JP2005207363A - 気体燃料供給システム - Google Patents

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知文 吉永
Yuichi Sato
裕一 佐藤
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Abstract

【課題】従来の気体燃料供給システムでは、減圧弁が故障し、さらに安全弁が閉固着(放出配管にガスが流れなくなる場合)した場合、所定圧力まで減圧できない高圧の気体燃料ガスをガス検知センサにより検知できずに、ガス機関に送られさらなる故障を引き起こす可能性があった。
【解決手段】ガスを貯蔵するタンクと、ガスをガス機関に供給する供給流路と、供給流路のガスを遮断する第一の遮断弁と、第一の遮断弁よりガスの流れ方向において下流に第一の所定圧力まで減圧する第一の減圧弁と、第一の減圧弁より下流に第一の所定圧力以上である第二の所定圧力以上の圧力を供給流路外の放出する安全弁、及び供給流路を流れるガスの圧力を測定する第一の圧力センサと、を備え、第一の圧力センサにより第一の所定圧力以上である第三の所定圧力を検出した場合、第一の遮断弁を閉じる。
【選択図】 図1

Description

本発明は、気体燃料供給システム、詳しくはガス機関に所定圧力以上の気体燃料が侵入することを防止するシステムに関する。
従来の気体燃料供給システムは、供給流路にはタンク側から順に遮断弁、減圧弁、安全弁が、安全弁には放出流路が設けられ、放出流路にはガス検知センサ及び一定圧以上まで封止する封止手段が取付けられている 。また、ガス検知センサが規定以上のガス量だと判断した場合には、遮断弁を閉じる。(特許文献1参照。)
特開2003-201921号公報(第3―6頁、第1図)
しかしながら従来の気体燃料供給システムでは、減圧弁が故障し、さらに安全弁が閉固着(放出配管にガスが流れなくなる場合)した場合、所定圧力まで減圧できない高圧の気体燃料ガスをガス検知センサにより検知できずに、ガス機関に送られさらなる故障を引き起こす可能性があった。そこで、本発明は、ガス機関に所定圧力以上の高圧ガスが極力供給されない気体燃料供給システムを提供する。
前記課題を解決するために、ガスを貯蔵するタンクと、ガスをガス機関に供給する供給流路と、供給流路のガスを遮断する第一の遮断弁と、第一の遮断弁よりガスの流れ方向において下流に第一の所定圧力まで減圧する第一の減圧弁と、第一の減圧弁より下流に第一の所定圧力以上である第二の所定圧力以上の圧力を供給流路外の放出する安全弁、及び供給流路を流れるガスの圧力を測定する第一の圧力センサと、を備え、第一の圧力センサにより第一の所定圧力以上である第三の所定圧力を検出した場合、第一の遮断弁を閉じることを特徴とするものである。
圧力センサを第一の減圧弁より下流の供給流路に設けることで、供給流路における圧力異常を検知でき、ガス機関に所定圧力以上の高圧ガスが供給される可能性を低減できる。
（実施例）
本発明について、図1から図3を用いて説明する。
まず、本発明の構成について、図1を用いて説明する。本発明は、気体燃料(例えば、水素)を貯蔵するタンク(例えば、高圧タンク1)と、水素を図示しないガス機関(例えば、燃料電池)に供給する供給流路2と、燃料電池への水素の供給を停止する遮断弁3(第一及び第二の遮断弁)と、水素の圧力を第四の所定圧力まで減圧する減圧弁４(第二の減圧弁)及び第一の所定圧力まで減圧する調圧弁５(第一の減圧弁)と、第二の所定圧力以上の圧力を供給流路2外に開放する安全弁6と、水素の圧力を測定する圧力センサ(第一及び第二の圧力センサ)と、第一の圧力センサ9の測定値が第三の所定圧力、又は第二の圧力センサ8の測定値が第五の所定圧力の場合に、遮断弁3を閉める指令を出すコントローラで構成されている。なお、高圧タンク1内には、供給流路2に送る水素量を決定する図示しないバルブが取付けられている。
供給流路2には、高圧タンク1側を上流として、遮断弁3(第一の遮断弁)、減圧弁４、圧力センサ(第二の圧力センサ8)、調圧弁５、安全弁6、圧力センサ(第一の圧力センサ9)、遮断弁3(第二の遮断弁)、図示しない燃料電池の順に取付けられている。
次に、圧力センサの所定圧力(第三及び第五の所定圧力)について、図2を用いて説明する。なお、図2における横軸は温度を示し、縦軸は圧力を示す。また、圧力センサの検出値や減圧弁４、調圧弁5の作動範囲は、温度により異なる。
まず、第一の圧力センサ9における第三の所定圧力の決定方法について、(2A)を用いて説明する。調圧弁５及び安全弁6は図中Z及び図中Wに示す範囲で作動する。また、第一の圧力センサ9の検出値は図中Vに示す範囲(第一の圧力センサ9検出範囲)で誤差を生じる。従って、第三の所定圧力は、第一の圧力センサ9検出範囲下限が調圧弁５の作動範囲(第一の所定圧力)の上限より大きく、第一の圧力センサ9検出範囲の上限が安全弁6の作動範囲(第二の所定圧力)の下限値より小さくなるように設定する。なお、安全弁6の作動範囲の上限値は、調圧弁５より下流に設置された機器(例えば、燃料電池)の耐圧値(図中点線部)より小さい。
次に、第二の圧力センサ8における第五の所定圧力の決定方法について、(2B)を用いて説明する。図中Xは減圧弁４の作動範囲、実線は調圧弁５の耐圧値を示す。また、第二の圧力センサ8の検出値は図中Yに示す範囲(第二の圧力センサ8検出範囲)で誤差を生じる。従って、第五の所定圧力は、第二の圧力センサ8検出範囲下限が減圧弁４の作動範囲(第四の所定圧力)の上限より大きく、第二の圧力センサ8検出範囲の上限が調圧弁５の耐圧値より小さくなるように設定する。
従って、所定圧力の大小関係は以下の通りになる。
第四の所定圧力≧第一の所定圧力
第二の所定圧力≧第一の所定圧力
第二の所定圧力≧第三の所定圧力≧第一の所定圧力
調圧弁５の耐圧値≧第五の所定圧力≧第四の所定圧力
次に、本発明の作用について説明する。
まず、通常運転時について説明する。高圧タンク1内に貯蔵された水素は、高圧タンク1内に設けられた図示しないバルブを開くことにより、供給流路2を通られ、減圧弁４で第四の所定圧力まで減圧される。減圧された水素は、調圧弁５にて更に第一の所定圧力まで減圧される。その後、燃料電池に供給される。
次に、遮断弁3を閉じる場合について説明する。遮断弁3は、第一及び第二の圧力センサで設定された各所定圧力を超えた時に閉じる。圧力センサで設定圧力を超える場合とは、減圧弁４及び調圧弁５が故障、安全弁6の閉固着(所定圧力以上の圧力を供給流路2外に開放することが不可能な状態)が考えられる。具体的な例として、安全弁6が閉固着した場合は、調圧弁５の下流の圧力があがり、第一の圧力センサ9により第三の所定圧力を検知したときに各遮断弁3を閉じる。また、減圧弁４や調圧弁５が故障した場合は、調圧弁５の上流の圧力が上がり、第二の圧力センサ8により第五の所定圧力を検知したときに各遮断弁3を閉じる。
なお、図3には、図1を簡素化したシステムを示す。このシステムの供給流路2においては、高圧タンク1側を上流として、遮断弁3(第一の遮断弁)、減圧弁４(第一の減圧弁)、安全弁6、圧力センサ(第一の圧力センサ9)、遮断弁3(第二の遮断弁)、図示しない燃料電池の順に取付けられている。また、このシステムは減圧弁4の性能が高い場合(調圧弁5を使用せずに所定圧力まで減圧できる場合)、又は燃料電池の性能が高い場合(圧力が多少変動しても燃料電池の性能に影響がない場合)に適応される。
このように、本発明では以下の効果を得る。
第一の圧力センサ9を調圧弁5(図3の場合は減圧弁4)の下流の供給流路2に設けたので、減圧弁4及び調圧弁5(図3の場合は減圧弁4)が故障し、さらに安全弁6が閉固着した場合、第一の圧力センサ9により圧力上昇を検知できるので、燃料電池への高圧水素の流入を阻止でき、燃料電池の故障を防止できる。
安全弁6下流の供給流路2に遮断弁3(第二の遮断弁)を設けたので、減圧弁4の上流の遮断弁3(第一の遮断弁)、減圧弁4及び調圧弁5(図3の場合は減圧弁4)が故障し、さらに安全弁6が閉固着した場合も、遮断弁3(第二の遮断弁)を閉じることにより高圧水素の燃料電池への流入を阻止でき、燃料電池の故障を阻止できる。
遮断弁3を閉じる閾値として、第三の所定圧力を第一の所定圧力以上であって第二の所定圧力以下としたことで、安全弁6からの水素の放出を最小限に抑えることができる。
第二の圧力センサ8を減圧弁4と調圧弁5の間に設けたので、減圧弁４が故障した場合、圧力上昇を検知でき、直ちに遮断弁3を閉じ水素の供給を停止することで、安全弁6からの水素の放出を抑えることができる。また、第一の圧力センサ9を調圧弁5(図3の場合は減圧弁4)下流に設けたので、調圧弁5(図3の場合は減圧弁4)が故障した場合、圧力上昇を検知でき、直ちに遮断弁3を閉じ水素の供給を停止することで、安全弁6からの水素の放出を抑えることができる。
第一の圧力センサ9の所定圧力を、第一の圧力センサ9検出範囲下限が調圧弁５の作動範囲の上限より大きく、第一の圧力センサ9検出範囲の上限が安全弁6(安全弁6の作動範囲の上限値は調圧弁５下流の耐圧値より小さい)の作動範囲の下限値より小さくなるように設定したので、調圧弁５下流の機器の耐圧値を超える前に、調圧弁５の故障を検知し、遮断弁3を閉鎖できるので、調圧弁５下流の機器の故障を防止できる。また、万が一、第一の圧力センサ9が故障していて遮断弁3を閉鎖できない場合も、安全弁6により所定圧力以上の水素を放出するので、調圧弁５下流の機器の故障を避けることができる。
第二の圧力センサ8の所定圧力を、第二の圧力センサ8検出範囲下限が減圧弁４の作動範囲の上限より大きく、第二の圧力センサ8検出範囲の上限が調圧弁５の耐圧値より小さくなるように設定したので、調圧弁５の耐圧値を超える前に、減圧弁４の故障を検知し、遮断弁3を閉鎖できるので、調圧弁５の故障を防止できる。そして、水素を外部に放出することも避けることができる。そして、水素を外部に放出することも避けることができる。
実施例に係わる構成図である。 所定圧力の決定方法に係わる図である。 他実施例に係わる構成図である。
符号の説明
１ 高圧タンク
２ 供給流路
３ 遮断弁
４ 減圧弁
５ 調圧弁
６ 安全弁
８ 第二の圧力センサ
９ 第一の圧力センサ

Claims (4)

  1. ガスを貯蔵するタンクと、
    ガスをガス機関に供給する供給流路と、
    前記供給流路のガスを遮断する第一の遮断弁と、
    前記第一の遮断弁よりガスの流れ方向において下流に第一の所定圧力まで減圧する第一の減圧弁と、
    前記第一の減圧弁より下流に第一の所定圧力以上である第二の所定圧力以上の圧力を前記供給流路外の放出する安全弁、及び前記供給流路を流れるガスの圧力を測定する第一の圧力センサと、
    を備え、
    前記第一の圧力センサにより第一の所定圧力以上である第三の所定圧力を検出した場合、
    前記第一の遮断弁を閉じる
    ことを特徴とする気体燃料供給システム。
  2. 請求項1の気体燃料供給システムにおいて、
    前記供給流路であって前記安全弁下流に第二の遮断弁を備え、
    前記第一の圧力センサにより第三の所定圧力を検知した場合、
    前記第二の遮断弁を閉じる
    ことを特徴とする気体燃料供給システム。
  3. 請求項1又は請求項2の気体燃料供給システムにおいて、
    第三の所定圧力を第一の所定圧力以上であって第二の所定圧力以下とする
    ことを特徴とする気体燃料供給システム。
  4. 請求項2又は請求項3の気体燃料供給システムにおいて、
    前記第一の減圧弁と前記第一の遮断弁の間に第一の所定圧力以上である第四の所定圧力まで減圧する第二の減圧弁と、
    前記第一及び第二の減圧弁の間に第二の圧力センサと、
    を備え、
    前記第二の圧力センサにより第四の所定圧力以上であって第一の減圧弁の耐圧値以下ある第五の所定圧力を検出した場合、
    前記第一の遮断弁、又は前記第一の遮断弁及び第二の遮断弁を閉じる
    ことを特徴とする気体燃料供給システム。
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