JP7803267B2 - ガス供給モジュール及びガス供給システム - Google Patents

Description

本願はガス供給モジュール及びガス供給システムに関する。

燃料電池は水素及び酸素を用いて発電する装置である。発電に使用される水素は、通常、水素タンクに貯留されており、発電時に燃料電池に供給される。

特許文献１は、燃料電池システムにおいて燃料電池に水素ガスを供給する水素供給装置を開示している。特許文献１の水素供給装置は、複数の水素タンクと、複数の水素タンクそれぞれに対して設けられた開閉弁と、開閉弁を制御する制御部を有している。制御部は、燃料電池の動作時に、容量が最も大きい水素タンク以外の水素タンクから順番に水素タンクを選択し、選択した水素タンクから燃料電池に水素ガスが供給されるように各開閉弁を制御することを特徴としている。

特許文献１によれば、このような水素供給装置を用いることで、水素供給装置の寿命を長くすることができることが記載されている。

特開２０２２－６８６５２号公報

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モジュールが使用される場合がある。このようなガス供給モジュールは、水素タンク内の圧力が監視されている。各水素タンクの圧力は各水素タンクそれぞれに備えられた圧力センサによって測定されている。しかしながら、水素タンクごとに圧力センサを設けると装置構成が複雑化する課題がある。

そこで、本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、圧力測定装置の数を低減することができるガス供給モジュール及びガス供給システムを提供することである。

本開示は、上記課題を解決するための一つの態様として、ガスが充填された複数のタンクと、複数のタンクのそれぞれに備えられ、タンクに充填されたガスの放出を制御する電磁弁と、電磁弁を介して、複数のタンクのそれぞれから下流側に伸びる中間流路と、複数の中間流路と接続する合流部と、合流部から下流側に伸びるガス放出流路と、合流部又は合流部よりも下流側に設けられた圧力測定装置と、電磁弁の開閉を制御する制御部と、を備え、制御部は、ガス放出開始時において、電磁弁のうちいずれか１つの電磁弁を開状態に制御し、ガス放出終了時において、電磁弁を閉状態に制御するとともに、圧力測定装置が測定した圧力を閉状態に制御された電磁弁を備えたタンクの圧力として記録する、ガス供給モジュールを提供する。

本開示は、上記課題を解決するための一つの態様として、複数の上記ガス供給モジュールと、燃料電池システムを有する複数の装置と、複数のガス供給モジュールとネットワークを介して接続されたサーバと、備え、１つのガス供給モジュールと１つの装置とは対を形成しており、サーバは各装置の稼働に要求されるガス量及び最低圧力を含む装置要求情報を有しており、サーバは、各ガス供給モジュールに含まれる各タンクのガス量及び圧力を含むガス供給モジュール情報を得て、各対においてガス供給モジュール情報と装置要求情報とを比較し、装置の要求を満たさないガス供給モジュールを有する対を判定し、装置の要求を満たさないガス供給モジュールを有する対の集合において、１つの対のガス供給モジュールのガス供給モジュール情報と他の対の装置の装置要求情報とを比較し、他の対の装置の要求を満たすガス供給モジュールを検索する、ガス供給システムを提供する。

本開示のガス供給モジュールによれば、圧力測定装置の数を低減することができる。また、本開示のガス供給システムによれば、効率よくガス供給モジュールを運用することができる。

ガス供給モジュール１００のブロック図である。 ４つのタンク１０（タンク１１～タンク１４）を順に使用した場合の、各タンク１０の圧力の経時変化を示した図である。 ４つのタンク１０（タンク１１～タンク１４）を順に使用した場合の流量の経時変化を示した図である。 ガス供給システム１０００の概略図である。 ガス供給システム１０００の具体例を示す概略図である。

［ガス供給モジュール］
本開示のガス供給モジュールについて、一実施形態であるガス供給モジュール１００を用いて説明する。図１にガス供給モジュール１００のブロック図を示した。

ガス供給モジュール１００は、複数のタンク１０と、複数のタンク１０のそれぞれに備えられた電磁弁２０と、電磁弁２０を介して複数のタンク１０のそれぞれから下流側に伸びる中間流路３０と、複数の中間流路４０と接続する合流部４０と、合流部４０から下流側に伸びるガス放出流路５０と、圧力測定装置６０と、電磁弁の開閉を制御する制御部７０と、を備えている。

＜タンク１０＞
タンク１０はガスが充填されている。ガスの種類は特に限定されないが、例えば燃料電池に用いる燃料ガスである。燃料ガスとしては、例えば水素や改質ガスが挙げられる。タンク１０の容量及び数は特に限定されず、目的に応じて適宜設定してよい。

＜電磁弁２０＞
電池弁２０は複数の複数のタンク１０のそれぞれに備えられおり、タンク１０に充填されたガスの放出を制御する開閉弁である。電磁弁２０の開閉は制御部７０によって実施される。電磁弁２０の種類は特に限定されないが、例えばソレノイドバルブが挙げられる。

＜中間流路３０＞
中間流路３０は、電磁弁２０を介して、複数のタンク１０のそれぞれから下流側に伸びる流路である。図１に示した通り、中間流路３０は各タンク１０と合流部４０とを接続している。

＜合流部４０＞
合流部４０は複数の中間流路３０と接続する部材である。合流部４０の数は特に限定されず、１つであってもよく、２つ以上あってもよい。合流部４０が１つである場合、すべての中間流路３０が１つの合流部４０に接続される。合流部４０が２つ以上の場合は、１つの合流部４０に少なくとも１つの中間流路３０が接続され、かつ、合流部４０同士が相互に接続されている。ただし、ガス放出流路５０と接続する合流部の数は１つとする。図１に２つ合流部４０を備えた実施形態を示した。図１のように、互いの合流部４０が接続し、かつ、１つの合流部４０にガス放出流路５０が接続している。

＜ガス放出流路５０＞
ガス放出流路５０は合流部４０から下流側に伸びる流路である。ガス放出流路５０の他端は外部に接続されていてもよい。

＜圧力測定装置６０＞
圧力測定装置６０はタンク１０から放出されるガスの圧力を測定する装置である。圧力測定装置６０は合流部４０又は合流部４０よりも下流側に設けられる。これにより、ガス供給モジュール１００に備えられる圧力測定装置６０の数を低減することができる。この理由は後述する。

＜制御部７０＞
制御部７０は電磁弁２０の開閉を制御する装置である。制御部７０はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などのコンピュータである。

制御部７０は、ガス放出開始時において、電磁弁２０のうちいずれか１つの電磁弁２０を開状態に制御し、ガス放出終了時において、電磁弁２０を閉状態に制御するとともに、圧力測定装置６０が測定した圧力を閉状態に制御された電磁弁２０を備えたタンク１０の圧力として記録することを特徴としている。

上述した通り、制御部７０は、ガス放出開始時において、電磁弁２０のうちいずれか１つの電磁弁２０を開状態に制御され、その他の電磁弁２０は閉状態に制御される。すなわち、ガス供給モジュール１００では、常に、１つのタンク１０からガスを放出するように制御される。従って、ガスを放出させるタンク１０を、一のタンク１０から他のタンク１０に変更する場合、一のタンク１０の電磁弁２０を閉状態に変更した後、他のタンク１０の電磁弁を開状態に変更する。このように制御することで、合流部４０及びその下流に流れるガスの圧力は、常に開状態の電磁弁２０を備えたタンク１０の圧力と同等になる。従って、ガス放出終了時において、電磁弁２０を閉状態に制御するとともに、圧力測定装置６０が測定した圧力を記録することで、閉状態に制御された電磁弁２０を備えたタンク１０の圧力を特定することができる。以上のことから、ガス供給モジュール１００を上記のように制御することで、制御部７０は、常に各タンク１０の圧力を監視することができる。

従来、ガス供給モジュールにおいて、各タンクの圧力を監視する技術が知られているが、それは各タンクに圧力測定装置を設けるものであった。すなわち、従来、タンクの数と圧力測定装置の数が同じであった。一方で、ガス供給モジュール１００では、上述した制御を実施することで、圧力測定装置６０の数を少なくとも１つにまで減少させるすることができる。これにより、装置構成を簡易化するとともに、設置コストを低減することができる。

図２に、４つのタンク１０（タンク１１～タンク１４）を順に使用した場合の、各タンク１０の圧力の経時変化を示した。なお、図２では、見やすさのため、圧力測定値を示す点線と各タンク１０の圧力を示す実線とを離して記載されているが、実際にはこれらの線は重なっている。図２に示した通り、１つのタンク１０の電磁弁２０が開状態のときは、他のタンク１０の電磁弁２０が閉状態に制御されている。このように制御して４つのタンク１０を順に使用した場合、各タンク１０の電磁弁２０を閉状態に変更した際の圧力測定値は各タンク１０の圧力を示すことになる。従って、図２からガス供給モジュール１００は圧力測定装置６０の数を少なくしたとしても、各タンク１０の圧力を監視することができることを示すことができた。

また、図３に４つのタンク１０（タンク１１～タンク１４）を順に使用した場合の流量の経時変化を示した。流量はガス放出流路６０で測定した。図３に示した通り、４つのタンク１０を順に使用した場合であっても、ガス供給モジュール１００は適切な流量を維持することができることを示すことができた。

（用途）
ガス供給モジュール１００は、通常、燃料電池システムに備えられるタンクにガスを供給する簡易充填器の蓄圧器として用いてよい。従って、ガス供給モジュール１００は運搬可能な形態としてもよい。

以上、一実施形態を用いて、本開示のガス供給モジュールについて説明した。本開示のガス供給モジュールによれば、圧力測定装置の数を低減することができる。

［ガス供給システム］
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１０００を用いて説明する。図４にガス供給システム１０００の概略図を示した。

ガス供給システム１０００は、複数のガス供給モジュール１００と、燃料電池システムを有する複数の装置２００と、複数のガス供給モジュール１００とネットワークを介して接続されたサーバ３００と、備えている。

＜ガス供給モジュール１００＞
ガス供給モジュール１００は、上述した通り、各タンク１０の圧力が監視されている。従って、ガス供給モジュール１００に備えられた各タンク１０の圧力は制御部７０によって記録されている。このように、ガス供給システム１０００に用いられるガス供給モジュール１００の各タンク１０の圧力は既知である。

ガス供給システム１０００ではガス供給モジュール１００を用いている。しかし、本開示のガス供給システムに用いられるガス供給モジュールは、これに限定されるものでない。例えば、各タンクの圧力が既知であるガス供給モジュールであればよい。例えば、従来のガス供給モジュールを用いてもよい。

従来のガス供給モジュールとは、例えば次のとおりである。すなわち、ガスが充填された複数のタンクと、複数のタンクのそれぞれに備えられ、タンクに充填されたガスの放出を制御する電磁弁と、電磁弁を介して、複数のタンクのそれぞれから下流側に伸びる中間流路と、複数の前記中間流路と接続する合流部と、合流部から下流側に伸びるガス放出流路と、複数のタンクのそれぞれに備えられた圧力測定装置と、前記電磁弁の開閉を制御する制御部と、を備える、ガス供給モジュールである。

＜装置２００＞
装置２００は燃料電池システムを備えている。燃料電池システムは少なくとも燃料電池及び燃料ガスタンク（水素タンク）を備えるものである。燃料電池システムは公知であるため、ここでは説明を省略する。装置２００としては、例えば燃料電池車が挙げられる。

ガス供給システム１０００では、１つのガス供給モジュール１００と１つの装置２００とは対を形成している。「対」とは、ガス供給モジュール１００が特定の装置２００にガス（例えば、水素）を供給することを目的としているという関係性を意味する。

＜サーバ３００＞
サーバ３００、複数のガス供給モジュール１００とネットワークを介して接続されている。ネットワークの接続方法は特に限定されない。有線ネットワークであっても、無線ネットワークであってもよい。また、ネットワークの種類も特に限定されない。例えば、インターネットやＷＩ－ＦＩが挙げられる。

サーバ３００はガス供給モジュール１００と装置２００との組み合わせを最適化するコンピュータである。従って、サーバ３００は各装置２００の稼働に要求されるガス量及び最低圧力を含む装置要求情報を有している。

サーバ３００によるガス供給モジュール１００と装置２００との組み合わせの最適化は次のように実施される。（１）まず、サーバ３００は、各ガス供給モジュール１００に含まれる各タンク１０のガス量及び圧力を含むガス供給モジュール情報を得る。タンク１０のガス量は、例えばタンク１０の容量及び圧力から算出できる。（２）次に、各対においてガス供給モジュール情報と装置要求情報とを比較し、装置の要求を満たさないガス供給モジュールを有する対を判定する。（３）続いて、装置２００の要求を満たさないガス供給モジュールを有する対の集合において、１つの対のガス供給モジュール１００のガス供給モジュール情報と他の対の装置２００の装置要求情報とを比較し、他の対の装置の要求を満たすガス供給モジュール１００を検索する。この検索結果はユーザに見えるように表示してもよい。

上記（１）～（３）の工程を実施することで、１つの対においてガス供給モジュール１００が装置２００の要求を満たさない状態になったとしても、そのガス供給モジュール１００を適用可能な他の対の装置２００を検索することができる。そして、ユーザはこの検索結果に基づいて、ガス供給モジュール１００を適宜交換することで、ガス供給モジュール１００を効率的に運用することができる。

図５にガス供給システム１０００の具体例を示した。図５では２つの対Ｅ、Ｆのガス供給モジュールＡ、Ｂと装置Ｃ、Ｄを用いた例を示した。

まず、ガス供給モジュールＡと装置Ｃとから形成される対Ｅについて説明する。図５に示した通り、ガス供給モジュールＡは使用された状態であり、それぞれのタンク１～４の圧力は７０ＭＰａ、３５ＭＰａ、３５ＭＰａ、３５ＭＰａである。ここで、装置Ｃの稼働に要求される最低圧力は３５ＭＰａである。従って、タンク１はこの要求を満たしている。しかしながら、装置Ｃの稼働に要求されるガス量はタンク１のみでは満たされない。従って、サーバにより、対Ｅは装置Ｃの要求を満たさないガス供給モジュールＡを有する対であると判定される。

次に、ガス供給モジュールＢと装置Ｄとから形成される対Ｆについて説明する。図５に示した通り、ガス供給モジュールＢは使用された状態であり、それぞれのタンク５～８の圧力は５ＭＰａ、０．８ＭＰａ、０．８ＭＰａ、０．８ＭＰａである。ここで、装置Ｄの稼働に要求される最低圧力は０．８ＭＰａである。従って、タンク５はこの要求を満たしている。しかしながら、装置Ｄの稼働に要求されるガス量はタンク５のみでは満たされない。従って、サーバにより、対Ｆは装置Ｄの要求を満たさないガス供給モジュールＢを有する対であると判定される。

次に、サーバは対Ｅ、Ｆの集合において、対Ｅのガス供給モジュールＡのガス供給モジュール情報と他の対Ｆの装置Ｄの装置要求情報とを比較する。そうすると、対Ｅのガス供給モジュールＡは他の対Ｆの装置Ｆの要求を満たすことになる。従って、サーバはユーザにこの検索結果を提供することができる。また、ユーザはこの検索結果に基づいて、ガス供給モジュールＢをガス供給モジュールＡに交換することができる。従って、効率よくガス供給モジュールを運用することができる。

以上、一実施形態を用いて、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、効率よくガス供給モジュールを運用することができる。

１０ タンク
２０ 電磁弁
３０ 中間流路
４０ 合流部
５０ ガス放出流路
６０ 圧力測定装置
７０ 制御部
１００ ガス供給モジュール
２００ 装置
３００ サーバ
１０００ ガス供給システム

Claims (1)

1. 複数のガス供給モジュールと、
   燃料電池システムを有する複数の装置と、
   複数の前記ガス供給モジュールとネットワークを介して接続されたサーバと、備え、
   １つの前記ガス供給モジュールと１つの前記装置とは対を形成しており、
   前記ガス供給モジュールが、
   ガスが充填された複数のタンクと、
   複数の前記タンクのそれぞれに備えられ、前記タンクに充填された前記ガスの放出を制御する電磁弁と、
   前記電磁弁を介して、複数の前記タンクのそれぞれから下流側に伸びる中間流路と、
   複数の前記中間流路と接続する合流部と、
   前記合流部から下流側に伸びるガス放出流路と、
   前記合流部又は前記合流部よりも下流側に設けられた圧力測定装置と、
   前記電磁弁の開閉を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   ガス放出開始時において、前記電磁弁のうちいずれか１つの前記電磁弁を開状態に制御し、
   ガス放出終了時において、前記電磁弁を閉状態に制御するとともに、前記圧力測定装置が測定した圧力を閉状態に制御された前記電磁弁を備えた前記タンクの圧力として記録し、
   前記サーバは各前記装置の稼働に要求されるガス量及び最低圧力を含む装置要求情報を有しており、
   前記サーバは、各前記ガス供給モジュールに含まれる各前記タンクのガス量及び圧力を含むガス供給モジュール情報を得て、
   各前記対において前記ガス供給モジュール情報と前記装置要求情報とを比較し、前記装置の要求を満たさない前記ガス供給モジュールを有する前記対を判定し、
   前記装置の要求を満たさない前記ガス供給モジュールを有する前記対の集合において、１つの前記対の前記ガス供給モジュールのガス供給モジュール情報と他の前記対の前記装置の装置要求情報とを比較し、他の前記対の前記装置の要求を満たす前記ガス供給モジュールを検索する、
   ガス供給システム。