JP2007127010A - Energy generation system - Google Patents
Energy generation system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007127010A JP2007127010A JP2005319133A JP2005319133A JP2007127010A JP 2007127010 A JP2007127010 A JP 2007127010A JP 2005319133 A JP2005319133 A JP 2005319133A JP 2005319133 A JP2005319133 A JP 2005319133A JP 2007127010 A JP2007127010 A JP 2007127010A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- gas
- generation system
- energy generation
- closed space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃料ガスの供給を受けてエネルギーを発生するエネルギー発生装置を備えたエネルギー発生システムに関し、特に、ガス通路に形成される閉空間の異常検出精度の向上に有効な技術に関する。 The present invention relates to an energy generation system including an energy generation device that generates energy upon receiving a supply of fuel gas, and particularly relates to a technique effective in improving the accuracy of detecting an abnormality in a closed space formed in a gas passage.
近年、エネルギー発生システムとして、例えば燃料ガスと酸化ガス(以下、これらを反応ガスという。)との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源とした燃料電池システムが注目されている。車両に搭載される車両用燃料電池システムにおいては、車両の航続距離を伸ばすため、搭載する燃料ガスタンクの高圧化(例えば圧力を70MPaとする)が図られている。 In recent years, as an energy generation system, for example, a fuel cell system using a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas (hereinafter referred to as a reaction gas) has attracted attention. In a vehicle fuel cell system mounted on a vehicle, the fuel gas tank to be mounted is increased in pressure (for example, the pressure is set to 70 MPa) in order to extend the cruising distance of the vehicle.
ところで、高圧ガス配管の圧力を検出する圧力センサの検出範囲は、取り付ける高圧ガス配管の取りうる圧力をカバーする必要がある。つまり、上記のように燃料ガスタンクの高圧化に伴い、燃料ガスタンクに接続された高圧ガス配管の圧力も上昇するため、圧力センサの検出範囲を非常に大きい圧力レンジとする必要がある。 By the way, the detection range of the pressure sensor for detecting the pressure of the high-pressure gas pipe needs to cover the pressure that can be taken by the high-pressure gas pipe to be attached. That is, as the pressure of the fuel gas tank increases as described above, the pressure of the high-pressure gas pipe connected to the fuel gas tank also rises, so the detection range of the pressure sensor needs to be a very large pressure range.
その一方で、異常判定を行う際、例えばガス漏れ判定を行う際に基準とする圧力変化量は、上記の非常に大きい圧力レンジのセンサ検出範囲に対して公差に埋もれてしまうほど小さい。ここで、水素供給路の圧力降下量に基づいて水素漏れを検出することが可能な燃料電池システムとして、例えば特許文献1,2に開示されたものが知られている。
しかしながら、前記した非常に大きい圧力レンジに対応しつつ、ガス漏れによる僅かな圧力変化を検出するために、以下のいずれかの手段等を講じる必要がある。
・分解能の大きい高性能のセンサを採用する、
・レンジの異なる複数のセンサを設ける、
・ガス漏れ量に対して圧力変化量が大きくなるように漏れ判定対象のガス配管の容積を小さくする、
・圧力変化を確実に検知するために検知時間を長く取る。
However, in order to detect a slight pressure change due to gas leakage while corresponding to the very large pressure range described above, it is necessary to take one of the following means.
・ Use high-performance sensors with high resolution.
-Provide multiple sensors with different ranges,
・ Reduce the volume of the gas piping subject to leak detection so that the amount of pressure change relative to the amount of gas leak increases.
・ Long detection time is required to detect pressure change.
しかしながら、以上の手段では、部品コストの増大、ガス配管の設計要求から部品構成やレイアウト等が制約される、ガス漏れ判定に時間がかかる、という問題が生ずる。 However, the above-described means have problems that the cost of components increases, the configuration of components and layout are restricted due to design requirements for gas piping, and it takes time to determine gas leaks.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、非常に大きい圧力レンジを対象とする場合でも、短時間で高精度の異常判定を行うことができるエネルギー発生システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an energy generation system capable of performing abnormality determination with high accuracy in a short time even when targeting a very large pressure range. To do.
本発明のエネルギー発生システムは、燃料ガスの供給を受けてエネルギーを発生するエネルギー発生装置と、該エネルギー発生装置とガス供給源とを接続するガス通路と、該ガス通路に閉空間を形成する封止手段と、前記ガス通路の前記閉空間が形成される区間に設置されて該区間内の圧力に応じた信号を出力する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の出力に基づいて前記閉空間の異常判定を行う異常判定手段と、を備えたエネルギー発生システムにおいて、前記封止手段の動作に連動して前記圧力検出手段の出力ゲインを変更するゲイン変更手段を備えたものである。このゲイン変更手段は、前記閉空間の異常判定時にそれまでよりも前記出力ゲインを増幅させる。 An energy generation system according to the present invention includes an energy generation device that generates energy upon receiving fuel gas supply, a gas passage that connects the energy generation device and a gas supply source, and a seal that forms a closed space in the gas passage. Stopping means, pressure detecting means installed in a section of the gas passage where the closed space is formed, and outputting a signal corresponding to the pressure in the section, based on the output of the pressure detecting means, An energy generation system including an abnormality determination unit that performs abnormality determination includes a gain changing unit that changes an output gain of the pressure detection unit in conjunction with an operation of the sealing unit. The gain changing means amplifies the output gain more than before when determining the abnormality of the closed space.
このような構成によれば、圧力検出手段の入力(ガス通路内の圧力)に対する出力ゲインが、封止手段の動作に連動して、通常運転時と異常判定時とで自動的に切り替わる。通常運転の場合には、圧力検出手段の出力ゲインを相対的に小さく設定しておくことにより、広い圧力レンジでガス通路内の圧力を検出することができる。 According to such a configuration, the output gain with respect to the input of the pressure detection means (pressure in the gas passage) is automatically switched between normal operation and abnormality determination in conjunction with the operation of the sealing means. In normal operation, the pressure in the gas passage can be detected in a wide pressure range by setting the output gain of the pressure detection means to be relatively small.
一方、閉空間の異常判定を行う場合には、圧力検出手段の出力ゲインを通常運転の場合よりも増幅させることにより、圧力検出手段への入力変化(圧力変化幅)が僅かであっても、圧力検出手段から出力される信号(例えば、電圧値)が増幅されるので、短時間に高い精度で異常を検出することが可能となる。 On the other hand, when performing the abnormality determination of the closed space, even if the input change (pressure change width) to the pressure detecting means is slight by amplifying the output gain of the pressure detecting means than in the case of normal operation, Since the signal (for example, voltage value) output from the pressure detection means is amplified, it is possible to detect an abnormality with high accuracy in a short time.
本発明のエネルギー発生システムは、燃料ガスの供給を受けてエネルギーを発生するエネルギー発生装置と、該エネルギー発生装置とガス供給源とを接続するガス通路と、該ガス通路に閉空間を形成する封止手段と、前記ガス通路の前記閉空間が形成される区間に設置されて該区間内の圧力に応じた信号を出力する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の出力に基づいて前記閉空間の異常判定を行う異常判定手段と、を備えたエネルギー発生システムにおいて、前記閉空間の異常判定を行う際に所定の信号を出力する出力手段と、該所定の信号を受けて前記圧力検出手段の出力ゲインを変更するゲイン変更手段と、を備えたものでもよい。このゲイン変更手段は、前記閉空間の異常判定時にそれまでよりも前記出力ゲインを増幅させる。所定の信号とは、異常検知を実行する条件に該当すると判断されたときに出力される信号である。 An energy generation system according to the present invention includes an energy generation device that generates energy upon receiving fuel gas supply, a gas passage that connects the energy generation device and a gas supply source, and a seal that forms a closed space in the gas passage. Stopping means, pressure detecting means installed in a section of the gas passage where the closed space is formed, and outputting a signal corresponding to the pressure in the section, based on the output of the pressure detecting means, In an energy generation system including an abnormality determination unit that performs an abnormality determination, an output unit that outputs a predetermined signal when performing an abnormality determination of the closed space; and an output of the pressure detection unit that receives the predetermined signal And a gain changing means for changing the gain. The gain changing means amplifies the output gain more than before when determining the abnormality of the closed space. The predetermined signal is a signal output when it is determined that the condition for executing abnormality detection is met.
このような構成によれば、圧力検出手段の入力(ガス通路内の圧力)に対する出力ゲインが、出力手段から出力される所定の信号の送受信に応じて、通常運転時と異常判定時とで自動的に切り替わるので、上述と同様にして、通常運転時には広い圧力レンジでガス通路内の圧力を検出することができる一方、閉空間の異常判定時には短時間に高い精度で異常を検出することが可能となる。 According to such a configuration, the output gain with respect to the input of the pressure detection means (pressure in the gas passage) is automatically set during normal operation and abnormality determination according to transmission / reception of a predetermined signal output from the output means. In the same way as described above, the pressure in the gas passage can be detected in a wide pressure range during normal operation, while an abnormality can be detected with high accuracy in a short time when determining an abnormality in a closed space. It becomes.
本発明のエネルギー発生システムにおいては、前記圧力検出手段の出力を所定の値を基準にしてオフセットするオフセット手段を更に備えてもよい。 The energy generation system of the present invention may further include offset means for offsetting the output of the pressure detection means with reference to a predetermined value.
このような構成によれば、閉空間に異常がない時の圧力を基準にして、つまり、閉空間に異常がない時の圧力を圧力検出手段の出力レンジの中心値に設定して、閉空間の異常判定を行うことが可能となる。その結果、閉空間内の圧力が減少したときの異常だけでなく、増加したときの異常も検出することが可能となる。 According to such a configuration, the pressure when there is no abnormality in the closed space is set as a reference, that is, the pressure when there is no abnormality in the closed space is set as the center value of the output range of the pressure detection means, It is possible to make an abnormality determination. As a result, it is possible to detect not only an abnormality when the pressure in the closed space decreases but also an abnormality when the pressure increases.
ここで、閉空間内の圧力が減少する例としては、例えば、閉空間を画成しているガス配管の内側から外側へ壁面割れ等によってガスが漏れる場合(以下、外部漏れ)や、閉空間を画成しているガス配管の内側にてガスが漏れる場合(以下、内部漏れ)、つまり、封止手段の閉異常(例えば、シール不良)によって、当該閉空間からその上流または下流にガスが流出している場合がある。一方、閉空間内の圧力が増加する例としては、例えば内部漏れによって、当該閉空間にその上流または下流からガスが流入している場合がある。 Here, as an example in which the pressure in the closed space decreases, for example, when the gas leaks from the inside to the outside of the gas piping that defines the closed space due to wall cracking (hereinafter referred to as external leakage), or the closed space When the gas leaks inside the gas pipe defining the gas (hereinafter referred to as internal leakage), that is, due to the closing abnormality of the sealing means (for example, sealing failure), the gas flows upstream or downstream from the closed space. It may have leaked. On the other hand, as an example in which the pressure in the closed space increases, there is a case where gas flows into the closed space from upstream or downstream due to internal leakage, for example.
本発明のエネルギー発生システムにおいて、前記ガス供給源は、高圧水素タンクであり、前記封止手段は、前記高圧水素タンクの主止弁と該主止弁の下流に設置された弁であってもよい。 In the energy generation system of the present invention, the gas supply source may be a high-pressure hydrogen tank, and the sealing means may be a main stop valve of the high-pressure hydrogen tank and a valve installed downstream of the main stop valve. Good.
このような構成では、高圧水素タンクの主止弁と該主止弁の下流に設置された弁との間に形成される閉空間が高圧部となるから、かかる閉空間に設置される圧力検出手段の圧力レンジも通常は大きなものになるところ、異常検出時に圧力検出手段の入力に対する出力ゲインが可変(増幅可能)とされているので、入力される圧力変動幅が小さくても公差に埋もれさせてしまわずに検出することが可能となる。 In such a configuration, since the closed space formed between the main stop valve of the high-pressure hydrogen tank and the valve installed downstream of the main stop valve becomes a high-pressure portion, the pressure detection installed in the closed space The pressure range of the means is usually large, but the output gain with respect to the input of the pressure detection means is variable (can be amplified) when an abnormality is detected, so that even if the input pressure fluctuation width is small, it is buried in tolerance. It is possible to detect without losing.
本発明のエネルギー発生システムは、エネルギー発生装置が燃料電池とされた燃料電池システムでもよい。また、エネルギー発生装置は、燃料ガスの供給を受けて電気エネルギー又は機械エネルギーを発生する装置であれば燃料電池に限らず、例えばガスエンジンでもよい。さらに、燃料ガスとは、例えば水素、改質ガス、及びCNG等をいう。 The energy generation system of the present invention may be a fuel cell system in which the energy generation device is a fuel cell. Further, the energy generating device is not limited to the fuel cell as long as it is a device that generates electric energy or mechanical energy by receiving supply of fuel gas, and may be, for example, a gas engine. Further, the fuel gas refers to, for example, hydrogen, reformed gas, CNG, and the like.
前記異常判定手段は、前記閉空間のガス漏れを判定するものでもよい。 The abnormality determination means may determine gas leakage in the closed space.
本発明によれば、圧力検出手段の入力に対する出力ゲインが、封止手段の動作に連動して、通常運転時と異常判定時とで自動的に切り替わるので、通常運転時には広い圧力レンジでガス通路内の圧力を検出することができる一方、閉空間の異常判定時には短時間に高い精度で異常を検出することが可能となる。 According to the present invention, the output gain with respect to the input of the pressure detection means is automatically switched between the normal operation and the abnormality determination in conjunction with the operation of the sealing means, so that the gas passage has a wide pressure range during the normal operation. While the internal pressure can be detected, the abnormality can be detected with high accuracy in a short time when the abnormality of the closed space is determined.
次に、本発明に係るエネルギー発生システムの一実施の形態を説明する。以下、このエネルギー発生システムを燃料電池車両の車載燃料電池システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶,航空機,電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体への適用や、例えば燃料電池が建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。 Next, an embodiment of the energy generation system according to the present invention will be described. Hereinafter, the case where this energy generation system is applied to an in-vehicle fuel cell system of a fuel cell vehicle will be described. However, the present invention is not limited to such an application example, and can be applied to any moving body such as a ship, an aircraft, a train, and a walking robot. And, for example, a stationary power generation system in which a fuel cell is used as a power generation facility for a building (house, building, etc.) is also possible.
図1に示すように、酸化ガスとしての空気(外気)は、空気供給路71を介して燃料電池20の空気供給口に供給される。空気供給路71には、空気から微粒子を除去するエアフィルタA1、空気を加圧するコンプレッサA3、供給空気圧を検出する圧力センサP4、及び空気に所要の水分を加える加湿器A21が設けられている。コンプレッサA3は、モータ(補機)によって駆動される。モータは、後述の制御部50によって駆動制御される。なお、エアフィルタA1には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ(流量計)が設けられる。
As shown in FIG. 1, air (outside air) as an oxidizing gas is supplied to an air supply port of the
燃料電池20から排出される空気オフガスは、排気路72を経て外部に放出される。排気路72には、排気圧を検出する圧力センサP1、圧力調整弁A4、及び加湿器A21の熱交換器が設けられている。圧力センサP1は、燃料電池20の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁A4は、燃料電池20への供給空気圧を設定する調圧器として機能する。
The air off gas discharged from the
圧力センサP4,P1の図示しない検出信号は、制御部50に送られる。制御部50は、コンプレッサA3の回転数及び圧力調整弁A4の弁開度を調整することによって、燃料電池20への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
Detection signals (not shown) of the pressure sensors P4 and P1 are sent to the
燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源(ガス供給源)30から燃料供給路(ガス通路)としての高圧ガス配管74を介して燃料電池20の水素供給口に供給される。水素供給源30は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。ガス供給源からの高圧ガスとしては、例えば10MPa〜100MPaのものが採用可能であり、特に高圧水素ガスの場合には、35MPaや70MPaの採用が可能である。
Hydrogen gas as fuel gas is supplied from a hydrogen supply source (gas supply source) 30 to a hydrogen supply port of the
高圧ガス配管74には、水素供給源30から水素を供給しあるいは供給を停止する主止弁(遮断弁)H100、水素供給源30からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサP6、燃料電池20への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁H9、水素調圧弁H9の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサP9、燃料電池20の水素供給口と高圧ガス配管74間を開閉する遮断弁H21、及び水素ガスの燃料電池20の入口圧力を検出する圧力センサP5が設けられている。
The high-
調圧弁H9としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニアあるいは連続的に調整される弁であっても良い。圧力センサP5,P6,P9の図示しない検出信号は、制御部50に供給される。
As the pressure regulating valve H9, for example, a pressure regulating valve that performs mechanical pressure reduction can be used, but a valve whose opening degree is linearly or continuously adjusted by a pulse motor may be used. Detection signals (not shown) of the pressure sensors P5, P6, and P9 are supplied to the
燃料電池20で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路75に排出され、高圧ガス配管74の調圧弁H9の下流側に戻される。水素循環路75には、水素オフガスの温度を検出する温度センサT31、燃料電池20と水素循環路75を連通/遮断する遮断弁H22、水素オフガスから水分を回収する気液分離器H42、回収した生成水を水素循環路75外の図示しないタンク等に回収する排水弁H41、水素オフガスを加圧する水素ポンプH50、及び逆流阻止弁H52が設けられている。
The hydrogen gas that has not been consumed in the
遮断弁H21,H22は、燃料電池20のアノード側を閉鎖する。温度センサT31の図示しない検出信号は、制御部50に供給される。水素ポンプH50は、制御部50によって動作が制御される。水素オフガスは、高圧ガス配管74で水素ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。逆流阻止弁H52は、高圧ガス配管74の水素ガスが水素循環路75側に逆流することを防止する。主止弁H100と、遮断弁H21,H22は、制御部50からの信号で駆動される。
The shutoff valves H21 and H22 close the anode side of the
水素循環路75は、排出制御弁H51を介して、パージ流路76によって排気路72に接続される。排出制御弁H51は、電磁式の遮断弁であり、制御部50からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出(パージ)する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。
The
更に、燃料電池20の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路73が設けられる。冷却路73には、燃料電池20から排水される冷却水の温度を検出する温度センサT1、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)C2、冷却水を加圧して循環させるポンプC1、及び燃料電池20に供給される冷却水の温度を検出する温度センサT2が設けられている。ラジエータC2には、モータによって回転駆動される冷却ファンC13が設けられている。
Further, a
燃料電池20は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池20が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うDC‐DCコンバータなどが備えられている。
The
制御部50は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システムの各部のセンサ(圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等)から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
The
なお、制御部50は、図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。この制御コンピュータシステムは、CPU、ROM、RAM、HDD、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成り、市販されている制御用コンピュータシステムによって構成される。
The
後述するように、制御部50は、図示しない主制御プログラムにおいてガス漏れ判定動作を指令する命令の発令あるいはフラグが設定された(イベント発生)ことを判別すると、ガス漏れ判定処理を行う。
As will be described later, when it is determined that a command or a flag for instructing a gas leak determination operation is set (event occurrence) in the main control program (not shown), the
通常運転中は、水素供給源30から放出されて燃料電池20に供給される燃料ガスの圧力は圧力センサP6を用いて監視されており、これに基づいて水素調圧弁H9の制御が行われる。
During normal operation, the pressure of the fuel gas discharged from the
本実施形態の圧力センサP6は、高圧に対応して検出範囲が非常に大きい圧力レンジを持つ。したがって、通常の運転状態においては、ガス漏れ判定を行う際に基準とする圧力変化量は上記の非常に大きい圧力レンジのセンサ検出範囲に対して公差に埋もれてしまうほど小さい。 The pressure sensor P6 of the present embodiment has a pressure range with a very large detection range corresponding to a high pressure. Therefore, in a normal operation state, the pressure change amount used as a reference when performing the gas leak determination is so small as to be buried in tolerance with respect to the sensor detection range of the very large pressure range.
そこで、本実施形態においては図2に示す構成を採用している。同図に示したように、圧力センサP6は、高圧ガス配管74の圧力を電気信号としての圧力信号S1に変換する圧力検出部(圧力検出手段)100と、後述の切替信号S2により所定のオフセット値を圧力信号S1に加算するオフセット加算器(オフセット手段)101と、オフセットされた信号S3を増幅する信号増幅器(ゲイン変更手段)102と、センサ出力としての信号S5を圧力検出部100からの圧力信号S1と信号増幅器102からの信号S4のどちらかを切替信号(所定の信号)S2の指示にしたがって選択する圧力信号切替器103とを有する。
Therefore, in this embodiment, the configuration shown in FIG. 2 is adopted. As shown in the figure, the pressure sensor P6 has a predetermined offset by a pressure detection unit (pressure detection means) 100 that converts the pressure of the high-
さらに、制御部50は、圧力信号切替器103からの信号S5、つまり、検出した圧力信号S1または該圧力信号S1をオフセットして更に増幅した後の信号S4を取り込むA/D変換器104、A/D変換器104の出力に基づいて漏れ判定(異常判定)を実施する漏れ判定部(異常判定手段)105を有する。また漏れ判定部105からは、圧力センサP6に対して出力の切替を要求する切替信号S2が出力される。この切替信号S2は、制御部50が漏れ検知(異常検知)を実行する条件に該当すると判断したときに出力される信号であり、この信号を受けると封止手段としての主止弁H100が閉弁される。なお、制御部50は、燃料電池20用のECUでもよい。
Furthermore, the
本実施形態におけるガス漏れ判定処理の制御フローを図3に示した。まず、制御部50は、ステップST1において、漏れ判定期間にあるか否かを判定する。漏れ判定期間でない場合(ステップST1:NO)、制御部50は、高圧ガス配管74を開放する。すなわち、主止弁H100及び遮断弁H21を開状態に保つ(ステップST2)。しかる後、漏れ判定部105は、切替信号S2として「非判定中」を出力する(ステップST3)。
The control flow of the gas leak determination process in the present embodiment is shown in FIG. First, in step ST1, the
通常運転時はこの状態であり、圧力検出部100により検出された圧力は、圧力信号切替器103およびA/D変換器104を経て漏れ判定部105に与えられ、水素調圧弁H9等の制御に用いられる。この状態では、本実施形態の圧力センサP6は、圧力0MPaに対して0.5V、圧力50MPaに対して4.5Vの電圧を出力する。つまり、圧力センサP6の検出範囲は、高圧ガス配管74のガス圧に対応した大きい圧力レンジ(50MPa)となっている。
This is the state during normal operation, and the pressure detected by the
ステップST1において漏れ判定期間にあると判定された場合(ステップST1:YES)、制御部50は、高圧ガス配管74を封止して閉空間を形成する。すなわち、封止手段としての主止弁H100及び遮断弁H21を閉状態とする(ステップST4)。この時の高圧ガス配管74の圧力絶対値を圧力検出部100が検出し、漏れ判定部105がこの値(初期圧力と呼ぶ。)を記憶する(ステップST5)。
When it determines with it being in a leak determination period in step ST1 (step ST1: YES), the
しかる後、漏れ判定部105は、切替信号S2として「判定中」を出力する(ステップST6)。この状態では、圧力信号S1にはオフセット加算器101において初期圧力に基づいた所定電圧(オフセット値)が加算され、さらに信号増幅器102において増幅される。信号増幅器102の出力した信号S4が圧力信号切替器103を通過し、A/D変換器104を経て漏れ判定部105に与えられる。
Thereafter, the leakage determination unit 105 outputs “determining” as the switching signal S2 (step ST6). In this state, a predetermined voltage (offset value) based on the initial pressure is added to the pressure signal S1 by the offset
例えば、初期圧力が15MPaの場合、15MPaが圧力検出部100の出力電圧レンジ(0.5〜4.5V)の中央値となるようにオフセット加算器101においてオフセット値が加算される。さらに、信号増幅器102において、初期圧力15MPaの±0.5MPaの範囲が圧力検出部100の検出レンジとなるように、信号増幅器102で信号S3が増幅される。この結果、圧力センサP6は、圧力14.5MPaに対して0.5V、圧力15.5MPaに対して4.5Vの電圧を出力する。
For example, when the initial pressure is 15 MPa, the offset value is added in the offset
すなわち、閉空間内の圧力が初期圧力から僅かに変動した場合でも、出力値が大きく変動するように信号が増幅される。 That is, even when the pressure in the closed space slightly varies from the initial pressure, the signal is amplified so that the output value varies greatly.
非判定中(通常運転時)と判定中の圧力センサ出力電圧の比較を図4に示した。通常運転時においては、主止弁H100及び遮断弁H21は開放状態、切替信号S2は「非判定中」を示すLoとなっている。そして、圧力センサP6は、0〜50MPaを検出レンジとして0.5〜4.5Vの信号を出力する。 FIG. 4 shows a comparison of the pressure sensor output voltage during non-determination (during normal operation) and during determination. During normal operation, the main stop valve H100 and the shut-off valve H21 are in an open state, and the switching signal S2 is Lo indicating “not determined”. The pressure sensor P6 outputs a signal of 0.5 to 4.5 V with 0 to 50 MPa as a detection range.
一方、漏れ判定中においては、主止弁H100及び遮断弁H21は封止状態、切替信号S2は「判定中」を示すHiとなっている。圧力センサP6は、初期圧力15MPaを中心とし、14.5〜15.5MPaを検出レンジとして0.5〜4.5Vの信号を出力する。 On the other hand, during the leak determination, the main stop valve H100 and the shutoff valve H21 are in a sealed state, and the switching signal S2 is Hi indicating “during determination”. The pressure sensor P6 outputs a signal of 0.5 to 4.5 V with the initial pressure of 15 MPa as the center and 14.5 to 15.5 MPa as the detection range.
すなわち、通常運転時は4[V]/50[MPa]=0.08[V/MPa]の出力ゲインであったものが、漏れ判定中は4[V]/1[MPa]=4[V/MPa]の出力ゲインとなり、50倍の検出精度を得ることができる。 That is, the output gain of 4 [V] / 50 [MPa] = 0.08 [V / MPa] during normal operation is 4 [V] / 1 [MPa] = 4 [V] during the leak determination. / MPa] output gain, and 50 times the detection accuracy can be obtained.
漏れ判定部105では、以下の漏れ判定処理が行われる。まず、ステップST7において、「漏れ量ΔP=初期圧力−現在圧力」を演算する。主止弁H100で漏れが発生した場合、圧力センサP6で検出される現在圧力は初期圧力よりも上昇する。一方、高圧ガス配管である高圧ガス配管74から外部に漏れが発生した場合、あるいは、遮断弁H21で漏れが発生した場合、圧力センサP6で検出される現在圧力は初期圧力よりも低下する。
The leak determination unit 105 performs the following leak determination process. First, in step ST7, “leakage amount ΔP = initial pressure−current pressure” is calculated. When a leak occurs in the main stop valve H100, the current pressure detected by the pressure sensor P6 increases from the initial pressure. On the other hand, when a leak occurs outside from the high
ステップST8において、漏れ量ΔPの絶対値と所定の規定値Kとを比較し、漏れ量ΔPが規定値Kを超えていれば、漏れが発生していると判断し、ステップST9において漏れ発生処理を行う。漏れ発生処理としては、例えばユーザに対する警告表示を行ったり、システムを停止する等の処理がある。 In step ST8, the absolute value of the leak amount ΔP is compared with a predetermined specified value K. If the leak amount ΔP exceeds the specified value K, it is determined that a leak has occurred. In step ST9, the leak occurrence process is performed. I do. Examples of the leak generation process include a process of displaying a warning to the user and stopping the system.
漏れ量が規定値K以下の場合、漏れ判定期間(例えば3秒間)が終了するまで上記ステップST6以降を繰返す(ステップST10)。漏れ判定期間終了後は、切替信号S2を「非判定中」として通常運転に戻る。 If the leakage amount is equal to or less than the specified value K, step ST6 and subsequent steps are repeated until the leakage determination period (for example, 3 seconds) ends (step ST10). After the end of the leakage determination period, the switching signal S2 is set to “not determined” and the normal operation is resumed.
以上のように、本実施形態の燃料電池システムにおいては、漏れ判定期間中に一時的に圧力センサP6の出力ゲインを増幅させて検出精度を高めることができる。したがって、センサ部品、配管レイアウトを変えることなく、短時間でガス漏れを判定することができる。 As described above, in the fuel cell system of this embodiment, the detection accuracy can be increased by temporarily amplifying the output gain of the pressure sensor P6 during the leak determination period. Therefore, it is possible to determine the gas leakage in a short time without changing the sensor parts and the piping layout.
図5は、本実施形態の変形例である。また、図6は、主止弁H100及び遮断弁H21の開閉と、圧力切替信号のHi/Loと、圧力センサ出力電圧との関係を示したタイムチャートである。 FIG. 5 is a modification of the present embodiment. FIG. 6 is a time chart showing the relationship between the opening and closing of the main stop valve H100 and the shutoff valve H21, the pressure switching signal Hi / Lo, and the pressure sensor output voltage.
本変形例は、上記実施形態で圧力センサP6と制御部50との間で送受信されていた切替信号S2を省略したものである。概略構成は上記実施形態と同様であるから、以下、同じ構成については同じ符号を用い、説明を省略する。
In the present modification, the switching signal S2 that is transmitted and received between the pressure sensor P6 and the
制御部50は、漏れ判定部105から信号S10を受けることで高電圧(通常範囲を超える値、例えば12V)を出力する電圧加算器110を備える。圧力センサP6とA/D変換器104との間には信号S5が流れており、この信号S5が流れる信号線の電位(電圧)に、電圧加算器110の出力(電位、電圧)が加算される。
The
圧力センサP6には、この信号S5を流れる信号線の電位(電圧)を監視し、上記電圧加算器110によって高電圧が加算されたことを検出する電圧加算判定器(比較器)111と、電圧加算判定器111から与えられる信号S11を受けて一定時間オンとなるタイマー112とを備える。タイマー112は、圧力信号切替器103とオフセット加算器101とに切替信号S12を与える。
The pressure sensor P6 monitors the potential (voltage) of the signal line that flows through the signal S5, and detects a voltage addition determiner (comparator) 111 that detects that a high voltage has been added by the
本変形例では、以下のように通常運転と漏れ判定期間との切替が行われる。まず、漏れ判定開始時には、漏れ判定部105から所定の信号S10が電圧加算器110に与えられ、電圧加算器110は12Vの電圧を圧力センサP6から出力される信号S5に加算する。電圧加算器110が電圧を発する時間は、後述の電圧加算判定器111が判定可能である長さでよい。
In the present modification, switching between the normal operation and the leakage determination period is performed as follows. First, at the start of leak determination, a predetermined signal S10 is supplied from the leak determination unit 105 to the
すると、図6に示したように、通常運転状態から漏れ判定期間に移行する境界において、圧力センサ出力電圧が通常範囲外に突出する。この突出が電圧加算判定器111によって検知されると、電圧加算判定器111はタイマー112をオンとする信号S11を発する。タイマー112がオフセット加算器101と圧力信号切替器103に「判定中」との切替信号S12を与える。これにより漏れ判定期間が開始する。
Then, as shown in FIG. 6, the pressure sensor output voltage protrudes outside the normal range at the boundary where the normal operation state shifts to the leakage determination period. When this protrusion is detected by the
所定時間後、タイマー112はオフとなる。タイマー112は「非判定中」との切替信号S12をオフセット加算器101と圧力信号切替器103に与える。なお、所定の信号S10は、制御部50が漏れ検知(異常検知)を実行する条件に該当すると判断したときに出力される信号であり、この信号を受けると封止手段としての主止弁H100が閉弁される。
After a predetermined time, the
このように、本変形例においては圧力センサP6から出力される信号S5を用いて圧力信号切替器103の切替を行うため、圧力センサP6と制御部50と間の切替信号S2を省略することができる。なお、漏れ量判定等、漏れ判定処理における他の構成については、上記実施形態と同じである。
Thus, in this modification, since the pressure signal switch 103 is switched using the signal S5 output from the pressure sensor P6, the switching signal S2 between the pressure sensor P6 and the
上記実施形態では、制御部50の所定の信号S2,S10を受けて圧力センサP6の出力ゲインを切り換えているが、他の実施形態として、圧力センサP6の信号S1の変化状態を監視して、圧力信号が変化しない状態(例えば、信号値がゼロまたは信号値が測定レンジの上限値に張り付いた状態)の場合に、圧力信号切替器103が自動的に信号増幅器102側に切り換わるようにしてもよい。
In the above embodiment, the output gain of the pressure sensor P6 is switched in response to the predetermined signals S2 and S10 of the
また、燃料電池やCNGエンジンで使用される高圧に圧縮された水素やCNGは、ガスタンク(ガス供給源)から放出されガス通路を流れる際、温度が急激に低下する状態(例えば、零度以下)になっているため、ガス通路内のガス圧力を測定する際には、ガス通路内の温度の影響を考慮する必要がある。そこで、ガス通路内に温度センサを有するシステム構成の場合には、異常判定手段は、ガス温度情報を参照して、信号のゲイン(圧力検出手段の出力ゲイン)を設定することにより、より精度の良い判定が可能となる。 Also, hydrogen and CNG compressed to high pressure used in fuel cells and CNG engines are released from the gas tank (gas supply source) and flow into the gas passage so that the temperature rapidly decreases (for example, below zero degrees). Therefore, when measuring the gas pressure in the gas passage, it is necessary to consider the influence of the temperature in the gas passage. Therefore, in the case of a system configuration having a temperature sensor in the gas passage, the abnormality determination means refers to the gas temperature information and sets the signal gain (output gain of the pressure detection means), so that the accuracy can be improved. A good judgment can be made.
20…燃料電池、30…水素供給源(ガス供給源、高圧水素タンク)、50…制御部、74…高圧ガス配管、100…圧力検出部(圧力検出手段)、101…オフセット加算器(オフセット手段)、102…信号増幅器(ゲイン変更手段)、103…圧力信号切替器、105…漏れ判定部(異常判定手段)、110…電圧加算器、111…電圧加算判定器、112…タイマー、H21…遮断弁(封止手段、主止弁の下流に設置された弁)、H100…主止弁(封止手段)、P6…圧力センサ、S2…切替信号(所定の信号)、S12…切替信号(所定の信号)、
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記封止手段の動作に連動して前記圧力検出手段の出力ゲインを変更するゲイン変更手段を備えたエネルギー発生システム。 An energy generator for generating energy upon receipt of fuel gas; a gas passage connecting the energy generator and a gas supply source; sealing means for forming a closed space in the gas passage; A pressure detection unit that is installed in a section where the closed space is formed and outputs a signal corresponding to a pressure in the section; an abnormality determination unit that performs an abnormality determination of the closed space based on an output of the pressure detection unit; In an energy generation system comprising
An energy generation system comprising gain changing means for changing the output gain of the pressure detecting means in conjunction with the operation of the sealing means.
前記閉空間の異常判定を行う際に所定の信号を出力する出力手段と、
該所定の信号を受けて前記圧力検出手段の出力ゲインを変更するゲイン変更手段と、を備えたエネルギー発生システム。 An energy generator for generating energy upon receipt of fuel gas; a gas passage connecting the energy generator and a gas supply source; sealing means for forming a closed space in the gas passage; A pressure detection unit that is installed in a section where the closed space is formed and outputs a signal corresponding to a pressure in the section; an abnormality determination unit that performs an abnormality determination of the closed space based on an output of the pressure detection unit; In an energy generation system comprising
Output means for outputting a predetermined signal when performing the abnormality determination of the closed space;
An energy generation system comprising: a gain changing unit that receives the predetermined signal and changes an output gain of the pressure detecting unit.
前記封止手段は、前記高圧水素タンクの主止弁と該主止弁の下流に設置された弁である請求項1〜4のいずれかに記載のエネルギー発生システム。 The gas supply source is a high-pressure hydrogen tank;
The energy generation system according to any one of claims 1 to 4, wherein the sealing means is a main stop valve of the high-pressure hydrogen tank and a valve installed downstream of the main stop valve.
The energy generation system according to claim 1, wherein the abnormality determination unit determines a gas leak in the closed space.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005319133A JP2007127010A (en) | 2005-11-02 | 2005-11-02 | Energy generation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005319133A JP2007127010A (en) | 2005-11-02 | 2005-11-02 | Energy generation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007127010A true JP2007127010A (en) | 2007-05-24 |
Family
ID=38149861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005319133A Pending JP2007127010A (en) | 2005-11-02 | 2005-11-02 | Energy generation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007127010A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012066777A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Mazda Motor Corp | Yaw rate deviation detection apparatus |
US9447752B2 (en) | 2011-07-11 | 2016-09-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Detection method of airtight failure in working-gas circulating type gas engine, and working-gas circulating type gas engine using the method |
-
2005
- 2005-11-02 JP JP2005319133A patent/JP2007127010A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012066777A (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Mazda Motor Corp | Yaw rate deviation detection apparatus |
US9447752B2 (en) | 2011-07-11 | 2016-09-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Detection method of airtight failure in working-gas circulating type gas engine, and working-gas circulating type gas engine using the method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4506644B2 (en) | Fuel gas consumption system and gas leak detection method of fuel gas consumption system | |
US8206863B2 (en) | Fuel cell system and its temperature adjusting method | |
US8067127B2 (en) | Fuel cell system and control method thereof for detecting a chemical short | |
US20090081492A1 (en) | Fuel Cell System, Moving Object Equipped With Fuel Cell System, and Abnormality Judgement Method For Fuel Cell System | |
JP4739849B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2003308868A (en) | Gas fuel supply device | |
JP5194827B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2004079451A (en) | Stopping method of gas-using engine | |
JP2006210070A (en) | Fuel cell system and state diagnostic method of fuel cell | |
JP2006216478A (en) | Fuel cell system | |
JP2007134063A (en) | Fuel cell system and its gas leak detection method as well as moving body | |
JP2007042566A (en) | Fuel cell system and its starting method | |
JP2007127010A (en) | Energy generation system | |
US11152633B2 (en) | Fuel cell system and method of controlling the same | |
JP2007128758A (en) | Fuel cell system and gas constituent state detection method in fuel cell | |
JP2006196192A (en) | Fuel cell system | |
JP2007134200A (en) | Fuel cell system and its gas leak detection method | |
JP2019029350A (en) | Fuel cell system | |
JP2010135098A (en) | Fuel cell system and vehicle | |
JP2003197210A (en) | Control equipment of fuel reforming fuel cell system | |
JP2009037884A (en) | Fuel cell system | |
JP2007005266A (en) | Fuel cell system and its gas leak detection method | |
JP5333730B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5297574B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2006310103A (en) | Fuel cell system and its operation method |