特許 6661306 水素ガス充填装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6661306

(24)【登録日】2020年2月14日

(45)【発行日】2020年3月11日

(54)【発明の名称】水素ガス充填装置

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20200227BHJP

   F17C 13/00 20060101ALI20200227BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20200227BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALN20200227BHJP

【ＦＩ】

   F17C13/02 301Z

   F17C13/00 301C

   F17C5/06

   !H01M8/0606

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-168998(P2015-168998)

(22)【出願日】2015年8月28日

(65)【公開番号】特開2017-44304(P2017-44304A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2018年7月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000110099

【氏名又は名称】トキコシステムソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002457

【氏名又は名称】特許業務法人広和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田邊 稔

【審査官】 植前 津子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１３３４９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０４８９２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １／００−１３／１２

Ｈ０１Ｍ ８／０４− ８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

予め水素ガスが蓄圧されている蓄圧器とガス供給経路を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのカップリングと、
前記ガス供給経路に設けられ、開弁することにより前記蓄圧器内の水素ガスを前記カップリングへ供給する開閉弁と、
前記ガス供給経路に設けられ、水素ガスを予め定められた温度範囲となるように冷却する冷却器と、
前記開閉弁を開閉制御することにより、前記被充填タンクへの水素ガスの供給を制御する充填制御手段と、
前記被充填タンクへの水素ガスの充填を行っていない場合に前記カップリングを保持するための保持部と、
前記保持部近傍に設けられ、前記保持部に保持される前記カップリングに向けて乾燥気体を吹き付ける乾燥気体吹付け手段と、
からなる水素ガス充填装置において、
前記ガス充填装置周囲の湿度を検出する湿度検出器と、
乾燥気体の吹付けを行うか否かを判定するために予め定められた湿度閾値が記憶された記憶部と、
水素ガス充填装置による充填が終了した場合に、前記湿度検出器により検出された湿度と前記記憶部に記憶された湿度閾値とを比較して、前記乾燥気体吹付け手段を駆動するか否かを制御する結露防止制御手段と、
を設けたことを特徴とする水素ガス充填装置。

【請求項2】

前記結露防止制御手段は、前記湿度検出器で検出した湿度に応じて前記乾燥気体吹付け手段の駆動時間を可変に制御する構成としてなる請求項１に記載の水素ガス充填装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば車両の燃料タンクに水素ガスを充填するのに好適に用いられる水素ガス充填装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、高圧状態の水素ガスを被充填タンク（４輪自動車等の車両に搭載した燃料タンク）に供給し充填するようにした水素ガス充填装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の従来技術による水素ガス充填装置は、プレクーラ等の冷却装置を用いて水素ガスを冷却させ、氷点下の温度（例えば、−４０℃等）に冷却された水素ガスを被充填タンクに充填ノズル（カップリング）を用いて充填する構成としている。

【0003】

しかし、金属材料からなる充填ノズルや被充填タンクの充填口の表面には、氷点下に冷却された水素ガスの流通により結露が生じることがある。この結露によって生じた水滴が充填ノズルと充填口の嵌合部に残留した場合、このままの状態で次なる充填作業を行ったときに両者の嵌合部内で氷結が発生し、充填ノズルを充填口から取外せなくなる事象が発生することがある。

【0004】

このような事象を改善するため、従来技術では、充填ノズルの先端側に乾燥エアを吹付けて、結露により生じた水分を次なる充填作業の前に除去できるようにしている。これにより、充填ノズルの先端側を乾燥させた状態で、次なる充填作業を行うことができるから、充填ノズルと充填口の嵌合部に水分等の水滴が残ることがなく、氷結の発生を防ぐことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５３１４４０１号（特開２０１０−１３３４９７号）公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上述した従来技術では、乾燥エアを吹付けることにより充填ノズル（カップリング）に結露による水滴等が残るのを防止することはできるが、下記のような問題が生じる。例えば、周囲が乾燥して湿度の低い環境（即ち、結露が生じない環境）であっても、カップリングに対して乾燥エアを常に吹付けるために、乾燥エアを無駄に消費させる非効率な作業となる。さらに、乾燥エアの吹付けによってカップリング自体の温度が上昇するため、例えば連続して水素ガスを充填するような場合、高温となったカップリングに水素ガスを流通させることになり、所定温度以下に冷却された水素ガスを被充填タンクに充填初期から供給することが難しくなるという問題がある。

【0007】

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、乾燥気体の吹付けを効率的に行うことができ、省エネルギ化を図ることができるようにした水素ガス充填装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述した課題を解決するために、本発明は、予めガスが蓄圧されている蓄圧器とガス供給経路を介して接続され、当該ガスを被充填タンクに充填するためのカップリングと、前記ガス供給経路に設けられ、開弁することにより前記蓄圧器内のガスを前記カップリングへ供給する開閉弁と、前記ガス供給経路に設けられ、水素ガスを予め定められた温度範囲となるように冷却する冷却器と、前記開閉弁を開閉制御することにより、前記被充填タンクへの水素ガスの供給を制御する充填制御手段と、前記被充填タンクへの水素ガスの充填を行っていない場合に前記カップリングを保持するための保持部と、前記保持部近傍に設けられ、前記保持部に保持される前記カップリングに向けて乾燥気体を吹き付ける乾燥気体吹付け手段と、からなる水素ガス充填装置に適用される。

【0009】

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ガス充填装置周囲の湿度を検出する湿度検出器と、乾燥気体の吹付けを行うか否かを判定するために予め定められた湿度閾値が記憶された記憶部と、水素ガス充填装置による充填が終了した場合に、前記湿度検出器により検出された湿度と前記記憶部に記憶された湿度閾値とを比較して、前記乾燥気体吹付け手段を駆動するか否かを制御する結露防止制御手段と、を設けたことにある。

【0010】

請求項２の発明によると、前記結露防止制御手段は、前記湿度検出器で検出した湿度に応じて前記乾燥気体吹付け手段の駆動時間を可変に制御する構成としている。

【発明の効果】

【0011】

上述の如く、請求項１の発明によれば、ガス充填装置周囲の湿度（例えば、空気中の水蒸気の割合）を湿度検出器で検出することができ、結露防止制御手段は、前記湿度検出器で検出した湿度と記憶部に記憶された湿度閾値とを比較して、乾燥気体吹付け手段を駆動するか否かを制御することができる。このため、ガス充填装置周囲の湿度が低く、空気が乾燥しているような状態では、乾燥気体吹付け手段の駆動を停止させて無駄な乾燥気体の吹付け（パージ制御）を中止することができる。一方、ガス充填装置周囲の湿度が高く、水素ガスで冷えたカップリングに結露が発生し易いような状態では、乾燥気体吹付け手段を駆動して乾燥気体をカップリングに吹付けることができ、結露による水滴等の発生を抑えることができる。従って、乾燥気体の吹付けを効率的に行うことができ、省エネルギ化を図ることができる。

【0012】

請求項２の発明によると、結露防止制御手段は、ガス充填装置周囲の湿度が高くなると乾燥気体吹付け手段の駆動時間を長くし、湿度が低くなっている状態では、乾燥気体吹付け手段の駆動時間をこれに応じて短くすることができる。これにより、乾燥気体吹付け手段が無駄に駆動されるのを抑えることができ、省エネルギ化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態による水素ガス充填装置を模式的に示す全体構成図である。

【図2】図１中の気体吹付け装置を拡大して示す断面図である。

【図3】図１中の制御装置によるガス充填制御処理と乾燥気体のパージ制御処理とを示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態による水素ガス充填装置を、添付図面の図１ないし図２に従って詳細に説明する。

【0015】

本実施の形態に係る水素ガス充填装置１は、例えば自動車の燃料タンク２３（被充填タンク）に圧縮した水素ガスを供給して充填するため、一般に水素ガス供給ステーションと呼ばれる設備等に設置されている。水素ガス充填装置１は、高圧に圧縮された水素ガスを貯蔵するガス貯蔵部としての蓄圧器２と、該蓄圧器２からの水素ガスを自動車の燃料タンク２３に充填、供給するためのディスペンサユニット３と、蓄圧器２からディスペンサユニット３にわたって延びるガス供給経路４とを含んで構成されている。

【0016】

ディスペンサユニット３には、ガス供給経路４が上流側（例えば、蓄圧器２側）から下流側にわたって延びるように配設されている。ガス供給経路４の下流端側には、ディスペンサユニット３の外部へと延びる充填ホース５が接続されている。可撓性ホースからなる充填ホース５の先端には、燃料タンク２３の充填口２３Ａ（即ち、レセプタクル）に連結される充填ノズル６が設けられている。

【0017】

この充填ノズル６は、水素ガスからなる燃料を後述する車両２２の燃料タンク２３に供給するため、充填口２３Ａに気密状態で着脱可能に接続される金属製のカップリングとして構成されている。充填ノズル６は、水素ガスの充填中に水素ガスの圧力によって充填口２３Ａから誤って外れることがないように、燃料タンク２３の充填口２３Ａに対して係脱可能にロックされるロック機構（図示せず）を備えている。充填ノズル６は、燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続された状態で、蓄圧器２内の高圧な燃料（水素ガス）を、ガス供給経路４、充填ホース５および充填ノズル６等を通じて車両２２の燃料タンク２３に充填することができる。

【0018】

図２に示すように、充填ノズル６は、円筒形状のノズル本体６Ａと、該ノズル本体６Ａの内部に設けられた貫通流路６Ｂと、該貫通流路６Ｂの途中に設けられたボール弁体等からなる弁部６Ｃと、該弁部６Ｃを弁軸６Ｄを介して回動操作する操作レバー６Ｅとを含んで構成されている。ノズル本体６Ａの内部には、円筒状凹部６Ｆが形成されている。充填ノズル６のノズル本体６Ａには、貫通流路６Ｂの基端側に充填ホース５が接続して設けられ、該充填ホース５から貫通流路６Ｂ内に向けて水素ガス（燃料）が流通する。

【0019】

充填ノズル６は、ノズル本体６Ａを燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続した状態で、充填作業者が操作レバー６Ｅを操作すると前記弁部６Ｃが開弁される。これにより、充填ホース５からの水素ガス（即ち、蓄圧器２内の高圧なガス）は、ノズル本体６Ａ内の貫通流路６Ｂを通じて車両２２の燃料タンク２３に充填可能な状態となり、後述する充填開始スイッチ１６の操作に伴い開閉弁９が開弁することにより、車両２２の燃料タンク２３への水素ガスの充填が開始される。一方、操作レバー６Ｅにより弁部６Ｃを閉弁したときには、貫通流路６Ｂが途中で遮断されることによって水素ガスの流通（充填）は停止される。

【0020】

なお、上記充填ノズル６に設けられた操作レバー６Ｅは弁部６Ｃを開閉する目的のために設けられたものであるが、当該目的ではなく、ノズル本体６Ａに設けられ、ノズル本体６Ａと燃料タンク２３の充填口２３Ａとが接続された状態にロックするためのロック機構（図示せず）の状態をロック状態とロック解除状態とに切り替える目的のために設けられたものであってもよい。また、上記充填ノズル６に設けられた弁部６Ｃに代えてノズル本体６Ａより燃料タンク２３への水素ガスの流通は許容するが、燃料タンク２３よりノズル本体６Ａへの水素ガスの流通は阻止する逆止弁を設けたものである場合には、操作レバー６Ｅも省略しても良い。

【0021】

ディスペンサユニット３は、充填ノズル６、調整弁８、開閉弁９、冷却器１０、流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５、充填開始スイッチ１６、充填停止スイッチ１７、脱圧弁２０、制御装置２１、ノズル保持体２４および気体吹付け装置２６（ドライヤ２９）等を含んで構成されている。調整弁８および開閉弁９は、ガス供給経路４を流れる水素ガスの流量及び圧力を制御する制御機器を構成している。流量計１３、圧力センサ１４および燃料温度センサ１５は、ガス供給経路４を流れる水素ガスの流量、圧力および温度を計測する計測機器を構成している。

【0022】

ディスペンサユニット３には、それぞれガス供給経路４の途中に位置して、例えば手動操作により開，閉される入口弁７と、該入口弁７の下流側に接続され後述の制御装置２１によって開，閉されることによりガス供給経路４を流れる燃料の流量を調整可能に制御する制御弁としての調整弁８と、該調整弁８の下流側に接続された電磁弁または空圧駆動弁等の遮断弁からなる開閉弁９とが設けられている。なお、入口弁７は必要に応じて取付けられるものであり、不要であればこれを除いてもよい。また、ガス供給経路４の上流側から下流側に向けて設けられている流量計１３、調整弁８、開閉弁９の配置（取付けの順番）は、図１中に示した順番に限定されるものではない。

【0023】

ディスペンサユニット３内に設けられた調整弁８は、例えばエア作動式で、エアの供給で開弁し、制御信号で制御圧（エア圧）を制御して弁開度が調整される弁装置である。調整弁８は、制御装置２１の制御プログラムに基づく指令により任意の弁開度に制御され、ガス供給経路４内を流れる水素ガスの流量を可変に制御する弁である。

【0024】

開閉弁９は、ガス供給経路４の途中部位（調整弁８と冷却器１０との間）に設けられた電磁式または空圧作動式の弁装置である。開閉弁９は、後述する制御装置２１からの制御信号で開，閉されることにより、ガス供給経路４内を流れる燃料の流通を許したり、または遮断したりする。即ち、制御装置２１は、充填ノズル６を介して車両２２の燃料タンク２３に燃料を充填、または充填を停止（終了）するときに、調整弁８と開閉弁９との開，閉弁制御を行うものである。

【0025】

冷却器１０はガス供給経路４内を流れる燃料を冷却する装置である。即ち、該冷却器１０は、ガスが充填される車両２２の燃料タンク２３の温度上昇を防止するために、ガス供給経路４の途中位置で水素ガス（燃料）を冷却するように配設されている。冷却器１０は、開閉弁９と充填ノズル６との間に位置するガス供給経路４の途中部位に設けられた熱交換器１１と、該熱交換器１１に接続され、例えばコンプレッサ、ポンプ等の駆動機構（図示せず）が搭載されたチラーユニット１２とを含んで構成されている。

【0026】

チラーユニット１２は、冷媒となる冷却液（例えば、エチレングリコール等を含んだ液体）を熱交換器１１との間に循環させる。これにより、冷却器１０の熱交換器１１は、ガス供給経路４内を流れる水素ガス（燃料）と前記冷却液との間で熱交換を行い、充填ノズル６に向けて供給される水素ガスの温度を規定温度（例えば、−２０℃または−４０℃）まで低下させる。

【0027】

ディスペンサユニット３内には、ガス供給経路４の途中で被測流体の質量流量を計測するコリオリ式の流量計１３が設けられている。この流量計１３は、例えば入口弁７と調整弁８との間でガス供給経路４内を流れる燃料、即ち水素ガスの流量（質量流量）を計測し、計測した流量に比例した数の流量パルスを制御装置２１へと出力する。これによって、制御装置２１は、車両２２の燃料タンク２３に対する燃料（水素ガス）の充填量を演算により求めることができ、車両２２に対する燃料の払出し量（給油量に相当）を表示器（図示せず）等で表示し、例えば顧客等に表示内容を報知することができる。

【0028】

圧力センサ１４は、被充填タンクである燃料タンク２３内または、これにほぼ相当する配管途中のガスの圧力（即ち、燃料供給所で充填されるガス圧力としてのステーション圧力）を検知するセンサである。ここで、圧力センサ１４は、充填ノズル６の近傍でガス供給経路４内の圧力を測定し、測定した圧力に応じた検出信号を制御装置２１へと出力する。換言すると、圧力センサ１４は、燃料タンク２３内のガス圧力を検知（検出）するために設けられたものであり、燃料タンク２３内のガス圧力を直接検知するように燃料タンク２３に配置することでもよいが、必ずしもそのように配置しなければならないものではない。従って、圧力センサ１４は、充填ノズル６に近い位置でガス供給経路４内の圧力を検出するようにしている。

【0029】

また、ガス供給経路４の途中には、冷却器１０の熱交換器１１と圧力センサ１４との間に位置して燃料温度センサ１５が設けられている。この燃料温度センサ１５は、ガス供給経路４内を流れる燃料の温度を検出し、その検出信号を制御装置２１へと出力する。なお、燃料温度センサ１５と圧力センサ１４との配置関係は、図１に示す配置に限るものではなく、例えば互いに逆となる配置にしてもよい。

【0030】

ディスペンサユニット３には、充填開始スイッチ１６と充填停止スイッチ１７とからなる操作部１８が設けられている。該操作部１８の充填開始スイッチ１６は、例えば燃料供給所の作業者等が手動で操作可能な操作スイッチで、ガスの充填を開始する場合に操作される。また、充填停止スイッチ１７は、ガス充填中にガスの充填を停止する場合に操作される。そして、充填開始スイッチ１６と充填停止スイッチ１７とは、操作状態に応じた信号を制御装置２１にそれぞれ出力し、制御装置２１は、これらの信号に応じて電磁弁または空圧駆動弁等の自動弁からなる開閉弁９を開弁または閉弁させる。

【0031】

ガス供給経路４の開閉弁９よりも下流側には、例えば充填ノズル６側からガス圧力を脱圧するための脱圧配管１９が分岐して設けられている。脱圧配管１９の途中には、例えば電磁弁または空圧駆動弁等の自動弁からなる脱圧弁２０が設けられている。この脱圧弁２０は、後述の如く充填ノズル６を用いたガス充填作業が完了し、開閉弁９が閉弁されたときに、制御装置２１からの信号により開弁制御される。

【0032】

即ち、充填ノズル６を燃料タンク２３の充填口２３Ａから取外すときには、充填ノズル６（充填ホース５内）の圧力を大気圧レベルまで減圧する必要がある。このため、ガス充填作業の完了時には、脱圧弁２０を一時的に開弁して脱圧配管１９の先端側を大気に開放させる。これにより、充填ノズル６側の水素ガスが外部に放出されて充填ノズル６（充填ホース５内）の圧力が大気圧に減圧され、これによって、充填ノズル６は相手方の充填口２３Ａから取外し可能となる。

【0033】

制御装置２１は、調整弁８および開閉弁９等の制御機器を制御する制御部を構成している。制御装置２１は、例えばタイマ機能と記憶部（即ち、メモリ２１Ａ）等とを備えたマイクロコンピュータ等の制御ユニットとして構成されている。制御装置２１のメモリ２１Ａには、例えば図３に示す充填制御処理用、乾燥気体のパージ制御処理用のプログラム等が格納され、制御装置２１は、後述の如く燃料タンク２３に対する燃料（即ち、水素ガス）の充填制御処理と乾燥気体のパージ制御処理とを行うものである。即ち、制御装置２１は、後述の湿度計３２により検出された湿度に基づき、気体吹付け装置２６を駆動するか否かを制御する結露防止制御手段を構成し、図３中のステップ７〜１１にわたる乾燥気体のパージ制御処理を行う。

【0034】

例えば、制御装置２１のメモリ２１Ａには、水素ガスの充填時に圧力センサ１４により測定された圧力値から得られる圧力上昇率が、予め設定された所定の圧力上昇率に一致するように調整弁８の弁開度を制御する定圧上昇制御用の制御プログラム等が格納され、上述したように、制御装置２１により調整弁８の開度が制御される。また、メモリ２１Ａには、後述の湿度閾値Ｈ１（即ち、乾燥気体のパージ制御処理を行うか否かの判定値）と、図３中のステップ１０で予め決められた時間にわたってパージ制御を行うための所定時間に相当する計時データ等とが更新可能に格納されている。

【0035】

制御装置２１の入力側には、流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５、充填開始スイッチ１６、充填停止スイッチ１７、後述のノズル検出器２５および湿度計３２等が接続されている。制御装置２１の出力側には、調整弁８、開閉弁９、前記表示器、脱圧弁２０、ドライヤ２９および乾燥気体供給弁３１等が接続されている。なお、チラーユニット１２は、制御装置２１を介して電源（図示せず）と接続され、電力供給により作動されると、前述した冷媒（冷却液）を熱交換器１１との間で循環させる。

【0036】

ここで、制御装置２１は、図１中に二点鎖線で示す如く、車両２２の燃料タンク２３の充填口２３Ａに充填ノズル６を接続した状態で、例えば操作部１８の充填開始スイッチ１６が閉成（ＯＮ）操作されたときに、調整弁８と開閉弁９に開弁信号を出力して調整弁８と開閉弁９を開弁させる。これにより、蓄圧器２内の水素ガスによるガスの充填作業が開始される。また、制御装置２１は、充填開始スイッチ１６が操作された場合、冷却器１０を通常の状態で作動させる。一方、ガスの充填を行っていないときに、制御装置２１は、冷却器１０を停止状態に保持するか、または少量の前記冷媒を循環させる予備冷却状態を保持するように制御する。なお、本実施の形態では、制御装置２１が冷却器１０の運転状態を制御しているが、冷却器１０自体がチラーユニット１２を制御する制御部を有している場合には、当該制御部が冷却器１０の運転状態を制御するようにしてよい。

【0037】

また、制御装置２１は、例えば流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５の測定結果を監視しつつ、制御弁である調整弁８の開度等を予め設定された制御方式（定圧上昇制御方式または定流量制御方式）等で可変に調整する。これにより、ガス供給経路４内に供給されて燃料タンク２３へと充填されるガスの圧力、流量を適切な流通状態に制御することができる。

【0038】

このとき、制御装置２１は、流量計１３からの流量パルスを積算して燃料の充填量（質量）を演算し、燃料の充填量が予め設定された目標充填量に達するか、または圧力センサ１４により検出したガスの圧力が予め設定された目標圧力（目標充填圧）に達したときに、開閉弁９を閉弁して燃料の充填を停止する。また、充填停止スイッチ１７が操作された場合には、例えばガスの充填量や圧力が目標に達していなくても、充填動作を強制的に停止すべく開閉弁９が制御装置２１からの信号により閉弁される。

【0039】

水素ガスを燃料として走行する車両２２は、一例として図１に示すような４輪自動車（乗用車）により構成されている。車両２２には、例えば燃料電池と電動モータ等の駆動装置（いずれも図示せず）と、図１中に点線で示す燃料タンク２３等とが設けられている。この燃料タンク２３は、水素ガスが充填される被充填タンクを構成し、例えば車両２２の後部側に搭載されている。なお、燃料タンク２３は、車両２２の後部側に限らず、前部側または中央部側に設ける構成であってもよい。

【0040】

燃料タンク２３には、図１中に示すように、充填ノズル６が着脱可能に取付けられる充填口２３Ａ（レセプタクル）が設けられている。そして、車両２２の燃料タンク２３内には、充填ノズル６が充填口２３Ａに気密に連結（接続）された状態で水素ガスの充填が行われる。この間、充填ノズル６は前記ロック機構により充填口２３Ａに対して不用意に外れることがないようにロックされている。

【0041】

ディスペンサユニット３には、水素ガスの非充填時（即ち、充填作業の待機時間）にわたって充填ノズル６が取付け、取外し可能に保持される保持部としてのノズル保持体２４が設けられている。このノズル保持体２４は、充填ノズル６が水素ガスの充填を終了して戻される場合に、当該充填ノズル６を収納状態に保持するものである。

【0042】

図２に示すように、ノズル保持体２４は、不使用状態（充填作業を行う前）の充填ノズル６が垂直状態で載置されるノズル載置部２４Ａと、該ノズル載置部２４Ａの上方に起立するように形成された垂直壁部２４Ｂとを有する。ノズル載置部２４Ａは、水平方向に延在するように設けられ、中央部には充填ホース５を挿通するため例えばＵ字状に切欠かれたホース挿通部２４Ａ１が設けられている。また、ノズル保持体２４の垂直壁部２４Ｂは、例えばディスペンサユニット３の筐体（図示せず）側面に固定して設けられ、その上端には後述のパージ用フード２７が取付けられている。

【0043】

ノズル保持体２４には、充填ノズル６用のノズル検出器２５が設けられ、該ノズル検出器２５は、ノズル保持体２４に充填ノズル６が収納（保持）されているか否かを検出するスイッチ等により構成されている。ノズル検出器２５は、例えば２位置切換型のスイッチ等からなり、収納状態の充填ノズル６によって押動されるとオン状態に切換わる。そして、ノズル検出器２５は、充填ノズル６がノズル保持体２４から取出される（または取外される）とオフ状態に切り替わり、検出信号（オンまたはオフの信号）を制御装置２１に出力するものである。なお、ノズル検出器２５は、ディスペンサユニット３側のノズル保持体２４に設けるものに限らず、充填ノズル６側に設けてもよい。

【0044】

ディスペンサユニット３には、ノズル保持体２４の近傍に位置して乾燥気体吹付け手段を構成する気体吹付け装置２６が設けられている。この気体吹付け装置２６は、例えば充填ノズル６のノズル保持体２４を上側から覆うように設けられたパージ用フード２７と、該パージ用フード２７内に向けて乾燥気体を吹付けるように供給する吹出口２８と、該吹出口２８を乾燥気体の供給源であるドライヤ２９に接続する導管からなる気体管路３０と、該気体管路３０の途中に設けられた乾燥気体供給弁３１とを含んで構成されている。

【0045】

気体吹付け装置２６のパージ用フード２７には、その背面側に気体管路３０の先端が接続される吹出口２８が設けられ、該吹出口２８からは、乾燥エア等の気体がパージ用フード２７内に向けて図２中に矢印で示すようにパージ（吹出）される。パージ用フード２７は、ノズル保持体２４に収納保持された状態の充填ノズル６の上方を覆うように突出する傾斜部２７Ａを有し、該傾斜部２７Ａは、吹出口２８からパージ用フード２７内に向けて吹出された乾燥気体を下方に向かう流れとなるようにガイドする。

【0046】

ノズル保持体２４に収納保持された状態の充填ノズル６は、ノズル本体６Ａの先端部分がパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに挿入された状態で収納されている。このため、吹出口２８から内部空間２７Ｂに噴出された乾燥気体は、充填ノズル６の先端部分をパージするように供給される。気体吹付け装置２６は、このように乾燥気体を充填ノズル６の先端側に吹付けるように供給することによって、充填ノズル６のノズル本体６Ａ表面だけでなく、ノズル本体６Ａの内部の円筒状凹部６Ｆに付着した水滴、結露や氷を除去することができ、燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続される部分の表面を乾燥状態にすることができる。

【0047】

乾燥気体の供給源であるドライヤ２９は、例えばコンプレッサ（図示せず）等で発生した圧縮空気等の加圧気体を乾燥させ、乾燥した状態の加圧気体を気体管路３０内に向けて供給する。なお、乾燥気体の供給源としては、必ずしも圧縮空気を乾燥させるドライヤ２９に限らず、例えば乾燥した窒素ガス等の乾燥気体を収容したボンベ等の圧力容器を用いてもよい。

【0048】

気体管路３０の途中に設けられた乾燥気体供給弁３１は、電磁弁または空圧駆動弁等の自動弁からなり、制御装置２１からの制御信号に従って開，閉される。即ち、気体吹付け装置２６は、制御装置２１により駆動されると乾燥気体供給弁３１を開弁させる。これにより、ドライヤ２９からの乾燥気体は、吹出口２８からパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに向けて吹出すように気体管路３０内を流通する。一方、気体吹付け装置２６の駆動が停止されると、乾燥気体供給弁３１が閉弁されることにより、乾燥気体の流通が停止（遮断）される。

【0049】

ディスペンサユニット３には、水素ガス充填装置１の周囲の湿度Ｈ（例えば、空気中の水蒸気の割合）を検出する湿度検出器としての湿度計３２が設けられている。該湿度計３２は、その検出信号を制御装置２１に出力する。制御装置２１は、湿度計３２で検出した湿度Ｈが、例えば図３中のステップ８に示す湿度閾値Ｈ１以上であるか否かを判定し、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、周囲の湿度Ｈが高く結露が発生し易いと判断する。このため、制御装置２１は、気体吹付け装置２６を駆動（即ち、乾燥気体供給弁３１を開弁）して、吹出口２８からパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに向けて乾燥気体を供給する。

【0050】

一方、制御装置２１は、湿度計３２で検出した湿度Ｈが、例えば湿度閾値Ｈ１よりも小さいときには、ステップ８で「ＮＯ」と判定して周囲の湿度Ｈが低く、周囲の空気は乾燥して結露が発生しにくいと判断する。このため、制御装置２１は、気体吹付け装置２６の駆動を停止（即ち、乾燥気体供給弁３１を閉弁）し、これによって、吹出口２８からパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに向けた乾燥気体の供給を停止させる。

【0051】

本実施の形態による水素ガス充填装置１は、上述の如き構成を有するもので、次に、制御装置２１による燃料タンク２３への燃料（即ち、水素ガス）の充填制御処理と乾燥気体のパージ制御処理について、図３を参照して説明する。

【0052】

制御装置２１は、図３に示す制御処理がスタートすると、ステップ１で充填ノズル６が外れたか否かを判定する。ステップ１で「ＮＯ」と判定する間は、充填作業が開始される前の待機状態であるから、充填ノズル６がノズル保持体２４から取外されるのを待機する。

【0053】

一方、車両２２の燃料タンク２３に燃料を充填するときには、図１中に二点鎖線で示す如く、充填ノズル６がノズル保持体２４から取外されて車両２２（燃料タンク２３）の充填口２３Ａに連結して接続される。このように、充填ノズル６を燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続するため、充填ノズル６がノズル保持体２４から取外されたときには、ノズル検出器２５でこれを検出することができ、ステップ１で「ＹＥＳ」と判定される。

【0054】

この状態で、次のステップ２では、充填開始スイッチ１６が操作されたか否かを判定する。即ち、充填ノズル６を燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続した状態で、充填開始スイッチ１６がＯＮ操作されると、ステップ２で「ＹＥＳ」と判定する。次のステップ３では、下記のように充填制御処理が実行される。このとき、蓄圧器２内の燃料（水素ガス）は、ガス供給経路４、充填ホース５および充填ノズル６等を通じて車両２２の燃料タンク２３に充填される。

【0055】

即ち、制御装置２１は、車両２２の燃料タンク２３の充填口２３Ａに充填ノズル６を接続した状態で、充填開始スイッチ１６が閉成（ＯＮ）操作されると、調整弁８と開閉弁９に開弁信号を出力して調整弁８と開閉弁９とを開弁させる。これにより、蓄圧器２内の水素ガスによるガス充填作業が開始される。また、制御装置２１は、例えば流量計１３、圧力センサ１４、燃料温度センサ１５の測定結果を監視しつつ、調整弁８の開度等を予め設定された制御方式（定圧上昇制御方式または定流量制御方式）等で調整する。これにより、ガス供給経路４内に供給される水素ガスの圧力、流量を適切な流通状態に制御することができる。

【0056】

このとき、制御装置２１は、流量計１３からの流量パルスを積算して燃料の充填量（質量）を演算し、燃料の充填量が予め設定された目標充填量に達するか、または圧力センサ１４により検出した水素ガスの圧力が予め設定された目標充填圧力（目標充填圧）に達したか否か（即ち、充填終了か否か）をステップ４で判定する。ステップ４で「ＮＯ」と判定する間は充填作業が終了していないので、開閉弁９を開弁させて燃料の充填制御を続ける。

【0057】

そして、ステップ４で充填終了として「ＹＥＳ」と判定したときには、開閉弁９を閉弁して燃料の充填を停止する。具体的には、制御装置２１からの信号により調整弁８および開閉弁９が閉弁され、燃料タンク２３への水素ガスの充填が終了される。なお、作業者が充填停止スイッチ１７を操作した場合にも、ステップ４で「ＹＥＳ」と判定することになる。

【0058】

次のステップ５では、充填終了制御処理を実行する。この充填終了制御処理では、例えば調整弁８および開閉弁９が閉弁され、ガスの充填作業を停止させる場合に、制御装置２１からの信号により脱圧弁２０を閉弁状態から開弁するように制御する。そして、脱圧弁２０が開弁したときには、脱圧配管１９が大気に開放されることにより、充填ノズル６側のガスが外部に放出されて充填ノズル６の圧力が大気圧に減圧される。

【0059】

このような状態で、次のステップ６で充填ノズル６がノズル保持体２４に戻されたか否かを判定する。即ち、充填ノズル６がノズル保持体２４に図２に示すように戻されたときには、図１に示すノズル検出器２５によってこれを検出することができ、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定される。ステップ６で「ＮＯ」と判定する間は、充填ノズル６がノズル保持体２４に戻されるまで待機する。

【0060】

そして、ステップ６で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ７で湿度計３２からディスペンサユニット３の周囲の湿度Ｈを読込む。次のステップ８では、湿度計３２で検出した湿度Ｈが、予め決められた湿度閾値Ｈ１以上（即ち、Ｈ≧Ｈ１）であるか否かを判定する。ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１以上であって高いと判断できる。

【0061】

そこで、次のステップ９では、制御気体吹付け装置２６を駆動（即ち、乾燥気体供給弁３１を開弁）し、ドライヤ２９からの乾燥状態にある加圧気体を、気体管路３０、乾燥気体供給弁３１および吹出口２８を介してパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに向けてパージ（供給）する。これにより、気体吹付け装置２６は、乾燥気体を充填ノズル６の先端側に吹付けるように供給することができる。

【0062】

次のステップ１０では、乾燥気体の吹付け（パージ）開始から予め決められた所定時間が経過したか否かを判定する。ステップ１０で「ＮＯ」と判定する間は乾燥気体の吹付けを続ける。そして、ステップ１０で「ＹＥＳ」と判定したときには、次のステップ１１で乾燥気体の吹付け（パージ）を停止し、これによりガスの充填制御を終了させる。これにより、充填ノズル６のノズル本体６Ａ表面だけでなく、ノズル本体６Ａの内部の円筒状凹部６Ｆに付着した水滴、結露や氷を乾燥気体によって除去することができ、燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続される部分の表面を乾燥状態とすることができる。

【0063】

一方、前記ステップ８で「ＮＯ」と判定するときには、周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１よりも低く、周囲の空気は結露が発生しない程度に乾燥していると判断することができる。そこで、制御装置２１による充填制御をこのまま終了させる。この場合に、制御装置２１は、気体吹付け装置２６の駆動を停止（即ち、乾燥気体供給弁３１を閉弁）したままとし、充填ノズル６に対する乾燥気体の吹付け（パージ）を行うことなく、次なるガス充填作業が開始されるまで充填ノズル６をノズル保持体２４に収納し保持させた状態で待機する。

【0064】

かくして、本実施の形態によれば、水素ガス充填装置１の周囲の湿度（即ち、空気中の水蒸気の割合）を検出する湿度計３２を、例えばディスペンサユニット３に設け、この湿度計３２により検出された湿度Ｈに基づき、気体吹付け装置２６を駆動するか否かを制御する結露防止制御手段を、制御装置２１が備える構成としている。即ち、制御装置２１は、図３中のステップ７〜１１にわたる乾燥気体のパージ制御処理を行うことにより、結露防止制御手段を構成している。

【0065】

このため、制御装置２１による結露防止制御手段は、湿度計３２により検出された水素ガス充填装置１周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１よりも低く、結露等が発生しない程度まで空気が乾燥しているような状態では、気体吹付け装置２６の駆動を停止させて無駄な乾燥気体の吹付けを省略することができる。一方、水素ガス充填装置１の周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１以上となって高くなり、水素ガスで冷えたカップリング（充填ノズル６のノズル本体６Ａ）に結露が発生し易い状態では、気体吹付け装置２６を駆動して乾燥気体を充填ノズル６のノズル本体６Ａに吹付けることができる。

【0066】

即ち、ディスペンサユニット３のノズル保持体２４に収納保持された状態の充填ノズル６は、ノズル本体６Ａの先端部分がパージ用フード２７の内部空間２７Ｂに挿入された状態でノズル保持体２４に収納されている。このため、気体吹付け装置２６の吹出口２８から内部空間２７Ｂに噴射された乾燥気体を、充填ノズル６の先端側に吹付けるように供給することができる。これにより、充填ノズル６のノズル本体６Ａ表面だけでなく、ノズル本体６Ａの内部の円筒状凹部６Ｆに付着した水滴、結露や氷を除去することができ、燃料タンク２３の充填口２３Ａに接続される部分の表面を乾燥状態にすることができる。

【0067】

従って、本実施の形態では、充填ノズル６の結露による水滴等の発生を抑え、充填ノズル６の先端側を乾燥させた状態で次なる充填作業を行うことができる。そして、周囲が乾燥して湿度の低い環境（即ち、結露が生じないような環境）では、充填ノズル６に対する乾燥気体の吹付け（パージ）を行わないために、乾燥気体を無駄に消費させることがなく、乾燥気体の吹付けを効率的に行うことができ、省エネルギ化を図ることができる。

【0068】

特に、複数台の車両２２に対して夫々の燃料タンク２３に水素ガスを順次充填するような場合でも、周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１よりも低いときには、乾燥気体の吹付け（パージ）を中止できるので、充填ノズル６を乾燥気体で無駄に温めるようなことがなくなる。このため、充填ノズル６を低い温度状態に保つことができ、ディスペンサユニット３から燃料タンク２３に向けて所定温度以下に冷却された水素ガスを充填初期から効率的に充填するように供給することができる。

【0069】

なお、前記実施の形態では、周囲の湿度Ｈが湿度閾値Ｈ１以上であるか否かを判定し、「ＹＥＳ」の場合には所定時間だけ乾燥気体を吹付ける場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば湿度計３２で検出した湿度に応じて気体吹付け装置２６の駆動時間（即ち、乾燥気体供給弁３１の開弁時間）を可変に制御し、充填ノズル６に対する乾燥気体のパージ時間を変える構成としてもよい。

【0070】

これにより、制御装置２１（結露防止制御手段）は、ガス充填装置周囲の湿度が高いときには、その度合いに応じて気体吹付け装置２６の駆動時間を長くし、湿度が低いときには、その度合いに応じて気体吹付け装置２６の駆動時間を漸次短くするように結露防止制御を行うことができる。これによって、気体吹付け装置２６が無駄に駆動されるのを抑えることができ、省エネルギ化を図ることができる。

【0071】

また、前記実施の形態では、車両２２の燃料タンク２３に圧縮された水素ガスを充填する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば車両以外のタンクや容器等に圧縮された水素ガスを充填する際にも適用することができる。さらに、水素ガス充填装置１のディスペンサユニット３を、他の場所に水素ガスを給送するための管路の途中に設置してもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 水素ガス充填装置
２ 蓄圧器
３ ディスペンサユニット
４ ガス供給経路
５ 充填ホース
６ 充填ノズル（カップリング）
９ 開閉弁
１０ 冷却器
１３ 流量計
１４ 圧力センサ
１５ 燃料温度センサ
１６ 充填開始スイッチ
１７ 充填停止スイッチ
２１ 制御装置（充填制御手段、結露防止制御手段）
２２ 車両
２３ 燃料タンク（被充填タンク）
２３Ａ 充填口
２４ ノズル保持体（保持部）
２５ ノズル検出器
２６ 気体吹付け装置（乾燥気体吹付け手段）
２９ ドライヤ（乾燥気体の供給源）
３１ 乾燥気体供給弁
３２ 湿度計（湿度検出器）

【図1】

【図2】

【図3】