JP2006066295A - Gas supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池にガスを供給するためのガス供給システムの技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of a gas supply system for supplying gas to a fuel cell.
このようなガス供給システムの一例として、特許文献1に開示されたシステム(以下、「従来の技術」と称する)がある。 As an example of such a gas supply system, there is a system disclosed in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional technology”).
従来の技術によれば、タンク内の水素ガスが減圧弁によって所定の圧力まで減圧される際、減圧弁の故障等によってガスが十分に減圧されない場合は、ガス圧が所定の値に戻るまでこの高圧のガスを外界に放出することにより、燃料電池に高圧のガスが供給されることが防止されるとされている。 According to the prior art, when the hydrogen gas in the tank is depressurized to a predetermined pressure by the pressure reducing valve, if the gas is not sufficiently depressurized due to a failure of the pressure reducing valve, etc. It is said that the high-pressure gas is prevented from being supplied to the fuel cell by releasing the high-pressure gas to the outside.
尚、高圧ガス用の圧力弁やレギュレータとしては、従来から各種の装置が開発されている(特許文献2及び3参照)。
Various devices have been conventionally developed as pressure valves and regulators for high-pressure gas (see
しかしながら、従来の技術は、以下に示す問題点を有する。 However, the conventional technique has the following problems.
未使用のガスを大気中に放出することは、ガスの有効利用の観点からは不適切であり、非経済的である。また、ガスの種類によっては大気中に放出すること自体が好ましくない場合がある。即ち、従来の技術では、信頼性及び経済性に優れたガスの供給が困難である。 Release of unused gas into the atmosphere is inappropriate and uneconomical from the viewpoint of effective use of gas. Also, depending on the type of gas, it may not be preferable to release it into the atmosphere. That is, with the conventional technology, it is difficult to supply gas with excellent reliability and economy.
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性及び経済性に優れたガス供給システムを提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the problem mentioned above, and makes it a subject to provide the gas supply system excellent in reliability and economical efficiency.
上述した課題を解決するため、本発明に係るガス供給システムは、燃料電池に対してガスを供給するためのガス供給システムであって、前記ガスを貯蔵する貯蔵手段と、前記貯蔵手段からのガスを所定の圧力に減圧するための減圧手段と、前記減圧手段と前記燃料電池とを繋ぐ第1のガス流路に設けられる第1の開閉弁と、前記第1のガス流路内のガスを、前記第1の開閉弁を介さずに前記ガス供給システム内において流動させることによって、前記第1のガス流路内の圧力を低減することが可能な圧力低減手段とを具備することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a gas supply system according to the present invention is a gas supply system for supplying gas to a fuel cell, the storage means storing the gas, and the gas from the storage means Pressure reducing means for reducing the pressure to a predetermined pressure, a first on-off valve provided in a first gas flow path connecting the pressure reducing means and the fuel cell, and gas in the first gas flow path And a pressure reducing means capable of reducing the pressure in the first gas flow path by flowing in the gas supply system without going through the first on-off valve. To do.
本発明に係る「燃料電池」とは、電解質膜を挟持するアノード電極及びカソード電極において生じる電気化学反応によって起電力を得る態様を有するものを総称し、例えば、固体高分子型燃料電池の一セル、又は当該セルが積層されたスタックを指す。このアノード電極、及びカソード電極には、夫々水素を含む燃料ガス、及び酸素を含む酸化剤ガスが供給される。本発明に係る「ガス」とは、例えば、これら燃料ガス又は酸化剤ガスを指すが、燃料電池に供給されるガスである限りにおいて、係るガスは如何なるガスであっても構わない。 The “fuel cell” according to the present invention is a generic term for a cell having an aspect in which an electromotive force is obtained by an electrochemical reaction generated between an anode electrode and a cathode electrode sandwiching an electrolyte membrane. For example, one cell of a polymer electrolyte fuel cell Or a stack in which the cells are stacked. A fuel gas containing hydrogen and an oxidizing gas containing oxygen are supplied to the anode electrode and the cathode electrode, respectively. The “gas” according to the present invention refers to, for example, these fuel gas or oxidant gas. However, as long as the gas is supplied to the fuel cell, the gas may be any gas.
本発明に係る「貯蔵手段」とは、本発明に係る「ガス」を貯蔵することが可能な手段であり、例えば、ガスボンベ又はガスタンク等がこれに相当する。係る貯蔵手段の態様は、ガスを貯蔵可能である限りにおいて何らの限定を受けないが、例えば、ガスボンベやガスタンク等は、ガスを高圧状態で貯蔵することが可能である。尚、この「高圧状態」とは、大気圧よりも高圧であることを指し(現行法律では10気圧以上を指す)、特に車載燃料電池システムにおいては、350から700気圧程度で貯蔵することが検討されている。尚、本発明において、貯蔵手段の数量は何ら限定されない。 The “storage unit” according to the present invention is a unit capable of storing the “gas” according to the present invention, and corresponds to, for example, a gas cylinder or a gas tank. The aspect of the storage means is not limited as long as the gas can be stored. For example, a gas cylinder or a gas tank can store the gas in a high pressure state. The “high pressure state” means that the pressure is higher than atmospheric pressure (current law indicates 10 atmospheres or more), and in particular, in an in-vehicle fuel cell system, it is considered to store at about 350 to 700 atmospheres. Has been. In the present invention, the quantity of the storage means is not limited at all.
この様に高圧状態で貯蔵されるガスは、例えば、減圧弁等、本発明に係る「減圧手段」によって燃料電池に供給可能な圧力、即ち、本発明に係る「所定の圧力」まで減圧される。一般に、係る所定の圧力とは数気圧、例えば、3気圧以下であるから、通常複数回の減圧を経て得られるが、本発明に係る「減圧手段」とは、減圧手段の個数、及び減圧の回数に依らず、貯蔵からのガスを最終的に所定の圧力まで減圧することが可能であるもの全てを総称するものである。尚、ここで「所定の圧力」は、厳密に単一の数値として規定されていてもよいが、燃料電池に供給可能な一定の圧力範囲として規定されていてもよい。 The gas stored in such a high pressure state is depressurized to a pressure that can be supplied to the fuel cell by the “decompression unit” according to the present invention, for example, a decompression valve, that is, “predetermined pressure” according to the present invention . In general, since the predetermined pressure is several atmospheric pressures, for example, 3 atmospheres or less, it is usually obtained through multiple pressure reductions. However, the “pressure reduction means” according to the present invention refers to the number of pressure reduction means and the pressure reduction means. Regardless of the number of times, this is a general term for all the gases that can be finally depressurized to a predetermined pressure. Here, the “predetermined pressure” may be strictly defined as a single numerical value, but may be defined as a certain pressure range that can be supplied to the fuel cell.
本発明に係るガス供給システムによれば、その動作時には、減圧手段によって所定の圧力に減圧されたガスが、減圧手段と燃料電池とを繋ぐ第1のガス流路に設けられた第1の開閉弁を介して燃料電池に供給される。 According to the gas supply system of the present invention, during the operation, the gas that has been decompressed to a predetermined pressure by the decompression means is provided in the first opening and closing provided in the first gas flow path that connects the decompression means and the fuel cell. The fuel cell is supplied via a valve.
ここで、例えば、減圧手段が減圧弁である場合、減圧弁に異常や故障等が無くとも、その構造上、減圧弁を高圧側及び低圧(即ち、所定の圧力)側から押圧する力は夫々拮抗し、弁が無負荷に近くなっており、高圧側からガスが漏れやすくなっている。とりわけ、ガスが水素ガスである場合には、水素自体が軽いことと、比較的に高圧(例えば、350気圧)で貯蔵されること等に起因して、ガスが第1のガス流路内に漏れ易くなると考察される。係る事態に際し、仮に何らの対策もなされなければ、時間経過と共に第1のガス流路内の圧力は限りなく減圧手段の高圧側と等しい圧力となり、この状態で第1の開閉弁を開放すれば、燃料電池に過大な圧力波がかかり、異音が発生するだけでなく、燃料電池の破損又は損傷を招く恐れがある。特に、長時間放置しておくと、僅かの漏れによって、第1のガス流路内の圧力は限りなく減圧手段の高圧側と等しい圧力となり易い。 Here, for example, when the pressure reducing means is a pressure reducing valve, even if there is no abnormality or failure in the pressure reducing valve, due to its structure, the force that presses the pressure reducing valve from the high pressure side and the low pressure (that is, the predetermined pressure) side respectively. Antagonized, the valve is close to no load, and gas is likely to leak from the high pressure side. In particular, when the gas is hydrogen gas, the gas is in the first gas flow path due to the fact that the hydrogen itself is light and stored at a relatively high pressure (eg, 350 atm). Considered to be easy to leak. In such a situation, if no measures are taken, the pressure in the first gas flow path will be the same as the high pressure side of the decompression means as time passes, and if the first on-off valve is opened in this state, In addition, an excessive pressure wave is applied to the fuel cell, and not only abnormal noise is generated, but also the fuel cell may be broken or damaged. In particular, if left unattended for a long time, the pressure in the first gas flow path tends to be equal to the high pressure side of the decompression means due to slight leakage.
しかしながら、本発明に係るガス供給システムは、第1のガス流路内の圧力を低減可能な圧力低減手段を備えている。この圧力低減手段は、その動作時に、第1のガス流路内のガスを、第1の開閉弁を介さずにガス供給システム内において流動させる。圧力低減手段は、例えば、ガス供給システム内において、貯蔵手段内や第1のガス流路内よりも低圧力の部分と第1のガス流路内とを連通する。例えば、第1のガス流路内のガスを、貯蔵手段に戻したり、ガス供給システム内における他の部分に戻したりする。減圧手段からガスが漏れる速度は小さいから、この様にガス供給システム内を流動させることによって、比較的短時間である時間経過と共に、或いは瞬時に、第1のガス流路内の圧力は低減される。また、減圧手段は、元々貯蔵手段に高圧で貯蔵されるガスを所定の圧力まで減圧するために設けられるから、貯蔵手段内がガス欠乏しない限りは、第1のガス流路内の圧力は所定の圧力未満とはならない。即ち、本発明に係る減圧手段の作用によって、第1のガス流路内の圧力は徐々に所定の圧力に近付く様に低減される。従って、第1のガス流路内が所定の圧力よりも大きい圧力となっている場合には、圧力低減手段によって圧力を低減させた後に水素ガスを燃料電池に供給することが可能となり、燃料電池に対し、高圧のガスが供給されることがない。更には、この第1のガス流路内のガスは、本発明に係るガス供給システム内を流動するだけであるから、外部(外界)に対してガスが放出されることもない。従って、極めて信頼性及び経済性に優れているのである。 However, the gas supply system according to the present invention includes pressure reducing means capable of reducing the pressure in the first gas flow path. The pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow in the gas supply system without going through the first on-off valve during the operation. For example, in the gas supply system, the pressure reducing means communicates a portion having a lower pressure than that in the storage means or the first gas flow path with the first gas flow path. For example, the gas in the first gas flow path is returned to the storage means or returned to another part in the gas supply system. Since the rate of gas leakage from the decompression means is small, the pressure in the first gas flow path is reduced with the passage of a relatively short time or instantaneously by flowing in the gas supply system in this way. The Further, since the decompression means is provided for decompressing the gas originally stored in the storage means at a high pressure to a predetermined pressure, the pressure in the first gas flow path is predetermined unless the storage means is depleted of gas. The pressure should not be less than That is, the pressure in the first gas flow path is gradually reduced to approach a predetermined pressure by the action of the decompression means according to the present invention. Therefore, when the pressure in the first gas flow path is higher than the predetermined pressure, it is possible to supply hydrogen gas to the fuel cell after the pressure is reduced by the pressure reducing means, and the fuel cell On the other hand, high-pressure gas is not supplied. Furthermore, since the gas in the first gas flow path only flows in the gas supply system according to the present invention, the gas is not released to the outside (outside). Therefore, it is extremely excellent in reliability and economy.
本発明に係るガス供給システムの一の態様では、前記圧力低減手段は、前記燃料電池が起動される場合に、前記第1のガス流路内のガスを流動させる。 In one aspect of the gas supply system according to the present invention, the pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow when the fuel cell is started.
減圧手段からガスが漏れる場合、時間経過と共に第1のガス流路内の圧力は高まる。ここで、燃料電池が動作中(即ち、発電中)であれば、燃料電池に対して絶えず、又は一定の時間間隔をおいて所定の圧力のガスが供給されているので、問題にならない。従って、第1のガス流路内が高圧となり易いのは、停止状態にある燃料電池が相応の停止期間を経て再び起動される場合である。係る態様では、この様に燃料電池が起動される場合に圧力低減手段が第1のガス流路内のガスを流動させるので、燃料電池に対し、効率的にガスを供給することが可能である。尚、ここで述べられる「起動される場合」とは、停止状態から起動される場合全てであってもよいし、第1のガス流路内の圧力が所定の圧力よりも大きくなったと判断される時間経過を経て起動される場合を指してもよい。 When gas leaks from the decompression means, the pressure in the first gas flow path increases with time. Here, if the fuel cell is in operation (that is, during power generation), a gas having a predetermined pressure is supplied to the fuel cell constantly or at a constant time interval, so there is no problem. Accordingly, the high pressure in the first gas flow path is likely to occur when the fuel cell in a stopped state is restarted after a corresponding stop period. In such an aspect, when the fuel cell is started in this manner, the pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow, so that the gas can be efficiently supplied to the fuel cell. . It should be noted that the “when activated” described here may be all when activated from a stopped state, and it is determined that the pressure in the first gas flow path has become larger than a predetermined pressure. It may indicate a case where the system is activated after a certain time has elapsed.
本発明に係るガス供給システムの他の態様では、前記第1のガス流路内の圧力状態に応じて前記第1の開閉弁を開閉する制御手段を更に具備する。 In another aspect of the gas supply system according to the present invention, the gas supply system further includes control means for opening and closing the first on-off valve in accordance with a pressure state in the first gas flow path.
この態様によれば、第1の開閉弁は、制御手段によって、第1のガス流路内の圧力状態に応じて開閉が制御される。係る「圧力状態に応じて」とは、厳密に第1のガス流路内の圧力をパラメータとすることに限定されない。第1のガス流路内の圧力状態が変化する又は変化したと判断し得る、時間的、物理的又は化学的な変化によって、圧力状態が類推される場合も含んだ概念、例えば、圧力低減手段の動作時間等であってもよい。この態様によれば、この様に、第1の開閉弁が第1のガス流路内の圧力状態に応じて開閉されるため、燃料電池に対して効率良くガスの供給を行うことが可能となる。 According to this aspect, the opening / closing of the first on-off valve is controlled by the control means in accordance with the pressure state in the first gas flow path. The phrase “according to the pressure state” is not strictly limited to using the pressure in the first gas flow path as a parameter. A concept including a case where the pressure state is estimated by a temporal, physical, or chemical change that can be determined that the pressure state in the first gas flow path has changed or has changed, for example, pressure reducing means The operation time may be used. According to this aspect, since the first opening / closing valve is opened / closed according to the pressure state in the first gas flow path, gas can be efficiently supplied to the fuel cell. Become.
制御手段を備えるガス供給システムの一の態様では、前記制御手段は、前記圧力低減手段が前記第1のガス流路内のガスを流動させ始めてから予め定められた時間が経過した後に前記第1の開閉弁を開放する。 In one aspect of the gas supply system including a control unit, the control unit includes the first unit after a predetermined time has elapsed since the pressure reducing unit started to flow the gas in the first gas flow path. Open the on / off valve.
本発明に係る制御手段は、第1のガス流路内の圧力状態に応じて第1の開閉弁を制御するが、係る圧力状態は、第1のガス流路及びこのガス流路と連通する他のガス流路、即ち、圧力低減手段によってガスが流動する経路となる流路の容積が決定されていれば、予めシミュレーション等によって予測することが可能であり、また、この様な容積が判明していなくとも、実験的又は経験的に取得又は予測が可能である。従って、第1のガス流路内の圧力は、必ずしも実測される必要性はない。この様に、第1のガス流路内の圧力が、実験的、経験的、又はシミュレーション等によって取得又は予測可能な場合には、第1のガス流路内の圧力が所定の圧力まで減圧されたと判断し得る時間経過に従って第1の開閉弁が開放されることによって、燃料電池に対して効率的にガスを供給することが簡便にして可能となる。尚、既に述べた様に、第1のガス流路内の圧力は、理論的には所定の圧力未満とはならないから、上述の予測を伴わない単純な時間経過と共に第1の開閉弁が開放されてもよい。この際には、相応のマージンが付与された比較的に見て長い時間経過と共に第1の開閉弁が開放されてもよい。 The control means according to the present invention controls the first on-off valve in accordance with the pressure state in the first gas flow path, and the pressure state communicates with the first gas flow path and the gas flow path. If the volume of the other gas flow path, that is, the flow path through which the gas flows is determined by the pressure reducing means, it can be predicted in advance by simulation or the like, and such a volume is found. Even if not, it can be obtained or predicted experimentally or empirically. Therefore, it is not always necessary to actually measure the pressure in the first gas flow path. In this way, when the pressure in the first gas flow path can be obtained or predicted experimentally, empirically, or by simulation, the pressure in the first gas flow path is reduced to a predetermined pressure. By opening the first on-off valve with the passage of time that can be determined as having passed, it is possible to easily supply gas efficiently to the fuel cell. As already described, the pressure in the first gas flow path does not theoretically become lower than the predetermined pressure, so that the first on-off valve opens with a simple time without the above prediction. May be. At this time, the first on-off valve may be opened over a relatively long time with a corresponding margin.
制御手段を備えるガス供給システムの他の態様では、前記第1のガス流路内の圧力を計測する計測手段を更に具備し、前記制御手段は、前記計測された圧力が前記所定の圧力以下である場合に前記第1の開閉弁を開放する。 In another aspect of the gas supply system including a control unit, the gas supply system further includes a measurement unit that measures a pressure in the first gas flow path, and the control unit is configured so that the measured pressure is equal to or lower than the predetermined pressure. In some cases, the first on-off valve is opened.
係る態様によれば、第1のガス流路内の圧力が計測手段によって計測されると共に、第1の開閉弁は係る圧力が所定の圧力以下である場合に開放されるから、燃料電池に対して極めて安全にガスを供給することが可能となる。 According to this aspect, the pressure in the first gas flow path is measured by the measuring means, and the first on-off valve is opened when the pressure is equal to or lower than the predetermined pressure. Gas can be supplied extremely safely.
本発明に係るガス供給システムの他の態様では、前記圧力低減手段は、前記第1のガス流路内の圧力状態に応じて前記第1のガス流路内のガスを流動させる。 In another aspect of the gas supply system according to the present invention, the pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow according to the pressure state in the first gas flow path.
この態様によれば、圧力低減手段が、第1のガス流路内の圧力状態に応じてガスを流動させる。ここで述べられる「圧力状態に応じて」とは、即ち、前述した様に、厳密に係る圧力の値に基づく場合も、何らかの方法により予め予測又は取得されている第1のガス流路内の圧力に基づく場合も含まれる。この様に、圧力状態に応じて第1のガス流路内のガスを流動させる場合には、燃料電池に対する効率的なガスの供給が可能となる。 According to this aspect, the pressure reducing means causes the gas to flow according to the pressure state in the first gas flow path. “Depending on the pressure state” described here means that, as described above, even in the case of strictly based on the pressure value, the first gas flow path in the first gas flow path that has been predicted or acquired in advance by some method is used. This includes cases based on pressure. As described above, when the gas in the first gas flow path is made to flow according to the pressure state, the gas can be efficiently supplied to the fuel cell.
圧力低減手段が第1のガス流路内の圧力状態に応じてガスを流動させるガス供給システムの一の態様では、前記第1のガス流路内の圧力を計測する計測手段を更に具備し、前記圧力低減手段は、前記計測された圧力が前記所定の圧力よりも大きい場合に、前記第1のガス流路内のガスを流動させる。 In one aspect of the gas supply system in which the pressure reducing means causes the gas to flow according to the pressure state in the first gas flow path, the pressure reduction means further includes a measuring means for measuring the pressure in the first gas flow path, The pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow when the measured pressure is larger than the predetermined pressure.
第1のガス流路内の圧力が、所定の圧力とみなし得る範囲にある場合には、第1のガス流路内の圧力を低減する必要性は特別生じない。この態様では、第1のガス流路内の圧力が計測されるので、第1のガス流路内の圧力が所定の圧力よりも大きい場合に第1のガス流路内のガスを流動させることが可能である。従って、燃料電池に対し、極めて効率的にガスを供給することが可能となる。 When the pressure in the first gas flow path is in a range that can be regarded as the predetermined pressure, there is no particular need to reduce the pressure in the first gas flow path. In this aspect, since the pressure in the first gas flow path is measured, the gas in the first gas flow path is caused to flow when the pressure in the first gas flow path is larger than a predetermined pressure. Is possible. Therefore, it becomes possible to supply gas to the fuel cell very efficiently.
本発明に係るガス供給システムの他の態様では、前記圧力低減手段は、前記第1のガス流路に対して前記第1の開閉弁を迂回する様に分岐及び合流する補助流路と、前記補助流路に設けられた第2の開閉弁と、前記第2の開閉弁と相前後する様に前記補助流路に設けられ、通過するガスの流量を制限する制限手段とを具備する。 In another aspect of the gas supply system according to the present invention, the pressure reduction means includes an auxiliary flow path that branches and merges so as to bypass the first on-off valve with respect to the first gas flow path, A second opening / closing valve provided in the auxiliary flow path; and a restricting means provided in the auxiliary flow path so as to be connected to the second opening / closing valve and restricting a flow rate of the passing gas.
この態様によれば、圧力低減手段の動作時、第1のガス流路内のガスは、第1の開閉弁を迂回する様に設けられた補助流路を通り、開放された第2の開閉弁、及び制限手段を介して燃料電池に供給される。ここで、「制限手段」とは、この制限手段を通過するガスの流量を制限することが可能なものとして定義され、例えば、オリフィス等である。制限手段をオリフィスとした場合には、補助流路内の圧力を簡便にして低減可能であるが、オリフィスに限らず、係る定義の範囲で制限手段の態様は自由である。例えば、流路抵抗の大きい多孔質のフィルターであっても良い。 According to this aspect, during operation of the pressure reducing means, the gas in the first gas flow path passes through the auxiliary flow path provided so as to bypass the first on-off valve, and is opened to the second open / close state. The fuel cell is supplied via a valve and a restricting means. Here, the “restricting means” is defined as one that can restrict the flow rate of the gas passing through the limiting means, and is, for example, an orifice. When the restricting means is an orifice, the pressure in the auxiliary flow path can be simply reduced. However, the restriction means is not limited to the orifice, and the form of the restricting means is free within the definition. For example, a porous filter having a large flow path resistance may be used.
この様に、この補助流路に導かれるガスは、係る制限手段の作用によって相応に減圧された後、燃料電池に供給されるから、燃料電池が高圧のガスによって破損又は損傷することがない。また、この態様では、第1のガス流路内の圧力が所定の圧力より大きくても、燃料電池にガスを供給することが可能であるから、係る圧力を所定値に戻すまでの時間遅延を低減することが可能となり効果的である。 In this way, the gas guided to the auxiliary flow path is appropriately decompressed by the action of the limiting means and then supplied to the fuel cell, so that the fuel cell is not damaged or damaged by the high-pressure gas. Further, in this aspect, even if the pressure in the first gas flow path is larger than the predetermined pressure, it is possible to supply gas to the fuel cell, so that a time delay until the pressure is returned to the predetermined value is reduced. It is possible to reduce and effective.
尚、第1のガス流路内の圧力が所定の圧力に戻った、又は戻ったと判断された際には、第1の開閉弁が開放されてもよい。また、第1の開閉弁が開放されたのに伴って、第2の開閉弁が閉鎖されてもよい。即ち、第1のガス流路内の圧力を低減させようとする時間内において、第1及び第2の開閉弁が夫々閉鎖及び開放されている限りにおいて、第1及び第2の開閉弁の開閉のタイミングは自由に決定されてよい。 Note that the first on-off valve may be opened when it is determined that the pressure in the first gas flow path has returned to a predetermined pressure or has returned. Further, the second on-off valve may be closed as the first on-off valve is opened. That is, as long as the first and second on-off valves are closed and opened within the time to reduce the pressure in the first gas flow path, the first and second on-off valves are opened and closed. The timing may be freely determined.
本発明に係るガス供給システムの他の態様では、前記圧力低減手段は、前記第1のガス流路から、前記減圧手段を介さずに前記貯蔵手段へ繋がる第2のガス流路と、前記第2のガス流路に設けられ、前記第1のガス流路内のガスを前記貯蔵手段へ充填する充填手段とを具備する。 In another aspect of the gas supply system according to the present invention, the pressure reducing means includes a second gas flow path that leads from the first gas flow path to the storage means without passing through the pressure reducing means, and the first gas flow path. And a filling unit that is provided in the second gas channel and fills the storage unit with the gas in the first gas channel.
この態様によれば、圧力低減手段の動作時、第1のガス流路内のガスは、第1のガス流路から減圧手段を介することなく貯蔵手段へ繋がる第2のガス流路に導かれ、この第2の流路上に設けられた充填手段によって、貯蔵手段に再び貯蔵される。従って、第1のガス流路内の圧力は徐々に低減される。また、例えば、第1のガス流路内の圧力が、第1の開閉弁が閉じられたまま、減圧手段によって提供される所定の圧力まで低減された場合には、第1のガス流路内のガスは、貯蔵手段、減圧手段、及び圧力低減手段を含む循環経路で循環する。 According to this aspect, during the operation of the pressure reducing means, the gas in the first gas flow path is guided from the first gas flow path to the second gas flow path connected to the storage means without going through the pressure reducing means. Then, it is stored again in the storage means by the filling means provided on the second flow path. Therefore, the pressure in the first gas flow path is gradually reduced. Further, for example, when the pressure in the first gas flow path is reduced to a predetermined pressure provided by the decompression means while the first on-off valve is closed, the pressure in the first gas flow path is The gas is circulated in a circulation path including a storage means, a decompression means, and a pressure reduction means.
ここで、「充填手段」とは、減圧手段から第2の流路を通って貯蔵手段へ向かうガスの流れを生じさせることが可能であれば如何なる態様を有していてもよいが、例えば、コンプレッサ等の圧縮機であれば、貯蔵手段に効率よくガスを充填することが可能である。また、この第2のガス流路から貯蔵手段へと向かう経路には、貯蔵手段からのガスの逆流を防ぐ目的から、何らかの逆流防止手段が講じられていてもよい。 Here, the “filling means” may have any form as long as it can generate a gas flow from the decompression means through the second flow path to the storage means. If it is compressors, such as a compressor, it is possible to fill a storage means with gas efficiently. Further, in the path from the second gas flow path to the storage means, some backflow prevention means may be provided for the purpose of preventing the backflow of gas from the storage means.
この態様によれば、ガスを極めて効率良く使用可能となって、高い経済性が提供される。 According to this aspect, gas can be used very efficiently, and high economic efficiency is provided.
このような充填手段を備えるガス供給システムにおいては、前記充填手段は更に、前記貯蔵手段により貯蔵されるガスと同種のガスを前記貯蔵手段よりも低圧で貯蔵する外部貯蔵手段と接続可能に構成されており、前記第1の流路内のガス及び前記外部貯蔵手段に貯蔵されるガスのうち少なくとも一方を前記貯蔵手段へ充填してもよい。或いは、前記充填手段は更に、前記充填手段に対し前記充填に要する動力を供給する動力供給手段と接続可能に構成されてもよい。 In the gas supply system including such a filling means, the filling means is further configured to be connectable to an external storage means for storing the same type of gas as the gas stored by the storage means at a lower pressure than the storage means. The storage means may be filled with at least one of the gas in the first flow path and the gas stored in the external storage means. Alternatively, the filling unit may be further configured to be connectable to a power supply unit that supplies power necessary for the filling to the filling unit.
このような場合、例えば、この態様に係るガス供給システムを備える燃料電池システムが搭載された自動車などに対し、家庭などに設置された電気分解装置から発生するガスを、充填手段を介して充填することが簡便にして可能となる。或いは、この際に充填手段の動力及び制御用の電源など充填に要する動力を外部から取り込むことが可能となる。従って、貯蔵手段内のガスが不足した場合にも簡便にガスを充填することが可能である。尚、この場合、第2のガス供給路と、係る外部からの充填に係るガス流路とは、少なくとも一部が相互に共通に構成されていてもよい。 In such a case, for example, an automobile equipped with a fuel cell system including the gas supply system according to this aspect is filled with gas generated from an electrolyzer installed at home or the like via a filling means. This is possible simply. Alternatively, at this time, the power required for filling, such as the power of the filling means and the power source for control, can be taken in from the outside. Therefore, even when the gas in the storage means is insufficient, it is possible to easily fill the gas. In this case, at least a part of the second gas supply path and the gas flow path for the external filling may be configured in common with each other.
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態により明らかにされる。 Such an operation and other advantages of the present invention will be clarified by embodiments described below.
<実施形態>
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
<ガス供給システム10の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るガス供給システムの構成について説明する。ここに、図1は、ガス供給システム10の概略構成図である。
<Embodiment>
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<First Embodiment>
<Configuration of
First, the configuration of the gas supply system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the
図1において、ガス供給システム10は、1次供給部100、2次供給部200、圧力低減部300、及び制御部400を備える。また、1次供給部100には、補充部20が、また2次供給部には燃料電池30が夫々接続されている。
In FIG. 1, the
1次供給部100は、水素ガスタンク110、補充用配管120、逆流防止弁130、供給用配管140、1次減圧弁150、供給用集合配管160、補充用集合配管170、及び2次減圧弁180を備える。
The primary supply unit 100 includes a hydrogen gas tank 110, a
水素ガスタンク110は、本発明に係る「貯蔵手段」の一例であり、本発明に係る「ガス」の一例たる水素ガスを約350気圧の高圧で貯蔵している。水素ガスタンク110は、ガス供給システム10内に全部で4本設置されており、夫々同一の構成を有している。尚、水素ガスタンク110に貯蔵される際の水素ガスの内圧は、ここで述べる350気圧に限定されることはなく、通常のガスボンベ等と同様に200気圧前後であってもよいし、更に高圧の700気圧程度であってもよい。
The hydrogen gas tank 110 is an example of the “storage unit” according to the present invention, and stores hydrogen gas as an example of the “gas” according to the present invention at a high pressure of about 350 atm. A total of four hydrogen gas tanks 110 are installed in the
水素ガスタンク110は、補充用配管120を備える。この補充用配管120は、水素ガスタンク110内の水素ガスが、後述する燃料電池30の動作過程において欠乏した、又は欠乏すると予測される場合に、図示せぬ補充源から水素ガスタンク110に対し、後述する補充部20を介して水素ガスを適宜補充することが可能に構成されている。また、補充用配管120には、逆流防止弁130が設けられており、この逆流防止弁130は、水素ガスタンク110内の水素ガスが、補充用配管120を介して外部に逆流することを防止するように構成されている。更に、各水素ガスタンク110に設けられた補充用配管120は、補充用集合配管170と夫々気密を保って連通している。
The hydrogen gas tank 110 includes a
補充部20は、この補充用集合配管170の端部に接続されており、水素ガス補充用カプラ21、及び逆流防止弁22を備える。水素ガス補充用カプラ21は、係る補充の際に、図示せぬ補充源と気密を保って接続することが可能に構成されている。また、逆流防止弁22は、逆流防止弁130と同様に、水素ガスが水素ガス補充用カプラ21から補充源の方向に向かって逆流することを防止することが可能な様に、補充用集合配管170上に設けられている。
The
水素ガスタンク110は、補充用配管120とは別に、供給用配管140を備える。この供給用配管140には1次減圧弁150が設けられており、各水素ガスタンク110から伸びる供給用配管140は、夫々この1次減圧弁150を介して、供給用集合配管160に気密を保って連通している。この供給用集合配管160の端部には、2次減圧弁180が設けられている。
The hydrogen gas tank 110 includes a
2次供給部200は、水素ガス流路210、及び電磁開閉弁220を備える。
The secondary supply unit 200 includes a hydrogen
水素ガス流路210は、本発明に係る「第1のガス流路」の一例であり、2次減圧弁180を介して、供給用集合配管160と気密を保って連通している。水素ガス流路210は、水素ガスタンク110内に貯蔵される水素ガスが、この水素ガス流路210を介して燃料電池30に供給される様に構成されている。
The hydrogen
電磁開閉弁220は、本発明に係る「第1の開閉弁」の一例であり、水素ガス流路210上に設けられている。この電磁開閉弁220は、後述する制御部400によって、開放又は閉鎖の何れかの状態に制御されており、開放された状態において、水素ガス流路210内の水素ガスが燃料電池30に供給される様に構成されている。
The electromagnetic on-off
尚、補充用配管120と補充用集合配管170とは、最初から一本の配管として構成されていてもよい。同様に、供給用配管140と供給用集合配管160とが一本の配管として構成されていてもよい。更に、供給用集合配管160と水素ガス流路210とが一本の配管として構成されていてもよい。
Note that the
ここで、燃料電池30について説明する。燃料電池30は、本発明に係る「燃料電池」の一例たる固体高分子型燃料電池のスタックである。このスタックは、複数の燃料電池セルから構成されている。個々燃料電池セルは、アノード電極、カソード電極、及びこれらの間に挟持された電解質膜(何れも図示を省略する)を有しており、アノード電極の水素と、カソード電極の酸素とを、電解質膜を介して電気化学的に反応させることによって起電力を生成することが可能なように構成されている。このアノード電極の水素とは、即ち、水素ガス流路210を介して燃料電池30に供給される水素ガスであり、ガス供給システム10は、この燃料電池30への水素ガスの供給を制御するためのシステムである。
Here, the fuel cell 30 will be described. The fuel cell 30 is a stack of polymer electrolyte fuel cells as an example of the “fuel cell” according to the present invention. This stack is composed of a plurality of fuel cells. Each individual fuel cell has an anode electrode, a cathode electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between them (all of which are not shown), and the hydrogen of the anode electrode and the oxygen of the cathode electrode are used as the electrolyte. An electromotive force can be generated by electrochemical reaction through the film. The hydrogen of the anode electrode is hydrogen gas supplied to the fuel cell 30 via the hydrogen
尚、図1において、燃料電池30のカソード電極に対して酸素を含んだ酸化剤ガスを供給するための経路は省略されている。 In FIG. 1, a path for supplying an oxidant gas containing oxygen to the cathode electrode of the fuel cell 30 is omitted.
圧力低減部300は、補助流路310、補助流路310上に設けられた電磁開閉弁320、及び補助流路320上で、電磁開閉弁320の後段に設けられたオリフィス330を備える。
The pressure reducing unit 300 includes an
補助流路310は、電磁開閉弁220よりも2次減圧弁180側において、水素ガス流路210から分岐すると共に、電磁開閉弁220よりも燃料電池30側において再び水素ガス流路210に合流する様に構成されている。補助流路310は、即ち、電磁開閉弁220を迂回する、本発明に係る「補助流路」の一例である。尚、補助流路310は、水素ガス流路210と同様の材質及び形状を有する流路であるが、後述する、本実施形態に係る効果を阻害しない範囲で、その材質及び形状は自由である。
The
電磁開閉弁320は、本発明に係る「第2の開閉弁」の一例であり、電磁開閉弁220と同様に、制御部400と電気的に接続されている。電磁開閉弁320は、制御部400による制御に従って、開放又は閉鎖の何れかの状態に制御される。
The electromagnetic on-off
オリフィス330は、本発明に係る「制限手段」の一例である。ここで、オリフィス330について、図2を参照して説明する。ここに、図2は、オリフィス330の略断面図である。尚、図2(a)は、補助流路に沿った方向の断面を示しており、図2(b)は、補助流路に直交する方向の断面を示している。
The
図2(a)において、オリフィス330は、金属製の円筒部331と、円筒部331内に設置された円板部332からなる。円筒部331は、補助流路310(図2では省略)と内径が等しくなる様に、また気密を保って連通しており、従って、円板部332を除けば、補助流路310とオリフィス330とは、一つの流路を構成している。尚、このオリフィス330を構成する材料は、水素ガスに対して化学的に安定である限りにおいて自由である。
In FIG. 2A, the
図2(b)において、円板部332は、円板状の基材332aに複数の絞り孔332bを有してなり、その設置箇所において、円筒部331の断面を気密的且つ部分的に覆っている。従って、この円板部332の設置箇所においては排気抵抗が増大するため、通過するガスの流量が変化する。尚、オリフィス330において、絞り孔332bの数量及びサイズはオリフィス330を通過するガスに何らかの排気抵抗を付与することが可能な限りにおいて、如何なる限定も受けるものではなく、それに伴い、オリフィス330の内部構造も何ら限定されるものではない。例えば、オリフィス330は、円板部332が複数配された構成を有していてもよい。
In FIG. 2B, the
図1に戻り、圧力低減部300は、補助流路310内の水素ガスが、電磁開閉弁320及びオリフィス330を通過した後に水素ガス流路210に合流する様に構成されている。
Returning to FIG. 1, the pressure reducing unit 300 is configured such that the hydrogen gas in the
制御部400は、CPU(Central Processing Unit)410、及びメモリ420を備える。
The control unit 400 includes a CPU (Central Processing Unit) 410 and a
CPU410は、本発明に係る「制御手段」の一例であり、電磁開閉弁220及び電磁開閉弁320に夫々電気的に接続され、これらの開閉状態を制御する。メモリ420は、CPU410と電気的に接続された記憶手段であり、CPU410が電磁開閉弁220及び電磁開閉弁320を開閉する際の開閉条件、例えば、後述する経過時間のリファレンス値T0等を記憶している。メモリ420は、ROM(Read Only Memory)の様な読み出し専用の記憶手段であってもよいし、また、RAM(Random Access Memory)やHDD(Hard Disk Drive)等の書き換え可能な記憶媒体であってもよい。
The
また、制御部400は、図示せぬ制御装置から発信される、燃料電池30を起動するための起動命令及び燃料電池30を停止させるための停止命令に基づいて、CPU410が上述の開閉動作を制御することが可能な様に構成されている。
<ガス供給システム10の動作>
次に、同じく図1を参照して、上記構成を有するガス供給システム10の動作について説明する。
Further, in the control unit 400, the
<Operation of
Next, the operation of the
水素ガスは、水素ガスタンク110内において、350気圧の内圧で貯蔵されている、供給用配管140に設けられた1次減圧弁150は、係る水素ガスの圧力を数十気圧程度の1次圧力まで減圧する。従って、この1次減圧弁150と連通する供給用集合配管160内の圧力は、係る1次圧力に保たれている。
The hydrogen gas is stored in the hydrogen gas tank 110 at an internal pressure of 350 atm. The primary
2次減圧弁180は、係る1次圧力を、更に燃料電池30への供給に適した2次圧力P0まで減圧する。この2次減圧弁180によって、水素ガス流路210内の圧力は、通常、圧力P0に保たれている。1次減圧弁150及び2次減圧弁180は、本発明に係る「減圧手段」の一例であり、圧力P0とは即ち、本発明に係る「所定の圧力」の一例である。尚、本実施形態において、「圧力P0」とは、単一の値で規定される圧力ではなく、燃料電池30を適正に動作させ得る、予め定められた圧力範囲内で規定される圧力を指すこととする。
The secondary
ところで、相応の停止期間を経た燃料電池30においては、2次減圧弁180から漏れた水素ガスによって、水素ガス流路210内の圧力が圧力P0を超えている場合がある。係る圧力は、停止期間が長時間に亘る場合には、例えば、供給用集合配管160内と同等な圧力、即ち、数十気圧程度まで上昇する。更に、減圧手段が、本実施形態の様に二段構成でなく、水素ガスタンク110から一回の減圧で圧力P0まで減圧する様に構成されている場合には、水素ガス流路210内は数百気圧まで上昇することも考えられる。この様な高圧のガスが何らの減圧もなされぬまま燃料電池30に供給された場合には、燃料電池30が破損又は損傷する恐れがある。そこで、ガス供給システム10は、燃料電池30の起動時において、以下に説明する起動処理を行うことによって、燃料電池30に対する安定な水素ガスの供給を可能としている。
<起動処理の詳細>
以下に、図3を参照して、ガス供給システム10における起動処理について説明する。ここに、図3は、起動処理のフローチャートである。尚、ガス供給システム10において、燃料電池30が停止している状態では、電磁開閉弁220及び電磁開閉弁320は共に閉鎖されている。
By the way, in the fuel cell 30 that has passed through a corresponding stop period, the pressure in the hydrogen
<Details of startup processing>
Below, with reference to FIG. 3, the starting process in the
図3において、始めに、CPU410は、燃料電池30の起動命令の有無を判別する(ステップS201)。ガス供給システム10において、CPU410は、燃料電池30が停止している状態において、一定のクロックタイミング毎に起動命令の有無を監視している。起動命令が無いと判別された場合(ステップS201:NO)、CPU410は、起動命令が有るまでステップS201を繰り返す。
In FIG. 3, first, the
燃料電池30の起動を指示する起動命令を受け取ると(ステップS201:YES)、CPU410は、電磁開閉弁320を開放し、水素ガス流路210内の水素ガスを補助流路310、及びオリフィス330を介して燃料電池30に供給する(ステップS202)。
When the
オリフィス330を通過した水素ガスは、絞り孔332bによって増大した排気抵抗によって減速しているため、燃料電池30には、水素ガス流路210内の圧力よりも圧力が低減された状態で水素ガスが供給される。
Since the hydrogen gas that has passed through the
一方、電磁開閉弁320を開放すると、CPU410は、内蔵するタイマによって、電磁開閉弁320が開放された時点からの経過時間T1の監視を開始する(ステップS203)。メモリ420には、水素ガス流路210内の圧力が圧力P0以下となったか否かを判別するための経過時間のリファレンス値T0が予め記憶されている。CPU410は、経過時間T1が、係るリファレンス値T0以上であるか否かを判別する(ステップS204)。
経過時間T1が、T0に満たない場合(ステップS204:NO)、CPU410は、ステップS204を繰り返すと共に、経過時間T1が、T0以上となった場合(ステップS204:YES)、CPU410は、電磁開閉弁220を開放し、水素ガス流路210を介して燃料電池30に水素ガスを供給する(ステップS205)。
On the other hand, when opening the
If the elapsed time T 1 is less than the T 0 (step S204: NO),
ここで、メモリ420に記憶される経過時間のリファレンス値T0は、圧力低減部300が動作している時間(即ち、電磁開閉弁320が開放されている時間)と、水素ガス流路210内の圧力との相関関係に基づいて、水素ガス流路210内の圧力が圧力P0以下となる(厳密には、平常時には2次減圧弁180の作用によって、圧力P0未満にはならない)、又は、圧力P0以下になると予想される値に設定されている。尚、係る相関関係は、予め、経験的、実験的、又はシミュレーション等により取得されている。また、圧力上昇が生じると予想される水素ガス流路210の容積は、燃料電池30に対して十分小さいから、係る相関関係が明確に取得されていない場合であっても、水素ガス流路210内の圧力がP0以下となる時間が予測できる場合には、その様な時間、又はその様な時間にマージンを付加した時間がリファレンス値T0として設定されてもよい。また、これとは逆に、所望の経過時間で水素ガス流路210内の圧力が圧力P0に戻る様に、オリフィス330及び補助流路310が構成されていてもよい。
Here, the reference value T 0 of the elapsed time stored in the
電磁開閉弁220が開放されると、CPU410は、電磁開閉弁320を閉鎖し(ステップS206)、本実施形態に係る起動処理が終了する。電磁開閉弁320が閉鎖されることによって、燃料電池30に水素ガスを供給するための経路は、水素ガス流路210のみとなり、補助流路310を併用している場合と比較すれば、水素ガスを効率的に使用することが可能となる。但し、電磁開閉弁220が開放された時点で、水素ガス流路210内の圧力はP0以下となっているはずであるから、電磁開閉弁320は閉鎖されなくても何らの問題も生じない。即ち、この水素ガス流路210と補助流路310の両者を介して燃料電池30に水素ガスが供給されてもよい。この場合、電磁開閉弁220が開放された時点で係る起動処理が終了してもよい。或いは、ステップS202〜S204における電磁開閉弁320の開放によって水素ガス流路210内の減圧が十分に行われた後であれば、ステップS206における電磁開閉弁320の閉鎖を、ステップS205における電磁開閉弁220の開放に先立って行うことも可能である。
When the electromagnetic opening /
尚、既に述べた様に、CPU410は燃料電池30を停止させるための停止命令も取得可能に構成されている。係る停止命令に基づいて燃料電池30を停止させる場合、CPU410は、電磁開閉弁220を(場合によっては更に電磁開閉弁320を)閉鎖し、燃料電池30への水素ガスの供給を停止させることによって、燃料電池30を停止させる。
As already described, the
この様に、本実施形態に係るガス供給システム10によれば、水素ガス流路210内の圧力が圧力P0よりも大きいと考えられる、燃料電池30の起動時には、圧力低減部300が動作し、減圧された水素ガスを燃料電池30に供給することが可能であるから、極めて高い信頼性を有している。また、水素ガス流路210内のガスは、経路は異なっても最終的に燃料電池30の発電に供されることに変わりはなく、水素ガスが無駄に消費されることがない。従って、極めて経済性に優れている。
As described above, according to the
尚、CPU410は、燃料電池30が停止してからの時間経過を取得可能に構成されていてもよい。停止してからの経過時間は、一定の時間範囲においては水素ガス流路210内の圧力上昇と相関を有するから、係る経過時間に応じて、経過時間のリファレンス値が異なっていてもよい。この際、メモリ420には、係る複数のリファレンス値が記憶されていれば好適である。この場合には、例えば、燃料電池30を常に最適に起動することが可能となる。
<第2実施形態>
本発明に係るガス供給システムの実施の態様は、上述の第1実施形態に係るガス供給システム10に限定されない。以下に、本発明の第2実施形態に係るガス供給システムについて説明する。
<ガス供給システム40の構成>
始めに、図4を参照して、本発明の第2実施形態に係るガス供給システムの構成について説明する。ここに、図4は、ガス供給システム40の概略構成図である。尚、図4において、上述の図1と夫々重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
The
Second Embodiment
The embodiment of the gas supply system according to the present invention is not limited to the
<Configuration of gas supply system 40>
First, the configuration of the gas supply system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the gas supply system 40. In FIG. 4, the same reference numerals are given to portions overlapping with those in FIG. 1 described above, and the description thereof is omitted.
図4において、ガス供給システム40は、第1実施形態に係るガス供給システム10と比較して、圧力低減部300の代わりに圧力低減部500を備える点が異なっている。
In FIG. 4, the gas supply system 40 is different from the
圧力低減部500は、水素ガス流路210から補充用集合配管170へと連通する循環流路510、循環流路510上に設けられた圧縮機520、圧縮機630を駆動するモータ530、及び水素ガス流路210内の圧力を測定可能な圧力計540を備える。
The pressure reduction unit 500 includes a
循環流路510は、水素ガス流路210と同様の構成をもった流路であり、一方の端部において水素ガス流路210と気密を保って連通している。この循環流路510の他端部は、補充用集合配管170と気密を保って連通している。循環流路510は、本発明に係る「第2のガス流路」の一例である。
The
圧縮機520は、水素ガス流路210から補充用集合配管170へと向かうガス流を作り出すことが可能に構成された、本発明に係る「充填手段」の一例である。
The
モータ530は、制御部400と電気的に接続されており、CPU410の制御に従って、圧縮機520を駆動することが可能に構成されている。
The
圧力計540は、水素ガス流路210内の圧力を測定可能に構成された、本発明に係る「計測手段」の一例である。圧力計540も、モータ530と同様に制御部400と電気的に接続されており、CPU410による制御に従って、係る圧力を測定することが可能である。この測定された圧力は、一定のタイミングで、絶えず制御部400によって監視されている。尚、メモリ420には、水素ガス流路210内の圧力のリファレンス値(即ち、圧力P0に相当する値)が予め記憶されている。圧力低減部500は以上の様に構成されている。
<起動処理の詳細>
次に、図5を参照して、ガス供給システム40における起動処理について説明する。ここに、図5は、ガス供給システム40における起動処理のフローチャートである。尚、図5において、上述の図3と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
The
<Details of startup processing>
Next, the startup process in the gas supply system 40 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart of the startup process in the gas supply system 40. In FIG. 5, the same parts as those in FIG. 3 described above are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図5において、CPU410は、起動命令が有った場合、圧力計540によって測定された水素ガス流路210内の圧力P1が、メモリ420に記憶された圧力のリファレンス値P0以下であるか否かを判別する(ステップS301)。水素ガス流路210内の圧力が何らかの原因により圧力P0よりも大きかった場合(ステップS301:NO)、CPU410は、モータ530を動作させ、圧縮機520を動作させる(ステップS302)。また、ステップS301において、既に水素ガス流路210内の圧力が圧力P0以下であった場合には(ステップS301:YES)、CPU410は、処理をステップS205まで移行させる。
In FIG. 5, when there is an activation command, the
圧縮機520が動作すると、水素ガス流路210内の存在する水素ガスは、圧縮機520が作り出すガス流によって、循環流路510内を補充用集合配管170の方向へ流れ始める。補充用集合配管170は、逆流防止弁22の作用によって、ガス流が水素ガス補充用カプラ21を外部に向かって通過することが防止されているため、補充用配管120を通って、各水素ガスタンク110へと供給される。即ち、圧縮機520の作用により、一旦水素ガス流路210まで供給された水素ガスが再び水素ガスタンク110まで還流することとなる。
When the
この様な水素ガスの還流が続くと、徐々に水素ガス流路210内の圧力は低減され、2次減圧弁180によって制御される水素ガス流路210の圧力(即ち、圧力P0)に近づく。但し、圧力P0未満まで瞬間的に水素ガス流路210内の圧力が下がったとしても、瞬時に2次減圧弁180が開放されて水素ガスが水素ガス流路210内に供給されるため、水素ガス流路210内の圧力は、圧力P0に保たれる。この状態では、結局、水素ガスは、水素ガス流路210から循環流路510、補充用集合配管170、補充用配管120、供給用配管140、及び供給用集合配管160を順次通過する経路で再び水素ガス流路210に戻ることとなる。即ち、水素ガスは単にガス供給システム40内を循環するのみである。
When such hydrogen gas recirculation continues, the pressure in the hydrogen
CPU410は、圧縮機520を動作させると、再び、水素ガス流路210内の圧力P1がリファレンス値以下であるかを判別する(ステップS303)。水素ガス流路210内の圧力が圧力P0よりも大きい場合(ステップS303:NO)、CPU410は、ステップS303を繰り返し、水素ガス流路210内の水素ガスを水素ガスタンク110に充填すると共に、水素ガス流路210内の圧力がリファレンス値以下であると判別された場合には(ステップS303:YES)、CPU410は、モータ530を停止させて、圧縮機520の動作を停止させる(ステップS304)。圧縮機520の動作が停止すると、循環流路510を介した水素ガスの流動は停止する。また、圧縮機520を停止させると、CPU410は、処理をステップS205に移行させる。
CPU410, when operating the
ステップS205において、CPU410は、電磁開閉弁220を開放し、燃料電池30に対して水素ガスを供給する。電磁開閉弁220を介して、水素ガス流路210から燃料電池30に対して水素ガスが供給されると、本実施形態に係る起動処理が終了する。
In step S <b> 205, the
以上説明した様に、本実施形態によれば、水素ガス流路210内の圧力が絶えず監視されており、燃料電池30へ適切に水素ガスを供給することが可能となって、信頼性が一層向上する。
As described above, according to the present embodiment, the pressure in the hydrogen
尚、上述の第1実施形態に係る圧力低減部300が、水素ガス流路210内の圧力を測定する圧力計を備えていてもよい。逆に、本実施形態に係る圧力低減部500は、圧力計を備えずともよい。この場合、第1実施形態と同様に、経過時間に基づいて圧縮機520の動作が制御されれば、同等の効果を得ることが可能である。
The pressure reducing unit 300 according to the first embodiment described above may include a pressure gauge that measures the pressure in the hydrogen
尚、図5においては、燃料電池30の起動時に係る起動処理が示されているが、圧力低減部500を動作させるタイミングは、燃料電池30の起動時に限定されない。例えば、水素ガス流路210内の圧力がリファレンス値P0よりも大きい場合、CPU410が、燃料電池30の状態に依らず圧力低減部500を動作させ、水素ガス流路210内の圧力を調整してもよい。また、係る圧力調整の実行の可否を決定する第2のリファレンス値が、メモリ420に記憶され、係る第2のリファレンス値に基づいて圧力調整が実行されてもよい。この様に、本実施形態によれば、水素ガス流路210内の圧力が、常に監視されているため、水素ガス流路210内の圧力を常に圧力P0に保つことも可能である。更に、燃料電池30の発電中に、何らかの原因で水素ガス流路210内が圧力P0より大きくなった場合であっても、適切に対処することが可能である。
<変形例>
尚、ガス供給システム40において、水素ガスタンク110は、外部に設置されたガス供給源から、圧縮機520を介してガスを補充可能に構成されていてもよい。このような本発明の変形例について、図6を参照して説明する。ここに、図6は、ガス供給システム50の概略構成図である。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を省略する。
In FIG. 5, the startup process related to the startup of the fuel cell 30 is shown. However, the timing for operating the pressure reducing unit 500 is not limited to the startup of the fuel cell 30. For example, when the pressure in the hydrogen
<Modification>
In the gas supply system 40, the hydrogen gas tank 110 may be configured to be replenished with gas from a gas supply source installed outside via the
図6において、ガス供給システム50は、外部ガス供給装置51、外部供給流路52、逆流防止弁53、電磁開閉弁54、及び外部電源55を備える点においてガス供給システム40と異なっている。
In FIG. 6, the gas supply system 50 is different from the gas supply system 40 in that it includes an external
外部ガス供給装置51は、例えば、家庭などに設置された、水の電気分解装置であり、水を電気分解して水素ガスを生成することが可能に構成された装置である。外部供給配管52は、外部ガス供給装置51と圧縮機520とを気密を保って繋ぐことが可能に構成された配管である。逆流防止弁53は、外部供給配管52上に設けられ、配管内のガスが外部供給装置51の方向に逆流しないように構成されている。電磁開閉弁54は、外部供給配管52上に設けられ、CPU410の制御に従って開閉動作を行うことが可能に構成されている。外部電源55は、例えば、家庭用の電源、又は家庭用電源に適宜変換機が備わった電源であり、図示略のコネクタによって、制御部400及び圧力低減部500と電気的に接続され、これらに対し、本発明に係る「充填に要する動力」の一例たる電力を供給可能に構成されている。
The external
このような構成をもったガス供給システム50の動作時において、CPU410は、圧縮機520を動作させると共に、電磁開閉弁54を開放し、外部ガス供給装置51によって生成された水素ガスを圧縮して昇圧し、水素ガスタンク110へ供給する。
During the operation of the gas supply system 50 having such a configuration, the
このように、ガス供給システム50によれば、水素ガス流路210内の圧力低減のために設けられた循環流路510及び圧縮機520を、水素ガスタンクへの水素ガス補充用としても使用することが可能である。従って、例えば家庭などで、水素ガスタンク110への水素ガスの充填が比較的簡単に実行可能である。
Thus, according to the gas supply system 50, the
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うガス供給システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and a gas supply system with such a change is also possible. Moreover, it is included in the technical scope of the present invention.
10…ガス供給システム、20…補充部、21…水素ガス補充用カプラ、22…逆流防止弁、30…燃料電池、40…ガス供給システム、50…ガス供給システム、51…外部ガス供給装置、52…外部供給配管、53…逆流防止弁、54…電磁開閉弁、55…外部電源、100…1次供給部、110水素ガスタンク、120…補充用配管、130…逆流防止弁、140…供給用配管、150…1次減圧弁、160…供給用集合配管、170…補充用集合配管、180…2次減圧弁、200…2次供給部、210…水素ガス流路、220…電磁開閉弁、300…圧力低減部、310…補助流路、320…電磁開閉弁、330…オリフィス、400…制御部、410…CPU、420…メモリ、500…圧力低減部、510…循環流路、520…圧縮機、530…モータ、540…圧力計。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記ガスを貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段からのガスを所定の圧力に減圧するための減圧手段と、
前記減圧手段と前記燃料電池とを繋ぐ第1のガス流路に設けられる第1の開閉弁と、
前記第1のガス流路内のガスを、前記第1の開閉弁を介さずに前記ガス供給システム内において流動させることによって、前記第1のガス流路内の圧力を低減することが可能な圧力低減手段と
を具備することを特徴とするガス供給システム。 A gas supply system for supplying gas to a fuel cell,
Storage means for storing the gas;
Pressure reducing means for reducing the gas from the storage means to a predetermined pressure;
A first on-off valve provided in a first gas flow path connecting the decompression means and the fuel cell;
By causing the gas in the first gas flow path to flow in the gas supply system without going through the first on-off valve, the pressure in the first gas flow path can be reduced. A gas supply system comprising: a pressure reducing unit.
ことを特徴とする請求項1に記載のガス供給システム。 The gas supply system according to claim 1, wherein the pressure reducing means causes the gas in the first gas flow path to flow when the fuel cell is started.
ことを特徴とする請求項3に記載のガス供給システム。 The control means opens the first on-off valve after a predetermined time has elapsed since the pressure reducing means started to flow the gas in the first gas flow path. 4. The gas supply system according to 3.
前記制御手段は、前記計測された圧力が前記所定の圧力以下である場合に前記第1の開閉弁を開放する
ことを特徴とする請求項3に記載のガス供給システム。 A measuring means for measuring the pressure in the first gas flow path;
The gas supply system according to claim 3, wherein the control means opens the first on-off valve when the measured pressure is equal to or lower than the predetermined pressure.
ことを特徴とする請求項1に記載のガス供給システム。 The gas supply system according to claim 1, wherein the pressure reducing unit causes the gas in the first gas flow path to flow according to the pressure state in the first gas flow path.
前記圧力低減手段は、前記計測された圧力が前記所定の圧力よりも大きい場合に、前記第1のガス流路内のガスを流動させる
ことを特徴とする請求項6に記載のガス供給システム。 A measuring means for measuring the pressure in the first gas flow path;
The gas supply system according to claim 6, wherein the pressure reducing unit causes the gas in the first gas flow path to flow when the measured pressure is larger than the predetermined pressure.
前記第1のガス流路に対して前記第1の開閉弁を迂回する様に分岐及び合流する補助流路と、
前記補助流路に設けられた第2の開閉弁と、
前記第2の開閉弁と相前後する様に前記補助流路に設けられ、通過するガスの流量を制限する制限手段とを具備する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のガス供給システム。 The pressure reducing means includes
An auxiliary flow path that branches and merges so as to bypass the first on-off valve with respect to the first gas flow path;
A second on-off valve provided in the auxiliary flow path;
The limiting means which restrict | limits the flow volume of the gas provided in the said auxiliary | assistant flow path so that it may mutually precede and follow the said 2nd on-off valve is provided. The gas supply system described.
前記第1のガス流路から、前記減圧手段を介さずに前記貯蔵手段へ繋がる第2のガス流路と、
前記第2のガス流路に設けられ、前記第1のガス流路内のガスを前記貯蔵手段へ充填する充填手段とを具備する
ことを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のガス供給システム。 The pressure reducing means includes
A second gas flow path that leads from the first gas flow path to the storage means without going through the decompression means;
8. The apparatus according to claim 1, further comprising: a filling unit that is provided in the second gas flow path and fills the storage unit with a gas in the first gas flow path. The gas supply system described.
ことを特徴とする請求項9に記載のガス供給システム。 The filling means is further configured to be connectable to an external storage means for storing a gas of the same type as the gas stored by the storage means at a lower pressure than the storage means, and the gas in the first flow path and The gas supply system according to claim 9, wherein at least one of the gases stored in the external storage unit is filled in the storage unit.
ことを特徴とする請求項10に記載のガス供給システム。
The gas supply system according to claim 10, wherein the filling unit is further configured to be connectable to a power supply unit that supplies power necessary for the filling to the filling unit.
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