(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上に順に設けられた遮断弁２１及び減圧弁２２と、遮断弁２１と燃料電池６との間で、減圧弁２２により分断された燃料ガス供給部位３１、３２の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４１、４２と、燃料電池６の発電量を検出する電流計５３及び電圧計５４と、水素ガスの圧力及び発電量に基づいて、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、を具備し、遮断弁開閉状態判定手段７０は、水素ガス消費量算出部７２と、容積データ記憶部７３と、水素ガス供給量算出部７４と、遮断弁開閉状態判定部７５とを備えたことを特徴と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
2005123093.tif 000002
【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少なくとも１つの減圧弁と、
前記遮断弁と前記ガス消費機器との間で、前記少なくとも１つの減圧弁により分断された各燃料ガス供給部位の燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、
前記ガス消費機器の運転出力を検出する出力検出器と、
前記燃料ガスの圧力、及び、前記運転出力に基づいて、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、を具備し、
前記遮断弁開閉状態判定手段は、
前記出力検出器が検出した単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、前記ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、前記ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出する燃料ガス消費量算出部と、
前記燃料ガス供給部位の容積データを記憶した容積データ記憶部と、
前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力より求まる単位時間当りの圧力変化データと、圧力検出位置に対応する前記容積データとに基づいて、前記遮断弁が閉じていると仮定したときの前記ガス消費機器への燃料ガス供給量を算出する燃料ガス供給量算出部と、
前記燃料ガス消費量と前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定部と、
を備え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】
前記出力検出器及び燃料ガス消費量算出部に代えて、
前記各燃料ガス供給部位のうち、最下流の燃料ガス供給部位の燃料ガス流量を検出する燃料ガス流量検出器を備え、
前記遮断弁開閉状態判定部は、前記燃料ガス流量検出器が検出した燃料ガス流量と、前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定す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】
前記燃料ガス供給源は、水素が封入された水素タンクであり、
前記ガス消費機器は、燃料電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮断弁の開閉状態判定システム。
【請求項４】
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少なくとも１つの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、前記燃料ガス供給部位の燃料ガスを消費しつつ、
前記ガス消費機器の単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、前記ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、前記ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出し、
前記遮断弁と前記ガス消費機器との間で、前記少なくとも１つの減圧弁により分断された燃料ガス供給部位毎の単位時間当たりの圧力変化と、対応する前記各燃料ガス供給部位の容積とに基づいて、前記遮断弁が閉じていると仮定したときの前記ガス消費機器に供給された燃料ガス供給量を算出する第２工程と、
前記燃料ガス消費量と前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定する第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。
【請求項５】
前記第２工程における前記燃料ガス消費量は、前記各燃料ガス供給部位のうち、最下流の燃料ガス供給部位の燃料ガス流量を測定することにより取得することを特徴とする請求項４に記載の遮断弁の開閉状態判定方法。
【請求項６】
前記燃料ガス供給源は、水素が封入された水素タンクであり、
前記ガス消費機器は、燃料電池であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の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に送信しただけでは、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少なくとも１つの減圧弁と、前記遮断弁と前記ガス消費機器との間で、前記少なくとも１つの減圧弁により分断された各燃料ガス供給部位の燃料ガスの圧力を検出する燃料ガス圧力検出器と、前記ガス消費機器の運転出力を検出する出力検出器と、前記燃料ガスの圧力、及び、前記運転出力に基づいて、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、を具備し、前記遮断弁開閉状態判定手段は、前記出力検出器が検出した単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、前記ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、前記ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出する燃料ガス消費量算出部と、前記燃料ガス供給部位の容積データを記憶した容積データ記憶部と、前記燃料ガス圧力検出器が検出した圧力より求まる単位時間当りの圧力変化データと、圧力検出位置に対応する前記容積データとに基づいて、前記遮断弁が閉じていると仮定したときの前記ガス消費機器への燃料ガス供給量を算出する燃料ガス供給量算出部と、前記燃料ガス消費量と前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定する遮断弁開閉状態判定部と、を備え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実施形態から第４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し、第５実施形態ではＣＮＧ（Compressed Natural Gas）タンクとした場合について説明するが、その他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て出力するものであり、その例として、後記する第１実施形態から第４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し、第５実施形態ではＣＮＧエンジンとした場合について説明する。
【０００９】
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁への閉弁指令がなされた後、ガス消費機器の運転を継続することで、燃料ガス供給部位内の燃料ガスは消費されることになる。
また、遮断弁への閉弁指令がなされた後、燃料ガス消費量算出部は、出力検出器が検出したガス消費機器の単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出する。
一方、前記燃料ガスの消費に伴って、燃料ガス供給部位内の燃料ガスの圧力は変化する。この圧力変化は、燃料ガス圧力検出器により、燃料ガス供給部位毎に、単位時間当たりの圧力変化データとして検出される。燃料ガス供給量算出部は、圧力変化データと、圧力検出位置に対応する各燃料ガス供給部位の容積データとに基づいて、遮断弁が閉じていると仮定したときのガス消費機器に供給された燃料ガス供給量を算出する。
そこで、遮断弁開閉状態判定部は、燃料ガス消費量と燃料ガス供給量とを比較して、遮断弁の開閉状態を判定する。
このようにして、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、前記出力検出器及び燃料ガス消費量算出部に代えて、前記各燃料ガス供給部位のうち、最下流の燃料ガス供給部位の燃料ガス流量を検出する燃料ガス流量検出器を備え、前記遮断弁開閉状態判定部は、前記燃料ガス流量検出器が検出した燃料ガス流量と、前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定す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、燃焼ガス流量検出器により、遮断弁への閉弁指令がなされた後、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を直接検出することができる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記燃料ガス供給源は、水素が封入された水素タンクであり、前記ガス消費機器は、燃料電池であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遮断弁の開閉状態判定システムである。
【００１３】
このような遮断弁の開閉状態判定システムによれば、遮断弁への閉弁指令がなされた後、燃料電池の運転を継続することで、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。
【００１４】
請求項４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少なくとも１つの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、前記燃料ガス供給部位の燃料ガスを消費しつつ、前記ガス消費機器の単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、前記ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、前記ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出し、前記遮断弁と前記ガス消費機器との間で、前記少なくとも１つの減圧弁により分断された燃料ガス供給部位毎の単位時間当たりの圧力変化と、対応する前記各燃料ガス供給部位の容積とに基づいて、前記遮断弁が閉じていると仮定したときの前記ガス消費機器に供給された燃料ガス供給量を算出する第２工程と、前記燃料ガス消費量と前記燃料ガス供給量とを比較して、前記遮断弁の開閉状態を判定する第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。
【００１５】
このような遮断弁の開閉状態判定方法によれば、遮断弁に閉弁指令を発した後（第１工程）、ガス消費機器の運転を継続することで、燃料ガス供給部位内の燃料ガスは消費されることになる。
そして、ガス消費機器の単位時間当たりの運転出力に基づき、所定の計算式に従い、又は、ガス消費機器における運転出力と燃料ガス消費量との関連を記憶したテーブルに従って、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を算出する。
一方、前記燃料ガスの消費に伴って、燃料ガス供給部位内の燃料ガスの圧力は変化し、単位時間当たりの圧力変化と、対応する各燃料ガス供給部位の容積とに基づいて、遮断弁が閉じていると仮定したときのガス消費機器に供給された燃料ガス供給量を算出する（第２工程）。
このように算出した燃料ガス消費量と燃料ガス供給量とを比較して、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（第３工程）。
【００１６】
請求項５に係る発明は、前記第２工程における前記燃料ガス消費量は、前記各燃料ガス供給部位のうち、最下流の燃料ガス供給部位の燃料ガス流量を測定することにより取得することを特徴とする請求項４に記載の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、遮断弁に閉弁指令を発した後、最下流の燃料ガス供給部位の燃料ガス流量を測定することで、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を取得することができる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、前記燃料ガス供給源は、水素が封入された水素タンクであり、
前記ガス消費機器は、燃料電池であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の遮断弁の開閉状態判定方法である。
【００１９】
このような遮断弁の開閉状態判定方法によれば、遮断弁に閉弁指令を発した後、燃料電池の運転を継続することで、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】
【００２０】
本発明によれば、遮断弁の開閉状態を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がなされた後、燃料ガス消費量と燃料ガス供給量とを比較することで、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、燃焼ガス流量検出器により、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を直接検出することができる。
さらに、請求項３に係る発明によれば、遮断弁への閉弁指令がなされた後、燃料電池の運転を継続することで、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。
さらにまた、請求項４に係る発明によれば、遮断弁に閉弁指令を発した後、燃料ガス消費量と燃料ガス供給量とを比較することで、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
また、請求項５に係る発明によれば、ガス消費機器が消費した燃料ガス消費量を直接的に取得することができる。
さらに請求項６に係る発明によれば、遮断弁に閉弁指令を発した後、燃料電池の運転を継続することで、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】
【００２１】
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。
【００２２】
＜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４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に示す遮断弁開閉状態判定手段の構成を模式的に示す図である。図３は、図１に示す燃料電池の水素ガス消費量と運転出力との関係を示すグラフである。図４は、図１に示す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。
【００２３】
［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）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上に順に設けられた遮断弁２１及び減圧弁２２と、圧力センサ４１及び圧力センサ４２（燃料ガス圧力検出器）と、電流計５３及び電圧計５４（出力検出器）と、遮断弁開閉状態判定手段７０を備えて構成されている。
【００２４】
［燃料ガス供給配管］
燃料ガス供給配管１０は、遮断弁２１と燃料電池６との間で、減圧弁２２により分断されており、減圧弁２２の上流側の燃料ガス供給部位３１と、減圧弁２２の下流側の燃料ガス供給部位３２を有している。つまり、燃料ガス供給配管１０は、燃料ガス供給部位３１に対応する燃料配管１１と、燃料ガス供給部位３２に対応する燃料配管１２とから構成されている。
【００２５】
［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。
【００２６】
［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２２、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。
燃料電池６の出力部は、電動モータ５１を有する外部回路５０に接続している。
【００２７】
［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、手動式であってもよい。
【００２８】
［減圧弁］
減圧弁（レギュレータ）２２は、水素タンク５から供給された高圧の水素ガスを、所定圧力に減圧し、下流側の燃料配管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２２は、２次側（下流側）の水素ガスの圧力を、１次側（上流側）の水素ガスの圧力より低い一定圧力に維持するための装置である。また、減圧弁２２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２２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。
【００２９】
［圧力センサ］
圧力センサ４１、４２は、燃料ガス供給部位３１、３２において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、４２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、４２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が燃料ガス供給部位３１、３２の内部を流通する水素ガスの圧力を監視可能となっている。
【００３０】
［電流計、電圧計］
電流計５３、電圧計５４は、燃料電池６の発電量（運転出力）を検出可能となるように、外部回路５０に設けられている。また、電流計５３、電圧計５４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が発電量を監視可能となっている。
【００３１】
［遮断弁開閉状態判定手段］
遮断弁開閉状態判定手段７０は、圧力センサ４１、４２で検出された水素ガスの圧力及び燃料電池６の発電量に基づいて、遮断弁２１の開閉状態を判定する手段であり、図２に示すように、燃料電池運転データ記憶部７１（以下、運転データ記憶部という）と、水素ガス消費量算出部７２と、容積データ記憶部７３と、水素ガス供給量算出部７４と、遮断弁開閉状態判定部７５を備えて構成されている。
運転データ記憶部７１及び容積データ記憶部７３は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の記憶媒体から構成されており、水素ガス消費量算出部７２、水素ガス供給量算出部７４及び遮断弁開閉状態判定部７５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏ等から構成されており、これらは電気的に相互に接続し、データのやり取りが自在となっている。
【００３２】
（運転データ記憶部）
運転データ記憶部７１には、燃料電池６の発電量（運転出力）とその発電量における水素ガス消費量とが関連付けられた運転データが記憶されている。具体的には、運転データは、所定の計算式（図３参照）、又はテーブルである。
【００３３】
（水素ガス消費量算出部）
水素ガス消費量算出部７２は、電流計５３、電圧計５４により燃料電池６の単位時間当たりの発電量（運転出力）を監視しつつ、この発電量に基づき、運転データ記憶部７１に記憶された運転データに従って、その発電量に対応した燃料電池６の水素ガス消費量Ｑ１を算出するものである。
【００３４】
（容積データ記憶部）
容積データ記憶部７３には、予め求められた燃料ガス供給部位３１の容積である容積データＶ１と、燃料ガス供給部位３２の容積である容積データＶ２が記憶されている。すなわち、第１実施形態では、容積データＶ１は燃料配管１１の容積であり、容積データＶ２は燃料配管１２の容積である。
【００３５】
（水素ガス供給量算出部）
水素ガス供給量算出部７４は、圧力センサ４１、４２と電気的に接続しており、圧力センサ４１、４２が検出した圧力により求まる単位時間当たりの圧力変化データと、容積データ記憶部７３に記憶され、その圧力検出位置に対応する容積データＶ１、Ｖ２とに基づいて、遮断弁２１が閉じていると仮定したときの水素ガス供給量Ｑ２を算出するものである。
【００３６】
（遮断弁開閉状態判定部）
遮断弁開閉状態判定部７５は、水素ガス消費量算出部７２が算出した水素ガス消費量Ｑ１と、水素ガス供給量算出部７４が算出した水素ガス供給量Ｑ２とを比較して、遮断弁の開閉状態を判定するものである。
【００３７】
［遮断弁の開閉状態判定方法］
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。
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、燃料電池６が消費した水素ガス消費量を算出し、燃料電池６に供給された水素ガス供給量を算出する第２工程と、水素ガス消費量と水素ガス供給量とを比較して遮断弁２１の開閉状態を算出する第３工程とを有している。
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２２とから構成されている。
【００３８】
まず、通常時における燃料電池６の発電状況について、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２２で所定圧力に減圧された水素ガスが連続的に供給され、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、カソード側では空気中の酸素ガスがそれぞれ消費される。
【００３９】
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に閉弁指令を送ったときに、遮断弁２１が実際に閉じたか否かを判定する場合について、図１及び図４を参照して説明する。
【００４０】
（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、遮断弁２１を閉弁させる閉弁指令を発し、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。
【００４１】
（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、燃料ガス供給部位３１、３２内の水素ガスを消費する。
【００４２】
水素ガス消費量算出部７２は、電流計５３及び電圧計５４が検出した発電量（運転出力）に基づき、燃料電池６の単位時間当たりの発電量（運転出力）を算出する。そして、この発電量に基づき、所定の計算式に従って、図３の矢印Ａ１、Ａ２に示すように、燃料電池６が実際に消費した水素ガス消費量Ｑ１（燃料ガス消費量）を算出する（Ｓ２）。
なお、燃料電池６が消費した水素ガス消費量Ｑ１は、直接的には外部回路５０を流れる電流と比例するが、第１実施形態では、発電量に基づいて水素ガス消費量Ｑ１を算出することとした。
【００４３】
そして、水素ガス供給量算出部７４は、第１工程により遮断弁２１が閉じたと仮定し、遮断弁２１を閉じた後、単位時間当たりに燃料電池６へ供給された水素ガス供給量Ｑ２を、次の式（１）により算出する（Ｓ３）。
【００４４】
Ｑ２＝ｚ×｜ΔＰ１｜×Ｖ１＋ｚ×｜ΔＰ２｜×Ｖ２  …（１）
【００４５】
式（１）において、ΔＰ１は、遮断弁２１への閉弁指令後における燃料ガス供給部位３１内の水素ガスの単位時間当たりの圧力変化であり、これは圧力センサ４１で検出される。ΔＰ２は、燃料ガス供給部位３２内の水素ガスの単位時間当たりの圧力変化であり、これは圧力センサ４２で検出される。
そして、この圧力変化｜ΔＰ１｜、｜ΔＰ２｜に、対応する容積データＶ１、Ｖ２をそれぞれ乗算し、さらに合算することで、単位時間あたりに燃料電池６に供給された水素ガス供給量Ｑ２が算出される。
なお、式（１）において、ｚは圧力により変動する圧縮係数である。
【００４６】
（第３工程）
そこで、遮断弁開閉状態判定部７５は、水素ガス消費量Ｑ１と水素ガス供給量Ｑ２を、次の式（２）に基づいて比較し、遮断弁の開閉状態を判定する（Ｓ４）。
【００４７】
｜Ｑ２−Ｑ１｜＜ＱS  …（２）
【００４８】
ここで、式（２）におけるＱSは、一定閾値または水素ガス消費量Ｑ１を基準に設定される閾値である。
つまり、遮断弁２１が閉じている場合、水素ガス消費量Ｑ１と水素ガス供給量Ｑ２は、一致するはずである。そうすると、水素ガス供給量Ｑ２と水素ガス消費量Ｑ１の差が、ある一定閾値または水素ガス消費量Ｑ１を基準に設定される閾値以上であった場合は、遮断弁２１が閉じていないと判断できる。
【００４９】
具体的には、遮断弁開閉状態判定部７４は、式（２）において、｜Ｑ２−Ｑ１｜がＱSより小さい場合は（Ｓ４、Ｙｅｓ）、遮断弁２１は実際に閉じていると判定し（Ｓ５）、遮断弁２１の開閉状態判定方法を終了する。
【００５０】
一方、式（２）において、｜Ｑ２−Ｑ１｜がＱS以上である場合は（Ｓ４、Ｎｏ）、遮断弁２１は実際には開いていると判定し（Ｓ６）、遮断弁２１の開閉状態判定方法を終了する。
また、このように遮断弁２１に閉弁指令が発せさ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。
【００５１】
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、遮断弁が実際に閉じているか否かを容易に判定することができる。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、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５を参照して説明する。図５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を示す図である。
【００５３】
図５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実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ１に対し、燃料配管１２（図１参照）の後段に、減圧弁２３、燃料配管１３を順に備えて燃料電池６と連通させ、燃料配管１３内部の水素ガスの圧力を検出する圧力センサ４３をさらに備えたことを特徴とする。
圧力センサ４３は、圧力センサ４１、圧力センサ４２と同様に、遮断弁の開閉状態判定手段７０に電気的に接続している。
【００５４】
したがって、第２実施形態では、燃料ガス供給配管１０は、燃料配管１１と、燃料配管１２と、燃料配管１３とから構成されている。
また、遮断弁の開閉状態判定システムＳ２は、燃料ガス供給部位３１と、燃料ガス供給部位３３と、燃料ガス供給部位３４との３つの燃料ガス供給部位を有している。ここで、燃料電池６側の燃料ガス供給部位３４は、第１実施形態と異なり、燃料配管１３だけでなく、燃料電池６内部の水素ガス流路６ａ及びさらに後段の配管６１を含むこととする。すなわち、燃料ガス供給部位は、燃料配管、燃料電池等の形態に応じて、その設定範囲を適宜変更してよい。
そして、燃料ガス供給部位３１の容積である容積データはＶ１、燃料ガス供給部位３３の容積データはＶ３、燃料ガス供給部位３４の容積データはＶ４である。
【００５５】
したがって、遮断弁２１が閉じていると仮定したときの、燃料電池６に供給される水素ガス供給量Ｑ２Aは、次の式（３）によって与えられる。
【００５６】
Ｑ２A＝ｚ×｜ΔＰ１｜×Ｖ１＋ｚ×｜ΔＰ２｜×Ｖ３＋ｚ×｜ΔＰ３｜×Ｖ４  …（３）
【００５７】
なお、第２実施形態に係る式（３）において、ΔＰ１は圧力センサ４１で、ΔＰ２は圧力センサ４２で、ΔＰ３は圧力センサ４３で検出される。
【００５８】
このように水素タンク５と燃料電池６との間に設けられた減圧弁２２、２３の数を変更しても、燃料ガス供給部位３１、３３、３４を適宜設定し、この設定に対応して圧力センサ４１、４２、４３を設けることで、容易に遮断弁の開閉状態判定システムＳ２を構成可能である。
【００５９】
＜第３実施形態＞
次に、第３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３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。
【００６０】
図６に示すように、第３実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ３は、第１実施形態に係る燃料電池６のアノードオフガス（燃料極側の排出ガス）を、水素ガス供給側に戻す循環ラインを考慮したシステムである。アノードオフガスは、燃料電池６で消費されなかった未反応の水素ガスを含んでいる。
【００６１】
さらに説明すると、第３実施形態における燃料電池６のアノードの供給側は、第１実施形態に係る燃料配管１２（図１参照）の途中位置にエゼクタ２５が設けられると共に、燃料配管１２は、燃料配管１２ａと燃料配管１２ｂに分断されている。そして、燃料配管１２ａには圧力センサ４４が、燃料配管１２ｂには圧力センサ４５がそれぞれ設けられている。
【００６２】
燃料電池６のアノードの排出側は、配管６４を介してパージ弁６５に接続し、パージ弁６５の後段に流量計６８が設けられている。また、配管６４は、その途中位置で配管６６、逆止弁６７を介して、エゼクタ２５の入力部に接続している。
【００６３】
したがって、パージ弁６５を閉弁させると、燃料電池６のアノードオフガスは、配管６４、配管６６を経由して、エゼクタ２５に供給される。そして、エゼクタ２５において、アノードオフガスは、水素タンク５から供給された水素ガスと混合可能となっている。
一方、パージ弁６５を適宜開弁させると、アノードオフガスを排出可能となっている。そして、このパージ弁６５の開弁により排出されたアノードオフガスの量は、流量計６８で検出可能となっている。
【００６４】
また、遮断弁の開閉状態判定システムＳ３は、遮断弁２１と減圧弁２２との間の燃料ガス供給部位３１と、減圧弁２２とエゼクタ２５との間の燃料ガス供給部位３５と、エゼクタ２５の下流側で燃料配管１２ｂ、燃料電池６内部の水素流路６ａ、配管６４及び配管６６に対応する燃料ガス供給部位３６を有している。
そして、燃料ガス供給部位３１の容積はＶ１、燃料ガス供給部位３５の容積はＶ５、燃料ガス供給部位３６の容積はＶ６である。また、燃料ガス供給部位３１内部の水素ガスの圧力は圧力センサ４１で、燃料ガス供給部位３５内部の水素ガスの圧力は圧力センサ４４で、燃料ガス供給部位３６内部の圧力は圧力センサ４５で、それぞれ検出可能となっている。
【００６５】
続いて、遮断弁の開閉状態判定システムＳ３の動作を説明する。
【００６６】
（パージ弁６５：閉、遮断弁２１：閉）
まず、パージ弁６５が閉じている場合であって、燃料電池６を停止させるために遮断弁２１に閉弁指令を発したときについて説明する。
このとき、遮断弁２１が閉じていると仮定すると、水素ガス供給量Ｑ２Bは、次の式（４）により算出される。
【００６７】
Ｑ２B＝ｚ×｜ΔＰ１｜×Ｖ１＋ｚ×｜ΔＰ４｜×Ｖ５＋ｚ×｜ΔＰ５｜×Ｖ６  …（４）
【００６８】
式（４）において、圧力変化ΔＰ１は圧力センサ４１で、ΔＰ４は圧力センサ４４で、ΔＰ５は圧力センサ４５で検出される。
【００６９】
このように算出された水素ガス供給量Ｑ２Bと、燃料電池６の発電量より求めた水素ガス消費量Ｑ１とを比較することで、前記した式（２）に従って、第１実施形態と同様に、遮断弁２１が実際に閉じているか否かを判定することができる。
【００７０】
（パージ弁６５：開、遮断弁２１：閉）
一方、パージ弁６５が開いている場合であって、燃料電池６を停止させるために遮断弁２１に閉弁指令を発したときについて説明する。
このとき、遮断弁２１が閉じていると仮定したときの、燃料電池６側での水素ガス消費量Ｑ１Cは、次の式（５）に示すように、燃料電池６の発電量から求められた水素ガス消費量Ｑ１’と、流量計６８で検出された水素ガス量Ｑ６８とを合算した値となる。
すなわち、第１実施形態及び第２実施形態では、配管６１、止め弁６２を介して燃料電池６から排出された未反応の水素ガス量を考慮しなかったが、このように水素ガス量Ｑ６８を考慮することで、燃料電池６側での水素ガス消費量を高精度で求めることができる。
【００７１】
Ｑ１C＝Ｑ１’＋Ｑ６８  …（５）
【００７２】
このように算出されたパージ弁６８の開放時における水素ガス消費量Ｑ１Cと、水素ガス供給量Ｑ２とを比較させることにより、遮断弁２１が実際に閉じているか否かを判定することができる。
【００７３】
＜第４実施形態＞
次に、第４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７を参照して説明する。図７は、第４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。
【００７４】
図７に示すように、第４実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ４は、第１実施形態に係る電流計５３、電圧計５４、運転データ記憶部７１及び水素ガス消費量算出部７２に代えて、燃料配管１２を流通する水素ガスの流量を検出する流量計５５（燃料ガス流量検出器）を備えたことを特徴とする。流量計２８は、遮断弁開閉状態判定手段７０’に電気的に接続している。そして、遮断弁開閉状態判定手段７０’は、燃料電池６に供給された水素ガスの流量を監視可能となっている。また、遮断弁の開閉状態判定システムＳ４は、燃料配管１１に対応する燃料ガス供給部位３１と、燃料配管１２に対応する燃料ガス供給部位３７を有している（図示参照）。
【００７５】
したがって、遮断弁２１に閉弁指令が送られた後、燃料電池６が消費した水素ガス消費量Ｑ１は、流量計５５を監視することで直接検出することができる。そして、減圧弁２２の上流側に設けられた圧力センサ４１、下流側に設けられた圧力センサ４２により、水素ガスの圧力変化を監視することで、前記した式（２）に従って、第１実施形態と同様に、遮断弁２１が実際に閉まっているか否かを判定することができる。
【００７６】
＜第５実施形態＞
次に、第５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説明する。
第５実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムは、第１実施形態に係る遮断弁の開閉状態判定システムＳ１（図１参照）に対し、燃料ガス供給源をＣＮＧ（Compressed Natural Gas）タンクとし、ガス消費機器をエンジンとした場合である。
【００７７】
このようにガス消費機器をエンジンとした場合、このエンジンの燃料ガス消費量Ｑ１は、例えば、エンジンに供給されたＣＮＧは全て消費されると仮定し、エンジンの直上流側に例えば流量計を設けたり、ＣＮＧを噴霧させるインジェクションの開度、圧力及び時間とから、エンジンが消費した燃料ガス消費量Ｑ１を検出することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
前記した第１実施形態では、減圧弁２２の上流側及び下流側の圧力変化を監視したが、下流側の圧力が低下するまで減圧弁２２は作動しないため、減圧弁２２の上流側の圧力のみを監視し、その上流側の圧力変化から燃料電池６に供給された水素ガス供給量Ｑ２を算出してもよい。
【００８０】
前記した第２実施形態では、燃料ガス供給部位３４を、燃料配管１３、水素流路６ａ、配管６１を含めて設定したが、燃料ガス供給部位の設定方法はこれに限定されず、適宜変更してよい。
また、さらに圧力損失等を考慮するときは、燃料ガス供給部位３４をさらに細かく分割して設定し、その設定に対応して圧力センサを適宜設けてもよい。
【００８１】
前記した第１実施形態では、電流計５３及び電圧計５４から燃料電池６の発電量を求め、発電量に対応する水素ガス消費量Ｑ１を求めたが、その他に例えば、電動モータ５１の回転数を検出する回転計を設け、電動モータの回転数より水素ガス消費量Ｑ１を求める構成としてもよい。
【００８２】
前記した第１実施形態では、遮断弁２１と減圧弁２２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２２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。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【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に示す遮断弁開閉状態判定手段の構成を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す燃料電池の水素ガス消費量と運転出力との関係を示すグラフである。
【図４】図１に示す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５】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。
【図６】第３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７】第４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】
【００８４】
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４  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    燃料ガス供給配管
１１、１２、１２ａ、１２ｂ、１３  燃料配管
２１  遮断弁
２２、２３  減圧弁
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７  燃料ガス供給部位
４１、４２、４３、４４、４５、４６  圧力センサ（燃料ガス圧力検出器）
５３    電流計（出力検出器）
５４    電圧計（出力検出器）
５５    流量計（燃料ガス流量検出器）
７０、７０’  遮断弁開閉状態判定手段
７１    運転データ記憶部
７２    水素ガス消費量算出部（燃料ガス消費量算出部）
７３    容積データ記憶部
７４    水素ガス供給量算出部（燃料ガス供給量算出部）
７５    遮断弁開閉状態判定部
【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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