JP2005268051A - 電磁弁の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁弁の制御装置であり、電磁弁1を駆動するための電流を供給する電源4と、上記電磁弁1の作動限界時間以下の通電時間で上記電磁弁1の作動限界電流を超える電流の通電と上記電流の遮断とをくり返す通電制御手段3,5,6とを備える。
【選択図】図4
Description
た加熱空気を導入して解凍するものが知られている(特許文献1参照)。しかし、圧縮空気による方法では、以下のような問題がある。まず、圧縮空気を通常の流路以外に導入するためシステムが複雑になる。また、気体による加熱のため、加熱解凍に時間を要する。また、損失が大きく解凍のエネルギー効率が悪い。さらに、解凍の間、発電目的以外にコンプレッサを作動させる必要があり、損失動力が大きい。
以下、図2から図7の図面に基づいて本発明の第1実施形態に係る燃料電池を説明する。図2は、この燃料電池のシステム構成図であり、図3は、図2に含まれる電磁弁1(図2には1A−1Dの符号が付されている)の構成を示す断面の概略図であり、図4は、電磁弁1を制御する制御系の構成図であり、図5は、電磁弁1の作動限界時間以下のパルス幅で電磁弁1を励磁したときの電磁弁1の開閉状態を示すタイミングチャートであり、図6は、電磁弁1の作動限界時間を超えるパルス幅で電磁弁1を励磁したときの電磁弁1の開閉状態を示すタイミングチャートであり、図7は、図2および図3に示すECU3の処理を示すフローチャートである。
図2に、本燃料電池のシステム構成を示す。この燃料電池は、燃料電池本体31と、燃料電池本体31の空気極に酸化剤である空気を送り込むコンプレッサ32と、燃料電池本体31の水素極に送り込まれる燃料を提供する燃料タンク33とを有している。
空気極に伝導する電解質膜と、空気極に伝導したプロトンと酸素と外部回路を通じて水素極から伝導した電子により水を生成する空気極とを含む。
、出口弁1C、および排出弁1Dの弁が氷結する場合がある。
図3は、図2に含まれる電磁弁1の構成を簡略化して示す断面の概略図である。この電磁弁1は、筒型の筐体17と、筐体17に収容される筒型の電磁石であるソレノイド11と、ソレノイド11の内側でソレノイド11の中心軸上を移動可能に保持される可動子12と、可動子12の下端(図3において下側)に設けられる弁体13と、可動子12の可動範囲のうち可動子12が最下端に達したときに弁体13が着座する弁座14とを有している。なお、図3においては、理解の容易のため他の構成要素は省略されている。
図4は、電磁弁1を制御する制御系(本発明の電磁弁の制御装置に相当する)の構成図である。図4では、電磁弁1は、ガスの上流側の配管8と下流側の配管9との間に装着されている。また、ガスの下流側には、圧力センサ7が設けられている。ここでは、電磁弁1を制御する構成を示すが、この構成は、図2に示した水素供給弁1A、入口弁1B、出口弁1C、および排出弁1Dにそのまま適用できる。
発生回路5と、タイミング発生回路5の発生する信号により回路を開閉するスイッチ回路6と、スイッチ回路6を通じて電磁弁1のソレノイド11を励磁する電源4とを有している。なお、図4では、ECU3の外部にタイミング発生回路5を設ける構成を例示したが、タイミング発生回路5は、ECU3の内部に設けても構わない(ECU3、タイミング発生回路5およびスイッチ回路6が本発明の通電制御手段に相当する)。
状態で作動限界時間より長いT3の間通電すると、電磁弁1が開弁する。その結果、圧力センサ7の検出信号の出力値が増加し、圧力上昇を示す。そして、時間T3の後、通電が停止すると、電磁弁1は閉弁し、圧力センサ7の検出信号の出力値が減少し、圧力が元に戻る。
図7は、図2および図3に示すECU3の処理を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池の始動時に実行される。燃料電池が始動されると、まず、ECU3は、電磁弁1の作動限界時間を超えるパルス幅T3の電流を通電する(S1)。
以上述べたように、本実施形態の燃料電池によれば、作動限界時間を超える励磁電流により電磁弁1を駆動して、電磁弁1が氷結しているか否かを判定する。そして、電磁弁1が氷結していると判断した場合、作動限界時間以下のパルス幅で作動限界電流を超える電流値のくり返しパルスによる電流を電磁弁1に通電する。これにより、電磁弁1を開弁することなく、電磁弁1のソレノイド11に通電し、ソレノイド11の巻き線抵抗による発熱により電磁弁1の氷結を解凍できる。その場合、作動限界時間以下のパルス幅のくり返しパルスによる電流を通電するので、電磁弁1が突然開弁してしまうことがない。
上記実施形態では、励磁のない状態で閉弁し、励磁されると開弁する形式の電磁弁1を例にして説明したが、逆に、励磁のない状態で開弁し、励磁されると閉弁する形式のものであっても同様に、本発明を適用できる。その場合、圧力センサ7からの検出信号は、電磁弁1への励磁のない状態で高い出力を示し、電磁弁1を励磁して閉弁した状態で低い出力を示すことになる。したがって、図6(c)に示した波形とは変化の方向が上下逆になるが、上記実施形態と同様に処理できる。
以下、図8に基づいて本発明の第2実施形態に係る燃料電池を説明する。図8は、本実施形態において電磁弁1を制御する制御系(本発明の電磁弁の制御装置に相当)の構成図である。
図8の構成によれば、電源電圧が昇圧されて第1実施形態の場合より大きな電流をソレノイド11に通電できるので、単位時間当たりのソレノイド11の発熱量を増加できる。
したがって、第1実施形態の制御系と比較して短時間で電磁弁1の氷結を解凍できる。
以下、図9および図10に基づいて本発明の第3実施形態に係る燃料電池を説明する。図9は、本実施形態において電磁弁1を制御する制御系の構成図であり、図10は図9に示した温度センサ61の検出信号の例を示す図である。
弁1の氷結状態(解凍されたか否か)を判定する。したがって、本燃料電池では、氷結しやすい箇所の温度に基づいて電磁弁1の氷結の有無、解凍の完了を判定できる。
以下、図11から図13の図面に基づいて本発明の第4実施形態に係る燃料電池を説明する。図11は、本実施形態において電磁弁1を制御する制御系(本発明の電磁弁の制御装置に相当)の構成図であり、図12は図11に示した加速度センサ62の検出信号を例示する図であり、図13は、加速度センサ62に含まれる検知回路のブロック図である。
状態では、通電期間T3に対応して、可動子12が移動し、固定子鉄心下部21に衝突する。その結果、図12(b)に示すように、減衰する振動波形が加速度センサ62から検出される。なお、通電期間T3の終了とともに、バネ19の弾性力により可動子12が引き戻され、弁体13が弁座14に着座し、電磁弁1は閉弁状態に戻る。
電磁弁1が氷結していない状態で、ソレノイド11に作動限界時間を超える電流を通電すると、図3に示した可動子12および弁体13がバネ19の弾性力に抗して一旦弁座14から離間する方向に移動し、固定子鉄心下部21に衝突する。その結果、筐体17上に上記衝突に伴う振動波が発生する。この振動波の加速度は、可動子12の移動方向、すなわち、ソレノイド11の中心軸上が最も大きいと想定される。
以下、図14から図16の図面に基づいて本発明の第5実施形態に係る燃料電池を説明す
る。図14は、本実施形態において電磁弁1を制御する制御系(本発明の電磁弁の制御装置に相当)の構成図であり、図15は図14に示した電流センサ70の検出信号を例示する図であり、図16は、電流センサ70の信号を処理する検知回路のブロック図である。
結した場合には、ソレノイド11への励磁電流が所定値に達し、さらに、不定の遅れ時間経過した後、2つのピークが電流センサ70の検出信号に現れる。この場合には、2つのピークは、電流が単調増加する期間より後(図15(b)の2つのピークの位置より右よりの区間)に現れることになる。
アンプ74は、いわゆる包絡線検波回路であり、電流振動波形の包絡線信号を抽出し、増幅する。
3 ECU
4 電源
5 タイミング発生回路
6 スイッチ回路
7、7A、7B、7C、7D 圧力センサ
11 ソレノイド
12 可動子
13 弁体
14 弁座
17 筐体
21 固定子鉄心下部
60 昇圧回路
61 温度センサ
62 加速度センサ
70 電流センサ
Claims (8)
- 電磁弁を駆動するための電流を供給する電源と、
前記電磁弁の作動限界時間以下の通電時間で前記電磁弁の作動限界電流を超える電流の通電と前記電流の遮断とをくり返す通電制御手段とを備える電磁弁の制御装置。 - 前記電源から供給される電圧を昇圧する昇圧回路をさらに備える請求項1に記載の電磁弁の制御装置。
- 前記電磁弁の正常な開弁動作または正常な閉弁動作を確認する確認手段と、
前記正常な開弁動作または正常な閉弁動作が確認できた後に前記電磁弁を開弁または閉弁する開閉制御手段とをさらに備える請求項1または2に記載の電磁弁の制御装置。 - 前記確認手段は、前記電磁弁が設置される流路の下流側で前記電磁弁の開閉により流出を制御される流体の圧力を検知する手段を有する請求項3に記載の電磁弁の制御装置。
- 前記電磁弁は、電磁石への励磁によって移動可能な弁体と前記弁体が着座する弁座とを有しており、
前記確認手段は、前記弁座近傍部、弁体の可動範囲周辺部、または前記可動範囲中の前記弁座側と反対側の端部近傍部のいずれかにおいて温度を測定する手段を有する請求項3に記載の電磁弁の制御装置。 - 前記電磁弁は、電磁石と前記電磁石への励磁によって所定の移動軸に沿って移動可能な弁体と前記弁体が着座する弁座と前記電磁石、前記弁体および弁座を収納する筐体とを有しており、
前記確認手段は、前記弁体の移動を検知する加速度センサを有する請求項3に記載の電磁弁の制御装置。 - 前記加速度センサは、前記筐体の前記移動軸上または前記筐体に収容された管材の前記筐体から露出する露出面側の前記移動軸上に設置される請求項6に記載の電磁弁の制御装置。
- 前記確認手段は、前記開弁または閉弁にともなう電流の変化を検知する手段を有する請求項3に記載の電磁弁の制御装置。
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