特開 2024-158346 ガス供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158346

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ガス供給システム

(51)【国際特許分類】

   F17C 13/02 20060101AFI20241031BHJP

   F17C 5/06 20060101ALI20241031BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F17C13/02 301A

F17C5/06

H01M8/04 J

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073478

(22)【出願日】2023-04-27

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100129838

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 典輝

(74)【代理人】

【識別番号】100101203

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100104499

【弁理士】

【氏名又は名称】岸本 達人

(72)【発明者】

【氏名】里屋 大輔

【テーマコード（参考）】

3E172

5H127

【Ｆターム（参考）】

3E172AA02

3E172AA05

3E172AB01

3E172BA01

3E172BB13

3E172BB17

3E172EA02

3E172EA22

3E172EB02

3E172EB21

3E172JA08

3E172KA03

3E172KA22

5H127BA02

5H127BA22

5H127EE13

(57)【要約】

【課題】燃料ガスの使い切り量を向上することができるガス供給システムを提供する。
【解決手段】燃料ガスを貯留する複数の燃料ガスタンクと、複数の燃料ガスタンクから供給される燃料ガスを合流させる合流部と、合流部に接続された通常流路と、通常流路に接続され、通常流路の一部を迂回する中圧流路と、制御部と、を備え、合流部は高圧センサを有し、中圧流路は開閉弁と、開閉弁よりも下流側に配置された逆止弁と、開閉弁及び逆止弁の間に配置された中圧センサと、を有し、逆止弁は上流側からの燃料ガスの流通を許容し、かつ、下流側からの燃料ガスの流通を禁止するものであり、制御部は、高圧センサの指示値が中圧センサの耐圧上限を超えているとき開閉弁を閉じるように制御し、高圧センサの指示値が中圧センサの耐圧上限以下であるとき開閉弁を開くように制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスを貯留する複数の燃料ガスタンクと、
複数の前記燃料ガスタンクから供給される前記燃料ガスを合流させる合流部と、
前記合流部に接続された通常流路と、
前記通常流路に接続され、前記通常流路の一部を迂回する中圧流路と、
制御部と、を備え、
前記合流部は高圧センサを有し、
前記中圧流路は開閉弁と、前記開閉弁よりも下流側に配置された逆止弁と、前記開閉弁及び前記逆止弁の間に配置された中圧センサと、を有し、
前記逆止弁は上流側からの前記燃料ガスの流通を許容し、かつ、下流側からの前記燃料ガスの流通を禁止するものであり、
前記制御部は、前記高圧センサの指示値が前記中圧センサの耐圧上限を超えているとき前記開閉弁を閉じるように制御し、前記高圧センサの指示値が前記中圧センサの耐圧上限以下であるとき前記開閉弁を開くように制御する、
ガス供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願はガス供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、調圧弁の下流側にある圧力センサの検出値に異常があった場合に、適切なフェールセーフを実施するのに適した燃料電池システムを開示している。また、同文献には、燃料ガス供給源から燃料電池までの間において、調圧弁及びインジェクタを用いた燃料ガスの圧力を調整している。また、燃料ガス供給源及び調圧弁の間には高圧圧力センサが、調圧弁及びインジェクタの間には中圧圧力センサが、インジェクタ及び燃料電池の間には低圧圧力センサが備えられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１５２３１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

燃料ガスの圧力センサには適用される圧力に範囲に応じて、圧力センサの種類を選択する必要がある。例えば高圧センサは高い圧力を測定するのに適しているが、中圧以下では測定精度が低い。これに対し、中圧センサは、耐久性の観点から高圧を測定することができないが、中圧において精度よく圧力を測定することができる。

【0005】

ところで、燃料電池システムに備えられた水素タンクへの水素の充填には、複数の水素タンクを備えたガス供給システムが使用される場合がある。このようなガス供給システムには、従来、耐圧性の問題から中圧センサを設けることが難しいため、高圧センサのみが設けられていた。そのため、中圧において、燃料ガス圧力を精度よく測定することができず、燃料ガスを適切に使い切ることができなかった。

【0006】

そこで、本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、燃料ガスの使い切り量を向上することができるガス供給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】

本開示の第１態様は、燃料ガスを貯留する複数の燃料ガスタンクと、複数の燃料ガスタンクから供給される燃料ガスを合流させる合流部と、合流部に接続された通常流路と、通常流路に接続され、通常流路の一部を迂回する中圧流路と、制御部と、を備え、合流部は高圧センサを有し、中圧流路は開閉弁と、開閉弁よりも下流側に配置された逆止弁と、開閉弁及び逆止弁の間に配置された中圧センサと、を有し、逆止弁は上流側からの燃料ガスの流通を許容し、かつ、下流側からの燃料ガスの流通を禁止するものであり、制御部は、高圧センサの指示値が中圧センサの耐圧上限を超えているとき開閉弁を閉じるように制御し、高圧センサの指示値が中圧センサの耐圧上限以下であるとき開閉弁を開くように制御する、ガス供給システムである。

【発明の効果】

【0008】

本開示のガス供給システムによれば、燃料ガスの使い切り量を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】ガス供給システム１００のブロック図である。

【図2】圧力センサ誤差による使用下限圧力の違いについて説明する図である。

【図3】ガス供給システム１００における圧力監視のイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示のガス供給システムについて、一実施形態であるガス供給システム１００を用いて説明する。

【0011】

図１にガス供給システム１００のブロック図を示した。図１に示した通り、燃料ガスを貯留する複数の燃料ガスタンク１１～１４と、複数の燃料ガスタンク１１～１４から供給される燃料ガスを合流させる合流部２１、２２と、合流部２１に接続された通常流路３０と、通常流路３０に接続され、通常流路３０の一部を迂回する中圧流路４０と、制御部５０と、を備えている。また、ガス供給システム１００は各燃料ガスタンク１０と合流部２０とを接続する配管である流路１～４を備えている。

【0012】

＜燃料ガスタンク１１～１４＞
燃料ガスタンク１１～１４は燃料ガスが充填されている。燃料ガスとしては、例えば水素や改質ガスが挙げられる。図１に示した通り、ガス供給システム１００は４つの燃料ガスタンク１１～１４を備えている。ただし、本開示のガス供給システムにおいて、燃料ガスタンクの数は特に限定されない。また、燃料ガスタンクの容量等も特に限定されない。燃料ガスタンクの数及び容量等は目的に応じて適宜設定してよい。

【0013】

＜合流部２１、２２＞
合流部２１、２２は複数の燃料ガスタンク１０から供給される燃料ガスを合流させる部材である。図１に示した通り、ガス供給システム１００は２つの合流部２１、２２を備えている。ただし、本開示のガス供給システムにおいて、合流部の数は特に限定されない。合流部の数は１つでもよく、複数でもよい。合流部の数が複数ある場合、それらの合流部同士を流路で接続してもよい。図１に示した通り、合流部２１、２２は流路５（配管）によって接続されている。

【0014】

合流部２１は、流路１、２を介して、燃料ガスタンク１１、１２と接続されている。合流部２２は、流路３、４を介して、燃料ガスタンク１３、１４と接続されている。流路１～４は、燃料ガスタンクから合流部への燃料ガスの流通を制御する開閉弁や逆止弁、減圧弁等の部材が備えられていてもよい。

【0015】

合流部２１は高圧センサＰ１を有している。高圧センサＰ１とは高圧であっても圧力を測定可能な装置である。すなわち、高圧センサＰ１は高圧における耐久性を有する。具体的には、高圧センサＰ１は中圧センサＰ２の耐圧上限を超える圧力において耐久性を有する。高圧センサＰ１は、通常、通常流路３０に接続されている合流部２１に備えられている。ただし、本開示のガス供給システムにおいて、高圧センサはいずれの合流部に設けられていれもよい。高圧センサＰ１によって測定された燃料ガス圧力は制御部５０に送信される。

【0016】

＜通常流路３０＞
通常流路３０は合流部２１に接続され、燃料ガスを外部に流通させるための配管である。すなわち、通常流路３０の一端は合流部２１に接続され、他端は外部又は出口部材に接続されている。図１に示した通り、ガス供給システム１００において、典型的には、通常流路３０は高圧センサＰ１が備えられている合流部２１に接続されている。通常流路３０は第１開閉弁３１が備えらており、燃料ガスの流通を制御している。第１開閉弁３１は、例えば電磁弁であり、制御部５０によってその開閉が制御されている。

【0017】

＜中圧流路４０＞
中圧流路４０は通常流路３０に接続された配管であり、通常流路３０の一部を迂回するものである。図１に示した通り、中圧流路４０は、通常流路３０において第１開閉弁３１の上流側及び下流側に接続される。

【0018】

中圧流路４０は第２開閉弁４１と、第２開閉弁４１よりも下流側に配置された逆止弁４２と、第２開閉弁４１及び逆止弁４２の間に配置された中圧センサＰ２と、を有している。第２開閉弁４１は、例えば電磁弁であり、制御部５０によってその開閉が制御されている。逆止弁４２は上流側からの燃料ガスの流通を許容し、かつ、下流側からの燃料ガスの流通を禁止するものである。逆止弁４２は高圧の燃料ガスが中圧センサＰ２に流れ込むことを防止するために設けられている。中圧センサＰ２は、耐久性の観点から高圧の測定には適さないが、中圧において精度よく燃料ガス圧力を測定可能な装置である。中圧センサＰ２の耐圧上限は、例えば１ＭＰａ以上３ＭＰａ以下である。中圧センサＰ２によって測定された燃料ガス圧力は制御部５０に送信される。

【0019】

ガス供給システム１００は中圧流路４０を有することに１つの特徴を有する。典型的なガス供給システムは通常流路３０のみを有しており、燃料ガス圧力は高圧センサＰ１のみで測定されていた。しかし、高圧センサＰ１は高圧において燃料ガスの測定が可能である利点を有する一方で、中圧以下において測定精度が低いという問題がある。そのため、高圧センサＰ１のみで燃料ガス圧力を監視すると、燃料ガスの使い切り量が低下する問題ある。

【0020】

図２を用いて、圧力センサ誤差による使用下限圧力の違いについて説明する。図２では、一例として、所定の中圧センサ（図２の左）と高圧センサ（図２の右）とを使用した。図２の左側に示した通り、燃料ガスタンクの使い切り圧力が０．５６ＭＰａ．Ｇであるとき、温度変化及び中圧圧力センサ誤差を考慮すると、中圧センサの使用下限圧力は０．９９ＭＰａとなる。これは、燃料ガスタンクにおける充填率ＳＯＣの２．３％相当に該当する。一方で、図２の右側に示した通り、燃料ガスタンクの使い切り圧力が１ＭＰａ．Ｇであるとき、温度変化及び高圧圧力センサ誤差を考慮すると、高圧センサの使用下限圧力は４．３ＭＰａとなる。これは、燃料ガスタンクにおけるＳＯＣの９％相当に該当する。典型的には、減圧弁における調圧値下限は１ＭＰａである。そのため、調圧値下限付近では、高圧センサよりも中圧センサの誤差が小さい。このことから、高圧センサに加えて、中圧センサで燃料ガス圧力の監視を行うことで、燃料ガスの使い切り量を向上することができる。

【0021】

一方で、中圧センサには上述した通り、耐圧上限がある。この耐圧上限よりも高い圧力で中圧センサＰ２を使用した場合、中圧センサＰ２が破損する虞がある。そこで、ガス供給システム１００では、通常流路３０の一部を迂回する中圧流路４０を設け、燃料ガス圧力が中圧センサＰ２の耐圧上限以下となった場合に、中圧流路４０を使用して中圧センサＰ２による圧力監視を行うこととした。

【0022】

図３にガス供給システム１００における圧力監視のイメージ図を示した。図３では、７０ＭＰａの燃料ガスタンクを用いている。図３に示した通り、燃料ガス圧力が中圧センサの耐圧上限（図３では、約２ＭＰａ）に至るまで高圧センサによる圧力監視を実施し、高圧センサにおける指示値が中圧センサの耐圧上限に至ったとき、中圧流路４０を使用して、使用下限圧力まで中圧センサによる監視を実施する。このように、高圧では測定誤差の大きい高圧センサＰ１で圧力監視を実施し、中圧では測定誤差の小さい中圧センサＰ２で圧力監視を実施する。これにより、中圧において燃料ガス圧力を精度よく測定することができるため、燃料ガスの使い切り判定を向上することができる、燃料ガス使い切り量を向上することができる。

【0023】

＜制御部５０＞
制御部５０はガス供給システム１００全体を管理するコンピュータ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。ガス供給システム１００において、制御部５０は高圧センサＰ１、中圧センサＰ２の指示値に基づいて、第１開閉弁３１、第２開閉弁４１の開閉を制御し、通常流路３０及び中圧流路４０の切替を実施する。具体的には、制御部５０は、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限を超えているとき第２開閉弁４１を閉じるように制御し、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限以下であるとき第２開閉弁４１を開くように制御する。これにより、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限を超えているとき、通常流路３０のみを用いて高圧センサＰ１による圧力監視を実施でき、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限以下であるとき、中圧流路４０を用いて中圧センサＰ２による圧力監視を実施できる。

【0024】

また、制御部５０は、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限を超えているとき、第１開閉弁３１を開くように制御し、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限以下であるとき第１開閉弁３１を閉じるように制御してもよい。これにより、高圧センサＰ１の指示値が中圧センサＰ２の耐圧上限以下であるとき、燃料ガスの全部が中圧流路４０に迂回されるため、中圧センサＰ２による圧力監視精度を向上することができる。

【0025】

＜ガス供給システム１００＞
ガス供給システム１００は単独で用いてもよく、燃料ガスシステム等に組み込まれていてもよい。ガス供給システム１００を単独で用いる場合、ガス供給システム１００は可搬式の形態でもよく、固定式の形態でもよい。

【0026】

以上、一実施形態であるガス供給システム１００を用いて、本開示のガス供給システムについて説明した。本開示のガス供給システムによれば、燃料ガスの使い切り量を向上することができる。

【符号の説明】

【0027】

１～５ 流路
１１～１４ 燃料ガスタンク
２１、２２ 合流部
３０ 通常流路
３１ 第１開閉弁
４０ 中圧流路
４１ 第２開閉弁
４２ 逆止弁
Ｐ１ 高圧センサ
Ｐ２ 中圧センサ

【図1】

【図2】

【図3】