JP2019094990A - Hydrogen supply device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、水素供給装置に係り、特に燃料電池システムを搭載した車両に水素ガスを供給する水素供給装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen supply device, and more particularly to a hydrogen supply device for supplying hydrogen gas to a vehicle equipped with a fuel cell system.
近年、燃料電池システムの実用化が進められている。一般的な燃料電池システムでは、燃料電池スタック(FCスタック)に水素と酸素が供給され、これら水素と酸素がFCスタック内で化学反応を起こすことによって、電気エネルギーが生成される。また、燃料電池システムを普通自動車に搭載した燃料電池自動車(FCV)や、燃料電池システムをフォークリフト等の産業車両に搭載したものも既に実用化されている。 In recent years, commercialization of a fuel cell system has been promoted. In a general fuel cell system, hydrogen and oxygen are supplied to a fuel cell stack (FC stack), and electrical energy is generated by causing a chemical reaction between the hydrogen and oxygen in the FC stack. In addition, a fuel cell vehicle (FCV) in which a fuel cell system is mounted on an ordinary vehicle, and a fuel cell system in which an fuel cell system is mounted on an industrial vehicle such as a forklift are already in practical use.
現在、水素供給装置から車両に水素ガスを供給する際には、水素供給装置に備えられているノズルと車両のレセプタクルとを接続し、水素供給装置から車両に向けて水素ガスを供給する方式が一般的である。特許文献1には、そのような水素供給装置の一例が記載されている。 At present, when supplying hydrogen gas from a hydrogen supply device to a vehicle, a method in which a nozzle provided in the hydrogen supply device is connected to a receptacle of the vehicle and hydrogen gas is supplied from the hydrogen supply device toward the vehicle It is common. Patent Document 1 describes an example of such a hydrogen supply device.
燃料電池システムに供給される水素ガスに異物が混入していると、燃料電池システムの発電効率が悪化するため、水素ガスに異物が混入しないように注意する必要がある。また、車両内に蓄えられている水素ガスに異物が混入していることが発見された場合には、その異物が水素供給装置から供給された水素ガスに既に混入していたのか、あるいは車両内に水素ガスが蓄えられてから混入したのか等、異物の混入経路を特定する必要がある。 If foreign matter is mixed in the hydrogen gas supplied to the fuel cell system, the power generation efficiency of the fuel cell system is deteriorated, so that it is necessary to be careful not to mix foreign matter in the hydrogen gas. Also, if it is found that foreign matter is mixed in the hydrogen gas stored in the vehicle, is the foreign matter already mixed in the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply device or in the vehicle It is necessary to specify the contamination route of foreign substances, such as whether hydrogen gas is stored after being stored.
現在、未使用時の水素供給装置のノズルにキャップを被せることにより、外部から水素供給装置の内部に異物が入り込み、それが水素ガスに混入するのを防止することが行われている。しかしながら、この方法では水素供給装置を構成する部品のさび等、水素供給装置それ自体に由来する異物が水素ガスに混入するのを防止することはできない。そのため、異物の混入経路を特定するという観点からは、水素供給装置が自機から供給される水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断できることが望ましい。 At present, by covering the nozzle of the hydrogen supply device when not in use, it is performed to prevent foreign matter from entering the hydrogen supply device from the outside and mixing it with hydrogen gas. However, with this method, it is not possible to prevent foreign matter derived from the hydrogen supply device itself, such as rust of parts constituting the hydrogen supply device, from being mixed into the hydrogen gas. Therefore, from the viewpoint of specifying the contamination route of the foreign matter, it is desirable that the hydrogen supply device can self-diagnose whether the foreign matter is mixed in the hydrogen gas supplied from its own device.
この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる、水素供給装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is an object of the present invention to provide a hydrogen supply device capable of self-diagnosis as to whether or not foreign matter is mixed in hydrogen gas supplied by the machine itself. To aim.
上記の課題を解決するために、この発明に係る水素供給装置は、水素ガスを圧送する水素圧送手段と、水素圧送手段の下流に設けられる第1のバルブと、第1のバルブの下流に設けられる第2のバルブと、第2のバルブの下流に接続されると共に外気に連通する排気経路と、第1のバルブの下流かつ第2のバルブの上流に設けられるフィルタと、第1のバルブの下流からフィルタの上流までの間の水素ガスの状態変化を検出する状態検出手段と、状態検出手段によって検出される水素ガスの状態変化に基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する判定手段とを備える。 In order to solve the above problems, the hydrogen supply device according to the present invention is provided with a hydrogen pumping means for pumping hydrogen gas, a first valve provided downstream of the hydrogen pumping means, and a downstream of the first valve. Of the first valve, an exhaust passage connected downstream of the second valve and communicating with the atmosphere, a filter provided downstream of the first valve and upstream of the second valve, and Whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas based on the state detection means for detecting the state change of hydrogen gas from the downstream to the upstream of the filter and the state change of the hydrogen gas detected by the state detection means And determining means for determining.
好適には、水素圧送手段の下流に設けられる吐出部と、吐出部と接続可能な受入部と、吐出部が受入部に接続されたことを検知する接続検知手段とをさらに備え、判定手段は、吐出部が受入部に接続されたことが検知されると、状態検出手段によって検出される水素ガスの状態変化に基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する。 Preferably, the apparatus further comprises a discharge unit provided downstream of the hydrogen pumping unit, a receiving unit connectable to the discharge unit, and a connection detection unit detecting that the discharge unit is connected to the receiving unit. When it is detected that the discharge unit is connected to the receiving unit, it is determined whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas based on the change in the state of the hydrogen gas detected by the state detection unit.
状態検出手段は、第1のバルブの下流かつフィルタの上流に設けられる圧力センサであり、判定手段は、圧力センサによって検出される水素ガスの所定時間あたりの圧力減少量に基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定してもよい。 The state detection means is a pressure sensor provided downstream of the first valve and upstream of the filter, and the judgment means is based on the hydrogen gas pressure decrease amount per predetermined time detected by the pressure sensor. It may be determined whether foreign matter is mixed.
状態検出手段は、第1のバルブの下流かつ第2のバルブの上流に設けられる流量センサであり、判定手段は、流量センサによって検出される水素ガスの流量に基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定してもよい。 The state detection means is a flow rate sensor provided downstream of the first valve and upstream of the second valve, and the determination means mixes foreign matter into the hydrogen gas based on the flow rate of the hydrogen gas detected by the flow rate sensor It may be determined whether or not it is.
判定手段は、水素供給装置による水素ガスの供給が終了した後に、吐出部が受入部に接続されない場合には、エラーを報知するようにしてもよい。 The determination means may notify an error when the discharge unit is not connected to the receiving unit after the hydrogen supply by the hydrogen supply device is completed.
この発明に係る水素供給装置によれば、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる。 According to the hydrogen supply device according to the present invention, it is possible to self-diagnose whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas supplied by the self-machine.
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described based on the attached drawings.
Embodiment 1
この発明の実施の形態1に係る水素供給装置10について説明する。図1には、車両に水素ガスを供給する水素供給装置10と、当該水素供給装置10によって水素ガスを供給される車両の一例として、燃料電池システム31を搭載したフォークリフト30とが示されている。なお、以降の説明では、車両としてフォークリフトを例にとって説明するが、本願発明の適用可能な範囲はこれに限定されるものではなく、燃料電池自動車(FCV)等の他の種類の車両であってもよい。
The
水素供給装置10からフォークリフト30に水素ガスを供給する際には、水素供給装置10のホース14を経由して延びるノズル15がフォークリフト30のレセプタクル32に接続され、水素供給装置10からフォークリフト30の燃料電池システム31に水素ガスが供給される。また、この水素供給装置10では、車両への水素ガスの供給を行わない未使用時には、ユーザはノズル15をホルダ22に設けられたレセプタクル16に接続するように義務付けられている。
When hydrogen gas is supplied from the
図2には、水素供給装置10の内部構成が模式的に示されている。水素供給装置10は、水素ガスを圧縮して昇圧する圧縮機11と、昇圧された水素ガスを貯留する蓄圧器12と、蓄圧器12の下流に設けられる減圧弁13とを備えている。減圧弁13の下流には、電磁式の開閉バルブAが設けられており、バルブAの下流にはホース14が接続されている。ホース14の先端にはノズル15が取り付けられており、このノズル15は、先述したフォークリフト30のレセプタクル32に着脱可能に接続することができる(図1も併せて参照)。
The internal configuration of the
また、水素供給装置10は、ノズル15に着脱可能に接続することができるレセプタクル16を備えている。このレセプタクル16は、フォークリフト30のレセプタクル32と同型のものであるが、当該レセプタクル16にノズル15が接続されたことを検知可能なリミットスイッチ17が取り付けられている。レセプタクル16の下流には、ろ過粒度5μmの焼結フィルタ18および電磁式の開閉バルブBが設けられている。バルブBの下流は排気経路19に接続されており、排気経路19は外気に連通している。
The
また、バルブAの直下流には、圧力センサ20が設けられている。ノズル15がフォークリフト30のレセプタクル32に接続されて水素ガスの供給が行われる際には、この圧力センサ20によって検出される圧力は、ノズル15から吐出される水素ガスの圧力である。
Further, a
さらに、水素供給装置10は、マイクロコンピュータ等によって構成される制御ユニット21を備えている。制御ユニット21は、リミットスイッチ17の検知信号および圧力センサ20の検出信号を受信可能であると共に、バルブA、Bの開閉状態を制御することができる。
Furthermore, the
次に、実施の形態1に係る水素供給装置10において行われる、当該水素供給装置10から供給される水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断する処理について、図3のフローチャートを参照して説明する。なお、この自己診断処理は、ユーザによってノズル15がレセプタクル16に接続されると開始される。
Next, the process of self-diagnosis whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas supplied from the
まず、水素供給装置10の制御ユニット21は、自機のノズル15がレセプタクル16に接続されたことを示すリミットスイッチ17からの検知信号を受信すると(S301)、バルブAを開状態にすると共にバルブBを閉状態にする(S302)。この際、圧力センサ20によって検出される圧力は、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間の水素ガスの圧力である。
First, when the
次に、制御ユニット21は、圧力センサ20によって検出される圧力が所定値に達するまで待機し(S303)、圧力が所定値に達すると(S303=YES)、バルブAを閉状態にし(S304)、続いてバルブBを開状態にする(S305)。これにより、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間に存在する水素ガスは、焼結フィルタ18を通って排気経路19に向けて流れていき、外気に放出される。
Next, the
この際、水素ガスに異物が混入していない場合には、異物が焼結フィルタ18に付着することがないため、水素ガスはスムーズに排気経路19へと流れ、圧力センサ20によって検出される圧力は短時間で大気圧と等しくなる。一方、例えば圧縮機11や蓄圧器12の内部に発生するさび等、水素ガスに異物が混入している場合には、その異物が焼結フィルタ18に付着するため、排気経路19へと向かう水素ガスの流れが妨げられ、圧力センサ20によって検出される圧力が大気圧と等しくなるまでには、比較的長時間を要する。
At this time, when foreign matter is not mixed in the hydrogen gas, the foreign matter does not adhere to the
制御ユニット21は、圧力センサ20によって検出される圧力Pから、所定時間(例えば1秒)あたりの圧力減少量ΔPを算出し(S306)、これを所定値ΔPtと比較する(S307)。ここで、所定値ΔPtは、水素ガスに異物が混入していない場合における所定時間あたりの圧力減少量であり、予め実験的に決定される。
The
水素ガスに異物が混入している場合における所定時間あたりの圧力減少量は、水素ガスに異物が混入していない場合における所定時間あたりの圧力減少量ΔPtよりも小さくなる。そのため、制御ユニット21は、ΔP<ΔPtである場合(S307=YES)には、水素ガスに異物が混入していると判定し(S308)、ΔP<ΔPtでない場合(S307=NO)には、水素ガスに異物が混入していないと判定する(S309)。
The amount of pressure decrease per predetermined time when foreign matter is mixed in hydrogen gas is smaller than the amount of pressure decrease ΔPt per predetermined time when foreign matter is not mixed in hydrogen gas. Therefore, when ΔP <ΔPt (S307 = YES), the
以上説明したように、実施の形態1に係る水素供給装置10は、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間の水素ガスの圧力を検出可能な圧力センサ20を備えている。制御ユニット21は、ノズル15がレセプタクル16に接続されたことが検知されると、バルブAを開状態にすると共にバルブBを閉状態にすることによって、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間の水素ガスの圧力を所定値まで高めた後、バルブAを閉状態にし、続いてバルブBを開状態にした際に、圧力センサ20によって検出される水素ガスの所定時間あたりの圧力減少量ΔPに基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する。これにより、水素供給装置10は、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる。
As described above, the
なお、実施の形態1において焼結フィルタ18を設ける位置は、レセプタクル16の下流に限定されるものではなく、バルブAの下流かつバルブBの上流であればよい。同様に、圧力センサ20を設ける位置は、バルブAの直下流に限定されるものではなく、バルブAの下流かつ焼結フィルタ18の上流であればよい。
In the first embodiment, the position at which the
また、図4に示されるように、バルブAの下流と焼結フィルタ18の上流とを連通する経路123を予め形成しておき、レセプタクル16の下流は行き止まりにしておいてもよい。このように構成しても、水素供給装置110の制御ユニット121は、図3のフローチャートに示される処理を行うことにより、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる。なお、水素供給装置110からフォークリフト30に水素ガスを供給する際には、バルブBは閉状態にされる。
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係る水素供給装置210について説明する。なお、以降の説明において、実施の形態1と同一の部分については、その詳細な説明は省略する。
Further, as shown in FIG. 4, a passage 123 may be formed in advance, which connects the downstream of the valve A and the upstream of the
Second Embodiment
Next, a
図5に示されるように、実施の形態2に係る水素供給装置210は、焼結フィルタ18とバルブBとの間に設けられる流量センサ224を備えている。
As shown in FIG. 5, the
図6に示されるように、水素供給装置210の制御ユニット221は、自機のノズル15がレセプタクル16に接続されたことを示すリミットスイッチ17からの検知信号を受信すると(S601)、バルブAを開状態にすると共にバルブBを閉状態にし(S602)、圧力センサ20によって検出される圧力が所定値に達するまで待機する(S603)。
As shown in FIG. 6, when the
圧力センサ20によって検出される圧力が所定値に達すると(S603=YES)、制御ユニット221は、バルブAを閉状態にし(S604)、続いてバルブBを開状態にする(S605)。これにより、実施の形態1と同様に、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間に存在する水素ガスは、焼結フィルタ18を通って排気経路19に向けて流れていき、外気に放出される。
When the pressure detected by the
この際、水素ガスに異物が混入していない場合には、異物が焼結フィルタ18に付着することがないため、水素ガスはスムーズに排気経路19へと流れる。一方、水素ガスに異物が混入している場合には、その異物が焼結フィルタ18に付着するため、排気経路19へと向かう水素ガスの流れが妨げられる。
At this time, when the foreign matter is not mixed in the hydrogen gas, the foreign matter does not adhere to the
制御ユニット221は、流量センサ224によって検出される水素ガスの流量Fを取得し(S606)、これを所定値Ftと比較する(S607)。ここで、所定値Ftは、異物が混入していない場合の水素ガスの流量であり、予め実験的に決定される。
The
異物が混入している場合の水素ガスの流量は、異物が混入していない場合の流量Ftよりも小さくなる。そのため、制御ユニット221は、F<Ftである場合(S607=YES)には、水素ガスに異物が混入していると判定し(S608)、F<Ftでない場合(S607=NO)には、水素ガスに異物が混入していないと判定する(S609)。
The flow rate of hydrogen gas when foreign matter is mixed is smaller than the flow rate Ft when foreign matter is not mixed. Therefore, if F <Ft (S607 = YES), the
以上説明したように、実施の形態2に係る水素供給装置210は、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間の水素ガスの流量を検出可能な流量センサ224を備えている。制御ユニット221は、ノズル15がレセプタクル16に接続されたことが検知されると、バルブAを開状態にすると共にバルブBを閉状態にすることによって、バルブAの下流から焼結フィルタ18の上流までの間の水素ガスの圧力を所定値まで高めた後、バルブAを閉状態にし、続いてバルブBを開状態にした際に、流量センサ224によって検出される水素ガスの流量Fに基いて、水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する。これにより、水素供給装置210は、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる。
As described above, the
なお、実施の形態2において流量センサ224を設ける位置は、焼結フィルタ18とバルブBとの間に限定されるものではなく、バルブAの下流かつバルブBの上流であればよい。
In the second embodiment, the position where the
また、図7に示されるように、バルブAの下流と焼結フィルタ18の上流とを連通する経路323を予め形成しておき、レセプタクル16の下流は行き止まりにしておいてもよい。このように構成しても、水素供給装置310の制御ユニット321は、図6のフローチャートに示される処理を行うことにより、自機が供給する水素ガスに異物が混入しているか否かを自己診断することができる。なお、水素供給装置310からフォークリフト30に水素ガスを供給する際には、バルブBは閉状態にされる。
Further, as shown in FIG. 7, a
その他の実施の形態.
実施の形態1,2において、制御ユニットは、水素供給装置からフォークリフト30への水素ガスの供給が終了した後に、ユーザによってノズル15が自機のレセプタクル16に接続されない場合には、ユーザに対してエラーを報知するようにしてもよい。これにより、未使用時にノズル15から水素供給装置の内部に異物が混入するのを確実に防止することができる。
Other Embodiments
In the first and second embodiments, after the supply of hydrogen gas from the hydrogen supply device to the
10,110,210,310 水素供給装置、11 圧縮機(水素圧送手段)、12 蓄圧器(水素圧送手段)、13 減圧弁(水素圧送手段)、15 ノズル(吐出部)、16 レセプタクル(受入部)、17 リミットスイッチ(接続検知手段)、18 焼結フィルタ(フィルタ)、19 排気経路、20 圧力センサ(状態検出手段、圧力センサ)、21,121,221,321 制御ユニット(判定手段)、224 流量センサ(状態検出手段、流量センサ)、A 開閉バルブ(第1のバルブ)、B 開閉バルブ(第2のバルブ)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記水素圧送手段の下流に設けられる第1のバルブと、
前記第1のバルブの下流に設けられる第2のバルブと、
前記第2のバルブの下流に接続されると共に外気に連通する排気経路と、
前記第1のバルブの下流かつ前記第2のバルブの上流に設けられるフィルタと、
前記第1のバルブの下流から前記フィルタの上流までの間の水素ガスの状態変化を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段によって検出される前記水素ガスの状態変化に基いて、前記水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する判定手段と
を備える、水素供給装置。 Hydrogen pumping means for pumping hydrogen gas;
A first valve provided downstream of the hydrogen pumping means;
A second valve provided downstream of the first valve;
An exhaust passage connected downstream of the second valve and communicating with the outside air;
A filter provided downstream of the first valve and upstream of the second valve;
State detection means for detecting a state change of hydrogen gas from downstream of the first valve to upstream of the filter;
A hydrogen supply device comprising: determination means for determining whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas based on a change in the state of the hydrogen gas detected by the state detection means.
前記吐出部と接続可能な受入部と、
前記吐出部が前記受入部に接続されたことを検知する接続検知手段と
をさらに備え、
前記判定手段は、前記吐出部が前記受入部に接続されたことが検知されると、前記状態検出手段によって検出される前記水素ガスの状態変化に基いて、前記水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する、請求項1に記載の水素供給装置。 A discharge unit provided downstream of the hydrogen pumping means;
A receiving unit connectable to the discharge unit;
And a connection detection unit that detects that the discharge unit is connected to the receiving unit,
When the determination unit detects that the discharge unit is connected to the receiving unit, foreign matter is mixed in the hydrogen gas based on a change in the state of the hydrogen gas detected by the state detection unit. The hydrogen supply device according to claim 1, wherein it is determined whether or not it is present.
前記判定手段は、前記圧力センサによって検出される前記水素ガスの所定時間あたりの圧力減少量に基いて、前記水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する、請求項1または2に記載の水素供給装置。 The state detection means is a pressure sensor provided downstream of the first valve and upstream of the filter,
The said determination means determines whether the foreign material is mixing with the said hydrogen gas based on the pressure reduction amount per predetermined time of the said hydrogen gas detected by the said pressure sensor. Hydrogen supply equipment.
前記判定手段は、前記流量センサによって検出される前記水素ガスの流量に基いて、前記水素ガスに異物が混入しているか否かを判定する、請求項1または2に記載の水素供給装置。 The state detection means is a flow sensor provided downstream of the first valve and upstream of the second valve,
The hydrogen supply device according to claim 1, wherein the determination unit determines whether foreign matter is mixed in the hydrogen gas based on the flow rate of the hydrogen gas detected by the flow rate sensor.
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