JP2020007941A - Fluid energy conversion device - Google Patents

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Abstract

To obtain a fluid energy conversion device which can inhibit a substance different from a first fluid from being mixed with the first fluid.SOLUTION: A fluid energy conversion device 10 includes cylinders 16A, 16B. When hydrogen gas 40 is supplied to the cylinders 16A, 16B, a liquid 42 in the cylinders 16A, 16B is pressed by the hydrogen gas 40 to flow. The liquid 42 flowing in this way rotates a turbine 56. Here, the hydrogen gas 40 does not pass through the turbine 56. Thus, lubricant etc. of the turbine 56 is inhibited from mixing with the hydrogen gas 40.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、流体のエネルギーを他のエネルギーに変換する流体エネルギー変換装置に関する。   The present invention relates to a fluid energy conversion device that converts fluid energy into another energy.

下記特許文献1に開示された構成では、燃料電池スタックへ供給される高圧水素が膨張機へ供給される。高圧水素は、膨張機で減圧膨張される。このように、膨張機では、高圧水素が膨張される際に生じる内部エネルギーの少なくとも一部によって膨張機を構成する機械的な駆動部分が駆動される。これによって、内部エネルギーの少なくとも一部は、内部エネルギーとは異なる他のエネルギーの一態様である機械的な回転力に変換される。この回転力によって、エネルギー利用機器の一態様である送風機が駆動される。   In the configuration disclosed in Patent Document 1 below, high-pressure hydrogen supplied to the fuel cell stack is supplied to the expander. High-pressure hydrogen is decompressed and expanded by an expander. As described above, in the expander, a mechanical drive portion configuring the expander is driven by at least a part of the internal energy generated when the high-pressure hydrogen is expanded. As a result, at least a part of the internal energy is converted into a mechanical rotational force which is an aspect of another energy different from the internal energy. The blower, which is one mode of the energy utilization device, is driven by the rotational force.

ところで、上記のように、膨張機は、機械的な駆動部分を有しており、このような駆動部分には、駆動部分を円滑に駆動させるための潤滑剤等、高圧水素とは異なる物質が塗布されていることがある。   By the way, as described above, the expander has a mechanical drive portion, and a material different from high-pressure hydrogen, such as a lubricant for smoothly driving the drive portion, is provided in such a drive portion. May have been applied.

特開2003−217641号公報JP 2003-217641 A

本発明は、上記事実を考慮して、第1流体とは異なる物質が第1流体へ混ざることを抑制できる流体エネルギー変換装置を得ることが目的である。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to obtain a fluid energy conversion device that can prevent a substance different from the first fluid from being mixed into the first fluid.

請求項1に記載の流体エネルギー変換装置は、第1流体供給部から内部に供給された第1流体を第1流体放出部から外部へ放出可能な圧力伝達部と、少なくとも一部が前記圧力伝達部に入っており、前記圧力伝達部の内部に供給された前記第1流体の圧力が伝わることによって一部が前記圧力伝達部の第2流体放出部から外部へ放出可能とされ、前記圧力伝達部の第2流体供給部から前記圧力伝達部の内部へ供給されることによって圧力を前記第1流体へ伝える第2流体と、前記第2流体が流れた際に前記第2流体のエネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、を含んで構成された変換ユニットを備えている。   The fluid energy conversion device according to claim 1, wherein the pressure transmission unit is capable of discharging the first fluid supplied from the first fluid supply unit to the outside from the first fluid discharge unit, and at least a part of the pressure transmission unit. A part of the pressure transmitting portion is capable of being discharged to the outside from a second fluid discharging portion of the pressure transmitting portion by transmitting the pressure of the first fluid supplied to the inside of the pressure transmitting portion; A second fluid that supplies pressure to the first fluid by being supplied from the second fluid supply unit of the unit to the inside of the pressure transmitting unit, and an energy of the second fluid that flows when the second fluid flows. And an energy conversion means for converting the energy into energy.

請求項1に記載の流体エネルギー変換装置の変換ユニットによれば、第1流体は、第1流体供給部から圧力伝達部に供給され、また、圧力伝達部に供給された第1流体は、第1流体放出部から圧力伝達部の外部へ放出される。この圧力伝達部の第1流体供給部及び第1流体放出部の開閉によって第1流体放出部から放出される第1流体の圧力が、第1供給部から圧力伝達部内へ第1流体が供給される際の第1流体の圧力とは異なる大きさに変えられる。   According to the conversion unit of the fluid energy conversion device of the first aspect, the first fluid is supplied from the first fluid supply unit to the pressure transmission unit, and the first fluid supplied to the pressure transmission unit is the first fluid. It is discharged from one fluid discharge part to the outside of the pressure transmitting part. The pressure of the first fluid released from the first fluid discharge unit by opening and closing the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of the pressure transmission unit is such that the first fluid is supplied from the first supply unit into the pressure transmission unit. The pressure is changed to a value different from the pressure of the first fluid.

また、このように、第1流体の圧力伝達部への供給及び圧力伝達部からの第1流体の放出に応じて圧力伝達部での第1流体の圧力が変わると、第1流体の圧力に応じて圧力伝達部内の第2流体が移動され、第1流体のエネルギーの一部が第2流体の移動(押圧)に供される。これによって、第2流体は、第2流体放出部から圧力伝達部の外部へ放出され、また、第2流体は、第2流体供給部から圧力伝達部の内部へ供給される。このように移動される第2流体は、エネルギー変換手段を流れ、第2流体のエネルギー(更に言えば、第2流体の移動に供された第1流体のエネルギー)は、エネルギー変換手段において他のエネルギーに変換される。   Further, as described above, when the pressure of the first fluid in the pressure transmitting unit changes in accordance with the supply of the first fluid to the pressure transmitting unit and the release of the first fluid from the pressure transmitting unit, the pressure of the first fluid is reduced. Accordingly, the second fluid in the pressure transmitting unit is moved, and a part of the energy of the first fluid is used for moving (pressing) the second fluid. Thereby, the second fluid is discharged from the second fluid discharge unit to the outside of the pressure transmission unit, and the second fluid is supplied from the second fluid supply unit to the inside of the pressure transmission unit. The second fluid thus moved flows through the energy conversion means, and the energy of the second fluid (more specifically, the energy of the first fluid subjected to the movement of the second fluid) is converted into another energy by the energy conversion means. Converted to energy.

このように、本流体エネルギー変換装置では、第2流体がエネルギー変換手段を流れるため、第1流体がエネルギー変換手段へ流れることを抑制できる。これによって、エネルギー変換手段に設けられた第1流体とは異なる物質の第1流体への混入を抑制できる。   As described above, in the present fluid energy conversion device, since the second fluid flows through the energy conversion unit, the flow of the first fluid to the energy conversion unit can be suppressed. Accordingly, it is possible to prevent a substance different from the first fluid provided in the energy conversion unit from being mixed into the first fluid.

請求項2に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1に記載の流体エネルギー変換装置において、前記変換ユニットは、一対の前記圧力伝達部と、前記一対の圧力伝達部の一方の第2流体放出部と他方の前記圧力伝達部の第2流体供給とを繋ぎ、一方の前記圧力伝達部に供給された前記第1流体の圧力によって前記第2流体の他方の前記圧力伝達部への移動が可能とされた第1連絡流路と、前記一対の圧力伝達部の他方の第2流体放出部と一方の前記圧力伝達部の第2流体供給とを繋ぎ、他方の前記圧力伝達部に供給された前記第1流体の圧力によって前記第2流体の一方の前記圧力伝達部への移動が可能とされた第2連絡流路と、を備え、前記エネルギー変換手段は、一方の前記圧力伝達部から前記第1連絡流路を通って他方の前記圧力伝達部へ流れる前記第2流体及び他方の前記圧力伝達部から前記第2連絡流路を通って一方の前記圧力伝達部へ流れる前記第2流体のエネルギーを前記他のエネルギーに変換する。   The fluid energy conversion device according to claim 2 is the fluid energy conversion device according to claim 1, wherein the conversion unit includes a pair of the pressure transmission units and a second fluid discharge of one of the pair of pressure transmission units. Unit and the second fluid supply of the other pressure transmitting unit, and the second fluid can be moved to the other pressure transmitting unit by the pressure of the first fluid supplied to the one pressure transmitting unit. The first communication flow path, the second fluid discharge part of the pair of pressure transmission parts, and the second fluid supply of one of the pressure transmission parts, and are supplied to the other pressure transmission part. A second communication flow path that allows the second fluid to move to one of the pressure transmitting units by the pressure of the first fluid, wherein the energy conversion unit is configured to transfer the second fluid from the one pressure transmitting unit to the pressure transmitting unit. The other pressure through the first communication channel Converting the energy of the second fluid flowing through the second communication channel from the second fluid and the other of the pressure transmitting portion flows to reach part to one of the pressure transmitting portion to the other energy.

請求項2に記載の流体エネルギー変換装置の変換ユニットによれば、第1流体が一対の圧力伝達部の一方の内部に供給された状態で、第1流体が他方の圧力伝達部へ供給されると、他方の圧力伝達部内で第1流体の体積が変化されると共に、他方の圧力伝達部に供給された第1流体の圧力によって他方の圧力伝達部内の第2流体が第2連絡流路を流れる。第2流体が第2連絡流路を流れると、第2連絡流路の中間部に設けられたエネルギー変換手段において第2流体のエネルギーが他のエネルギーに変換される。   According to the conversion unit of the fluid energy conversion device according to the second aspect, the first fluid is supplied to the other pressure transmission unit while the first fluid is supplied to one of the pair of pressure transmission units. And the volume of the first fluid is changed in the other pressure transmitting unit, and the second fluid in the other pressure transmitting unit flows through the second communication flow path by the pressure of the first fluid supplied to the other pressure transmitting unit. Flows. When the second fluid flows through the second communication flow path, the energy of the second fluid is converted into another energy by the energy conversion means provided at the intermediate portion of the second communication flow path.

また、第2連絡流路を流れた第2流体が一方の圧力伝達部へ移動されると、一方の圧力伝達部内の第1流体の体積が変化され、又は、この状態で、一方の圧力伝達部の第1流体放出部が開放されれば、一方の圧力伝達部から第1流体が放出される。   Further, when the second fluid flowing through the second communication flow path is moved to the one pressure transmitting unit, the volume of the first fluid in the one pressure transmitting unit changes, or in this state, the one pressure transmitting unit When the first fluid discharge part of the part is opened, the first fluid is discharged from one of the pressure transmitting parts.

これに対し、第1流体が一対の圧力伝達部の他方の内部に供給された状態で、第1流体が一方の圧力伝達部へ供給されると、一方の圧力伝達部内で第1流体の体積が変化されると共に、一方の圧力伝達部に供給された第1流体の圧力によって一方の圧力伝達部内の第2流体が第1連絡流路を流れる。第2流体が第1連絡流路を流れると、第1連絡流路の中間部に設けられたエネルギー変換手段において第2流体のエネルギーが他のエネルギーに変換される。   On the other hand, when the first fluid is supplied to one of the pressure transmitting portions while the first fluid is supplied to the other of the pair of pressure transmitting portions, the volume of the first fluid in the one pressure transmitting portion is reduced. Is changed, and the pressure of the first fluid supplied to the one pressure transmitting unit causes the second fluid in the one pressure transmitting unit to flow through the first communication flow path. When the second fluid flows through the first communication flow path, the energy of the second fluid is converted into another energy by the energy conversion means provided at an intermediate portion of the first communication flow path.

また、第1連絡流路を流れた第2流体が他方の圧力伝達部へ移動されると、他方の圧力伝達部内の第1流体の体積が変化され、又は、この状態で、他方の圧力伝達部の第1流体放出部が開放されれば、他方の圧力伝達部から第1流体が放出される。   Further, when the second fluid flowing through the first communication flow path is moved to the other pressure transmitting unit, the volume of the first fluid in the other pressure transmitting unit is changed, or in this state, the other pressure transmitting unit When the first fluid discharge part of the part is opened, the first fluid is discharged from the other pressure transmitting part.

このため、第1流体の一方の圧力伝達部への供給、他方の圧力伝達部からの第1流体の放出、第1流体の他方の圧力伝達部への供給、一方の圧力伝達部からの第1流体の放出を周期的に繰り返すことによってエネルギー変換手段において第2流体のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換できる。   For this reason, the first fluid is supplied to one pressure transmitting unit, the first fluid is discharged from the other pressure transmitting unit, the first fluid is supplied to the other pressure transmitting unit, and the first fluid is supplied to the other pressure transmitting unit. By periodically repeating the discharge of one fluid, the energy of the second fluid can be efficiently converted to another energy by the energy conversion means.

請求項3に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1又は請求項2に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体は、気体とされ、前記第2流体は、液体とされている。   The fluid energy conversion device according to claim 3 is the fluid energy conversion device according to claim 1 or 2, wherein the first fluid is a gas, and the second fluid is a liquid.

請求項3に記載の流体エネルギー変換装置では、第1流体が気体とされて第2流体が液体とされている。第2流体が第1流体に混じって圧力変換部の第1流体放出部から放出されることを抑制できる。   In the fluid energy conversion device according to the third aspect, the first fluid is a gas and the second fluid is a liquid. It is possible to prevent the second fluid from being mixed with the first fluid and being discharged from the first fluid discharge unit of the pressure conversion unit.

請求項4に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置において、前記エネルギー変換手段は、前記第2流体の流れによって回転される回転部を有し、前記回転部の回転力を前記他のエネルギーとして出力する回転装置とされている。   A fluid energy conversion device according to a fourth aspect is the fluid energy conversion device according to any one of the first to third aspects, wherein the energy conversion unit is rotated by a flow of the second fluid. And a rotating device that outputs a rotating force of the rotating unit as the other energy.

請求項4に記載の流体エネルギー変換装置では、第1流体の圧力によって第2流体が移動されると、エネルギー変換手段としての回転装置の回転部が第2流体の流れによって回転され、回転装置からは回転部の回転力が他のエネルギーとして出力される。このため、回転装置から出力された回転力を他の回転機器の駆動力として利用できる。   In the fluid energy conversion device according to the fourth aspect, when the second fluid is moved by the pressure of the first fluid, the rotating part of the rotation device as the energy conversion means is rotated by the flow of the second fluid, and In this case, the rotational force of the rotating unit is output as other energy. For this reason, the rotating force output from the rotating device can be used as a driving force for another rotating device.

請求項5に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1から請求項4の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の物理量及び前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の物理量を調整する制御手段を備えている。   A fluid energy conversion device according to a fifth aspect is the fluid energy conversion device according to any one of the first to fourth aspects, wherein each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit is opened and closed. Control means for controlling the physical timing of the first fluid supplied to the pressure transmitting section and the physical quantity of the first fluid discharged from the pressure transmitting section by controlling the timing of the first fluid.

請求項5に記載の流体エネルギー変換装置では、圧力伝達部の第1流体供給部及び第1流体放出部の各々の開閉のタイミングが制御手段によって制御され、これによって、圧力伝達部から放出される第1流体の物理量が調整される。このため、圧力伝達部から放出された第1流体の物理量を調整するためだけの構成を設けなくてよい。   In the fluid energy conversion device according to the fifth aspect, the opening / closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of the pressure transmission unit is controlled by the control unit, whereby the pressure is released from the pressure transmission unit. The physical quantity of the first fluid is adjusted. Therefore, it is not necessary to provide a configuration only for adjusting the physical quantity of the first fluid discharged from the pressure transmitting unit.

請求項6に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項5に記載の流体エネルギー変換装置において、前記制御手段は、前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の圧力又は体積に基づいて前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の圧力を制御する。   The fluid energy conversion device according to claim 6 is the fluid energy conversion device according to claim 5, wherein the control unit is configured to perform the control based on a pressure or a volume of the first fluid supplied to the pressure transmitting unit. The opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit is controlled to control the pressure of the first fluid discharged from the pressure transmission unit.

請求項6に記載の流体エネルギー変換装置よれば、第1流体供給部及び第1流体放出部の各々の開閉のタイミングは、圧力伝達部へ供給される第1流体の圧力又は体積に基づき制御手段によって制御され、これによって、圧力伝達部から放出される第1流体の圧力が制御される。このように、第1流体の圧力を変換ユニットによって所定の大きさにできる。   According to the fluid energy conversion device of claim 6, the opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit is controlled based on the pressure or volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit. , Whereby the pressure of the first fluid discharged from the pressure transmitting unit is controlled. Thus, the pressure of the first fluid can be set to a predetermined value by the conversion unit.

請求項7に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項5に記載の流体エネルギー変換装置において、前記制御手段は、前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の圧力又は体積に基づいて前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の流量及び温度の少なくとも一方を制御する。   The fluid energy conversion device according to claim 7 is the fluid energy conversion device according to claim 5, wherein the control unit is configured to perform the control based on a pressure or a volume of the first fluid supplied to the pressure transmitting unit. The opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit is controlled to control at least one of the flow rate and the temperature of the first fluid discharged from the pressure transmission unit.

請求項7に記載の流体エネルギー変換装置よれば、第1流体供給部及び第1流体放出部の各々の開閉のタイミングは、圧力伝達部へ供給される第1流体の圧力又は体積に基づき制御手段によって制御され、これによって、圧力伝達部から放出される第1流体の流量及び温度の少なくとも一方が制御される。このように、第1流体の流量及び温度の少なくとも一方を変換ユニットによって所定の大きさにできる。   According to the fluid energy converter of claim 7, the opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit is controlled based on the pressure or volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit. , Whereby at least one of the flow rate and the temperature of the first fluid discharged from the pressure transmitting unit is controlled. As described above, at least one of the flow rate and the temperature of the first fluid can be set to a predetermined size by the conversion unit.

請求項8に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項7に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体放出部から放出された前記第1流体を所定の圧力に減圧すると共に、減圧に際して前記第1流体の温度変化及び流量変化の少なくとも一方を抑制する減圧手段を備えている。   The fluid energy conversion device according to claim 8 is the fluid energy conversion device according to claim 7, wherein the pressure of the first fluid discharged from the first fluid discharge unit is reduced to a predetermined pressure, and the pressure is reduced when the pressure is reduced. There is provided a pressure reducing means for suppressing at least one of a temperature change and a flow rate change of the first fluid.

請求項8に記載の流体エネルギー変換装置では、圧力伝達部の第1流体放出部から放出された第1流体は、減圧手段によって所定の圧力に減圧される。ここで、減圧手段では、第1流体が減圧される際の温度変化及び流量変化の少なくとも一方が抑制される。これによって、圧力伝達部の第1流体放出部から放出された第1流体の温度及び流量の少なくとも一方の変化を抑制しつつ第1流体を所定の圧力にできる。   In the fluid energy conversion device according to the eighth aspect, the first fluid discharged from the first fluid discharge unit of the pressure transmitting unit is reduced in pressure to a predetermined pressure by the pressure reducing unit. Here, in the pressure reducing means, at least one of a temperature change and a flow rate change when the first fluid is depressurized is suppressed. Accordingly, the first fluid can be set to the predetermined pressure while suppressing at least one of the temperature and the flow rate of the first fluid discharged from the first fluid discharge unit of the pressure transmitting unit.

請求項9に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1から請求項8の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体放出部へ繋がり、前記第1流体放出部から放出された前記第1流体が供給されて、前記第1流体を利用する流体利用機器を備えている。   The fluid energy conversion device according to claim 9 is the fluid energy conversion device according to any one of claims 1 to 8, which is connected to the first fluid discharge unit and discharged from the first fluid discharge unit. The first fluid provided is provided, and a fluid utilization device that utilizes the first fluid is provided.

請求項9に記載の流体エネルギー変換装置によれば、変換ユニットの第1流体放出部は、流体利用機器へ直接又は間接的に接続されており、流体利用機器では、変換ユニットの第1流体放出部から放出された第1流体が利用される。このように、第1流体が流体利用機器へ供給される際に、第1流体のエネルギーを他のエネルギーに変換でき、この他のエネルギーを利用できる。   According to the fluid energy conversion device of the ninth aspect, the first fluid discharge unit of the conversion unit is directly or indirectly connected to the fluid utilization device. The first fluid discharged from the part is used. As described above, when the first fluid is supplied to the fluid utilization device, the energy of the first fluid can be converted to other energy, and the other energy can be used.

請求項10に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項1から請求項9の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体が前記変換ユニットへ供給される際に、前記第1流体の内部エネルギーが増加される。   The fluid energy conversion device according to claim 10 is the fluid energy conversion device according to any one of claims 1 to 9, wherein the first fluid is supplied to the conversion unit when the first fluid is supplied to the conversion unit. The internal energy of one fluid is increased.

請求項10に記載の流体エネルギー変換装置によれば、第1流体が変換ユニットへ供給される際には、第1流体の内部エネルギーが増加される。これによって、第1流体が変換ユニットへ供給される際には、第1流体の圧力及び体積の少なくとも一方が増加される。このように、変換ユニットの圧力伝達部へ供給される第1流体の圧力及び体積の少なくとも一方が増加されることによって、変換ユニットの圧力伝達部内の第2流体を効率よく移動させることができ、第2流体のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換できる。   According to the fluid energy conversion device of the tenth aspect, when the first fluid is supplied to the conversion unit, the internal energy of the first fluid is increased. Thereby, when the first fluid is supplied to the conversion unit, at least one of the pressure and the volume of the first fluid is increased. As described above, by increasing at least one of the pressure and the volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit of the conversion unit, the second fluid in the pressure transmission unit of the conversion unit can be efficiently moved, The energy of the second fluid can be efficiently converted to another energy.

請求項11に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項10に記載の流体エネルギー変換装置において、前記変換ユニットの前記第1流体供給部へ接続され、前記第1流体と熱交換対象との間で熱が交換されることによって前記第1流体の内部エネルギーが増加される熱交換手段を備えている。   The fluid energy conversion device according to claim 11 is the fluid energy conversion device according to claim 10, wherein the fluid energy conversion device is connected to the first fluid supply unit of the conversion unit, and is provided between the first fluid and a heat exchange target. Heat exchange means for increasing the internal energy of the first fluid by exchanging heat is provided.

請求項11に記載の流体エネルギー変換装置では、熱交換手段が変換ユニットの第1流体供給部へ接続され、熱交換手段では、第1流体と熱交換対象との間で熱が交換される。これによって内部エネルギーが増加された第1流体を変換ユニットに供給できる。   In the fluid energy conversion device according to the eleventh aspect, the heat exchange unit is connected to the first fluid supply unit of the conversion unit, and the heat exchange unit exchanges heat between the first fluid and the heat exchange target. Thus, the first fluid having the increased internal energy can be supplied to the conversion unit.

請求項12に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項10又は請求項11に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体の流れの向きに互いに隣り合い、前記第1流体の流れの向きにおける上流側の前記変換ユニットの前記第1流体放出部が前記第1流体の流れの向きにおける下流側の前記変換ユニットの前記第1流体供給部に直接又は間接的に繋がった複数の前記変換ユニットを有し、前記上流側の変換ユニットの前記第1流体放出部を流れる前記第1流体が前記下流側の前記変換ユニットへ供給される際に前記第1流体の内部エネルギーが増加される。   The fluid energy conversion device according to claim 12 is the fluid energy conversion device according to claim 10 or 11, wherein the fluid energy conversion devices are adjacent to each other in a flow direction of the first fluid and in a flow direction of the first fluid. A plurality of the conversion units in which the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit is directly or indirectly connected to the first fluid supply unit of the downstream conversion unit in the flow direction of the first fluid; And the internal energy of the first fluid is increased when the first fluid flowing through the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit is supplied to the downstream conversion unit.

請求項12に記載の流体エネルギー変換装置では、第1流体の流れの向きに互いに隣り合う複数の変換ユニットを有している。これらの変換ユニットのうち、第1流体の流れの向きにおける上流側の変換ユニット(以下、単に「上流側の変換ユニット」と称する)の第1流体放出部が第1流体の流れの向きにおける下流側の変換ユニット(以下、単に「下流側の変換ユニット」と称する)の第1流体供給部に直接又は間接的に繋がっている。したがって、上流側の変換ユニットから放出された第1流体は、上流側の変換ユニットの第1流体放出部及び下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れて下流側の変換ユニットに供給される。   The fluid energy conversion device according to the twelfth aspect has a plurality of conversion units adjacent to each other in the direction of the flow of the first fluid. Among these conversion units, the first fluid discharge part of the upstream conversion unit (hereinafter simply referred to as “upstream conversion unit”) in the direction of the flow of the first fluid has the downstream side in the direction of the flow of the first fluid. Is directly or indirectly connected to the first fluid supply unit of the downstream conversion unit (hereinafter, simply referred to as “downstream conversion unit”). Therefore, the first fluid discharged from the upstream conversion unit flows through the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit and the first fluid supply unit of the downstream conversion unit, and is supplied to the downstream conversion unit. You.

ところで、第1流体の内部エネルギーは、上流側の変換ユニットでの第2流体の移動に供される(すなわち、第2流体の運動エネルギーに変換される)ことによって減少される。ここで、この上流側の変換ユニットを通った第1流体の内部エネルギーは、上流側の変換ユニットの第1流体放出部及び下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れて下流側の変換ユニットへ供給される際に増加される。これによって、第1流体が下流側の変換ユニットへ供給される際には、第1流体の圧力及び体積の少なくとも一方が増加される。   By the way, the internal energy of the first fluid is reduced by being provided to the movement of the second fluid in the upstream conversion unit (that is, converted into the kinetic energy of the second fluid). Here, the internal energy of the first fluid that has passed through the upstream conversion unit flows through the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit and the first fluid supply unit of the downstream conversion unit, and is converted into the downstream conversion unit. Increased when supplied to the unit. Thus, when the first fluid is supplied to the downstream conversion unit, at least one of the pressure and the volume of the first fluid is increased.

このように、下流側の変換ユニットの圧力伝達部へ供給される第1流体の圧力及び体積の少なくとも一方が増加されることによって、下流側の変換ユニットの圧力伝達部内の第2流体を効率よく移動させることができ、第2流体のエネルギーを効率よく他のエネルギーに変換できる。   As described above, by increasing at least one of the pressure and the volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit of the downstream conversion unit, the second fluid in the pressure transmission unit of the downstream conversion unit can be efficiently used. The energy of the second fluid can be efficiently converted to another energy.

請求項13に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項12に記載の流体エネルギー変換装置において、前記上流側の変換ユニット及び前記下流側の変換ユニットのうちの一方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度が他方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度よりも高い場合に、前記一方における前記第1流体の膨張比が前記他方における前記第1流体の膨張比よりも高くなるように前記上流側の変換ユニット及び前記下流側の変換ユニットの双方の前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の開閉が制御される。   The fluid energy conversion device according to claim 13 is the fluid energy conversion device according to claim 12, wherein the fluid energy conversion device flows through the first fluid supply unit of one of the upstream conversion unit and the downstream conversion unit. When the temperature of the first fluid is higher than the temperature of the first fluid flowing through the other first fluid supply unit, the expansion ratio of the first fluid on the one side is the expansion ratio of the first fluid on the other side. The opening and closing of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of both the upstream conversion unit and the downstream conversion unit are controlled so as to be higher.

請求項13に記載の流体エネルギー変換装置では、上流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度が下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度よりも高い場合に、上流側の変換ユニットにおける第1流体の膨張比が下流側の変換ユニットにおける第1流体の膨張比よりも高くなるように上流側の変換ユニット及び下流側の変換ユニットの双方の変換ユニットの各々の第1流体供給部及び第1流体放出部の開閉が制御される。   In the fluid energy conversion device according to the thirteenth aspect, the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the upstream conversion unit is higher than the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the downstream conversion unit. Is higher, the expansion ratio of the first fluid in the upstream conversion unit is higher than the expansion ratio of the first fluid in the downstream conversion unit. Opening and closing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of the conversion unit is controlled.

これに対して、上流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度が下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度よりも低い場合に、上流側の変換ユニットにおける第1流体の膨張比が下流側の変換ユニットにおける第1流体の膨張比よりも低くなるように上流側の変換ユニット及び下流側の変換ユニットの双方の第1流体供給部及び第1流体放出部の開閉が制御される。   On the other hand, when the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the upstream conversion unit is lower than the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the downstream conversion unit, The first fluid supply unit and the second fluid supply unit of both the upstream conversion unit and the downstream conversion unit so that the expansion ratio of the first fluid in the conversion unit is lower than the expansion ratio of the first fluid in the downstream conversion unit. Opening and closing of one fluid discharge part is controlled.

以上のように各変換ユニットの第1流体供給部及び第1流体放出部の開閉が制御されることによって、各変換ユニットのエネルギー変換手段でのエネルギーの変換効率の総和の低下を抑制できる。   By controlling the opening and closing of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of each conversion unit as described above, it is possible to suppress a decrease in the total energy conversion efficiency of the energy conversion unit of each conversion unit.

請求項14に記載の流体エネルギー変換装置は、請求項12に記載の流体エネルギー変換装置において、前記第1流体の流れの向き直列に接続され、前記第1流体の流れの向きに互いに隣り合った前記変換ユニットのうち上流側の前記変換ユニットの前記第1流体放出部が下流側の前記変換ユニットの前記第1流体供給部へ直接又は間接的に接続された3以上の前記変換ユニットを有し、前記第1流体の流れの向きの最も上流側に配置された最上流側の前記変換ユニット及び前記第1流体の流れの向きの最も下流側に配置された最下流側の前記変換ユニットのうちの一方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度が、他方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度よりも高い場合に、前記変換ユニットの各々における前記第1流体の膨張率が前記一方の側から前記他方の側へ段階的に大きくなるように前記変換ユニットの各々の前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉が制御される。   The fluid energy conversion device according to claim 14 is the fluid energy conversion device according to claim 12, wherein the fluid energy conversion devices are connected in series in the flow direction of the first fluid, and are adjacent to each other in the flow direction of the first fluid. The conversion unit includes three or more conversion units in which the first fluid discharge unit of the conversion unit on the upstream side is directly or indirectly connected to the first fluid supply unit of the conversion unit on the downstream side. The most upstream conversion unit disposed on the most upstream side of the flow direction of the first fluid, and the most downstream conversion unit disposed on the most downstream side of the flow direction of the first fluid. When the temperature of the first fluid flowing through one of the first fluid supply units is higher than the temperature of the first fluid flowing through the other first fluid supply unit, Expansion of the fluid opening and closing of each of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge portion of the conversion unit to the comprised stepwise increases to the other side from the one side of which is controlled.

請求項14に記載の流体エネルギー変換装置は、3つ以上の変換ユニットを有している。これらの変換ユニットは、第1流体の流れの向き直列に接続される。また、第1流体の流れの向きに互いに隣り合った変換ユニットのうち、上流側の変換ユニットの第1流体放出部は、下流側の変換ユニットの第1流体供給部へ直接又は間接的に接続される。   The fluid energy conversion device according to claim 14 has three or more conversion units. These conversion units are connected in series with the direction of the first fluid flow. Also, among the conversion units adjacent to each other in the direction of the flow of the first fluid, the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit is directly or indirectly connected to the first fluid supply unit of the downstream conversion unit. Is done.

ここで、本流体エネルギー変換装置では 第1流体の流れの向きの最も上流側に配置された最上流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度が、第1流体の流れの向きの最も下流側に配置された最下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度よりも高い場合に、各変換ユニットでの第1流体の膨張率が最上流側の変換ユニットから最下流側の変換ユニットへ段階的に大きくなるように各変換ユニットの第1流体供給部及び第1流体放出部の各々の開閉が制御される。   Here, in the fluid energy conversion device, the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the most upstream conversion unit disposed on the most upstream side in the direction of the flow of the first fluid is determined by the flow of the first fluid. When the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the most downstream conversion unit disposed at the most downstream side in the direction of the first fluid is higher than the temperature of the first fluid, the expansion rate of the first fluid in each conversion unit is the most upstream side. The opening and closing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of each conversion unit is controlled so that the size of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of each conversion unit gradually increases from the first conversion unit to the lowest conversion unit.

これに対して、最上流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度が、最下流側の変換ユニットの第1流体供給部を流れる第1流体の温度よりも低い場合に、変換ユニットの各々における第1流体の膨張率が最上流側の変換ユニットから最下流側の変換ユニットへ段階的に小さくなるように各変換ユニットの第1流体供給部及び第1流体放出部の各々の開閉が制御される。   On the other hand, when the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the most upstream conversion unit is lower than the temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of the most downstream conversion unit, , The first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of each conversion unit such that the expansion coefficient of the first fluid in each of the conversion units gradually decreases from the most upstream conversion unit to the most downstream conversion unit. Each opening and closing is controlled.

以上のように各変換ユニットの第1流体供給部及び第1流体放出部の開閉が制御されることによって、各変換ユニットのエネルギー変換手段でのエネルギーの変換効率の総和の低下を抑制できる。   By controlling the opening and closing of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of each conversion unit as described above, it is possible to suppress a decrease in the total energy conversion efficiency of the energy conversion unit of each conversion unit.

以上、説明したように、請求項1に記載の流体エネルギー変換装置では、第1流体とは異なる物質が第1流体へ混ざることを抑制できる。   As described above, in the fluid energy conversion device according to the first aspect, it is possible to prevent a substance different from the first fluid from being mixed into the first fluid.

第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置の変換ユニットの構成を示す水素ガス及び液体の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of a hydrogen gas and a liquid showing a configuration of a conversion unit of the fluid energy conversion device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置が適用された燃料電池装置の構成を示す水素ガスの回路図である。1 is a circuit diagram of hydrogen gas showing a configuration of a fuel cell device to which a fluid energy conversion device according to a first embodiment is applied. 第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置の変換ユニットを構成するインジェクタ及び電磁弁の開閉制御のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of control of opening and closing of an injector and a solenoid valve constituting a conversion unit of the fluid energy conversion device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置の変換ユニットを構成するインジェクタ及び電磁弁の開閉のタイミングチャートである。3 is a timing chart of opening and closing of an injector and a solenoid valve that constitute a conversion unit of the fluid energy conversion device according to the first embodiment. 第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置の変換ユニットを構成する各シリンダの体積及び圧力の変化とジェネレータからの出力の変化を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart showing changes in the volume and pressure of each cylinder constituting the conversion unit of the fluid energy conversion device according to the first embodiment, and changes in the output from the generator. 第1の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置の変換ユニットを構成するインジェクタ及び電磁弁の開閉制御のメインルーチンのフローチャートである。3 is a flowchart of a main routine of control of opening and closing of an injector and a solenoid valve constituting a conversion unit of the fluid energy conversion device according to the first embodiment. (A)は、インジェクタ及び電磁弁の開閉制御の行程1のサブルーチンのフローチャートで、(B)は、行程2のサブルーチンのフローチャートである。(A) is a flowchart of a subroutine of a stroke 1 of the opening and closing control of the injector and the solenoid valve, and (B) is a flowchart of a subroutine of the stroke 2. (A)は、インジェクタ及び電磁弁の開閉制御の行程3のサブルーチンのフローチャートで、(B)は、行程4のサブルーチンのフローチャートである。(A) is a flowchart of a subroutine of a stroke 3 of the opening and closing control of the injector and the solenoid valve, and (B) is a flowchart of a subroutine of the stroke 4. 第2の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置が適用された冷房装置の構成を示す水素ガスの回路図である。It is a circuit diagram of hydrogen gas which shows the composition of the cooling device to which the fluid energy converter concerning a 2nd embodiment was applied. 第3の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置が適用された燃料電池装置の構成を示す水素ガスの回路図である。It is a circuit diagram of hydrogen gas showing the composition of the fuel cell device to which the fluid energy converter concerning a 3rd embodiment was applied. 第4の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置が適用された燃料電池装置の構成を示す水素ガスの回路図である。It is a circuit diagram of hydrogen gas showing the composition of the fuel cell device to which the fluid energy converter concerning a 4th embodiment was applied. 第5の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置が適用された燃料電池装置の構成を示す水素ガスの回路図である。It is a circuit diagram of hydrogen gas showing the composition of the fuel cell device to which the fluid energy converter concerning a 5th embodiment was applied. 第5の実施の形態に係る流体エネルギー変換装置での水素ガスの体積と圧力の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relation between volume and pressure of hydrogen gas in the fluid energy converter concerning a 5th embodiment. 変換ユニットの変形例を示す水素ガスと液体の回路図である。It is a circuit diagram of hydrogen gas and a liquid showing a modification of a conversion unit.

次に、本発明の各実施の形態について説明する。なお、以下の各実施の形態を説明するにあたり、説明している実施の形態よりも前出の実施の形態と基本的に同一の部位については、同一の符号を付与してその詳細な説明を省略する。また、以下の各実施の形態のうち、第1の実施の形態、第3の実施の形態、第4の実施の形態、第5の実施の形態は、本発明を車両に搭載される流体利用機器としての燃料電池システム14に適用した例で、第2の実施の形態は、本発明を家屋や工場等の建造物用の流体利用機器としての冷房装置84に適用した例であるが、各図における紙面の上下方向、左右方向等の各方向と、車両や建造物の上下方向、前後方向、左右方向等の車両や建造物を基準とする各方向とは基本的に関係がない。   Next, embodiments of the present invention will be described. In describing each of the following embodiments, portions that are basically the same as those of the above-described embodiment will be given the same reference numerals, and will be described in detail. Omitted. Also, among the following embodiments, the first, third, fourth, and fifth embodiments use the fluid application mounted on a vehicle. The second embodiment is an example in which the present invention is applied to a fuel cell system 14 as a device, and the second embodiment is an example in which the present invention is applied to a cooling device 84 as a fluid utilization device for a building such as a house or a factory. In the drawing, there is basically no relationship between each direction such as the vertical direction and the horizontal direction of the paper, and each direction based on the vehicle or the building such as the vertical direction, the front and rear direction, and the horizontal direction of the vehicle and the building.

<第1の実施の形態の構成>
図1に示されるように、第1の実施の形態に係る燃料電池システム14は、流体エネルギー変換装置10を備えており、流体エネルギー変換装置10は、変換ユニット12を備えている。変換ユニット12は、各々が圧力伝達部としての一対のシリンダ16A、16Bを備えている。これらのシリンダ16A、16Bは、上下方向側の両端が閉止された筒状に形成されており、各シリンダ16A、16Bの上側部分には、第1流体供給部としての燃料ガス供給ポート18A、18Bと、第1流体放出部としての燃料ガス放出ポート20A、20Bと、が設けられている。
<Configuration of First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the fuel cell system 14 according to the first embodiment includes a fluid energy conversion device 10, and the fluid energy conversion device 10 includes a conversion unit 12. The conversion unit 12 includes a pair of cylinders 16A and 16B each serving as a pressure transmitting unit. These cylinders 16A, 16B are formed in a cylindrical shape with both ends on the up-down direction closed and fuel gas supply ports 18A, 18B as first fluid supply units are provided on upper portions of the cylinders 16A, 16B. And fuel gas discharge ports 20A and 20B as first fluid discharge portions.

これらのシリンダ16A、16Bの燃料ガス供給ポート18A、18Bには、インジェクタ22A、22Bが設けられており、これらのインジェクタ22A、22Bには、第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第1ガス流路26が接続されている。第1ガス流路26は、中間部よりも他端側が二股に分岐されており、第1ガス流路26の一方の他端は、シリンダ16Aのインジェクタ22Aに接続されており、第1ガス流路26の他方の他端は、シリンダ16Bのインジェクタ22Bに接続されている。   The fuel gas supply ports 18A, 18B of these cylinders 16A, 16B are provided with injectors 22A, 22B, and these injectors 22A, 22B constitute a fuel gas flow path 24 as a first fluid flow path. A first gas flow path 26 is connected. The other end of the first gas flow path 26 is bifurcated from the intermediate portion, and the other end of the first gas flow path 26 is connected to the injector 22A of the cylinder 16A. The other end of the passage 26 is connected to the injector 22B of the cylinder 16B.

図3に示されるように、これらのインジェクタ22A、22Bは、制御装置28へ直接又は間接的に電気的に接続されており、制御装置28から出力されるインジェクタ制御信号IasがLowレベルからHighレベルに切り替わると、インジェクタ22Aが開放される。この状態では、第1ガス流路26を通ってインジェクタ22Aへ流れた水素ガス40は、インジェクタ22Aからシリンダ16A内へ噴射される。また、制御装置28から出力されるインジェクタ制御信号IasがHighレベルからLowレベルに切り替わると、インジェクタ22Aが閉塞される。インジェクタ22Aからシリンダ16A内への水素ガス40の噴射が抑制される。   As shown in FIG. 3, these injectors 22A and 22B are electrically connected directly or indirectly to the control device 28, and the injector control signal Ias output from the control device 28 is changed from the Low level to the High level. , The injector 22A is opened. In this state, the hydrogen gas 40 flowing to the injector 22A through the first gas flow path 26 is injected from the injector 22A into the cylinder 16A. When the injector control signal Ias output from the control device 28 switches from the High level to the Low level, the injector 22A is closed. Injection of hydrogen gas 40 from injector 22A into cylinder 16A is suppressed.

一方、制御装置28から出力されるインジェクタ制御信号IbsがLowレベルからHighレベルに切り替わると、インジェクタ22Bが開放される。この状態では、第1ガス流路26を通ってインジェクタ22Bへ流れた水素ガス40は、インジェクタ22Bからシリンダ16B内へ噴射される。また、制御装置28から出力されるインジェクタ制御信号IbsがHighレベルからLowレベルに切り替わると、インジェクタ22Bが閉塞される。インジェクタ22Bからシリンダ16B内への水素ガス40の噴射が抑制される。   On the other hand, when the injector control signal Ibs output from the control device 28 switches from the Low level to the High level, the injector 22B is opened. In this state, the hydrogen gas 40 flowing to the injector 22B through the first gas flow path 26 is injected from the injector 22B into the cylinder 16B. When the injector control signal Ibs output from the control device 28 switches from the High level to the Low level, the injector 22B is closed. Injection of hydrogen gas 40 from injector 22B into cylinder 16B is suppressed.

図2に示されるように、第1ガス流路26の一端は、タンク30の口金に接続されている。タンク30の内部には、第1流体又は燃料ガスとしての水素ガス40が高圧の状態で貯蔵されており、タンク30の口金から放出された水素ガス40は、第1ガス流路26を流れることができる。また、図1に示されるように、第1ガス流路26の一端と上述した第1ガス流路26の他端側における分岐部分との間には、物理量測定装置としての圧力計32が接続されている。圧力計32は、物理量の測定値の一態様であるタンク30から放出されて第1ガス流路26を流れる水素ガス40の圧力(一次圧力)を検出している。   As shown in FIG. 2, one end of the first gas flow path 26 is connected to a base of the tank 30. Hydrogen gas 40 as a first fluid or fuel gas is stored in the tank 30 in a high pressure state, and the hydrogen gas 40 discharged from the base of the tank 30 flows through the first gas flow path 26. Can be. As shown in FIG. 1, a pressure gauge 32 as a physical quantity measuring device is connected between one end of the first gas flow path 26 and the above-mentioned branch portion on the other end side of the first gas flow path 26. Have been. The pressure gauge 32 detects the pressure (primary pressure) of the hydrogen gas 40 discharged from the tank 30 and flowing through the first gas flow path 26, which is one mode of the measured value of the physical quantity.

また、図3に示されるように、圧力計32は、制御装置28に直接又は間接的に電気的に接続されている。また、圧力計32からは、物理量の測定値の大きさに対応する測定値信号Msの一態様である圧力検出信号Pmsが出力される。圧力検出信号Pmsは、タンク30から放出されて第1ガス流路26を流れる水素ガス40の圧力(一次圧力)の大きさに応じたレベル(例えば、電圧)を有しており、この圧力検出信号Pmsは、制御装置28に入力される。   Further, as shown in FIG. 3, the pressure gauge 32 is electrically connected directly or indirectly to the control device 28. Further, the pressure gauge 32 outputs a pressure detection signal Pms which is one mode of the measurement value signal Ms corresponding to the magnitude of the measurement value of the physical quantity. The pressure detection signal Pms has a level (for example, voltage) corresponding to the pressure (primary pressure) of the hydrogen gas 40 discharged from the tank 30 and flowing through the first gas flow path 26. The signal Pms is input to the control device 28.

一方、図1に示されるように、上述した各シリンダ16A、16Bの燃料ガス放出ポート20A、20Bには、燃料ガス流路24を構成する第2ガス流路34が接続されている。第2ガス流路34の中間部よりも一端側は、二股に分岐されており、第2ガス流路34の一方の一端は、シリンダ16Aの燃料ガス放出ポート20Aに接続され、第2ガス流路34の他方の一端は、シリンダ16Bの燃料ガス放出ポート20Bに接続されている。第2ガス流路34の一方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間には、電磁弁36Aが設けられており、第2ガス流路34の他方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間には、電磁弁36Bが設けられている。   On the other hand, as shown in FIG. 1, a second gas flow path 34 constituting the fuel gas flow path 24 is connected to the fuel gas discharge ports 20A and 20B of the cylinders 16A and 16B described above. One end of the second gas flow path 34 from the intermediate portion is branched into two branches, and one end of the second gas flow path 34 is connected to the fuel gas discharge port 20A of the cylinder 16A. The other end of the passage 34 is connected to the fuel gas discharge port 20B of the cylinder 16B. An electromagnetic valve 36A is provided between one end of the second gas flow path 34 and a branch portion on one end side of the second gas flow path 34, and is connected to the other end of the second gas flow path 34. An electromagnetic valve 36B is provided between the second gas flow path 34 and a branch portion on one end side.

図3に示されるように、これらの電磁弁36A、36Bは、制御装置28へ直接又は間接的に電気的に接続されており、制御装置28から出力される弁制御信号VasがLowレベルからHighレベルに切り替わると、電磁弁36Aの弁体が開方向へ移動される。これによって、第2ガス流路34の一方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間が開放される。また、制御装置28から出力される弁制御信号VasがHighレベルからLowレベルに切り替わると、電磁弁36Aの弁体が閉方向へ移動される。これによって、第2ガス流路34の一方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間が閉塞される。   As shown in FIG. 3, these solenoid valves 36A and 36B are electrically connected directly or indirectly to the control device 28, and the valve control signal Vas output from the control device 28 is changed from the Low level to the High level. When the level is switched to the level, the valve element of the solenoid valve 36A is moved in the opening direction. As a result, the space between one end of the second gas flow path 34 and the branch portion on one end side of the second gas flow path 34 is opened. When the valve control signal Vas output from the control device 28 switches from the High level to the Low level, the valve body of the solenoid valve 36A is moved in the closing direction. As a result, the space between one end of the second gas flow path 34 and the branch portion on one end side of the second gas flow path 34 is closed.

また、制御装置28から出力される弁制御信号VbsがLowレベルからHighレベルに切り替わると、電磁弁36Bの弁体が開方向へ移動される。これによって、第2ガス流路34の他方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間が開放される。また、制御装置28から出力される弁制御信号VbsがHighレベルからLowレベルに切り替わると、電磁弁36Bの弁体が閉方向へ移動される。これによって、第2ガス流路34の他方の一端と、第2ガス流路34の一端側の分岐部分との間が閉塞される。   Further, when the valve control signal Vbs output from the control device 28 switches from the Low level to the High level, the valve body of the solenoid valve 36B is moved in the opening direction. As a result, the space between the other end of the second gas flow path 34 and the branch portion on one end side of the second gas flow path 34 is opened. When the valve control signal Vbs output from the control device 28 switches from the high level to the low level, the valve body of the solenoid valve 36B is moved in the closing direction. As a result, the space between the other end of the second gas flow path 34 and the branch portion on one end side of the second gas flow path 34 is closed.

図2に示されるように、第2ガス流路34の他端は、燃料電池システム14の燃料電池スタック38の燃料ガス供給ポートへ接続されており、第2ガス流路34を流れた水素ガス40は、燃料電池スタック38へ供給される。燃料電池スタック38は、複数のセルを備えている。水素ガス40がセルの正極(アノード、燃料極)と正極側のセパレータとの間を流れ、酸化剤としての酸素を含む空気がセルの負極(カソード、空気極)と負極側のセパレータとの間を流れることによって電気化学反応が生じ、これによって、発電される。   As shown in FIG. 2, the other end of the second gas flow path 34 is connected to a fuel gas supply port of the fuel cell stack 38 of the fuel cell system 14, and the hydrogen gas flowing through the second gas flow path 34 40 is supplied to the fuel cell stack 38. The fuel cell stack 38 has a plurality of cells. Hydrogen gas 40 flows between the positive electrode (anode, fuel electrode) of the cell and the separator on the positive electrode side, and air containing oxygen as an oxidant flows between the negative electrode (cathode, air electrode) of the cell and the separator on the negative electrode side. Flowing through the cell causes an electrochemical reaction, thereby generating electricity.

燃料電池スタック38は、車両(図示省略)に搭載された駆動ドライバを介して駆動装置としての車両駆動モータへ電気的に接続されており、燃料電池スタック38から車両駆動モータへ電力が供給されることによって車両駆動モータが駆動される。車両駆動モータの出力軸は、車両の駆動輪へ機械的に接続されており、車両駆動モータの駆動力が駆動輪へ伝わることによって車両は、走行できる。   The fuel cell stack 38 is electrically connected to a vehicle driving motor as a driving device via a driving driver mounted on a vehicle (not shown), and electric power is supplied from the fuel cell stack 38 to the vehicle driving motor. This drives the vehicle drive motor. The output shaft of the vehicle drive motor is mechanically connected to the drive wheels of the vehicle, and the vehicle can run by transmitting the drive force of the vehicle drive motor to the drive wheels.

一方、上述したシリンダ16A、16Bの内部には、第2流体としての液体42が入っている。液体42は、例えば、エチレングリコール、水等によって構成されている。但し、液体42の種類や成分等については、特に限定されるものではない。しかしながら、液体42の飽和蒸気圧は、高く、揮発性が低いことが好ましく、また、液体42の凝固点は、低く、凍りにくいことが好ましい。さらに、液体42が揮発した場合には、揮発した液体42の成分が、燃料電池スタック38のセルにおける水素ガス40と空気との電気化学反応に影響を及ぼしにくいことが好ましい。また、液体42の圧縮荷重に対する体積変化は小さいことが好ましい。   On the other hand, a liquid 42 as a second fluid is contained in the cylinders 16A and 16B. The liquid 42 is made of, for example, ethylene glycol, water, or the like. However, the type and components of the liquid 42 are not particularly limited. However, it is preferable that the saturated vapor pressure of the liquid 42 is high and the volatility is low, and the freezing point of the liquid 42 is low and the liquid 42 is preferably hard to freeze. Furthermore, when the liquid 42 volatilizes, it is preferable that the component of the volatilized liquid 42 does not easily affect the electrochemical reaction between the hydrogen gas 40 and the air in the cells of the fuel cell stack 38. Further, it is preferable that the volume change of the liquid 42 with respect to the compressive load is small.

また、シリンダ16Aの底壁部には、第2流体放出部としての液体放出ポート44Aと第2流体供給部としての液体供給ポート46Aとが設けられており、シリンダ16Bの底壁部には、第2流体放出部としての液体放出ポート44Bと第2流体供給部としての液体供給ポート46Bとが設けられている。   The bottom wall of the cylinder 16A is provided with a liquid discharge port 44A as a second fluid discharge unit and a liquid supply port 46A as a second fluid supply unit. The bottom wall of the cylinder 16B has A liquid discharge port 44B as a second fluid discharge unit and a liquid supply port 46B as a second fluid supply unit are provided.

シリンダ16Aの液体放出ポート44Aには、第1連絡流路48Aを構成する第1液体流路50Aの一端が接続されており、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出された液体42は、第1液体流路50Aを流れることができる。第1液体流路50Aの中間部には、第1逆止弁52Aが設けられている。第1逆止弁52Aは、第1液体流路50Aにおいて第1逆止弁52Aよりも他端側から一端側(すなわち、図1における矢印LA方向とは反対方向側)へ液体42が流れることを抑制している。   One end of a first liquid flow path 50A constituting a first communication flow path 48A is connected to the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A, and the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A The liquid can flow through the liquid flow path 50A. A first check valve 52A is provided at an intermediate portion of the first liquid flow path 50A. The first check valve 52A allows the liquid 42 to flow from the other end side to the one end side (that is, the direction opposite to the direction of the arrow LA in FIG. 1) from the first check valve 52A in the first liquid flow path 50A. Has been suppressed.

一方、シリンダ16Bの液体放出ポート44Bには、第2連絡流路48Bを構成する第1液体流路50Bの一端が接続されており、シリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出された液体42は、第1液体流路50Bを流れることができる。第1液体流路50Bの中間部には、第1逆止弁52Bが設けられている。第1逆止弁52Bは、第1液体流路50Bにおいて第1逆止弁52Bよりも他端側から一端側(すなわち、図1における矢印LB方向とは反対方向側)へ液体42が流れることを抑制している。   On the other hand, one end of a first liquid flow path 50B constituting the second communication flow path 48B is connected to the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B, and the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B is The first liquid flow path 50B can flow. A first check valve 52B is provided at an intermediate portion of the first liquid flow path 50B. The first check valve 52B allows the liquid 42 to flow from the other end side to the one end side (that is, the direction opposite to the direction of the arrow LB in FIG. 1) in the first liquid flow path 50B from the other end side. Has been suppressed.

この第1液体流路50Bの他端は、上記の第1液体流路50Aの他端へ接続されている。さらに、第1液体流路50A、50Bの両他端の接続部分には、第1連絡流路48A及び第2連絡流路48Bの双方を構成する第2液体流路54の一端が接続されている。第2液体流路54の他端は、タービン56へ接続されている。タービン56は、受圧装置又は回転装置の一態様としてエネルギー変換手段としてのエネルギー変換部58を構成している。さらに、タービン56には、第1連絡流路48A及び第2連絡流路48Bの双方を構成する第3液体流路60の一端が接続されている。   The other end of the first liquid flow path 50B is connected to the other end of the first liquid flow path 50A. Furthermore, one end of a second liquid flow path 54 that constitutes both the first communication flow path 48A and the second communication flow path 48B is connected to a connection portion at both ends of the first liquid flow paths 50A and 50B. I have. The other end of the second liquid flow path 54 is connected to a turbine 56. The turbine 56 constitutes an energy conversion unit 58 as an energy conversion unit as one mode of a pressure receiving device or a rotating device. Further, the turbine 56 is connected to one end of a third liquid flow path 60 that constitutes both the first communication flow path 48A and the second communication flow path 48B.

タービン56は、羽根車(図示省略)を備えており、液体42が第2液体流路54からタービン56へ供給され、更に、タービン56から第3液体流路60へ流れると、液体42の羽根車が回転される。なお、タービン56の羽根車は、例えば、反動水車のように液体42の圧力によって回転される構成であってもよい。しかしながら、タービン56の羽根車は、液体42がタービン56を流れることによって回転される構成であれば、その具体的な態様に限定されることなく、様々な態様の適用が可能である。   The turbine 56 includes an impeller (not shown). When the liquid 42 is supplied from the second liquid flow path 54 to the turbine 56 and further flows from the turbine 56 to the third liquid flow path 60, the blades of the liquid 42 The car is turned. The impeller of the turbine 56 may be configured to be rotated by the pressure of the liquid 42, for example, as in a reaction turbine. However, as long as the impeller of the turbine 56 is configured to rotate by flowing the liquid 42 through the turbine 56, various embodiments can be applied without being limited to the specific embodiment.

タービン56の羽根車は、エネルギー変換部58を構成するジェネレータ62の入力軸(図示省略)へ機械的に接続されている。ジェネレータ62は、例えば、整流子発電機(所謂「ダイナモ」)とされており、タービン56の羽根車の回転力がジェネレータ62の入力軸へ伝えられて、ジェネレータ62の入力軸が回転されると、ジェネレータ62においてジェネレータ62の入力軸の回転力が、電気エネルギーに変換されて発電される。ジェネレータ62は、インバータ64を介してバッテリー(蓄電池)66へ電気的に接続されており、ジェネレータ62において生成された電気エネルギーをバッテリー66に充電できる。   The impeller of the turbine 56 is mechanically connected to an input shaft (not shown) of a generator 62 constituting the energy conversion unit 58. The generator 62 is, for example, a commutator generator (a so-called “dynamo”). When the torque of the impeller of the turbine 56 is transmitted to the input shaft of the generator 62, the input shaft of the generator 62 is rotated. In the generator 62, the torque of the input shaft of the generator 62 is converted into electric energy to generate power. The generator 62 is electrically connected to a battery (storage battery) 66 via an inverter 64, and can charge the battery 66 with electric energy generated by the generator 62.

一方、上述した第3液体流路60の他端は、第1連絡流路48Aを構成する第4液体流路68A及び第2連絡流路48Bを構成する第4液体流路68Bの各々の一端へ接続されている。第4液体流路68Aの他端は、シリンダ16Bの液体供給ポート46Bへ接続されている。また、第4液体流路68Aの中間部には、第2逆止弁70Aが設けられている。第2逆止弁70Aは、第4液体流路68Aにおいて第2逆止弁70Aよりも他端側から一端側(すなわち、図1における矢印LA方向とは反対方向側)へ液体42が流れることを抑制している。   On the other hand, the other end of the above-described third liquid flow path 60 is connected to one end of each of the fourth liquid flow path 68A forming the first communication flow path 48A and the fourth liquid flow path 68B forming the second communication flow path 48B. Connected to The other end of the fourth liquid flow path 68A is connected to the liquid supply port 46B of the cylinder 16B. A second check valve 70A is provided at an intermediate portion of the fourth liquid flow path 68A. The second check valve 70A allows the liquid 42 to flow from the other end side to the one end side (ie, the side opposite to the direction of the arrow LA in FIG. 1) from the second check valve 70A in the fourth liquid flow path 68A. Has been suppressed.

また、第4液体流路68Bの他端は、シリンダ16Aの液体供給ポート46Aへ接続されている。また、第4液体流路68Bの中間部には、第2逆止弁70Bが設けられている。第2逆止弁70Bは、第4液体流路68Bにおいて第2逆止弁70Bよりも他端側から一端側(すなわち、図1における矢印LB方向とは反対方向側)へ液体42が流れることを抑制している。   The other end of the fourth liquid flow path 68B is connected to the liquid supply port 46A of the cylinder 16A. Further, a second check valve 70B is provided in an intermediate portion of the fourth liquid flow path 68B. The second check valve 70B allows the liquid 42 to flow from the other end side to the one end side (that is, the side opposite to the direction of the arrow LB in FIG. 1) from the second check valve 70B in the fourth liquid flow path 68B. Has been suppressed.

また、詳細については後述するが、インジェクタ22Aからシリンダ16A内へ水素ガス40が供給されて液体42がシリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出される際には、シリンダ16Aの電磁弁36Aは、閉じられている。このため、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出された水素ガス40が第4液体流路68B及びシリンダ16Aの液体供給ポート46Aを通ってシリンダ16A内に戻ることはない。   As will be described later in detail, when the hydrogen gas 40 is supplied from the injector 22A into the cylinder 16A and the liquid 42 is discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A, the solenoid valve 36A of the cylinder 16A is closed. Have been. Therefore, the hydrogen gas 40 discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A does not return to the cylinder 16A through the fourth liquid flow path 68B and the liquid supply port 46A of the cylinder 16A.

さらに、インジェクタ22Bからシリンダ16B内へ水素ガス40が供給されて液体42がシリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出される際には、シリンダ16Bの電磁弁36Bは、閉じられている。このため、シリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出された水素ガス40が第4液体流路68A及びシリンダ16Bの液体供給ポート46Bを通ってシリンダ16B内に戻ることはない。   Further, when the hydrogen gas 40 is supplied from the injector 22B into the cylinder 16B and the liquid 42 is discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B, the solenoid valve 36B of the cylinder 16B is closed. Therefore, the hydrogen gas 40 discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B does not return into the cylinder 16B through the fourth liquid flow path 68A and the liquid supply port 46B of the cylinder 16B.

すなわち、本実施の形態では、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出された液体42は、第1液体流路50(すなわち、第1液体流路50A、第2液体流路54、タービン56、第3液体流路60、第4液体流路68Aで、図1における矢印LA方向)を通ってシリンダ16Bの液体供給ポート46Bからシリンダ16B内へ流れる。これに対して、シリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出された液体42は、第2液体流路54(すなわち、第1ガス流路26B、第2液体流路54、タービン56、第3液体流路60、第4液体流路68Bで、図1における矢印LB方向)を通ってシリンダ16Aの液体供給ポート46Aからシリンダ16A内へ流れる。   That is, in the present embodiment, the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A is supplied to the first liquid flow path 50 (that is, the first liquid flow path 50A, the second liquid flow path 54, the turbine 56, The liquid flows from the liquid supply port 46B of the cylinder 16B into the cylinder 16B through the third liquid flow path 60 and the fourth liquid flow path 68A (in the direction of the arrow LA in FIG. 1). On the other hand, the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B is supplied to the second liquid passage 54 (that is, the first gas passage 26B, the second liquid passage 54, the turbine 56, and the third liquid passage 54). In the path 60, the fourth liquid flow path 68B flows through the liquid supply port 46A of the cylinder 16A into the cylinder 16A through the arrow LB direction (in FIG. 1).

このように、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出された液体42及びシリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出された液体42は、何れも、第2液体流路54からタービン56を通って第3液体流路60へ流れる。このため、タービン56における液体42の流れの向きは、シリンダ16Aからの液体42と、シリンダ16Bからの液体42とで同じ向きになる。これにより、シリンダ16Aからの液体42及びシリンダ16Bからの液体42の何れがタービン56を流れても、タービン56の羽根車の回転方向は同じになる。   In this manner, the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A and the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B both pass through the turbine 56 from the second liquid flow path 54 and pass through the third It flows to the liquid channel 60. Therefore, the direction of the flow of the liquid 42 in the turbine 56 is the same for the liquid 42 from the cylinder 16A and the liquid 42 from the cylinder 16B. Thus, no matter which of the liquid 42 from the cylinder 16A and the liquid 42 from the cylinder 16B flows through the turbine 56, the rotation direction of the impeller of the turbine 56 becomes the same.

また、本実施の形態では、シリンダ16Aには、物理量測定装置としての液面計72が設けられている。液面計72は、物理量の測定値の一態様であるシリンダ16A内の液体42の液面の位置(すなわち、シリンダ16内における液体42の液面の高さ)を検出している。図3に示されるように、液面計72は、制御装置28に直接又は間接的に電気的に接続されている。また、液面計72からは、物理量の測定値の大きさに対応する測定値信号Msの一態様である液面検出信号Smsが出力される。液面検出信号Smsは、シリンダ16A内における液体42の液面の位置(液面の高さ)に応じたレベル(例えば、電圧)を有しており、この液面検出信号Smsは、制御装置28に入力される。   In the present embodiment, the cylinder 16A is provided with a liquid level gauge 72 as a physical quantity measuring device. The liquid level gauge 72 detects the position of the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A (that is, the height of the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16), which is one mode of the measured value of the physical quantity. As shown in FIG. 3, the liquid level gauge 72 is electrically connected directly or indirectly to the control device 28. In addition, the liquid level meter 72 outputs a liquid level detection signal Sms, which is one mode of the measured value signal Ms corresponding to the magnitude of the measured value of the physical quantity. The liquid level detection signal Sms has a level (for example, voltage) according to the liquid level position (liquid level) of the liquid 42 in the cylinder 16A. 28.

さらに、制御装置28は、1又は複数の指令装置(図示省略)に直接又は間接的に電気的に接続されている。指令装置からは物理量の目標値に対応したレベル(例えば、電圧)の指令値Csが出力される。特に、本実施の形態において、指令値Csは、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値である圧力指令値Cpsと、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の流量の目標値である流量指令値Cfsになる。   Further, the control device 28 is directly or indirectly electrically connected to one or a plurality of command devices (not shown). The command device outputs a command value Cs of a level (for example, voltage) corresponding to the target value of the physical quantity. In particular, in the present embodiment, the command value Cs is a pressure command value Cps which is a target value of the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34, and flows through the second gas flow path 34. The flow rate command value Cfs, which is the target value of the flow rate of the hydrogen gas 40, is obtained.

<第1の実施の形態の作用、効果>
(第1の実施の形態の基本的な動作)
次に、第1の実施の形態の基本的な動作と、基本的な動作に基づく作用並びに効果について説明する。図4に示されるように、本実施の形態に係る燃料電池システム14の流体エネルギー変換装置10の変換ユニット12は、行程1、行程2、行程3、行程4の処理が順番に行なわれ、更に、図5に示されるように、行程1での処理の開始から行程4での処理の終了までを1つの周期として繰り返される。
<Operation and Effect of First Embodiment>
(Basic operation of the first embodiment)
Next, a basic operation of the first embodiment, and actions and effects based on the basic operation will be described. As shown in FIG. 4, the conversion unit 12 of the fluid energy conversion device 10 of the fuel cell system 14 according to the present embodiment performs the processes of the stroke 1, the stroke 2, the stroke 3, and the stroke 4 in order, and furthermore, As shown in FIG. 5, the process from the start of the process in the process 1 to the end of the process in the process 4 is repeated as one cycle.

先ず、行程1が開始されると、インジェクタ22A及び電磁弁36Bが開操作されると共に、インジェクタ22B及び電磁弁36Aが閉操作される。これによって、タンク30から高圧の水素ガス40がシリンダ16Aへ供給される。シリンダ16Aに水素ガス40が供給されると、シリンダ16A内の液体42が水素ガス40に押圧されてシリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出される(すなわち、水素ガス40の内部エネルギーが、液体42の液体放出ポート44Bからの放出に供される)。   First, when the stroke 1 is started, the injector 22A and the solenoid valve 36B are opened and the injector 22B and the solenoid valve 36A are closed. Thereby, the high-pressure hydrogen gas 40 is supplied from the tank 30 to the cylinder 16A. When the hydrogen gas 40 is supplied to the cylinder 16A, the liquid 42 in the cylinder 16A is pressed by the hydrogen gas 40 and released from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A (that is, the internal energy of the hydrogen gas 40 is From the liquid discharge port 44B.

液体放出ポート44Aから放出された液体42は、第1連絡流路48Aを流れてシリンダ16Bの液体供給ポート46Bからシリンダ16B内に入る。このようにしてシリンダ16B内に液体42が入ると、シリンダ16B内の水素ガス40が液体42に押圧される(すなわち、液体42の内部エネルギーが、水素ガス40の押圧に供される)。これによって、シリンダ16B内の水素ガス40がシリンダ16Bの燃料ガス放出ポート20Bから放出され、第2ガス流路34へ流れる。   The liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44A flows through the first communication flow path 48A and enters the cylinder 16B from the liquid supply port 46B of the cylinder 16B. When the liquid 42 enters the cylinder 16B in this way, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B is pressed against the liquid 42 (that is, the internal energy of the liquid 42 is used to press the hydrogen gas 40). Thereby, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B is discharged from the fuel gas discharge port 20B of the cylinder 16B and flows to the second gas flow path 34.

次に、行程1の開始から所定の時間が経過すると、行程1が終了して行程2が開始される。行程2では、インジェクタ22Aが閉操作される(電磁弁36A及びインジェクタ22Bの閉状態、電磁弁36Bの開状態は、維持される)。これによって、タンク30からシリンダ16Aへの水素ガス40の供給が停止される。タンク30内の水素ガス40が供給されたシリンダ16A内の水素ガス40の圧力は、シリンダ16B内の水素ガス40よりも圧力よりも高い。このため、シリンダ16A内の水素ガス40の圧力がシリンダ16B内の水素ガス40の圧力と同じ大きさになるまでシリンダ16A内の水素ガス40は、膨張されて減圧される。   Next, when a predetermined time elapses from the start of the process 1, the process 1 is completed and the process 2 is started. In the stroke 2, the injector 22A is closed (the closed state of the solenoid valve 36A and the injector 22B and the opened state of the solenoid valve 36B are maintained). Thus, the supply of the hydrogen gas 40 from the tank 30 to the cylinder 16A is stopped. The pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A to which the hydrogen gas 40 in the tank 30 is supplied is higher than the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B. For this reason, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is expanded and reduced in pressure until the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A becomes equal to the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B.

これにより、シリンダ16A内の液体42は、シリンダ16A内で膨張する水素ガス40によって押圧され、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから更に放出される。このようにして、液体42が第1連絡流路48Aを流れることにより、シリンダ16B内の水素ガス40は、燃料ガス放出ポート20Bから更に放出される。このようにして、シリンダ16A内の水素ガス40が膨張して所定の体積になると、行程2が終了される。   Accordingly, the liquid 42 in the cylinder 16A is pressed by the hydrogen gas 40 expanding in the cylinder 16A, and is further discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A. Thus, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B is further discharged from the fuel gas discharge port 20B by the liquid 42 flowing through the first communication flow path 48A. Thus, when the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A expands to a predetermined volume, the stroke 2 is completed.

次に、行程3では、インジェクタ22B及び電磁弁36Aが開操作されると共に、インジェクタ22A及び電磁弁36Bが閉操作される。これによって、タンク30から高圧の水素ガス40がシリンダ16Bへ供給される。シリンダ16Bに水素ガス40が供給されると、シリンダ16B内の液体42が水素ガス40に押圧されてシリンダ16Bの液体放出ポート44Bから放出される(すなわち、水素ガス40の内部エネルギーが、液体42の液体放出ポート44Bからの放出に供される)。   Next, in step 3, the injector 22B and the solenoid valve 36A are opened and the injector 22A and the solenoid valve 36B are closed. Thereby, the high-pressure hydrogen gas 40 is supplied from the tank 30 to the cylinder 16B. When the hydrogen gas 40 is supplied to the cylinder 16B, the liquid 42 in the cylinder 16B is pressed by the hydrogen gas 40 and is discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B (that is, the internal energy of the hydrogen gas 40 is From the liquid discharge port 44B.

液体放出ポート44Bから放出された液体42は、第2連絡流路48Bを流れてシリンダ16Aの液体供給ポート46Aからシリンダ16A内に入る。このようにしてシリンダ16A内に液体42が入ると、シリンダ16A内の水素ガス40が液体42に押圧される(すなわち、液体42の内部エネルギーが、水素ガス40の押圧に供される)。これによって、シリンダ16A内の水素ガス40がシリンダ16Aの燃料ガス放出ポート20Aから放出され、第2ガス流路34へ流れる。   The liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44B flows through the second communication channel 48B and enters the cylinder 16A from the liquid supply port 46A of the cylinder 16A. When the liquid 42 enters the cylinder 16A in this manner, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is pressed against the liquid 42 (that is, the internal energy of the liquid 42 is used to press the hydrogen gas 40). Thereby, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is released from the fuel gas discharge port 20A of the cylinder 16A and flows to the second gas flow path 34.

次に、行程3の開始から所定の時間が経過すると、行程3が終了して行程4が開始される。行程4では、インジェクタ22Bが閉操作される(電磁弁36B及びインジェクタ22Aの閉状態、電磁弁36Aの開状態は、維持される)。これによって、タンク30からシリンダ16Bへの水素ガス40の供給が停止される。タンク30内の水素ガス40が供給されたシリンダ16B内の水素ガス40の圧力は、シリンダ16A内の水素ガス40よりも圧力よりも高い。このため、シリンダ16B内の水素ガス40の圧力がシリンダ16A内の水素ガス40の圧力と同じ大きさになるまでシリンダ16B内の水素ガス40は、膨張されて減圧される。   Next, when a predetermined time has elapsed from the start of the process 3, the process 3 ends and the process 4 starts. In step 4, the injector 22B is closed (the closed state of the solenoid valve 36B and the injector 22A and the open state of the solenoid valve 36A are maintained). Thus, the supply of the hydrogen gas 40 from the tank 30 to the cylinder 16B is stopped. The pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B to which the hydrogen gas 40 in the tank 30 is supplied is higher than the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A. For this reason, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B is expanded and reduced in pressure until the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B becomes equal to the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A.

これにより、シリンダ16B内の液体42は、シリンダ16B内で膨張する水素ガス40によって押圧され、シリンダ16Bの液体放出ポート44Bから更に放出される。このようにして、液体42が第2連絡流路48Bを流れることにより、シリンダ16A内の水素ガス40は、燃料ガス放出ポート20Aから更に放出される。このようにして、シリンダ16B内の水素ガス40が膨張して所定の体積になると、行程4が終了されると共に、以上の行程1から行程4の処理が所定の周期fで繰り返される。   Accordingly, the liquid 42 in the cylinder 16B is pressed by the hydrogen gas 40 expanding in the cylinder 16B, and is further discharged from the liquid discharge port 44B of the cylinder 16B. Thus, the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is further discharged from the fuel gas discharge port 20A by the liquid 42 flowing through the second communication flow path 48B. In this manner, when the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B expands to a predetermined volume, the stroke 4 is completed, and the above-described processes of the strokes 1 to 4 are repeated at a predetermined cycle f.

ここで、行程1から行程4の各行程では、液体42が第1連絡流路48A又は第2連絡流路48Bを流れる。したがって、この行程1から行程4の各行程では、液体42が第2液体流路54からタービン56を通って第3液体流路60へ流れる。このように、液体42がタービン56を流れると、タービン56の羽根車が回転されてジェネレータ62の入力軸が回転される(すなわち、液体42の運動エネルギー、ひいては、液体42の移動に供された水素ガス40の内部エネルギーの一部が、タービン56の羽根車の回転のための機械的エネルギーに変換される)。ジェネレータ62の入力軸の回転力(機械的エネルギー)は、ジェネレータ62において電気エネルギーに変換されて発電される。このようにしてジェネレータ62において発生した電力は、インバータ64を介してバッテリー66へ流れ、バッテリー66が充電される。   Here, in each of the strokes 1 to 4, the liquid 42 flows through the first communication flow path 48A or the second communication flow path 48B. Therefore, in each of the strokes 1 to 4, the liquid 42 flows from the second liquid passage 54 to the third liquid passage 60 through the turbine 56. As described above, when the liquid 42 flows through the turbine 56, the impeller of the turbine 56 is rotated to rotate the input shaft of the generator 62 (that is, the kinetic energy of the liquid 42, and consequently, the liquid 42 is used for movement. Some of the internal energy of the hydrogen gas 40 is converted to mechanical energy for rotation of the impeller of the turbine 56). The rotational force (mechanical energy) of the input shaft of the generator 62 is converted into electric energy in the generator 62 to generate power. The electric power thus generated in the generator 62 flows to the battery 66 via the inverter 64, and the battery 66 is charged.

このように、本実施の形態では、上記のように水素ガス40がタンク30からシリンダ16A又はシリンダ16Bを通って燃料電池スタック38へ流れることによって、バッテリー66を充電できる。   As described above, in the present embodiment, the battery 66 can be charged by flowing the hydrogen gas 40 from the tank 30 to the fuel cell stack 38 through the cylinder 16A or the cylinder 16B as described above.

また、本実施の形態では、タービン56の羽根車は、第2流体としての液体42によって回転され、第1流体としての水素ガス40は、タービン56を通らない。このため、タービン56の羽根車等に塗布された潤滑剤が水素ガス40に混ざることを抑制できる。   In the present embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 as the second fluid, and the hydrogen gas 40 as the first fluid does not pass through the turbine 56. For this reason, it is possible to suppress the lubricant applied to the impeller of the turbine 56 and the like from being mixed with the hydrogen gas 40.

(制御装置28による制御の説明)
次に、行程1から行程4の各行程における制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御について図6から図8のフローチャートに基づいて説明する共に、この制御装置28の制御による本実施の形態の作用並びに効果について説明する。
(Description of Control by Control Device 28)
Next, control of the opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B by the control device 28 in each of the strokes 1 to 4 will be described based on the flowcharts of FIGS. The operation and effect of the present embodiment by control will be described.

図6に示されるように、本実施の形態では、例えば、燃料電池システム14での発電が開始されると、制御装置28での制御が開始される(ステップ200)。制御装置28での制御のメインルーチンは、ステップ202での行程1のサブルーチン、ステップ204での行程2のサブルーチン、ステップ208での行程3のサブルーチン、ステップ210での行程4のサブルーチンの各処理を順番に行なうようになっている。   As shown in FIG. 6, in the present embodiment, for example, when the power generation in the fuel cell system 14 is started, the control by the control device 28 is started (step 200). The main routine of the control by the control device 28 includes processes of a subroutine of step 1 in step 202, a subroutine of step 2 in step 204, a subroutine of step 3 in step 208, and a subroutine of step 4 in step 210. This is done in order.

また、ステップ204での行程2のサブルーチンが終了した後のステップ206、ステップ210での行程4のサブルーチンが終了した後のステップ212では、例えば、車両の走行速度Vesが予め設定された設定速度Ve0よりも大きいか否かが判定される。車両の走行速度Vesが設定速度Ve0以上の以上には、制御装置28での制御が継続され、車両の走行速度Vesが設定速度Ve0未満の場合には、制御装置28での制御が終了される(ステップ214)。   In addition, in step 206 after the subroutine of step 2 in step 204 is completed, and in step 212 after the subroutine of step 4 in step 210 is completed, for example, the traveling speed Ves of the vehicle is set to a preset speed Ve0. It is determined whether it is greater than or equal to. When the traveling speed Ves of the vehicle is equal to or higher than the set speed Ve0, the control by the control device 28 is continued. When the traveling speed Ves of the vehicle is less than the set speed Ve0, the control by the control device 28 is terminated. (Step 214).

ステップ202で行程1のサブルーチンへ進むと、図7(A)に示されるように、ステップ222では、物理量の指令値Csが読込まれる。本実施の形態では、指令値Csは、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値である圧力指令値Cpsと、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の流量の目標値である流量指令値Cfsとされる。さらに、ステップ222では、物理量の測定値信号Msが読込まれる。本実施の形態では、測定値信号Msは、圧力計32からの圧力検出信号Pms及び液面計72からの液面検出信号Smsになり、ステップ222では、圧力検出信号Pmsが測定値信号Msとして読み込まれる。   When the process proceeds to the subroutine of step 1 in step 202, the command value Cs of the physical quantity is read in step 222 as shown in FIG. In the present embodiment, the command value Cs includes a pressure command value Cps which is a target value of the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 and a hydrogen gas flow rate flowing through the second gas flow path 34. The flow rate command value Cfs, which is the target value of the flow rate of 40, is set. Further, in step 222, the measured value signal Ms of the physical quantity is read. In the present embodiment, the measured value signal Ms becomes the pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32 and the liquid level detection signal Sms from the liquid level gauge 72. In Step 222, the pressure detection signal Pms is set as the measured value signal Ms. Is read.

次いで、ステップ224では、圧力指令値Cpsと圧力検出信号Pmsとに基づいて、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値になるようなシリンダ16A内での水素ガス40の目標膨張比Raが演算される。さらに、この目標膨張比Raの演算結果に基づいて、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)が、上記の目標値(すなわち、圧力指令値Cpsに対応する値)になるような水素ガス40の目標体積Vamaxが演算される。さらに、これらの演算結果に基づいてインジェクタ22Aの開放時間Taが演算されると共に、行程1の開始から行程4の終了までに要する周期fが演算される。   Next, at step 224, based on the pressure command value Cps and the pressure detection signal Pms, the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 in the cylinder 16A is set to a target value. The target expansion ratio Ra of the hydrogen gas 40 is calculated. Further, based on the calculation result of the target expansion ratio Ra, the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 is set to the target value described above (that is, a value corresponding to the pressure command value Cps). The target volume Vamax of the hydrogen gas 40 is calculated as follows. Further, the opening time Ta of the injector 22A is calculated based on these calculation results, and the period f required from the start of the stroke 1 to the end of the stroke 4 is calculated.

ここで、行程3(メインルーチンのステップ208)、行程4(メインルーチンのステップ210)を経てステップ224の処理が行なわれる場合、ステップ222で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量が、その前の流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量よりも多いと、インジェクタ22Aの開放時間Taは、その前のインジェクタ22Bの開放時間Tbよりも長くされる。また、ステップ222で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量が、その前の流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量よりも少ないと、インジェクタ22Aの開放時間Taは、その前のインジェクタ22Bの開放時間Tbよりも短くされる。   Here, when the process of step 224 is performed via step 3 (step 208 of the main routine) and step 4 (step 210 of the main routine), the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 222 However, if the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the previous flow rate command value Cfs is larger than the previous time, the open time Ta of the injector 22A is made longer than the open time Tb of the previous injector 22B. If the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 222 is smaller than the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the previous flow rate command value Cfs, the opening time Ta of the injector 22A becomes Is shorter than the opening time Tb of the injector 22B.

次いで、ステップ226では、Highレベルのインジェクタ制御信号Ias及び弁制御信号Vbsが制御装置28から出力されると共に、Lowレベルの弁制御信号Vas及びインジェクタ制御信号Ibsが制御装置28から出力される。これによって、インジェクタ22A及び電磁弁36Bが開状態にされ、インジェクタ22B及び電磁弁36Aが閉状態にされる。これによって、上述したように、タンク30内の高圧の水素ガス40がシリンダ16Aへ供給される。   Next, at step 226, the high-level injector control signal Ias and the valve control signal Vbs are output from the control device 28, and the low-level valve control signal Vas and the injector control signal Ibs are output from the control device 28. Thus, the injector 22A and the solenoid valve 36B are opened, and the injector 22B and the solenoid valve 36A are closed. Thereby, as described above, the high-pressure hydrogen gas 40 in the tank 30 is supplied to the cylinder 16A.

次いで、ステップ228では、タイマ74(図3参照)がスタートされる。これによって、制御装置28がHighレベルのインジェクタ制御信号Iasの出力を開始してから時間Tがカウントされる。ステップ230では、時間Tが、ステップ224での演算結果である開放時間Ta以上になったか否かが判定され、時間Tが、開放時間Ta以上になると、ステップ230でメインルーチンへ戻り、更に、メインルーチンのステップ204へ進んで行程2のサブルーチンへ進む。   Next, at step 228, the timer 74 (see FIG. 3) is started. As a result, the time T is counted from the time when the control device 28 starts outputting the high-level injector control signal Ias. In step 230, it is determined whether or not the time T has become equal to or longer than the opening time Ta which is the result of the calculation in step 224. If the time T has become equal to or longer than the opening time Ta, the process returns to step 230 in the main routine. The process proceeds to step 204 of the main routine, and proceeds to the subroutine of step 2.

図7(B)に示されるように、ステップ240で行程2のサブルーチンが開始されると、ステップ242で制御装置28から出力される制御信号Iasが、HighレベルからLowレベルに切り替えられえる。これによって、インジェクタ22Aが閉じられ、タンク30からシリンダ16Aへの水素ガス40の供給が停止される。   As shown in FIG. 7B, when the subroutine of the stroke 2 is started in step 240, the control signal Ias output from the control device 28 in step 242 can be switched from the high level to the low level. Thus, the injector 22A is closed, and the supply of the hydrogen gas 40 from the tank 30 to the cylinder 16A is stopped.

次いで、ステップ244では、物理量の測定値信号Msの一態様である液面計72から出力された液面検出信号Smsが読み込まれ、更に、制御信号Iasが、HighレベルからLowレベルに切り替えられた際、すなわち、シリンダ16Aへの水素ガス40の供給が停止時の液面検出信号Smsが記憶装置76(図3参照)に記憶される。液面検出信号Smsは、シリンダ16A内の液体42の液面の位置に対応している。シリンダ16A内では、液体42の液面の上側に水素ガス40が溜められるため、シリンダ16A内の液体42の液面の位置を検出することは、シリンダ16A内の水素ガス40の体積を検出することになる。   Next, in step 244, the liquid level detection signal Sms output from the liquid level gauge 72, which is one mode of the measured value signal Ms of the physical quantity, was read, and the control signal Ias was switched from the high level to the low level. At this time, that is, when the supply of the hydrogen gas 40 to the cylinder 16A is stopped, the liquid level detection signal Sms is stored in the storage device 76 (see FIG. 3). The liquid level detection signal Sms corresponds to the position of the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A. In the cylinder 16A, since the hydrogen gas 40 is stored above the liquid surface of the liquid 42, detecting the position of the liquid surface of the liquid 42 in the cylinder 16A detects the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A. Will be.

次いで、ステップ246では、行程1のサブルーチンのステップ224での目標膨張比Raの演算結果と、ステップ242で読み込んだ液面検出信号Smsと、目標体積Vamaxとに基づいて、シリンダ16A内の水素ガス40の体積が目標体積Vamaxになった場合のシリンダ16A内での液体42の液面位置に対応する目標液面位置Staが演算される。   Next, at step 246, the hydrogen gas in the cylinder 16A is calculated based on the calculation result of the target expansion ratio Ra at step 224 of the subroutine of step 1, the liquid level detection signal Sms read at step 242, and the target volume Vamax. The target liquid level position Sta corresponding to the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16A when the volume of the cylinder 40 reaches the target volume Vamax is calculated.

ここで、ステップ242で読み込んだシリンダ16Aへの水素ガス40の供給停止時のシリンダ16A内の水素ガス40の体積をVa1、タンク30内の水素ガス40の圧力(すなわち、行程1のサブルーチンのステップ222で読み込んだ圧力計32からの圧力検出信号Pmsに対応する水素ガス40の圧力)をPh、圧力指令値Pmsに対応する水素ガス40の圧力をPlとする。また、この行程2においてシリンダ16A内での水素ガス40の圧力が圧力Phから圧力Plまで変化する際の水素ガス40の体積変化(すなわち、水素ガス40の膨張)は、ポリトロープ変化と見做せる。このため、体積Va1から目標体積Vamaxまでの水素ガス40の体積の変化は、以下の式(1)のように表される。   Here, when the supply of the hydrogen gas 40 to the cylinder 16A read in step 242 is stopped, the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is Va1, the pressure of the hydrogen gas 40 in the tank 30 (that is, the step of the subroutine of the stroke 1). The pressure of the hydrogen gas 40 corresponding to the pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32 read at 222 is Ph, and the pressure of the hydrogen gas 40 corresponding to the pressure command value Pms is Pl. Further, in this step 2, the volume change of the hydrogen gas 40 when the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A changes from the pressure Ph to the pressure Pl (that is, the expansion of the hydrogen gas 40) can be regarded as a polytropic change. . For this reason, the change in the volume of the hydrogen gas 40 from the volume Va1 to the target volume Vamax is expressed by the following equation (1).

但し、上記の式(1)で、n1は、ポリトロープ指数であり、計測等によって予め把握しておく。   However, in the above equation (1), n1 is a polytropic index, which is grasped in advance by measurement or the like.

このため、行程3(メインルーチンのステップ208)、行程4(メインルーチンのステップ210)を経てステップ224の処理が行なわれる場合、ステップ222で読み込まれた圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力が、その前の圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力よりも高いと、上記の式(1)においてPlが高くなるため、目標信号値Vamaxに基づく水素ガス40の体積は小さくなる。これに対して、ステップ222で読み込まれた圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力が、その前の圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力よりも低いと、上記の式(1)においてPlが低くなるため、目標信号値Vamaxに基づく水素ガス40の体積は大きくなる。   Therefore, when the process of step 224 is performed via step 3 (step 208 of the main routine) and step 4 (step 210 of the main routine), the pressure of the hydrogen gas 40 based on the pressure command value Cps read in step 222 However, if the pressure is higher than the pressure of the hydrogen gas 40 based on the previous pressure command value Cps, the volume of the hydrogen gas 40 based on the target signal value Vamax becomes small because Pl in the above equation (1) increases. On the other hand, if the pressure of the hydrogen gas 40 based on the pressure command value Cps read in step 222 is lower than the pressure of the hydrogen gas 40 based on the previous pressure command value Cps, the above equation (1) is used. Since Pl decreases, the volume of the hydrogen gas 40 based on the target signal value Vamax increases.

次いで、ステップ248では、液面計72から出力される液面検出信号Smsが読み込まれ、ステップ250では、液面検出信号Smsに対応するシリンダ16A内の液体42の液面位置が目標液面位置Sta以下になったか否かが判定される。シリンダ16A内の水素ガス40の体積が目標体積Vamax以上になり、これによって、シリンダ16A内の液体42の液面が目標位置以下なると、ステップ252でメインルーチンへ戻り、更に、メインルーチンのステップ206へ進む。この状態で、車両の走行速度Vesが、予め設定された設定速度Ve0未満でない場合には、ステップ208で行程3のサブルーチンへ進む。   Next, at step 248, the liquid level detection signal Sms output from the liquid level gauge 72 is read, and at step 250, the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16A corresponding to the liquid level detection signal Sms is set to the target liquid level position. It is determined whether or not the value is less than or equal to Sta. When the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A becomes equal to or larger than the target volume Vamax, whereby the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A becomes equal to or lower than the target position, the process returns to the main routine in step 252, and further proceeds to step 206 in the main routine. Proceed to. In this state, if the traveling speed Ves of the vehicle is not lower than the preset speed Ve0, the process proceeds to the subroutine of step 3 in step 208.

ステップ208で行程3のサブルーチンへ進むと、図8(A)に示されるように、ステップ262では、物理量の指令値Csとして圧力指令値Cpsと、流量指令値Cfsが読み込まれる。さらに、ステップ262では、物理量の測定値信号Msとして圧力検出信号Pms及び液面検出信号Smsが読み込まれる。   When the process proceeds to the subroutine of step 3 in step 208, as shown in FIG. 8A, in step 262, the pressure command value Cps and the flow rate command value Cfs are read as the physical quantity command value Cs. Further, at step 262, the pressure detection signal Pms and the liquid level detection signal Sms are read as the measured value signal Ms of the physical quantity.

次いで、ステップ264では、圧力指令値Cpsと圧力検出信号Pmsとに基づいて、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値になるようなシリンダ16B内での水素ガス40の目標膨張比Rbが演算される。さらに、この目標膨張比Rbの演算結果に基づいて、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)が、上記の目標値(すなわち、圧力指令値Cpsに対応する値)になるような水素ガス40の目標体積Vbmaxが演算される。さらに、これらの演算結果に基づいてインジェクタ22Bの開放時間Tbが演算されると共に、行程1の開始から行程4の終了までに要する周期fが演算される。   Next, at step 264, based on the pressure command value Cps and the pressure detection signal Pms, the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 in the cylinder 16B is set to a target value. The target expansion ratio Rb of the hydrogen gas 40 is calculated. Further, based on the calculation result of the target expansion ratio Rb, the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 is set to the target value (that is, the value corresponding to the pressure command value Cps). The target volume Vbmax of the hydrogen gas 40 is calculated as follows. Further, the opening time Tb of the injector 22B is calculated based on these calculation results, and the period f required from the start of the stroke 1 to the end of the stroke 4 is calculated.

ここで、この行程3(メインルーチンのステップ208)の処理が開始される前の行程1(メインルーチンのステップ202)のステップ224で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量に比べて、ステップ264で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量が多い場合には、インジェクタ22Bの開放時間Tbは、その前のインジェクタ22Aの開放時間Taよりも長くされる。また、行程1のステップ264で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量に比べて、ステップ264で読み込まれた流量指令値Cfsに基づく水素ガス40の流量が少ない場合には、インジェクタ22Bの開放時間Tbは、その前のインジェクタ22Aの開放時間Taよりも短くされる。   Here, as compared with the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 224 of step 1 (step 202 of the main routine) before the process of step 3 (step 208 of the main routine) is started. If the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 264 is large, the open time Tb of the injector 22B is made longer than the open time Ta of the preceding injector 22A. If the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 264 is smaller than the flow rate of the hydrogen gas 40 based on the flow rate command value Cfs read in step 264 of the stroke 1, the injector The opening time Tb of the injector 22B is shorter than the opening time Ta of the preceding injector 22A.

次いで、ステップ266では、Highレベルのインジェクタ制御信号Ibs及び弁制御信号Vasが制御装置28から出力されると共に、Lowレベルの弁制御信号Vbs及びインジェクタ制御信号Iasが制御装置28から出力される。これによって、インジェクタ22B及び電磁弁36Aが開状態にされ、インジェクタ22A及び電磁弁36Bが閉状態にされる。これによって、上述したように、タンク30内の高圧の水素ガス40がシリンダ16Bへ供給される。   Next, at step 266, the high-level injector control signal Ibs and the valve control signal Vas are output from the control device 28, and the low-level valve control signal Vbs and the injector control signal Ias are output from the control device 28. As a result, the injector 22B and the solenoid valve 36A are opened, and the injector 22A and the solenoid valve 36B are closed. Thereby, as described above, the high-pressure hydrogen gas 40 in the tank 30 is supplied to the cylinder 16B.

ここで、この状態では、シリンダ16A内には水素ガス40が入っており、電磁弁36Aが開放される前の状態でシリンダ16A内の水素ガス40は、膨張されている。このため、この状態でシリンダ16Bに供給された水素ガス40の圧力は、シリンダ16A内の水素ガス40の圧力よりも高い。   Here, in this state, the hydrogen gas 40 is contained in the cylinder 16A, and the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A is expanded before the solenoid valve 36A is opened. Therefore, the pressure of the hydrogen gas 40 supplied to the cylinder 16B in this state is higher than the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A.

次いで、ステップ268では、タイマ74(図3参照)がスタートされる。これによって、制御装置28がHighレベルのインジェクタ制御信号Ibsの出力を開始してから時間Tがカウントされる。ステップ270では、時間Tが、ステップ264での演算結果である開放時間Tb以上になったか否かが判定され、時間Tが、開放時間Tb以上になると、ステップ270でメインルーチンへ戻り、更に、メインルーチンのステップ208へ進んで行程4のサブルーチンへ進む。   Next, at step 268, the timer 74 (see FIG. 3) is started. As a result, the time T has been counted since the control device 28 started outputting the high-level injector control signal Ibs. In step 270, it is determined whether or not the time T has become equal to or longer than the opening time Tb which is the result of the calculation in step 264. If the time T has become equal to or longer than the opening time Tb, the process returns to the main routine in step 270. The process proceeds to step 208 of the main routine, and proceeds to the subroutine of step 4.

図8(B)に示されるように、ステップ280で行程4のサブルーチンが開始されると、ステップ282で制御装置28から出力される制御信号Ibsが、HighレベルからLowレベルに切り替えられえる。これによって、インジェクタ22Bが閉じられ、タンク30からシリンダ16Bへの水素ガス40の供給が停止される。   As shown in FIG. 8B, when the subroutine of the process 4 is started at step 280, the control signal Ibs output from the control device 28 at step 282 can be switched from the high level to the low level. Thus, the injector 22B is closed, and the supply of the hydrogen gas 40 from the tank 30 to the cylinder 16B is stopped.

次いで、ステップ284では、物理量の測定値信号Msの一態様である液面計72から出力された液面検出信号Smsが読み込まれ、更に、制御信号Ibsが、HighレベルからLowレベルに切り替えられた際、すなわち、シリンダ16Bへの水素ガス40の供給が停止時の液面検出信号Smsが記憶装置76(図3参照)に記憶される。   Next, at step 284, the liquid level detection signal Sms output from the liquid level meter 72, which is one mode of the measured value signal Ms of the physical quantity, was read, and the control signal Ibs was switched from the high level to the low level. In other words, the liquid level detection signal Sms when the supply of the hydrogen gas 40 to the cylinder 16B is stopped is stored in the storage device 76 (see FIG. 3).

上述したように、液面検出信号Smsは、シリンダ16A内の液体42の液面の位置に対応している。また、この状態で、シリンダ16Aは、第2連絡流路48B及びタービン56を介してシリンダ16Bに繋がっており、シリンダ16Aの液体放出ポート44Aから放出された液体42は、第2連絡流路48B及びタービン56を通ってシリンダ16Bの液体供給ポート46からシリンダ16Bに流れる。したがって、シリンダ16A内の液体42の液面の位置に対応する液面検出信号Smsは、シリンダ16B内の液体42の液面位置にも対応する。また、シリンダ16B内では、液体42の液面の上側に水素ガス40が溜められる。このため、シリンダ16A内の液体42の液面の位置を検出することは、シリンダ16B内の水素ガス40の体積を検出することになる。   As described above, the liquid level detection signal Sms corresponds to the position of the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A. In this state, the cylinder 16A is connected to the cylinder 16B via the second communication flow path 48B and the turbine 56, and the liquid 42 discharged from the liquid discharge port 44A of the cylinder 16A is discharged to the second communication flow path 48B. And flows from the liquid supply port 46 of the cylinder 16B to the cylinder 16B through the turbine 56. Therefore, the liquid level detection signal Sms corresponding to the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16A also corresponds to the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16B. In the cylinder 16B, the hydrogen gas 40 is stored above the liquid level of the liquid 42. Therefore, detecting the position of the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A means detecting the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B.

次いで、ステップ286では、行程3のサブルーチンのステップ264での目標膨張比Rbの演算結果と、ステップ282で読み込んだ液面検出信号Smsと、目標体積Vbmaxとに基づいて、シリンダ16B内の水素ガス40の体積が目標体積Vbmaxになった場合のシリンダ16B内での液体42の液面位置に対応する目標液面位置Stbが演算される。   Next, in step 286, based on the calculation result of the target expansion ratio Rb in step 264 of the subroutine of step 3, the liquid level detection signal Sms read in step 282, and the target volume Vbmax, the hydrogen gas in the cylinder 16B is determined. The target liquid level position Stb corresponding to the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16B when the volume of the cylinder 40 reaches the target volume Vbmax is calculated.

ここで、ステップ282で読み込んだシリンダ16Bへの水素ガス40の供給停止時のシリンダ16B内の水素ガス40の体積をVb1、タンク30内の水素ガス40の圧力(すなわち、行程3のサブルーチンのステップ262で読み込んだ圧力計32からの圧力検出信号Pmsに対応する水素ガス40の圧力)をPh、圧力指令値Pmsに対応する水素ガス40の圧力をPlとする。また、この行程4においてシリンダ16B内での水素ガス40の圧力が圧力Phから圧力Plまで変化する際の水素ガス40の体積変化(すなわち、水素ガス40の膨張)は、ポリトロープ変化と見做せる。このため、体積Vb1から目標体積Vbmaxまでの水素ガス40の体積の変化は、以下の式(2)のように表される。   Here, when the supply of the hydrogen gas 40 to the cylinder 16B read in step 282 is stopped, the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B is Vb1, and the pressure of the hydrogen gas 40 in the tank 30 (that is, the step of the subroutine of the stroke 3). The pressure of the hydrogen gas 40 corresponding to the pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32 read at 262 is Ph, and the pressure of the hydrogen gas 40 corresponding to the pressure command value Pms is Pl. Further, in this step 4, the volume change of the hydrogen gas 40 when the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B changes from the pressure Ph to the pressure Pl (that is, the expansion of the hydrogen gas 40) can be regarded as a polytropic change. . For this reason, the change in the volume of the hydrogen gas 40 from the volume Vb1 to the target volume Vbmax is expressed by the following equation (2).

但し、上記の式(2)で、n2は、ポリトロープ指数であり、計測等によって予め把握しておく。   However, in the above equation (2), n2 is a polytropic index, which is grasped in advance by measurement or the like.

このため、行程1(メインルーチンのステップ204)、行程2(メインルーチンのステップ206)を経てステップ264の処理が行なわれる場合、ステップ262で読み込まれた圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力が、その前の圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力よりも高いと、上記の式(2)においてPlが高くなるため、目標信号値Vbmaxに基づく水素ガス40の体積は小さくなる。これに対して、ステップ262で読み込まれた圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力が、その前の圧力指令値Cpsに基づく水素ガス40の圧力よりも低いと、上記の式(2)においてPlが低くなるため、目標信号値Vbmaxに基づく水素ガス40の体積は大きくなる。   For this reason, when the process of step 264 is performed via step 1 (step 204 of the main routine) and step 2 (step 206 of the main routine), the pressure of the hydrogen gas 40 based on the pressure command value Cps read in step 262 However, if the pressure is higher than the pressure of the hydrogen gas 40 based on the previous pressure command value Cps, the volume of the hydrogen gas 40 based on the target signal value Vbmax decreases because Pl in the above equation (2) increases. On the other hand, if the pressure of the hydrogen gas 40 based on the pressure command value Cps read in step 262 is lower than the pressure of the hydrogen gas 40 based on the previous pressure command value Cps, the above equation (2) is used. Since Pl decreases, the volume of the hydrogen gas 40 based on the target signal value Vbmax increases.

次いで、ステップ288では、液面計72から出力される液面検出信号Smsが読み込まれ、ステップ290では、液面検出信号Smsに対応するシリンダ16A内の液体42の液面位置が目標液面位置Stb以上になったか否かが判定される。   Next, at step 288, the liquid level detection signal Sms output from the liquid level gauge 72 is read, and at step 290, the liquid level position of the liquid 42 in the cylinder 16A corresponding to the liquid level detection signal Sms is set to the target liquid level position. It is determined whether or not Stb or more has been reached.

なお、上述した行程2におけるステップ230では、液面検出信号Smsが目標液面位置Sta以下になった(すなわち、シリンダ16A内の液体42の液面が目標位置以下になった)か否かを判定していた。これに対して、行程4のステップ290では、液面検出信号Smsが目標液面位置Stb以上になったか否かを判定する。これは、シリンダ16A内の水素ガス40の体積が増えると、シリンダ16A内の液体42の液面の位置は低下するのに対して、シリンダ16B内の水素ガス40の体積が増えると、シリンダ16B内の液体42の液面の位置が低下してシリンダ16A内の液体42の液面の位置が上昇するからである。   In step 230 in step 2 described above, it is determined whether the liquid level detection signal Sms has become equal to or lower than the target liquid level position Sta (that is, the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16A has become lower than the target position). Had been determined. On the other hand, in step 290 of step 4, it is determined whether or not the liquid level detection signal Sms has exceeded the target liquid level position Stb. This is because when the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16A increases, the position of the liquid surface of the liquid 42 in the cylinder 16A decreases, whereas when the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B increases, the cylinder 16B This is because the position of the liquid surface of the liquid 42 in the cylinder 16A decreases and the position of the liquid surface of the liquid 42 in the cylinder 16A increases.

シリンダ16B内の水素ガス40の体積が目標体積Vbmax以上になり、これによって、シリンダ16B内の液体42の液面が目標位置以上なると、ステップ292でメインルーチンへ戻り、更に、メインルーチンのステップ206へ進む。この状態で、車両の走行速度Vesが、予め設定された設定速度Ve0以上の場合には、ステップ202で行程1のサブルーチンへ進む。   When the volume of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16B becomes equal to or more than the target volume Vbmax, and thereby the liquid level of the liquid 42 in the cylinder 16B becomes equal to or more than the target position, the process returns to the main routine in Step 292, and further, Step 206 in the main routine. Proceed to. In this state, if the traveling speed Ves of the vehicle is equal to or higher than the preset speed Ve0, the process proceeds to the subroutine of step 1 in step 202.

図5に示されるように、このように行程1の開始から行程4の終了までの間にシリンダ16A、16B内の水素ガス40が減圧、膨張されて、タンク30内の水素ガス40よりも低圧の水素ガス40が第2ガス流路34を流れて燃料電池スタック38へ供給されると共に、ジェネレータ62から電力が出力される。   As shown in FIG. 5, the hydrogen gas 40 in the cylinders 16 </ b> A and 16 </ b> B is depressurized and expanded between the start of the stroke 1 and the end of the stroke 4, and has a lower pressure than the hydrogen gas 40 in the tank 30. The hydrogen gas 40 flows through the second gas flow path 34 and is supplied to the fuel cell stack 38, and power is output from the generator 62.

ここで、上述したように、インジェクタ22A、22Bの開放時間Ta、Tb(すなわち、行程1又は行程3の時間的長さ)を、それ以前のインジェクタ22A、22Bの開放時間Ta、Tbよりも長くすると、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の流量を多くできる。これに対して、インジェクタ22A、22Bの開放時間Ta、Tbを、それ以前のインジェクタ22A、22Bの開放時間Ta、Tbよりも短くすると、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の流量を少なくできる。したがって、本実施の形態では、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の流量を任意に調整できる。   Here, as described above, the open times Ta and Tb of the injectors 22A and 22B (that is, the time length of the stroke 1 or the stroke 3) are longer than the open times Ta and Tb of the injectors 22A and 22B before that. Then, the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 can be increased. On the other hand, when the opening times Ta and Tb of the injectors 22A and 22B are shorter than the opening times Ta and Tb of the injectors 22A and 22B, the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 is reduced. it can. Therefore, in the present embodiment, the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 can be arbitrarily adjusted.

また、上述したように、水素ガス40がシリンダ16A内又はシリンダ16B内で膨張する際の水素ガス40の目標体積Vamax又は目標体積Vbmaxを小さくすれば(すなわち、行程2又は行程4の時間的長さを短くすれば)、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の圧力を高くできる。これに対して、上記の目標体積Vamax又は目標体積Vbmaxを大きくすれば、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の圧力を低くできる。したがって、本実施の形態では、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の圧力を任意に調整できる。   As described above, if the target volume Vamax or the target volume Vbmax of the hydrogen gas 40 when the hydrogen gas 40 expands in the cylinder 16A or the cylinder 16B is reduced (that is, the time length of the stroke 2 or the stroke 4). If the length is shortened), the pressure of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 can be increased. On the other hand, if the target volume Vamax or the target volume Vbmax is increased, the pressure of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas passage 34 can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the pressure of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 can be arbitrarily adjusted.

<第2の実施の形態>
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、流体エネルギー変換装置10を冷房装置84に適用している。
<Second embodiment>
Next, a second embodiment will be described. In the present embodiment, the fluid energy conversion device 10 is applied to a cooling device 84.

図9に示されるように、本実施の形態に係る冷房装置84は、高圧ガス製造装置としてのコンプレッサ86を備えている。コンプレッサ86は、例えば、本冷房装置84が適用される建物、例えば、工場等の屋外又は工場等の機器室に設置されている。コンプレッサ86は、作動させることにより外気(空気)を内部に取り込むと共に、取り込んだ外気を圧縮する。これによって、コンプレッサ86において外気よりも圧力が高い空気(高圧空気)が製造される。コンプレッサ86において製造された高圧空気は、コンプレッサ86の放出ポートから放出される。このコンプレッサ86の放出ポートには、第1流体流路としてのガス流路88の第1ガス流路26の一端が接続されている。   As shown in FIG. 9, a cooling device 84 according to the present embodiment includes a compressor 86 as a high-pressure gas production device. The compressor 86 is installed in, for example, a building to which the cooling device 84 is applied, for example, an outdoor room such as a factory or an equipment room such as a factory. The compressor 86 takes in outside air (air) by operating it, and compresses the taken-in outside air. As a result, air having a higher pressure than the outside air (high-pressure air) is produced in the compressor 86. The high-pressure air produced in the compressor 86 is discharged from a discharge port of the compressor 86. One end of the first gas passage 26 of the gas passage 88 as the first fluid passage is connected to the discharge port of the compressor 86.

一方、ガス流路88の第2ガス流路34の他端は、冷気放出部としてのノズル90に接続されている。ノズル90は、例えば、本冷房装置84が適用される建物の内側に設けられており、本冷房装置84が適用される建物が工場であれば、工場内の作業スペースの近傍に設置されており、作業スペースにいる作業者は、ノズル90から噴射される冷気を浴びることができる。   On the other hand, the other end of the second gas flow path 34 of the gas flow path 88 is connected to a nozzle 90 as a cool air discharge unit. The nozzle 90 is provided, for example, inside a building to which the main cooling device 84 is applied. If the building to which the main cooling device 84 is applied is a factory, the nozzle 90 is installed near a work space in the factory. The worker in the work space can take in the cool air injected from the nozzle 90.

すなわち、前記第1の実施の形態では、水素ガス40が第1流体流路としての燃料ガス流路24を流れたのに対し、空気が本実施の形態では、第1流体流路としてのガス流路88に空気が流れる。   That is, in the first embodiment, the hydrogen gas 40 flows through the fuel gas flow path 24 as the first fluid flow path, whereas in the present embodiment, the air flows in the gas as the first fluid flow path. Air flows through the channel 88.

以上の構成の本実施の形態では、前記第1の実施の形態で説明した行程1から行程4の各行程のうち、行程1又は行程3でコンプレッサ86において製造された高圧空気が流体エネルギー変換装置10の変換ユニット12のシリンダ16A又はシリンダ16B内に供給される。さらに、各行程では、シリンダ16A又はシリンダ16B内に供給された高圧空気は、シリンダ16A又はシリンダ16B内で膨張される。この際の高圧空気の膨張は、断熱膨張と見做せる。このため、高圧空気は、膨張に伴い温度が低下する。これによって、高圧空気が冷気に変わる。このようにしてシリンダ16A又はシリンダ16Bにて生成された冷気が第2ガス流路34を通ってノズル90へ流れることによって、ノズル90から冷気が噴射される。   In the present embodiment having the above configuration, the high-pressure air produced in the compressor 86 in the stroke 1 or the stroke 3 among the strokes 1 to 4 described in the first embodiment is a fluid energy conversion device. It is supplied into the cylinder 16A or the cylinder 16B of the ten conversion units 12. Further, in each stroke, the high-pressure air supplied into the cylinder 16A or the cylinder 16B is expanded in the cylinder 16A or the cylinder 16B. The expansion of the high-pressure air at this time can be regarded as adiabatic expansion. For this reason, the temperature of the high-pressure air decreases with expansion. As a result, the high-pressure air is changed to cool air. In this way, the cool air generated in the cylinder 16A or the cylinder 16B flows through the second gas flow path 34 to the nozzle 90, so that the cool air is ejected from the nozzle 90.

また、本実施の形態での制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉制御は、基本的に前記第1の実施の形態と同様である。   The control of opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B by the control device 28 in the present embodiment is basically the same as in the first embodiment.

ここで、シリンダ16Aへの高圧空気の供給停止時のシリンダ16A内の高圧空気の体積をVa1、コンプレッサ86で製造された高圧空気の圧力(すなわち、圧力計32からの圧力検出信号Pmsに対応する高圧空気の圧力)をPhとし、この高圧空気の温度をThとする。また、圧力指令値Pmsに対応する冷気の圧力をPlとし、この冷気の温度をTlとする。さらに、前記第1の実施の形態で説明したように、シリンダ16A内での高圧空気の圧力が圧力Phから圧力Plまで変化する際の空気の体積変化(すなわち、空気の膨張)は、ポリトロープ変化と見做せる。このため、前記第1の実施の形態で説明した式(1)は、次の式(3)のように表される。   Here, the volume of the high-pressure air in the cylinder 16A when the supply of the high-pressure air to the cylinder 16A is stopped is Va1, and the pressure of the high-pressure air produced by the compressor 86 (that is, corresponds to the pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32). The pressure of the high-pressure air is Ph, and the temperature of the high-pressure air is Th. The pressure of the cool air corresponding to the pressure command value Pms is Pl, and the temperature of the cool air is Tl. Further, as described in the first embodiment, when the pressure of the high-pressure air in the cylinder 16A changes from the pressure Ph to the pressure P1, the volume change of the air (that is, the expansion of the air) is caused by the polytropic change. Can be regarded as Therefore, Equation (1) described in the first embodiment is expressed as Equation (3) below.

また、同様に前記第1の実施の形態で説明した式(2)は、次の式(4)のように表される。   Similarly, the equation (2) described in the first embodiment is expressed as the following equation (4).

このため、高圧空気がシリンダ16A内又はシリンダ16B内で膨張する際の高圧空気の体積の目標体積Vamax又は目標体積Vbmaxを大きくすれば(すなわち、行程2又は行程4の時間的長さを長くすれば)、第2ガス流路34に流れる冷気の温度を低くできる。これに対して、上記の目標体積Vamax又は目標体積Vbmaxを小さくすれば、第2ガス流路34に流れる冷気の温度を高くできる。このように、本実施の形態では、第2ガス流路34に流れる冷気の温度を任意に調整できる。   Therefore, if the target volume Vamax or the target volume Vbmax of the high-pressure air when the high-pressure air expands in the cylinder 16A or the cylinder 16B is increased (that is, the time length of the stroke 2 or the stroke 4 can be increased). In other words, the temperature of the cool air flowing through the second gas flow path 34 can be lowered. On the other hand, if the target volume Vamax or the target volume Vbmax is reduced, the temperature of the cool air flowing through the second gas flow path 34 can be increased. As described above, in the present embodiment, the temperature of the cool air flowing through the second gas flow path 34 can be arbitrarily adjusted.

また、前記第1の実施の形態では、第2ガス流路34に流れる水素ガス40の流量を任意に調整できたが、本実施の形態でも第2ガス流路34に流れる冷気の流量、すなわち、ノズル90からの単位時間あたりの冷気の噴出量を任意に調整できる。したがって、本実施の形態では、ノズル90から噴出される冷気の温度及び単位時間あたりの噴出量を任意に調整できる。   Further, in the first embodiment, the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing in the second gas flow path 34 can be arbitrarily adjusted. However, in this embodiment, the flow rate of the cool air flowing in the second gas flow path 34, The amount of cool air blown per unit time from the nozzle 90 can be adjusted arbitrarily. Therefore, in the present embodiment, the temperature of the cool air ejected from the nozzle 90 and the amount ejected per unit time can be arbitrarily adjusted.

さらに、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同じように、液体42(図9では図示省略)によってタービン56の羽根車が回転される。このため、高圧空気がシリンダ16A又はシリンダ16Bをとおり冷気としてノズル90から噴出されることによって、バッテリー66を充電できる。   Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 (not shown in FIG. 9). For this reason, the battery 66 can be charged by blowing high-pressure air from the nozzle 90 as cool air through the cylinder 16A or 16B.

また、本実施の形態では、タービン56の羽根車は、第2流体としての液体42によって回転され、第1流体としての高圧空気又は冷気は、タービン56を通らない。このため、タービン56の羽根車等に塗布された潤滑剤が冷気に混ざることを抑制できる。   In the present embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 as the second fluid, and high-pressure air or cold air as the first fluid does not pass through the turbine 56. Therefore, it is possible to suppress the lubricant applied to the impeller of the turbine 56 and the like from being mixed with the cool air.

<第3の実施の形態>
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態と同様に、流体エネルギー変換装置10を車両に搭載される燃料電池システム14に適用している。
<Third embodiment>
Next, a third embodiment will be described. In the present embodiment, as in the first embodiment, the fluid energy conversion device 10 is applied to a fuel cell system 14 mounted on a vehicle.

図10に示されるように、本実施の形態に係る燃料電池システム14は、熱交換手段としての熱交換器102を備えている。熱交換器102は、第1通過流路104と第2通過流路106とを備えている。第1通過流路104の一端には第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第2ガス流路34の他端が接続されており、第1通過流路104の他端には、第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第3ガス流路108の一端が接続されている。したがって、第2ガス流路34を流れた水素ガス40は、熱交換器102の第1通過流路104を通って第3ガス流路108へ流れる。これに対して、第2通過流路106の一端には、第3流体循環流路(図示省略)の一端が接続され、第2通過流路106の他端には、第3流体循環流路の他端が接続されている。   As shown in FIG. 10, the fuel cell system 14 according to the present embodiment includes a heat exchanger 102 as heat exchange means. The heat exchanger 102 includes a first passage 104 and a second passage 106. The other end of the second gas flow path 34 constituting the fuel gas flow path 24 as the first fluid flow path is connected to one end of the first passage flow path 104, and is connected to the other end of the first passage flow path 104. Is connected to one end of a third gas flow path 108 constituting the fuel gas flow path 24 as the first fluid flow path. Therefore, the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 flows to the third gas flow path 108 through the first passage flow path 104 of the heat exchanger 102. On the other hand, one end of the second passage channel 106 is connected to one end of a third fluid circulation channel (not shown), and the other end of the second passage channel 106 is connected to the third fluid circulation channel. Are connected to each other.

第3流体循環流路の中間部には、1又は複数の発熱機器(図示省略)が接続されている。発熱機器は、例えば、車両の駆動用モータ、駆動用バッテリーに充電された電力を交流に変換して駆動用モータに供給するインバータ等が適用されるが、発熱機器は、作動することによって発熱を伴う機器であれば、その具体的な態様に限定されることなく広く適用できる。   One or more heating devices (not shown) are connected to an intermediate portion of the third fluid circulation channel. As the heat-generating device, for example, a driving motor for a vehicle, an inverter that converts power charged in a driving battery into AC and supplies the AC to the driving motor, or the like is applied. As long as it is an accompanying device, it can be widely applied without being limited to its specific mode.

第3流体循環流路には、熱交換対象としての第3流体が流れる。第3流体は、例えば、エチレングリコールを含んだ液状の冷媒とされている。熱交換器102から放出された第3流体が発熱機器を流れると、発熱機器で生じた熱が第3流体に吸収される。これによって、発熱機器が冷却されると共に第3流体が加熱される。   A third fluid as a heat exchange target flows through the third fluid circulation channel. The third fluid is, for example, a liquid refrigerant containing ethylene glycol. When the third fluid discharged from the heat exchanger 102 flows through the heating device, heat generated by the heating device is absorbed by the third fluid. Thereby, the heat generating device is cooled, and the third fluid is heated.

また、本実施の形態では、燃料電池スタック38に熱交換装置としての熱交換部114が設けられており、熱交換部114には、ガス通過流路116が設けられている。ガス通過流路116の一端には、第3ガス流路108の他端が接続されており、ガス通過流路116の他端には、第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第4ガス流路118の一端が接続されている。第3ガス流路108を流れた水素ガス40は、熱交換部114のガス通過流路116を通って第4ガス流路118へ流れる。   In the present embodiment, the fuel cell stack 38 is provided with a heat exchange unit 114 as a heat exchange device, and the heat exchange unit 114 is provided with a gas passage 116. The other end of the third gas passage 108 is connected to one end of the gas passage 116, and the fuel gas passage 24 as the first fluid passage is formed at the other end of the gas passage 116. One end of the fourth gas flow path 118 is connected. The hydrogen gas 40 flowing through the third gas flow path 108 flows to the fourth gas flow path 118 through the gas passage flow path 116 of the heat exchange unit 114.

さらに、本実施の形態は、熱交換装置としてのインタークーラ120を備えている。インタークーラ120は、第3通過流路122と第4通過流路124とを備えている。第3通過流路122の一端には、第4ガス流路118の他端が接続されており、インタークーラ120の第3通過流路122の他端には、第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第5ガス流路126の一端が接続されている。この第5ガス流路126の他端は、燃料電池スタック38の燃料ガス供給ポートへ接続されている。   Further, the present embodiment includes an intercooler 120 as a heat exchange device. The intercooler 120 includes a third passage channel 122 and a fourth passage channel 124. One end of the third passage 122 is connected to the other end of the fourth gas passage 118, and the other end of the third passage 122 of the intercooler 120 is connected to the fuel as the first fluid passage. One end of a fifth gas flow path 126 constituting the gas flow path 24 is connected. The other end of the fifth gas flow path 126 is connected to a fuel gas supply port of the fuel cell stack 38.

第4ガス流路118を流れた水素ガス40は、インタークーラ120の第3通過流路122を通って第5ガス流路126へ流れる。さらに、第5ガス流路126を流れた水素ガス40は、燃料電池スタック38の燃料ガス供給ポートから燃料電池スタック38のセルの正極(アノード、燃料極)と正極側のセパレータとの間へ流れる。   The hydrogen gas 40 flowing through the fourth gas flow path 118 flows to the fifth gas flow path 126 through the third passage flow path 122 of the intercooler 120. Further, the hydrogen gas 40 flowing through the fifth gas flow channel 126 flows from the fuel gas supply port of the fuel cell stack 38 to between the positive electrode (anode, fuel electrode) of the cell of the fuel cell stack 38 and the separator on the positive electrode side. .

これに対して、インタークーラ120の第4通過流路124の一端には、酸化剤ガス流路128を構成する第1空気流路130の他端が接続されている。第1空気流路130の一端は、酸化剤ガス圧送装置としてのコンプレッサ132の放出ポートに接続されている。コンプレッサ132の供給ポートは、異物除去手段としてのエアクリーナ134に接続されている。   On the other hand, one end of the fourth passage 124 of the intercooler 120 is connected to the other end of the first air passage 130 forming the oxidizing gas passage 128. One end of the first air passage 130 is connected to a discharge port of a compressor 132 as an oxidizing gas pumping device. The supply port of the compressor 132 is connected to an air cleaner 134 as foreign matter removing means.

エアクリーナ134は、例えば、所定の大きさ以上の固形物(異物)の通過が不能なフィルタ等によって構成されており、コンプレッサ132が作動されると、エアクリーナ134を通過した外気、すなわち、酸化剤としての酸素を含んだ空気がコンプレッサ132の内部に取り込まれる。コンプレッサ132に取り込まれた外気は、コンプレッサ132において圧縮されて放出ポートから放出される。これによって、外気圧よりも高圧の空気が第1空気流路130を通る。   The air cleaner 134 is constituted by, for example, a filter or the like that cannot pass a solid substance (foreign matter) having a predetermined size or more. When the compressor 132 is operated, the outside air that has passed through the air cleaner 134, that is, as an oxidant, The air containing oxygen is taken into the compressor 132. The outside air taken into the compressor 132 is compressed in the compressor 132 and discharged from the discharge port. As a result, air having a higher pressure than the outside air pressure passes through the first air passage 130.

これに対して、インタークーラ120の第4通過流路124の他端には、酸化剤ガス流路128を構成する第2空気流路136の一端が接続されている。第2空気流路136の他端は、燃料電池スタック38の酸化剤ガス供給ポートへ接続されている。インタークーラ120の第4通過流路124から第2空気流路136を通って燃料電池スタック38の酸化剤ガス供給ポートへ流れた空気は、燃料電池スタック38のセルの負極(カソード、空気極)と負極側のセパレータとの間へ流れる。   On the other hand, the other end of the fourth passage 124 of the intercooler 120 is connected to one end of a second air passage 136 constituting the oxidizing gas passage 128. The other end of the second air passage 136 is connected to an oxidizing gas supply port of the fuel cell stack 38. The air flowing from the fourth passage channel 124 of the intercooler 120 to the oxidant gas supply port of the fuel cell stack 38 through the second air channel 136 is a negative electrode (cathode, air electrode) of a cell of the fuel cell stack 38. And flow between the negative electrode side separator.

以上の構成の本実施の形態では、前記第1の実施の形態で説明した行程1から行程4の各行程のうち、行程1又は行程3でタンク30から供給された水素ガス40が流体エネルギー変換装置10の変換ユニット12のシリンダ16A又はシリンダ16B内で膨張される。この際の水素ガス40の膨張は、断熱膨張と見做せる。このため、水素ガス40は、膨張に伴い温度が低下する。このように温度が低下した水素ガス40が熱交換器102の第1通過流路104を通ると、水素ガス40と、熱交換器102の第2通過流路106を通る第3流体との間で熱が交換される。   In the present embodiment having the above-described structure, the hydrogen gas 40 supplied from the tank 30 in the stroke 1 or the stroke 3 in each of the strokes 1 to 4 described in the first embodiment is converted to the fluid energy conversion. It is expanded in the cylinder 16A or the cylinder 16B of the conversion unit 12 of the device 10. The expansion of the hydrogen gas 40 at this time can be regarded as adiabatic expansion. Therefore, the temperature of the hydrogen gas 40 decreases with expansion. When the hydrogen gas 40 whose temperature has dropped in this way passes through the first passage 104 of the heat exchanger 102, the hydrogen gas 40 and the third fluid that passes through the second passage 106 of the heat exchanger 102 The heat is exchanged at.

上記のように、第2通過流路106を通る第3流体は、発熱機器で生じた熱を吸収している。このため、水素ガス40と第3流体との間で熱が交換されることによって、第3流体を冷却できる。このように冷却された第3流体が第3流体循環流路を通って発熱機器側へ流れることによって、発熱機器を効果的に冷却できる。また、水素ガス40と第3流体との間で熱が交換されることによって、水素ガス40の温度が上昇される。これによって、水素ガス40の内部エネルギーが増加する。   As described above, the third fluid passing through the second passage 106 absorbs the heat generated by the heating device. Therefore, the third fluid can be cooled by exchanging heat between the hydrogen gas 40 and the third fluid. The third fluid cooled in this way flows through the third fluid circulation channel to the heating device side, so that the heating device can be effectively cooled. Further, by exchanging heat between the hydrogen gas 40 and the third fluid, the temperature of the hydrogen gas 40 is increased. Thereby, the internal energy of the hydrogen gas 40 increases.

さらに、熱交換器102の第1通過流路104を通った水素ガス40は、第3ガス流路108を通って燃料電池スタック38の熱交換部114のガス通過流路116を流れる。燃料電池スタック38では、水素ガス40と、空気に含まれる酸素との電気化学反応によって発電されるが、この電気化学反応によって発熱が生じる。ここで、水素ガス40が熱交換部114のガス通過流路116を流れることによって、燃料電池スタック38での電気化学反応によって生じた熱が水素ガス40に吸収される。これによって、燃料電池スタック38を冷却できる。   Further, the hydrogen gas 40 that has passed through the first passage 104 of the heat exchanger 102 flows through the gas passage 116 of the heat exchange unit 114 of the fuel cell stack 38 through the third gas passage 108. In the fuel cell stack 38, power is generated by an electrochemical reaction between the hydrogen gas 40 and oxygen contained in the air, and the electrochemical reaction generates heat. Here, the heat generated by the electrochemical reaction in the fuel cell stack 38 is absorbed by the hydrogen gas 40 by flowing the hydrogen gas 40 through the gas passage 116 of the heat exchange unit 114. Thereby, the fuel cell stack 38 can be cooled.

また、燃料電池スタック38の熱交換部114のガス通過流路116を通った水素ガス40は、第4ガス流路118を通ってインタークーラ120の第3通過流路122を流れる。インタークーラ120の第4通過流路124には、コンプレッサ132によって圧縮されて外気圧よりも高圧の空気が流れる。このように、空気が圧縮されて圧力が高められると、空気の温度が高くなる。   Further, the hydrogen gas 40 that has passed through the gas passage 116 of the heat exchange unit 114 of the fuel cell stack 38 flows through the third gas passage 122 of the intercooler 120 through the fourth gas passage 118. In the fourth passage 124 of the intercooler 120, air compressed by the compressor 132 and having a higher pressure than the outside pressure flows. Thus, when the air is compressed and the pressure is increased, the temperature of the air increases.

このような空気がインタークーラ120の第4通過流路124を流れると、空気とインタークーラ120の第3通過流路122を流れる水素ガス40との間で熱が交換される。これによって、インタークーラ120の第4通過流路124を流れる高圧の空気を冷却できる。さらに、外気圧よりも高圧で温度が高くなった空気と水素ガス40との間で熱が交換されることによって、水素ガス40の温度が上昇される。これによって、水素ガス40の内部エネルギーが増加する。   When such air flows through the fourth passage channel 124 of the intercooler 120, heat is exchanged between the air and the hydrogen gas 40 flowing through the third passage channel 122 of the intercooler 120. Thereby, high-pressure air flowing through the fourth passage 124 of the intercooler 120 can be cooled. Furthermore, the temperature of the hydrogen gas 40 is increased by exchanging heat between the hydrogen gas 40 and the air whose temperature has been increased at a higher pressure than the external pressure. Thereby, the internal energy of the hydrogen gas 40 increases.

以上のように、本実施の形態では、水素ガス40が流体エネルギー変換装置10の変換ユニット12によって冷却できる。さらに、このように冷却された水素ガス40が、熱交換器102、燃料電池スタック38の熱交換部114、インタークーラ120を流れることによって、車両の駆動モータやインバータ等を冷却する第3流体、発電により発熱する燃料電池スタック38、圧縮されることによって温度が高くなった高圧の空気を冷却できる。   As described above, in the present embodiment, the hydrogen gas 40 can be cooled by the conversion unit 12 of the fluid energy conversion device 10. Further, the hydrogen gas 40 thus cooled flows through the heat exchanger 102, the heat exchange unit 114 of the fuel cell stack 38, and the intercooler 120, thereby cooling the drive motor and the inverter of the vehicle. The fuel cell stack 38 that generates heat by power generation can cool high-pressure air whose temperature has been increased by being compressed.

しかも、本実施の形態の制御装置28におけるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御は、基本的に前記第2の実施の形態と同じである。このため、本実施の形態は、水素ガス40の温度及び第2ガス流路34及び燃料ガス流路24における第2ガス流路34よりも下流側での単位時間あたりの流量を任意に調整できる。   Moreover, the control of opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B in the control device 28 of the present embodiment is basically the same as that of the second embodiment. Therefore, in the present embodiment, the temperature of the hydrogen gas 40 and the flow rate per unit time downstream of the second gas flow path 34 in the second gas flow path 34 and the fuel gas flow path 24 can be arbitrarily adjusted. .

さらに、本実施の形態では、前記第1の実施の形態と同じように、液体42(図10では図示省略)によってタービン56の羽根車が回転される。このため、高圧空気がシリンダ16A又はシリンダ16Bをとおり冷気としてノズル90から噴出されることによって、バッテリー66を充電できる。   Further, in the present embodiment, as in the first embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 (not shown in FIG. 10). For this reason, the battery 66 can be charged by blowing high-pressure air from the nozzle 90 as cool air through the cylinder 16A or 16B.

また、本実施の形態では、タービン56の羽根車は、第2流体としての液体42によって回転され、第1流体としての高圧空気又は冷気は、タービン56を通らない。このため、タービン56の羽根車等に塗布された潤滑剤が冷気に混ざることを抑制できる。   In the present embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 as the second fluid, and high-pressure air or cold air as the first fluid does not pass through the turbine 56. Therefore, it is possible to suppress the lubricant applied to the impeller of the turbine 56 and the like from being mixed with the cool air.

なお、上記の第2の実施の形態及び第3の実施の形態での制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御は、前記第1の実施の形態での制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御と同じである。したがって、制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御の際に、指令装置(図示省略)から出力される指令値Csは、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値である圧力指令値Cps、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の流量の目標値である流量指令値Cfsであった。また、制御装置28によるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御の際に、制御装置28が読み込む物理量の測定値信号Msは、圧力計32からの圧力検出信号Pms及び液面計72からの液面検出信号Smsであった。   The control of the opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B by the control device 28 in the second and third embodiments is performed by the control device in the first embodiment. The control of opening and closing of the injectors 22A, 22B and the solenoid valves 36A, 36B by the control 28 is the same. Therefore, when the control device 28 controls the opening and closing of the injectors 22A, 22B and the solenoid valves 36A, 36B, the command value Cs output from the command device (not shown) is determined by the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34. The pressure command value Cps, which is the target value of the pressure (secondary pressure), and the flow rate command value Cfs, which is the target value of the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34. When the control device 28 controls the opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B, the measured value signal Ms of the physical quantity read by the control device 28 is a pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32 and a liquid level gauge. 72 was the liquid level detection signal Sms.

しかしながら、上述した式(3)及び式(4)の関係からわかるように、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の温度の目標値である温度指令値Ctsを圧力指令値Cpsに代えて指令値Csとして用いることができる。また、第1ガス流路26に温度計を設けて第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度に対応して温度計から出力される温度検出信号Ptsを圧力検出信号Pmsに代えて測定値信号Msに用いることができる。   However, as can be understood from the above-described equations (3) and (4), the temperature command value Cts, which is the target value of the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34, is replaced with the pressure command value Cps. It can be used as the command value Cs. Further, a thermometer is provided in the first gas flow path 26, and the temperature detection signal Pts output from the thermometer is measured instead of the pressure detection signal Pms in accordance with the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26. It can be used for the value signal Ms.

<第4の実施の形態>
次に、第4の実施の形態について説明する。図11に示されるように、本実施の形態は、基本的に前記第3の実施の形態と同様である。但し、本実施の形態では、第1流体流路としての燃料ガス流路24を構成する第2ガス流路34の中間部に減圧手段としての減圧弁152が設けられており、第2ガス流路34を流れる第1流体又は燃料ガスとしての水素ガス40は、減圧弁152を通る。これによって、第2ガス流路34における減圧弁152よりも下流側(熱交換器102側)では、水素ガス40が、所定の圧力まで減圧される。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 11, the present embodiment is basically the same as the third embodiment. However, in the present embodiment, a pressure reducing valve 152 as pressure reducing means is provided at an intermediate portion of the second gas flow path 34 constituting the fuel gas flow path 24 as the first fluid flow path. The hydrogen gas 40 as the first fluid or the fuel gas flowing through the passage 34 passes through the pressure reducing valve 152. As a result, the hydrogen gas 40 is reduced to a predetermined pressure downstream of the pressure reducing valve 152 in the second gas flow path 34 (on the side of the heat exchanger 102).

ここで、減圧弁152における水素ガス40の減圧は、等エンタルピー変化である。このため、水素ガス40が減圧弁152を通ることによる水素ガス40の温度の変換は抑制される。このため、本実施の形態は、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の温度変化が抑制されつつも燃料ガス流路24における減圧弁152よりも下流側における水素ガス40を予め設定された所定の圧力、例えば、燃料電池スタック38への水素ガス40の供給圧力として好適な圧力に設定できる。   Here, the pressure reduction of the hydrogen gas 40 in the pressure reducing valve 152 is an isenthalpy change. Therefore, the conversion of the temperature of the hydrogen gas 40 due to the passage of the hydrogen gas 40 through the pressure reducing valve 152 is suppressed. Therefore, in the present embodiment, the hydrogen gas 40 downstream of the pressure reducing valve 152 in the fuel gas flow path 24 is set in advance while the temperature change of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 is suppressed. A predetermined pressure, for example, a pressure suitable for supplying hydrogen gas 40 to the fuel cell stack 38 can be set.

また、本実施の形態は、第2ガス流路34に減圧弁152を設けたこと以外は、基本的に前記第3の実施の形態と同様の構成である。すなわち、本実施の形態の制御装置28におけるインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御は、基本的に前記第2の実施の形態と同じである。このため、本実施の形態は、水素ガス40の温度及び第2ガス流路34及び燃料ガス流路24における第2ガス流路34よりも下流側での単位時間あたりの流量を任意に調整できる。したがって、前記第3の実施の形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。   This embodiment has basically the same configuration as that of the third embodiment except that a pressure reducing valve 152 is provided in the second gas flow path 34. That is, the control of the opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B in the control device 28 of the present embodiment is basically the same as that of the second embodiment. Therefore, in the present embodiment, the temperature of the hydrogen gas 40 and the flow rate per unit time downstream of the second gas flow path 34 in the second gas flow path 34 and the fuel gas flow path 24 can be arbitrarily adjusted. . Therefore, the same effect as that described in the third embodiment can be obtained.

なお、上述した第2の実施の形態から第4の実施の形態の各々は、制御装置28に入力される物理量の目標値に対応したレベルの指令値Csは、前記第1の実施の形態と同様に、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の圧力(二次圧力)の目標値である圧力指令値Cpsと、第2ガス流路34を流れる水素ガス40の流量の目標値である流量指令値Cfsとされている。しかしながら、これらの圧力指令値Cps及び流量指令値Cfsの少なくとも一方に代え、又は、これらの圧力指令値Cps及び流量指令値Cfsに加えて第2ガス流路34を流れる水素ガス40の温度の目標値である温度指令値を用いてもよい。   In each of the second to fourth embodiments described above, the command value Cs of the level corresponding to the target value of the physical quantity input to the control device 28 is different from that of the first embodiment. Similarly, a pressure command value Cps, which is a target value of the pressure (secondary pressure) of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34, and a target value of the flow rate of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34. The flow rate command value is Cfs. However, in place of at least one of the pressure command value Cps and the flow rate command value Cfs, or in addition to the pressure command value Cps and the flow rate command value Cfs, the target of the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 is set. A temperature command value that is a value may be used.

また、本実施の形態では、制御装置28に入力される物理量測定装置からの物理量の測定値信号Msは、前記第1の実施の形態と同様に、圧力計32からの圧力検出信号Pms及び液面計72からの液面検出信号Smsとされている。しかしながら、例えば、第2ガス流路34に物理量測定装置としての温度計を設け、この温度計から出力される測定値信号Msとして温度検出信号を、圧力検出信号Pms及び液面検出信号Smsの少なくとも一方に代え、又は、これらの圧力検出信号Pms及び液面検出信号Smsに加えてもよい。   Further, in the present embodiment, the measured value signal Ms of the physical quantity from the physical quantity measuring device input to the control device 28 is the same as the first embodiment, and the pressure detection signal Pms from the pressure gauge 32 and the liquid The liquid level detection signal Sms from the level gauge 72 is used. However, for example, a thermometer as a physical quantity measuring device is provided in the second gas flow path 34, and a temperature detection signal is used as a measurement value signal Ms output from the thermometer, and at least the pressure detection signal Pms and the liquid level detection signal Sms. Alternatively, the pressure detection signal Pms and the liquid level detection signal Sms may be added.

<第5の実施の形態の構成>
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前記第1の実施の形態と同様に、流体エネルギー変換装置10を車両に搭載される燃料電池システム14に適用している。
<Configuration of Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described. In the present embodiment, as in the first embodiment, the fluid energy conversion device 10 is applied to a fuel cell system 14 mounted on a vehicle.

図12に示されるように、本実施の形態に係る燃料電池システム14の流体エネルギー変換装置10は、各々が変換ユニットとしての第1変換ユニット12A、第2変換ユニット12B、第3変換ユニット12Cを備えている。これらの第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々は、基本的に前記第1の実施の形態における変換ユニット12と同じ構成であるため、その構成の詳細については、説明を省略する。第1〜第3変換ユニット12A〜12Cは、水素ガス40の流れの向きに沿った上流側から下流側へ第1変換ユニット12A、第2変換ユニット12B、第3変換ユニット12Cの順番に直列に並んで配置されている。   As shown in FIG. 12, the fluid energy conversion device 10 of the fuel cell system 14 according to the present embodiment includes a first conversion unit 12A, a second conversion unit 12B, and a third conversion unit 12C each as a conversion unit. Have. Each of the first to third conversion units 12A to 12C has basically the same configuration as the conversion unit 12 in the first embodiment, and thus the description of the details of the configuration will be omitted. The first to third conversion units 12A to 12C are connected in series in the order of the first conversion unit 12A, the second conversion unit 12B, and the third conversion unit 12C from the upstream side to the downstream side along the flow direction of the hydrogen gas 40. They are arranged side by side.

第1変換ユニット12Aの第2ガス流路34の他端は、加熱手段又は熱交換手段としての第1熱交換器102Aの燃料ガス供給ポートへ接続されており、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26の一端は、第1熱交換器102Aの燃料ガス放出ポートへ接続されている。したがって、第1変換ユニット12Aの第2ガス流路34を通った水素ガス40は、第1熱交換器102Aのガス供給ポートから第1熱交換器102Aのガス通過路(図示省略)に入って第1変換ユニット12Aのガス通過路を流れる。   The other end of the second gas passage 34 of the first conversion unit 12A is connected to a fuel gas supply port of the first heat exchanger 102A as a heating unit or a heat exchange unit, and is connected to a first gas supply port of the second conversion unit 12B. One end of the gas passage 26 is connected to a fuel gas discharge port of the first heat exchanger 102A. Therefore, the hydrogen gas 40 that has passed through the second gas passage 34 of the first conversion unit 12A enters the gas passage (not shown) of the first heat exchanger 102A from the gas supply port of the first heat exchanger 102A. It flows through the gas passage of the first conversion unit 12A.

第1熱交換器102Aには、第4流体循環流路(何れも図示省略)が設けられている。第4流体循環流路において第1熱交換器102Aの外側に配置される部分は、第1発熱機器(図示省略)が設けられている。第1発熱機器は、例えば、上述した燃料電池スタック38、車両の駆動用モータ、駆動用バッテリーに充電された電力を交流に変換して駆動用モータに供給するインバータ等が適用されるが、発熱機器は、作動することによって発熱を伴う機器であれば、その具体的な態様に限定されることなく広く適用できる。   The first heat exchanger 102A is provided with a fourth fluid circulation channel (both not shown). A first heat generating device (not shown) is provided in a portion of the fourth fluid circulation flow path that is disposed outside the first heat exchanger 102A. As the first heat generating device, for example, the above-described fuel cell stack 38, a driving motor for a vehicle, an inverter that converts the electric power charged in the driving battery into AC and supplies the AC to the driving motor, or the like is applied. The device can be widely applied without being limited to a specific mode as long as the device generates heat by operating.

第4流体循環流路には、熱交換対象としての第4流体が流れる。第4流体は、例えば、エチレンコールを含んだ液状の冷媒とされている。第1熱交換器102Aから放出された第4流体が第1発熱機器を流れると、第1発熱機器で生じた熱が第4流体に吸収される。これによって、第1発熱機器が冷却され、第4流体が加熱される。   The fourth fluid as a heat exchange target flows through the fourth fluid circulation channel. The fourth fluid is, for example, a liquid refrigerant containing ethylene coal. When the fourth fluid discharged from the first heat exchanger 102A flows through the first heating device, heat generated in the first heating device is absorbed by the fourth fluid. As a result, the first heating device is cooled, and the fourth fluid is heated.

このように第4流体が第4流体循環路を流れている状態で第1変換ユニット12Aの第2ガス流路34を通った水素ガス40が第1熱交換器102Aのガス通過路を流れると、水素ガス40と第4流体との間で熱が交換される。これによって、第4流体は、冷却され、水素ガス40は、加熱され、水素ガス40の内部エネルギーが増加される。   When the hydrogen gas 40 that has passed through the second gas passage 34 of the first conversion unit 12A flows through the gas passage of the first heat exchanger 102A while the fourth fluid is flowing through the fourth fluid circulation path in this way. The heat is exchanged between the hydrogen gas 40 and the fourth fluid. Accordingly, the fourth fluid is cooled, the hydrogen gas 40 is heated, and the internal energy of the hydrogen gas 40 is increased.

また、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26の一端は、第1熱交換器102Aの燃料ガス放出ポートへ接続されており、第1熱交換器102Aのガス通過路を流れて第1熱交換器102Aの燃料ガス放出ポートから放出された水素ガス40は、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れて第2変換ユニット12Bへ供給される。   Further, one end of the first gas flow path 26 of the second conversion unit 12B is connected to a fuel gas discharge port of the first heat exchanger 102A, and flows through the gas passage of the first heat exchanger 102A to form the first gas passage. The hydrogen gas 40 released from the fuel gas discharge port of the heat exchanger 102A flows through the first gas passage 26 of the second conversion unit 12B and is supplied to the second conversion unit 12B.

一方、第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34の他端は、加熱手段又は熱交換手段としての第2熱交換器102Bの燃料ガス供給ポートへ接続されており、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26の一端は、第2熱交換器102Bの燃料ガス放出ポートへ接続されている。したがって、第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34を通った水素ガス40は、第2熱交換器102Bのガス供給ポートから第2熱交換器102Bのガス通過路(図示省略)に入って第2変換ユニット12Bのガス通過路を流れる。   On the other hand, the other end of the second gas passage 34 of the second conversion unit 12B is connected to a fuel gas supply port of the second heat exchanger 102B as a heating unit or a heat exchange unit, and is connected to the third conversion unit 12C. One end of the first gas passage 26 is connected to a fuel gas discharge port of the second heat exchanger 102B. Therefore, the hydrogen gas 40 that has passed through the second gas flow path 34 of the second conversion unit 12B enters the gas passage (not shown) of the second heat exchanger 102B from the gas supply port of the second heat exchanger 102B. It flows through the gas passage of the second conversion unit 12B.

第2熱交換器102Bには、第5流体循環流路(何れも図示省略)が設けられている。第5流体循環流路において第2熱交換器102Bの外側に配置される部分は、第2発熱機器(図示省略)が設けられている。第2発熱機器は、例えば、上述した燃料電池スタック38、車両の駆動用モータ、駆動用バッテリーに充電された電力を交流に変換して駆動用モータに供給するインバータ等が適用されるが、発熱機器は、作動することによって発熱を伴う機器であれば、その具体的な態様に限定されることなく広く適用できる。また、第2発熱機器は、第1発熱機器とは異なるものであってもよいし、第1発熱機器と同じものあってもよい。   The second heat exchanger 102B is provided with a fifth fluid circulation channel (both are not shown). A second heating device (not shown) is provided in a portion of the fifth fluid circulation flow path that is disposed outside the second heat exchanger 102B. As the second heat generating device, for example, the above-described fuel cell stack 38, a vehicle driving motor, an inverter that converts the electric power charged in the driving battery into AC and supplies the AC to the driving motor, or the like is applied. The device can be widely applied without being limited to a specific mode as long as the device generates heat by operating. Further, the second heat generating device may be different from the first heat generating device, or may be the same as the first heat generating device.

第5流体循環流路には、熱交換対象としての第5流体が流れる。第5流体は、例えば、エチレンコールを含んだ液状の冷媒とされている。第2熱交換器102Bから放出された第5流体が第2発熱機器を流れると、第2発熱機器で生じた熱が第5流体に吸収される。これによって、第2発熱機器が冷却され、第5流体が加熱される。   A fifth fluid as a heat exchange target flows through the fifth fluid circulation channel. The fifth fluid is, for example, a liquid refrigerant containing ethylene coal. When the fifth fluid discharged from the second heat exchanger 102B flows through the second heating device, heat generated in the second heating device is absorbed by the fifth fluid. Thereby, the second heat generating device is cooled, and the fifth fluid is heated.

このように第5流体が第5流体循環路を流れている状態で第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34を通った水素ガス40が第2熱交換器102Bのガス通過路を流れると、水素ガス40と第5流体との間で熱が交換される。これによって、第5流体は、冷却され、水素ガス40は、加熱され、水素ガス40の内部エネルギーが増加される。   When the hydrogen gas 40 passing through the second gas passage 34 of the second conversion unit 12B flows through the gas passage of the second heat exchanger 102B while the fifth fluid is flowing through the fifth fluid circulation path as described above. The heat is exchanged between the hydrogen gas 40 and the fifth fluid. Accordingly, the fifth fluid is cooled, the hydrogen gas 40 is heated, and the internal energy of the hydrogen gas 40 is increased.

また、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26の一端は、第2熱交換器102Bの燃料ガス放出ポートへ接続されており、第2熱交換器102Bのガス通過路を流れて第2熱交換器102Bの燃料ガス放出ポートから放出された水素ガス40は、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を流れて第3変換ユニット12Cへ供給される。   In addition, one end of the first gas passage 26 of the third conversion unit 12C is connected to a fuel gas discharge port of the second heat exchanger 102B, and flows through the gas passage of the second heat exchanger 102B to form the second gas passage. The hydrogen gas 40 discharged from the fuel gas discharge port of the heat exchanger 102B flows through the first gas passage 26 of the third conversion unit 12C and is supplied to the third conversion unit 12C.

一方、第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26には、物理量測定装置としての第1温度計162Aが設けられており、第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が物理量の測定値の一態様として第1温度計162Aによって検出されている。また、第1温度計162Aからは、第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度に対応したレベル(例えば、電圧)の第1温度検出信号が出力される。さらに、図示は省略するが、第1温度計162Aは、制御装置28へ電気的に接続されており、第1温度計162Aから出力された第1温度検出信号は、制御装置28に入力される。   On the other hand, a first thermometer 162A as a physical quantity measuring device is provided in the first gas passage 26 of the first conversion unit 12A, and the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of the first conversion unit 12A is provided. Is detected by the first thermometer 162A as one mode of the measured value of the physical quantity. Further, the first thermometer 162A outputs a first temperature detection signal of a level (for example, voltage) corresponding to the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of the first conversion unit 12A. Although not shown, the first thermometer 162A is electrically connected to the control device 28, and the first temperature detection signal output from the first thermometer 162A is input to the control device 28. .

また、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26には、物理量測定装置としての第2温度計162Bが設けられており、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が物理量の測定値の一態様として第2温度計162Bによって検出されている。また、第2温度計162Bからは、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度に対応したレベル(例えば、電圧)の第2温度検出信号が出力される。さらに、図示は省略するが、第2温度計162Bは、制御装置28へ電気的に接続されており、第2温度計162Bから出力された第2温度検出信号は、制御装置28に入力される。   A second thermometer 162B as a physical quantity measuring device is provided in the first gas passage 26 of the second conversion unit 12B, and the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of the second conversion unit 12B is provided. Is detected by the second thermometer 162B as one mode of the measured value of the physical quantity. Further, the second thermometer 162B outputs a second temperature detection signal of a level (for example, voltage) corresponding to the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the second conversion unit 12B. Although not shown, the second thermometer 162B is electrically connected to the control device 28, and the second temperature detection signal output from the second thermometer 162B is input to the control device 28. .

さらに、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26には、物理量測定装置としての第3温度計162Cが設けられており、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が物理量の測定値の一態様として第3温度計162Cによって検出されている。また、第3温度計162Cからは、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度に対応したレベル(例えば、電圧)の第3温度検出信号が出力される。さらに、図示は省略するが、第3温度計162Cは、制御装置28へ電気的に接続されており、第3温度計162Cから出力された第3温度検出信号は、制御装置28に入力される。   Further, a third thermometer 162C as a physical quantity measuring device is provided in the first gas passage 26 of the third conversion unit 12C, and the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of the third conversion unit 12C is provided. Is detected by the third thermometer 162C as one mode of the measured value of the physical quantity. The third thermometer 162C outputs a third temperature detection signal at a level (for example, a voltage) corresponding to the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of the third conversion unit 12C. Although not shown, the third thermometer 162C is electrically connected to the control device 28, and the third temperature detection signal output from the third thermometer 162C is input to the control device 28. .

<第5の実施の形態の基本的な動作による作用、効果>
以上の構成の本実施の形態では、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉は、前記第1の実施の形態における変換ユニット12と同様に制御装置28によって制御される。
<Operation and Effect of Basic Operation of Fifth Embodiment>
In this embodiment having the above configuration, the opening and closing of the injectors 22A, 22B and the solenoid valves 36A, 36B of the first to third conversion units 12A to 12C are the same as those of the conversion unit 12 in the first embodiment. Is controlled by the control device 28.

このため、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々に水素ガス40が供給されると、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のシリンダ16A及びシリンダ16Bの一方から他方へ液体42が流れる。これによって、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のタービン56が回転される。タービン56の回転力は、ジェネレータ62で電力に変換され、ジェネレータ62で生じた電力は、インバータ64を介してバッテリー66へ流れ、これによって、バッテリー66が充電されると共に、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々に供給された水素ガス40は、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のシリンダ16A又はシリンダ16Bで膨張されて減圧される。   Therefore, when the hydrogen gas 40 is supplied to each of the first to third conversion units 12A to 12C, the liquid 42 flows from one of the cylinders 16A and the cylinders 16B of the first to third conversion units 12A to 12C to the other. Flows. Thereby, each turbine 56 of the first to third conversion units 12A to 12C is rotated. The torque of the turbine 56 is converted into electric power by the generator 62, and the electric power generated by the generator 62 flows to the battery 66 via the inverter 64, whereby the battery 66 is charged and the first to third conversions are performed. The hydrogen gas 40 supplied to each of the units 12A to 12C is expanded and decompressed in each of the cylinders 16A or 16B of the first to third conversion units 12A to 12C.

したがって、本実施の形態では、タービン56の羽根車は、第2流体としての液体42によって回転され、第1流体としての水素ガス40は、タービン56を通らない。このため、タービン56の羽根車等に塗布された潤滑剤が水素ガス40に混ざることを抑制できる。   Therefore, in the present embodiment, the impeller of the turbine 56 is rotated by the liquid 42 as the second fluid, and the hydrogen gas 40 as the first fluid does not pass through the turbine 56. For this reason, it is possible to suppress the lubricant applied to the impeller of the turbine 56 and the like from being mixed with the hydrogen gas 40.

また、本実施の形態では、第1変換ユニット12Aの第2ガス流路34を流れた水素ガス40は、第1熱交換器102Aのガス通過路を流れることによって加熱され、これによって、水素ガス40の内部エネルギーが増加される。このように、内部エネルギーが増加された水素ガス40は、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26へ供給される。また、第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34を流れた水素ガス40は、第2熱交換器102Bのガス通過路を流れることによって加熱され、これによって、水素ガス40の内部エネルギーが増加される。このように、内部エネルギーが増加された水素ガス40は、第3変換ユニット12Bの第1ガス流路26へ供給される。   Further, in the present embodiment, the hydrogen gas 40 flowing through the second gas passage 34 of the first conversion unit 12A is heated by flowing through the gas passage of the first heat exchanger 102A, whereby the hydrogen gas 40 The internal energy of 40 is increased. As described above, the hydrogen gas 40 whose internal energy has been increased is supplied to the first gas passage 26 of the second conversion unit 12B. Further, the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 of the second conversion unit 12B is heated by flowing through the gas passage of the second heat exchanger 102B, thereby increasing the internal energy of the hydrogen gas 40. Is done. As described above, the hydrogen gas 40 whose internal energy has been increased is supplied to the first gas passage 26 of the third conversion unit 12B.

このように、水素ガス40が加熱されて水素ガス40の温度が上昇されると、水素ガス40の内部エネルギーが増加され、水素ガス40の圧力及び体積の少なくとも一方が増加される。このため、第2変換ユニット12B及び第3変換ユニット12Cの各々のシリンダ16A又はシリンダ16Bでは、圧力及び体積の少なくとも一方が増加された水素ガス40によって液体42が効率よく押圧されて移動される。これによって、タービン56の羽根車を効率よく回転させることができ、ジェネレータ62で効率よく発電できる。   As described above, when the hydrogen gas 40 is heated and the temperature of the hydrogen gas 40 is increased, the internal energy of the hydrogen gas 40 is increased, and at least one of the pressure and the volume of the hydrogen gas 40 is increased. For this reason, in each cylinder 16A or cylinder 16B of the second conversion unit 12B and the third conversion unit 12C, the liquid 42 is efficiently pressed and moved by the hydrogen gas 40 whose at least one of the pressure and the volume is increased. Thereby, the impeller of the turbine 56 can be rotated efficiently, and the generator 62 can generate power efficiently.

<第5の実施の形態の特徴的な作用、効果>
ところで、本実施の形態は、3つの第1〜第3変換ユニット12A〜12Cを備えており、水素ガス40は、各第1〜第3変換ユニット12A〜12Cにおいて膨張される。これによって、水素ガス40の圧力Pは、圧力Phから圧力Plまで低下され、水素ガス40の体積Vは、体積Vlから体積Vhまで増加される。この第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々での水素ガス40の膨張は、断熱膨張である。このため、第1変換ユニット12Aの第2ガス流路34を流れる水素ガス40の温度は、第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度よりも低くなり、第2、第3変換ユニット12B、12Cの各第2ガス流路34を流れる水素ガス40の温度と、第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度に関しても同様である。
<Characteristic operations and effects of the fifth embodiment>
By the way, the present embodiment includes three first to third conversion units 12A to 12C, and the hydrogen gas 40 is expanded in each of the first to third conversion units 12A to 12C. Thereby, the pressure P of the hydrogen gas 40 is reduced from the pressure Ph to the pressure Pl, and the volume V of the hydrogen gas 40 is increased from the volume Vl to the volume Vh. The expansion of the hydrogen gas 40 in each of the first to third conversion units 12A to 12C is an adiabatic expansion. For this reason, the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the second gas flow path 34 of the first conversion unit 12A becomes lower than the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the first conversion unit 12A. The same applies to the temperature of the hydrogen gas 40 flowing in each of the second gas passages 34 of the third conversion units 12B and 12C and the temperature of the hydrogen gas 40 flowing in the first gas passage 26.

ここで、第1変換ユニット12Aでの水素ガス40の膨張比をR1、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比をR2、第3変換ユニット12Cでの水素ガス40の膨張比をR3とすると、圧力Pが圧力Phから圧力Plまで低下され、体積Vが体積Vlから体積Vhまで増加された際の水素ガス40の膨張比Rは、膨張比R1、膨張比R2、膨張比R3の積になる。   Here, the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the first conversion unit 12A is R1, the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B is R2, and the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the third conversion unit 12C is R3. Then, when the pressure P is reduced from the pressure Ph to the pressure Pl, and the volume V is increased from the volume Vl to the volume Vh, the expansion ratio R of the hydrogen gas 40 becomes the expansion ratio R1, the expansion ratio R2, and the expansion ratio R3. Product.

但し、上記のように、本実施の形態では、第1変換ユニット12Aと第2変換ユニット12Bとの間には第1熱交換器102Aが設けられ、第2変換ユニット12Bと第3変換ユニット12Cとの間には第2熱交換器102Bが設けられている。このため、水素ガス40は、第1熱交換器102A、第2熱交換器102Bの各々を流れることによって加熱され、水素ガス40の内部エネルギーが増加される。   However, as described above, in the present embodiment, the first heat exchanger 102A is provided between the first conversion unit 12A and the second conversion unit 12B, and the second conversion unit 12B and the third conversion unit 12C are provided. A second heat exchanger 102B is provided between the first heat exchanger 102B and the second heat exchanger 102B. Therefore, the hydrogen gas 40 is heated by flowing through each of the first heat exchanger 102A and the second heat exchanger 102B, and the internal energy of the hydrogen gas 40 is increased.

一方で、本実施の形態では、上記のように、第1〜第3温度計162A〜162Cから出力された第1〜第3温度検出信号、すなわち、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々の第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が制御装置28に入力される。ここで、本実施の形態では、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bは、第1〜第3温度検出信号に基づいて以下のように制御される。   On the other hand, in the present embodiment, as described above, the first to third temperature detection signals output from the first to third thermometers 162A to 162C, that is, the first to third conversion units 12A to 12C The temperature of the hydrogen gas 40 flowing through each first gas flow path 26 is input to the control device 28. Here, in the present embodiment, the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B of the first to third conversion units 12A to 12C are controlled as follows based on the first to third temperature detection signals. Is done.

先ず、第1〜第3温度検出信号の各々に基づく温度が全て等しい場合、すなわち、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々の第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が等しい場合について説明する。   First, when the temperatures based on the first to third temperature detection signals are all equal, that is, the temperatures of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passages 26 of the first to third conversion units 12A to 12C are equal. The case will be described.

この場合には、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々での水素ガス40の膨張比をR1〜R3の各々が等しくなるように、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々でインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の時間が設定される。   In this case, the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in each of the first to third conversion units 12A to 12C is set in each of the first to third conversion units 12A to 12C so that each of R1 to R3 becomes equal. The time for opening and closing the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B is set.

ここで、図13には、1つの変換ユニット12で水素ガス40の圧力がPhからPlまで減圧された際の水素ガス40の体積変化が点線によって示されており、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cによって水素ガス40の圧力がPhからPlまで減圧された際の水素ガス40の体積Vの変化が実線によって示されている。   Here, in FIG. 13, a change in volume of the hydrogen gas 40 when the pressure of the hydrogen gas 40 is reduced from Ph to Pl in one conversion unit 12 is indicated by a dotted line, and the first to third conversion units are shown. The change in the volume V of the hydrogen gas 40 when the pressure of the hydrogen gas 40 is reduced from Ph to Pl by 12A to 12C is indicated by a solid line.

本実施の形態では、第1、第2変換ユニット12A、12Bの各々にて断熱膨張されて冷却された水素ガス40は、第1、第2熱交換器102A、102Bの各々によって加熱され、水素ガス40の温度は、第1、第2変換ユニット12A、12Bの各々での冷却前の温度に戻る。したがって、水素ガス40の内部エネルギーは、第1、第2熱交換器102A、102Bの各々によって加熱されることにより、第1、第2変換ユニット12A、12Bの各々での冷却前の大きさに近づくように増加され、第1、第2熱交換器102A、102Bでは、水素ガス40の体積が増加しても水素ガス40の圧力の低下が抑制される。   In the present embodiment, hydrogen gas 40 adiabatically expanded and cooled in each of first and second conversion units 12A and 12B is heated by each of first and second heat exchangers 102A and 102B, The temperature of the gas 40 returns to the temperature before cooling in each of the first and second conversion units 12A and 12B. Therefore, the internal energy of the hydrogen gas 40 is heated by each of the first and second heat exchangers 102A and 102B, so that the internal energy of each of the first and second conversion units 12A and 12B is reduced before cooling. In the first and second heat exchangers 102A and 102B, a decrease in the pressure of the hydrogen gas 40 is suppressed even when the volume of the hydrogen gas 40 increases.

このため、第1熱交換器102Aから水素ガス40が放出されてから、第3変換ユニット12によって水素ガス40の圧力がPlに減圧されるまでの水素ガス40の圧力は、1つの変換ユニット12で水素ガス40の圧力がPhからPlまで減圧された場合よりも高くなる。水素ガス40の体積変化に伴う圧力変化の積分値は、水素ガス40の断熱膨張における水素ガス40の仕事の大きさになる。したがって、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々の第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が全て同じ場合には、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々での水素ガス40の膨張比R1〜R3が同じになるように第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々でインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の時間が制御されることによって、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cのジェネレータ62での発電の総和を大きくできる。   For this reason, the pressure of the hydrogen gas 40 from the release of the hydrogen gas 40 from the first heat exchanger 102A until the pressure of the hydrogen gas 40 is reduced to Pl by the third conversion unit 12 becomes one conversion unit 12 , The pressure of the hydrogen gas 40 becomes higher than when the pressure is reduced from Ph to Pl. The integrated value of the pressure change accompanying the volume change of the hydrogen gas 40 becomes the size of the work of the hydrogen gas 40 in the adiabatic expansion of the hydrogen gas 40. Therefore, when the temperatures of the hydrogen gas 40 flowing in the first gas passages 26 of the first to third conversion units 12A to 12C are all the same, the hydrogen in each of the first to third conversion units 12A to 12C is By controlling the opening and closing times of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B in each of the first to third conversion units 12A to 12C so that the expansion ratios R1 to R3 of the gas 40 are the same, the first -The total sum of power generation by the generators 62 of the third conversion units 12A to 12C can be increased.

次に、第1〜第3温度検出信号の各々に基づく温度が段階的に小さくなる場合、すなわち、第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度よりも低く、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度よりも低い場合について説明する。   Next, when the temperature based on each of the first to third temperature detection signals decreases stepwise, that is, the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the third conversion unit 12C increases The temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the second conversion unit 12B is lower than the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the first conversion unit 12B. A case in which the temperature is lower than the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through 26 will be described.

このような場合には、第1変換ユニット12Aでの水素ガス40の膨張比が、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比よりも大きくなり、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比が、第3変換ユニット12Cでの水素ガス40の膨張比よりも大きくなるように、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉が制御装置28によって制御される。   In such a case, the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the first conversion unit 12A becomes larger than the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B, and the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B. Opening and closing of the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B of the first to third conversion units 12A to 12C so that the expansion ratio of the first conversion unit 12C becomes larger than the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the third conversion unit 12C. Is controlled by the control device 28.

これによって、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cのジェネレータ62での発電の総和が小さくなることを抑制できる。   Thus, it is possible to suppress the total sum of the power generation by the generators 62 of the first to third conversion units 12A to 12C from decreasing.

次に、第1〜第3温度検出信号の各々に基づく温度が段階的に大きくなる場合、すなわち、第1変換ユニット12Aの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度よりも低く、第2変換ユニット12Bの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度よりも低い場合について説明する。   Next, when the temperature based on each of the first to third temperature detection signals increases stepwise, that is, the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the first conversion unit 12A is changed to the second conversion unit. The temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the second conversion unit 12B is lower than the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas flow path 26 of the second conversion unit 12B. A case in which the temperature is lower than the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through 26 will be described.

このような場合には、第1変換ユニット12Aでの水素ガス40の膨張比が、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比よりも小さくなり、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比が、第3変換ユニット12Cでの水素ガス40の膨張比よりも小さくなるように、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉が制御装置28によって制御される。   In such a case, the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the first conversion unit 12A becomes smaller than the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B, and the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B. Opening and closing of the injectors 22A, 22B and the solenoid valves 36A, 36B of the first to third conversion units 12A to 12C so that the expansion ratio of the first conversion unit 12C becomes smaller than the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the third conversion unit 12C. Is controlled by the control device 28.

これによって、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cのジェネレータ62での発電の総和が小さくなることを抑制できる。   Thus, it is possible to suppress the total sum of the power generation by the generators 62 of the first to third conversion units 12A to 12C from decreasing.

なお、例えば、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cの各々の第1ガス流路26を流れる水素ガス40の温度が第1変換ユニット12A側から第3変換ユニット12C側へ段階的に低くなる場合に、第1変換ユニット12Aでの水素ガス40の膨張比が、第2変換ユニット12Bでの水素ガス40の膨張比が大きくなるように第1、第2変換ユニット12A、12Bの各々のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉が制御されてもよい。すなわち、3つ以上の変換ユニット12が水素ガス40の流れの向きに直列に接続され、水素ガス40の流れの向きに互いに隣り合う変換ユニット12の間に熱交換器102が設けられる構成において、各変換ユニット12のインジェクタ22A、22B及び電磁弁36A、36Bの開閉の制御は、上述したような制御に限定されるものではない。   In addition, for example, the temperature of the hydrogen gas 40 flowing through the first gas passage 26 of each of the first to third conversion units 12A to 12C decreases stepwise from the first conversion unit 12A side to the third conversion unit 12C side. In this case, each of the injectors of the first and second conversion units 12A and 12B is set such that the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the first conversion unit 12A is increased in the expansion ratio of the hydrogen gas 40 in the second conversion unit 12B. Opening / closing of 22A, 22B and solenoid valves 36A, 36B may be controlled. That is, in a configuration in which three or more conversion units 12 are connected in series in the flow direction of the hydrogen gas 40, and the heat exchanger 102 is provided between the conversion units 12 adjacent to each other in the flow direction of the hydrogen gas 40, The control of opening and closing the injectors 22A and 22B and the solenoid valves 36A and 36B of each conversion unit 12 is not limited to the control described above.

さらに、本実施の形態では、第1変換ユニット12Aと第2変換ユニット12Bとの間に第1熱交換器102Aが設けられ、第2変換ユニット12Bと第3変換ユニット12Cとの間に第2熱交換器102Bが設けられた構成であった。しかしながら、例えば、タンク30と第1変換ユニット12Aとの間に熱交換器102等の加熱手段又は熱交換手段を設けて、第1変換ユニット12Aへ供給される水素ガス40を加熱して第1変換ユニット12Aへ供給される水素ガス40の内部エネルギーを増加させてもよい。すなわち、変換ユニット12から放出された水素ガス40が加熱手段又は熱交換手段に流れる構成に限定されるものではない。   Further, in the present embodiment, the first heat exchanger 102A is provided between the first conversion unit 12A and the second conversion unit 12B, and the second heat exchanger 102A is provided between the second conversion unit 12B and the third conversion unit 12C. The configuration was such that the heat exchanger 102B was provided. However, for example, a heating means or a heat exchange means such as a heat exchanger 102 is provided between the tank 30 and the first conversion unit 12A to heat the hydrogen gas 40 supplied to the first conversion unit 12A to perform the first heating. The internal energy of the hydrogen gas 40 supplied to the conversion unit 12A may be increased. That is, the configuration is not limited to the configuration in which the hydrogen gas 40 released from the conversion unit 12 flows to the heating unit or the heat exchange unit.

また、本実施の形態では、第1変換ユニット12Aと第2変換ユニット12Bとの間に第1熱交換器102Aが設けられ、第2変換ユニット12Bと第3変換ユニット12Cとの間に第2熱交換器102Bが設けられた構成であった。しかしながら、例えば、第1熱交換器102Aにおいて第1変換ユニット12Aから供給された水素ガス40が流れるガス通過路とは別のガス通過路を第1熱交換器102Aに設け、この別のガス通過路に繋がる燃料ガス供給ポートに第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34の他端を接続し、別のガス通過路に繋がる燃料ガス放出ポートに第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を接続する構成、すなわち、異なる変換ユニット12からの水素ガス40が同じ熱交換器102に供給される構成としてもよい。   In the present embodiment, the first heat exchanger 102A is provided between the first conversion unit 12A and the second conversion unit 12B, and the second heat exchanger 102A is provided between the second conversion unit 12B and the third conversion unit 12C. The configuration was such that the heat exchanger 102B was provided. However, for example, in the first heat exchanger 102A, a gas passage different from the gas passage through which the hydrogen gas 40 supplied from the first conversion unit 12A flows is provided in the first heat exchanger 102A. The other end of the second gas passage 34 of the second conversion unit 12B is connected to a fuel gas supply port connected to the passage, and the first gas passage of the third conversion unit 12C is connected to a fuel gas discharge port connected to another gas passage. 26, that is, a configuration in which hydrogen gas 40 from different conversion units 12 is supplied to the same heat exchanger 102.

さらに、本実施の形態では、3つの第1変換ユニット12Aと第2変換ユニット12Bとの間に第1熱交換器102Aが設けられ、第2変換ユニット12Bと第3変換ユニット12Cとの間に第2熱交換器102Bが設けられた構成であった。しかしながら、例えば、第1熱交換器102Aにおいて第1変換ユニット12Aから供給された水素ガス40が流れるガス通過路とは別のガス通過路を第1熱交換器102Aに設け、この別のガス通過路に繋がる燃料ガス供給ポートに第2変換ユニット12Bの第2ガス流路34の他端を接続し、別のガス通過路に繋がる燃料ガス放出ポートに第3変換ユニット12Cの第1ガス流路26を接続する構成、すなわち、異なる変換ユニット12からの水素ガス40が同じ熱交換器102に供給される構成としてもよい。   Further, in the present embodiment, a first heat exchanger 102A is provided between the three first conversion units 12A and the second conversion unit 12B, and a first heat exchanger 102A is provided between the second conversion unit 12B and the third conversion unit 12C. The configuration was such that the second heat exchanger 102B was provided. However, for example, in the first heat exchanger 102A, a gas passage different from the gas passage through which the hydrogen gas 40 supplied from the first conversion unit 12A flows is provided in the first heat exchanger 102A. The other end of the second gas passage 34 of the second conversion unit 12B is connected to a fuel gas supply port connected to the passage, and the first gas passage of the third conversion unit 12C is connected to a fuel gas discharge port connected to another gas passage. 26, that is, a configuration in which hydrogen gas 40 from different conversion units 12 is supplied to the same heat exchanger 102.

また、上述した第3の実施の形態から第5の実施の形態では、第1熱交換器102、102A、102Bが熱交換手段とされ、第3流体、第4流体、第5が熱交換対象とされていた。しかしながら、熱交換手段は、第1流体と熱交換対象との間で熱が交換された結果、第1流体の温度を上昇させて第1流体の内部エネルギーを増加させることができればよい。   Further, in the above-described third to fifth embodiments, the first heat exchangers 102, 102A, and 102B are heat exchange means, and the third fluid, the fourth fluid, and the fifth are heat exchange targets. And it was. However, the heat exchange means only needs to be able to increase the temperature of the first fluid and increase the internal energy of the first fluid as a result of heat exchange between the first fluid and the heat exchange target.

したがって、熱交換対象は、発熱機器を冷却する構成でなくてもよいし、また、熱交換対象を熱交換手段(例えば、第1熱交換器102、102A、102B)の近傍の空気(外気)として、熱交換手段において第1流体が空気(外気)によって暖められ、これによって、第1流体の温度が上昇されて第1流体の内部エネルギーが増加される構成であってもよい。このような構成では、熱交換対象を循環させるための流路が不要になる。   Therefore, the heat exchange target does not need to be configured to cool the heat-generating device, and the heat exchange target is changed to air (outside air) near the heat exchange means (for example, the first heat exchangers 102, 102A, 102B). The first fluid may be heated by the air (outside air) in the heat exchange means, whereby the temperature of the first fluid is increased and the internal energy of the first fluid is increased. In such a configuration, a flow path for circulating the heat exchange target is not required.

さらに、第3の実施の形態から第5の実施の形態は、熱交換手段としての第1熱交換器102、102A、102Bを備える構成であった。しかしながら、例えば、第1流体としての水素ガス40の流路が周囲の空気等の熱で暖められ、これによって、流路を流れる水素ガス40の熱が増加され、水素ガス40の内部エネルギーが増加される構成であってもよい。すなわち、熱交換手段としての特別な構成を備えることなく第1流体としての水素ガス40の温度を上昇させる構成であってもよい。   Further, the third to fifth embodiments have a configuration including the first heat exchangers 102, 102A, and 102B as heat exchange means. However, for example, the flow path of the hydrogen gas 40 as the first fluid is heated by the heat of the surrounding air or the like, whereby the heat of the hydrogen gas 40 flowing through the flow path is increased, and the internal energy of the hydrogen gas 40 is increased. May be adopted. That is, the temperature of the hydrogen gas 40 as the first fluid may be increased without providing a special configuration as the heat exchange unit.

また、本実施の形態は、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cを備える構成であった。しかしながら、変換ユニット12は、2つでもよいし、4つ以上であってもよい。   Further, the present embodiment has a configuration including the first to third conversion units 12A to 12C. However, the number of conversion units 12 may be two, or four or more.

さらに、これまでに説明した各実施の形態では、第1〜第3変換ユニット12A〜12Cを含んだ変換ユニット12は、各々が圧力伝達部としての2つのシリンダ16A、16Bを備える構成であった。しかしながら、変換ユニット12を構成する圧力伝達部は、1つであってもよいし、変換ユニット12を構成する圧力伝達部は、3つ以上であってもよい。変換ユニット12を構成する圧力伝達部を1つとした変形例を以下に簡単に説明する。   Further, in each of the embodiments described above, the conversion unit 12 including the first to third conversion units 12A to 12C has a configuration in which each of the conversion units 12 includes two cylinders 16A and 16B as a pressure transmission unit. . However, the number of pressure transmitting units constituting the conversion unit 12 may be one, or the number of pressure transmitting units constituting the conversion unit 12 may be three or more. A modification in which the conversion unit 12 includes one pressure transmitting unit will be briefly described below.

図14に示される変形例では、流体エネルギー変換装置10の変換ユニット12は、第2シリンダ172を備えている。第2シリンダ172の一端側には、液体供給ポート174と液体放出ポート176とが設けられている。第2シリンダ172の液体供給ポート174には、第3液体流路60の他端が接続されている。さらに、第2シリンダ172の液体供給ポート174は、第3液体流路60、タービン56、第2液体流路54、第1液体流路50を介して圧力伝達部としてのシリンダ16の液体放出ポート176へ接続されている。   In the modification shown in FIG. 14, the conversion unit 12 of the fluid energy conversion device 10 includes a second cylinder 172. On one end side of the second cylinder 172, a liquid supply port 174 and a liquid discharge port 176 are provided. The other end of the third liquid channel 60 is connected to the liquid supply port 174 of the second cylinder 172. Further, the liquid supply port 174 of the second cylinder 172 is connected to the liquid discharge port of the cylinder 16 as a pressure transmitting unit via the third liquid flow path 60, the turbine 56, the second liquid flow path 54, and the first liquid flow path 50. 176.

一方、第2シリンダ172の液体放出ポート176には、第4液体流路68の一端が接続されている。さらに、第2シリンダ172の液体放出ポート176は、第4液体流路68を介してシリンダ16の液体供給ポート174へ接続されている。   On the other hand, one end of the fourth liquid flow path 68 is connected to the liquid discharge port 176 of the second cylinder 172. Further, the liquid discharge port 176 of the second cylinder 172 is connected to the liquid supply port 174 of the cylinder 16 via the fourth liquid flow path 68.

また、第2シリンダ172の内側には、ピストン170が設けられている。第2シリンダ172の内側におけるピストン170よりも第2シリンダ172の他端側には、付勢手段180が設けられており。ピストン170は、付勢手段180によって第2シリンダ172の一端側へ付勢されている。   Further, a piston 170 is provided inside the second cylinder 172. On the other end side of the second cylinder 172 than the piston 170 inside the second cylinder 172, an urging means 180 is provided. The piston 170 is urged by the urging means 180 toward one end of the second cylinder 172.

このような構成では、電磁弁36が閉塞された状態で、インジェクタ22が所定時間開放され、これによって、シリンダ16内に水素ガス40が供給されると、シリンダ16内の水素ガス40の圧力が、付勢手段180の付勢力と釣り合うまで水素ガス40が膨張される。この水素ガス40の膨張に伴い液体42が第2シリンダ172側へ移動される。これによって、タービン56が回転される。   In such a configuration, when the injector 22 is opened for a predetermined time while the electromagnetic valve 36 is closed, and when the hydrogen gas 40 is supplied into the cylinder 16, the pressure of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16 is reduced. The hydrogen gas 40 is expanded until the urging force of the urging means 180 is balanced. As the hydrogen gas 40 expands, the liquid 42 is moved to the second cylinder 172 side. Thus, the turbine 56 is rotated.

また、シリンダ16内での水素ガス40の膨張が終了し、インジェクタ22の閉塞状態で電磁弁36が開放されると、第2シリンダ172内の液体42が付勢手段180の付勢力を受けているピストン170によって押圧され、第4液体流路68を通ってシリンダ16内へ戻る。このようにシリンダ16内へ戻った液体42によってシリンダ16内の水素ガス40が放出される。   Further, when the expansion of the hydrogen gas 40 in the cylinder 16 ends and the solenoid valve 36 is opened with the injector 22 closed, the liquid 42 in the second cylinder 172 receives the urging force of the urging means 180. Is returned to the cylinder 16 through the fourth liquid flow path 68. The hydrogen gas 40 in the cylinder 16 is released by the liquid 42 returned into the cylinder 16 in this manner.

このような構成であっても、上述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Even with such a configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

また、上記の各実施の形態では、第1流体を水素ガス40や高圧空気等の気体とした。しかしながら、第1流体は、液体であってもよく、第1流体の具体的な構成については、限定されることなく、広く適用が可能である。   In each of the above embodiments, the first fluid is a gas such as hydrogen gas 40 or high-pressure air. However, the first fluid may be a liquid, and the specific configuration of the first fluid is not limited and can be widely applied.

さらに、上記の各実施の形態では、第2流体を液体42とした。しかしながら、第1流体は、気体であってもよい。このような構成とする場合には、第1流体が供給されるシリンダ16A、16Bの一端側と、シリンダ16A、16B内において第2流体が供給されるシリンダ16A、16Bの他端側とを仕切ると共に、シリンダ16A、16B内の一端側及び他端側へ移動可能なピストンを設けるとよい。これによって、第1流体及び第2流体が共に気体である場合でも、第1流体と第2流体とが混じることを抑制できる。   Further, in each of the above embodiments, the liquid 42 is used as the second fluid. However, the first fluid may be a gas. In the case of such a configuration, one end of the cylinders 16A and 16B to which the first fluid is supplied is separated from the other ends of the cylinders 16A and 16B to which the second fluid is supplied in the cylinders 16A and 16B. In addition, it is preferable to provide a piston that can move to one end and the other end in the cylinders 16A and 16B. Thereby, even when the first fluid and the second fluid are both gases, it is possible to suppress the first fluid and the second fluid from being mixed.

このように、第2流体は、気体であってもよく、第2流体の具体的な構成については、限定されることなく、広く適用が可能である。   As described above, the second fluid may be a gas, and the specific configuration of the second fluid is not limited and can be widely applied.

10 流体エネルギー変換装置
12、12A、12B、12C 変換ユニット
14 燃料電池システム(流体利用機器)
16、16A、16B シリンダ(圧力伝達部)
18、18A、18B 燃料ガス供給ポート(第1流体供給ポート)
20、20A、20B 燃料ガス放出ポート(第1流体放出ポート)
28 制御装置(制御手段)
40 水素ガス(第1流体)
42 液体(第2流体)
48A 第1連絡流路
48B 第2連絡流路
56 タービン(回転装置)
58 エネルギー変換部(エネルギー変換手段)
84 冷房装置(流体利用機器)
102A、102B 熱交換器(熱交換手段)
152 減圧弁(減圧手段)
10 Fluid energy conversion device 12, 12A, 12B, 12C conversion unit 14 Fuel cell system (fluid utilization device)
16, 16A, 16B Cylinder (pressure transmitting part)
18, 18A, 18B Fuel gas supply port (first fluid supply port)
20, 20A, 20B Fuel gas discharge port (first fluid discharge port)
28 control device (control means)
40 Hydrogen gas (first fluid)
42 liquid (second fluid)
48A First communication channel 48B Second communication channel 56 Turbine (rotating device)
58 Energy conversion unit (energy conversion means)
84 Cooling system (fluid utilization equipment)
102A, 102B heat exchanger (heat exchange means)
152 pressure reducing valve (pressure reducing means)

Claims (14)

第1流体供給部から内部に供給された第1流体を第1流体放出部から外部へ放出可能な圧力伝達部と、
少なくとも一部が前記圧力伝達部に入っており、前記圧力伝達部の内部に供給された前記第1流体の圧力が伝わることによって一部が前記圧力伝達部の第2流体放出部から外部へ放出可能とされ、前記圧力伝達部の第2流体供給部から前記圧力伝達部の内部へ供給されることによって圧力を前記第1流体へ伝える第2流体と、
前記第2流体が流れた際に前記第2流体のエネルギーを他のエネルギーに変換するエネルギー変換手段と、
を含んで構成された変換ユニットを備える流体エネルギー変換装置。
A pressure transmitting unit capable of discharging the first fluid supplied from the first fluid supply unit to the outside from the first fluid discharge unit;
At least a part is in the pressure transmitting part, and a part is released from the second fluid discharging part of the pressure transmitting part to the outside by transmitting the pressure of the first fluid supplied to the inside of the pressure transmitting part. A second fluid that is capable of transmitting pressure to the first fluid by being supplied from the second fluid supply unit of the pressure transmission unit to the inside of the pressure transmission unit;
Energy conversion means for converting the energy of the second fluid to another energy when the second fluid flows,
The fluid energy conversion device provided with the conversion unit comprised including.
前記変換ユニットは、
一対の前記圧力伝達部と、
前記一対の圧力伝達部の一方の第2流体放出部と他方の前記圧力伝達部の第2流体供給とを繋ぎ、一方の前記圧力伝達部に供給された前記第1流体の圧力によって前記第2流体の他方の前記圧力伝達部への移動が可能とされた第1連絡流路と、
前記一対の圧力伝達部の他方の第2流体放出部と一方の前記圧力伝達部の第2流体供給とを繋ぎ、他方の前記圧力伝達部に供給された前記第1流体の圧力によって前記第2流体の一方の前記圧力伝達部への移動が可能とされた第2連絡流路と、
を備え、
前記エネルギー変換手段は、一方の前記圧力伝達部から前記第1連絡流路を通って他方の前記圧力伝達部へ流れる前記第2流体及び他方の前記圧力伝達部から前記第2連絡流路を通って一方の前記圧力伝達部へ流れる前記第2流体のエネルギーを前記他のエネルギーに変換する請求項1に記載の流体エネルギー変換装置。
The conversion unit,
A pair of the pressure transmitting portions,
The second fluid discharge unit of one of the pair of pressure transmitting units is connected to the second fluid supply of the other pressure transmitting unit, and the second fluid is supplied by the pressure of the first fluid supplied to the one pressure transmitting unit. A first communication flow passage which is capable of moving the fluid to the other pressure transmitting unit;
The other of the pair of pressure transmitting sections is connected to the second fluid discharge section and the one of the pressure transmitting sections to the second fluid supply, and the pressure of the first fluid supplied to the other pressure transmitting section causes the second fluid to flow. A second communication flow passage that allows movement of one of the fluids to the pressure transmitting unit;
With
The energy conversion means passes through the second fluid from one of the pressure transmitting portions through the first communication channel to the other pressure transmitting portion and the second fluid from the other pressure transmitting portion through the second communication channel. The fluid energy conversion device according to claim 1, wherein the energy of the second fluid flowing to one of the pressure transmitting units is converted into the other energy.
前記第1流体は、気体とされ、前記第2流体は、液体とされる請求項1又は請求項2に記載の流体エネルギー変換装置。   The fluid energy conversion device according to claim 1, wherein the first fluid is a gas, and the second fluid is a liquid. 前記エネルギー変換手段は、前記第2流体の流れによって回転される回転部を有し、前記回転部の回転力を前記他のエネルギーとして出力する回転装置とされた請求項1から請求項3の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置。   4. The rotating device according to claim 1, wherein the energy conversion unit has a rotating unit that is rotated by the flow of the second fluid, and is a rotating device that outputs a rotating force of the rotating unit as the other energy. 5. The fluid energy conversion device according to claim 1. 前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の物理量及び前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の物理量を調整する制御手段を備える請求項1から請求項4の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置。   The physical quantity of the first fluid supplied to the pressure transmitting unit and the first fluid discharged from the pressure transmitting unit by controlling the opening / closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharging unit The fluid energy conversion device according to any one of claims 1 to 4, further comprising control means for adjusting a physical quantity of the fluid energy. 前記制御手段は、前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の圧力又は体積に基づいて前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の圧力を制御する請求項5に記載の流体エネルギー変換装置。   The control unit controls the opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit based on the pressure or volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit, thereby controlling the pressure transmission. The fluid energy conversion device according to claim 5, wherein the pressure of the first fluid discharged from the section is controlled. 前記制御手段は、前記圧力伝達部へ供給される前記第1流体の圧力又は体積に基づいて前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉のタイミングを制御して前記圧力伝達部から放出される前記第1流体の流量及び温度の少なくとも一方を制御する請求項5に記載の流体エネルギー変換装置。   The control unit controls the opening and closing timing of each of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit based on the pressure or volume of the first fluid supplied to the pressure transmission unit, thereby controlling the pressure transmission. The fluid energy conversion device according to claim 5, wherein at least one of a flow rate and a temperature of the first fluid discharged from the section is controlled. 前記第1流体放出部から放出された前記第1流体を所定の圧力に減圧すると共に、減圧に際して前記第1流体の温度変化及び流量変化の少なくとも一方を抑制する減圧手段を備える請求項7に記載の流体エネルギー変換装置。   The pressure reducing means for reducing the first fluid discharged from the first fluid discharge unit to a predetermined pressure and suppressing at least one of a temperature change and a flow rate change of the first fluid at the time of pressure reduction. Fluid energy converter. 前記第1流体放出部へ繋がり、前記第1流体放出部から放出された前記第1流体が供給されて、前記第1流体を利用する流体利用機器を備える請求項1から請求項8の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置。   9. The apparatus according to claim 1, further comprising a fluid utilization device connected to the first fluid discharge unit and supplied with the first fluid discharged from the first fluid discharge unit to utilize the first fluid. 9. 2. The fluid energy conversion device according to claim 1. 前記第1流体が前記変換ユニットへ供給される際に、前記第1流体の内部エネルギーが増加される請求項1から請求項9の何れか1項に記載の流体エネルギー変換装置。   The fluid energy conversion device according to any one of claims 1 to 9, wherein an internal energy of the first fluid is increased when the first fluid is supplied to the conversion unit. 前記変換ユニットの前記第1流体供給部へ接続され、前記第1流体と熱交換対象との間で熱が交換されることによって前記第1流体の内部エネルギーが増加される熱交換手段を備える請求項10に記載の流体エネルギー変換装置。   A heat exchange unit connected to the first fluid supply unit of the conversion unit, wherein heat is exchanged between the first fluid and a heat exchange target to increase internal energy of the first fluid. Item 11. A fluid energy conversion device according to item 10. 前記第1流体の流れの向きに互いに隣り合い、前記第1流体の流れの向きにおける上流側の前記変換ユニットの前記第1流体放出部が前記第1流体の流れの向きにおける下流側の前記変換ユニットの前記第1流体供給部に直接又は間接的に繋がった複数の前記変換ユニットを有し、前記上流側の変換ユニットの前記第1流体放出部を流れる前記第1流体が前記下流側の前記変換ユニットへ供給される際に前記第1流体の内部エネルギーが増加される請求項10又は請求項11に記載の流体エネルギー変換装置。   Adjacent to each other in the direction of the flow of the first fluid, the first fluid discharge portion of the conversion unit on the upstream side in the direction of the flow of the first fluid has the conversion portion on the downstream side in the direction of the flow of the first fluid. A plurality of the conversion units connected directly or indirectly to the first fluid supply unit of the unit, wherein the first fluid flowing through the first fluid discharge unit of the upstream conversion unit is connected to the first fluid supply unit. The fluid energy conversion device according to claim 10 or 11, wherein the internal energy of the first fluid is increased when supplied to the conversion unit. 前記上流側の変換ユニット及び前記下流側の変換ユニットのうちの一方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度が他方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度よりも高い場合に、前記一方における前記第1流体の膨張比が前記他方における前記第1流体の膨張比よりも高くなるように前記上流側の変換ユニット及び前記下流側の変換ユニットの双方の前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の開閉が制御される請求項12に記載の流体エネルギー変換装置。   The temperature of the first fluid flowing through the first fluid supply unit of one of the upstream conversion unit and the downstream conversion unit is higher than the temperature of the first fluid flowing through the other first fluid supply unit. Is higher, the expansion ratio of the first conversion fluid in both the upstream conversion unit and the downstream conversion unit is set such that the expansion ratio of the first fluid in the one is higher than the expansion ratio of the first fluid in the other. The fluid energy conversion device according to claim 12, wherein opening and closing of one fluid supply part and the first fluid discharge part are controlled. 前記第1流体の流れの向き直列に接続され、前記第1流体の流れの向きに互いに隣り合った前記変換ユニットのうち上流側の前記変換ユニットの前記第1流体放出部が下流側の前記変換ユニットの前記第1流体供給部へ直接又は間接的に接続された3以上の前記変換ユニットを有し、
前記第1流体の流れの向きの最も上流側に配置された最上流側の前記変換ユニット及び前記第1流体の流れの向きの最も下流側に配置された最下流側の前記変換ユニットのうちの一方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度が、他方の前記第1流体供給部を流れる前記第1流体の温度よりも高い場合に、前記変換ユニットの各々における前記第1流体の膨張率が前記一方の側から前記他方の側へ段階的に大きくなるように前記変換ユニットの各々の前記第1流体供給部及び前記第1流体放出部の各々の開閉が制御される請求項12に記載の流体エネルギー変換装置。
The first fluid discharge portion of the upstream conversion unit of the conversion units connected in series with the first fluid flow direction and adjacent to each other in the first fluid flow direction is the downstream conversion unit. Comprising three or more said conversion units connected directly or indirectly to said first fluid supply of a unit,
Of the conversion unit on the most upstream side arranged on the most upstream side in the direction of the flow of the first fluid and the conversion unit on the most downstream side arranged on the most downstream side in the direction of the flow of the first fluid, When the temperature of the first fluid flowing through one first fluid supply is higher than the temperature of the first fluid flowing through the other first fluid supply, the first fluid in each of the conversion units The opening and closing of each of the first fluid supply unit and each of the first fluid discharge units of the conversion unit is controlled such that the expansion rate of the first fluid supply unit and the first fluid discharge unit of the conversion unit increases stepwise from the one side to the other side. 13. The fluid energy conversion device according to item 12.
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