(57)【要約】【課題】複数の水素タンクの主止弁を同時に開弁しようとする場合の、各主止弁が実際に開弁するまでに要する時間に差が生じることを防止する。【解決手段】水素供給システムは、水素消費装置と、２以上の水素タンクと、各水素タンクに接続されている副水素供給路と、主水素供給路と、主止弁と、副水素供給路上における主止弁の主水素供給路側に設けられ、水素タンクから主水素供給路に向かって流れる水素ガスの流れを許容し、その逆方向への水素ガスの流れを遮断する逆止弁と、主止弁の開閉を制御する２以上の駆動回路と、電源と各駆動回路との間に配置されているリレーと、駆動回路とリレーとを制御する制御部であって、駆動回路のすべてが導通状態になったときにリレーを遮断状態から接続状態に切り替える制御部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素供給システムであって、
水素消費装置と、
２以上の水素タンクと、
各前記水素タンクに接続されている副水素供給路と、
前記水素消費装置に接続され、各前記副水素供給路を介して各前記水素タンクが並列に接続されている主水素供給路と、
前記副水素供給路上に前記水素タンクと対応して設けられ、開閉により前記水素タンクと前記主水素供給路を連通または非連通のいずれかに切り替える主止弁と、
前記副水素供給路上における前記主止弁の前記主水素供給路側に設けられ、前記水素タンクから前記主水素供給路に向かって流れる水素ガスの流れを許容し、その逆方向への水素ガスの流れを遮断する逆止弁と、
前記主止弁の開閉を制御する２以上の駆動回路と、
電源と前記各駆動回路との間に配置されているリレーと、
前記駆動回路と前記リレーとを制御する制御部であって、前記駆動回路のすべてが導通状態になったときに前記リレーを遮断状態から接続状態に切り替える制御部と、
を備える水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素ガスを供給する水素供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の水素タンクを複数のグループに分け、同一のグループに属する水素タンクの全ての開閉弁を同時に開閉制御する駆動回路をグループ毎に備える水素供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２６７１５号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、駆動回路を構成する電子素子の特性には、様々な要因で公差があり、駆動回路の動作速度は一律ではない。また、駆動回路を複数備える場合には、通信や制御に要する時間にも差が生じる。この結果、複数の水素タンクの開閉弁を同時に開弁しようとする際、制御部が各開閉弁を開弁するために各駆動回路に対して同時に開弁信号を送信した場合であっても、各開閉弁が実際に開弁するまでに要する時間にはばらつきが生じる。開閉弁のばらつきは、開弁タイミングの遅い開閉弁の上流側に備えられている逆止弁に対する圧力の印加を招き、当該逆止弁の劣化を招くという問題がある。この問題は、駆動回路数が増加するほど顕著になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示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。
【０００６】
［適用例１］
第１の態様によれば、水素消費装置と、２以上の水素タンクと、各前記水素タンクに接続されている副水素供給路と、前記水素消費装置に接続され、各前記副水素供給路を介して各前記水素タンクが並列に接続されている主水素供給路と、前記副水素供給路上に前記水素タンクと対応して設けられ、開閉により前記水素タンクと前記主水素供給路を連通または非連通のいずれかに切り替える主止弁と、前記副水素供給路上における前記主止弁の前記主水素供給路側に設けられ、前記水素タンクから前記主水素供給路に向かって流れる水素ガスの流れを許容し、その逆方向への水素ガスの流れを遮断する逆止弁と、前記主止弁の開閉を制御する２以上の駆動回路と、電源と前記各駆動回路との間に配置されているリレーと、前記駆動回路と前記リレーとを制御する制御部であって、前記駆動回路のすべてが導通状態になったときに前記リレーを遮断状態から接続状態に切り替える制御部と、を備える水素供給システムが提供される。
【０００７】
第１の態様の水素供給システムによれば、全ての駆動回路を導通にした後にリレーを接続にすることによって主止弁を閉弁状態から開弁状態に切り替えるので、駆動回路の動作速度のばらつきによる主止弁毎の開弁に要する時間のばらつきを抑制することができる。また、制御部から各駆動回路へ制御信号を伝達するまでに要する時間のばらつきによる、各主止弁が開弁する時間に差が生じることを防止できる。従って、開弁タイミングの遅い開閉弁の上流側に備えられている逆止弁に対する圧力の印加を招き、当該逆止弁の劣化を招くという問題を解決することが可能である。
【０００８】
本開示は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、タンク主止弁制御装置、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の種々の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る水素供給システムを示す概略図。
【図２】第１実施形態に係る水素供給システムにより実行される主止弁の開弁制御の手順を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態に係る水素供給システムにより実行される主止弁の開弁制御のタイミングを示すタイムチャート。
【図４】従来例に係る主止弁の開弁制御のタイミングを示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る水素供給システム２００を示す概略図である。水素供給システム２００は、複数の水素タンク１０ａ〜１０ｎ（ｎは２以上の自然数）と、制御部２０と、水素消費装置３０を備えている。各水素タンク１０ａ〜１０ｎは、それぞれ水素供給系１００を介して水素消費装置３０に接続されている。水素タンク１０ａ〜１０ｎから放出された水素ガスは水素供給系１００を通り、水素消費装置３０へと供給される。水素消費装置３０には、例えば、燃料電池、水素エンジンがある。
【００１１】
水素供給系１００は、主水素供給路１１と副水素供給路１１ａ〜１１ｎとを備えている。複数の水素タンク１０ａ〜１０ｎは、それぞれ副水素供給路１１ａ〜１１ｎを介して主水素供給路１１と並列に接続されている。各副水素供給路１１ａ〜１１ｎには、それぞれ主止弁１２ａ〜１２ｎと逆止弁１３ａ〜１３ｎが配置されている。各逆止弁１３ａ〜１３ｎは、各主止弁１２ａ〜１２ｎと主水素供給路１１との間に配置されている。
【００１２】
主止弁１２ａ〜１２ｎは、開閉により水素タンク１０ａ〜１０ｎと主水素供給路１１とを連通または非連通のいずれかに切り替えるように構成されている。主止弁１２ａ〜１２ｎには、例えば通電による電磁力によって開弁される電磁弁を用いることができる。主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁に必要な電力は水素供給システム２００の外部に備えられた電源であるバッテリ４０から供給されている。バッテリ４０と主止弁１２ａ〜１２ｎとはリレー２２と駆動回路２１ａ〜２１ｎとを介して接続されている。
【００１３】
逆止弁１３ａ〜１３ｎは、水素ガスが副水素供給路１１ａ〜１１ｎを通って水素タンク１０ａ〜１０ｎから主水素供給路１１へと向かう流れを許容し、かつその逆方向すなわち水素ガスが主水素供給路１１から水素タンク１０ａ〜１０ｎへと向かう逆流を防止する弁構成を備えている。
【００１４】
水素供給システム２００の水素供給動作は、主止弁１２ａ〜１２ｎを開弁し、水素タンク１０ａ〜１０ｎと主水素供給路１１とを非連通から連通に切り替えることによって行なわれる。主止弁１２ａ〜１２ｎの開閉は、制御部２０によって制御されている。
【００１５】
制御部２０は、制御線２０ａを介して駆動回路２１ａ〜２１ｎと接続され、制御線２０ｂを介してリレー２２と接続されている。制御部２０による主止弁１２ａ〜１２ｎの開閉の制御は、駆動回路２１ａ〜２１ｎとリレー２２とを用いて行なわれる。
【００１６】
駆動回路２１ａ〜２１ｎは、対応する主止弁１２ａ〜１２ｎ毎、もしくは水素タンク１０ａ〜１０ｎが複数のグループに分けられている場合にはグループ毎、に１つずつ備えられている。駆動回路２１ａ〜２１ｎは、制御部２０からの制御信号に従い主止弁１２ａ〜１２ｎへと供給される電流値を切り替えることによって主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁又は閉弁する。駆動回路２１ａ〜２１ｎには、例えば、外部からの制御信号に応じて入力端子と出力端子との接続を切り替える、すなわち、バッテリ４０と主止弁１２ａ〜１２ｎとが通電可能となる導通状態と通電不可能となる非導通状態とを切り替え可能なスイッチング素子を備えた駆動回路を用いることができる。
【００１７】
リレー２２は、バッテリ４０と駆動回路２１ａ〜２１ｎとの間に設けられている。リレー２２は、バッテリ４０から主止弁１２ａ〜１２ｎへの通電が可能となる接続状態または通電が不可能となる遮断状態のいずれかに切り替えるように構成されている。なお、リレー２２は、緊急時にバッテリ４０から主止弁１２ａ〜１２ｎへの通電を遮断する緊急遮断リレーを兼ねていてもよい。
【００１８】
以下では、水素供給システム２００が実行する主止弁１２ａ〜１２ｎの制御について説明する。
【００１９】
図２は、水素供給システム２００において実行される第１実施形態の主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁制御の手順を示すフローチャートである。水素消費装置３０として、燃料電池を用いて説明する。
【００２０】
水素供給システム２００は、制御部２０が燃料電池３０からシステム起動要請を受けると主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁制御を開始する。システム起動要請を受けた制御部２０は、駆動回路２１ａ〜２１ｎに開弁制御信号を送信する（ステップ１０１）。駆動回路２１ａ〜２１ｎは、開弁制御信号を受信するとバッテリ４０と主止弁１２ａ〜１２ｎが通電可能な導通状態へと切り替わる。
【００２１】
制御部２０は、すべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になるまで待機する（ステップ１０２ＮＯ）。すべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になると、制御部２０による制御は、ステップ１０３へと進む（ステップ１０２ＹＥＳ）。なお、すべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になったか否かは、制御部２０が開弁制御信号後、駆動回路２１ａ〜２１ｎが非導通状態から導通状態に切り替わるのに十分な予め定められた時間が経過したかによって判断することが可能である。もしくは、各駆動回路２１ａ〜２１ｎが自端子の電圧上昇を基に導通状態になったか否かを判定し、各駆動回路２１ａ〜２１ｎから導通への切り替えの完了の通知を制御部２０が受信することによって、制御部２０はすべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になったか否かを判断することも可能である。
【００２２】
制御部２０は、すべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になると、リレー２２の状態を遮断状態から接続状態に切り替える（ステップ１０３）。駆動回路２１ａ〜２１ｎがすでに導通状態であるため、リレー２２を遮断状態から接続状態へ切り替えることによって、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎに対して同時に起動電流Ｉｏｃが通電される。これにより、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎは同時に開弁する。
【００２３】
水素供給システム２００は、制御部２０が燃料電池３０からシステム停止要請を受けると主止弁１２ａ〜１２ｎの閉弁制御を開始する。制御部２０は、駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態を維持しているので、リレー２２を接続状態から遮断状態に切り替えことにより、バッテリ４０とすべての主止弁１２ａ〜１２ｎへの通電を同時に遮断することが可能である。これにより、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎは同時に閉弁する。制御部２０は、リレー２２の接続の切り替えの後に駆動回路２１ａ〜２１ｎを導通状態から非導通状態へと切り替える。
【００２４】
駆動回路２１ａ〜２１ｎと主止弁１２ａ〜１２ｎとが同数である場合には、ＰＷＭ駆動による開弁制御が可能である。主止弁１２ａ〜１２ｎは、閉弁状態から開弁状態への切り替えと開弁保持とでは、必要となる電流値が異なる。開弁時には大きな電流値が必要であるが、開弁を保持するには比較的小さい。主止弁１２ａ〜１２ｎを接続に切り替えてから規定時間が経過した後に、駆動回路２１ａ〜２１ｎに起動電流Ｉｏｃより電流値が小さい保持電流へと切り替えてもよい。
【００２５】
図３は、第１実施形態に係る水素供給システム２００により実行される主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁制御のタイミングを示すタイムチャートである。図３に示すように、第１〜第ｎ駆動回路２１ａ〜２１ｎは、開弁制御信号を受信すると、非導通状態から導通状態へと切り替わる。同時に開弁制御信号を受けた場合であっても、第１〜第ｎ駆動回路２１ａ〜２１ｎが実際に非導通状態から導通状態へと切り替わるために要する時間にはばらつきがある。リレー２２が遮断状態であるため、駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態へと切り変わっても、主止弁１２ａ〜１２ｎには電流が流れず、主止弁１２ａ〜１２ｎは開弁しない。すべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが非導通状態から導通状態への切り替えを完了した後の時刻ｔにおいて、リレー２２を遮断状態から接続状態に切り替えられる。これにより、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎに対して同時に起動電流Ｉｏｃが通電し、第１〜第ｎ主止弁１２ａ〜１２ｎは同時に開弁する。したがって、駆動回路２１ａ〜２１ｎの動作速度のばらつきによる主止弁１２ａ〜１２ｎ毎の開弁に要する時間のばらつきを抑制又は防止することができる。また、制御部２０から各駆動回路２１ａ〜２１ｎへ制御信号を伝達するまでに要する時間のばらつきによる、各主止弁１２ａ〜１２ｎが開弁する時間に差が生じることを抑制又は防止できる。
【００２６】
図４は、従来例に係る主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁制御のタイミングを示すタイムチャートである。図４に示すように、第１〜第ｎ駆動回路２１ａ〜２１ｎは、開弁制御信号を受信すると、非導通状態から導通状態へと切り替わる。各駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になると、対応する主止弁１２ａ〜１２ｎへと起動電流Ｉｏｃが通電し、開弁するので、複数の主止弁１２ａ〜１２ｎの開弁するタイミングにばらつきがある。その結果、遅いタイミングで開いた主止弁１２ａ〜１２ｎの上流に備えられた逆止弁１３ａ〜１３ｎに対する圧力の印加を招き、当該逆止弁１３ａ〜１３ｎの劣化を招くという問題が生じていた。
【００２７】
以上説明した第１実施形態の水素供給システム２００による開弁制御によれば、制御部２０はすべての駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態になった際にリレー２２を遮断状態から接続状態に切り替えるため、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎに対し同時に起動電流Ｉｏｃが通電する。これにより、主止弁１２ａ〜１２ｎは同時に開弁する。すなわち、導通状態の切り替えに要する時間にばらつきが生じる駆動回路２１ａ〜２１ｎを非導通状態から導通状態に予め切り替えた後に通電するので、開弁のタイミングのばらつきを防止することができる。従って、遅く開いた主止弁１２ａ〜１２ｎの上流側に備えられた逆止弁１３ａ〜１３ｎに対する圧力の印加による当該逆止弁１３ａ〜１３ｎの劣化を抑制または防止することができる。
【００２８】
また、閉弁制御の際は、駆動回路２１ａ〜２１ｎが導通状態を維持した状態で、リレー２２を接続状態から遮断状態に切り替えことにより、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎが同時に電気的に遮断される。これにより、すべての主止弁１２ａ〜１２ｎは同時に閉弁する。リレー２２の接続状態から遮断状態に切り替えることにより主止弁１２ａ〜１２ｎに対する通電を遮断するため、閉弁のタイミングのばらつきを防止することができる。
【００２９】
本開示は、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例中の技術的特徴は、上述の課題の一部また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。
【符号の説明】
【００３０】
１０ａ〜１０ｎ…水素タンク
１１…主水素供給路
１１ａ〜１１ｎ…副水素供給路
１２ａ〜１２ｎ…主止弁
１３ａ〜１３ｎ…逆止弁
２０…制御部
２０ａ、２０ｂ…制御線
２１ａ〜２１ｎ…駆動回路
２２…リレー
３０…水素消費装置
４０…バッテリ
１００…水素供給系
２００…水素供給システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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