JP3988989B2 - ガス利用機関の停止方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車、ＣＮＧ車等のガスを利用して稼動するガス利用機関を停止する際の停止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスを燃料として、ガス消費装置１０１を稼動させるガス利用機関１００は、図５（ａ）のような構成を有する。即ち、ガス利用機関１００は、ガスを高圧で貯蔵するタンク１０２と、このタンク１０２からガス消費装置１０１にガスを供給するガス供給管１０５と、ガス供給管１０５の途中に設けられ、ガスをガス消費装置１０１の稼動に好適な圧力まで減圧するための減圧弁１０４と、ガスの供給を停止するために、減圧弁１０４とタンク１０２との間に設けられる遮断弁１０３とを備える。
【０００３】
ガス利用機関１００の稼動時には、遮断弁１０３が開弁されることでタンク１０２からガスが供給される。このガスは減圧弁１０４により所定圧力まで減圧された上でガス消費装置１０１に供給され、ガス消費装置１０１の稼動により消費される。
【０００４】
ガス利用機関１００を停止させる際には、遮断弁１０３を閉弁して、タンク１０２からガスの供給を停止する。あわせて、ガス消費装置１０１を停止する。通常の状態であれば、減圧弁上流側のガス供給管１０５ａに高圧のガスが封入された状態であっても、ガス供給管１０５ｂは、減圧弁の２次圧以上の圧力に上昇することがない。
【０００５】
ところが、減圧弁１０４に微小な異物（ゴミ等）が挟まったり、減圧弁１０４のシート不良等が発生すると、減圧弁上流側のガス供給管１０５ａの高圧のガスが、減圧弁１０４で減圧されずに減圧弁下流側のガス供給管１０５ｂにリークすることがある。
【０００６】
このようなリークに対応するために、特許文献１においては、減圧弁の下流側（減圧室）の圧力が所定圧力以上となった場合に、減圧弁の上流側の燃料遮断弁を閉弁する構成が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−４１６５１号公報（第８頁〜１２頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、ガス利用機関１００の運転中に減圧弁１０４の不良によって、減圧弁１０４よりも下流側の圧力が所定圧力以上になった場合に作動する保護装置であり、ガス利用機関１００の運転中の緊急遮断装置としては優れているものの、ガス利用機関１００の停止時に発生するようなリークについては考慮されていないという問題があった。
【０００９】
即ち、ガス利用機関１００の停止時においては、減圧弁１０４よりも上流側の遮断弁１０３を遮断することによってガス消費装置１０１へのガスの供給を遮断する装置が一般的であるが、このときに遮断弁１０３と減圧弁１０４との間に残留した高圧のガス、すなわち、タンク内に残留しているガス圧力と同等のガスが減圧弁１０４に掛かり続けることとなる。
このとき減圧弁１０４よりも下流側は、減圧弁１０４によって減圧されているので、上流側と比較し、低圧となっている。つまり、減圧弁１０４よりも上流側及び下流側で圧力差が生じ、前述した減圧弁不良が発生した状態でガス利用機関１００を停止してしまうと、ガス消費装置１０１を含む減圧弁１０４の下流側が高圧のガスに曝されるこことなる虞があった。
【００１０】
このような問題は、図５（ｂ）のように、減圧弁１０４の下流側に第２の遮断弁１０６を備えるガス利用機関１００’についても生じ得る。この場合には、減圧弁１０４と第２の遮断弁１０６との間のガス供給管１０５に、高圧のガスが封入されることとなり、ガス利用機関１００’の再起動時に、ガス消費装置１０１に高圧のガスが供給され、ガス消費装置１０１にダメージを与える虞があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、燃料電池自動車、ＣＮＧ車等のガス利用機関の停止中に、減圧弁の上流側に残留したガスが、減圧弁の下流側に流入したとしても、再起動時に高圧のガスが、ガス利用機関に供給されることを防止できるガス利用機関の停止方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、タンクに貯蔵されたガスを、ガス供給管を通じてガス消費装置に供給するガス利用機関において、前記ガス供給管に、前記ガス消費装置へ供給するガスを減圧する減圧弁、及び、前記減圧弁の上流側に前記ガス消費装置へ供給するガスを遮断する遮断弁を備え、前記減圧弁の閉弁状態において、前記減圧弁の上流側の高圧部から下流側の低圧部にガスが流入する不良が発生した場合に、前記ガス利用機関に対して停止指令が発せられると、前記ガス消費装置を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記遮断弁と前記減圧弁との間の高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記ガスを消費した後に前記ガス消費装置を停止することを特徴とするガス利用機関の停止方法である。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、ガス利用機関に対して停止指令が発せられると、ガス消費装置は稼動状態を保ったまま、遮断弁が閉じられる。
これにより、遮断弁が閉じられた後も、高圧部におけるガスのガス圧力（高圧部ガス圧力）が所定圧力以下となるまで、ガス消費装置によりガス供給管中に残留するガスを消費することができる。
【００１４】
よって、たとえ、ガス利用機関が停止状態に置かれている間に、減圧弁の異物の挟み込みやシート不良等で高圧部から減圧弁の下流側の低圧部へガスが流入したとしても、低圧部におけるガスのガス圧力（低圧部ガス圧力）が所定圧力を超えて高くなり過ぎることがなく、再起動時に高圧のガスが供給されることでガス消費装置にダメージを与えることを防止できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記高圧部に設けられた圧力センサにより前記高圧部のガス圧力を測定することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ガス供給管の遮断弁と減圧弁との間の高圧部に圧力センサを設けたので、ガス利用機関に対して停止指令が発せられてから、ガス利用機関が停止するまでの間の高圧部ガス圧力の変化を測定して、高圧部ガス圧力が確実に所定圧力以下に減少するまで、ガス消費装置を稼動することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記高圧部のガス圧力を前記所定圧力以下にするまでの前記ガス消費装置の稼動時間を算出し、前記稼動時間が経過した後に前記ガス消費装置を停止させることを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、高圧部のガス圧力を所定圧力以下とするために要するガス消費装置の稼働時間を計算によって求め、遮断弁閉弁後、この稼働時間が経過するまで、ガス消費装置を稼動させることにより、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記稼動時間を前記タンク内のガス圧力に応じて算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法である。
請求項４に記載の発明によれば、遮断弁が閉弁された際に、ガス供給管の高圧部に残留するガスの圧力を、タンク内に残留するガスのガス圧力により代表させることができる。これにより、圧力センサ等により高圧部のガス圧力を測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記稼動時間を前記ガス消費装置の単位時間あたりの水素消費量から算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、ガス消費装置の遮断弁閉弁後における稼働時間を、ガス消費装置により単位時間当たりに消費される水素消費量から求めるので、高圧部のガス圧力を圧力センサ等により直接測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記高圧部のガス圧力が前記所定圧力以下となるまでに前記ガス消費装置により消費されるガス消費量を算出し、このガス消費量を消費した後に、前記ガス消費装置を停止することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまでにガス消費装置により消費されるガス消費量を算出する。これにより、ガス消費装置の稼働時間に拠らずとも、高圧部ガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、前記ガス利用機関が燃料電池自動車であり、前記ガスが水素であり、前記ガス消費装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のガス利用機関の停止方法である。
請求項７に記載の発明によれば、水素を燃料ガスとする燃料電池により発電された電力で走行する燃料電池自動車に対して、本発明のガス利用機関の停止方法を好適に適用できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記燃料電池自動車の停止時に、前記燃料電池を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記水素を消費した後に前記燃料電池を停止し、発電された電力を充電手段に充電させることを特徴とする請求項７に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、燃料電池自動車に本発明のガス利用機関の停止方法を適用することで、停止指令後に燃料電池により発電された電力を充電手段に充電させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、適宜図面を参照して説明する。
第１実施形態においては、本発明をガス利用機関としての燃料電池自動車に適用した場合を例示する。
【００２８】
図１は、燃料電池自動車の機能ブロック図である。
燃料電池自動車は、燃料である水素を貯蔵するとともに、燃料電池２に対して水素を供給するための燃料供給系Ｆと、燃料電池２と、燃料電池２により発電された電力により、車輪を駆動するためのモータ１０と、燃料電池２により発電された電力を蓄えるための、２次電池やキャパシタ等からなる充電手段９とを含む。
【００２９】
燃料電池２は、アノード電極（不図示）とカソード電極（不図示）との間に固体高分子電解質膜（不図示）を挟持したものである。アノード電極には燃料である水素が供給され、固体高分子電解質膜において、水素はプロトンと電子とに解離する。この解離した電子を取り出すことにより発電を行う。
プロトンは、固体高分子電解質膜中を移動し、カソード電極において、酸化剤ガス（空気等）と接触することで酸化され水が生成される。
【００３０】
燃料供給系Ｆは、燃料である水素を高圧で貯蔵するタンク１と、このタンク１からガス消費装置である燃料電池２に水素を供給するガス供給管３と、ガス供給管３の途中に設けられ、水素を燃料電池２の稼動に好適な圧力まで減圧するための減圧弁４と、水素の供給を停止するために、減圧弁４とタンク１との間に設けられる遮断弁５とを備える。
【００３１】
ガス供給管３は、減圧弁４を境にして、遮断弁５と減圧弁４との間のガス供給管高圧部３ｂと、減圧弁４と燃料電池２との間のガス供給管低圧部３ａとに分かれている。ガス供給管低圧部３ａには、この部分の水素の圧力が許容限界以上となった場合に、燃料供給系Ｆの系外に水素を放出するための安全弁７が設けられている。また、ガス供給管高圧部３ｂには、この部分の水素の圧力を測定するための圧力センサ６が設けられている。
【００３２】
また、燃料供給系Ｆは、ＥＣＵ８を有している。ＥＣＵ８は、燃料電池自動車に対する停止指令が発せられた後に、圧力センサ６により計測されたガス供給管高圧部３ｂの圧力に応じて、燃料電池２の稼働を制御する。また、ＥＣＵ８は、燃料電池自動車に対する停止指令や起動指令を受けて遮断弁５の開閉を制御する。
【００３３】
ＥＣＵ８は、燃料電池自動車の起動指令を受けると、遮断弁５及び安全弁７を開弁し、タンク１に貯蔵された水素を燃料電池２に供給する。タンク１に貯蔵された圧縮水素は、減圧弁４により所望の圧力に減圧され、減圧された水素が燃料電池２に供給される。圧力センサ６は通常運転時において、タンク１に残留する水素量を検出するために用いられている。
【００３４】
続いて、図２を用いて、燃料電池自動車の停止時における第１実施形態の処理フローを説明する。先ず、ステップＳ１において、ＥＣＵ８は、イングニッションスイッチがＯＦＦにされると、燃料電池自動車に対して停止指令を発する。
【００３５】
すると、ステップＳ２において、ＥＣＵ８は、燃料電池２を稼動したまま、遮断弁５を閉弁し、タンク１からガス供給管３への水素の供給を停止する。
続いて、ＥＣＵ８は圧力センサ６の検出値を読み込み、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力（ＰH）を測定する（ステップＳ３）。
【００３６】
続いて、ステップＳ４では、ＥＣＵ８において、ステップＳ３で測定されたＰHと、予めＥＣＵ８に記憶されているガス供給管高圧部３ｂの水素圧力の所定圧力Ｐとが比較され、 “ＰH＞所定圧力Ｐ”の場合（Ｎ）には、処理はステップＳ３に戻り、ステップＳ３とステップＳ４との間をループする。
【００３７】
このループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間にも、燃料電池２は稼動しており、燃料電池２には、ガス供給管３に残留する水素が燃料として供給されることで、ガス供給管高圧部３ｂ内部の水素圧力ＰHが低下していく。即ち、ガス供給管低圧部３ａに残留する水素が、燃料電池２で消費されると、ガス供給管高圧部３ｂから減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａに水素が供給され、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力ＰHが低下していく。
【００３８】
また、このループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間に燃料電池２により発電された電力はバッテリ等の充電手段９に充電される。このようにすることにより、ループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間に燃料電池２により消費された水素を電力の形で充電手段９に蓄えることができ、燃料電池自動車の再起動時に図示しないコンプレッサ、モータ等の補器類を、円滑に起動することができる。
【００３９】
燃料電池２の稼動は、ステップＳ４において、“ＰH≦所定圧力Ｐ”と判断される（Ｙ）まで継続し、その後、処理はステップＳ５に移行し、ステップＳ５において、燃料電池２が停止される。
【００４０】
ここで、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力の所定圧力Ｐは、ステップＳ５が終了して、完全に燃料電池自動車が停止した時点でガス供給管高圧部３ｂに残留する水素が、減圧弁４の不具合により、この減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａへ移動することで、ガス供給管高圧部３ｂとガス供給管低圧部３ａとの水素圧力が等しくなったとしても、ガス供給管低圧部３ａの水素圧力が許容限界以下となるような水素圧力、例えば、前記した安全弁７が起動しないような水素圧力であればよい。
【００４１】
この所定圧力Ｐと、ガス供給管３の全容積Ｖallと、ガス供給管高圧部３ｂの容積ＶHと、ガス供給管低圧部３ａの容積ＶLと、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力ＰL、及び、許容限界の水素圧力Ｐalwとの間には下記（１）式の関係が成り立つ。
ｚＰ×ＶH＋ｚＰL×ＶL＝ｚＰalw×Ｖall・・・・・（１）
（ｚは、ガスの種類や圧力により決定される圧縮係数である。）
【００４２】
（１）式において、右辺は、ガス供給管３全体が、許容限界Ｐalwの圧力の水素で満たされたときに、ガス供給管３に存在する水素量を示している。一方、左辺は、ガス供給管低圧部３ａに存在する水素量（ｚＰL×ＶL）と、ガス供給管高圧部３ｂ（ｚＰ×ＶH）に所定圧力Ｐの圧力で存在する水素量とを別々に求めて加算したものである。
よって、（１）式をＰについて解くことにより、所定圧力Ｐを求めることができる。
【００４３】
尚、外気温が上昇して、水素がガス供給管３中で膨張することで水素の圧力が増加して許容限界Ｐalwを超えることも考えられるので、（１）式より求められる所定圧力Ｐには、外気温上昇分や圧力センサ６の誤差等のマージンを含めることが望ましい。
【００４４】
このように、第１実施形態では、燃料電池自動車の停止指令が発せられると、燃料電池２を稼動したまま遮断弁５を閉弁することで、ガス供給管３に残留する水素により燃料電池２を稼動し、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができる。
【００４５】
尚、第１実施形態においては、所定圧力Ｐを安全弁７が作動しないような圧力に設定したが、所定圧力Ｐは、例えば、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素が、減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａへ移動することで、ガス供給管高圧部３ｂとガス供給管低圧部３ａとの水素圧力が等しくなったとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素圧力が、燃料電池にダメージを与えないような水素圧力とすることも可能である。
【００４６】
これにより、たとえ、燃料電池自動車が停止状態に置かれている間に、減圧弁４の異物の挟み込みやシート不良等でガス供給管高圧部３ｂからガス供給管低圧部３ａへ水素が流入したとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがなく、停止時に安全弁７を開放してしまうような事態や、再起動時に許容圧力以上の水素が燃料電池２に供給されるような事態を避けることができる。
【００４７】
続いて、本発明の第２実施形態を、図３、図４を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態と同様に、本発明をガス利用機関としての燃料電池自動車に適用した場合を例示する。
【００４８】
図３は、燃料電池自動車を示す機能ブロック図である。
第２実施形態は、燃料供給系Ｆにおいて圧力センサ６が遮断弁５よりも上流に設けられている以外は第１実施形態と同様であるため、構成の説明を省略する。第２実施形態においては、圧力センサ６が遮断弁５よりも上流に設けられているので、停止指令が発せられて遮断弁５が閉弁された後に、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を測定することができない。
【００４９】
そのため、第２実施形態では、遮断弁５が閉じられた際にガス供給管３に残留する水素量と、燃料電池２により単位時間あたりに消費される水素量とから、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔを計算し、遮断弁５を閉弁した後、この稼働時間Ｔ以上の時間に渡って燃料電池２を稼動させる。
【００５０】
以下、図４を用いて、第２実施形態の処理フローを説明する。先ず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ８は、イングニッションスイッチがＯＦＦされると、燃料電池自動車に対して停止指令を発する。
【００５１】
すると、ステップＳ１２において、ＥＣＵ８は、燃料電池２を稼動したまま、遮断弁５を閉弁し、タンク１からガス供給管３への水素の供給を停止する。
次に、ステップＳ１３において、ＥＣＵ８は、圧力センサ６の出力を読み取ることで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力（ＰH’）を測定する。
尚、センサ６は、遮断弁５の上流側（タンク１）の圧力を測定するものであるが、遮断弁５を閉じた際のガス供給管高圧部３ｂの圧力はセンサ６で検出される圧力とほぼ同じである。
【００５２】
続いて、ステップＳ１４では、ＥＣＵ８内部において、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔが計算される。
【００５３】
つまり、ステップＳ１３で測定されたＰH’と、（１）式より求められる所定圧力Ｐと、ガス供給管高圧部３ｂの容積ＶHと、単位時間あたりに燃料電池２により消費される水素流量Ｑとの間には、下記（２）式の関係が成り立つ。
（ｚＰH’−ｚＰ）×ＶH＝Ｑ×Ｔ・・・・（２）
（ｚは、ガスの種類や圧力により決定される圧縮係数である。）
【００５４】
（２）式において、左辺の（ｚＰH’−ｚＰ）×ＶHは、ガス供給管高圧部３ｂに存在する水素の圧力をＰH’から所定圧力Ｐまで減少させるために消費しなければならない水素量を示している。また、右辺のＱ×Ｔは、燃料電池２を稼働時間Ｔだけ稼動させたときに消費される水素量を示している。
【００５５】
よって、（２）式をＴについて解くことにより、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔを求めることができる。
【００５６】
尚、（２）式において、ガス供給管高圧部３ｂの水素の圧力がＰH’から所定圧力Ｐまで減少する間に、ガス供給管低圧部３ａの水素圧力は一定に保たれているものと仮定する。
また、所定圧力Ｐ及び単位時間あたりに燃料電池２により消費される水素の流量Ｑは、予めＥＣＵ８に記憶されているものとする。
また、水素流量Ｑは燃料電池２の発電量に比例するので、この発電量から水素流量Ｑをマップ等により算出することも可能である。特に、燃料電池自動車のアイドル運転状態等のように、燃料電池２が一定の発電状態の場合には、水素流量Ｑとして固定値を採用することもできる。
【００５７】
続いて、ステップＳ１５において、燃料電池２を（２）式より求められた稼働時間Ｔ以上稼動する。例えば、遮断弁５を閉弁してから稼働時間Ｔの間、燃料電池２を稼動する。これにより、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させる。
【００５８】
また、このステップＳ１５で燃料電池２により発電された電力は充電手段９に充電される。このようにすることにより、ステップＳ１５で燃料電池２により消費された水素を電力の形で充電手段９に蓄えることができ、燃料電池自動車の再起動時に補器類を、円滑に起動することができる。
その後ステップＳ１６において、燃料電池２を停止して処理が終了する。
【００５９】
このように、第２実施形態では、燃料電池自動車の停止指令が発せられると、燃料電池２を稼動したまま遮断弁５を閉弁し、燃料電池２を稼働時間Ｔ以上稼動させることで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができる。
尚、第２の実施形態では、（２）式を用いて稼働時間Ｔを算出したが、（２）式からガス供給管高圧部３ｂのガス圧力が所定圧力Ｐ以下となるような燃料電池２の水素消費量を算出し、予め定めた稼働時間Ｔから燃料電池による単位時間あたりの水素消費量を算出し、その単位時間当たりの水素消費量から燃料電池２の運転状態を可変することも可能である。このように構成することで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができることに加え、燃料電池自動車の停止指令から間を置くことなく、燃料電池２の運転を停止することができる。
【００６０】
これにより、たとえ、燃料電池自動車が停止状態に置かれている間に、減圧弁４の異物の挟み込みやシート不良等でガス供給管高圧部３ｂからガス供給管低圧部３ａへ水素が流入したとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがなく、再起動時に許容圧力以上の水素ガスが燃料電池２に供給されるような事態を避けることができる。
【００６１】
以上、本発明を燃料電池自動車に応用した場合について例示したが、本発明は、ＣＮＧ車や他のガス利用機関に好適に応用することが可能である。
また、図５（ｂ）にように、減圧弁１０４の下流側に第２の遮断弁１０６を備えるような実施形態とする場合は、ガス供給管高圧部１０５ａの圧力を下げてから第２の遮断弁１０６を閉じるようにすることで本発明の目的を達成することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、次のような顕著な効果を奏する。
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁が閉じられた後も、高圧部におけるガスのガス圧力が所定圧力以下となるまで、ガス消費装置によりガス供給管中に残留するガスを消費することができる。
よって、たとえ、ガス利用機関が停止状態に置かれている間に、減圧弁の異物の挟み込みやシート不良等で高圧部から低圧部へガスが流入したとしても、低圧部におけるガスのガス圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがない（請求項１）。
【００６３】
本発明のガス利用機関の停止方法は、ガス利用機関に対して停止指令が発せられてから、ガス利用機関が停止するまでの間の高圧部ガス圧力の変化を圧力センサにより測定して、高圧部のガス圧力が確実に所定圧力以下に減少するまで、ガス消費装置を稼動することができる（請求項２）。
【００６４】
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁閉弁後に、高圧部のガス圧力を所定圧力以下に減少させるために要するガス消費装置の稼働時間を算出し、この稼働時間以上に渡ってガス消費装置を稼動させるので、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項３）。
【００６５】
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁が閉弁された際に、ガス供給管の高圧部に残留するガスの圧力を、タンク内に残留するガスのガス圧力により代表させることができる。これにより、圧力センサにより高圧部のガス圧力を測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項４）。
【００６６】
本発明のガス利用機関の停止方法は、ガス消費装置の遮断弁閉弁後における稼働時間を、ガス消費装置により単位時間当たりに消費される水素消費量から求めるので、高圧部のガス圧力を圧力センサ等により測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項５）。
【００６７】
本発明のガス利用機関の停止方法は、高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまでにガス消費装置により消費されるガス消費量を算出する。これにより、ガス消費装置の稼働時間に拠らずとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項６）。
【００６８】
本発明のガス利用機関の停止方法は、水素を燃料ガスとする燃料電池により発電された電力で走行する燃料電池自動車に対して好適に適用できる（請求項７）。
【００６９】
本発明のガス利用機関の停止方法は、停止指令後に燃料電池により発電された電力を充電手段に充電させる。これにより燃料電池自動車の再起動時に補器類を、円滑に起動することができる（請求項８）。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における燃料電池自動車の機能ブロック図である
【図２】第１実施形態の処理フローを説明するフローチャートである。
【図３】第２実施形態における燃料電池自動車の機能ブロック図である
【図４】第２実施形態の処理フローを説明するフローチャートである。
【図５】ガス利用機関の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ タンク
２ 燃料電池
３ ガス供給管
３ａ ガス供給管低圧部
３ｂ ガス供給管高圧部
４ 減圧弁
５ 遮断弁
６ 圧力センサ
７ 保護装置
８ ＥＣＵ
９ 充電手段
１０ モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車、ＣＮＧ車等のガスを利用して稼動するガス利用機関を停止する際の停止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスを燃料として、ガス消費装置１０１を稼動させるガス利用機関１００は、図５（ａ）のような構成を有する。即ち、ガス利用機関１００は、ガスを高圧で貯蔵するタンク１０２と、このタンク１０２からガス消費装置１０１にガスを供給するガス供給管１０５と、ガス供給管１０５の途中に設けられ、ガスをガス消費装置１０１の稼動に好適な圧力まで減圧するための減圧弁１０４と、ガスの供給を停止するために、減圧弁１０４とタンク１０２との間に設けられる遮断弁１０３とを備える。
【０００３】
ガス利用機関１００の稼動時には、遮断弁１０３が開弁されることでタンク１０２からガスが供給される。このガスは減圧弁１０４により所定圧力まで減圧された上でガス消費装置１０１に供給され、ガス消費装置１０１の稼動により消費される。
【０００４】
ガス利用機関１００を停止させる際には、遮断弁１０３を閉弁して、タンク１０２からガスの供給を停止する。あわせて、ガス消費装置１０１を停止する。通常の状態であれば、減圧弁上流側のガス供給管１０５ａに高圧のガスが封入された状態であっても、ガス供給管１０５ｂは、減圧弁の２次圧以上の圧力に上昇することがない。
【０００５】
ところが、減圧弁１０４に微小な異物（ゴミ等）が挟まったり、減圧弁１０４のシート不良等が発生すると、減圧弁上流側のガス供給管１０５ａの高圧のガスが、減圧弁１０４で減圧されずに減圧弁下流側のガス供給管１０５ｂにリークすることがある。
【０００６】
このようなリークに対応するために、特許文献１においては、減圧弁の下流側（減圧室）の圧力が所定圧力以上となった場合に、減圧弁の上流側の燃料遮断弁を閉弁する構成が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６３−４１６５１号公報（第８頁〜１２頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載された発明は、ガス利用機関１００の運転中に減圧弁１０４の不良によって、減圧弁１０４よりも下流側の圧力が所定圧力以上になった場合に作動する保護装置であり、ガス利用機関１００の運転中の緊急遮断装置としては優れているものの、ガス利用機関１００の停止時に発生するようなリークについては考慮されていないという問題があった。
【０００９】
即ち、ガス利用機関１００の停止時においては、減圧弁１０４よりも上流側の遮断弁１０３を遮断することによってガス消費装置１０１へのガスの供給を遮断する装置が一般的であるが、このときに遮断弁１０３と減圧弁１０４との間に残留した高圧のガス、すなわち、タンク内に残留しているガス圧力と同等のガスが減圧弁１０４に掛かり続けることとなる。
このとき減圧弁１０４よりも下流側は、減圧弁１０４によって減圧されているので、上流側と比較し、低圧となっている。つまり、減圧弁１０４よりも上流側及び下流側で圧力差が生じ、前述した減圧弁不良が発生した状態でガス利用機関１００を停止してしまうと、ガス消費装置１０１を含む減圧弁１０４の下流側が高圧のガスに曝されるこことなる虞があった。
【００１０】
このような問題は、図５（ｂ）のように、減圧弁１０４の下流側に第２の遮断弁１０６を備えるガス利用機関１００’についても生じ得る。この場合には、減圧弁１０４と第２の遮断弁１０６との間のガス供給管１０５に、高圧のガスが封入されることとなり、ガス利用機関１００’の再起動時に、ガス消費装置１０１に高圧のガスが供給され、ガス消費装置１０１にダメージを与える虞があった。
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、燃料電池自動車、ＣＮＧ車等のガス利用機関の停止中に、減圧弁の上流側に残留したガスが、減圧弁の下流側に流入したとしても、再起動時に高圧のガスが、ガス利用機関に供給されることを防止できるガス利用機関の停止方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、タンクに貯蔵されたガスを、ガス供給管を通じてガス消費装置に供給するガス利用機関において、前記ガス供給管に、前記ガス消費装置へ供給するガスを減圧する減圧弁、及び、前記減圧弁の上流側に前記ガス消費装置へ供給するガスを遮断する遮断弁を備え、前記減圧弁の閉弁状態において、前記減圧弁の上流側の高圧部から下流側の低圧部にガスが流入する不良が発生した場合に、前記ガス利用機関に対して停止指令が発せられると、前記ガス消費装置を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記遮断弁と前記減圧弁との間の高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記ガスを消費した後に前記ガス消費装置を停止することを特徴とするガス利用機関の停止方法である。
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、ガス利用機関に対して停止指令が発せられると、ガス消費装置は稼動状態を保ったまま、遮断弁が閉じられる。
これにより、遮断弁が閉じられた後も、高圧部におけるガスのガス圧力（高圧部ガス圧力）が所定圧力以下となるまで、ガス消費装置によりガス供給管中に残留するガスを消費することができる。
【００１４】
よって、たとえ、ガス利用機関が停止状態に置かれている間に、減圧弁の異物の挟み込みやシート不良等で高圧部から減圧弁の下流側の低圧部へガスが流入したとしても、低圧部におけるガスのガス圧力（低圧部ガス圧力）が所定圧力を超えて高くなり過ぎることがなく、再起動時に高圧のガスが供給されることでガス消費装置にダメージを与えることを防止できる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記高圧部に設けられた圧力センサにより前記高圧部のガス圧力を測定することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、ガス供給管の遮断弁と減圧弁との間の高圧部に圧力センサを設けたので、ガス利用機関に対して停止指令が発せられてから、ガス利用機関が停止するまでの間の高圧部ガス圧力の変化を測定して、高圧部ガス圧力が確実に所定圧力以下に減少するまで、ガス消費装置を稼動することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記高圧部のガス圧力を前記所定圧力以下にするまでの前記ガス消費装置の稼動時間を算出し、前記稼動時間が経過した後に前記ガス消費装置を停止させることを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、高圧部のガス圧力を所定圧力以下とするために要するガス消費装置の稼働時間を計算によって求め、遮断弁閉弁後、この稼働時間が経過するまで、ガス消費装置を稼動させることにより、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記稼動時間を前記タンク内のガス圧力に応じて算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法である。
請求項４に記載の発明によれば、遮断弁が閉弁された際に、ガス供給管の高圧部に残留するガスの圧力を、タンク内に残留するガスのガス圧力により代表させることができる。これにより、圧力センサ等により高圧部のガス圧力を測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、前記稼動時間を前記ガス消費装置の単位時間あたりの水素消費量から算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２１】
請求項５に記載の発明によれば、ガス消費装置の遮断弁閉弁後における稼働時間を、ガス消費装置により単位時間当たりに消費される水素消費量から求めるので、高圧部のガス圧力を圧力センサ等により直接測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、前記高圧部のガス圧力が前記所定圧力以下となるまでに前記ガス消費装置により消費されるガス消費量を算出し、このガス消費量を消費した後に、前記ガス消費装置を停止することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまでにガス消費装置により消費されるガス消費量を算出する。これにより、ガス消費装置の稼働時間に拠らずとも、高圧部ガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、前記ガス利用機関が燃料電池自動車であり、前記ガスが水素であり、前記ガス消費装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のガス利用機関の停止方法である。
請求項７に記載の発明によれば、水素を燃料ガスとする燃料電池により発電された電力で走行する燃料電池自動車に対して、本発明のガス利用機関の停止方法を好適に適用できる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記燃料電池自動車の停止時に、前記燃料電池を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記水素を消費した後に前記燃料電池を停止し、発電された電力を充電手段に充電させることを特徴とする請求項７に記載のガス利用機関の停止方法である。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、燃料電池自動車に本発明のガス利用機関の停止方法を適用することで、停止指令後に燃料電池により発電された電力を充電手段に充電させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、適宜図面を参照して説明する。
第１実施形態においては、本発明をガス利用機関としての燃料電池自動車に適用した場合を例示する。
【００２８】
図１は、燃料電池自動車の機能ブロック図である。
燃料電池自動車は、燃料である水素を貯蔵するとともに、燃料電池２に対して水素を供給するための燃料供給系Ｆと、燃料電池２と、燃料電池２により発電された電力により、車輪を駆動するためのモータ１０と、燃料電池２により発電された電力を蓄えるための、２次電池やキャパシタ等からなる充電手段９とを含む。
【００２９】
燃料電池２は、アノード電極（不図示）とカソード電極（不図示）との間に固体高分子電解質膜（不図示）を挟持したものである。アノード電極には燃料である水素が供給され、固体高分子電解質膜において、水素はプロトンと電子とに解離する。この解離した電子を取り出すことにより発電を行う。
プロトンは、固体高分子電解質膜中を移動し、カソード電極において、酸化剤ガス（空気等）と接触することで酸化され水が生成される。
【００３０】
燃料供給系Ｆは、燃料である水素を高圧で貯蔵するタンク１と、このタンク１からガス消費装置である燃料電池２に水素を供給するガス供給管３と、ガス供給管３の途中に設けられ、水素を燃料電池２の稼動に好適な圧力まで減圧するための減圧弁４と、水素の供給を停止するために、減圧弁４とタンク１との間に設けられる遮断弁５とを備える。
【００３１】
ガス供給管３は、減圧弁４を境にして、遮断弁５と減圧弁４との間のガス供給管高圧部３ｂと、減圧弁４と燃料電池２との間のガス供給管低圧部３ａとに分かれている。ガス供給管低圧部３ａには、この部分の水素の圧力が許容限界以上となった場合に、燃料供給系Ｆの系外に水素を放出するための安全弁７が設けられている。また、ガス供給管高圧部３ｂには、この部分の水素の圧力を測定するための圧力センサ６が設けられている。
【００３２】
また、燃料供給系Ｆは、ＥＣＵ８を有している。ＥＣＵ８は、燃料電池自動車に対する停止指令が発せられた後に、圧力センサ６により計測されたガス供給管高圧部３ｂの圧力に応じて、燃料電池２の稼働を制御する。また、ＥＣＵ８は、燃料電池自動車に対する停止指令や起動指令を受けて遮断弁５の開閉を制御する。
【００３３】
ＥＣＵ８は、燃料電池自動車の起動指令を受けると、遮断弁５及び安全弁７を開弁し、タンク１に貯蔵された水素を燃料電池２に供給する。タンク１に貯蔵された圧縮水素は、減圧弁４により所望の圧力に減圧され、減圧された水素が燃料電池２に供給される。圧力センサ６は通常運転時において、タンク１に残留する水素量を検出するために用いられている。
【００３４】
続いて、図２を用いて、燃料電池自動車の停止時における第１実施形態の処理フローを説明する。先ず、ステップＳ１において、ＥＣＵ８は、イングニッションスイッチがＯＦＦにされると、燃料電池自動車に対して停止指令を発する。
【００３５】
すると、ステップＳ２において、ＥＣＵ８は、燃料電池２を稼動したまま、遮断弁５を閉弁し、タンク１からガス供給管３への水素の供給を停止する。
続いて、ＥＣＵ８は圧力センサ６の検出値を読み込み、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力（ＰH）を測定する（ステップＳ３）。
【００３６】
続いて、ステップＳ４では、ＥＣＵ８において、ステップＳ３で測定されたＰHと、予めＥＣＵ８に記憶されているガス供給管高圧部３ｂの水素圧力の所定圧力Ｐとが比較され、 “ＰH＞所定圧力Ｐ”の場合（Ｎ）には、処理はステップＳ３に戻り、ステップＳ３とステップＳ４との間をループする。
【００３７】
このループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間にも、燃料電池２は稼動しており、燃料電池２には、ガス供給管３に残留する水素が燃料として供給されることで、ガス供給管高圧部３ｂ内部の水素圧力ＰHが低下していく。即ち、ガス供給管低圧部３ａに残留する水素が、燃料電池２で消費されると、ガス供給管高圧部３ｂから減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａに水素が供給され、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力ＰHが低下していく。
【００３８】
また、このループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間に燃料電池２により発電された電力はバッテリ等の充電手段９に充電される。このようにすることにより、ループ（Ｓ３〜Ｓ４）の間に燃料電池２により消費された水素を電力の形で充電手段９に蓄えることができ、燃料電池自動車の再起動時に図示しないコンプレッサ、モータ等の補器類を、円滑に起動することができる。
【００３９】
燃料電池２の稼動は、ステップＳ４において、“ＰH≦所定圧力Ｐ”と判断される（Ｙ）まで継続し、その後、処理はステップＳ５に移行し、ステップＳ５において、燃料電池２が停止される。
【００４０】
ここで、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力の所定圧力Ｐは、ステップＳ５が終了して、完全に燃料電池自動車が停止した時点でガス供給管高圧部３ｂに残留する水素が、減圧弁４の不具合により、この減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａへ移動することで、ガス供給管高圧部３ｂとガス供給管低圧部３ａとの水素圧力が等しくなったとしても、ガス供給管低圧部３ａの水素圧力が許容限界以下となるような水素圧力、例えば、前記した安全弁７が起動しないような水素圧力であればよい。
【００４１】
この所定圧力Ｐと、ガス供給管３の全容積Ｖallと、ガス供給管高圧部３ｂの容積ＶHと、ガス供給管低圧部３ａの容積ＶLと、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力ＰL、及び、許容限界の水素圧力Ｐalwとの間には下記（１）式の関係が成り立つ。
ｚＰ×ＶH＋ｚＰL×ＶL＝ｚＰalw×Ｖall・・・・・（１）
（ｚは、ガスの種類や圧力により決定される圧縮係数である。）
【００４２】
（１）式において、右辺は、ガス供給管３全体が、許容限界Ｐalwの圧力の水素で満たされたときに、ガス供給管３に存在する水素量を示している。一方、左辺は、ガス供給管低圧部３ａに存在する水素量（ｚＰL×ＶL）と、ガス供給管高圧部３ｂ（ｚＰ×ＶH）に所定圧力Ｐの圧力で存在する水素量とを別々に求めて加算したものである。
よって、（１）式をＰについて解くことにより、所定圧力Ｐを求めることができる。
【００４３】
尚、外気温が上昇して、水素がガス供給管３中で膨張することで水素の圧力が増加して許容限界Ｐalwを超えることも考えられるので、（１）式より求められる所定圧力Ｐには、外気温上昇分や圧力センサ６の誤差等のマージンを含めることが望ましい。
【００４４】
このように、第１実施形態では、燃料電池自動車の停止指令が発せられると、燃料電池２を稼動したまま遮断弁５を閉弁することで、ガス供給管３に残留する水素により燃料電池２を稼動し、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができる。
【００４５】
尚、第１実施形態においては、所定圧力Ｐを安全弁７が作動しないような圧力に設定したが、所定圧力Ｐは、例えば、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素が、減圧弁４を介してガス供給管低圧部３ａへ移動することで、ガス供給管高圧部３ｂとガス供給管低圧部３ａとの水素圧力が等しくなったとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素圧力が、燃料電池にダメージを与えないような水素圧力とすることも可能である。
【００４６】
これにより、たとえ、燃料電池自動車が停止状態に置かれている間に、減圧弁４の異物の挟み込みやシート不良等でガス供給管高圧部３ｂからガス供給管低圧部３ａへ水素が流入したとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがなく、停止時に安全弁７を開放してしまうような事態や、再起動時に許容圧力以上の水素が燃料電池２に供給されるような事態を避けることができる。
【００４７】
続いて、本発明の第２実施形態を、図３、図４を参照して説明する。
第２実施形態は、第１実施形態と同様に、本発明をガス利用機関としての燃料電池自動車に適用した場合を例示する。
【００４８】
図３は、燃料電池自動車を示す機能ブロック図である。
第２実施形態は、燃料供給系Ｆにおいて圧力センサ６が遮断弁５よりも上流に設けられている以外は第１実施形態と同様であるため、構成の説明を省略する。第２実施形態においては、圧力センサ６が遮断弁５よりも上流に設けられているので、停止指令が発せられて遮断弁５が閉弁された後に、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を測定することができない。
【００４９】
そのため、第２実施形態では、遮断弁５が閉じられた際にガス供給管３に残留する水素量と、燃料電池２により単位時間あたりに消費される水素量とから、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔを計算し、遮断弁５を閉弁した後、この稼働時間Ｔ以上の時間に渡って燃料電池２を稼動させる。
【００５０】
以下、図４を用いて、第２実施形態の処理フローを説明する。先ず、ステップＳ１１において、ＥＣＵ８は、イングニッションスイッチがＯＦＦされると、燃料電池自動車に対して停止指令を発する。
【００５１】
すると、ステップＳ１２において、ＥＣＵ８は、燃料電池２を稼動したまま、遮断弁５を閉弁し、タンク１からガス供給管３への水素の供給を停止する。
次に、ステップＳ１３において、ＥＣＵ８は、圧力センサ６の出力を読み取ることで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力（ＰH’）を測定する。
尚、センサ６は、遮断弁５の上流側（タンク１）の圧力を測定するものであるが、遮断弁５を閉じた際のガス供給管高圧部３ｂの圧力はセンサ６で検出される圧力とほぼ同じである。
【００５２】
続いて、ステップＳ１４では、ＥＣＵ８内部において、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔが計算される。
【００５３】
つまり、ステップＳ１３で測定されたＰH’と、（１）式より求められる所定圧力Ｐと、ガス供給管高圧部３ｂの容積ＶHと、単位時間あたりに燃料電池２により消費される水素流量Ｑとの間には、下記（２）式の関係が成り立つ。
（ｚＰH’−ｚＰ）×ＶH＝Ｑ×Ｔ・・・・（２）
（ｚは、ガスの種類や圧力により決定される圧縮係数である。）
【００５４】
（２）式において、左辺の（ｚＰH’−ｚＰ）×ＶHは、ガス供給管高圧部３ｂに存在する水素の圧力をＰH’から所定圧力Ｐまで減少させるために消費しなければならない水素量を示している。また、右辺のＱ×Ｔは、燃料電池２を稼働時間Ｔだけ稼動させたときに消費される水素量を示している。
【００５５】
よって、（２）式をＴについて解くことにより、ガス供給管高圧部３ｂの水素圧力を所定圧力Ｐ以下とするために必要な燃料電池２の稼働時間Ｔを求めることができる。
【００５６】
尚、（２）式において、ガス供給管高圧部３ｂの水素の圧力がＰH’から所定圧力Ｐまで減少する間に、ガス供給管低圧部３ａの水素圧力は一定に保たれているものと仮定する。
また、所定圧力Ｐ及び単位時間あたりに燃料電池２により消費される水素の流量Ｑは、予めＥＣＵ８に記憶されているものとする。
また、水素流量Ｑは燃料電池２の発電量に比例するので、この発電量から水素流量Ｑをマップ等により算出することも可能である。特に、燃料電池自動車のアイドル運転状態等のように、燃料電池２が一定の発電状態の場合には、水素流量Ｑとして固定値を採用することもできる。
【００５７】
続いて、ステップＳ１５において、燃料電池２を（２）式より求められた稼働時間Ｔ以上稼動する。例えば、遮断弁５を閉弁してから稼働時間Ｔの間、燃料電池２を稼動する。これにより、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させる。
【００５８】
また、このステップＳ１５で燃料電池２により発電された電力は充電手段９に充電される。このようにすることにより、ステップＳ１５で燃料電池２により消費された水素を電力の形で充電手段９に蓄えることができ、燃料電池自動車の再起動時に補器類を、円滑に起動することができる。
その後ステップＳ１６において、燃料電池２を停止して処理が終了する。
【００５９】
このように、第２実施形態では、燃料電池自動車の停止指令が発せられると、燃料電池２を稼動したまま遮断弁５を閉弁し、燃料電池２を稼働時間Ｔ以上稼動させることで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができる。
尚、第２の実施形態では、（２）式を用いて稼働時間Ｔを算出したが、（２）式からガス供給管高圧部３ｂのガス圧力が所定圧力Ｐ以下となるような燃料電池２の水素消費量を算出し、予め定めた稼働時間Ｔから燃料電池による単位時間あたりの水素消費量を算出し、その単位時間当たりの水素消費量から燃料電池２の運転状態を可変することも可能である。このように構成することで、ガス供給管高圧部３ｂに残留する水素の圧力を所定圧力Ｐ以下にまで低下させることができることに加え、燃料電池自動車の停止指令から間を置くことなく、燃料電池２の運転を停止することができる。
【００６０】
これにより、たとえ、燃料電池自動車が停止状態に置かれている間に、減圧弁４の異物の挟み込みやシート不良等でガス供給管高圧部３ｂからガス供給管低圧部３ａへ水素が流入したとしても、ガス供給管低圧部３ａにおける水素の圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがなく、再起動時に許容圧力以上の水素ガスが燃料電池２に供給されるような事態を避けることができる。
【００６１】
以上、本発明を燃料電池自動車に応用した場合について例示したが、本発明は、ＣＮＧ車や他のガス利用機関に好適に応用することが可能である。
また、図５（ｂ）にように、減圧弁１０４の下流側に第２の遮断弁１０６を備えるような実施形態とする場合は、ガス供給管高圧部１０５ａの圧力を下げてから第２の遮断弁１０６を閉じるようにすることで本発明の目的を達成することができる。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、次のような顕著な効果を奏する。
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁が閉じられた後も、高圧部におけるガスのガス圧力が所定圧力以下となるまで、ガス消費装置によりガス供給管中に残留するガスを消費することができる。
よって、たとえ、ガス利用機関が停止状態に置かれている間に、減圧弁の異物の挟み込みやシート不良等で高圧部から低圧部へガスが流入したとしても、低圧部におけるガスのガス圧力が許容限界を超えて高くなり過ぎることがない（請求項１）。
【００６３】
本発明のガス利用機関の停止方法は、ガス利用機関に対して停止指令が発せられてから、ガス利用機関が停止するまでの間の高圧部ガス圧力の変化を圧力センサにより測定して、高圧部のガス圧力が確実に所定圧力以下に減少するまで、ガス消費装置を稼動することができる（請求項２）。
【００６４】
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁閉弁後に、高圧部のガス圧力を所定圧力以下に減少させるために要するガス消費装置の稼働時間を算出し、この稼働時間以上に渡ってガス消費装置を稼動させるので、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項３）。
【００６５】
本発明のガス利用機関の停止方法は、遮断弁が閉弁された際に、ガス供給管の高圧部に残留するガスの圧力を、タンク内に残留するガスのガス圧力により代表させることができる。これにより、圧力センサにより高圧部のガス圧力を測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項４）。
【００６６】
本発明のガス利用機関の停止方法は、ガス消費装置の遮断弁閉弁後における稼働時間を、ガス消費装置により単位時間当たりに消費される水素消費量から求めるので、高圧部のガス圧力を圧力センサ等により測定しなくとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項５）。
【００６７】
本発明のガス利用機関の停止方法は、高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまでにガス消費装置により消費されるガス消費量を算出する。これにより、ガス消費装置の稼働時間に拠らずとも、高圧部のガス圧力を確実に所定圧力以下に減少させることができる（請求項６）。
【００６８】
本発明のガス利用機関の停止方法は、水素を燃料ガスとする燃料電池により発電された電力で走行する燃料電池自動車に対して好適に適用できる（請求項７）。
【００６９】
本発明のガス利用機関の停止方法は、停止指令後に燃料電池により発電された電力を充電手段に充電させる。これにより燃料電池自動車の再起動時に補器類を、円滑に起動することができる（請求項８）。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における燃料電池自動車の機能ブロック図である
【図２】第１実施形態の処理フローを説明するフローチャートである。
【図３】第２実施形態における燃料電池自動車の機能ブロック図である
【図４】第２実施形態の処理フローを説明するフローチャートである。
【図５】ガス利用機関の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１ タンク
２ 燃料電池
３ ガス供給管
３ａ ガス供給管低圧部
３ｂ ガス供給管高圧部
４ 減圧弁
５ 遮断弁
６ 圧力センサ
７ 保護装置
８ ＥＣＵ
９ 充電手段
１０ モータ
Claims (8)
- タンクに貯蔵されたガスを、ガス供給管を通じてガス消費装置に供給するガス利用機関において、前記ガス供給管に、前記ガス消費装置へ供給するガスを減圧する減圧弁、及び、前記減圧弁の上流側に前記ガス消費装置へ供給するガスを遮断する遮断弁を備え、
前記減圧弁の閉弁状態において、前記減圧弁の上流側の高圧部から下流側の低圧部にガスが流入する不良が発生した場合に、前記ガス利用機関に対して停止指令が発せられると、前記ガス消費装置を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記遮断弁と前記減圧弁との間の高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記ガスを消費した後に前記ガス消費装置を停止することを特徴とするガス利用機関の停止方法。 - 前記高圧部に設けられた圧力センサにより前記高圧部のガス圧力を測定することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記高圧部のガス圧力を前記所定圧力以下となるまでの前記ガス消費装置の稼動時間を算出し、前記稼動時間が経過した後に前記ガス消費装置を停止させることを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記稼動時間を前記タンク内のガス圧力に応じて算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記稼動時間を前記ガス消費装置の単位時間あたりの水素消費量から算出することを特徴とする請求項３に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記高圧部のガス圧力が前記所定圧力以下となるまでに前記ガス消費装置により消費されるガス消費量を算出し、このガス消費量を消費した後に、前記ガス消費装置を停止することを特徴とする請求項１に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記ガス利用機関が燃料電池自動車であり、前記ガスが水素であり、前記ガス消費装置が燃料電池であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のガス利用機関の停止方法。
- 前記燃料電池自動車の停止時に、前記燃料電池を稼動したまま前記遮断弁を閉じ、前記高圧部のガス圧力が所定圧力以下となるまで前記水素を消費した後に前記燃料電池を停止し、発電された電力を充電手段に充電させることを特徴とする請求項７に記載のガス利用機関の停止方法。
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