(57)【要約】【課題】  高圧縮ガスを減圧して供給する際に、圧力変動を抑制して安定供給を図る。【解決手段】  タンク１４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１７と、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と、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と、タンク１４への高圧縮ガスの充填供給流路である充填供給配管１３から分岐され、減圧弁１７と供給遮断弁１６との間に高圧縮ガスを供給する第１分岐配管と、第１分岐配管に設けられ、充填供給配管１３から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制するオリフィス２５と備えることで実現する。【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、
前記高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、前記減圧弁と前記第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する第１の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に設けられ、前記充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第１の流量抑制手段とを備えること
を特徴とガス供給装置。
【請求項２】
前記第１の分岐流路から分岐され、前記減圧弁と前記第２の供給遮断弁との間に前記高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐された高圧縮ガスを供給する第２の分岐流路と
前記第２の分岐流路に設けられ、前記充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第２の流量抑制手段と
前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路との分岐点に設けられ、前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路とを切り換える流路切換弁とを備えること
を特徴とする請求項１記載のガス供給装置。
【請求項３】
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の供給遮断弁の開閉動作、前記第２の供給遮断弁の開閉動作並びに前記流路切換弁の流路切換動作を制御する制御手段を備えること
を特徴とする請求項２記載のガス供給装置。
【請求項４】
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５】
前記制御手段は、前記高圧圧力容器への外部からの高圧縮ガスの充填供給処理に応じて、前記流路切換弁を前記第１の分岐流路へと切り換えること
を特徴とする請求項３記載のガス供給装置。
【請求項６】
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、前記流路切換弁を前記第１の分岐流路へと一旦切り換えてから、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７】
前記制御手段は、前記第２の供給遮断弁を閉じた後の、前記減圧弁によって減圧された前記高圧縮ガスの圧力に応じて、前記第２の供給遮断弁を開き、前記流路切換弁を前記第２の分岐流路側に切り換えるよう制御すること
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て、前記第２の供給遮断弁を閉じ、前記流路切換弁を前記第２の分岐流路へと切り換えた状態で、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９】
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、それぞれの開閉動作並びに前記流路切換弁の流路切換動作と連動して、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４記載のガス供給装置。
【請求項１０】
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、それぞれの開閉動作並びに前記流路切換弁の流路切換動作を制御すること
を特徴とする請求項９記載のガス供給装置。
【請求項１１】
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４記載のガス供給装置。
【請求項１２】
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の供給遮断弁の開閉動作、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の供給遮断弁の開閉動作、並びに前記高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、流量を抑制しながら前記減圧弁と前記第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する分岐流路の供給動作を制御すること
を特徴とするガス供給方法。
【請求項１３】
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、
前記高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、前記減圧弁と前記第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する第１の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に設けられ、前記充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第１の流量抑制手段と、
前記第１の分岐流路から分岐され、前記減圧弁と前記第２の供給遮断弁との間に前記高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐された高圧縮ガスを供給する第２の分岐流路と、
前記第２の分岐流路に設けられ、前記充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第２の流量抑制手段と、
前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路との分岐点に設けられ、前記第１の分岐流路と前記第２の分岐流路とを切り換える流路切換弁と、
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の供給遮断弁の開閉動作、前記第２の供給遮断弁の開閉動作並びに前記流路切換弁の流路切換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。
【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、上述した課題を解決するために、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、高圧圧力容器と減圧弁との間に設けられ、高圧圧力容器から減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁と、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、高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、減圧弁と第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する第１の分岐流路と、第１の分岐流路に設けられ、充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第１の流量抑制手段とを備える。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するめに、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、高圧圧力容器と減圧弁との間に設けられ、高圧圧力容器から減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁の開閉動作、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の供給遮断弁の開閉動作、並びに高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、流量を抑制しながら減圧弁と第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する分岐流路の供給動作を制御するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、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第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する第１の分岐流路と、第１の分岐流路に設けられ、充填供給流路から分岐されて供給される高圧縮ガスの流量を抑制する第１の流量抑制手段と備えることで、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。
【００１３】
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、高圧圧力容器から減圧弁への供給を制御する第１の供給遮断弁の開閉動作、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の供給遮断弁の開閉動作、並びに高圧圧力容器への高圧縮ガスの充填供給流路から分岐され、流量を抑制しながら減圧弁と第１の供給遮断弁との間に高圧縮ガスを供給する分岐流路の供給動作を制御することで、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】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、図１、図２を用いて、本発明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１０の構成を示した図である。
【００１６】
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１０と、燃料貯蔵供給ユニット１０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。
【００１７】
燃料貯蔵供給ユニット１０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１０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。
【００１８】
発電装置３０は、燃料貯蔵供給ユニット１０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。
【００１９】
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１０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。
【００２０】
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。
【００２１】
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１０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。
【００２２】
続いて、図２を用いて、燃料貯蔵供給ユニット１０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１０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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
圧力変動抑制系１０ｃは、充填供給配管１３から分岐された主分岐配管２３と、主分岐配管２３からの流入を２方向の流路へと切り換える三方切換弁２４と、三方切換弁２４に接続されオリフィス２５を介して供給遮断弁１６と減圧弁１７との間の燃料ガス供給配管２０に接続される第１分岐配管２６と、同じく三方切換弁２４に接続されオリフィス２７を介して減圧弁１７と供給遮断弁１８との間の燃料ガス供給配管２０に接続される第２分岐配管２８とからなる。また、主分岐配管２３には、圧力センサ２９が設けられている。
【００２８】
なお、以下の説明において第１分岐配管２６を経由する流路をルートＡと呼び、第２分岐配管２８を経由する流路をルートＢと呼ぶ。
【００２９】
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正常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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
図２に示す圧力変動抑制系１０ｃは、コントローラ４０による三方切換弁２４の切換制御により、燃料ガスの充填直後に所定の充填圧力とされている充填供給配管１３と、第１分岐配管２６を介した減圧弁１７の上流側との連通、第２分岐配管２８を介した減圧弁１７の下流側との連通を切り換えることで、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。
【００４０】
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１０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。
【００４１】
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。
【００４２】
ステップＳ２において、コントローラ４０は、まず三方切換弁２４をルートＡへと切り換えて、主分岐配管２３にて分岐された充填カプラ１１と逆止弁１２との間の充填供給配管１３の圧力を、減圧弁１７の上流側へと導く。つまり、供給遮断弁１６を開く前段において減圧弁１７の下流側へと燃料ガスが導かれることになる。
【００４３】
これにより、供給遮断弁１６を開いた際の燃料ガスの急激な流量変動に伴う圧力変動を抑制することができる。このとき、ルートＡの第１分岐配管２６に設けられたオリフィス２５により減圧弁１７の上流へ供給される燃料ガスの流量は、急激に流入することがないため、圧力変動も急激な変動を示すことがない。したがって、減圧弁１７の下流側の圧力値が、減圧弁１７に設定されている所定の減圧値までオーバーシュートすることなく緩やかに上昇する。
【００４４】
このコントローラ４０によりルートＡへ切り換えることによる減圧弁１７への主分岐配管２３内の燃料ガスの供給は、このように燃料電池システム１の起動時ばかりではなく、主分岐配管２３内の圧力が変動するタンク１４への燃料ガスの充填時に毎回行うようにしてもよい。これにより、オーバーシュートが発生する原因を事前に防止することができる。
【００４５】
図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、供給遮断弁１６、供給遮断弁１８、三方切換弁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る。また、図８（ｄ）は、圧力センサ２１によって検出される減圧弁１７の上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、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（ｆ）は、圧力センサ２９によって検出される主分岐配管２３の圧力値を示したタイミングチャートである。
【００４６】
図８（ｃ）に示すように三方切換弁２４がルートＡへと切り換えられると、図８（ｄ）、（ｅ）に示す実線のように、減圧弁１７の上流側、下流側の圧力が徐々に上昇しているのが分かる。なお、図８（ｄ）、（ｅ）に示した破線は、三方切換弁２４による切り換え制御を行わなかった場合の圧力値を示している。
【００４７】
ステップＳ３において、コントローラ４０は、圧力センサ２１、圧力センサ２９で検出された圧力値が、減圧弁１７で減圧されることで得られる下流側の所定の圧力値以上かどうかを判定する。
【００４８】
コントローラ４０は、圧力センサ２１、２９で検出される圧力値が、所定の圧力値以上である場合にはステップＳ４へと進め第１起動処理を実行し、それ以外の場合にはステップＳ１０へと進め第２起動処理を実行する。
【００４９】
ステップＳ４において、コントローラ４０は、第１起動処理となったこと応じて、図８（ｃ）に示すように三方切換弁２４を閉じる。
【００５０】
ステップＳ５において、コントローラ４０は、図８（ａ）に示すように供給遮断弁１６を開く。上述したステップＳ２にて、三方切換弁２４がルートＡ側へ切り換えられたことで、図８（ｅ）の実線で示すように、供給遮断弁１６が開かれる前段に減圧弁１７の下流側には燃料ガスが供給されている。したがって、供給遮断弁１６を開いたことによる燃料ガスの急激な流量変動に伴う、オーバーシュートを引き起こすような圧力変動を生じることがない。
【００５１】
ステップＳ６において、コントローラ４０は、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように供給遮断弁１８を開くと同時に、閉じていた三方切換弁２４をルートＢ側へと切り換える。
【００５２】
ステップＳ７において、コントローラ４０は、圧力センサ２９で検出される圧力値が、発電装置３０の正常運転圧力範囲以下となりアンダーシュートしているかどうかを判定するために、所定のアンダーシュート値との比較判定処理を行う。コントローラ４０は、圧力センサ２９で検出される圧力値がアンダーシュート値以下の場合は、アンダーシュートしていると判定してステップＳ８へと進め、アンダーシュート値を超えている場合はアンダーシュートしていないと判定してステップＳ１２へと進める。
【００５３】
ステップＳ８において、コントローラ４０は、圧力センサ２９で検出される圧力値が、発電装置３０の正常運転圧力範囲以下となりアンダーシュートしていることに応じて、ステップＳ６で、ルートＢへと切り換えた三方切換弁２４の切り換え状態を、図８（ｃ）、図８（ｆ）に示すようにアンダーシュートがなくなるまで継続する。
【００５４】
これにより、供給遮断弁１８を開いた際の燃料ガスの急激な流量変動に伴う圧力変動を抑制することができる。このとき、ルートＢの第２分岐配管２８に設けられたオリフィス２７により減圧弁１７の下流へ供給される燃料ガスの流量は、急激に流入することがないため、圧力変動も急激な変動を示すことがない。したがって、減圧弁１７の下流側の圧力値が、急激に減少して減圧弁１７に設定されている所定の減圧値以下にアンダーシュートすることを抑制することができる。
【００５５】
ステップＳ９において、コントローラ４０は、第２起動処理となったこと応じて、三方切換弁２４を制御し、ルートＢ方向へと流路を切り換える。このように、三方切換弁２４をルートＢ方向へと切り換えることで、所定の容積を有する主分岐配管２３と、第２分岐配管２８とが減圧弁１７の下流側と連通することになる。
【００５６】
これは、例えば、減圧弁１７の下流側に、所定の容積を有するチャンバなどを設けた場合と同等の効果を与えるため、主分岐配管２３内の圧力が、減圧弁１７下流側の圧力に較べて低くても供給遮断弁１６を開いたことにより減圧弁１７へ急激に流入する燃料ガスの流量変動による圧力変動を抑制することができる。つまり、減圧弁１７の下流側は、主分岐配管２３と、第２分岐配管２８との容積分だけ燃料ガスを導くことができる容積を確保することができるため、急激な圧力変動が抑制される。
【００５７】
ステップＳ１０において、コントローラ４０は、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。
【００５８】
図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第２起動処理時の、供給遮断弁１６、供給遮断弁１８、三方切換弁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る。また、図９（ｄ）は、第２起動処理時の圧力センサ２１によって検出される減圧弁１７の上流側の圧力値を示したタイミングチャートであり、図９（ｅ）は、第２起動処理時の圧力センサ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９（ｆ）は、第２起動処理時の圧力センサ２９によって検出される主分岐配管２３内の圧力値を示したタイミングチャートである。
【００５９】
コントローラ４０により三方切換弁２４がルートＢへと切り換えられているため、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、第２分岐配管２８、主分岐配管２３へと供給されることになる。
【００６０】
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、三方切換弁２４が閉じられている場合に較べて図９（ｅ）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９（ｅ）に示す破線のようにオーバーシュートすることがない。
【００６１】
ステップＳ１１において、コントローラ４０は、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９（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。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必要がない。
【００６２】
また、発電装置３０には、第２分岐配管２８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９（ｅ）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。
【００６３】
ステップＳ１２において、コントローラ４０は、圧力センサ２９で検出された圧力値が、アンダーシュート値以上となりアンダーシュートがなくなったことに応じて、三方切換弁２４を閉じるよう制御する。
【００６４】
ステップＳ１３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Ｓ１５へと進み、停止指令がなかった場合にはステップＳ１４へと進む。
【００６５】
ステップＳ１４において、コントローラ４０は、燃料電池システム１の運転制御処理を実行する。なお、ステップＳ１４における燃料電池システム１の運転制御処理時の圧力変動抑制処理については後で、詳細に説明をする。
【００６６】
ステップＳ１５において、コントローラ４０は、停止処理として、まず、図８（ａ）に示すように、供給遮断弁１６を閉じるよう制御する。
【００６７】
ステップＳ１６において、コントローラ４０は、次に、図８（ｂ）に示すように、供給遮断弁１８を閉じるよう制御する。
【００６８】
ステップＳ１７において、タンク１４から発電装置３０への燃料ガスの供給が停止されたため、燃料電池システム１の運転は完全に停止されることになる。
【００６９】
このようにして、本発明の実施の形態として示す燃料電池システム１では、コントローラ４０により燃料貯蔵供給ユニット１０の供給遮断弁１６、１８の開閉制御、三方切換弁２４の切換制御を行うことで、当該燃料電池システム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も抑制されることになり、発電装置３０へ燃料ガスを安定供給することができる。
【００７０】
したがって、急激な圧力変動により生じた発電装置３０の正常運転圧力範囲外となるオーバーシュート現象、アンダーシュート現象の発生を抑制することができるため、発電装置３０の運転が停止してしまうような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１の応答遅れを改善することができる。
【００７１】
また、図７のフローチャートに示したステップＳ１４の燃料電池システム１の運転中には、燃料貯蔵供給ユニット１０は、コントローラ４０の制御により、図１０に示すフローチャートのように制御されることで、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での圧力変動を抑制することができる。
【００７２】
まず、ステップＳ２１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。
【００７３】
ステップＳ２２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。
【００７４】
ステップＳ２３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。
【００７５】
ステップＳ２４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Ｓ２５へと進め、正常運転圧力範囲内にない場合には、ステップＳ２６へと進める。
【００７６】
ステップＳ２５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ことに応じて、三方切換弁２４を閉じ主分岐配管２３と燃料ガス供給系１０ｂとの連通を遮断する。
【００７７】
ステップＳ２６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ことに応じて、三方切換弁２４をルートＢへと切り換える。これにより、減圧弁１７の下流側と、主分岐配管２３とが通じることになる。
【００７８】
ステップＳ２７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。
【００７９】
前段のステップＳ２６において、コントローラ４０により三方切替弁２４がルートＢへと切り換えられているため、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、第２分岐配管２８を介して、主分岐配管２３へと供給されることになる。
【００８０】
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、主分岐配管２３へと燃料ガスが導かれない場合に較べて、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オーバーシュートすることがない。
【００８１】
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、主分岐配管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、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、主分岐配管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、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。
【００８２】
ステップＳ２８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。
【００８３】
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、三方切換弁２４が閉じられていない場合には、これを閉じて、主分岐配管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。
【００８４】
ステップＳ２８が終了すると、図７に示したステップＳ１３へと進むことになる。
【００８５】
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の開閉動作、並びに三方切換弁２４の切り換え動作を制御して、主分岐配管２３、第２分岐配管２８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に伴う圧力変動を抑制することができ、発電装置３０へ燃料ガスを安定供給することができる。
【００８６】
このとき、供給遮断弁１６、１８の開閉動作、三方切換弁２４の切り換え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。
【００８７】
本発明の実施の形態して示した燃料電池システム１では、燃料貯蔵供給ユニット１０を車両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１０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。
【００８８】
また、燃料貯蔵供給ユニット１０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。
【００８９】
また、燃料電池システム１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。
【００９０】
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】
【００９１】
【図１】本発明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】前記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第１の起動処理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】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第２の起動処理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１０】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運転中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。
【符号の説明】
【００９２】
１０  燃料貯蔵供給ユニット
１０ａ  充填供給系
１１  充填カプラ
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  主分岐配管
２４  三方切換弁
２５  オリフィス
２６  第１分岐配管
２７  オリフィス
２８  第２分岐配管
２９  圧力センサ
３０  発電装置
３１  バッテリ
３２  駆動モータ
４０  コントローラ
【図１】
2007051675.tif 000003
【図２】
2007051675.tif 000004
【図３】
2007051675.tif 000005
【図４】
2007051675.tif 000006
【図５】
2007051675.tif 000007
【図６】
2007051675.tif 000008
【図７】
2007051675.tif 000009
【図８】
2007051675.tif 000010
【図９】
2007051675.tif 000011
【図１０】
2007051675.tif 000012