JP2010255746A - Gas supply system - Google Patents

Gas supply system Download PDF

Info

Publication number
JP2010255746A
JP2010255746A JP2009106480A JP2009106480A JP2010255746A JP 2010255746 A JP2010255746 A JP 2010255746A JP 2009106480 A JP2009106480 A JP 2009106480A JP 2009106480 A JP2009106480 A JP 2009106480A JP 2010255746 A JP2010255746 A JP 2010255746A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gas
valve
gas supply
supply system
shut
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
Application number
JP2009106480A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruhiro Uchimura
治弘 内村
Yoshiaki Naganuma
良明 長沼
Takuboku Tezuka
卓睦 手塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2009106480A priority Critical patent/JP2010255746A/en
Publication of JP2010255746A publication Critical patent/JP2010255746A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/32Hydrogen storage
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas supply system that reduces the time from the start of start-up to the actual start of operation. <P>SOLUTION: A fuel cell system 1 includes: a hydrogen supply source 21; a hydrogen supply passage 22 for supplying gas from the gas supply source 21 to a fuel cell 2; an injector 28 that adjusts a gas state on the upstream side of the hydrogen supply passage 22 so as to supply gas to the downstream side; an electromagnetic shut-off valve 26 provided between the hydrogen supply source 21 and the injector 28 so as to open/close the hydrogen supply passage 22; and a control part 5 for controlling the drive of the injector 28. The control part 5 starts the drive of the injector 28 after detecting the opening of the shut-off valve 26 on the basis of changes in current supplied to the shut-off valve 26. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガス消費部へガスを供給するガス供給システムに関する。   The present invention relates to a gas supply system that supplies gas to a gas consumption unit.

従来より、例えば電気化学反応により発電を行う燃料電池に反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)を供給するガス供給システムが提案され、実用化されている。かかるガス供給システムには、高圧の燃料ガスを貯留する燃料供給源と、燃料供給源からの燃料ガスの供給状態を制御するための開閉弁であるインジェクタと、が設けられている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, for example, a gas supply system for supplying a reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) to a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction has been proposed and put into practical use. Such a gas supply system is provided with a fuel supply source that stores high-pressure fuel gas, and an injector that is an on-off valve for controlling the supply state of the fuel gas from the fuel supply source (for example, a patent) Reference 1).

特開2008−275075号公報JP 2008-275075 A

上記システムにおいては、燃料供給源とインジェクタとの間に、上流側から遮断弁及びレギュレータが設けられ、遮断弁が開き、レギュレータによってガスの圧力が調整されてからインジェクタの駆動を伴う運転の起動を開始している。   In the above system, a shut-off valve and a regulator are provided from the upstream side between the fuel supply source and the injector, the shut-off valve is opened, and after the pressure of the gas is adjusted by the regulator, the operation with the drive of the injector is started. Has started.

ところで、燃料供給源は高圧であるため、遮断弁としては、パイロット弁部と主弁部とを備え、上下流での圧力差が大きい場合でも主弁部を無理なく開くことが可能なパイロット式電磁弁が用いられることがある。この遮断弁では、まずパイロット弁部が開くことにより上下流での圧力差がある程度低減すると、主弁部が開く。   By the way, since the fuel supply source is high-pressure, the shut-off valve has a pilot valve part and a main valve part, and can be opened without difficulty even when the pressure difference between the upstream and downstream is large A solenoid valve may be used. In this shut-off valve, when the pilot valve portion is first opened and the pressure difference between the upstream and downstream is reduced to some extent, the main valve portion is opened.

したがって、このような遮断弁では、燃料供給源への燃料ガスの充填直後の起動時あるいは燃料消費が多くなる低温起動時のように、上下流での圧力差が大きくなる場合には、この圧力差が所定値まで低減するまでの時間、すなわち、主弁部が開くまでの時間が他の場合よりも相対的に多くかかることとなる。   Therefore, in such a shut-off valve, when the pressure difference between the upstream and downstream becomes large, such as at the start immediately after filling the fuel gas into the fuel supply source or at the low temperature start in which the fuel consumption increases, this pressure The time until the difference is reduced to a predetermined value, that is, the time until the main valve portion is opened is relatively longer than in other cases.

しかしながら、このような遮断弁を備えたシステムでは、遮断弁の主弁部が開くタイミングを、下流側の圧力に関わらず、前述のように主弁部が開くまでの最長時間に安全面を考慮した時間を加算した時間を開弁時間として設定している。このため、本来であれば、もっと短時間で運転を開始することのできる通常起動時においても、起動開始から実際に運転が開始されるまでの起動時間が無駄に長くなってしまうという課題がある。   However, in a system equipped with such a shut-off valve, the safety timing is taken into consideration when the main valve part of the shut-off valve opens, regardless of the downstream pressure, in the longest time until the main valve part opens as described above. The time obtained by adding the measured time is set as the valve opening time. For this reason, there is a problem that the startup time from the start of the start to the actual start of the operation is unnecessarily long even at the normal start that can start the operation in a shorter time. .

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、起動開始から実際に運転を開始するまでの時間を短縮することが可能なガス供給システムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas supply system capable of shortening the time from the start of startup to the actual start of operation.

上記目的を達成するために、本発明のガス供給システムは、ガス供給源と、前記ガス供給源からガス消費部へとガスを供給するためのガス供給流路と、前記ガス供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記ガス供給源と前記開閉弁との間に設けられて前記ガス供給流路を開閉する電磁式の遮断弁と、前記開閉弁の駆動を制御する制御部とを備えるガス供給システムにおいて、
前記制御部は、前記遮断弁へ供給される電流の変化に基づいて前記遮断弁の開弁を検出した後に前記開閉弁の駆動を開始させるものである。
In order to achieve the above object, a gas supply system of the present invention includes a gas supply source, a gas supply channel for supplying gas from the gas supply source to a gas consumption unit, and an upstream of the gas supply channel. An on-off valve that adjusts the gas state on the side and supplies it to the downstream side, an electromagnetic shut-off valve that is provided between the gas supply source and the on-off valve and opens and closes the gas supply flow path, and the on-off valve In a gas supply system comprising a control unit for controlling the driving of
The controller starts driving the on-off valve after detecting the opening of the shut-off valve based on a change in current supplied to the shut-off valve.

かかる構成のガス供給システムによれば、遮断弁が駆動するとコイルインダクタンスが変化して磁界が変化し、遮断弁に電流変化が生じる。そして、制御部は、この遮断弁の電流変化に基づいて遮断弁が実際に開弁したことを検出し、その後、開閉弁の駆動を開始させる。
このように、制御部が電流変化から遮断弁の実際の開弁を検出してから開閉弁の駆動を開始させるので、遮断弁が開弁する最長時間を基準とした開弁時間を予め設定し、一律に開弁時間の経過後に開閉弁を駆動させる場合と比較し、起動時の条件に応じて無駄な遅延時間を設けることなく短時間で開閉弁の駆動を開始させることができる。
According to the gas supply system having such a configuration, when the shut-off valve is driven, the coil inductance is changed, the magnetic field is changed, and a current is changed in the shut-off valve. And a control part detects that the cutoff valve actually opened based on the electric current change of this cutoff valve, and starts the drive of an on-off valve after that.
As described above, since the control unit detects the actual opening of the shut-off valve from the current change and starts to drive the on-off valve, the valve opening time based on the longest time for the shut-off valve to open is set in advance. Compared with the case where the on-off valve is driven after the valve opening time has elapsed uniformly, the on-off valve driving can be started in a short time without providing a useless delay time according to the start-up conditions.

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記遮断弁は、パイロット弁部の開弁後、上下流の差圧が所定値となった際に主弁部を開弁するパイロット式電磁弁であっても良い。   In the gas supply system of the present invention, the shut-off valve is a pilot-type solenoid valve that opens the main valve portion when the upstream / downstream differential pressure reaches a predetermined value after the pilot valve portion is opened. Also good.

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧力を調整するインジェクタであっても良い。   In the gas supply system of the present invention, the on-off valve may be an injector that adjusts a gas flow rate or a gas pressure by driving the valve body with an electromagnetic driving force at a predetermined driving cycle and separating the valve body from the valve seat. good.

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記ガス供給源としての水素タンクを備え、前記ガス消費部としての燃料電池へと燃料ガスを供給するものであっても良い。   In the gas supply system of the present invention, a hydrogen tank as the gas supply source may be provided, and fuel gas may be supplied to a fuel cell as the gas consuming unit.

また、本発明のガス供給システムにおいて、前記ガス供給源としての天然ガスタンクを備え、前記ガス消費部としての内燃機関へと天然ガスを供給するものであっても良い。   In the gas supply system of the present invention, a natural gas tank as the gas supply source may be provided, and natural gas may be supplied to an internal combustion engine as the gas consuming unit.

本発明のガス供給システムによれば、起動開始から実際に運転を開始するまでの時間を短縮することができる。   According to the gas supply system of the present invention, it is possible to shorten the time from the start to the start of actual operation.

本発明の実施形態に係るガス供給システム(燃料電池システム)の構成図である。1 is a configuration diagram of a gas supply system (fuel cell system) according to an embodiment of the present invention. 遮断弁の下流側の圧力と遮断弁の電流値との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between the pressure of the downstream of a cutoff valve, and the electric current value of a cutoff valve.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るガス供給システムについて説明する。本実施形態においては、ガス供給システムの例として、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池が搭載された燃料電池車両に適用される燃料電池システム1を挙げて説明することとする。   Hereinafter, a gas supply system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, as an example of a gas supply system, a fuel cell system 1 applied to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas will be described. And

まず、本実施形態に係る燃料電池システム1の構成について説明する。
本実施形態に係る燃料電池システム1は、燃料電池2と、燃料電池2に酸化ガス(空気)を供給するための酸素ガス配管系3と、燃料電池2に燃料ガス(水素ガス)を供給するための燃料ガス配管系4と、システム全体を統括制御する制御部5と、を備えている。
First, the configuration of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described.
A fuel cell system 1 according to this embodiment supplies a fuel cell 2, an oxygen gas piping system 3 for supplying an oxidizing gas (air) to the fuel cell 2, and a fuel gas (hydrogen gas) to the fuel cell 2. A fuel gas piping system 4 and a control unit 5 that performs overall control of the entire system.

燃料電池2は、本発明におけるガス消費部に相当するものであり、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単電池を積層したスタック構造を備えている。燃料電池2の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。一方のセパレータの燃料ガス流路に燃料ガス(水素ガス)が供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガス(空気)が供給され、このガス供給により燃料電池2は電力を発生する。   The fuel cell 2 corresponds to the gas consuming part in the present invention, and is composed of, for example, a solid polymer electrolyte type and has a stack structure in which a large number of single cells are stacked. The unit cell of the fuel cell 2 has a pair of separators having an air electrode on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, a fuel electrode on the other surface, and further sandwiching the air electrode and the fuel electrode from both sides. have. Fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel gas flow path of one separator, and oxidizing gas (air) is supplied to the oxidizing gas flow path of the other separator, and the fuel cell 2 generates electric power by this gas supply.

酸素ガス配管系3は、酸化ガスを燃料電池10に供給するための空気供給流路11と、燃料電池2から排出された酸化オフガスを外部に導くための空気排出流路12と、を備えている。空気供給流路11には、大気中の酸化ガスを取り込んで燃料電池2側へと圧送する図示していないエアコンプレッサが設けられている。   The oxygen gas piping system 3 includes an air supply passage 11 for supplying an oxidizing gas to the fuel cell 10 and an air discharge passage 12 for guiding the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 2 to the outside. Yes. The air supply passage 11 is provided with an air compressor (not shown) that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the fuel cell 2 side.

燃料ガス配管系4は、水素供給源21と、水素供給源21から燃料電池2に供給される水素ガスが流れる水素供給流路22と、燃料電池2から排出された水素オフガスを水素供給流路22の合流部A1に戻すための循環流路23と、循環流路23内の水素オフガスを水素供給流路22に圧送する水素ポンプ24と、循環流路23に分岐接続された排気排水流路25と、を有している。   The fuel gas piping system 4 includes a hydrogen supply source 21, a hydrogen supply passage 22 through which hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 21 to the fuel cell 2 flows, and a hydrogen supply passage through which the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 2 flows. 22, a circulation flow path 23 for returning to the junction A <b> 1, a hydrogen pump 24 that pumps the hydrogen off-gas in the circulation flow path 23 to the hydrogen supply flow path 22, and an exhaust drainage flow path that is branched and connected to the circulation flow path 23. 25.

水素供給源21は、本発明におけるガス供給源に相当するものであり、本実施形態においては水素ガスが充填された高圧タンク(水素タンク)を採用している。高圧タンクは、所定圧力(例えば35MPa又は70MPa)の高圧水素ガスを貯留可能に構成されている。後述する遮断弁26を開くと、水素供給源21から水素供給流路22内に水素ガスが放出される。水素ガスは、レギュレータ27やインジェクタ28により最終的に例えば200kPa程度まで減圧されて、燃料電池2に供給される。   The hydrogen supply source 21 corresponds to the gas supply source in the present invention, and a high-pressure tank (hydrogen tank) filled with hydrogen gas is employed in the present embodiment. The high-pressure tank is configured to store high-pressure hydrogen gas at a predetermined pressure (for example, 35 MPa or 70 MPa). When a shut-off valve 26 described later is opened, hydrogen gas is released from the hydrogen supply source 21 into the hydrogen supply flow path 22. The hydrogen gas is finally depressurized to about 200 kPa, for example, by the regulator 27 and the injector 28 and supplied to the fuel cell 2.

水素供給源21には、内部のガス圧を検出する圧力センサ21aが設けられている。圧力センサ21aで検出されたタンク内のガス圧に係る情報は、インジェクタ28の開閉制御に用いられる。なお、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から水素供給源21を構成してもよい。また、水素吸蔵合金により水素供給源21を構成してもよい。   The hydrogen supply source 21 is provided with a pressure sensor 21a that detects an internal gas pressure. Information on the gas pressure in the tank detected by the pressure sensor 21 a is used for opening / closing control of the injector 28. The hydrogen supply source 21 is composed of a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state. May be. Moreover, you may comprise the hydrogen supply source 21 with a hydrogen storage alloy.

水素供給流路22は、本発明におけるガス供給流路に相当するものである。水素供給流路22には、水素供給源21からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁26と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ27と、インジェクタ28と、が設けられている。インジェクタ28の上流側には、水素供給源21から放出される水素ガスの圧力及び温度を検出する一次側の圧力センサ41及び温度センサ42が設けられている。   The hydrogen supply channel 22 corresponds to the gas supply channel in the present invention. The hydrogen supply flow path 22 is provided with a shutoff valve 26 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen supply source 21, a regulator 27 that adjusts the pressure of the hydrogen gas, and an injector 28. A primary pressure sensor 41 and a temperature sensor 42 for detecting the pressure and temperature of the hydrogen gas released from the hydrogen supply source 21 are provided on the upstream side of the injector 28.

また、インジェクタ28の下流側であって水素供給流路22と循環流路23との合流部A1の上流側には、二次側の圧力センサ43が設けられている。温度センサ42や圧力センサ43等で検出された水素ガスのガス状態(温度、圧力)に係る情報は、インジェクタ28の開閉制御に用いられる。   A secondary pressure sensor 43 is provided on the downstream side of the injector 28 and on the upstream side of the junction A1 between the hydrogen supply channel 22 and the circulation channel 23. Information on the gas state (temperature, pressure) of the hydrogen gas detected by the temperature sensor 42, the pressure sensor 43, etc. is used for opening / closing control of the injector 28.

遮断弁26は、高圧タンクに対応して設けられており、水素供給源21として高圧タンクが複数設けられている場合には、遮断弁26はその各々に対応して設けられる。なお、遮断弁26を高圧タンクと一体に設けた構成としてもよい。例えば、遮断弁26としてインタンク式の電磁開閉弁を採用することもできる。   The shut-off valves 26 are provided corresponding to the high-pressure tanks. When a plurality of high-pressure tanks are provided as the hydrogen supply source 21, the shut-off valves 26 are provided corresponding to the respective high-pressure tanks. The shut-off valve 26 may be integrated with the high-pressure tank. For example, an in-tank electromagnetic open / close valve may be employed as the shutoff valve 26.

この遮断弁26は、パイロット弁部と主弁部とを備えたパイロット式電磁弁が用いられている。この遮断弁26は、バッテリ44に接続されており、このバッテリ44を電源として開閉駆動する。また、遮断弁26とバッテリ44との間の給電線には、電流計45が接続されており、遮断弁26へ流れる電流値が検出される。この電流計45は、制御部5に接続されており、検出した電流値が制御部5へ送信される。   The shut-off valve 26 is a pilot solenoid valve having a pilot valve portion and a main valve portion. The shutoff valve 26 is connected to a battery 44 and is driven to open and close using the battery 44 as a power source. An ammeter 45 is connected to the power supply line between the shut-off valve 26 and the battery 44, and the value of the current flowing to the shut-off valve 26 is detected. The ammeter 45 is connected to the control unit 5, and the detected current value is transmitted to the control unit 5.

遮断弁26を開くと、高圧の水素ガスが水素供給流路22内に高速で放出されて拡散する。これにより、水素供給流路22内に所定の一次圧の水素ガスが供給される。水素ガスは、拡散時の圧力低下に伴って温度が低下する。温度低下後の水素ガスのガス温度は、前記した温度センサ42により検出される。また、水素供給流路22内に放出される際の水素ガスの温度と高圧タンク内のガス圧との間には、所定の対応関係がある。このため、水素供給流路22内に放出される水素ガスのガス温度と高圧タンク内におけるガス圧との対応関係を例えばマップや関係式で表すことができる。   When the shut-off valve 26 is opened, high-pressure hydrogen gas is released into the hydrogen supply channel 22 at a high speed and diffuses. As a result, hydrogen gas having a predetermined primary pressure is supplied into the hydrogen supply flow path 22. The temperature of hydrogen gas decreases as the pressure decreases during diffusion. The gas temperature of the hydrogen gas after the temperature drop is detected by the temperature sensor 42 described above. In addition, there is a predetermined correspondence between the temperature of the hydrogen gas discharged into the hydrogen supply flow path 22 and the gas pressure in the high-pressure tank. For this reason, the correspondence between the gas temperature of the hydrogen gas released into the hydrogen supply flow path 22 and the gas pressure in the high-pressure tank can be represented by, for example, a map or a relational expression.

レギュレータ27は、その上流側圧力(一次圧)を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。本実施形態においては、一次圧を減圧する機械式の減圧弁をレギュレータ27として採用している。なお、インジェクタ28の上流側にレギュレータ27を複数配置すれば、インジェクタ28の上流側圧力を効果的に低減させることも可能である。   The regulator 27 is a device that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure. In this embodiment, a mechanical pressure reducing valve that reduces the primary pressure is employed as the regulator 27. If a plurality of regulators 27 are arranged on the upstream side of the injector 28, the upstream pressure of the injector 28 can be effectively reduced.

インジェクタ28は、弁体52を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧力を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ28は、水素供給流路22と循環流路23との合流部A1より上流側に配置されている。また、水素供給源21として複数の高圧タンクを採用する場合にも、各高圧タンクから供給される水素ガスが合流する部分よりも下流側にインジェクタ28が配置される。   The injector 28 is an electromagnetically driven on-off valve capable of adjusting the gas flow rate and the gas pressure by driving the valve body 52 directly with a predetermined driving cycle with an electromagnetic driving force and separating it from the valve seat. . The injector 28 is disposed on the upstream side of the junction A <b> 1 between the hydrogen supply channel 22 and the circulation channel 23. Also, when a plurality of high-pressure tanks are employed as the hydrogen supply source 21, the injector 28 is disposed downstream of the portion where the hydrogen gas supplied from each high-pressure tank merges.

循環流路23には、気液分離器30及び排気排水弁31を介して、排気排水流路25が接続されている。気液分離器30は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁31は、制御部5からの指令によって作動することにより、気液分離器30で回収した水分と、循環流路23内の不純物を含む水素オフガス(燃料オフガス)と、を外部に排出(パージ)するものである。また、循環流路23には、循環流路23内の水素オフガスを加圧して水素供給流路22側へ送り出す水素ポンプ24が設けられている。   An exhaust / drain channel 25 is connected to the circulation channel 23 via a gas / liquid separator 30 and an exhaust / drain valve 31. The gas-liquid separator 30 collects moisture from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 31 is operated according to a command from the control unit 5 to discharge moisture collected by the gas-liquid separator 30 and hydrogen off-gas (fuel off-gas) containing impurities in the circulation passage 23 to the outside. (Purge). Further, the circulation channel 23 is provided with a hydrogen pump 24 that pressurizes the hydrogen off-gas in the circulation channel 23 and sends it to the hydrogen supply channel 22 side.

制御部5は、図示していない車両のアクセル信号(要求負荷)等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、制御部5は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかる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等を備えるものであり、ROMに記録された各種制御プログラムをCPUが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現される。   The control unit 5 receives control information such as an accelerator signal (required load) of a vehicle (not shown) and controls the operation of various devices in the system. The control unit 5 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. .

具体的には、制御部5は、燃料電池2の運転状態及び要求発電量に基づいて、燃料電池2で消費される水素ガスの量(水素消費量)を算出するとともに、インジェクタ28の下流位置における水素ガスの目標圧力値(燃料電池2への目標ガス供給圧)を算出する。また、制御部5は、算出した目標圧力値と、二次側の圧力センサ43で検出したインジェクタ28の下流位置の検出圧力値と、の偏差に基づいてフィードバック補正流量を算出し、水素消費量とフィードバック補正流量とを加算することにより、インジェクタ28の噴射流量を算出する。   Specifically, the control unit 5 calculates the amount of hydrogen gas consumed by the fuel cell 2 (hydrogen consumption amount) based on the operating state of the fuel cell 2 and the required power generation amount, and the downstream position of the injector 28. A target pressure value of hydrogen gas at (a target gas supply pressure to the fuel cell 2) is calculated. Further, the control unit 5 calculates the feedback correction flow rate based on the deviation between the calculated target pressure value and the detected pressure value at the downstream position of the injector 28 detected by the secondary pressure sensor 43, and the hydrogen consumption amount And the feedback correction flow rate are added to calculate the injection flow rate of the injector 28.

そして、制御部5は、算出した噴射流量を実現させるための制御信号を出力することにより、インジェクタ28のガス噴射時間及びガス噴射時期を制御して、燃料電池2に供給される水素ガスの流量及び圧力を調整する。
また、制御部5は、遮断弁26の開弁タイミングを判定し、遮断弁26の開弁の検出後に、インジェクタ28の駆動を伴うシステムの運転制御を行っている。
And the control part 5 outputs the control signal for implement | achieving the calculated injection flow volume, controls the gas injection time and gas injection timing of the injector 28, and the flow volume of the hydrogen gas supplied to the fuel cell 2 And adjust the pressure.
Further, the control unit 5 determines the opening timing of the shut-off valve 26, and controls the operation of the system with the drive of the injector 28 after detecting the opening of the shut-off valve 26.

制御部5は、遮断弁26の開弁タイミングを、電流計45からの検出結果に基づいて検出する。つまり、制御部5は、バッテリ44から遮断弁26へ流れる電流の電流値に基づいて開弁タイミングを検出する。   The control unit 5 detects the opening timing of the shutoff valve 26 based on the detection result from the ammeter 45. That is, the control unit 5 detects the valve opening timing based on the current value of the current flowing from the battery 44 to the shutoff valve 26.

ここで、図2に示すものは、遮断弁26の下流側の圧力と遮断弁26の電流値との関係を示すグラフ図である。   Here, what is shown in FIG. 2 is a graph showing the relationship between the pressure on the downstream side of the shutoff valve 26 and the current value of the shutoff valve 26.

遮断弁26では、給電されると、まず、パイロット弁部が開き、この時点にて、遮断弁26の出口側の圧力が上昇する(図2中t1)。その後、遮断弁26の出口側の圧力は、徐々に上昇し、水素供給源21の内圧と遮断弁26の出口側の圧力との圧力差が所定値となると、主弁部が開き遮断弁26の下流側の圧力が再び上昇する(図2中t2)。   When power is supplied to the shutoff valve 26, first, the pilot valve portion is opened, and at this time, the pressure on the outlet side of the shutoff valve 26 increases (t1 in FIG. 2). Thereafter, the pressure on the outlet side of the shutoff valve 26 gradually increases, and when the pressure difference between the internal pressure of the hydrogen supply source 21 and the pressure on the outlet side of the shutoff valve 26 reaches a predetermined value, the main valve portion opens and the shutoff valve 26 is opened. The pressure on the downstream side increases again (t2 in FIG. 2).

上記のように駆動する遮断弁26の電流値は、まず、電磁弁26に給電されてパイロット弁部が開くと、電磁弁26のコイルインダクタンスが変化して磁界が変化するため、電流値が変動する(図2中t1)。次に、水素供給源21の内圧と遮断弁26の出口側の圧力との圧力差が所定の主弁部開設定値となり、主弁部が開くと、電磁弁26のコイルインダクタンスが変化して磁界が変化するため、電流値が再び変動する(図2中t2)。   The current value of the shut-off valve 26 driven as described above fluctuates because the coil inductance of the solenoid valve 26 changes and the magnetic field changes when the pilot valve unit is opened by supplying power to the solenoid valve 26. (T1 in FIG. 2). Next, the pressure difference between the internal pressure of the hydrogen supply source 21 and the pressure on the outlet side of the shutoff valve 26 becomes a predetermined main valve portion opening setting value. When the main valve portion opens, the coil inductance of the electromagnetic valve 26 changes and the magnetic field is changed. Changes, the current value fluctuates again (t2 in FIG. 2).

このように、パイロット式電磁弁からなる遮断弁26では、パイロット弁部の駆動時及び主弁部の駆動時に電流値が変動する。
そこで、制御部5は、電流計45からの検出結果に基づいて、遮断弁26への給電後に生じる電流値の変動を検出することにより、主弁部が開いた開弁タイミングを判定し、その後、インジェクタ28の駆動を伴うシステムの運転を開始する。
As described above, in the shutoff valve 26 composed of the pilot type electromagnetic valve, the current value fluctuates when the pilot valve portion is driven and when the main valve portion is driven.
Therefore, the control unit 5 determines the valve opening timing at which the main valve unit is opened by detecting the fluctuation of the current value that occurs after the power supply to the shutoff valve 26 based on the detection result from the ammeter 45, and thereafter The operation of the system with the drive of the injector 28 is started.

以上、説明したように、本実施形態のガス供給システムである燃料電池システム1によれば、制御部5が遮断弁26の電流変化に基づいて遮断弁26が実際に開弁したことを検出し、その後、インジェクタ28の駆動を開始させる。   As described above, according to the fuel cell system 1 that is the gas supply system of the present embodiment, the control unit 5 detects that the cutoff valve 26 has actually opened based on the current change of the cutoff valve 26. Then, the drive of the injector 28 is started.

このように、制御部5が電流変化から遮断弁26の実際の開弁を検出してからインジェクタ28の駆動を開始させるので、遮断弁26が開弁する最長時間に安全を考慮した時間を加算した開弁時間を予め設定し、一律に開弁時間の経過後にインジェクタ28を駆動させる場合と比較し、起動時の条件に応じて良好にインジェクタ28の駆動を開始させることができる。   As described above, since the control unit 5 detects the actual opening of the shutoff valve 26 from the current change and starts to drive the injector 28, the time taking safety into consideration is added to the longest time for the shutoff valve 26 to open. As compared with the case where the valve opening time is set in advance and the injector 28 is driven uniformly after the valve opening time has elapsed, the driving of the injector 28 can be favorably started according to the conditions at the time of activation.

ここで、燃料電池システム1における通常起動時では、一実施例に係る遮断弁26は、例えば0.2秒程度で開弁するが、燃料消費が多くなる低温起動時では、例えば0.8秒程度となる。
したがって、予め設定した開弁時間にて起動を行うシステムでは、通常起動時であっても起動開始から最長時間である0.8秒以降にインジェクタ28の駆動を伴う運転が開始されることとなる。
Here, at the time of normal startup in the fuel cell system 1, the shutoff valve 26 according to the embodiment opens in about 0.2 seconds, for example, but at the time of low temperature startup in which fuel consumption increases, for example, 0.8 seconds. It will be about.
Therefore, in a system that starts up at a preset valve opening time, even during normal startup, operation with driving of the injector 28 is started after 0.8 seconds, which is the longest time from the start of startup. .

これに対して、本実施形態の燃料電池システム1では、通常起動時において、起動開始から遮断弁26が実際に開弁する0.2秒以降にインジェクタ28の駆動を伴う運転が開始される。つまり、通常起動時では、起動開始から実際に運転が行われるまで0.6秒の時間を短縮させることができる。   On the other hand, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, at the time of normal startup, the operation accompanied by driving of the injector 28 is started after 0.2 seconds when the shutoff valve 26 is actually opened from the start of startup. That is, at the time of normal startup, the time of 0.6 seconds can be shortened from the start of startup to the actual operation.

なお、水素供給源21の内圧、遮断弁26の出口側の圧力及びレギュレータ27と遮断弁26の開度との間には特定の対応関係がある。したがって、制御部5は、これらの圧力の対応関係を予めマップとして記憶しておき、前述の電流値の変化に基づく開弁タイミングの判定と併せて、マップに基づいて遮断弁26の主弁部の開弁タイミングを判定しても良く、この場合、電流値の変化が小さく、開弁タイミングが把握しずらい場合でも、円滑に遮断弁26の主弁部の開弁タイミングの判定を行うことができる。   There is a specific correspondence between the internal pressure of the hydrogen supply source 21, the pressure on the outlet side of the shutoff valve 26, and the opening degree of the regulator 27 and the shutoff valve 26. Therefore, the control unit 5 stores the correspondence relationship of these pressures in advance as a map, and together with the determination of the valve opening timing based on the change in the current value described above, the main valve unit of the shutoff valve 26 based on the map. In this case, even when the change in the current value is small and the valve opening timing is difficult to grasp, the valve opening timing of the main valve portion of the shutoff valve 26 can be determined smoothly. Can do.

また、以上の実施形態においては、燃料電池車両に搭載される燃料電池システム1に本発明を適用した例を示したが、他の異なる構成を有するガス供給システムに本発明を適用することができる。例えば、圧縮天然ガス(CNG)自動車に搭載されるガス供給システム(ガス供給源としての天然ガスタンクを備え、ガス消費部としての内燃機関へと天然ガスを供給するもの)に本発明を適用することもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which applied this invention to the fuel cell system 1 mounted in a fuel cell vehicle was shown, this invention is applicable to the gas supply system which has another different structure. . For example, the present invention is applied to a gas supply system (which includes a natural gas tank as a gas supply source and supplies natural gas to an internal combustion engine as a gas consumption unit) mounted on a compressed natural gas (CNG) automobile. You can also.

また、以上の実施形態においては、燃料電池システム(ガス供給システム)を燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体(例えばロボット、船舶、航空機、電車等)に燃料電池システムを搭載することもできる。また、燃料電池システム(ガス供給システム)を、建物(例えば住宅、ビル、工場等)用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。   In the above embodiment, an example in which a fuel cell system (gas supply system) is mounted on a fuel cell vehicle has been shown. However, the present invention can be applied to various moving bodies (for example, robots, ships, airplanes, trains, etc.) other than fuel cell vehicles. A fuel cell system can also be installed. Further, the fuel cell system (gas supply system) may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for a building (for example, a house, a building, or a factory).

1…燃料電池システム(ガス供給システム)、2…燃料電池(ガス消費部)、5…制御部、21…水素供給源(ガス供給源)、22…水素供給流路(ガス供給流路)、26…遮断弁、28…インジェクタ(開閉弁)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system (gas supply system), 2 ... Fuel cell (gas consumption part), 5 ... Control part, 21 ... Hydrogen supply source (gas supply source), 22 ... Hydrogen supply flow path (gas supply flow path), 26: shut-off valve, 28 ... injector (open / close valve).

Claims (5)

ガス供給源と、前記ガス供給源からガス消費部へとガスを供給するためのガス供給流路と、前記ガス供給流路の上流側のガス状態を調整して下流側に供給する開閉弁と、前記ガス供給源と前記開閉弁との間に設けられて前記ガス供給流路を開閉する電磁式の遮断弁と、前記開閉弁の駆動を制御する制御部とを備えるガス供給システムにおいて、
前記制御部は、前記遮断弁へ供給される電流の変化に基づいて前記遮断弁の開弁を検出した後に前記開閉弁の駆動を開始させるガス供給システム。
A gas supply source, a gas supply channel for supplying gas from the gas supply source to the gas consuming unit, and an on-off valve for adjusting the gas state upstream of the gas supply channel and supplying the gas downstream A gas supply system comprising: an electromagnetic shut-off valve provided between the gas supply source and the on-off valve to open and close the gas supply flow path; and a control unit for controlling driving of the on-off valve.
The control unit is a gas supply system that starts driving the on-off valve after detecting the opening of the shut-off valve based on a change in current supplied to the shut-off valve.
請求項1に記載のガス供給システムであって、
前記遮断弁は、パイロット弁部の開弁後、上下流の差圧が所定値となった際に主弁部を開弁するパイロット式電磁弁であるガス供給システム。
The gas supply system according to claim 1,
The shutoff valve is a gas supply system that is a pilot-type solenoid valve that opens the main valve portion when the upstream / downstream differential pressure reaches a predetermined value after the pilot valve portion is opened.
請求項1または請求項2に記載のガス供給システムであって、
前記開閉弁は、弁体を電磁駆動力で所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧力を調整するインジェクタであるガス供給システム。
The gas supply system according to claim 1 or 2,
The said on-off valve is a gas supply system which is an injector which adjusts a gas flow volume and a gas pressure by driving a valve body with a predetermined drive period with an electromagnetic drive force, and separating from a valve seat.
請求項1から3のいずれか一項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源としての水素タンクを備え、前記ガス消費部としての燃料電池へと燃料ガスを供給するものであるガス供給システム。
The gas supply system according to any one of claims 1 to 3,
A gas supply system comprising a hydrogen tank as the gas supply source and supplying fuel gas to a fuel cell as the gas consuming unit.
請求項1から3のいずれか一項に記載のガス供給システムであって、
前記ガス供給源としての天然ガスタンクを備え、前記ガス消費部としての内燃機関へと天然ガスを供給するものであるガス供給システム。
The gas supply system according to any one of claims 1 to 3,
A gas supply system comprising a natural gas tank as the gas supply source and supplying natural gas to an internal combustion engine as the gas consuming unit.
JP2009106480A 2009-04-24 2009-04-24 Gas supply system Pending JP2010255746A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009106480A JP2010255746A (en) 2009-04-24 2009-04-24 Gas supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009106480A JP2010255746A (en) 2009-04-24 2009-04-24 Gas supply system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010255746A true JP2010255746A (en) 2010-11-11

Family

ID=43316885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009106480A Pending JP2010255746A (en) 2009-04-24 2009-04-24 Gas supply system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010255746A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103137990A (en) * 2011-11-28 2013-06-05 本田技研工业株式会社 Fluid supply system
WO2014104057A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 日産自動車株式会社 Pressure regulation device and fuel cell system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103137990A (en) * 2011-11-28 2013-06-05 本田技研工业株式会社 Fluid supply system
JP2013113362A (en) * 2011-11-28 2013-06-10 Honda Motor Co Ltd Fluid supply system
US8783284B2 (en) 2011-11-28 2014-07-22 Honda Motor Co., Ltd. Fluid supply system
CN103137990B (en) * 2011-11-28 2015-04-15 本田技研工业株式会社 Fluid supply system
WO2014104057A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-03 日産自動車株式会社 Pressure regulation device and fuel cell system
JP2014126198A (en) * 2012-12-27 2014-07-07 Nissan Motor Co Ltd Pressure control device and fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8071249B2 (en) Fuel cell system and mobile article
JP5120590B2 (en) Fuel cell system and injector diagnostic method
JP4883360B2 (en) Fuel cell system
JP4962777B2 (en) Gas supply system
JP4438854B2 (en) Fuel cell system
WO2007069554A1 (en) Fuel cell system mobile body
JP4359856B2 (en) Fuel cell system and moving body
JP2007165237A (en) Fuel cell system and mobile body
JP5152616B2 (en) Fuel cell system and method for stopping operation
JP5158558B2 (en) Fuel cell system
JP4655082B2 (en) Fuel cell system
JP2007280771A (en) Fuel cell system
JP5224080B2 (en) Fuel cell system and off-gas purge method
JP2009021025A (en) Fuel cell system and mobile unit
JP2010255746A (en) Gas supply system
JP2007323873A (en) Fuel cell system and its control method
JP4998695B2 (en) Fuel cell system
JP5115685B2 (en) Fuel cell system and method for stopping operation
JP5333730B2 (en) Fuel cell system
JP5045041B2 (en) Fuel cell system
JP5201308B2 (en) Fuel cell system
JP2008171623A (en) Fuel cell system
JP2008053151A (en) Fuel cell system
JP2007184170A (en) Fuel cell system and its stopping method
JP2007207743A (en) Fuel cell system