(57)【要約】【課題】  遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定可能とする遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法を提供する。【解決手段】  水素タンク５と燃料電池６とを連通する燃料ガス供給配管１０と、水素タンク５から燃料電池６に向かって、燃料ガス供給配管１０に順に設けられた遮断弁２１及び減圧弁１００と、減圧弁１００の上流側で、水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４１と、遮断弁２１への閉弁指令がなされた後、圧力センサ４１が検出した圧力に基づき、遮断弁２１の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段７０とを備え、遮断弁開閉状態判定手段７０は、閉弁指令から最大遅れ時間が経過するまでは、圧力が低下するか否かを判定し続け、圧力が低下した場合に遮断弁２１が閉じていると判定し、最大遅れ時間が経過しても圧力が低下しない場合に遮断弁２１が開いていると判定する遮断弁の開閉状態判定システムＳ１である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、
前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、
前記減圧弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、
前記遮断弁への閉弁指令がなされた後、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力に基づき、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段と、を備え、
前記遮断弁開閉状態判定手段は、
前記閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定するように構成されたことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システム。
【請求項２】
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁のヒステリシス特性に基づき、予め前記遮断弁開閉状態判定手段に設定された時間であることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁の開閉状態判定システム。
【請求項３】
前記最大遅れ時間は、前記減圧弁の上流側の圧力が、前記減圧弁の下限作動圧力に低下するまでの時間であって、前記減圧弁の上流側の圧力に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁の開閉状態判定システム。
【請求項４】
前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力から得られた単位時間当たりの圧力変化量（ΔＰ）が、前記遮断弁開閉状態判定手段に予め設定された単位時間当たりの基準圧力変化量（ΔＰｘ）以上である場合に、前記圧力が低下したと判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遮断弁の開閉状態判定システム。
【請求項５】
燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、を有する燃料ガス供給系における遮断弁の開閉状態判定方法であって、
前記遮断弁に閉弁指令を発する第１工程と、
前記閉弁指令後、前記ガス消費機器の運転を継続することによって、前記燃料ガス供給配管内の燃料ガスを消費しつつ、
前記遮断弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する第２工程と、
前記閉弁指令から、所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、
前記閉弁指令から、前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定する第３工程と、
を有することを特徴とする遮断弁の開閉状態判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素ガス等の燃料ガスは、一般に、タンク等に貯蔵されて取引され、使用されている。燃料ガスのタンク、例えば、水素ガスが貯蔵された水素タンクは、使用時において、遮断弁、減圧弁を介して、水素ガスを消費する燃料電池等のガス消費機器に接続される。そして、水素ガスは、開放された遮断弁を介し、減圧弁で所定圧力に減圧された上で、ガス消費機器へ供給される。
【０００３】
遮断弁としては、例えば、インタンク電磁弁が知られている。インタンク電磁弁は、減圧弁より上流側に設けられ、ガス消費機器の稼動中は開かれ、ガス消費機器の停止中は閉じられる。また、インタンク電磁弁は、ガス消費機器停止時に燃料ガスの供給を遮断するだけでなく、下流側の配管・流量計・ガス消費機器等のデバイスの故障時に閉じられて、燃料ガスの流出を防止する。さらに、インタンク電磁弁等の遮断弁は、一般に開閉制御装置等で電気的に制御され、開閉制御装置から遮断弁に閉弁指令を送信することで閉弁される。
【０００４】
このような遮断弁、減圧弁に関連する技術として、燃料遮断弁を備えた「ガス燃料用レギュレータの安全装置」が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−１８３８４号公報（第３頁左欄１０行目〜同右欄第１２行目、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記したように遮断弁に閉弁指令を送信しただけでは、実際に遮断弁が確実に閉じているか否かを、外部より知ることができないため、遮断弁の故障により、遮断弁が閉じていない等の事象を検知できないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、前記問題を解決すべく、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定可能とする遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段として請求項１に係る発明は、燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、前記減圧弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、前記遮断弁への閉弁指令がなされた後、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力に基づき、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段と、を備え、前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、前記閉弁指令から前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定するように構成されたことを特徴とする遮断弁の開閉状態判定システムである。
【０００８】
ここで、燃料ガス供給源とは、燃料ガスを供給するものであり、その例として、後記する第１実施形態及び第２実施形態では、燃料ガス供給源を水素タンクとした場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、その他ＣＮＧ（Compressed Natural Gas）タンクや、高圧の燃料ガスが流通する高圧燃料ガス供給配管等であってもよい。
また、ガス消費機器とは、燃料ガスを消費して別のエネルギーに変換し出力するものであり、その例として、後記する第１実施形態及び第２実施形態では、ガス消費機器を燃料電池とした場合について説明するが、本発明はこれに限定されず、その他ＣＮＧエンジン等であってもよい。
【０００９】
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁開閉状態判定手段が、遮断弁への閉弁指令がなされた後、閉弁指令から所定の最大遅れ時間が経過するまでは、燃料ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、閉弁指令から最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定することで、遮断弁の開閉状態、つまり遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、前記最大遅れ時間は、前記減圧弁のヒステリシス特性に基づき、予め前記遮断弁開閉状態判定手段に設定された時間であることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁の開閉状態判定システムである。
【００１１】
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、減圧弁のヒステリシス特性により設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記最大遅れ時間は、前記減圧弁の上流側の圧力が、前記減圧弁の下限作動圧力に低下するまでの時間であって、前記減圧弁の上流側の圧力に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の遮断弁の開閉状態判定システムである。
【００１３】
すなわち、請求項３に係る発明では、減圧弁の上流側の圧力が高いほど、最大遅れ時間が長くなる。そして、この最大遅れ時間を上流側の圧力に応じて設定するとは、後記する第２実施形態で説明するように、最大遅れ時間を減圧弁の上流側の最大圧力に対応して設定してもよいし、その他に例えば、減圧弁の上流側の圧力が上下に変動したり、所定割合で低下したりする場合には、その変動、低下の程度に対応して、最大遅れ時間を設定してもよいことを意味する。
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、減圧弁の上流側の圧力に応じて設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力から得られた単位時間当たりの圧力変化量（ΔＰ）が、前記遮断弁開閉状態判定手段に予め設定された単位時間当たりの基準圧力変化量（ΔＰｘ）以上である場合に、前記圧力が低下したと判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の遮断弁の開閉状態判定システムである。
【００１５】
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁開閉状態判定手段は、燃料ガス圧力検出器が検出した圧力から得られる単位時間当たりの圧力変化量（ΔＰ）が、遮断弁開閉状態判定手段に予め設定された単位時間当たりの基準圧力変化量（ΔＰｘ）以上である場合に、圧力が低下したと判定することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、燃料ガス供給源とガス消費機器とを連通する燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給源から前記ガス消費機器に向かって、前記燃料ガス供給配管に順に設けられた遮断弁及び減圧弁と、を有する燃料ガス供給系における遮断弁の開閉状態判定方法であって、前記遮断弁に閉弁指令を発する第１工程と、前記閉弁指令後、前記ガス消費機器の運転を継続することによって、前記燃料ガス供給配管内の燃料ガスを消費しつつ、前記遮断弁の上流側または下流側で、燃料ガスの圧力を検出する第２工程と、前記閉弁指令から、所定の最大遅れ時間が経過するまでは、前記圧力が低下するか否かを判定し続け、当該圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、前記閉弁指令から、前記最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定する第３工程と、を有することを特徴とする遮断弁の開閉状態判定方法である。
【００１７】
このような遮断弁の開閉状態判定方法によれば、遮断弁への閉弁指令がなされた後、最大遅れ時間が経過するまでは、燃料ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、圧力が低下した場合に、前記遮断弁が閉じていると判定し、閉弁指令から最大遅れ時間が経過しても、前記圧力が低下しない場合に、前記遮断弁が開いていると判定することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定可能とする遮断弁の開閉状態判定システム及び遮断弁の開閉状態判定方法を提供することができる。
すなわち、請求項１に係る発明によれば、遮断弁への閉弁指令から最大遅れ時間を考慮することで、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、減圧弁のヒステリシス特性により設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁の開閉状態を、確実かつ容易に判定することができる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、減圧弁の上流側の圧力に応じて設定された最大遅れ時間に基づいて、遮断弁が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、燃料ガス圧力検出器による圧力変化量を、基準圧力変化量と比較させることで、圧力の低下を容易に判定し、遮断弁の開閉状態を確実かつ容易に判定することができる。
また、請求項５に係る発明によれば、最大遅れ時間を考慮することで、遮断弁の開閉状態を、確実かつ容易に判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００２０】
＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムについて、図１から図５を参照して説明する。
参照する図面において、図１は、第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成を示す図である。図２は、図１に示す減圧弁を模式的に示す側断面図であり、（ａ）は減圧弁の作動状態、つまり減圧弁が開いており水素ガスが流通可能な状態を示し、（ｂ）は減圧弁の非作動状態、つまり減圧弁が閉じており水素ガスが流通不可能な状態を示す。図３は、図２に示す減圧弁について、減圧弁の下流（２次側）を流通する水素ガス量と減圧弁が作動する２次側の圧力（これを、減圧弁作動圧力ともいう）との関係を示すグラフである。図４は、図２に示す減圧弁を使用したときの１次側及び２次側の圧力変化を示すグラフであり、（ａ）は減圧弁の下流を流通する水素ガスの流量減少時に遮断弁を閉弁した場合、（ｂ）は流量増加時に遮断弁を閉弁した場合を示す。図５は、遮断弁の開閉状態判定システムの動作を示すフローチャートである。
【００２１】
［遮断弁の開閉状態判定システム］
図１に示すように、第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ１は、水素タンク（燃料ガス供給源）５及び燃料電池６（ガス消費機器）を有する燃料電池自動車（図示しない）に搭載されており、上流側の水素タンク５と下流側の燃料電池６とを連通する燃料ガス供給配管１０と、水素タンク５から燃料電池６に向かって、燃料ガス供給配管１０上に設けられた遮断弁２１及び減圧弁１００と、減圧弁１００の上流側で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４１（燃料ガス圧力検出器）と、遮断弁２１の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定手段７０とを備えて構成されている。
【００２２】
［燃料ガス供給配管］
燃料ガス供給配管１０は、第１実施形態では、減圧弁１００により分断されている。つまり、燃料ガス供給配管１０は、減圧弁１００の上流側の燃料配管１１と、下流側の燃料配管１２とから構成されている。
【００２３】
［水素タンク］
水素タンク５は、本発明では特に限定されないが、耐久性、耐圧性を考慮するとステンレス製であることが好ましい。水素タンク５の内部には、高圧の水素ガスが充填されている。
【００２４】
［燃料電池］
燃料電池６の種類は、本発明では特に限定されないが、第１実施形態では固体高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ）としている。燃料電池６は、内部に膜電極複合体（ＭＥＡ）７により仕切られたアノード（燃料極）側の水素流路６ａと、カソード（空気極）側の酸素流路６ｂとを有している。
そして、上流側の水素タンク５から、順に、遮断弁２１、燃料配管１１、減圧弁１００、燃料配管１２を経由して、水素流路６ａに水素ガスを供給可能となっている。水素流路６ａの下流側では、配管６１、止め弁６２を介して、未反応の水素ガスを排出可能となっている。
酸素流路６ｂの供給側には、酸素ガスを含む空気を圧縮する空気ポンプ９１と、加湿器９２が配設されている。これらにより圧縮し加湿された酸素ガスを含む空気を、酸素流路６ｂに供給可能となっている。酸素流路６ｂの下流側には、配管９４、止め弁９５が順に配設されており、未反応の酸素ガスを含む空気を排出可能となっている。
【００２５】
［遮断弁］
遮断弁２１は、最上流側で水素ガスの供給を遮断するための装置であり、第１実施形態では電磁式の遮断弁を使用している。遮断弁２１は、遮断弁開閉状態判定手段７０と電気的に接続しており、遮断弁開閉状態判定手段７０からの開弁指令、閉弁指令に応じて、適宜開閉可能となっている。ただし、遮断弁２１の作動方式は電磁式に限らず、その他例えば手動式であってもよい。
【００２６】
［減圧弁］
減圧弁（レギュレータ）１００は、１次側（上流側）の水素タンク５から供給された高圧の水素ガスを、所定圧力に下げて２次側（下流側）に供給し、２次側の燃料配管１２、燃料電池６、膜電極複合体７等のデバイスの破損を防止するための装置である。すなわち、減圧弁１００は、２次側の水素ガスの圧力を、１次側の水素ガスの圧力よりも低い、ある一定圧力に維持する装置である。また、減圧弁１００は、単に圧力を下げるだけでなく、１次側の圧力変動による流量を動的に制御するための装置でもある。
このような減圧弁１００としては、例えば、直動式減圧弁、パイロット式減圧弁、チェック弁付き減圧弁、ハイリリーフ減圧弁等から、適宜選択して使用可能である。
【００２７】
ここで、減圧弁１００について、図２を参照してさらに説明する。
図２に示すように、減圧弁１００は、ケーシング１０１と、弁体１０５と、ダイヤフラム１０８と、連結棒１０９と、弁体１０５を付勢する圧縮コイルバネ１０７と、ダイヤフラム１０８を付勢する圧縮コイルバネ１１０と、Ｏリング１０６とから構成されている。
【００２８】
ケーシング１０１は、その内部に、１次側シリンダ１０２と、２次側シリンダ１０３と、１次側シリンダ１０２と２次側シリンダ１０３を連通する連通路１０４と、を有している。１次側シリンダ１０２は、燃料配管１１を介して水素タンク５と連通している。また、２次側シリンダ１０３は、燃料配管１２を介して燃料電池６の水素流路６ａ（図１参照）と連通している。
【００２９】
１次側シリンダ１０２には、前記弁体１０５が１次側シリンダ１０２の軸方向にスライド自在に内蔵されている。
２次側シリンダ１０３には、前記ダイヤフラム１０８が内蔵されている。ダイヤフラム１０８は、２次側シリンダ１０３を、水素ガスが流通するガス流通室１０３ａと水素ガスが侵入不能である背圧室１０３ｂとに仕切っている。
連結棒１０９は、前記連通路１０４に遊挿されると共に、弁体１０５とダイヤフラム１０８とを連結している。したがって、弁体１０５と連結棒１０９とダイヤフラム１０８とは、一体的に構成されている。
【００３０】
弁体１０５は、円盤状のシート板部１０５ａと、１次側シリンダ１０２の軸方向に弁体１０５を案内する案内棒部１０５ｂとから構成されている。そして、圧縮コイルバネ１０７は、シート板部１０５ａとケーシング１０１との間に介装されており、シート板部１０５ａを連通路１０４側に付勢している。
【００３１】
Ｏリング１０６は、１次側シリンダ１０２の連通路１０４側の端面に設けられている。そして、弁体１０５が、連通路１０４側に押し付けられたとき、シート板部１０５ａがＯリング１０６と密着することで、１次側シリンダ１０２と、連通路１０４つまり２次側シリンダ１０３とを遮断可能となっている。このように遮断されると、水素タンク５から１次側シリンダ１０２に供給された水素ガスは、２次側シリンダ１０３に供給不能となっている。
【００３２】
圧縮コイルバネ１１０は、ダイヤフラム１０８の背圧室１０３ｂ側に設けられており、ダイヤフラム１０８をガス流通室１０３ａ側、すなわち連通路１０４側に付勢している。一般には、圧縮コイルバネ１１０の圧縮程度を変化させることで付勢力を調整し、ダイヤフラム１０８と一体的な弁体１０５が開閉する圧力、すなわち、減圧弁１００により減圧された２次側の圧力が設定される。
【００３３】
さらに、減圧弁１００について説明を続ける。
減圧弁１００の作動圧力を所定値に設定し、例えば、水素タンク５を装着したばかりで２次側の内圧が十分に上昇していない場合、図２（ａ）に示すように、ダイヤフラム１０８に下向きに作用する圧縮コイルバネの付勢力Ｆ１が、２次側シリンダ１０３のガス流通室１０３ａの内圧及び圧縮コイルバネ１０７の付勢力で構成された、ダイヤフラム１０８に上向きに作用する力Ｆ２を上回り、ダイヤフラム１０８をガス流通室１０３ａ側へ押し下げる。そうすると、図２（ａ）に示すように、ダイヤフラム１０８と連結した弁体１０５も下向きに押し下げられ、シート板部１０５ａはＯリング１０６から離間した状態となり、水素ガスは、１次側シリンダ１０２から、連通路１０４を経由して２次側シリンダ１０３に供給されるようになっている。
【００３４】
一方、図２（ｂ）に示すように、弁体１０５のシート板部１０５ａがＯリング１０６と密着し、１次側シリンダ１０２と２次側シリンダ１０３とが遮断されている閉弁状態において、２次側の内圧が低下した場合について説明する。
２次側シリンダ１０３のガス流通室１０３ａの水素ガスの内圧が低下すると、ダイヤフラム１０８に上向きに作用する力Ｆ２に抗して、図２（ａ）に示すように、圧縮コイルバネ１１０がダイヤフラム１０８をガス流通室１０３ａ側へ押し下げる。ダイヤフラム１０８が押し下げられると、弁体１０５も押し下げられる。そうすると、シート板部１０５ａとＯリング１０６との密着による遮断も開放される。このように遮断が開放されると、水素ガスは、１次側シリンダ１０２から連通路１０４を経由して２次側シリンダ１０３に供給されるようになっている。
【００３５】
このような減圧弁１００の動作、つまり開弁状態、閉弁状態が繰り返されることで、水素ガスは、１次側から２次側に、所定圧力に減圧して供給されるようになっている。
【００３６】
さらに、減圧弁１００は、一般に、固有のヒステリシス特性を有する。そして、減圧弁１００は、前記ヒステリシス特性により、２次側で水素ガスが連続的に消費される場合であって、（Ａ）減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時と、（Ｂ）減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時とで、異なる作動特性を示す。この減圧弁１００のヒステリシス特性による作動特性について、図３を参照して説明する。ここでは、減圧弁１００を設定圧力Ｐ０、つまり２次側が圧力Ｐ０となるように設定した場合について説明する。
【００３７】
（Ａ）減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時
遮断弁１００の２次側で水素ガスを消費しつつ、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時には、減圧弁１００は、図３に示すように、下に略凸のルートＲ１の軌跡となる２次側シリンダ１０３（図２参照）の圧力以下で作動する（開放する）、という特性を有している。そして、減圧弁１００の下流を流通する水素ガス量の増加に伴って、減圧弁１００の作動圧力は、設定圧力Ｐ０より小さい下限作動圧力Ｐ１に近づき、最終的には下限作動圧力Ｐ１になるという特性を有している。
【００３８】
（Ｂ）減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時
一方、減圧弁１００の２次側で水素ガスを消費しつつ、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時には、減圧弁１００が閉じると共に、図３に示す上に略凸のルートＲ２の軌跡で減圧弁１００の２次側の圧力が上昇し、減圧弁１００の下流の流量が減少するという特性を有している。そして、減圧弁１００の下流を流通する水素ガス量の減少に伴って、減圧弁１００の作動圧力は、設定作動圧力Ｐ０より大きい上限作動圧力Ｐ２に近づき、最終的には上限作動圧力Ｐ２になるという特性を有している。
【００３９】
図１に戻って、遮断弁の開閉状態判定システムＳ１の説明を続ける。
【００４０】
［圧力センサ］
圧力センサ４１（燃料ガス圧力検出器）は、減圧弁１００の上流側の燃料配管１１内部の水素ガスの圧力を検出するものである。このような圧力センサ４１としては、例えば、金属ダイヤフラム式圧力計を使用することができる。また、圧力センサ４１は、遮断弁開閉状態判定手段７０に電気的に接続しており、遮断弁開閉状態判定手段７０は、燃料配管１１を流通する水素ガスの圧力を監視可能となっている。
【００４１】
［遮断弁開閉状態判定手段］
遮断弁開閉状態判定手段７０は、基準圧力変化量データ記憶部７１と、最大遅れ時間データ記憶部７２と、遮断弁開閉状態判定部７３とを備えて構成されている。
基準圧力変化量データ記憶部７１及び最大遅れ時間データ記憶部７２は、ハードディスクドライブ等の記憶媒体から構成されている。遮断弁開閉状態判定部７３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等から構成されている。
これらは電気的に相互に接続しており、データのやり取りが自在となっている。
【００４２】
（基準圧力変化量データ記憶部）
基準圧力変化量データ記憶部７１には、遮断弁２１への閉弁指令がなされた後、水素ガスの圧力の低下程度の判定基準となる判定基準圧力変化量（ΔＰｘ）が記憶されている。すなわち、判定基準圧力変化量（ΔＰｘ）は、遮断弁開閉状態判定手段７０に予め設定されている。判定基準圧力変化量（ΔＰｘ）は、例えば、遮断弁２１が完全に閉じている状態で、燃料電池６を発電する事前試験により検出された圧力より求められる単位時間当たりの圧力変化量である。
【００４３】
（最大遅れ時間データ記憶部）
最大遅れ時間データ記憶部７２には、遮断弁２１への閉弁指令がなされた後に、圧力センサ４１が水素ガスの圧力の低下を、最も遅れて検出するときの最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）が、記憶されている。最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）は、減圧弁１００のヒステリシス特性に基づいて設定された時間である。
【００４４】
最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）について、さらに説明する。
第１実施形態では、図１に示すように、圧力センサ４１は、減圧弁１００の１次側（上流側）に配置している。
まず、図３において、例えば、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時であって、２次側の圧力が上限作動圧力Ｐ２に相当するｎ点で、遮断弁２１が完全に閉じられた場合について説明する。ここで、遮断弁２１が閉じられた時間を、図４（ａ）に示す時間Ｔ０ａとする。時間Ｔ０ａにおいて、減圧弁１００の２次側の圧力はＰ２である。また、時間Ｔ０ａにおける１次側の圧力をＰ５とする。
【００４５】
最初に、時間Ｔ０ａにおいて、減圧弁１００は閉弁している。つまり、シート板部１０５ａ（図２参照）がＯリング１０６に密着し、１次側シリンダ１０２と２次側シリンダ１０３とは遮断されている。
また、遮断弁２１が閉じられた時間Ｔ０ａにおいて、減圧弁１００の作動圧力は、図３の矢印Ａ１に示すように、減圧弁１００のヒステリシス特性（前歴効果）の影響を受けて、ｎ点に対応した上限作動圧力Ｐ２から、同一の水素ガス量であるｍ点に対応した下限作動圧力Ｐ１に切り替わる。したがって、減圧弁１００は、２次側の圧力がＰ２からＰ１に低下するとき（Ｔ１）まで、閉弁状態を維持することになる（図４（ａ）参照）。
【００４６】
すなわち、図４（ａ）に示す時間Ｔ０ａ以降において、１次側の圧力Ｐ５は、時間Ｔ１まで変化せず一定値を示す。一方、２次側の圧力は、燃料電池６の発電の継続に伴って水素ガスが消費されるため、発電量に対応した水素ガス消費の程度に応じて低下する。そして、２次側の圧力がＰ１まで低下すると（Ｔ１）、遮断弁１００が作動し、１次側から２次側に水素ガスが逐次供給される。その結果、２次側の圧力は低下せず、１次側の圧力が低下する（Ｔ１〜Ｔ２）。さらに、１次側の圧力が２次側の圧力まで低下（Ｔ２）した以降では、遮断弁１００が再び作動し継続して開弁状態となり、１次側と２次側の圧力は同様に低下する。
つまり、１次側の圧力は、２次側の圧力が下限作動圧力Ｐ１に低下した後に、遅れて低下し、２次側の圧力が下限作動圧力Ｐ１に低下するまでの時間を、遅れ時間Ａとする。
【００４７】
次に、図３において、例えば、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時であって、上限作動圧力Ｐ１に相当するｍ点で、遮断弁２１が完全に閉じられた場合について説明する。ここで遮断弁２１が閉じられた時間を、図４（ｂ）に示す時間Ｔ０ｂとする。また、時間Ｔ０ｂにおいて、減圧弁１００の２次側の圧力をＰ１、１次側の圧力をＰ５とする。
【００４８】
このような状態で、燃料電池６の発電の継続により、減圧弁１００の２次側で水素ガスが消費されて２次側の圧力が低下すると、減圧弁１００が逐次作動し１次側の圧力が２次側の圧力と等しくなるまで（時間Ｔ３）、２次側では水素ガス圧力は低下しない状態となる。このように１次側の圧力が２次側の圧力と等しくなるまでの時間を、遅れ時間Ｂとする。
【００４９】
以上をまとめると、図４（ａ）に示すように、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時には、減圧弁１００が有するヒステリシス特性により、減圧弁１００の２次側の圧力が下限作動圧力Ｐ１（図３参照）まで低下した（Ｔ１）後、減圧弁１００が作動し、燃料電池６の発電に対応して１次側の圧力が低下する。
一方、図４（ｂ）に示すように、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時には、遮断弁２１の閉弁直後から、燃料電池６の発電量に対応して１次側の圧力は低下する。
【００５０】
したがって、第１実施形態では、圧力センサ４１が、減圧弁１００の上流側（１次側）に配置しているため、圧力センサ４１により、遮断弁２１の閉弁後、遅れ時間Ａだけ遅れて、減圧弁１００の１次側の圧力の低下が検出される場合がある。
【００５１】
よって、減圧弁１００の１次側の圧力の低下が最も遅れるときの最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）は、例えば、事前の試験に基づいて、次の式（１）に示すように、遮断弁２１の閉弁後、減圧弁１００の２次側の圧力が、減圧弁１００の下限作動圧力Ｐ１と等しくなるまでに、燃料電池６で消費される水素ガスの最大量（Ｑａ ｍａｘ）を、燃料電池６の発電により単位時間に消費される水素ガス消費量（Ｑ１）で除すことにより、算出することができる。
【００５２】
Ｔａ ｍａｘ＝Ｑａ ｍａｘ／Ｑ１  …（１）
【００５３】
式（１）は、次の式（２）に示すように変形される。
【００５４】
Ｔｂ ｍａｘ＝ｚ×ΔＰ×Ｖ１２／Ｑ１  …（２）
【００５５】
ここで、式（２）において、ΔＰは減圧弁１００の下限作動圧力Ｐ１と上限作動圧力Ｐ２との差であり、減圧弁１００に固有のヒステリシス特性に基づく値である。また、Ｖ１２は燃料配管１２の容積であり、ｚは圧縮係数である。
【００５６】
そして、このように算出された最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）が、最大遅れ時間データ記憶部７２に記憶されており、遮断弁開閉状態判定手段７０に予め設定されている。
【００５７】
（遮断弁開閉状態判定部）
遮断弁開閉状態判定部７３は、タイマーを有すると共に、遮断弁２１の閉弁指令から最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）が経過するまでは、水素ガスの圧力が低下するか否かを判定し続け、水素ガスの圧力の低下した場合に、遮断弁２１は閉じていると判定し、遮断弁２１の閉弁指令から最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）が経過しても、水素ガスの圧力が低下しない場合に、遮断弁２１は開いていると判定するように構成されている。
【００５８】
［遮断弁の開閉状態判定システムＳ１の動作］
続いて、第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ１の動作と共に、遮断弁２１の開閉状態判定方法について説明する。
【００５９】
遮断弁２１の開閉状態判定方法は、遮断弁２１に閉弁指令を発する第１工程と、前記閉弁指令後、燃料電池６の発電を継続することによって、燃料ガス供給配管１０の内部の水素ガスを消費しつつ、圧力センサ４１で減圧弁１００の上流側の水素ガス圧力変化量を検出する第２工程と、遮断弁２１の開閉状態を判定する第３工程を有している。
ここで、特許請求の範囲における「燃料ガス供給系」は、第１実施形態では、燃料ガス供給配管１０と、遮断弁２１と、減圧弁１００とから構成されている。
【００６０】
まず、燃料電池６の発電状況について、図１を参照して、簡単に説明する。
燃料電池６の水素流路６ａには、水素タンク５から減圧弁１００で所定圧力に減圧された水素ガスが連続的に供給される。酸素流路６ｂには、酸素ガスを含む空気が連続的に供給される。
このような状態で、外部回路５０が電気的に接続されることで、燃料電池６は発電し、電動モータ５１が稼動する。このように燃料電池６が発電すると、アノード側では水素ガスが消費され、カソード側では空気中の酸素ガスが消費される。
【００６１】
そして、第１実施形態では、このように発電中の燃料電池６を停止させる際に、遮断弁開閉状態判定手段７０から遮断弁２１に閉弁指令を発した場合に、遮断弁２１が実際に閉じたか否かを判定するときについて、図１及び図５を参照して説明する。
【００６２】
（第１工程）
燃料電池６の発電の停止を実行すると、遮断弁開閉状態判定手段７０は、閉弁指令を遮断弁２１に発し、遮断弁２１を閉じる（Ｓ１、Ｙｅｓ）。閉弁指令を発しない場合（Ｓ１、Ｎｏ）は、燃料電池６を停止しない場合である。
【００６３】
また、前記閉弁指令を遮断弁２１に発すると共に、遮断弁開閉状態判定部７３は、内臓するタイマを始動させる（Ｓ２）。
【００６４】
（第２工程）
そして、遮断弁２１への閉弁指令後も燃料電池６の発電を継続し、燃料ガス供給配管１０内の水素ガスを消費する。
【００６５】
遮断弁開閉状態判定部７３は、開閉状態の判定基準となる判定基準圧力変化量（ΔＰｘ）を、基準圧力変化量データ記憶部７１から読み出して取得する（Ｓ３）。
【００６６】
次いで、遮断弁開閉状態判定部７３は、最大遅れ時間データ記憶部７２から、最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）を読み出して取得する（Ｓ４）。
【００６７】
（第３工程）
そこで、遮断弁開閉状態判定部７３は、圧力センサ４１が検出する圧力により求まる単位時間当たりの水素ガスの圧力変化量ΔＰ（以下、検出圧力変化量）の絶対値（以下「｜検出圧力変化量｜（｜ΔＰ｜）」と示す）と、判定基準圧力変化量（ΔＰｘ）の絶対値（以下、「｜判定基準圧力変化量｜（｜ΔＰｘ｜）」とする）とを比較して、遮断弁２１の開閉状態を判定する（Ｓ５）。
【００６８】
具体的には、「｜検出圧力変化量｜（｜ΔＰ｜）」が、「｜判定基準圧力変化量｜（｜ΔＰｘ｜）」以上である場合（Ｓ５、Ｙｅｓ）、遮断弁開閉状態判定部７６は、遮断弁２１は閉まっていると判定し（Ｓ６）、遮断弁２１の開閉状態判定方法を終了する。
【００６９】
一方、「｜検出圧力変化量｜（｜ΔＰ｜）」が、「｜判定基準圧力変化量｜（｜ΔＰｘ｜）」より小さい場合（Ｓ５、Ｎｏ）、次いで、遮断弁開閉状態判定部７３は、遮断弁２１の閉弁指令からの経過時間Ｔと、前記した最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）とを比較する（Ｓ７）。
【００７０】
そして、前記経過時間Ｔが、最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）より小さい場合、すなわち、遮断弁２１の閉弁指令後、未だ最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）を経過していない場合（Ｓ７、Ｎｏ）、遮断弁開閉状態判定手段７３は、流量減少時に遮断弁２１が閉じられた場合を考慮し（図４（ａ）参照）、引き続いて新たに圧力センサ４１により検出された圧力より得られる「｜検出圧力変化量｜（｜ΔＰ｜）」と、「｜判定基準圧力変化量｜（｜ΔＰｘ｜）」とを、比較する（Ｓ５）。
【００７１】
一方、前記経過時間Ｔが、前記最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）以上である場合、すなわち、遮断弁２１の閉弁指令を発した後、最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）以上経過した場合（Ｓ７、Ｙｅｓ）、遮断弁開閉状態判定手段７６は、遮断弁２１は開いていると判定し（Ｓ８）、遮断弁２１の開閉状態判定方法を終了する。
また、このように遮断弁２１に閉弁指令が発せられているにも関わらず、実際には遮断弁２１が閉じていない場合は、遮断弁開閉状態判定手段７０が警告ランプ（警告手段）を点灯させるようにしてもよい。
【００７２】
このように遮断弁の開閉状態判定システムＳ１及び遮断弁２１の開閉状態判定方法によれば、遮断弁２１が実際に閉じているか否かを、確実かつ容易に判定することができる。すなわち、遮断弁２１の閉弁指令後、減圧弁１００のヒステリシス特性により、減圧弁１００の上流側の水素ガスの圧力が遅れて低下しても、誤って遮断弁２１が開いていると判定することはない。
【００７３】
また、減圧弁１００の上流側に１つの圧力センサ４１を設けるのみで、遮断弁２１の開閉状態を判定することができる。さらに実際には、減圧弁１００の下流側に、別の圧力センサが設けられていたが、当該別の圧力センサが故障した場合であっても、遮断弁２１の開閉状態を判定することができる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
続いて、第２実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムについて、図６を参照して説明する。図６は、第２実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成図である。
【００７５】
図６に示すように、第２実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ２は、第１実施形態において減圧弁１００の上流側（１次側）で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４１に代えて、減圧弁１００の下流側（２次側）で水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４２を備えたことを主たる特徴とする。
【００７６】
このように第２実施形態では、圧力センサ４２は、減圧弁１００の下流側（２次側）に配置していることにより、図４（ａ）に示すように、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量減少時に遮断弁２１が閉じられたとき（Ｔ０ａ）には、２次側の圧力は燃料電池６の発電量に対応して低下するが、図４（ｂ）に示すように、減圧弁１００の下流を流通する水素ガスの流量増加時に遮断弁２１が閉じられたとき（Ｔ０ｂ）には、１次側の圧力が、２次側の圧力である遮断弁１００の下限作動圧力Ｐ１に低下するまで（Ｔ３）、２次側の圧力は変化しないため、遅れ時間Ｂが発生することを考慮する。
【００７７】
そして、第２実施形態に係る遮断弁開閉状態判定手段７０’の最大遅れ時間データ記憶部７２’には、第１実施形態に係る最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）に代えて、最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）が記憶されている。
【００７８】
第２実施形態に係る最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）は、例えば、次の式（３）に示すように、遮断弁２１を閉じた後、減圧弁１００の１次側の圧力が２次側の圧力と等しくなるまでに、減圧弁１００の１次側から２次側に供給される水素ガスの最大量（Ｑｂ ｍａｘ）を、燃料電池６の発電により単位時間に消費される水素ガス消費量（Ｑ１）で除すことにより算出することができる。
【００７９】
Ｔｂ ｍａｘ＝Ｑｂ ｍａｘ／Ｑ１  …（３）
【００８０】
式（３）は、次の式（４）に示すように変形される。
【００８１】
Ｔｂ ｍａｘ＝［ｚ×（Ｐ５ ｍａｘ−Ｐ１）×Ｖ１１］／Ｑ１  …（４）
【００８２】
ここで、式（４）において、「Ｐ５ ｍａｘ」は、減圧弁１００の１次側の最大圧力を示し、Ｐ１は減圧弁１００の下限作動圧力を示し、Ｖ１１は燃料配管１１の容積を示し、ｚは圧縮係数を示す。また、第１実施形態では、Ｐ５ ｍａｘは、水素タンク５に封入された水素ガスの圧力に相当する。
【００８３】
［遮断弁開閉状態判定システムＳ２の動作］
続いて、第２実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ２の動作と共に、遮断弁２１の開閉状態の判定方法について説明する。
【００８４】
第２実施形態に係る遮断弁２１の開閉状態判定方法において、第１実施形態に係るステップＳ５（図５参照）では、圧力センサ４２が検出した圧力より得られる「｜検出圧力変化量｜（ΔＰ）」と「｜判定基準圧力変化量｜（｜ΔＰｘ｜）」とを比較し、ステップＳ７では、遮断弁の閉弁指令からの経過時間Ｔと、前記最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）とを比較して、遮断弁２１が実際に閉じているか否かを判定する。
【００８５】
以上、本発明の好適な各実施形態について一例を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態で説明した各構成要素を適宜組み合わせてもよいし、その他に例えば以下のような適宜な変更が可能である。
【００８６】
前記した各実施形態では、燃料ガス供給源を水素タンク５、ガス消費機器を燃料電池６としたが、本発明はこれに限定されず、その他に例えば、燃料ガス源をＣＮＧ（Compressed Natural Gas）タンクとし、ガス消費機器をＣＮＧエンジンとしてもよい。このような場合は、ＣＮＧエンジンの運転出力は、ＣＮＧエンジンの回転数から検出してもよいし、ＣＮＧエンジンに供給されたＣＮＧは全て消費されると仮定し、ＣＮＧエンジンの直上流側に例えば流量計を設けて、この流量計によりＣＮＧエンジンの運転出力を算出してもよい。
【００８７】
前記した第１実施形態に係る最大遅れ時間（Ｔａ ｍａｘ）に、さらに安全係数を乗算した時間や、遮断弁開閉状態判定部７３の作動時間を加えたりした時間と、遮断弁の２１の閉弁指令からの経過時間とを比較することで、遮断弁２１の開閉状態の判定精度を高めるようにしてもよい。
【００８８】
前記した第１実施形態では、遮断弁２１と燃料電池６との間に１つの減圧弁１００を有し、減圧弁１００の上流側に設けられた圧力センサ４１で、水素ガスの圧力を検出する場合としたが、本発明はこれに限定されず、減圧弁は複数であってもよい。このように減圧弁が複数の場合は、圧力センサの設置位置に影響を及ぼす減圧弁の遅れを考慮することで、遮断弁の実際に閉じているか否かを判定することができる。
【００８９】
前記した第１実施形態では、遮断弁２１と減圧弁１００とは、燃料配管１１を介して連通された構成としたが、遮断弁２１と減圧弁１００とは一体型であってもよい。このように一体型で場合には、遮断弁と減圧弁との間の配管部分を燃料ガス供給配管とみなす。
【００９０】
前記した第１実施形態では、遮断弁開閉状態判定手段７０は、「｜検出圧力変化量｜（｜ΔＰ｜）」と「基準圧力変化量（｜ΔＰｘ｜）」とを比較するとしたが、単に圧力センサ４１により、圧力の低下が検出されたときに、遮断弁２１が閉まっていると判定するように構成してもよい。
【００９１】
前記した第２実施形態では、前記した式（４）における「Ｐ５ ｍａｘ」を水素タンク５に封入された水素ガスの圧力を一定とみなし、この一定とみなした水素ガスの圧力に応じて最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）を算出したが、本発明はこれに限定されずその他に例えば、仮に減圧弁１００の上流側に別の圧力センサがあり、減圧弁１００の上流側の圧力が上下に変動した場合には、この上下に変動する圧力に対応して「Ｐ５ ｍａｘ」を設定して最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）を算出して設定してもよい。このような場合、実際の１次側の圧力に応じて最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）が設定されることになるので、判定時間を短くすることができる。
またその他に、予め水素タンク５に封入された水素ガスの平均圧力を見積もって、この平均圧力を「Ｐ５ ｍａｘ」として最大遅れ時間（Ｔｂ ｍａｘ）を算出し設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示す減圧弁を模式的に示す側断面図であり、（ａ）は減圧弁が開いており水素ガスが流通可能な状態を示し、（ｂ）は減圧弁が閉じており水素ガスが流通不可能な状態を示す。
【図３】図２に示す減圧弁について、減圧弁の下流を流通する水素ガス量と減圧弁が作動する２次側の圧力との関係を示すグラフである。
【図４】遮断弁の閉弁後、減圧弁の１次側及び２次側の圧力変化を示すグラフであり、（ａ）は減圧弁の下流を流通する水素ガスの流量減少時に遮断弁を閉弁した場合、（ｂ）は流量増加時に遮断弁を閉弁した場合を示す。
【図５】第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
Ｓ１、Ｓ２  遮断弁の開閉状態判定システム
５      水素タンク（燃料ガス供給源）
６      燃料電池（ガス消費機器）
１０    燃料供給配管
２１    遮断弁
４１、４２  圧力センサ
７０、７０’  遮断弁開閉状態判定手段
７１    基準圧力変化量データ記憶部
７２、７２’  最大遅れ時間データ記憶部
７３    遮断弁開閉状態判定部
１００  減圧弁
【図１】
2005123076.tif 000003
【図２】
2005123076.tif 000004
【図３】
2005123076.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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