特許 6695194 燃料ガス充填システム及び燃料ガス充填方法

(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】6695194

(24)【登録日】2020年4月23日

(45)【発行日】2020年5月20日

(54)【発明の名称】燃料ガス充填システム及び燃料ガス充填方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 5/06 20060101AFI20200511BHJP

【ＦＩ】

   F17C5/06

【請求項の数】7

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-73421(P2016-73421)

(22)【出願日】2016年3月31日

(65)【公開番号】特開2017-180800(P2017-180800A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年12月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000231235

【氏名又は名称】大陽日酸株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100152146

【弁理士】

【氏名又は名称】伏見 俊介

(72)【発明者】

【氏名】岩本 建次

(72)【発明者】

【氏名】赤井 康昭

【審査官】 矢澤 周一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１２５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６９２６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０５３７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１７Ｃ １／００−１３／１２

Ｆ１６Ｊ １２／００−１３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、
開度を調節することによって前記蓄圧器から容器に供給される前記燃料ガスの流量を制御可能な２以上の調節弁と、
前記調節弁の開度を制御する制御装置と、
を備え、
前記調節弁が並列に設けられ、
前記制御装置は、いずれかの調節弁を介して前記燃料ガスが供給されている間で供給に使用される使用中蓄圧器を切り替える前に、供給に使用されていない調節弁の開度を予め調節する切り替え準備工程と、前記使用中蓄圧器と供給に使用される調節弁とを供給に使用されていない待機中蓄圧器と開度を調節した前記調節弁とに切り替える切り替え工程とを行い、切り替え後に、開度を調節した前記調節弁を介して前記燃料ガスの充填を行う制御をする燃料ガス充填システム。

【請求項2】

前記制御装置は、前記切り替え準備工程を行うための第一の条件が満たされた後に、供給に使用されていない前記調節弁の開度を制御する、請求項１に記載の燃料ガス充填システム。

【請求項3】

前記蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力とをそれぞれ検出する圧力測定装置をさらに備え、
前記第一の条件は、前記使用中蓄圧器内と、前記調節弁の下流側との圧力差に関する条件であり、
前記制御装置は、前記使用中蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力との圧力差が予め定められた第一の設定値に達した場合に前記第一の条件が満たされたと判定する、請求項２に記載の燃料ガス充填システム。

【請求項4】

前記制御装置は、前記第一の条件が満たされた後、前記切り替え工程を行うための第二の条件が満たされた後に、使用中の調節弁から、第一の条件が満たされた後に開度を調節された前記調節弁に変更する、請求項２又は３に記載の燃料ガス充填システム。

【請求項5】

前記第二の条件は、前記使用中蓄圧器内と、前記調節弁の下流側との圧力差に関する条件であり、
前記制御装置は、前記使用中蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力との圧力差が予め定められた第二の設定値に達した場合に前記第二の条件が満たされたと判定する、請求項４に記載の燃料ガス充填システム。

【請求項6】

前記燃料ガスが水素であり、前記容器が燃料電池自動車の車載タンクである、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料ガス充填システム。

【請求項7】

燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、
開度を調節することによって前記蓄圧器から容器に供給される前記燃料ガスの流量を制御可能な２以上の調節弁と、
前記調節弁の開度を制御する制御装置と、
を備え、前記調節弁が並列に設けられた燃料ガス充填システムにおける燃料ガス充填方法であって、
前記制御装置が、いずれかの調節弁を介して前記燃料ガスが供給されている間で供給に使用される使用中蓄圧器を切り替える前に、供給に使用されていない調節弁の開度を予め調節する切り替え準備工程と、前記使用中蓄圧器と供給に使用される調節弁とを供給に使用されていない待機中蓄圧器と開度を調節した前記調節弁とに切り替える切り替え工程とを行い、切り替え後に、開度を調節した前記調節弁を介して前記燃料ガスの充填を行う制御をする燃料ガス充填方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスの充填技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、高圧の水素ガスをＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle：燃料電池自動車）に充填するための水素充填装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された水素充填装置は、開度を調節可能な調節弁で流量を制御しつつ、かつ、並列に設けられた複数の蓄圧器を切り替えて、蓄圧器内に貯留された水素ガスをＦＣＶの車載タンクに充填する。従来の水素充填装置において、水素ガスを充填する前には、複数の蓄圧器にそれぞれの規定の圧力値で水素ガスが蓄圧される。次に、ＦＣＶの車載タンクが、ガス充填ラインの下流側に接続される。その後、水素充填装置は、蓄圧器内と調節弁の下流側との差圧充填により流量を調節弁で制御しつつ、ＦＣＶの車載タンクに水素ガスを充填する。充填元の蓄圧器の圧力が減少し、充填元の蓄圧器の圧力と、調節弁の下流側との圧力差が小さくなった場合、水素充填装置は圧力の高い他の蓄圧器に切り替えて水素ガスの充填を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１４４７７１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の差圧充填において、充填元の蓄圧器の圧力が減少し、蓄圧器と調節弁の下流側との圧力差が小さくなると、水素充填装置は、通常、流量を上げるために調節弁の開度を大きくする。その後、さらに圧力差が小さくなると、充填速度を保つため、充填元の蓄圧器を圧力が高い蓄圧器に切り替えるが、この時、充填元の蓄圧器の圧力が大きく変化すると、調節弁の開度の制御が間に合わず、開度が大きい状態で水素ガスの充填が行われてしまう。そうすると、水素ガスの流量が急に増加してしまうため、ＦＣＶの車載タンク内に瞬間的に過剰な圧力上昇が生じてしまう。そのため、安全で効率的に水素を充填することができないという問題があった。このような問題は、水素に限らず、短時間で容器に高圧充填される燃料ガス全般に共通する問題である。

【0005】

上記事情に鑑み、本発明は、安全で効率的に燃料ガスを充填することができる技術の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、開度を調節することによって前記蓄圧器から容器に供給される前記燃料ガスの流量を制御可能な２以上の調節弁と、前記調節弁の開度を制御する制御装置と、を備え、前記調節弁が並列に設けられ、前記制御装置は、いずれかの調節弁を介して前記燃料ガスが供給されている間で供給に使用される使用中蓄圧器を切り替える前に、供給に使用されていない調節弁の開度を予め調節する切り替え準備工程と、前記使用中蓄圧器と供給に使用される調節弁とを供給に使用されていない待機中蓄圧器と開度を調節した前記調節弁とに切り替える切り替え工程とを行い、切り替え後に、開度を調節した前記調節弁を介して前記燃料ガスの充填を行う制御をする燃料ガス充填システムである。

【0007】

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記制御装置は、前記切り替え準備工程を行うための第一の条件が満たされた後に、供給に使用されていない前記調節弁の開度を制御する。

【0008】

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力とをそれぞれ検出する圧力測定装置をさらに備え、前記第一の条件は、前記使用中蓄圧器内と、前記調節弁の下流側との圧力差に関する条件であり、前記制御装置は、前記使用中蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力との圧力差が予め定められた第一の設定値に達した場合に前記第一の条件が満たされたと判定する。

【0009】

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記制御装置は、前記第一の条件が満たされた後、前記切り替え工程を行うための第二の条件が満たされた後に、使用中の調節弁から、第一の条件が満たされた後に開度を調節された前記調節弁に変更する。

【0010】

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記第二の条件は、前記使用中蓄圧器内と、前記調節弁の下流側との圧力差に関する条件であり、前記制御装置は、前記使用中蓄圧器内の圧力と、前記調節弁の下流側の圧力との圧力差が予め定められた第二の設定値に達した場合に前記第二の条件が満たされたと判定する。

【0011】

本発明の一態様は、上記の燃料ガス充填システムであって、前記燃料ガスが水素であり、前記容器が燃料電池自動車の車載タンクである。

【0012】

本発明の一態様は、燃料ガスを貯留する複数の蓄圧器と、開度を調節することによって前記蓄圧器から容器に供給される前記燃料ガスの流量を制御可能な２以上の調節弁と、前記調節弁の開度を制御する制御装置と、を備え、前記調節弁が並列に設けられた燃料ガス充填システムにおける燃料ガス充填方法であって、前記制御装置が、いずれかの調節弁を介して前記燃料ガスが供給されている間で供給に使用される使用中蓄圧器を切り替える前に、供給に使用されていない調節弁の開度を予め調節する切り替え準備工程と、前記使用中蓄圧器と供給に使用される調節弁とを供給に使用されていない待機中蓄圧器と開度を調節した前記調節弁とに切り替える切り替え工程とを行い、切り替え後に、開度を調節した前記調節弁を介して前記燃料ガスの充填を行う制御をする燃料ガス充填方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、安全で効率的に燃料ガスを充填することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態における水素充填システム１を含む水素充填環境の構成図である。

【図2】ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示す概略図である。

【図3】ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示す概略図である。

【図4】ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における水素充填システム１を含む水素充填環境の構成図である。
水素充填システム（燃料ガス充填システム）１は、ＦＣＶ２の車載タンク内に水素ガス（燃料ガス）を供給するためのシステムである。水素充填システム１では、蓄圧器内と調節弁の下流側との差圧充填により、高圧の水素ガス（以下、単に「水素ガス」という。）を充填する。水素充填システム１は、例えば水素ステーションなどである。ＦＣＶ２は、水素ガスと酸素ガスとの化学反応によって発生した電力を動力源として走行する燃料電池自動車である。

【0016】

次に、水素充填システム１の具体的な構成について説明する。水素充填システム１は、制御装置１０と、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）と、圧力計２１−１〜２１−Ｎと、遮断弁２２−１〜２２−Ｎと、逆止弁２３−１〜２３−Ｎと、第一遮断弁２４−１と、第二遮断弁２４−２と、第一調節弁２５−１と、第二調節弁２５−２と、流量計２６と、遮断弁２９と、圧力計３０と、充填カプラ３１と、温度計（不図示）とを備える。第一遮断弁２４−１、第二遮断弁２４−２、第一調節弁２５−１及び第二調節弁２５−２は、流量制御部として構成される。

【0017】

制御装置１０は、遮断弁２２−１〜２２−Ｎ、第一遮断弁２４−１、第二遮断弁２４−２、第一調節弁２５−１、第二調節弁２５−２、遮断弁２９、圧力計２１−１〜２１−Ｎ、流量計２６及び温度計（不図示）と電気的に接続されている。制御装置１０は、遮断弁２２−１〜２２−Ｎ、第一遮断弁２４−１、第二遮断弁２４−２及び遮断弁２９の開閉を制御する。また、制御装置１０は、第一調節弁２５−１及び第二調節弁２５−２の開度を調節する。制御装置１０の制御により遮断弁２２−１〜２２−Ｎのいずれかが開放されると、開放された遮断弁２２−１〜２２−Ｎに接続されている蓄圧器２０−１〜２０−Ｎから水素ガスが供給ライン１１に供給される。

【0018】

供給ライン１１は、配管である。供給ライン１１の配管サイズは、例えば外径６．３５ｍｍ〜９．５３ｍｍである。また、供給ライン１１の材質は、特に限定されるものではないが、配管内の圧力は高圧となることから、金属製であることが望ましい。一般的には、ステンレス製の鋼管が用いられる。

【0019】

蓄圧器２０−１〜２０−Ｎは、圧縮機（不図示）により圧縮された高圧の水素ガスを貯留する。蓄圧器２０−１〜２０−Ｎは、高圧の水素ガスを蓄圧することができれば、材質や形状に特に限定されるものではない。一般的に、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎは、大型のマンガン鉱製の継ぎ目なしボンベやカードルなどが用いられる。
圧力計２１−１〜２１−Ｎは、それぞれ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎと遮断弁２２−１〜２２−Ｎとの間に設けられ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎ内の水素ガスの圧力を検出する。

【0020】

遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、それぞれ、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに対して設けられる。遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスの供給を遮断可能な弁である。遮断弁２２−１〜２２−Ｎが閉じられている場合には、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスの供給が遮断される。遮断弁２２−１〜２２−Ｎが開放されている場合には、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎに貯留されている水素ガスが供給ライン１１に供給される。遮断弁２２−１〜２２−Ｎは、制御装置１０の制御に応じて開閉される。

【0021】

逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、それぞれ、遮断弁２２−１〜２２−Ｎに対して設けられる。逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、供給ライン１１内を流れる水素ガスの逆流を防ぐ弁である。本実施形態では、逆止弁２３−１〜２３−Ｎは、蓄圧器２０−１〜２０−ＮからＦＣＶ２の方向にのみ水素ガスが供給可能となる向きに設置される。

【0022】

流量制御部は、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎから供給された水素ガスの流量を制御する。流量制御部には、供給ライン１１を流れる水素ガスが流れる第一の供給ライン１２と、第二の供給ライン１３とが設けられる。第一の供給ライン１２及び第二の供給ライン１３は、配管である。第一の供給ライン１２及び第二の供給ライン１３の配管サイズは、例えば外径６．３５ｍｍ〜９．５３ｍｍである。また、第一の供給ライン１２及び第二の供給ライン１３の材質は、特に限定されるものではないが、配管内の圧力は高圧となることから、金属製であることが望ましい。一般的には、ステンレス製の鋼管が用いられる。流量制御部から流れた水素ガスは、流量計２６に供給される。

【0023】

また、第一の供給ライン１２には第一遮断弁２４−１及び第一調節弁２５−１が設けられ、第二の供給ライン１３には第二遮断弁２４−２及び第二調節弁２５−２が設けられる。第一遮断弁２４−１及び第二遮断弁２４−２は、水素ガスの供給を遮断可能な弁である。第一遮断弁２４−１及び第二遮断弁２４−２のどちらかが閉じられている場合には、閉じられている遮断弁からの水素ガスの供給が遮断される。第一遮断弁２４−１及び第二遮断弁２４−２のどちらかが開放されている場合には、開放されている遮断弁から水素ガスが供給される。第一遮断弁２４−１及び第二遮断弁２４−２は、制御装置１０の制御に応じて開閉される。

【0024】

本実施形態では、流量制御部の供給ライン、遮断弁及び調節弁の組は２組であったが、これに限定されることではなく、３組以上が並列に設けられていてもよい。
充填中において、流量制御部は、いずれか一つの調節弁が用いられる。また、蓄圧器が切り替わる前に、使用されていない調整弁の内の一つの開度が、切り替え準備工程時に調節される。
本実施形態では調節弁に対応した遮断弁を設けたが、これに限定されることではなく、３方弁や４方弁など複数の弁が一体になったブロック弁を設けても良い。
さらに、調節弁が、開閉速度が非常に早く、完全に閉止可能な場合は、遮断弁等を必ずしも設けなくてもよい。

【0025】

第一調節弁２５−１は、本体部がニードル弁で構成されており、開度調節可能な弁である。第一調節弁２５−１の開度が調節されることにより水素ガスの流量が制御される。
第二調節弁２５−２は、本体部がニードル弁で構成されており、開度調節可能な弁である。第二調節弁２５−２の開度が調節されることにより水素ガスの流量が制御される。
充填中には、流量制御部に設けられた第一調節弁２５−１及び第二調節弁２５−２のいずれか一つの調節弁が用いられる。また、充填に使用される蓄圧器２０（以下、「使用中蓄圧器」という。）が切り替わる前に、使用されていない調節弁（以下、「待機中調節弁」という。）の内の一つの開度が調節される。なお、以下の説明では、充填に使用されていない蓄圧器２０を待機中蓄圧器と記載する。
本実施形態では、第一調節弁２５−１と第二調節弁２５−２は同じ型式の弁を用いたが、これに限定されることではない。しかしながら、型式やＣｖ値は同じであることが望ましい。

【0026】

遮断弁２９は、充填終了時に水素ガスの供給を遮断する弁である。遮断弁２９が閉じられている場合には、ＦＣＶ２の車載タンクへの水素ガスの供給が遮断される。遮断弁２９が開放されている場合には、ＦＣＶ２の車載タンクへ水素ガスが供給される。遮断弁２９は、制御装置１０の制御に応じて開閉される。
圧力計３０は、遮断弁２９と充填カプラ３１との間に設けられ、調節弁の下流側の水素ガスの圧力を検出する。圧力計３０によって検出された水素ガスの圧力値は、制御装置１０に入力される。

【0027】

充填カプラ３１は、水素充填システム１とＦＣＶ２とを接続するための結合部材である。充填カプラ３１によって水素充填システム１とＦＣＶ２とが接続されることにより、水素充填システム１からＦＣＶ２に水素ガスの供給が可能になる。
温度計（不図示）は、水素ガスの温度を測定する。この温度は、切り替え準備工程での次に使用する調節弁の開度の算出に用いられる。本実施形態では温度計の一例として熱電対を用いるが、これに限定されることではなく、水素ガスの温度が測定できるものであればよい。

【0028】

なお、以降の説明において、蓄圧器２０−１〜２０−Ｎについて特に区別しない場合には蓄圧器２０と記載する。また、圧力計２１−１〜２１−Ｎについて特に区別しない場合には圧力計２１と記載する。また、遮断弁２２−１〜２２−Ｎについて特に区別しない場合には遮断弁２２と記載する。また、逆止弁２３−１〜２３−Ｎについて特に区別しない場合には逆止弁２３と記載する。また、第一調節弁２５−１及び第二調節弁２５−２について特に区別しない場合には調節弁２５と記載する。また、圧力計２１及び３０について特に区別しない場合には圧力計と記載する。

【0029】

次に、図２及び図３を用いて本実施形態における水素充填システム１の処理の流れについて説明する。図２及び図３は、ＦＣＶ２の車載タンクに対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示す概略図である。なお、図２及び図３では、説明の簡単化のため、制御装置１０（図２及び図３では不図示）、２つの蓄圧器２０（２０−１〜２０−２）、５つの遮断弁２２（２２−１〜２２−２、２４−１〜２４−２、２９）、２つの逆止弁２３（２３−１〜２３−２）、第一調節弁２５−１、第二調節弁２５−２及びＦＣＶ２の車載タンクを用いて説明する。なお、全弁が閉状態を初期状態とする。

【0030】

まず、制御装置１０は、ＦＣＶ２の車載タンク内に水素ガスを充填するために、使用中蓄圧器に対応する弁を開放する。ここで、使用中蓄圧器が、蓄圧器２０−１であるとする。この場合、制御装置１０は、蓄圧器２０−１に対応する遮断弁２２−１と、第一遮断弁２４−１と、第一調節弁２５−１と、遮断弁２９とを開放する（図２（Ａ））。遮断弁２２−１と、第一遮断弁２４−１と、第一調節弁２５−１と、遮断弁２９とが開放されると、蓄圧器２０−１に貯留されている水素ガスが差圧充填により供給ライン１１及び第一の供給ライン１２を介してＦＣＶ２の車載タンクに充填される。この際の第一調節弁２５−１の開度は、調節弁の下流側の圧力が目標昇圧率に追従するような値に調節される。その後、差圧充填により蓄圧器２０−１内の圧力は低下し、調節弁の下流側の圧力は上昇する。蓄圧器２０−１内の圧力と調節弁の下流側の圧力との圧力差が小さくなってくると、水素ガスの流量を確保するため、第一調節弁２５−１の開度が大きくなる（開度が１００％に近づく）。ここで、第一調節弁２５−１を最初に使用したが、これに限定されることではなく、最初に第二調節弁２５−２を使用してもよい。

【0031】

また、制御装置１０は、定期的に各種情報を取得する。例えば、制御装置１０は、各圧力計及び流量計２６からそれぞれ圧力値及び流量値の情報を取得する。充填が行われている間、制御装置１０は、切り替え準備条件（第一の条件）が満たされたか否か判定する。切り替え準備条件とは、使用中蓄圧器を待機中蓄圧器に切り替える準備を行うための条件である。切り替え準備条件の具体例として、使用中蓄圧器内の圧力と調節弁の下流側の圧力との圧力差が、予め設定された第一の設定値に達することが挙げられる。使用中蓄圧器内の圧力と調節弁の下流側の圧力との圧力差が、第一の設定値に達した場合、制御装置１０は切り替え準備条件が満たされたと判定する。この時、制御装置１０は、使用中蓄圧器の切り替え準備を行う。具体的には、制御装置１０は、高圧状態の待機中蓄圧器への切り替え後に、ＦＣＶ２の車載タンクに急激な充填が行われないようにするために、次に使用する蓄圧器２０内の圧力、調節弁の下流側の圧力及び取得した水素の流量値を基に待機中調節弁（図２及び３では、第二調節弁２５−２）の開度を算出し、算出した開度に待機中調節弁を予め調節する（図２（Ｂ））。この時の待機中調節弁の開度は、第一調節弁２５−１の開度よりも小さいのが一般的である。

【0032】

本実施形態の待機中調節弁の開度の算出方法は、充填開始時から切り替え準備条件が満たされるまでの水素ガスの流量値及び調節弁の下流側の圧力値から近似曲線を算出する方法が挙げられる。近似曲線を算出する方法としては、例えば最小二乗法を用いる例で説明するが、これに限定されることではない。制御装置１０は、算出した近似曲線を用いて、後述する切り替え条件が満たされる予定のタイミングの水素流量及び調節弁の下流側の圧力値を推定する。

【0033】

次に、待機中調節弁の開度は、Ｃｖ値の計算式である式１または式２と、水素充填システムに設けられた調節弁（待機中調節弁）のＣｖ値と開度との関係式とから求められる。

【数1】

【数2】

【0034】

式１及び式２のＱｇは切り替え条件が満たされる予定のタイミングの水素流量の推定値、Ｐ１は次に使用される蓄圧器２０内の圧力値、Ｐ２は切り替え条件が満たされる予定のタイミングの調節弁の下流側の圧力値の推定値、ｔは図に記さなかった温度計によって検出された、切り替え準備条件が満たされた時の水素ガスの温度、Ｇｇは水素ガスの比重（０．０６９５）を表す。
待機中調節弁の開度が調節されたら、切り替え準備が完了する。

【0035】

その後、制御装置１０は、切り替え条件（第二の条件）が満たされたか否か判定する。切り替え条件とは、使用中蓄圧器を待機中蓄圧器に切り替えを行うための条件である。切り替え条件の具体例として、使用中蓄圧器内の圧力と調節弁の下流側の圧力との圧力差が、予め設定された第二の設定値に達することが挙げられる。第二の設定値は、第一の設定値よりも小さい値である。使用中蓄圧器内の圧力と調節弁の下流側の圧力との圧力差が、第二の設定値に達した場合、制御装置１０は切り替え条件が満たされたと判定する。この時、制御装置１０は、使用中蓄圧器を待機中蓄圧器に切り替え作業を開始する。具体的には、まず制御装置１０は、使用中蓄圧器に対応する遮断弁２２−１と、第一遮断弁２４−１とを閉止する（図３（Ａ））。

【0036】

その直後に、制御装置１０は、次に使用する待機中蓄圧器（例えば、蓄圧器２０−２）に対応する遮断弁２２−２と、第二遮断弁２４−２とを開放する（図３（Ｂ））。遮断弁２２−２と、第二遮断弁２４−２とが開放されると、蓄圧器２０−２に貯留されている水素ガスが差圧充填により供給ライン１１及び第二の供給ライン１３を介してＦＣＶ２の車載タンク内に充填される。第二調節弁２５−２の開度は、流量が一定となるように、予め小さくなるように調節されているため、圧力が高い蓄圧器２０に切り替わっても、流量に大きな変動が起こらない。なお、第一調節弁２５−１の開度は、その後一旦閉じられ、次の蓄圧器２０の切り替え準備時に、調節される。
その後、制御装置１０は、使用中蓄圧器を切り替えながら、ＦＣＶ２の車載タンク内への充填を行う。そして、規定の充填終了の条件に達したら、遮断弁２９が閉止され、充填は終了となる。ここで、開度及び圧力差の時間変化は直線で表したが、実際は曲線である。

【0037】

図４は、ＦＣＶ２に対して水素ガスを充填する際の処理の流れを示すタイミングチャートである。図４では、蓄圧器２０を３台（蓄圧器２０−１、蓄圧器２０−２及び蓄圧器２０−３）用いた例について説明する。なお、各蓄圧器２０は、水素ガスが略満タン貯留されているとする。
図４において、横軸は充填時間を表し、縦軸は調節弁の開度と、使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差に関する情報を表す。図４のａで示される範囲は第一調節弁２５−１の開度に関する情報を表し、図４のｂで示される範囲は第二調節弁２５−２の開度に関する情報を表し、図４のｃで示される範囲は使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差に関する情報を表す。図４において、折れ線４０は第一調節弁２５−１の開度の遷移を表し、折れ線４１は第二調節弁２５−２の開度の遷移を表し、折れ線４２は使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差の遷移を表す。

【0038】

充填開始時には、使用中蓄圧器として蓄圧器２０−１が使用され、第一調節弁２５−１が開放されて充填が行われるとする。充填が開始されると、折れ線４０で示されるように時間の経過とともに第一調節弁２５−１の開度が大きくなっていき、折れ線４２で示されるように使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が小さくなっていく。時刻ｔ１で使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第一の設定値に達すると、待機していた第二調節弁２５−２の開度が調節される。これにより、折れ線４１で示されるように第二調節弁２５−２の開度が少し大きくなる。その後、使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第二の設定値に達するまで第二調節弁２５−２の開度は維持される。このとき、流量が変動し、維持していた開度では、蓄圧器の切り替え時に流量差が生じる場合は、第二調節弁２５−２の開度は微調整される。

【0039】

そして、時刻ｔ２で使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第二の設定値に達すると、使用中蓄圧器が蓄圧器２０−１から蓄圧器２０−２に切り替えられる。蓄圧器の切り替えと略同時に調節弁が第一調節弁２５−１から第二調節弁２５−２に切り替えられる。その後、第一調節弁２５−１の開度が絞られていき、やがて開度が０％になり待機状態となる。第二調節弁２５−２は、時間の経過とともに、予め調節された開度から開度が徐々に大きくなっていく。また、使用中蓄圧器が切り替えられたことにより、使用中蓄圧器（蓄圧器２０−２）内と調節弁の下流側との圧力差が大きくなる。ただし、充填開始時ｔ０に比べて調節弁の下流側の圧力が高くなっている。そのため、切り替え後の使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差は充填開始時ｔ０に比べて小さい。

【0040】

差圧充填により、切り替え後の使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が小さくなっていき、時刻ｔ３で使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第一の設定値に達すると、待機していた第一調節弁２５−１の開度が調節される。これにより、折れ線４０で示されるように第一調節弁２５−１の開度が少し大きくなる。その後、使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第二の設定値に達するまで第一調節弁２５−１の開度は維持される。このとき、流量が変動し、維持していた開度では、蓄圧器の切り替え時に流量差が生じる場合は、第一調節弁２５−１の開度は微調整される。

【0041】

そして、時刻ｔ４で使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差が第二の設定値に達すると、使用中蓄圧器が蓄圧器２０−２から蓄圧器２０−３に切り替えられる。蓄圧器の切り替えと略同時に調節弁が第二調節弁２５−２から第一調節弁２５−１に切り替えられる。その後、第二調節弁２５−２の開度が絞られていき、やがて開度が０％になり待機状態となる。第一調節弁２５−１は、時間の経過とともに、予め調節された開度から開度が徐々に大きくなる。また、使用中蓄圧器が切り替えられたことにより、使用中蓄圧器（蓄圧器２０−３）内と調節弁の下流側との圧力差が大きくなる。ただし、充填開始時ｔ０及び１回目の切り替え時ｔ２に比べて調節弁の下流側の圧力が高くなっている。そのため、切り替え後の使用中蓄圧器内と調節弁の下流側との圧力差は充填開始時ｔ０及び１回目の切り替え時ｔ２に比べて小さい。その後、充填が完了するまで上記の処理が繰り返し実行される。なお、調節弁の数が３つ以上の場合には、各調節弁の開度を順番に調節することにより、上記の処理が実行される。
その後、時刻ｔ５で充填は終了となる。

【0042】

以上のように構成された水素充填システム１によれば、安全で効率的に水素ガスを充填することができる。

【0043】

＜変形例＞
本実施形態では、水素ガスの充填先としてＦＣＶ２の車載タンクを例に説明したが、これに限定されることではない。例えば、水素ガスの充填先は、水素ガスを充填可能な容器であれば、カードルやローダーなどどのような容器であってもよい。
本実施形態では、燃料ガスとして水素ガスを例に説明したが、燃料ガスは電気化学反応によって電力を発生させてＦＣＶ２に用いることができるガスであればどのようなガスであってもよい。

【0044】

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

【符号の説明】

【0045】

１０…制御装置， ２０（２０−１〜２０−Ｎ）…蓄圧器， ２１（２１−１〜２１−Ｎ）、３０…圧力計， ２２（２２−１〜２２−Ｎ）、２９…遮断弁， ２３（２３−１〜２３−Ｎ）…逆止弁， ２４−１…第一遮断弁， ２４−２…第二遮断弁， ２５−１…第一調節弁， ２５−２…第二調節弁， ２６…流量計， ３１…充填カプラ，

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】