JP7077661B2

JP7077661B2 - ガス貯蔵システム

Info

Publication number: JP7077661B2
Application number: JP2018034702A
Authority: JP
Inventors: 富夫山中; 健司馬屋原; 亮太川口; 裕治村田; 亮介山田; 忍大塚; 貴史山田; 俊二郎木川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019148320A

Description

本発明は、ガス貯蔵システムに関する。

ガス充填対象物において、ガスタンクが開閉弁を介してガス供給装置からガスの供給を受けているときに、ガスタンクの内部温度が上昇しない場合には、開閉弁が閉弁状態であると判定する技術が開示されている（例えば特許文献１）。

特開２０１２－０７７７８９号公報

しかしながら、従来技術では、ガスタンクからガスを他の装置へ供給する供給流路に設けられた開閉弁の閉弁状態を検出することについては、考慮されていなかった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、ガス貯蔵システムが提供される。このガス貯蔵システムは、複数のガスタンクと、前記複数のガスタンクのそれぞれに設けられ、前記複数のガスタンクの温度を測定する温度センサと、前記複数のガスタンクのそれぞれと接続し、前記複数のガスタンクの内部のガスを外部に導く複数のガス供給流路と、前記複数のガス供給流路のそれぞれに設けられている供給側開閉弁と、前記複数のガスタンクにガスが充填される時における前記複数のガスタンクのそれぞれの温度を相互に比較し、前記複数のガスタンクのうちで他のガスタンクとの前記温度の温度差が予め定められた温度差基準値以上であり、かつ、前記他のガスタンクよりも前記温度が低いガスタンクと接続している前記ガス供給流路に設けられている前記供給側開閉弁が閉弁状態であると判定する制御部と、を備える。
この形態のガス貯蔵システムによれば、制御部は、他のガスタンクとの充填時の温度差が温度差基準値以上であり、かつ、他のガスタンクよりも温度が低いガスタンクと接続しているガス供給流路に設けられている供給側開閉弁が閉弁状態であると判定するので、ガス供給流路に設けられている供給側開閉弁の閉弁状態を検出できる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、ガス貯蔵システムを備える燃料電池車両、ガス貯蔵システムを備える定置型燃料電池、ガス貯蔵システムを備える移動式燃料電池等の形態で実現することができる。

一実施形態におけるガス貯蔵システムの概略構成を示す図。供給側開閉弁が閉弁状態であるか否かを判定するフローチャートの例。ガス充填時における各ガスタンクの内部の温度の時間変化を例示する図。

図１は、本発明の一実施形態におけるガス貯蔵システム１０の概略構成を示す図である。ガス貯蔵システム１０は、例えば燃料ガスを貯蔵し、バス等の車両に搭載される燃料電池システムに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系の燃料ガス貯蔵源として利用される。

ガス貯蔵システム１０は、ガス充填口２０と、ガス導入流路２１と、第１ガスタンクユニット１００と、第２ガスタンクユニット２００と、制御部５００と、を備える。第１ガスタンクユニット１００と第２ガスタンクユニット２００は、同様な構成を有しており、ガス導入流路２１を軸として線対称となるように配置されている。以下においては、第１ガスタンクユニット１００の構成について主に説明し、第２ガスタンクユニット２００の構成については説明を適宜省略する。なお、第１ガスタンクユニット１００と第２ガスタンクユニット２００のいずれか一方は、省略されてもよい。

ガス充填口２０は、ガス貯蔵システム１０に外部からガスを充填するためのガスの入口である。ガス充填口２０は、例えば水素ステーション等のガス供給装置（図示せず）と接続可能である。ガス充填口２０から充填されるガスは、ガス導入流路２１を介してガスタンクユニット１００，２００に導かれる。

第１ガスタンクユニット１００は、複数のガスタンク１５１～１５５と、充填主流路１１０と、複数の充填分岐流路１１１～１１５と、供給主流路１２０と、複数の供給分岐流路１２１～１２５と、を備える。充填主流路１１０の上流側は、ガス導入流路２１と接続しており、下流側は、各充填分岐流路１１１～１１５の一端と接続している。各充填分岐流路１１１～１１５の他端は、ガスタンク１５１～１５５と接続している。ガス充填時において、ガス導入流路２１から流れてきたガスは、充填主流路１１０を流れ、各充填分岐流路１１１～１１５を介して、各ガスタンク１５１～１５５に流れ込む。複数のガスタンク１５１～１５５は、ガスを貯蔵する。

各充填分岐流路１１１～１１５の各ガスタンク１５１～１５５との連結部１１１ｄ～１１５ｄには、供給分岐流路１２１～１２５の一端が接続されている。言い換えると、各供給分岐流路１２１～１２５の一端は、各連結部１１１ｄ～１１５ｄを介して各ガスタンク１５１～１５５と接続している。各供給分岐流路１２１～１２５の他端は、供給主流路１２０の上流側と接続している。供給主流路１２０の下流側は、ガス供給対象装置（図示せず）と接続する。なお、複数の供給分岐流路１２１～１２５のそれぞれには、供給側開閉弁１４１～１４５が設けられている。ガス供給時において、各供給側開閉弁１４１～１４５は、制御部５００からの制御信号に応じて開弁状態となり、各ガスタンク１５１～１５５の内部のガスは、各充填分岐流路１１１～１１５の連結部１１１ｄ～１１５ｄを介して、各供給分岐流路１２１～１２５を流れ、供給主流路１２０に流れ込む。

なお、本実施形態において、複数の充填分岐流路１１１～１１５の連結部１１１ｄ～１１５ｄと、複数の供給分岐流路１２１～１２５は、複数のガスタンク１５１～１５５の内部のガスを外部に導く複数のガス供給流路を構成する。また、各供給分岐流路１２１～１２５は、各充填分岐流路１１１～１１５の連結部１１１ｄ～１１５ｄと接続する代わりに、各ガスタンク１５１～１５５と直接接続してもよい。この場合には、複数の供給分岐流路が複数のガス供給流路を構成する。

複数のガスタンク１５１～１５５のそれぞれには、温度センサ１６１～１６５が設けられている。各温度センサ１６１～１６５は、例えば各ガスタンク１５１～１５５のバルブアセンブリ（図示せず）に設けられている。各温度センサ１６１～１６５は、各ガスタンク１５１～１５５の内部の温度を測定する。なお、各温度センサ１６１～１６５を設ける代わりに、各ガスタンク１５１～１５５の外部の温度を測定する温度センサを設けてもよい。充填主流路１１０及び供給主流路１２０のそれぞれには、圧力センサ１７０，１８０が設置されている。第１圧力センサ１７０は、ガス充填時のガスの圧力を測定する。第２圧力センサ１８０は、ガス供給時のガスの圧力を測定する。但し、圧力センサ１７０，１８０は省略されてもよい。

第２ガスタンクユニット２００は、複数のガスタンク２５１～２５５と、充填主流路２１０と、複数の充填分岐流路２１１～２１５と、供給主流路２２０と、複数の供給分岐流路２２１～２２５と、を備える。複数の供給分岐流路２２１～２２５のそれぞれには、供給側開閉弁２４１～２４５が設けられている。複数のガスタンク２５１～２５５のそれぞれには、温度センサ２６１～２６５が設けられている。充填主流路２１０及び供給主流路２２０のそれぞれには、圧力センサ２７０，２８０が設置されている。なお、第１ガスタンクユニット１００の供給主流路１２０と第２ガスタンクユニット２００の供給主流路２２０は、連結管３００を介して連通されている。

制御部５００は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されており、具体的にはＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御部５００は、利用者の要求や、ガス貯蔵システム１０内の各センサの測定値等に応じて、各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５の開閉を制御する。具体的には、制御部５００は、ガス充填時には、各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５を閉じ、ガス供給時には、各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５を開く。制御部５００は、ガス充填時における各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の温度を利用して、各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５が閉弁状態であるか否かを判定する。ガス充填時には、各ガスタンク１５１～１５５の内部に断熱圧縮が発生するため、各ガスタンク１５１～１５５の温度が上昇する。ここで、例えば、第１ガスタンクユニット１００の第１供給分岐流路１２１の第１供給側開閉弁１４１が異常状態である場合、すなわち、第１供給側開閉弁１４１が制御部５００からの開弁指令を受けても開かない場合には、ガス供給時に第１ガスタンク１５１内のガスが外部に供給されず、第１ガスタンク１５１内のガスの量が減少しない。この結果、ガス充填時には、第１ガスタンク１５１は、他のガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５と比べて、充填されるガスの量が少なく、断熱圧縮によるタンク温度の上昇が少ない。従って、制御部５００は、ガス充填時における各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のそれぞれの温度を比較することによって、各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５が閉弁状態であるか否かを判定できる。

図２は、制御部５００が各供給側開閉弁１４１～１４５，２４１～２４５が閉弁状態であるか否かを判定する処理の詳細を例示するフローチャートである。図３は、ガス充填時における各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の内部温度の時間変化を例示する図である。図３の例では、特性線Ｇ１は、第１ガスタンクユニット１００の第２ガスタンク１５２～第５ガスタンク１５５の内部温度の時間変化を示す。特性線Ｇ２は、第２ガスタンクユニット２００の第１ガスタンク２５１～第５ガスタンク２５５の内部温度の時間変化を示す。特性線Ｇ３は、第１ガスタンクユニット１００の第１ガスタンク１５１の内部温度の時間変化を示す。

ステップＳ１１０において、制御部５００は、各温度センサ１６１～１６５から、複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５にガスが充填される時における複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のそれぞれの温度を取得する。本実施形態では、制御部５００は、各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の内部の温度を取得する。図３の例では、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの間では、各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５にガスが充填されている。制御部５００は、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの間の各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の内部温度を取得する。

ステップＳ１２０において、制御部５００は、充填時における各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の温度を相互に比較する。図３の例では、特性線Ｇ１と特性線Ｇ２はほぼ重なっている。すなわち、充填時において、第１ガスタンクユニット１００の第２ガスタンク１５２～第５ガスタンク１５５及び第２ガスタンクユニット２００の第１ガスタンク２５１～第５ガスタンク２５５のそれぞれの温度はほぼ同一である。特性線Ｇ３によれば、第１ガスタンクユニット１００の第１ガスタンク１５１の充填時の温度は、ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５の充填時の温度よりも低い。この場合には、第１供給分岐流路１２１の第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態となっている可能性がある。

ステップＳ１３０において、制御部５００は、充填時における各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の互いの温度差が予め定められた温度差基準値以上であるか否かを判定する。「温度差基準値」とは、ガス充填時の温度が他のガスタンクよりも低いガスタンクにおいて、当該ガスタンクと接続しているガス供給流路に設けられている供給側開閉弁が閉弁状態であると判定できる、当該ガスタンクと他のガスタンクとの温度差の値である。温度差基準値は、実験又は経験によって得られる。制御部５００は、複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のうちで他のガスタンクとの温度差が温度差基準値以上のガスタンクがある場合（ステップＳ１３０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ１４０に移行する。ステップＳ１４０において、制御部５００は、複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のうちで温度が他のガスタンクよりも低いガスタンクと接続しているガス供給流路に設けられている供給側開閉弁が閉弁状態であると判定する。図３の例では、制御部５００は、例えばガス充填終了直前の時刻ｔ３、すなわち、ガス充填口２０を閉じた時刻ｔ３での各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の互いの温度差が温度差基準値以上であるか否かを判定する。時刻ｔ３では、特性線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３によれば、各ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５の互いの温度差はゼロであり、第１ガスタンク１５１と各ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５との温度差は温度差ΔＴ３である。複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のうち、各ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５の温度Ｔｍａｘは最高温度であり、第１ガスタンク１５１の温度Ｔｍｉｎは最低温度である。各ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５の温度Ｔｍａｘと第１ガスタンク１５１の温度Ｔｍｉｎとの温度差ΔＴ３は温度差基準値Ｔｓｔよりも大きい。従って、制御部５００は、第１ガスタンク１５１と接続している第１供給分岐流路１２１に設けられている第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると判定する。

なお、以上の説明では、制御部５００は、時刻ｔ３での複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の温度のうちの最高温度Ｔｍａｘと最低温度Ｔｍｉｎとを比較している。その代わりに、仮に、時刻ｔ３において、第１ガスタンクユニット１００の第２ガスタンク１５２の温度が最高温度Ｔｍａｘよりも低く最低温度Ｔｍｉｎよりも高い場合、制御部５００は、第２ガスタンク１５２の温度と第１ガスタンク１５１の温度Ｔｍｉｎとを比較してその温度差が温度差基準値Ｔｓｔよりも大きければ、第１ガスタンク１５１と接続している第１供給分岐流路１２１に設けられている第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると判定してもよい。また、制御部５００は、例えば時刻ｔ１又は時刻ｔ２における第１ガスタンク１５１と各ガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５との温度差ΔＴ１（ΔＴ１＝Ｔｓｔ）又は温度差ΔＴ２（ΔＴ２＞Ｔｓｔ）を用いて第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると判定してもよい。

なお、制御部５００は、例えば、第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると判定した後、圧力センサ１８０を用いて、第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であることを再度検証してもよい。具体的には、制御部５００は、第１供給側開閉弁１４１のみに開弁指令を送信した後、圧力センサ１８０の測定値を監視する。制御部５００は、圧力センサ１８０の測定値が増大しない場合には、第１供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると確実に判定できる。また、制御部５００は、閉弁状態であると判定された供給側開閉弁１４１が設けられている供給分岐流路１２１と接続しているガスタンク１５１の番号を利用者に通知してもよい。

ステップＳ１４０の後、制御部５００は、処理を終了する。ステップＳ１３０に戻り、制御部５００は、各ガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５の互いの温度差が温度差基準値よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１３０、Ｎｏ）には、処理を終了する。

以上説明したように、第１実施形態では、制御部５００は、ガス充填時における複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のそれぞれの温度を相互に比較し、複数のガスタンク１５１～１５５，２５１～２５５のうちで他のガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５との温度差が温度差基準値以上であり、かつ、他のガスタンク１５２～１５５，２５１～２５５よりも温度が低いガスタンク１５１と接続している供給分岐流路１２１に設けられている供給側開閉弁１４１が閉弁状態であると判定する。こうすれば、ガス貯蔵システム１０の供給側開閉弁１４１の閉弁状態を検出できる。同様に、他の供給側開閉弁１４２～１４５，２４１～２４５の閉弁状態も検出できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ガス貯蔵システム
２０…ガス充填口
２１…ガス導入流路
１００…第１ガスタンクユニット
１１０…充填主流路
１１１～１１５…充填分岐流路
１１１ｄ～１１５ｄ…連結部
１２０…供給主流路
１２１～１２５…供給分岐流路
１４１～１４５…供給側開閉弁
１５１～１５５…ガスタンク
１６１～１６５…温度センサ
１７０…圧力センサ
１８０…圧力センサ
２００…第２ガスタンクユニット
２１０…充填主流路
２１１～２１５…充填分岐流路
２２０…供給主流路
２２１～２２５…供給分岐流路
２４１～２４５…供給側開閉弁
２５１～２５５…ガスタンク
２６１～２６５…温度センサ
２７０…圧力センサ
２８０…圧力センサ
３００…連結管
５００…制御部

Claims

ガス貯蔵システムであって、
複数のガスタンクと、
前記複数のガスタンクのそれぞれに設けられ、前記複数のガスタンクの温度を測定する温度センサと、
前記複数のガスタンクのそれぞれと接続し、前記複数のガスタンクの内部のガスを外部に導く複数のガス供給流路と、
前記複数のガス供給流路のそれぞれに設けられている供給側開閉弁と、
前記複数のガスタンクにガスが充填される時における前記複数のガスタンクのそれぞれの温度を相互に比較し、前記複数のガスタンクのうちで他のガスタンクとの前記温度の温度差が予め定められた温度差基準値以上であり、かつ、前記他のガスタンクよりも前記温度が低いガスタンクと接続している前記ガス供給流路に設けられている前記供給側開閉弁が閉弁状態であると判定する制御部と、
を備えるガス貯蔵システム。
ガス貯蔵システムであって、
複数のガスタンクと、
前記複数のガスタンクのそれぞれに設けられ、前記複数のガスタンクの温度を測定する温度センサと、
前記複数のガスタンクのそれぞれと接続し、前記複数のガスタンクの内部のガスを外部に導く複数のガス供給流路と、
前記複数のガス供給流路のそれぞれに設けられている供給側開閉弁と、
前記複数のガスタンクにガスが充填される時における前記複数のガスタンクのそれぞれの温度を用い、前記複数のガスタンクのうち前記温度が最も高いガスタンクと、前記複数のガスタンクのうち前記温度が最も低いガスタンクとの温度差が予め定められた温度差基準値以上である場合に、前記温度が最も低いガスタンクと接続している前記ガス供給流路に設けられている前記供給側開閉弁が閉弁状態であると判定する制御部と、
を備えるガス貯蔵システム。
請求項１または請求項２に記載のガス貯蔵システムはさらに、
前記複数のガス供給流路と接続されているガス主供給流路に配置されている圧力センサを備え、
前記制御部は、前記圧力センサによる測定値を用いて、開弁状態であると判定した前記供給側開閉弁の開弁状態を再度判定する、ガス貯蔵システム。