク４には、液化天然ガスが残っていて、充填室４Ｄはすでに予冷された状態である。
（２）Ｖ４バルブを開け、車載タンク４に液化天然ガスの供給を開始する。
（３）圧力検知器２Ａでの圧力変化を見る。ここで圧力が急激に上昇し、その後、平衡に達した時点が充填の終点である。つまりこの時点で満足できる車載タンク４の充填率となる。

ケース１、ケース２とも、充填室４Ｄの圧力が急上昇を開始してから、充填終了までの間、充填量の差はいずれも３％程度でほぼ一定であった。
よって圧力検知器２Ａで圧力変化を検知すれば、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた充填室４Ｄ内の圧力が急激に上昇し始める時点で充填量が８０〜８４％に達していた。この第１の時点では充填率が９０％を超えているわけではない。これを充填の終点とすることができる。また、平衡に達する第２の時点では、より９０％に近い値まで充填することができる。

実施例の試験結果より、以下のことがわかる。
予備室４Ｅを有する車載タンク４を燃料タンクとして搭載した液化天然ガス車両において、液化天然ガスの充填の終点を検知するために、圧力検知器２Ａにおける充填室４Ｄの圧力変化を測定する。ここで圧力が急激に上昇した時点で供給を停止すれば、車載タンク４の容量の８０％以上の充填が可能となる。その後、平衡に達した時点で供給を停止すれば、さらに多く充填できる。
これにより、液化天然ガスを適切な充填量に充填することができる。つまり、車載タンク４の容量の９０％以内でできるだけ多く充填することができる。

このように、本発明において「初期状態より上昇する上記タンクの内圧が、その後急上昇したタイミング」とは、つぎの時点とする趣旨である。
０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた充填室４Ｄ内の圧力が急激に上昇したのち平衡に達した時点である。

〔変形例〕
以上は本発明の特に好ましい実施形態について説明したが、本発明は図示した実施形態に限定する趣旨ではなく、各種の態様に変形して実施することができ、本発明は各種の変形例を包含する趣旨である。

１：供給手段
２：停止手段
２Ａ：圧力検知器
２Ｂ：停止バルブ
３：車両
４：車載タンク
４Ａ：内槽
４Ｂ：外槽
４Ｃ：真空断熱層
４Ｄ：充填室
４Ｅ：予備室
４Ｆ：連通路
４Ｇ：隔壁
５：エンジンユニット
６：蒸発器
７：供給路
８：ガス排出路
８Ａ：排出バルブ
１１：第１貯留タンク
１１Ａ：内槽
１１Ｂ：外槽
１１Ｃ：真空断熱層
１１Ｄ：充填室
１２：加圧ユニット
１３：第２貯留タンク
１３Ａ：内槽
１３Ｂ：外槽
１３Ｃ：真空断熱層
１３Ｄ：充填室
１４：蒸発器
１５：加圧路
１５Ａ：圧力調整弁
１５Ｂ：蒸発器
１６：ガス移送路
１６Ａ：圧力計
１６Ｂ：圧力調整弁
１７：取出路
２１：第１質量計
２２：第２質量計

Claims

車両に搭載されて上記車両用の燃料として液化天然ガスを貯留するタンクに対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する供給ステップと、
上記供給ステップの開始により、初期状態より上昇する上記タンクの内圧が変化する所定のタイミングで上記供給ステップにおける液化天然ガスの供給を停止する停止ステップとを備え、
上記タンクが、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室と、連通路つきの隔壁で上記充填室と仕切られた予備室とを備えたものであり、
上記所定のタイミングが、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた上記充填室内の圧力が、さらに上昇したのち平衡に達した時点である
ことを特徴とする液化天然ガス充填方法。
上記初期状態は、上記タンク内が内圧０．６ＭＰａ以下の低圧状態かつ温度−１２０℃以下の低温状態である
請求項１記載の液化天然ガス充填方法。
上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内のガスを抜くことにより上記タンク内を上記低圧状態とする
請求項２記載の液化天然ガス充填方法。
上記供給ステップを開始する前に、上記タンク内に液化天然ガスを導入することにより上記タンク内を上記低温状態とする
請求項２または３記載の液化天然ガス充填方法。
車両に搭載されて上記車両用の燃料として液化天然ガスを貯留するタンクに対し、液化天然ガスの供給源から上記液化天然ガスを供給する供給手段と、
上記供給手段によって液化天然ガスの供給を開始することにより、初期状態より上昇する上記タンクの内圧が、その後変化する所定のタイミングで上記供給手段による液化天然ガスの供給を停止する停止手段とを備え、
上記タンクが、上記供給ステップによって上記液化天然ガスが充填される充填室と、連通路つきの隔壁で上記充填室と仕切られた予備室とを備えたものであり、
上記停止手段は、上記所定のタイミングを、０．３〜０．４ＭＰａ程度で推移していた上記充填室内の圧力が、さらに上昇したのち平衡に達した時点とする
ことを特徴とする液化天然ガス充填装置。