【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用のガス燃料の供給装置に関し、詳しくは、相互に並列に接続された複数のガス燃料タンクからガス燃料を供給する車両用ガス燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガソリンや軽油などの液体燃料に代えて天然ガスなどを使用する内燃機関を備えた車両や、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池を走行モータの電源として備えた車両が開発されている。これらの車両において、天然ガスや水素ガスなどのガス燃料は、車両に搭載される各種機器のレイアウトの関係などから、複数のガス燃料タンク（以下、ガスタンクと適宜略称することがある。）に分散して充填されることが多い。このガスタンクは、充填された高圧のガス燃料を減圧して放出できるように、通常、インタンクレギュレータと呼ばれる減圧弁を口元に内蔵しており、相互に並列に接続される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記の各インタンクレギュレータの減圧弁は、設定圧力が同じであっても実際の調整圧力には多少の誤差がある。このため、前記のようなインタンクレギュレータを口元に内蔵した複数のガスタンクが相互に並列に接続された場合、実際の調整圧力が僅かでも高い方のガスタンクからガス燃料がより多く放出されるようになる。その結果、ガス燃料の消費に伴ない各ガスタンク内のガス燃料の残量が次第に不均一となってゆき、やがて、各ガスタンクの内部圧力に大きな高低差が生じることとなる。
【０００４】
ここで、他のガスタンクに較べてガス燃料の放出量が多く、内部圧力の低下が早いガスタンクにおいては、ガス燃料の放出に伴なうサイモン膨張により内部温度が急激に低下し、減圧弁との結合部やそのバルブシート部のシール性が低下するという問題がある。一方、各ガスタンク内のガス燃料の残量が不均一となり、例えば残量が未だ十分にあるガスタンクと残量の少ないガスタンクとが混在する状況でガス燃料（特に水素ガス）を急速充填する場合には、以下のような問題が生じる。すなわち、残量の少ないガスタンクでは内部圧力が低いため、ガス燃料の急激な圧縮によりガスタンク内の温度が一気に上昇してしまう。このため、ガスタンク内の監視温度が上限値に達してガス燃料の充填を一時停止せざるを得なくなり、その結果、ガス燃料の充填に長時間を要することとなる。このような問題は、１回のガス燃料の充填で走行可能な航続距離を増大し、かつ、ガス燃料の充填時間を数分以内に短縮しようとする試みが進められている昨今の状況において、重大な問題となっている。
【０００５】
そこで、本発明は、相互に並列に接続された複数のガス燃料タンク（ガスタンク）から均等にガス燃料を消費できるようにした車両用ガス燃料供給装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、相互に並列に接続された複数のガス燃料タンクにそれぞれ圧力調整手段が内蔵されており、各ガス燃料タンクからそれぞれ圧力調整手段を介してガス燃料を供給する車両用ガス燃料供給装置において、前記複数のガス燃料タンクに充填されたガス燃料が消費されるまでの間に少なくとも１回、車両の走行距離、走行時間、各ガス燃料タンクの内部圧力の少なくとも１つのパラメータに基づき、各ガス燃料タンク内のガス燃料の残量均等化処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、複数のガス燃料タンクに充填されたガス燃料が消費されるまでの間に少なくとも１回、車両の走行距離、走行時間、各ガス燃料タンクの内部圧力の少なくとも１つのパラメータに基づいて、各ガス燃料タンク内のガス燃料の残量が均等化するように処理されるため、各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料が消費されるようになる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、相互に並列に接続された複数のガス燃料タンクにそれぞれ圧力調整手段および遮断弁が内蔵されており、各ガス燃料タンクからそれぞれ圧力調整手段および遮断弁を介してガス燃料を供給する車両用ガス燃料供給装置において、前記各ガス燃料タンクの内部圧力を検出する圧力センサを備え、各圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が所定値以上のとき、前記最小圧力に対応した特定のガス燃料タンクの遮断弁を閉じるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、各ガス燃料タンクの内部圧力に高低差が発生し、各圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が所定値以上に広がると、前記最小圧力に対応した特定のガス燃料タンクの遮断弁が閉じられる。このため、各ガス燃料タンクの内部圧力の高低差が所定値以下に縮まるまでの間、内部圧力の高い他のガス燃料タンクからガス燃料が消費されるようになり、こうして各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料が消費されるようになる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、前記圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が前記所定値より小さい第２の所定値以下となったとき、前記特定のガス燃料タンクの遮断弁を再び開くよう構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、各ガス燃料タンクの内部圧力に高低差が発生し、各圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が所定値以上に広がると、前記最小圧力に対応した特定のガス燃料タンクの遮断弁が閉じられ、前記圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が前記所定値より小さい第２の所定値以下に縮まると、閉じられた特定のガス燃料タンクの遮断弁が再び開かれる。このため、各ガス燃料タンクの内部圧力の高低差は次第に緩和されてゆき、各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料が消費されるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る車両用ガス燃料供給装置の実施の形態を説明する。参照する図面において、図１は本発明の第１実施形態に係る車両用ガス燃料供給装置の概略構成図である。図２は図１に示した制御装置の作業手順を示すフローチャートである。図３は図１に示した各ガスタンクの内部圧力の時間的変化を示すグラフである。
【００１３】
図１に示すように、第１実施形態の車両用ガス燃料供給措置１は、図示しない車両用の走行モータの電源となる燃料電池２に２次レギュレータ等を有するガス回路３を介して水素ガスを供給する２本のガスタンク４Ａ，４Ｂを備えている。これらのガスタンク４Ａ，４Ｂは、内容積が例えば１００リットル程度であって、相互に並列に接続されており、７０ＭＰａ程度の高圧で水素ガスが充填されるようになっている。
【００１４】
ここで、前記ガスタンク４Ａ，４Ｂの口元には、充填された水素ガスを例えば１ＭＰａ程度の所定圧に減圧して放出できるように、それぞれインタンクレギュレータと呼ばれる減圧弁および遮断弁が内蔵されている。すなわち、一方のガスタンク４Ａの口元には遮断弁５Ａおよび減圧弁６Ａが内蔵され、他方のガスタンク４Ｂの口元には遮断弁５Ｂおよび減圧弁６Ｂが内蔵されている。
【００１５】
ところで、前記減圧弁６Ａ，６Ｂは、設定圧力が例えば１ＭＰａであるが、実際の調整圧力には多少の誤差があり、例えば一方の減圧弁６Ａの調整圧力が１．０５ＭＰａで、他方の減圧弁６Ｂの調整圧力が０．９５ＭＰａであるということもある。この場合、調整圧力の僅かに高い減圧弁６Ａを有するガスタンク４Ａからより多くの水素ガスが放出されるようになり、その結果、水素ガスの消費に伴ないガスタンク４Ａ，４Ｂ内の水素ガスの残量が不均一となってガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力に大きな高低差が生じることとなる。
【００１６】
そこで、このような事態を回避するため、第１実施形態の車両用ガス燃料供給装置１には、前記ガスタンク４Ａ，４Ｂの内部に設置されて水素ガスの圧力を検出する圧力センサ７Ａ，７Ｂがそれぞれ設けられると共に、これら圧力センサ７Ａ，７Ｂの検出信号に基づいて前記ガスタンク４Ａ，４Ｂの遮断弁５Ａ，５Ｂを個別に開閉制御する制御装置８が設けられている。
【００１７】
前記制御装置８は、前記圧力センサ７Ａ，７Ｂの検出信号に基づき、図２のフローチャートに示す手順に沿って前記遮断弁５Ａ，５Ｂを個別に開閉制御することにより、各ガスタンク４Ａ，４Ｂ内の水素ガスの残量を均等化処理する。この水素ガスの残量均等化処理は、ガスタンク４Ａ，４Ｂにフル充填された水素ガスが消費されるまでの間に少なくとも１回、通常、３〜４回実施される。その実施タイミングは、車両の航続距離や航続時間を実施回数で均等割りした走行距離や走行時間に達した時点とすることができる。
【００１８】
ここで、前記制御装置８は、図２に示すように、圧力センサ７Ａ，７Ｂの検出圧力Ｐ１，Ｐ２を信号として入力し（Ｓ１）、圧力センサ７Ａの検出圧力Ｐ１が圧力センサ７Ｂの検出圧力Ｐ２より大きいか否か、すなわち、Ｐ１＞Ｐ２であるか否かを判定する（Ｓ２）。このステップ（Ｓ２）の判定結果がＹＥＳであって、ガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１がガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２より高い場合には、続くステップ（Ｓ３）で検出圧力Ｐ１とＰ２との差が所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）以上であるか否か、すなわち、（Ｐ１−Ｐ２）＞Ａであるか否かを判定する。そして、このステップ（Ｓ３）の判定結果がＹＥＳであってガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力に例えば３ＭＰａ以上の高低差があれば、その高低差を緩和するため、次のステップ（Ｓ４）で圧力の低い特定のガスタンク４Ｂの遮断弁５Ｂを閉じる。
【００１９】
次のステップ（Ｓ５）では、ガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力の高低差が緩和されたか否かを判定する。すなわち、ガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１とガスタンク４Ｂの内部圧力との差（Ｐ１−Ｐ２）が所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）より小さい第２の所定値Ｂ（例えば１ＭＰａ）以下となって−Ｂ≦（Ｐ１−Ｐ２）≦Ｂとなったか否かを判定する。このステップ（Ｓ５）の判定は、判定結果がＮＯからＹＥＳに変わるまで繰り返し、判定結果がＹＥＳとなると、前記ステップ（Ｓ４）で閉じたガスタンク４Ｂの遮断弁５Ｂを再び開く（Ｓ６）。
【００２０】
一方、前記ステップ（Ｓ２）の判定結果がＮＯであって、ガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２がガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１より高い場合には、続くステップ（Ｓ７）で検出圧力Ｐ２とＰ１との差が所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）以上であるか否か、すなわち、（Ｐ２−Ｐ１）＞Ａであるか否かを判定し、その判定結果がＹＥＳであれば、次のステップ（Ｓ８）で圧力の低い特定のガスタンク４Ａの遮断弁５Ａを閉じる。そして、次のステップ（Ｓ９）では、前記のように判定結果がＮＯからＹＥＳに変わるまで、−Ｂ≦（Ｐ２−Ｐ１）≦Ｂであるか否かの判定を繰り返し、その判定結果がＹＥＳとなると、前記ステップ（Ｓ８）で閉じたガスタンク４Ａの遮断弁５Ａを再び開く（Ｓ１０）。
【００２１】
以上のように構成された第１実施形態の車両用ガス燃料供給装置１において、図１に示す一方のガスタンク４Ａの減圧弁６Ａの調整圧力が例えば１．０５ＭＰａであり、他方のガスタンク４Ｂの減圧弁６Ｂの調整圧力が例えば０．９５ＭＰａであった場合、燃料電池２が水素ガスを消費するのに伴ない、調整圧力の若干高いガスタンク４Ａ側からより多くの水素ガスがガス回路３に放出されることとなり、その結果、一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１が他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２より低くなって来る。
【００２２】
ここで、前記制御装置８による各ガスタンク４Ａ，４Ｂ内の水素ガスの残量均等化処理が実施されない場合、各ガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力Ｐ１，Ｐ２は、図３の（ａ）に示すように推移し、両者の間に大きな高低差が生じる。そして、圧力低下の早いガスタンク４Ａにおいては、サイモン膨張により内部温度が急激に低下し、遮断弁５Ａや減圧弁６Ａとの結合部、あるいはそのバルブシート部のシール性が低下する虞がある。そして、内部圧力に大きな高低差のある状態でガスタンク４Ａ，４Ｂに水素ガスを補充すると、内部圧力Ｐ１の低いガスタンク４Ａでは、水素ガスの圧縮熱による温度上昇量が大となり、その充填効率が低下する虞がある。
【００２３】
しかしながら、第１実施形態の車両用ガス燃料供給装置１においては、一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１が他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２より低くなって来ると、制御装置８が図２のフローチャートのステップ（Ｓ２）の判定でＮＯと判定する。そして、一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１が他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２よりも所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）を超えて低下すると、制御装置８は、続くステップ（Ｓ７）でＹＥＳと判定し、両者の圧力差を緩和するため、圧力の低い特定のガスタンク４Ａの遮断弁５Ａを閉じる（Ｓ８）。
【００２４】
その結果、内部圧力Ｐ１の低い一方のガスタンク４Ａからの水素ガスの供給が停止され、内部圧力Ｐ２の高い他方のガスタンク４Ｂのみから水素ガスがガス回路３を介して燃料電池２に供給されるようになる。そして、ガスタンク４Ｂからの水素ガスが消費されるにつれ、ガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２のみが図３の（ｂ）に鎖線で示すように低下し、ガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１との高低差が緩和されて行く。
【００２５】
ここで、図３の（ｂ）に鎖線で示すように、他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２が次第に低下して一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１に近づき、両者の圧力差（Ｐ２−Ｐ１）が−Ｂ≦（Ｐ２−Ｐ１）≦Ｂの範囲内、すなわち第２の所定値Ｂ以下の例えば±１ＭＰａの範囲に入ると、制御装置８は、図２のフローチャートのステップ（Ｓ９）の判定でＹＥＳと判定し、前記ステップ（Ｓ８）で一旦閉じたガスタンク４Ａの遮断弁５Ａを再び開く（Ｓ１０）。こうして、再び２本のガスタンク４Ａ，４Ｂから同時に水素ガスがガス回路３を介して燃料電池２に供給されるようになる。以後、図２に示すフローチャートに沿った水素ガスの残量均等化処理が数回行われる。
【００２６】
なお、前記ステップ（Ｓ９）の判定条件を（Ｐ２−Ｐ１）＝０、すなわち、他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２が一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１に一致したＰ２＝Ｐ１とした場合、各ガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力Ｐ１，Ｐ２は、図３の（ｂ）に示すように制御される。また、前記ステップ（Ｓ９）の判定条件を−Ｂ≦（Ｐ２−Ｐ１）＜０、すなわち、他方のガスタンク４Ｂの内部圧力Ｐ２が一方のガスタンク４Ａの内部圧力Ｐ１より若干下回ったＰ１−Ｂ≦Ｐ２＜Ｐ１とした場合、各ガスタンク４Ａ，４Ｂの内部圧力Ｐ１，Ｐ２は、図３の（ｃ）に示すように制御される。
【００２７】
以上、本発明に係る車両用ガス燃料供給装置の第１実施形態について説明したが、本発明は第１実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である。例えば、第１実施形態では燃料電池２にガス回路３を介して水素ガスを供給する２本のガスタンク４Ａ，４Ｂを相互に並列に接続したが、このガスタンクは２本に限らず、３本以上を相互に並列に接続してもよい。この場合、各ガスタンクの内部圧力をそれぞれ圧力センサで検出し、その最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差が所定値Ａ以内となるように制御することで、各ガスタンク内の水素ガスの残量を均等化することができる。
【００２８】
前記のように３本以上のガスタンクを相互に並列に接続した第２実施形態においては、例えば図４のフローチャートに示す手順によって各ガスタンク内の水素ガスの残量が均等化するように制御される。まず、図示しない各ガスタンクの内部に設置された各圧力センサの検出圧力Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎを入力し（Ｓ１１）、その最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとを特定する（Ｓ１２）。続いて、最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差が所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）以上であるか否か、すなわち、（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）＞Ａであるか否かを判定する（Ｓ１３）。このステップ（Ｓ１３）の判定結果がＹＥＳであれば、最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差を緩和するため、次のステップ（Ｓ１４）で最小圧力Ｐｍｉｎに対応した特定のガスタンクの遮断弁を閉じる。
【００２９】
次のステップ（Ｓ１５）では、最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差が緩和されたかどうかを判定する。すなわち、両者の圧力差が前記所定値Ａより小さい第２の所定値Ｂ以下となって（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）＜Ｂとなったか否かを判定する。このステップ（Ｓ１５）の判定は、判定結果がＮＯからＹＥＳに変わるまで繰り返し、判定結果がＹＥＳとなると、前記ステップ（Ｓ１４）で閉じた最小圧力Ｐｍｉｎに対応する特定のガスタンクの遮断弁を再び開く（Ｓ１６）。
【００３０】
このように、第２実施形態の車両用ガス燃料供給装置では、相互に並列に接続された３本以上のガスタンクの内部圧力のうち、その最大圧力Ｐｍａｘと最小圧力Ｐｍｉｎとの差が所定値Ａ（例えば３ＭＰａ）以内となるように制御されることで、各ガスタンク内の水素ガスの残量が均等化される。
【００３１】
また、本発明に係る車両用ガス燃料供給装置においては、複数のガスタンクにガス燃料がフル充填された以降における車両の累積走行距離が所定距離に達した時点、あるいは車両の累積走行時間が所定時間に達した時点で、各ガスタンクの内部圧力をそれぞれ圧力センサで検出し、その最小圧力Ｐｍｉｎに対応した特定のガスタンクの遮断弁を所定時間だけ遮断することにより、各ガスタンク内の水素ガスの残量を均等化することができる。
【００３２】
前記のような本発明の第３実施形態においては、例えば図５のフローチャートに示す手順によって各ガスタンク内の水素ガスの残量が均等化するように制御される。まず、車両の累積走行距離が所定距離Ｄ（例えば１００ｋｍ）に達したか否かを判定する（Ｓ２１）。このステップ（Ｓ２１）の判定結果がＹＥＳであれば、図示しない各ガスタンクの内部に設置された各圧力センサの検出圧力Ｐ１，Ｐ２，…Ｐｎを入力し（Ｓ２２）、その最小圧力Ｐｍｉｎを特定する（Ｓ２３）。そして、各ガスタンクの内部圧力の高低差を緩和するため、次のステップ（Ｓ２４）で最小圧力Ｐｍｉｎに対応した特定のガスタンクの遮断弁を閉じる。その後、所定時間の経過を待ち（Ｓ２５）、所定時間が経過したならば、前記ステップ（Ｓ２４）で閉じた最小圧力Ｐｍｉｎに対応する特定のガスタンクの遮断弁を再び開く（Ｓ２６）。
【００３３】
このように、第３実施形態の車両用ガス燃料供給装置では、車両の累積走行距離が所定距離に達した時点において、最小圧力Ｐｍｉｎに対応した特定のガスタンクの遮断弁を所定時間だけ遮断することにより、各ガスタンク内の水素ガスの残量を均等化することができる。
【００３４】
また、本発明の車両用ガス燃料供給装置は、車両のエンジンにガス燃料としての天然ガスを供給する複数のガスタンクを相互に並列に備えた構成であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、ガス燃料タンクに充填されたガス燃料が消費されるまでの間に少なくとも１回、車両の走行距離、走行時間、各ガス燃料タンクの内部圧力の少なくとも１つのパラメータに基づいて、各ガス燃料タンク内のガス燃料の残量が均等化するように処理されるため、各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料を消費することができ、一部のガス燃料タンクの内部圧力が極端に低下することに伴なう不都合、すなわち、一部のガス燃料タンクのシール性が低下し、あるいは一部のガス燃料タンクに対するガス燃料の充填効率が低下してその充填時間に長時間を要するなどの不都合を解消することができる。
【００３６】
また、請求項２に記載の発明によれば、各ガス燃料タンクの内部圧力に高低差が発生し、各圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が所定値以上に広がると、前記最小圧力に対応した特定のガス燃料タンクの遮断弁が閉じられるため、各ガス燃料タンクの内部圧力の高低差が所定値以下に縮まるまでの間、内部圧力の高い他のガス燃料タンクからガス燃料が消費されるようになる。従って、各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料を消費することができ、一部のガス燃料タンクの内部圧力が極端に低下することに伴なう不都合、すなわち、一部のガス燃料タンクのシール性が低下し、あるいは一部のガス燃料タンクに対するガス燃料の充填効率が低下してその充填時間に長時間を要するなどの不都合を解消することができる。
【００３７】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、各ガス燃料タンクの内部圧力に高低差が発生し、各圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が所定値以上に広がると、前記最小圧力に対応した特定のガス燃料タンクの遮断弁が閉じられ、前記圧力センサが検出した最大圧力と最小圧力との差が前記所定値より小さい第２の所定値以下に縮まると、閉じられた特定のガス燃料タンクの遮断弁が再び開かれる。従って、各ガス燃料タンクの内部圧力の高低差を次第に緩和して、各ガス燃料タンクから略均等にガス燃料を消費することができ、一部のガス燃料タンクの内部圧力が極端に低下することに伴なう不都合、すなわち、一部のガス燃料タンクのシール性が低下し、あるいは一部のガス燃料タンクに対するガス燃料の充填効率が低下してその充填時間に長時間を要するなどの不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る車両用ガス燃料供給装置の概略構成図である。
【図２】図１に示した制御装置の作業手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示した各ガスタンクの内部圧力の時間的変化を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る車両用ガス燃料供給装置の制御装置の作業手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る車両用ガス燃料供給装置の制御装置の作業手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ ：車両用ガス燃料供給装置
２ ：燃料電池
３ ：ガス回路
４Ａ：ガスタンク
４Ｂ：ガスタンク
５Ａ：遮断弁
５Ｂ：遮断弁
６Ａ：減圧弁
６Ｂ：減圧弁
７Ａ：圧力センサ
７Ｂ：圧力センサ
８ ：制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicular gas fuel supply apparatus, and more particularly to a vehicular gas fuel supply apparatus that supplies gas fuel from a plurality of gas fuel tanks connected in parallel to each other.
[0002]
[Prior art]
In recent years, vehicles with internal combustion engines that use natural gas instead of liquid fuels such as gasoline and light oil, and vehicles with a fuel cell that generates electricity by the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen have been developed Has been. In these vehicles, the gas fuel such as natural gas or hydrogen gas is distributed to a plurality of gas fuel tanks (hereinafter sometimes abbreviated as a gas tank as appropriate) due to the layout of various devices mounted on the vehicle. Often filled. This gas tank normally has a pressure reducing valve called an in-tank regulator built in at the mouth so that the filled high-pressure gas fuel can be released under reduced pressure, and is connected in parallel to each other.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the pressure regulating valves of the in-tank regulators described above have some errors in the actual adjustment pressure even if the set pressure is the same. For this reason, when a plurality of gas tanks with built-in in-tank regulators as described above are connected in parallel to each other, more gas fuel is discharged from the gas tank whose actual adjustment pressure is slightly higher. Become. As a result, as the gas fuel is consumed, the remaining amount of the gas fuel in each gas tank gradually becomes non-uniform, and eventually a large difference in level occurs in the internal pressure of each gas tank.
[0004]
Here, in gas tanks where the amount of gas fuel released is larger than in other gas tanks and the internal pressure drops quickly, the internal temperature suddenly drops due to Simon expansion accompanying the release of gas fuel. There exists a problem that the sealing performance of a joint part and its valve seat part falls. On the other hand, when the remaining amount of gas fuel in each gas tank becomes uneven, for example, when gas fuel (especially hydrogen gas) is rapidly filled in a situation where a gas tank with a sufficient remaining amount and a gas tank with a small remaining amount are mixed. The following problems occur. That is, since the internal pressure is low in a gas tank with a small remaining amount, the temperature in the gas tank rises at once due to rapid compression of the gas fuel. For this reason, the monitored temperature in the gas tank reaches the upper limit value, and the filling of the gas fuel has to be stopped temporarily. As a result, it takes a long time to fill the gas fuel. In such a situation where an attempt is made to increase the cruising range that can be traveled by one gas fuel filling and to shorten the gas fuel filling time within a few minutes, It has become a serious problem.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a vehicular gas fuel supply device that can evenly consume gas fuel from a plurality of gas fuel tanks (gas tanks) connected in parallel to each other.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a means for solving the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is characterized in that a plurality of gas fuel tanks connected in parallel with each other have pressure adjusting means built therein, and the pressure from each gas fuel tank. In the vehicular gas fuel supply apparatus for supplying gas fuel via the adjusting means, the vehicle travel distance, travel time, at least once before the gas fuel filled in the plurality of gas fuel tanks is consumed, Based on at least one parameter of the internal pressure of each gas fuel tank, a process for equalizing the remaining amount of gas fuel in each gas fuel tank is performed.
[0007]
According to the first aspect of the present invention, at least one of the travel distance, travel time, and internal pressure of each gas fuel tank is required at least once before the gas fuel filled in the plurality of gas fuel tanks is consumed. Since the processing is performed so that the remaining amount of gas fuel in each gas fuel tank is equalized based on one parameter, the gas fuel is consumed from each gas fuel tank substantially evenly.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, a plurality of gas fuel tanks connected in parallel with each other incorporate pressure adjusting means and shut-off valves, respectively. A gas fuel supply device for a vehicle that supplies gas fuel via a pressure sensor that detects an internal pressure of each gas fuel tank, and a difference between a maximum pressure and a minimum pressure detected by each pressure sensor is equal to or greater than a predetermined value. In this case, the shut-off valve of a specific gas fuel tank corresponding to the minimum pressure is closed.
[0009]
In the invention according to claim 2, when a difference in height occurs in the internal pressure of each gas fuel tank and the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by each pressure sensor spreads beyond a predetermined value, the minimum pressure is handled. The shut-off valve of the specified gas fuel tank is closed. For this reason, gas fuel is consumed from other gas fuel tanks with high internal pressure until the difference in level of the internal pressure of each gas fuel tank is reduced to a predetermined value or less. Gas fuel is consumed evenly.
[0010]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 2, wherein the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by the pressure sensor is equal to or less than a second predetermined value smaller than the predetermined value. The shut-off valve of the specific gas fuel tank is configured to be opened again.
[0011]
In the invention according to claim 3, when a difference in height occurs in the internal pressure of each gas fuel tank and the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by each pressure sensor spreads beyond a predetermined value, the minimum pressure is handled. When the shutoff valve of the specific gas fuel tank is closed and the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by the pressure sensor is reduced to a second predetermined value which is smaller than the predetermined value, the closed specific gas fuel is closed. The tank shut-off valve is opened again. For this reason, the level difference of the internal pressure of each gas fuel tank is gradually alleviated, and the gas fuel is consumed from each gas fuel tank substantially evenly.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a gas fuel supply device for a vehicle according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicular gas fuel supply apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a work procedure of the control device shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing temporal changes in the internal pressure of each gas tank shown in FIG.
[0013]
As shown in FIG. 1, the vehicular gas fuel supply measure 1 of the first embodiment includes hydrogen gas via a gas circuit 3 having a secondary regulator or the like in a fuel cell 2 serving as a power source for a vehicle travel motor (not shown). Are provided with two gas tanks 4A and 4B. These gas tanks 4A and 4B have an internal volume of, for example, about 100 liters and are connected in parallel to each other, and are filled with hydrogen gas at a high pressure of about 70 MPa.
[0014]
Here, at the mouths of the gas tanks 4A and 4B, a decompression valve and an isolation valve called an in-tank regulator are incorporated so that the filled hydrogen gas can be discharged to a predetermined pressure of about 1 MPa, for example. . That is, a shutoff valve 5A and a pressure reducing valve 6A are built in the mouth of one gas tank 4A, and a shutoff valve 5B and a pressure reducing valve 6B are built in the mouth of the other gas tank 4B.
[0015]
The pressure reducing valves 6A and 6B have a set pressure of, for example, 1 MPa, but there is some error in the actual adjustment pressure. For example, the adjustment pressure of one pressure reducing valve 6A is 1.05 MPa, and the other pressure reducing valve The adjustment pressure of 6B may be 0.95 MPa. In this case, more hydrogen gas is released from the gas tank 4A having the pressure reducing valve 6A having a slightly higher adjustment pressure. As a result, the remaining hydrogen gas in the gas tanks 4A and 4B is consumed as the hydrogen gas is consumed. The amount becomes non-uniform and a large difference in height occurs in the internal pressure of the gas tanks 4A and 4B.
[0016]
In order to avoid such a situation, the vehicular gas fuel supply apparatus 1 of the first embodiment includes pressure sensors 7A and 7B installed inside the gas tanks 4A and 4B for detecting the pressure of hydrogen gas. Each is provided with a control device 8 for individually controlling the opening and closing of the shutoff valves 5A and 5B of the gas tanks 4A and 4B based on the detection signals of the pressure sensors 7A and 7B.
[0017]
The control device 8 individually opens and closes the shut-off valves 5A and 5B according to the procedure shown in the flowchart of FIG. 2 based on the detection signals of the pressure sensors 7A and 7B, so that the gas tanks 4A and 4B Equalize the remaining amount of hydrogen gas. This hydrogen gas remaining amount equalizing process is performed at least once, usually 3 to 4 times, until the hydrogen gas fully filled in the gas tanks 4A and 4B is consumed. The implementation timing can be set to the time when the travel distance or travel time obtained by equally dividing the cruising distance or cruising time of the vehicle by the number of implementations is reached.
[0018]
Here, as shown in FIG. 2, the control device 8 inputs the detected pressures P1, P2 of the pressure sensors 7A, 7B as signals (S1), and the detected pressure P1 of the pressure sensor 7A is detected pressure of the pressure sensor 7B. It is determined whether or not it is larger than P2, that is, whether or not P1> P2 is satisfied (S2). If the determination result in this step (S2) is YES and the internal pressure P1 of the gas tank 4A is higher than the internal pressure P2 of the gas tank 4B, the difference between the detected pressures P1 and P2 is a predetermined value in the following step (S3). It is determined whether or not A (for example, 3 MPa) or more, that is, whether or not (P1-P2)> A. If the determination result in this step (S3) is YES and the internal pressure of the gas tanks 4A and 4B has a height difference of 3 MPa or more, for example, the pressure difference is reduced in the next step (S4) in order to reduce the height difference. The shut-off valve 5B of the low specific gas tank 4B is closed.
[0019]
In the next step (S5), it is determined whether or not the difference in internal pressure between the gas tanks 4A and 4B has been alleviated. That is, the difference (P1-P2) between the internal pressure P1 of the gas tank 4A and the internal pressure of the gas tank 4B is equal to or less than a second predetermined value B (for example, 1 MPa) smaller than the predetermined value A (for example, 3 MPa), −B ≦ ( It is determined whether or not P1-P2) ≦ B. The determination in step (S5) is repeated until the determination result changes from NO to YES. When the determination result is YES, the shutoff valve 5B of the gas tank 4B closed in step (S4) is opened again (S6).
[0020]
On the other hand, if the determination result in step (S2) is NO and the internal pressure P2 of the gas tank 4B is higher than the internal pressure P1 of the gas tank 4A, the difference between the detected pressures P2 and P1 in the subsequent step (S7) is It is determined whether or not it is a predetermined value A (for example, 3 MPa) or more, that is, whether or not (P2-P1)> A. If the determination result is YES, the pressure of the pressure is determined in the next step (S8). Close the shutoff valve 5A of the low specific gas tank 4A. In the next step (S9), the determination as to whether -B ≦ (P2-P1) ≦ B is repeated until the determination result changes from NO to YES as described above, and the determination result is YES. Then, the shutoff valve 5A of the gas tank 4A closed in the step (S8) is opened again (S10).
[0021]
In the vehicular gas fuel supply apparatus 1 of the first embodiment configured as described above, the adjustment pressure of the pressure reducing valve 6A of one gas tank 4A shown in FIG. 1 is, for example, 1.05 MPa, and the pressure of the other gas tank 4B is reduced. When the adjustment pressure of the valve 6B is, for example, 0.95 MPa, as the fuel cell 2 consumes hydrogen gas, more hydrogen gas is released from the gas tank 4A side having a slightly higher adjustment pressure to the gas circuit 3. As a result, the internal pressure P1 of one gas tank 4A becomes lower than the internal pressure P2 of the other gas tank 4B.
[0022]
Here, when the hydrogen gas remaining amount equalizing process in the gas tanks 4A and 4B is not performed by the control device 8, the internal pressures P1 and P2 of the gas tanks 4A and 4B are as shown in FIG. There is a large difference in height between the two. And in gas tank 4A with a quick pressure drop, internal temperature will fall rapidly by Simon expansion, and there exists a possibility that the sealing property of the coupling | bonding part with 5 A of cutoff valves or the pressure-reduction valve 6A, or its valve seat part may fall. When hydrogen gas is replenished to the gas tanks 4A and 4B with a large difference in internal pressure, in the gas tank 4A having a low internal pressure P1, the amount of temperature rise due to the compression heat of the hydrogen gas increases, and the charging efficiency decreases. There is a risk of doing.
[0023]
However, in the vehicular gas fuel supply device 1 of the first embodiment, when the internal pressure P1 of one gas tank 4A becomes lower than the internal pressure P2 of the other gas tank 4B, the control device 8 performs the flow chart of FIG. It is determined NO in the determination of step (S2). When the internal pressure P1 of the one gas tank 4A falls below the internal pressure P2 of the other gas tank 4B by exceeding a predetermined value A (for example, 3 MPa), the control device 8 determines YES in the following step (S7), In order to relieve the pressure difference between the two, the shutoff valve 5A of the specific gas tank 4A having a low pressure is closed (S8).
[0024]
As a result, the supply of hydrogen gas from one gas tank 4A having a low internal pressure P1 is stopped, and hydrogen gas is supplied to the fuel cell 2 via the gas circuit 3 only from the other gas tank 4B having a high internal pressure P2. become. As the hydrogen gas from the gas tank 4B is consumed, only the internal pressure P2 of the gas tank 4B decreases as indicated by the chain line in FIG. 3B, and the difference in height from the internal pressure P1 of the gas tank 4A is alleviated. Go.
[0025]
Here, as indicated by a chain line in FIG. 3 (b), the internal pressure P2 of the other gas tank 4B gradually decreases and approaches the internal pressure P1 of the one gas tank 4A, and the pressure difference (P2-P1) between them is increased. -B <= (P2-P1) <= B, that is, when entering the range of, for example, ± 1 MPa below the second predetermined value B, the control device 8 determines YES in step (S9) of the flowchart of FIG. The shutoff valve 5A of the gas tank 4A once closed in the step (S8) is opened again (S10). In this way, hydrogen gas is again supplied from the two gas tanks 4A and 4B simultaneously to the fuel cell 2 via the gas circuit 3. Thereafter, the hydrogen gas remaining amount equalizing process according to the flowchart shown in FIG. 2 is performed several times.
[0026]
When the determination condition of the step (S9) is (P2-P1) = 0, that is, when the internal pressure P2 of the other gas tank 4B matches the internal pressure P1 of the one gas tank 4A, each gas tank The internal pressures P1 and P2 of 4A and 4B are controlled as shown in FIG. Further, the determination condition of the step (S9) is −B ≦ (P2−P1) <0, that is, the internal pressure P2 of the other gas tank 4B is slightly lower than the internal pressure P1 of the one gas tank 4A. When <P1, the internal pressures P1 and P2 of the gas tanks 4A and 4B are controlled as shown in FIG.
[0027]
As mentioned above, although 1st Embodiment of the gas fuel supply apparatus for vehicles which concerns on this invention was described, this invention is not limited to 1st Embodiment, It can change suitably. For example, in the first embodiment, two gas tanks 4A and 4B for supplying hydrogen gas to the fuel cell 2 via the gas circuit 3 are connected in parallel to each other. However, the number of gas tanks is not limited to two, but three or more. May be connected in parallel to each other. In this case, the remaining pressure of hydrogen gas in each gas tank is detected by detecting the internal pressure of each gas tank with a pressure sensor and controlling the difference between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin to be within a predetermined value A. Can be equalized.
[0028]
In the second embodiment in which three or more gas tanks are connected in parallel as described above, for example, the remaining amount of hydrogen gas in each gas tank is controlled to be equalized by the procedure shown in the flowchart of FIG. . First, detection pressures P1, P2,... Pn of pressure sensors installed in gas tanks (not shown) are inputted (S11), and the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin are specified (S12). Subsequently, it is determined whether or not the difference between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin is greater than or equal to a predetermined value A (for example, 3 MPa), that is, (Pmax−Pmin)> A (S13). If the determination result in this step (S13) is YES, in order to relieve the difference between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin, the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin is closed in the next step (S14). .
[0029]
In the next step (S15), it is determined whether or not the difference between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin has been relaxed. That is, it is determined whether or not the pressure difference between the two is equal to or smaller than the second predetermined value B smaller than the predetermined value A, and (Pmax−Pmin) <B. The determination in this step (S15) is repeated until the determination result changes from NO to YES. When the determination result becomes YES, the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin closed in step (S14) is opened again. (S16).
[0030]
Thus, in the vehicle gas fuel supply apparatus of the second embodiment, the difference between the maximum pressure Pmax and the minimum pressure Pmin among the internal pressures of three or more gas tanks connected in parallel to each other is a predetermined value A. By controlling to be within (for example, 3 MPa), the remaining amount of hydrogen gas in each gas tank is equalized.
[0031]
In the vehicular gas fuel supply device according to the present invention, the cumulative travel distance of the vehicle after the gas fuel is fully filled in the plurality of gas tanks reaches a predetermined distance, or the cumulative travel time of the vehicle is a predetermined time. When the internal pressure of each gas tank is detected, the pressure sensor detects the internal pressure of each gas tank, and shuts off the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin for a predetermined time, thereby remaining the hydrogen gas in each gas tank. Can be equalized.
[0032]
In the third embodiment of the present invention as described above, for example, the remaining amount of hydrogen gas in each gas tank is controlled to be equalized by the procedure shown in the flowchart of FIG. First, it is determined whether or not the cumulative travel distance of the vehicle has reached a predetermined distance D (for example, 100 km) (S21). If the determination result in this step (S21) is YES, the detected pressures P1, P2,... Pn of each pressure sensor installed in each gas tank (not shown) are inputted (S22), and the minimum pressure Pmin is specified. (S23). And in order to relieve the level difference of the internal pressure of each gas tank, the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin is closed in the next step (S24). Thereafter, the passage of a predetermined time is waited (S25), and when the predetermined time has passed, the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin closed in the step (S24) is opened again (S26).
[0033]
As described above, in the vehicular gas fuel supply device of the third embodiment, when the cumulative travel distance of the vehicle reaches a predetermined distance, the shutoff valve of the specific gas tank corresponding to the minimum pressure Pmin is shut off for a predetermined time. Thus, the remaining amount of hydrogen gas in each gas tank can be equalized.
[0034]
The vehicle gas fuel supply apparatus of the present invention may have a configuration in which a plurality of gas tanks for supplying natural gas as gas fuel to a vehicle engine are provided in parallel with each other.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, at least once before the gas fuel filled in the gas fuel tank is consumed, the vehicle travel distance, the travel time, and each gas fuel tank. Since the remaining amount of gas fuel in each gas fuel tank is processed based on at least one parameter of the internal pressure of the gas fuel tank, it is possible to consume gas fuel from each gas fuel tank substantially evenly. Inconvenience associated with extremely low internal pressure of some gas fuel tanks, that is, sealing performance of some gas fuel tanks is reduced, or gas fuel filling efficiency to some gas fuel tanks Can be eliminated and the filling time takes a long time.
[0036]
According to the second aspect of the present invention, when a difference in level occurs in the internal pressure of each gas fuel tank and the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by each pressure sensor spreads beyond a predetermined value, Since the shutoff valve of the specific gas fuel tank corresponding to the minimum pressure is closed, the gas fuel from other gas fuel tanks with high internal pressure is reduced until the difference in level of the internal pressure of each gas fuel tank is reduced below a predetermined value. Will be consumed. Therefore, it is possible to consume gas fuel from each gas fuel tank substantially evenly, and there is an inconvenience associated with an extremely low internal pressure of some gas fuel tanks, that is, seals of some gas fuel tanks. Therefore, it is possible to eliminate the inconvenience such that the efficiency of the gas fuel is reduced or the charging efficiency of the gas fuel in a part of the gas fuel tank is reduced and the filling time is long.
[0037]
Further, according to the invention described in claim 3, when a difference in height occurs in the internal pressure of each gas fuel tank and the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by each pressure sensor spreads beyond a predetermined value, The shut-off valve of a specific gas fuel tank corresponding to the minimum pressure is closed, and is closed when the difference between the maximum pressure and the minimum pressure detected by the pressure sensor is reduced to a second predetermined value which is smaller than the predetermined value. The shut-off valve for the specific gas fuel tank is opened again. Accordingly, the difference in the internal pressure of each gas fuel tank can be gradually eased, and gas fuel can be consumed from each gas fuel tank substantially evenly, and the internal pressure of some gas fuel tanks can be extremely reduced. Inconveniences associated with this, that is, the sealing performance of some gas fuel tanks is reduced, or the gas fuel filling efficiency of some gas fuel tanks is reduced and the filling time takes a long time. Can be resolved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicular gas fuel supply apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a work procedure of the control device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a graph showing a temporal change in internal pressure of each gas tank shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a flowchart showing a work procedure of a control device for a vehicular gas fuel supply apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart showing a work procedure of a control device for a vehicular gas fuel supply apparatus according to a third embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Vehicle gas fuel supply apparatus 2: Fuel cell 3: Gas circuit 4A: Gas tank 4B: Gas tank 5A: Shut-off valve 5B: Shut-off valve 6A: Pressure-reducing valve 6B: Pressure-reducing valve 7A: Pressure sensor 7B: Pressure sensor 8: Control apparatus
