燃料气体供给系统

摘要

本公开涉及燃料气体供给系统。燃料气体供给系统(10)具备：阀机构(24)；上游侧流路(40)，其向阀机构(24)引导燃料气体；下游侧流路(42)，其引导从阀机构(24)导出的燃料气体；压差传感器(38)，其检测上游侧流路(40)与下游侧流路(42)的燃料气体的压差；第一压力传感器(34)，其检测上游侧流路(40)内的燃料气体的压力；以及第二压力传感器(36)，其检测下游侧流路(42)内的燃料气体的压力，压差传感器(38)、第一压力传感器(34)以及第二压力传感器(36)各自的数量为一个。

权利要求

1.一种燃料气体供给系统，其用于向燃料电池(14)供给燃料气体，所述燃料气体供给系统(10)具备：阀机构(24)；

上游侧流路(40)，其将燃料气体引导至所述阀机构；

下游侧流路(42)，其引导从所述阀机构导出的燃料气体；以及压差传感器(38)，其检测所述上游侧流路与所述下游侧流路的燃料气体的压差。

2.根据权利要求1所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述压差传感器具有承受所述上游侧流路的燃料气体的压力和所述下游侧流路的燃料气体的压力的受压构件(60)。

3.根据权利要求1所述的燃料气体供给系统，其特征在于，具备：第一压力传感器(34)，其检测所述上游侧流路内的燃料气体的压力；以及第二压力传感器(36)，其检测所述下游侧流路内的燃料气体的压力，所述压差传感器、所述第一压力传感器以及所述第二压力传感器各自的数量为一个。

4.根据权利要求3所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述上游侧流路具有：

所述阀机构连结的上游侧配管(46)；以及从所述上游侧配管分支的第一分支配管(48)，所述下游侧流路具有：

所述阀机构连结的下游侧配管(50)；以及从所述下游侧配管分支的第二分支配管(52)，所述压差传感器分别与所述第一分支配管和所述第二分支配管连结。

5.根据权利要求4所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述第二分支配管相对于所述下游侧配管大致呈直角地连结。

6.根据权利要求5所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述第二分支配管具有与所述下游侧配管内连通的下游侧开口部(52a)，所述第二压力传感器设置在所述下游侧配管中的与所述下游侧开口部相向的位置或者与所述下游侧开口部相向的位置的附近。

7.根据权利要求4所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述第一分支配管相对于所述上游侧配管大致呈直角地连结。

8.根据权利要求7所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述第一分支配管具有与所述上游侧配管内连通的上游侧开口部(48a)，所述第一压力传感器设置在所述上游侧配管中的与所述上游侧开口部相向的位置或者与所述上游侧开口部相向的位置的附近。

9.根据权利要求4所述的燃料气体供给系统，其特征在于，具备：与所述下游侧流路连结的引射器(26)；

将从所述引射器导出的燃料气体引导至所述燃料电池的导入流路(44)；以及将从所述燃料电池排出的燃料排气引导至所述引射器的循环流路(30)，所述压差传感器具有：压差传感器主体(54)；

连结所述第一分支配管的第一连结部(56)；以及连结所述第二分支配管的第二连结部(58)，所述压差传感器主体位于比所述第二连结部靠上方的位置。

10.根据权利要求9所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述下游侧配管的内径(D3)大于所述上游侧配管的内径(D1)。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的燃料气体供给系统，其特征在于，具备：阀机构控制部(62)，其基于所述压差传感器的检测信号来控制所述阀机构的动作。

12.根据权利要求3至10中的任一项所述的燃料气体供给系统，其特征在于，具备：故障判定部(64)，其判定所述第一压力传感器、所述第二压力传感器以及所述压差传感器中的任一个是否故障；以及压力计算部(66)，其在由所述故障判定部判定为所述第一压力传感器、所述第二压力传感器以及所述压差传感器中的任一个有故障的情况下，基于没有故障的两个传感器的检测信号来计算有故障的传感器应检测的压力。

13.根据权利要求1所述的燃料气体供给系统，其特征在于，所述阀机构是喷射器。

说明书

燃料气体供给系统

技术领域

[0001] 本公开涉及用于向燃料电池供给燃料气体的燃料气体供给系统。

背景技术

[0002] 例如，在日本特开2011-28950号公报公开了如下系统，该系统基于在比氢气供给路的喷射器靠上游侧设置的上游侧压力传感器和在比氢气供给路的喷射器靠下游侧设置的下游侧压力传感器来计算喷射器的上游侧与下游侧的氢气的压差。

发明内容

[0003] 发明所要解决的问题

[0004] 但是，在上述的日本特开2011-28950号公报那样的以往技术中，由于使用上游侧压力传感器和下游侧压力传感器来计算喷射器(阀机构)的上游侧与下游侧的氢气(燃料气体)的压差，因此所计算的压差包括上游侧压力传感器与下游侧压力传感器各自的检测误差。

[0005] 本发明是考虑到这样的问题而做出的，目的在于提供能够精度良好地检测阀机构的上游侧与下游侧的燃料气体的压差的燃料气体供给系统。

[0006] 用于解决问题的方案

[0007] 本发明的一方式涉及燃料气体供给系统，其用于向燃料电池供给燃料气体，所述燃料气体供给系统具备：阀机构；上游侧流路，其向所述阀机构引导燃料气体；下游侧流路，其引导从所述阀机构导出的燃料气体；以及压差传感器，其检测所述上游侧流路与所述下游侧流路的燃料气体的压差。

[0008] 发明的效果

[0009] 根据本发明，由压差传感器检测上游侧流路与下游侧流路的燃料气体的压差，因此与使用上游侧压力传感器和下游侧压力传感器来计算压差的情况相比较，能够抑制检测误差。由此，能够精度良好地检测阀机构的上游侧与下游侧的燃料气体的压差。

[0010] 参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。

附图说明

[0011] 图1是本发明的一实施方式涉及的具备燃料气体供给系统的燃料电池系统的概要结构图。

[0012] 图2是燃料气体供给装置的一部分放大概要结构图。

[0013] 图3是示出使用燃料气体供给系统的阀机构的控制的流程图。

具体实施方式

[0014] 以下例举适当的实施方式并参照附图来说明本发明涉及的燃料气体供给系统。

[0015] 本发明的一实施方式涉及的具备燃料气体供给系统10的燃料电池系统12，例如搭载于燃料电池电动汽车等燃料电池车辆(未图示)。

[0016] 如图1所示，燃料电池系统12具备燃料电池14、用于向燃料电池14供给燃料气体(例如氢气)的燃料气体供给系统10以及用于向燃料电池14供给氧化剂气体(例如空气)的未图示的氧化剂气体供给装置。燃料电池14是层叠多个未图示的发电单电池而形成的，发电单电池利用燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来发电。

[0017] 燃料气体供给系统10具有燃料气体供给装置16和控制部18。燃料气体供给装置16包括燃料气体罐20、燃料气体供给流路22、阀机构24、引射器26、燃料气体排出流路28、循环流路30、排除流路32、第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38。

[0018] 燃料气体罐20贮存高压的燃料气体(高压氢)。燃料气体供给流路22是用于将燃料气体罐20的燃料气体导入至燃料电池14的流路。后述燃料气体供给流路22的详细的结构的说明。

[0019] 阀机构24使燃料气体供给流路22开放和闭塞。阀机构24是在燃料气体供给流路22设置的喷射器。阀机构24将从燃料气体罐20引导来的燃料气体向下游侧喷射。但是，阀机构24也可以是调节器(减压阀)。

[0020] 引射器26设置在燃料气体供给流路22中的比阀机构24靠下游侧(燃料电池14侧)。引射器26将后述的循环流路30的燃料排气与从阀机构24喷射的燃料气体混合并向下游侧喷出。

[0021] 燃料气体排出流路28从燃料电池14导出在燃料电池14中至少一部分被消耗的燃料气体、即燃料排气。燃料排气中包含发电时产生的生成水。也可以是，在燃料气体排出流路28设置未图示的气液分离器。

[0022] 循环流路30将流通于燃料气体排出流路28的燃料排气的一部分引导至引射器26。也就是说，被导出至燃料气体排出流路28的燃料排气通过循环流路30、引射器26以及燃料气体供给流路22被再次引导至燃料电池14。循环流路30将燃料气体排出流路28的下游侧的端部与引射器26相互连结。排除流路32将燃料气体排出流路28的燃料排气向外部排出。

[0023] 燃料气体供给流路22具有上游侧流路40、下游侧流路42以及导入流路44。上游侧流路40将从燃料气体罐20导出的燃料气体引导至阀机构24。如图2所示，上游侧流路40包括将燃料气体罐20与阀机构24相互连结的上游侧配管46、以及从上游侧配管46分支的第一分支配管48。上游侧配管46的内径D1大于第一分支配管48的内径D2。

[0024] 第一分支配管48相对于上游侧配管46向下方大致呈直角地连结。换言之，第一分支配管48从与上游侧配管46的连结部向下方延伸。也就是说，第一分支配管48的对于上游侧配管46侧的上游侧开口部48a指向上方。

[0025] 下游侧流路42引导从阀机构24导出(喷出)的燃料气体。下游侧流路42包括将阀机构24与引射器26(参照图1)连结的下游侧配管50、以及从下游侧配管50分支的第二分支配管52。下游侧配管50的内径D3分别大于上游侧配管46的内径D1和第二分支配管52的内径D4。

[0026] 第二分支配管52相对于下游侧配管50向下方大致呈直角地连结。换言之，第二分支配管52从与下游侧配管50的连结部向下方延伸。也就是说，第二分支配管52的对于下游侧配管50侧的下游侧开口部52a指向上方。第二分支配管52的内径D4与第一分支配管48的内径D2相同。但是，第二分支配管52的内径D4可以大于也可以小于第一分支配管48的内径D2。

[0027] 在图1中，导入流路44将引射器26与燃料电池14相互连结并将从引射器26导出的燃料气体引导至燃料电池14。

[0028] 在图2中，第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38各自的数量为一个。第一压力传感器34检测上游侧流路40内的燃料气体的压力。具体来讲，第一压力传感器34设置在上游侧配管46中的与上游侧开口部48a相向的位置(正上方的位置)。换言之，上游侧开口部48a位于第一压力传感器34的正下方的位置。

[0029] 但是，也可以是，第一压力传感器34设置在上游侧配管46中的与上游侧开口部48a相向的位置(正上方的位置)的附近。第一压力传感器34可以是检测表压的传感器，也可以是检测绝对压力的传感器。

[0030] 第二压力传感器36检测下游侧流路42内的燃料气体的压力。具体来讲，第二压力传感器36设置在下游侧配管50中的与下游侧开口部52a相向的位置(正上方的位置)。换言之，下游侧开口部52a位于第二压力传感器36的正下方的位置。

[0031] 但是，也可以是，第二压力传感器36设置在下游侧配管50中的与下游侧开口部52a相向的位置(正上方的位置)的附近。第二压力传感器36可以是检测表压的传感器，也可以是检测绝对压力的传感器。

[0032] 压差传感器38检测上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差。压差传感器38分别与第一分支配管48和第二分支配管52连结。压差传感器38具有压差传感器主体54、连结第一分支配管48的第一连结部56以及连结第二分支配管52的第二连结部58。压差传感器主体54包括壳体59、以及以将壳体59内的空间分隔的方式设置的隔膜60。

[0033] 隔膜60沿着大致水平方向延伸。壳体59的一方的空间(上方空间)与上游侧流路40(第一分支配管48内)连通。壳体59的另一方的空间(下方空间)与下游侧流路42(第二分支配管52内)连通。隔膜60是承受上游侧流路40(第一分支配管48)的燃料气体的压力和下游侧流路42(第二分支配管52)的燃料气体的压力的受压构件。

[0034] 换言之，第一分支配管48的燃料气体的压力作用于隔膜60的一方的面，第二分支配管52的燃料气体的压力作用于隔膜60的另一方的面。具体来讲，压差传感器38基于隔膜60的变形量来检测上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差。压差传感器主体54(隔膜60)位于比第一连结部56靠下方(重力方向)并且比第二连结部58靠上方的位置。

[0035] 如图1所示，控制部18是包括微型计算机的计算机，具有CPU(中央处理装置)、作为存储器的ROM、RAM等，CPU读出并执行在ROM存储的程序来作为各种功能实现部(功能实现单元)发挥功能。而且，各种功能实现部还能够由作为硬件的功能实现器来构成。

[0036] 控制部18具备阀机构控制部62、故障判定部64以及压力计算部66。阀机构控制部62基于压差传感器38的检测信号来控制阀机构24的动作，由此对从阀机构24向下游侧流路
42喷出的燃料气体的量进行反馈控制。故障判定部64判定第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个是否故障。压力计算部66在由故障判定部64判定为第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个有故障的情况下，使用没有故障的传感器来计算有故障的传感器应检测的压力。

[0037] 然后，使用图3说明在燃料气体供给系统10中，在第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个有故障的情况下对阀机构24的控制。

[0038] 首先，在图3的步骤S1中，故障判定部64进行故障判定。即，故障判定部64判定第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个是否故障。

[0039] 在故障判定部64判定为第一压力传感器34故障的情况下(步骤S2)，在步骤S3中，压力计算部66基于第二压力传感器36的检测信号和压差传感器38的检测信号来计算上游侧流路40的燃料气体的压力。然后，在步骤S4中，阀机构控制部62基于压差传感器38的检测信号来控制阀机构24的动作。由此，一系列的动作流程结束。

[0040] 在故障判定部64判定为第二压力传感器36故障的情况下(步骤S5)，在步骤S6中，压力计算部66基于第一压力传感器34的检测信号和压差传感器38的检测信号来计算下游侧流路42的燃料气体的压力。而且，在进行上述的步骤S4的处理之后，一系列的动作流程结束。

[0041] 在故障判定部64判定为压差传感器38故障的情况下(步骤S7)，在步骤S8中，压力计算部66基于第一压力传感器34的检测信号和第二压力传感器36的检测信号来计算上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差。然后，在步骤S9中，阀机构控制部62基于在步骤S8中计算出的压差来控制阀机构24的动作。由此，一系列的动作流程结束。

[0042] 这样，在燃料气体供给系统10中，由第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38的三个传感器实现冗余化(日文：冗長化)。

[0043] 该情况下，本实施方式涉及的燃料气体供给系统10实现以下的效果。

[0044] 根据燃料气体供给系统10，由压差传感器38检测上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差，因此与根据在上游侧流路40和下游侧流路42各自设置的压力传感器的检测值来计算压差的情况相比较，能够抑制检测误差。由此，能够实现成本的低廉化并且精度良好地检测阀机构24的上游侧与下游侧的燃料气体的压差。

[0045] 压差传感器38具有承受上游侧流路40的燃料气体的压力和下游侧流路42的燃料气体的压力的受压构件(隔膜60)。由此，能够使用受压构件可靠地检测上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差。

[0046] 然而，存在如下问题，为了实现冗余化，在不设置压差传感器38而在上游侧配管46设置两个第一压力传感器34并且在下游侧配管50设置两个第二压力传感器36的情况下，为了识别这些压力传感器的普通模式错误，需要使两个第一压力传感器34为相互不同的规格并且使两个第二压力传感器36为相互不同的规格，因此成本高昂化。

[0047] 但是，燃料气体供给系统10具备：第一压力传感器34，其检测上游侧流路40内的燃料气体的压力；第二压力传感器36，其检测下游侧流路42内的燃料气体的压力；以及压差传感器38，其检测上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差，其中，压差传感器38、第一压力传感器34以及第二压力传感器36各自的数量为一个。

[0048] 根据这样的结构，能够在压差传感器38故障的情况下，使用第一压力传感器34和第二压力传感器36来计算上游侧流路40与下游侧流路42的燃料气体的压差。另外，能够在第一压力传感器34故障的情况下，使用第二压力传感器36与压差传感器38来检测上游侧流路40内的燃料气体的压力。另外，还能够在第二压力传感器36故障的情况下，使用第一压力传感器34和压差传感器38来计算下游侧流路42内的燃料气体的压力。因而，能够抑制成本的高昂化并且实现冗余化。

[0049] 上游侧流路40具有阀机构24连结的上游侧配管46、以及从上游侧配管46分支的第一分支配管48。下游侧流路42具有阀机构24连结的下游侧配管50、以及从下游侧配管50分支的第二分支配管52。压差传感器38分别与第一分支配管48和第二分支配管52连结。

[0050] 根据这样的结构，能够抑制在阀机构24工作时产生的上游侧配管46内与下游侧配管50内的燃料气体的脉动对压差传感器38的影响。由此，能够精度更良好地检测阀机构24的上游侧与下游侧的燃料气体的压差。

[0051] 第二分支配管52相对于下游侧配管50大致呈直角地连结。根据这样的结构，更能够抑制在阀机构24工作时产生的下游侧配管50内的燃料气体的脉动对压差传感器38的影响。

[0052] 第二分支配管52具有与下游侧配管50内连通的下游侧开口部52a，第二压力传感器36设置在下游侧配管50中的与下游侧开口部52a相向的位置或者与下游侧开口部52a相向的位置的附近。

[0053] 根据这样的结构，能够抑制在阀机构24工作时产生的下游侧配管50内的燃料气体的脉动对第二压力传感器36的影响。

[0054] 第一分支配管48相对于上游侧配管46大致呈直角地连结。根据这样的结构，更能够抑制在阀机构24工作时产生的上游侧配管46内的燃料气体的脉动对压差传感器38的影响。

[0055] 第一分支配管48具有与上游侧配管46内连通的上游侧开口部48a，第一压力传感器34设置在上游侧配管46中的与上游侧开口部48a相向的位置或者与上游侧开口部48a相向的位置的附近。

[0056] 根据这样的结构，能够抑制在阀机构24工作时产生的上游侧配管46内的燃料气体的脉动对第一压力传感器34的影响。

[0057] 燃料气体供给系统10具备与下游侧流路42连结的引射器26、将从引射器26导出的燃料气体引导至燃料电池14的导入流路44以及将从燃料电池14排出的燃料排气引导至引射器26的循环流路30。压差传感器38具有压差传感器主体54、连结第一分支配管48的第一连结部56以及连结第二分支配管52的第二连结部58。压差传感器主体54位于比第二连结部58靠上方的位置。

[0058] 根据这样的结构，即使在燃料排气包含的生成水经由下游侧配管50流入至第二分支配管52的情况下，也能够抑制压差传感器主体54与生成水接触。

[0059] 下游侧配管50的内径D3大于上游侧配管46的内径D1。根据这样的结构，即使生成水在下游侧配管50内冻结的情况下，也能够抑制下游侧配管50闭塞。

[0060] 燃料气体供给系统10具备基于压差传感器38的检测信号来控制阀机构24的动作的阀机构控制部62。根据这样的结构，能够有效率地控制阀机构24的动作。

[0061] 燃料气体供给系统10具备：故障判定部64，其判断第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个是否故障；以及压力计算部66，其在由故障判定部64判定为第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个有故障的情况下，基于没有故障的两个传感器的检测信号来计算有故障的传感器应检测的压力。

[0062] 根据这样的结构，即使在第一压力传感器34、第二压力传感器36以及压差传感器38中的任一个有故障的情况下，也能够可靠地获得有故障的传感器应检测的压力。

[0063] 阀机构24是喷射器。根据这样的结构，能够精度良好地检测喷射器的上游侧与下游侧的燃料气体的压差。

[0064] 本发明不限定于上述的结构。也可以是，在燃料气体供给系统10中，将第一压力传感器34和第二压力传感器36的至少一个省略。另外，为了实现冗余化，也可以是，燃料气体供给系统10省略第一压力传感器34和第二压力传感器36并且设置两个压差传感器38。该情况下，在一方的压差传感器38故障的情况下，能够使用另一方的压差传感器38的检测信号。

[0065] 也可以是，第二分支配管52具有能够贮存生成水的贮水部。该情况下，连结第二分支配管52的第二连结部58可以相对于压差传感器主体54(隔膜60)在水平方向邻接，也可以相对于压差传感器主体54(隔膜60)位于上方的位置。

[0066] 也可以是，在燃料气体供给系统10中，第一分支配管48位于比上游侧配管46靠上方的位置并且第二分支配管52位于比下游侧配管50靠上方的位置。该情况下，能够抑制从下游侧配管50向第二分支配管52流入生成水。

[0067] 本发明涉及的燃料气体供给系统不限于上述的实施方式，当然能够不脱离本发明的主旨地采用各种的结构。