(57)【要約】【課題】本発明は、充填時において、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスの正確な温度を検出すること、燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させること、燃料配管の組付性向上に貢献することを目的としている。【解決手段】このため、車両に搭載された燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを有する車両用燃料電池システムにおいて、燃料充填時には、燃料ガスを車両に供給する燃料ガス供給装置の燃料供給管と接続する燃料供給口を車両に設け、燃料供給口は、第１燃料配管を介して燃料フィルタに接続されるとともに、燃料フィルタは、第２燃料配管を介して燃料ガスタンクに接続され、燃料フィルタは、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段を備えている。【選択図】図１
2010015850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを有する車両用燃料電池システムにおいて、燃料充填時には、燃料ガスを車両に供給する燃料ガス供給装置の燃料供給管と接続する燃料供給口を前記車両に設け、この燃料供給口は、第１燃料配管を介して燃料フィルタに接続されるとともに、この燃料フィルタは、第２燃料配管を介して前記燃料ガスタンクに接続され、前記燃料フィルタは、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段を備えていることを特徴とする車両用燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料フィルタは、第１燃料配管から流入した燃料ガスをフィルタリングし、フィルタリングされた燃料ガスを第２燃料配管へと流出させる内筒部と、燃料ガスが第１燃料配管から流入でき、かつ前記燃料ガス温度検出手段の温度検出部が挿入された外筒部とから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は車両用燃料電池システムに係り、特に充填時において、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスの正確な温度を検出するとともに、燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させ、燃料配管の組付性向上への貢献を図る車両用燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガス（「水素ガス」ともいう。）を利用した燃料電池から出力される電気エネルギにより車両を駆動させる燃料電池システムを搭載した車両がある。
このとき、燃料ガスを貯蔵するのに燃料ガスタンク（「水素タンク」ともいう。）を用いているが、通常、燃料ガスは圧縮された状態で燃料ガスタンクへ充填（「供給」とも換言できる。）されるため、燃料ガスタンク内の圧力や燃料ガスタンク表面温度、供給される燃料ガスの温度等に応じて、充填される燃料ガス量を制御する必要があった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６９３３１号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の車両用燃料電池システムにおいては、燃料ガスタンク内の温度を測るタンク内温度検出手段を備えているとともに、燃料ガス供給装置（「燃料ガス充填所」または単に「充填所」ともいう。）に燃料ガス温度を検出する温度検出手段を備えていた。
しかし、前記燃料ガス供給装置の温度検出手段により検出された燃料ガス温度は、車両側において、この温度情報を得る手段を備えてはいなかった。
つまり、前記車両用燃料電池システムへの燃料ガス供給は、図５に示す如く、燃料ガス供給装置１０５と車両用燃料電池システム１０１とを燃料供給管１０６により接続し、燃料充填を行うものである。
このとき、前記車両側、つまり車両１０２に搭載される車両用燃料電池システム１０１は、車両に搭載された燃料電池１０３と、この燃料電池１０３に燃料ガスを供給する燃料ガスタンク１０４とを有している。
詳細に説明すると、図５に示す如く、前記燃料ガス供給装置１０５の燃料供給管１０６と接続する燃料供給口（「充填口」ともいう。）１０７を前記車両に設け、この燃料供給口１０７を、第１燃料配管１０８を介して燃料フィルタ１０９に接続するとともに、この燃料フィルタ１０９を、第２燃料配管１１０を介して前記燃料ガスタンク１０４に接続する。
このとき、燃料ガスタンク１０４の出入り口部位には開閉用バルブ（図示せず）のためのバルブブロック１１１を配設し、このバルブブロック１１１に一端側が接続される第３燃料配管１１２を介して、前記燃料ガスタンク１０４を燃料圧力調整（主に減圧）用レギュレータ１１３に接続する。
また、このレギュレータ１１３を、第４燃料配管１１４を介して前記燃料電池１０３に接続している。
そして、前記燃料ガス供給装置１０５に温度検出手段（「センサＡ」ともいう。）である第１センサ１１５を設ける一方、前記車両側の開閉用バルブのためのバルブブロック１１１には、燃料ガスタンク１０４内の温度を測るタンク内温度検出手段（「センサＢ」ともいう。）である第２センサ１１６を設けている。
しかし、上述した従来技術の構成においては、燃料ガスを車両の燃料ガスタンクに適切なガス供給量に基づいて充填する場合に、以下の問題点があった。
（１）前記燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスが、車両の燃料ガスタンク１０４に充填されるまでの正確な燃料ガス温度を計測する手段を備えていないため、正確に充填される燃料ガス量を制御するのが困難であった。
すなわち、充填所である前記燃料ガス供給装置から供給される時点での燃料ガス温度は同じ値であるという前提のもとで、燃料ガスタンクへ充填されるガス量を制御しているため、前記燃料ガス供給装置毎に燃料ガス温度が異なっている場合の対処方法は考えられていなかったという不都合がある。
（２）また、車両側の開閉用バルブを取り付けたバルブブロックには、前記燃料ガスタンク内の温度を測るタンク内温度検出手段である第２センサの検出位置による不都合もある。
つまり、前記第２センサを前記燃料ガスタンクに配設する際には、図６に示す如く、燃料ガスタンク１０４の出入り口部位に開閉用バルブのためのバルブブロック１１１を取り付け、このバルブブロック１１１から燃料ガスタンク１０４内に取付腕部１３０を延設し、この取付腕部１３０の先端に前記第２センサ１１６を配設している。
この結果、この第２センサ１１６によって燃料ガスタンク１０４のタンク壁面１０４ｆの温度を正確に検出することができなかった。
つまり、図６からも明らかなように、前記燃料ガスタンク１０４内に燃料ガスが充填される場合に、燃料ガスの吹き付けられる場所、例えばタンク壁面１０４ｆの点Ｐ部分は局所的に高温となるが、その後、燃料ガスは燃料ガスタンク１０４内で拡散するため、タンク内温度はタンク壁面１０４ｆに当たったときよりも低くなってしまい、この低い状態となったタンク内温度を前記第２センサ１１６が測定していることとなるためである。
そして、この検出されたタンク内温度を基にして、正確なガス量を制御することは困難であるという不都合がある。
【０００５】
この発明は、充填時において、燃料ガス供給装置から供給された燃料ガスの正確な温度を検出すること、燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させること、燃料配管の組付性向上に貢献することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、車両に搭載された燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを有する車両用燃料電池システムにおいて、燃料充填時には、燃料ガスを車両に供給する燃料ガス供給装置の燃料供給管と接続する燃料供給口を前記車両に設け、この燃料供給口は、第１燃料配管を介して燃料フィルタに接続されるとともに、この燃料フィルタは、第２燃料配管を介して前記燃料ガスタンクに接続され、前記燃料フィルタは、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、車両に搭載された燃料電池と、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガスタンクとを有する車両用燃料電池システムにおいて、燃料充填時には、燃料ガスを車両に供給する燃料ガス供給装置の燃料供給管と接続する燃料供給口を車両に設け、燃料供給口は、第１燃料配管を介して燃料フィルタに接続されるとともに、燃料フィルタは、第２燃料配管を介して燃料ガスタンクに接続され、燃料フィルタは、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段を備えている。
従って、充填時において、燃料ガス供給装置（「充填所」ともいう。）から供給された燃料ガスの正確な温度を検出することが可能である。これにより、充填所毎、あるいは同じ充填所でも時期が異なることによる充填所側の燃料ガス温度の変化を、正確に検出することができる。
また、正確な燃料ガス温度を検出できるので、充填時において、燃料ガスタンクのタンク内壁に当たる燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させることが可能である。これにより、予測制御のデータを用いて行われる充填時の燃料ガスの流量制御の精度も向上させることが可能である。
更に、構造物である燃料フィルタに燃料ガス温度検出手段を組み込んだので、燃料ガス温度検出手段を挿入できるように特別な燃料配管を用意しなくてもよい。燃料配管の組付性向上に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
図１〜図４はこの発明の実施例を示すものである。
図２において、１は車両用燃料電池システム、２は車両である。
この車両２に搭載される車両用燃料電池システム１は、図２に示す如く、車両２に搭載された燃料電池３と、この燃料電池３に燃料ガスを供給する燃料ガスタンク（「水素タンク」ともいう。）４とを有している。
そして、前記車両２は、図２に示す如く、燃料ガスを充填する際に、燃料ガス供給装置５（「燃料ガス充填所」または単に「充填所」ともいう。）に接続する必要がある。
ここで、前記車両用燃料電池システム１への燃料ガス充填時の手順を説明すると、手順は以下の如くである。
（１）まずヒューエルリッドを開ける。
（２）次に、一般的に、前記車両２のボディに固定されている後述する燃料供給口７のキャップ（図示せず）を外し、前記燃料ガス供給装置５の燃料ガス充填ノズル（図示せず）と接続し、燃料ガスの充填を開始する。
（３）前記燃料ガスタンク４のタンク内圧力、及び燃料ガス温度により、燃料ガスが燃料ガスタンク４内を満タン容量となるまで十分満たしたならば、充填を停止する。
【００１０】
また、前記燃料ガスタンク４について説明すると、この燃料ガスタンク４は、円筒状の２つのタンク（図示せず）から構成され、２つのタンクとも後述するバルブブロック１２の取り付けられたタンク開口部を車両左側に向けて、車幅方向に延びるように横置き状態に配置される。
具体的には、前記燃料ガスタンク４はタンク固定フレーム（図示せず）に載せられた状態で、タンク固定バンド（図示せず）を用いてタンク固定フレームに固定される。
そして、このタンク固定フレームは、前記燃料ガスタンク４を固定した状態で、車両フロア（図示せず）に下方より固定される。これにより、燃料ガスタンク４は、前記車両２に搭載されることとなる。
【００１１】
前記車両用燃料電池システム１は、図２に示す如く、前記燃料ガス供給装置５の燃料供給管６と接続する燃料供給口７（「充填口」または「レセプタクル」ともいう。）を前記車両２に設ける。
この燃料供給口７を、第１燃料配管８を介して燃料フィルタ９に接続する。つまり、前記燃料供給口７から、第１燃料配管８が車両下方に延び、前記燃料フィルタ９に連結される。
また、この燃料フィルタ９を、第２燃料配管１０を介して前記燃料ガスタンク４に接続する。つまり、前記燃料フィルタ９から、第２燃料配管１０は３方向（３ＷＡＹ）接続管（図示せず）に連結し、分岐した２つの配管は前記燃料ガスタンク４を構成する２つのタンクに接続される。
なお、前記燃料フィルタ９は図示しないブラケットを介して、前記車両２に固定される。
【００１２】
更に、前記燃料ガスタンク４の出入り口部位には開閉用バルブ（図示せず）のためのバルブブロック１１を配設し、このバルブブロック１１に一端側が接続される第３燃料配管１２を介して、前記燃料ガスタンク４を燃料圧力調整（主に減圧）用レギュレータ１３に接続する。このレギュレータ１３を、第４燃料配管１４を介して前記燃料電池３に接続する。
そして、前記燃料ガス供給装置５に温度検出手段（「センサＡ」ともいう。）である第１センサ１５を設ける一方、前記車両側の開閉用バルブのためのバルブブロック１２には、燃料ガスタンク４内の温度を測るタンク内温度検出手段（「センサＢ」ともいう。）である第２センサ１６を設ける。
【００１３】
前記燃料フィルタ９は、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段（「センサＣ」ともいう。）、例えば第３センサ１７を備える構成とする。
この構成によって、充填所である前記燃料ガス供給装置５毎、あるいは同じ燃料ガス供給装置５でも時期が異なることによる燃料ガス供給装置５側の燃料ガス温度の変化を正確に検出すること、及び充填時において、前記燃料ガスタンク４のタンク内壁に当たる燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させることを可能とし、予測制御のデータを用いて行われる充填時の燃料ガスの流量制御の精度の向上をも可能とするものである。
【００１４】
詳述すれば、前記燃料フィルタ９を、図１及び図３に示す如く、本体部１８と、少なくとも内筒部１９と外筒部２０とから構成される。
そして、前記本体部１８を、図１に示す如く、ほぼＴ字状に形成し、上部に前記内筒部２０と、この内筒部１９と同心状態、つまり二重管構造とした前記外筒部２０とを収容する一方、前記本体部１８内を通過する燃料ガス温度を検出するために、前記本体部１８の下方側に前記第３センサ１７を設ける。
このとき、前記内筒部１９は、前記燃料供給口７から第１燃料配管８を介して流入した燃料ガスをフィルタリングし、フィルタリングされた燃料ガスを前記第２燃料配管１０へと流出させる。なお、この第２燃料配管１０への燃料ガスの流出においては、３方向接続管を介して、２つのタンクから構成される前記燃料ガスタンク４へ流出されるものである。
また、前記外筒部２０は、図１に示す如く、燃料ガスが前記第１燃料配管８から流入でき、かつ前記燃料ガス温度検出手段である第３センサ１８の温度検出部２１が挿入され、この第３センサ１８に配線２２が接続されている。そして、この外筒部２０は、前記内筒部１９の先端部位を固定し、かつ先端部位において前記二重管構造内筒部１９と外筒部２０と間の空間を閉塞し、内筒部１９のみの燃料ガスの通過を可能としている。
【００１５】
次に、前記燃料ガスタンク４から前記燃料電池３への燃料ガスの供給経路を説明する。
まず、前記燃料ガスタンク４内に貯蔵されている高圧の燃料ガスは、前記バルブブロック１１を経由して、２つの第１、第２レギュレータからなる前記レギュレータ１３を通ることにより、燃料ガスは減圧され、前記燃料電池３へと供給される。
【００１６】
また、前記燃料フィルタ９に設けられた前記第３センサ１７と、前記燃料ガスタンク４内に設けられた前記第２センサ１６との値は、充填される燃料ガス量を制御する制御装置（図示せず）に取り込まれる。
そして、この制御装置は、特に前記燃料フィルタ９に設けられた前記第３センサ１７からの値に基づいて充填される燃料ガス量を、より正確に制御することが可能である。
更に、前記燃料ガスタンク４を設計する場合においても、前記車両２に充填される燃料ガス温度がどの程度の値であるかが重要な要素であるため、より正確な燃料ガス温度を計測できるようになることは有意義である。
【００１７】
追記すれば、前記燃料ガス供給装置５に設けられた第１センサ１５や、前記燃料ガスタンク４内に設けられた前記第２センサ１６、前記燃料フィルタ９に設けられた前記第３センサ１７による充填時の燃料ガス温度は、図４に示す如く、いずれも同一の数値を検出するものはなく、三者三様の検出値となるため、前記第３センサ１７によってより正確な燃料ガス温度を計測できる旨を証明している。
【００１８】
これにより、車両２に搭載された燃料電池３と、この燃料電池３に燃料ガスを供給する燃料ガスタンク４とを有する車両用燃料電池システム１において、燃料充填時には、燃料ガスを車両２に供給する燃料ガス供給装置５の燃料供給管６と接続する燃料供給口７を前記車両２に設け、この燃料供給口７は、第１燃料配管８を介して燃料フィルタ９に接続されるとともに、この燃料フィルタ９は、第２燃料配管１０を介して前記燃料ガスタンク４に接続され、前記燃料フィルタ９は、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段である前記第３センサ１７を備えている。
従って、充填時において、前記燃料ガス供給装置５から供給された燃料ガスの正確な温度を検出することが可能である。これにより、前記燃料ガス供給装置５毎、あるいは同じ燃料ガス供給装置５でも時期が異なることによる燃料ガス供給装置５側の燃料ガス温度の変化を、正確に検出することができる。
また、正確な燃料ガス温度を検出できるので、充填時において、燃料ガスタンク４のタンク内壁に当たる燃料ガス温度を予測する予測制御の精度を向上させることが可能である。これにより、予測制御のデータを用いて行われる充填時の燃料ガスの流量制御の精度も向上させることが可能である。
更に、構造物である燃料フィルタ９に燃料ガス温度検出手段である前記第３センサ１７を組み込んだので、燃料ガス温度検出手段を挿入できるように特別な燃料配管を用意しなくてもよい。燃料配管の組付性向上に貢献できる。
【００１９】
また、前記燃料フィルタ９は、第１燃料配管８から流入した燃料ガスをフィルタリングし、フィルタリングされた燃料ガスを第２燃料配管１０へと流出させる内筒部１９と、燃料ガスが第１燃料配管８から流入でき、かつ前記燃料ガス温度検出手段である前記第３センサ１７の温度検出部２１が挿入された外筒部２０とから構成されている。
従って、燃料フィルタ９としての性能を落とすことなく、また燃料フィルタ９の形状を変更する必要がなく、燃料ガス温度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施例を示す燃料フィルタの概略拡大断面図である。
【図２】車両用燃料電池システムへの燃料ガス供給状態の概略説明図である。
【図３】燃料フィルタの斜視図である。
【図４】燃料ガス充填時の充填所（センサＡ）とバルブブロック（センサＢ）、燃料フィルタ（センサＣ）の温度を示す図である。
【図５】この発明の従来技術を示す車両用燃料電池システムへの燃料ガス供給状態の概略説明図である。
【図６】燃料ガスタンクに燃料ガスを供給した際の充填時の水素ガス挙動を示す概略拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２１】
１  車両用燃料電池システム
２  車両
３  燃料電池
４  燃料ガスタンク
５  燃料ガス供給装置（「燃料ガス充填所」または単に「充填所」ともいう。）
６  燃料供給管
７  燃料供給口（「充填口」または「レセプタクル」ともいう。）
８  第１燃料配管
９  燃料フィルタ
１０  第２燃料配管
１１  バルブブロック
１２  第３燃料配管
１３  レギュレータ
１４  第４燃料配管
１５  第１センサ
１６  第２センサ
１７  第３センサ
２１  温度検出部
【図１】
2010015850.tif 000003
【図２】
2010015850.tif 000004
【図３】
2010015850.tif 000005
【図４】
2010015850.tif 000006
【図５】
2010015850.tif 000007
【図６】
2010015850.tif 000008