JP2005264967A - ガス供給方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁100A,100Bを有する燃料タンク3A,3Bに貯蔵された水素ガスを接続配管14および供給配管20を介して燃料電池2に供給する方法であって、タンク開閉弁100A,100Bを直動型の電磁弁で構成し、前記燃料タンク3A,3Bから燃料電池2にガスの供給を開始する際には、初めにタンク開閉弁100A,100Bを開き、その後に燃料電池2におけるガスの消費を開始し、また、燃料タンク3A,3Bから燃料電池2へのガス供給を停止する際には、初めに燃料電池2におけるガス消費を停止し、その後に、タンク開閉弁100A,100Bを閉じる。
【選択図】 図1
Description
また、近年では、燃料タンクの充填口に、非通電時にスプリングリターンで閉弁する電磁弁からなるタンク開閉弁を備えた燃料タンクも開発されている。このタンク開閉弁は、スプリングによる閉弁方向の力と、タンク開閉弁の弁体の上流と下流の圧力差に基づく閉弁方向の力によって閉弁状態が保持されており、燃料タンクのガス燃料を前記出力発生装置に供給するときには、コイルに電流を流すことによって前記閉弁方向の力に打ち勝つ開弁方向の力を発生させ、タンク開閉弁を開弁する。
直動型電磁弁は、閉弁時に作用している閉弁方向の力に打ち勝つ力をコイルへの通電によって発生させ開弁するタイプの電磁弁であり、閉弁時における弁体の上流と下流の圧力差が大きいほど大きいコイルが必要で、電磁弁が大型化し、重量も増大する。
したがって、タンク開閉弁にパイロット型電磁弁を採用した方が燃料タンクの充填口を小さくすることができ、燃料タンクについても有利になる。
したがって、タンク開閉弁に採用する電磁弁の型式選択だけでは、燃料タンクの充填口の小径化を図ることが難しくなってきている。
そこで、この発明は、ガスタンクの充填口の小径化を図ることができるガス供給方法を提供するものである。
このように構成することにより、ガスの消費によりガス供給流路内の圧力が低下する前にタンク開閉弁を開くことができるので、タンク開閉弁を開弁する際に必要な力が小さくて済むようになる。
このように構成することにより、ガス供給流路内をガスタンク内と等圧に保持してタンク開閉弁を閉弁することができ、次回のタンク開閉弁を開弁する際に必要な力が小さくて済むようになる。
このように構成することにより、先にタンク開閉弁を開いたガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力が上昇するので、後から開くタンク開閉弁はガス供給流路内を昇圧した後に開弁することとなるので、後から開くタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。
このように構成することにより、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁は直動型電磁弁のタンク開閉弁よりも小さい力で開弁が可能であるので、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を直動型電磁弁のタンク開閉弁よりも先に開かせることが可能になる。したがって、初めにパイロット型電磁弁のタンク開閉弁を開くことにより該タンク開閉弁を備えたガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力を上昇させ、ガス供給流路内の昇圧後に直動型電磁弁のタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。
このように構成することにより、充填圧の低いガスタンク(以下、段落[0011]、[0015]では低充填圧ガスタンクという)のタンク開閉弁は、充填圧の高いガスタンク(以下、段落[0011]、[0015]では高充填圧ガスタンクという)のタンク開閉弁よりも小さい力で開弁が可能であるので、低充填圧ガスタンクのタンク開閉弁を高充填圧ガスタンクのタンク開閉弁よりも先に開かせることが可能になる。したがって、初めに低充填圧ガスタンクのタンク開閉弁を開くことにより低充填圧ガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力を上昇させ、ガス供給流路内の昇圧後に高充填圧ガスタンクのタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。
このように構成することにより、タンク出入口の開口径が小さいタンク開閉弁はタンク出入口の開口径が大きいタンク開閉弁よりも小さい力で開弁が可能であるので、タンク出入口の開口径が小さいタンク開閉弁を、タンク出入口の開口径が大きいタンク開閉弁よりも先に開かせることが可能になる。したがって、初めにタンク出入口の開口径が小さいタンク開閉弁を開くことにより、当該タンク開閉弁を備えたガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力を上昇させ、ガス供給流路内の昇圧後に、タンク出入口の開口径が大きいタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。
このように構成することにより、電磁コイルに印加する電流が大きい方が開弁力が大きくなるので、電磁コイルに印加する電流が大きいタンク開閉弁を、電磁コイルに印加する電流が小さいタンク開閉弁よりも先に開かせることが可能になる。したがって、初めに電磁コイルに印加する電流が大きいタンク開閉弁を開くことにより当該ガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力を上昇させ、ガス供給流路内の昇圧後に、電磁コイルに印加する電流が小さいタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。
特に、請求項4に係る発明によれば、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を開弁した後に直動型電磁弁のタンク開閉弁を開弁することで、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を備えたガスタンクをガス供給流路昇圧専用のガスタンクとすることができ、その場合、昇圧専用のガスタンクは容量が小さくて済む。
また、特に、請求項5に係る発明によれば、低充填圧ガスタンクのタンク開閉弁を開弁した後に高充填圧ガスタンクのタンク開閉弁を閉弁することで、低充填圧ガスタンクをガス供給流路昇圧専用のガスタンクとすることができ、その場合、低充填圧ガスタンクは容量が小さくて済む。
燃料タンク3A,3Bの弁取付口3aには、非通電時にスプリングリターンで閉弁する単作動式直動型電磁弁で構成されたタンク開閉弁100A,100B(以下、区別する必要がないときはタンク開閉弁100と記す)が取り付けられている。
弁取付口3aに気密状態に装着されるタンク開閉弁100のバルブボディ101には、2つの配管接続口102,103と、タンク出入口105が設けられており、これらはバルブボディ101の内部に形成された連通路106によって連通している。
プランジャ130は、バルブボディ101に支持されたアクチュエータケース135に軸線方向へ移動可能に収容されている。アクチュエータケース135には、プランジャ130を閉弁方向に付勢するスプリング136と、通電時にプランジャ130を開弁方向に引き付ける磁力を発生する電磁コイル137が設けられている。
レセプタクル7の内部には、水素供給装置の充填ノズル(図示略)をレセプタクル7に接続すると開弁し、レセプタクル7から充填ノズルを取り外すと閉弁する開閉弁(図示略)が内蔵されている。
なお、この実施例1では、燃料タンク3A,3Bは同一容量、同一充填圧力に設定されている。
このようにタンク開閉弁100A,100Bに水素ガスを充填した直後は、レセプタクル7からラインバルブ22に至る流路内はほぼ充填圧に等しい圧力に保持されている。
また、タンク開閉弁100A,100Bは燃料タンク3A,3Bの弁取付口3aからアクチュエータケース135を挿入して取り付けるため、電磁コイル137が小さくなりアクチュエータケース135が小さくなると、燃料タンク3A,3Bの弁取付口3aの口径を小さくすることができる。その結果、燃料タンク3A,3Bの内圧に基づく弁取付口3aに作用する力を小さくすることができ、燃料タンク3A,3Bの強度アップ、軽量化、コストダウンが可能になる。
また、タンク開閉弁100A,100Bを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁100A,100Bを低コストで製造することができるというメリットもある。
前述した実施例1では、燃料タンク3A,3Bを同一容量、同一充填圧力に設定したが、この実施例2では、レセプタクル7に近い側の燃料タンク3Aの充填圧力を、燃料電池2に近い側の燃料タンク3Bの充填圧力よりも小さく設定し、そのような充填圧力設定となるようにタンク開閉弁100A,100Bの仕様を設定する。なお、この実施例2においては、充填圧力の低い方の燃料タンク3Aを低充填圧燃料タンク3Aといい、充填圧力の高い方の燃料タンク3Bを高充填圧燃料タンク3Bということもある。
その他の構成については実施例1のものと同じであり、以下の説明において燃料タンク3A,3Bおよびタンク開閉弁100A,100Bについては図1を援用する。
燃料タンク3A,3Bに水素ガスを充填する場合には、ラインバルブ22を閉じて燃料電池2への水素ガス供給を停止し、燃料電池2の発電を停止した状態にして行う点は実施例1の場合と同じである。この状態においてレセプタクル7に水素供給装置の充填ノズルを装着し、水素ガス充填可能にする。
この水素ガス充填終了時点では、開閉弁V1〜V3は閉じており、開閉弁V1から開閉弁V2に至る流路内の圧力は低充填圧燃料タンク3Aの充填圧Paとほぼ等しく、開閉弁V2,V3からラインバルブ22に至る流路内の圧力は高充填圧燃料タンク3Bの充填圧Pbにほぼ等しい。
まず、ステップS201において、発電要求があるか否かを判定する。この判定結果が「NO」(発電要求なし)の場合は本ルーチンの実行を終了する。ステップS201における判定結果が「YES」(発電要求あり)の場合は、ステップS202に進み、燃料タンク3A,3Bに水素ガス充填を実施してから最初の水素ガス供給か否かを判定する。
一方、ステップS211における判定結果が「YES」(発電停止要求あり)の場合は、ステップS212に進み、タンク開閉弁100Bの電磁コイル137の通電を停止して(すなわち、非通電にして)タンク開閉弁100Bを閉じる。この時点では、まだ燃料電池2が発電を継続しており、開閉弁V2,V3より下流の流路内の水素ガスが消費されるため、該流路内の圧力が低下していく。
一方、ステップS213における判定結果が「YES」(P2≦P2a)である場合は、ステップS214に進み、ラインバルブ22を閉じて燃料電池2への水素ガス供給を停止し、さらに、ステップS215に進み、燃料電池2の発電を停止し、水素ガスの消費を停止する。
このような発電停止手順を踏むことにより、開閉弁V2,V3から燃料電池2に至る流路内の水素濃度を低減した状態で、燃料電池2を発電停止することができる。したがって、発電停止している間は、高充填圧燃料タンク3Bにおけるタンク開閉弁100Bの連通路106内の圧力は、高充填圧燃料タンク3B内の圧力よりも十分に低い状態に保持される。
次に、ステップS205に進み、圧力センサ16によって検出される前記流路内の圧力の所定時間当たりの変化量(あるいは圧力変化速度)ΔP1が所定値ΔP1aよりも小さいか否かを判定する。
一方、ステップS205における判定結果が「YES」(ΔP1<ΔP1a)である場合は、開閉弁V2,V3からラインバルブ22に至る流路内の圧力と低充填圧燃料タンク3A内の圧力がほぼ平衡したものと判断できるので、ステップS206に進み、タンク開閉弁100Aの電磁コイル137の通電を停止して(すなわち、非通電にして)、タンク開閉弁100Aを閉じ、さらにステップS207に進んで開閉弁V2を閉じる。
なお、ステップS209以降の処理については、充填後2回目以降の水素ガス供給の場合も充填後最初の水素ガス供給の場合と同じであるので、説明を省略する。
また、タンク開閉弁100A,100Bを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁100A,100Bを低コストで製造することができるというメリットもある。
なお、この実施例2では、高充填圧燃料タンク3Bを1つにしているが、高充填圧燃料タンク3Bを2つ以上並列的に接続することも可能である。
前述した実施例1では、燃料タンク3A,3Bのタンク開閉弁100A,100Bをいずれも直動型電磁弁で構成したが、この実施例3では、燃料タンク3Bのタンク開閉弁100Bは同じく直動型電磁弁で構成するが、燃料タンク3Aのタンク開閉弁100Aをパイロット型電磁弁で構成する。充填圧力については、タンク開閉弁100A,100B共に同じとする。
弁体108はプランジャ110に支持され、弁座107に着座離反可能に設けられていて、着座時に弁体108のメインバルブシート109が弁座107に圧接する。弁体108は、メインバルブシート109とは軸線方向反対側にパイロットバルブ部111を有し、このパイロットバルブ部111がプランジャ110のパイロット室112に軸線方向へ所定寸法だけ移動可能に収容され、プランジャ110のパイロットバルブシート113に当接離反可能にされている。また、弁体108は、メインバルブシート109からパイロットバルブ部111に貫通するパイロット流路114を備え、パイロットバルブ部111がパイロットバルブシート113に着座するとパイロット流路114は閉塞される。
例えば、燃料タンク3A内の圧力が連通路106内の圧力よりも大きいときには、この差圧に基づく力も閉弁方向に作用するので、弁体108は弁座107に押し付けられ、同時にプランジャ110のパイロットバルブシート113もパイロットバルブ部111に押し付けられてパイロット流路114を塞ぎ、タンク開閉弁100Aは完全な閉弁状態となる。
一方、連通路106内の圧力が燃料タンク3A内の圧力よりも大きいときには、この差圧に基づく力は開弁方向に作用し、この開弁方向の力がスプリング116の閉弁方向の力よりも小さい間は閉弁状態に保持されるが、開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなると、弁体108はプランジャ110とともに開弁方向に移動せしめられて弁座107から離反するので、タンク開閉弁100Aは開弁する。
まず、ステップS301において、発電要求があるか否かを判定する。この判定結果が「NO」(発電要求なし)の場合は本ルーチンの実行を終了する。
ステップS301における判定結果が「YES」(発電要求あり)の場合は、ステップS302に進み、燃料タンク3Aのタンク開閉弁100Aの電磁コイル117に通電してタンク開閉弁100Aを開く。ここで、タンク開閉弁100Aはパイロット型電磁弁で構成されているので、燃料タンク3A内の圧力が連通路106内の圧力よりも非常に大きく、その差圧による閉弁方向の大きな力が弁体108に作用しているときでも、前述したように開弁する際に必要な力が小さくて済むので、迅速且つ確実に開弁することができる。また、開弁時における電磁コイル117への起動電流が小さくて済むので、消費電力も少ない。
タンク開閉弁100Aの開弁により、燃料タンク3A内の水素ガスが、レセプタクル7からラインバルブ22に至る流路内に流出し、該流路内を昇圧する。
この後、ステップS306に進み、燃料電池2において水素ガスを消費して発電を行う。
一方、ステップS309における判定結果が「YES」(P3≦P3a)である場合は、ステップS310に進み、ラインバルブ22を閉じて燃料電池2への水素ガス供給を停止し、さらに、ステップS311に進み、燃料電池2の発電を停止し、水素ガスの消費を停止する。
このような発電停止手順を踏むことにより、レセプタクル7から燃料電池2に至る流路内の水素濃度を低減した状態で、燃料電池2を発電停止することができる。したがって、発電停止している間は、タンク開閉弁100A,100Bの連通路106内の圧力は、燃料タンク3A,3B内の圧力よりも十分に低い状態に保持される。
また、タンク開閉弁100Bを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁100Bを低コストで製造することができるというメリットもある。
なお、この実施例3では、直動型電磁弁からなるタンク開閉弁100Bを備えた燃料タンク3Bを1つにしているが、タンク開閉弁100Bを備えた燃料タンク3Bを2つ以上並列的に接続することも可能である。
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、燃料タンク3Aのタンク開閉弁100Aを燃料タンク3Bのタンク開閉弁100Bよりも先に開かせるための手段として、実施例2では燃料タンク3Aの充填圧力を燃料タンク3Bの充填圧力よりも低くし、実施例3ではタンク開閉弁100Aをパイロット型電磁弁で構成しタンク開閉弁100Bを直動型電磁弁で構成したが、次の(1)あるいは(2)の方法によっても同様の作用を得ることができる。
したがって、上記(1)あるいは(2)の方法によっても、初めにタンク開閉弁100Aを開くことにより、燃料タンク3Aから接続配管14に水素ガスを流出させて接続配管14内の圧力を上昇させ、接続配管14内を昇圧させた後に、タンク開閉弁100Bを小さい力で開くことができる。
また、流体燃料は水素ガスに限られるものではなく、CNG等であってもよい。また、水素消費装置は燃料電池に限るものではなく、内燃機関であってもよい。
3A,3B 燃料タンク(ガスタンク)
14 接続配管(ガス供給流路)
20 供給配管(ガス供給流路)
Claims (7)
- 非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁を有するガスタンクに貯蔵されたガスをガス供給流路を介してガス消費装置に供給する方法であって、
前記タンク開閉弁を直動型の電磁弁で構成し、前記ガスタンクからガス消費装置にガスの供給を開始する際には、初めに前記タンク開閉弁を開き、その後にガス消費装置におけるガスの消費を開始することを特徴とするガス供給方法。 - 前記ガスタンクからガス消費装置へのガス供給を停止する際には、初めにガス消費装置におけるガス消費を停止し、その後に、前記タンク開閉弁を閉じることを特徴とする請求項1に記載のガス供給方法。
- 非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁を有する複数のガスタンクを並列に接続し、これらガスタンクに貯蔵されたガスをガス供給流路を介してガス消費装置に供給する方法であって、
前記複数のガスタンクからガス消費装置にガスの供給を開始する際には、前記ガスタンクの少なくとも一つのタンク開閉弁を他のガスタンクのタンク開閉弁よりも先に開き、その後に前記他のガスタンクのタンク開閉弁を開き、さらにその後に前記ガス消費装置におけるガスの消費を開始することを特徴とするガス供給方法。 - 先に開くタンク開閉弁はパイロット型電磁弁で構成され、後に開くタンク開閉弁は直動型電磁弁で構成されていることを特徴とする請求項3に記載のガス供給方法。
- 先に開くタンク開閉弁を備えるガスタンクの充填圧を、後に開くタンク開閉弁を備えるガスタンクの充填圧よりも低くすることを特徴とする請求項3に記載のガス供給方法。
- 先に開くタンク開閉弁におけるタンク出入口の開口径を、後に開くタンク開閉弁におけるタンク出入口の開口径よりも小さくすることを特徴とする請求項3に記載のガス供給方法。
- 先に開くタンク開閉弁の電磁コイルに印加する電流を、後に開くタンク開閉弁の電磁コイルに印加する電流よりも大きくすることを特徴とする請求項3に記載のガス供給方法。
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