JP2019183910A - Fuel gas filling system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃料ガス充填システムに関する。 The present disclosure relates to a fuel gas filling system.
樹脂製の高圧タンクにおいて、ライナの線膨張係数とライナを保護するCFRP層(補強層)の線膨張係数との違いによって、タンクの内部温度と内部圧力とが低い場合には、ライナとCFRP層との間に隙間が生じる場合があった。このため、タンクの内部温度と圧力が低い場合に、タンクにガスを急速に充填すると、ライナに高負荷がかかるおそれがある。従来、燃料ガス充填システムにおいて、ライナと補強層との間の隙間量を算出し、算出した隙間量に応じて、ガスの充填量を制限する技術が知られている(例えば、特許文献1)。 In a high pressure tank made of resin, if the internal temperature and internal pressure of the tank are low due to the difference between the linear expansion coefficient of the liner and the linear expansion coefficient of the CFRP layer (reinforcing layer) protecting the liner, the liner and the CFRP layer In some cases, there was a gap between the two. Therefore, if the tank is rapidly filled with gas when the internal temperature and pressure of the tank are low, the liner may be heavily loaded. 2. Description of the Related Art Conventionally, in a fuel gas filling system, a technique for calculating a gap amount between a liner and a reinforcing layer and limiting a gas filling amount according to the calculated gap amount is known (for example, Patent Document 1). .
従来の燃料ガス充填システムにおいて、ガス供給源(例えば水素ステーション)から供給されるガスが冷却されている場合には、ガスを充填した際のタンク内部の温度が低くなりやすい。タンク内部の温度が低くなることによって、例えば、ライナと補強層との間に隙間が生じ、補強層によって補強されていない状態のライナにガス充填による圧力が付与されるおそれがある。この場合には、タンクへの負担が増大するおそれがある。 In a conventional fuel gas filling system, when the gas supplied from a gas supply source (for example, a hydrogen station) is cooled, the temperature inside the tank when the gas is filled tends to be low. When the temperature inside the tank is lowered, for example, a gap is generated between the liner and the reinforcing layer, and pressure due to gas filling may be applied to the liner that is not reinforced by the reinforcing layer. In this case, the burden on the tank may increase.
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 This indication is made in order to solve the above-mentioned subject, and can be realized as the following forms.
本開示の一形態によれば、燃料ガス充填システムが提供される。この燃料ガス充填システムは、一端部が前記高圧タンクに接続され、前記高圧タンクに充填される前記ガスを流通させる充填流路と、前記充填流路の他端部に設けられ、前記ガスを前記充填流路に流入させる流入口と、前記充填流路の途中に配置され、閉弁することによって、前記充填流路に閉区間を形成する2つの開閉弁と、前記閉区間を昇温する昇温機構と、前記高圧タンクの温度を取得する温度センサと、前記取得された温度に応じて前記2つの開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記取得された温度が予め定められた基準温度未満である場合には、前記2つの開閉弁を閉弁することによって前記閉区間に前記ガスを保持させて、前記昇温機構によって前記閉区間の前記ガスを昇温し、前記閉区間内の前記ガスが前記昇温機構によって昇温された後に、前記2つの開閉弁のうち前記高圧タンク側に配置された開閉弁を開弁し、前記昇温されたガスを前記高圧タンク側に流通させる。この形態の燃料ガス充填システムにおいて、制御部は、高圧タンクの温度が予め定められた基準温度未満である場合には、閉区間にガスを保持させ、閉区間内のガスが昇温機構によって昇温された後に、昇温されたガスを高圧タンク側に流通させる。このため、昇温されていないガスが充填される場合と比べて、高圧タンク内の温度を高くできるので、充填されるガスの温度が低いことによる高圧タンクへの負担を低減できる。 According to one form of the present disclosure, a fuel gas filling system is provided. The fuel gas filling system has one end connected to the high-pressure tank, and is provided in a filling passage for circulating the gas filled in the high-pressure tank, and at the other end of the filling passage, An inlet for flowing into the filling flow path, two open / close valves that are arranged in the middle of the filling flow path and are closed to form a closed section in the filling flow path, and a rise that raises the temperature of the closed section A temperature mechanism; a temperature sensor that acquires the temperature of the high-pressure tank; and a control unit that controls the two on-off valves in accordance with the acquired temperature. When the temperature is lower than a predetermined reference temperature, the gas is held in the closed section by closing the two on-off valves, and the gas in the closed section is heated by the temperature raising mechanism. The gas in the closed section is After being heated by hot mechanism, opens the on-off valve disposed in the high-pressure tank of said two opening and closing valves, circulating the heating gas to the high-pressure tank. In this type of fuel gas filling system, when the temperature of the high-pressure tank is lower than a predetermined reference temperature, the control unit holds the gas in the closed section, and the gas in the closed section is raised by the temperature raising mechanism. After being heated, the heated gas is circulated to the high-pressure tank side. For this reason, since the temperature in a high pressure tank can be made high compared with the case where the gas which is not heated up is filled, the burden to the high pressure tank by the temperature of the gas filled low can be reduced.
本開示は、上記燃料ガス充填システム以外の種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料ガス充填方法や、上記燃料ガス充填システムを備える燃料電池システム、燃料電池車両、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備の形態で実現することができる。 The present disclosure can be realized in various forms other than the fuel gas filling system. For example, the present invention can be realized in the form of a fuel gas filling method, a fuel cell system including the fuel gas filling system, a mobile body such as a fuel cell vehicle, a ship, an airplane, or a stationary facility such as a house or a building.
A.第1実施形態
図1は、第1実施形態に係る燃料電池システム100の概略図である。燃料電池システム100は、燃料電池スタック20と、燃料ガス給排機構50と、酸化剤ガス給排機構60と、冷媒循環機構70と、制御部80と、記憶部82と、を備える。燃料電池システム100は、燃料ガス(アノードガス)と酸化剤ガス(カソードガス)との反応によって発電する。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。本実施形態において、燃料電池システム100は、燃料電池車両に搭載され、駆動用モータを駆動させる発電装置として用いられる。
A. First Embodiment FIG. 1 is a schematic view of a
燃料電池スタック20は、燃料電池単セル(図示しない)が複数積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池スタック20を構成する燃料電池単セルは、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子型の燃料電池である。燃料電池スタック20は、冷媒循環機構70によって適切な温度に調整されている。
The
冷媒循環機構70は、燃料電池スタック20に接続され、冷媒(例えば水)を流通させる冷媒循環流路71や冷媒を送り出すポンプ72を有する。酸化剤ガス給排機構60は、燃料電池スタック20に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給流路61と、酸化剤ガスを外部へと排出する酸化剤ガス排出流路62とを有する。酸化剤ガス供給流路61には、酸化剤ガスを圧送するエアコンプレッサ63が配置されている。酸化剤ガス給排機構60は、燃料電池スタック20への空気の供給、および、燃料電池スタック20からの空気の排出を行なう。
The
燃料ガス給排機構50は、燃料ガス充填流路32と、燃料ガス供給流路34と、燃料ガス循環流路36と、3つの高圧タンク202〜206と、を備える。高圧タンク202〜206は、燃料ガスを貯蔵するためのタンクであり、開閉弁である主止弁421〜423を介して燃料ガス充填流路32及び燃料ガス供給流路34に接続されている。高圧タンク202〜206は、燃料ガス供給流路34を介して、内部に貯蔵された燃料ガスを燃料電池スタック20へと供給する。
The fuel gas supply /
高圧タンク202〜206は、内側に気体を充填するための空間を有するライナと、ライナの外表面に形成されライナを補強する補強層と、を有する。ライナは、ガスバリア性を有する樹脂(例えばポリアミド6)によって形成されている。また、ライナに用いられる樹脂には、ゴムが添加されている。これにより、ゴムが添加されていない場合と比べて、ライナの弾性を向上させることが可能である。補強層は、炭素繊維に熱硬化性樹脂を含浸させた炭素繊維強化樹脂(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)を備え、耐圧性を有する。
The high-
燃料ガス充填流路32は、高圧タンク202〜206と連通する流路であり、水素ステーション等の燃料ガス充填装置から充填される燃料ガスを流通させる。燃料ガス充填流路32の一端部には高圧タンク202〜206が接続されている。燃料ガス充填流路32の他端部にはレセプタクル30が設けられている。レセプタクル30は、燃料ガス充填装置と接続され、燃料ガス充填装置から充填される燃料ガスを燃料ガス充填流路32に流入させる流入口として機能する。燃料ガス充填流路32には、レセプタクル30から充填される燃料ガスを各高圧タンク202〜206に分配するための継ぎ手310が設けられている。
The fuel
燃料ガス充填流路32のうち継ぎ手310の上流側(レセプタクル30側)には、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302とが設けられている。第1の開閉弁301は、第2の開閉弁302より上流側に設けられている。第1の開閉弁301及び第2の開閉弁302は、各開閉弁301、302の上流側と下流側(高圧タンク202〜206側)とを、連通にする開弁状態と、非連通にする閉弁状態と、のいずれか一方の状態となる弁機構である。第1の開閉弁301と第2の開閉弁302とは、燃料ガス充填流路32に閉区間322を形成する。閉区間322は、閉弁状態の第1の開閉弁301と閉弁状態の第2の開閉弁302とによって、第1の開閉弁301の上流側からの燃料ガスの流入と、第2の開閉弁302の下流側への燃料ガスの流出と、が抑制される区間である。本実施形態において、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302とは、課題を解決するための手段における「2つの開閉弁」に対応する。
A first on-off
閉区間322には、閉区間322内の燃料ガスを昇温する昇温機構324が設けられている。本実施形態では、閉区間322を形成する配管が、昇温機構324として機能する。具体的には、閉区間322を形成する昇温機構324としての配管は、燃料ガス充填流路32のうち閉区間322以外の領域を形成する配管と比べて、高い熱伝導率を有する。これにより、閉区間322内の燃料ガスの温度が外気温より低い場合には、閉区間322を形成する配管の内側と外側とにおける熱交換によって、閉区間322内の燃料ガスが昇温される。
The closed
燃料ガス供給流路34は、高圧タンク202〜206に充填された燃料ガスを燃料電池スタック20に供給するための流路である。燃料ガス供給流路34には、開閉弁432とレギュレータ44とインジェクタ45とが設けられている。また、燃料ガス供給流路34の途中には、燃料ガス循環流路36が接続されている。
The fuel
燃料ガス循環流路36は、燃料電池スタック20の内部を通過した未反応の燃料ガスを回収し、燃料電池スタック20に再度供給するための流路である。燃料ガス循環流路36の途中には、燃料ガスを循環させるための循環ポンプ46と、燃料ガスと燃料ガス中に含まれる液水とを分離するための気液分離器47と、が配置されている。燃料ガス中に含まれる液水は、燃料電池スタック20における電気化学反応によって生成される生成水である。気液分離器47によって分離された液水は、開閉弁48を開状態とすることで外部へと排出される。
The fuel
燃料ガス給排機構50には、燃料ガスの状態を取得するための各種センサが設けられている。例えば、閉区間322には、閉区間322における燃料ガスの温度を取得する第1の温度センサ91と、閉区間322内における燃料ガスの圧力を取得するための第1の圧力センサ92が設けられている。また、高圧タンク202〜206の内部には、高圧タンク202〜206内の温度である内部温度を取得するための第2の温度センサ93が設けられている。また、継ぎ手310には、継ぎ手310における燃料ガスの圧力を取得する第2の圧力センサ94が設けられている。ここで、第2の圧力センサ94が設けられた継ぎ手310と高圧タンク202〜206との間の流路には圧力を変化させる調圧弁等の構成が配置されていない。このため、第2の圧力センサ94によって取得される圧力は、高圧タンク202〜206の内圧と同程度の圧力である。なお、第2の温度センサ93は、課題を解決するための手段における「温度センサ」に対応する。
The fuel gas supply /
制御部80は、中央処理装置(CPU)を有し、各種センサ91〜94から取得した情報と記憶部82に記憶されている情報とを用いて、第1の開閉弁301及び第2の開閉弁302の動作を制御する。制御部80による第1の開閉弁301及び第2の開閉弁302の制御の詳細は、後述する。
The
記憶部82は、ROMやRAM等の記憶媒体を有する。記憶部82は、制御部80による制御を実行する際に用いられる各種プログラムや、各種センサ91〜94によって取得された情報を記憶する。
The
図2は、第1実施形態における燃料ガス充填システム400の構成を示すブロック図である。燃料ガス充填システム400は、燃料ガス供給装置500と、燃料ガス充填流路32と、高圧タンク202〜206と、を有する。燃料ガス充填システム400は、燃料電池システム100の高圧タンク202〜206に燃料ガスを充填するためのシステムである。燃料ガス供給装置500は、例えば、水素ステーションである。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel
燃料ガス供給装置500は、高圧タンクである燃料ガスの燃料ガス供給源510と、燃料電池システム100との接続部として機能するノズル502と、を備える。レセプタクル30とノズル502のそれぞれには、互いに通信可能な通信部304、530が設けられている。
The fuel
燃料ガス供給装置500から供給される燃料ガスは、レセプタクル30から燃料ガス充填流路32に流入する。燃料ガス充填流路32に流入した燃料ガスは継ぎ手310で各高圧タンク202〜206に分配されて充填される。なお、燃料ガス供給装置500から燃料電池システム100に供給される燃料ガスは、予め定められた温度(例えばSAE規格に準拠する場合には−17.5℃)以下になるように温度が調整されている。閉区間322内の燃料ガスは、昇温機構324からの受熱によって昇温可能である。
The fuel gas supplied from the fuel
制御部80は、各種センサ91〜94から取得する情報に応じて、第1の開閉弁301及び第2の開閉弁302を制御する。また、制御部80は、レセプタクル30に設けられた通信部304を介して、燃料ガス供給装置500に指示を行う。制御部80から燃料ガス供給装置500への指示は、ノズル502に設けられた通信部530によって受信される。燃料ガス供給装置500は、制御部80からの指示に応じて、燃料ガスの供給を実行する。
The
図3は、第1実施形態に係る燃料電池システム100において実行される燃料ガス充填処理を示すフローチャートである。この燃料ガス充填処理は、例えば、レセプタクル30を覆うフューエルカバー(図示しない)が外され、ノズル502がレセプタクル30に取り付けられることによって開始される。なお、本実施形態において、通信部304と、各種センサ91〜94と、制御部80とは、燃料ガス充填処理が開始される際に起動される。
FIG. 3 is a flowchart showing a fuel gas filling process executed in the
燃料ガス充填処理が開始されると、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力とを取得する(ステップS101)。内部温度は、第2の温度センサ93によって計測された温度である。圧力は、第2の圧力センサ94によって計測された圧力である。
When the fuel gas filling process is started, the
内部温度及び圧力を取得した後に、制御部80は、取得した内部温度と圧力との両方が基準値以上であるか否かを判定する(ステップS102)。具体的には、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度が予め定められた第1の温度(基準温度)以上であるか否かを判定し、高圧タンク202〜206内の圧力が予め定められた第1の圧力(基準圧力)以上であるか否かを判定する。なお、燃料電池システム100に複数の高圧タンクが用いられている場合には、最も温度の低い高圧タンクの温度を判定の代表値として用い、最も低い圧力の高圧タンクの圧力を判定の代表値として用いる。
After acquiring the internal temperature and pressure, the
基準温度と基準圧力とには、高圧タンク202〜206においてライナと補強層との間に隙間が生じ得る温度と圧力とが設定されている。高圧タンク202〜206においてライナと補強層との間に隙間が生じる温度と圧力とは、例えば、高圧タンク202〜206を構成する材質によって変化する。例えば、高圧タンク202〜206のライナの線膨張係数と補強層の線膨張係数との差が大きい場合には、隙間が生じやすいため、基準温度と基準圧力とが高くなる傾向がある。本実施形態において、高圧タンク202〜206における隙間は、高圧タンク202〜206の内部温度が基準温度未満であり、かつ、圧力がガス欠圧力の付近である場合に生じ得る。この様な、内部温度と圧力との組み合わせは、例えば、外気温−30℃未満の寒冷地の高速道路等を連続走行することによって急速に燃料ガスを消費した場合に発生しうる。
As the reference temperature and the reference pressure, a temperature and a pressure at which a gap can be formed between the liner and the reinforcing layer in the high-
また、本実施形態では、ライナを形成する樹脂に添加されたゴムのガラス転移が発生することによって、ライナの弾性が低下する。ライナの弾性が低下した場合には、弾性が低下していない場合と比べて、ライナの破損のおそれが増大する。本実施形態では、基準温度は、高圧タンク202〜206のライナのガラス転移によって生じる貯蔵弾性率の変化に応じて決定されている。具体的には、ライナの貯蔵弾性率と温度との関係を示すグラフの変曲点を実験的に求め、ライナのガラス転移に起因する変曲点における温度を基準温度として採用している。本実施形態では、基準温度と基準圧力とは、実験的に求められているが、これに限定されない。例えば、高圧タンク202〜206の各構成が有する線膨張係数を用いて、隙間が生じ得る基準温度と基準圧力とを算出してもよい。
Moreover, in this embodiment, the elasticity of a liner falls by the glass transition of the rubber | gum added to resin which forms a liner generate | occur | producing. When the elasticity of the liner is lowered, the risk of damage to the liner is increased as compared with the case where the elasticity is not lowered. In the present embodiment, the reference temperature is determined according to a change in storage elastic modulus caused by the glass transition of the liners of the high-
高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との両方が基準値以上である場合(ステップS102:Yes)には、制御部80は、通常の充填処理を行う(ステップS110)。通常の充填処理とは、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302を開弁させたまま燃料ガスを高圧タンク202〜206に充填する処理である。高圧タンク202〜206への燃料ガスの充填は、例えば、高圧タンク202〜206の内圧に応じて、予め定められた満タン量になるまで高圧タンク202〜206に燃料ガスを充填する。高圧タンク202〜206への燃料ガスの充填が完了すると、燃料ガス充填処理は終了する。本実施形態において、通信部304と、各種センサ91〜94と、制御部80とは、燃料ガス充填処理が終了された後に、フューエルカバーがレセプタクル30に装着された際に停止する。
When both the internal temperature and pressure of the high-
高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との少なくとも一方が基準値未満である場合(ステップS102:No)には、制御部80は、低流量での充填処理を行う(ステップS121〜ステップS129)。低流量での充填処理では、通常の充填処理(ステップS110)と比べて、燃料ガス供給装置500から高圧タンク202〜206へと流通する燃料ガスの流量が小さい。低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)が開始されると、まず、制御部80は、第2の開閉弁302(図2)に閉弁を指示する(ステップS121)。第2の開閉弁302が閉弁された後に、燃料ガス供給源510から燃料ガス充填流路32への燃料ガスの供給の開始を指示する(ステップS122)。第2の開閉弁302が閉弁している状態で、燃料ガス充填流路32に燃料ガスが供給されることにより、燃料ガスは燃料ガス充填流路32のうち第2の開閉弁302より上流側に一時的に貯留される。
When at least one of the internal temperature and pressure of the high-
ステップS122の処理が開始された後に、制御部80は、閉区間322に配置された第1の圧力センサ92によって取得される圧力値が予め定められた第2の圧力以上か否かを判定する(ステップS123)。ここで、予め定められた第2の圧力は、少なくともステップS123の処理が実行されている際における、高圧タンク202〜206内の圧力より大きい値である。ステップS123の処理の結果、圧力値が第2の圧力未満である場合(ステップS123:No)には、制御部80は、圧力値が第2の圧力以上になるまで、ステップS123の処理を繰り返す。ステップS123の処理の結果、圧力値が第2の圧力以上である場合(ステップS123:Yes)には、制御部80は、第1の開閉弁301に閉弁を指示するとともに、燃料ガス供給装置500による燃料ガスの供給を停止する(ステップ124)。
After the process of step S122 is started, the
第1の開閉弁301が閉弁されることによって閉区間322内への燃料ガスの流通が停止される。閉区間322内の燃料ガスは、昇温機構324によって昇温される。本実施形態において、閉区間322内の燃料ガスの温度は、昇温機構324による燃料ガス充填流路32の外部との熱交換によって昇温される。つまり、2つの開閉弁301、302が閉じた状態が維持されることで、閉区間322内の燃料ガスが昇温される。ステップS124の処理が実行された後に、制御部80は、閉区間322内の燃料ガスの温度が予め定められた第2の温度以上であるか否かを判定する(ステップS125)。ここで、予め定められた第2の温度は、少なくとも基準温度より高い温度である。
By closing the first on-off
ステップS125の処理の結果、閉区間322内の燃料ガスの温度が予め定められた第2の温度未満である場合(ステップS125:No)には、制御部80は、再びステップS125の処理を実行する。ステップS125の処理の結果、閉区間322内の温度が第2の温度以上である場合(ステップS125:Yes)には、第2の開閉弁302に開弁を指示する(ステップS126)。第2の開閉弁302が開弁されることによって、閉区間322内で昇温された燃料ガスが高圧タンク202〜206に充填される。
As a result of the process of step S125, when the temperature of the fuel gas in the
ステップS126の処理を実行した後に、第1の圧力センサ92によって取得される閉区間322の圧力が高圧タンク202〜206の内部圧力と同程度の圧力になった後に、制御部80は、第2の開閉弁302に閉弁を指示する(ステップS127)。ステップS127の処理の後に、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力が予め定められた基準値以上であるか否かの判定を行う(ステップS128)。なお、ステップS128の処理における基準値は、ステップS102の処理における基準値(基準温度及び基準圧力)と同じ値である。ステップS128の処理の結果、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との両方が基準値以上である場合(ステップS128:Yes)には、通常の充填処理(ステップS110)を実行する。
After performing the process of step S126, after the pressure in the
ステップS128の処理の結果、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との少なくとも一方が基準値未満である場合(ステップS128:No)には、制御部80は、第1の開閉弁301に開弁を指示する(ステップS129)。第1の開閉弁301が開弁した後に、制御部80は、再びステップS122の処理を実行する。
If at least one of the internal temperature and pressure of the high-
図4は、低流量での充填処理(図3のステップS121〜ステップS129)が実行される場合における第1の開閉弁301と第2の開閉弁302の開閉のタイミングを示す図である。図4では、高圧タンク202〜206の内部温度が基準温度未満である場合における、燃料ガス充填処理の様子を示している。時刻t0において、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度に応じて、第2の開閉弁302に閉弁を指示する。時刻t0から時刻t1までの期間において、第1の開閉弁301は開弁状態であるため、燃料ガス供給装置500から供給される燃料ガスは、閉区間322に充填される。時刻t1において、閉区間322の圧力が第2の圧力以上になることによって、第1の開閉弁301が閉弁される。時刻t1から時刻t2までの期間において、閉区間322内に保持された燃料ガスは、昇温機構324によって昇温される。
FIG. 4 is a diagram showing the opening / closing timings of the first on-off
時刻t2において、閉区間322内の燃料ガスの温度が第2の温度以上になることによって、第2の開閉弁302が開弁される。時刻t2から時刻t3までの期間において、閉区間322に保持されていた燃料ガスが高圧タンク202〜206に充填されることによって、閉区間322の圧力が低下する。時刻t3において、閉区間322の圧力が高圧タンク202〜206の内部圧力と同程度の圧力になることによって、第2の開閉弁302が閉弁される。時刻t3から時刻t4までの期間において、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302との両方が閉弁している。この時刻t3から時刻t4までの期間において、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度が基準温度以上であるか否かを判定する。高圧タンク202〜206の内部温度が基準温度未満である場合には、時刻t0から時刻t4までの期間において実行された処理を繰り返されることによって、高圧タンク202〜206の内部温度が昇温される。
At time t2, when the temperature of the fuel gas in the
以上説明した第1実施形態によれば、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との少なくとも一方が基準値未満である場合には、閉区間322に燃料ガスを保持させ、閉区間322内の燃料ガスを昇温機構324によって昇温させる。この場合において、制御部80は、昇温機構324によって昇温された燃料ガスを高圧タンク側に流出させる。このため、昇温されていないガスが充填される場合と比べて、高圧タンク202〜206内の温度を高くできる。これにより、充填される燃料ガスの温度が低いことによる高圧タンク202〜206への負担、例えば、ライナと補強層との間に隙間が生じることによって補強層によって補強されていない状態のライナにガス充填による圧力が付与されることによる負担、を低減できる。
According to the first embodiment described above, the
また以上説明した第1実施形態によれば、燃料ガス充填システム400は、燃料ガスを昇温させた後に高圧タンク202〜206に充填できる。このため、高圧タンク202〜206の内部温度が基準値未満である場合であっても、燃料ガス充填システム400では、燃料ガスの昇温せずに高圧タンク202〜206に充填する場合と比べて、高圧タンク202〜206の温度の上昇を促進できる。これにより、燃料ガス充填システム400では、低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)を実行した場合であっても、早期に通常の充填処理(ステップS110)に切り替えることができる。したがって、燃料ガス充填システム400は、燃料ガスの充填に要する時間が増加することを抑制できる。
Further, according to the first embodiment described above, the fuel
また以上説明した第1実施形態によれば、昇温機構324は、閉区間322内の燃料ガスの昇温するための加熱器などの電力消費源を用いていない。このため、燃料ガスを充填する際に必要となる電力を低減できる。
Further, according to the first embodiment described above, the
B.第2実施形態
第2実施形態に係る燃料ガス充填システム400は、閉区間322において昇温した燃料ガスを高圧タンク202〜206に充填する際の、第2の開閉弁302の開閉動作において第1実施形態と異なる。以下において、第2実施形態に係る燃料ガス充填システム400の構成のうち第1実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、詳細な説明を省略する。
B. Second Embodiment The fuel
図5は、第2実施形態における低流量での充填処理が実行される場合における第1の開閉弁301と第2の開閉弁302の開閉のタイミングを示す図である。第2実施形態では、時刻t2から時刻t3までの期間において、第2の開閉弁302が間欠的に開弁される。第2の開閉弁302を間欠的に開弁させることにより、第2実施形態における低流量での充填処理において、高圧タンク202〜206への燃料ガスの充填速度を低減することができる。充填速度を低減させることによって、充填時における高圧タンク202〜206の歪み速度を低減できる。歪み速度が小さい場合には、高圧タンク202〜206の破断伸び率が大きくなる。
FIG. 5 is a diagram illustrating opening and closing timings of the first on-off
以上説明した第2実施形態によれば、上記第1実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。さらに、第2実施形態によれば、第2実施形態における低流量での充填処理において、第2の開閉弁302を間欠的に開弁させるので、高圧タンク202〜206の破断(破損)のおそれを低減できる。
According to the second embodiment described above, the same effects are achieved in that the configuration is the same as that of the first embodiment. Furthermore, according to the second embodiment, in the filling process at a low flow rate in the second embodiment, the second on-off
C.第3実施形態
図6は、第3実施形態に係る燃料ガス充填システム700の構成を示すブロック図である。第3実施形態に係る燃料ガス充填システム700おいて、昇温機構724は、閉区間322に近傍に外気を流通させる外気流通機構726を有する点で、第1実施形態および第2実施形態に係る燃料ガス充填システム400と異なる。本実施形態において、外気流通機構726は、外気を取り込む為の取込口728と外気を排出するための排出口729とを有している。取込口728と排出口729との少なくとも一方には、外気の流通を補助するための送風機が設けられていてもよい。
C. Third Embodiment FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a fuel
以上説明した第3実施形態によれば、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。さらに、第3実施形態によれば、昇温機構724は、外気を用いて閉区間322を昇温する。このため、外気温が第2の温度より高い場合には、外気からの受熱によって効率的に閉区間322を昇温することが可能である。
According to 3rd Embodiment described above, there exists the same effect in the point which has the structure similar to the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment. Furthermore, according to the third embodiment, the
D.第4実施形態
図7は、第4実施形態に係る燃料ガス充填システム800の構成を示すブロック図である。第4実施形態に係る燃料ガス充填システム800おいて、昇温機構824は、閉区間322に隣接して設けられた冷媒流路826を有する点で、第1実施形態から第3実施形態に係る燃料ガス充填システム400、700と異なる。本実施形態において、冷媒流路826は、燃料電池スタック20の温度を調整するための冷媒循環機構70から延長された流路である。冷媒流路826内を流通する冷媒は、燃料電池スタック20の冷却に用いられることによって昇温されている。
D. Fourth Embodiment FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a fuel
以上説明した第4実施形態によれば、上記第1実施形態から第3実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。さらに、第4実施形態は、冷媒流路826内を流通する冷媒からの受熱によって、閉区間322を昇温できる。このため、外気温が第2の温度よりも低い場合であっても、閉区間322を昇温することができる。また、急激な燃料ガスの消費を伴う発電よって発熱した燃料電池スタック20によって昇温された冷媒を効率的に冷却することが可能である。
According to 4th Embodiment described above, there exists the same effect in the point which has the structure similar to the said 1st Embodiment to 3rd Embodiment. Further, in the fourth embodiment, the temperature of the
E.他の実施形態
E1.第1の他の実施形態
上記実施形態における燃料ガス充填処理(図3)では、低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)を実行するか否かの判断(ステップS102)に、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力との両方を用いている。しかし、ステップS102の処理は、これに限定されない。制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度と圧力とのうち内部温度のみを用いて、低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)を実行するか否かの判断をしてもよい。具体的には、例えば、第2の温度センサ93によって取得される高圧タンク202〜206の内部温度が予め定められた基準温度以上であるか否かを判定し、基準温度以上である場合には、通常の充填処理(ステップS110)を実行してもよい。また、基準温度未満である場合には、低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)を実行してもよい。この場合であっても、上記実施形態と同様に、充填される燃料ガスの温度が低いことによる高圧タンク202〜206への負担を低減できる。
E. Other embodiments E1. 1st other embodiment In the fuel gas filling process (FIG. 3) in the said embodiment, a high pressure tank is used for judgment (step S102) whether to perform the filling process (step S121-step S129) by a low flow volume. Both the internal temperature and pressure of 202-206 are used. However, the process of step S102 is not limited to this. The
E2.第2の他の実施形態
上記実施形態において、燃料ガス充填システム400、700、800では、第1の温度センサ91と第1の圧力センサ92とによって取得される、閉区間322の温度と圧力とを用いて、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302との制御を行っている。しかし、これに限定されない。例えば、第1の圧力センサ92によって取得される圧力値を用いずに、制御部80は、第1の開閉弁301と第2の開閉弁302とを制御してもよい。具体的には、図3のステップS123の処理において、制御部80は、燃料ガス充填流路32への燃料ガスの供給を実行した時間に応じて、燃料ガスの供給の停止及び第1の開閉弁301の閉弁を実行するか否かを判定してもよい。この場合には、第1の圧力センサ92は、備えられていなくてもよい。また、この場合には、図3のステップS125の処理において、制御部80は、燃料ガスの供給を停止してから経過した時間に応じて、第2の開閉弁302を開弁するか否かを判定してもよい。この場合には、第1の温度センサ91は、備えられていなくてもよい。これらの場合であっても、上記実施形態と同様に、充填される燃料ガスの温度が低いことによる高圧タンク202〜206への負担を低減できる。
E2. Second Embodiment In the above embodiment, in the fuel
E3.第3の他の実施形態
上記実施形態において、図3のステップS122の処理での燃料ガスの供給される速度は、ステップS110の処理における供給の速度より小さくてもよい。この場合には、閉区間322を構成する配管への負担を低減することができる。また、この場合であっても、上記実施形態と同様に、充填される燃料ガスの温度が低いことによる高圧タンク202〜206への負担を低減できる。
E3. Third Embodiment In the above embodiment, the supply speed of the fuel gas in the process of step S122 in FIG. 3 may be smaller than the supply speed in the process of step S110. In this case, it is possible to reduce the burden on the piping constituting the
E4.第4の他の実施形態
上記第3実施形態及び第4実施形態において、昇温機構724、824は、高圧タンク202〜206の内部温度に応じで、閉区間322内の燃料ガスの昇温速度を調整可能な構成を有していてもよい。例えば、第3実施形態における昇温機構724は、取込口728と排出口729との少なくとも一方に開度を段階的に調整可能な構成を有し、内部温度が低くなるにつれて開度を大きくしてもよい。この場合には、内部温度が低くなるにつれて、外気流通機構726内を流通する外気の量を増加させることができる。これにより、外気からの受熱による閉区間322内の燃料ガスの昇温速度を大きくできる。また、外気流通機構726に送風機が備えられている場合には、送風機の出力を調整することによって、昇温速度を調整してもよい。また例えば、第4実施形態における昇温機構824は、冷媒流路826内を流通する冷媒の量を調整することによって、昇温速度を調整してもよい。この場合には、内部温度が低くなるにつれて、冷媒流路826内を流通する冷媒の量を増加させてもよい。また、冷媒流路826内を流通する冷媒の温度に応じて、冷媒流路826内を流通する冷媒の量を調整してもよい。この場合には、冷媒の温度が低くなるにつれて、冷媒流路826内を流通する冷媒の量を増加させてもよい。
E4. 4th other embodiment In the said 3rd Embodiment and 4th Embodiment, the temperature rising mechanism 724,824 is the temperature rising rate of the fuel gas in the
E5.第5の他の実施形態
上記実施形態において、第2の開閉弁302は、開度を調整可能な弁機構であってもよい。この場合において、低流量での充填処理(ステップS121〜ステップS129)を実行する際には、通常の充填処理(ステップS110)を実行する際と比べて、第2の開閉弁302の開度が小さくされていてもよい。これにより、低流量での充填処理において、燃料ガスを充填する際の高圧タンク202〜206への負荷をより低減できる。さらに、第2の開閉弁302の開度は、高圧タンク202〜206の内部温度に応じて調整されていてもよい。この場合には、低流量での充填処理において、制御部80は、高圧タンク202〜206の内部温度が高くなるにつれて第2の開閉弁302の開度が大きくなるように第2の開閉弁302を制御してもよい。
E5. 5th other embodiment In the said embodiment, the 2nd on-off
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized with various configurations without departing from the spirit of the present disclosure. For example, the technical features in the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary section of the invention are intended to solve part or all of the above-described problems, or one of the above-described effects. In order to achieve part or all, replacement or combination can be appropriately performed. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
20…燃料電池スタック
30…レセプタクル
32…燃料ガス充填流路
34…燃料ガス供給流路
36…燃料ガス循環流路
44…レギュレータ
45…インジェクタ
46…循環ポンプ
47…気液分離器
48…開閉弁
50…燃料ガス給排機構
60…酸化剤ガス給排機構
61…酸化剤ガス供給流路
62…酸化剤ガス排出流路
63…エアコンプレッサ
70…冷媒循環機構
71…冷媒循環流路
72…ポンプ
80…制御部
82…記憶部
91…第1の温度センサ
92…第1の圧力センサ
93…第2の温度センサ
94…第2の圧力センサ
100…燃料電池システム
202〜206…高圧タンク
301…第1の開閉弁
302…第2の開閉弁
304…通信部
310…継ぎ手
322…閉区間
324…昇温機構
400…燃料ガス充填システム
421〜423…主止弁
432…開閉弁
500…燃料ガス供給装置
502…ノズル
510…燃料ガス供給源
530…通信部
700…燃料ガス充填システム
724…昇温機構
726…外気流通機構
728…取込口
729…排出口
800…燃料ガス充填システム
824…昇温機構
826…冷媒流路
DESCRIPTION OF
Claims (1)
一端部が前記高圧タンクに接続され、前記高圧タンクに充填される前記ガスを流通させる充填流路と、
前記充填流路の他端部に設けられ、前記ガスを前記充填流路に流入させる流入口と、
前記充填流路の途中に配置され、閉弁することによって、前記充填流路に閉区間を形成する2つの開閉弁と、
前記閉区間を昇温する昇温機構と、
前記高圧タンクの温度を取得する温度センサと、
前記取得された温度に応じて前記2つの開閉弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記取得された温度が予め定められた基準温度未満である場合には、
前記2つの開閉弁を閉弁することによって前記閉区間に前記ガスを保持させて、前記昇温機構によって前記閉区間の前記ガスを昇温し、
前記閉区間内の前記ガスが前記昇温機構によって昇温された後に、前記2つの開閉弁のうち前記高圧タンク側に配置された開閉弁を開弁し、前記昇温されたガスを前記高圧タンク側に流通させる、
燃料ガス充填システム。 A fuel gas filling system for filling a high pressure tank with gas,
One end is connected to the high-pressure tank, and a filling flow path for circulating the gas filled in the high-pressure tank;
An inlet provided at the other end of the filling flow path for allowing the gas to flow into the filling flow path;
Two on-off valves that are arranged in the middle of the filling flow path and close to form a closed section in the filling flow path;
A temperature raising mechanism for raising the temperature of the closed section;
A temperature sensor for acquiring the temperature of the high-pressure tank;
A controller that controls the two on-off valves according to the acquired temperature,
When the acquired temperature is less than a predetermined reference temperature, the control unit
The gas is held in the closed section by closing the two on-off valves, and the temperature of the gas in the closed section is increased by the temperature raising mechanism,
After the temperature of the gas in the closed section is raised by the temperature raising mechanism, the on-off valve arranged on the high-pressure tank side of the two on-off valves is opened, and the heated gas is supplied to the high pressure Distribute to tank side,
Fuel gas filling system.
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