JP4940573B2 - Fuel gas supply device - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池等の燃料ガス供給先装置に対して燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置に関する。   The present invention relates to a fuel gas supply device that supplies fuel gas to a fuel gas supply destination device such as a fuel cell.

燃料電池システムでは、高圧であるほど貯蔵できる燃料量(水素量)が増加するため、燃料ガス(水素ガス)の貯蔵装置として高圧タンクを使用する場合が多い(特許文献1参照)。   In a fuel cell system, the higher the pressure, the greater the amount of fuel that can be stored (hydrogen amount). Therefore, a high-pressure tank is often used as a fuel gas (hydrogen gas) storage device (see Patent Document 1).

例えば車両に搭載される燃料電池システムでは、このような高圧タンクを並列に配置し、タンクごとに遮断弁(常開弁)、レギュレータ(調圧弁)を設けた構成の燃料ガス供給装置が提案・開発されている(図1参照)。
特開2003−90499号公報
For example, in a fuel cell system mounted on a vehicle, a fuel gas supply device with a configuration in which such high-pressure tanks are arranged in parallel and a shut-off valve (normally open valve) and regulator (regulator valve) are provided for each tank is proposed / It has been developed (see Fig. 1).
JP 2003-90499 A

図1に示す構成の場合、燃料電池システムの停止要求と同時に高圧タンクA1〜A4の遮断弁B1〜B4、燃料電池20の燃料ガス入口、燃料ガス出口にそれぞれに設けられた遮断弁45、52、及び排気流路61に設けられた遮断弁63(パージ弁)を閉弁すると、高圧タンクからの燃料ガスの流れが抑制されるため、燃料ガスが遮断弁B1〜B4とレギュレータD1〜D4間の流路部分C1〜C4内に残留したり、燃料電池20内のアノードガスチャンネル25内に残留することになる。アノードガスチャンネル25内に残留した燃料ガスは更に燃料電池システムの停止時に、電解質膜を介してアノード側からカソード側に移動することがある。この状態は、次回の燃料電池の起動時に、カソード側から燃料ガスが高濃度の状態で外部に排出される可能性がある。   In the case of the configuration shown in FIG. 1, simultaneously with the request to stop the fuel cell system, the shutoff valves B1 to B4 of the high pressure tanks A1 to A4, the shutoff valves 45 and 52 provided at the fuel gas inlet and the fuel gas outlet of the fuel cell 20, respectively. When the shutoff valve 63 (purge valve) provided in the exhaust passage 61 is closed, the flow of the fuel gas from the high pressure tank is suppressed, so that the fuel gas is between the shutoff valves B1 to B4 and the regulators D1 to D4. In the flow path portions C1 to C4, or in the anode gas channel 25 in the fuel cell 20. The fuel gas remaining in the anode gas channel 25 may further move from the anode side to the cathode side via the electrolyte membrane when the fuel cell system is stopped. In this state, when the fuel cell is started next time, there is a possibility that the fuel gas is discharged from the cathode side in a high concentration state.

これを避けるべく、従来は燃料電池システムを停止する際に、直ちに各弁を閉弁するのではなく、遮断弁B1〜B4下流の残留した燃料ガスを燃料電池で消費及び/又は外部に排出する制御を行っていた。   In order to avoid this, conventionally, when stopping the fuel cell system, each valve is not immediately closed, but the remaining fuel gas downstream of the shutoff valves B1 to B4 is consumed and / or discharged to the outside by the fuel cell. I was doing control.

また、例えばシステム起動時に全タンクの遮断弁について駆動信号線の断線/短絡等を検出するといった保安基準上の要請から、システム起動時などに全タンクについて一旦遮断弁を開弁制御する必要が生じる場合がある。この場合、開弁された全タンクにおいて遮断弁B1〜B4とレギュレータD1〜D4の間に燃料ガスが残留することになるため、タンク本数に比例してシステム停止時に消費又は排気する燃料ガス量が増加し、その結果、燃費が悪化してしまうという問題が生じる。   In addition, for example, when the system is started, it is necessary to temporarily control the opening of the shut-off valves for all the tanks at the time of system start-up due to a request based on safety standards such as detecting the disconnection / short circuit of the drive signal line for the shut-off valves of all tanks. There is a case. In this case, since fuel gas remains between the shutoff valves B1 to B4 and the regulators D1 to D4 in all the opened tanks, the amount of fuel gas consumed or exhausted when the system is stopped is proportional to the number of tanks. As a result, there arises a problem that fuel consumption deteriorates.

更に、燃料ガスの消費又は排気のために必要な時間も増大することから、迅速にシステムを停止させることができないという問題も生じる。特に、タンク圧力が大きいほど残留する燃料ガスが増大するため、高圧タンクの使用を前提とする構成において、これらは無視できない問題である。   Furthermore, since the time required for fuel gas consumption or exhaustion also increases, there arises a problem that the system cannot be shut down quickly. In particular, since the remaining fuel gas increases as the tank pressure increases, these are problems that cannot be ignored in a configuration premised on the use of a high-pressure tank.

そこで、本発明は、燃料電池システムが、高圧タンクを並列に配置し、タンクごとに遮断弁、レギュレータを設けた燃料ガス供給装置を備える場合において、遮断弁とレギュレータの間に残留する燃料ガスを有効に利用し、システム停止時に消費又は排気すべき燃料ガス量を抑制して、燃費の悪化を抑制するとともに、迅速にシステムを停止できるようにすることを目的とする。   Therefore, the present invention provides a fuel cell system in which a high-pressure tank is arranged in parallel and a fuel gas supply device provided with a shut-off valve and a regulator is provided for each tank. An object is to effectively use the fuel gas to be consumed or exhausted when the system is stopped, to suppress deterioration of fuel consumption, and to stop the system quickly.

上記の課題を解決するため、本発明の燃料ガス供給装置は、燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関係する情報を検出する検出装置と、前記検出した燃料ガスの存在量に関係する情報に基づいて各遮断弁を開閉制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a fuel gas supply device of the present invention includes a plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to a fuel gas supply destination device, and between the high-pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device. Among the gas passages to be connected, an upstream gas passage that is arranged in parallel to the fuel gas supply destination device and is connected to a plurality of high-pressure fuel tanks, and an upstream gas passage corresponding to an outlet of each high-pressure fuel tank Information related to the amount of fuel gas existing between the shut-off valve and the regulator in each upstream gas passage, and the regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the upstream gas passage And a control means for controlling opening and closing of each shut-off valve based on the information related to the detected amount of fuel gas.

前記制御手段は、各上流ガス通路のうち燃料ガスの存在量が大きい通路に対応する遮断弁を閉弁することが好ましい。また、前記制御手段は、各上流ガス通路のうち燃料ガスの存在量が小さい通路に対応する遮断弁を開弁することが好ましい。   It is preferable that the control means closes a shutoff valve corresponding to a passage in which the amount of fuel gas is large in each upstream gas passage. Moreover, it is preferable that the said control means opens the shut-off valve corresponding to a passage with small amount of fuel gas among each upstream gas passage.

好適には、前記制御手段は、燃料ガスの存在量に関係する情報のうち各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、少なくとも一つの遮断弁を選択して閉弁することを特徴とする。この場合、前記制御手段は、レギュレータ圧が最も大きい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して閉弁することが望ましい。   Preferably, the control means selects and closes at least one shut-off valve based on the magnitude of the regulator pressure of each regulator from the information related to the fuel gas abundance. In this case, it is desirable that the control means select and close at least the shutoff valve of the high-pressure fuel tank having the highest regulator pressure.

好適には、前記制御手段は、燃料ガスの存在量に関係する情報のうち各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、少なくとも一つの遮断弁を選択して開弁することを特徴とする。この場合、前記制御手段は、レギュレータ圧が最も小さい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して開弁することが望ましい。又は、前記制御手段は、予めレギュレータ圧が小さくなるように設定されている高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して開弁することが望ましい。   Preferably, the control means selects and opens at least one shut-off valve based on the magnitude of the regulator pressure of each regulator from the information related to the amount of fuel gas present. In this case, it is preferable that the control means selects and opens at least the shutoff valve of the high-pressure fuel tank having the smallest regulator pressure. Alternatively, it is desirable that the control means selects and opens at least a shut-off valve of a high-pressure fuel tank that is set in advance so that the regulator pressure is reduced.

また好適には、前記制御手段は、燃料ガス供給先装置の起動時に全ての遮断弁を開弁することを特徴とする。   Preferably, the control means opens all the shut-off valves when the fuel gas supply destination device is activated.

また好適には、前記制御手段は、高圧燃料タンクの燃料ガス残量に基づいてレギュレータ圧の大きさを判断することを特徴とする。   Preferably, the control means determines the magnitude of the regulator pressure based on the remaining amount of fuel gas in the high-pressure fuel tank.

また好適には、更に、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの消費状態を判定する判定手段を備え、前記制御手段は、前記判定手段において消費されていると判定した場合、高圧タンクごと個別に遮断弁を制御することを特徴とする。   Preferably, the apparatus further includes a determination unit that determines a consumption state of the fuel gas between the shut-off valve that is selected and closed and the regulator, and the control unit determines that the fuel is consumed in the determination unit. In this case, the shutoff valve is individually controlled for each high-pressure tank.

また本発明の燃料ガス供給装置は、燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、各遮断弁を開閉制御する制御手段と、各高圧燃料タンクの遮断弁を同時に開弁して燃料ガスを排出させた場合における、各高圧燃料タンクからの燃料ガスの排出量に基づいて、各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関係する情報を推定する手段と、を備えることを特徴とする。   The fuel gas supply device of the present invention includes a plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to the fuel gas supply destination device, and a gas passage connecting between the high-pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device. An upstream gas passage connected in parallel to the fuel gas supply destination device and connected to a plurality of high-pressure fuel tanks; a shut-off valve provided in the upstream gas passage corresponding to an outlet of each high-pressure fuel tank; A regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the gas passage, a control means for controlling opening and closing of each shut-off valve, and a shut-off valve for each high-pressure fuel tank are simultaneously opened to discharge the fuel gas. Means for estimating information related to the amount of fuel gas existing between the shutoff valve and the regulator in each upstream gas passage based on the amount of fuel gas discharged from each high-pressure fuel tank in the case of Characterized in that it obtain.

本発明によれば、燃料電池システムが、高圧タンクを並列に配置し、タンクごとに遮断弁、レギュレータを設けた燃料ガス供給装置を備える場合において、遮断弁とレギュレータの間に残留する燃料ガスを有効に利用し、システム停止時の消費又は排気すべき燃料ガス量を抑制して、燃費の悪化を抑制するとともに、迅速にシステムを停止できることができる。   According to the present invention, when the fuel cell system includes a fuel gas supply device in which high-pressure tanks are arranged in parallel and each tank is provided with a shut-off valve and a regulator, the fuel gas remaining between the shut-off valve and the regulator is removed. It is possible to effectively use and suppress the consumption or the amount of fuel gas to be exhausted when the system is stopped, thereby suppressing the deterioration of the fuel consumption, and the system can be stopped quickly.

以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は燃料電池電気自動車に搭載される燃料電池システムの概略構成を示している。   FIG. 2 shows a schematic configuration of a fuel cell system mounted on a fuel cell electric vehicle.

燃料電池システム10は、主に、燃料ガス供給装置46、酸化ガス供給装置73、燃料電池20、及び制御部80を備えて構成されている。燃料ガスは例えば水素ガスであり、酸化ガスは例えば空気である。制御部80は、車両の加速要求を検出するためのアクセルセンサ84によって検出されたアクセル開度から燃料電池20の要求発電量を求め、所望の発電量が得られるように燃料ガス供給装置46と酸化ガス供給装置73を制御し、燃料電池20に供給される燃料ガス流量と酸化ガス流量を調整する。PCU82はインバータと電圧の昇圧/降圧をするDC/DCコンバータを含む電力制御装置であり、燃料電池20が発電した直流電力を交流電力に変換して車両走行用のモータ83に供給する他、余剰電力を二次電池81に蓄電する。二次電池81はブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとしての役割を担う。   The fuel cell system 10 mainly includes a fuel gas supply device 46, an oxidizing gas supply device 73, the fuel cell 20, and a control unit 80. The fuel gas is, for example, hydrogen gas, and the oxidizing gas is, for example, air. The control unit 80 obtains the required power generation amount of the fuel cell 20 from the accelerator opening detected by the accelerator sensor 84 for detecting the acceleration request of the vehicle, and the fuel gas supply device 46 so as to obtain a desired power generation amount. The oxidizing gas supply device 73 is controlled to adjust the fuel gas flow rate and the oxidizing gas flow rate supplied to the fuel cell 20. The PCU 82 is an electric power control device including an inverter and a DC / DC converter that increases / decreases the voltage. The PCU 82 converts the DC power generated by the fuel cell 20 into AC power and supplies it to the motor 83 for driving the vehicle. Electric power is stored in the secondary battery 81. The secondary battery 81 plays a role as a regenerative energy storage source at the time of brake regeneration and an energy buffer at the time of load fluctuation accompanying acceleration or deceleration of the vehicle.

図1は燃料電池システム10の配管系統を中心とするシステム構成を示している。図1に示すように、燃料電池システム10は、燃料電池20に燃料ガスを供給するための系統と、酸化ガスを供給するための系統と、燃料電池20を冷却するための系統とを備えて構成されている。   FIG. 1 shows a system configuration centering on a piping system of the fuel cell system 10. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 includes a system for supplying fuel gas to the fuel cell 20, a system for supplying oxidizing gas, and a system for cooling the fuel cell 20. It is configured.

燃料電池20は、フッ素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等から成る高分子電解質膜21の両面にアノード極22とカソード極23をスクリーン印刷等で形成した膜・電極接合体24を備えている。膜・電極接合体24の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ(図示せず)によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極22及びカソード極23との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル25及びカソードガスチャンネル26を形成している。アノード極22では(1)式の酸化反応が生じ、カソード極23では(2)式の還元反応が生じる。燃料電池20全体としては(3)式の起電反応が生じる。
2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
2+(1/2)O2 → H2O …(3)
尚、同図では説明の便宜上、膜・電極接合体24、アノードガスチャンネル25、及びカソードガスチャンネル26から成る単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続したスタック構造を備えている。
The fuel cell 20 is a membrane / electrode assembly in which an anode electrode 22 and a cathode electrode 23 are formed by screen printing or the like on both surfaces of a polymer electrolyte membrane 21 made of a proton conductive ion exchange membrane or the like formed of a fluorine resin or the like. 24. Both surfaces of the membrane / electrode assembly 24 are sandwiched by a separator (not shown) having a flow path of fuel gas, oxidizing gas, and cooling water, and a groove shape is formed between the separator and the anode electrode 22 and the cathode electrode 23, respectively. The anode gas channel 25 and the cathode gas channel 26 are formed. An oxidation reaction of the formula (1) occurs at the anode electrode 22, and a reduction reaction of the formula (2) occurs at the cathode electrode 23. In the fuel cell 20 as a whole, an electromotive reaction of the formula (3) occurs.
H 2 → 2H + + 2e (1)
(1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
For convenience of explanation, the figure schematically shows the structure of a unit cell composed of a membrane / electrode assembly 24, an anode gas channel 25, and a cathode gas channel 26. A plurality of unit cells connected in series.

燃料電池システム10の冷却系統には、冷却水を循環させる冷却路31、燃料電池20から排水される冷却水の温度を検出する温度センサ32、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ(熱交換器)33、ラジエータ33へ流入する冷却水量を調整するバルブ34、冷却水を加圧して循環させるポンプ35、及び燃料電池20に供給される冷却水の温度を検出する温度センサ36等が設けられている。   The cooling system of the fuel cell system 10 includes a cooling path 31 that circulates the cooling water, a temperature sensor 32 that detects the temperature of the cooling water drained from the fuel cell 20, and a radiator that radiates the heat of the cooling water to the outside (heat exchange). 33), a valve 34 for adjusting the amount of cooling water flowing into the radiator 33, a pump 35 for pressurizing and circulating the cooling water, a temperature sensor 36 for detecting the temperature of the cooling water supplied to the fuel cell 20, and the like. ing.

燃料電池システム10の燃料ガス供給系統には、アノードガスチャンネル25に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路41と、アノードガスチャンネル25から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路41に還流させるための循環流路51が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。   In the fuel gas supply system of the fuel cell system 10, a fuel gas passage 41 for supplying fuel gas to the anode gas channel 25 and a fuel off-gas exhausted from the anode gas channel 25 are recirculated to the fuel gas passage 41. A circulation passage 51 is provided, and a fuel gas circulation system is constituted by these gas passages.

燃料ガス流路(管路)41には、燃料ガス貯蔵装置42からの燃料ガスの圧力調整を行うレギュレータ(中圧レギュレータ43、低圧レギュレータ44)、燃料電池の燃料ガス供給口(入口)を開閉する遮断弁45等が設置されている。   In the fuel gas channel (pipe) 41, regulators (medium pressure regulator 43 and low pressure regulator 44) for adjusting the pressure of the fuel gas from the fuel gas storage device 42, and the fuel gas supply port (inlet) of the fuel cell are opened and closed. A shut-off valve 45 is installed.

燃料ガス貯蔵装置42は、燃料ガス供給先装置である燃料電池20に対して並列に接続された高圧燃料タンクA1〜A4(添え字はタンク番号を示す)と、各高圧燃料タンクと燃料電池20との間を接続するガス通路のうち、燃料電池20に対して並列に配設されて各高圧燃料タンクに接続する流路部分(上流ガス通路)C1〜C4と、流路部分C1〜C4において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁B1〜B4と、流路部分C1〜C4において各遮断弁B1〜B4の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータD1〜D4と、各レギュレータのレギュレータ圧を測定する圧力センサ(図示せず)とを備えている。なお、遮断弁は高圧燃料タンクと一体であってもよい。また、高圧燃料タンク等の数は設計に応じて定めることができるが、ここでは並列に設ける数を4としている。 The fuel gas storage device 42 includes high-pressure fuel tanks A 1 to A 4 (subscripts indicate tank numbers) connected in parallel to the fuel cell 20 as a fuel gas supply destination device, each high-pressure fuel tank, and fuel. Of the gas passages connected to the battery 20, flow passage portions (upstream gas passages) C 1 to C 4 arranged in parallel to the fuel cell 20 and connected to the high-pressure fuel tanks, and the flow passage portions a shutoff valve B 1 .about.B 4 provided corresponding to the outlet of the high-pressure fuel tank in C 1 -C 4, provided in the flow path portion C 1 -C 4 downstream of the shut-off valve B 1 .about.B 4 Regulators D 1 to D 4 that regulate the fuel gas pressure and pressure sensors (not shown) that measure the regulator pressure of each regulator are provided. The shutoff valve may be integrated with the high pressure fuel tank. The number of high-pressure fuel tanks and the like can be determined according to the design, but here the number provided in parallel is four.

図からわかるように、高圧燃料タンクA1〜A4に貯蔵される燃料ガスは、各遮断弁B1〜B4を開弁することで流路部分C1〜C4に排出され、レギュレータD1〜D4によって圧力が調整された後、燃料ガス流路41の共通流路部分に流入し、燃料電池20に供給される。このような燃料ガスの供給に関わる制御は、後述するように制御部80の機能手段によって実行されるため、制御部80を含めて燃料ガス供給装置46として把握することが可能である。 As can be seen, the fuel gas stored in the high-pressure fuel tank A 1 to A 4 is discharged to the flow path portion C 1 -C 4 by opening the respective cutoff valve B 1 .about.B 4, the regulator D After the pressure is adjusted by 1 to D 4 , the pressure flows into the common flow path portion of the fuel gas flow path 41 and is supplied to the fuel cell 20. Since the control related to the supply of the fuel gas is executed by the functional means of the control unit 80 as will be described later, it can be grasped as the fuel gas supply device 46 including the control unit 80.

循環流路51には、燃料オフガスを排出する遮断弁52、燃料オフガスから水分を回収する気液分離器53、回収した水を図示しないタンクに回収する排水弁54、モータによって駆動される循環ポンプ(加圧手段)55、燃料ガス流路41の燃料ガスが循環流路51側に逆流することを防止する逆流阻止弁56等が設置されている。循環ポンプ55は、制御部80の制御に基づき、アノードガスチャンネル25を通過する際に圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させ、燃料ガス流路41に還流させる。燃料オフガスは、燃料ガス流路41で燃料ガス貯蔵装置42から供給される燃料ガスと合流し、燃料電池20に供給されて再利用される。   The circulation channel 51 includes a shutoff valve 52 for discharging the fuel offgas, a gas-liquid separator 53 for recovering water from the fuel offgas, a drain valve 54 for recovering the recovered water in a tank (not shown), and a circulation pump driven by a motor. (Pressurizing means) 55, a backflow prevention valve 56 for preventing the fuel gas in the fuel gas passage 41 from flowing back to the circulation passage 51, and the like are installed. Based on the control of the control unit 80, the circulation pump 55 compresses the fuel off-gas that has undergone pressure loss when passing through the anode gas channel 25, raises the pressure to an appropriate gas pressure, and causes the fuel gas passage 41 to recirculate. The fuel off gas merges with the fuel gas supplied from the fuel gas storage device 42 in the fuel gas flow path 41, and is supplied to the fuel cell 20 for reuse.

循環流路51には、燃料ガス循環系統から排気された燃料オフガスを、希釈器(例えば水素濃度低減装置)62を介して車外に排気するための排気流路61が分岐配管されている。排気流路61には排気弁(排気手段)63が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。排気弁63を開閉することで、燃料電池内の循環を繰り返して不純物濃度が増した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止する。また、循環流路51の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。   In the circulation passage 51, a branch pipe is connected to an exhaust passage 61 for exhausting the fuel off-gas exhausted from the fuel gas circulation system to the outside of the vehicle via a diluter (for example, a hydrogen concentration reduction device) 62. An exhaust valve (exhaust means) 63 is installed in the exhaust flow path 61, and is configured to perform exhaust control of the fuel off gas. By opening and closing the exhaust valve 63, the fuel off-gas having increased impurity concentration is repeatedly discharged through the circulation in the fuel cell, and a new fuel gas is introduced to prevent the cell voltage from being lowered. It is also possible to remove the water accumulated in the gas flow path by causing a pulsation in the internal pressure of the circulation flow path 51.

一方、燃料電池システム10の酸化ガス供給系統には、カソードガスチャンネル26に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路71と、カソードガスチャンネル26から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路72が配管されている。酸化ガス流路71には、大気から取り込んだエアに含まれている粉塵等を除去するエアフィルタ74、モータによって駆動されるエアコンプレッサ75等から構成され、圧縮エアを酸化ガスとして酸化ガス流路71に供給する酸化ガス供給装置73が設置されている。また、酸化ガス供給装置73の下流に配された加湿器76では、燃料電池20の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となったカソードオフガスと、大気より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われる。カソードガスチャンネル26の背圧はカソードオフガス流路72に設置された圧力調整弁77によってほぼ一定圧に調圧される。カソードオフガス流路72を流れるカソードオフガスは、設計に応じて気液分離器やマフラー等を経由して車外に排気され、またその一部は希釈器62に流れ込み、希釈器62内に滞留する燃料オフガスを混合希釈して車外に排気される。   On the other hand, the oxidizing gas supply system of the fuel cell system 10 includes an oxidizing gas channel 71 for supplying oxidizing gas to the cathode gas channel 26 and a cathode off gas for exhausting cathode off gas exhausted from the cathode gas channel 26. A flow path 72 is piped. The oxidizing gas channel 71 includes an air filter 74 that removes dust and the like contained in the air taken in from the atmosphere, an air compressor 75 that is driven by a motor, and the like. The oxidizing gas channel uses compressed air as the oxidizing gas. An oxidizing gas supply device 73 for supplying to 71 is installed. Further, in the humidifier 76 disposed downstream of the oxidizing gas supply device 73, the cathode off gas that has become highly wet by the generated water generated by the cell reaction of the fuel cell 20, and the low wet humidity oxidizing gas taken from the atmosphere. Moisture exchange takes place between the two. The back pressure of the cathode gas channel 26 is adjusted to a substantially constant pressure by a pressure regulating valve 77 installed in the cathode off gas flow path 72. The cathode off gas flowing through the cathode off gas flow path 72 is exhausted to the outside of the vehicle via a gas-liquid separator, a muffler, etc. according to the design, and part of the fuel flows into the diluter 62 and stays in the diluter 62. Off gas is mixed and diluted and exhausted outside the vehicle.

制御部80は、図示しない制御コンピュータシステムによって構成され、図示しない制御プログラムに従って燃料電池システムの各部動作の制御を実行する。制御コンピュータシステムは公知の入手可能なシステムによって構成することが出来る。   The control unit 80 is configured by a control computer system (not shown), and controls the operation of each part of the fuel cell system according to a control program (not shown). The control computer system can be constituted by a known and available system.

例えば、制御部80は、各流路に設置された温度センサTや圧力センサP(図示せず)からのセンサ信号を受け取り、電池運転の状態(例えば、電力負荷)に応じて、各モータを駆動して循環ポンプ55とエアコンプレッサ74の回転数を調整し、更に、各種の弁・バルブの開閉制御又は弁開度の調整等を行う。   For example, the control unit 80 receives sensor signals from a temperature sensor T and a pressure sensor P (not shown) installed in each flow path, and controls each motor according to the battery operation state (for example, power load). It drives to adjust the rotation speed of the circulation pump 55 and the air compressor 74, and further performs various valve / valve open / close control or adjustment of the valve opening.

ただし、本実施形態の制御部80は、遮断弁B1〜B4を開閉制御する際、遮断弁B1〜B4とレギュレータとの間(すなわち、流路部分C1〜C4)の燃料ガスの存在量に関係する情報を検出し、該検出した情報に基づいて各遮断弁を開閉制御する(例えば、少なくとも一つの遮断弁を選択して閉弁する)点で、従来と異なっている。図1では、このような制御部80により実現される燃料ガスの供給制御に関わる機能を、燃料ガス供給制御手段801のように機能手段として示している。 However, when the control unit 80 of the present embodiment controls the shut-off valves B 1 to B 4 to open and close, the fuel between the shut-off valves B 1 to B 4 and the regulator (that is, the flow path portions C 1 to C 4 ). It is different from the prior art in that information relating to the amount of gas present is detected, and each shut-off valve is controlled to open and close based on the detected information (for example, at least one shut-off valve is selected and closed). . In FIG. 1, a function related to the fuel gas supply control realized by the control unit 80 is shown as a function unit like a fuel gas supply control unit 801.

ここで、燃料ガスの存在量に関係する情報としては、例えば、予め実験的に求めた各レギュレータの調圧量の個体差情報や、圧力センサで検出される圧力情報や、遮断弁の直前の開弁状態(開度、開弁時間)に関する情報や、タンク内部の燃料ガスの状態量(圧力、濃度、残量)に関する情報などを考えることができる。本実施形態では、このような燃料ガスの存在量に関係する情報のうち、後述するように、各レギュレータのレギュレータ圧を検出している。レギュレータ圧が大きい場合、レギュレータと遮断弁との間に燃料ガスの存在量も多いと考えられるからである。   Here, as information relating to the amount of fuel gas present, for example, individual difference information of the regulated amount of each regulator obtained experimentally in advance, pressure information detected by a pressure sensor, and information immediately before the shutoff valve Information on the valve opening state (opening, valve opening time), information on the state quantity (pressure, concentration, remaining amount) of the fuel gas inside the tank, and the like can be considered. In the present embodiment, the regulator pressure of each regulator is detected from the information related to the abundance of the fuel gas, as will be described later. This is because when the regulator pressure is large, it is considered that there is a large amount of fuel gas between the regulator and the shutoff valve.

なお、燃料ガスの存在量(残存量)は、種々の方法により検出することができるが、特に短時間で精度良く存在量を検出(推定)できる方法が望ましい。例えば、並列に接続された複数の高圧燃料タンクA1〜A4の遮断弁B1〜B4を同時に開弁して燃料ガスを排出させた場合における、各高圧燃料タンクからの燃料ガスの排出量又は/及びタンク内圧の変化量に基づいて、流路部分C1〜C4における燃料ガスの存在量に関する情報を推定する方法が考えられる。より具体的には、各高圧燃料タンクの排出量が少ないほど、又は/及び内圧の低下量が小さいほど、対応する流路部分の燃料ガスの存在量が少ないと判断する。かかる方法によれば、燃料ガスの存在量を精度良く、短時間で推定することができる。 The amount (remaining amount) of the fuel gas can be detected by various methods, but a method that can detect (estimate) the amount of existence with high accuracy in a short time is particularly desirable. For example, in the case of drained fuel gas simultaneously opening the shutoff valve B 1 .about.B 4 of a plurality of high-pressure fuel tank A 1 to A 4, which are connected in parallel, the discharge of the fuel gas from the high pressure fuel tank Based on the amount or / and the amount of change in the tank internal pressure, a method of estimating information related to the amount of fuel gas in the flow path portions C 1 to C 4 can be considered. More specifically, it is determined that the smaller the amount of discharge from each high-pressure fuel tank and / or the smaller the amount of decrease in internal pressure, the smaller the amount of fuel gas present in the corresponding flow path portion. According to such a method, it is possible to accurately estimate the amount of fuel gas present in a short time.

以下、図3に示すフローチャートを参照して、燃料ガスの供給に関する制御部80の動作(燃料ガス供給制御手段801の動作)について説明する。なお、各工程(符号が付与されていない部分的な工程を含む)は処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。   Hereinafter, the operation of the control unit 80 related to the supply of fuel gas (the operation of the fuel gas supply control means 801) will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In addition, each process (including the partial process to which the code | symbol is not provided) can be arbitrarily changed in order within the range which does not produce contradiction in the processing content, or can be performed in parallel.

燃料ガス供給制御手段801は、制御部80において実現される他の機能手段(例えば燃料電池システム10全体動作を制御するシステム制御手段;図示せず)から燃料ガスの供給要求を受け付けた場合(S100)、起動時処理として全ての遮断弁B1〜B4を開弁する(S101)。かかる起動時処理によって各遮断弁の動作チェックを行うことができ、開弁できない遮断弁について駆動信号線の断線/短絡等が生じていると判断することができる。 The fuel gas supply control means 801 receives a fuel gas supply request from other functional means realized by the control unit 80 (for example, system control means for controlling the overall operation of the fuel cell system 10; not shown) (S100). ), All the shut-off valves B 1 to B 4 are opened as a startup process (S 101). The operation check of each shut-off valve can be performed by such start-up processing, and it can be determined that the drive signal line is disconnected / short-circuited for the shut-off valve that cannot be opened.

次に、燃料ガス供給制御手段801は、起動時処理の結果、全ての遮断弁B1〜B4について駆動信号線の断線/短絡等が生じていないと判断できた場合(S102:Yes)、残留燃料ガスを考慮した遮断弁開閉制御処理を開始する(S103〜S104)。 Next, the fuel gas supply control means 801 can determine that no disconnection / short circuit of the drive signal line has occurred for all the shutoff valves B 1 to B 4 as a result of the startup process (S102: Yes). The shut-off valve opening / closing control process considering the residual fuel gas is started (S103 to S104).

すなわち、燃料ガス供給制御手段801は、遮断弁B1〜B4とレギュレータとの間に燃料ガスが所定量以上存在する遮断弁のうち、各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、より具体的にはレギュレータ圧が相対的に大きい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも一つ選択して閉弁する(S103)。 In other words, the fuel gas supply control means 801 is more specific based on the regulator pressure of each regulator among the cutoff valves in which fuel gas is present in a predetermined amount or more between the cutoff valves B 1 to B 4 and the regulator. Specifically, at least one shutoff valve of the high-pressure fuel tank having a relatively high regulator pressure is selected and closed (S103).

ここで、レギュレータ圧が最も大きい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して閉弁することが望ましい。レギュレータ圧が大きいほど、対応する流路部分の残留燃料ガスが優先的に燃料ガス流路41に流れるため、閉弁した場合に効率よく残留燃料ガスを消費することができるからである。   Here, it is desirable to select and close at least the shutoff valve of the high-pressure fuel tank having the highest regulator pressure. This is because as the regulator pressure increases, the residual fuel gas in the corresponding flow path portion preferentially flows into the fuel gas flow path 41, so that the residual fuel gas can be efficiently consumed when the valve is closed.

なお、起動時処理後においては、起動時処理において全ての遮断弁B1〜B4を一旦開弁していることから、全ての遮断弁B1〜B4において、遮断弁B1〜B4とレギュレータとの間に燃料ガスが所定量以上存在しており、従って、全ての遮断弁B1〜B4が閉弁の対象となる。 Incidentally, after the start-up process, since once are open all the shut-off valve B 1 .about.B 4 during processing activation in all of the shut-off valves B 1 .about.B 4, shutoff valve B 1 .about.B 4 There is a predetermined amount or more of fuel gas between the regulator and the regulator, and therefore all the shutoff valves B 1 to B 4 are to be closed.

一方、燃料ガス供給制御手段801は、レギュレータとの間に燃料ガスが所定量以上存在する遮断弁のうち、各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、より具体的にはレギュレータ圧が相対的に低い高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも一つ選択して開弁する(S104)。レギュレータ圧が小さい高圧燃料タンクを選択する方法としては、例えば、所定の高圧燃料タンクについて予めレギュレータ圧が小さくなるように設定しておき、該高圧燃料タンクを選択することが考えられる。   On the other hand, the fuel gas supply control means 801 is more specifically configured to control the relative pressure of the regulator based on the size of the regulator pressure of each regulator among the shutoff valves in which a predetermined amount or more of fuel gas exists between the regulator and the regulator. At least one shutoff valve for the high pressure fuel tank is selected and opened (S104). As a method for selecting a high-pressure fuel tank with a small regulator pressure, for example, a predetermined high-pressure fuel tank may be set in advance so that the regulator pressure becomes small, and the high-pressure fuel tank may be selected.

ここで、レギュレータ圧が最も小さい高圧燃料タンク(最低調圧タンク)の遮断弁を少なくとも選択して開弁することが望ましい。最低調圧タンクの遮断弁を開弁しておく場合、閉弁した高圧燃料タンクのレギュレータ圧は常に最低調圧タンクよりも大きい状態にあるため、該閉弁した高圧燃料タンクの残留燃料ガスを効率よく消費することができるからである。   Here, it is desirable to select and open at least the shut-off valve of the high-pressure fuel tank (lowest pressure regulating tank) having the smallest regulator pressure. When the shutoff valve of the lowest pressure regulating tank is opened, the regulator pressure of the closed high pressure fuel tank is always higher than that of the lowest pressure regulating tank. This is because it can be consumed efficiently.

最低調圧タンクは、例えば、全ての高圧燃料タンクについて遮断弁を開弁している状態において、タンク圧力の低下が最も遅いタンク、燃料ガスの排出量が最も少ないタンク、残存燃料ガスが最も多いタンク、又は最後まで燃料ガスが残存していたタンクのレギュレータ圧が最も小さいと推定し、該タンクのナンバーを予め不揮発メモリ等に記憶しておき、これを参照して選択することができる。   For example, when the shutoff valves are open for all the high-pressure fuel tanks, the lowest pressure adjustment tank has the slowest tank pressure drop, the tank with the least amount of fuel gas discharge, and the most residual fuel gas. It is estimated that the regulator pressure of the tank or the tank in which the fuel gas has remained until the end is the smallest, and the number of the tank is stored in advance in a nonvolatile memory or the like and can be selected with reference to this.

このように全ての遮断弁を閉弁するのではなく、例えばレギュレータ圧が最も小さい高圧燃料タンクの遮断弁を開弁しておくことで、閉弁した遮断弁に対応する残留燃料ガスが全て消費された場合に、遮断弁を開弁してある高圧燃料タンクから途切れることなく安定して燃料ガスを供給することが可能となる。   Instead of closing all the shutoff valves in this way, for example, by opening the shutoff valve of the high-pressure fuel tank with the smallest regulator pressure, all residual fuel gas corresponding to the shutoff shutoff valve is consumed. In this case, the fuel gas can be stably supplied from the high-pressure fuel tank having the shut-off valve opened without interruption.

次に、燃料ガス供給制御手段801は、燃料ガス貯蔵装置42からの燃料ガスの供給を開始したことをシステム制御手段等に対して通知する(S105)。これを受けて、例えばシステム制御手段は、燃料電池システム10の起動処理を実行する(発電処理を開始する)。   Next, the fuel gas supply control means 801 notifies the system control means and the like that the supply of fuel gas from the fuel gas storage device 42 has been started (S105). In response to this, for example, the system control means executes the startup process of the fuel cell system 10 (starts the power generation process).

次に、燃料ガス供給制御手段801は、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の残留燃料ガスの消費状態を判定する(S106)。   Next, the fuel gas supply control means 801 determines the consumption state of the residual fuel gas between the shut-off valve selected and closed and the regulator (S106).

判定方法としては、例えば、前記選択して開弁した遮断弁に対応する高圧燃料タンクのタンク圧力に基づいて判定する方法が考えられる。すなわち、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の残留燃料ガスが全て消費されると、続いてレギュレータ圧が相対的に低い前記選択して開弁した遮断弁から燃料ガスが供給され始めるため、前記選択して開弁した遮断弁に対応する高圧燃料タンクのタンク圧力が低下することになる。従って、そのタンク圧力の低下を検出することで、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の残留燃料ガスが全て消費されたと判定することができる。   As a determination method, for example, a determination method based on the tank pressure of the high-pressure fuel tank corresponding to the shut-off valve selected and opened can be considered. That is, when all the residual fuel gas between the shut-off valve selected and closed and the regulator is consumed, the fuel gas is subsequently supplied from the shut-off valve selected and opened with a relatively low regulator pressure. Therefore, the tank pressure of the high-pressure fuel tank corresponding to the shut-off valve selected and opened is lowered. Therefore, by detecting the drop in the tank pressure, it can be determined that all of the residual fuel gas between the shut-off valve selected and closed and the regulator has been consumed.

また例えば、遮断弁レギュレータ間の流路部分の容積を予め記憶しておき、該容積と高圧燃料タンクのタンク圧力とから残留燃料ガス量を算出し、該算出した残量燃料ガス量を全て消費するために必要な電流積算値を算出し、燃料電池発電電流積算値が前記算出した電流積算値を超えた場合に、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の残留燃料ガスが全て消費されたと判定する方法を考えることもできる。   Further, for example, the volume of the flow path portion between the shut-off valve regulators is stored in advance, the residual fuel gas amount is calculated from the volume and the tank pressure of the high-pressure fuel tank, and all the calculated remaining fuel gas amount is consumed. When the fuel cell power generation current integration value exceeds the calculated current integration value, a residual fuel gas between the selected shut-off valve and the regulator is calculated. It is possible to consider a method of determining that all the consumption has been made.

次に、燃料ガス供給制御手段801は、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の残留燃料ガスを全て消費したと判定した場合(S107:Yes)、通常の遮断弁制御処理、例えば高圧タンクごと個別に遮断弁を開閉制御する個別遮断弁制御処理を開始する(S108)。   Next, when it is determined that the fuel gas supply control means 801 has consumed all the remaining fuel gas between the shut-off valve selected and closed and the regulator (S107: Yes), a normal shut-off valve control process, For example, an individual shutoff valve control process for opening / closing the shutoff valve individually for each high-pressure tank is started (S108).

高圧タンクごと個別に遮断弁を開閉制御する方法としては、例えばタンク番号順や燃料残量の多い順に高圧燃料タンクを選択し、燃料ガス供給元として使用するように制御することが考えられる。ただし、レギュレータ圧が低い高圧燃料タンクは、残留燃料ガスを考慮した開閉制御を行う際にS104において燃料ガス供給元として選択されるものであるため、通常の遮断弁制御処理においてその燃料ガスを使い切ってしまうことは好ましくない。そこで、例えば、レギュレータ圧が(最も)低い高圧燃料タンクについては、タンク番号順等にかかわらず最後に選択するように制御することが考えられる。   As a method for individually controlling the opening and closing of the shutoff valve for each high-pressure tank, for example, it is conceivable to select a high-pressure fuel tank in order of the tank number or in descending order of the remaining amount of fuel, and use the fuel gas supply source. However, the high-pressure fuel tank with a low regulator pressure is selected as the fuel gas supply source in S104 when performing the open / close control in consideration of the residual fuel gas, so that the fuel gas is used up in the normal shut-off valve control process. It is not preferable to end up. Therefore, for example, it is conceivable to control the high pressure fuel tank having the lowest regulator pressure to be selected last regardless of the order of the tank numbers.

ここで、通常の遮断弁制御処理においても、タンクの切替時など、流路部分に残留燃料ガスが所定量以上溜まった状態となる情況が生じ得る。そこで、このような場合にも残留燃料ガスを有効に利用すべく、次のような開閉制御処理をすることが考えられる(図4参照)。   Here, even in the normal shut-off valve control process, there may be a situation in which a residual fuel gas is accumulated in a predetermined amount or more in the flow path portion, such as when the tank is switched. Therefore, in such a case, it is conceivable to perform the following opening / closing control process in order to effectively use the residual fuel gas (see FIG. 4).

すなわち、所定のタイミングで、レギュレータ圧が最も低い高圧燃料タンク以外の高圧燃料タンクについて、残留燃料ガスが所定量以上溜まっているものがn以上(例えばn=2。nの値は、遮断弁の作動回数を抑制しつつ、残留燃料ガスの有効利用の度合い(燃費に与える影響など)が向上するように、決定される。)あるかどうかを判断する(S200)。   That is, for a high-pressure fuel tank other than the high-pressure fuel tank having the lowest regulator pressure at a predetermined timing, the remaining fuel gas is accumulated more than a predetermined amount (for example, n = 2. The value of n is the value of the shut-off valve). It is determined whether there is a degree of effective use of residual fuel gas (impact on fuel consumption, etc.) while suppressing the number of operations (S200).

そのような高圧燃料タンクがn以上ない場合は、現在供給中の高圧燃料タンクを引き続き供給元として選択する(S201)。   If there are no n or more high-pressure fuel tanks, the currently supplied high-pressure fuel tank is continuously selected as the supply source (S201).

一方、残留燃料ガスが所定量以上溜まっている高圧燃料タンクがn以上ある場合は、燃料ガスの供給元をレギュレータ圧が最も低い高圧燃料タンクに切り替える(S202)。   On the other hand, when there are n or more high-pressure fuel tanks in which the residual fuel gas is accumulated in a predetermined amount or more, the fuel gas supply source is switched to the high-pressure fuel tank having the lowest regulator pressure (S202).

そして、残留燃料ガスが所定量以上溜まっている高圧燃料タンクについて、その残留燃料ガスが消費されるまで(S203:Yes)、前記切り替えた状態で発電動作を継続する(S204)。   Then, for the high-pressure fuel tank in which the residual fuel gas is accumulated in a predetermined amount or more, the power generation operation is continued in the switched state until the residual fuel gas is consumed (S203: Yes) (S204).

そして、残留燃料ガスが消費された場合は、燃料ガスの供給元を例えば燃料残量が最も多い高圧燃料タンクに切り替える(S205)。   When the residual fuel gas is consumed, the fuel gas supply source is switched to, for example, a high-pressure fuel tank with the largest remaining fuel amount (S205).

本実施形態の構成によれば、起動処理時に全ての遮断弁B1〜B4を一旦開弁するなどして、遮断弁とレギュレータとの間に燃料ガスが所定量以上存在する状態となっている場合に、レギュレータ圧が相対的に大きい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも一つ選択して閉弁するように制御しているため、閉弁した遮断弁に対応する残留燃料ガスを優先的に消費して有効に利用することができる。そのため、システム停止時に消費又は排気すべき残留燃料ガス量を大幅に減らすことができ、その結果、燃費の悪化を抑制することが可能となる。また併せて、消費又は排気のために必要な時間を抑制し、迅速にシステムを停止させることが可能となる。 According to the configuration of the present embodiment, all of the shutoff valves B 1 to B 4 are once opened during the startup process, so that a fuel gas exists in a predetermined amount or more between the shutoff valve and the regulator. Control is performed so that at least one shut-off valve of the high-pressure fuel tank having a relatively high regulator pressure is selected and closed, so that the residual fuel gas corresponding to the shut-off valve that has been closed is given priority. It can be consumed and used effectively. Therefore, the amount of residual fuel gas to be consumed or exhausted when the system is stopped can be greatly reduced, and as a result, deterioration of fuel consumption can be suppressed. In addition, the time required for consumption or exhaust can be suppressed and the system can be quickly stopped.

(変形例)
本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々に変形して適用することが可能である。例えば、燃料電池に対して並列に接続された高圧燃料タンクに加えて、水素吸蔵合金を備えた燃料タンク(MHタンク)などを備える構成としてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified and applied. For example, in addition to a high-pressure fuel tank connected in parallel to the fuel cell, a fuel tank (MH tank) including a hydrogen storage alloy may be provided.

また例えば、上記実施形態では、遮断弁とレギュレータとの間に燃料ガスが所定量以上存在する状態として、起動時処理において全ての遮断弁B1〜B4を一旦開弁する場合を説明したが、本発明はこのような場合に限定されるものではない。例えば、起動時以外において複数の高圧燃料タンクから並列的に燃料ガスを供給する場合にも、所定のタイミングで本発明に基づく開閉制御を導入することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, for example, in the above-described embodiment, a case has been described in which all the shutoff valves B 1 to B 4 are once opened in the startup process, assuming that a predetermined amount or more of fuel gas exists between the shutoff valve and the regulator. The present invention is not limited to such a case. For example, even when fuel gas is supplied in parallel from a plurality of high-pressure fuel tanks other than at the time of startup, the same effect as that of the above embodiment can be obtained by introducing the opening / closing control based on the present invention at a predetermined timing. Can do.

本実施形態における燃料電池システムの配管系統を中心とする構成図である。It is a block diagram centering on the piping system of the fuel cell system in this embodiment. 本実施形態の燃料電池システムの主要構成図である。It is a principal lineblock diagram of the fuel cell system of this embodiment. 燃料ガス供給制御手段801の動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the operation of a fuel gas supply control means 801. 燃料ガス供給制御手段801の動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the operation of a fuel gas supply control means 801.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム、20 燃料電池、31 冷却路、41 燃料ガス流路、42 燃料ガス貯蔵装置、46 燃料ガス供給装置、51 燃料オフガス流路、53 気液分離器、55 循環ポンプ、61 排気流路、62 希釈器、71 酸化ガス流路、72 カソードオフガス流路、74 エアフィルタ、75 エアコンプレッサ、76 加湿器、78 熱交換器、80 制御部、801 燃料ガス供給制御手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 20 Fuel cell, 31 Cooling path, 41 Fuel gas flow path, 42 Fuel gas storage apparatus, 46 Fuel gas supply apparatus, 51 Fuel off gas flow path, 53 Gas-liquid separator, 55 Circulation pump, 61 Exhaust flow Road, 62 Diluter, 71 Oxidizing gas flow path, 72 Cathode off-gas flow path, 74 Air filter, 75 Air compressor, 76 Humidifier, 78 Heat exchanger, 80 Control unit, 801 Fuel gas supply control means

Claims (11)

燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、
高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、
上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、
上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、
各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関係する情報を検出する検出装置と、
前記検出した燃料ガスの存在量に関係する情報に基づいて各遮断弁を開閉制御する制御手段と、を備え
前記制御手段は、各上流ガス通路のうち、燃料ガスの存在量が他の上流ガス通路と比較して大きい上流ガス通路を選択し、前記選択した上流ガス通路に対応する遮断弁を閉弁することを特徴とする燃料ガス供給装置。
A plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to the fuel gas supply destination device;
Among the gas passages connecting between the high pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device, upstream gas passages arranged in parallel to the fuel gas supply destination device and connected to a plurality of high pressure fuel tanks;
A shut-off valve provided corresponding to the outlet of each high-pressure fuel tank in the upstream gas passage;
A regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the upstream gas passage;
A detection device for detecting information related to the amount of fuel gas existing between the shutoff valve and the regulator in each upstream gas passage;
Control means for controlling the opening and closing of each shut-off valve based on the information related to the detected amount of fuel gas ,
The control means selects an upstream gas passage having a larger amount of fuel gas than the other upstream gas passages among the upstream gas passages, and closes the shut-off valve corresponding to the selected upstream gas passage. A fuel gas supply device.
燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、
高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、
上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、
上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、
各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関係する情報を検出する検出装置と、
前記検出した燃料ガスの存在量に関係する情報に基づいて各遮断弁を開閉制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、各上流ガス通路のうち燃料ガスの存在量が他の上流ガス通路と比較して小さい上流ガス通路を選択し、前記選択した上流ガス通路に対応する遮断弁を開弁することを特徴とする燃料ガス供給装置。
A plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to the fuel gas supply destination device;
Among the gas passages connecting between the high pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device, upstream gas passages arranged in parallel to the fuel gas supply destination device and connected to a plurality of high pressure fuel tanks;
A shut-off valve provided corresponding to the outlet of each high-pressure fuel tank in the upstream gas passage;
A regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the upstream gas passage;
A detection device for detecting information related to the amount of fuel gas existing between the shutoff valve and the regulator in each upstream gas passage;
Control means for controlling the opening and closing of each shut-off valve based on the information related to the detected amount of fuel gas,
The control means selects an upstream gas passage in which the amount of fuel gas is smaller than the other upstream gas passages among the respective upstream gas passages, and opens a shut-off valve corresponding to the selected upstream gas passage. A fuel gas supply device.
燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、
高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、
上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、
上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、
各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関係する情報を検出する検出装置と、
前記検出した燃料ガスの存在量に関係する情報に基づいて各遮断弁を開閉制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、燃料ガスの存在量に関係する情報のうち各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、少なくとも一つの遮断弁を選択して閉弁することを特徴とする燃料ガス供給装置。
A plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to the fuel gas supply destination device;
Among the gas passages connecting between the high pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device, upstream gas passages arranged in parallel to the fuel gas supply destination device and connected to a plurality of high pressure fuel tanks;
A shut-off valve provided corresponding to the outlet of each high-pressure fuel tank in the upstream gas passage;
A regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the upstream gas passage;
A detection device for detecting information related to the amount of fuel gas existing between the shutoff valve and the regulator in each upstream gas passage;
Control means for controlling the opening and closing of each shut-off valve based on the information related to the detected amount of fuel gas,
Wherein, among the information relating to the amount of the fuel gas based on the size of the regulator pressure of the regulator, the fuel gas supply apparatus characterized by closing select at least one shut-off valve.
前記制御手段は、レギュレータ圧が最も大きい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して閉弁することを特徴とする請求項3記載の燃料ガス供給装置。 4. The fuel gas supply apparatus according to claim 3 , wherein the control means selects and closes at least a shutoff valve of a high-pressure fuel tank having the highest regulator pressure. 前記制御手段は、燃料ガスの存在量に関係する情報のうち各レギュレータのレギュレータ圧の大きさに基づいて、少なくとも一つの遮断弁を選択して開弁することを特徴とする請求項3又は4記載の燃料ガス供給装置。 Wherein, among the information relating to the amount of the fuel gas based on the size of the regulator pressure of the regulator, according to claim 3 or 4, characterized in that the valve opening by selecting at least one shut-off valve The fuel gas supply apparatus as described. 前記制御手段は、レギュレータ圧が最も小さい高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して開弁することを特徴とする請求項5記載の燃料ガス供給装置。 6. The fuel gas supply apparatus according to claim 5 , wherein the control means selects and opens at least a shutoff valve of a high-pressure fuel tank having the smallest regulator pressure. 前記制御手段は、予めレギュレータ圧が小さくなるように設定されている高圧燃料タンクの遮断弁を少なくとも選択して開弁することを特徴とする請求項5記載の燃料ガス供給装置。 6. The fuel gas supply apparatus according to claim 5 , wherein the control means selects and opens at least a shut-off valve of a high-pressure fuel tank that is set in advance so that the regulator pressure is reduced. 前記制御手段は、燃料ガス供給先装置の起動時に全ての遮断弁を開弁することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の燃料ガス供給装置。 The fuel gas supply device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the control means opens all the shut-off valves when the fuel gas supply destination device is activated. 前記制御手段は、高圧燃料タンクの燃料ガス残量に基づいてレギュレータ圧の大きさを判断することを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の燃料ガス供給装置。 The fuel gas supply apparatus according to any one of claims 3 to 7 , wherein the control means determines the magnitude of the regulator pressure based on the fuel gas remaining amount in the high-pressure fuel tank. 更に、前記選択して閉弁した遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの消費状態を判定する判定手段を備え、
前記制御手段は、前記判定手段において消費されていると判定した場合、高圧タンクごと個別に遮断弁を制御することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の燃料ガス供給装置。
Furthermore, a determination means for determining the consumption state of the fuel gas between the shut-off valve selected and closed and the regulator,
10. The fuel gas supply device according to claim 1 , wherein the control unit controls the shut-off valve individually for each high-pressure tank when the determination unit determines that the consumption is consumed in the determination unit. .
燃料ガス供給先装置に対して並列に接続された複数の高圧燃料タンクと、
高圧燃料タンクと燃料ガス供給先装置との間を接続するガス通路のうち、燃料ガス供給先装置に対して並列に配設されて複数の高圧燃料タンクに接続する上流ガス通路と、
上流ガス通路において各高圧燃料タンクの流出口に対応して設けられた遮断弁と、
上流ガス通路において各遮断弁の下流に設けられた燃料ガス圧を調圧するレギュレータと、
各遮断弁を開閉制御する制御手段と、
各高圧燃料タンクの遮断弁を同時に開弁して燃料ガスを排出させた場合における、各高圧燃料タンクからの燃料ガスの排出量に基づいて、各上流ガス通路における遮断弁とレギュレータとの間の燃料ガスの存在量に関する情報を推定する手段と、を備え
前記制御手段は、前記推定した燃料ガスの存在量に関する情報に基づいて各遮断弁を開閉制御することを特徴とする燃料ガス供給装置。
A plurality of high-pressure fuel tanks connected in parallel to the fuel gas supply destination device;
Among the gas passages connecting between the high pressure fuel tank and the fuel gas supply destination device, upstream gas passages arranged in parallel to the fuel gas supply destination device and connected to a plurality of high pressure fuel tanks;
A shut-off valve provided corresponding to the outlet of each high-pressure fuel tank in the upstream gas passage;
A regulator for regulating the fuel gas pressure provided downstream of each shut-off valve in the upstream gas passage;
Control means for opening and closing each shut-off valve;
Based on the amount of fuel gas discharged from each high-pressure fuel tank when the fuel gas is discharged by opening the shut-off valves for each high-pressure fuel tank at the same time, the connection between the shut-off valve and the regulator in each upstream gas passage Means for estimating information relating to the abundance of fuel gas ,
The said control means controls opening / closing of each shut-off valve based on the information regarding the estimated amount of fuel gas existing, The fuel gas supply apparatus characterized by the above-mentioned.
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