JPH10169896A

JPH10169896A - ガス供給装置

Info

Publication number: JPH10169896A
Application number: JP32984796A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yoshiki; 将由木; Takahide Isomura; 隆英磯村; Shigeru Nishiyama; 繁西山
Original assignee: Tokico Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1996-12-10
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JP3828219B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はガス充填終了近くで微小流量による
ガス充填が継続されることを課題とする。【解決手段】ガス供給装置１のメモリ４０には、圧力
伝送器２２により燃料タンク３に充填される圧力値が予
め設定された設定圧力の所定範囲内に達したことが検出
された後、質量流量計２０により計測される流量値が所
定流量になったときガス供給開閉弁１９を閉弁させる制
御プログラムＩ、あるいは圧力伝送器２２により燃料タ
ンク３に充填される二次圧力値が予め設定された設定圧
力の所定範囲内に達したことが検出された後、二次圧力
の圧力上昇率が所定値になったときガス供給開閉弁１９
を閉弁させる制御プログラムIIが格納されている。制御
装置３４は、上記メモリ４０に格納された制御プログラ
ムＩ，IIに基づいて、コンプレッサ１２、開閉弁１４，
１７，ガス供給開閉弁１９の動作制御を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガス供給装置に係
り、特に圧縮したガスを被充填タンクに充填するよう構
成されたガス供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガスを圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮ
Ｇ）を燃料にして走行する自動車（ＣＮＧ車）の開発と
共に圧縮天然ガスを自動車の燃料タンクに供給するガス
供給装置の実用化が進められている。この種のガス供給
装置では、圧縮されたガスをガス蓄圧器に貯蔵してお
き、ガス蓄圧器に貯蔵されたガスをＣＮＧ車の燃料タン
クに充填するように構成されている。

【０００３】そして、この種のガス供給装置では、ガス
が給送されるガス供給管路に開閉弁、流量計、制御弁、
圧力伝送器を配設し、制御弁により設定された圧力又は
流量で被充填タンクにガスを充填する構成となってい
る。上記開閉弁は、ガス供給装置の元弁として機能する
ものであり、充填開始釦の操作により開弁され、ＣＮＧ
車の燃料タンクに充填された圧力が目標充填圧力に達し
た後閉弁される。

【０００４】また、制御弁は、被充填タンクとしての燃
料タンクに充填される二次圧力に応じて弁開度がステッ
ピングモータで制御される電動制御弁構造となってい
る。そのため、この電動制御弁においては、圧力伝送器
により検出された二次圧力が目標充填圧力を越えないよ
うにフィードバック制御を行っており、前記二次圧力と
燃料タンクに充填された充填量から残りの充填量が所定
値となったときにステッピングモータが駆動されて流量
を一定値に絞るようにしている。

【０００５】そのため、この種の制御弁が用いられた装
置では、残りの充填量が所定値となると、ステッピング
モータにより制御弁の弁開度が絞られて微小流量でのガ
ス充填が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ガス供給装置においては、電動制御弁を用いているた
め、高価なステッピングモータを購入しなければなら
ず、さらにはモータ制御を行うソフトウエアを開発する
必要があり、製造コストが高価となっていた。しかも、
安定した流量制御を行うには、二次圧力及び充填量に応
じて弁開度をきめ細かに制御しなければならないので、
ソフトウエアが複雑化していた。また、充填による圧力
低下で流量が一定値に減少しているにも拘わらず、弁開
度を一定値に絞るといった無駄な制御を行っていた。

【０００７】そこで、二次圧力を利用したパイロット弁
構造の制御弁を用いた構成を検討しているが、この場合
には、ガス充填終了が近づいて二次圧力が設定値に近づ
くと、制御弁の弁開度が絞られて微小流量でのガス充填
が行われるため、設定圧力と二次圧力との圧力差が所定
以下になってから二次圧力が燃料タンクの目標充填圧力
に達するのに時間がかかるといった問題があった。

【０００８】特に制御弁がＣＮＧ車の燃料タンクに充填
された圧力が目標充填圧力に達した後閉弁するように制
御されるため、制御弁により流量が絞られてしまうと、
すぐには開閉弁が閉弁されず、二次圧力が燃料タンクの
設定圧力に達するまで開閉弁が開弁されたままとなり、
微小流量による充填が行われる分充填終了時間が遅れる
ことになる。

【０００９】図９は従来のガス供給装置によるガス充填
の圧力及び流量変化を示すグラフである。充填開始釦の
操作により開閉弁が開弁されると、燃料タンクに供給さ
れる流量及び二次圧力が実線及び一点鎖線で示すように
変化する。すなわち、流量は開閉弁の開弁により急激に
増大するが、圧力の上昇と共に徐々に制御弁の弁開度が
絞られて流量が緩やかに減少される。一方、燃料タンク
内の圧力は、二点鎖線で示すように一点鎖線で示す供給
側の圧力上昇に比例して上昇する。

【００１０】そして、圧力伝送器により検出された二次
圧力が目標充填圧力値に達した時点Ａで開閉弁を閉弁さ
せる場合、ガス充填終了動作が早過ぎることとなり、実
際には、燃料タンク内の圧力が目標充填圧力値に達して
いない状態、すなわち、明らかに充填不足の状態でガス
充填を終了させてしまうといった問題が生じる。

【００１１】また、燃料タンクの圧力が目標充填圧力値
に達した時点Ｂで開閉弁を閉弁させる場合、二次圧力が
目標充填圧力値に近づくと制御弁の弁開度が絞られて流
量が微小流量に減少するため、微小流量による充填時間
が長くかかり過ぎてしまう。すなわち、燃料タンクへの
ガス充填精度が確保される反面、微小流量によりガス充
填時間が長くなってガス充填作業効率が低いといった問
題がある。

【００１２】また、上記のようなパイロット弁構造とな
っている制御弁以外にも、圧力又は流量に応じてアクチ
ュエータを駆動し、アクチュエータの駆動力により弁開
度を調整する制御弁が用いられる場合もある。このよう
なアクチュエータ駆動式の制御弁を有する構成でも上記
のような制御が行われる場合があり、その場合上記のよ
うな問題が生じる。

【００１３】そこで、本発明は上記問題を解決したガス
供給装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有するものである。上
記請求項１の発明は、ガスが給送されるガス供給管路に
開閉弁、流量計、機械式の制御弁、圧力検出手段を配設
し、該制御弁により設定された圧力又は流量で被充填タ
ンクにガスを充填するガス供給装置において、前記流量
計により計測される前記ガス供給管路を流れる流量が所
定流量になったとき前記開閉弁を閉弁させる制御手段を
備えてなることを特徴とするものである。

【００１５】従って、請求項１の発明によれば、ガス供
給管路を流れる流量が所定流量になったとき開閉弁を閉
弁させるため、ガス充填終了のタイミングが早過ぎて被
充填タンクへの充填が不足したり、あるいはガス充填終
了のタイミングが遅過ぎて充填時間が長くなることを防
止できる。

【００１６】また、請求項２の発明は、ガスが給送され
るガス供給管路に開閉弁、流量計、機械式の制御弁、圧
力検出手段を配設し、該制御弁により設定された圧力又
は流量で被充填タンクにガスを充填するガス供給装置に
おいて、前記圧力検出手段により検出された圧力の圧力
上昇率が所定値になったとき前記開閉弁を閉弁させる制
御手段を備えてなることを特徴とするものである。

【００１７】従って、請求項２の発明によれば、圧力の
圧力上昇率が所定値になったとき開閉弁を閉弁させるた
め、ガス充填終了のタイミングが早過ぎて被充填タンク
への充填が不足したり、あるいはガス充填終了のタイミ
ングが遅過ぎて充填時間が長くなることを防止できる。

【００１８】また、請求項３の発明は、ガスが給送され
るガス供給管路に開閉弁、流量計、機械式の制御弁、圧
力検出手段を配設し、該制御弁により設定された圧力又
は流量で被充填タンクにガスを充填するガス供給装置に
おいて、前記制御弁には、前記被充填タンクの最高充填
圧力値よりも高い圧力値を閉弁圧力値として設定する設
定手段が設けられるとともに、前記圧力検出手段により
検出された供給圧力値が前記被充填タンクの最高充填圧
力値になったときに前記開閉弁を閉弁させる制御手段を
備えてなることを特徴とするものである。

【００１９】従って、請求項３の発明によれば、設定手
段により被充填タンクの最高充填圧力値よりも高い圧力
値を閉弁圧力値として設定され、圧力検出手段により検
出された供給圧力値が被充填タンクの最高充填圧力値に
なったときに開閉弁を閉弁させるため、ガス充填終了の
タイミングが早過ぎて被充填タンクへの充填が不足した
り、あるいはガス充填終了のタイミングが遅過ぎて充填
時間が長くなることを防止できる。

【００２０】さらに、請求項４の発明は、上記請求項１
乃至３において、前記制御弁が、前記ガス供給管路の二
次圧力と前記制御弁に設けられたバネとによって前記二
次圧力を調整するパイロット弁構造となっており、前記
二次圧力が所定値になったとき流路を絞るよう構成され
たことを特徴とするものである。

【００２１】従って、請求項４の発明によれば、制御弁
が二次圧力と制御弁に設けられたバネとによって二次圧
力が調整され、二次圧力が所定値になったとき流路を絞
って小流量で充填できる構成であるため、上記請求項１
乃至３において、特に充填時間の短縮及び充填量計測精
度が確保されるようにガス充填終了のタイミングを調整
することが可能となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明の一実施
例を説明する。尚、図１は本発明になるガス供給装置の
一実施例の構成図である。ガス供給装置１は、例えば自
動車２の燃料タンク（被充填タンク）３に都市ガスを所
定圧力に圧縮した圧縮天然ガス（ＣＮＧ）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。

【００２３】ガス供給装置１は、大略、都市ガスを所定
圧力に圧縮し加圧されたガスを生成する圧力発生ユニッ
ト４と、圧力発生ユニット４により圧縮されたガスを燃
料タンク３に供給するためのディスペンサユニット５と
よりなる。圧力発生ユニット４は、都市ガスの中圧管路
（図示せず）から分岐された分岐管路１１に配設された
多段式のコンプレッサ１２を有する。さらに、コンプレ
ッサ１２の吐出口から引き出された管路１３には、コン
プレッサ１２から吐出されたガスを供給又は遮断させる
コンプレッサ開閉弁１４が配設されている。

【００２４】また、管路１３の端部は、ガス蓄圧器１５
の入口側に連通されている。この、ガス蓄圧器１５は、
一般に文献等では「蓄ガス器」とも呼ばれている。そし
て、ガス蓄圧器１５の出口側に連通された管路１６に
は、管路１６を開閉してガス蓄圧器１６に蓄圧されたガ
スの供給又は遮断させるガス蓄圧器開閉弁１７が配設さ
れている。さらに、ガス蓄圧器開閉弁１７の下流側に
は、ディスペンサユニット５に延在するガス供給管路１
８が連通されている。

【００２５】上記コンプレッサ１２はコンプレッサ開閉
弁１４が開弁され、ガス蓄圧器開閉弁１７が閉弁され、
且つディスペンサユニット５内の弁が閉弁された状態で
駆動されると、コンプレッサ１２により圧縮された高圧
ガスがガス蓄圧器１５に供給される。尚、本実施例で
は、コンプレッサ１２はガス蓄圧器１５が２５０kgf/cm
²に昇圧するまで圧縮されたガスを供給する。そして、
ガス蓄圧器１５が２５０kgf/cm²に達すると、コンプレ
ッサ１２が停止されて圧力発生ユニット４は充填作業可
能状態となる。

【００２６】また、圧力発生ユニット４とディスペンサ
ユニット５との間は、ガス供給管路１８を介して接続さ
れている。そして、ディスペンサユニット５内に延在す
るガス供給管路１８には、上流側から順に、電磁弁より
なりガス供給管路１８を連通又は遮断するガス供給開閉
弁１９と、ガス供給管路１８を流れるガスの供給量を計
測する質量流量計２０と、下流側（被充填側）へ給送さ
れるガスの圧力及び流量を制御する制御弁２１と、制御
弁２１により制御された２次圧力を検出する圧力伝送器
２２とが配設されている。

【００２７】ガス供給管路１８の下流側端部には、ガス
充填ホース２３が連通されており、ガス充填ホース２３
の下流側端部には、手動式の三方弁２４が接続されてい
る。三方弁２４は、ガス充填ホース２３が接続された流
入ポートａと、排気管２５が接続された排気ポートｂ
と、接続カプラ２６が接続された充填ポートｃとを有す
る。この三方弁２４は、ガス充填時流入ポートａと充填
ポートｃとが連通された状態に操作され、ガス充填完了
後の脱圧操作を行う際に排気ポートｂと充填ポートｃと
が連通するように切替えられて接続カプラ２６内の圧力
を減圧する。

【００２８】また、ディスペンサユニット５の側面に
は、接続カプラ２６を掛止するカプラ掛止部２９が取り
付けられており、このカプラ掛止部２９には接続カプラ
２６の有無を検出するカプラ掛けスイッチ３０が設けら
れている。さらに、ディスペンサユニット５には、充填
開始釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３が配設さ
れている。

【００２９】充填開始釦３１は、接続カプラ２６，３６
が接続された後、ガス供給開閉弁１９を開弁させるため
に操作されるスイッチ釦である。充填停止釦３２は、ガ
ス供給開閉弁１９を閉弁させるために操作されるスイッ
チ釦である。非常停止釦３３は、全ての弁を緊急に閉弁
させるために操作されるスイッチ釦である。

【００３０】制御装置３４は、コンプレッサ１２、開閉
弁１４，１７、ガス供給開閉弁１９、質量流量計２０、
圧力伝送器２２、カプラ掛けスイッチ３０、充填開始釦
３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３等の各機器と接
続されている。上記質量流量計２０は、センサチューブ
と呼ばれる管路を振動させ、この振動する管路内を流れ
るガス流量に応じたコリオリ力による管路の流入側と流
出側との位相差が流量に比例することを利用して流量計
測を行うコリオリ式の質量流量計である。

【００３１】従って、質量流量計２０は、高圧に圧縮さ
れたガスの質量流量を正確に計測することができ、ガス
充填動作時は単位時間当たりの流量計測値（又は単位時
間当たりの流量パルス数）を制御装置３４に出力する。
また、制御弁２１は、後述するように燃料タンク３に充
填される二次圧力とコイルバネ５０のバネ力とのバラン
スによって二次圧力を調整するパイロット弁構造となっ
ており、二次圧力とバネ力との差が所定値になったとき
流路を絞るよう構成されている。

【００３２】また、ガス供給開閉弁１９は、ディスペン
サユニット５の元弁として機能するもので制御装置３４
からの指令により自動的に開弁または閉弁する。尚、ガ
ス供給開閉弁１９は、電磁弁の代わりに手動式の開閉弁
を使用しても良い。三方弁２４は手動操作により切り換
えられる構成であり、ガス充填前及びガス充填後は、充
填ポートｃと排気ポートｂとが連通されて流入ポートａ
が遮断されている。また、ガス充填時は、流入ポートａ
と充填ポートｃとが連通するとともに排気ポートｂが遮
断するように切り換え操作される。

【００３３】３５は表示装置で、燃料タンク３に充填さ
れたガス充填量及び充填圧力を表示する。また、自動車
２では、ディスペンサユニット５の接続カプラ２６が接
続される被充填側の接続カプラ３６と、接続カプラ３６
と燃料タンク３とを連通する管路３７と、管路３７に配
設された手動式の開閉弁３８と、燃料タンク３に充填さ
れたガスの逆流を防止する逆流防止弁３９とを有する。

【００３４】また、メモリ４０には、燃料タンク３に充
填される二次圧力値が予め設定された設定圧力の所定範
囲内に達したことが検出された後、質量流量計２０によ
り計測される流量値が所定の微小流量になったときガス
供給開閉弁１９を閉弁させる制御プログラムＩ（制御手
段）、あるいは燃料タンク３に充填される二次圧力値が
予め設定された設定圧力の所定範囲内に達したことが検
出された後、圧力伝送器２２により検出された二次圧力
の圧力上昇率が所定値になったときガス供給開閉弁１９
を閉弁させる制御プログラムII（制御手段）が格納され
ている。

【００３５】また、メモリ４０には、後述するようにガ
ス充填を行う際の流量設定値１，２が記憶されている。
この流量設定値１は充填開始時に確認される流量値で、
流量設定値２は充填終了直前に確認される流量値であ
る。従って、制御装置３４は、質量流量計２０，圧力伝
送器２２から出力された信号により充填流量及び充填圧
力を算出すると共に上記プログラムに基づいて、コンプ
レッサ１２、開閉弁１４，１７，ガス供給開閉弁１９，
質量流量計２０の動作制御を実行する。

【００３６】図２に制御弁２１の内部構成を示す。制御
弁２１は、自圧式減圧弁とも呼ばれており、弁本体４１
と、弁本体４１内に形成されたクランク状の流路４２
と、流路４２途中に設けられたシート部４３と、シート
部４３の開口を開閉するように動作する棒状の弁体４４
と、シート部４３の上下方向で弁体４４をガイドする上
ガイド孔４５、下ガイド孔４６と、流路４２の流出口に
連通された管路４７から分岐して下ガイド孔４６の下端
開口に連通された戻り管路４８と、戻り管路４８の途中
に設けられた可変絞り４９と、上ガイド孔４５に介在し
て弁体４４を下方に附勢するコイルバネ５０と、コイル
バネ５０のバネ力を調整する調整ねじ５１とよりなる。

【００３７】流路４２は、上流側のガス供給管路１８が
連通された流入路４２ａと、流入路４２ａから下方に延
在する制御室４２ｂと、制御室４２ｂの下端側方に延在
する流出路４２ｃとを有する。上記制御室４２ｂ内に
は、シート部４３が形成されている。

【００３８】弁体４４は、シート部４３に対向するテー
パ状の傾斜面を有する弁部４４ａと、弁部４４ａより上
方に延在して上ガイド孔４５内に挿入された上部ロッド
４４ｂと、弁部４４ａより下方に延在して下ガイド孔４
６内に挿入された下部ロッド４４ｃとよりなる。また、
上部ロッド４４ｂ及び下部ロッド４４ｃの端部外周に
は、ガイド孔４５，４６の内壁との間をシールするＯリ
ング５２，５３が装着されている。

【００３９】弁体４４は、上部ロッド４４ｂの上端がコ
イルバネ５０により押圧され、下部ロッド４４ｃの端部
が戻り管路４８から下ガイド孔４６内に導入された二次
圧力Ｐ₂を受けるため、コイルバネ５０のバネ力と二次
圧力Ｐ₂による押圧力とが釣り合う位置に変位するよう
に設けられている。また、本実施例では、弁体４４の弁
部４４ａの形状及びＯリング５２，５３の装着部分が上
下方向で対称に形成されているので、一次圧力Ｐ₁の影
響は殆どない。

【００４０】上記上ガイド孔４５には、通気孔５４が連
通しているため、上ガイド孔４５の内部圧力は大気圧に
保たれている。そして、調整ねじ５１のねじ込み位置に
よりコイルバネ５０のバネ力が任意の大きさに調整さ
れ、弁体４４が閉弁状態となるときの圧力値が設定され
る。

【００４１】尚、調整ねじ５１は、任意のねじ込み位置
に調整された後、ロックナット５５によりロックされて
ゆるみ防止される。また、可変絞り４９により下ガイド
孔４６内に導入される二次圧力Ｐ₂の流量が調整され
る。そのため、可変絞り４９は調整された絞り具合によ
って戻り管路４８から下ガイド孔４６へ供給される二次
圧力Ｐ₂の流量が減少されて弁体４４の制御動作の応答
性を調整することができる。

【００４２】また、管路４７はガス供給管路１８を介し
てガス充填ホース２３に接続されており、弁体４４の動
作により調整された二次圧力Ｐ₂はガス充填ホース２３
を介して燃料タンク３に充填される。図３は制御弁２１
の圧力−開度特性を示すグラフである。図４、図５は制
御弁２１の動作を説明するための縦断面図である。

【００４３】充填開始時は、流出路４２ｃが連通された
燃料タンク３が空状態であると二次圧力Ｐ₂が低い。そ
のため、制御弁２１の弁体４４は、充填開始時におい
て、図２に示されるようにコイルバネ５０のバネ力によ
り下方に変位して弁部４４ａがシート部４３から離間し
ており、開度１００％となっている。

【００４４】そして、燃料タンク３へのガス充填が進む
につれて二次圧力Ｐ₂が上昇し、やがて二次圧力Ｐ₂＝
Ｐａとなる。このように、二次圧力Ｐ₂が閾値としての
圧力Ｐａに達した時点で図４に示されるように弁体４４
が前記コイルバネ５０のバネ力に抗して上方に移動しは
じめて弁部４４ａがシート部４３に近接する。これによ
り、シート部４３における流量が絞られる。従って、二
次圧力Ｐ₂が上昇すると共に二次圧力Ｐ₂とコイルバネ
５０のバネ力とがバランスするように弁体４４が少しず
つ上動してシート部４３の弁開度が絞られる。

【００４５】さらに、図５に示されるように二次圧力Ｐ
₂が設定圧力（充填目標圧力）Ｐｂに達した時点で弁体
４４がさらに上方に移動して弁部４４ａがシート部４３
に当接する。これで、制御弁２１は閉弁状態（開度０
％）となる。ここで、上記構成になるガス供給装置１に
おけるガス充填作業について説明する。

【００４６】上記自動車２の燃料タンク３にガスを充填
する際、作業者は、先ず、ディスペンサユニット５のカ
プラ掛止部２９から接続カプラ２６を外して自動車２の
接続カプラ３６に結合させる。そして、作業者は、自動
車２の手動開閉弁３８を開弁させるとともに、三方弁２
４の流入ポートａと充填ポートｃとが連通するように切
り換え操作する。

【００４７】次に、作業者が充填開始釦３１をオンに操
作すると、制御装置３４は開閉弁１７を開弁させるとと
もに、ガス供給開閉弁１９を開弁させる。これにより、
ガス蓄圧器１５に蓄圧された高圧ガスは、管路１６，ガ
ス供給管路１８，ガス供給開閉弁１９，質量流量計２
０，制御弁２１，圧力伝送器２２，ガス充填ホース２
３，三方弁２４，接続カプラ２６，３６，管路３７を介
して燃料タンク３に充填される。

【００４８】燃料タンク３に充填されるガスは、上記制
御弁２１の弁体４４の動作により燃料タンク３に充填さ
れた圧力が設定圧力（充填目標圧力）に近づくと制御弁
２１の弁体４４が流路を絞るように動作して微小流量で
充填される。このようにして燃料タンク３にガスが充填
されて満タン状態になると、燃料タンク３の圧力はほぼ
２００kgf/cm²となる。

【００４９】尚、ガス供給管路１８を通過したガス充填
量は、質量流量計２０により計測され、ガス充填量に応
じた電圧値（流入側と流出側との位相差）が流量計測信
号として制御装置３４に出力される。制御装置３４は、
質量流量計２０からの流量計測値を積算して、燃料タン
ク３に充填されたガス充填量を表示装置３５に表示す
る。

【００５０】また、燃料タンク３へのガス充填が完了す
ると、作業者は、三方弁２４の排気ポートｂと充填ポー
トｃとを連通させるとともに流入ポートａを遮断させる
ように切り換え操作する。三方弁２４と逆流防止弁３９
との間に残留するガスは、ｃポートから排気管２５へ排
気され、接続カプラ２６，３６内の圧力が大気圧に減圧
される。これにより、作業者は、軽い力で接続カプラ２
６，３６を分離させることが可能になる。

【００５１】その後、作業者は、自動車２側の手動開閉
弁３８を閉弁させた後、ディスペンサユニット５の接続
カプラ２６を自動車２の接続カプラ３６から分離させ、
カプラ掛止部２９に掛止させる。そして、充填停止釦３
２がオンに操作されると、一連のガス充填作業が完了す
る。

【００５２】図６は制御装置３４が実行する処理のフロ
ーチャート、図７は本実施例のガス充填による圧力及び
流量変化を示すグラフである。以下、制御装置３４が実
行する処理につき説明する。図６において、ステップＳ
１（以下「ステップ」を省略する）において、充填開始
スイッチ釦３１がオンに操作されると、Ｓ２に進み、開
閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を開弁させる。次のＳ
３では、質量流量計２０から出力された流量計測値を読
み込む。

【００５３】続いて、Ｓ４に進み、Ｓ３で計測された流
量値が予めメモリ４０に設定された流量設定値１（例え
ば５kg/min) 以上になったかどうかをチェックする。前
述したように開閉弁１７及びガス供給開閉弁１９が開弁
されて充填開始されたときは、燃料タンク３の圧力が低
いので、制御弁２１は図２に示されるように弁体４４が
弁開度１００％の位置に移動している。そのため、ガス
供給管路１８を介して供給されるガスは、制御弁２１に
より殆ど減圧されずに燃料タンク３に充填される。

【００５４】よって、燃料タンク３に充填される流量
は、急激に上昇して流量設定値１以上となる（図７中、
実線で示す）。Ｓ４において、流量が流量設定値１以上
になると、Ｓ５に進み、圧力伝送器２２により検出され
た供給圧力（制御弁２１により調整された二次圧力
Ｐ₂）及び質量流量計２０から出力される流量計測値を
読み込む。

【００５５】次のＳ６では、計測された流量値が予めメ
モリ４０に設定された流量設定値２（所定流量：例えば
１〜２kg/min) 以上になったかどうかをチェックする。
これは、図７中、一点鎖線で示すように圧力がほぼ一定
の上昇率で上昇すると共に、流量が実線で示すように変
化するからであり、流量設定値２としては二次圧力Ｐ ₂
と燃料タンク３の最高充填圧力との差が計測誤差の範囲
となるような圧力値に二次圧力Ｐ₂が達するときの流量
が設定されている。

【００５６】すなわち、充填開始時は、二次圧力Ｐ₂が
低いので、流量も急激に上昇する。しかし、燃料タンク
３へのガス充填が進むにつれて設定圧力と二次圧力Ｐ₂
との差が小さくなると、弁体４４が流路を絞る方向に変
位する。そのため、燃料タンク３に充填されるガスの流
量も徐々に減少する。

【００５７】Ｓ６において、計測された流量値が流量設
定値２以上であるときは、Ｓ７に進み、圧力伝送器２２
により検出された供給圧力（二次圧力Ｐ₂）が燃料タン
ク３の最高充填圧以上に上昇したか否かをチェックす
る。Ｓ７において、圧力伝送器２２により検出された供
給圧力（二次圧力Ｐ₂）が燃料タンク３の最高充填圧未
満であるときは、まだ充填可能であるためＳ５に戻り、
Ｓ５〜Ｓ７の処理を繰り返す。

【００５８】しかし、上記Ｓ６において、積算された流
量値が流量設定値２未満の微小流量に減少したときはガ
ス充填終了が近づいており、制御弁２１は図４に示され
るように弁体４４の弁部４４ａがシート部４３に近接し
て流量を絞っている。そのため、流量値が流量設定値２
未満に減少したときは、Ｓ８に移行して開閉弁１７及び
ガス供給開閉弁１９を閉弁させて燃料タンク３へのガス
充填を終了させる。

【００５９】また、Ｓ７において、圧力伝送器２２によ
り検出された供給圧力（二次圧力Ｐ ₂）が燃料タンク３
の最高充填圧以上であるときは、燃料タンク３が満タン
状態であるので、流量変化に関係なくＳ８に移行して開
閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を閉弁させて燃料タン
ク３へのガス充填を終了させる。

【００６０】尚、流量値が流量設定値２未満に減少した
ときは、圧力計測の誤差の範囲となり得る程に目標充填
圧力に近づいているので、上記のようにガス充填を終了
させても充填精度に与える影響は少ない。このように、
流量値が流量設定値２未満の微小流量に減少したとき
は、燃料タンク３が満タンになるまで微小流量によるガ
ス充填を継続するのではなく、開閉弁１７及びガス供給
開閉弁１９を閉弁させてガス充填を終了させるため、微
小流量によってガス充填時間が延長されてしまうことを
防止できる。これにより、燃料タンク３へのガス充填作
業効率を高めることが可能になる。

【００６１】また、流量設定値２は、任意の値に設定す
ることができるので、制御弁２１の特性に応じた値に設
定される。また、流量値が流量設定値２未満の微小流量
に減少したときに開閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を
閉弁させた場合、燃料タンク３に充填された供給圧力
（二次圧力Ｐ₂）が燃料タンク３の最高充填圧に達しな
いことになるが、流量設定値２（所定流量）によって最
高充填圧との誤差を数％程度（許容範囲内）に抑えるこ
とができるので、充填量が少なく再充填が必要となる様
なことはない。また、流量計測精度の悪化する微小流量
での充填が無くなるため、高い流量計測精度を保つこと
ができる。

【００６２】次に本発明の変形例について説明する。図
８は制御装置３４が実行する処理の変形例のフローチャ
ートである。図８において、Ｓ１１〜Ｓ１４は上記Ｓ１
〜Ｓ４の処理と同じなので、その説明を省略する。

【００６３】Ｓ１５では、圧力伝送器２２により検出さ
れた供給圧力（制御弁２１により調整された二次圧力Ｐ
₂）を読み込む。次のＳ１６では、Ｓ１５で検出された
二次圧力Ｐ₂の圧力上昇率α（α＝（単位時間当たりの
圧力上昇値／今回の二次圧力Ｐ₂）×１００％）が予め
設定された設定値α_a（所定値）であるかどうかをチェ
ックする。ここで、設定値α_aは、二次圧力Ｐ₂と燃料
タンク３の最高充填圧力との差が計測誤差となるような
圧力値に二次圧力Ｐ₂が達するときの圧力上昇率が設定
されている。

【００６４】制御弁２１の弁体４４は、二次圧力Ｐ₂が
一定の圧力上昇率αで上昇するように二次圧力Ｐ₂を制
御しており、燃料タンク３へのガス充填が進むにつれて
一次圧力Ｐ₁と二次圧力Ｐ₂との圧力差が小さくなる
と、弁体４４が流路を絞る方向に変位する。そのため、
燃料タンク３に充填されるガスの流量も徐々に減少す
る。

【００６５】Ｓ１６において、二次圧力Ｐ₂の圧力上昇
率αが設定値α_aを越えているときは（α＞α_a）、Ｓ
１７に進み、圧力伝送器２２により検出された供給圧力
（二次圧力Ｐ₂）が燃料タンク３の最高充填圧以上に上
昇したか否かをチェックする。

【００６６】Ｓ１７において、圧力伝送器２２により検
出された供給圧力（二次圧力Ｐ₂）が燃料タンク３の最
高充填圧未満であるときは、まだ充填可能であるためＳ
１５に戻り、Ｓ１５〜Ｓ１７の処理を繰り返す。しか
し、上記Ｓ１６において、二次圧力Ｐ₂の圧力上昇率α
が設定値α_a（α≦α_a）となったときは、圧力伝送器
２２により検出された二次圧力Ｐ₂が目標充填圧力に近
づいており、制御弁２１は図４に示されるように弁体４
４の弁部４４ａがシート部４３に近接して流量を微小流
量に絞っている。そのため、二次圧力Ｐ₂の圧力上昇率
αが設定値α_a以下になったときは、Ｓ１８に移行して
開閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を閉弁させて燃料タ
ンク３へのガス充填を終了させる。

【００６７】また、Ｓ１７において、圧力伝送器２２に
より検出された供給圧力（二次圧力Ｐ₂）が燃料タンク
３の最高充填圧以上であるときは、燃料タンク３が満タ
ン状態であるので、圧力上昇率αの変化に関係なくＳ１
８に移行して開閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を閉弁
させて燃料タンク３へのガス充填を終了させる。

【００６８】このように、二次圧力Ｐ₂の圧力上昇率α
が設定値α_a以下になったときは、燃料タンク３が満タ
ンになるまで微小流量によるガス充填を継続するのでは
なく、開閉弁１７及びガス供給開閉弁１９を閉弁させて
ガス充填を終了させるため、微小流量によってガス充填
時間が延長されてしまうことを防止できる。これによ
り、燃料タンク３へのガス充填作業効率を高めることが
可能になる。

【００６９】尚、二次圧力Ｐ₂の圧力上昇率αの設定値
α_aは、任意の値に設定することができるので、制御弁
２１の特性に応じた値に設定される。また、二次圧力Ｐ
₂の圧力上昇率αが設定値α_a以下になったときに開閉
弁１７及びガス供給開閉弁１９を閉弁させた場合、燃料
タンク３に充填された供給圧力（二次圧力Ｐ₂）が燃料
タンク３の最高充填圧に達しないことになるが、設定値
α_aによって最高充填圧との差を計測誤差の数％程度
（許容範囲内）に抑えることができるので、充填量が少
なく再充填が必要となる様なことはない。また、流量計
測精度の悪化する微小流量での充填が無くなるため、高
い流量計測精度を保つことができる。

【００７０】尚、上記実施例では、都市ガスを圧縮した
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給する場合を一例として挙
げたが、これに限らず、例えばブタン、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３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。

【００７１】また、上記実施例では、制御弁２１が上記
パイロット弁構造として説明したがこれに限らず、制御
弁２１が一定圧力上昇制御して二次圧力Ｐ₂が目標充填
圧力に近づくと流量を微小流量に減少させるように流量
制御を行う構成であれば、他の形式のものにも本発明を
適用することができる。

【００７２】また、上記実施例では、メモリを用いた制
御装置で構成したが、これらの制御をリレーやアナログ
調節計等で構成することは可能であり、以下図面と共
に、本発明の他の実施例を説明する。図１０は本発明に
なるガス供給装置の他の実施例の構成図であり、前述の
実施例と同様の構成については、同符号を付し、その説
明を省略する。

【００７３】ガス供給装置６０内に配設された流量計２
０と制御弁２１との間には、ガス供給管路１８を流れる
ガスの流量を調整するためのニードル弁６１が配設され
ている。ここで、ガス充填開始初期で燃料タンクの圧力
が低圧のときには、制御弁２１が全開となりガス供給管
路１８の配管抵抗によって定まる流量のガスがガス供給
管路１８を流れることになるが、この流量が大きすぎる
と、断熱膨張により燃料タンク３の入口部分が急冷され
て燃料タンク３の耐久性に好ましくない影響を与える。

【００７４】そこで、前記ニードル弁６１をガス供給管
路１８中に設けることにより、流量を調節することがで
き、上述した不都合を回避することが可能になる。この
他の実施例において、制御弁２１は、二次圧力Ｐ₂が燃
料タンク３の目標充填圧力（最高充填圧力）よりも高い
圧力値になったとき閉弁するように設定されている。

【００７５】リレー回路６２は、防爆構造とされたハウ
ジング内に収納された状態でディスペンサユニット５か
ら離間した場所に設置されている。このリレー回路６２
には、ガス供給開閉弁１９、圧力伝送器２２、充填開始
釦３１、充填停止釦３２、非常停止釦３３等の各機器が
接続されており、その内部が圧力計測回路６３、圧力比
較回路６４、及び弁開閉制御回路６５で構成されてい
る。

【００７６】このリレー回路６２においては、まず、圧
力伝送器２２からの圧力を圧力計測回路６３により電流
値に変換して圧力比較回路６４に出力する。圧力比較回
路６４は、圧力計測回路６３からの電流値が予め定めら
れた燃料タンク３の目標充填圧力（最高充填圧力）に対
応する設定電流値となったときに、弁開閉制御回路６５
に電圧を印加する。

【００７７】弁開閉制御回路６５は、圧力比較回路６４
からの電圧の印加により、充填を終了すべく、ガス供給
開閉弁１９を閉弁する。このように、上述した他の実施
例においても、制御弁２１が閉弁する圧力値を燃料タン
ク３の目標充填圧力値よりも高い圧力値とし、リレー回
路６２により、二次圧力Ｐ₂が予め定められた燃料タン
ク３の目標充填圧力（最高充填圧力）となったときにガ
ス供給開閉弁１９を閉弁させてガス充填を終了させるた
め、微小流量によってガス充填時間が延長されてしまう
ことを防止できる。すなわち、制御弁２１によって微小
流量に絞られる時間が短くなるので、ガス充填時間が短
縮できる。これにより、燃料タンク３へのガス充填作業
効率を高めることが可能となる。

【００７８】尚、上記実施例では、リレー回路６２がデ
ィスペンサユニット５から分離された構成を一例として
説明したが、これに限らず、リレー回路６２がディスペ
ンサユニット５内部に収納された構成としても良いのは
勿論である。

【００７９】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
ガス供給管路を流れる流量が所定流量になったとき開閉
弁を閉弁させるため、ガス充填終了のタイミングが早過
ぎて被充填タンクへの充填が不足したり、あるいはガス
充填終了のタイミングが遅過ぎて充填時間が長くなるこ
とを防止できる。これにより、被充填タンクへのガス充
填作業効率を高めることができる。

【００８０】また、請求項２の発明によれば、圧力の圧
力上昇率が所定値になったとき開閉弁を閉弁させるた
め、ガス充填終了のタイミングが早過ぎて被充填タンク
への充填が不足したり、あるいはガス充填終了のタイミ
ングが遅過ぎて充填時間が長くなることを防止できる。
これにより、被充填タンクへのガス充填作業効率を高め
ることができる。

【００８１】また、請求項３の発明によれば、設定手段
により被充填タンクの最高充填圧力値よりも高い圧力値
を閉弁圧力値として設定され、圧力検出手段により検出
された供給圧力値が被充填タンクの最高充填圧力値にな
ったときに開閉弁を閉弁させるため、ガス充填終了のタ
イミングが早過ぎて被充填タンクへの充填が不足した
り、あるいはガス充填終了のタイミングが遅過ぎて充填
時間が長くなることを防止できる。

【００８２】また、請求項４の発明によれば、制御弁が
二次圧力と制御弁に設けられたバネとによって二次圧力
が調整され、二次圧力が所定値になったとき流路を絞る
構成であるため、特に充填時間の短縮及び充填量計測精
度が確保されるようにガス充填終了のタイミングを調整
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるガス供給装置の一実施例の概略構
成図である。

【図２】制御弁の縦断面図である。

【図３】制御弁の圧力−弁開度特性のグラフである。

【図４】制御弁の制御動作を説明するための縦断面図で
ある。

【図５】制御弁の弁体が閉弁位置に動作した状態を示す
縦断面図である。

【図６】制御装置が実行する処理のフローチャートであ
る。

【図７】本実施例のガス充填による圧力及び流量変化を
示すグラフである。

【図８】制御装置が実行する処理の変形例のフローチャ
ートである。

【図９】従来のガス供給装置によるガス充填の圧力及び
流量変化を示すグラフである。

【図１０】本発明になるガス供給装置の他の実施例の構
成図である。

【符号の説明】

１ガス供給装置３燃料タンク４圧力発生ユニット５ディスペンサユニット１２コンプレッサ１５ガス蓄圧器１７ガス蓄圧器開閉弁１８ガス供給管路１９ガス供給開閉弁２０質量流量計２１制御弁２２圧力伝送器２３ガス充填ホース２４三方弁２６，３６接続カプラ３０カプラ掛けスイッチ３１充填開始釦３４制御装置３５表示装置４１弁本体４２流路４３シート部４４弁体４８戻り管路４９可変絞り６１ニードル弁６２リレー回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山繁神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスが給送されるガス供給管路に開閉
弁、流量計、機械式の制御弁、圧力検出手段を配設し、
該制御弁により設定された圧力又は流量で被充填タンク
にガスを充填するガス供給装置において、前記流量計により計測される前記ガス供給管路を流れる
流量が所定流量になったとき前記開閉弁を閉弁させる制
御手段を備えてなることを特徴とするガス供給装置。
【請求項２】ガスが給送されるガス供給管路に開閉
弁、流量計、機械式の制御弁、圧力検出手段を配設し、
該制御弁により設定された圧力又は流量で被充填タンク
にガスを充填するガス供給装置において、前記圧力検出手段により検出された圧力の圧力上昇率が
所定値になったとき前記開閉弁を閉弁させる制御手段を
備えてなることを特徴とするガス供給装置。
【請求項３】ガスが給送されるガス供給管路に開閉
弁、流量計、機械式の制御弁、圧力検出手段を配設し、
該制御弁により設定された圧力又は流量で被充填タンク
にガスを充填するガス供給装置において、前記制御弁には、前記被充填タンクの最高充填圧力値よ
りも高い圧力値を閉弁圧力値として設定する設定手段が
設けられるとともに、前記圧力検出手段により検出された供給圧力値が前記被
充填タンクの最高充填圧力値になったときに前記開閉弁
を閉弁させる制御手段を備えてなることを特徴とするガ
ス供給装置。
【請求項４】前記制御弁は、前記ガス供給管路の二次
圧力と前記制御弁に設けられたバネとによって前記二次
圧力を調整するパイロット弁構造となっており、前記二
次圧力が所定値になったとき流路を絞るよう構成された
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のガス供給
装置。