(57)【要約】【課題】  電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】  反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス供給部は、反応ガスを貯蔵する反応ガス貯蔵部と、反応ガス貯蔵部と燃料電池とを接続するとともに、反応ガス貯蔵部から供給された反応ガスが流れる反応ガス供給路とを有する。また、反応ガス供給部は、反応ガス供給路を流れる反応ガスに関する所定のパラメータを測定するために電気信号処理を行う電子回路を有する。また、反応ガス供給路には、反応ガスの圧力を減圧させる第１調圧弁が設けられている。ここで、電子回路を、第１調圧弁によって反応ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるように配置する。【選択図】  図２
2007053040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給部と、
を備え、
前記反応ガス供給部は、
前記反応ガスを高圧状態で貯蔵する反応ガス貯蔵部と、
前記反応ガス貯蔵部と前記燃料電池とを接続するとともに、前記反応ガス貯蔵部から供給された反応ガスが流れる反応ガス供給路と、
前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガスの圧力を減圧させる第１調圧弁と、
前記反応ガス供給路を流れる前記反応ガスに関する所定のパラメータを測定するために電気信号処理を行う電子回路と、
を備え、
前記電子回路は、前記第１調圧弁によって前記反応ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるように配置されている、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記電子回路は、前記第１調圧弁に固定されている、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第１調圧弁は、前記反応ガスの圧力を減圧させる弁機構と、前記弁機構を収容する弁箱と、を有し、
前記電子回路は、前記弁箱に固定されている、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記前記反応ガス供給部は、さらに、前記反応ガス供給路の途中に設けられた断熱容器を備え、
前記断熱容器は、前記電子回路と前記第１調圧弁とを収容する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガス供給部は、前記第１調圧弁を含む複数の調圧弁を備え、
前記複数の調圧弁は、それぞれ、前記反応ガス供給路に設けられるとともに前記反応ガスの圧力を減圧させ、
前記第１調圧弁は、前記複数の調圧弁の中の差圧が最大の調圧弁である、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガス貯蔵部は、
複数の反応ガスタンクと、
前記複数の反応ガスタンクの中の一部の反応ガスタンクのみを選択的に切り替えて前記反応ガス供給路と連通させる切替部とを、有し、
前記反応ガス供給部は、さらに、前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する流入温度センサを備え、
前記切替部は、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記流入温度センサから前記流入温度を取得するとともに、前記取得した流入温度が所定の流入しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替える、
燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガス供給部は、さらに、
前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する流入温度センサと、
前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を調整する流量調整部と、を備え、
前記流量調整部は、前記反応ガス量を、前記流入温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させる、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガス貯蔵部は、
複数の反応ガスタンクと、
前記複数の反応ガスタンクの中の一部の反応ガスタンクのみを選択的に切り替えて前記反応ガス供給路と連通させる切替部とを、有し、
前記反応ガス供給部は、さらに、前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する回路反映温度センサを備え、
前記切替部は、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記回路反映温度センサから前記回路反映温度を取得するとともに、前記取得した回路反映温度が所定の回路しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替える、
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１ないし請求項５、請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記反応ガス供給部は、さらに、
前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する回路反映温度センサと、
前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を調整する流量調整部と、を備え、
前記流量調整部は、前記反応ガス量を、前記回路反映温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させる、燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池システムを運転する方法であって、
前記反応ガス貯蔵部は、複数の反応ガスタンクを有し、
前記運転方法は、
（Ａ）前記複数の反応ガスタンクの中の一部のタンクのみを前記反応ガス供給路に連通させる工程と、
（Ｂ）前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する工程と、
（Ｃ）ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記流入温度が所定の流入しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替える工程と、
を有する、運転方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池システムを運転する方法であって、
（Ａ）前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する工程と、
（Ｂ）前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を、前記流入温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させる工程と、
を有する、運転方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の燃料電池システムを運転する方法であって、
前記反応ガス貯蔵部は、複数の反応ガスタンクを有し、
前記運転方法は、
（Ａ）前記複数の反応ガスタンクの中の一部のタンクのみを前記反応ガス供給路に連通させる工程と、
（Ｂ）前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する工程と、
（Ｃ）ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記回路反映温度が所定の回路しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替える工程と、
を有する、運転方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の燃料電池システムを運転する方法であって、
（Ａ）前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する工程と、
（Ｂ）前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を、前記回路反映温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させる工程と、
を有する、運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムでは、反応ガス流量や反応ガス圧力等の種々のパラメータを測定するために電子回路が利用されている。また、燃料電池システムの中には、水素タンクから供給された水素ガスを反応ガスとして利用するものがある。水素タンクから放出された水素ガスの温度は、断熱膨張によって低下する場合がある。ここで、燃料電池内の温度を下げないように、熱交換器が配置される場合がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１６８１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６１９８号公報
【特許文献３】特開平７−３５５８８号公報
【特許文献４】特開平１０−２８４０９８号公報
【０００４】
ところで、水素タンクから放出された水素ガスによって、電子回路も冷やされる場合がある。ここで、電子回路の温度が過剰に低下すると、電子回路が正常に動作できなくなるおそれがあった。
【０００５】
なお、このような問題は、反応ガスとして水素ガスを利用する場合に限らず、他のガスを利用する場合にも共通する問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の燃料電池システムは、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給部と、を備え、前記反応ガス供給部は、前記反応ガスを高圧状態で貯蔵する反応ガス貯蔵部と、前記反応ガス貯蔵部と前記燃料電池とを接続するとともに、前記反応ガス貯蔵部から供給された反応ガスが流れる反応ガス供給路と、前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガスの圧力を減圧させる第１調圧弁と、前記反応ガス供給路を流れる前記反応ガスに関する所定のパラメータを測定するために電気信号処理を行う電子回路と、を備え、前記電子回路は、前記第１調圧弁によって前記反応ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるように配置されている。
【０００８】
この燃料電池システムによれば、電子回路が反応ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるので、電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【０００９】
上記燃料電池システムにおいて、前記電子回路は、前記第１調圧弁に固定されていることとしてもよい。
【００１０】
この構成によれば、電子回路は、第１調圧弁から効率よく熱を受けることが可能となるので、電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【００１１】
上記燃料電池システムにおいて、前記第１調圧弁は、前記反応ガスの圧力を減圧させる弁機構と、前記弁機構を収容する弁箱と、を有し、前記電子回路は、前記弁箱に固定されていることとしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、電子回路は、弁箱を介して熱を受け取ることができるので、電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【００１３】
上記各燃料電池システムにおいて、前記前記反応ガス供給部は、さらに、前記反応ガス供給路の途中に設けられた断熱容器を備え、前記断熱容器は、前記電子回路と前記第１調圧弁とを収容することとしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、ジュールトムソン効果によって生じる熱が断熱容器の外部に逃げることが抑制されるので、断熱容器内に収容された電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【００１５】
上記各燃料電池システムにおいて、前記反応ガス供給部は、前記第１調圧弁を含む複数の調圧弁を備え、前記複数の調圧弁は、それぞれ、前記反応ガス供給路に設けられるとともに前記反応ガスの圧力を減圧させ、前記第１調圧弁は、前記複数の調圧弁の中の差圧が最大の調圧弁であることとしてもよい。
【００１６】
ジュールトムソン効果による温度上昇は、調整弁における差圧が大きいほど大きい。従って、この構成によれば、電子回路は、温度上昇が最も大きい第１調圧弁から熱を受けて暖められるので、電子回路の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【００１７】
上記各燃料電池システムにおいて、前記反応ガス貯蔵部は、複数の反応ガスタンクと、前記複数の反応ガスタンクの中の一部の反応ガスタンクのみを選択的に切り替えて前記反応ガス供給路と連通させる切替部とを、有し、前記反応ガス供給部は、さらに、前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する流入温度センサを備え、前記切替部は、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記流入温度センサから前記流入温度を取得するとともに、前記取得した流入温度が所定の流入しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替えることとしてもよい。
【００１８】
この構成によれば、逆転温度以上の温度の反応ガスが第１調圧弁に流入するように、流入温度が所定の流入しきい値未満である場合に、反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクが別の反応ガスタンクに切り替えられるので、第１調圧弁に流入する反応ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００１９】
上記各燃料電池システムにおいて、前記反応ガス供給部は、さらに、前記第１調圧弁に流入する反応ガスの温度を反映する温度である流入温度を測定する流入温度センサと、前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を調整する流量調整部と、を備え、前記流量調整部は、前記反応ガス量を、前記流入温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させることとしてもよい。
【００２０】
この構成によれば、流量調整部は、反応ガス量を、流入温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを第１調圧弁に流入させるので、第１調圧弁に流入する反応ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００２１】
上記各燃料電池システムにおいて、前記反応ガス貯蔵部は、複数の反応ガスタンクと、前記複数の反応ガスタンクの中の一部の反応ガスタンクのみを選択的に切り替えて前記反応ガス供給路と連通させる切替部とを、有し、前記反応ガス供給部は、さらに、前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する回路反映温度センサを備え、前記切替部は、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスが前記第１調圧弁に流入するように、前記回路反映温度センサから前記回路反映温度を取得するとともに、前記取得した回路反映温度が所定の回路しきい値未満である場合に、前記反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクを別の反応ガスタンクに切り替えることとしてもよい。
【００２２】
この構成によれば、逆転温度以上の温度の反応ガスが第１調圧弁に流入するように、回路反映温度が所定の回路しきい値未満である場合に、反応ガス供給路に連通する反応ガスタンクが別の反応ガスタンクに切り替えられるので、第１調圧弁に流入する反応ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００２３】
上記各燃料電池システムにおいて、前記反応ガス供給部は、さらに、前記電子回路の温度を反映する温度である回路反映温度を測定する回路反映温度センサと、前記反応ガス供給路に設けられるとともに、前記反応ガス供給路を流れる反応ガス量を調整する流量調整部と、を備え、前記流量調整部は、前記反応ガス量を、前記回路反映温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させることとしてもよい。
【００２４】
この構成によれば、流量調整部は、反応ガス量を、回路反映温度が低いほど少なくなるように調整することによって、ジュールトムソン効果の逆転温度以上の温度の反応ガスを前記第１調圧弁に流入させるので、第１調圧弁に流入する反応ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００２５】
なお、この発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置、反応ガス供給装置の制御方法または装置、反応ガス供給装置を有する燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法または装置、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、燃料電池システムを駆動用電源として搭載する車両、等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．第５実施例：
Ｆ．第６実施例：
Ｇ．第７実施例：
Ｈ．第８実施例：
Ｉ．第９実施例：
Ｊ．第１０実施例：
Ｋ．変形例：
【００２７】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図である。この燃料電池システム９００は、燃料電池８５０と燃料ガス供給システム８００とを備えている。燃料ガス供給システム８００は、水素を含む燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池８５０に供給する。燃料ガス供給システム８００は、水素タンク１００と、水素タンク１００と燃料電池８５０とを接続する水素供給路４００と、水素供給路４００の途中に設けられた調圧弁２１０と、電子回路３０２と、を有している。
【００２８】
水素タンク１００は、水素を高圧で貯蔵する。水素タンク１００から放出された水素ガスは、水素供給路４００を通って調圧弁２１０に供給される。調圧弁２１０は、水素ガスの圧力を所定の圧力まで減圧させる。減圧後の水素ガスは、水素供給路４００を通って燃料電池８５０に供給される。
【００２９】
燃料電池８５０には、酸素を含む酸化ガス（例えば、空気）も供給される。燃料電池８５０は、水素と酸素とを用いて電気化学反応によって発電を行う。なお、図１では、酸化ガスの供給システムについては、図示が省略されている。なお、燃料電池８５０としては、固体高分子電解質型や、固体酸化物電解質型、リン酸電解質型、アルカリ水溶液電解質型、あるいは、溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。
【００３０】
電子回路３０２は、水素供給路４００を流れる水素ガスに関する所定のパラメータを測定するために電気信号処理を行う。第１実施例では、この電子回路３０２は、水素ガスの流量センサの電子回路である。この流量センサの詳細については後述する。
【００３１】
なお、図１では、電子回路３０２と調圧弁２１０とが破線で囲まれている。これは、電子回路３０２が、調圧弁２１０によって水素ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるように配置されていることを意味している（詳細は後述）。
【００３２】
図２は、流量センサ３１０と調圧弁２１０との構成を示す説明図である。水素供給路４００には、流量センサ３１０と調圧弁２１０とが設けられている。流量センサ３１０は、調圧弁２１０の下流側に設けられている。
【００３３】
調圧弁２１０は、水素供給路４００に接続された弁箱２０４と、弁箱２０４に収容された弁機構２０２と、有している。弁機構２０２としては、水素ガスの圧力を減圧する種々の機構を採用可能である。例えば、弁機構２０２として、ダイヤフラム式のレギュレータ機構を採用可能である。また、電磁式の弁体と、弁座とを、有する弁機構を採用してもよい。
【００３４】
流量センサ３１０は、水素ガスの流量を測定する熱線式流量センサである。この流量センサ３１０は、水素供給路４００に接続されたセンサ流路３０６と、電子回路３０２と、電子回路３０２を収容する回路筐体３０４と、を有している。センサ流路３０６は、水素ガスの流れる流路であり、その内部には熱線（図示せず）が設けられている。この熱線は電子回路３０２に電気的に接続されている。電子回路３０２は、アンプを用いた電子回路であり、この熱線の電気抵抗を測定する。この測定結果は、水素流量に換算可能である。
【００３５】
電子回路３０２は、回路筐体３０４に固定されている。回路筐体３０４は、弁箱２０４に固定されている。また、回路筐体３０４は、センサ流路３０６と分離している。すなわち、電子回路３０２は、調圧弁２１０に固定されている。ここで、電子回路３０２は、弁箱２０４に固定されている、ということもできる。
【００３６】
図３は、調圧弁２１０（図１、図２）の１次側ガス温度と２次側ガス温度とを示すグラフである。縦軸は温度を示し、横軸は、水素タンク１００からの水素の放出量を示している。この放出量は、継続して水素を放出した場合の、放出量の積算値である。また、実線のグラフＧ１は１次側ガス温度を示し、破線のグラフＧ２は２次側ガス温度を示している。１次側ガス温度は、調圧弁２１０に流入するガスの温度を意味している。２次側ガス温度は、調圧弁２１０から流出するガスの温度を意味している。以下、１次側ガス温度のことを、グラフＧ１と同じ符号を用いて、「１次側ガス温度Ｇ１」とも呼ぶ。同様に、２次側ガス温度のことを「２次側ガス温度Ｇ２」とも呼ぶ。
【００３７】
１次側ガス温度Ｇ１は、水素放出量の増加に伴って徐々に低くなる。これは、以下のように説明できる。水素ガスが水素タンク１００（図１）から放出されることによって、水素タンク１００内の水素は、水素供給路４００内のガスを押しながら膨張（断熱膨張）する。その結果、水素タンク１００内の温度、すなわち、水素タンク１００から放出される水素ガスの温度（１次側ガス温度Ｇ１）は低くなる。この際、水素タンク１００から放出される水素ガス量が多いほど、水素タンク１００内の水素ガスの膨張の度合いが大きくなるので、１次側ガス温度Ｇ１も低くなる。
【００３８】
一方、２次側ガス温度Ｇ２は、１次側ガス温度Ｇ１と比べて高くなる。これは、ジュールトムソン効果によって、減圧後の水素ガス（２次側ガス）の温度が上昇するからである。ジュールトムソン効果とは、仕事を伴わない不可逆的な断熱膨張の過程における温度変化の効果である。高圧側から低圧側へガスが流れるシステムでは、ガスの温度は、高圧側から低圧側へ流れることによって変化し得る。ここで、高圧側のガスの温度が逆転温度以下の場合には温度降下が起こり、逆転温度以上の場合には温度上昇が起こる。逆転温度は、物質の種類に応じて決まる温度である。例えば、水素ガスの逆転温度は、およそ摂氏-80度である。従って、常温（例えば、摂氏+20度）程度の水素ガスを流す場合には、減圧によって水素ガスの温度が高くなる。また、この温度変化は、差圧が大きいほど大きくなる。
【００３９】
図３の例では、１次側ガス温度Ｇ１が逆転温度（およそ摂氏-80度）よりも高いこととしている。その結果、２次側ガス温度Ｇ２は、１次側ガス温度Ｇ１よりも高くなる。なお、水素放出量の小さい範囲で温度差が小さいのは、水素放出の当初には、２次側ガスの熱のうちの、周囲の部材（例えば、調圧弁２１０の弁箱２０４）に奪われる割合が高いからである。
【００４０】
以上のように、調圧弁２１０（図１、図２）では、２次側ガス温度Ｇ２が、ジュールトムソン効果によって１次側ガス温度Ｇ１よりも高くなる。すなわち、調圧弁２１０では、ジュールトムソン効果によって熱が生じる。弁箱２０４は、この熱（２次側ガス）によって暖められる。一方、回路筐体３０４は、直接、弁箱２０４に固定されている（図２）。すなわち、電子回路３０２は、回路筐体３０４を介して弁箱２０４に固定されている。調圧弁２１０で生じた熱は、弁箱２０４と回路筐体３０４とを介して電子回路３０２に伝えられる。電子回路３０２は、この熱によって暖められる。
【００４１】
このように、第１実施例では、電子回路３０２は、ジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるので、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。その結果、第１実施例の構成は、電子回路３０２が安定して動作可能な環境温度の範囲を、低温側に拡張することができるという利点を有する。特に、燃料電池システム９００の起動時には、水素放出量が比較的少ないので、１次側ガス温度Ｇ１は環境温度とほぼ同じである。すると、電子回路３０２は、１次側ガス温度Ｇ１、すなわち、環境温度よりも高い温度に暖められ得る。従って、第１実施例の構成は、起動可能な環境温度の範囲を、低温側に拡張することができるという利点も有する。
【００４２】
また、第１実施例では、電子回路３０２の温度の過剰な低下が抑制されるので、以下の利点も有する。すなわち、電子回路３０２の構成に用いる電子部品として、動作温度範囲の下限が比較的低い高価な部品に限らず、動作温度範囲の下限が比較的高い汎用部品（例えば、動作温度範囲が摂氏-40度〜摂氏+110度）を採用可能である。その結果、電子回路３０２の構成の自由度を高めることが可能となる。また、電子回路３０２の製造コストを低減させることも可能となる。
【００４３】
ところで、燃料電池システムでは、水素ガスによる電子回路３０２の冷却を抑制するために、電子回路３０２を水素供給路４００から遠ざけて配置する場合がある。また、そのために、燃料電池システムが大型化する場合もある。一方、第１実施例の構成は、電子回路３０２と水素供給路４００とを離すことなく、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することができるという利点も有する。その結果、燃料ガス供給システム８００の構成が複雑化することを抑制できる。また、燃料ガス供給システム８００の小型化を図ることもできる。
【００４４】
Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例における流量センサ３１０ａと調圧弁２１０との構成を示す説明図である。図２に示す第１実施例との差違は、流量センサ３１０ａと調圧弁２１０とが、断熱容器５００に収容されている点である。燃料電池システムの他の構成は、図１に示す第１実施例の燃料電池システム９００と同じである。また、調圧弁２１０の構成は、図２に示す調圧弁２１０と同じである。
【００４５】
流量センサ３１０ａは、図２に示す流量センサ３１０と同じ熱線式流量センサである。ただし、第２実施例では、回路筐体３０４が、弁箱２０４の代わりにセンサ流路３０６に固定されている点が第１実施例と異なる。他の構成は、図２の流量センサ３１０と同じである。
【００４６】
断熱容器５００は、水素供給路４００の途中に設けられた断熱容器である。この断熱容器５００は、金属製の外壁５０２と、金属製の内壁５０６とを有している。また、外壁５０２と内壁５０６との間には空気層５０４が設けられている。この空気層５０４は、断熱層として機能する。
【００４７】
このように、第２実施例では、調圧弁２１０が断熱容器５００に収容されているので、調圧弁２１０でジュールトムソン効果によって生じる熱が断熱容器５００の外部に逃げることが抑制される。従って、同じ断熱容器５００内に収容されている電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。その結果、第２実施例の構成は、上述の第１実施例と同様の種々の利点を有する。
【００４８】
なお、断熱容器５００の構成としては、種々の構成を採用可能である。例えば、グラスウールやウレタンフォーム、ポリスチレンフォームを用いて形成された断熱層を有する容器を用いることが可能である。このような空気を含む断熱層を有する容器を用いれば、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。ここで、断熱材としては種々の材料を採用可能である。また、空気を含む断熱層を有する容器に限らず、真空断熱容器を用いてもよい。
【００４９】
また、断熱容器５００内に収容される流量センサ３１０ａと調圧弁２１０との構成としては、図４に示す構成に限らず、種々の構成を採用可能である。例えば、図２に示す流量センサ３１０と調圧弁２１０とを断熱容器５００に収容することとしてもよい。
【００５０】
Ｃ．第３実施例：
図５は、第３実施例における流量センサ３１０ｂと調圧弁２１０ｂとの構成を示す説明図である。図２に示す第１実施例との差違は、流量センサ３１０ｂと調圧弁２１０ｂとが、水素供給路４００の途中に設けられた共通の筐体２０４ｂ内に設けられている点だけである。この筐体２０４ｂは、調圧弁２１０ｂの弁箱としての機能も有している。以下、この筐体２０４ｂのことを「弁箱２０４ｂ」とも呼ぶ。燃料電池システムの他の構成は、図１に示す第１実施例の燃料電池システム９００と同じである。
【００５１】
調圧弁２１０ｂの弁機構２０２は、図２に示す弁機構２０２と同じである。この弁機構２０２は、弁箱２０４ｂに収容されている。
【００５２】
流量センサ３１０ｂは、図２に示す流量センサ３１０と同じ熱線式流量センサである。図２に示す流量センサ３１０との差違は、電子回路３０２とセンサ流路３０６とが、弁機構２０２と共通の筐体２０４ｂに収容されている点だけである。
【００５３】
このように、第３実施例では、電子回路３０２と弁機構２０２とが、同じ筐体２０４ｂ内に設けられている。換言すれば、電子回路３０２と弁機構２０２とは、同じ筐体２０４ｂに固定されている。ここで、電子回路３０２は、弁機構２０２を収容する弁箱２０４ｂに直接固定されている、ということもできる。すると、ジュールトムソン効果によって生じる熱は、筐体２０４ｂを介して、効率よく電子回路３０２に伝えられる。従って、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。その結果、第３実施例の構成は、上述の第１実施例と同様の種々の利点を有する。
【００５４】
Ｄ．第４実施例：
図６は、第４実施例における燃料電池システム９００ｃの構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池システム９００との差違は、調圧弁２１０に加えて、さらに２つの調圧弁２２０、２３０が設けられている点である。燃料電池システム９００ｃの他の構成は、図１の燃料電池システム９００と同じである。
【００５５】
燃料ガス供給システム８００ｃは、水素供給路４００に設けられた３つの調圧弁２１０、２２０、２３０を有している。燃料ガス供給システム８００ｃは、水素ガスの減圧を、これら３つの調圧弁２１０、２２０、２３０を用いて、３段階に分けて行う。図中の差圧ｄＰ１〜ｄＰ３は、それぞれ、各調圧弁２１０〜２３０での差圧を示している。第４実施例では、水素タンク１００に最も近い第１調圧弁２１０での差圧ｄＰ１は、全ての調圧弁２１０〜２３０の差圧ｄＰ１〜ｄＰ３の中の最大となるように設定されている。これは、水素供給路４００における高圧部分を少なくするためである。
【００５６】
また、上述したように、ジュールトムソン効果による温度上昇は、差圧が大きいほど大きくなる。従って、３つの調圧弁２１０〜２３０の中で、温度上昇が最も大きいのは、差圧が最も大きい第１調圧弁２１０である。
【００５７】
ところで、第４実施例では、電子回路３０２は、第１実施例の燃料電池システム９００と同様に、調圧弁２１０で生じる熱を受けて暖められるように配置されている。特に、第４実施例では、電子回路３０２が受ける熱の発生源は、燃料ガス供給システム８００ｃが有する３つの調圧弁２１０〜２３０の中の差圧が最も大きい第１調圧弁２１０である。すなわち、電子回路３０２は、ジュールトムソン効果による温度上昇が最も大きい第１調圧弁２１０から熱を受ける。従って、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。
【００５８】
なお、電子回路３０２の配置としては、図２に示す第１実施例での配置に限らず、図４に示す配置や、図５に示す配置等、調圧弁２１０によって水素ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるような種々の配置を採用可能である。これは、後述する他の実施例についても同じである。
【００５９】
また、水素供給路４００に設ける調圧弁の数は３つに限らず、２つでもよく、４つ以上でもよい。いずれの場合も、水素供給路４００に複数の調圧弁を設ける場合には、電子回路３０２を、複数の調圧弁の中の差圧が最も大きい調圧弁から熱を受けるように配置することが好ましい。こうすれば、電子回路３０２は、温度上昇が最も大きい調圧弁から熱を受けて暖められるので、電子回路３０２の温度の過剰な低下を抑制することが可能となる。これは、後述する他の実施例についても同じである。
【００６０】
さらに、水素供給路４００に複数の調圧弁を設ける場合には、水素タンク１００に最も近い調圧弁、すなわち、水素タンク１００から放出された水素ガスが最初に流入する調圧弁の差圧を、全ての調圧弁の差圧の中の最大に設定することが好ましい。こうすれば、水素供給路４００における高圧部分が長くなることを抑制できるので、安全性を高めることが可能となる。これは、後述する他の実施例についても同じである。
【００６１】
Ｅ．第５実施例：
図７は、第５実施例における燃料電池システム９００ｄの構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池システム９００との差違は、燃料ガス供給システム８００ｄが、温度センサ６００と、制御部７００ｄとを有している点である。温度センサ６００は、水素タンク１００と調圧弁２１０との間の水素供給路４００に設けられており、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度（以下「流入ガス温度Ｔ」とも呼ぶ）を測定する。制御部７００ｄは、温度センサ６００の測定結果に応じて、燃料電池８５０への水素供給量を制限する処理を実行する。燃料電池システム９００ｄの他の構成は、図１に示す燃料電池システム９００と同じである。
【００６２】
制御部７００ｄは、燃料ガス供給システム８００ｄを構成する各構成要素からデータ信号を受信するとともに、各構成要素に駆動信号を出力することによって、燃料ガス供給システム８００ｄの全体の運転状態を制御する（詳細は後述）。制御部７００ｄはＣＰＵとメモリとを有しており、コンピュータプログラムを実行することによって種々の機能を実現する。このようなコンピュータプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録された形態で供給され得る。また、制御部７００ｄの機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【００６３】
図８は、制御部７００ｄが実行する制御処理の手順を示すフローチャートである。この制御処理は、燃料電池システム９００ｄが起動した後の通常運転時に実行される。
【００６４】
最初のステップＳ１００では、制御部７００ｄは、水素ガスを燃料電池８５０に供給する。このステップＳ１００では、燃料電池システム９００ｄに要求される電力の発電に要する量の水素ガスが供給される。例えば、制御部７００ｄは、燃料電池８５０に接続された負荷（図示せず）の大きさが大きいほど、水素供給量が多くなるように、調圧弁２１０を制御する。具体的には、制御部７００ｄは、調圧弁２１０の２次側の圧力を、負荷（図示せず）の大きさが大きいほど、高い値に設定する。
【００６５】
次のステップＳ１１０では、制御部７００ｄは、温度センサ６００を用いて流入ガス温度Ｔを測定する。測定した流入ガス温度Ｔが摂氏-80度（水素の逆転温度）以上である場合には、再び、ステップＳ１００に移行し、水素の供給を継続する。
【００６６】
流入ガス温度Ｔが摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｄは、ステップＳ１２０に移行する。この場合には、調圧弁２１０で、ジュールトムソン効果による温度降下が起こるおそれがある。そこで、制御部７００ｄは、水素供給量を、流入ガス温度Ｔが摂氏-80度以上である場合よりも少なくなるように、制限する。例えば、制御部７００ｄは、調圧弁２１０の２次側圧力を、流入ガス温度Ｔが摂氏-80度以上である場合よりも低い所定の値に設定する。水素供給量を制限すれば、水素タンク１００からの水素放出量が少なくなる。すると、水素タンク１００内の水素の膨張の度合いも小さくなるので、水素タンク１００から放出される水素ガスの温度低下も抑制される。その結果、水素タンク１００内や水素供給路４００内の水素の温度は、環境からの熱によって上昇しやすくなる。なお、第５実施例では、燃料電池システム９００ｄの環境温度が水素の逆転温度（およそ摂氏-80度）よりも高いこととしている。
【００６７】
制御部７００ｄは、ステップＳ１２０で水素供給量を制限したら、再び、ステップＳ１１０に移行して、流入ガス温度Ｔを測定する。流入ガス温度Ｔが摂氏-80度以上まで上昇したら、制御部７００ｄは、ステップＳ１００に移行して、流入ガス温度Ｔに基づく水素供給量の制限を解除する。流入ガス温度Ｔが摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｄは、流入ガス温度Ｔが摂氏-80度以上となるまで、水素供給量の制限を継続する（ステップＳ１２０）。
【００６８】
以上のように、第５実施例では、制御部７００ｄは、流入ガス温度Ｔが逆転温度よりも低い場合には、逆転温度以上の場合と比べて、水素ガスの供給量が少なくなるように、調圧弁２１０を制御する。すると、水素タンク１００から放出された水素ガスの温度が過剰に低くなることが抑制される。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることが抑制される。
【００６９】
なお、ステップＳ１２０での水素供給量としては種々の値を採用可能である。ここで、逆転温度以上の水素ガスが調圧弁２１０に流入するように、十分に小さい値を採用することが好ましい。このような水素供給量は、予め、実験的に設定しておくことが可能である。また、ステップＳ１２０での水素供給量として、ゼロを採用してもよい。例えば、制御部７００ｄが、流入ガス温度Ｔが所定の温度しきい値（図８の例では、逆転温度）よりも低くなったら、水素供給量がゼロとなるように調圧弁２１０を制御することとしてもよい。
【００７０】
なお、図８の例では、制御部７００ｄは、水素供給量の制限の度合いを２段階に切り替えることとしているが、３段階以上に切り替えることとしてもよい。
【００７１】
また、制御部７００ｄが、流入ガス温度Ｔに応じて水素供給量の制限の度合いを連続的に変化させることとしてもよい。図９は、制限率と流入ガス温度Ｔとの関係を示すグラフの一例である。縦軸は制限率（％）を示し、横軸は流入ガス温度Ｔを示している。制限率は、要求水素量に対する制限の割合を意味している。要求水素量とは、燃料電池システム９００ｄに要求される電力の発電に要する水素供給量を意味している。ここで、制限率＝１００％は、水素ガスの供給量をゼロに設定することを意味している。制限率＝０％は、水素ガスの供給量を要求水素量に設定することを意味している。
【００７２】
図９の例では、所定の第１温度Ｔａ以上の温度範囲では、制限率がゼロ％に設定されている。また、所定の第２温度Ｔｂ以下の温度範囲では、制限率が１００％に設定されている。ここで、第２温度Ｔｂは、第１温度Ｔａよりも低い温度に設定されている。また、第２温度Ｔｂ以上、かつ、第１温度Ｔａ以下の温度範囲では、流入ガス温度Ｔの上昇に伴って、制限率は１００％からゼロ％まで直線的に単調減少している。
【００７３】
このように、制限率、すなわち、水素ガスの供給量を流入ガス温度Ｔに応じて連続的に変化させれば、流入ガス温度Ｔをきめ細かく制御することが可能となる。なお、第１温度Ｔａと第２温度Ｔｂとは、逆転温度以上の水素ガスが調圧弁２１０に流入するように、予め、実験的に設定しておくことが好ましい。例えば、第２温度Ｔｂを逆転温度（およそ摂氏-80度）に設定し、第１温度Ｔａを摂氏-50度に設定してもよい。なお、逆転温度よりも温度の低い水素ガスが調圧弁２１０に流入することを抑制するためには、制限率が１００％に設定される第２温度Ｔｂが、逆転温度以上であることが好ましい。
【００７４】
なお、制限率を直線的に変化させる代わりに曲線的に変化させてもよい。また、制限率を連続的に変化させる代わりにステップ状に変化させてもよい。いずれの場合も、制限率は、流入ガス温度Ｔが低いほど高いことが好ましい。すなわち、制御部７００ｄは、流入ガス温度Ｔが低いほど水素ガスの供給量が少なくなるように、調圧弁２１０を制御することが好ましい。こうすれば、水素タンク１００から放出された水素ガスの温度が過剰に低下することを抑制できる。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることを抑制できる。ここで、水素ガスの供給量を、流入ガス温度Ｔが逆転温度以上となるように、予め、実験的に設定しておくことが好ましい。
【００７５】
ところで、第５実施例では、調圧弁２１０が本発明における「第１調圧弁」に相当する。また、制御部７００ｄと調圧弁２１０との全体が「流量調整部」に相当する。ただし、「第１調圧弁」とは別の装置を用いて「流量調整部」を構成してもよい。例えば、図６に示す燃料電池システム９００ｃのように水素供給路４００に複数の調圧弁が設けられる場合がある。この場合に、第１調圧弁２１０とは別の調圧弁（例えば、調圧弁２３０）を用いて「流量調整部」を構成してもよい。また、複数の流量調整装置（例えば、調圧弁２２０と調圧弁２３０）の全体を用いて「流量調整部」を構成してもよい。また、水素タンク１００と水素供給路４００との間に遮断弁（図示せず）が設けられる場合がある。このような場合には、制御部７００ｄは、調圧弁の代わりに遮断弁を制御することによって、水素ガスの供給量をゼロに設定してもよい。
【００７６】
Ｆ．第６実施例：
図１０は、第６実施例における燃料電池システム９００ｅの構成を示す説明図である。図１に示す燃料電池システム９００との差違は、燃料ガス供給システム８００ｅが、４つの水素タンク１１１〜１１４と、制御部７００ｅとを、有している点である。制御部７００ｅは、各水素タンク１１１〜１１４の内部温度に応じて、水素ガス供給に用いる水素タンクを切り替える（詳細は後述）。燃料電池システム９００ｅの他の構成は、図１に示す燃料電池システム９００と同じである。
【００７７】
水素供給路４００の調圧弁２１０よりも上流側は、４つの支流４１０〜４４０に分岐している。各支流４１０〜４４０は、それぞれ、水素タンク１１１〜１１４に接続されている。各水素タンク１１１〜１１４は、支流４１０〜４４０を介して水素供給路４００（すなわち、燃料電池８５０）に水素ガスを供給可能である。
【００７８】
各水素タンク１１１〜１１４には、それぞれ、内部温度を測定する内部温度センサ１２１〜１２４と、水素の供給を遮断可能な遮断弁１３１〜１３４とが、設けられている。
【００７９】
制御部７００ｅは、図７の制御部７００ｄと同じ構成を有しており、燃料ガス供給システム８００ｅの全体の運転状態を制御する。なお、制御部７００ｅの機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【００８０】
図１１は、制御部７００ｅが実行する制御処理の手順を示すフローチャートである。この制御処理は、燃料電池システム９００ｅが起動した後の通常運転時に実行される。
【００８１】
最初のステップＳ２００では、制御部７００ｅは、図８のステップＳ１００と同様に、調圧弁２１０を制御することによって水素ガスを燃料電池８５０に供給する。ただし、制御部７００ｅは、４つの水素タンクの中の一部のタンクのみを水素供給に用いる。すなわち、制御部７００ｅは、４つの遮断弁１３１〜１３４の中の一部のみを開けて、残りを閉じる。以下、制御部７００ｅが、同時に１つの水素タンクのみを水素供給に使用することとして説明する。
【００８２】
次のステップＳ２１０では、制御部７００ｅは、内部温度センサ１２１〜１２４を用いて使用中の水素タンクの内部温度を測定する。測定した内部温度が摂氏-80度（水素の逆転温度）以上である場合には、再び、ステップＳ２００に移行し、水素ガスの供給を継続する。
【００８３】
使用中のタンクの内部温度が摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｅは、ステップＳ２２０に移行する。ステップＳ２２０では、制御部７００ｅは、内部温度センサ１２１〜１２４を用いて、現在使用していない水素タンク（以下「予備タンク」とも呼ぶ）の内部温度を測定する。以下、予備タンクの中の内部温度が最高のタンクを「最高温予備タンク」とも呼ぶ。
【００８４】
最高温予備タンクの内部温度が摂氏-80度（水素の逆転温度）以上である場合には、制御部７００ｅは、ステップＳ２４０に移行する。ステップＳ２４０では、制御部７００ｅは、水素供給に用いる水素タンクを最高温予備タンクに切り替える。制御部７００ｅは、使用中の水素タンクの遮断弁を閉じ、最高温予備タンクの遮断弁を開ける。この最高温予備タンクの内部温度は摂氏-80度（水素の逆転温度）以上であるので、最高温予備タンクから放出される水素ガスの温度も逆転温度以上である。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることが抑制される。水素タンクを切り替えたら、制御部７００ｅは、再び、ステップＳ２００に移行し、水素ガスの供給を継続する。
【００８５】
なお、水素タンクが切り替えられると、それまで使用していた水素タンク（以下「旧タンク」とも呼ぶ）からの水素放出量がゼロとなる。すると、この旧タンクでは、水素ガスの断熱膨張による温度低下が止まるので、旧タンクの温度は、環境からの熱によって上昇する。その結果、旧タンクは、他の水素タンクの温度が低下した場合には、再び、水素供給に使用され得る。
【００８６】
最高温予備タンクの内部温度が摂氏-80度（水素の逆転温度）未満である場合には、制御部７００ｅは、ステップＳ２３０に移行し、水素供給量を制限する処理を実行する。このステップＳ２３０の処理は、図８のステップＳ１２０で説明した処理と同じである。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることを抑制できる。なお、このステップＳ２３０での処理としては、ステップＳ１２０（図８）で説明した処理に限らず、図９に示すグラフに従った処理等の第５実施例で説明した種々の水素供給量制限処理を採用可能である。また、制御部７００ｅは、温度センサ６００（図７）の測定結果（流入ガス温度Ｔ）の代わりに、使用中の水素タンクの内部温度を用いることが可能である。
【００８７】
制御部７００ｅは、ステップＳ２３０で水素供給量を制限したら、再び、ステップＳ２２０に移行して、予備タンクの内部温度を測定する。少なくとも１つの予備タンクの内部温度が摂氏-80度以上まで上昇したら、制御部７００ｅは、ステップＳ２４０に移行して、水素供給に用いる水素タンクを最高温予備タンクに切り替える。水素タンクを切り替えたら、制御部７００ｅは、ステップＳ２００に移行し、水素供給量の制限をせずに、水素ガスの供給を行う。
【００８８】
全ての予備タンクの温度が摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｅは、少なくとも１つの予備タンクの温度が摂氏-80度以上となるまで、水素供給量の制限を継続する（ステップＳ２３０）。
【００８９】
以上のように、第６実施例では、制御部７００ｅは、使用中の水素タンクの内部温度が逆転温度よりも低くなったら、水素供給路４００に連通する水素タンクを、現在使用していない別の水素タンクに切り替える（ステップＳ２４０）。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００９０】
さらに、第６実施例では、内部温度が逆転温度よりも高い水素タンクが無い場合には、制御部７００ｅは、使用中の水素タンクの内部温度が低いほど、水素ガスの供給量を少ない値に制限する（ステップＳ２３０）。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることを抑制できる。また、第６実施例では、このような水素供給量の制限処理が、内部温度がしきい値（図１１の例では、逆転温度）以上である水素タンクが無い場合にのみ実行される。従って、水素ガスの供給量を過剰に制限することを抑制できる。
【００９１】
ところで、水素タンクを切り替えるか否かの判断（図１１：ステップＳ２１０）に用いる温度しきい値としては、逆転温度に限らず、種々の温度を採用可能である。同様に、ステップＳ２２０で用いる温度しきい値としても、逆転温度に限らず、種々の温度を採用可能である。ただし、ステップＳ２２０で用いる温度しきい値として、ステップＳ２１０で用いる温度しきい値以上の温度を採用することが好ましい。こうすれば、内部温度がステップＳ２１０の条件を満たさない水素タンクが、ステップＳ２４０で選択されることを防止できる。
【００９２】
なお、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度は、水素タンクの内部温度とほぼ同じである。従って、各内部温度センサ１２１〜１２４は、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度を反映した温度を測定しているということができる。すなわち、各内部温度センサ１２１〜１２４が、本発明における「流入温度センサ」に相当する。また、制御部７００ｅは、４つの遮断弁１３１〜１３４を制御することによって、４つの水素タンク１１１〜１１４の中の一部のみを選択的に切り替えて水素供給路４００と連通させる。従って、制御部７００ｅと４つの遮断弁１３１〜１３４との全体が「切替部」に相当する。なお、切替部の構成としては、各水素タンク毎に設けられた遮断弁を含む構成に限らず、三方弁を用いる構成のような種々の構成を採用可能である。
【００９３】
Ｇ．第７実施例：
図１２は、第７実施例における燃料電池システム９００ｆの構成を示す説明図である。図１０に示す燃料電池システム９００ｅとの差違は、燃料ガス供給システム８００ｆが、各水素タンク１１１〜１１４毎の内部温度センサ１２１〜１２４の代わりに、各タンクの共通する流路に設けられた１つの温度センサ６００のみを有している点だけである。温度センサ６００は、各支流４１０〜４４０と調圧弁２１０との間の水素供給路４００に設けられている。この温度センサ６００は、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度を測定する。制御部７００ｆは、温度センサ６００の測定結果に応じて、水素ガス供給に用いる水素タンクを切り替える（詳細は後述）。燃料電池システム９００ｆの他の構成は、図１０に示す燃料電池システム９００ｅと同じである。
【００９４】
制御部７００ｆは、図１０の制御部７００ｅと同じ構成を有しており、燃料ガス供給システム８００ｆの全体の運転状態を制御する。なお、制御部７００ｆの機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【００９５】
図１３は、制御部７００ｆが実行する制御処理の手順を示すフローチャートである。この制御処理は、燃料電池システム９００ｅが起動した後の通常運転時に実行される。
【００９６】
最初のステップＳ３００では、制御部７００ｆは、図１１のステップＳ２００と同様に、一部の水素タンクのみを用いて水素ガスを燃料電池８５０に供給する。第７実施例では、制御部７００ｆは、同時に１つの水素タンクを水素供給に用いる。
【００９７】
次のステップＳ３１０では、制御部７００ｆは、温度センサ６００を用いて流入ガス温度Ｔを測定する。測定した流入ガス温度Ｔが摂氏-80度（水素の逆転温度）以上である場合には、再び、ステップＳ３００に移行し、水素の供給を継続する。
【００９８】
流入ガス温度Ｔが摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｆは、ステップＳ３２０に移行する。ステップＳ３２０では、制御部７００ｆは、水素供給に用いる水素タンクを、別のタンクに切り替える。新たに用いる水素タンクの選択方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、最後に使用を停止してからの経過時間が最も長い水素タンクを選択してもよい。このような水素タンクは、水素放出量がゼロとなってからの経過時間が最も長いので、水素タンクの内部温度が最高である可能性が高い。そこで、このような水素タンクに切り替えれば、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されてしまうことを抑制できる。
【００９９】
なお、最後に使用を停止してからの経過時間に拘わらず、通常は、現在使用していない水素タンク（予備タンク）の内部温度は、水素の逆転温度よりも高い。従って、複数の予備タンクの中から、新たに用いる水素タンクを選択するための規則としては、他の種々の規則を採用可能である。例えば、水素残量の最も多い予備タンクを用いることとしてもよい。ここで、水素残量の取得方法としては、種々の方法を採用可能である。例えば、水素タンクの内部圧力から残量を取得するようにしてもよい。
【０１００】
制御部７００ｆは、水素タンクを切り替えたら（ステップＳ３２０）、再び、ステップＳ３００に移行し、水素ガスの供給を継続する。
【０１０１】
以上のように、第７実施例では、制御部７００ｆは、流入ガス温度Ｔが逆転温度よりも低くなったら、水素供給路４００に連通する水素タンクを、現在使用していない別の水素タンクに切り替える（ステップＳ３２０）。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されてしまうことを抑制できる。
【０１０２】
Ｈ．第８実施例：
図１４は、図１２に示す燃料電池システム９００ｆの制御部７００ｆが実行する制御処理の別の例の手順を示すフローチャートである。図１３に示す手順との差違は、水素タンクを切り替えた後の流入ガス温度Ｔが、依然として逆転温度よりも低い場合には、制御部７００ｆが、水素供給量を制限する点だけである。
【０１０３】
ステップＳ３００〜Ｓ３２０の処理は、図１３のステップＳ３００〜Ｓ３２０と同一である。
【０１０４】
制御部７００ｆは、ステップＳ３２０で水素タンクを切り替えたら、次のステップＳ３３０で、温度センサ６００を用いて流入ガス温度Ｔを測定する。測定した流入ガス温度Ｔが摂氏-80度（水素の逆転温度）以上である場合には、再び、ステップＳ３００に移行し、水素の供給を継続する。
【０１０５】
流入ガス温度Ｔが摂氏-80度よりも低い場合には、制御部７００ｆは、ステップＳ３４０に移行し、水素供給量を制限する処理を実行する。このステップＳ３４０の処理は、図８のステップＳ１２０で説明した処理と同じである。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されることを抑制できる。なお、このステップＳ３４０での処理としては、ステップＳ１２０（図８）で説明した処理に限らず、図９に示すグラフに従った処理等の第５実施例で説明した種々の水素供給量制限処理を採用可能である。
【０１０６】
制御部７００ｆは、ステップＳ３４０で水素供給量を制限したら、再び、ステップＳ３１０に移行し、上述の処理を繰り返し実行する。
【０１０７】
以上のように、第８実施例では、制御部７００ｆは、水素タンクを切り替えても流入ガス温度Ｔが依然として逆転温度よりも低い場合には、水素供給量を制限する。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなって、電子回路３０２が冷却されてしまうことを、さらに抑制できる。
【０１０８】
Ｉ．第９実施例：
図１５は、第９実施例における燃料電池システム９００ｇの構成を示す説明図である。図７に示す燃料電池システム９００ｄとの差違は、燃料ガス供給システム８００ｇが、温度センサ６００の代わりに、回路温度センサ３６０を有している点だけである。回路温度センサ３６０は、電子回路３０２に設けられており、電子回路３０２の温度（以下「回路温度ＴＣ」とも呼ぶ）を測定する。制御部７００ｇは、流入ガス温度Ｔの代わりに、回路温度センサ３６０の測定結果に応じて、燃料電池８５０への水素供給量を制限する処理を実行する。燃料電池システム９００ｇの他の構成は、図７に示す燃料電池システム９００ｄと同じである。
【０１０９】
制御部７００ｇは、図７の制御部７００ｄと同じ構成を有しており、燃料ガス供給システム８００ｇの全体の運転状態を制御する。なお、制御部７００ｇの機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【０１１０】
制御部７００ｇが実行する制御処理としては、図８に示した処理と同じ処理を採用可能である。ここで、制御部７００ｇは、流入ガス温度Ｔの代わりに回路温度ＴＣを用いることとすればよい。こうすれば、逆転温度よりも温度の低い水素ガスが調圧弁２１０に流入することを抑制できる。
【０１１１】
また、制御部７００ｇが実行する制御処理としては、図８に示した処理に限らず、図９に示すグラフに従った処理等の第５実施例で説明した種々の水素供給量制限処理を採用可能である。いずれの場合も、制御部７００ｇは、流入ガス温度Ｔの代わりに、回路温度ＴＣを用いることができる。ここで、回路温度ＴＣの種々の値に対する水素供給量を、逆転温度以上の水素ガスが調圧弁２１０に流入するように、予め、実験的に設定しておくことが好ましい。
【０１１２】
Ｊ．第１０実施例：
図１６は、第１０実施例における燃料電池システム９００ｈの構成を示す説明図である。図１２に示す燃料電池システム９００ｆとの差違は、燃料ガス供給システム８００ｈが、温度センサ６００の代わりに、回路温度センサ３６０を有している点だけである。回路温度センサ３６０は、電子回路３０２に設けられており、電子回路３０２の温度（回路温度ＴＣ）を測定する。制御部７００ｈは、流入ガス温度Ｔの代わりに、回路温度センサ３６０の測定結果に応じて、水素ガス供給に用いる水素タンクを切り替える。燃料電池システム９００ｈの他の構成は、図１２に示す燃料電池システム９００ｆと同じである。
【０１１３】
制御部７００ｈは、図１２の制御部７００ｆと同じ構成を有しており、燃料ガス供給システム８００ｈの全体の運転状態を制御する。なお、制御部７００ｈの機能の一部、または、全部をハードウェアによって実現してもよい。
【０１１４】
制御部７００ｈが実行する制御処理としては、図１３に示した処理と同じ処理を採用可能である。ここで、制御部７００ｈは、流入ガス温度Ｔの代わりに回路温度ＴＣを用いることとすればよい。こうすれば、逆転温度よりも温度の低い水素ガスが調圧弁２１０に流入することを抑制できる。
【０１１５】
また、制御部７００ｈが実行する制御処理としては、図１３に示した処理に限らず、回路温度ＴＣが所定のしきい値未満である場合に水素タンクを切り替える種々の処理を採用可能である。例えば、図１４に示した処理と同じ処理を採用可能である。ここで、制御部７００ｈは、流入ガス温度Ｔの代わりに回路温度ＴＣを用いることとすればよい。こうすれば、逆転温度よりも温度の低い水素ガスが調圧弁２１０に流入することを抑制できる。
【０１１６】
Ｋ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１７】
変形例１：
上記各実施例において、電子回路３０２の配置としては、上記各実施例における配置に限らず、調圧弁２１０によって水素ガスの圧力が減圧されたときのジュールトムソン効果によって生じる熱を受けて暖められるような種々の配置を採用可能である。例えば、調圧弁２１０が、筐体を有する場合がある。このような筐体としては、例えば、弁箱２０４を収容する筐体や、弁機構２０２を駆動するソレノイドを収容する筐体等がある。このような場合には、電子回路３０２を、この筐体に固定してもよい。いずれの場合も、電子回路３０２を、熱の発生源である調圧弁２１０近くに配置することが好ましい。
【０１１８】
変形例２：
図８や図９に示す実施例では、水素供給量を制限する処理に用いる温度として、流入ガス温度Ｔを用いている。また、図１１に示す実施例では、水素タンクを切り替えるか否かの判断に用いる温度として、水素タンクの内部温度を用いている。これらの例からも理解できるように、水素供給量を制限する処理に用いる温度や水素タンクを切り替えるか否かの判断に用いる温度としては、流入ガス温度Ｔや水素タンクの内部温度に限らず、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度を反映した種々の温度（「流入温度」に相当する）を採用可能である。例えば、水素タンク１００と調圧弁２１０との間の水素供給路４００を構成する管の温度を採用してもよい。
【０１１９】
変形例３：
図１５に示す実施例では、水素供給量を制限する処理に用いる温度として、電子回路３０２の温度（回路温度ＴＣ）を用いている。また、図１６に示す実施例では、水素タンクを切り替えるか否かの判断に用いる温度として、回路温度ＴＣを用いている。なお、水素供給量を制限する処理に用いる温度や水素タンクを切り替えるか否かの判断に用いる温度としては、回路温度ＴＣに限らず、電子回路３０２の温度を反映した種々の温度（「回路反映温度」に相当する）を採用可能である。例えば、電子回路３０２を収容する回路筐体３０４（図２）の温度を採用してもよい。
【０１２０】
変形例４：
上記各実施例において、水素タンクを切り替えるか否かの判断（図１１−Ｓ２１０、図１３−Ｓ３１０、図１４−Ｓ３１０）に用いる温度しきい値としては、逆転温度に限らず、種々の温度を採用可能である。ここで、温度しきい値を、逆転温度以上の水素ガスが調圧弁２１０に流入するように、予め、実験的に設定しておくことが好ましい。また、温度しきい値としては、逆転温度以上の温度を採用することが好ましい。こうすれば、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなる前に、水素タンクが切り替えられる。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなることを抑制することができる。
【０１２１】
また、温度として回路反映温度（例えば、回路温度ＴＣ）を用いる場合には（例えば、図１６の第１０実施例）、この温度しきい値としては、電子回路３０２の動作温度範囲の下限値以上の温度（例えば、摂氏-40度）を採用することが好ましい。こうすれば、回路反映温度が動作温度範囲の下限値よりも低くなる前に、水素タンクが切り替えられる。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が過剰に低くなって、電子回路３０２の温度が、動作温度範囲の下限値よりも低くなることを抑制することができる。
【０１２２】
変形例５：
上記各実施例において、水素供給量制限処理を実行するか否かの判断（図８−Ｓ１１０、図１４−Ｓ３３０）に用いる温度しきい値としては、逆転温度に限らず、種々の温度を採用可能である。ここで、温度しきい値を、逆転温度以上の水素ガスが調圧弁２１０に流入するように、予め、実験的に設定しておくことが好ましい。また、温度しきい値としては、逆転温度以上の温度を採用することが好ましい。こうすれば、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなる前に、水素供給量が制限される。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなることを抑制することができる。
【０１２３】
また、温度として回路反映温度（例えば、回路温度ＴＣ）を用いる場合には（例えば、図１５の第９実施例や図１６の第１０実施例）、この温度しきい値として、電子回路３０２の動作温度範囲の下限値以上の温度（例えば、摂氏-40度）を採用することが好ましい。こうすれば、回路反映温度が動作温度範囲の下限値よりも低くなる前に、水素供給量が制限される。その結果、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が過剰に低くなって、電子回路３０２の温度（回路温度ＴＣ）が、動作温度範囲の下限値よりも低くなることを抑制することができる。
【０１２４】
変形例６：
図１０、図１２、図１６に示す実施例では、水素タンクの総数が４つであるが、水素タンクの総数は、２つや３つであってもよく、また、５以上であってもよい。さらに、水素供給のために同時に使用される水素タンクの数としては、１つに限らず２以上であってもよい。いずれの場合も、制御部７００ｅ、７００ｆ、７００ｈは、複数の水素タンクの中の一部のタンクのみを、水素供給のために同時に使用することが好ましい。さらに、制御部７００ｅ、７００ｆ、７００ｈは、流入温度や回路反映温度が所定のしきい値未満である場合に、水素供給路４００に連通する水素タンク（すなわち、水素供給に使用される水素タンク）を、別の水素タンクに切り替えることが好ましい。こうすれば、調圧弁２１０に流入する水素ガスの温度が逆転温度よりも低くなることを抑制できる。
【０１２５】
なお、水素供給路４００に連通する水素タンクを別の水素タンクに切り替える処理としては、水素供給路４００に連通していた全ての水素タンクの連通を遮断して、別の予備タンクを水素供給路４００に連通させる処理に限らず、種々の処理を採用可能である。例えば、同時に複数の水素タンクを水素供給に用いる場合には、水素供給路４００に連通していた水素タンクの中の少なくとも一部の連通を遮断するとともに、少なくとも１つの予備タンクを水素供給路４００に連通させる処理を採用可能である。例えば、使用中の水素タンクの中の、内部温度が所定の温度しきい値よりも低い水素タンクのみの連通を遮断することとしてもよい。ただし、水素供給路４００に連通していた全ての水素タンクの連通を遮断して、別の予備タンクを水素供給路４００に連通させる処理を採用すれば、低温の水素タンクからの水素ガスが調圧弁２１０に供給され続けることを抑制できる。
【０１２６】
変形例７：
上記各実施例において、電子回路としては、熱線式流量センサの電子回路に限らず、水素供給路４００を流れる水素ガスに関するパラメータ値を測定するために電気信号処理を行う種々の電子回路を採用可能である。ここで、パラメータ値としては、流量に限らず、水素ガスに関する種々のパラメータ値を採用可能である。例えば、水素ガスの圧力であってもよく、水素ガスの温度であってもよい。また、電子回路としては、アンプを用いて電気抵抗を測定する回路に限らず、電気信号処理を行う種々の電子回路を採用可能である。例えば、アンプを用いて電圧を測定する電子回路を採用してもよい。また、Ａ−Ｄコンバータを用いてアナログ信号のデジタル化を行う電子回路や、Ｄ−Ａコンバータを用いてデジタル信号のアナログ化を行う電子回路を採用してもよい。
【０１２７】
変形例８：
上記各実施例において、電子回路を収容する筐体（例えば、図２、図４の回路筐体３０４）や弁箱（例えば、図２、図４の弁箱２０４や、図５の弁箱２０４ｂ）の形成に用いる材料としては、種々の材料を採用可能である。ただし、ジュールトムソン効果で生じた熱を電子回路３０２に伝えやすくするためには、熱を伝えやすい材料（例えば、銅やアルミニウム、ステンレス等の金属）を採用することが好ましい。
【０１２８】
変形例９：
上記各実施例では、反応ガスとして水素ガスを用いることとしているが、反応ガスとしては、水素ガスに限らず、種々のガスを採用可能である。一般には、ジュールトムソン効果の逆転温度よりも高い温度で調圧弁に供給され得る種々の反応ガスを採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す説明図。
【図２】流量センサ３１０と調圧弁２１０との構成を示す説明図。
【図３】調圧弁２１０の１次側ガス温度と２次側ガス温度とを示すグラフ。
【図４】第２実施例における流量センサ３１０ａと調圧弁２１０との構成を示す説明図。
【図５】第３実施例における流量センサ３１０ｂと調圧弁２１０ｂとの構成を示す説明図。
【図６】第４実施例における燃料電池システム９００ｃの構成を示す説明図。
【図７】第５実施例における燃料電池システム９００ｄの構成を示す説明図。
【図８】制御部７００ｄが実行する制御処理の手順を示すフローチャート。
【図９】制限率と流入ガス温度Ｔとの関係を示すグラフの一例。
【図１０】第６実施例における燃料電池システム９００ｅの構成を示す説明図。
【図１１】制御部７００ｅが実行する制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】第７実施例における燃料電池システム９００ｆの構成を示す説明図。
【図１３】制御部７００ｆが実行する制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１４】制御部７００ｆが実行する制御処理の別の例の手順を示すフローチャート。
【図１５】第９実施例における燃料電池システム９００ｇの構成を示す説明図。
【図１６】第１０実施例における燃料電池システム９００ｈの構成を示す説明図。
【符号の説明】
【０１３０】
１００、１１１、１１２、１１３、１１４...水素タンク
１２１、１２２、１２３、１２４...内部温度センサ
１３１、１３２、１３３、１３４...遮断弁
２０２...弁機構
２０４...弁箱
２０４ｂ...筐体（弁箱）
２１０...調圧弁（第１調圧弁）
２１０ｂ、２２０、２３０...調圧弁
３０２...電子回路
３０４...回路筐体
３０６...センサ流路
３１０、３１０ａ、３１０ｂ...流量センサ
３６０...回路温度センサ
４００...水素供給路
４１０、４２０、４３０、４４０...支流
５００...断熱容器、５０２...外壁、５０４...空気層、５０６...内壁
６００...温度センサ
７００ｄ、７００ｅ、７００ｆ、７００ｇ、７００ｈ...制御部
８００、８００ｃ、８００ｄ、８００ｅ、８００ｆ、８００ｇ、８００ｈ...燃料ガス供給システム
８５０...燃料電池
９００、９００ｃ、９００ｄ、９００ｅ、９００ｆ、９００ｇ、９００ｈ...燃料電池システム
【図１】
2007053040.tif 000003
【図２】
2007053040.tif 000004
【図３】
2007053040.tif 000005
【図４】
2007053040.tif 000006
【図５】
2007053040.tif 000007
【図６】
2007053040.tif 000008
【図７】
2007053040.tif 000009
【図８】
2007053040.tif 000010
【図９】
2007053040.tif 000011
【図１０】
2007053040.tif 000012
【図１１】
2007053040.tif 000013
【図１２】
2007053040.tif 000014
【図１３】
2007053040.tif 000015
【図１４】
2007053040.tif 000016
【図１５】
2007053040.tif 000017
【図１６】
2007053040.tif 000018