(57)【要約】【課題】幾重もの保護機構を有し、燃料電池の損傷を防ぎ、安全を確保する燃料電池の気体燃料供給システムを提供する。【解決手段】第１のバルブ１１０、濾過デバイス１２０、少なくとも一つの圧力調節デバイス１３０、第１の管路１４０、第２のバルブ１５０、流量センサーデバイス１６０、気体逆止バルブ１７０および制御ユニット１８０を含む。第１の管路１４０は、圧力調節デバイス１３２の出気端に入気端が連通し、圧力逃がしデバイス１４１、圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３および第１の温度センサーデバイス１４４を結合している。圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイスデバイス１４４および流量センサーデバイス１６０のいずれかが異常を検出すると、制御ユニット１８０が第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料源と燃料電池との間に配置され、
前記気体燃料源に入気端が連通している第１のバルブと、
前記第１のバルブの出気端に入気端が連通している濾過デバイスと、
前記濾過デバイスの出気端に入気端が連通している少なくとも一つの圧力調節デバイスと、
前記圧力調節デバイスの出気端に入気端が連通し、圧力逃がしデバイス、圧力センサーデバイス、第１の気体センサーデバイスおよび第１の温度センサーデバイスを結合した第１の管路と、
前記第１の管路の出気端に入気端が連通している第２のバルブと、
前記第２のバルブの出気端に入気端が連通している流量センサーデバイスと、
前記流量センサーデバイスの出気端に入気端が連通し、前記燃料電池に出気端が連通している気体逆止バルブと、を含み、前記圧力センサーデバイス、前記第１の気体センサーデバイス、前記第１の温度センサーデバイスデバイスおよび前記流量センサーデバイスのいずれかが異常を検出すると、制御ユニットが前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉鎖することを特徴とする気体燃料供給システム。
【請求項２】
前記気体燃料供給システム内または周辺に配置され、異常を検出すると、前記制御ユニットに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉鎖させる第２の気体センサーデバイスをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【請求項３】
前記気体燃料供給システム内またはの周辺に配置され、異常を検出すると、前記制御ユニットに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉鎖させる第２の温度センサーデバイスをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【請求項４】
カバーをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【請求項５】
前記カバー内または前記気体燃料供給システム周辺に配置され、異常を検出すると、前記制御ユニットに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉鎖させる第２の気体センサーデバイスをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の気体燃料供給システム。
【請求項６】
前記カバー内または前記気体燃料供給システム周辺に配置され、異常を検出すると、前記制御ユニットに前記第１のバルブおよび前記第２のバルブを閉鎖させる第２の温度センサーデバイスをさらに有することを特徴とする請求項４に記載の気体燃料供給システム。
【請求項７】
前記第１のバルブおよび前記第２のバルブは、それぞれ電磁バルブであることを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【請求項８】
前記制御ユニットは、複数の継電器が直列されてなり、前記各継電器はそれぞれ前記圧力センサーデバイス、前記第１の気体センサーデバイス、前記第１の温度センサーデバイスおよび前記流量センサーデバイスにより作動されることを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【請求項９】
前記制御ユニットは、入力端子が前記圧力センサーデバイス、前記第１の気体センサーデバイス、前記第１の温度センサーデバイスおよび前記流量センサーデバイスにより作動される磁性デバイスと、前記磁性デバイスに駆動される前記継電器と、を有することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の気体燃料供給システムに関し、特に、燃料電池の安全性を向上させるのに用いられる燃料電池の気体燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球規模でのエネルギー消費およびエコロジー意識の向上にともない、従来のエネルギーは、すでに供給不足になっている。そのため、新しいエネルギーの研究が盛んに行なわれているが、中でも燃料電池は、高効率および低汚染という二大長所を有するため、ここ数年多くの国々および企業に注目されている。燃料電池に充分な電力を発生させるため、燃料電池は、一定の反応効率を維持せねばならず、燃料の供給が非常に重要な問題であった。
【０００３】
気体燃料が用いられた燃料電池において、気体燃料供給システムにより気体燃料を供給することができるが、気体燃料時における気体漏れによる電池の不具合および危険を防止するため、気体燃料供給システムに保護機構が設けられている。
【０００４】
以下、従来技術を図面に基づいて説明する。図１を参照する。図１は、従来の気体燃料供給システムを示すブロック図である。図１に示すように、従来の気体燃料供給システム１０は、圧力調節デバイス１１、圧力センサーデバイス１２、および管路スイッチ１３を含む。
【０００５】
気体燃料供給システム１０は、気体燃料源２０と燃料電池３０との間に配置され、燃料管路１４により両者に連接されている。圧力調節デバイス１１は、燃料管路１４と気体燃料源２０との間に配置され、気体燃料源２０が送り出した気圧を燃料電池３０が使用するのに適切な圧力に調節する。これにより、高圧力により燃料電池３０内の構造が損傷するのを防ぐ。圧力センサーデバイス１２により燃料管路１４内の気圧が検出され、その検出結果が圧力調節デバイス１１の気圧調節のデータとなる。管路スイッチ１３は、燃料管路１４の開閉を制御し、気体燃料を燃料電池３０内に送り込むのを制御する。
【０００６】
従来の気体燃料供給システム１０は、保護装置の構造が簡単すぎたため、管路スイッチ１３が故障したり、制御機構が誤作動を起こしたりした場合、気体燃料の圧力が高くなりやすく、燃料電池３０に異常が発生したり、燃料電池３０が損傷したり、気体燃料が漏れたりして事故を起こしてしまうことがあった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１の目的は、幾重もの保護機構を有し、燃料電池の損傷を防ぎ、安全を確保する燃料電池の気体燃料供給システムを提供することにある。
本発明の第２の目的は、各種のセンサーデバイスにより、燃料電池の損傷を防ぎ、システム全体および周囲の安全を確保する燃料電池の気体燃料供給システムを提供することにある。
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池の気体燃料供給システムを提供する。本発明の燃料電池の気体燃料供給システムは、燃料電池の気体燃料供給システムは、第１のバルブ、濾過デバイス、少なくとも一つの圧力調節デバイス、第１の管路、第２のバルブ、流量センサーデバイス、気体逆止バルブおよび制御ユニットを含む。第１のバルブは、気体燃料源に入気端が連通している。濾過デバイスは、第１のバルブの出気端に入気端が連通している。圧力調節デバイスは、濾過デバイスの出気端に入気端が連通している。第１の管路は、圧力調節デバイスの出気端に入気端が連通し、圧力逃がしデバイス、圧力センサーデバイス、第１の気体センサーデバイスおよび第１の温度センサーデバイスを結合している。第２のバルブは、第１の管路の出気端に入気端が連通している。流量センサーデバイスは、第２のバルブの出気端に入気端が連通している。気体逆止バルブは、流量センサーデバイスの出気端に入気端が連通し、燃料電池に出気端が連通している。圧力センサーデバイス、第１の気体センサーデバイス、第１の温度センサーデバイスデバイスおよび流量センサーデバイスのいずれかが異常を検出すると、制御ユニットが第１のバルブおよび第２のバルブを閉鎖する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の燃料電池の気体燃料供給システムは、幾重もの保護機構を有し、保護機構のいずれかが故障したとしても、他の保護機構が燃料電池を保護するため、燃料電池の損傷を防ぎ、安全を確保することができる。また、各種のセンサーデバイスの配置により、気体燃料供給システム内の圧力、温度、流量状態を検出し、燃料電池の損傷を防ぎ、システム全体および周囲の安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の気体燃料供給システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムを示すブロック図である。
【図３】本発明の第1の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図２を参照する。図２は、本発明の一実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムを示すブロック図である。図２に示すように、燃料電池の気体燃料供給システム１００は、第１のバルブ１１０、濾過デバイス１２０、少なくとも一つの圧力調節デバイス１３０、第１の管路１４０、第２のバルブ１５０、流量センサーデバイス１６０、気体逆止バルブ１７０および制御ユニット１８０を含む。
【００１３】
気体燃料供給システム１００は、気体燃料源２０と燃料電池３０との間に配置され、気体燃料源２０が送り出した気体燃料を燃料電池３０に提供する。
【００１４】
第１のバルブ１１０は、気体燃料源２０の出気端に配置され、第１のバルブ１１０の入気端が気体燃料源２０に連通している。これにより、気体燃料を気体燃料供給システム１００内に進入させるか否か制御することができる。第１のバルブ１１０は、電磁バルブでもよい。
【００１５】
濾過デバイス１２０は、入気端が第１のバルブ１１０の出気端に連通し、気体燃料中の混入物を濾過する。これにより、混入物が燃料電池３０内に進入し、燃料電池３０を損傷させたり、圧力調節デバイス１３０の機能に悪影響を与えたりするのを防ぐことができる。
【００１６】
圧力調節デバイス１３０は、入気端が濾過デバイス１２０の出気端に連通している。気体燃料源２０が送り出した気体燃料は、送り出された際の圧力がかなり高いため、圧力調節デバイス１３０により気体燃料の気圧を調節しなければならない。圧力調節デバイス１３０は、第１の圧力調節デバイス１３１および第２の圧力調節デバイス１３２に分けることができるが、第１の圧力調節デバイス１３１は、濾過デバイス１２０に連接し、濾過デバイス１２０の濾過した気体燃料の気圧を調節し、第２の圧力調節デバイス１３２は、第１の圧力調節デバイス１３１に連接し、気体燃料の気圧を微調節し、衝撃圧の緩衝を行なう保護機構として用いられる。
【００１７】
第１の管路１４０は、入気端が第２の圧力調節デバイス１３２の出気端に連通し、気体燃料供給システム１００内における主要な燃料管路となっている。第１の管路１４０には、圧力逃がしデバイス１４１、圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３および第１の温度センサーデバイス１４４をさらに結合させることができる。
【００１８】
圧力逃がしデバイス１４１は、リリーフバルブでもよい。事前に逃し圧力が設定され、気体燃料の気圧が所定の逃し圧力を超えると、圧力逃がしデバイス１４１が作動し、気圧を所定の逃し圧力以下まで低下させる。これにより、異常な気圧が第１の管路１４０および燃料電池３０を損傷するのを防ぐ。
【００１９】
圧力センサーデバイス１４２は、第１の管路１４０の管路内圧力を検出し、管路内圧力が高かった場合、第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を制御ユニット１８０により閉鎖させ、気体燃料の供給を停止させる。
【００２０】
第１の気体センサーデバイス１４３は、第１の管路１４０内における気体燃料の成分に異常がないかを検出する。例えば、一酸化炭素の含有量を検出することができる。第１の温度センサーデバイス１４４は、第１の管路１４０内における気体燃料の温度が高かったり、低かったりすることがないかを検出する。第１の気体センサーデバイス１４３または第１の温度センサーデバイス１４４が、第１の管路１４０における気体燃料の成分または温度の異常を検出すると、制御ユニット１８０に第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖させ、気体燃料の供給を停止させる。
【００２１】
第２のバルブ１５０は、入気端が第１の管路１４０の出気端に連通している。第２のバルブ１５０は、電磁バルブでもよい。本実施形態においては、第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０は、同時に用いられているが、第１のバルブ１１０は、気体燃料が気体燃料供給システム１００内に流入するのを制御し、第２のバルブ１５０は、気体燃料が気体燃料供給システム１００内から流出するのを制御して気体燃料を燃料電池３０に供給する。
【００２２】
第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０の配置により、気体燃料の供給が確実に制御され、二重の保護を受けることができる。第１のバルブ１１０または第２のバルブ１５０のどちらかが故障した場合でも、第１のバルブ１１０または第２のバルブ１５０の残りのどちらかが気体燃料の供給を制御するため、気体燃料供給システム１００の使用上の安全性を大幅に向上させることができる。
【００２３】
流量センサーデバイス１６０は、入気端が第２のバルブ１５０の出気端に連通し、第１の管路１４０内の気体燃料の流量に異常がないか検出する。流量センサーデバイス１６０は、気体燃料の流量に異常を検出すると、第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖させ、気体燃料の供給を停止させ、燃料電池３０を損傷するのを防ぐ。
【００２４】
気体逆止バルブ１７０は、入気端が流量センサーデバイス１６０の出気端に連通し、出気端が燃料電池３０に連通している。気体逆止バルブ１７０は、気体燃料を気体燃料供給システム１００から流出させるだけに使われるが、燃料電池３０内で行なわれる電気化学反応で発生した水気が気体燃料供給システム１００内に逆流するのを防ぐこともできる。
【００２５】
以上のように、本実施形態において、圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４および流量センサーデバイス１６０のセンサーデバイスが気体燃料供給システム１００の保護機構となっている。圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイスデバイス１４４および流量センサーデバイス１６０のいずれかが異常を検出すると、制御ユニット１８０が第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖して気体燃料の供給を停止する。
【００２６】
気体燃料の輸送上の各状態を検出する以外に、第２の気体センサーデバイス１９１および第２の温度センサーデバイス１９２を気体燃料供給システム１００の周辺に設けて気体燃料供給システム１００周辺の状態を検出することもできる。
【００２７】
第２の気体センサーデバイス１９１は、気体燃料が気体燃料供給システム１００の周辺に漏れていないかを検出する。例えば、一酸化炭素の含有量を検出することができる。第２の温度センサーデバイス１９２は、気体燃料供給システム１００の周辺の温度に異常がないかを検出する。第２の気体センサーデバイス１９１または第２の温度センサーデバイス１９２が異常を検出すると、制御ユニット１８０が第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖し、気体燃料の供給を停止させる。
【００２８】
図２に示すように、気体燃料供給システム１００は、第１のバルブ１１０、濾過デバイス１２０、圧力調節デバイス１３０、第１の管路１４０、第２のバルブ１５０、流量センサーデバイス１６０および気体逆止バルブ１７０を包み込むカバー１０１をさらに設ける。第２の気体センサーデバイス１９１および第２の温度センサーデバイス１９２は、カバー１０１内に配置されてもよいし、カバー１０１の外部（図示せず）に配置されてもよい。
【００２９】
図３を参照する。図３は、本発明の第1の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。図３に示すように、制御ユニット１８０は、複数の継電器１８１が直列されてなる。各継電器１８１は、それぞれ圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２および流量センサーデバイス１６０により作動される。
【００３０】
圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２または流量センサーデバイス１６０が異常を検出すると、対応する継電器１８１を作動させて第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖する。また、圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２または流量センサーデバイス１６０は、それぞれ対応するメーターを有し、検出状態を表示する。
【００３１】
図４を参照する。図４は、本発明の第２の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。図４に示すように、制御ユニット１８０は、システム制御装置１８２をさらに有することができる。制御ユニット１８０は、ディスプレインターフェイスを設けて圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２または流量センサーデバイス１６０が検出した状態を表示し、ユーザーに第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖する原因を知らせる。
【００３２】
図５を参照する。図５は、本発明の第３の実施形態による燃料電池の気体燃料供給システムの制御機構を示すブロック図である。図５に示すように、制御ユニット１８０は、磁性デバイス１８３および継電器１８１を有する。磁性デバイス１８３の入力端子は、圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２および流量センサーデバイス１６０により作動される。圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２または流量センサーデバイス１６０が異常を検出すると、磁性デバイス１８３が作動して継電器１８１に第１のバルブ１１０および第２のバルブ１５０を閉鎖させる。
【００３３】
圧力センサーデバイス１４２、第１の気体センサーデバイス１４３、第１の温度センサーデバイス１４４、第２の気体センサーデバイス１９１、第２の温度センサーデバイス１９２および流量センサーデバイス１６０が気体燃料供給システム１００の保護機構になっているため、保護機構のいずれかが故障したとしても、他の保護機構が燃料電池３０を保護する。そのため、燃料電池３０の損傷を防ぎ、システム全体および周囲の安全を確保することができる。
【００３４】
本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【符号の説明】
【００３５】
２０      気体燃料源
３０      燃料電池
１００    気体燃料供給システム
１０１    カバー
１１０    第１のバルブ
１２０    濾過デバイス
１３０    圧力調節デバイス
１３１    第１の圧力調節デバイス
１３２    第２の圧力調節デバイス
１４０    第１の管路
１４１    圧力逃がしデバイス
１４２    圧力センサーデバイス
１４３    第１の気体センサーデバイス
１４４    第１の温度センサーデバイス
１５０    第２のバルブ
１６０    流量センサーデバイス
１７０    気体逆止バルブ
１８０    制御ユニット
１８１    継電器
１８２    システム制御装置
１８３    磁性デバイス
１９１    第２の気体センサーデバイス
１９２    第２の温度センサーデバイス
【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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