特開 2024-48520 ガス充填方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024048520

(43)【公開日】2024-04-09

(54)【発明の名称】ガス充填方法

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20240402BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20240402BHJP

【ＦＩ】

F17C13/02 301Z

F17C5/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022154474

(22)【出願日】2022-09-28

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100077665

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 剛宏

(74)【代理人】

【識別番号】100116676

【弁理士】

【氏名又は名称】宮寺 利幸

(74)【代理人】

【識別番号】100191134

【弁理士】

【氏名又は名称】千馬 隆之

(74)【代理人】

【識別番号】100136548

【弁理士】

【氏名又は名称】仲宗根 康晴

(74)【代理人】

【識別番号】100136641

【弁理士】

【氏名又は名称】坂井 志郎

(74)【代理人】

【識別番号】100180448

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 亨祐

(72)【発明者】

【氏名】判田 圭

【テーマコード（参考）】

3E172

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BD03

3E172DA90

3E172EA02

3E172EA12

3E172EA13

3E172EA14

3E172EA22

3E172EA23

3E172EA24

3E172EA35

3E172KA22

3E172KA23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】タンクに特別の機構を設けることなく、水素ステーションの充填制御による簡易な方法で、タンク内の温度分離の発生を抑制するとともに、短時間でガスの充填を完了することができ、高性能で高効率のガス充填を達成できるガス充填方法を提供する。
【解決手段】蓄圧器から配管を介してタンクにガスを供給し、前記タンク内にガスを充填するガス充填方法であって、前記タンク内に、ガスを充填中に、温度分離が発生する圧力である温度分離圧力Ｐｓを設定する工程と、ガスを充填中に、前記タンク内の圧力が前記温度分離圧力になったか否かを検出する温度分離圧力検出工程と、温度分離圧力に到達した後に、前記タンクの昇圧率を上昇させて前記タンク内にガスを充填する昇圧率上昇工程と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンクとガスの蓄圧器とを配管で接続し、前記蓄圧器から前記配管を介して前記タンクにガスを供給し、前記タンク内にガスを充填するガス充填方法であって、
前記タンク内に、ガスを充填中に、温度分離が発生するガスの圧力である温度分離圧力を設定する工程と、
ガスを充填中に、前記タンク内の圧力が前記温度分離圧力になったか否かを検出する温度分離圧力検出工程と、
前記温度分離圧力に到達した後に、前記タンクの昇圧率を上昇させて前記タンク内にガスを充填する昇圧率上昇工程と、
を備えるガス充填方法。

【請求項2】

請求項１に記載のガス充填方法において、
前記昇圧率の上昇は、圧力公差幅内で行われる
ガス充填方法。

【請求項3】

請求項２に記載のガス充填方法において、
前記タンク内の圧力が、温度分離圧力に到達する前に、前記圧力公差幅内で前記昇圧率を低下させて充填する昇圧率下降工程を含む
ガス充填方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のガス充填方法において、
前記昇圧率上昇工程の後に、前記昇圧率の下降と前記昇圧率の上昇とを繰り返してガスを充填する昇圧率昇降工程を含む
ガス充填方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ガスの蓄圧器から配管を介してタンクに燃料ガス（ガス）を充填するガス充填方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、より多くの人々が手頃で信頼でき、持続可能且つ先進的なエネルギへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギの効率化に貢献する燃料電池（ＦＣ）に関する研究開発が行われている。

【0003】

例えば、燃料電池自動車は、前記燃料電池と燃料ガス貯留用のタンクとモータとを搭載する。前記燃料電池は、前記タンクから供給される燃料ガスと酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する。前記燃料電池自動車は前記燃料電池で発電した電力を用いて前記モータを駆動することで走行する。

【0004】

燃料電池自動車に搭載されるタンクには、充填スタンド（水素ステーション）において、配管（ホースを含む）を介してガス（水素ガス）が充填される。前記水素ステーションは、高圧ガスの蓄圧器を備える。

【0005】

ＪＰＥＣ-Ｓ０００３（非特許文献１）あるいはＳＡＥＪ２６０１等の「圧縮水素充填技術基準」が、前記水素ステーションにおける前記燃料電池自動車等への燃料ガス（圧縮水素）の充填制御に適用される。

【0006】

「圧縮水素充填技術基準」では、水素充填時の速度（昇圧率）等をシミュレーションで計算し、その結果をマップや表にして充填制御に利用する。このシミュレーションでは、計算速度の向上を図るため、タンクの内部においてガスの温度は均一であると見なした計算モデルが用いられている。充填開始時にタンクの内部では、流入するガスが噴き出して内部を攪拌するので、内部の温度は概ね均一になっている。しかし、充填が進みタンクの内部の圧力が上昇すると、噴出ガスの体積流量は低下する。そうすると、タンクの内部が十分に攪拌されず、温度分布が発生する。特にタンク容量が大きく、また外気温が高くて充填時間が長い場合に顕著な温度分布（温度分離）が発生しやすい。具体的には図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、タンクのガス供給口から見て奥側の上部（色の濃い領域）においてガスの温度が上昇する。この場合、前記シミュレーションの温度と実際のタンクの内部の温度とが一致しなくなる。また局所的にガスの温度が上昇すると、計測されるタンク温度の値がばらつき、安定してタンク温度を検出することができない。さらに一時的に所定の温度を超える高いタンク温度が検出されると安全装置が作動し充填作業が停止されることもあり得る。

【0007】

これに関して特許文献１の高圧ガス貯蔵システムでは、高圧ガス容器内に燃料ガスを充填する時に、高圧ガス容器内における燃料ガスの噴射方向を変化させることのできるガスガイド部材を備え、このガスガイド部材を駆動することにより燃料ガスの噴射方向を変化させる。これにより、高圧ガス容器の温度状態や圧力状態に応じて放熱しやすい部位の方に燃料ガスの噴射方向を向けて高圧ガス容器内の温度上昇を抑制できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００７－２９８０５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

ところで、高圧ガス容器（タンク）内に燃料ガスの噴射方向を変化させることができるガスガイド部材を設けると、高圧ガス容器の構造が複雑になり、部品点数が増加しコストの上昇に繋がったり、ガスガイド部材は可動部を備えることから、信頼性の低下を招いたりする課題がある。

【0010】

この発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この発明の一態様に係るガス充填方法は、タンクとガスの蓄圧器とを配管で接続し、前記蓄圧器から前記配管を介して前記タンクにガスを供給し、前記タンク内にガスを充填するガス充填方法であって、前記タンク内に、ガスを充填中に、温度分離が発生するガスの圧力である温度分離圧力を設定する工程と、ガスを充填中に、前記タンク内の圧力が前記温度分離圧力になったか否かを検出する温度分離圧力検出工程と、前記温度分離圧力に到達した後に、前記タンクの昇圧率を上昇させて前記タンク内にガスを充填する昇圧率上昇工程と、を備える。

【発明の効果】

【0012】

この発明によれば、タンクに特別の機構を設けることなく、水素ステーションの充填制御による簡易な方法で、タンク内の温度分離の発生を抑制するとともに、短時間でガスの充填を完了することができ、高性能で高効率のガス充填を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態に係るガス充填方法が適用された水素充填システムの構成図である。

【図2】図２は、ディスペンサＥＣＵの構成を示すブロック図である。

【図3】図３は、実施形態に係るタンク圧力の時間変化を示す図である。

【図4】図４は、実施形態に係るガス充填方法が適用された水素充填システムの動作説明用のフローチャートである。

【図5】図５は、変形例１の昇圧率を示す図である。

【図6】図６は、変形例１に係るガス充填方法が適用された水素充填システムの動作説明用のフローチャートである。

【図7】図７は、変形例２の昇圧率を示す図ある。

【図8】図８は、変形例２に係るガス充填方法が適用された水素充填システムの動作説明用のフローチャートである。

【図9】図９は、変形例２に係るガス充填方法が適用された水素充填システムのフローチャートにおけるサブルーチンである。

【図10】図１０Ｂは、従来技術におけるタンク内のガスの温度分布を示す模式的横断面図である。図１０Ａは、図１０ＢのＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［水素充填システムの構成］
図１は、実施形態に係るガス充填方法が適用された実施形態に係る水素充填システム１０の構成を示す。

【0015】

水素充填システム１０は、二点鎖線の左側に示す、充填ステーション（充填スタンド）である水素ステーション１４と、二点鎖線の右側に示す燃料電池車両（車両）１６と、から構成される。

【0016】

水素ステーション１４は、燃料ガスである水素ガス（ガス）の供給源である蓄圧器２０を有する。

【0017】

車両１６は、前記蓄圧器２０から供給されるガスを充填する水素タンク（タンク）５０を搭載している。

【0018】

車両１６は、充填されたガスを貯留するタンク５０の他に、燃料電池（不図示）と、走行用のモータ（不図示）と、を備える。

【0019】

前記燃料電池は、タンク５０から供給される燃料ガスとコンプレッサ（不図示）から供給される酸化剤ガス（空気）との電気化学反応により発電する。

【0020】

車両１６は、前記燃料電池で発電した電力を用いて前記モータを駆動しで走行する燃料電池自動車である。

【0021】

燃料電池自動車には、相対的に小型の乗用車や、バス及びトラック等の大型車両が含まれる。

【0022】

燃料電池自動車は、ガスを貯留するタンク５０と前記燃料電池を備え、地上を走行する移動体である。

【0023】

この発明が適用される移動体としては、地上を走行する移動体に限らず、飛行機、船、潜水艦等を含む。

【0024】

図１に示すように、水素ステーション１４は、ディスペンサＥＣＵ（Electronic Control Unit）２２を有し、車両１６は、通信ＥＣＵ５２を有する。

【0025】

図１中、破線で描いている通信ＥＣＵ５２と該通信ＥＣＵ５２に関連する構成要素は、実施形態に係るガス充填方法を実施（使用）する上では、必要ではない。

【0026】

ディスペンサＥＣＵ２２及び通信ＥＣＵ５２は、制御装置であり、１以上のプロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ（記憶装置）、タイマ（計時器）、カウンタ（計数器）、入出力インタフェース及び電子回路を有するコンピュータにより構成される。

【0027】

１以上の前記プロセッサ（ＣＰＵ）は、前記メモリに記憶されたプログラムを実行する。前記メモリには、前記プログラムの他、取得した物理量等のデータ及び該データにより参照される各種制御マップが記録されている。

【0028】

前記プロセッサ（ＣＰＵ）は、取得した物理量等に基づき前記プログラムに従って必要に応じて前記制御マップを参照し演算（各種機能）を実行する。

【0029】

図１において、車両１６は、タンク５０からレセプタクル５４まで延びる車両配管（配管）５６と、データ信号Ｄｔを水素ステーション１４へ送受信する赤外線等による通信機５８と、を備える。

【0030】

タンク５０とレセプタクル５４とを接続する車両配管５６には、ダストフィルタ６０と、レセプタクル５４の近くに設けられタンク５０側からレセプタクル５４へガスが逆流するのを防止するための逆止弁６２と、が設けられる。

【0031】

タンク５０の内部には、タンク内温度センサ６４が設けられ、タンク５０の近くの車両配管５６には、圧力センサ６６が設けられる。

【0032】

通信ＥＣＵ５２は、タンク内温度センサ６４により検出されるタンク温度Ｔｔと、圧力センサ６６により検出されるタンク５０内の圧力（タンク圧力）Ｐｔを取得し、データ信号Ｄｔを生成する。

【0033】

生成されたデータ信号Ｄｔは、通信機５８を介し、水素ステーション１４に設けられた通信機３８を通じてディスペンサＥＣＵ２２に送出される。

【0034】

水素ステーション１４に設けられた通信機３８は、ノズル４８に一体的に取り付けられている。

【0035】

通信機３８は、水素ステーション１４のノズル４８が車両１６のレセプタクル５４に接続されると、車両１６に設けられた通信機５８と対向する。これにより通信機３８、５８間で赤外線等の無線を介したデータ信号Ｄｔ等の送受信が可能になる。

【0036】

水素ステーション１４の蓄圧器２０には、車両１６のタンク５０に供給するための高圧の水素ガスが貯蔵されている。

【0037】

蓄圧器２０には、遮断弁２４が設けられている。遮断弁２４からノズル４８まで延びるステーション配管４６が、遮断弁２４とノズル４８との間に接続されている。蓄圧器２０には圧縮機（不図示）から高圧の水素ガスが供給される。高圧の水素ガスは、圧縮機から直接車両１６に供給されることもある。また液体水素を直接加圧及び加熱して高圧の水素ガスを得ても良い。

【0038】

ステーション配管４６と車両配管５６とからなる配管１００によって蓄圧器２０とタンク５０とが接続（連通）される。

【0039】

ステーション配管（配管）４６には、遮断弁２４からノズル４８に向かって、質量流量センサ（MFM：Mass Flow Meter、流量センサ）２６と、流量調整弁２８と、プレクーラ（Pcool：Pre Cooler）３０と、ブレークアウェイ（BA：Break Away）３２と、が設けられている。ステーション配管４６中、ブレークアウェイ３２とノズル４８との間は、可撓性のあるホースとして構成されている。

【0040】

プレクーラ３０とブレークアウェイ３２との間のステーション配管４６には、圧力センサ３４と温度センサ３６とが設けられる。

【0041】

圧力センサ３４は、遮断弁２４が開いているときの蓄圧器２０（水素ステーション１４）のガス圧力をディスペンサ圧力（ガス圧力）Ｐｄとして検出する。温度センサ３６は、蓄圧器２０から供給されるガスの温度をディスペンサ温度（ガス温度）Ｔｄとして検出する。

【0042】

流量センサ２６は、配管１００に流れるガスの質量流量（流量）ｍを検出する。

【0043】

圧力センサ３４、温度センサ３６及び流量センサ２６によりそれぞれ検出されるディスペンサ圧力Ｐｄ、ディスペンサ温度Ｔｄ、及び流量ｍは、ディスペンサＥＣＵ２２により物理量として取得される。

【0044】

遮断弁２４は、ディスペンサＥＣＵ２２から出力される開閉信号Ｓｏｃにより弁を開弁及び閉弁する。遮断弁２４は、閉信号の開閉信号Ｓｏｃにより弁を開状態から閉状態に遷移させ、閉状態を維持する。遮断弁２４は、開信号の開閉信号Ｓｏｃにより弁を閉状態から開状態に遷移させ、開状態を維持する。

【0045】

流量調整弁２８は、ディスペンサＥＣＵ２２から出力される流量調整信号Ｓａｓにより弁の開度を連続的に調整可能である。言い換えれば、流量調整信号Ｓａｓにより弁開度が調整される流量調整弁２８により、配管１００中のガス流量の連続的な調整が可能である。配管１００中のガス流量を調整することによりディスペンサ圧力Ｐｄが制御（調整）される。

【0046】

プレクーラ３０は、蓄圧器２０から車両配管５６に供給されるガスをタンク５０に充填される前の位置で冷却して、タンク５０内のガスの温度上昇を抑制し、急速充填を可能にする。冷却されたガスの温度がプレクール温度である。

【0047】

ブレークアウェイ３２は、蓄圧器２０とノズル４８の間に接続された安全装置である。ノズル４８が強い外力で引きずられた場合 、ブレークアウェイ３２は、自動的に、自身の弁を閉じて流路を密閉しガスフローを遮断する。

【0048】

水素ステーション１４には、気温Ｔａを検出する大気温度センサ（温度センサ）４２が設けられる。大気温度センサ４２により検出された気温Ｔａは、ディスペンサＥＣＵ２２により取得される。

【0049】

［ディスペンサＥＣＵの構成］
図２は、ディスペンサＥＣＵ２２の構成を示すブロック図である。

【0050】

ディスペンサＥＣＵ２２の内部には、温度センサ３６が検出した温度を受信する温度検出部２２ａ、圧力センサ３４が検出した圧力を受信する圧力検出部２２ｂ、流量センサ２６が検出した流量ｍを受信する流量検出部２２ｃ、流量調整弁２８の弁開度を調整することより、配管１００を介してノズル４８から供給するガスの圧力を調整する流量制御部２２ｄ、及び目標昇圧率（昇圧率）Ｒｐｔａｒを設定する充填制御部２２ｅを備える。充填制御部２２ｅは、予め準備された目標昇圧率マップ２２ｆに基づいて、目標昇圧率Ｒｐｔａｒの制御を行う。目標昇圧率マップ２２ｆには、さまざまな外気温やプレクール温度に応じた昇圧率の表等が含まれる。

【0051】

［実施形態に係るガス充填方法］
実施形態に係るガス充填方法が適用される水素充填システム１０及びディスペンサＥＣＵ２２は、基本的には以上のように構成される。ここで、実施形態に係るガス充填方法について図３で説明する。

【0052】

ディスペンサＥＣＵ２２は、タンク圧力（タンク５０内のガスの圧力）Ｐｔの時間変化量である目標昇圧率（昇圧率）Ｒｐｔａｒ（圧力／時間）を設定する。なお、タンク圧力Ｐｔとしては、ディスペンサ圧力Ｐｄ、ディスペンサ圧力Ｐｄから配管１００の圧損を差し引いた圧力、又は圧力センサ６６により検出される実際のタンク圧力Ｐｔのうちいずれを用いてもよい。目標昇圧率Ｒｐｔａｒの設定は、一定昇圧率（線形）又は非線形の昇圧率を設定可能である。

【0053】

図３に示すように、目標昇圧率Ｒｐｔａｒは、微小な所定時間であるタイムステップΔｔ間でのタンク圧力Ｐｔの目標上昇分としての目標昇圧量ΔＰｔ＿nextで表される Ｒｐｔａｒ＝（ΔＰｔ＿next）/Δｔ。

【0054】

ディスペンサＥＣＵ２２は、目標昇圧率マップ２２ｆに基づいて、タンク圧力Ｐｔが目標昇圧率Ｒｐｔａｒにより昇圧するように流量制御部２２ｄによりガスの流量を調整する。すなわち、ディスペンサＥＣＵ２２は、タンク圧力Ｐｔが目標昇圧率Ｒｐｔａｒにより上昇するようにタンク５０内にガスを充填する。

【0055】

図３にはこの発明に係わるタンク圧力Ｐｔの時間変化を実線で示す。目標昇圧率Ｒｐｔａｒにより上昇するタンク圧力Ｐｔは、点線で示す上限圧力と下限圧力を有する。上限圧力は、タンク５０内にガスを充填中に、タンク５０の温度が所定温度を超えないように設定された圧力である。上限圧力は、上昇するタンク圧力Ｐｔよりも５～１０Ｍｐａ程度高い圧力に設定される。下限圧力は、タンク５０の温度が所定温度よりも低下しないように設定された圧力である。タンク５０の温度が所定温度よりも低下するとガスの密度が高まるため、タンク５０に過剰な量のガスが充填される可能性がある。下限圧力は、上昇するタンク圧力Ｐｔよりも２～５Ｍｐａ程度低い圧力に設定される。上限圧力と下限圧力は、各種の標準規格によって規定されている。

【0056】

充填が進むにつれて上昇するタンク圧力Ｐｔにおける上限圧力と下限圧力との差が圧力公差幅である。昇圧率を設定する場合、タンク５０の圧力は、上限圧力と下限圧力の間であって、圧力公差幅の中に位置する。

【0057】

タンク５０は、温度分離圧力（Ｐｓ）を有することがある。温度分離圧力Ｐｓは、ガスを充填する際にタンク５０内において、ガスの攪拌が不足するため、ガスの温度が均一でなくなり一部領域に高温部が発生する圧力である。この場合、タンク５０内では高温部と低温部との間で温度分布、すなわち温度分離が発生している。通常、タンク５０内のガスの圧力が５０～６０Ｍｐａ以上になると温度分離が発生しやすい。図１０Ａ、図１０Ｂは、温度分離が発生した様子を模式図的に示している。

【0058】

温度分離圧力Ｐｓは、タンク容量、タンク形状、昇圧率、外気温、ガス温度、吹き出しノズルの形状等によって変化し、実験やシミュレーション等により予め設定されている（温度分離圧力Ｐｓを設定する工程）。昇圧率が低いと吹き出しガスの体積流量が減り内部撹拌力が弱まるので、温度分離圧力Ｐｓが低くなる。また外気温が高く、流入するガスの温度（プレクール温度）が低いと、タンク５０内でガスの浮力差が大きくなり、温度分離圧力Ｐｓが低くなる。
タンク圧力Ｐｔが相対的に低いとき、供給されるガスの体積流量が多いため、タンク５０の内部が十分に攪拌され、温度が均一になり温度分離は発生しにくい。しかし、充填が進んでタンク圧力Ｐｔが上昇して来ると、供給されるガスの体積流量が減少し、ガスが攪拌されにくくなり温度分離が発生する。

【0059】

図３に示すように、この発明ではタンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓ付近（時間Ｔｓ）に到達すると、昇圧率を上昇させる。換言すると温度分離圧力Ｐｓを超えた昇圧率（勾配：Ｒｐｔａｒ＝（ΔＰｔ＿next‘）/Δｔ）は、温度分離圧力Ｐｓを超える前の昇圧率（勾配：Ｒｐｔａｒ＝（ΔＰｔ＿next）/Δｔ）よりも大きい。温度分離圧力Ｐｓを超えた後の昇圧率は、温度分離圧力Ｐｓを超える前の昇圧率よりも、例えば５０～１００％程度大きく設定するのが好ましい。これにより、タンク５０内に流入するガスの流量が増える。したがって、タンク５０内のガスの攪拌が促進され温度分離の発生を効果的に抑制することができる。また昇圧率が上昇することによりガスを充填するのに要する時間を短縮することができる。この場合、タンク５０内のガスの圧力が図３に点線で示す上限圧力を超えないような昇圧率でガスの圧力を上昇させる。

【0060】

時間とともにタンク５０内のガスの圧力が上昇して、時間Ｔｅｎｄにおいて満充填圧力Ｐｅｎｄに到達すると満充填の状態となり充填が完了する。

【0061】

［実施形態に係るガス充填方法のフローチャートによる説明］
次に実施形態に係るガス充填方法が適用された実施形態に係る水素充填システム１０の動作について、図４に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。なお、特に断らない限り、フローチャートに係るプログラムを実行するのは、ディスペンサＥＣＵ２２のＣＰＵであるが、これをその都度記載するのは煩雑になるので、単にＣＰＵともいう。

【0062】

ガス充填を開始する前に、水素ステーション１４の蓄圧器２０の遮断弁２４が閉じられた状態で、作業者等により、車両１６のレセプタクル５４に、水素ステーション１４のノズル４８が嵌合される。

【0063】

作業者等により、水素ステーション１４の充填開始ボタン（不図示）が操作されると、ＣＰＵは、少量の水素を充填するプレショット充填を行い水素ステーション１４側と車両１６のタンク５０の圧力を均圧化する。さらに、ＣＰＵは、タンク圧力Ｐｔを指示（検出）している圧力センサ３４によりディスペンサ圧力Ｐｄを得、車両１６の初期タンク圧力Ｐ₀を計測する（Ｐｄ＝Ｐｔ＝Ｐ₀）。

【0064】

ステップＳ１にて、ＣＰＵは、遮断弁２４を開くことにより蓄圧器２０からタンク５０に向けてガスを流通させる。

【0065】

ステップＳ２にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、昇圧率を設定し、ガスの充填を進める。

【0066】

ステップＳ３にて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク圧力Ｐｔが温度分離圧力Ｐｓ（時間：Ｔ＝Ｔｓ）になったか否かを確認し（温度分離圧力検出工程）、肯定的（ステップＳ３：ＹＥＳ）な場合には、処理をステップＳ４の昇圧率の上昇を進める。

【0067】

ステップＳ４にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、タンク５０内のガスの圧力がＰｓよりも低い場合の昇圧率と比べて高い昇圧率でガスの充填を進める（昇圧率上昇工程）。

【0068】

ステップＳ５にて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク圧力Ｐｔが満充填圧力Ｐｅｎｄに到達したかを確認し、満充填圧力Ｐｅｎｄ（時間：Ｔ＝Ｔｅｎｄ）に到達したときに今回の充填処理を終了する。

【0069】

［変形例１に係るガス充填方法］
変形例１に係るガス充填方法について図５に基づいて説明する。

【0070】

変形例１に係るガス充填方法では、タンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓｂ（＝Ｐｓ）付近（時間：Ｔ＝Ｔｓｂ）に到達する前に、温度分離圧力Ｐｓｂよりも低い圧力である昇圧率下降開始圧力Ｐｓａ付近（時間：Ｔ＝Ｔｓａ）に到達した時に昇圧率が降下する。換言すると昇圧率下降開始圧力Ｐｓａを超えた後の昇圧率を示す直線の勾配は、昇圧率下降開始圧力Ｐｓａを超える前の昇圧率を示す直線の勾配よりも小さい。これにより、充填が進むにつれてタンク５０の圧力が下限圧力に近づくので、その後タンク圧力Ｐｔが温度分離圧力Ｐｓｂに到達した後、圧力公差幅内で昇圧率をより大きく設定できる。なお、タンク圧力Ｐｔは常に下限圧力よりも大きく維持するする必要がある。タンク圧力Ｐｔは、前述した圧力公差幅内であるように昇圧率を制御する。

【0071】

昇圧率下降開始圧力Ｐｓａは、温度分離圧力Ｐｓｂより小さく、温度分離圧力Ｐｓｂ近傍の圧力に設定される。

【0072】

タンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓｂ付近（時間：Ｔ＝Ｔｓｂ）に到達すると昇圧率が上昇する。換言すると温度分離圧力Ｐｓｂを超えた後の昇圧率を示す直線の勾配は、温度分離圧力Ｐｓｂを超える前の昇圧率を示す直線の勾配よりも大きい。これによりタンク５０内のガスの圧力が上昇し、タンク５０内に流入するガスの流量が増え攪拌効果が高まる。したがって、温度分離の発生を効果的に抑制することができる。この場合、タンク５０内のガスの圧力は、図５の点線で示す上限圧力を超えないように上昇する。

【0073】

時間とともにタンク５０内のガスの圧力が上昇して、時間Ｔｅｎｄにおいて満充填圧力Ｐｅｎｄに到達すると充填が完了する。

【0074】

［変形例１に係るガス充填方法のフローチャートによる説明］
次に変形例１に係るガス充填方法が適用された水素充填システム１０の動作について、図６に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。

【0075】

ステップＳ１１にて、ＣＰＵは、遮断弁２４を開くことにより蓄圧器２０からタンク５０に向けてガスを流通させる。

【0076】

ステップＳ１２にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、昇圧率を設定し、ガスの充填を進める。

【0077】

ステップＳ１３にて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０内のガスの圧力が昇圧率下降開始圧力Ｐｓａ（時間：Ｔ＝Ｔｓａ）になったか否かを確認し、肯定的（ステップＳ１３：ＹＥＳ）な場合には、処理をステップＳ１４の昇圧率の下降を進める。

【0078】

ステップＳ１４にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、タンク５０内のガスの圧力がＰｓａよりも低い場合の昇圧率と比べて低い昇圧率でガスの充填を進める（昇圧率下降工程）。この場合、タンク５０内のガスの圧力は常に下限圧力を超える圧力となるように昇圧率を設定しガスの充填を進める。

【0079】

ステップＳ１５にて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓｂ（時間Ｔ＝Ｔｓｂ）になったか否かを確認し（温度分離圧力検出工程）、肯定的（ステップＳ１５：ＹＥＳ）な場合には、処理をステップＳ１６の昇圧率の上昇を進める。

【0080】

ステップＳ１６にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、タンク５０内のガスの圧力がＰｓｂよりも低い場合の昇圧率と比べて高い昇圧率でガスの充填を進める（昇圧率上昇工程）。

【0081】

ステップＳ１７にて、ＣＰＵは、ディスペンサ圧力Ｐｄがタンク５０の満充填圧力Ｐｅｎｄに到達したか、確認し、満充填圧力Ｐｅｎｄに到達したときに今回の充填処理を終了する。

【0082】

［変形例２に係るガス充填方法］
変形例２に係るガス充填方法について図７に基づいて説明する。

【0083】

変形例２に係るガス充填方法では、タンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓ付近（時間：Ｔ＝Ｔｓ）に到達すると、昇圧率が上昇する。その後、温度分離圧力Ｐｓよりも大きい所定の圧力に到達すると、変形例１に示すガス充填方法と同様に昇圧率が低下する。さらに、その後、昇圧率の上昇と下降を繰り返し（昇圧率昇降工程）、時間Ｔｅｎｄにおいてタンク５０内のガスの圧力が満充填圧力Ｐｅｎｄに到達すると充填が完了する。昇圧率の上昇と下降の繰り返し回数は特に限定されず、１回でも複数回でもよい。タンク５０内のガスの圧力は、常に前述した圧力公差幅内になるような昇圧率で充填制御を行う。

【0084】

［変形例２に係るガス充填方法のフローチャートによる説明］
次に変形例２に係るガス充填方法が適用された水素充填システム１０の動作について、図８及び図９に示すフローチャート及びサブルーチンに基づいて詳しく説明する。

【0085】

ステップＳ２１にて、ＣＰＵは、遮断弁２４を開くことにより蓄圧器２０からタンク５０に向けてガスが流通する。

【0086】

ステップＳ２２にて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、昇圧率を設定し、ガスの充填を進める。

【0087】

ステップＳ２３にて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０内のガスの圧力が温度分離圧力Ｐｓになったか否かを確認し（温度分離圧力検出工程）、肯定的（ステップＳ２３：ＹＥＳ）な場合には、処理を多段昇圧率サブルーチンＳ２４で進める。

【0088】

図９は、多段昇圧率サブルーチンＳ２４の詳細なフローチャートを示している。
ステップＳ２４ａにて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、タンク５０内のガスの圧力がＰｓよりも低い場合の昇圧率と比べて高い昇圧率でガスの充填を進める（昇圧率上昇工程）。

【0089】

ステップＳ２４ｂにて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０の圧力が温度分離圧力Ｐｓ＋ΔＰ１になったか否かを確認し、肯定的（ステップＳ２４ｂ：ＹＥＳ）な場合には、処理をステップＳ２４ｃに進める。

【0090】

ΔＰ１は、タンク５０内のガスの圧力（Ｐｓ＋ΔＰ１）が上限圧力に到達しない圧力であって、タンク５０の大きさ、タンク５０内温度分布の発生状況、最適充填時間等を考慮して適宜設定される。

【0091】

ステップＳ２４ｃにて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０の圧力が満充填圧力（Ｐｅｎｄ）になったか否かを確認し、肯定的（ステップＳ２４ｃ：ＹＥＳ）な場合は、充填処理を完了する。一方、否定的（ステップＳ２４ｃ：ＮＯ）な場合は、処理をステップＳ２４ｄの昇圧率の下降に進める。

【0092】

ステップＳ２４ｄにて、ＣＰＵは、図２に示した充填制御部２２ｅにより目標昇圧率マップ２２ｆを参照して、タンク５０内のガスの圧力がＰｓよりも低い場合の昇圧率と比べて低い昇圧率でガスの充填を進める（昇圧率下降工程）。この場合、タンク５０内のガスの圧力は常に下限圧力を超える圧力となるように昇圧率を設定しガスの充填を進める。

【0093】

ステップＳ２４ｅにて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０の圧力が温度分離圧力Ｐｓ＋ΔＰ２になったか否かを確認し、肯定的（ステップＳ２４ｂ：ＹＥＳ）な場合には、処理をステップＳ２４ｆに進める。

【0094】

ΔＰ２は、タンク５０内のガスの圧力（Ｐｓ＋ΔＰ２）が上限圧力に到達しない圧力であって、タンク５０の大きさ、タンク５０内におけるガスの温度分布の状態、最適充填時間等を考慮して適宜設定される。なお、ΔＰ２はΔＰ１よりも大きい圧力である。

【0095】

ステップＳ２４ｆにて、ＣＰＵは、ΔＰ１とΔＰ２に対して、それぞれ所定の増加分の圧力αと圧力βを加算し、処理をＳ２４ｇに進める。

【0096】

ステップＳ２４ｇにて、ＣＰＵは、圧力検出部２２ｂが検出したタンク５０の圧力が満充填圧力Ｐｅｎｄに到達したか確認し、肯定的（ステップＳ２４ｇ：ＹＥＳ）な場合は、サブルーチンを抜けて充填処理を完了する。一方、否定的（ステップＳ２４ｇ：ＮＯ）な場合は、多段昇圧率サブルーチンＳ２４の最初に戻り、処理をステップＳ２４ａの昇圧率の上昇に進める。

【0097】

［実施形態から把握し得る発明］
ここで、上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素の一部には、上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号を付けたものに限定されない。

【0098】

（１）この発明に係るガス充填方法は、タンク５０とガスの蓄圧器２０とを配管１００で接続し、前記蓄圧器から前記配管を介して前記タンク５０にガスを供給し、前記タンク５０内にガスを充填するガス充填方法であって、前記タンク内に、ガスを充填中に、温度分離が発生するガスの圧力である温度分離圧力Ｐｓを設定する工程と、ガスを充填中に、前記タンク５０内の圧力が前記温度分離圧力になったか否かを検出する温度分離圧力検出工程（Ｓ３）と、前記温度分離圧力に到達した後に、前記タンク５０の昇圧率を上昇させて前記タンク５０内にガスを充填する昇圧率上昇工程（Ｓ４）と、を備える。

【0099】

この構成により、タンク圧力Ｐｔが予め設定した温度分離圧力Ｐｓに到達し、温度分離が発生し始める時、温度分離圧力Ｐｓに到達する前と比べて昇圧率を上昇させ、供給されるガスの体積流量を増やしタンク５０内でガスの攪拌が促進される。これにより、タンク５０内に攪拌を促進するための特別な機構を設けることなく、水素ステーション１４の充填制御による簡易な方法で、タンク５０内の温度分離の発生を抑制するとともに、蓄圧器２０から配管１００を介してタンク５０内に短時間でガスの充填を完了することができ、高性能で高効率のガス充填を達成できる。

【0100】

（２）また、ガス充填方法においては、前記昇圧率の上昇は、圧力公差幅内で行われるようにしてもよい。

【0101】

これにより、タンク圧力Ｐｔは圧力公差幅の上限圧力よりも高くならないとともに、下限圧力よりも低くなることがない。タンク圧力Ｐｔが上限圧力よりも高くなることがないので、タンク温度Ｔｔの所定温度を超えることなく、タンク５０がダメージを受けることはない。タンク圧力Ｐｔが下限圧力よりも低くなることがないので、ガス密度が上昇して、過剰なガスが充填されることを抑制することができる。

【0102】

（３）さらに、ガス充填方法においては、前記タンク５０内の圧力が、温度分離圧力Ｐｓに到達する前に、前記圧力公差幅内で前記昇圧率を低下させて充填する昇圧率下降工程（Ｓ１４）を含んでもよい。

【0103】

これにより、圧力公差幅を有効に活用し圧力公差幅内で昇圧率を更に高く設定することができ、ガスの攪拌を一層促進させることができる。

【0104】

（４）さらにまた、ガス充填方法においては、前記昇圧率上昇工程の後に、前記昇圧率の下降と前記昇圧率の上昇とを繰り返してガスを充填する昇圧率昇降工程を含んでもよい。

【0105】

これにより、圧力公差幅内で、前記昇圧率を変化させることによりタンク５０内のガスの攪拌を一層促進させることができる。

【0106】

なお、この発明は、上述した開示に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

【符号の説明】

【0107】

１０…水素充填システム １４…水素ステーション
１６…車両 ２０…蓄圧器
２２…ディスペンサＥＣＵ ２４…遮断弁
２６…流量センサ ２８…流量調整弁
３４…圧力センサ ３６…温度センサ
４６…ステーション配管 ４８…ノズル
５０…タンク ５４…レセプタクル
５６…車両配管 １００…配管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】