JP2004108394A - 流体制御弁の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置において、使い勝手が良くコストを安くする。
【解決手段】通信インターフェース１０ｊ，１ａでシステム制御部１０と弁制御部１を通信でつなぐ。電磁弁駆動部（１） 〜電磁弁駆動部（ｎ） １ｄで複数の電磁弁２を駆動する。電動弁駆動部（ａ）、電動弁駆動部（ｂ） １ｅで電動弁（ａ） ３と電動弁（ｂ） ３を駆動する。電磁弁２のコイル線２ａへの通電によりプランジャを吸引子に吸着させる吸着駆動を行う。一つの電磁弁２の吸着駆動中の時間が（１／２）×Ｔ１経過したら、次の電磁弁２を吸着駆動し、７つの電磁弁（１） 〜電磁弁（７） ２の吸着駆動を実行する。各電動弁３のコイル線３ａは４つ有り、電動弁駆動部（ａ） １ｅが電動弁（ａ） を１−２相励磁で駆動し、電動弁駆動部（ｂ） １ｅが電動弁（ｂ） を２−１相励磁で駆動する。
【選択図】 図１
【解決手段】通信インターフェース１０ｊ，１ａでシステム制御部１０と弁制御部１を通信でつなぐ。電磁弁駆動部（１） 〜電磁弁駆動部（ｎ） １ｄで複数の電磁弁２を駆動する。電動弁駆動部（ａ）、電動弁駆動部（ｂ） １ｅで電動弁（ａ） ３と電動弁（ｂ） ３を駆動する。電磁弁２のコイル線２ａへの通電によりプランジャを吸引子に吸着させる吸着駆動を行う。一つの電磁弁２の吸着駆動中の時間が（１／２）×Ｔ１経過したら、次の電磁弁２を吸着駆動し、７つの電磁弁（１） 〜電磁弁（７） ２の吸着駆動を実行する。各電動弁３のコイル線３ａは４つ有り、電動弁駆動部（ａ） １ｅが電動弁（ａ） を１−２相励磁で駆動し、電動弁駆動部（ｂ） １ｅが電動弁（ｂ） を２−１相励磁で駆動する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置などに用いる複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術−１）
従来、電磁弁を駆動する装置として例えば特許第２９２９７８３号公報に開示された電磁弁駆動回路がある。この回路は、複数の電磁弁を駆動するに第１の電圧を所定時間印加して弁開とし、第２の電圧を印加して弁開を保持する制御手段を備え、デコーダ素子を用いて前記第１の電圧を前記個々の電磁弁に所定の時間差をもって印加するよう構成されている。
【０００３】
（従来技術−２）
特開２００１−２８３８８６号公報には電磁弁を制御して駆動する燃料電池装置が記載されており、パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ５、バイパス用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏを備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９２９７８３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８３８８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術−１は、同公報のコラム「０００８」に記載されているように、電源部は１個の電磁弁を駆動する電源容量であるため、同公報のコラム「００１４」に記載されているようにＴ２の時間設定はコンデンサ４０の容量により規制される。したがって、使い勝手が悪いという点で、改良の余地を残している。また、従来技術−１は、同公報の図１に記載されているように第１の電圧と第２の電圧を必要とするため、２つの電源を要して１つの電磁弁を２つのトランジスタで駆動するので、経済性（コスト高）の点で、改良の余地を残している。さらに、従来技術−１は、装置の起動／停止などの過渡現象の場合や、制御モードの変更に伴い流体の流路が変わった場合など、速やかに弁開／弁閉をして流路の変更をしたい時、時間Ｔ１とＴ２とを必要とするため弁の切換に時間がかかり過ぎ、使い勝手が悪いという点で、問題がある。
【０００６】
従来技術−２は、パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ５、バイパス用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏを各々５個、余分に備えているのでコストが高いという点で、改良の余地を残している。
【０００７】
本発明は、使い勝手を良くし、コストを安くし、前記課題を解決した流体制御弁の駆動装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の流体制御弁の駆動装置は、弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２の流体制御弁の駆動装置は、請求項１の構成を備え、前記流体制御弁は電磁弁であって、一の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、吸着駆動に要する時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３の流体制御弁の駆動装置は、請求項２の構成を備え、前記一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動するに、前記保持駆動は前記所定電圧をＰＷＭ印加して駆動することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４の流体制御弁の駆動装置は、請求項１の構成を備え、前記流体制御弁は電動弁であって、一の電動弁に所定電圧を印加して１−２相駆動させるとともに、他の電動弁に所定電圧を印加して２−１相駆動させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５の流体制御弁の駆動装置は、弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置であって、前記流体制御弁はコイル部にダイオードを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６の流体制御弁の駆動装置は、請求項５の構成を備え、前記流体制御弁は電磁弁であり、前記コイル部にブリッジダイオードを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の流体制御弁の駆動装置によれば、サブマイコン等の弁制御部は、メインマイコン等の外部のシステム制御部からの例えば電磁弁のｏｎ／ｏｆｆ信号を、通信手段により受け、複数の流体制御弁を駆動する。
【００１５】
請求項２の流体制御弁の駆動装置によれば、複数の電磁弁を駆動するに際して、一の電磁弁が吸着駆動中であり該吸着駆動時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁を吸着駆動する。
【００１６】
請求項３の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項２の作用に加えて、前記一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、この一の電磁弁を保持駆動するに所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動する。
【００１７】
請求項４の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１の作用に加えて、一の電動弁を１−２相駆動し、他の電動弁を２−１相駆動する。他の電動弁の２−１相駆動とは、一の電動弁の１−２相駆動に対して「駆動相を１つずらして駆動する」と言う意味である。
【００１８】
請求項５の流体制御弁の駆動装置によれば、コイル部にダイオードを備えた電磁弁を駆動するので、ダイオードのフライホイール効果によりコイルｏｆｆ時の電流が流れて電磁弁はｏｆｆしないので、所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動できる。
【００１９】
請求項６の流体制御弁の駆動装置によれば、ブリッジダイオードにより請求項５の作用効果が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流体制御弁の駆動装置の実施形態を、図面を参照して説明する。図７は実施形態の流体制御弁の駆動装置が対象とする燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。燃料電池発電装置は燃料電池プロセス系、電力変換器系、制御装置と大きく３つに分けられる。
【００２１】
燃料電池プロセス系では、原燃料と空気から化学反応を伴って直接電力を生成する。ここでは温度センサ、圧力センサ等のデータから化学反応プロセスを監視しながら、複数の流体制御弁を調整して好適に直流電力を発生する。
【００２２】
インバータを中心とする電力変換器系では、電圧、電流等のデータを監視しながら、ゲート素子や遮断器へ操作指令を与え、燃料電池プロセス系から供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００２３】
制御装置は、燃料電池発電装置全体を制御するシステム制御部（メインマイコン）１０と、複数の流体制御弁を駆動する制御弁駆動部１０ａと、センサの信号を受ける入力部１０ｂと、高速の処理能力を有する演算処理部１０ｃと、発電制御部１０ｄとから構成される。
【００２４】
図６は上記燃料電池発電装置の制御装置のブロック図であり、図７のシステム制御部１０を中心にして分かり易く書き直したものである。システム制御部（メインマイコン）１０は入力部１０ｂ、検出部１０ｅ、停電検出部１０ｆ、半固定記憶部１０ｇからの信号を入力する。また、システム制御部１０は表示部１０ｈ、発電制御部１０ｄ、モータ駆動部１０ｉ、制御弁駆動部１０ａに信号を出力する。システム制御部１０は発電制御部１０ｄを制御し、直流電力から交流電力を生成する。また、モータ駆動部１０ｉを制御し、例えばファン、ポンプなどのモータを運転／停止する。そして、制御弁駆動部１０ａは電磁弁、電動弁、電磁比例弁等の流体制御弁をシステム制御部１０の指令を受けて駆動する。
【００２５】
ここで、図６のような構成だと流体制御弁を省エネ駆動しようとするとシステム制御部（メインマイコン）１０の負担が大きいので、図１の構成とする。図１は本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置のブロック図である。システム制御部１０側は通信インターフェース１０ｊを除けば、図６と同じ構成である。実施形態の流体制御弁の駆動装置は弁制御部（サブマイコン）１を中心に構成する。通信インターフェース１ａは、システム制御部１０の通信インターフェース１０ｊとの間でデータの授受を行い、システム制御部１０、弁制御部１は各々好適な制御処理を実行する。すなわち、図６の制御弁駆動部１０ａに弁制御部１を設けたことになる。
【００２６】
設定部１ｂは制御弁を駆動するに好適なパラメータを設定する。半固定記憶部１ｃはＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段である。電磁弁駆動部（１） 〜電磁弁駆動部（ｎ） １ｄは、数個（後述の例では７個）の電磁弁２を駆動する。なお、半角の括弧付き数字は複数の電磁弁駆動部１ｄ及び電磁弁２を区別するものである。電動弁駆動部（ａ） １ｅと電動弁駆動部（ｂ） １ｅは、電動弁（ａ） ３と電動弁（ｂ） ３を駆動する。この半角の括弧付き英字は２つの電動弁駆動部１ｅ及び電動弁３を区別するものである。比例弁制御部１ｆは電磁比例弁４を駆動する。電流フィードバック部１ｇは、比例制御の制御量を演算するため電磁比例弁４の駆動電流を検出する。なお、電流は抵抗Ｒの両端の電圧から演算できる。
【００２７】
図２は本発明の実施形態における電磁弁駆動部１ｄと電磁弁２のコイル部の回路図である。電磁弁２のコイル部はコイル線２ａとブリッジダイオード２ｂとで構成されており、このブリッジダイオード２ｂは、コイル線２ａの両端と、該コイル線２ａに電力を印加する２本の電力供給線２０Ａ，２０Ｂとの間に接続されている。一方の電力供給線２０ＢはトランジスタＴｒ１に接続されており、このトランジスタＴｒ１は弁制御部１からの信号によりｏｎ／ｏｆｆする。なお、電磁弁２は弁閉と弁開を切り換えるために、コイル線２ａへの通電／遮断が行われるものであり、コイル線２ａへの通電によりプランジャを吸引子に吸着させる動作が「吸着駆動」である。
【００２８】
弁制御部１は、トランジスタＴｒ１のゲート電圧を制御し、トランジスタＴｒ１がｏｎのとき直流電力がブリッジダイオード２ｂに印加され、ブリッジダイオード２ｂの出力端子からコイル線２ａに電力が印加される。なお、トランジスタＴｒ１がｏｆｆされると、コイル線２ａの両端に逆起電圧が生じるが、この逆起電圧によるフライホイール電流は、コイル部においてコイル線２ａとブリッジダイオード２ｂとの間を環状に流れる。すなわち、フライホイール電流が２本の電力供給線２０Ａ，２０Ｂを流れず、周辺にＥＭＣ障害を引き起こすことがない。また、従来技術−２における抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏが不要になっている。この実施形態のトランジスタＴｒ１はＦＥＴタイプであるが、もちろんバイポーラタイプでもよい。
【００２９】
図３は本発明の実施形態における電動弁駆動部１ｅと電動弁３のコイル部の回路図である。電動弁３のコイル部は４つのコイル線３ａとスパークキラーとしての４つのダイオード３ｂとで構成されている。各コイル線３ａは電動弁駆動部１ｅの４つのスイッチ回路１ｅ１のトランジスタＴｒ２に接続されている。なお、図３では他の３つのスイッチ回路１ｅ１の詳細は図示を省略しているが、４つのスイッチ回路１ｅ１は同じ回路構成である。弁制御部１は、トランジスタＴｒ２をｏｎ／ｏｆｆし、後述のシーケンス（図５）のように各コイル線３ａへの電力の印加を制御する。なお、ダイオード３ｂをコイル部（コイル側）に設けたので、高価なトランジスタアレイの変わりに安いトランジスタＴｒ２で構成できるようになった。また、この実施形態のトランジスタＴｒ２はバイポーラタイプであるが、もちろんＦＥＴタイプでもよい。
【００３０】
図４は電磁弁の特許第２９２９７８３号公報の従来技術−１の駆動シーケンスと本発明の実施形態における駆動シーケンスを対比して示す図である。なお、特許第２９２９７８３号公報の図示は省略するがスイッチ及び電磁弁の符号は同公報の符号を使って説明する。なお、本発明の実施形態における電磁弁２も７つとして説明する。図４（Ａ） は前記従来技術−１のスイッチ３１〜３７のシーケンスであり、図４（Ｂ） は図４（Ａ） のスイッチに対応する電磁弁１８〜２４の印加電圧波形のシーケンスである。そして、図４（Ｃ） は図４（Ａ） のスイッチに対応する本発明の実施形態における電磁弁２（電磁弁（１） 〜電磁弁（７） ）の印加電圧波形のシーケンスである。
【００３１】
従来は時間Ｔ１とＴ２とにより、７つの電磁弁１８〜２４の吸着駆動が完了する時間が規制された。本発明の実施形態では、先に吸着駆動中の時間が（１／２）×Ｔ１経過したら、次の電磁弁を吸着駆動できるように成した。これにより従来に比較して略１／２の時間で７つの電磁弁（１） 〜電磁弁（７） の吸着駆動を実行できるようになった。いうまでもないが電磁弁（１） 〜電磁弁（７） はシステム制御部１０の指令を受けて任意の順序で駆動される。この例を図４（Ｃ） に図示している。従来技術−１は図４（Ｂ） に図示するように電磁弁１８〜電磁弁２４が順序に駆動される。
【００３２】
図５は本発明の実施形態における電動弁３の駆動シーケンスを示す図であり、電動弁（ａ） を１−２相励磁で、電動弁（ｂ） を２−１相励磁でそれぞれ駆動している。これにより、２つの電動弁（ａ） と電動弁（ｂ） を同時に駆動しても、多くても３つのコイルのみが通電されるので電源容量を小さくできる。すなわち、電動弁（ａ） と電動弁（ｂ） とを同時に駆動する場合、電動弁（ａ） と及び電動弁（ｂ） との駆動相を１つずらして駆動する（電動弁（ａ） を１−２相駆動するなら、電動弁（ｂ） を２−１相駆動する）ので、合計３つのコイルに通電すればよいので、制御装置の電源容量が電動弁のコイル１つ分だけ小さくて済む。いうまでもないが、最大時には合計３つのコイルを同時に通電するという意味であり、３つ、２つ、１つの場合もあり得る。それはシステム制御部１０の指令を受けた弁制御部１が４つのコイルを同時に通電しないよう、すなわち、最大時に３つの同時通電になるように駆動制御しているということである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の流体制御弁の駆動装置によれば、通信手段を用いるので、マイコンのピン数も軽減でき、使い勝手が良く、コストの安い駆動装置を提供できる。
【００３４】
請求項２の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、複数の電磁弁を駆動するに際して、一の電磁弁が吸着駆動中であり該吸着駆動時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁を吸着駆動するので、複数の電磁弁の吸着駆動を従来より短時間（略１／２の時間）で実行できる。
【００３５】
請求項３の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項２と同様な効果が得られるとともに、一の電磁弁を保持駆動するに所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動するので、省電力となる。
【００３６】
請求項４の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、一の電動弁を１−２相駆動し、他の電動弁を２−１相駆動するので、制御装置の電源容量を小さくできる。
【００３７】
請求項５の流体制御弁の駆動装置によれば、コイル部にダイオードを備えた電磁弁を駆動するので、ダイオードのフライホイール効果によりコイルｏｆｆ時の電流が流れて電磁弁はｏｆｆしないので、所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動できる。
【００３８】
請求項６の流体制御弁の駆動装置によれば、ブリッジダイオードにより請求項５の効果が得られると共に、２本の電力供給線２０Ａ、２０Ｂを電磁弁駆動部１ｄに接続する際に、極性の接続ミスを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における電磁弁駆動部と電磁弁のコイル部の回路図である。
【図３】本発明の実施形態における電動弁駆動部と電動弁のコイル部の回路図である。
【図４】電磁弁の従来の駆動シーケンスと本発明の実施形態における駆動シーケンスを対比して示す図である。
【図５】本発明の実施形態における電動弁の駆動シーケンスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置が対象とする燃料電池発電装置の制御装置のブロック図である。
【図７】同燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 弁制御部（サブマイコン）
１ａ 通信インターフェース
１ｄ 電磁弁駆動部
１ｅ 電動弁駆動部
２ 電磁弁
３ 電動弁
１０ システム制御部
１０ｊ 通信インターフェース
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電装置などに用いる複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（従来技術−１）
従来、電磁弁を駆動する装置として例えば特許第２９２９７８３号公報に開示された電磁弁駆動回路がある。この回路は、複数の電磁弁を駆動するに第１の電圧を所定時間印加して弁開とし、第２の電圧を印加して弁開を保持する制御手段を備え、デコーダ素子を用いて前記第１の電圧を前記個々の電磁弁に所定の時間差をもって印加するよう構成されている。
【０００３】
（従来技術−２）
特開２００１−２８３８８６号公報には電磁弁を制御して駆動する燃料電池装置が記載されており、パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ５、バイパス用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏを備えている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２９２９７８３号公報
【特許文献２】
特開２００１−２８３８８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術−１は、同公報のコラム「０００８」に記載されているように、電源部は１個の電磁弁を駆動する電源容量であるため、同公報のコラム「００１４」に記載されているようにＴ２の時間設定はコンデンサ４０の容量により規制される。したがって、使い勝手が悪いという点で、改良の余地を残している。また、従来技術−１は、同公報の図１に記載されているように第１の電圧と第２の電圧を必要とするため、２つの電源を要して１つの電磁弁を２つのトランジスタで駆動するので、経済性（コスト高）の点で、改良の余地を残している。さらに、従来技術−１は、装置の起動／停止などの過渡現象の場合や、制御モードの変更に伴い流体の流路が変わった場合など、速やかに弁開／弁閉をして流路の変更をしたい時、時間Ｔ１とＴ２とを必要とするため弁の切換に時間がかかり過ぎ、使い勝手が悪いという点で、問題がある。
【０００６】
従来技術−２は、パルス発生装置ＰＧ１〜ＰＧ５、バイパス用の抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏを各々５個、余分に備えているのでコストが高いという点で、改良の余地を残している。
【０００７】
本発明は、使い勝手を良くし、コストを安くし、前記課題を解決した流体制御弁の駆動装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の流体制御弁の駆動装置は、弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２の流体制御弁の駆動装置は、請求項１の構成を備え、前記流体制御弁は電磁弁であって、一の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、吸着駆動に要する時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３の流体制御弁の駆動装置は、請求項２の構成を備え、前記一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動するに、前記保持駆動は前記所定電圧をＰＷＭ印加して駆動することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４の流体制御弁の駆動装置は、請求項１の構成を備え、前記流体制御弁は電動弁であって、一の電動弁に所定電圧を印加して１−２相駆動させるとともに、他の電動弁に所定電圧を印加して２−１相駆動させることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５の流体制御弁の駆動装置は、弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置であって、前記流体制御弁はコイル部にダイオードを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６の流体制御弁の駆動装置は、請求項５の構成を備え、前記流体制御弁は電磁弁であり、前記コイル部にブリッジダイオードを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項１の流体制御弁の駆動装置によれば、サブマイコン等の弁制御部は、メインマイコン等の外部のシステム制御部からの例えば電磁弁のｏｎ／ｏｆｆ信号を、通信手段により受け、複数の流体制御弁を駆動する。
【００１５】
請求項２の流体制御弁の駆動装置によれば、複数の電磁弁を駆動するに際して、一の電磁弁が吸着駆動中であり該吸着駆動時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁を吸着駆動する。
【００１６】
請求項３の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項２の作用に加えて、前記一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、この一の電磁弁を保持駆動するに所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動する。
【００１７】
請求項４の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１の作用に加えて、一の電動弁を１−２相駆動し、他の電動弁を２−１相駆動する。他の電動弁の２−１相駆動とは、一の電動弁の１−２相駆動に対して「駆動相を１つずらして駆動する」と言う意味である。
【００１８】
請求項５の流体制御弁の駆動装置によれば、コイル部にダイオードを備えた電磁弁を駆動するので、ダイオードのフライホイール効果によりコイルｏｆｆ時の電流が流れて電磁弁はｏｆｆしないので、所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動できる。
【００１９】
請求項６の流体制御弁の駆動装置によれば、ブリッジダイオードにより請求項５の作用効果が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の流体制御弁の駆動装置の実施形態を、図面を参照して説明する。図７は実施形態の流体制御弁の駆動装置が対象とする燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。燃料電池発電装置は燃料電池プロセス系、電力変換器系、制御装置と大きく３つに分けられる。
【００２１】
燃料電池プロセス系では、原燃料と空気から化学反応を伴って直接電力を生成する。ここでは温度センサ、圧力センサ等のデータから化学反応プロセスを監視しながら、複数の流体制御弁を調整して好適に直流電力を発生する。
【００２２】
インバータを中心とする電力変換器系では、電圧、電流等のデータを監視しながら、ゲート素子や遮断器へ操作指令を与え、燃料電池プロセス系から供給される直流電力を交流電力に変換して出力する。
【００２３】
制御装置は、燃料電池発電装置全体を制御するシステム制御部（メインマイコン）１０と、複数の流体制御弁を駆動する制御弁駆動部１０ａと、センサの信号を受ける入力部１０ｂと、高速の処理能力を有する演算処理部１０ｃと、発電制御部１０ｄとから構成される。
【００２４】
図６は上記燃料電池発電装置の制御装置のブロック図であり、図７のシステム制御部１０を中心にして分かり易く書き直したものである。システム制御部（メインマイコン）１０は入力部１０ｂ、検出部１０ｅ、停電検出部１０ｆ、半固定記憶部１０ｇからの信号を入力する。また、システム制御部１０は表示部１０ｈ、発電制御部１０ｄ、モータ駆動部１０ｉ、制御弁駆動部１０ａに信号を出力する。システム制御部１０は発電制御部１０ｄを制御し、直流電力から交流電力を生成する。また、モータ駆動部１０ｉを制御し、例えばファン、ポンプなどのモータを運転／停止する。そして、制御弁駆動部１０ａは電磁弁、電動弁、電磁比例弁等の流体制御弁をシステム制御部１０の指令を受けて駆動する。
【００２５】
ここで、図６のような構成だと流体制御弁を省エネ駆動しようとするとシステム制御部（メインマイコン）１０の負担が大きいので、図１の構成とする。図１は本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置のブロック図である。システム制御部１０側は通信インターフェース１０ｊを除けば、図６と同じ構成である。実施形態の流体制御弁の駆動装置は弁制御部（サブマイコン）１を中心に構成する。通信インターフェース１ａは、システム制御部１０の通信インターフェース１０ｊとの間でデータの授受を行い、システム制御部１０、弁制御部１は各々好適な制御処理を実行する。すなわち、図６の制御弁駆動部１０ａに弁制御部１を設けたことになる。
【００２６】
設定部１ｂは制御弁を駆動するに好適なパラメータを設定する。半固定記憶部１ｃはＥＥＰＲＯＭなどの記憶手段である。電磁弁駆動部（１） 〜電磁弁駆動部（ｎ） １ｄは、数個（後述の例では７個）の電磁弁２を駆動する。なお、半角の括弧付き数字は複数の電磁弁駆動部１ｄ及び電磁弁２を区別するものである。電動弁駆動部（ａ） １ｅと電動弁駆動部（ｂ） １ｅは、電動弁（ａ） ３と電動弁（ｂ） ３を駆動する。この半角の括弧付き英字は２つの電動弁駆動部１ｅ及び電動弁３を区別するものである。比例弁制御部１ｆは電磁比例弁４を駆動する。電流フィードバック部１ｇは、比例制御の制御量を演算するため電磁比例弁４の駆動電流を検出する。なお、電流は抵抗Ｒの両端の電圧から演算できる。
【００２７】
図２は本発明の実施形態における電磁弁駆動部１ｄと電磁弁２のコイル部の回路図である。電磁弁２のコイル部はコイル線２ａとブリッジダイオード２ｂとで構成されており、このブリッジダイオード２ｂは、コイル線２ａの両端と、該コイル線２ａに電力を印加する２本の電力供給線２０Ａ，２０Ｂとの間に接続されている。一方の電力供給線２０ＢはトランジスタＴｒ１に接続されており、このトランジスタＴｒ１は弁制御部１からの信号によりｏｎ／ｏｆｆする。なお、電磁弁２は弁閉と弁開を切り換えるために、コイル線２ａへの通電／遮断が行われるものであり、コイル線２ａへの通電によりプランジャを吸引子に吸着させる動作が「吸着駆動」である。
【００２８】
弁制御部１は、トランジスタＴｒ１のゲート電圧を制御し、トランジスタＴｒ１がｏｎのとき直流電力がブリッジダイオード２ｂに印加され、ブリッジダイオード２ｂの出力端子からコイル線２ａに電力が印加される。なお、トランジスタＴｒ１がｏｆｆされると、コイル線２ａの両端に逆起電圧が生じるが、この逆起電圧によるフライホイール電流は、コイル部においてコイル線２ａとブリッジダイオード２ｂとの間を環状に流れる。すなわち、フライホイール電流が２本の電力供給線２０Ａ，２０Ｂを流れず、周辺にＥＭＣ障害を引き起こすことがない。また、従来技術−２における抵抗Ｒ及びコンデンサＣｏが不要になっている。この実施形態のトランジスタＴｒ１はＦＥＴタイプであるが、もちろんバイポーラタイプでもよい。
【００２９】
図３は本発明の実施形態における電動弁駆動部１ｅと電動弁３のコイル部の回路図である。電動弁３のコイル部は４つのコイル線３ａとスパークキラーとしての４つのダイオード３ｂとで構成されている。各コイル線３ａは電動弁駆動部１ｅの４つのスイッチ回路１ｅ１のトランジスタＴｒ２に接続されている。なお、図３では他の３つのスイッチ回路１ｅ１の詳細は図示を省略しているが、４つのスイッチ回路１ｅ１は同じ回路構成である。弁制御部１は、トランジスタＴｒ２をｏｎ／ｏｆｆし、後述のシーケンス（図５）のように各コイル線３ａへの電力の印加を制御する。なお、ダイオード３ｂをコイル部（コイル側）に設けたので、高価なトランジスタアレイの変わりに安いトランジスタＴｒ２で構成できるようになった。また、この実施形態のトランジスタＴｒ２はバイポーラタイプであるが、もちろんＦＥＴタイプでもよい。
【００３０】
図４は電磁弁の特許第２９２９７８３号公報の従来技術−１の駆動シーケンスと本発明の実施形態における駆動シーケンスを対比して示す図である。なお、特許第２９２９７８３号公報の図示は省略するがスイッチ及び電磁弁の符号は同公報の符号を使って説明する。なお、本発明の実施形態における電磁弁２も７つとして説明する。図４（Ａ） は前記従来技術−１のスイッチ３１〜３７のシーケンスであり、図４（Ｂ） は図４（Ａ） のスイッチに対応する電磁弁１８〜２４の印加電圧波形のシーケンスである。そして、図４（Ｃ） は図４（Ａ） のスイッチに対応する本発明の実施形態における電磁弁２（電磁弁（１） 〜電磁弁（７） ）の印加電圧波形のシーケンスである。
【００３１】
従来は時間Ｔ１とＴ２とにより、７つの電磁弁１８〜２４の吸着駆動が完了する時間が規制された。本発明の実施形態では、先に吸着駆動中の時間が（１／２）×Ｔ１経過したら、次の電磁弁を吸着駆動できるように成した。これにより従来に比較して略１／２の時間で７つの電磁弁（１） 〜電磁弁（７） の吸着駆動を実行できるようになった。いうまでもないが電磁弁（１） 〜電磁弁（７） はシステム制御部１０の指令を受けて任意の順序で駆動される。この例を図４（Ｃ） に図示している。従来技術−１は図４（Ｂ） に図示するように電磁弁１８〜電磁弁２４が順序に駆動される。
【００３２】
図５は本発明の実施形態における電動弁３の駆動シーケンスを示す図であり、電動弁（ａ） を１−２相励磁で、電動弁（ｂ） を２−１相励磁でそれぞれ駆動している。これにより、２つの電動弁（ａ） と電動弁（ｂ） を同時に駆動しても、多くても３つのコイルのみが通電されるので電源容量を小さくできる。すなわち、電動弁（ａ） と電動弁（ｂ） とを同時に駆動する場合、電動弁（ａ） と及び電動弁（ｂ） との駆動相を１つずらして駆動する（電動弁（ａ） を１−２相駆動するなら、電動弁（ｂ） を２−１相駆動する）ので、合計３つのコイルに通電すればよいので、制御装置の電源容量が電動弁のコイル１つ分だけ小さくて済む。いうまでもないが、最大時には合計３つのコイルを同時に通電するという意味であり、３つ、２つ、１つの場合もあり得る。それはシステム制御部１０の指令を受けた弁制御部１が４つのコイルを同時に通電しないよう、すなわち、最大時に３つの同時通電になるように駆動制御しているということである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の流体制御弁の駆動装置によれば、通信手段を用いるので、マイコンのピン数も軽減でき、使い勝手が良く、コストの安い駆動装置を提供できる。
【００３４】
請求項２の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、複数の電磁弁を駆動するに際して、一の電磁弁が吸着駆動中であり該吸着駆動時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁を吸着駆動するので、複数の電磁弁の吸着駆動を従来より短時間（略１／２の時間）で実行できる。
【００３５】
請求項３の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項２と同様な効果が得られるとともに、一の電磁弁を保持駆動するに所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動するので、省電力となる。
【００３６】
請求項４の流体制御弁の駆動装置によれば、請求項１と同様な効果が得られるとともに、一の電動弁を１−２相駆動し、他の電動弁を２−１相駆動するので、制御装置の電源容量を小さくできる。
【００３７】
請求項５の流体制御弁の駆動装置によれば、コイル部にダイオードを備えた電磁弁を駆動するので、ダイオードのフライホイール効果によりコイルｏｆｆ時の電流が流れて電磁弁はｏｆｆしないので、所定電圧をＰＷＭ印加して保持駆動できる。
【００３８】
請求項６の流体制御弁の駆動装置によれば、ブリッジダイオードにより請求項５の効果が得られると共に、２本の電力供給線２０Ａ、２０Ｂを電磁弁駆動部１ｄに接続する際に、極性の接続ミスを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における電磁弁駆動部と電磁弁のコイル部の回路図である。
【図３】本発明の実施形態における電動弁駆動部と電動弁のコイル部の回路図である。
【図４】電磁弁の従来の駆動シーケンスと本発明の実施形態における駆動シーケンスを対比して示す図である。
【図５】本発明の実施形態における電動弁の駆動シーケンスを示す図である。
【図６】本発明の実施形態の流体制御弁の駆動装置が対象とする燃料電池発電装置の制御装置のブロック図である。
【図７】同燃料電池発電装置の基本構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 弁制御部（サブマイコン）
１ａ 通信インターフェース
１ｄ 電磁弁駆動部
１ｅ 電動弁駆動部
２ 電磁弁
３ 電動弁
１０ システム制御部
１０ｊ 通信インターフェース
Claims (6)
- 弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動することを特徴とする流体制御弁の駆動装置。
- 前記流体制御弁は電磁弁であって、一の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、吸着駆動に要する時間の１／２が経過したとき、他の電磁弁に所定電圧を印加して吸着駆動させ、一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動することを特徴とする請求項１記載の流体制御弁の駆動装置。
- 前記一の電磁弁の吸着駆動に要する時間が経過したとき、一の電磁弁を保持駆動するに、前記保持駆動は前記所定電圧をＰＷＭ印加して駆動することを特徴とする請求項２記載の流体制御弁の駆動装置。
- 前記流体制御弁は電動弁であって、一の電動弁に所定電圧を印加して１−２相駆動させるとともに、他の電動弁に所定電圧を印加して２−１相駆動させることを特徴とする請求項１記載の流体制御弁の駆動装置。
- 弁制御部が外部の制御部から通信手段により流体制御弁の駆動信号を受けて、複数の流体制御弁を駆動する流体制御弁の駆動装置であって、前記流体制御弁はコイル部にダイオードを備えることを特徴とする流体制御弁の駆動装置。
- 前記流体制御弁は電磁弁であり、前記コイル部にブリッジダイオードを備えることを特徴とする請求項５記載の流体制御弁の駆動装置。
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