(57)【要約】【課題】高圧ガスの温度が低下することを抑制することを可能とする高圧ガスシステムを提供することである。【解決手段】高圧ガスシステム１０は、高圧ガスを蓄積する高圧ガスタンク部３０と、高圧ガスタンク部３０から供給される高圧ガスを予め設定された目標圧力値となるように調圧して下流側に供給するレギュレータ部６０と、予め設定された目標圧力値と、実際にレギュレータ部６０によって出力される圧力値との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に異常状態であると判定する異常状態判定部５４と、異常状態判定部５４が異常状態であると判定したときに高圧ガスタンク部３０から供給されるガス流量が制限されるように制御するガス流量制御部５６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】
高圧ガスを蓄積する高圧ガスタンク部と、
高圧ガスタンク部から供給される高圧ガスを予め設定された目標圧力値となるように調圧して下流側に供給するレギュレータ部と、
予め設定された目標圧力値と、実際にレギュレータ部によって出力される圧力値との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に異常状態であると判定する異常状態判定部と、
異常状態判定部が異常状態であると判定したときに高圧ガスタンク部から供給されるガス流量が制限されるように制御するガス流量制御部と、
を備えることを特徴とする高圧ガスシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の高圧ガスシステムにおいて、
車両が運転中であるか否かを判断する運転判断部をさらに備え、
ガス流量制御部は、
車両が運転中であると判断されたときのみに作動することを特徴とする高圧ガスシステム。
【請求項３】
請求項２に記載の高圧ガスシステムにおいて、
運転判断部は、
車両のアクセル開度が所定の値よりも大きいときに、車両が運転中であると判断することを特徴とする高圧ガスシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の高圧ガスシステムにおいて、
ガス流量制御部は、
異常状態判定部が異常状態でないと判定したときに、車両のアクセル開度の大きさに応じて高圧ガスタンク部から供給されるガス流量が調整されるように制御することを特徴とする高圧ガスシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧ガスシステムに係り、特に、高圧ガスを蓄積する高圧ガスタンク部から下流側に高圧ガスを供給する高圧ガスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧ガスが蓄積される高圧ガスタンク部が設けられる高圧ガスシステムでは、高圧ガスタンク部から下流側の要素に向かって高圧ガスが供給される。そして、高圧ガスタンク部から高圧ガスが供給されることで高圧ガスタンク部内のタンクガス圧が減少していくと断熱膨張を起こして、温度低下した高圧ガスが下流側に供給されることとなる。そして、温度低下した高圧ガスが下流側に流れ込むとシール材料が冷却されることとなり、シール性が悪化することがある。これに対応するために、高圧ガスシステムでは、低温状態でも十分なシール性が確保されたシール材料が使用されている。
【０００３】
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、燃料電池と、この燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料供給系と、この燃料供給系の上流側のガス状態を調整して下流側に供給するインジェクタと、を備えた燃料電池システムが開示されている。ここでは、インジェクタは、その上流側と下流側とを連通する内部流路と、その内部流路内に移動可能に配設されその移動位置に応じて内部流路の開口面積を変更可能な弁体と、閉弁時に内部流路と弁体との間をシールするシール部と、を備える構成が開示されている。そして、システム停止時に燃料供給系の燃料電池より上流側の圧力をその燃料電池の最大使用圧力を超えない減圧目標値に低下させる減圧手段を備える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６５２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、低温状態でも十分なシール性が確保されたシール材料は、高コストの材料を用いていることが多く、高圧ガスシステムにおいて低コスト化を実現するにはシール材料のコストダウンを行うことが必要となる。したがって、高価なシール材料から比較的安価なシール材料へと置き換えるために、換言すれば、低温状態でも十分なシール性が確保されたシール材料を用いる必要性をなくために、高圧ガスシステムにおいて高圧ガスの温度が低下する状態を抑制することが望まれている。
【０００６】
本発明の目的は、高圧ガスの温度が低下することを抑制することを可能とする高圧ガスシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る高圧ガスシステムは、高圧ガスを蓄積する高圧ガスタンク部と、高圧ガスタンク部から供給される高圧ガスを予め設定された目標圧力値となるように調圧して下流側に供給するレギュレータ部と、予め設定された目標圧力値と、実際にレギュレータ部によって出力される圧力値との差が予め定められた閾値よりも大きい場合に異常状態であると判定する異常状態判定部と、異常状態判定部が異常状態であると判定したときに高圧ガスタンク部から供給されるガス流量が制限されるように制御するガス流量制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る高圧ガスシステムにおいて、車両が運転中であるか否かを判断する運転判断部をさらに備え、ガス流量制御部は、車両が運転中であると判断されたときのみに作動することが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る高圧ガスシステムにおいて、運転判断部は、車両のアクセル開度が所定の値よりも大きいときに、車両が運転中であると判断することが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る高圧ガスシステムにおいて、ガス流量制御部は、異常状態判定部が異常状態でないと判定したときに、車両のアクセル開度の大きさに応じて高圧ガスタンク部から供給されるガス流量が調整されるように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成の高圧ガスシステムによれば、予め設定された目標圧力値と、実際にレギュレータ部によって出力される圧力値との差が予め定められた閾値よりも大きく、異常状態であると判定されたときに高圧ガスタンク部から供給されるガス流量が制限される。これにより、高圧ガスタンク部内の断熱膨張を抑制することができるため、ひいては高圧ガスの温度の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る実施の形態において、高圧ガスシステムを示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、高圧ガスシステムの状態等に基づいて、高圧ガスタンク部からのガス流量を調整する手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下では高圧ガスシステムは、内燃機関と電動機とを用いて走行するハイブリッド車両の車両システムに搭載されるものとして説明するが、電気自動車の車両システムに搭載されるものであってもよい。また、以下では高圧ガスシステムの接続先が燃料電池スタックであるものとして説明するが、水素エンジン、ＣＮＧエンジンであってもよい。
【００１４】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１５】
図１は、高圧ガスシステム１０を示す図である。高圧ガスシステム１０は、ＩＧ−ＯＮ（イグニッションオン）を行うことでシステムが起動されるハイブリッド車両に用いられるシステムである。
【００１６】
高圧ガスシステム１０は、燃料電池スタック８に水素ガスを供給するためのシステムである。高圧ガスシステム１０は、充填口部１２と、高圧ガスタンク部３０と、ガス供給弁部４０と、レギュレータ部６０と、インジェクタ部７０と、制御部５０とを含んで構成される。
【００１７】
さらに、高圧ガスシステム１０は、ガス配管部８２と、ガス配管部８４と、ガス配管部８８と、ガス配管部９０とを含んで構成される。ガス配管部８２は、充填口部１２と高圧ガスタンク部３０とを接続する配管である。ガス配管部８４は、高圧ガスタンク部３０とレギュレータ部６０とを接続する配管である。ガス配管部８８は、レギュレータ部６０とインジェクタ部７０とを接続する配管である。ガス配管部９０は、インジェクタ部７０と燃料電池スタック８とを接続する配管である。
【００１８】
充填口部１２は、燃料電池スタック８用に燃料ガスとして用いられる高圧の水素ガスを外部から充填するための充填口を有する部材である。
【００１９】
高圧ガスタンク部３０は、ある程度の量および圧力の高圧ガスを充填可能な構造であり、それぞれ水素ガスを高圧状態で蓄積している。
【００２０】
ガス供給弁部４０は、開弁したときに高圧ガスタンク部３０からガス配管部８４に水素ガスを供給させ、閉弁したときに、その供給を停止させる弁である。
【００２１】
レギュレータ部６０は、その上流側の圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置である。具体的には、レギュレータ部６０は、上流側の高圧ガスタンク部３０からガス配管部８４を介して供給されてきた水素ガスの圧力を予め設定された目標圧力値Ｐtとなるように調圧して、下流側のガス配管部８８に対して供給する機能を有する。そして、レギュレータ部６０のレギュレータ可動部には、例えば、ゴム等で構成されるダイヤフラム構造のシール部材が設けられている。
【００２２】
インジェクタ部７０は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることにより、高圧ガスタンク部３０から供給されるガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。具体的には、インジェクタ部７０は、制御部５０からの制御指令に基づいて、高圧ガスタンク部３０から供給される水素ガスのガス流量やガス圧を調整して、下流側のガス配管部９０に対して供給している。
【００２３】
燃料電池スタック８は、負荷に対して電力を供給する電源装置である。燃料電池スタック８は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって電力を取り出している。ここでは、インジェクタ部７０と燃料電池スタック８とはガス配管部９０によって接続され、インジェクタ部７０から燃料電池スタック８に対し、電気化学反応に必要な水素ガス（燃料ガス）を供給している。
【００２４】
圧力センサ２２は、高圧ガスタンク部３０に取り付けられ、高圧ガスタンク部３０内の圧力値Ｐ1を検出している。圧力センサ２６は、ガス配管部８８のうちレギュレータ部６０の出口側付近に取り付けられ、レギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ2を検出している。
【００２５】
制御部５０は、高圧ガスシステム１０の状態等に基づいて、高圧ガスタンク部３０からのガス流量を調整させるための制御指令をインジェクタ部７０に対して出力する機能を有する。制御部５０は、運転判断部５２と、異常状態判定部５４と、ガス流量制御部５６とを含んで構成される。
【００２６】
運転判断部５２は、図示しない外部信号に基づいて、ハイブリッド車両が運転中であるか否かを判断する機能を有する。具体的には、運転判断部５２は、ハイブリッド車両のアクセル開度が所定の値を超えている場合には、ハイブリッド車両が運転中であると判断し、ハイブリッド車両が運転中であるという内容の情報と、ハイブリッド車両のアクセル開度情報とをガス流量制御部５６に対して送信する機能を有する。そして、運転判断部５２は、ハイブリッド車両のアクセル開度が所定の値を超えていない場合には、ハイブリッド車両が運転中でないと判断し、ハイブリッド車両が運転中でないという内容の情報をガス流量制御部５６に対して送信する機能を有する。
【００２７】
異常状態判定部５４は、圧力センサ２６によって検出されたレギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ2に基づいて高圧ガスシステム１０の状態を判定する機能を有する。具体的には、異常状態判定部５４は、レギュレータ部６０の目標出力圧力値Ｐtとレギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ2との差分（Ｐ2−Ｐt）が予め定められた閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも小さい場合には、高圧ガスが温度低下する可能性（換言すれば、高圧ガスシステム１０が低温状態になる可能性）がない正常状態であると判定し、その差分（Ｐ2−Ｐt）が閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも大きいときは、高圧ガスシステム１０が低温状態になる可能性がある異常状態であると判定し、それぞれの判定結果を示す内容の情報をガス流量制御部５６に対して送信する機能を有する。
【００２８】
ガス流量制御部５６は、運転判断部５２と異常状態判定部５４から送信されてくる情報に基づいて、高圧ガスタンク部３０から供給されるガス流量を調整するための制御指令をインジェクタ部７０に対して送信する機能を有する。具体的には、ガス流量制御部５６は、運転判断部５２からハイブリッド車両が運転中でないという内容の情報を受信した場合には、インジェクタ部７０に対してガス流量の制御指令を出力しない（換言すれば、ガス流量制御部５６は作動しない）。そして、ガス流量制御部５６が運転判断部５２からハイブリッド車両が運転中であるという内容の情報を受信した場合の制御について以下に説明する。
【００２９】
このとき、ガス流量制御部５６は、異常状態判定部５４からの高圧ガスシステム１０が正常状態であるという内容の情報を受信したときは、ハイブリッド車両のアクセル開度に応じたガス流量に調整するようにインジェクタ部７０に対してガス流量の制御指令を出力する。そして、ガス流量制御部５６は、異常状態判定部５４からの高圧ガスシステム１０が異常状態であるという内容の情報を受信したときは、ガス流量が所定の量以下（例えば、２５０Ｎｌ／ｍｉｎ以下）となるようにガス流量の制限を設けるための制御指令をインジェクタ部７０に対して出力する。このように、ガス流量制御部５６は、運転判断部５２からハイブリッド車両が運転中であるという内容の情報を受信した場合にのみ作動する。
【００３０】
上記構成の高圧ガスシステム１０の動作について図１，２を用いて説明する。図２は、高圧ガスシステム１０の状態等に基づいて、高圧ガスタンク部３０からのガス流量を調整する手順を示すフローチャートである。図２に示される各工程は、制御部５０の各機能によって実行される。
【００３１】
まず、制御部５０は、高圧ガスシステム１０の外部からの信号に基づいて、ハイブリッド車両のアクセル開度が０よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０）。この工程は、制御部５０の運転判断部５２の機能によって実行される。Ｓ１０において、ハイブリッド車両のアクセル開度が０よりも大きくないと判断された場合には、ハイブリッド車両が運転中でないと判断して再びＳ１０の工程へと戻る。
【００３２】
ハイブリッド車両のアクセル開度が０よりも大きいと判断された場合には、ハイブリッド車両が運転中であると判断し、レギュレータ部６０の目標出力圧力値Ｐtとレギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ２との差分（Ｐ2−Ｐt）が予め定められた閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも大きいか否かが判定される（Ｓ１２）。この工程は、制御部５０の異常状態判定部５４の機能によって実行される。
【００３３】
Ｓ１２において、レギュレータ部６０の目標出力圧力値Ｐtとレギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ2との差分（Ｐ2−Ｐt）が予め定められた閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも小さいと判断された場合には、高圧ガスタンク部１０を正常状態であると判断し、ハイブリッド車両のアクセル開度に対応して必要とされるガス流量が高圧ガスタンク部３０から供給されるように、インジェクタ部７０に対してガス流量の調整を行うための制御指令を出力する（Ｓ１５）。この工程は、制御部５０のガス流量制御部５６の機能によって実行される。
【００３４】
また、Ｓ１２において、レギュレータ部６０の目標出力圧力値Ｐtとレギュレータ部６０の実際の出力圧力値Ｐ2との差分（Ｐ2−Ｐt）が予め定められた閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも大きいと判断された場合には、高圧ガスタンク部１０が異常状態であると判断し、高圧ガスタンク部３０から供給されるガス流量が所定の流量以下（例えば、２５０Ｎｌ／ｍｉｎ以下）に制限されるように、インジェクタ部７０に対してガス流量制限指令を出力する（Ｓ１４）。この工程は、制御部５０のガス流量制御部５６の機能によって実行される。
【００３５】
このように、高圧ガスシステム１０によれば、高圧ガスタンク部３０から高圧の水素ガスが下流側に供給され、断熱膨張によって水素ガスの温度が低下し始めた場合には、レギュレータ部６０の出力圧力値Ｐ2とレギュレータ部６０の目標圧力値Ｐtとの圧力差（Ｐ2−Ｐt）が閾値（例えば、３０ｋＰａ）よりも大きくなって、高圧ガスシステム１０が低温状態となる可能性があることを検知することができる。そして、このとき、高圧ガスタンク部３０からのガス流量を所定の量（例えば、２５０ｍｌ／ｍｉｎ）以下となるように制限を設けることで断熱膨張を抑制することができ、ひいては高圧ガスシステム１０が低温状態となることを抑制することができる。したがって、高圧ガスが低温になることを抑制することができるため、高圧ガスシステム１０では、例えば、レギュレータ部６０のレギュレータ可動部に、例えば、ゴム等で構成されるダイヤフラム構造であって比較的安価なシール部材を用いてもシール性が確保される。したがって、高圧ガスシステム１０によれば、システムのコストダウンを実現することができる。
【符号の説明】
【００３６】
８  燃料電池スタック、１０  高圧ガスシステム、１２  充填口部、２２，２６  圧力センサ、３０  高圧ガスタンク部、４０  ガス供給弁部、５０  制御部、５２  運転判断部、５４  異常状態判定部、５６  ガス流量制御部、６０  レギュレータ部、７０  インジェクタ部、８２，８４，８８，９０  ガス配管部。
【図１】
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【図２】
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