JP2006107972A - ガス供給装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 供給対象に供給するガスの流量を測定する際の、流量センサの動作不良を少なくする技術を提供する。
【解決手段】 複数の水素タンク１１〜４１から燃料電池２に水素ガスを供給するガス供給システム１において、水素ガスの漏れを検出する。各タンク１１〜４１は一つずつ切り換えて使用される。漏れの検出は、水素ガス供給管５０内の水素ガス流量を基準値と比較することで行われる。流量センサ７４は、水素ガス供給管５０の、燃料電池から最も遠いタンク４１と次に遠いタンク３１の間の位置に設置される。そして、タンク４１のみから燃料電池２に水素ガスを供給し、水素ガス流量を測定する。このような態様とすれば、流量センサ７４は、タンク４１を使用しているときにのみ低温の水素ガスと接触することとなり、燃料電池２の運転中、常に低温の水素ガスにさらされることがない。よって、低温による流量センサ７４の動作不良を防止することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、供給対象にガスを供給する際に、供給するガスの量を測定する技術に関する。

従来より、燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池システムが知られている。特許文献１においては、流量計で測定した燃料ガスの供給量と、燃料電池の電流値に基づいて計算された燃料ガスの消費量と、の差に基づいて燃料ガスの漏出を検知する装置が開示されている。

特開平１０−２８４０９８号公報 特開２００２−３５２８２４号公報 特開平１０−２８１０１１号公報 特開２００４−５５３３９号公報 特開２００１−２９５９９６号公報

燃料ガスが高圧タンクに貯蔵されており、そこから燃料電池に供給されている場合、燃料ガスが外部に供給されるにつれてタンク内部の圧力が低下する。そして、そのためにタンク内のガスの温度が低下する。上記特許文献１の技術においては、燃料流量計は、燃料電池に供給される燃料ガスに常にさらされているため、低温の燃料ガスに熱を奪われて、動作不良を起こす可能性がある。すなわち、上記特許文献１の技術においては、燃料ガスの漏出を検知する際に、低温の燃料ガスによって生じる流量センサの動作不良を少なくする点については、考慮されていなかった。このような問題は、燃料電池に供給する燃料ガスの測定に限らず、供給対象に供給されるガスの流量を測定する測定する場合について、共通の問題である。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、供給対象に供給するガスの流量を測定する際の、流量検出部の動作不良を少なくする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ガス供給装置において所定の処理を行う。このガス供給装置は、ｍ個（ｍは２以上の整数）のガスタンクと、ｍ個のガスタンクからガスを受け取って供給対象に供給するガス通路と、ｍ個のガスタンクのガス通路へのガスの供給を制御する制御部と、を有する。また、ガス通路は、ｍ個のガスタンクのうちのｎ個（ｎはｍより小さい正の整数）の第１種のガスタンクから供給対象に向かって流れるガスが通過し、他の第２種のガスタンクから供給対象に向かって流れるガスが通過しない通路部分を有する。そして、ガス供給装置は、さらに、その通路部分のガスの流量を検出することができる流量検出部を備える。

このような態様とすれば、流量検出部は、第２種のガスタンクから供給対象に向かって流れるガスによっては、熱を奪われない。このため、供給対象に供給されるガスに流量検出部が常にさらされている態様に比べて、供給対象に供給されるガスによって流量検出部が冷却される程度を低減することができる。その結果、供給対象に供給するガスの流量を測定する際の、流量検出部の動作不良を少なくすることができる。

なお、ｍ個のガスタンクのうちの一つから供給対象にガスを供給するときは、他のタンクからは供給対象にガスを供給しないことが好ましい。このような態様とすれば、第２種のガスタンクから供給対象にガスが供給されているときには、第１種のガスタンクからは供給対象にガスが供給されない。よって、その間、流量検出部は、ガスタンクから供給対象に供給されるガスによって熱を奪われることがない。

そして、流量検出部による流量の検出を行うときには、第２種のガスタンクからはガスを供給させず、第１種のガスタンクからガスを供給させることが好ましい。このような態様とすれば、ガスの流量の検出を行う際には、供給対象に供給されるガスは上記の通路部分を通過して供給されることになる。よって、供給対象に供給されるガスの流量を正確に測定することができる。

また、制御部は、検出した流量が所定の基準値よりも多い場合は、ガスが漏れていると判断することが好ましい。このような態様とすれば、動作不良の可能性が少ない流量検出部を使用して、正確にガス漏れの検出を行うことができる。

なお、流量検出部による流量の検出を行わないときには、所定の条件下で、第２種のガスタンクから、第１種のガスタンクに比べて優先的にガスを供給することが好ましい。このような態様とすれば、流量の検出の際に使用される第１種のガスタンクのガスを、後の流量の検出のために残しておくことができる。

また、所定時間連続して第１種のガスタンクからガスを供給させたときには、第１種のガスタンクからのガスの供給を中止し、第２種のガスタンクからガスを供給させることが好ましい。このような態様とすれば、第１種のガスタンクから供給対象に連続的に供給されるガスによって、流量検出部が過度に冷却され、流量の測定の際に動作不良を起こす可能性を低減することができる。

なお、ガス供給装置は、各ガスタンク内のガスの残量を検出する残量検出部を備えていることが好ましい。そして、他のすべてのガスタンクのガスを使い切った後で、供給対象に最後にガスを供給できるガスタンクが、第１種のガスタンクであるように、各ガスタンクからのガスの供給を制御することが好ましい。さらに、第２種のすべてのガスタンクのガスを使い切ったときに、第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第１の所定値以下であるようにガスの供給を制御することが好ましい。このような態様とすれば、供給対象に最後にガスを供給できるガスタンクが、第１種のガスタンクとなるため、供給対象に供給するガスの流量を、最後まで必要に応じて測定することができる。なお、第１の所定値は、第１種のガスタンクにおけるガスの残量の合計が第１の所定値である状態から、第１種のすべてのガスタンクのガスを使い切るまで、連続して供給対象にガスを供給しても、流量検出部がガスの冷却によって動作不良を起こさない程度の量とされることが好ましい。

そして、流量検出部による流量の検出を行わないときには、（ａ）ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第１の所定値よりも多い場合には、第１種のガスタンクから優先的に供給対象にガスを供給し、（ｂ）ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第１の所定値よりも少ない場合には、第２種のガスタンクから優先的に供給対象にガスを供給することが好ましい。このような態様とすれば、第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第１の所定値を下回った後は、第２種のガスタンクのガスが優先的に使用される。その結果、第２種のガスタンクのガスを使い切って、第２種のガスタンクから供給対象にガスを供給できなくなったときに、第１種のガスタンクから供給対象にガスを供給できるように、ガスの供給を制御することができる。

また、ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第２の所定値以下であるときに、第２種のガスタンクから、ガス通路を介して第１種のガスタンクにガスを供給することが好ましい。ガスの供給についてさまざまな制御を行っても、第１種のガスタンクのガスの残量が予定外に減少し、流量検出部による流量の検出が行えない程度となってしまう可能性がある。しかし、上記のような態様とすれば、第２種のガスタンクから第１種のガスタンクにガスを供給できるため、そのような事態を回避することができ、供給対象に供給するガスの流量を最後まで測定することができる。

なお、ｎは１であることが好ましい。このような態様とすれば、ガス供給装置の運転中に、第１種のガスタンクから供給対象に供給されるガスによって流量検出部から奪われる熱量を、少なくすることができる。

また、以下のような処理を行うことも好ましい。すなわち、（ａ）上記ガス供給装置を使用して、第２種のガスタンクからは供給対象にガスを供給せず、第１種のガスタンクから供給対象にガスを供給する。そして、（ｂ）供給対象に供給されるガスの量を、流量検出部で測定する。（ｃ）測定されたガスの量が所定の基準値よりも多い場合には、ガスが漏れていると判定する。このような態様としても、ガスの供給の際に、動作不良の可能性が少ない流量検出部を使用して、正確にガス漏れを検出することができる。

また、供給対象は燃料電池である場合には、上記の流量の検出は、燃料電池が発電を行っていないときに実行することが好ましい。燃料電池が発電を行っていないときには、燃料電池によって消費されるガスの量は少ない。よって、このような態様とすれば、わずかなガスの漏れも検知することができる。

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．実施形態の概要：
Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．装置の全体構成：
Ｂ２．装置の運転：
Ｃ．第２実施例：
Ｄ．第３実施例：
Ｅ．第４実施例：
Ｆ．変形例：

Ａ．実施形態の概要：
図１に示す複数の高圧水素タンク１１〜４１から燃料電池２に水素ガスを供給するガス供給システム１において、水素ガスの漏れを検出する。燃料電池２に接続された一本の水素ガス供給管５０に対して、燃料電池２に最も近いタンク１１から最も遠いタンク４１までの、４個のタンクが接続されている。４個のタンク１１〜４１は一つずつ切り換えて使用される。水素ガスは、タンク１１〜４１内において最大３５Ｍｐａで貯蔵されているが、０．８Ｍｐａまで圧力を下げられて燃料電池２に供給される。水素ガスが供給されるにつれてタンク内の圧力が低下することにより、タンク内の水素ガスの温度はマイナス数十度まで低下する。

水素ガス漏れの検出は、燃料電池２が発電を行わないときに水素ガス供給管５０内の水素ガス流量を測定することで行われる。燃料電池２が発電を行わないときは、水素ガスは、燃料電池２の水素極側から酸素極側に透過する（クロスリークする）分のみが消費される。この場合の消費量は１０〜２０ｃｃ／ｍｉｎである。よって、測定された流量中、これを超える分が漏出した水素ガスである。水素ガスの流量を測定する流量センサ７４は、水素ガス供給管５０の、燃料電池から最も遠いタンク４１と次に遠いタンク３１の間の位置に設置される。そして、燃料電池２が発電を停止している際に、タンク４１のみから燃料電池２に水素ガスを供給し、水素ガス供給管５０内の水素ガス流量を測定する。このような態様とすれば、流量センサ７４は、タンク４１を使用しているときにのみ低温の水素ガスと接触することとなり、燃料電池２の運転中、常に低温の水素ガスにさらされることがない。よって、低温による流量センサ７４の動作不良を防止することができる。

Ｂ．第１実施例：
Ｂ１．装置の全体構成：
図１は、第１実施例のガス供給システムの全体構成を示す図である。第１実施例のガス供給システム１は、燃料電池２に燃料ガスとしての水素ガスを供給するシステムである。ガス供給システム１は、４個の高圧水素タンク１１、２１，３１，４１を備えている。各高圧水素タンク１１〜４１は、圧力が最大時で３５ＭＰａの水素ガスを格納している。各高圧水素タンク１１〜４１は水素ガス供給管５０に接続されており、水素ガス供給管５０を介して燃料電池２に水素ガスを供給する。なお、以下では、タンク４１を、そこから放出される水素ガスの流量を測定することができるタンクとして、「測定用タンク」と呼ぶことがある。

各高圧水素タンク１１、２１，３１，４１は、それぞれタンクの内部の圧力を測定する内圧センサ１２，２２，３２，４２と、ガスの供給を遮断する遮断弁１３，２３，３３，４３を備えている。内圧センサ１２，２２，３２，４２は、各高圧水素タンク１１、２１，３１，４１の内部に貯蔵されている水素ガスの量を検出するためのセンサとして使用される。

各高圧水素タンク１１、２１，３１，４１から水素ガスが外部に供給され、タンク内の圧力が下がるにつれて、各高圧水素タンク１１〜４１内の水素ガスの温度は低下する。例えば、マイナス数十度程度まで低下する。よって、それらの水素ガスが通過する水素ガス供給管５０および流量センサ７４も低温の水素ガスによって冷却される。

各高圧水素タンク１１、２１，３１，４１は、図１に示すように、水素ガス供給管５０に対して、その順に水素ガス供給管５０から枝分かれするように接続されている。高圧水素タンク１１は、水素ガスの流路上、燃料電池２に最も近い位置で水素ガス供給管５０に接続されており、高圧水素タンク４１は、水素ガスの流路上、燃料電池２から最も遠い位置で水素ガス供給管５０に接続されている。その結果、水素ガス供給管５０は、高圧水素タンク１１、２１，３１，４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが共通して通過する配管部分５１と、高圧水素タンク２１，３１，４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが共通して通過する配管部分５２と、高圧水素タンク３１，４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが共通して通過する配管部分５３と、高圧水素タンク４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスのみが通過する配管部分５４と、を有する。

なお、本明細書において、「あるタンクからある供給対象に向かって流れるガス」には、「そのタンクから放出され、最終的に供給対象に到達するものの、流路上、供給対象から遠ざかる向きに流れているガス」は含まない。よって、たとえば、第１実施例において、タンク１１ないし３１のいずれかが燃料電池２に水素ガスを供給しているときに、そのタンクから放出されたガスがいったん燃料電池２から遠ざかって配管部分５４に到達することがあったとしても、本明細書の用語上では、「そのタンクから供給対象（燃料電池２）に向かって流れるガス」が配管部分５４を通過したことにはならない。

高圧水素タンク１１、２１，３１，４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが共通して通過する配管部分５１には、レギュレータ６０が設けられている。水素ガス供給管５０内の水素ガスは、レギュレータ６０によって０．８Ｍｐａまで圧力を下げられて、燃料電池２に供給される。一方、高圧水素タンク４１から供給される水素ガスのみが通過する配管部分５４には、配管部分５４を通過する水素ガスの流量を測定することができる流量センサ７４が設けられている。

ガス供給システム１は、さらに、ＥＣＵ１００を備えている。ＥＣＵ１００は、内圧センサ１２，２２，３２，４２から各タンクの圧力の測定値を受け取り、流量センサ７４から水素ガスの流量の測定値を受け取る。また、ＥＣＵ１００は、遮断弁１３，２３，３３，４３の開閉を制御し、燃料電池２の運転を制御する。

Ｂ２．装置の運転：
図２は、水素ガスの供給方法を示すフローチャートである。ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１００は、まず、測定用タンク４１の圧力Ｐ４が所定の基準値Ｐｔｈ１よりも高いかどうかを判定する。測定用タンク４１の圧力Ｐ４が基準値Ｐｔｈ１よりも高く、ステップＳ１１０における判定結果がＹｅｓである場合は、処理はステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、その時点で測定用タンク４１から燃料電池２に水素ガスを供給していた場合に、それまでに測定用タンク４１からの水素ガスで連続して行われた発電の発電量Ｅ４が、所定の基準値Ｅｔｈ１よりも小さいかどうかが判定される。なお、測定用タンク４１以外のタンク１１〜３１から燃料電池２に水素ガスが供給されている場合は、Ｅ４は０である。測定用タンク４１からの水素ガスによる連続発電量Ｅ４が、所定の基準値Ｅｔｈ１よりも小さい場合には、処理はステップＳ１３０に進む。一方、連続発電量Ｅ４が、所定の基準値Ｅｔｈ１以上である場合には、処理はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１２０の判定を行って測定用タンク４１からの連続した水素の供給を制限することで、次のような効果が得られる。すなわち、測定用タンク４１から連続して水素ガスが供給され続けた結果、配管部分５４に設けられた流量センサ７４が低温の水素ガスに熱を奪われることによって過度に冷却され、流量測定時に動作不良を起こしてしまう事態を防止できる。なお、水素ガスを供給するタンクが測定用タンク４１以外のタンクに切り換えられ、水素ガスが配管部分５４を通らなくなると、流量センサ７４は低温の水素ガスによって熱を奪われなくなる。そして、水素ガスによっていったん温度が下がった流量センサ７４は、周囲から熱を奪う。その結果、所定期間、水素ガスが配管部分５４を通らないと、流量センサ７４の温度は周囲の温度と同程度まで上昇する。

なお、測定用タンク４１からより多くの水素ガスが連続して外部に排出されるほど、測定用タンク４１の内部の圧力はより低下し、内部の水素ガスの温度も低下する。また、より多くの水素ガスが測定用タンク４１から供給され、配管部分５４を通過するほど、配管部分５４に設けられた流量センサ７４もより多くの熱を奪われる。一方、タンクからの水素ガスの供給量は、燃料電池２の発電量に基づいて計算できる。よって、ステップＳ１２０のように、燃料電池２の連続発電量に基づいて測定用タンク４１の使用／不使用の判定を行うことで、過度の冷却による流量センサ７４の動作不良を高い確度で防止することができる。

ステップＳ１３０では、測定用タンク４１から燃料電池２に水素ガスが供給される。測定用タンク４１の圧力Ｐ４が基準値Ｐｔｈ１よりも高い場合には（ステップＳ１１０参照）、長期間の連続使用を避けた上で（ステップＳ１２０参照）、他のタンクに対して優先的に測定用タンク４１が水素ガスを供給するタンクとして選択される（ステップＳ１３０参照）。このため、ガス供給システム１の運転開始後、まず、測定用タンク４１の圧力Ｐ４を基準値Ｐｔｈ１に近づけるようにガス供給システム１を運転することができる。また、基準値Ｐｔｈ１としては、測定用タンク４１の内部圧力がＰｔｈ１である状態から、外部にガスを供給できない圧力となるまで、連続してガスを供給し続けても、流量センサ７４が冷却による動作不良を起こさないような、圧力が設定される。

なお、本明細書において、「タンクＡがタンクＢよりも優先的に選択（または使用）される」とは、タンクＡが使用できるか否かがまず判定され（ステップＳ１２０参照）、タンクＡが使用可能であるときにはタンクＡが使用され（ステップＳ１３０参照）、タンクＡが使用できないときにタンクＢが使用されることを意味する。ここで、タンクＡに加えてタンクＢも使用不可能である場合には、タンクＢも使用されない。

ステップＳ１３０における測定用タンク４１から燃料電池２への水素ガスの供給は、燃料電池２における発電量が一定量Ｅ４ｕに達するまで行われる。なお、発電量Ｅ４ｕは、ステップＳ１２０における判定基準である発電量Ｅｔｈ１よりも小さい。このように、測定用タンク４１からの連続した水素の供給を連続発電量に基づいて制限することで、ステップＳ１２０と同様に、水素ガスによる冷却に起因した流量センサ７４の動作不良を防止できる。その後、処理はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクが選択される。

図３は、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクを選択する際の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２１０では、ＥＣＵ１００は、タンク１１〜３１のいずれかに燃料電池２に供給できる水素ガスが残っているかどうかを判定する。具体的には、各タンク１１〜３１内の圧力が所定の基準値Ｐｓよりも大きい場合には、水素ガスが残っていると判定される。タンク１１〜３１のいずれかのタンクに、燃料電池２に供給できる水素ガスが残っており、ステップＳ２１０における判定結果がＹｅｓである場合は、処理は、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、タンク１１〜３１の中で、もっとも内部の水素ガスの圧力が高いタンクが、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクとして選択される。

一方、タンク１１〜３１に、燃料電池２に供給できる水素ガスが残っておらず、ステップＳ２１０における判定結果がＮｏである場合は、処理は、ステップＳ２３０に進む。ステップＳ２３０では、測定用タンク４１が、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクとして選択される。

図３の処理では、まず、ステップＳ２１０で、タンク１１〜３１のガスの残量があるか否か、すなわち、タンク１１〜３１が使用可能であるか否かを判定し、使用可能である場合は、ステップＳ２２０で、タンク１１〜３１の中から燃料電池２に水素ガスを供給するタンクを選択する。一方、タンク１１〜３１に使用可能なガスが残っておらず、タンク１１〜３１が使用不可能である場合に、ステップＳ２３０で測定用タンク４１を選択する。すなわち、測定用タンク４１の圧力Ｐ４が基準値Ｐｔｈ１まで低下した場合には（図２のステップＳ１１０において判定結果がＮｏ）、タンク１１〜３１が測定用タンク４１に対して優先的に、水素ガスを供給するタンクとして選択される。

以上のような処理を行うことで、タンク１１〜３１の水素ガスを使い切ったときに、測定用タンク４１内に、圧力Ｐｔｈ１よりもやや低い程度の水素ガスが残るようにガスの供給を制御することができる。そして、タンク１１〜３１の水素ガスを使い切った後は、測定用タンク４１から燃料電池２に水素ガスを供給することができる。

流量センサ７４は、高圧水素タンク４１の水素ガスのみが通過する配管部分５４に設けられている。このため、燃料電池２に供給される水素ガスの流量を測定できるのは、測定用タンク４１から燃料電池２に水素ガスが供給されている場合のみである。よって、上記のように、タンク１１〜３１の水素ガスを使い切ったときに、測定用タンク４１内に水素ガスを残すようにガス供給システム１を運転することで、すべてのタンク１１〜４１の水素ガスを使い切るまで、必要に応じて、燃料電池２に供給される水素ガスの流量を測定することが可能となる。

また、基準値Ｐｔｈ１は、ガスの供給が不能となるまで測定用タンク４１から連続して燃料電池２に水素ガスを供給し続けても、流量センサ７４が冷却による動作不良を起こさないような、ガスの圧力である。よって、タンク１１〜３１の水素ガスを使い切った後、測定用タンク４１から水素ガスを供給し続けても、流量センサ７４が冷却による動作不良を起こすことはない。なお、本明細書において、「ガスタンクのガスを使い切る」とは、ガスタンクのガスの残量が供給対象にガスを供給できない量となることを意味する。また、水素ガスの流量の測定については後述する。

図２のステップＳ１５０では、それまで燃料電池２に水素ガスを供給していたタンクからの水素ガスの供給をやめ、ステップＳ１４０で選択されたタンクからの水素ガスの供給を開始する。なお、第１実施例においては、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクは、タンク１１〜４１のうちのいずれか一つのタンクである。

ステップＳ１６０では、燃料電池２の運転を終了する条件が満たされたか否かが判定される。運転を終了する条件は、具体的には、図示しない燃料電池２の運転スイッチがＯＦＦとされたか、またはすべてのタンク１１〜４１に燃料電池２に供給できる水素ガスが残っていないという条件である。燃料電池２の運転を終了する条件が満たされた場合には、ＥＣＵ１００は、ガス供給システム１の運転を終了する。

ステップＳ１７０では、ＥＣＵ１００が燃料電池２に供給される水素ガスの流量の測定を要求する信号を受け取ったか否かが判定される。この水素ガス流量の測定要求信号は、燃料電池２において発電が行われていないときに、所定の時間間隔で発せられる。ＥＣＵ１００が水素ガス流量の測定要求信号を受け取っていた場合には、処理はステップＳ１８０に進み、水素ガス流量の測定が行われる。

図４は、水素ガス流量の測定方法を示すフローチャートである。ステップＳ３１０では、ＥＣＵ１００は、測定用タンク４１の圧力Ｐ４が所定の基準値Ｐｔｈ２よりも高いかどうかを判定する。基準値Ｐｔｈ２としては、流量センサ７４が一定の精度で水素ガスの流量を測定できるだけの時間、測定用タンク４１が水素ガスを連続供給できるような圧力である。なお、基準値Ｐｔｈ２は、基準値Ｐｔｈ１（図２のステップＳ１１０参照）よりも低く、ガスを外部に供給できる基準の圧力Ｐｓよりも高い値である。測定用タンク４１の圧力Ｐ４が基準値Ｐｔｈ２よりも高く、ステップＳ３１０における判定結果がＹｅｓである場合は、処理はステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３２０では、それまで燃料電池２に水素ガスを供給していたタンクからの水素ガスの供給をやめ、測定用タンク４１からの水素ガスの供給を開始する。なお、それまでも測定用タンク４１からの水素ガスを供給していた場合には、引き続き、測定用タンク４１から水素ガスを供給する。なお、水素ガス流量の測定要求信号は、燃料電池２において発電が行われていないときに発せられるため、ステップＳ３２０以降、測定用タンク４１から供給される水素ガスの量は、燃料電池２において発電が行われているときに比べて少ない。具体的には、燃料電池２の水素極側から酸素極側に浸透する（クロスリークする）わずかな量である。この値は、あらかじめ見積もることができる。具体的には、クロスリークによる消費量は１０〜２０ｃｃ／ｍｉｎ程度である。

ステップＳ３３０では、ＥＣＵ１００は、流量センサ７４から送られてくる信号を受け取って、配管部分５４を通って測定用タンク４１から燃料電池２に供給される水素ガスの流量Ｖを測定する。

ステップＳ３４０では、ＥＣＵ１００は、測定された水素ガスの流量Ｖが、所定の基準値Ｖｔよりも大きいかどうかを判定する。なお、基準値Ｖｔは、燃料電池２における適正なクロスリークの量に基づいて設定されている。測定された水素ガスの流量Ｖが基準値Ｖｔ以下であり、ステップＳ３４０における判定結果がＮｏである場合は、処理は、図２のステップＳ１４０に戻る。一方、ステップＳ３４０における判定結果がＹｅｓである場合は、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３５０において、図示しないディスプレイ上に水素ガス漏れの警告を表示する。そして、その後、処理は図２のステップＳ１４０に戻る。

第１実施例においては、燃料電池２に供給される水素ガスの流量の測定（ステップＳ３４０参照）、および水素ガス漏れの判定（ステップＳ３５０）は、燃料電池２が発電を行っていないときに実行される。このため、発電中に判定を行う態様に比べて、判定の基準値Ｖｔを小さな値に設定することができる。このため、正確に流量を測定できる範囲が数十〜１００ｃｃ／ｍｉｎ程度の流量センサを流量センサ７４として選択することができる。その結果、数十ｃｃ／ｍｉｎ程度の余分のガスの流れも流量センサ７４で検出することができる。よって、わずかな量の水素ガス漏れも、検知することができる。

一方、ステップＳ３１０において、測定用タンク４１の圧力Ｐ４が基準値Ｐｔｈ２よりも低く、判定結果がＮｏである場合は、処理はステップＳ３６０に進む。ステップＳ３６０では、その時点で水素ガスを供給しているタンクの圧力Ｐｐが、所定の基準値Ｐｔｈ３よりも高いか否かを判定する。Ｐｔｈ３は、Ｐｔｈ２（ステップＳ３１０参照）よりも高い圧力である。なお、その時点で水素ガスを供給しているタンクが測定用タンク４１である場合は、ステップＳ３１０の判定結果がＮｏであれば、ステップＳ３６０の判定結果もＮｏとなる。

ステップＳ３６０において、水素ガスを供給しているタンクの圧力Ｐｐが、所定の基準値Ｐｔｈ３よりも高い場合は、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０では、水素ガスを供給しているタンクの遮断弁（図１の１３〜３３参照）が開いているのと並行して、測定用タンク４１の遮断弁４３も開く。その結果、水素ガスを供給しているタンクの水素ガスは、燃料電池２に供給されるのと同時に、水素ガス供給管５０を通じて測定用タンク４１にも供給される。ステップＳ４１０では、測定用タンク４１の圧力がＰｔｈ４に達するまで測定用タンク４１の遮断弁４３が開けられる。圧力Ｐｔｈ４は、圧力Ｐｔｈ２よりも高く、Ｐｔｈ３よりも低い圧力である。その後、遮断弁４３を閉じて、処理はステップＳ３１０に戻る。ステップＳ４１０において測定用タンク４１の圧力Ｐ４は圧力Ｐｔｈ２よりも高くなっているため、次にステップＳ３１０の判定を行う場合は、判定結果はＹｅｓとなる。

ステップＳ４１０の処理を行うことで、測定用タンク４１の内部の圧力が、流量センサ７４による流量の測定が不可能なほどに低下してしまった場合に、水素ガスを供給しているタンクから測定用タンク４１に水素ガスを補給することができる。その結果、測定用タンク４１から燃料電池２に水素ガスを供給して、燃料電池２に供給される水素ガスの流量を測定することが可能となり（ステップＳ３３０）、水素ガス漏れを判定すること（ステップＳ３４０）が可能となる。

ステップＳ３６０において、水素ガスを供給しているタンクの圧力Ｐｐが、基準値Ｐｔｈ３以下である場合は、ステップＳ３７０に進む。ステップＳ３７０では、内部の圧力が基準値Ｐｔｈ３よりも高いタンクが存在するかどうかを判定する。

内部の圧力が基準値Ｐｔｈ３よりも高いタンクが存在せず、ステップＳ３７０の判定結果がＮｏである場合は、処理はステップＳ３８０に進む。ステップＳ３８０では、ＥＣＵ１００は、図示しないディスプレイ上に水素ガスの残量が不足しており、水素ガス漏れの検出が不能である旨の警告を表示する。そして、処理は、図２のステップＳ１４０に戻る。

内部の圧力が基準値Ｐｔｈ３よりも高いタンクが存在し、ステップＳ３７０の判定結果がＹｅｓである場合は、処理はステップＳ３９０に進む。ステップＳ３９０では、もっとも内部の水素ガスの圧力が高いタンクが、燃料電池２に水素ガスを供給するタンクとして選択される。そして、ステップＳ４００で、それまで燃料電池２に水素ガスを供給していたタンクからの水素ガスの供給をやめ、ステップＳ３９０で選択されたタンクからの水素ガスの供給を開始する。このような処理を行うことで、水素ガスを供給しているタンクの圧力が十分高くない場合にも、他のタンクに切り換えて、切り替え後のタンクから、測定用タンク４１に水素ガスを補給することができる（ステップＳ４１０参照）。

図２のステップＳ１７０において、ＥＣＵ１００が水素ガス流量の測定要求信号を受け取っておらず、判定結果がＮｏである場合は、処理は、ステップＳ１９０に進む。ステップＳ１９０では、燃料電池２に水素を供給するタンクを切り換える条件が満たされたかどうかを判定する。タンクを切り換える条件は、具体的には、その時点で水素を供給しているタンクからの水素ガスで連続して行われた発電の発電量Ｅｓが、所定の基準値Ｅｔｈ２よりも大きいか、または、その時点で水素を供給しているタンクに燃料電池２に供給できる水素ガスが残っていないという条件である。なお、タンク内の水素ガスの残量に関する判定は、他の場合と同様、タンクの内部の圧力ＰｐがＰｓより高いかどうかによってなされる。

タンクを切り換える条件が満たされていない場合には、処理は、ステップＳ１６０に戻る。そして、ステップＳ１６０，Ｓ１７０の判定結果がＹｅｓとならない限り、引き続き同じタンクから燃料電池２に水素ガスが供給される。ステップＳ１９０において、タンクを切り換える条件が満たされた場合には、処理は、ステップＳ１１０に戻る。このような処理を行うことで、一定量の発電を行うたびに水素ガスを供給するタンクを切り換えて、ガスを供給することができる。

第１実施例のガス供給システム１においては、水素ガスは、高圧水素タンク１１、２１，３１，４１を切り換えることによって、いずれか一つのタンクから燃料電池２に供給される。そして、流量センサ７４は、高圧水素タンク４１から供給される水素ガスのみが通過する配管部分５４に設けられている。このため、燃料電池２に供給する水素ガスの流量を測定する際には、高圧水素タンク４１から水素ガスを供給することで、流量センサ７４を使用して、流量を測定することができる。そして、高圧水素タンク４１から水素ガスを供給しないときには、流量センサ７４は低温の水素ガスによって熱を奪われることはなく、一方で周囲からは熱を奪うため、流量センサ７４が過度に冷却されるのを防止することができる。その結果、流量センサの動作不良を防止することができる。

Ｃ．第２実施例：
図５は、第２実施例のガス供給システム１ａの全体構成を示す図である。第１実施例のガス供給システム１においては、レギュレータ６０は、高圧水素タンク１１〜４１から供給される水素ガスが共通して通過する配管部分５１に設けられていた。しかし、第２実施例においては、各タンク１１〜４１から供給される水素ガスの圧力を０．８Ｍｐａまで低下させるレギュレータ１４，２４，３４，４４は、各タンク１１、２１，３１，４１と、水素ガス供給管５０との間に設けられている。その結果、第２実施例のガス供給システム１ａでは、水素ガス供給管５０内のガスの圧力は、０．８Ｍｐａである。他の点は、第２実施例のガス供給システム１ａのハードウェア構成は、第１実施例のガス供給システム１と同じである。

第２実施例のガス供給システム１ａにおいては、水素ガス供給管５０内のガスの圧力は、０．８Ｍｐａである。このため、測定用タンク４１の遮断弁４３と、他のタンクの遮断弁を同時に開いても、測定用タンク４１に他のタンクからガスを供給することはできない。よって、第２実施例においては、図４のステップＳ３１０、Ｓ３６０〜Ｓ４１０の処理は行われない。第２実施例のガス供給システム１ａの運転方法の他の点は、図２〜図４を使用して説明した第１実施例のガス供給システム１の運転方法と同じである。

第２実施例のような態様としても、流量センサ７４が常に低温の水素ガスにさらされることがないため、流量の測定の際に流量センサ７４が誤動作する可能性を低減することができる。また、水素ガス供給管５０内のガスの圧力は、レギュレータ１４，２４，３４，４４によって下げられているため、第１実施例に比べて水素ガス供給管５０の強度を低くすることができ、水素ガス供給管５０の重量、コストを下げることができる。

Ｄ．第３実施例：
図６は、第３実施例のガス供給システム１ｂの全体構成を示す図である。第１および第２実施例のガス供給システム１，１ａにおいては、流量センサは、水素ガス供給管５０上に１個設けられていた。しかし、第３実施例においては、流量センサは、水素ガス供給管５０上に３個設けられている。すなわち、タンク２１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通り、他のタンクから燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通らない配管部分５０２に、流量センサ８２が設けられている。流量センサ８２は、配管部分５０２を通過する水素ガスの流量を測定することができる。同様に、タンク３１、４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスがそれぞれ通り、他のタンクから燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通らない配管部分５０３，５０４に、それぞれ流量センサ８３，８４が設けられている。流量センサ８３，８４は、それぞれ配管部分５０３，５０４を通過する水素ガスの流量を測定することができる。ＥＣＵ１００は、これら流量センサ８２〜８４から水素ガスの流量の測定値を受け取る。すなわち、第３実施例においては、高圧水素タンク２１，３１，４１が測定用タンクである。

他の点については、第３実施例のガス供給システム１ｂのハードウェア構成は、第１実施例のガス供給システム１と同じである。なお、流量センサ８２〜８４の構成は、第１実施例の流量センサ７４と同じとすることができる。

第３実施例のガス供給システム１ｂにおいても、高圧水素タンク１１〜４１は一つずつ切り換えて使用される。このため、各流量センサ８２〜８４は、それぞれが水素ガスの放出量を測定できるタンク以外のタンクから水素ガスが燃料電池２に供給されているときは、低温の水素ガスと接触しない。よって、第３実施例のような態様としても、各流量センサ８２〜８４は常に低温の水素ガスにさらされることがなく、流量の測定の際に誤動作する可能性が低い。

また、第３実施例のガス供給システム１ｂは、複数の流量センサ８２〜８４を備えている。このため、それらの流量センサによってガスの放出量が測定できる高圧水素タンク２１，３１，４１のいずれをも、最後に燃料電池２に水素ガスを供給するタンクとすることもできる。すなわち、第１および第２実施例のガス供給システム１，１ａに比べて、ガスの供給の制御に関する自由度が高い。

なお、第３実施例では、タンク１１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通り、他のタンクから燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通らない配管部分５０１には、流量センサは設けられていなかった。しかし、図６において破線で示すように、配管部分５０１に流量センサ８１を設け、ＥＣＵ１００が、流量センサ８１から水素ガスの流量の測定値を受け取る構成とすることもできる。

Ｅ．第４実施例：
図６は、第４実施例のガス供給システム１ｃの全体構成を示す図である。第１ないし第３実施例の水素ガス供給管５０は、各タンクから燃料電池２に向かって流れる水素ガスがいずれも通過する配管部分５１を有していた。すなわち、水素ガス供給管５０は、最終的に燃料電池２に至る前に一つの配管部分５１に合流していた。しかし、第４実施例においては、水素ガス供給管５０ｃは、燃料電池２に接続されている二つの配管部分５６，５８を通じてそれぞれ独立に燃料電池２水素ガスを供給することができる。

第４実施例の水素ガス供給管５０ｃは、高圧水素タンク１１、２１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通過する配管部分５６と、高圧水素タンク２１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスのみが通過する配管部分５７と、高圧水素タンク３１、４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスが通過する配管部分５８と、高圧水素タンク４１から燃料電池２に向かって流れる水素ガスのみが通過する配管部分５９と、を有する。そして、流量センサ９３は、配管部分５８に設けられており、配管部分５８を通過する水素ガスの流量を測定することが可能である。ＥＣＵ１００は、流量センサ９３から水素ガスの流量の測定値を受け取る。すなわち、第４実施例においては、高圧水素タンク３１，４１が測定用タンクである。

また、配管部分５６，５８には、それぞれレギュレータ６１，６２が設けられている。レギュレータ６１，６２の構成は、第１実施例のレギュレータ６０と同じとすることができる。また、流量センサ９３の構成は、第１実施例の流量センサ７４と同じとすることができる。他の点については、第４実施例のガス供給システム１ｃのハードウェア要素の構成は、第１実施例のガス供給システム１と同じである。

第４実施例のガス供給システム１ｃにおいても、高圧水素タンク１１〜４１は一つずつ切り換えて使用される。第４実施例のような態様においては、高圧水素タンク１１、２１から水素ガスが供給されている間は、流量センサ９３は、低温の水素ガスにさらされることがない。このため、流量センサ９３は、流量の測定の際に誤動作する可能性が低い。

Ｆ．変形例：
なお、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。

Ｆ１．変形例１：
上記第１実施例では、水素ガス供給管５０内を流れる水素ガスの流量を測定するための流量センサは、高圧水素タンク４１から供給される水素ガスのみが通過する配管部分５４に設けられていた。しかし、流量センサは、図２および図５において、破線で流量センサ７２，７３として示すように、２以上のタンクから供給される水素ガスが通過する配管部分に設けられていてもよい。すなわち、流量センサは、ガス通路を通じて供給対象にガスを供給する複数のタンクのうち、一部のタンクから供給対象に向かって流れる水素ガスが通過し、他のタンクから供給対象に向かって流れる水素ガスが通過しない部分に設けられていればよい。言い換えれば、流量センサが設けられている通路部分は、供給対象にガスを供給する各タンクから放出され供給対象に向かって流れる水素ガスがすべて合流して流れる通路部分よりも上流の、一部のタンクから放出され供給対象に向かって流れる水素ガスのみが通過する通路部分であればよい。

そのような態様においても、たとえば、タンク１１から、流量センサが設けられている配管部分を通過させずに供給対象に水素ガスを供給することができる。このため、流量センサが設けられている配管部分を通過させずに供給対象にガスを供給することで、流量センサが過度に冷却されるのを防止することができる。ただし、流量センサが設けられている配管部分を通してガスを供給する第１種のガスタンクの数は、供給対象にガスを供給するタンクの総数の１／２以下であることが好ましく、１個であることがより好ましい。

Ｆ２．変形例２：
上記各実施例では、各タンクは切り換えて一つづつ使用されていた。しかし、供給対象に水素ガスを供給するタンクとして、複数個のタンクを同時に使用してもよい。ただし、そのような態様においても、供給対象に供給するガスの流量を測定する際には、流量センサが設けられている配管部分を通してガスを供給する第１種のガスタンクのみから水素ガスを供給しているときに、測定することが好ましい。そのような態様とすることで、供給対象に供給されるガスの流量を正確に測定することができる。その結果、ガス漏れの判定を正確に行うことができる。なお、供給対象に供給するガスの流量を測定する際に、複数の第１種のガスタンクから水素ガスを供給してもよい。

また、供給対象へのガスの供給に際しては、第１種のガスタンクからはガスを供給せず、流量センサが設けられている配管部分を通さずにガスを供給することができる第２種のガスタンクのみから、供給対象にガスを供給する期間を設けることが好ましい。そのような態様とすることで、その期間に流量センサは周囲から熱を奪い、温度を上げることができる。その結果、過度の冷却による流量センサの誤動作を防止することができる。

Ｆ３．変形例３：
第１実施例では、各タンクが連続してガスを供給できる期間は、発電量に基づいて制限されていた（図２のステップＳ１２０、Ｓ１９０参照）。しかし、各タンクが連続してガスを供給できる期間は、他の基準で制限してもよい。たとえば、ガスを供給しているタンク内部の圧力の低下幅が所定の基準値に達した場合には、そのタンクからのガスの供給を停止することとしてもよい。また、そのタンクから供給されるガスの流量を測定できる場合には、一定の体積のガスを供給した場合に、そのタンクからのガスの供給を停止することとしてもよい。さらに、一定時間、連続してガスを供給した場合に、そのタンクからのガスの供給を停止することとしてもよい。ただし、流量センサが設けられている配管部分を通してガスを供給する第１種のガスタンクについて、連続したガスの供給に所定の制限を設けることが、特に、好ましい。そのような態様とすれば、流量センサが過度に冷却されるのを防止することができる。

Ｆ４．変形例４：
上記実施例では、各タンクは、水素ガスを貯蔵していた。しかし、ガス供給システムが供給するガスは、水素ガスには限られず、酸素、プロパンなど他のガスとすることもできる。ただし、高圧ガスがタンクに貯蔵されており、ガスを供給するにつれてタンク内の圧力の低下によって供給されるガスの温度が低下するようなシステムに、本発明を適用することが特に効果的である。

第１実施例のガス供給システムの全体構成を示す図である。 水素ガスの供給方法を示すフローチャートである。 燃料電池に水素ガスを供給するタンクを選択する際の手順を示すフローチャートである。 水素流量の測定方法を示すフローチャートである。 第２実施例のガス供給システムの全体構成を示す図である。 第３実施例のガス供給システムの全体構成を示す図である。 第４実施例のガス供給システムの全体構成を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…ガス供給システム
２…燃料電池
１１〜４１…高圧水素タンク
１２，２２，３２，４２…内圧センサ
１３，２３，３３，４３…遮断弁
１４，２４，３４，４４…レギュレータ
５０，５０ｃ…水素ガス供給管
５１，５２，５３，５４，５６，５７，５８，５９…配管部分
６０，６１，６２…レギュレータ
７２，７３，７４，８１，８２，８３，８４，９３，９４…流量センサ
１００…ＥＣＵ
Ｅ４…測定用タンク４１から水素を供給して連続して発電された発電量
Ｅ４ｕ…測定用タンク４１から水素を供給して連続して発電させる発電量の単位量
Ｅｔｈ１…測定用タンク４１から水素を供給して連続して発電できる上限値
Ｅｔｈ２…各タンクから水素を供給して連続して発電できる上限値
Ｅｓ…その時点で水素を供給しているタンクからの水素ガスで連続して行われた発電の発電量
Ｐ４…測定用タンク４１内の圧力
Ｐｔｈ１…測定用タンク４１から優先的に水素ガスを供給するか否かの判断の基準値
Ｐｔｈ２…流量センサ７４が水素ガスの流量を測定できるだけの水素を供給できるタンク内圧力
Ｐｔｈ３…測定用タンク４１に水素ガスを供給できるか否かの判断の基準値
Ｐｔｈ４…他のタンクから測定用タンク４１に水素ガスを供給する際の上限値
Ｐｐ…その時点で水素ガスを供給しているタンクの圧力
Ｐｓ…燃料電池２に供給できる水素ガスが残っているか否かを判断する際の基準圧力
Ｖ…水素ガスの流量

Claims (12)

1. ガス供給装置であって、
   ｍ個（ｍは２以上の整数）のガスタンクと、
   前記ｍ個のガスタンクからガスを受け取って供給対象に供給するガス通路と、
   前記ｍ個のガスタンクの前記ガス通路へのガスの供給を制御する制御部と、を有し、
   前記ガス通路は、
   前記ｍ個のガスタンクのうちのｎ個（ｎはｍより小さい正の整数）の第１種のガスタンクから前記供給対象に向かって流れるガスが通過し、他の第２種のガスタンクから前記供給対象に向かって流れるガスが通過しない通路部分を有し、
   前記ガス供給装置は、さらに、前記通路部分のガスの流量を検出することができる流量検出部を備えるガス供給装置。
2. 請求項１記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、前記ｍ個のガスタンクのうちの一つから前記供給対象にガスを供給するときは、他のタンクからは前記供給対象にガスを供給しない、ガス供給装置。
3. 請求項１または２記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、前記流量検出部による流量の検出を行うときには、前記第２種のガスタンクからはガスを供給させず、前記第１種のガスタンクからガスを供給させるガス供給装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、前記検出した流量が所定の基準値よりも多い場合は、ガスが漏れていると判断する、ガス供給装置。
5. 請求項１記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、前記流量検出部による流量の検出を行わないときには、所定の条件下で、前記第２種のガスタンクから、前記第１種のガスタンクに比べて優先的にガスを供給する、ガス供給装置。
6. 請求項１ないし５記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、所定時間連続して前記第１種のガスタンクからガスを供給させたときには、前記第１種のガスタンクからのガスの供給を中止し、前記第２種のガスタンクからガスを供給させる、ガス供給装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のガス供給装置であって、さらに、
   前記各ガスタンク内のガスの残量を検出する残量検出部を備え、
   前記制御部は、
   他のすべてのガスタンクのガスを使い切った後で、前記供給対象に最後にガスを供給できるガスタンクが、前記第１種のガスタンクであるように、前記各ガスタンクからのガスの供給を制御し、
   前記第２種のすべてのガスタンクのガスを使い切ったときに、前記第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第１の所定値以下であるようにガスの供給を制御する、ガス供給装置。
8. 請求項７記載のガス供給装置であって、
   前記制御部は、
   前記流量検出部による流量の検出を行わないときには、
   （ａ）前記ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が前記第１の所定値よりも多い場合には、前記第１種のガスタンクから優先的に前記供給対象にガスを供給し、
   （ｂ）前記ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が前記第１の所定値よりも少ない場合には、前記第２種のガスタンクから優先的に前記供給対象にガスを供給する、ガス供給装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載のガス供給装置であって、
   前記ｎ個の第１種のガスタンクのガスの残量の合計が第２の所定値以下であるときに、前記第２種のガスタンクから、前記ガス通路を介して前記第１種のガスタンクにガスを供給する、ガス供給装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載のガス供給装置であって、
    前記ｎは１である、ガス供給装置。
11. 供給対象へのガスの供給方法であって、
    （ａ）請求項１記載のガス供給装置を使用して、前記第２種のガスタンクからは前記供給対象にガスを供給せず、前記第１種のガスタンクから前記供給対象にガスを供給する工程と、
    （ｂ）前記工程（ａ）において前記供給対象に供給されるガスの量を、前記流量検出部で測定する工程と、
    （ｃ）前記測定されたガスの量が所定の基準値よりも多い場合には、ガスが漏れていると判定する工程と、を備える方法。
12. 請求項１１記載のガスの供給方法であって、
    前記供給対象は燃料電池であり、
    前記工程（ｂ）は、前記燃料電池が発電を行っていないときに実行される、方法。

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