(57)【要約】【課題】  高圧縮ガスを減圧して供給する際に、急激な圧力変動を抑制して安定供給を図る。【解決手段】  タンク１４からの高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、タンク１４と減圧弁１７との間に設けられ、タンク１４から減圧弁１７への供給を制御する供給遮断弁１６、減圧弁１７で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの外部への供給を制御する供給遮断弁１８、減圧弁１７と供給遮断弁１８との間に設けられた流路より、減圧弁１７で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスを流入させるチャンバ２３又はバネ内蔵ダンパ２６への流入を制御する供給遮断弁２４、それぞれの開閉動作を制御することで実現する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧縮された高圧縮ガスが充填された高圧圧力容器と、
前記高圧圧力容器に充填された高圧縮ガスを所定の圧力に減圧する減圧弁と、
前記高圧圧力容器と前記減圧弁との間に設けられ、前記高圧圧力容器から前記減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁と、
前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの外部への供給を制御する第２の供給遮断弁と、
前記減圧弁と前記第２の供給遮断弁との間に設けられた流路より、前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスを流入させる高圧縮ガス流入手段と、
前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの前記高圧縮ガス流入手段への流入を制御する第３の供給遮断弁と、
前記高圧圧力容器からの前記高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、前記第１の供給遮断弁、前記第２の供給遮断弁、前記第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御する制御手段とを備えること
を特徴とするガス供給装置。
【請求項２】
前記制御手段は、当該ガス供給装置の起動時における前記高圧圧力容器からの高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、前記第１の供給遮断弁、前記第２の供給遮断弁、前記第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御すること
を特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項３】
当該ガス供給装置は、移動体に搭載され、前記高圧圧力容器に充填される高圧縮ガスが、前記移動体を動作させるために使用される燃料ガスであること
を特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記移動体のシステム起動時における前記高圧圧力容器からの高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、前記第２の供給遮断弁を閉じ、前記第３の供給遮断弁を開いた状態で、前記第１の供給遮断弁を開くこと
を特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記高圧縮ガス流入手段にかかる圧力が所定値以上となったことに応じて、前記第２の供給遮断弁を開くよう制御すること
を特徴とする請求項４記載のガス供給装置。
【請求項６】
前記移動体は、当該ガス供給装置から供給される前記高圧縮ガスにより発電する発電装置と、発電装置で発電される電力で駆動される駆動モータと、電力を蓄電する電力蓄電手段とを備え、
前記制御手段は、前記高圧圧力容器からの前記高圧縮ガスの供給流量変化に応じた、前記第１の供給遮断弁、前記第２の供給遮断弁、前記第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作の制御と連動して、前記電力蓄電手段から前記駆動モータへの電力供給を制御すること
を特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【請求項７】
前記駆動モータへの負荷要求並びに前記電力蓄電手段の蓄電残量に基づき、前記高圧圧力容器からの前記高圧縮ガスの流量変化を求め、流量変化に伴う圧力変動量を推定する圧力変動推定手段を備え、
前記制御手段は、前記圧力変動推定手段によって推定される高圧縮ガスの圧力変動量に応じて、前記第１の供給遮断弁、前記第２の供給遮断弁、前記第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御すること
を特徴とする請求項６記載のガス供給装置。
【請求項８】
前記移動体は、当該移動体が備える燃料電池で発電する電力で動作し、
前記高圧圧力容器に充填される高圧縮ガスは、前記燃料電池での発電に用いられる水素ガスであること
を特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【請求項９】
前記高圧縮ガス流入手段は、前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスを流入する所定の容積を有するチャンバであること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１０】
前記高圧縮ガス流入手段は、前記高圧縮ガスをシールするダイアフラムと、高圧縮ガスの圧力により付勢されるバネとを有するバネ内蔵ダンパであること
を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス供給装置。
【請求項１１】
高圧縮された高圧縮ガスが充填された高圧圧力容器から、減圧弁を介して前記高圧縮ガスを所定の圧力に減圧して外部へ供給する際に、
前記高圧圧力容器からの前記高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、
前記高圧圧力容器と前記減圧弁との間に設けられ、前記高圧圧力容器から前記減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁、前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの外部への供給を制御する第２の供給遮断弁、前記減圧弁と前記第２の供給遮断弁との間に設けられた流路より、前記減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスを流入させる高圧縮ガス流入手段への流入を制御する第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御すること
を特徴とするガス供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧縮されて貯蔵された高圧圧力容器内のガスを外部へと供給するガス供給装置及びガス供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の枯渇危機、並びに化石燃料の燃焼による大気汚染、地球温暖化の問題に対応すべく、圧縮された燃料ガスを消費することで走行する車両が考案されている。このように燃料ガスを消費することで走行する車両としては、例えば、燃料ガスとして天然ガスを用い、エンジンなどの内燃機関に供給することで走行する車両などがある（例えば、特許文献１参照。）。また、燃料ガスとして水素ガスを用い、燃料電池に供給された水素ガスと空気ガスとの化学反応により発生させた電気エネルギーで走行する燃料電池車なども考案されている。
【０００３】
このように燃料ガスを用いて走行する車両では、燃料ガスの性質や、車両内の限られたスペースに設置したタンク内にできるだけ多くの燃料ガスを充填する要請などから、燃料ガスを高圧縮させてタンク内に充填することになる。
【特許文献１】特開２００２−２５６９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したように高圧気体を燃料として駆動する車両では、高圧タンク内に貯蔵された燃料ガスを使用するにあたり、使用に適した所定の圧力に減圧するという工程が必要となる。このような減圧工程は、高圧タンクからエンジンや燃料電池へと延びた燃料供給ラインに設けられた減圧弁にてなされる。
【０００５】
この減圧弁は、当該減圧弁に流入する燃料ガスの流量に応じて圧力が変動する機構となっているため、流量の変化が大きいと圧力変動も大きくなってしまう。
【０００６】
例えば、車両においては、加速や減速をする際、つまりアクセル開度の変化に応じて燃料ガスの流量が変化する。特に燃料電池で駆動する車両においては、このような加速や減速、或いはシステムの起動時に流量が非常に激しく変化してしまう。また、燃料供給ラインに設けられた遮断弁の開閉動作によっても流量が大きく変化してしまう。
【０００７】
圧力変動が大きくなるということは、燃料供給ラインを介して燃料ガスが供給される先の発電装置である燃料電池内の圧力が安定しないことになる。燃料電池は、供給される燃料ガスの圧力が、当該燃料電池を運転できる範囲として定められた所定の圧力範囲にならないと発電することができない。したがって、流量の変化によって圧力が大きく変動してしまうと安定した発電をすることができないといった問題が発生してしまう。
【０００８】
具体的には、燃料電池の発電の不安定性が、起動時、加速時、減速時における車両の応答遅れとなって現れてしまい運転者に多大な不快感を与えてしまうことになる。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、流量変動が大きくなる場合であっても、高圧圧力容器内に充填された高圧縮ガスの圧力変動を抑制し、安定したガス供給をすることができるガス供給装置及びガス供給方法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】
【００１０】
本発明は、上述の課題を解決するために、高圧圧力容器からの高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、高圧圧力容器から減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁、減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの外部への供給を制御する第２の供給遮断弁、減圧弁と第２の供給遮断弁との間に設けられた流路より、減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスを流入させる高圧縮ガス流入手段への流入を制御する第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、高圧圧力容器からの高圧縮ガスの供給流量変化に応じて、高圧圧力容器と減圧弁との間に設けられた第１の供給遮断弁、減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの外部への供給を制御する第２の供給遮断弁、減圧弁で所定の圧力に減圧された高圧縮ガスの高圧縮ガス流入手段への流入を制御する第３の供給遮断弁、それぞれの開閉動作を制御することにより、高圧縮ガスの供給流量変化に伴った圧力変動を抑制することができるため、外部に高圧縮ガスを安定供給することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
まず、図１、図２を用いて、本発明の第１の実施の形態として示す燃料電池システム１について説明をする。図１は、車両に搭載された燃料電池システム１の構成を示した図であり、図２は、燃料電池システム１が備える燃料貯蔵供給ユニット１０Ａの構成を示した図である。
【００１４】
図１に示すように燃料電池システム１は、燃料ガスを供給するガス供給装置である燃料貯蔵供給ユニット１０Ａと、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａからの燃料ガス供給先である発電装置３０と、バッテリ３１と、駆動モータ３２と、アクセルペダル３３と、コントローラ４０とを備えている。
【００１５】
燃料貯蔵供給ユニット１０Ａは、発電装置３０の発電に使用する燃料ガスを高圧縮して貯蔵し、必要に応じて高圧縮した燃料ガスを減圧して発電装置３０に供給する。燃料貯蔵供給ユニット１０Ａが貯蔵する燃料ガスは、例えば、高圧縮された水素ガスである。
【００１６】
発電装置３０は、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａから供給される燃料ガスを用いて発電をする、例えば燃料電池である。
【００１７】
この燃料電池は、発電単位である単セルを複数積層することで構成され、アノードに燃料ガスとして、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａから供給される水素ガスと、カソードに図示しない空気ガス供給系によって供給される空気ガス中の酸素との化学反応により発電する。例えば、燃料電池は、電解質として高分子電解質膜を用いた高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）などであり、単セルの構造が、高分子電解質膜の両側に触媒層をそれぞれ設け、燃料極、酸化剤極が形成されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）として一体化されている。
【００１８】
発電装置３０で発電された電力は、車両を駆動する駆動モータ３２に供給される。また、発電装置３０で発電された電力は、車両の起動時などに発電装置３０で発電された電力の不足分を補うバッテリ３１にも供給されバッテリ３１を充電する。
【００１９】
コントローラ４０は、燃料電池システム１を統括的に制御する制御部である。コントローラ４０は、例えば、アクセルペダル３３のアクセル開度状態に基づき図示しないアクセル開度センサから送信されるアクセル開度信号に応じて、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａから所望の流量で燃料ガスを発電装置３０に供給するよう制御する。
【００２０】
続いて、図２を用いて、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａの詳細な構成について説明をする。図２に示すように、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａは、高圧縮された燃料ガスを貯蔵する高圧圧力容器であるタンク１４と、タンク１４に高圧縮された燃料ガスを充填する充填供給系１０ａと、タンク１４から高圧縮された燃料ガスを発電装置３０へと供給する燃料ガス供給系１０ｂと、燃料電池システム１の起動時又は停止時、車両の加速時又は減速時といった燃料ガスの流量変動が極めて大きくなる場合での圧力変動を抑制する圧力変動抑制系１０ｃとを備える。
【００２１】
充填供給系１０ａは、外部の燃料ガスディスペンサーのホース部分と接続される充填カプラ１１と、タンク１４からの逆流を防止する逆止弁１２とが設けられた充填供給配管１３からなる。燃料ガスディスペンサーから供給される燃料ガスは、例えば、３５ＭＰａ〜７０ＭＰａ程度の高圧に圧縮されており、充填カプラ１１、逆止弁１２、タンク１４、インタンクバルブ１５もこの３５ＭＰａ〜７０ＭＰａもの高圧に対応するようになされている。
【００２２】
燃料ガス供給系１０ｂは、電磁力により開閉する供給遮断弁１６と、流入した高圧縮された燃料ガスを１Ｍｐａ程度まで減圧する機械式の減圧弁１７と、電磁力により開閉する供給遮断弁１８と、電気式の圧力調整弁１９とが設けられた燃料ガス供給配管２０からなる。供給遮断弁１６、供給遮断弁１８の開閉動作、圧力調整弁１９の圧力調整制御動作は、コントローラ４０によって制御される。
【００２３】
この燃料ガス供給配管２０には、タンク１４側を上流側とした際に、減圧弁１７の上流側である供給遮断弁１６と減圧弁１７との間に圧力センサ２１が設けられ、減圧弁１７の下流側である減圧弁１７と供給遮断弁１８との間に圧力センサ２２が設けられている。
【００２４】
この圧力センサ２１、２２は、タンク１４側を上流とした際の減圧弁１７の上流側と下流側の圧力をそれぞれ測定する。圧力センサ２１、２２で測定された圧力値は、コントローラ４０に出力される。
【００２５】
圧力変動抑制系１０ｃは、減圧弁１７で減圧された燃料ガスを流入させるチャンバ２３と、チャンバ２３への流入を制御する供給遮断弁２４とが設けられた流入用配管２５からなる。この圧力変動抑制系１０ｃは、燃料ガス供給系１０ｂを介してタンク１４から発電装置３０へと供給される燃料ガスの急激な流量変動に伴い、発電装置３０での発電に要求される燃料ガスの運転圧力範囲を超えた圧力変動を抑制するために設けられている。
【００２６】
図３は、燃料ガスの流量変化量を変化時間で割った燃料電池システム１の起動時、急加速時、定常運転時、急減速時、停止時の燃料ガス流量変動率と、発電装置３０へ供給される燃料ガスの供給圧力との関係を示した図である。
【００２７】
図３に示すように、燃料電池システム１の起動時、急加速時において、発電装置３０への燃料ガスの供給圧力は、正常運転圧力範囲の下限である発電可能限界圧Ｐ１まで到達していない可能性が高い。また、燃料電池システム１の急減速時、停止時において、発電装置３０への燃料ガスの供給圧力は、正常運転圧力範囲の上限である発電装置耐圧Ｐ２を超えてしまう可能性が高い。
【００２８】
このように、燃料電池システム１では、起動時、急加速時、急減速時、停止時、特に、起動時と停止時には、発電装置３０への燃料ガスの供給圧力が正常運転圧力範囲内となる可能性が非常に低くなっている。
【００２９】
図４は、燃料電池システム１の起動時、急加速時、定常運転時、急減速時、停止時の燃料ガス流量変動率と、燃料ガスの供給圧力が正常運転圧力範囲へと復帰するまでに要する時間との関係を示した図である。図４に示すように、燃料電池システム１の起動時、停止時に正常運転圧力範囲に復帰するまでに要する時間が多くなることが分かる。
【００３０】
このように、燃料電池システム１の起動時、急加速時、急減速時、停止時では、燃料ガス供給系１０ｂから発電装置３０に供給される燃料ガスの流量変動率が高いため、供給圧力も、発電装置３０での発電に必要となる正常運転圧力範囲外となってしまう。したがって、正常な運転圧力範囲へと復帰するまでの待ち時間分がタイムロスとなり燃料電池システム１への運転要求に対する応答遅れとなってしまう。
【００３１】
例えば、燃料電池システムの燃料貯蔵供給ユニットとして、図５に示すような圧力変動抑制系１０ｃが設けられていない従来の燃料貯蔵供給ユニット１０Ｚを使用した場合に、図６（ａ）、（ｂ）に示すようなタイミングで供給遮断弁１６、供給遮断弁１８を開いて燃料電池システムを起動させると、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｚの減圧弁１７の下流側の圧力値は、図６（ｃ）に示すように変動することになる。
【００３２】
図６（ｃ）に示すように、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｚの減圧弁１７の下流側の圧力値は、供給遮断弁１６が開かれて、供給遮断弁１８が開かれるまでの間に、発電装置３０の正常運転圧力範囲内とするべく燃料ガスの流量を急激に変動させるため、正常運転圧力範囲を超えてオーバーシュートしてしまう。したがって、減圧弁１７の下流側の圧力が、正常運転圧力範囲となるまで、供給遮断弁１８を開いて発電装置３０への燃料ガスの供給を開始することができないため、オーバーシュートをしている時間だけ起動開始タイミングが遅れてしまいタイムロスが発生することになる。
【００３３】
また、供給遮断弁１８を開き、発電装置３０へ燃料ガスを供給して発電装置３０を運転させる直後には、今度は、急激に圧力が開放されることで正常運転圧力範囲を下回る供給圧力の燃料ガスが発電装置３０に供給されるため、発電装置３０から電力を取り出すことができる実質的な運転開始タイミングが遅れてしまいタイムロスが発生することになる。
【００３４】
図６（ｃ）に示すように、燃料電池システム１を一旦停止して、再起動させた場合も全く同様にしてタイムロスが発生することになる。
【００３５】
図２に示す圧力変動抑制系１０ｃは、コントローラ４０による供給遮断弁２４の開閉制御により、チャンバ２３と減圧弁１７の下流側との流入用配管２５を介した連通を調整することで、発電装置３０の正常な運転圧力範囲を超えた圧力変動を吸収し、上述したようなタイムロスの発生を抑制することができる。
【００３６】
このような圧力変動を吸収するために、チャンバ２３の容積は、既知の事実として、気体の圧力と容積とが反比例の関係にあることを鑑みて、想定される最大の圧力変動分を抑制する圧力変動抑制分に対して逆比例する容積となっている。
【００３７】
続いて、図７に示すフローチャートを用いて、燃料電池システム１の起動時における燃料貯蔵供給ユニット１０Ａの処理動作について説明をする。なお、初期状態として、供給遮断弁１６、１８が閉じられており閉状態となっているものとする。
【００３８】
まず、ステップＳ１において、ユーザの起動指令に応じて、コントローラ４０は、燃料電池システム１を起動させる。
【００３９】
ステップＳ２において、コントローラ４０は、バッテリ３１の充電残量を読み込む。
【００４０】
ステップＳ３において、コントローラ４０は、要求されている駆動モータ３２の負荷を読み込む。
【００４１】
ステップＳ４において、コントローラ４０は、読み込んだバッテリ３１の充電残量、駆動モータ３２で要求されている要求負荷に基づき、発電装置３０に供給する燃料ガスの必要流量及び流量変化時間を求め、燃料ガスの流量変動率を算出する。
【００４２】
ステップＳ５において、コントローラ４０は、算出した燃料ガスの流量変動率から圧力変動を推定し、推定した圧力変動が、発電装置３０の正常運転圧力範囲内にあるかどうかを判定する。コントローラ４０は、推定した圧力変動が正常運転圧力範囲内である場合には、ステップＳ６へと進め、正常運転圧力範囲内にない場合には、ステップＳ７へと進める。
【００４３】
ステップＳ６において、コントローラ４０は、推定した圧力変動が正常運転圧力範囲内である場合には、供給遮断弁２４を閉じチャンバ２３と燃料ガス供給系１０ｂとの連通を遮断する。なお、あらかじめ供給遮断弁２４が閉じられている場合には、この処理はスキップされる。
【００４４】
ステップＳ７において、コントローラ４０は、推定した圧力変動が正常運転圧力範囲内でない場合には、供給遮断弁２４を開きチャンバ２３と燃料ガス供給系１０ｂとを連通させる。これにより、減圧弁１７の下流側と、チャンバ２３とは流入用配管２５を介して通じることになる。なお、あらかじめ供給遮断弁２４が開かれている場合には、この処理はスキップされる。
【００４５】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、供給遮断弁１６、１８、２４のコントローラ４０による制御処理動作タイミングを示したタイミングチャートであり、図８（ｄ）は、圧力センサ２２によって検出される減圧弁１７の下流側の圧力値を示したタイミングチャートであり、図８（ｅ）は、チャンバ２３内の圧力を示したタイミングチャートである。なお、図８（ｄ）に示した破線は、供給遮断弁２４の開閉動作制御を行わなかった場合の圧力値を示している。
【００４６】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、供給遮断弁１６、１８が開状態とされる前に、まず、供給遮断弁２４が開状態とされる。
【００４７】
ステップＳ８において、コントローラ４０は、まず供給遮断弁１６を開き、タンク１４内の燃料ガスを減圧弁１７へと導く。
【００４８】
燃料電池システム１の起動時において、減圧弁１７の下流側の圧力は、チャンバ２３内の圧力と共に大気圧まで低下している。ステップＳ７において、コントローラ４０により供給遮断弁２４が開状態となっているため、供給遮断弁１６を開いたことにより、減圧弁１７を通過した燃料ガスは、流入用配管２５を介してチャンバ２３へと供給されることになる。
【００４９】
これにより、減圧弁１７の下流側へと導かれる燃料ガスの圧力は、チャンバ２３が設けられていない場合に較べて図８（ｄ）に示す実線のように緩やかに上昇するため、急激な流量変動に伴う圧力変動により図８（ｄ）に示す破線のようにオーバーシュートすることがない。
【００５０】
したがって、コントローラ４０は、オーバーシュートした燃料ガスの圧力が、正常運転圧力範囲へと回復するまでの時間であるタイムロス分を待機することなく、チャンバ２３内の圧力値が、減圧弁１７に設定された正常運転圧力範囲内の下流圧力値となったことに応じて、図８（ｂ）に示すように供給遮断弁１８を開き、発電装置３０への燃料ガスの供給を開始する。これにより、発電装置３０には、チャンバ２３からも燃料ガスが供給されるため、供給遮断弁１８を開いたことによる減圧弁１７の下流側での急激な圧力低下を防止することができ、図８（ｄ）の破線に示すようなアンダーシュートを防止することができる。よって、タイムロスがなくなるため、発電装置３０の応答遅れを改善することができる。
【００５１】
ステップＳ９において、コントローラ４０は、圧力センサ２２で検出される圧力値を参照しながら、発電装置３０の正常運転圧力範囲を保つように、圧力調整弁１９を制御して燃料ガスの流量を調整する。
【００５２】
さらに、コントローラ４０は、燃料ガスの発電装置３０への供給流量変動が安定してきたことに応じて、供給遮断弁２４を閉じ、チャンバ２３と減圧弁１７の下流側との連通を閉鎖する。これにより、発電装置３０の運転中における、オーバーシュートやアンダーシュートが生じない程度の微少な圧力変動に対して速い追従性を確保することができるため、タンク１４から発電装置３０へ燃料ガスを安定供給することができる。
【００５３】
ステップＳ１０において、コントローラ４０は、ユーザからの停止指令があったかどうかを判断し、停止指令があった場合にはステップＳ１１へと進み、停止指令がなかった場合にはステップＳ４へと戻る。
【００５４】
ステップＳ１１において、コントローラ４０は、燃料電池システム１を停止させるよう停止処理を実行する。
【００５５】
発電装置３０をしばらく運転させてから、ステップＳ１１の停止処理後に、燃料電池システム１を再起動する場合には、図８（ａ）、（ｃ）に示すように供給遮断弁１６、２４を同時に開く。
【００５６】
なお、燃料電池システム１を再起動ではなく、発電装置３０の運転停止後、しばらく経過してから起動させる場合でも供給遮断弁１６、供給遮断弁２４を同時に開くようにしてもよいが、制御レスポンスの遅れなどにより、供給遮断弁１６を開くタイミングが、供給遮断弁２４を開くタイミングより一瞬速くなってしまった場合に生ずるオーバーシュート現象を確実に回避するため、上述したステップＳ７のように供給遮断弁２４を先に開くようにしている。
【００５７】
このように、推定される圧力変動に応じて、コントローラ４０による供給遮断弁１６、１８、２４の開閉動作を制御して、チャンバ２３と減圧弁１７の下流側とを連通させることで、燃料電池システム１の起動時における燃料ガスの急激な流量変動が抑制され、これに伴う圧力変動を抑制することができる。したがって、発電装置３０へ燃料ガスを安定供給することができる。
【００５８】
また、図７、図８に示したように、燃料電池システム１の起動時ばかりではなく、例えば、加速時、減速時、停止時、車両の登坂時といった燃料ガスの急激な流量変動を伴う運転状態においても適用することができる。コントローラ４０は、例えば、アクセル開度センサで検出されるアクセル開度信号などから流量変動を推定し、推定される流量変動に基づき圧力変動を求め、急激な圧力変動をチャンバ２３で吸収するように供給遮断弁１６、供給遮断弁１８、供給遮断弁２４の開閉動作を制御する。
【００５９】
このとき、各供給遮断弁の開閉動作に連動して発電装置３０へ供給する燃料ガス量が変化するので、燃料ガスの過不足分による発電電力の変化を補うために、電力が蓄電されているバッテリ３１から駆動モータ３２へ電力を供給するようにする。
【００６０】
［第２の実施の形態］
続いて、図９、図１０を用いて、本発明の第２の実施の形態として示す燃料電池システム２について説明をする。図９は、車両に搭載された燃料電池システム２の構成を示した図であり、図１０は、燃料電池システム２が備える燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂの構成を示した図である。
【００６１】
図９に示すように燃料電池システム２は、第１の実施の形態として示す燃料電池システム１の燃料貯蔵供給ユニット１０Ａを、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂに代えただけである。また、図１０に示すように燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂは、図２で説明した燃料貯蔵供給ユニット１０Ａの圧力変動抑制系１０ｃのチャンバ２３に代えて、バネ内蔵ダンパ２６を設けた構成となっている。したがって、燃料電池システム２において、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂのバネ内蔵ダンパ２６以外の各機能部は、上述した第１の実施の形態として示す燃料電池システム１の各機能部と同一であるため、重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６２】
バネ内蔵ダンパ２６は、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａのチャンバ２３と同等の効果を得るために設けられており、具体的には、供給遮断弁２４が開かれた際に流入用配管２５を介して流入する燃料ガスの圧力を、燃料ガスの侵入をシールしながら変位するダイアフラム２６ａを介してバネ２６ｂの弾性力で受ける構造となっている。
【００６３】
バネ内蔵ダンパ２６は、燃料ガスの圧力が上昇する場合には、バネ２６ｂの弾性力により急激な圧力上昇を軽減し、燃料ガスの圧力が降下する場合には、バネ２６ｂの弾性力により急激な圧力降下を軽減することができる。
【００６４】
燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂの供給遮断弁１６、供給遮断弁１８、供給遮断弁２４は、燃料電池システム２の起動時、停止時、急加速時、急減速時といった燃料ガスの急激な流量変動が生ずる場合に、コントローラ４０により、上述した燃料貯蔵供給ユニット１０Ａと全く同様に制御される。これにより、バネ内蔵ダンパ２６と減圧弁１７の下流側との流入用配管２５を介した連通を調整し、発電装置３０の正常な運転圧力範囲を超えた圧力変動を吸収することで、急激な流量変動に伴う圧力変動により、発電装置３０の運転が停止してしまうタイムロスの発生を抑制することができ、燃料電池システム２の応答遅れを改善することができる。
【００６５】
このように、第１の実施の形態として示す燃料電池システム１の燃料貯蔵供給ユニット１０Ａ、第２の実施の形態として示す燃料電池システム２の燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂは、発電装置３０へ供給する燃料ガスの急激な流量変動に伴う圧力変動を、チャンバ２３、バネ内蔵ダンパ２６で良好に吸収して、発電装置３０へ燃料ガスを安定供給できるため、発電装置３０の正常運転圧力範囲外となるアンダーシュート現象、オーバーシュート現象を回避することができる。
【００６６】
したがって、各燃料電池システムの応答遅れを改善することができるため、このような燃料貯蔵供給ユニット１０Ａ、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂを使用すると非常に応答性に優れた発電システムを構築することができる。
【００６７】
第１の実施の形態として示した燃料電池システム１で用いた燃料貯蔵供給ユニット１０Ａは、チャンバ２３の容積を変えることで圧力変動抑制量を調節することができるため、設置スペースに比較的余裕のあるシステムに設置した場合により有用となる。
【００６８】
また、第２の実施の形態として示した燃料電池システム２で用いた燃料貯蔵供給ユニットは、バネ内蔵ダンパ２６がチャンバ２３に較べて小型であるため、設置スペースに制限のあるシステムに設置した場合により有用となる。
【００６９】
本発明の第１の実施の形態して示した燃料電池システム１、第２の実施の形態として示した燃料電池システム２では、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａ、燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂを車両などの移動体に搭載するようにしているが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａ又は燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂを、供給される燃料ガスにより発電する定置用の発電システムに燃料ガス供給装置として搭載するようにしてもよい。
【００７０】
また、燃料貯蔵供給ユニット１０Ａ又は燃料貯蔵供給ユニット１０Ｂを、発電システムばかりではなく、なんらかのガスを急激な圧力変動を起こさず供給することが要求されるシステムにおけるガス供給装置として搭載するようにしてもよい。
【００７１】
また、燃料電池システム１、燃料電池システム２は、発電装置３０で発電した電力を直接、駆動モータ３２へ供給するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電装置３０で発電された電力を一旦、バッテリに蓄電し蓄電した電力で駆動モータ３２を駆動するような構成とすることもできる。
【００７２】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態として示す燃料電池システムの概略構成を示した図である。
【図２】第１の実施の形態として示す燃料電池システムが備える燃料貯蔵供給ユニットについて説明するための図である。
【図３】燃料ガス流量変動率と減圧弁下流圧力との関係について示した図である。
【図４】燃料ガス流量変動率と正常運転圧力への復帰時間との関係について示した図である。
【図５】圧力変動抑制系を備えていない燃料貯蔵供給ユニットを示した図である。
【図６】圧力変動抑制系を備えていない燃料貯蔵供給ユニットの制御処理動作並びに制御処理結果を示したタイミングチャートである。
【図７】前記燃料電池システムが備える燃料貯蔵供給ユニットの起動時における制御処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図８】前記燃料電池システムが備える燃料貯蔵供給ユニットの起動時における制御処理動作並びに制御処理結果を示したタイミングチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態として示す燃料電池システムの概略構成を示した図である。
【図１０】第２の実施の形態として示す燃料電池システムが備える燃料貯蔵供給ユニットについて説明するための図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  燃料電池システム
２  燃料電池システム
１０Ａ  燃料貯蔵供給ユニット
１０Ｂ  燃料貯蔵供給ユニット
１０ａ  充填供給系
１０ｂ  燃料ガス供給系
１０ｃ  圧力変動抑制系
１３  充填供給配管
１４  タンク
１６  供給遮断弁
１７  減圧弁
１８  供給遮断弁
２０  燃料ガス供給配管
２３  チャンバ
２４  供給遮断弁
２５  流入用配管
２６  バネ内蔵ダンパ
２６ａ  ダイアフラム
２６ｂ  バネ
３０  発電装置
３１  バッテリ
４０  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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