JP4171391B2 - Shutoff valve open / close state determination system and shutoff valve open / close state determination method - Google Patents
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Description
本発明は、遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法に関する。 The present invention relates to a shutoff valve open / close state determination system and a shutoff valve open / close state determination method.
水素ガス等の燃料ガスは、一般に、タンク等に貯蔵されて取引され、使用されている。燃料ガスのタンク、例えば、水素ガスが貯蔵された水素タンクは、使用時において、遮断弁、減圧弁を介して、水素ガスを消費する燃料電池等のガス消費機器に接続される。そして、水素ガスは、開放された遮断弁を介し、減圧弁で所定圧力に減圧された上で、ガス消費機器へ供給される。 Fuel gas such as hydrogen gas is generally stored in a tank or the like for trading and use. A fuel gas tank, for example, a hydrogen tank in which hydrogen gas is stored, is connected to a gas consuming device such as a fuel cell that consumes hydrogen gas through a shut-off valve and a pressure reducing valve in use. Then, the hydrogen gas is supplied to the gas consuming device through the open shut-off valve, after being reduced to a predetermined pressure by the pressure reducing valve.
遮断弁としては、例えば、インタンク電磁弁が知られている。インタンク電磁弁は、減圧弁より上流側に設けられ、ガス消費機器の稼動中は開かれ、ガス消費機器の停止中は閉じられる。また、インタンク電磁弁は、ガス消費機器停止時に燃料ガスの供給を遮断するだけでなく、下流側の配管・流量計・ガス消費機器等のデバイスの故障時に閉じられて、燃料ガスの流出を防止する。さらに、インタンク電磁弁等の遮断弁は、一般に開閉制御装置等で電気的に制御され、開閉制御装置から遮断弁に閉弁指令を送信することで閉弁される。 For example, an in-tank electromagnetic valve is known as the shut-off valve. The in-tank solenoid valve is provided on the upstream side of the pressure reducing valve, and is opened when the gas consuming device is in operation, and is closed when the gas consuming device is stopped. The in-tank solenoid valve not only shuts off the supply of fuel gas when the gas consuming equipment stops, but also closes when a device such as a downstream pipe, flow meter, or gas consuming equipment breaks down to prevent the fuel gas from flowing out. To prevent. Furthermore, shut-off valves such as in-tank solenoid valves are generally electrically controlled by an open / close control device or the like, and are closed by transmitting a close command from the open / close control device to the shut-off valve.
このような遮断弁、減圧弁に関連する技術として、燃料遮断弁を備えた「ガス燃料用レギュレータの安全装置」が提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、前記したように遮断弁に閉弁指令を送信しただけでは、実際に遮断弁が確実に閉じているか否かを、外部より知ることができないため、遮断弁の故障により、遮断弁が閉じていない等の事象を検知できないという問題があった。 However, as described above, it is impossible to know from the outside whether or not the shut-off valve is actually closed by simply sending a close command to the shut-off valve. There was a problem that an event such as not being detected could not be detected.
そこで、本発明は、前記問題を解決すべく、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定可能とする遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法を提供することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a shutoff valve open / close state determination system and a shutoff valve open / close state determination method that can reliably and easily determine the open / close state of the shutoff valve in order to solve the above-described problem. .
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、前記減圧弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、前記遮断弁への閉弁指令がなされた後、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力に基づき、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段と、を備え、前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、前記閉弁指令から前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定するように構成されたことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システムである。 As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides a fuel gas supply pipe that communicates a fuel gas supply source and a gas consuming device, and the fuel gas supply from the fuel gas supply source toward the gas consuming device. After a shutoff valve and a pressure reducing valve provided in the pipe in order, a fuel gas pressure detector for detecting the pressure of the fuel gas upstream or downstream of the pressure reducing valve, and a valve closing command to the shutoff valve Shut-off valve open / close state determining means for determining the open / close state of the shut-off valve based on the pressure detected by the fuel gas pressure detector, and the shut-off valve open / close state determining means Until the maximum delay time elapses, it is determined whether or not the pressure decreases. When the pressure decreases, it is determined that the shutoff valve is closed, and the maximum delay time from the valve closing command is determined. Even if If the force is not reduced, it is opened and closed state determination system of the shut-off valve, characterized in that the shut-off valve is configured to determine that the open.
ここで、燃料ガス供給源とは、燃料ガスを供給するものであり、その例として、後記する第1実施形態及び第2実施形態では、燃料ガス供給源を水素タンクとした場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、その他CNG(Compressed Natural Gas)タンクや、高圧の燃料ガスが流通する高圧燃料ガス供給配管等であってもよい。
また、ガス消費機器とは、燃料ガスを消費して別のエネルギーに変換し出力するものであり、その例として、後記する第1実施形態及び第2実施形態では、ガス消費機器を燃料電池とした場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、その他CNGエンジン等であってもよい。
Here, the fuel gas supply source supplies fuel gas. As an example, in the first embodiment and the second embodiment described later, a case where the fuel gas supply source is a hydrogen tank will be described. The present invention is not limited to this, and may be a CNG (Compressed Natural Gas) tank, a high-pressure fuel gas supply pipe through which high-pressure fuel gas circulates, or the like.
The gas consuming device is a device that consumes fuel gas, converts it into another energy, and outputs it. As an example, in the first embodiment and the second embodiment described later, the gas consuming device is a fuel cell. However, the present invention is not limited to this, and other CNG engines may be used.
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁開閉状態判定手段が、遮断弁への閉弁指令がなされた後、閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、燃料ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、閉弁指令から最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定することで、遮断弁の開閉状態、つまり遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。 According to such a shut-off valve open / close state determination system, after the shut-off valve open / close state determination means has issued a valve closing command to the shut-off valve, the fuel is kept until a predetermined maximum delay time elapses from the valve closing command. Continues to determine whether or not the gas pressure decreases. If the pressure decreases, it is determined that the shut-off valve is closed, and the pressure does not decrease even if the maximum delay time elapses from the valve closing command. In this case, by determining that the shut-off valve is open, it is possible to reliably and easily determine the open / close state of the shut-off valve, that is, whether or not the shut-off valve is actually closed.
また、前記最大遅れ時間は、前記減圧弁のヒステリシス特性に基づき、予め前記遮断弁開閉状態判定手段に設定された時間であることを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システムである。 Further, the maximum delay time is based on the hysteresis characteristic of the pressure reducing valve is open or closed state determination system of the shielding sectional valve you being a pre said shut-off valve closing state determination time set means.
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、減圧弁のヒステリシス特性により設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。 According to such an open / close state determination system for the shutoff valve, it is possible to reliably and easily determine whether the shutoff valve is actually closed based on the maximum delay time set by the hysteresis characteristic of the pressure reducing valve. it can.
また、前記最大遅れ時間は、前記減圧弁の上流側の圧力が、前記減圧弁の下限作動圧力に低下するまでの時間であって、前記減圧弁の上流側の圧力に応じて設定されることを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システムである。 The maximum delay time is a time until the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve decreases to the lower limit operating pressure of the pressure reducing valve, and is set according to the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve. which is a closing state determination system that shielding sectional valve to said.
すなわち、このようなシステムでは、減圧弁の上流側の圧力が高いほど、最大遅れ時間が長くなる。そして、この最大遅れ時間を上流側の圧力に応じて設定するとは、後記する第2実施形態で説明するように、最大遅れ時間を減圧弁の上流側の最大圧力に対応して設定してもよいし、その他に例えば、減圧弁の上流側の圧力が上下に変動したり、所定割合で低下したりする場合には、その変動、低下の程度に対応して、最大遅れ時間を設定してもよいことを意味する。
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、減圧弁の上流側の圧力に応じて設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
That is, in such a system , the maximum delay time becomes longer as the pressure upstream of the pressure reducing valve is higher. And setting this maximum delay time according to the upstream pressure means that the maximum delay time is set corresponding to the maximum pressure upstream of the pressure reducing valve, as will be described in the second embodiment to be described later. In addition, for example, when the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve fluctuates up and down or falls at a predetermined rate, the maximum delay time is set according to the degree of fluctuation and reduction. Means good.
According to such a shut-off valve open / close state determination system, whether or not the shut-off valve is actually closed is reliably and easily determined based on the maximum delay time set in accordance with the pressure upstream of the pressure reducing valve. Can be determined.
また、前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力から得られた単位時間当たりの圧力変化量(ΔP)が、前記遮断弁開閉状態判定手段に予め設定された単位時間当たりの基準圧力変化量(ΔPx)以上である場合に、前記圧力が低下したと判定することを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システムである。 Further , the shut-off valve open / close state determining means is a unit in which the pressure change amount (ΔP) per unit time obtained from the pressure detected by the fuel gas pressure detector is preset in the shut-off valve open / close state determining means. If it is a reference pressure change amount (.DELTA.Px) more per hour, the pressure is off state determination system to that barrier sectional valve and determines that decreased.
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁開閉状態判定手段は、燃料ガス圧力検出器が検出した圧力から得られる単位時間当たりの圧力変化量(ΔP)が、遮断弁開閉状態判定手段に予め設定された単位時間当たりの基準圧力変化量(ΔPx)以上である場合に、圧力が低下したと判定することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。 According to such a shut-off valve open / close state determination system, the shut-off valve open / close state determining means determines that the pressure change amount (ΔP) per unit time obtained from the pressure detected by the fuel gas pressure detector is When it is equal to or greater than the reference pressure change amount (ΔPx) per unit time preset in the determination means, it is reliably and easily determined whether or not the shut-off valve is actually closed by determining that the pressure has decreased. Can be determined.
また、燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、を有する燃料ガス供給系における遮断弁の開閉状態判定方法であって、前記遮断弁に閉弁指令を発する第1工程と、前記閉弁指令後、前記ガス消費機器の運転を継続することによって、前記燃料ガス供給配管内の燃料ガスを消費しつつ、前記遮断弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する第2工程と、前記閉弁指令から、所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、前記閉弁指令から、前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定する第3工程と、を有することを特徴とする遮断弁の開閉状態判定方法である。 Further, a fuel gas supply pipe for communicating the fuel gas supply source and a gas consumption device, and from said fuel gas supply source toward the gas consuming device, shut-off valve and the pressure reducing valve provided in this order to the fuel gas supply pipe A method for determining an open / close state of a shut-off valve in a fuel gas supply system comprising: a first step of issuing a close command to the shut-off valve; and continuing the operation of the gas consuming device after the close command A second step of detecting the fuel gas pressure upstream or downstream of the shutoff valve while consuming fuel gas in the fuel gas supply pipe, and a predetermined maximum delay time from the valve closing command. Until the time elapses, it is determined whether or not the pressure decreases, and when the pressure decreases, it is determined that the shut-off valve is closed, and the maximum delay time elapses from the valve closing command. Even the pressure drops If no, a closed state determination method of the shut-off valve and having a third step determines that the shutoff valve is open.
このような遮断弁の開閉状態判定方法によれば、遮断弁への閉弁指令がなされた後、最大遅れ時間が経過するまでは、燃料ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、閉弁指令から最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。 According to such an open / close state determination method for the shutoff valve, after the valve closing command to the shutoff valve is made, until the maximum delay time elapses, it continues to determine whether or not the pressure of the fuel gas decreases, When the pressure decreases, it is determined that the shut-off valve is closed, and when the pressure does not decrease even when the maximum delay time has elapsed from the valve closing command, it is determined that the shut-off valve is open. Thus, it can be reliably and easily determined whether or not the shut-off valve is actually closed.
本発明によれば、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定可能とする遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法を提供することができる。
すなわち、遮断弁への閉弁指令から最大遅れ時間を考慮することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
また、減圧弁のヒステリシス特性により設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁の開閉状態を、確実かつ容易に判定することができる。
さらに、減圧弁の上流側の圧力に応じて設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
さらにまた、燃料ガス圧力検出器による圧力変化量を、基準圧力変化量と比較させることで、圧力の低下を容易に判定し、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定することができる。
また、最大遅れ時間を考慮することで、遮断弁の開閉状態を、確実かつ容易に判定することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a shut-off valve open / close state determination system and a shut-off valve open / close state determination method that can reliably and easily determine the open / close state of the shut-off valve.
That is, by taking into account the maximum delay time from the closing command to the shielding sectional valves, whether the shut-off valve is actually closed, can be determined reliably and easily.
Further, based on the maximum delay time set by the hysteresis characteristic of the pressure reducing valve, the open or closed state of the shut-off valve can be determined reliably and easily.
Furthermore , it can be reliably and easily determined whether or not the shut-off valve is actually closed based on the maximum delay time set according to the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve.
Furthermore , by comparing the amount of pressure change by the fuel gas pressure detector with the amount of reference pressure change, it is possible to easily determine the pressure drop and reliably and easily determine the open / close state of the shut-off valve.
In addition , by considering the maximum delay time, the open / close state of the shut-off valve can be reliably and easily determined.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the description of each embodiment, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
<第1実施形態>
まず、第1実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムについて、図1から図5を参照して説明する。
参照する図面において、図1は、第1実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成を示す図である。図2は、図1に示す減圧弁を模式的に示す側断面図であり、(a)は減圧弁の作動状態、つまり減圧弁が開いており水素ガスが流通可能な状態を示し、(b)は減圧弁の非作動状態、つまり減圧弁が閉じており水素ガスが流通不可能な状態を示す。図3は、図2に示す減圧弁について、減圧弁の下流(2次側)を流通する水素ガス量と減圧弁が作動する2次側の圧力(これを、減圧弁作動圧力ともいう)との関係を示すグラフである。図4は、図2に示す減圧弁を使用したときの1次側及び2次側の圧力変化を示すグラフであり、(a)は減圧弁の下流を流通する水素ガスの流量減少時に遮断弁を閉弁した場合、(b)は流量増加時に遮断弁を閉弁した場合を示す。図5は、遮断弁の開閉状態判定システムの動作を示すフローチャートである。
<First Embodiment>
First, the shutoff valve open / close state determination system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a shutoff valve open / close state determination system according to a first embodiment. 2 is a side sectional view schematically showing the pressure reducing valve shown in FIG. 1. FIG. 2 (a) shows an operating state of the pressure reducing valve, that is, a state in which the pressure reducing valve is open and hydrogen gas can flow. ) Indicates a non-operating state of the pressure reducing valve, that is, a state where the pressure reducing valve is closed and hydrogen gas cannot flow. FIG. 3 shows the amount of hydrogen gas flowing downstream (secondary side) of the pressure reducing valve and the pressure on the secondary side at which the pressure reducing valve operates (this is also referred to as pressure reducing valve operating pressure). It is a graph which shows the relationship. 4 is a graph showing changes in pressure on the primary side and the secondary side when the pressure reducing valve shown in FIG. 2 is used. FIG. 4A is a shutoff valve when the flow rate of hydrogen gas flowing downstream of the pressure reducing valve is reduced. (B) shows the case where the shut-off valve is closed when the flow rate is increased. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the shutoff valve open / close state determination system.
[遮断弁の開閉状態判定システム]
図1に示すように、第1実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムS1は、水素タンク(燃料ガス供給源)5及び燃料電池6(ガス消費機器)を有する燃料電池自動車(図示しない)に搭載されており、上流側の水素タンク5と下流側の燃料電池6とを連通する燃料ガス供給配管10と、水素タンク5から燃料電池6に向かって、燃料ガス供給配管10上に設けられた遮断弁21及び減圧弁100と、減圧弁100の上流側で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ41(燃料ガス圧力検出器)と、遮断弁21の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段70とを備えて構成されている。
[Shutoff valve open / close state judgment system]
As shown in FIG. 1, the shutoff valve open / close state determination system S1 according to the first embodiment is a fuel cell vehicle (not shown) having a hydrogen tank (fuel gas supply source) 5 and a fuel cell 6 (gas consuming device). The fuel gas supply pipe 10 is connected to the upstream side hydrogen tank 5 and the downstream side fuel cell 6, and is provided on the fuel gas supply pipe 10 from the hydrogen tank 5 toward the fuel cell 6. The
[燃料ガス供給配管]
燃料ガス供給配管10は、第1実施形態では、減圧弁100により分断されている。つまり、燃料ガス供給配管10は、減圧弁100の上流側の燃料配管11と、下流側の燃料配管12とから構成されている。
[Fuel gas supply piping]
The fuel gas supply pipe 10 is divided by the
[水素タンク]
水素タンク5は、本発明では特に限定されないが、耐久性、耐圧性を考慮するとステンレス製であることが好ましい。水素タンク5の内部には、高圧の水素ガスが充填されている。
[Hydrogen tank]
The hydrogen tank 5 is not particularly limited in the present invention, but is preferably made of stainless steel in consideration of durability and pressure resistance. The hydrogen tank 5 is filled with high-pressure hydrogen gas.
[燃料電池]
燃料電池6の種類は、本発明では特に限定されないが、第1実施形態では固体高分子電解質形燃料電池(PEFC)としている。燃料電池6は、内部に膜電極複合体(MEA)7により仕切られたアノード(燃料極)側の水素流路6aと、カソード(空気極)側の酸素流路6bとを有している。
そして、上流側の水素タンク5から、順に、遮断弁21、燃料配管11、減圧弁100、燃料配管12を経由して、水素流路6aに水素ガスを供給可能となっている。水素流路6aの下流側では、配管61、止め弁62を介して、未反応の水素ガスを排出可能となっている。
酸素流路6bの供給側には、酸素ガスを含む空気を圧縮する空気ポンプ91と、加湿器92が配設されている。これらにより圧縮し加湿された酸素ガスを含む空気を、酸素流路6bに供給可能となっている。酸素流路6bの下流側には、配管94、止め弁95が順に配設されており、未反応の酸素ガスを含む空気を排出可能となっている。
[Fuel cell]
The type of the fuel cell 6 is not particularly limited in the present invention, but in the first embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used. The fuel cell 6 has an anode (fuel electrode) -side
Then, hydrogen gas can be supplied from the upstream hydrogen tank 5 to the
An
[遮断弁]
遮断弁21は、最上流側で水素ガスの供給を遮断するための装置であり、第1実施形態では電磁式の遮断弁を使用している。遮断弁21は、遮断弁開閉状態判定手段70と電気的に接続しており、遮断弁開閉状態判定手段70からの開弁指令、閉弁指令に応じて、適宜開閉可能となっている。ただし、遮断弁21の作動方式は電磁式に限らず、その他例えば手動式であってもよい。
[Shutoff valve]
The shut-off
[減圧弁]
減圧弁(レギュレータ)100は、1次側(上流側)の水素タンク5から供給された高圧の水素ガスを、所定圧力に下げて2次側(下流側)に供給し、2次側の燃料配管12、燃料電池6、膜電極複合体7等のデバイスの破損を防止するための装置である。すなわち、減圧弁100は、2次側の水素ガスの圧力を、1次側の水素ガスの圧力よりも低い、ある一定圧力に維持する装置である。また、減圧弁100は、単に圧力を下げるだけでなく、1次側の圧力変動による流量を動的に制御するための装置でもある。
このような減圧弁100としては、例えば、直動式減圧弁、パイロット式減圧弁、チェック弁付き減圧弁、ハイリリーフ減圧弁等から、適宜選択して使用可能である。
[Pressure reducing valve]
The pressure reducing valve (regulator) 100 lowers the high-pressure hydrogen gas supplied from the primary (upstream) hydrogen tank 5 to a predetermined pressure and supplies it to the secondary (downstream) side. This is an apparatus for preventing damage to devices such as the
As such a
ここで、減圧弁100について、図2を参照してさらに説明する。
図2に示すように、減圧弁100は、ケーシング101と、弁体105と、ダイヤフラム108と、連結棒109と、弁体105を付勢する圧縮コイルバネ107と、ダイヤフラム108を付勢する圧縮コイルバネ110と、Oリング106とから構成されている。
Here, the
As shown in FIG. 2, the
ケーシング101は、その内部に、1次側シリンダ102と、2次側シリンダ103と、1次側シリンダ102と2次側シリンダ103を連通する連通路104と、を有している。1次側シリンダ102は、燃料配管11を介して水素タンク5と連通している。また、2次側シリンダ103は、燃料配管12を介して燃料電池6の水素流路6a(図1参照)と連通している。
The
1次側シリンダ102には、前記弁体105が1次側シリンダ102の軸方向にスライド自在に内蔵されている。
2次側シリンダ103には、前記ダイヤフラム108が内蔵されている。ダイヤフラム108は、2次側シリンダ103を、水素ガスが流通するガス流通室103aと水素ガスが侵入不能である背圧室103bとに仕切っている。
連結棒109は、前記連通路104に遊挿されると共に、弁体105とダイヤフラム108とを連結している。したがって、弁体105と連結棒109とダイヤフラム108とは、一体的に構成されている。
The
The
The connecting
弁体105は、円盤状のシート板部105aと、1次側シリンダ102の軸方向に弁体105を案内する案内棒部105bとから構成されている。そして、圧縮コイルバネ107は、シート板部105aとケーシング101との間に介装されており、シート板部105aを連通路104側に付勢している。
The
Oリング106は、1次側シリンダ102の連通路104側の端面に設けられている。そして、弁体105が、連通路104側に押し付けられたとき、シート板部105aがOリング106と密着することで、1次側シリンダ102と、連通路104つまり2次側シリンダ103とを遮断可能となっている。このように遮断されると、水素タンク5から1次側シリンダ102に供給された水素ガスは、2次側シリンダ103に供給不能となっている。
The O-
圧縮コイルバネ110は、ダイヤフラム108の背圧室103b側に設けられており、ダイヤフラム108をガス流通室103a側、すなわち連通路104側に付勢している。一般には、圧縮コイルバネ110の圧縮程度を変化させることで付勢力を調整し、ダイヤフラム108と一体的な弁体105が開閉する圧力、すなわち、減圧弁100により減圧された2次側の圧力が設定される。
The
さらに、減圧弁100について説明を続ける。
減圧弁100の作動圧力を所定値に設定し、例えば、水素タンク5を装着したばかりで2次側の内圧が十分に上昇していない場合、図2(a)に示すように、ダイヤフラム108に下向きに作用する圧縮コイルバネの付勢力F1が、2次側シリンダ103のガス流通室103aの内圧及び圧縮コイルバネ107の付勢力で構成された、ダイヤフラム108に上向きに作用する力F2を上回り、ダイヤフラム108をガス流通室103a側へ押し下げる。そうすると、図2(a)に示すように、ダイヤフラム108と連結した弁体105も下向きに押し下げられ、シート板部105aはOリング106から離間した状態となり、水素ガスは、1次側シリンダ102から、連通路104を経由して2次側シリンダ103に供給されるようになっている。
Further, the description of the
When the operating pressure of the
一方、図2(b)に示すように、弁体105のシート板部105aがOリング106と密着し、1次側シリンダ102と2次側シリンダ103とが遮断されている閉弁状態において、2次側の内圧が低下した場合について説明する。
2次側シリンダ103のガス流通室103aの水素ガスの内圧が低下すると、ダイヤフラム108に上向きに作用する力F2に抗して、図2(a)に示すように、圧縮コイルバネ110がダイヤフラム108をガス流通室103a側へ押し下げる。ダイヤフラム108が押し下げられると、弁体105も押し下げられる。そうすると、シート板部105aとOリング106との密着による遮断も開放される。このように遮断が開放されると、水素ガスは、1次側シリンダ102から連通路104を経由して2次側シリンダ103に供給されるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the valve-closed state in which the
When the internal pressure of the hydrogen gas in the
このような減圧弁100の動作、つまり開弁状態、閉弁状態が繰り返されることで、水素ガスは、1次側から2次側に、所定圧力に減圧して供給されるようになっている。
By repeating such an operation of the
さらに、減圧弁100は、一般に、固有のヒステリシス特性を有する。そして、減圧弁100は、前記ヒステリシス特性により、2次側で水素ガスが連続的に消費される場合であって、(A)減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時と、(B)減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時とで、異なる作動特性を示す。この減圧弁100のヒステリシス特性による作動特性について、図3を参照して説明する。ここでは、減圧弁100を設定圧力P0、つまり2次側が圧力P0となるように設定した場合について説明する。
Further, the
(A)減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時
減圧弁100の2次側で水素ガスを消費しつつ、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時には、減圧弁100は、図3に示すように、下に略凸のルートR1の軌跡となる2次側シリンダ103(図2参照)の圧力以下で作動する(開放する)、という特性を有している。そして、減圧弁100の下流を流通する水素ガス量の増加に伴って、減圧弁100の作動圧力は、設定圧力P0より小さい下限作動圧力P1に近づき、最終的には下限作動圧力P1になるという特性を有している。
(A) When the flow rate of hydrogen gas flowing downstream of the
When the flow rate of the hydrogen gas flowing downstream of the
(B)減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時
一方、減圧弁100の2次側で水素ガスを消費しつつ、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時には、減圧弁100が閉じると共に、図3に示す上に略凸のルートR2の軌跡で減圧弁100の2次側の圧力が上昇し、減圧弁100の下流の流量が減少するという特性を有している。そして、減圧弁100の下流を流通する水素ガス量の減少に伴って、減圧弁100の作動圧力は、設定作動圧力P0より大きい上限作動圧力P2に近づき、最終的には上限作動圧力P2になるという特性を有している。
(B) When the flow rate of hydrogen gas flowing downstream of the
図1に戻って、遮断弁の開閉状態判定システムS1の説明を続ける。 Returning to FIG. 1, the description of the shut-off valve open / close state determination system S1 will be continued.
[圧力センサ]
圧力センサ41(燃料ガス圧力検出器)は、減圧弁100の上流側の燃料配管11内部の水素ガスの圧力を検出するものである。このような圧力センサ41としては、例えば、金属ダイヤフラム式圧力計を使用することができる。また、圧力センサ41は、遮断弁開閉状態判定手段70に電気的に接続しており、遮断弁開閉状態判定手段70は、燃料配管11を流通する水素ガスの圧力を監視可能となっている。
[Pressure sensor]
The pressure sensor 41 (fuel gas pressure detector) detects the pressure of hydrogen gas inside the
[遮断弁開閉状態判定手段]
遮断弁開閉状態判定手段70は、基準圧力変化量データ記憶部71と、最大遅れ時間データ記憶部72と、遮断弁開閉状態判定部73とを備えて構成されている。
基準圧力変化量データ記憶部71及び最大遅れ時間データ記憶部72は、ハードディスクドライブ等の記憶媒体から構成されている。遮断弁開閉状態判定部73は、CPU、ROM、I/O等から構成されている。
これらは電気的に相互に接続しており、データのやり取りが自在となっている。
[Shut-off valve open / close state determination means]
The shut-off valve open / close state determination means 70 includes a reference pressure change amount
The reference pressure change amount
These are electrically connected to each other so that data can be exchanged freely.
(基準圧力変化量データ記憶部)
基準圧力変化量データ記憶部71には、遮断弁21への閉弁指令がなされた後、水素ガスの圧力の低下程度の判定基準となる判定基準圧力変化量(ΔPx)が記憶されている。すなわち、判定基準圧力変化量(ΔPx)は、遮断弁開閉状態判定手段70に予め設定されている。判定基準圧力変化量(ΔPx)は、例えば、遮断弁21が完全に閉じている状態で、燃料電池6を発電する事前試験により検出された圧力より求められる単位時間当たりの圧力変化量である。
(Reference pressure change data storage unit)
The reference pressure change amount
(最大遅れ時間データ記憶部)
最大遅れ時間データ記憶部72には、遮断弁21への閉弁指令がなされた後に、圧力センサ41が水素ガスの圧力の低下を、最も遅れて検出するときの最大遅れ時間(Ta max)が、記憶されている。最大遅れ時間(Ta max)は、減圧弁100のヒステリシス特性に基づいて設定された時間である。
(Maximum delay time data storage)
In the maximum delay time
最大遅れ時間(Ta max)について、さらに説明する。
第1実施形態では、図1に示すように、圧力センサ41は、減圧弁100の1次側(上流側)に配置している。
まず、図3において、例えば、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時であって、2次側の圧力が上限作動圧力P2に相当するn点で、遮断弁21が完全に閉じられた場合について説明する。ここで、遮断弁21が閉じられた時間を、図4(a)に示す時間T0aとする。時間T0aにおいて、減圧弁100の2次側の圧力はP2である。また、時間T0aにおける1次側の圧力をP5とする。
The maximum delay time (Ta max) will be further described.
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the pressure sensor 41 is disposed on the primary side (upstream side) of the
First, in FIG. 3, for example, when the flow rate of hydrogen gas flowing downstream of the
最初に、時間T0aにおいて、減圧弁100は閉弁している。つまり、シート板部105a(図2参照)がOリング106に密着し、1次側シリンダ102と2次側シリンダ103とは遮断されている。
また、遮断弁21が閉じられた時間T0aにおいて、減圧弁100の作動圧力は、図3の矢印A1に示すように、減圧弁100のヒステリシス特性(前歴効果)の影響を受けて、n点に対応した上限作動圧力P2から、同一の水素ガス量であるm点に対応した下限作動圧力P1に切り替わる。したがって、減圧弁100は、2次側の圧力がP2からP1に低下するとき(T1)まで、閉弁状態を維持することになる(図4(a)参照)。
First, at time T0a, the
Further, at the time T0a when the shut-off
すなわち、図4(a)に示す時間T0a以降において、1次側の圧力P5は、時間T1まで変化せず一定値を示す。一方、2次側の圧力は、燃料電池6の発電の継続に伴って水素ガスが消費されるため、発電量に対応した水素ガス消費の程度に応じて低下する。そして、2次側の圧力がP1まで低下すると(T1)、減圧弁100が作動し、1次側から2次側に水素ガスが逐次供給される。その結果、2次側の圧力は低下せず、1次側の圧力が低下する(T1〜T2)。さらに、1次側の圧力が2次側の圧力まで低下(T2)した以降では、減圧弁100が再び作動し継続して開弁状態となり、1次側と2次側の圧力は同様に低下する。
つまり、1次側の圧力は、2次側の圧力が下限作動圧力P1に低下した後に、遅れて低下し、2次側の圧力が下限作動圧力P1に低下するまでの時間を、遅れ時間Aとする。
That is, after the time T0a shown in FIG. 4A, the primary pressure P5 does not change until the time T1 and shows a constant value. On the other hand, the pressure on the secondary side is reduced according to the degree of hydrogen gas consumption corresponding to the amount of power generation because hydrogen gas is consumed as the power generation of the fuel cell 6 continues. Then, the pressure on the secondary side drops to P1 (T1),
That is, the primary side pressure is delayed after the secondary side pressure is reduced to the lower limit operating pressure P1, and the time until the secondary side pressure is reduced to the lower limit operating pressure P1 is expressed as a delay time A. And
次に、図3において、例えば、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時であって、上限作動圧力P1に相当するm点で、遮断弁21が完全に閉じられた場合について説明する。ここで遮断弁21が閉じられた時間を、図4(b)に示す時間T0bとする。また、時間T0bにおいて、減圧弁100の2次側の圧力をP1、1次側の圧力をP5とする。
Next, in FIG. 3, for example, the case where the
このような状態で、燃料電池6の発電の継続により、減圧弁100の2次側で水素ガスが消費されて2次側の圧力が低下すると、減圧弁100が逐次作動し1次側の圧力が2次側の圧力と等しくなるまで(時間T3)、2次側では水素ガス圧力は低下しない状態となる。このように1次側の圧力が2次側の圧力と等しくなるまでの時間を、遅れ時間Bとする。
In such a state, when hydrogen gas is consumed on the secondary side of the
以上をまとめると、図4(a)に示すように、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時には、減圧弁100が有するヒステリシス特性により、減圧弁100の2次側の圧力が下限作動圧力P1(図3参照)まで低下した(T1)後、減圧弁100が作動し、燃料電池6の発電に対応して1次側の圧力が低下する。
一方、図4(b)に示すように、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時には、遮断弁21の閉弁直後から、燃料電池6の発電量に対応して1次側の圧力は低下する。
In summary, as shown in FIG. 4A, when the flow rate of the hydrogen gas flowing downstream of the
On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the flow rate of the hydrogen gas flowing downstream of the
したがって、第1実施形態では、圧力センサ41が、減圧弁100の上流側(1次側)に配置しているため、圧力センサ41により、遮断弁21の閉弁後、遅れ時間Aだけ遅れて、減圧弁100の1次側の圧力の低下が検出される場合がある。
Therefore, in the first embodiment, since the pressure sensor 41 is arranged on the upstream side (primary side) of the
よって、減圧弁100の1次側の圧力の低下が最も遅れるときの最大遅れ時間(Ta max)は、例えば、事前の試験に基づいて、次の式(1)に示すように、遮断弁21の閉弁後、減圧弁100の2次側の圧力が、減圧弁100の下限作動圧力P1と等しくなるまでに、燃料電池6で消費される水素ガスの最大量(Qa max)を、燃料電池6の発電により単位時間に消費される水素ガス消費量(Q1)で除すことにより、算出することができる。
Therefore, the maximum delay time (Ta max) when the pressure drop on the primary side of the
Ta max=Qa max/Q1 …(1) Ta max = Qa max / Q1 (1)
式(1)は、次の式(2)に示すように変形される。 Equation (1) is transformed as shown in the following equation (2).
Tb max=z×ΔP×V12/Q1 …(2) Tb max = z × ΔP × V12 / Q1 (2)
ここで、式(2)において、ΔPは減圧弁100の下限作動圧力P1と上限作動圧力P2との差であり、減圧弁100に固有のヒステリシス特性に基づく値である。また、V12は燃料配管12の容積であり、zは圧縮係数である。
Here, in Expression (2), ΔP is a difference between the lower limit operating pressure P1 and the upper limit operating pressure P2 of the
そして、このように算出された最大遅れ時間(Ta max)が、最大遅れ時間データ記憶部72に記憶されており、遮断弁開閉状態判定手段70に予め設定されている。
The maximum delay time (Ta max) calculated in this way is stored in the maximum delay time
(遮断弁開閉状態判定部)
遮断弁開閉状態判定部73は、タイマーを有すると共に、遮断弁21の閉弁指令から最大遅れ時間(Ta max)が経過するまでは、水素ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、水素ガスの圧力の低下した場合に、遮断弁21は閉じていると判定し、遮断弁21の閉弁指令から最大遅れ時間(Ta max)が経過しても、水素ガスの圧力が低下しない場合に、遮断弁21は開いていると判定するように構成されている。
(Shut-off valve open / close state determination unit)
The shut-off valve open / close
[遮断弁の開閉状態判定システムS1の動作]
続いて、第1実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムS1の動作と共に、遮断弁21の開閉状態判定方法について説明する。
[Operation of shutoff valve open / close state determination system S1]
Then, the open / close state determination method for the
遮断弁21の開閉状態判定方法は、遮断弁21に閉弁指令を発する第1工程と、前記閉弁指令後、燃料電池6の発電を継続することによって、燃料ガス供給配管10の内部の水素ガスを消費しつつ、圧力センサ41で減圧弁100の上流側の水素ガス圧力変化量を検出する第2工程と、遮断弁21の開閉状態を判定する第3工程を有している。
ここで、特許請求の範囲における「燃料ガス供給系」は、第1実施形態では、燃料ガス供給配管10と、遮断弁21と、減圧弁100とから構成されている。
The method for determining the open / close state of the shut-off
Here, in the first embodiment, the “fuel gas supply system” in the claims includes a fuel gas supply pipe 10, a shut-off
まず、燃料電池6の発電状況について、図1を参照して、簡単に説明する。
燃料電池6の水素流路6aには、水素タンク5から減圧弁100で所定圧力に減圧された水素ガスが連続的に供給される。酸素流路6bには、酸素ガスを含む空気が連続的に供給される。
このような状態で、外部回路50が電気的に接続されることで、燃料電池6は発電し、電動モータ51が稼動する。このように燃料電池6が発電すると、アノード側では水素ガスが消費され、カソード側では空気中の酸素ガスが消費される。
First, the power generation status of the fuel cell 6 will be briefly described with reference to FIG.
Hydrogen gas decompressed to a predetermined pressure by the
In such a state, when the
そして、第1実施形態では、このように発電中の燃料電池6を停止させる際に、遮断弁開閉状態判定手段70から遮断弁21に閉弁指令を発した場合に、遮断弁21が実際に閉じたか否かを判定するときについて、図1及び図5を参照して説明する。
In the first embodiment, when the fuel cell 6 that is generating power is stopped in this way, when the shut-off valve opening / closing state determination means 70 issues a valve closing command to the shut-off
(第1工程)
燃料電池6の発電の停止を実行すると、遮断弁開閉状態判定手段70は、閉弁指令を遮断弁21に発し、遮断弁21を閉じる(S1、Yes)。閉弁指令を発しない場合(S1、No)は、燃料電池6を停止しない場合である。
(First step)
When the power generation stop of the fuel cell 6 is executed, the shut-off valve open / close state determining means 70 issues a valve close command to the shut-off
また、前記閉弁指令を遮断弁21に発すると共に、遮断弁開閉状態判定部73は、内臓するタイマを始動させる(S2)。
Further, the valve closing command is issued to the shut-off
(第2工程)
そして、遮断弁21への閉弁指令後も燃料電池6の発電を継続し、燃料ガス供給配管10内の水素ガスを消費する。
(Second step)
Then, the power generation of the fuel cell 6 is continued even after the valve closing instruction to the
遮断弁開閉状態判定部73は、開閉状態の判定基準となる判定基準圧力変化量(ΔPx)を、基準圧力変化量データ記憶部71から読み出して取得する(S3)。
The shut-off valve open / close
次いで、遮断弁開閉状態判定部73は、最大遅れ時間データ記憶部72から、最大遅れ時間(Ta max)を読み出して取得する(S4)。
Next, the shut-off valve open / close
(第3工程)
そこで、遮断弁開閉状態判定部73は、圧力センサ41が検出する圧力により求まる単位時間当たりの水素ガスの圧力変化量ΔP(以下、検出圧力変化量)の絶対値(以下「|検出圧力変化量|(|ΔP|)」と示す)と、判定基準圧力変化量(ΔPx)の絶対値(以下、「|判定基準圧力変化量|(|ΔPx|)」とする)とを比較して、遮断弁21の開閉状態を判定する(S5)。
(Third step)
Therefore, the shut-off valve open / close
具体的には、「|検出圧力変化量|(|ΔP|)」が、「|判定基準圧力変化量|(|ΔPx|)」以上である場合(S5、Yes)、遮断弁開閉状態判定部76は、遮断弁21は閉まっていると判定し(S6)、遮断弁21の開閉状態判定方法を終了する。
Specifically, when “| detected pressure change amount | (| ΔP |)” is equal to or greater than “| judgment reference pressure change amount | (| ΔPx |)” (S5, Yes), the shut-off valve open / close state determination unit 76 determines that the shut-off
一方、「|検出圧力変化量|(|ΔP|)」が、「|判定基準圧力変化量|(|ΔPx|)」より小さい場合(S5、No)、次いで、遮断弁開閉状態判定部73は、遮断弁21の閉弁指令からの経過時間Tと、前記した最大遅れ時間(Ta max)とを比較する(S7)。
On the other hand, if “| detected pressure change amount | (| ΔP |)” is smaller than “| judgment reference pressure change amount | (| ΔPx |)” (S5, No), then the shut-off valve open / close
そして、前記経過時間Tが、最大遅れ時間(Ta max)より小さい場合、すなわち、遮断弁21の閉弁指令後、未だ最大遅れ時間(Ta max)を経過していない場合(S7、No)、遮断弁開閉状態判定手段73は、流量減少時に遮断弁21が閉じられた場合を考慮し(図4(a)参照)、引き続いて新たに圧力センサ41により検出された圧力より得られる「|検出圧力変化量|(|ΔP|)」と、「|判定基準圧力変化量|(|ΔPx|)」とを、比較する(S5)。
When the elapsed time T is smaller than the maximum delay time (Ta max), that is, when the maximum delay time (Ta max) has not yet elapsed after the valve closing command of the shut-off valve 21 (S7, No), The shut-off valve open / close state determination means 73 considers the case where the shut-off
一方、前記経過時間Tが、前記最大遅れ時間(Ta max)以上である場合、すなわち、遮断弁21の閉弁指令を発した後、最大遅れ時間(Ta max)以上経過した場合(S7、Yes)、遮断弁開閉状態判定手段76は、遮断弁21は開いていると判定し(S8)、遮断弁21の開閉状態判定方法を終了する。
また、このように遮断弁21に閉弁指令が発せられているにも関わらず、実際には遮断弁21が閉じていない場合は、遮断弁開閉状態判定手段70が警告ランプ(警告手段)を点灯させるようにしてもよい。
On the other hand, when the elapsed time T is equal to or greater than the maximum delay time (Ta max), that is, when the maximum delay time (Ta max) has elapsed after issuing the valve closing command for the shut-off valve 21 (S7, Yes). ), The shutoff valve open / close state determination means 76 determines that the
In addition, when the shut-off
このように遮断弁の開閉状態判定システムS1及び遮断弁21の開閉状態判定方法によれば、遮断弁21が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。すなわち、遮断弁21の閉弁指令後、減圧弁100のヒステリシス特性により、減圧弁100の上流側の水素ガスの圧力が遅れて低下しても、誤って遮断弁21が開いていると判定することはない。
Thus, according to the open / close state determination system S1 of the shutoff valve and the open / close state judgment method of the
また、減圧弁100の上流側に1つの圧力センサ41を設けるのみで、遮断弁21の開閉状態を判定することができる。さらに実際には、減圧弁100の下流側に、別の圧力センサが設けられていたが、当該別の圧力センサが故障した場合であっても、遮断弁21の開閉状態を判定することができる。
Further, the open / close state of the shut-off
<第2実施形態>
続いて、第2実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムについて、図6を参照して説明する。図6は、第2実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成図である。
Second Embodiment
Next, the shutoff valve open / close state determination system according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an overall configuration diagram of the shutoff valve open / close state determination system according to the second embodiment.
図6に示すように、第2実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムS2は、第1実施形態において減圧弁100の上流側(1次側)で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ41に代えて、減圧弁100の下流側(2次側)で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ42を備えたことを主たる特徴とする。
As shown in FIG. 6, the shutoff valve open / close state determination system S <b> 2 according to the second embodiment is a pressure sensor 41 that detects the pressure of hydrogen gas on the upstream side (primary side) of the
このように第2実施形態では、圧力センサ42は、減圧弁100の下流側(2次側)に配置していることにより、図4(a)に示すように、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量減少時に遮断弁21が閉じられたとき(T0a)には、2次側の圧力は燃料電池6の発電量に対応して低下するが、図4(b)に示すように、減圧弁100の下流を流通する水素ガスの流量増加時に遮断弁21が閉じられたとき(T0b)には、1次側の圧力が、2次側の圧力である減圧弁100の下限作動圧力P1に低下するまで(T3)、2次側の圧力は変化しないため、遅れ時間Bが発生することを考慮する。
As described above, in the second embodiment, the
そして、第2実施形態に係る遮断弁開閉状態判定手段70’の最大遅れ時間データ記憶部72’には、第1実施形態に係る最大遅れ時間(Ta max)に代えて、最大遅れ時間(Tb max)が記憶されている。
In the maximum delay time
第2実施形態に係る最大遅れ時間(Tb max)は、例えば、次の式(3)に示すように、遮断弁21を閉じた後、減圧弁100の1次側の圧力が2次側の圧力と等しくなるまでに、減圧弁100の1次側から2次側に供給される水素ガスの最大量(Qb max)を、燃料電池6の発電により単位時間に消費される水素ガス消費量(Q1)で除すことにより算出することができる。
The maximum delay time (Tb max) according to the second embodiment is, for example, as shown in the following equation (3), after the shut-off
Tb max=Qb max/Q1 …(3) Tb max = Qb max / Q1 (3)
式(3)は、次の式(4)に示すように変形される。 Equation (3) is transformed as shown in the following equation (4).
Tb max=[z×(P5 max−P1)×V11]/Q1 …(4) Tb max = [z × (P5 max−P1) × V11] / Q1 (4)
ここで、式(4)において、「P5 max」は、減圧弁100の1次側の最大圧力を示し、P1は減圧弁100の下限作動圧力を示し、V11は燃料配管11の容積を示し、zは圧縮係数を示す。また、第1実施形態では、P5 maxは、水素タンク5に封入された水素ガスの圧力に相当する。
Here, in Expression (4), “P5 max” indicates the maximum pressure on the primary side of the
[遮断弁開閉状態判定システムS2の動作]
続いて、第2実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムS2の動作と共に、遮断弁21の開閉状態の判定方法について説明する。
[Operation of shutoff valve open / close state determination system S2]
Then, the determination method of the open / close state of the shut-off
第2実施形態に係る遮断弁21の開閉状態判定方法において、第1実施形態に係るステップS5(図5参照)では、圧力センサ42が検出した圧力より得られる「|検出圧力変化量|(ΔP)」と「|判定基準圧力変化量|(|ΔPx|)」とを比較し、ステップS7では、遮断弁の閉弁指令からの経過時間Tと、前記最大遅れ時間(Tb max)とを比較して、遮断弁21が実際に閉じているか否かを判定する。
In the open / close state determination method of the
以上、本発明の好適な各実施形態について一例を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせてもよいし、その他に例えば以下のような適宜な変更が可能である。 As mentioned above, although an example was demonstrated about each preferred embodiment of this invention, this invention is not limited to each said embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, each component demonstrated by each embodiment is suitably used. They may be combined, and other appropriate changes such as the following are possible.
前記した各実施形態では、燃料ガス供給源を水素タンク5、ガス消費機器を燃料電池6としたが、本発明はこれに限定されず、その他に例えば、燃料ガス源をCNG(Compressed Natural Gas)タンクとし、ガス消費機器をCNGエンジンとしてもよい。このような場合は、CNGエンジンの運転出力は、CNGエンジンの回転数から検出してもよいし、CNGエンジンに供給されたCNGは全て消費されると仮定し、CNGエンジンの直上流側に例えば流量計を設けて、この流量計によりCNGエンジンの運転出力を算出してもよい。 In each of the above-described embodiments, the fuel gas supply source is the hydrogen tank 5 and the gas consuming device is the fuel cell 6. However, the present invention is not limited to this. For example, the fuel gas source may be CNG (Compressed Natural Gas). It is good also as a tank and it is good also considering a gas consumption apparatus as a CNG engine. In such a case, the operation output of the CNG engine may be detected from the rotational speed of the CNG engine, and it is assumed that all of the CNG supplied to the CNG engine is consumed. A flow meter may be provided, and the operation output of the CNG engine may be calculated by this flow meter.
前記した第1実施形態に係る最大遅れ時間(Ta max)に、さらに安全係数を乗算した時間や、遮断弁開閉状態判定部73の作動時間を加えたりした時間と、遮断弁の21の閉弁指令からの経過時間とを比較することで、遮断弁21の開閉状態の判定精度を高めるようにしてもよい。
The time obtained by multiplying the maximum delay time (Ta max) according to the first embodiment described above by a safety factor, the operation time of the shut-off valve open / close
前記した第1実施形態では、遮断弁21と燃料電池6との間に1つの減圧弁100を有し、減圧弁100の上流側に設けられた圧力センサ41で、水素ガスの圧力を検出する場合としたが、本発明はこれに限定されず、減圧弁は複数であってもよい。このように減圧弁が複数の場合は、圧力センサの設置位置に影響を及ぼす減圧弁の遅れを考慮することで、遮断弁の実際に閉じているか否かを判定することができる。
In the first embodiment described above, one
前記した第1実施形態では、遮断弁21と減圧弁100とは、燃料配管11を介して連通された構成としたが、遮断弁21と減圧弁100とは一体型であってもよい。このように一体型で場合には、遮断弁と減圧弁との間の配管部分を燃料ガス供給配管とみなす。
In the first embodiment described above, the
前記した第1実施形態では、遮断弁開閉状態判定手段70は、「|検出圧力変化量|(|ΔP|)」と「基準圧力変化量(|ΔPx|)」とを比較するとしたが、単に圧力センサ41により、圧力の低下が検出されたときに、遮断弁21が閉まっていると判定するように構成してもよい。
In the first embodiment described above, the shut-off valve open / close state determination means 70 compares “| detected pressure change amount | (| ΔP |)” with “reference pressure change amount (| ΔPx |)”. The pressure sensor 41 may be configured to determine that the shut-off
前記した第2実施形態では、前記した式(4)における「P5 max」を水素タンク5に封入された水素ガスの圧力を一定とみなし、この一定とみなした水素ガスの圧力に応じて最大遅れ時間(Tb max)を算出したが、本発明はこれに限定されずその他に例えば、仮に減圧弁100の上流側に別の圧力センサがあり、減圧弁100の上流側の圧力が上下に変動した場合には、この上下に変動する圧力に対応して「P5 max」を設定して最大遅れ時間(Tb max)を算出して設定してもよい。このような場合、実際の1次側の圧力に応じて最大遅れ時間(Tb max)が設定されることになるので、判定時間を短くすることができる。
またその他に、予め水素タンク5に封入された水素ガスの平均圧力を見積もって、この平均圧力を「P5 max」として最大遅れ時間(Tb max)を算出し設定してもよい。
In the second embodiment described above, “P5 max” in Equation (4) is regarded as a constant pressure of the hydrogen gas sealed in the hydrogen tank 5, and the maximum delay is determined according to the pressure of the hydrogen gas regarded as constant. Although the time (Tb max) is calculated, the present invention is not limited to this. For example, there is another pressure sensor on the upstream side of the
Alternatively, the average pressure of the hydrogen gas previously sealed in the hydrogen tank 5 may be estimated, and the maximum delay time (Tb max) may be calculated and set with this average pressure as “P5 max”.
S1、S2 遮断弁の開閉状態判定システム
5 水素タンク(燃料ガス供給源)
6 燃料電池(ガス消費機器)
10 燃料供給配管
21 遮断弁
41、42 圧力センサ
70、70’ 遮断弁開閉状態判定手段
71 基準圧力変化量データ記憶部
72、72’ 最大遅れ時間データ記憶部
73 遮断弁開閉状態判定部
100 減圧弁
S1, S2 Shutdown valve open / close state determination system 5 Hydrogen tank (fuel gas supply source)
6 Fuel cell (gas consuming equipment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (5)
前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、
前記減圧弁の上流側で、燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、
前記遮断弁への閉弁指令がなされた後、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力に基づき、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段と、を備え、
前記遮断弁開閉状態判定手段は、
前記閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定するように構成され、
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁のヒステリシス特性に基づき、予め前記遮断弁開閉状態判定手段に設定された時間であって、二次側圧力が当該減圧弁の上限作動圧力から下限作動圧力に低下するまでの時間である
ことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システム。 A fuel gas supply pipe communicating the fuel gas supply source and the gas consuming device;
A shutoff valve and a pressure reducing valve provided in order on the fuel gas supply pipe from the fuel gas supply source toward the gas consuming device,
A fuel gas pressure detector for detecting the pressure of the fuel gas upstream of the pressure reducing valve;
A shut-off valve open / close state determining means for determining the open / close state of the shut-off valve based on the pressure detected by the fuel gas pressure detector after a valve closing command to the shut-off valve is made;
The shut-off valve open / close state determining means includes
Until the predetermined maximum delay time elapses from the valve closing command, it is determined whether or not the pressure decreases, and when the pressure decreases, it is determined that the shutoff valve is closed,
Even if the maximum delay time elapses from the valve closing command, when the pressure does not decrease, it is determined that the shutoff valve is open ,
The maximum delay time is a time set in advance in the shut-off valve open / close state determination means based on the hysteresis characteristic of the pressure reducing valve, and the secondary pressure decreases from the upper limit operating pressure of the pressure reducing valve to the lower limit operating pressure. It is time to do
Closing state determination system of the shut-off valve characterized by the this.
前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、
前記減圧弁の下流側で、燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、
前記遮断弁への閉弁指令がなされた後、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力に基づき、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段と、を備え、
前記遮断弁開閉状態判定手段は、
前記閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定するように構成され、
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁の上流側の圧力が、前記減圧弁の下限作動圧力に低下するまでの時間であって、前記減圧弁の上流側の圧力に応じて設定される
ことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システム A fuel gas supply pipe communicating the fuel gas supply source and the gas consuming device;
A shutoff valve and a pressure reducing valve provided in order on the fuel gas supply pipe from the fuel gas supply source toward the gas consuming device,
Under downstream of the pressure reducing valve, and the fuel gas pressure detector which detects the pressure of the fuel gas,
A shut-off valve open / close state determining means for determining the open / close state of the shut-off valve based on the pressure detected by the fuel gas pressure detector after a valve closing command to the shut-off valve is made;
The shut-off valve open / close state determining means includes
Until the predetermined maximum delay time elapses from the valve closing command, it is determined whether or not the pressure decreases, and when the pressure decreases, it is determined that the shutoff valve is closed,
Even if the maximum delay time elapses from the valve closing command, when the pressure does not decrease, it is determined that the shutoff valve is open ,
The maximum delay time is a time until the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve decreases to the lower limit operating pressure of the pressure reducing valve, and is set according to the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve. Open / close state judgment system for shutoff valve
前記遮断弁に閉弁指令を発する第1工程と、
前記閉弁指令後、前記ガス消費機器の運転を継続することによって、前記燃料ガス供給配管内の燃料ガスを消費しつつ、
前記遮断弁の上流側で、燃料ガスの圧力を検出する第2工程と、
前記閉弁指令から、所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から、前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定する第3工程と、
を有し、
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁のヒステリシス特性に基づき、予め前記遮断弁開閉状態判定手段に設定された時間であって、二次側圧力が当該減圧弁の上限作動圧力から下限作動圧力に低下するまでの時間である
ことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定方法。 A fuel gas supply pipe that communicates the fuel gas supply source and the gas consuming device, and a shutoff valve and a pressure reducing valve that are sequentially provided in the fuel gas supply pipe from the fuel gas supply source to the gas consuming device. A method for determining the open / close state of a shutoff valve in a fuel gas supply system comprising:
A first step of issuing a valve closing command to the shutoff valve;
After the valve closing instruction, by continuing the operation of the gas consuming device, while consuming the fuel gas in the fuel gas supply pipe,
A second step of detecting the pressure of the fuel gas upstream of the shutoff valve;
From the valve closing command, until a predetermined maximum delay time elapses, it is determined whether or not the pressure decreases, and when the pressure decreases, it is determined that the shutoff valve is closed,
A third step of determining that the shut-off valve is open when the pressure does not decrease even after the maximum delay time has elapsed from the valve closing command;
I have a,
The maximum delay time is a time set in advance in the shut-off valve open / close state determination means based on the hysteresis characteristic of the pressure reducing valve, and the secondary pressure decreases from the upper limit operating pressure of the pressure reducing valve to the lower limit operating pressure. A method for determining the open / close state of a shut-off valve, characterized in that it is the time until
前記遮断弁に閉弁指令を発する第1工程と、
前記閉弁指令後、前記ガス消費機器の運転を継続することによって、前記燃料ガス供給配管内の燃料ガスを消費しつつ、
前記遮断弁の下流側で、燃料ガスの圧力を検出する第2工程と、
前記閉弁指令から、所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から、前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定する第3工程と、
を有し、
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁の上流側の圧力が、前記減圧弁の下限作動圧力に低下するまでの時間であって、前記減圧弁の上流側の圧力に応じて設定される
ことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定方法。 A fuel gas supply pipe that communicates the fuel gas supply source and the gas consuming device, and a shutoff valve and a pressure reducing valve that are sequentially provided in the fuel gas supply pipe from the fuel gas supply source to the gas consuming device. A method for determining the open / close state of a shutoff valve in a fuel gas supply system comprising:
A first step of issuing a valve closing command to the shutoff valve;
After the valve closing instruction, by continuing the operation of the gas consuming device, while consuming the fuel gas in the fuel gas supply pipe,
Under downstream of the shut-off valve, and a second step of detecting a pressure of the fuel gas,
From the valve closing command, until a predetermined maximum delay time elapses, it is determined whether or not the pressure decreases, and when the pressure decreases, it is determined that the shutoff valve is closed,
A third step of determining that the shutoff valve is open when the pressure does not decrease even after the maximum delay time has elapsed from the valve closing command;
I have a,
The maximum delay time is a time until the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve decreases to the lower limit operating pressure of the pressure reducing valve, and is set according to the pressure on the upstream side of the pressure reducing valve. A method for determining the open / close state of the shut-off valve.
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