(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを燃料とする車両における燃料ガス放出システムであって、
燃料ガスを貯蔵する燃料容器と、
前記燃料容器からの燃料ガスを必要箇所へ供給する燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインから分岐して車両外部へ燃料ガスを導出する燃料放出ラインと、
前記燃料供給ラインにおける前記燃料放出ラインとの分岐点よりも上流側に設けられる、通常時閉状態を保持する第１の電磁遮断弁と、
前記燃料放出ラインに設けられる、通常時閉状態を保持する、第２の電磁遮断弁と、を有し、
前記第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁を前記燃料容器と前記燃料供給ラインとの接続部である容器元弁に内蔵したことを特徴とする車両の燃料ガス放出システム。
【請求項２】
請求項１記載の車両の燃料ガス放出システムであって、前記燃料供給ラインにおける前記燃料放出ラインとの分岐点よりも上流側のガス流路を、前記第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の周囲を巡るように配索したことを特徴とする車両の燃料ガス放出システム。
【請求項３】
請求項第１項又は２項記載の車両の燃料ガス放出システムであって、
前記第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の内部に通常時に弁閉状態を保持するリターンスプリングが配置されており、該リターンスプリングは低温時に、前記第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の電磁遮断弁を閉とする付勢特性を備えていることを特徴とする車両の燃料ガス放出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスを燃料とする車両の燃料ガス放出システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
天然ガス（ＣＮＧ）自動車、水素ガスを燃料とする燃料電池自動車などの高圧ガス燃料を搭載する車両においては、車両運用上、取り扱いの特徴として、ディーラなどでのユニット交換などのメンテナンス作業の場合や、長期の保存時において容器内の燃料を放出する必要がある。
【０００３】
高圧燃料ガスの放出には、大幅な温度低下を伴うため、温度が氷点下まで低下して配管系統やバルブ部系統が凍結する可能性がある。これにより、シール部などの部品の耐久性や性能低下に影響を与えている。また、この温度低下はガスの放出流量を大きくするほど大きくなる。このような凍結防止のため、作業者が温度低下速度を観察しながらガス放出の中断・再開を手動で繰り返す必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料ガスの放出のためには電磁弁を手動で駆動する必要があるが、車両に搭載されている電源には限りがあり、電源エネルギーの観点からもできるだけ短時間での作業が要求されている。なお、放出するガスの流速を下げることによって、温度低下が緩和されるところから絞りを設けることもなされているが、却って放出作業時間が長くなるため、作業効率が低下する問題が発生している。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、燃料ガスの放出の際の温度低下を抑制することができ、これにより、燃料ガスの放出を連続的に、短時間で行うことが可能な車両の燃料ガス放出システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ガスを燃料とする車両における燃料ガス放出システムであって、燃料ガスを貯蔵する燃料容器と、前記燃料容器からの燃料ガスを必要箇所へ供給する燃料供給ラインと、前記燃料供給ラインから分岐して車両外部へ燃料ガスを導出する燃料放出ラインと、前記燃料供給ラインにおける前記燃料放出ラインとの分岐点よりも上流側に設けられる、通常時閉状態を保持する第１の電磁遮断弁と、前記燃料放出ラインに設けられる、通常時閉状態を保持する、第２の電磁遮断弁と、を有し、前記第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁を前記燃料容器と前記燃料供給ラインとの接続部である容器元弁に内蔵したことを特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明では、第１の電磁遮断弁を、燃料供給ラインにおける燃料放出ラインとの分岐部分よりも上流部に設けているため、燃料放出時には第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁の両方を開放する。このとき、第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁に通電が行われ、この通電によってこれらの電磁遮断弁が発熱する。そして、第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁は、容器元弁に内蔵されているため、燃料放出ラインでの温度低下を緩和することができる。このため、燃料ガスの大量の放出を連続的に行うことが可能となる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の車両の燃料ガス放出システムであって、前記燃料供給ラインにおける前記燃料放出ラインとの分岐点よりも上流側のガス流路を、第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の周囲を巡るように配索したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、ガス流路が第１の電磁遮断弁又は第２の電磁遮断弁を巡るように配索されているため、放出される燃料ガスがこれらの電磁遮断弁の発熱を効率良く吸収する。これにより、燃料供給ラインで起こる温度低下を緩和することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項第１項又は２項記載の車両の燃料ガス放出システムであって、前記第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の内部に通常時に弁閉状態を保持するリターンスプリングが配置されており、該リターンスプリングは低温時に、前記第１の電磁遮断弁又は前記第２の電磁遮断弁の少なくとも一方の電磁遮断弁を閉とする付勢特性を備えていることを特徴とする。
【００１１】
一般的に、電磁遮断弁による昇温よりも、燃料ガス放出による温度低下の影響が大きく、燃料放出系の温度低下を完全に防止できない場合には、容器元弁及び燃料供給ライン、燃料放出ラインが低温になる。請求項３の発明では、低温時に閉とする付勢特性を有したリターンスプリングを電磁遮断弁内に設けていることにより、低温時には、電磁遮断弁への通電が継続される。これにより、電磁遮断弁の発熱量が大きくなるため、温度低下を緩和することができ、燃料ガスの放出を自動化することができる。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、第１の電磁遮断弁を燃料供給ラインにおける燃料放出ラインとの分岐点よりも上流側に第１の電磁遮断弁を設け、燃料放出ラインに第２の電磁遮断弁を設けているため、燃料ガスの放出時には、双方の電磁遮断弁を開とする必要があり、しかもこれらの電磁遮断弁は通常時閉状態を保持するため、開状態とするには、電流を通電する必要がある。この通電によって電磁遮断弁が発熱する。しかも、第１の電磁遮断弁及び第２の電磁遮断弁を容器元弁に内蔵しているため、双方の電磁遮断弁の発熱を利用して容器元弁及び燃料供給ライン、燃料放出ラインで起こる温度低下を緩和することが可能となり、燃料放出を連続して行うことが可能となる。このため、請求項１記載の発明によれば、料ガスの放出作業性を向上する効果がある。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載された発明の効果に加えて、燃料放出ラインの上流側のガス流路が電磁遮断弁の周囲を巡っているため、燃料ガスの放出時に電磁遮断弁の発熱をより効率良く燃料供給ラインに伝達することができ、燃料供給ラインで起こる温度低下を緩和することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、請求項１及び請求項２記載された発明の効果に加えて、低温時に閉とする付勢特性を有したリターンスプリングを電磁遮断弁内に設けているため、低温時には、電磁遮断弁への通電が継続されて電磁遮断弁の発熱量が大きくなるため、温度低下を緩和することができ、燃料ガスの放出を自動化することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に車両の燃料ガス放出システムの詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。なお、各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付して説明する。また、第１の実施の形態では、高圧水素ガスを燃料ガスとした車両への適用を示している。さらに、簡易化のため、容器は１本としているが、複数の容器を備える車両にも適用できることは言うまでもない。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１〜図４は、本発明に係る車両の燃料ガス放出システムの第１の実施の形態を示している。
【００１７】
本実施の形態では、高圧水素ガスを燃料ガスとする燃料電池車両での燃料放出システムに本発明を適用している。そして、燃料ガスは、図示しない水素充填設備で昇圧され、この水素充填設備内の遮断弁、圧力計、温度計などを経由して、ホースに接続された充填ノズルで車両側と接続されるようになっている。
【００１８】
車両側では、図１に示すように、燃料ガスが充填される燃料容器１が搭載されている。燃料ガスは、燃料充填ライン２によって燃料容器１に充填される。燃料充填ライン２は、上記した水素充填設備で昇圧され、同設備内の遮断弁、圧力計、温度計等を経由して燃料ガスが供給される。この燃料充填ライン２は、順次、逆止弁を内蔵した充填用レセプタクル８、逆止弁９、温度センサ１０、圧力センサ１１、逆止弁１２を介して燃料ガスを燃料容器１に充填する。また、燃料容器１には、溶栓弁１３を備えたリリーフライン４が接続されている。
【００１９】
さらに、燃料容器１には、燃料ガスを必要箇所へ供給する燃料供給ライン３が接続されている。この燃料供給ライン３は、容器元弁５内を通って燃料容器１と接続される。燃料供給ライン３は、出口ライン３ａを有しており、出口ライン３ａには上流側から下流側に向かって、順次、圧力センサ１５、温度センサ１６、減圧弁１７が配置されている。なお、出口ライン３ａのさらに下流側には低圧遮断弁１８が設けられている。
【００２０】
出口ライン３ａにおける減圧弁１７の下流側は、容器元弁５側に戻るリターンライン２１が接続されている。リターンライン２１は後述する第２の電磁遮断弁７を介して放出ライン２０と接続されている。これらのリターンライン２１及び放出ライン２０は燃料容器１内の燃料ガスを放出する燃料放出ラインを形成している。なお、放出ライン２０の下流端には、放出用レセプタクル２２が接続されている。
【００２１】
燃料供給ライン３には、第１の電磁遮断弁６が燃料容器１側に接続され、第１の電磁遮断弁６の下流側には第２の電磁遮断弁７が接続されている。これらの第１及び第２の電磁遮断弁６、７は容器元弁５に内蔵されている。第２の電磁遮断弁７は燃料供給ライン３の出口ライン３ａにおけるリターンライン２１（燃料放出ライン）との分岐点よりも上流側に設けられている。
【００２２】
これらの第１及び第２の電磁遮断弁６、７は、通常時閉状態を保持するノーマルクローズ式となっており、通電のない限り、閉状態となっている。図２及び図３に示すように、第２の電磁遮断弁７はその内部に電磁アクチュエータ２６を備えている。電磁アクチュエータ２６は、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、電磁石２７と、電磁石２７内を軸方向に貫通した弁体２８と、弁体２８を突き出すことにより閉方向に付勢する例えばコイルばねでなるリターンスプリング３０とを備えている。
【００２３】
このような構造では、電磁石２７への通電のない限り、図２（ｂ）の矢印Ｌ１で示すように、弁体２８が突き出されるため、同図（ａ）のように第２の電磁遮断弁７が閉じており、リターンライン２１に流れ込んだ燃料ガスは、第２の電磁遮断弁７によって遮断される。このため、放出ライン２０と連通した接続室２９に燃料ガスが流入することがなく、燃料ガスは放出ライン２０から放出されることがない。一方、電磁石２７へ通電がなされると、弁体２８は図３（ｂ）の矢印Ｌ２で示す方向へ、リターンスプリング３０の付勢力に抗して引き込まれる。このため、図３（ａ）で示すように、第２の電磁遮断弁７が開放され、燃料ガスは接続室２９から放出ライン２０に流れ込む。なお、上流側の第１の電磁遮断弁６は、上記した第２の電磁遮断弁７と同様な構造のものが使用されている。
【００２４】
この実施の形態において、第２の電磁遮断弁７の周囲には、ガス流路２５が配置されている。ガス流路２５は燃料供給ライン３と出口ライン３ａとの間に位置する流路となっており、第２の電磁遮断弁７の周囲に巻き付けられることにより、第２の電磁遮断弁７の周囲に配索されている。
【００２５】
このような構成に加えて、本実施の形態の燃料放出システムにおいては、図１に示すように、車両にコントローラ２４が搭載されている。コントローラ２４は、燃料充填ライン２の温度センサ１０及び圧力センサ１１からの信号が入力されるとと共に、出口ライン３ａにおける圧力センサ１５及び温度センサ１６からの信号が入力される。また、コントローラ２４は、第１の電磁遮断弁６及び第２の電磁遮断弁７に対して開作動信号を出力する。これにより、これらの電磁遮断弁６、７には電流が通電され、図３に示すようにリターンスプリング３０の付勢力に抗して電磁遮断弁６、７が開状態になるように設定されている。
【００２６】
このような構造において、上記容器元弁５内の第１の電磁遮断弁６における入口部分は、高圧の燃料ガスの流れから見た場合、燃料容器１内部からの初めての絞り部となるため、この部位での温度変化が最も大きい。メンテナンス作業などの用途のため、燃料容器１内の燃料ガスを放出する必要が発生した場合には、アースを取り、車両に装備された燃料放出用レセプタクル２２に放出用ノズルを接続すると共に、車両搭載の電池を電源として、容器元弁５に内蔵されている第１の電磁遮断弁６及び燃料供給ライン３における出口ライン３ａから分岐点１４で分岐したリターンライン２１に配置された第２の電磁遮断弁７を開状態にすることにより燃料ガスを放出する。この放出ラインにおいては、下流の構成が単純であり、その流量は燃料供給ライン３の最大流量に相当する。このため、放出時の温度低下の影響が最も大きい。本実施の形態では、第１及び第２の電磁遮断弁６、７が開動作を行う際に、これら電磁遮断弁６、７に通電が行われため、発熱が起きる。このため、これら電磁遮断弁６、７を巡るように放出ラインを配索したことで、温度低下を抑制することができる。
【００２７】
ここで、燃料ガス放出の際の動作・作用について説明する。
【００２８】
（１）第１の電磁遮断弁６及び第２の電磁遮断弁７へ通電されることにより、これらの電磁遮断弁６、７が開く。電磁遮断弁６、７への通電により、これらの電磁遮断弁６、７が発熱する。
【００２９】
（２）燃料容器１から燃料供給ライン３に入った時点で、燃料ガスの温度が低下する。
【００３０】
（３）そして、一旦低下した燃料ガスの温度は、第２の電磁遮断弁７の周囲を巡るように配策されたガス流路２５内に流入するが、このガス流路２５内を流れているうちに、第２の電磁遮断弁７の自己発熱により温度低下が緩和される。
【００３１】
図４は、燃料ガスの放出に要する時間と容器元弁５の温度とをプロットした特性図であり、特性曲線Ａ１はこの実施の形態による放出を、特性曲線Ｂ１は手動による放出を示す。手動の場合には、弁の開放時間に順じて容器元弁の温度が下がるため、弁を手動で閉鎖したり、開放する必要があり、作業が繁雑であると共に、燃料ガスの放出状態を観察する必要がある。これに対して、この実施の形態では電磁遮断弁６、７の開状態を継続したままで燃料ガスの放出を行うことができるため、操作性が向上すると共に、短時間で終了することができる。
【００３２】
以上説明したように、この実施の形態では燃料ガス放出の際の温度低下を緩和することができるため、燃料ガスを連続的に放出することができる。また、大量に放出することも可能であり、これにより短時間での燃料放出を行うことができる。さらに、電磁遮断弁６、７を用いて燃料ガスを放出するため、手動による弁の開閉操作が不要となり、操作性が向上する。
【００３３】
（第２実施形態）
図５及び図６は本発明の第２実施形態を示す。この実施形態では、図５に示すように第２の電磁遮断弁７の周囲を巡るガス流路２５を配索すると共に、第２の電磁遮断弁７の上流側に設けられている第１の電磁遮断弁６の周囲にも、同電磁弁６を巡るガス流路２５ａを配索するものである。また、これらの電磁遮断弁６、７は燃料容器１と容器供給ライン３との接続部位である容器元弁５に内蔵されている。本実施の形態における他の構成は、上記した第１の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００３４】
この実施の形態では、燃料ガスの放出の際に、通電によって自己発熱している第１及び第２の電磁遮断弁６、７の周囲を燃料ガスが流動するため、すべての電磁遮断弁の自己放熱を利用することが可能となる。このため、容器元弁５、燃料供給ライン３、３ａ、燃料放出ライン２１，２０で発生する温度低下を効率的に緩和することができ、燃料ガスの放出を連続して行うことが可能となる。また、燃料供給ライン３、３ａを介した通常の燃料供給時にも、燃料供給ラインの温度低下を最小限に抑えることが可能となる。
【００３５】
（第３実施形態）
図７及び図８は、本発明の第３実施形態を示す。この実施形態では、第２の電磁遮断弁７の電磁アクチュエータ２６に用いるリターンスプリング３１として形状記憶合金からなるコイルばねが用いられている。形状記憶合金からなるリターンスプリング３１は、所定の低温（例えば、０℃）時に図７で示すように、コイル長が伸長して弁体２８が突き出ることにより電磁遮断弁７を遮断する付勢特性を備えている。一方、電磁石２７への通電があると、図８に示すように弁体２８がリターンスプリング３１の勢力に抗して引き込むため、電磁遮断弁７が開放される。このような実施形態では、電磁遮断弁７の開閉を、リターンスプリング３１の付勢特性と電磁石２７への通電の切り換えによって行われるものである。なお、本実施の形態における他の構成は、上記した第２の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３６】
図９は、この実施形態の電磁遮断弁７の作動を示すタイミングチャートを示す。この実施の形態の動作・作用は、以下のようになっている。
【００３７】
（１）電磁遮断弁への通電による昇温により、燃料ガスの放出による温度低下影響が大きく、燃料放出系の温度が低下することにより、容器元弁５部及び燃料供給ライン３、３ａ及び燃料放出ライン２１，２０は所定の温度（例えば、０℃）以下の低温になる。
【００３８】
（２）電磁遮断弁７内部のリターンスプリング３１が有している付勢特性により、電磁遮断弁７は開側に駆動した状態を維持できない。これにより燃料ガスの流れが停止し、温度が低下しなくなる。
【００３９】
（３）電磁遮断弁７への通電による昇温で、容器元弁５部及び燃料供給ライン３、３ａ及び燃料放出ライン２１、２０の温度が上昇する。
【００４０】
（４）温度上昇により、リターンスプリング３１の特性が元に戻り、電磁電磁弁７が開き、再度、燃料ガスが放出される。
【００４１】
以上の動作を繰り返すことにより、温度調整しながらの燃料ガスの放出を自動的に行うことができる。
【００４２】
なお、この実施の形態では、形状記憶合金からなるリターンスプリング３１を第２の電磁遮断弁７への適用を示しているが、第１の電磁遮断弁６に対しても同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体を示す構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は第１の実施の形態に用いる第２の電磁遮断弁の閉状態を示す断面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は第１の実施の形態に用いる第２の電磁遮断弁の開状態を示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態の作動を示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の全体を示す構成図である。
【図６】第２の実施の形態の作動を示す特性図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は第３の実施の形態に用いる第２の電磁遮断弁の閉状態を示す断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は第３の実施の形態に用いる第２の電磁遮断弁の開状態を示す断面図である。
【図９】第３の実施の形態の第２電磁遮断弁の作動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  燃料容器
３、３ａ  燃料供給ライン
５  容器元弁
６  第１の電磁遮断弁
７  第２の電磁遮断弁
１２  分岐点
２０、２１  燃料放出ライン
３１  リターンスプリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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