JP2022068652A - Hydrogen supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の水素タンクを備える水素供給装置に係わる。 The present invention relates to a hydrogen supply device including a plurality of hydrogen tanks.
燃料電池車両に搭載された燃料電池に水素ガスを供給する水素供給装置は、例えば、高圧の水素ガスが充填された高圧水素タンク、或いは、水素ガスを可逆的に吸蔵／放出可能な水素吸蔵合金が充填された水素吸蔵タンクを備える。また、燃料電池車両の走行距離または走行時間を長くするために、複数の水素タンクを備える水素供給装置が知られている（例えば、特許文献１）。 The hydrogen supply device that supplies hydrogen gas to the fuel cell mounted on the fuel cell vehicle is, for example, a high-pressure hydrogen tank filled with high-pressure hydrogen gas or a hydrogen storage alloy capable of reversibly storing / releasing hydrogen gas. It is equipped with a hydrogen storage tank filled with hydrogen. Further, a hydrogen supply device including a plurality of hydrogen tanks is known in order to lengthen the mileage or the mileage of the fuel cell vehicle (for example, Patent Document 1).
複数の水素タンクを備える水素供給装置においては、通常、水素タンクから放出される水素ガスを遮断するための開閉弁が各水素タンクに設けられる。そして、燃料電池の使用状況に応じて、各水素タンクの開閉弁が制御される。 In a hydrogen supply device including a plurality of hydrogen tanks, an on-off valve for shutting off hydrogen gas released from the hydrogen tanks is usually provided in each hydrogen tank. Then, the on-off valve of each hydrogen tank is controlled according to the usage status of the fuel cell.
ところが、水素タンクの開閉弁の開閉回数が多くなると、故障が発生する確率が高くなる。このため、水素タンクの使用頻度にバラ付きがあり、複数の水素タンクのうちの一部の水素タンクの開閉弁の開閉回数が多くなると、水素供給装置全体として製品の寿命が短くなることがある。 However, as the number of times the on-off valve of the hydrogen tank is opened and closed increases, the probability of failure increases. For this reason, the frequency of use of hydrogen tanks varies, and if the number of times the on-off valve of some hydrogen tanks among a plurality of hydrogen tanks is opened and closed increases, the life of the product as a whole of the hydrogen supply device may be shortened. ..
本発明の１つの側面に係る目的は、複数の水素タンクを備える水素供給装置の寿命を長くすることである。 An object according to one aspect of the present invention is to extend the life of a hydrogen supply device provided with a plurality of hydrogen tanks.
本発明の１つの態様の水素供給装置は、燃料電池システムにおいて燃料電池に水素ガスを供給する。この水素供給装置は、複数の水素タンクと、複数の水素タンクそれぞれに対して設けられた開閉弁と、各開閉弁を制御する制御部を有する。そして、制御部は、燃料電池の動作時に、容量が最も大きい水素タンク以外の水素タンクから順番に水素タンクを選択し、選択した水素タンクから燃料電池に水素ガスが供給されるように各開閉弁を制御する。或いは、制御部は、容量が最も小さい水素タンクから順番に水素タンクを選択し、選択した水素タンクから燃料電池に水素ガスが供給されるように各開閉弁を制御してもよい。また、制御部は、選択した水素タンクに対して設けられている開閉弁のみを開き、他の開閉弁を閉じるようにしてもよい。 The hydrogen supply device of one aspect of the present invention supplies hydrogen gas to a fuel cell in a fuel cell system. This hydrogen supply device has a plurality of hydrogen tanks, an on-off valve provided for each of the plurality of hydrogen tanks, and a control unit for controlling each on-off valve. Then, when the fuel cell operates, the control unit selects hydrogen tanks in order from the hydrogen tank other than the hydrogen tank having the largest capacity, and each on-off valve so that hydrogen gas is supplied to the fuel cell from the selected hydrogen tank. To control. Alternatively, the control unit may select hydrogen tanks in order from the hydrogen tank having the smallest capacity, and control each on-off valve so that hydrogen gas is supplied from the selected hydrogen tank to the fuel cell. Further, the control unit may open only the on-off valve provided for the selected hydrogen tank and close the other on-off valves.
上記構成の水素供給装置において、水素タンクの容量が大きいほど、燃料電池への水素ガスの供給／停止が繰り返される回数が多くなりやすい。すなわち、容量が大きい水素タンクに対して設けられている開閉弁は、開閉回数が多くなりやすい。他方、複数の水素タンクのうちから順番に選択される水素タンクが燃料電池に水素ガスを供給する構成においては、一部の水素タンクのみが使用され、他の水素タンクが使用されないことがある。よって、容量が最も大きい水素タンク以外の水素タンクから順番に水素タンクを選択（或いは、容量が最も小さい水素タンクから順番に水素タンクを選択）することで、各水素タンクに設けられる開閉弁の開閉回数のバラ付きが抑制され、水素供給装置の製品寿命が長くなる。 In the hydrogen supply device having the above configuration, the larger the capacity of the hydrogen tank, the more often the supply / stop of hydrogen gas to the fuel cell is likely to be repeated. That is, the on-off valve provided for the hydrogen tank having a large capacity tends to open and close more frequently. On the other hand, in a configuration in which a hydrogen tank selected in order from a plurality of hydrogen tanks supplies hydrogen gas to a fuel cell, only a part of the hydrogen tanks may be used and other hydrogen tanks may not be used. Therefore, by selecting hydrogen tanks in order from hydrogen tanks other than the hydrogen tank with the largest capacity (or selecting hydrogen tanks in order from the hydrogen tank with the smallest capacity), the on-off valve provided in each hydrogen tank can be opened and closed. The variation in the number of times is suppressed, and the product life of the hydrogen supply device is extended.
水素供給装置は、各水素タンクの残量を検出する残量センサをさらに備えてもよい。この場合、制御部は、対応する開閉弁が開いている第１の水素タンクの残量が所定の閾値より少なくなったときに第２の水素タンクを選択し、第２の水素タンクに対して設けられている開閉弁を開いた後に、第１の水素タンクに対して設けられている開閉弁を閉じる。この手順によれば、水素タンクに切り替え時に、燃料電池への水素ガスの供給が中断することはない。 The hydrogen supply device may further include a fuel gauge for detecting the fuel gauge of each hydrogen tank. In this case, the control unit selects the second hydrogen tank when the remaining amount of the first hydrogen tank in which the corresponding on-off valve is open becomes less than a predetermined threshold value, and the control unit selects the second hydrogen tank with respect to the second hydrogen tank. After opening the on-off valve provided, the on-off valve provided for the first hydrogen tank is closed. According to this procedure, the supply of hydrogen gas to the fuel cell is not interrupted when switching to the hydrogen tank.
上述の水素供給装置を有する燃料の電池システムは、産業車両に搭載されてもよい。この場合、産業車両は、燃料電池の動作に係わる指示を水素供給装置に与えるスイッチを備える。そして、制御部は、スイッチから与えられる指示に基づいて各開閉弁を制御する。産業車両は、頻繁に起動／停止されることが多く、燃料電池の起動／停止も頻繁に行われる。そして、燃料電池への水素ガスの供給／停止が頻繁に繰り返されるケースでは、開閉弁の開閉回数が増加する。したがって、本発明の水素供給装置が産業車両に搭載される場合、開閉弁の開閉回数のバラ付きを抑制することによる効果は大きい。 The fuel battery system having the hydrogen supply device described above may be mounted on an industrial vehicle. In this case, the industrial vehicle is equipped with a switch that gives instructions related to the operation of the fuel cell to the hydrogen supply device. Then, the control unit controls each on-off valve based on the instruction given from the switch. Industrial vehicles are often started / stopped, and fuel cells are also frequently started / stopped. Then, in the case where the supply / stop of hydrogen gas to the fuel cell is frequently repeated, the number of times the on-off valve is opened / closed increases. Therefore, when the hydrogen supply device of the present invention is mounted on an industrial vehicle, the effect of suppressing the variation in the number of times of opening and closing of the on-off valve is great.
上述の態様によれば、複数の水素タンクを備える水素供給装置の寿命が長くなる。 According to the above aspect, the life of the hydrogen supply device including the plurality of hydrogen tanks is extended.
図１は、本発明の実施形態に係わる水素供給装置の一例を示す。本発明の実施形態に係わる水素供給装置１は、燃料電池システム１００において使用される。燃料電池システム１００は、水素供給装置１および燃料電池１０を備える。なお、燃料電池システム１００は、図１に示していない他の回路、機器、またはデバイスをさらに備えてもよい。また、燃料電池システム１００は、この実施例では、電動車両に搭載される。一例としては、燃料電池システム１００は、燃料電池１０を動力とする電動産業車両に搭載される。
FIG. 1 shows an example of a hydrogen supply device according to an embodiment of the present invention. The
燃料電池１０は、水素ガスおよび酸化ガスを利用して電力を生成する。水素ガスは、水素供給装置１から供給される。なお、燃料電池１０は、例えば、複数の燃料電池セルから構成される燃料電池スタックである。そして、燃料電池１０から負荷２００に電力が供給される。負荷２００は、この実施例では、産業車両等の走行用モータである。また、燃料電池システム１００が電動フォークリフトに搭載されるときは、負荷２００は、走行用モータおよび荷役用モータである。
The
水素供給装置１は、複数の水素タンク２ａ～２ｂおよび制御部５を備える。なお、図１に示す実施例では、水素供給装置１は、２個の水素タンク２ａ～２ｂを備えるが、３個以上の水素タンクを備えてもよい。
The
水素タンク２ａ～２ｂは、それぞれ、例えば高圧水素タンクであり、水素ガスを貯蔵することができる。ただし、水素タンク２ａ～２ｂは、高圧水素タンクに限定されるものではない。ここで、水素タンク２ａ～２ｂの容量は互いに異なっている。この実施例は、水素タンク２ａの容量は、水素タンク２ｂの容量より大きい。以下の記載では、容量が大きい方の水素タンク（即ち、水素タンク２ａ）を「メイン水素タンク」と呼ぶことがある。また、容量が小さい方の水素タンク（即ち、水素タンク２ｂ）を「サブ水素タンク」と呼ぶことがある。
Each of the
各水素タンク２ａ～２ｂには、それぞれ、開閉弁３ａ～３ｂおよびレギュレータ４ａ～４ｂが設けられている。開閉弁３ａ～３ｂは、制御部５から与えられる指示に応じて、開状態または閉状態を保持する。開状態においては、対応する水素タンクから燃料電池１０に水素ガスが供給される。閉状態においては、対応する水素タンクから燃料電池１０への水素ガスの供給を遮断する。レギュレータ４ａ～４ｂは、対応する水素タンク２ａ～２ｂから放出される水素ガスを所定の圧力に減圧する。
The on-off
制御部５は、燃料電池１０の状態に応じて開閉弁３ａ～３ｂを制御する。具体的には、燃料電池１０が発電を行うときは、水素タンク２ａ～２ｂのうちの１つから燃料電池１０に水素ガスが供給されるように開閉弁３ａ～３ｂを制御する。例えば、水素タンク２ａから燃料電池１０に水素ガスを供給するときは、制御部５は、開閉弁３ａを開状態に制御すると共に、開閉弁３ｂを閉状態に制御する。また、水素タンク２ｂから燃料電池１０に水素ガスを供給するときは、制御部５は、開閉弁３ｂを開状態に制御すると共に、開閉弁３ａを閉状態に制御する。
The
制御部５は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、プロセッサは、メモリに保存されているソフトプログラムを実行することにより開閉弁３ａ～３ｂを制御する。ただし、制御部５の機能の一部は、ハードウェア回路で実現してもよい。
The
各水素タンク２ａ～２ｂに対して、それぞれ、残量センサ６ａ～６ｂを設けてもよい。残量センサ６ａ～６ｂは、それぞれ、水素タンク２ａ～２ｂの水素ガスの残量を検出することができる。一例としては、残量センサ６ａ～６ｂは、それぞれ、水素タンク２ａ～２ｂの圧力に基づいて水素ガスの残量を検出する。
The remaining
この場合、制御部５は、残量センサ６ａ～６ｂにより検出される残量に基づいて、使用する水素タンクを切り替えてもよい。例えば、水素タンク２ｂから燃料電池１０に水素ガスが供給されているときに、残量センサ６ｂにより検出される水素タンク２ｂの水素ガスの残量が所定の閾値より少なくなると、制御部５は、水素タンク２ａから燃料電池１０への水素ガスの供給を開始する。このとき、制御部５は、水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａを開いたときから所定時間が経過した時点で、水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂを閉じる。そうすると、水素タンクの切替え時には、一時的に、双方の水素タンク２ａ～２ｂから燃料電池１０に水素ガスが供給される。よって、水素タンクの切替え時に、燃料電池１０への水素ガスの供給が中断することはない。
In this case, the
図２は、水素供給装置１を含む燃料電池システムが搭載される産業車両の一例を示す。図２に示す例では、産業車両３００は、スタートスイッチ３０１を備える。スタートスイッチ３０１は、産業車両３００の運転者により操作され、産業車両３００の状態を指示する。すなわち、産業車両３００を動作（例えば、走行）させるときは、運転者は、スタートスイッチ３０１をオン状態に操作する。そうすると、水素供給装置１００に起動指示が送られる。
FIG. 2 shows an example of an industrial vehicle equipped with a fuel cell system including a
水素供給装置１は、起動指示を受け取ると、燃料電池１０への水素ガスの供給を開始する。このとき、制御部５は、水素タンク２ａ～２ｂのうちの１つに対応する開閉弁を開状態に制御する。例えば、水素タンク２ｂから燃料電池１０に水素ガスを供給するときは、制御部５は、水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂを開く。このとき、他の水素タンクに対応する開閉弁（即ち、水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａ）は、閉状態のまま保持される。
Upon receiving the start instruction, the
産業車両３００を停止するときには、運転者は、スタートスイッチ３０１をオフ状態に操作する。そうすると、水素供給装置１に停止指示が送られる。そして、水素供給装置１は、停止指示を受け取ると、燃料電池１０への水素ガスの供給を停止する。たとえば、水素タンク２ｂから燃料電池１０に水素ガスが供給されているときにスタートスイッチ３０１がオフ状態に操作されると、制御部５は、水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂを閉じる。このとき、他の水素タンクに対応する開閉弁（即ち、水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａ）は、閉状態のまま保持される。
When stopping the
このように、図２に示す産業車両３００においては、産業車両３００の起動時／停止時に、いずれかの開閉弁３ａ～３ｂの開閉制御が行われる。ここで、一般に、産業車両は、頻繁に起動／停止が行われる。例えば、フォークリフトを用いて荷物を目的地に運んだときに、運転者がそのフォークリフトから下車して他の作業を行うことがある。この場合、運転者は、消費電力を削減するために、スタートスイッチ３０１を操作して水素タンク２ａ～２ｂから燃料電池１０への水素ガスの供給をいったん停止する。その後、フォークリフトを他の地点に移動させるときには、運転者は、スタートスイッチ３０１を操作して水素タンク２ａ～２ｂから燃料電池１０への水素ガスの供給を再開する。すなわち、燃料電池１０への水素ガスの供給／停止が頻繁に繰り返される。
As described above, in the
燃料電池１０への水素ガスの供給／停止が頻繁に繰り返されるケースでは、開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数が増加する。そして、開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数が増加すると、開閉弁３ａ～３ｂが故障する確率が高くなる。
In the case where the supply / stop of hydrogen gas to the
ここで、水素タンク２ａ～２ｂの使用頻度にバラ付きがあり、水素タンク２ａ～２ｂのうちのいずれか一方に対応する開閉弁の開閉回数が多くなると、水素供給装置全体として製品の寿命が短くなってしまう。そこで、水素供給装置１は、開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数のバラ付きを抑制する機能を備える。
Here, if the frequency of use of the
図３は、水素供給装置１の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、図２に示す産業車両３００に図１に示す燃料電池システム１００が搭載されているものとする。即ち、水素供給装置１は、メイン水素タンク２ａおよびサブ水素タンク２ｂを備える。メイン水素タンク２ａの容量は、サブ水素タンク２ｂの容量よりも大きい。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation of the
Ｓ１において、制御部５は、起動指示を待ち受ける。起動指示は、図２を参照して説明したように、産業車両３００の運転者の操作に応じてスタートスイッチ３０１により生成される。起動指示を受信すると、制御部５の処理はＳ２に進む。
In S1, the
Ｓ２において、制御部５は、サブ水素タンク２ｂの残量が閾値以上であるか否かを判定する。サブ水素タンク２ｂの残量は、残量センサ６ｂにより検出される。そして、サブ水素タンク２ｂの残量が閾値以上であるときは、制御部５は、Ｓ３において、サブ水素タンク２ｂに対して設けられている開閉弁３ｂを開く。このとき、メイン水素タンク２ａに対して設けられている開閉弁３ａは閉状態のままである。これにより、サブ水素タンク２ｂから燃料電池１０への水素ガスの供給が開始される。
In S2, the
Ｓ４において、制御部５は、サブ水素タンク２ｂの残量をモニタする。即ち、サブ水素タンク２ｂから燃料電池１０へ水素ガスが供給されているときは、常時、サブ水素タンク２ｂの残量がモニタされる。また、制御部５は、停止指示を待ち受ける。停止指示も、図２を参照して説明したように、産業車両３００の運転者の操作に応じてスタートスイッチ３０１により生成される。なお、Ｓ４およびＳ５は、並列に実行される。
In S4, the
停止指示を受信すると、制御部５は、Ｓ６において、開状態となっている開閉弁を閉じる。例えば、停止指示の受信時に開閉弁３ｂが開状態であれば、制御部５は、開閉弁３ｂを閉じる。また、停止指示の受信時に開閉弁３ａが開状態であれば、制御部５は、開閉弁３ａを閉じる。この後、制御部５の処理はＳ１に戻る。すなわち、制御部５は、次の起動指示を待ち受ける。
Upon receiving the stop instruction, the
起動指示を受信したときにサブ水素タンク２ｂの残量が閾値より少ないときは（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部５は、Ｓ７において、メイン水素タンク２ａに対して設けられている開閉弁３ａを開く。このとき、サブ水素タンク２ｂに対して設けられている開閉弁３ｂは閉状態のままである。これにより、メイン水素タンク２ａから燃料電池１０への水素ガスの供給が開始される。
When the remaining amount of the
Ｓ８において、制御部５は、停止指示を待ち受ける。そして、停止指示を受信すると、制御部５は、Ｓ６において、開状態となっている開閉弁を閉じる。この場合、開閉弁３ａが閉じられる。この後、制御部５の処理はＳ１に戻る。すなわち、制御部５は、次の起動指示を待ち受ける。なお、特に図示しないが、メイン水素タンク２ａから燃料電池１０へ水素ガスが供給されているときに、メイン水素タンク２ａの残量が閾値より少なくなったときには、例えば、産業車両３００の運転者に対してアラートが出力されることが好ましい。
In S8, the
サブ水素タンク２ｂから燃料電池１０へ水素ガスが供給されているときに、サブ水素タンク２ｂの残量が閾値より少なくなったときは（Ｓ４：Ｙｅｓ）、制御部５は、燃料電池１０へ水素ガスを供給する水素タンクを切り替える。すなわち、制御部５は、サブ水素タンク２ｂに対して設けられている開閉弁３ｂを閉じると共に、メイン水素タンク２ａに対して設けられている開閉弁３ａを開く。以降、メイン水素タンク２ａから燃料電池１０へ水素ガスが供給されるようになる。なお、サブ水素タンク２ｂからメイン水素タンク２ａへの切り替え時には、制御部５は、開閉弁３ａを開いたときから所定時間が経過した後に開閉弁３ｂを閉じるようにすることが好ましい。この手順によれば、水素タンクの切替え時には、一時的に、双方の水素タンク２ａ～２ｂから燃料電池１０に水素ガスが供給されるので、燃料電池１０への水素ガスの供給が中断することはない。
When hydrogen gas is being supplied from the
サブ水素タンク２ｂからメイン水素タンク２ａへの切り替えが行われた後は、制御部５の処理はＳ８に進む。よって、以降の処理は説明を省略する。
After switching from the
このように、水素供給装置１は、サブ水素タンク２ｂの残量が閾値以上であるときは、サブ水素タンク２ｂを使用する。すなわち、容量が小さい水素タンクから優先的に使用される。そして、このポリシに従って燃料電池１０に水素ガスを供給する水素タンクを選択することにより、各水素タンクに対して設けられている開閉弁（３ａ～３ｂ）の開閉回数のバラ付きが抑制される。
As described above, the
図４は、本発明の実施形態に係わる手順による効果の一例を示す。ここでは、図１に示す水素供給装置１において、メイン水素タンク２ａの容量が５０Ｌであり、サブ水素タンク２ｂの容量が２０Ｌであるものとする。水素ガスの充填時には、メイン水素タンク２ａおよびサブ水素タンク２ｂはそれぞれ満杯まで充填される。「水素ガスの消費量」は、水素タンクが充填されたときから次にその水素タンクが充填されるときまでに産業車両３００により消費される水素ガスの量を表す。なお、この実施例では、説明を簡単にするために、産業車両３００の１回の動作（即ち、起動から停止まで）で水素ガスが２Ｌだけ消費されるものとする。
FIG. 4 shows an example of the effect of the procedure according to the embodiment of the present invention. Here, in the
図４（ａ）は、メイン水素タンク２ａが優先的に使用されるケースでの各開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数を示す。例えば、水素ガスの消費量が１０Ｌであれば、必要な水素ガスは全てメイン水素タンク２ａから供給可能である。ここで、この実施例では、産業車両３００の１回の動作で水素ガスが２Ｌだけ消費される。すなわち、産業車両３００が５回起動されたことになる。よって、この場合、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数は５回である。また、水素ガスの消費量が５０Ｌであるときも、必要な水素ガスは全てメイン水素タンク２ａから供給可能である。そして、この場合、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数は２５回である。ただし、水素ガスの消費量が６０Ｌであるときは、メイン水素タンク２ａだけでは必要な量の水素ガスを供給できない。すなわち、メイン水素タンク２ａから燃料電池１０に５０Ｌの水素ガスが供給され、その後、サブ水素タンク２ｂから燃料電池１０に１０Ｌの水素ガスが供給される。この場合、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数は２５回であり、サブ水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂの開閉回数は５回である。
FIG. 4A shows the number of times of opening and closing of each on-off
このように、メイン水素タンク２ａが優先的に使用されるケースでは、サブ水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂと比較して、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数が多くなる。この実施例では、開閉弁３ｂの合計開閉回数が１０回であるのに対して、開閉弁３ａの合計開閉回数が１４５回である。このため、開閉弁３ａの故障確率が高くなってしまう。
As described above, in the case where the
図４（ｂ）は、サブ水素タンク２ｂが優先的に使用されるケースでの各開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数を示す。すなわち、図４（ｂ）は、本発明の実施形態に係わる水素供給装置１における各開閉弁３ａ～３ｂの開閉回数を示す。
FIG. 4B shows the number of times of opening and closing of each on-off
本発明の実施形態において、水素ガスの消費量が１０Ｌであれば、必要な水素ガスは全てサブ水素タンク２ｂから供給可能である。ここで、上述したように、産業車両３００の１回の動作で水素ガスが２Ｌだけ消費される。すなわち、産業車両３００が５回起動されたことになる。よって、この場合、サブ水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂの開閉回数は５回である。これに対して、水素ガスの消費量が５０Ｌであるときは、サブ水素タンク２ｂだけでは必要な量の水素ガスを供給できない。すなわち、サブ水素タンク２ｂから燃料電池１０に２０Ｌの水素ガスが供給され、その後、メイン水素タンク２ａから燃料電池１０に３０Ｌの水素ガスが供給される。この場合、サブ水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂの開閉回数は１０回であり、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数は１５回である。
In the embodiment of the present invention, if the consumption of hydrogen gas is 10 L, all the necessary hydrogen gas can be supplied from the
本発明の実施形態に係わる水素供給装置１においては、メイン水素タンク２ａに対応する開閉弁３ａの開閉回数とサブ水素タンク２ｂに対応する開閉弁３ｂの開閉回数との差分が小さくなる。この実施例では、開閉弁３ａの合計開閉回数が８０回であるのに対して、開閉弁３ｂの合計開閉回数が７５回である。
In the
このように、開閉弁ごとの開閉回数の最大値は、図４（ａ）に示すケースでは１４５回であるのに対して、本発明の実施形態に係わる水素供給装置１においては８０回である。したがって、図４（ａ）に示すケースと比較して、本発明の実施形態によれば、複数の開閉弁のうちのいずれか１つの開閉弁が故障するまでの期間の期待値が長くなる。即ち、本発明の実施形態によれば、複数の水素タンクを備える水素供給装置の寿命が長くなる。
As described above, the maximum number of times of opening and closing for each on-off valve is 145 times in the case shown in FIG. 4A, whereas it is 80 times in the
＜バリエーション＞
図１に示す実施例では、水素供給装置１は２個の水素タンクを備えるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、本発明は、３個以上の水素タンクを備える水素供給装置にも適用可能である。
<Variations>
In the embodiment shown in FIG. 1, the
図５は、本発明の実施形態に係わる水素供給装置のバリエーションを示す。図５に示す水素供給装置１Ｂは、ｎ個の水素タンク２ａ～２ｎを備える。ｎは、３以上の自然数である。また、水素タンク２ａ～２ｎに対して、それぞれ、開閉弁３ａ～３ｎ、レギュレータ４ａ～４ｎ、残量センサ６ａ～６ｎが設けられている。
FIG. 5 shows variations of the hydrogen supply device according to the embodiment of the present invention. The
制御部５Ｂは、開閉弁３ａ～３ｎを制御することにより、水素タンク２ａ～２ｎから図１に示す燃料電池１０への水素ガスの供給を制御する。具体的には、制御部５Ｂは、図２に示すスタートスイッチ３０１から起動指示を受信すると、開閉弁３ａ～３ｎのうちのいずれか１つを開いて燃料電池１０に水素ガスを供給する。
The
図６は、図５に示す水素供給装置１Ｂの動作の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、水素供給装置１Ｂがスタートスイッチ３０１から起動指示を受信したときに実行される。
FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the
Ｓ１１において、制御部５Ｂは、変数ｉを１に初期化する。変数ｉは、水素タンク２ａ～２ｎを識別する。よって、変数ｉは、自然数であり、その値域は１～ｎである。以下の記載では、変数ｉにより識別される水素タンクを「水素タンクＸｉ」と呼ぶことがある。なお、変数ｉの値が小さい水素タンクほど容量が小さいものとする。例えば、水素タンクＸ１の容量は、水素タンク２ａ～２ｎのうちで最小であり、水素タンクＸｎの容量は、水素タンク２ａ～２ｎのうちで最大である。
In S11, the
Ｓ１２において、制御部５Ｂは、水素タンクＸｉの残量が閾値以上であるか否かを判定する。そして、サブ水素タンクＸｉの残量が閾値より少ないときは、制御部５Ｂは、Ｓ１３において、変数ｉをインクリメントする。Ｓ１２～Ｓ１３の処理は、残量が閾値以上である水素タンクＸｉが見つかるまで繰り返し実行される。すなわち、制御部５Ｂは、容量が小さい水素タンクから順番に、残量が閾値以上である水素タンクＸｉを捜す。そして、残量が閾値以上である水素タンクＸｉが見つかると、制御部５Ｂの処理はＳ１４に進む。すなわち、Ｓ１１～Ｓ１３において、起動指示の受信時に残量が閾値以上である水素タンクのうちで、容量が最小の水素タンクが選択される。
In S12, the
Ｓ１４において、制御部５Ｂは、Ｓ１１～Ｓ１３で選択された水素タンクＸｉに対して設けられている開閉弁を開く。このとき、他の水素タンクに対して設けられている開閉弁は閉状態のままである。これにより、水素タンクＸｉから燃料電池１０への水素ガスの供給が開始される。
In S14, the
Ｓ１５～Ｓ１６の処理は、図３に示すＳ４～Ｓ５と実質的に同じである。すなわち、制御部５Ｂは、Ｓ１５において水素タンクＸｉの残量をモニタする。また、制御部５は、Ｓ１６において停止指示を待ち受ける。そして、停止指示を受信すると、Ｓ１９において、制御部５Ｂは、開状態となっている開閉弁を閉じる。この後、制御部５Ｂは、次の起動指示を待ち受ける。
The processing of S15 to S16 is substantially the same as that of S4 to S5 shown in FIG. That is, the
水素タンクＸｉから燃料電池１０へ水素ガスが供給されているときに、水素タンクＸｉの残量が閾値より少なくなったときは（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、制御部５Ｂは、Ｓ１７において、変数ｉの値がｎであるか判定する。変数ｉの値がｎでないときは、Ｓ１４～Ｓ１６の処理が行われていない水素タンクが残っていることになる。よって、この場合、制御部５Ｂは、Ｓ１８において変数ｉをインクリメントする。この後、制御部５Ｂの処理はＳ１４に戻る。
When hydrogen gas is being supplied from the hydrogen tank Xi to the
Ｓ１８の後にＳ１４が実行されるときは、制御部５Ｂは、新たな変数ｉにより識別される水素タンクＸｉに対応する開閉弁を開くと共に、先に燃料電池１０に水素ガスを供給していた水素タンクに対応する開閉弁を閉じる。これにより、水素タンクの切り替えが実現される。そして、新たな水素タンクＸｉに対してＳ１５～Ｓ１６の処理が実行される。
When S14 is executed after S18, the
なお、Ｓ１７において変数ｉの値がｎであったときは、制御部５Ｂは、すべての水素タンクの残量が閾値より少ないと判定する。この場合、制御部５Ｂは、Ｓ２０において、産業車両３００の運転者にアラートを出力する。
When the value of the variable i is n in S17, the
このように、図６に示す手順においては、容量が小さい水素タンクから１つずつ順番に燃料電池１０に水素ガスを供給する水素タンクが選択される。ここで、燃料電池への水素ガスの供給／停止が頻繁に行われる使用形態では、１つの水素タンクが満状態から空状態になるまでの期間にその水素タンクに対応する開閉弁が開閉される回数は、その水素タンクの容量に依存すると考えられる。具体的には、１つの水素タンクが満状態から空状態になるまでの期間にその水素タンクに対応する開閉弁が開閉される回数は、その水素タンクの容量が小さいほど少なくなり、その水素タンクの容量が大きいほど多くなると考えられる。他方、使用中の水素タンクの残量が閾値より少なくなったときに次の水素タンクが選択される構成においては、各水素タンクに水素ガスが充填されるまでの期間に、一部の水素タンクのみが使用され、他の水素タンクが使用されないことがある。このようなケースでは、先に選択される水素タンクに対応する開閉弁の開閉回数が多くなり、後に選択される水素タンクに対応する開閉弁の開閉回数が少なくなりやすい。
As described above, in the procedure shown in FIG. 6, hydrogen tanks that supply hydrogen gas to the
したがって、容量が小さい水素タンクから順番に選択することで、満状態から空状態になるまでの期間に対応する開閉弁が開閉される回数が少なくなりやすい水素タンク（すなわち、容量が小さい水素タンク）が選択されやすくなり、また、満状態から空状態になるまでの期間に対応する開閉弁が開閉される回数が多くなりやすい水素タンク（すなわち、容量が大きい水素タンク）が選択されにくくなる。この結果、各水素タンクに設けられる開閉弁の開閉回数のバラ付きが抑制され、水素供給装置の製品寿命が長くなる。なお、図５～図６において、水素供給装置１Ｂに実装される水素タンクの数が２個である場合、図３に示す手順は、図６に示す手順と実質的に同じになる。
Therefore, by selecting hydrogen tanks with the smallest capacity in order, the number of times the on-off valve corresponding to the period from the full state to the empty state is likely to be opened and closed is likely to decrease (that is, the hydrogen tank with the smaller capacity). Also, it becomes difficult to select a hydrogen tank (that is, a hydrogen tank having a large capacity) in which the on-off valve corresponding to the period from the full state to the empty state tends to be opened and closed more frequently. As a result, variation in the number of times the on-off valve provided in each hydrogen tank is opened and closed is suppressed, and the product life of the hydrogen supply device is extended. In FIGS. 5 to 6, when the number of hydrogen tanks mounted on the
図７は、図５に示す水素供給装置１Ｂの動作の他の例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理も、水素供給装置１Ｂがスタートスイッチ３０１から起動指示を受信したときに実行される。
FIG. 7 is a flowchart showing another example of the operation of the
Ｓ２１～Ｓ２２において、制御部５Ｂは、水素供給装置１Ｂに実装される水素タンク２ａ～２ｎの中から、容量が最も大きい水素タンク（図５に示す例では、水素タンク２ａ）以外の水素タンクであり、且つ、残量が閾値以上の水素タンクを１つ選択する。以下の記載では、容量が最も大きい水素タンクを「最大容量水素タンク」と呼ぶことがある。
In S21 to S22, the
Ｓ２３～Ｓ２５の処理は、図３に示すＳ３～Ｓ５と実質的に同じである。すなわち、選択した水素タンクに対応する開閉弁が開かれる。また、制御部５Ｂは、選択した水素タンクの残量をモニタしながら、停止指示を待ち受ける。そして、停止指示を受信すると、制御部５Ｂは、Ｓ２９において、開状態となっている開閉弁を閉じる。
The processing of S23 to S25 is substantially the same as that of S3 to S5 shown in FIG. That is, the on-off valve corresponding to the selected hydrogen tank is opened. Further, the
使用中の水素タンクの残量が閾値よりも少なくなると（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、制御部５Ｂは、Ｓ２６において、最大容量水素タンク以外の水素タンクであり、且つ、Ｓ２３～Ｓ２５の処理が行われていない水素タンクが残っているか否かを判定する。そして、そのような水素タンクが残っていれば、制御部５Ｂの処理はＳ２１に戻る。すなわち、次の水素タンクが選択され、燃料電池１０に水素ガスを供給する水素タンクの切り替えが行われる。
When the remaining amount of the hydrogen tank in use becomes less than the threshold value (S24: Yes), the
Ｓ２６において最大容量水素タンクしか残っていないときは、制御部５Ｂは、Ｓ２７において、最大容量水素タンクに対応する開閉弁を開く。このとき、他の開閉弁は閉じられる。そして、Ｓ２８において停止指示を受信すると、制御部５Ｂの処理はＳ２９に進む。すなわち、開閉弁が閉じられる。
When only the maximum capacity hydrogen tank remains in S26, the
このように、図７に示す手順においては、最大容量水素タンクは最後に選択されるが、他の水素タンクを選択する順序は任意である。例えば、水素供給装置１Ｂが３個の水素タンク２ａ～２ｃを備え、水素タンク２ａ、２ｂ、２ｃの容量がそれぞれ５０Ｌ、２０Ｌ、１５Ｌである場合、制御部５Ｂは、最初に水素タンク２ｂを選択し、２番目に水素タンク２ｃを選択し、最後に水素タンク２ａを選択してもよいし、あるいは、最初に水素タンク２ｃを選択し、２番目に水素タンク２ｂを選択し、最後に水素タンク２ａを選択してもよい。そして、図６に示す手順と同様に、図７に示す手順によっても、各水素タンクに設けられる開閉弁の開閉回数のバラ付きが抑制される。なお、図７において、水素供給装置１Ｂに実装される水素タンクの数が２個である場合、図３に示す手順は、図７に示す手順と実質的に同じになる。
Thus, in the procedure shown in FIG. 7, the maximum capacity hydrogen tank is selected last, but the order in which the other hydrogen tanks are selected is arbitrary. For example, when the
１、１Ｂ 水素供給装置
２ａ～２ｎ 水素タンク
３ａ～３ｎ 開閉弁
５、５Ｂ 制御部
６ａ～６ｎ 残量センサ
１０ 燃料電池
１００ 燃料電池システム
３００ 産業車両
３０１ スタートスイッチ
1, 1B
Claims (5)
複数の水素タンクと、
前記複数の水素タンクそれぞれに対して設けられた開閉弁と、
各開閉弁を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池の動作時に、容量が最も大きい水素タンク以外の水素タンクから順番に水素タンクを選択し、選択した水素タンクから前記燃料電池に水素ガスが供給されるように各開閉弁を制御する
ことを特徴とする水素供給装置。 A hydrogen supply device that supplies hydrogen gas to a fuel cell in a fuel cell system.
With multiple hydrogen tanks,
An on-off valve provided for each of the plurality of hydrogen tanks,
It has a control unit that controls each on-off valve,
When the fuel cell operates, the control unit selects hydrogen tanks in order from hydrogen tanks other than the hydrogen tank having the largest capacity, and opens and closes each of the selected hydrogen tanks so that hydrogen gas is supplied to the fuel cell. A hydrogen supply device characterized by controlling a valve.
ことを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。 The claim is characterized in that the control unit selects hydrogen tanks in order from the hydrogen tank having the smallest capacity, and controls each on-off valve so that hydrogen gas is supplied from the selected hydrogen tank to the fuel cell. The hydrogen supply device according to 1.
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水素供給装置。 The hydrogen supply device according to claim 1 or 2, wherein the control unit opens only the on-off valve provided for the selected hydrogen tank and closes the other on-off valves.
前記制御部は、
対応する開閉弁が開いている第１の水素タンクの残量が所定の閾値より少なくなったときに第２の水素タンクを選択し、
前記第２の水素タンクに対して設けられている開閉弁を開いた後に、前記第１の水素タンクに対して設けられている開閉弁を閉じる
ことを特徴とする請求項３に記載の水素供給装置。 Further equipped with a remaining amount sensor that detects the remaining amount of each hydrogen tank,
The control unit
Select the second hydrogen tank when the remaining amount of the first hydrogen tank with the corresponding on-off valve open is less than the predetermined threshold.
The hydrogen supply according to claim 3, wherein the on-off valve provided for the first hydrogen tank is closed after the on-off valve provided for the second hydrogen tank is opened. Device.
前記産業車両は、前記燃料電池の動作に係わる指示を前記水素供給装置に与えるスイッチを備え、
前記制御部は、前記指示に基づいて各開閉弁を制御する
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の水素供給装置。
The fuel cell system having the hydrogen supply device is mounted on an industrial vehicle.
The industrial vehicle includes a switch that gives an instruction related to the operation of the fuel cell to the hydrogen supply device.
The hydrogen supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit controls each on-off valve based on the instruction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020177443A JP2022068652A (en) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Hydrogen supply device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020177443A JP2022068652A (en) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | Hydrogen supply device |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2022068652A true JP2022068652A (en) | 2022-05-10 |
Family
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Family Applications (1)
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022068652A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024004906A1 (en) * | 2022-06-28 | 2024-01-04 | 株式会社クボタ | Work vehicle |
-
2020
- 2020-10-22 JP JP2020177443A patent/JP2022068652A/en active Pending
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