专利名称：燃料供应系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料供应系统。
背景技术：
已知一种使用填充有压缩氢的氢气罐来向燃料电池供应氢气的结构，该燃料电池使用氢气作为燃料气体来发电。当燃料气体被从这种高压气体罐移除时，燃料气体在罐中绝热地膨胀，使得罐的内部的温度下降。如果从罐移除的燃料气体的温度过低，则需要例如对布置在罐的下游的构件采取低温措施。在日本专利申请公开第2002-181295号(JP-A-2002-181295)中描述了一个这样的用于防止罐内的这种温度下降的措施，该日本专利申请公开描述了如下的结构，该结构通过将传热构件布置在罐的内部来使温度均匀。然而，当燃料气体被从罐移除时，由于燃料气体在罐的内部绝热膨胀，所以燃料气体的温度下降在罐内壁附近快速进行。因此，即使传热构件被布置在罐的内部，也可能存在不能充分抑制从罐移除的燃料气体的温度下降的时间。此外，难以采用传热构件被布置在罐的内部的结构，这是因为该结构使罐结构复杂、减少能够填充的气体的量或增大罐的重量。
发明内容
因此，本发明提供一种燃料供应系统，该燃料供应系统包括罐，燃料气体被以高压储存在该罐中；并且在防止罐结构变复杂的同时，该燃料供应系统能够抑制从罐移除的燃料气体的温度降低。本发明的第一方面涉及一种燃料供应系统，该燃料供应系统供应燃料气体。该燃料供应系统包括:燃料气体罐，燃料气体被以高压储存在该燃料气体罐中；温度检测部分，该温度检测部分检测燃料气体罐的内部的温度；燃料气体排出流路，该燃料气体排出流路被连接到燃料气体罐；主截止阀，该主截止阀被设置在燃料气体排出流路中；以及控制部分，该控制部分控制主截止阀的打开和关闭。主截止阀包括:入口部和出口部，燃料气体通过该入口部流入，而燃料气体通过该出口部流出；主阀，该主阀被布置在入口部与出口部之间，并且所述主阀打开和关闭燃料气体排出流路；先导流路，该先导流路被设置成使入口部与出口部连通；先导阀，该先导阀打开和关闭先导流路；以及致动器，该致动器能够在不同时刻打开和关闭主阀和先导阀。当温度检测部分检测到的检测温度等于或低于第一基准温度时，控制部分打开先导阀并且关闭主阀。根据该燃料供应系统，当燃料气体罐的内部的燃料气体的温度等于或低于基准温度时，执行仅打开先导阀而使主阀关闭的控制，因此，抑制从燃料气体罐排出的燃料气体的量，这使得能够防止燃料气体罐的内部的燃料气体的温度进一步下降。另外，由于能够抑制从燃料气体罐排出的低温燃料气体的量，所以能够抑制布置在燃料气体罐的下游的构件的温度变得过低。此外，使用主截止阀，这使得能够防止系统变得较复杂。在上述的燃料供应系统中，当温度检测部分检测到的检测温度等于或低于第一基准温度时，控制部分可以反复地打开和关闭先导阀并且关闭主阀。根据该燃料供应系统，反复地打开和关闭先导阀并且关闭主阀使得能够抑制从燃料气体罐排出的燃料气体的量。当检测温度等于或高于第二基准温度时，控制部分可以打开主阀，其中第二基准温度高于第一基准温度。在上述的燃料供应系统中，先导阀可以打开和关闭设置在主阀的内部的先导流路。根据该燃料供应系统，通过使用紧凑的主截止阀能够抑制从燃料气体罐排出的燃料气体的量，在该主截止阀中通过先导阀打开和关闭的先导流路被设置在主阀的内部。在上述的燃料供应系统中，致动器可以驱动先导阀，并且经由先导阀来驱动主阀。根据该燃料供应系统，通过使用紧凑的主阀，能够抑制从燃料气体罐排出的燃料气体的量，该主阀利用共用致动器来打开和关闭主阀和先导阀。在上述的燃料供应系统中，致动器可以是电磁体。根据该燃料供应系统，通过控制电流向电磁体的流动，能够抑制从燃料气体罐排出的燃料气体的量。在上述的燃料供应系统中，基准温度可以是基于在燃料气体排出流路中的主截止阀的下游布置的构件的耐冷温度设定的温度。根据该燃料供应系统，能够抑制布置在主截止阀的下游的构件由于被供应的低温燃料气体所引起的问题。本发明的第二方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有燃料电池。该燃料电池系统设有根据本发明的第一方面的燃料供应系统。燃料气体是氢气，并且燃料电池使用由燃料供应系统供应的氢气产生电力。本发明的第三方面涉及一种控制方法，该控制方法用于供应燃料气体的燃料供应系统。燃料供应系统包括:燃料气体罐，燃料气体被储存在该燃料气体罐中；燃料气体排出流路，该燃料气体排出流路被连接到燃料气体罐；以及主截止阀，该主截止阀被设置在燃料气体排出流路中。主截止阀包括:入口部和出口部，燃料气体通过该入口部流入，而燃料气体通过该出口部流出；主阀，该主阀被布置在入口部与出口部之间，并且该主阀打开和关闭燃料气体排出流路；先导流路，该先导流路被设置成使入口部与出口部连通；以及先导阀，该先导阀打开和关闭先导流路。燃料供应系统的控制方法包括:检测燃料气体罐的内部的温度；并且当燃料气体罐的内部的检测到的温度等于或低于第一基准温度时，打开先导阀并关闭主阀。
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:图1是燃料供应系统的总体结构的框图；图2是主截止阀的打开/关闭机构的视图；图3是主截止阀的打开/关闭机构的另一个视图；图4是主截止阀的打开/关闭机构的又一个视图；图5是示出低温规避控制程序的流程图；并且图6是图示先导阀打开控制程序的流程图。
具体实施方式
A.系统的总体结构图1是作为本发明的一个示例性实施例的燃料供应系统10的总体结构的框图。该示例性实施例的燃料供应系统10是如下的系统，该系统被设置在设有燃料电池作为用于驱动的电源的电动车辆中，并且该系统将氢气作为燃料气体供应至燃料电池。即，该示例性实施例的燃料供应系统10形成设置在电动车辆中的燃料电池系统的一部分。燃料供应系统10包括:氢气罐22，该氢气罐22储存待供应到燃料电池的氢气；用于将氢气填充到氢气罐22中的管道；将从氢气罐22排出的氢气引导到燃料电池的管道；以及控制部分38。尽管该示例性实施例的特征在于对先导式电磁阀的控制，但是将首先描述燃料供应系统10的总体结构，所述先导式电磁阀设置在将从氢气罐22排出的氢气引导到燃料电池的管道中。该示例性实施例的燃料供应系统10设有四个氢气罐22，如图1中所示。燃料供应系统10具有的氢气罐22的数目可以是一个或更多个中的任何数目。每个氢气罐22均被设有用于检测氢气罐22的内部温度的温度传感器23。第一氢气填充流路31、填充流路会合部分32和第二氢气填充流路33均被设置为用于将氢气填充到氢气罐22中的管道。设置在第一氢气填充流路31的一端处的开口部分形成填充口 30。该填充口 30用作当将氢气从外部再填充到电动车辆中时的接口。第一氢气填充流路31的另一端被连接到填充流路会合部分32，并且该填充流路会合部分32被连接到四个第二氢气填充流路33。每个第二氢气填充流路33被连接到对应的氢气罐22。止回阀24被设置在每个第二氢气填充流路33中。设置该止回阀24防止了氢气从氢气罐22流向填充口 30侧。另外,在每个第二氢气填充流路33中,第一压力传感器21被设置在止回阀24与氢气罐22之间。该第一压力传感器21是用于检测氢气罐22的内部的氢气压力的传感器。第一压力传感器21可以被附接到氢气罐22，或在之后将描述的第一氢气排出流路34中，第一压力传感器21可以被设置在以后将描述的主截止阀20的上游。第一氢气排出流路34、排出流路会合部分35和第二氢气排出流路36被设置为将氢气从氢气罐22的内部引导到燃料电池的管道。为四个氢气罐22中的每个氢气罐22设置一个第一氢气排出流路34，其中第一氢气排出流路的一端被连接到氢气罐22并且另一端被连接到排出流路会合部分35。排出流路会合部分35也被连接到第二氢气排出流路36的一端。第二氢气排出流路36的另一端被连接到燃料电池，现在示出。每个第一氢气排出流路34均设有主截止阀20。主截止阀20是先导式电磁阀，该电磁阀包括主阀和先导阀。在发电时，当将氢气供应到燃料电池时，主截止阀20是打开的；而在停止发电时，当停止向燃料电池供应氢气时，主截止阀20被关闭。第二氢气排出流路36相对于氢的流动从上游侧开始按照顺序设有调节器25和喷射器26。调节器25是减压阀，该减压阀将引入的氢气的初级压力减小到在调节器25的下游侧上的预定的次级压力。更具体地，调节器25可以是隔膜式减压阀。喷射器26具有在喷射器26的内部的电磁驱动开关阀，并且该喷射器26通过控制开关阀的驱动周期和阀打开时间(即，占空比)来控制供应到燃料电池的氢的量。在该示例性实施例中，尽管仅设置一个调节器25，但是也可以设置多个减压阀以便充分地减小在喷射器26之前的氢气压力。
排出流路会合部分35设有第二压力传感器27，使得能够检测从氢气罐22排出的氢气的压力。此外，在第二氢气排出流路36中，第三压力传感器28被设置在调节器25与喷射器26之间，并且第四压力传感器29被设置在喷射器26的下游。基于被分别检测为喷射器26的氢气压力上游和氢气压力下游的第三压力传感器28和第四压力传感器29的检测信号，执行对喷射器26的上述驱动周期和阀打开时间的控制。控制部分38被形成为以微型计算机为中心的逻辑电路，并且控制部分38包括CPU,ROM,RAM和输入/输出口，该输入/输出口输入和输出各种信号。控制部分38从温度传感器23或第一压力传感器至第四压力传感器获得检测信号。此外，控制部分38将驱动信号输出到主截止阀20和喷射器26。控制部分38也获得与包括燃料供应系统10的燃料电池系统和电动车辆的操作状态相关的各种信息。基于以该方式获得的信息，控制部分38确定燃料电池系统和电动车辆的操作状态，以及待供应到燃料电池的氢的量，并且控制部分38将驱动信号输出到主截止阀20和喷射器26。B.先导式电磁阀的基本操作主截止阀20是先导式电磁阀，该先导式电磁阀包括主阀和先导阀。该示例性实施例中的先导式电磁阀通过为致动器的电磁体打开和关闭先导阀，并且通过借助于打开先导阀实现减小在下游流体压力与上游流体压力之间的压差以小的力打开主阀。在下文中，将描述与打开和关闭主截止阀20相关的基本操作。图2、图3和图4是主截止阀20的打开/关闭机构的视图。主截止阀20主要包括线圈310、主阀300和先导阀333。主阀300包括带有主阀阀座340的主阀阀座构件341、主阀阀体330和主阀座部分345，该主阀座部分345被设置在主阀阀体330上。在图2至图4中，以剖面线示出主阀阀体330。以后将描述的主阀第一孔385和主阀第二孔335被形成在主阀阀体330中，先导销380被插入该主阀第一孔385中，该主阀第二孔335用于使氢能够流入主阀阀体330中。主阀300通过主阀座部分345坐置在主阀阀座340上而被关闭，并且主阀300通过主阀座部分345从主阀阀座340移开而被打开。在图2中，主阀300的开口部分399的直径被示出为直径b。先导阀333被形成在主阀阀体330的内部，并且包括带有先导阀阀座360的先导阀阀座构件361、先导阀阀体350、设置在先导阀阀体350上的先导阀座部分365和返回弹簧320。返回弹簧320在图2至图4中表示为y方向(阀关闭方向)的方向上将力Fs (在下文中称为“返回弹簧力Fs”)施加到先导阀阀体350。插入以后将描述的主阀第一孔385中的先导销380被设置在先导阀阀体350上。先导阀333通过先导阀座部分365坐置在先导阀阀座360上而被关闭，并且通过先导阀座部分365从先导阀阀座360移开而被打开。在图2中，先导阀333的开口部分370的直径被示出为直径a。当响应于来自控制部分38的驱动信号通电时，线圈310产生吸引力Fr，该吸引力Fr在图2至图4中表示为X方向(阀打开方向)的方向上拉动先导阀阀体350。通过调节施加到线圈的电流的量能够控制吸引力Fr。主阀流路390被形成在主阀阀座构件341与主阀阀体330之间，氢气从氢气罐22穿过该主阀流路390流入。另外，先导流路395被形成在先导阀阀座构件361与先导阀阀体350之间，氢气从主阀流路390经由上述的主阀第二孔335穿过该先导流路395流入。尽管预定的压力损失可能发生在主阀流路390中，但是在该示例性实施例中，主阀流路390中的氢气的压力被当作罐压力值Pm，该罐压力值Pm是主截止阀20的入口压力(初级压力)。另夕卜，主截止阀20的输出压力(次级压力)是Pk。 图2是当电流未流到线圈310时、即当没有产生吸引力Fr时，主截止阀20的视图。在该情形中，在先导阀333中，返回弹簧力Fs被施加为先导阀阀体350在y方向(S卩，阀关闭方向)上推动先导阀阀座360的力。另外，在先导阀333中，施加了通过在开口部分370的直径a处的压差产生的力，S卩，通过为初级压力的压力Pm与为次级压力的压力Pk之间的差产生的力。此时，由于罐压力Pm高于下游的压力Pk，所以通过压差产生的力变成在y方向上的力。以该方式，当被断电时，由于仅y方向上的力作用在先导阀333上，所以先导阀333被关闭。类似地，在主阀300中，返回弹簧力Fs和通过在开口部分399的直径b处的压差(即，初级压力与次级压力之间的差)产生的力被施加为在y方向(即，阀关闭方向)上的力。因此，主阀300也被关闭。图3是就在电流已经开始向线圈310流动之后主截止阀20的视图。当电流流到线圈310时，先导阀阀体350被线圈310的吸引力Fr拉动。如上所述，在先导阀333中，返回弹簧力Fs和通过在开口部分370的直径a处的压差(S卩，初级压力与次级压力之间的差)产生的力被施加为在y方向(即，阀关闭方向)上的力。因此，流到线圈310的电流产生作为吸引力Fr、即X方向(即，阀打开方向)上的力的力，该力比y方向上的力充分地大,使得先导阀阀体350被在X方向上向上拉动并且先导阀333被打开。此时，先导阀阀体350被在X方向上向上拉动，直到先导销380抵靠主阀第一孔385的内壁表面。当先导阀333以该方式打开时，氢气罐22的内部的氢气经由主阀流路390、先导流路395和开口部分370被供应到次级侧(即，第一氢气排出流路34的下游)。然后，在主截止阀20中，当由于先导阀333打开氢气被供应到次级侧时，次级压力逐渐增大。图4是主截止阀20的视图，在主截止阀20中，电流已经从图3中所示的状态持续流到线圈310。在主阀300中，返回弹簧力Fs和通过开口部分399的直径b处的压差(SP，初级压力与次级压力之间的差)产生的力被施加为在y方向(即，阀关闭方向)上的力。此夕卜，吸引力Fr被施加为在X方向(即，阀打开方向)上的力。对主截止阀20通电使在主截止阀20中的先导阀333打开，并且由于次级压力增大，通过开口部分399的直径b处的压差产生的力逐渐减小，使得I方向上的被施加到主阀300的力减小。由此，y方向上的力的以该方式的减小使X方向上的力变成等于或大于I方向上的力。当X方向上的力变成大到足以能够使主阀阀体330上升时，主阀阀体330被在X方向上向上推动，如图4中所示。结果，主阀300打开，使得来自氢气罐22的内部的氢气经由开口部分399被供应到第一氢气排出流路34的下游侧。当电流停止流向310而主阀300打开时，吸引力Fr被消除。结果，x方向(即，阀打开方向)上的力被消除，所以主阀阀体330变成坐放在主阀阀座340上并且先导阀阀体350变成坐放在先导阀阀座360上，使得主截止阀20关闭。C.基于温度的先导式电磁阀的控制在氢被从氢气罐22移除时，当氢气罐22的内部的温度由于氢气在氢气罐22中绝热膨胀而下降时，通过改变对主截止阀20的控制，该示例性实施例中的燃料供应系统10抑制氢气罐22的内部的该温度下降。在下文中，将描述与主截止阀20的该类的控制变化相关的操作。图5是图示当包括燃料供应系统10的燃料电池系统正在操作时，在控制部分38中执行的低温规避控制程序的流程图。当燃料电池系统被启动时，该程序启动，并且该程序被反复地执行直到燃料电池系统被停止。当该程序启动时，控制部分38确定是否存在使燃料电池发电的要求(S卩，燃料电池发电要求)，即，氢气是否被供应到燃料电池(步骤S100)。例如，基于设有燃料电池系统的电动车辆的加速器操作量，可以确定是否存在燃料电池发电要求，使得当加速器操作量是正值时，确定了存在发电要求。替代地，当通过燃料电池产生的电力除了用作用于驱动车辆的能量之外被供应到车辆附件诸如空气调节系统或照明系统时，可以确定是否存在在整体上对于用于车辆的燃料电池的发电要求。如果在步骤SlOO中确定了存在燃料电池发电要求，则控制部分38确定氢气罐22的内部的氢气温度是否等于或低于第一基准温度(S110)。此处，第一基准温度是作为如下的温度预先设定并存储在控制部分38中的值，在该温度时对主截止阀20的控制应该开始被改变使得氢气罐22的内部的氢气温度不会进一步下降。可以基于布置在主截止阀20的下游的构件的耐冷温度来设定第一基准温度。例如，如果调节器25的密封构件由乙丙烯橡胶(EPDM)制成，则第一基准温度可以被设定成-30°C。由于氢气与周围区域进行热交换，并且由此，在较远下游的氢气的温度上升，所以在管道中设置在较远下游的构件较不易受低温氢气的影响。因此，通过对设置在主截止阀20的下游的每个构件的耐冷温度和每个构件被从氢气罐22排出的氢气的低温影响的程度(例如，每个构件距主截止阀20的距离)加以考虑可以设定第一基准温度，使得每个构件的温度均不下降到对应的耐冷温度以下。在步骤SllO中，获得来自温度传感器23的检测信号作为氢气罐22的内部的氢气温度，并且将其与第一基准温度进行比较。当执行步骤SllO时，由于在步骤SlOO中确定了存在燃料电池发电要求，所以氢气被从氢气罐22供应到燃料电池。当氢气被从氢气罐22移除时，由于氢气在氢气罐22的内部绝热地膨胀,所以氢气罐22的内部的氢气温度下降。随着从氢气罐22移除的氢气的量增大，氢气罐22的内部的氢气温度下降的程度变得更大。此外,如果继续移除氢气,氢气罐22的内部的氢气温度会继续下降，则氢气罐22的内部的氢气温度可以变成等于或低于第一基准温度。如果在步骤SllO中确定了氢气罐22中的氢气温度等于或低于第一基准温度，则控制部分38执行先导阀打开控制(步骤S120)。该先导阀打开控制是在主截止阀20中的主阀300保持关闭的同时仅打开先导阀333的控制，以便抑制从氢气罐22排出的氢气的温度的下降。以后将详细描述步骤S120的先导阀打开控制程序。当步骤S120的先导阀打开控制程序启动时，控制部分38确定罐气体温度是否等于或高于第二基准温度(步骤S130)。该第二基准温度是如下的值，该值作为高于第一基准温度的温度被预先设定并且存储在控制部分38中，并且在该温度时可以确定，不需要考虑低温对主截止阀20的下游的构件的影响。控制部分38从温度传感器23反复地获得检测信号并将获得的罐气体温度与第二基准温度进行比较，并且控制部分38继续执行在步骤S120中启动的先导阀打开控制程序，直到在步骤S130中确定了罐气体温度等于或高于第二基准温度。即，先导阀打开控制被继续，直到氢气罐22的内部的氢气温度升到等于或高于第二基准温度。如果在步骤S130中确定了罐气体温度等于或高于第二基准温度，则控制部分38结束在步骤S120中启动的先导阀打开控制程序，并且控制部分38使主截止阀20的阀打开控制改变到常规控制(步骤S140)，在这之后，该程序结束。此时，控制部分38执行控制以对线圈310通电，使得主阀300打开以将来自氢气罐22的氢气供应到燃料电池。如果在步骤SllO中确定了氢气罐22的内部的氢气温度高于第一基准温度，则不必考虑来自供应的低温氢气的影响。因此，控制部分38对主截止阀20执行常规控制(步骤S140)，并且程序结束。此时，控制部分38执行控制以对线圈310通电，使得主阀300打开。另外，如果在步骤SlOO中确定了不存在燃料电池发电要求，则氢气不被从氢气罐22供应到燃料电池。因此，不会发生氢气罐中的温度由于氢气的排出而进一步下降。在该情形中，控制部分38对主截止阀20执行常规控制(步骤S140)，并且然后程序结束。在步骤S140中，控制部分38可以关闭主截止阀20。接下来，将描述步骤S120中执行的先导阀打开控制。图6是示出先导阀打开控制程序的流程图。当该程序启动时，控制部分38使电流停止施加到主截止阀20的线圈310，由此关闭主截止阀20 (步骤S200)。即，当到线圈310的电流被停止时，由于随后X方向(即，阀打开方向)上的吸引力Fr被消除，所以主截止阀20关闭。当主截止阀20关闭时，氢停止被从氢气罐22排出到燃料电池。此时，由于在步骤SlOO中已经确定了存在燃料电池发电要求，所以在燃料电池中继续产生动力。因此，即使在主截止阀20已经关闭之后，在燃料电池中氢仍继续被消耗，所以主截止阀20的下游的氢气压力Pk逐渐下降。如果在步骤S200中电流停止被施加到线圈310使得主截止阀20关闭，则控制部分38确定主截止阀20的输入口压力(B卩，初级压力)与输出口压力(B卩，次级压力)之间的压差是否是主阀300能够被保持关闭的值(步骤S210)。在下文中，将详细描述该步骤S210的操作。在步骤S210中，控制部分38获得由第一压力传感器21检测到的氢气罐内部氢气压力Pm作为初级压力，并且获得由第二压力传感器27检测到的排出流路会合部分35的氢气压力Pk作为次级压力。然后，控制部分38计算所获得的初级压力与所获得的次级压力之间的压差。此处，在主截止阀20的主阀300中，返回弹簧力Fs和通过开口部分399的直径b处的压差(即，初级压力与次级压力之间的差)产生的力被施加为y方向(即，阀关闭方向)上的力。在该力中，尽管返回弹簧力Fs是恒定的，但是通过开口部分399的直径b处的压差产生的力逐渐增大。即，就在步骤S200中主截止阀20关闭之后，由于初级压力和次级压力大致相同，所以通过压差产生的力是小的。然而主截止阀20的下游的氢的消耗(步骤S205)，即，通过燃料电池的氢的消耗使次级压力逐渐减小，使得在y方向上的通过压差产生的力逐渐变得更大。如以后将描述的，在步骤S210之后，在步骤S220中控制部分38开始对线圈310通电(即，将电流施加到线圈310)。对线圈310通电产生参考图3描述的吸引力Fr，使得先导阀333打开。当先导阀33打开时，为X方向上的力的吸引力Fr随后还经由先导销380被施加到主阀300。在步骤S220中，针对施加到线圈310的电流的量预先设定预定值，使得通过线圈310产生能够打开先导阀333的吸引力。因此，如果主阀300中的y方向上的力(即，返回弹簧力Fs和通过直径b处的压差产生的力的和)大于为X方向上的力的吸引力Fr，则即使电流正在流到线圈310，主阀300也能够被保持关闭。因此，在步骤S210中，确定了初级压力与次级压力之间的压差是否正在增大，使得即使在接下来的步骤即步骤S220中开始对线圈310通电，主阀300也能够被保持关闭。例如，基于通过直径b处的压差产生的力是否大于吸引力Fr与返回弹簧力Fs之间的差(BP, Fr - Fs)，能够进行这种确定。更具体地，吸引力Fr和返回弹簧力Fs为预设值，并且仅一个波动的力是通过直径b处的压差产生的力。同样，开口部分399的直径b是预设值。因此，如果获得初级压力与次级压力之间的差，则能够设定通过直径b处的压差产生的力。此外，当通过直径b处的压差产生的力大于(Fr - Fs)时，能够设定初级压力与次级压力之间的差的最小值。在该示例性实施例中，基准压差被预先设定并存储在控制部分38中作为等于或大于上述的初级压力与次级压力之间的差的最小值的值，基准压差为用于确定通过直径b处的压差产生的力大于(Fr - Fs)的基准、。在步骤S210中，控制部分38确定基于所获得的初级压力和所获得的次级压力计算出的压差是否已经达到基准压差。当压差达到基准压差时，控制部分38确定压差能够保持主阀300被关闭。控制部分38反复执行该过程，直到确定初级压力与次级压力之间的压差已经达到基准压差。换句话说，控制部分38反复地执行该过程，直到确定了初级压力与次级压力之间的压差随着次级压力从步骤S205逐渐减小已经达到基准压差。如果在步骤S210中确定了压差能够保持主阀300被关闭，则控制部分38开始对线圈310通电(步骤S220)。在步骤S220中，以预设量的电流对线圈310通电。步骤S220中施加到线圈310的电流的量可以与当执行常规阀打开操作时被施加以便打开先导阀333的量相同或不同。例如，当常规阀打开操作被执行时，可以设定比步骤S220中施加的电流的量大的值，以便减少响应时间，直到主阀300打开并且由此改进阀打开操作的响应性。当电流开始流向线圈310时，产生了预定的吸引力Fr，使得先导阀333打开。此时，由于初级压力与次级压力之间的压差大于基准压差，所以即使电流开始流向线圈310，主阀300也被保持关闭。由于先导阀333打开，氢气开始经由先导阀333的开口部分370被供应。结果，为在主截止阀20的下游侧上的压力的次级压力Pk开始逐渐上升。当在步骤S220中电流开始流向线圈310时，然后控制部分38开始将施加到线圈310的电流的量控制成不会使主阀300打开的电流值(步骤S230)。如上所述，当由于电流开始被施加到线圈310而使先导阀333被打开时，y方向上的力(即，返回弹簧力Fs与通过直径b处的压差产生的力之和)和为X方向上的力的吸引力Fr被施加到主阀300。此时，如果I方向上的力大于X方向上的力，则能够防止主阀300打开。此处，在y方向上的力中，返回弹簧力Fs是恒定值，但是随着先导阀333打开和次级压力增大，通过直径b处的压差产生的力减小。因此，在步骤S230中，通过根据经由直径b处的压差产生的力的减小来执行控制以减小施加到线圈310的电流的量，吸引力Fr被减小，使得y方向上的力被保持成大于X方向上的力。更具体地，在步骤S230中，基于来自第一压力传感器21和第二压力传感器27的检测信号，控制部分38计算初级压力与次级压力之间的压差，并且基于计算出的压差，控制部分38推导出通过开口部分399的直径b处的压差产生的力。例如，表示推导出的压差与通过开口部分399的直径b处的压差产生的力之间的关系的映射图可以被预先存储在控制部分38中，并且在步骤S230中可以参考该映射图。此外，可以设定施加到线圈310的电流的量，从而产生如下的吸引力Fr，该吸引力Fr比如上所述获得的通过开口部分399的直径b处的压差产生的力与返回弹簧力Fs之和小。通过燃料电池消耗的氢的量根据在燃料电池中产生的动力的量波动。当通过燃料电池消耗的氢的量波动时，主截止阀20的下游的氢气流路中的氢气压力(即，次级压力)也波动。此外，当氢气被持续从氢气罐22移除时，氢气罐压力(即，初级压力)会因此逐渐减小。因此，当经由先导阀333的开口部分370供应氢气时，初级压力与次级压力之间的压差能够持续地波动。当步骤S230中的控制开始时，该示例性实施例中的控制部分38持续控制施加到上述的线圈310的电流的量，直到先导阀打开控制程序结束。即，控制部分38反复地执行计算初级压力与次级压力之间的压差的操作，并且控制施加到主阀300中的线圈310的电流的量，使得I方向上的力能够被保持成大于X方向上的力。如果在步骤S230中对施加到线圈310的电流的量的控制已经开始之后，在图5中所示的步骤S130中确定了罐气体温度等于或高于第二基准温度，则控制部分38结束该程序。由于程序结束，停止了对施加到线圈310的电流的量的控制，该控制被执行使得仅主阀阀体330关闭并且主阀300打开，并且控制部分38启动对主截止阀20的常规控制(图5中的步骤S140)。通过如上所述构造的示例性实施例的燃料供应系统10，当供应氢时，随着氢气罐22由于氢气在氢气罐22中绝热地膨胀而温度下降，执行用于关闭在主截止阀20中的主阀300并且仅打开先导阀333的控制。以该方式仅从先导阀333供应氢气来抑制供应的氢气的量(即，排出的氢气的量)和氢气罐22中的压力下降的速度。因此，能够制止供应到布置在主截止阀20的下游的构件的氢气的温度变得过低。由此，不再需要对布置在主截止阀20的下游的构件的低温氢气措施。此外，根据该示例性实施例的燃料供应系统10，当氢气罐22的内部的温度已经下降时，通过仅从先导阀333的开口部分370供应氢气能够抑制低温氢气的流速。在流速被抑制时，当氢气流向下游侧时，通过与气体流路的外部进行热交换，温度容易地升高，所以与当氢气被从主阀300的开口部分399以较大的流速供应相比，能够抑制低温气体对布置在下游的构件的影响。此外，根据该示例性实施例的燃料供应系统10，能够抑制氢气的温度的下降，所以具有较高的耐冷温度的材料能够被选择作为制造布置在主截止阀20的下游的构件的材料。即，能够减少与耐冷温度相关的需求。因此，能够增加布置在主截止阀20的下游的构件的结构材料的选择的自由度，所以能够减少成本。此外，在该示例性实施例的燃料供应系统10中，使用之前已经设置在氢气罐22附近作为主截止阀的先导式电磁阀，当氢气罐22的内部的氢气温度已经下降时，执行抑制供应到下游的氢气的量的控制。因此，不再需要提供单独的节流阀以抑制供应的氢气的量，这使得能够制止系统变得较复杂。此外，在该示例性实施例中的燃料供应系统10中，当氢气罐的内部的温度下降时，仅通过使用先导阀333抑制氢气温度的该下降。通过以该方式快速升高氢气温度能够抑制对供应氢气的操作的影响。即，只要调节器25的压力上游比调节器25的压力下游充分地高，则需要量的氢气就能够持续被供应而不中断，所以即使执行用于减少从氢气罐22排出的氢气的量的控制，需要的氢气也能够持续被供应到燃料电池一段时间。该示例性实施例中的燃料供应系统10包括四个氢气罐22，并且可以同时地从所有的氢气罐22取得氢气,或按顺序每次从一个氢气罐22取得氢气。在每种情况下，只要从其移除氢气的一个氢气罐或更多个氢气罐的内部的氢气温度被检测到，并且对于罐内部氢气温度等于或低于第一基准温度的任何罐执行上述的控制，就能够获得上述的效果。D.变形例本发明不限于上述的示例性实施例，而是在不脱离本发明的范围的情况下，可以以各种模式中的任何一种模式执行本发明。例如，以下描述的变形是可能的。Dl.第一变形例在示例性实施例的燃料供应系统10中，氢气罐22的内部的氢气温度下降，所以执行控制以调整施加到线圈310的电流的量，以便维持主截止阀20的主阀300被关闭并且仅先导阀33打开的状态，但是该结构也可能是不同的。例如，可以重复先导阀333的打开操作和关闭操作，使得主截止阀20的主阀300不会打开。在下文中，将描述以该方式反复地打开和关闭先导阀333的控制。例如，在图6中所示的先导阀打开控制程序中，代替步骤S230中的过程，可以执行使电流向线圈310的流动开始和停止以防止主阀300打开的控制。此处，施加到线圈310的电流的量可以始终是固定值。使施加到线圈310的电流的量为固定值使当电流被施加到线圈310时产生的吸引力Fr也是固定值。如上所述，y方向上的力(即，返回弹簧力Fs和通过在直径b处的压差产生的力之和)和为X方向上的力的吸引力Fr被施加到主阀300。因此，当在步骤S220中电流开始被施加到线圈310，使得仅先导阀333被打开时，由于次级压力增大的事实，通过直径b处的压差产生的力逐渐变地较小，所以y方向上的施加到主阀阀体330的力减小。由此，当通过在直径b处的压差产生的力变小并且确定了主阀300能够打开时，电流再次停止被施加到线圈310 (B卩，线圈310被再次断电)。使线圈310断电使得主阀300能够保持被关闭，并且也使先导阀333能够被关闭。当先导阀333被关闭时，通过燃料电池的氢的消耗会使次级压力再次开始减小，所以y方向上的施加到主阀阀体330的力会开始增大。然后，如果执行步骤S210至S220中的操作并且产生了仅使主阀300能够被保持打开的压差，则可以对线圈310通电并且先导阀333可以被打开。由此，如果根据初级压力与次级压力之间的压差线圈310被反复地通电和断电，则能够获得与在示例性实施例中的效果相似的效果，直到在步骤S130中确定了气体罐压力已经充分地上升。D2.第二变形例在示例性实施例中，由先导式电磁阀形成主截止阀20，但是结构也可以不同。即，先导阀也可以被除了电磁体之外的致动件(诸如压电元件，例如)打开。如果使用具有先导阀和主阀的先导式阀，则通过应用本发明也能够获得相似的效果，当先导阀打开时，使用燃料气体的在主截止阀的入口部和出口部之间产生的压差的变化，该主阀打开。D3.第三变形例在示例性实施例中，先导流路395以及打开和关闭先导流路395的先导阀333被设置在主阀300的主阀阀体330的内部，但是该结构也可以不同。先导阀333仅需要能够在主阀300打开之前打开，并且减小主截止阀20的入口部和出口部之间的压差(B卩，初级压力与次级压力之间的压差)，使得能够以较小的力打开主阀300。因此，先导流路395或先导阀333也可以被设置在除了主阀阀体330的内部之外或主阀300的内部之外的位置处。另外，在该示例性实施例中，只是通过为单个致动器的电磁体，先导阀333被驱动以打开并且主阀300经由先导阀333被驱动以打开。然而，该结构也可以不同。例如，一个致动器可以被设置用于驱动主阀300，而另一个致动器可以单独地被设置用于驱动先导阀333。在任一情形下，设置了能够在不同的时刻打开主阀和先导阀的致动器。通常，如果先导阀能够在主阀打开之前打开，则能够获得相似的效果，并且在燃料气体罐温度是低的时仅先导阀能够打开。D4.第四变形例在示例性实施例中，燃料供应系统10用作燃料电池系统的构成元件，以将氢气供应到燃料电池。然而，该结构也可以不同。例如，燃料供应系统也可以被用于将氢气供应到其它类型的氢消耗设备，诸如氢气发动机，而不是燃料电池。D5.第五变形例此外，当移除已经以高压填充到罐中的气体时，在储存气体燃料的罐中，即使该气体是除了氢气以外的气体，也可能类似地发生温度由于绝热膨胀下降的现象。因此，本发明也可以以所获得的类似的效果被应用到用于多种类型的气体燃料中的任一种气体燃料、诸如甲烷气体、乙烷气体或压缩天然气(CNG)的供应系统。
权利要求
1.一种燃料供应系统，所述燃料供应系统供应燃料气体，所述燃料供应系统包括: 燃料气体罐，所述燃料气体被以高压储存在所述燃料气体罐中； 温度检测部分,所述温度检测部分检测所述燃料气体罐的内部的温度； 燃料气体排出流路，所述燃料气体排出流路被连接到所述燃料气体罐； 主截止阀，所述主截止阀被设置在所述燃料气体排出流路中；以及 控制部分，所述控制部分控制所述主截止阀的打开和关闭， 其中，所述主截止阀包括:入口部和出口部，所述燃料气体通过所述入口部流入，而所述燃料气体通过所述出口部流出；主阀，所述主阀被布置在所述入口部与所述出口部之间，并且所述主阀打开和关闭所述燃料气体排出流路；先导流路，所述先导流路被设置成使所述入口部与所述出口部连通；先导阀，所述先导阀打开和关闭所述先导流路；以及致动器，所述致动器能够在不同时刻打开和关闭所述主阀和所述先导阀；并且 其中，当由所述温度检测部分检测到的检测温度等于或低于第一基准温度时，所述控制部分打开所述先导阀并关闭所述主阀。
2.根据权利要求1所述的燃料供应系统，其中，当由所述温度检测部分检测到的所述检测温度等于或低于所述第一基准温度时，所述控制部分反复地打开和关闭所述先导阀并关闭所述主阀。
3.根据权利要求2所述的燃料供应系统，其中，当所述检测温度等于或高于第二基准温度时，所述控制部分打开所述主阀，其中所述第二基准温度高于所述第一基准温度。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的燃料供应系统，其中，所述先导阀打开和关闭被设置在所述主阀的内部的所述先导流路。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的燃料供应系统，其中，所述致动器驱动所述先导阀，并且所述致动器经由所述先导阀驱动所述主阀。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料供应系统，其中，所述致动器是电磁体。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的燃料供应系统，其中，所述基准温度是基于在所述燃料气体排出流路中的所述主截止阀的下游布置的构件的耐冷温度设定的温度。
8.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电池，所述燃料电池系统包括根据权利要求1至7中的任一项所述的燃料供应系统，其中，所述燃料气体是氢气，并且所述燃料电池使用由所述燃料供应系统供应的氢气发电。
9.一种用于燃料供应系统的控制方法，所述燃料供应系统供应燃料气体，所述燃料供应系统包括:燃料气体罐，所述燃料气体被储存在所述燃料气体罐中；燃料气体排出流路，所述燃料气体排出流路被连接到所述燃料气体罐；以及主截止阀，所述主截止阀被设置在所述燃料气体排出流路中，所述主截止阀包括:入口部和出口部，所述燃料气体通过所述入口部流入，而所述燃料气体通过所述出口部流出；主阀，所述主阀被布置在所述入口部与所述出口部之间，并且所述主阀打开和关闭所述燃料气体排出流路；先导流路，所述先导流路被设置成使所述入口部与所述出口部连通；以及先导阀，所述先导阀打开和关闭所述先导流路，所述控制方法包括: 检测所述燃料气体罐的内部的温度；以及 当所述燃料气体罐的内部的检测到的温度等于或低于第一基准温度时，打开所述先导阀并关闭所述主阀。
全文摘要
一种燃料供应系统，包括燃料气体罐；温度检测部分；燃料气体排出流路；主截止阀，该主截止阀被设置在燃料气体排出流路中；以及控制部分。主截止阀包括入口部和出口部；主阀，该主阀被布置在入口部与出口部之间，并且该主阀打开和关闭燃料气体排出流路；先导流路，该先导流路被设置成使入口部与出口部连通；先导阀，该先导阀打开和关闭先导流路；以及致动器，该致动器能够在不同时刻打开和关闭主阀和先导阀。当检测到的温度等于或低于第一基准温度时，控制部分打开先导阀并且关闭主阀。
文档编号H01M8/04GK103181013SQ201180051575
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年10月28日
发明者大川内荣治, 沼崎一志 申请人:丰田自动车株式会社