JP2006207654A - 燃料供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】 回収される気化ガス量を増大させることで高燃費を実現した燃料供給システムを提供する。
【解決手段】 液体燃料の気化ガスを充填するための空間を提供する充填手段（１１〜１３）、気化ガスの充填量に応じて該気化ガスの温度を制御する温度制御手段（３）を備える。気化ガスは所定空間という容積が定められた充填手段（１１〜１３）に充填されるが、この充填手段に対する気化ガスの充填量に応じて温度制御手段（３）が気化ガスの温度を制御するので、結果的に充填手段（１１〜１３）の内圧が調整される。すなわち温度制御により、充填手段（１１〜１３）の内圧を調整して充填可能な気化ガス量を変更することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体燃料から発生する気化ガスを蓄積する充填タンクを備える燃料供給システムにおける燃費の改良技術に関する。

従来、液体燃料を充填して使用するシステムとして、例えば特開２００３−５６７９９号公報に記載されているように、燃料タンクから排出されたボイルオフガス（気化ガス）を昇圧器と、昇圧器により昇圧されたボイルオフガスを貯蔵し燃料電池に接続可能な高圧水素タンクとを備えるボイルオフガス処理装置が知られていた（特許文献１）。
特開２００３−５６７９９号公報

しかしながら、上記従来のシステムでは、気化ガス量が多く、高圧水素タンクの圧力が増大した場合に、このタンクに回収されない気化ガスの量が増大する。回収されない気化ガスは、外部に放出せざる得なくなるため、燃費が低下する可能性があった。
そこで、本発明は、回収される気化ガス量を増大させることで高燃費を実現した燃料供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の燃料供給システムは、液体燃料の気化ガスを充填するための空間を提供する充填手段と、気化ガスの充填量に応じて該気化ガスの温度を制御する温度制御手段と、を備えることを特徴とする。

一般にガスの圧力は、容積と温度との関係によって定まる。容積に制限がある場合、温度を制御することができればガスの圧力を調整可能である。この点、上記構成によれば、気化ガスは所定空間という容積が定められた充填手段に充填されるが、この充填手段に対する気化ガスの充填量に応じて温度制御手段が気化ガスの温度を制御するので、結果的に充填手段の内圧が調整される。すなわち温度制御により、充填手段の内圧を調整して充填可能な気化ガス量を変更することが可能である。

例えば、この充填手段は、気化ガスを充填するための充填タンクである。温度制御手段は、充填タンクの内圧に基づいて当該充填タンクの温度を変更可能に構成されている。充填タンクはタンク数を変更可能に構成されているか否かに拘わらず、少なくとも容積は限られている。上記構成によれば、温度制御手段は、充填タンクの内圧をパラメータとして充填タンクの温度を変更することから、温度を変更制御することにより、圧力を所望の範囲に維持することが可能である。

例えば、温度制御手段は、充填タンクの内圧が所定値以上となった場合に当該充填タンクを冷却するよう構成されている。このように構成すれば、充填タンクの内圧が相対的に高くなった場合に充填タンクが温度制御手段により冷却されるので、内圧を減少させ、その結果、充填可能な気化ガス量を多くすることが可能である。

逆に例えば、温度制御手段は、充填タンクの内圧が所定値以下となった場合に当該充填タンクを加熱するよう構成されていてもよい。このように構成すれば、充填タンクの内圧が相対的に低くなった場合に温度制御手段により加熱されるので、内圧が増加し、充填タンクの内圧を適正値に維持することが可能である。

ここで本発明では、気化ガスを消費する消費手段をさらに備える。温度制御手段は、充填タンクと消費手段との熱交換を行う手段を含む。気化ガスの消費手段は一般に発熱作用を伴うものが多い。上記構成によれば、充填タンクと消費手段との熱交換が行われるので、消費手段において発生した熱を有効利用して充填タンクの加熱を達成することができる。ここで「消費手段」には限定は無いが、燃料電池やそれに順次、気化ガスに基づき発熱を生ずるもの一般を含む。

また、本発明では、充填タンクと消費手段との熱交換は冷却液を媒介とするものであり、消費手段の起動時において、当該消費手段へ供給される冷却液の温度が所定値以下である場合に、消費手段への冷却液の供給を禁止する手段をさらに備えることは好ましい。温度差が激しい場合に冷却液を消費手段に供給すると熱衝撃により破損等の不都合を生じうるが、上記構成によれば、冷却液の温度が下がっている場合に消費手段に直接冷却液が供給されることを防止できるので、このような熱衝撃の影響を緩和することが可能である。

ここで消費手段の運転温度と冷却液の温度との差に基づいて冷却液に対する冷却の程度を制御可能に構成することは好ましい。消費手段の運転温度と冷却液の温度との差が比較的小さい場合には消費手段における結露等の問題が生じにくいので冷却の程度を強めることができ、消費手段の運転温度と冷却液の温度との差が比較的大きい場合にはこれ以上の冷却は結露等の問題を大きくするので冷却の程度を弱める等の処理が可能である。ここで「運転温度」とは消費手段の実際の温度であったり目標設定温度であったりする。

本発明によれば、充填手段に対する気化ガスの充填量に応じて温度制御手段が気化ガスの温度を制御するので、充填手段の内圧が調整され、充填可能な気化ガス量を変更することが可能である。このため充填可能な気化ガス量を増大させることができ燃費を向上させることができる。

本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、本発明の例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されることなく種々に変形して実施可能である。
図１に、本発明の燃料供給システムを適用した燃料電池システムのシステムブロック図を示す。当該燃料電池システムは、例えば自動車等の移動体に搭載されるものである。本発明の気化ガスとしては、液体水素から発生する気化ガス（ボイルオフガス）が相当しており、充填手段としては、充填タンク１１〜１３が相当している。また温度制御手段には冷却装置３が相当し、消費手段には燃料電池スタック１００が相当している。

図１に示すように、本燃料電池システムは、燃料電池スタック１００に、気化ガスである水素ガスを供給する水素ガス供給装置１、酸化ガスである空気を供給する空気供給装置２、燃料電池スタック１００を冷却する冷却装置３、燃料電池スタック１００で発電された電力を充放電する電力装置４、およびシステム全体を制御する制御装置５を備えている。

水素ガス供給装置１は、液体水素から発生する気化ガスを充填・供給可能に、燃料タンク１０及び本発明に係る充填タンク１１〜１３を中心として構成されている。燃料タンク１０は、真空二重構造を備えており、沸点が極めて低い（およそ２０Ｋ）液体水素を貯蔵可能となっている。また、この液体水素から発生する気化ガスをある程度の高圧まで貯蔵することが可能な耐圧構造を備えている。燃料タンク１０には、内圧がかなり高くなった場合に内圧を下げるためのリリーフ弁が設けられている。また、燃料タンク１０には、液体燃料が液相で残留している量を調べるためのレベルゲージＬＧが制御装置５から読み取り可能に設けられており、液体燃料の液面位置を計測することで液体燃料が液体として存在している量を制御装置５に把握させることが可能になっている。

充填タンク１１〜１３はいずれも類似の構造を備えており、燃料タンク１０からの気化ガスをある程度の高圧まで充填可能に構成されている。これらの充填タンクにも、所定値以上に内圧が達した場合に内圧を下げるリリーフ弁Ｒ１〜Ｒ３が設けられている。

これらタンク間を連通する配管・弁構造を説明する。液体燃料充填口ＦＩから燃料タンク１０までは燃料充填路１６が敷設され、燃料タンク１０から充填タンク１１〜１３の入口側までは充填配管１７が互いに連通した構造で敷設されている。また充填タンク１１〜１３の出口側は各タンクからの気化ガスを共通して供給するための燃料供給路１８が互いに連通した構造で敷設され、主配管１９に接続されている。

燃料充填路１６は、液体燃料充填口ＦＩから燃料タンク１０への連通路であり、液体燃料充填時に利用されるものである。燃料充填路１６には液体燃料充填口ＦＩから順に逆止弁ＲＶ１、ＲＶ２、手動弁Ｈ１、遮断弁Ｌ１が設けられている。液体燃料充填口ＦＩは、液体燃料スタンドなどで液体水素充填機の供給ノズルを接続可能な構造を備え、液体水素充填機と当該燃料電池システムの制御装置５と間で通信可能なように、図示しないコネクタも設けられている。

逆止弁ＲＶ１及びＲＶ２は、直列接続された二重構造になっている。逆止弁により、万一いずれかの弁においてシール不良等の弁不全が生じたとしても液体水素が逆流することを防止することが可能になっている。圧力センサｐ１及びｐ２は、逆止弁ＲＶ１及びＲＶ２で区画される燃料充填路１６の各区間の圧力を計測するために設けられている。

手動弁Ｈ１は、製造時の調整やサービス時に手動開閉されるサービス用弁であり、通常使用時には所定の開度で開弁されている。遮断弁Ｌ１は制御装置５によって開閉制御が可能な電磁弁となっており、液体燃料供給時には開弁するよう制御されるものである。燃料タンク１０の入口側にはタンク内圧、すなわち液体水素が気化して発生した気化ガスの圧力を計測するための圧力センサｐ３、及び気化ガスの内部温度を計測するための温度センサｔ１が設けられている。

充填配管１７は、燃料タンク１０と各充填タンク１１〜１３とを連通させるものであり、燃料タンク１０の出口近傍に手動弁Ｈ２が設けられている。また各充填タンク１１〜１３に分岐した後の充填タンク入口側には、各充填タンクに対応させた逆止弁ＲＶ３〜ＲＶ５、手動弁Ｈ３〜Ｈ５がそれぞれ設けられている。

逆止弁ＲＶ３〜ＲＶ５は、所定の開弁圧力に達すると自動的に開弁するように構成されている。手動弁Ｈ３〜Ｈ５は、製造時の調整やサービス時に手動開閉されるサービス用弁であり、通常使用時には所定の開度で開弁維持されている。各充填タンク１１〜１３の入口にはタンク内の気化ガス圧力を計測するための圧力センサｐ４〜ｐ６、及び各タンクの内部温度を計測するための温度センサｔ２〜ｔ４が設けられている。

燃料供給路１８は、各充填タンク１１〜１３を連通させ主配管１９に接続するためのものである。燃料供給路１８のうち各充填タンク１１〜１３に対応した枝管部分には、調整弁Ｒ１〜Ｒ３、手動弁Ｈ６〜Ｈ８、遮断弁Ｇ１〜Ｇ３がそれぞれ対応づけられて設けられている。調整弁Ｒ１〜Ｒ３は、各充填タンク１１〜１３から燃料供給路１８への供給圧力をそれぞれ規定するもので、所定の差圧で気化ガスを出力するように調整されている。手動弁Ｈ６〜Ｈ８は、製造時の調整やサービス時に手動開閉されるサービス用弁であり、通常使用時には所定の開度で開弁維持されている。

燃料充填路１６と燃料供給路１８とは、遮断弁Ｌ２を介してバイパス可能になっている。これは燃料充填路１６内に残留している気化ガスを速やかに遮断弁Ｌ２経由で燃料供給路１８に供給し燃料電池スタック１００で消費させるためである。

主配管１９以降の構成について説明する。主配管１９の上流側から順に、調圧弁Ｒ４，Ｒ５、遮断弁Ｌ３、燃料電池スタック１００内の流路を経て、気液分離器１４及び遮断弁ＳＶ４、水素ポンプ１５、並びにパージ遮断弁Ｌ５が設けられ、水素ガスの循環経路を構成している。

主配管１９上、調圧弁Ｒ４及びＲ５は、燃料供給路１８からの気化ガスを調圧して出力するように構成されている。シール不良に対応するため調圧弁Ｒ４及びＲ５はダイアフラムが二重化されたものである。調圧弁Ｒ４やＲ５のいずれも、配管内が所定以上の圧力になった場合に減圧するためのリリーフ弁が設けられている。遮断弁Ｌ３は、発電の開始・停止に応じて開閉し、主配管１９上で気化ガスの供給の有無を制御可能に構成される。圧力センサｐ１０は、燃料供給路１８における内圧を計測可能に設けられ、圧力センサｐ１１は、調圧弁Ｒ４−Ｒ５間の内圧を計測可能に設けられ、圧力センサｐ１２は、燃料電池スタック１００の内圧を計測可能に設けられ、圧力センサｐ１３は、水素ポンプ１５の入口圧力を計測可能に設けられている。

燃料電池スタック１００は、本発明の消費手段に相当し、単セルという発電構造体を複数積層したスタック構造を備える。各単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）といわれる発電体を、水素ガス（気化ガス）、空気、冷却水の流路が設けられたセパレータ一対によって挟み込んだ構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード及びカソードの二つの電極を挟み込んで構成されている。アノードはアノード用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソードはカソード用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。

燃料電池スタック１００のアノードに供給された気化ガスは、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの燃料ガス流路を流れて、ＭＥＡのアノードにおいて電気化学反応を生じるようになっている。燃料電池スタック１００から排出されたボイルオフガス（水素オフガス）は、気液分離器１４に供給される。気液分離器１４は、通常運転時において燃料電池スタック１００の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁Ｌ４を通じて外部に放出するように構成されている。水素ポンプ１５は、水素オフガスを強制循環させて主配管１９に戻すことにより、循環経路を構成している。パージ遮断弁Ｌ５は、パージ時に開放されるが、通常の運転状態及び配管内ガス漏れ判定時には遮断されている。パージ遮断弁ＳＶ５からパージされた水素オフガスは希釈器２５を含む排気系で処理される。

空気供給装置２は、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３、気液分離器２４、希釈器２５、及び消音器２６を備えている。エアクリーナ２１は、外気を浄化して燃料電システムに取り入れる。コンプレッサ２２は、取り入れられた空気を制御装置５の制御に従って圧縮し供給する空気量や空気圧を変更するようになっている。燃料電池スタック１００のカソードに供給された空気は、気化ガスと同じくマニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの空気流路を流れて、ＭＥＡのカソードにおいて電気化学反応を生じる。燃料電池スタック１００から排出された空気（空気オフガス）加湿器２３は圧縮された空気に対し、空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加える。燃料電池スタック１００に供給された空気は、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの空気流路を流れて、ＭＥＡのカソードにおいて電気化学反応を生じるようになっている。燃料電池スタック１００から排出された空気オフガスは、気液分離器２４において過剰な水分が除去される。希釈器２５は、パージ遮断弁Ｌ５から供給された水素オフガスを空気オフガスで混合・希釈し、酸化反応が生じ得ない濃度にまで均一化するよう構成されている。消音器２６は、混合された排気ガスの騒音レベルを低減させて排出可能に構成されている。

冷却装置３は本発明に係る構成であり、ラジエタ３１、ファン３２、冷却ポンプ３３、強制冷却装置３４、及びロータリーバルブＣ１〜Ｃ４を備えている。冷却装置３は、燃料電池スタック１００と充填タンク１１〜１３との熱交換を行う手段となっている。ラジエタ３１は、多数の配管を備え、分流された冷却液がファン３２の送風により強制空冷されるようになっている。冷却ポンプ３３は、冷却液を燃料電池スタック１００内部に循環供給されるようになっている。燃料電池スタック１００内に入った冷却液は、マニホールド経由で各単セルに供給されセパレータの冷却液流路を流れ、発電によって生じる熱を奪うようになっている。強制冷却装置３４はコンデンサ等を備えており、空冷を上回る冷却性能を備え、冷却液の温度を低下させることが可能になっている。

当該冷却装置３は、冷却経路３５〜３７のいずれかをロータリーバルブＣ１またはＣ２を切り替えることで選択可能になっている。冷却経路３５は、ラジエタ３１による空冷無しで冷却液を冷却ポンプ３３に供給する経路であり、冷却経路３６は、ラジエタ３１による空冷をする経路である。冷却経路３７は、充填タンク１１〜１３を冷却するための循環経路である。ロータリーバルブＣ１は、充填タンク１１〜１３のための冷却経路３７か、冷却経路３５・３６かを切り替えるものであり、ロータリーバルブＣ２は、充填タンク１１〜１３から循環してきた冷却液を、空冷無しの冷却経路３５を通すか、空冷させる冷却経路３６を通すかを切り替えるものである。冷却経路３７には、ロータリーバルブＣ３及びＣ４が設けられている。ロータリーバルブＣ３は、冷却液を、充填タンク１１に供給するか、充填タンク１２以降の経路に供給するか、双方の経路に供給するかを選択するようになっている。また、ロータリーバルブＣ４は、冷却液を、充填タンク１２に供給するか、充填タンク１３に供給するか、それとも充填タンク１２／１３の双方に供給するかの選択をするように構成されている。冷却経路３７は、各充填タンク１１〜１３において気化ガスの入出力口付近（逆止弁ＲＶ３〜ＲＶ５や調圧弁Ｒ１〜３付近）を冷却可能に配管されており、気化ガスの温度を制御して圧力を低減させることが可能になっている。なお、ロータリーバルブＣ１〜Ｃ４は、制御装置５の制御により、全開または全閉のいずれかに切り替えられる他、中間的な開度に設定することにより、一つの経路から供給された冷却水を二つに分流することが可能に構成されている。

ロータリーバルブＣ１とＣ２は、起動時に冷却経路３５に冷却液が循環するように制御される。起動時にラジエタ３１や充填タンク１１〜１３に冷却液が流れないようにすることで、温度差が大きい冷却液がそのまま供給され、熱衝撃により破壊が生ずることを抑制するためである。

電力装置４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ４０、バッテリ４１、トラクションインバータ４２、トラクションモータ４３、補機インバータ４４，高圧補機４５等を備えている。燃料電池スタック１００は単セルが直列接続されて構成されるもので、そのアノードＡとカソードＣとの間に所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）が発生する。ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は燃料電池スタック１００の出力電圧と異なる端子電圧を有するバッテリ）４１との間で双方向の電圧変換を行い、燃料電池スタック１００の補助電源としてバッテリ４１の電力を利用したり、または、燃料電池スタック１００からの余剰電力をバッテリ４１に充電したりすることが可能になっている。当該ＤＣ−ＤＣコンバータ４０は制御装置５の制御に対応した端子間電圧を設定可能である。バッテリ４１は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリーコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりが可能になっている。トラクションインバータ４２は直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ４３に供給するものである。トラクションモータ４３は例えば三相モータであり、当該燃料電池システムが搭載される自動車の主動力源である。補機インバータ４４は、高圧補機４５を駆動するための直流−交流変換手段である。高圧補機４５は、コンプレッサ２２、水素ポンプ１５、ファン３２、冷却ポンプ３３等の燃料電池システムの運転に必要な各種モータ類である。

制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を汎用コンピュータとしての構成を備えている。制御装置５は、内蔵ＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを順次実行することにより、主として水素ガス供給装置１、空気供給装置２、冷却装置３、電力装置４を含む燃料電池システム全体を制御することが可能になっている。特に、本実施形態では、本システムを本発明の燃料供給システムとして動作させるためのソフトウェアプログラムをＣＰＵが実行することが可能になっている。

なお、圧力センサｐ４〜ｐ６で測定される、充填タンク１１〜１３の内圧をＰ４〜Ｐ６と表記し、温度センサｔ２〜ｔ６で測定される、充填タンク１１〜１３並びに燃料電池スタック１００の出口及び入口の温度をＴ２〜Ｔ６と表記する。

次に、本実施形態における動作を説明する。
本発明の燃料供給処理は、充填タンクに対する気化ガスの充填量に応じて気化ガスの温度を制御するためのものである。具体的には、充填タンク１１〜１３について計測される圧力Ｐ４〜Ｐ６に基づいて充填タンクの温度を冷却装置３の動作制御によって変更可能に構成されている。充填タンク１１〜１３の内圧が所定値以上となった場合に充填タンクを冷却するよう制御され、逆に充填タンク１１〜１３の内圧が所定値以下となった場合に充填タンクを加熱するよう制御される。

図２〜図７のフローチャートを参照して、これらの動作を具体的に説明する。
図２はタンク圧力・温度測定処理ルーチンを示し、図３はそれに基づく冷却液の循環制御のための弁開閉制御処理ルーチンを示す。図４は冷却液の急冷を行う強制冷却装置３４の動作を規定する冷却装置駆動処理を示す。図５及び図６は冷却液自体の温度を調整するための冷却液温度制御処理ルーチンを示す。図７は、始動時に熱衝撃から燃料電池スタック１００を保護するためのスタック衝撃保護処理ルーチンを示す。

まず、タンク圧力・温度測定処理（図２）によって、各充填タンク１１〜１３の内圧が大きいのか小さいのか、温度が高いのか低いのかが測定される。弁開閉制御処理（図３）によって、各充填タンク１１〜１３の圧力と温度の大小に基づき、各充填タンクを加熱すべきか冷却すべきかの判断がされフラグにセットされ、充填タンクへの気化ガスの入出力を制御する制御弁Ｗ１〜Ｗ３、Ｇ１〜Ｇ３の開閉が制御される。また冷却液駆動処理（図４）により、各充填タンクが加熱すべきか冷却すべきかのフラグに基づき、強制冷却装置３４の実際の駆動・停止が制御され、駆動時にはタンク冷却モードであることを示すフラグが、停止時にはタンク加熱モードであることを示すフラグがセットされる。そして、冷却液温度制御処理（図５及び図６）により、冷却液を強制冷却するか否かと充填タンク１１〜１３のそれぞれへ供給するかが制御される。スタック衝撃保護処理（図７）により、燃料電池スタック１００が始動時に熱衝撃による影響を受けることが抑制される。以下、各処理を順番に説明する。

まず、図２に示すタンク圧力・温度測定処理を説明する。
タンク圧力・温度測定処理では、各圧力センサｐ４〜ｐ６及び温度センサｔ２〜ｔ４によって、各充填タンク１１〜１３の圧力Ｐ４〜Ｐ６や温度Ｔ２〜Ｔ４が計測されていく。その結果はフラグとして記録されていく。以下の圧力や温度についての所定値は、該当システムの仕様に応じて妥当な値が選択される。

図２に示すように、圧力センサｐ４によって測定された圧力Ｐ４が所定値ｐhigh４以上である場合には（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、充填タンク１１の内圧が相対的に大きいことを示すフラグがセットされ（Ｓ１０２）、圧力Ｐ４が所定値ｐlow４以下である場合には（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、充填タンク１１の内圧が相対的に小さいことを示すフラグがセットされる（Ｓ１０４）。

同様に、充填タンク１２についても、圧力センサｐ５によって測定された圧力Ｐ５が所定値ｐhigh５以上である場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、充填タンク１２の内圧が相対的に大きいことを示すフラグがセットされ（Ｓ１０６）、圧力Ｐ５が所定値ｐlow５以下である場合には（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、充填タンク１２の内圧が相対的に小さいことを示すフラグがセットされる（Ｓ１０８）。

同様に、充填タンク１３についても、圧力センサｐ６によって測定された圧力Ｐ６が所定値ｐhigh６以上である場合には（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、充填タンク１３の内圧が相対的に大きいことを示すフラグがセットされ（Ｓ１１０）、圧力Ｐ６が所定値ｐlow６以下である場合には（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、充填タンク１３の内圧が相対的に小さいことを示すフラグがセットされる（Ｓ１１２）。

次に、温度センサｔ２によって測定された温度Ｔ２が所定値ｔhigh２以上である場合には（Ｓ１２１：ＹＥＳ）、充填タンク１１の内部温度が相対的に高いことを示すフラグがセットされ（Ｓ１２２）、温度Ｔ２が所定値ｔlow２以下である場合には（Ｓ１２３：ＹＥＳ）、充填タンク１１の内部温度が相対的に低いことを示すフラグがセットされる（Ｓ１２４）。

同様に、温度センサｔ３によって測定された温度Ｔ３が所定値ｔhigh３以上である場合には（Ｓ１２５：ＹＥＳ）、充填タンク１２の内部温度が相対的に高いことを示すフラグがセットされ（Ｓ１２６）、温度Ｔ３が所定値ｔlow３以下である場合には（Ｓ１２７：ＹＥＳ）、充填タンク１２の内部温度が相対的に低いことを示すフラグがセットされる（Ｓ１２８）。

同様に、温度センサｔ４によって測定された温度Ｔ４が所定値ｔhigh４以上である場合には（Ｓ１２９：ＹＥＳ）、充填タンク１３の内部温度が相対的に高いことを示すフラグがセットされ（Ｓ１３０）、温度Ｔ４が所定値ｔlow４以下である場合には（Ｓ１３１：ＹＥＳ）、充填タンク１３の内部温度が相対的に低いことを示すフラグがセットされる（Ｓ１３２）。

次に図３に示す弁開閉制御処理を説明する。
弁開閉制御処理では、図２のタンク圧力・温度測定処理により測定された各充填タンク１１〜１３の圧力の大小、温度の高低に基づき、各充填タンクを冷却すべきか加熱すべきかのフラグがセットされる。そして図４の冷却装置駆動処理で制御される、強制冷却装置３４の駆動の有無によって現実に冷却モードであるか加熱モードであるかを示すフラグ（タンク冷却又はタンク加熱）と併せて判定することにより、各充填タンクから燃料供給路１８に気化ガスを供給する遮断弁Ｇ１〜Ｇ３の開閉制御、燃料タンク１０からの気化ガスを各充填タンクに供給する遮断弁Ｗ１〜Ｗ３の開閉制御が行われる。

図３に示すように、充填タンク１１の圧力大のフラグがセットされ、かつ、温度高のフラグがセットされている場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）充填タンク１１を冷却すべき旨のフラグがセットされ（Ｓ２０２）、充填タンク１１の圧力小のフラグがセットされ、かつ、温度低のフラグがセットされている場合（Ｓ２０３：ＹＥＳ）充填タンク１１を加熱すべき旨のフラグをセットされる（Ｓ２０４）。

同様に、充填タンク１２の圧力大のフラグがセットされ、かつ、温度高のフラグがセットされている場合（Ｓ２０５：ＹＥＳ）充填タンク１２を冷却すべき旨のフラグがセットされ（Ｓ２０６）、充填タンク１２の圧力小のフラグがセットされ、かつ、温度低のフラグがセットされている場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）充填タンク１２を加熱すべき旨のフラグをセットされる（Ｓ２０８）。

同様に、充填タンク１３の圧力大のフラグがセットされ、かつ、温度高のフラグがセットされている場合（Ｓ２０９：ＹＥＳ）充填タンク１３を冷却すべき旨のフラグがセットされ（Ｓ２１０）、充填タンク１３の圧力小のフラグがセットされ、かつ、温度低のフラグがセットされている場合（Ｓ２１１：ＹＥＳ）充填タンク１３を加熱すべき旨のフラグをセットされる（Ｓ２１２）。

次に、上記判定に基づき各充填タンクに充填されている気化ガスの送り出しの弁制御が行われる。充填タンク１１について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２２１：ＹＥＳ）充填タンク１１から燃料供給路１８に気化ガスを放出するため遮断弁Ｇ１が開弁される（Ｓ２２２）。同様に、充填タンク１２について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２２３：ＹＥＳ）充填タンク１２から燃料供給路１８に気化ガスを放出するため遮断弁Ｇ２が開弁される（Ｓ２２４）。同様に、充填タンク１３について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２２５：ＹＥＳ）充填タンク１３から燃料供給路１８に気化ガスを放出するため遮断弁Ｇ３が開弁される（Ｓ２２６）。

上記とは逆に、充填タンク１１について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２２７：ＹＥＳ）充填タンク１１から燃料供給路１８への気化ガス放出を停止するため遮断弁Ｇ１が閉弁される（Ｓ２２８）。同様に、充填タンク１２について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２２９：ＹＥＳ）充填タンク１２から燃料供給路１８への気化ガス放出を停止するため遮断弁Ｇ２が閉弁される（Ｓ２３０）。同様に、充填タンク１３について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２３１：ＹＥＳ）充填タンク１３から燃料供給路１８への気化ガス放出を停止するため遮断弁Ｇ３が閉弁される（Ｓ２３２）。

上記弁開閉処理により、遮断弁Ｇ１〜Ｇ３の総てが閉弁された場合（Ｓ２３３：ＹＥＳ）、燃料タンク１０の入口の遮断弁Ｌ１が開弁され、さらに燃料供給路１８に連通させるための遮断弁Ｌ２が開弁される（Ｓ２３４）。この処理によって、燃料供給路１８から主配管１９に気化ガスが供給されなくなってしまうことが防止される。

次に、燃料タンク１０から各充填タンクへ気化ガスを充填させるための弁制御が行われる。充填タンク１１について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２４１：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１１へ気化ガスの充填を禁止するため遮断弁Ｗ１が閉弁される（Ｓ２４２）。同様に、充填タンク１２について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２４３：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１２へ気化ガスの充填を禁止するため遮断弁Ｗ２が閉弁される（Ｓ２４４）。同様に、充填タンク１３について加熱すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に加熱モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２４５：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１３へ気化ガスの充填を禁止するため遮断弁Ｗ３が閉弁される（Ｓ２４６）。

上記とは逆に、充填タンク１１について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２４７：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１１へ気化ガスを充填させるため遮断弁Ｗ１が開弁される（Ｓ２４８）。同様に、充填タンク１２について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２４９：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１２へ気化ガスを充填させるため遮断弁Ｗ２が開弁される（Ｓ２５０）。同様に、充填タンク１３について冷却すべき旨のフラグがセットされ、かつ、実際に冷却モードである旨のフラグがセットされている場合（Ｓ２５１：ＹＥＳ）燃料供給路１８から充填タンク１３へ気化ガスを充填させるため遮断弁Ｗ３が開弁される（Ｓ２５２）。

次に図４に示す冷却装置駆動処理を説明する。
この処理は、各充填タンクを冷却すべきフラグが立っているのにも拘わらず、燃料電池スタック１００から排出された冷却液の温度が相対的に高い場合に強制冷却装置３４を作動させ、いずれの充填タンクも冷却すべきフラグがセットされておらず、冷却液の温度が高く無い場合、すなわち冷却すべき状態にない場合に強制冷却装置３４を停止させるものである。燃料電池スタック１００の冷却液出口に設けられた温度センサｔ５で測定されるものが冷却液出口温度Ｔ５である。また各充填タンク１１〜１３に循環する冷却液温度を測定する温度センサｔ２〜ｔ４で測定されるものが充填タンク冷却液温度Ｔ２〜ｔ４である。

充填タンク１１を冷却すべきフラグがセットされており、かつ、冷却液出口温度Ｔ５が充填タンク１１に循環している冷却液温度Ｔ２より高い場合（Ｓ６０１：ＹＥＳ）、充填タンク１２を冷却すべきフラグがセットされており、かつ、冷却液出口温度Ｔ５が充填タンク１２に循環している冷却液温度Ｔ３より高い場合（Ｓ６０２：ＹＥＳ）、及び充填タンク１３を冷却すべきフラグがセットされており、かつ、冷却液出口温度Ｔ５が充填タンク１３に循環している冷却液の温度Ｔ４より高い場合（Ｓ６０３：ＹＥＳ）、強制冷却装置３４を作動させる（Ｓ６０４）。これにより充填タンクへの冷却経路３７の冷却液が強制冷却される。一方、上記条件に適合しない場合（Ｓ６０１：ＮＯ、Ｓ６０２：ＮＯ、及びＳ６０３：ＮＯ）、強制冷却装置３４の動作が停止される（Ｓ６０５）。強制冷却の必要が無い場合である。

そして、充填タンク１１〜１３のいずれかを加熱すべきフラグがセットされている場合（Ｓ６０６：ＹＥＳ）、強制冷却装置３４の動作が停止され（Ｓ６０７）、実質的に充填タンクを加熱するモードになっていることを示すタンク加熱フラグをセットする（Ｓ６０８）。一方、充填タンク１１〜１３のいずれかも加熱すべきフラグがセットされていない場合（Ｓ６０６：ＮＯ）、実質的に充填タンクを冷却するモードになっていることを示すタンク冷却フラグをセットする（Ｓ６０９）。

次に、図５及び図６に示す冷却液温度制御処理を説明する。
冷却液温度制御処理では、冷却液を強制冷却するか否か、冷却液を充填タンク１１〜１３のいずれへ供給するかが制御される。この処理では、冷却液の温度が目標温度から低すぎると、燃料電池スタック１００内部で結露等の不都合を生じやすくなるため、目標温度と冷却液の温度との差が少なくなるように制御されるものである。

温度センサｔ５及びｔ６を参照して、燃料電池スタック１００の冷却液の入口温度Ｔ６と出口温度Ｔ５との温度差ΔＴｆｃ１が演算される（Ｓ３０１）。この温度差ΔＴｆｃ１は、後の処理で必要に応じて適宜利用される。
次いで予め設定される燃料電池スタック１００の目標温度Ｔｔと燃料電池スタック１００の冷却液の入口温度Ｔ６との目標温度との差ΔＴｆｃ２が演算される（Ｓ３０２）。さらに現在の燃料電池負荷における発電に対して必要な冷却ポンプの回転数を記録したマップを参照し、燃料電池負荷に対して必要な冷却ポンプの回転数を取得し、冷却ポンプ３３がこの回転数で駆動される（Ｓ３０３）。現在の燃料電池負荷は、アクセル開度、ブレーキ開度、回生電力、シフトレバー位置等から演算される。

冷却液の目標温度Ｔｔと実際の冷却液出口温度Ｔ５との差ΔＴｆｃ２が所定値Ｔｄ１以下である場合（Ｓ３０４：ＹＥＳ）、すなわち冷却液の実際の温度と目標温度との差が少ないときには、ロータリーバルブＣ２が全閉状態とされる（Ｓ３０５）。冷却液の温度と目標温度との差が少ないため、特に結露等の問題を生じにくく、ラジエタ３１による空冷を有効としても不都合を生じないからである。一方、冷却液の目標温度Ｔｔと冷却液出口温度Ｔ５との差ΔＴｆｃ２が所定値Ｔｄ１より大きい場合には（Ｓ３０４：ＮＯ）、ロータリーバルブＣ２が全開状態とされる（Ｓ３０６）。冷却液の温度と目標温度との差が大きく、さらにラジエタ３１による空冷をすると結露等が生じ易いためそれを禁止する趣旨である。

さらに冷却液の目標温度Ｔｔと実際の冷却液出口温度Ｔ５との差ΔＴｆｃ２が別の所定値Ｔｄ２以下の場合（Ｓ３０７：ＹＥＳ）、ラジエタファン３２がオン状態とされる（Ｓ３０８）。冷却液の温度と目標温度との差が少ないので、さらにラジエタファン３２による強制空冷を実施しても問題無いためである。一方、冷却液の目標温度Ｔｔと実際の冷却液出口温度Ｔ５との差ΔＴｆｃ２が所定値Ｔｄ２より大きい場合（Ｓ３０７：ＮＯ）、ラジエタファン３２がオフ状態とされる（Ｓ３０９）。冷却液の温度と目標温度との差が大きいため、ラジエタファン３２による強制空冷をすると結露等の不都合を発生すると考えられるからである。

次に充填タンクに対する冷却液の循環制御に移る。
フラグがタンク冷却またはタンク加熱を示しており、充填タンクを冷却する動作モードまたは充填タンクを加熱する動作モードになっている場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、ロータリーバルブＣ１が全開状態とされる（Ｓ３１１）。冷却液を充填タンクに供給して冷却または加熱をすべきモードだからである。それ以外の場合は（Ｓ３１０：ＮＯ）、ロータリーバルブＣ１が全閉状態とされ（Ｓ３１２）、冷却液は燃料電池スタック１００の冷却のみを行う。

ステップＳ３２０以降の処理は、各充填タンクについて、冷却すべきフラグまたは加熱すべきフラグがセットされているかに応じて各ロータリーバルブＣ３またはＣ４が操作されるものである。すなわち、充填タンク１１について、冷却または加熱すべき場合であれば（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、ロータリーバルブＣ３が中間開度状態または全閉状態にされ、少なくとも充填タンク１１に冷却液が供給されるようになる（Ｓ３３２、Ｓ３３３、Ｓ３４１、Ｓ３４２）。また、充填タンク１２について、冷却または加熱すべき場合であれば（Ｓ３２２：ＹＥＳ、Ｓ３３０：ＹＥＳ）、ロータリーバルブＣ４が中間開度状態または全閉状態にされ、少なくとも充填タンク１２に冷却液が供給されるようになる（Ｓ３２５、Ｓ３２６、Ｓ３４１、Ｓ３４２）。さらに、充填タンク１３について、冷却または加熱すべき状態であれば（Ｓ３２４：ＹＥＳ、Ｓ３３１：ＹＥＳ、Ｓ３４０：ＹＥＳ）、ロータリーバルブＣ４が中間開度状態または全開状態となり、少なくとも充填タンク１３に冷却液が供給されるようになる（Ｓ３２３、Ｓ３２５、Ｓ３３２、Ｓ３４１）。各充填タンクについて、冷却も加熱もすべきない場合には、自らの経路に冷却液を導入するロータリーバルブの開度は、いずれも全開状態とされる。以上の処理により、冷却すべきまたは加熱すべき充填タンク１１〜１３に冷却液が供給される。

図６に示す冷却液温度制御では、加熱モードと冷却モードとが競合した場合に、加熱モードが優先されるように制御される。ロータリーバルブＣ３・Ｃ４の制御は上記制御と同様に考えられる。

なお、上記処理では、燃料電池スタック１００の冷却液入口温度と出口温度との温度差ΔＴｆｃ１を利用していなかったが、当該温度差は少ない方が燃料電池スタック１００内部における結露等の影響が少ないため好ましい。そのため、この温度差ΔＴｆｃ１を少なくする方向に各ロータリーバルブＣ１〜Ｃ４を制御してもよい。

図７に示すスタック衝撃保護処理では、燃料電池スタック１００が始動時に熱衝撃による影響を受けることが抑制される。
起動時であって、かつ、燃料電池スタック１００の冷却液入口温度Ｔ６が所定値Ｔｖ１以下であった場合（Ｓ５０１：ＹＥＳ）、ロータリーバルブＣ１が全閉状態にされ（Ｓ５０２）、ロータリーバルブＣ２が全開状態とされる（Ｓ５０３）。この処理により、システム起動時に冷却液の温度が比較的低かった場合には、燃料電池スタック１００に冷却液が供給されることが禁止される。すなわち温度差の大きい冷却液がいきなり燃料電池スタック１００に供給され熱衝撃で不都合が生じることが防止される。

上記実施形態の構成によれば、気化ガスは容積が定められた充填タンク１１〜１３に充填されるが、この充填タンクに対する気化ガスの充填量に応じて気化ガスの温度が冷却液の循環制御によって制御されるので、結果的に充填タンクの内圧を調整することが可能である。すなわち温度制御により、充填タンクの内圧を調整して充填可能な気化ガス量を変更することが可能である。

例えば、上記実施形態の構成によれば、充填タンクの内圧が相対的に高くなった場合に充填タンクが冷却された冷却液供給により冷却されるので、内圧を減少させ、その結果、充填可能な気化ガス量を多くすることが可能である。また、充填タンクの内圧が相対的に低くなった場合に温冷却液供給を抑制することにより加熱されるので、内圧が増加し、充填タンクの内圧を適正値に維持することが可能である。

本実施形態の構成によれば、冷却液を媒介として、燃料電池スタック１００において発生した熱と充填タンク１１〜１３との熱交換が行われるので、燃料電池スタックで発生した熱を有効利用して充填タンクの加熱を達成することができる。

また本実施形態の構成によれば、システムの起動時において、燃料電池スタックへ供給される冷却液の温度が所定値以下である場合に、冷却液の供給が禁止される。温度差が激しい冷却液を燃料電池スタックに供給すると、熱衝撃を生じ、破損等の不都合を生ずることがあるが、この構成によれば、冷却液の温度が下がっている場合には冷却液が供給されることが防止されるので、このような熱衝撃の影響を緩和することが可能である。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態における各処理は、図１による冷却液循環経路において動作可能な弁・バルブ制御の一例であり、これに限定されることなく変更可能なものである。
また、冷却液循環経路自体の構成も種々に変更可能であり、上記実施形態のように燃料電池スタックと充填タンクとを熱交換可能に構成する他、充填タンクに独立して冷却液循環系統を設けてもよい。
また、充填タンクは複数存在することを要せず、一つのみであっても、また、４つ以上設けてもよい。
また、ラジエタやラジエタファン、冷却装置は双方設ける必要はなく、いずれかのみであってもよい。
なお、本発明は、燃料電池システムを搭載する車両、船舶、航空機などの移動体のみならず、ビル、家屋などの閉空間に定置された燃料電池システムにも適用することが出来る。

本発明の燃料供給システムを搭載した実施形態の燃料電池システムのブロック構成図 実施形態のタンク圧力・温度測定処理を説明するフローチャート 実施形態の弁開閉制御処理を説明するフローチャート 実施形態の冷却装置駆動処理を説明するフローチャート 実施形態の冷却液温度制御処理を説明するフローチャート 実施形態の冷却液温度制御処理を説明するフローチャート（その２） 実施形態のスタック衝撃保護処理を説明するフローチャート

符号の説明

１ 水素ガス供給装置、２ 空気供給装置、３ 冷却装置（温度制御手段）、１００ 燃料電池スタック（消費手段）、１０ 燃料タンク（充填手段）、１１〜１３ 充填タンク（充填手段）、

Claims (7)

1. 液体燃料の気化ガスを充填するための空間を提供する充填手段と、
   該気化ガスの充填量に応じて該気化ガスの温度を制御する温度制御手段と、を備えることを特徴とする燃料供給システム。
2. 前記充填手段は、前記気化ガスを充填するための充填タンクであって、
   前記温度制御手段は、前記充填タンクの内圧に基づいて当該充填タンクの温度を変更可能に構成されている、請求項１に記載の燃料供給システム。
3. 前記温度制御手段は、前記充填タンクの内圧が所定値以上となった場合に当該充填タンクを冷却するよう構成されている、請求項２に記載の燃料供給システム。
4. 前記温度制御手段は、前記充填タンクの内圧が所定値以下となった場合に当該充填タンクを加熱するよう構成されている、請求項２に記載の燃料供給システム。
5. 前記気化ガスを消費する消費手段をさらに備え、
   前記温度制御手段は、前記充填タンクと前記消費手段との熱交換を行う手段を含む、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の燃料供給システム。
6. 前記充填タンクと前記消費手段との熱交換は冷却液を媒介とするものであり、
   前記消費手段の起動時において、当該消費手段へ供給される前記冷却液の温度が所定値以下である場合に、前記消費手段への前記冷却液の供給を禁止する手段をさらに備える、請求項５に記載の燃料供給システム。
7. 前記消費手段の運転温度と前記冷却液の温度との差に基づいて前記冷却液に対する冷却の程度を制御可能に構成されている、請求項６に記載の燃料供給システム。

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