CN101568761B - 燃料供给装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料供给装置(30)，其能够降低来自并列地连接的多个燃料罐(31a～31d)的燃料的放出量。该燃料供给装置(30)具有：贮存燃料的多个燃料罐(31a～31d)；分别设于各燃料罐(31a～31d)的开关阀(32a～32d)；开关控制该开关阀(32a～32d)的控制装置(40)，该控制装置(40)根据状况改变同时打开的开关阀(32a～32d)的数量。该控制装置(40)在检测到异常后或燃料供给装置(30)的维修时，能够减少同时打开的开关阀(32a～32d)的数量。

Description

燃料供给装置
技术领域
本发明涉及一种例如构成燃料电池系统的一部分的燃料供给装置，特别是涉及具有多个燃料罐的燃料供给装置。
背景技术
用于向燃料电池供给作为燃料气体的氢气的燃料供给装置公知使用高压填充氢气的高压氢罐、填充能够可逆地吸收及放出氢气的氢吸收合金的氢吸收罐的方式。例如日本特开2005-226715号公报公示了如下燃料供给装置：对于燃料电池经由氢配管并列地连接多个氢罐并在各氢罐设置开关阀。在所述燃料供给装置中，在燃料电池系统运转时同时打开全部的开关阀。
发明内容
确实，根据日本特开2005-226715号公报所述的燃料供给装置，由于是在运转时从多个氢罐放出氢气的构成，因此能够降低氢罐的使用频率的不均衡。但是，总是同时打开全部的开关阀并不一定好。例如，在为了检查氢配管的泄漏使氢气流过的情况下，如果同时打开全部的开关阀，则放出大量的氢气。
本发明的目的在于提供一种能够降低来自燃料罐的燃料的放出量的燃料供给装置。
用于达成上述目的的本发明的燃料供给装置具有：贮存燃料的多个燃料罐，在每个或每几个燃料罐上设置的、截止从燃料罐放出的燃料的多个开关阀；对开关阀进行开关控制的控制装置。控制装置根据状况改变同时打开的开关阀的数量。
根据所述构成，同时打开的开关阀的数量不是一定的，可根据状况改变其数量。由此，根据状况，可以不从全部的燃料罐放出燃料，能够降低来自燃料罐的燃料的放出量。另一方面，由于也能够根据状况从全部的燃料罐放出燃料，因此也能够考虑降低使用频率的不均衡。
优选燃料罐相对于燃料供给目标装置并列地连接，控制装置在从燃料罐向燃料供给目标装置供给燃料的情况下，也可以同时打开全部的开关阀。
这样，由于能够以打开全部的开关阀的状态供给燃料，因此能够降低燃料罐的使用频率的不均衡。另外，在燃料供给时同时开关多个开关阀的情况下，由燃料罐内的压力的大小可引起燃料从一个燃料罐向另一个燃料罐的逆流，但是根据本发明的构成，能够抑制这种逆流现象。
在此，作为燃料供给目标装置，例如可以列举接收作为燃料的燃料气体的供给而发电的燃料电池及接收作为燃料的氢气、CNG(压缩天然气)的供给而产生机械能和热能的内燃机。
在优选的一个方式中，控制装置也可以在检测到异常后或燃料供给装置的维修时，减少同时打开的开关阀的数量。
这样，能够在异常检测的情况下或维修的情况下，降低燃料的放出量。
在另一个优选的实施方式中，控制装置也可以在不需要向燃料供给目标装置供给燃料的情况下，减少同时打开的开关阀的数量。
这样，能够在不需要向燃料供给目标装置供给燃料的情况下，降低燃料的放出量。
用于达成上述目的的本发明的其他的燃料供给装置具有：相对于燃料供给目标装置并列地连接并贮存燃料的燃料罐；设于每个或每几个燃料罐上并截止从燃料罐放出的燃料的开关阀；和在第一状况时进行控制以使开关阀全部同时开关的控制装置。控制装置在与第一状况不同的第二状况时，减少同时打开的开关阀的数量。
这样，能够在第一状况时降低燃料罐的使用频率的不均衡。另外，在第二状况时，由于同时打开的开关阀的数量减少，因此能够降低来自燃料罐的放出量。
在此，第一状况是例如燃料供给装置的正常时或通常供给时，第二状况是检测出异常时或维修时。
附图说明
图1是适用本发明的燃料供给装置的燃料电池系统的构成图。
图2是适用本发明的变形例的燃料供给装置的燃料电池系统的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式的燃料供给装置。在此，对将本发明的燃料供给装置适用于燃料电池系统的燃料气体供给系统的例子进行说明。
图1是具有本实施方式的燃料供给装置30的燃料电池系统10的构成图，特别是以燃料气体供给系统为中心表示的图。
燃料电池系统10能够搭载于燃料电池混合动力车(FCHV)、电动汽车、混合动力车等的车辆上。但是，燃料电池系统10也可以适用于车辆以外的各种移动体(例如，船舶、飞机、机器人等)、定置型电源上。
燃料电池系统10具有燃料电池20。燃料电池20接收作为燃料气体的氢气和作为氧化气体的空气的供给而发电。燃料气体及氧化气体统称为反应气体。燃料电池20例如由固体高分子电解质型构成，具有层积多个单体电池的堆叠构造。在图1中，为了便于说明，在燃料电池20中示意地表示单体电池的构造。
单体电池具有由电解质膜21、燃料极22及空气极23构成的MEA(膜电极接合体)24。电解质膜21由例如利用氟类树脂形成的离子交换膜构成。燃料极22及空气极23设于电解质膜21的两面。单体电池具有从两侧夹持燃料极22及空气极23的一对隔板25、26。并且，向隔板25的燃料气体流路27供给燃料气体，向隔板26的氧化气体流路28供给氧化气体。通过供给的燃料气体及氧化气体的电化学反应，燃料电池20产生电力。在燃料电池20发电的电力供给牵引马达等的载荷50。
燃料供给装置30具有四个燃料罐31a～31d和四个开关阀32a～32d。燃料罐31a～31d相对于作为燃料供给目标装置的燃料电池20并列地连接。开关阀32a～32d分别对应燃料罐31a～31d而设置。燃料罐及开关阀的数量是任意的。
燃料罐31a～31d可以是贮存高压氢气的高压氢罐或贮存能够可逆地吸收及放出氢的氢吸收合金的氢吸收罐。如果是高压氢罐，则贮存例如35MPa或70MPa的氢气。燃料罐31a～31d也可以是贮存20MPa的压缩天然气的构造。总之，燃料罐31a～31d相对于作为燃料供给目标装置的燃料电池20，可供给地贮存燃料气体即可。
从燃料罐31a～31d放出的燃料气体经由供给流路34供给到燃料电池20内的燃料气体流路27。供给流路34具有与燃料气体流路27连接的集合流路35和从集合流路35分支成四股的分支流路36a～36d。在集合流路35上设有例如一个减压阀38。在减压阀38的上游侧及下游侧设有检测燃料气体的压力的压力传感器P1及P2。分支流路36a～36d相对于燃料电池20并列地设置，与对应的燃料罐31a～31d连接。另外，在分支流路36a～36d上设有对应的开关阀32a～32d。
开关阀32a～32d截止从对应的燃料罐31a～31d放出的燃料气体。即，开关阀32a～32d相对于各燃料罐31a～31d作为主阀(主截止阀)起作用。开关阀32a～32d例如由电磁截止阀构成，与控制装置40电连接。虽然未详述，但是开关阀32a～32d可以是组装入与燃料罐31a～31d的各接头连接的阀组件的形式，也可以是组装入阀组件的外侧的配管的形式。另外，也可以将对燃料气体减压的调节器设在分支流路36a～36d上。
在此，开关阀32a～32d的口径(流路截面面积)分别以相同的尺寸构成。在本实施方式中，开关阀32a～32d的各口径构成为比集合流路35的配管直径(流路截面面积)小。另一方面，开关阀32a～32d的各口径的总和构成为比集合流路35的配管直径大。因此，在打开全部的开关阀32a～32d的情况下，由集合流路35的配管直径对燃料气体的流量进行限速。另外，在仅打开开关阀32a的情况下，由开关阀32a的口径对燃料气体的流量限速。
如图1可知，贮存在燃料罐31a～31d的燃料气体通过打开各开关阀32a～32d而放出到分支流路36a～36d，流入集合流路35，并供给燃料电池20。如果考虑这样的燃料气体的流动，则能够包括供给流路34及控制装置40地把握燃料供给装置30。
控制装置40作为内部具有CPU、ROM、RAM的微型计算机而构成。CPU根据控制程序执行希望的运算，进行开关阀32a～32d的开关控制及燃料供给装置30的异常检测等各种处理和控制。ROM存储由CPU处理的控制程序和控制数据。RAM主要作为用于控制处理的各种作业领域而使用。
控制装置40输入来自除了压力传感器P1及P2外均省略图示的电压传感器、电流传感器及车辆的油门开度传感器等的各种传感器的检测信号。基于该输入结果，控制装置40向燃料电池系统10的各构成要素输出控制信号。特别是控制装置40如下所述地对开关阀32a～32d进行开关控制。
在燃料电池系统10的通常运转时、燃料供给装置30的正常时，控制装置40同时打开全部的开关阀32a～32d。例如，在根据燃料电池20的要求输出向燃料电池20供给燃料气体的情况下，同时打开全部的开关阀32a～32d，维持该开阀状态。因此变为从全部的燃料罐31a～31d放出燃料气体的状态。并且，在燃料电池系统10的运转结束时，控制装置40同时关闭全部的开关阀32a～32d。
这样，通过在燃料电池系统10的通常运转时打开全部的开关阀32a～32d，能够降低燃料罐31a～31d的使用频率的不均衡，并且能够防止在燃料罐31a～31d之间的燃料气体的逆流。
更详细地进行说明，例如在通常运转时仅打开开关阀32a，在一定程度上进行仅来自燃料罐31a的燃料气体的放出时，燃料罐31a的压力比其他的燃料罐31b～31d的压力低。在此，假设在燃料罐31a内的燃料气体被完全消耗的前后打开开关阀32b，则燃料罐31b的燃料气体不仅向燃料电池20，也向压力较低的燃料罐31a流动。因此，为了防止这样的逆流现象，控制装置40在通常运转时同时打开全部的开关阀32a～32d。
然而，发生异常时，由于构成供给流路34的配管的裂缝等，存在产生燃料气体的泄漏的情况。由于这样的燃料气体的泄漏伴随着配管内的压力降低，因此能够由压力传感器P1、P2检测出。例如，如果在减压阀38的下游侧的配管处产生燃料气体的泄漏，则压力传感器P2检测出的压力值比减压阀38的设定二次压力降低。控制装置40根据所述压力降低的程度判断有无燃料气体的泄漏。并且，在判断有燃料气体的泄漏时，优选以停止燃料电池20的发电的状态向燃料电池20供给燃料气体，并再次检查是否实际产生从供给流路34的泄漏。
在本实施方式中，在执行这样的再次检查时，不是将开关阀32a～32d同时全部打开，而是少同时打开的开关阀32a～32d的数量。优选在本实施方式中，在再次检查时，打开开关阀32a～32d中的任意一个。在其他的实施方式中，在再次检查时，也可以仅打开燃料罐31a～31d中与燃料气体的贮存量最多或压力最高的燃料罐相对应的开关阀。
因此，根据本实施方式，在再次检查时，减少同时打开的开关阀32a～32d的数量，因此能够降低来自燃料罐31a～31d的燃料气体的放出量。特别是，越减少同时打开的开关阀32a～32d的数量越能够降低来自燃料罐31a～31d的燃料气体的放出量。例如，如果仅打开开关阀32a，则流过集合流路35的燃料气体的流量不是由集合流路35的配管直径限速，而是由比其小的开关阀32a的口径限速。因此，能够使来自燃料罐31a的燃料气体的放出量最小化。
如上述说明，根据本实施方式，能够根据燃料供给装置30的状况改变同时打开的开关阀32a～32d的数量。由此，在燃料供给装置30的正常时等的状况(第一状况)下，能够适当地向燃料电池20供给燃料气体，并平衡地使用燃料罐31a～31d。另一方面，在燃料供给装置30的异常时等的状况(第二状况)下，能够降低燃料气体的放出量。另外，与同时打开的开关阀32a～32d的数量降低相对应地，消耗电力也能够降低。
变形例
在其他的实施方式中，控制装置40也可以在检测到异常后的再次检查以外的情况下，减少同时打开开关阀32a～32d的数量。例如，也存在因如上所述的燃料气体泄漏而更换供给流路34的配管等的情况。也可以在这样的更换的维修时的再次检查的情况下，减少同时打开的开关阀32a～32d的数量。
另外，控制装置40也可以在原本不需要向燃料电池20供给燃料气体的情况下，减少同时打开的开关阀32a～32d的数量。在此，所谓“不需要的情况”是指除了上述检测到异常后的再次检查的情况、维修时的再次检差的情况以外，例如没有燃料电池20的发电要求的情况。
图2是表示具有变形例的燃料供给装置300的燃料电池系统10的构成图。与图1所示的燃料供给装置30的较大的不同点是在燃料罐31a～31d的每两个上设有开关阀32e、32f。与图1所示的标号相同的标号的装置等表示相同的装置等，省略它们的详细的说明。
开关阀32e、32f分别设于从集合流路35分支为两股的分支流路36e、36f上。从分支流路36e分支的流路是上述的分支流路36a、36b，从分支流路36f分支的流路是上述的分支流路36c、36d。开关阀32e相对于由燃料罐31a、31b构成的第一罐群作为主阀起作用，截止从燃料罐31a、31b放出的燃料气体。开关阀32f相对于由燃料罐31c、31d构成的第二罐群作为主阀起作用，截止从燃料罐31c、31d放出的燃料气体。
因此，控制装置40在燃料供给装置30的正常时等的状况(第一状况)下同时开关开关阀32e、32f。另一方面，控制装置40在与上述同样的燃料供给装置30检测出异常时或维修时等的状况(第二状况)下，再次检查时仅打开开关阀32e、32f中的一个。由此，能够减少同时打开的开关阀32e、32f的数量，与上述相同地，能够降低来自燃料罐31a～31d的燃料气体的放出量。
包含在罐群中的燃料罐的数量和开关阀的数量是任意的。即，在多个燃料罐的每几个上设置开关阀而构成即可。

Claims (7)

1.一种燃料供给装置，具有：
多个燃料罐，其贮存燃料；
被供给来自上述燃料罐的燃料的燃料电池；
多个开关阀，其与每个或每几个上述燃料罐对应而设置，截止从该燃料罐放出的燃料；
控制装置，其对上述开关阀进行开关控制；
燃料从上述燃料罐流向上述燃料电池的供给流路；和
检测上述供给流路内的燃料的压力的至少一个压力传感器，
上述控制装置基于上述压力传感器判断有无来自上述供给流路的燃料泄漏，在判断为燃料泄漏时，在停止上述燃料电池的发电的状态下，减少同时打开的上述开关阀的数量以降低燃料的放出量，再次检查是否实际产生从供给流路的燃料泄漏。
2.如权利要求1所述的燃料供给装置，上述燃料罐相对于燃料供给目标装置并列地连接，
上述控制装置在从上述燃料罐向上述燃料供给目标装置供给燃料的情况下，同时打开全部的上述开关阀。
3.如权利要求2所述的燃料供给装置，上述控制装置在不需要向上述燃料供给目标装置供给燃料的情况下，减少同时打开的上述开关阀的数量。
4.如权利要求1或2所述的燃料供给装置，上述控制装置在产生燃料泄漏的情况下，减少同时打开的上述开关阀的数量。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的燃料供给装置，上述控制装置在减少同时打开的上述开关阀的数量的情况下，作为整体打开一个开关阀。
6.如权利要求1～3中任意一项所述的燃料供给装置，上述控制装置在减少同时打开的上述开关阀的数量的情况下，仅打开与燃料的贮存量最多的燃料罐相对应的开关阀。
7.如权利要求1～3中任意一项所述的燃料供给装置，上述控制装置在减少同时打开的上述开关阀的数量的情况下，仅打开与压力最高的燃料罐相对应的开关阀。
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