JP2007303559A - ガス供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】減圧弁による異音の発生を抑制したガス供給システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１２に供給する高圧の水素を蓄えるガスタンク１から燃料電池１２へ減圧弁３によって減圧した水素を供給する場合に、流量調整弁６の開弁速度を制御して、ガス供給路２の圧力変動を所定変動よりも小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明はガス供給システムに関するものである。

高圧タンクから供給するガスを２段減圧によって所定の圧力まで減圧するダイアフラム式の減圧装置においては、減圧による体積膨張などによってガス流れの運動エネルギーが増加し、自励振動を誘発し、これにより作動音が発生する。

作動音を低減するために隔壁によって減圧室をダイアフラム側の室と、ガスの出口側の室と、に仕切り、ダイアフラムと一体に昇降するプランジャが隔壁を貫通して昇降して、プランジャが隔壁を貫通する部分では、隔壁の内周縁の鍔部とプランジャの鍔部とに隙間を持たせ、その部分がプランジャの昇降時に常に交差するようにするものが、特許文献１に開示されている。

これにより、ダイアフラムの受圧部に作用する脈動動圧を抑制し、作動音を大きく低減している。
特開２００１−９９０１１号公報

しかし、上記の発明では、急激な圧力変動、及び流量変動が発生する場合には自励振動が発生し、ダイアフラムを保持しているガイドの下端が減圧装置に接触し、異音が発生するといったといった問題点がある。例えば車両に搭載する燃料電池システムに水素を供給する場合には、起動時、及びアイドルストップからの発進時などには、水素タンクなどから急激に水素が供給されるので、異音が発生し易いといった問題点がある。

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、急激な圧力変動、及び流量変動が発生した場合でも、減圧装置における異音の発生を低減することを目的とする。

本発明では、高圧のガスを貯蔵するガスタンクと、ガスを消費するガス消費手段と、ガスタンクとガス消費手段とを連通するガス供給路と、ガス供給路に設けられ、ガスの圧力に応動するダイアフラムを有し高圧のガスの圧力を減圧する減圧弁と、ガス供給路の圧力を検出する圧力検出手段と、ガス供給路のガス流量を制御する流量調整弁と、ガス消費手段へガスを供給する際に、ガス供給路の圧力変動が所定変動よりも小さくなるように、流量調整弁の開度速度を制御する制御手段と、を備える。

本発明によると、高圧のガスをガスタンクからガス消費手段へ供給する場合に、ガス供給路の圧力変動が所定変動よりも小さくなるように、流量調整弁の開弁速度を制御することで、減圧弁における異音の発生を低減することができる。

本発明の実施形態の高圧ガス供給システムの構成を図１を用いて説明する。なお、ここでは高圧ガス供給システムを燃料電池車両に搭載する場合について説明するが、これに限られるものではない。

この実施形態は、高圧の水素（ガス）を貯蔵するガスタンク１と、ガスタンク１から供給する水素を消費する燃料電池（ガス消費手段）１２に水素を供給するためのガス供給路２と、ガスタンク１の高圧の水素を減圧する減圧弁３と、水素の流れ方向に対して減圧弁３よりも上流側に設けた遮断弁４と、水素の流れ方向に対して減圧弁３よりも下流側に設けた遮断弁５と、水素の流量を制御する流量調整弁６と、を備える。

また、遮断弁４と減圧弁３との間に設けられ、減圧弁３の上流側の圧力を検出する圧力センサ７と、減圧弁３と遮断弁５との間に設けられ、減圧弁３の下流側の圧力を検出する圧力センサ８と、減圧弁３の中間の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）９と、流量調整弁６の下流側の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）１０と、を備える。

ここで減圧弁３について、図２を用いて説明する。減圧弁３は、２段減圧を行う減圧弁であり、高圧の水素を減圧する第１減圧弁（第１の減圧弁）２０と、第１減圧弁２０によって減圧された水素の圧力をさらに減圧する第２減圧弁（第２の減圧弁）２１と、によって構成する。なお、第１減圧弁２０と第２減圧弁２１との間には、第１減圧弁２０によって減圧された水素の圧力を検出する圧力センサ９を備える。

第１減圧弁２０は、ダイアフラム２２と、ダイアフラム２２によって分離される室２３ａと室２３ｂと、ダイアフラム２２に連動して動作する絞り弁２４と、を備える。

ダイアフラム２２は、ガイド２５ａ、２５ｂによってその一部が保持されており、ガイド２５ａにはダイアフラム２２を室２３ｂの方へ付勢するバネ２６が連結する。

ガイド２５ｂは、例えば急激な圧力変動が生じた場合などにダイアフラム２２を保護する突起部２５ｃを有する。急激な圧力変動が生じた場合などに突起部２５ｃがハウジング２７に当接することで、ダイアグラム２２の変形を規制し、ダイアフラム２２を保護する。

絞り弁２４には、絞り弁２４をダイアフラム２２の方へ付勢するバネ２８が連結する。ダイアフラム２２とダイアフラム２２に連結する絞り弁２４とは、バネ２６とバネ２８とによって付勢力を受ける。

室２３ａは、連通流路３０を介して第２減圧弁２１の室３２ｂと連通しており、室３２ｂの圧力が伝達される。

室２３ｂは、連通孔２９によってガスタンク１側のガス供給路２と連通しており、絞り弁２４の動作により、連通孔２９を形成するハウジング２７と絞り弁２４との隙間が変化し、連通孔２９を介して室２３ｂに導入する水素量が制御される。

ダイアフラム２２は、室２３ａ内の圧力とバネ２６による付勢力と、室２３ｂ内の圧力とバネ２８による付勢力と、の差によって動作する。それによって、ダイアフラム２２と連結する絞り弁２４が動作して、連通孔２９の開度を調整することで、室２３ｂへの水素の導入量が変化して室２３ｂ（室２３ａ）の圧力が変化する。これによって、ガスタンク１から導入される水素の圧力を所定の圧力まで減圧する。第１減圧弁２０によって減圧された水素は、第２減圧弁２１に導入される。

第２減圧弁２１は、ダイアフラム３１と、ダイアフラム３１によって分離される室３２ａと室３２ｂと、ダイアフラム３１に連動して動作する絞り弁３３と、を備える。

ダイアフラム３１は、ガイド３４ａ、３４ｂによってその一部が保持されており、ガイド３４ａにはダイアフラム３１を室３２ｂの方へ付勢するバネ３５が連結する。

ガイド２４ｂは、例えば急激な圧力変動が生じた場合などにダイアフラム３１を保護する突起部３４ｃを有する。急激な圧力変動が生じた場合などに突起部３４ｃがハウジング３６に当接することで、ダイアグラム３１の変形を規制し、ダイアフラム３１を保護する。

絞り弁３３には、絞り弁３３をダイアフラム３１の方へ付勢するバネ３７が連結する。ダイアフラム３１とダイアフラム３１に連結する絞り弁３３とは、バネ３５とバネ３７とによって付勢力を受ける。

室３２ａは、外部と連通しており、室３２ａ内は大気圧に保たれる。

室３２ｂは、流路３９によって第１減圧弁２０の室２３ｂと連通しており、絞り弁３３の動作により、連通孔３８を形成するハウジング３６と絞り弁３３との隙間が変化し、連通孔３８を介して室３２ｂに導入する水素量が制御される。

ダイアフラム３１は、室３２ａ内の圧力とバネ３５による付勢力と、室３２ｂ内の圧力とバネ３７による付勢力と、の差によって動作する。それによって、ダイアフラム３１と連結する絞り弁３３が動作して、連通孔３８の開度を調整することで、室３２ｂへの水素の導入量が変化して室３２ｂの圧力が変化する。これによって、第１減圧弁２０から導入される水素の圧力を燃料電池１２に供給する圧力まで減圧する。

また、圧力センサ７〜１０によって検出する圧力に基づいて流量調整弁６の開度を制御し、水素の流量を制御するコントローラ（制御手段）１１を備える。

次に、車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度制御について、図３のフローチャートを用いて説明する。アイドルストップ時には、燃料電池１２がアイドルストップ時に必要となる出力を発電可能なように、ガス供給路２を流れる水素の流量が流量調整弁６によって制御される。

例えばアクセルペダルが踏み込まれた場合など、アイドルストップが終了すると、ステップＳ１００では、圧力センサ１０によって流量調整弁６の下流側の圧力Ｐ１を検出する。

ステップＳ１０１では、圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高いかどうか、判定する。そして、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高い場合には、ステップＳ１０２へ進み、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低い場合には、ステップＳ１０３へ進む。所定圧力Ｐα１は、予め実験などによって設定された圧力であり、アイドルストップ終了後に、後述する開弁速度Ｖ１によって流量調整弁６を開いて、ガスタンク１から燃料電池１２へ供給する水素の流量を増加した場合に、圧力変動が所定変動よりも小さくなるようになる圧力である。所定変動は、ガス供給路２において流量の変化による圧力変動が生じた場合に、減圧弁３に生じる自励振動を所望する自励振動の範囲に抑えることができる範囲の圧力の変動である。

ステップＳ１０２では、流量調整弁６の開度を予め設定された開弁速度Ｖ１で所定開度まで開く。ガス供給路２の圧力Ｐ１、つまり減圧弁３の圧力が比較的高いので、ガスタンク１から水素を多く流した場合でも、ガス供給路２における圧力変動が小さいので減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動が小さく、減圧弁３の異音の発生が小さくなる。

ステップＳ１０３では、ガス供給路２の圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低いので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１よりも小さい開弁速度（第１の開弁速度）Ｖ２によって開く。ガス供給路２の圧力Ｐ１が低い状態で、ガスタンク１からの水素の流量が急激に増加した場合には、減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動が大きくなり、ガイド２５ｂ、３４ｂの突起部２５ｃ、３４ｃがハウジング２７、３６に当接して減圧弁３での異音の発生が大きくなる。またダイアフラム２２、３１の劣化が生じる可能性がある。ステップＳ１０３では、ガス供給路２の圧力変動を所定変動よりも小さくなるように、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２で開くことで、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。開弁速度Ｖ２は、減圧弁３による圧力変動が所定変動よりも小さくなるように設定された流量調整弁６の開弁速度である。

ステップＳ１０４では、圧力センサ１０によって圧力Ｐ１を検出する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で検出した圧力Ｐ１と所定圧力Ｐα１とを比較して、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高い場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０６では、減圧弁３の圧力Ｐ１が高くなったので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ３（第２の開弁速度）で開く。開弁速度Ｖ３は、開弁速度Ｖ１よりも大きい速度であり、アイドルストップが終了してから、開弁速度Ｖ１で所定開度まで開く時間と、開弁速度Ｖ２とＶ３とで所定開度まで開く時間と、が略等しくなるように設定された速度である。これによって、アイドルストップが終了してから、流量調整弁６の開度が所定開度となるまでの時間を、アイドルストップが終了時のガス供給路２の圧力にかかわらず、均一にすることができる。

以上の制御によって、アイドルストップが終了した後にガス供給路２を流れる水素の流量を増加した場合に、減圧弁３の異音の発生を低減し、ダイアフラム２１、３２の劣化を抑制することができる。

例えば流量調整弁６の下流側が負圧または低い圧力になっている状態から流量調整弁６の開度を大きくすると、ガス供給路２内の圧力変動、すなわち減圧弁３における圧力変動が大きくなるが、この実施形態では、流量調整弁６の下流側の圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１によって流量調整弁６の開弁速度を制御することで、減圧弁３の異音の発生を低減し、ダイアフラム２１、３２の劣化を抑制することができる。

次に、車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度、および圧力センサ１０によって検出する圧力の変化について、図４のタイムチャートを用いて説明する。

アイドルストップ中は、燃料電池１２が必要となる出力を発電可能なように、ガス供給路２を流れる水素の流量が流量調整弁６によって制御される。

時間ｔ０において、アイドルストップが終了し、圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低い場合には、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２で開く。なお、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高い場合の流量調整弁６の開度、圧力の変化を破線で示す。圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低い場合には、流量調整弁６の開度を比較的小さい速度である所定速度Ｖ２によって開くことで、減圧弁３の圧力変動を小さくして自励振動を抑制して、減圧弁３における異音の発生を低減し、ダイアフラム２１、３３の劣化を抑制することができる。

時間ｔ１において、圧力センサ１０によって検出する圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１となると、流量調整弁６を開弁速度Ｖ３で開く。流量調整弁６を開弁速度Ｖ３で所定開度まで開くことで、アイドルストップが終了してから、所定開度となるまでの時間が長くなることを防止することができる。

なお、この実施形態では、圧力センサ１０によって検出した圧力に基づいて流量調整弁６の開弁速度を制御したが、圧力センサ７またはガスタンク１内の圧力を検出する圧力センサなどによって検出した圧力に基づいて流量調整弁６の開弁速度を制御しても良い。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、高圧の水素を蓄えるガスタンク１から燃料電池１２へ水素をガス供給路２によって供給するガス供給システムにおいて、高圧の水素の圧力を減圧する減圧弁３と、ガス供給路２の水素の流量を制御する流量調整弁６と、を備え、水素を燃料電池１２へ供給する場合、特にアイドルストップ終了時などの流量の変化が大きい場合に、ガス供給路２内の圧力変動が所定変動よりも小さくなるように、流量調整弁６の開弁速度を制御する。これによって、減圧弁３における圧力変動を小さくし、減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動による異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

流量調整弁６の下流側の圧力を圧力センサ１０によって検出し、その圧力によって流量調整弁６の開弁速度を制御することで、例えば流量調整弁６の下流側が負圧になる場合における減圧弁３の圧力変動を小さくすることができ、減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動による異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

流量調整弁６を開弁速度Ｖ１よりも小さい値である開弁速度Ｖ２とした後に、開弁速度Ｖ１よりも大きい値である開弁速度Ｖ３によって開くことで、流量調整弁６の開度が所定開度となるまでの時間が長くなることを防止することができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。この実施形態は、高圧ガス供給システムの構成は第１実施形態と同じなので、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度制御が第１実施形態と異なっており、流量調整弁６の開度制御について図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ２００では、減圧弁３に設けた圧力センサ（圧力検出手段）９によって減圧弁３の圧力Ｐ２を検出する。

ステップＳ２０１では、圧力センサ９によって検出した圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上所定圧力Ｐβ２以下であるかどうか判定する。そして圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上所定圧力Ｐβ２以下である場合にはステップＳ２０２へ進み、圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２よりも低く、または所定圧力Ｐβ２よりも高い場合には、ステップＳ２０３へ進む。所定圧力Ｐα２、Ｐβ２は予め設定された圧力であり、所定圧力Ｐα２以上所定圧力Ｐβ２以下である場合には、減圧弁３の圧力が比較的安定しており、ガスタンク１から燃料電池１２へ供給する水素の流量を増加しても、減圧弁３における圧力変動が所定変動よりも小さく、自励振動は小さくなる。

ステップＳ２０２では、減圧弁３内の圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上所定圧力β２以下であるので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１’で所定開度まで開く。開弁速度Ｖ１’は、減圧弁３による異音の発生が小さく、ダイアフラム２２、３１を劣化させない開弁速度である。

ステップＳ２０３では、減圧弁３内の圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２よりも低い、もしくは所定圧力Ｐβ２よりも高いので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１’よりも遅い開弁速度Ｖ２’によって開く。減圧弁３の圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２よりも低い、もしくは所定圧力Ｐβ２よりも高い状態で、ガスタンク１から燃料電池１２へ供給する水素の流量を急激に増加した場合には、減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動が大きくなり、ガイド２５ｂ、３４ｂの突起部２５ｃ、３４ｃがハウジング２７、３６に当接して減圧弁３での異音の発生が大きくなり、またダイアフラム２２、３１の劣化が生じる可能性がある。ステップＳ２０３では、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２’で開くことで、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

ステップＳ２０４では、所定時間Ｔ１経過後に圧力センサ９によって減圧弁３の圧力Ｐ２を検出する。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で検出した圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上、所定圧力Ｐβ２以下であるかどうか判定する。そして、圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上、所定圧力Ｐβ２以下となると、ステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０４とステップＳ２０５において、所定時間Ｔ１経過後に圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上所定圧力Ｐβ２以下となると、減圧弁３の圧力Ｐ２が安定していると判定する。

ステップＳ２０６では、減圧弁３の圧力Ｐ２が安定したので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ３’で開く。開弁速度Ｖ３’は、開弁速度Ｖ１’よりも大きい速度であり、これによって、アイドルストップが終了してから、減圧弁３の圧力Ｐ２が安定するまで、流量調整弁６の開弁速度を遅くした場合でも、流量調整弁６の開度が所定開度となるまでの時間が長くなることを抑制することができる。

この実施形態の車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度、および圧力センサ１０によって検出する圧力の変化について、図６のタイムチャートを用いて説明する。

アイドルストップ中は、燃料電池１２が必要となる出力を発電可能なように、ガス供給路２に流れる水素の流量が流量調整弁６によって制御される。

時間ｔ０において、アイドルストップが終了すると、燃料電池１２で必要となる水素が多くなり、ガス供給路２を流れる水素の流量が大きくなる。このとき圧力センサ９によって検出した圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２よりも高く、減圧弁３の圧力が安定していない場合には、流量調整弁６を比較的遅い開弁速度Ｖ２’で開くことで、減圧弁３によって生じる異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

所定時間Ｔ１経過後、時間ｔ１において、圧力Ｐ２が所定圧力Ｐα２以上所定圧力Ｐβ２以下となった場合には、圧力Ｐ２が安定していると判定して、流量調整弁６を開弁速度Ｖ３’で開く。これにより、流量調整弁６が所定開度まで開く時間が長くなることを防止することができる。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

第１の減圧弁２０と第２の減圧弁２１との間に設けた圧力センサ９によって流量調整弁６の開弁速度を制御するので、ガス供給路２の圧力変動によって発生する減圧弁３の異音をより抑制することができ、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

本発明の第３実施形態について説明する。この実施形態は、高圧ガス供給システムの構成は第１実施形態と同じなので、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度制御が第１実施形態と異なっており、流量調整弁６の開度制御について図７のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ３００では、圧力センサ８によって流量調整弁６の直上流の圧力Ｐ３を検出し、圧力センサ１０によって流量調整弁６の直下流側の圧力Ｐ４を検出する。

ステップＳ３０１では、圧力Ｐ３と圧力Ｐ４との差圧（圧力差）ΔＰを算出する。なお、差圧ΔＰは絶対値である。

ステップＳ３０２では、差圧ΔＰが所定差圧（所定圧力差）ΔＰ１よりも小さいかどうか判定する。そして、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さい場合には、ステップＳ３０３へ進み、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも大きい場合には、ステップＳ３０４へ進む。所定差圧ΔＰ１は、予め設定された差圧であり、流量調整弁６の上流と下流との差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さい場合には、ガスタンク１から燃料電池１２へ供給する水素の流量を増加しても、減圧弁３における圧力変動が小さく、自励振動は小さくなる。

ステップＳ３０３では、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さいので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１’’によって所定開度まで開く。開弁速度Ｖ１’’は、減圧弁３による異音の発生が小さく、ダイアフラム２２、３１を劣化させない開弁速度である。

ステップＳ３０４では、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも大きいので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１’’よりも遅い開弁速度Ｖ２’’によって開く。流量調整弁６の上流と下流との差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも大きい場合には、ガスタンク１から燃料電池１２へ流れる水素量が急激に増加すると、減圧弁３における異音が大きくなり、ダイアフラム２２、３１に劣化が生じる可能性がある。ステップＳ３０４では、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２’’で開くことで、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

ステップＳ３０５では、所定時間Ｔ２経過後に圧力センサ８によって流量調整弁６の直上流の圧力Ｐ３を検出し、圧力センサ１０によって流量調整弁６の直下流側の圧力Ｐ４を検出する。

ステップＳ３０６では、ステップＳ３０５によって検出した圧力Ｐ３と圧力Ｐ４との差圧ΔＰを算出する。なお、差圧ΔＰは絶対値である。

ステップＳ３０７では、ステップＳ３０６によって算出した差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さいかどうか判定する。そして、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さくなると、ステップＳ３０８へ進む。

ステップＳ３０８では、流量調整弁６の開度を段階的に開く。これにより、水素流量の急激な増加を防止し、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。流量調整弁６の開度は例えば矩形的に開く。流量調整弁６の開度を段階的に開く場合には、時間あたりに流量調整弁６の開度を開いていく回数を多くすることが望ましい。これによって、減圧弁３の異音の発生をより抑制することができる。

この実施形態の車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度、および流量調整弁６の上流と下流と圧力差の変化について、図８のタイムチャートを用いて説明する。

アイドルストップ中は、燃料電池１２が必要となる出力を発電可能なように、ガス供給路２に流れる水素の流量が流量調整弁６によって制御される。

時間ｔ０において、アイドルストップが終了すると、燃料電池１２で必要となる水素が多くなり、ガス供給路２を流れる水素の流量が大きくなる。このとき流量調整弁６の上流と下流との水素の圧力が所定差圧ΔＰ１よりも大きい場合には、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２’’で開くことで、減圧弁３によって生じる異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

所定時間Ｔ２経過後、時間ｔ１において、差圧ΔＰが所定差圧ΔＰ１よりも小さくなると、流量調整弁６の開度を段階的に開いていく。これによって、差圧ΔＰは徐々に小さくなる。減圧弁３の急激な圧力変動を防止し、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

なお、この実施形態では流量調整弁６の上流と下流との圧力差ΔＰに基づいて流量調整弁６の開度を制御したが、圧力差ΔＰの時間変化率を算出し、時間変化率に基づいて流量調整弁６の開度を制御しても良い。

本発明の第３実施形態の効果について説明する。

この実施形態では、流量調整弁６の上流と下流との圧力差ΔＰを算出し、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰ１よりも大きい場合には、流量調整弁６を開弁速度Ｖ２’’で開き、圧力差ΔＰが所定圧力差ΔＰ１よりも小さくなると、流量調整弁６の開度を段階的に開く。ガス供給路２の圧力変動によって発生する減圧弁３の異音を抑制することができ、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

次に本発明の第４実施形態について説明する。この実施形態は、高圧ガス供給システムの構成は第１実施形態と同じなので、ここでの説明は省略する。

この実施形態は、車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度制御が第１実施形態と異なっており、流量調整弁６の開度制御について図９のフローチャートを用いて説明する。

例えばアクセルペダルが踏み込まれた場合など、アイドルストップが終了すると、ステップＳ４００では、圧力センサ１０によって流量調整弁６の下流側の圧力Ｐ１を検出する。

ステップＳ４０１では、圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高いかどうか、判定する。そして、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも高い場合には、ステップＳ４０２へ進み、圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低い場合には、ステップＳ４０３へ進む。

ステップＳ４０２では、ガス供給路２の圧力Ｐ１、つまり減圧弁３の圧力が比較的高いので、ガスタンク１から水素を多く流した場合でも、減圧弁３のダイアフラム２２、３１の自励振動が小さく、減圧弁３の異音の発生が小さいので、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１で所定開度まで開く。

ステップＳ４０３では、遮断弁５を閉じる。

ステップＳ４０４では、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１で開く。

ステップＳ４０５では、所定時間Ｔ３経過後、圧力センサ１０によって圧力Ｐ１を検出し、時間あたりの圧力変化量ｄＰ／ｄｔを算出する。

ステップＳ４０６では、変化量ｄＰ／ｄｔが所定変化量γよりも小さくなると、ステップＳ４０７へ進む。所定変化量γは、予め実験などによって設定された変化量であり、遮断弁５を開いた場合に、ガス供給路２内の圧力が比較的安定し、減圧弁３による異音を発生が小さく、ダイアフラム２２、３１が劣化しない変化量である。

ステップＳ４０７は、遮断弁５を開く。遮断弁５を閉じた状態から開く場合に、遮断弁５は、例えばパイロット弁を開いて、主弁の上流と下流との圧力を均圧した後に、主弁を開く。このように遮断弁５を開く場合には、遮断弁５の上流と下流との圧力差は比較的小さくなる。そのため、アイドルストップが終了し、流量調整弁６の開度を大きくし、ガス供給路２を流れる水素の流量を多くする場合に、一旦遮断弁５を閉じてから再び遮断弁５を開くことで、ガス供給路２の圧力変動を小さくすることができる。

次に車両のアイドルストップ終了後における流量調整弁６の開度、および圧力センサ１０によって検出する圧力の変化について、図１０のタイムチャートを用いて説明する。

アイドルストップ中は、燃料電池１２が必要となる出力を発電可能なように、ガス供給路２に流れる水素の流量が流量調整弁６によって制御される。

時間ｔ０において、アイドルストップが終了し、圧力センサ１０によって検出した圧力Ｐ１が所定圧力Ｐα１よりも低い場合には、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１で開く。また、遮断弁５を閉じる。

時間ｔ１において、圧力変化量ｄＰ／ｄｔが所定変化量γよりも小さくなると、遮断弁５を開く。これによって、ガス供給路２の圧力にかかわらず、流量調整弁６を開弁速度Ｖ１として開いた場合でも、ガス供給路２における圧力変動を小さくすることができ、減圧弁３の急激な圧力変動を防止し、減圧弁３における異音の発生を抑制し、ダイアフラム２２、３１の劣化を抑制することができる。

この実施形態では、遮断弁５を一度閉じたが、遮断弁５を複数回閉じても良い。

本発明の第４実施形態の効果について説明する。

アイドルストップが終了した場合に、遮断弁５を一旦閉じて、その後開くことで、流量調整弁６の開弁速度をガス供給路２の圧力にかかわらず、一定の開弁速度Ｖ１で開くことができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態のガス供給システムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態の減圧弁の概略構成図である。 本発明の第１実施形態の流量調整弁の開度を制御するフローチャートである。 本発明の第１実施形態の流量調整弁の開度と、ガス供給路の圧力の変化を示すタイムチャートである。 本発明の第２実施形態の流量調整弁の開度を制御するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の流量調整弁の開度と、ガス供給路の圧力の変化を示すタイムチャートである。 本発明の第３実施形態の流量調整弁の開度を制御するフローチャートである。 本発明の第３実施形態の流量調整弁の開度と、ガス供給路の圧力差の変化と、を示すタイムチャートである。 本発明の第４実施形態の流量調整弁の開度を制御するフローチャートである。 本発明の第４実施形態の流量調整弁の開度と、遮断弁の開閉状態と、ガス供給路の圧力の変化と、を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ ガスタンク
２ ガス供給路
３ 減圧弁
６ 流量調整弁
７〜１０ 圧力センサ（圧力検出手段）
１１ コントローラ（制御手段）
１２ 燃料電池（ガス消費手段）

Claims (6)

1. 高圧のガスを貯蔵するガスタンクと、
   前記ガスを消費するガス消費手段と、
   前記ガスタンクと前記ガス消費手段とを連通するガス供給路と、
   前記ガス供給路に設けられ、前記ガスの圧力に応動するダイアフラムを有し前記高圧のガスの圧力を減圧する減圧弁と、
   前記ガス供給路の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記ガス供給路のガス流量を制御する流量調整弁と、
   前記ガス消費手段へ前記ガスを供給する際に、前記ガス供給路の圧力変動が所定変動よりも小さくなるように、前記流量調整弁の開度速度を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするガス供給システム。
2. 前記圧力検出手段は、前記ガスの流れ方向に対して、前記流量調整弁よりも下流側の圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。
3. 前記制御手段は、前記ガス消費手段へ前記ガスを供給する際に、前記圧力が所定圧力よりも低い場合には、前記流量調整弁の開弁速度を第１の開弁速度とし、
   前記流量調整弁の開弁速度を第１の開弁速度とした後に、前記圧力が前記所定圧力よりも高くなった場合に、前記流量調整弁の前記開弁速度を前記第１の開弁速度よりも大きい第２の開弁速度とすることを特徴とする請求項２に記載のガス供給システム。
4. 前記減圧弁は、
   前記高圧のガスを減圧する第１の減圧弁と、
   前記第１の減圧弁によって減圧したガスをさらに減圧する第２の減圧弁と、を備え、
   前記圧力検出手段は、前記第１の減圧弁と前記第２の減圧弁との間の圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。
5. 前記圧力検出手段は、
   前記流量調整弁の上流側の圧力を検出する第１の圧力検出手段と、
   前記流量調整弁の下流側の圧力を検出する第２の圧力検出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記ガス消費手段へ前記ガスを供給する際に、前記第１の圧力検出手段によって検出した圧力と、前記第２の圧力検出手段によって検出した圧力と、の差圧の絶対値が所定圧力差よりも大きい場合には、前記流量調整弁の開弁速度を第３の開弁速度とし、
   前記流量調整弁の開弁速度を前記第３の開弁速度とした後に、前記差圧の絶対値が前記所定圧力差よりも小さくなった場合に、前記流量調整弁の開弁速度を前記第３の開弁速度よりも大きい第４の開弁速度とすることを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。
6. 前記ガス供給路の前記ガスの流れを遮断する遮断弁を備え、
   前記制御手段は、前記ガス消費手段へ前記ガスを供給する際に、前記遮断弁を閉じた後に、前記ガス供給路の圧力の時間あたりの変化率が所定値よりも小さくなると、前記遮断弁を開くことを特徴とする請求項１に記載のガス供給システム。

Images