JP2014055600A

JP2014055600A - ガス充填装置とガス充填方法

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Publication number: JP2014055600A
Application number: JP2012199202A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Ishikawa; 武史石川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-11
Also published as: JP6015261B2

Abstract

【課題】タンクへのガス充填に関与する配管系のガスリークの簡便な検知手法を提供する。
【解決手段】ガス充填装置１００では、検知ガス充填機構５１０から極低温の窒素ガスと検知用ガス（水素ガス）とをタンクＴに充填して行うタンクリーク検知に続いて、管路リーク検知を実行する。この管路リーク検知では、上記のタンクリーク検知完了の際にタンクＴに残存していたリーク検知用ガス（残存ガス）を、管路閉鎖位置にある供給バルブ２１６より下流の下流側供給配管２１２ｄとタンク側供給配管３１０と、管路閉鎖位置にある排出バルブ２２４より上流の上流側排出配管２２２ｕとタンク側排出配管３２０に、給排接続配管２４０を介して接続した、タンクＴを含むループ状の管路に行き渡らせる。そして、給排接続配管２４０の供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力推移により、上記のループ状の管路のリークを検知する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンクへのガス充填に関する。

タンクへのガス充填は、タンクに貯留したガス、例えば、水素ガスや天然ガス等の燃料ガスを消費する都度、或いは、タンクのガスリーク検知に続いて必要とされる。そして、燃料ガスやタンクのリーク検知用のガスの液化ガスの気化を経て、ガスを迅速にタンクに高圧充填する手法が種々提案されている（特許文献１）。

特開２０１１−０８９６２０号公報

タンクへのガス充填を図る際には、タンクが有する口金バルブへの配管接続が不可欠であり、配管接続或いは離脱の都度、タンクへのガス充填に関与する配管が作業者により取り扱われる。こうした配管の取扱は、タンクへのガス充填に関与する配管系のガスリークを招きかねないが、上記の手法では、こうした事態への配慮がなされていないのが実情である。このため、タンクへのガス充填に関与する配管系のガスリークの簡便な検知手法が要請されるに到った。また、既存のタンクリーク検知手法、例えば液化ガスの気化を経てガス充填を図ってタンクのリーク検知を行う検知手法と併用可能とすることや、低コスト化も望まれている。

上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、タンクにガスを充填するガス充填装置が提供される。このガス充填装置は、ガス供給源から延び、前記タンクが有する口金バルブのガス流入ポートに接続される供給配管と、前記口金バルブのガス排出ポートに接続され、前記タンクに圧力を残して残存する残存ガスをタンク外に導く排出配管と、前記供給配管の管路の開閉を行う第１開閉バルブと、前記排出配管の管路の開閉を行う第２開閉バルブと、前記供給配管と前記排出配管とを、前記第１バブルの下流側と前記第２開閉バルブの上流側で接続する給排接続配管と、該給排接続配管の管路内圧を検出する圧力センサーと、前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブとを閉鎖制御して、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管および前記給排接続配管に前記残存ガスを行き渡らせ、前記圧力センサーの出力に基づいて配管管路のリークを検知するリーク検知部と、前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブの制御を経て、前記ガス供給源から前記タンクへのガス充填を図る充填部とを備える。上記形態のガス充填装置では、仮に上記各管路にリークがあれば、給排接続配管の管路内圧は、残存ガスの圧力に基づいた圧力から低減推移することから、この内圧低減を圧力センサーにより検出できる。よって、上記形態のガス充填装置によれば、タンクの口金バルブへの配管接続と上記バルブ制御だけで、配管系のガスリークを簡便に検知できる。しかも、配管系のガスリーク検知には、タンクの残存ガスを用いれば済むので、配管系のガスリーク検知用のガスおよびその給排機構が不要となり、低コスト化を図ることもできる。そして、こうした配管系のガスリーク検知に続いては、第１開閉バルブと第２開閉バルブの制御を経て、ガス供給源からタンクへのガス充填を図ることができる。上記した残存ガスは、ガス充填前にタンク内に残存していた残存ガス、或いはガス充填前に行われたタンクのリーク検知完了の際にタンクに残存していたリーク検知用ガス（残存ガス）であり、タンク内残存の際の圧力により、タンクの口金バルブへの配管接続を経て、第２開閉バルブより上流側の排出配管と給排接続配管、および第１バブルより下流側の供給配管に支障なく行き渡る。

（２）上記形態のガス充填装置において、前記給排接続配管に管路の開閉を行う第３開閉バルブを備え、該第３開閉バルブの両側の前記給排接続配管に前記圧力センサーをそれぞれ有するようにできる。こうすれば、次の利点がある。まず、第３開閉バルブを開放制御しておけば、上記形態と同様に、配管系のガスリークを簡便に検知できる。その上で、第３開閉バルブを閉鎖制御すると、第２開閉バルブより上流側の排出配管と第１バブルより下流側の供給配管とを、給排接続配管の第３開閉バルブ（閉鎖制御）により、区画できる。そして、こうして区画した第２開閉バルブより上流側の排出配管と第１バブルより下流側の供給配管のそれぞれについて、第３開閉バルブの両側の圧力センサーにて配管系のガスリークを簡便に検知できる。つまり、第２開閉バルブより上流側の排出配管或いは第１バブルより下流側の供給配管のいずれの配管にガスリークがあるのかという判別や、両配管にガスリークがあるという判別も可能となる。

（３）上記いずれか形態のガス充填装置において、前記給排接続配管の接続点より下流側で前記供給配管から分岐し、前記タンクのリーク検知用の検知ガスを前記タンクに供給する検知ガス供給配管と、前記給排接続配管の接続点より上流側で前記排出配管から分岐し、前記検知ガス供給配管を経て前記タンクに供給された前記検知ガスをタンク外に導く検知ガス排出配管とを備えるようにできる。こうすれば、検知ガスを、検知ガス供給配管および供給配管を経てタンクに供給してタンクに充填できるので、この検知ガスによるタンクのリーク検知が可能となる。また、検知後の検知ガスについては、これを、排出配管と当該配管から分岐した検知ガス排出配管を経てタンク外に排出できる。よって、既存のタンクリーク検知手法と併用可能となる。

（４）本発明の他の形態によれば、タンクにガスを充填するガス充填方法が提供される。このガス充填方法は、ガス供給源から延びて前記タンクが有する口金バルブのガス流入ポートに接続される供給配管の開閉を行う第１開閉バルブと、前記口金バルブのガス排出ポートに接続されて前記タンクに圧力を残して残存する残存ガスをタンク外に導く排出配管の開閉を行う第２開閉バルブとの両開閉バルブの制御を経て、前記ガス供給源から前記タンクへのガス充填を図る充填工程と、前記供給配管と前記排出配管とにおけるガスリークを、前記充填工程に先立って検知するリーク検知工程とを備え、該リーク検知工程では、前記充填工程に先立って、前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブとを閉鎖制御して、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管および前記給排接続配管に前記残存ガスを行き渡らせ、前記第１バブルの下流側と前記第２開閉バルブの上流側で前記供給配管と前記排出配管とを接続する給排接続配管の管路内圧を検出し、該検出した管路内圧に基づいて、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管とにおけるガスリークを検知する。上記形態のガス充填方法によっても、残存ガスを第２開閉バルブより上流側の排出配管と給排接続配管、および第１バブルより下流側の供給配管行き渡らせ、圧力センサーにより配管系のガスリークを簡便に検知できる。しかも、配管系のガスリーク検知には、タンクの残存ガスを用いれば済むので、配管系のガスリーク検知用のガスおよびその給排機構が不要となり、低コスト化を図ることもできる。そして、こうした配管系のガスリーク検知に続いては、第１開閉バルブと第２開閉バルブの制御を経て、ガス供給源からタンクへのガス充填を図ることができる。

本発明は、例えば、タンクのガスリーク検知を含めた形態で実現することができる。

本発明の第１実施形態としてのガス充填装置１００の概略的な構成をタンクＴに付属の口金バルブＴＶの構成と共に示す説明図である。管路リーク検知を含むガス充填手順を示す工程図である。第２実施形態における管路リーク検知を含むガス充填手順を示す工程図である。水素ガスステーションとしてのガス充填装置１００Ａの概略的な構成をタンクＴに付属の口金バルブＴＶの構成と共に示す説明図である。

図１は本発明の第１実施形態としてのガス充填装置１００の概略的な構成をタンクＴに付属の口金バルブＴＶの構成と共に示す説明図である。図示するように、ガス充填装置１００は、設備側機器群２００と、操作配管群３００と、制御装置４００とを備え、操作配管群３００を、タンクＴのガス充填の都度にタンクＴの口金バルブＴＶに後述するように接続する。

設備側機器群２００は、ガス供給源であるガス貯留タンク２１０と、設備側供給配管２１２と、タンクＴから排出されたガスの回収タンク２２０と、当該タンクに到る設備側排出配管２２２と、設備側供給配管２１２と設備側排出配管２２２とを接続する給排接続配管２４０とを備える。ガス貯留タンク２１０は、タンクＴの充填ガス、例えば、燃料電池搭載車両のタンクＴに充填する水素ガスを、タンク充填圧より高圧で貯留し、その貯留した水素ガスを、減圧弁２１４で減圧した上で、設備側供給配管２１２を経てタンクＴに供給する。設備側供給配管２１２は、管路の開閉を行う供給バルブ２１６を備え、当該バルブの後述の制御装置４００による開放制御を経て、水素ガスを管路下流端の供給継手２１８に流す。供給バルブ２１６は、設備側供給配管２１２をガス貯留タンク２１０の側の上流側供給配管２１２ｕと供給継手２１８の側の下流側供給配管２１２ｄに区画する。

回収タンク２２０は、後述の制御装置４００によるガス充填処理においてタンクＴに残存する水素ガスを回収する。そして、この回収タンク２２０は、設備側排出配管２２２に設けられて管路の開閉を行う排出バルブ２２４の制御装置４００による開放制御を経て、タンクＴの残留水素ガスを管路上流端の排出継手２２６から設備側排出配管２２２を経て回収する。排出バルブ２２４は、設備側排出配管２２２を排出継手２２６の側の上流側排出配管２２２ｕと回収タンク２２０の側の下流側排出配管２２２ｄに区画する。

給排接続配管２４０は、供給バルブ２１６の下流側と排出バルブ２２４の上流側で、設備側供給配管２１２と設備側排出配管２２２、詳しくは下流側供給配管２１２ｄと上流側排出配管２２２ｕとを接続し、その管路に、当該管路の開閉を行う接続管路バルブ２４２を備える。また、給排接続配管２４０は、接続管路バルブ２４２の両側に、給排接続配管２４０の管路内圧を検出する供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８とを備える。

操作配管群３００は、タンクＴがその口金部に有する口金バルブＴＶのガス流入ポートＰ１に接続されるタンク側供給配管３１０と、口金バルブＴＶのガス排出ポートＰ２に接続されてタンクＴの残存ガス（水素ガス）をタンク外に導くタンク側排出配管３２０とを備える。タンク側供給配管３１０とタンク側排出配管３２０は、ガス流入ポートＰ１とガス排出ポートＰ２に対してノズル／レセプタクル構造のカプラ継手で接続するよう取り扱われることから、いわゆるフレキシブルホースとされている。タンク側供給配管３１０は、上流端のタンク側供給継手３１４が供給継手２１８に接続されることで、設備側供給配管２１２と接続される。これにより、供給バルブ２１６やタンク側供給バルブ３１２等の制御装置４００によるバルブ制御を経て、ガス貯留タンク２１０からタンクＴへの水素ガスの充填が可能となる。この際の充填圧力は、給排接続配管２４０に設けた排出側圧力センサー２４８にて後述のように検出され、検出結果は制御装置４００に出力される。タンク側排出配管３２０は、下流端のタンク側排出継手３２４が排出継手２２６に接続されることで、設備側排出配管２２２と接続される。これにより、タンク側排出バルブ３２２や排出バルブ２２４等の制御装置４００によるバルブ制御を経て、タンクＴの残留ガス（水素ガス）の回収タンク２２０への回収が可能となる。ガス充填および残留ガス回収については、後述する。

タンク側供給継手３１４と供給継手２１８、およびタンク側排出継手３２４と排出継手２２６の継手構造は、安価なねじ込み式の継手構造とされている。これは、両継手を接続したままとしておいても、後述のガス充填やその前の管路リーク検知において特段の支障はなく、その着脱頻度も少ない、からである。

この他、操作配管群３００は、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２より下流側でタンク側供給配管３１０から分岐した検知ガス供給配管３３０と、タンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２より上流側でタンク側排出配管３２０から分岐した検知ガス排出配管３４０とを備える。検知ガス供給配管３３０は、タンク側供給配管３１０と同様にフレキシブルホースとされ、上流端にレセプタ３３２を備え、管路途中に開閉バルブ３３４を備える。そして、タンクリーク検知装置５００が有する検知ガス充填機構５１０から延びた管路のノズル５２０にレセプタ３３２が接続されると、検知ガス供給配管３３０は、タンクＴのタンクリーク検知用の検知ガスを検知ガス充填機構５１０からタンクＴに供給する。検知ガス充填機構５１０は、特開２０１１−８９６２０号で提案されたように、タンクＴに充填する検知ガス、例えば、水素ガスやヘリウムガスを、流体窒素の熱交換を経て得た極低温の窒素ガスに混入してタンクＴに充填する。

検知ガス排出配管３４０は、タンク側排出配管３２０と同様にフレキシブルホースとされ、下流端にレセプタ３４２を備え、管路途中に開閉バルブ３４４を備える。そして、図示しない検知ガス回収機器もしくは検知ガス放出機器が有するノズルにレセプタ３４２が接続されると、検知ガス排出配管３４０は、タンクＴの検知ガスをタンク外に導く。この場合、検知ガス供給配管３３０の分岐箇所は、タンク側供給バルブ３１２より下流であることから、検知ガス供給配管３３０は、給排接続配管２４０の接続点より下流側で設備側供給配管２１２（下流側供給配管２１２ｄ）、延いてはタンク側供給配管３１０から分岐することになる。また、検知ガス排出配管３４０の分岐箇所は、タンク側排出バルブ３２２より上流側であることから、給排接続配管２４０の接続点より上流側で設備側排出配管２２２（上流側排出配管２２２ｕ）、延いてはタンク側排出配管３２０から分岐することになる。なお、タンクリーク検知装置５００については、ガス充填装置１００の付属装置として扱うことができるほか、ガス充填に先立つタンクリークの検知が求められる場合において、タンクリーク検知装置５００のノズル５２０に、検知ガス供給配管３３０のレセプタ３３２を接続すればよい。

制御装置４００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、供給側圧力センサー２４６等のセンサー入力を受けて、ガス充填に先立つ管路リーク検知やガス充填を、供給バルブ２１６等のバルブ制御を介して行う。この管路リーク検知やガス充填については、後述する。

タンクＴの口金バルブＴＶは、ガス流入ポートＰ１からガス排出ポートＰ２に向かうバルブ内流路Ｖｐと、当該流路から分岐してタンク内に到る分岐流路Ｂｐとを備える。バルブ内流路Ｖｐには、ガス流入ポートＰ１から分岐流路Ｂｐの分岐箇所に到る間に、第１逆流防止弁Ｇ１と第１フィルタＦ１と第２逆流防止弁Ｇ２とが組み込まれている。そして、分岐箇所下流のバルブ内流路Ｖｐには、第２フィルタＦ２と開閉バルブＶｖとが組み込まれている。開閉バルブＶｖは、初期位置として管路閉鎖位置を採るよう構成され、端子コネクターＶｃを経て接続された制御装置４００による制御を受けて、後述のガス充填処理においてバルブ内流路Ｖｐの管路を開閉する。なお、タンクＴにはタンク内の温度を検出する温度センサーＴｓが装着されており、当該センサー出力は、端子コネクターＶｃを経て制御装置４００に出力される。

次に、上記したガス充填装置１００が行うタンクＴへの水素ガス充填について説明する。図２は管路リーク検知を含むガス充填手順を示す工程図である。なお、ガス充填に際しては、設備側供給配管２１２の供給バルブ２１６、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２、タンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２および回収タンク２２０の排出バルブ２２４は、いずれも初期ポジションとして管路閉鎖位置を採る。

図２に示す水素ガス充填工程は、図示しない充填開始スイッチ等の作業員操作を経て制御装置４００にて開始され、まず、前工程であるタンクＴのリーク検知の完了処理を行う（ステップＳ１００）。このリーク検知では、リーク検知用ガス、例えば水素ガスがタンクリーク検知のために図１の検知ガス充填機構５１０から検知ガス供給配管３３０を経て窒素ガスと共にタンクＴに充填され、リーク検知後には、その充填されたガスは、検知ガス排出配管３４０を経てタンク外に放出或いは回収される。よって、ステップＳ１００では、タンクＴのリーク検知の完了に伴い、ノズル５２０と検知ガス供給配管３３０のレセプタ３３２との接続、および検知ガス排出配管３４０のレセプタ３４２と図示しないノズルとの接続を解除する。この接続解除は、ノズル／レセプタクル構造のカプラ継手を図１に示さない自動機器にて自動解除することでなされる。この場合、上記のタンクリーク検知の過程では、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２およびタンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２は、管路閉鎖位置にあることから、検知ガス充填機構５１０からの極低温の窒素ガスおよびこれに混入した検知用ガス（水素ガス）は、タンク側供給継手３１４の側の管路やタンク側排出継手３２４の側の管路には流入しない。よって、タンク側供給継手３１４とタンク側排出継手３２４は、作業員の手動操作が妨げられるような低温となることはない。また、タンクリーク検知において、口金バルブＴＶのガス流入ポートＰ１とガス排出ポートＰ２には、タンク側供給配管３１０とタンク側排出配管３２０が、それぞれノズル／レセプタクル構造のカプラ継手にて接続済みである。

次に、制御装置４００は、タンクＴのリーク検知用のガス給排に関与していた管路、即ち検知ガス供給配管３３０と検知ガス排出配管３４０とを、それぞれの開閉バルブ３３４と開閉バルブ３３４とを閉鎖制御して閉鎖する（ステップＳ１１０）。この場合、開閉バルブ３３４と開閉バルブ３４４とを手動弁構造とした場合には、制御装置４００は、両開閉バルブの閉弁操作の完了を、作業員の所定スイッチ操作等により、確認することになる。

ステップＳ１１０に続くステップＳ１２０では、ガス貯留タンク２１０からの水素ガス充填に関与する管路、具体的には、設備側供給配管２１２とタンク側供給配管３１０、および設備側排出配管２２２とタンク側排出配管３２０を接続する。この管路接続は、タンク側供給継手３１４と供給継手２１８、およびタンク側排出継手３２４と排出継手２２６のねじ込み式の継手を繋ぐことでなされる。この場合、これら継手は、通常は接続状態済みであることから、ステップＳ１２０をスキップすることもできる。ねじ込み継手の接続が必要であれば、その接続作業は作業員によりなされるが、既述したように、タンク側供給継手３１４とタンク側排出継手３２４はそれ以前のタンクリーク検知工程にて低温となっていないので、支障はない。制御装置４００は、ねじ込み継手の接続完了を、作業員の所定スイッチ操作等により確認して、次のステップＳ１３０の処理を行う。

続くステップＳ１３０では、制御装置４００は、管路リーク検知の準備を行う。即ち、制御装置４００は、給排接続配管２４０の接続管路バルブ２４２と、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２およびタンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２を開放制御する。これにより、管路閉鎖位置にある供給バルブ２１６より下流の下流側供給配管２１２ｄとタンク側供給配管３１０は、管路閉鎖位置にある排出バルブ２２４より上流の上流側排出配管２２２ｕとタンク側排出配管３２０と、給排接続配管２４０を介して接続されることになる。つまり、タンクＴを含むループ状の管路が上記の各配管にて形成される。この場合、上記のバルブの一部、例えば、タンク側供給バルブ３１２とタンク側排出バルブ３２２とを手動弁構造とした場合には、制御装置４００は、この両バルブの開放操作の完了を、作業員の所定スイッチ操作等により、確認することになる。

続くステップＳ１４０では、制御装置４００は、管路リーク検知を開始する。即ち、制御装置４００は、口金バルブＴＶの端子コネクターＶｃを経て開閉バルブＶｖに制御信号を出力し、この開閉バルブＶｖを開放制御する。このバルブ開放を受けて、タンクＴの残存ガス、即ちタンクリーク検知のためにタンクＴに充填され、タンクリーク検知後に検知ガス排出配管３４０から放出された残余の水素ガスと窒素ガス（以下、残余ガス）は、タンクＴを含むループ状の管路、即ち排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、給排接続配管２４０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０に、図１において点線で示したように導かれ、これら管路の各部に行き渡る。上記した残余ガスの圧力は、タンクリーク検知後の放出により圧力は１Ｍｐａ程度以下まで低下している。しかしながら、配管内圧力は更に低圧であることから、タンクＴの残余ガスは、上記の各配管に行き渡る。そして、タンクＴを含むループ状の上記管路は、いわゆる閉じた系となるので、管路リークが起きていなければ、上記管路の圧力は、タンクＴの残余ガスとほぼ同じ程度の圧力に収束する。その一方、管路リークが起きていると、上記管路の圧力は、リークの程度に応じて低減推移する。

制御装置４００は、給排接続配管２４０の供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力を読み込み、両センサーからの検出圧力が定圧となるまで待機して、給排接続配管２４０の接続管路バルブ２４２を閉鎖制御する（ステップＳ１５０）。この場合、所定時間が経過しても両センサーからの検出圧力が定圧とならなければ、タンクＴを含むループ状の上記の管路のいずれかの箇所にて管路リークが起きていると想定される。制御装置４００は、このリークの発生箇所をより詳しく調べるべく、上記時間の経過後に、接続管路バルブ２４２を閉鎖制御する。ステップＳ１５０での接続管路バルブ２４２の閉鎖制御により、タンクＴを含むループ状の上記の管路は、接続管路バルブ２４２を境に、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０とに区画される。なお、ステップＳ１５０において、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖについても、これを閉鎖制御するようにできる。こうすれば、上記のように区画された配管を、管路リーク検知の上で、タンクＴから切り離すようにできる。

制御装置４００は、接続管路バルブ２４２の閉鎖制御後の供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力を継続して読み込み、両センサーの検出圧力推移に基づいて、管路リークの有無を検知する（ステップＳ１６０）。この管路リーク検知は、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０とについて、それぞれのセンサー出力推移に基づいて行われることになる。そして、制御装置４００は、供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力推移に基づいて、管路リークを検知すると、リーク発生箇所を含めて、管路リーク発生の旨の報知を行い、作業員によるリーク修復を促す。例えば、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０のいずれかの箇所で管路リークが起きていれば、排出側圧力センサー２４８のセンサー出力は低減推移するので、制御装置４００は、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０で管路リークが起きていることを報知する。供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０についても同様である。この報知を受け、作業員は、継手の再接続や配管の交換等のリーク修復を図る。

制御装置４００は、ステップＳ１６０にて管路リークの発生が無いと検知すると、或いは、管路リーク検知に伴うリーク修復を経て、タンクＴへの水素ガス充填を開始する（ステップＳ１７０）。即ち、制御装置４００は、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖと設備側供給配管２１２の供給バルブ２１６とを開放制御する。これにより、ガス貯留タンク２１０の水素ガスは、減圧弁２１４で減圧を受けた上で、設備側供給配管２１２およびタンク側供給配管３１０を経て口金バルブＴＶに至り、タンクＴには、バルブ内流路Ｖｐとこれか分岐した分岐流路Ｂｐを経て充填される。この場合、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖは開放制御されているので、ガス貯留タンク２１０からの水素ガスは、閉鎖制御下の排出バルブ２２４より上流の上記管路と、閉鎖制御下の接続管路バルブ２４２の給排接続配管２４０にも流れ込む。よって、給排接続配管２４０の排出側圧力センサー２４８は、水素ガス充填圧力を検知することになる。

こうしてガス充填を開始すると、制御装置４００は、所定の充填圧力までの水素ガス充填と、充填完了後の管路内の水素ガス放出とを行い（ステップＳ１８０）、水素ガス充填処理を終了する。制御装置４００は、このステップＳ１８０において、排出側圧力センサー２４８の圧力推移を監視しながら、所定の充填圧力まで上記バルブ制御を継続して、タンクＴに水素ガス充填を行う。こうして所定圧力での水素ガス充填が完了すると、制御装置４００は、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖと設備側供給配管２１２の供給バルブ２１６とを閉鎖制御した上で、設備側排出配管２２２の排出バルブ２２４を開放制御する。これにより、閉鎖制御下の排出バルブ２２４より上流の上記管路と、閉鎖制御下の接続管路バルブ２４２の給排接続配管２４０に流れ込んでいた水素ガスは、下流側排出配管２２２ｄを経て回収タンク２２０に導かれて当該タンクに回収される。

上記した水素ガス充填処理は、タンクＴのリーク検知を行った上で、当該検知に続くガス充填の様子を示している。ところが、水素ガス充填は、タンクＴの水素ガスが消費されてその補充が必要な際にも行われ、タンクＴのリーク検知を必要としない場合もある。この場合には、前回の水素ガス充填処理により、ステップＳ１００でのノズル／レセプタクル構造のカプラ継手の接続解除と、ステップＳ１２０での検知ガスの給排配管の閉鎖とがなされている。よって、タンクＴのリーク検知を必要としない水素ガス充填処理では、この両ステップをスキップして、ステップＳ１２０から各処理が実行される。

以上説明したように、第１実施形態のガス充填装置１００では、検知ガス充填機構５１０から極低温の窒素ガスとこれに混入した検知用ガス（水素ガス）とをタンクＴに充填して行うタンクリーク検知に続いて、管路リーク検知を実行する。この管路リーク検知では、上記のタンクリーク検知完了の際にタンクＴに残存していたリーク検知用ガス（残存ガス）を、管路リーク検知の対象となる管路に図１において点線で示したように導き、これら管路の各部に行き渡らせる。この際の管路リークの対象となる管路は、管路閉鎖位置にある供給バルブ２１６より下流の下流側供給配管２１２ｄとタンク側供給配管３１０が、管路閉鎖位置にある排出バルブ２２４より上流の上流側排出配管２２２ｕとタンク側排出配管３２０に、給排接続配管２４０を介して接続した、タンクＴを含むループ状の管路であり、タンク側供給配管３１０のタンク側供給継手３１４と設備側供給配管２１２の供給継手２１８、およびタンク側排出配管３２０のタンク側排出継手３２４と設備側排出配管２２２の排出継手２２６のねじ込み式の継手を含む。そして、本実施形態のガス充填装置１００では、給排接続配管２４０の供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力推移により、上記のループ状の管路のリークを検知する（ステップＳ１５０〜１６０）。上記のループ状の管路は、閉じた系であることから、管路にリークがあれば、上記の両センサーの検出圧力（給排接続配管２４０の管路内圧）は低減推移することから、管路リークを簡便に検知できる。しかも、こうした管路のリーク検知にはタンクＴの残存ガスを用いれば済むので、管路リーク検知用のガスおよびその給排機構が不要となる。つまり、本実施形態のガス充填装置１００によれば、低コストにて、管路リークの有無を検知できる。しかも、管路リーク検知に続き、ガス貯留タンク２１０から延びる設備側供給配管２１２の供給バルブ２１６と回収タンク２２０に繋がる設備側排出配管２２２の排出バルブ２２４の両バルブの開放制御を経て、ガス貯留タンク２１０からタンクＴに支障なく水素ガスを充填できる。

また、本実施形態のガス充填装置１００では、接続管路バルブ２４２にて給排接続配管２４０の管路を閉鎖した上で、バルブ両側の供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力推移を監視する。この際には、接続管路バルブ２４２を閉鎖制御するので（ステップＳ１５０）、上記の閉じた系としてのループ状の管路を、接続管路バルブ２４２を境に、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０とに区画する。このため、この区画した排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０とについて、それぞれの上記センサー出力推移にて、管路リークを個別に、且つ簡便に検知できる。よって、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０のいずれの配管に管路リークがあるのかという判別や、両配管に管路リークがあるという判別を下すこともできる。

また、本実施形態のガス充填装置１００では、給排接続配管２４０の接続点およびタンク側供給バルブ３１２より下流側でタンク側供給配管３１０から検知ガス供給配管３３０を分岐させ、この検知ガス供給配管３３０をレセプタ３３２とノズル５２０の接続を経て、検知ガス充填機構５１０に接続する。これにより、水素ガス充填に先立って、検知ガス充填機構５１０から極低温の窒素ガスおよびこれに混入した検知用ガス（水素ガス）をタンクＴに充填して、タンクリークの検知が可能である。これに加え、給排接続配管２４０の接続点およびタンク側排出バルブ３２２より上流側でタンク側排出配管３２０から検知ガス排出配管３４０を分岐させるので、検知ガス供給配管３３０を経てタンクＴに供給された極低温の窒素ガスおよびこれに混入した検知用ガス（水素ガス）を、検知ガス排出配管３４０を経てタンク外に導いて、タンク外に排出できる。この結果、本実施形態のガス充填装置１００によれば、検知ガス充填機構５１０を含む既存のタンクリーク検知装置５００を併用してタンクリーク検知をした上で、その後に、既述した管路リーク検知と水素ガス充填を図ることができる。

しかも、タンクリーク検知装置５００を併用したタンクリーク検知に際しては、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２およびタンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２を管路閉鎖位置にする。このため、検知ガス充填機構５１０からの極低温の窒素ガスおよびこれに混入した検知用ガス（水素ガス）を、タンク側供給継手３１４の側の管路やタンク側排出継手３２４の側の管路には流入させないので、タンク側供給継手３１４とタンク側排出継手３２４を、作業員の手動操作が妨げられるような低温としないようにできる。よって、水素ガス充填に関与する管路接続（ステップＳ１２０）の際のタンク側供給継手３１４と供給継手２１８の作業員による接続作業、およびタンク側排出継手３２４と排出継手２２６の作業員による接続作業に、支障を及ぼすことを回避できる。

次に、第２実施形態について説明する。この実施形態では、既述したループ状の管路リーク検知を、タンクＴの下流側とタンクＴの上流側で順次行う点に特徴がある。図３は第２実施形態における管路リーク検知を含むガス充填手順を示す工程図である。

図３に示す水素ガス充填工程は、既述したように、タンクＴのリーク検知の完了処理（ステップＳ１００）、タンクＴのリーク検知用のガス給排管路の閉鎖（ステップＳ１１０）、および水素ガス充填関与の管路接続（ステップＳ１２０）を順次実行する。管路接続に続く管路リーク検知準備（ステップＳ１３２）では、制御装置４００は、既述した実施形態と異なり、給排接続配管２４０の接続管路バルブ２４２については閉鎖制御のまま、タンク側供給配管３１０のタンク側供給バルブ３１２とタンク側排出配管３２０のタンク側排出バルブ３２２を開放制御する。これにより、管路閉鎖位置にある供給バルブ２１６より下流の下流側供給配管２１２ｄとタンク側供給配管３１０は、管路閉鎖位置にある排出バルブ２２４より上流の上流側排出配管２２２ｕとタンク側排出配管３２０とは、給排接続配管２４０の２４２を境に区画された状態となる。なお、上記のバルブが手動弁構造である場合には、既述した通りである。

続くステップＳ１４２では、制御装置４００は、タンクＴより下流側の管路リーク検知を開始する。即ち、制御装置４００は、口金バルブＴＶの端子コネクターＶｃを経て開閉バルブＶｖに制御信号を出力し、この開閉バルブＶｖを開放制御する。このバルブ開放を受けて、タンクＴの残存ガス、即ちタンクリーク検知のためにタンクＴに充填され、タンクリーク検知後に検知ガス排出配管３４０から放出された残余の水素ガスと窒素ガス（以下、残余ガス）は、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と、接続管路バルブ２４２までの給排接続配管２４０の各部に行き渡る。以下、排出バルブ２２４より上流側の上流側排出配管２２２ｕおよびタンク側排出配管３２０と接続管路バルブ２４２までの給排接続配管２４０を、説明の便宜上、タンク下流側配管管路と称する。

制御装置４００は、給排接続配管２４０における排出側圧力センサー２４８の検出圧力を読み込み、その検出圧力が定圧となるまで待機して、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖを閉鎖制御する（ステップＳ１５２）。この開閉バルブＶｖの閉鎖制御により、タンク下流側配管管路は、閉じた系となるので、管路リークが起きていなければ、管路圧力は、タンクＴの残余ガスとほぼ同じ程度の圧力に収束する。その一方、管路リークが起きていると、上記管路の圧力は、リークの程度に応じて低減推移する。

制御装置４００は、開閉バルブＶｖの閉鎖制御後の排出側圧力センサー２４８の検出圧力を継続して読み込み、その検出圧力推移に基づいて、管路リークの有無をタンク下流側配管管路について検知する（ステップＳ１６２）。そして、制御装置４００は、排出側圧力センサー２４８の検出圧力推移に基づいて、管路リークを検知すると、管路リーク発生の旨の報知を行い、作業員によるリーク修復を促す。この報知を受け、作業員は、タンク下流側配管管路についての継手の再接続や配管の交換等のリーク修復を図る。

制御装置４００は、ステップＳ１６２にてタンク下流側配管管路での管路リークの発生が無いと検知すると、或いは、タンク下流側配管管路での管路リーク検知に伴うリーク修復を経て、タンクＴより上流側の管路リーク検知を開始する（ステップＳ１６４）。即ち、制御装置４００は、給排接続配管２４０の接続管路バルブ２４２を開放制御すると共に、口金バルブＴＶの開閉バルブＶｖを開放制御する。このバルブ開放を受けて、タンクＴの残余ガスは、タンク下流側配管管路を経て、接続管路バルブ２４２以降の給排接続配管２４０と供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０の各部に行き渡る。以下、接続管路バルブ２４２以降の給排接続配管２４０と供給バルブ２１６より下流側の下流側供給配管２１２ｄおよびタンク側供給配管３１０を、説明の便宜上、タンク上流側配管管路と称する。

制御装置４００は、給排接続配管２４０における供給側圧力センサー２４６と排出側圧力センサー２４８の検出圧力を継続して読み込み、その検出圧力推移に基づいて、管路リークの有無をタンク上流側配管管路について検知する（ステップＳ１６６）。つまり、タンク下流側配管管路についての管路リーク検知は、ステップＳ１６２にて済んでいるので、ステップＳ１６６での管路リーク検知は、タンク上流側配管管路についてのリーク検知となる。そして、制御装置４００は、供給側圧力センサー２４６の検出圧力推移に基づいて、管路リークを検知すると、管路リーク発生の旨の報知を行い、作業員によるリーク修復を促す。この報知を受け、作業員は、タンク上流側配管管路についての継手の再接続や配管の交換等のリーク修復を図る。

制御装置４００は、ステップＳ１６６にてタンク上流側配管管路での管路リークの発生が無いと検知すると、或いは、タンク上流側配管管路での管路リーク検知に伴うリーク修復を経て、既述したバルブ制御を行ってタンクＴへの水素ガス充填を開始する（ステップＳ１７０）。その後、排出側圧力センサー２４８の圧力推移監視下での所定の充填圧力までの水素ガス充填と、既述したバルブ制御を経た充填完了後の管路内の水素ガス放出とを行い（ステップＳ１８０）、水素ガス充填処理を終了する。

上記した第２実施形態の水素ガス充填処理にあっても、タンクＴのリーク検知を行った上での処理であるが、タンクＴのリーク検知を必要としない場合の水素ガス充填では、既述したようにステップＳ１００でのノズル／レセプタクル構造のカプラ継手の接続解除と、ステップＳ１２０での検知ガスの給排配管の閉鎖とをスキップして、ステップＳ１２０から各処理が実行される。

以上説明した第２実施形態のガス充填処理によっても、既述した効果を奏することができる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

また、上記の実施形態では、タンクＴへの充填ガスを水素ガスとしたが、他のガスをタンクＴに充填する形態に適用することもできる。この他、タンクＴのリーク検知を行った上での水素ガス充填処理としたが、タンクＴの水素ガスを消費した場合にこれを充填する、いわゆる水素ガスステーションとしての形態とすることもできる。こうした水素ガスステーションでは、タンクＴのリーク検知を行わないでタンクＴに、水素ガスを直接充填する。図４は水素ガスステーションとしてのガス充填装置１００Ａの概略的な構成をタンクＴに付属の口金バルブＴＶの構成と共に示す説明図である。図示するように、ガス充填装置１００Ａでは、検知ガス供給配管３３０および検知ガス排出配管３４０を必要としないので、配管構成が簡略となる。そして、消費した水素ガスのタンク充填では、図２や図３に示した水素ガス充填処理において、ステップＳ１００でのノズル／レセプタクル構造のカプラ継手の接続解除と、ステップＳ１２０での検知ガスの給排配管の閉鎖とをスキップして、ステップＳ１２０から各処理を実行すればよい。こうした水素充填では、既述したタンク上流側配管管路やタンク下流側配管管路に、タンクＴに未消費で残存している未消費水素ガスが行き渡るので、この未消費水素ガスにて管路リーク検知を行うことができる。

１００…ガス充填装置
１００Ａ…ガス充填装置
２００…設備側機器群
２１０…ガス貯留タンク
２１２…設備側供給配管
２１２ｕ…上流側供給配管
２１２ｄ…下流側供給配管
２１４…減圧弁
２１６…供給バルブ
２１８…供給継手
２２０…回収タンク
２２２…設備側排出配管
２２２ｕ…上流側排出配管
２２２ｄ…下流側排出配管
２２４…排出バルブ
２２６…排出継手
２４０…給排接続配管
２４２…接続管路バルブ
２４６…供給側圧力センサー
２４８…排出側圧力センサー
３００…操作配管群
３１０…タンク側供給配管
３１２…タンク側供給バルブ
３１４…タンク側供給継手
３２０…タンク側排出配管
３２２…タンク側排出バルブ
３２４…タンク側排出継手
３３０…検知ガス供給配管
３３２…レセプタ
３３４…開閉バルブ
３４０…検知ガス排出配管
３４２…レセプタ
３４４…開閉バルブ
４００…制御装置
５００…タンクリーク検知装置
５１０…検知ガス充填機構
５２０…ノズル
Ｔ…タンク
Ｐ１…ガス流入ポート
Ｐ２…ガス排出ポート
Ｇ１…第１逆流防止弁
Ｇ２…第２逆流防止弁
Ｆ１…第１フィルタ
Ｆ２…第２フィルタ
ＴＶ…口金バルブ
Ｖｃ…端子コネクター
Ｖｐ…バルブ内流路
Ｂｐ…分岐流路
Ｔｓ…温度センサー
Ｖｖ…開閉バルブ

Claims

タンクにガスを充填するガス充填装置であって、
ガス供給源から延び、前記タンクが有する口金バルブのガス流入ポートに接続される供給配管と、
前記口金バルブのガス排出ポートに接続され、前記タンクに圧力を残して残存する残存ガスをタンク外に導く排出配管と、
前記供給配管の管路の開閉を行う第１開閉バルブと、
前記排出配管の管路の開閉を行う第２開閉バルブと、
前記供給配管と前記排出配管とを、前記第１バブルの下流側と前記第２開閉バルブの上流側で接続する給排接続配管と、
該給排接続配管の管路内圧を検出する圧力センサーと、
前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブとを閉鎖制御して、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管および前記給排接続配管に前記残存ガスを行き渡らせ、前記圧力センサーの出力に基づいて配管管路のリークを検知するリーク検知部と、
前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブの制御を経て、前記ガス供給源から前記タンクへのガス充填を図る充填部とを備える
ガス充填装置。
請求項１に記載のガス充填装置であって、
前記給排接続配管に管路の開閉を行う第３開閉バルブを備え、該第３開閉バルブの両側の前記給排接続配管に前記圧力センサーをそれぞれ有するガス充填装置。
請求項１または請求項２に記載のガス充填装置であって、
前記給排接続配管の接続点より下流側で前記供給配管から分岐し、前記タンクのリーク検知用の検知ガスを前記タンクに供給する検知ガス供給配管と、
前記給排接続配管の接続点より上流側で前記排出配管から分岐し、前記検知ガス供給配管を経て前記タンクに供給された前記検知ガスをタンク外に導く検知ガス排出配管とを備える
ガス充填装置。
タンクにガスを充填するガス充填方法であって、
ガス供給源から延びて前記タンクが有する口金バルブのガス流入ポートに接続される供給配管の開閉を行う第１開閉バルブと、前記口金バルブのガス排出ポートに接続されて前記タンクに圧力を残して残存する残存ガスをタンク外に導く排出配管の開閉を行う第２開閉バルブとの両開閉バルブの制御を経て、前記ガス供給源から前記タンクへのガス充填を図る充填工程と、
前記供給配管と前記排出配管とにおけるガスリークを、前記充填工程に先立って検知するリーク検知工程とを備え、
該リーク検知工程では、
前記充填工程に先立って、前記第１開閉バルブと前記第２開閉バルブとを閉鎖制御して、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管および前記給排接続配管に前記残存ガスを行き渡らせ、
前記第１バブルの下流側と前記第２開閉バルブの上流側で前記供給配管と前記排出配管とを接続する給排接続配管の管路内圧を検出し、
該検出した管路内圧に基づいて、前記第１バブルより下流側の前記供給配管と前記第２開閉バルブより上流側の前記排出配管とにおけるガスリークを検知する
ガス充填方法。