JP2007051682A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数のタンクを備えるガス供給装置において対象タンク内のガスを充分に利用した後に、対象タンクを変更することができる技術を提供する。
【解決手段】 ガス供給装置は、複数のタンクと、複数のタンクに接続されて対象装置に供給されるガスが流通するガス通路であって、各タンクから送出されたガスが共通して流通する共通通路を含むガス通路と、複数のタンクの中から共通通路へガスを送出するタンクを対象タンクとして選択する選択部と、を備える。対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断され、かつ、対象タンクから対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断された場合に、選択部は、対象タンクを第１のタンクから第２のタンクに変更する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数のタンクを備えるガス供給装置に関する。

燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を備えている。燃料ガス供給系は、例えば、燃料ガスを高圧で貯蔵する２つのタンクと、該２つのタンクと燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、を備えている。そして、２つのタンクのうちの一方の対象タンクからの燃料ガスが、燃料ガス通路を介して燃料電池スタックに供給される。

従来では、第１のタンク内の燃料ガスが所定の残量に達したと判断される場合に、第１のタンクが空であると判断され、対象タンクが第１のタンクから第２のタンクに変更されていた。

特開平１０−３３２０９２号公報 特開２００３−３４６８５６号公報 特開平１０−１３９４０１号公報 特開２００３−３４４９１９号公報

しかしながら、上記の所定の残量は、最悪のケースでも燃料電池スタックに供給される燃料ガスが不足しないように設定されるため、対象タンクが第１のタンクから第２のタンクに変更されたときには、第１のタンクには、比較的多くの燃料ガスが残っている。すなわち、従来では、第１のタンク内の燃料ガスが充分に残っているにも拘わらず、対象タンクが第１のタンクから第２のタンクに変更されてしまうという問題があった。

なお、上記の問題は、燃料電池システムの燃料ガス供給装置に限らず、種々のガス供給装置に共通する。

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、複数のタンクを備えるガス供給装置において対象タンク内のガスを充分に利用した後に、対象タンクを変更することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の装置は、対象装置にガスを供給するためのガス供給装置であって、
ガスを貯蔵するための複数のタンクと、
前記複数のタンクに接続されて前記対象装置に供給されるガスが流通するガス通路であって、前記各タンクから送出されたガスが共通して流通する共通通路を含む前記ガス通路と、
前記複数のタンクの中から前記共通通路へガスを送出するタンクを対象タンクとして選択する選択部と、
前記対象タンク内のガスの残量に関連する物理量を検出する第１の検出部と、
前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量に関連する物理量を検出する第２の検出部と、
前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断され、かつ、前記第２の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断された場合に、前記選択部を制御して、前記対象タンクを第１のタンクから第２のタンクに変更する制御部と、
を備えることを特徴とする。

この装置では、対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断される場合にも、対象タンクから対象装置に供給されるガスの流量が不足していないと判断される場合には、対象タンクは変更されないため、対象タンク内のガスを充分に利用した後に、対象タンクを変更することができる。

上記の装置において、
前記第１の検出部は、
前記対象タンク内の圧力を検出する第１種の圧力センサを含み、
前記制御部は、
前記第１種の圧力センサの検出結果が所定値未満の値を示す場合に、前記対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断するようにしてもよい。

このように、第１種の圧力センサを利用すれば、対象タンク内のガスの残量が所定量未満であるか否かを判断することができる。

上記の装置において、
前記第２の検出部は、
前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量を検出する流量計を含み、
前記制御部は、
前記流量計の検出結果が前記対象装置に供給されるべきガスの流量未満の値を示す場合に、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断するようにしてもよい。

このように、流量計を利用すれば、対象タンクから対象装置に供給されるガスの流量が不足しているか否かを判断することができる。

あるいは、上記の装置において、
前記第２の検出部は、
前記共通通路内の圧力を検出する第２種の圧力センサを含み、
前記制御部は、
前記第２種の圧力センサの検出結果が所定値未満の値を示す場合に、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断するようにしてもよい。

このように、第２種の圧力センサを利用すれば、対象タンクから対象装置に供給されるガスの流量が不足しているか否かを判断することができる。

上記の装置において、
前記制御部は、前記判断に基づいて前記対象タンクを前記第１のタンクから前記第２のタンクに変更する際には、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの双方から前記共通通路内にガスが送出されるように、前記選択部を制御することが好ましい。

こうすれば、対象タンクを変更する際に、第１のタンクと第２のタンクの双方からのガスが共通通路内に供給されるため、対象タンクを変更する期間における共通通路内のガスの流量の不足を緩和することができる。

上記の装置において、
前記選択部は、
前記複数のタンクに対応して設けられた複数の遮断弁を備え、
前記制御部は、
前記判断に基づいて前記対象タンクを前記第１のタンクから前記第２のタンクに変更する際には、前記第２のタンクに対応する第２の遮断弁が最も開いた状態に設定された後に、前記第１のタンクに対応する第１の遮断弁が最も閉じた状態に設定されるように、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁とを制御することが好ましい。

こうすれば、第２のタンクに対応する第２の遮断弁が最も開いた状態に設定されたときに、第１のタンクに対応する第１の遮断弁は未だ開いているため、対象タンクを変更する期間における共通通路内のガスの流量の不足をより緩和することができる。

本発明は、方法の態様でも実現可能である。例えば、本発明の方法は、対象装置にガスを供給するためのガス供給装置におけるガス供給方法であって、
前記ガス供給装置は、
ガスを貯蔵するための複数のタンクと、
前記複数のタンクに接続されて前記対象装置に供給されるガスが流通するガス通路であって、前記各タンクから送出されたガスが共通して流通する共通通路を含む前記ガス通路と、
前記複数のタンクの中から前記共通通路へガスを送出するタンクを対象タンクとして選択する選択部と、
を備えており、
前記方法は、
（ａ）前記対象タンク内のガスの残量に関連する物理量を検出する工程と、
（ｂ）前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量に関連する物理量を検出する工程と、
（ｃ）前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断され、かつ、前記第２の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断された場合に、前記選択部を制御して、前記対象タンクを第１のタンクから第２のタンクに変更する工程と、
を備えることを特徴とするガス供給方法。

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、ガス供給装置、該ガス供給装置を備えるシステム、該システムを搭載した移動体などの装置、およびこれらの装置におけるガス供給方法、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、等の種々の態様で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
Ａ−２．比較例におけるタンクの切替処理：
Ａ−３．実施例におけるタンクの切替処理：
Ａ−４．変形例：
Ｂ．第２実施例：

Ａ．第１実施例：
Ａ−１．燃料電池システムの全体構成：
図１は、第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池システムは、車両に搭載されている。図示するように、燃料電池システムは、燃料電池スタック１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化ガス供給系３００と、を備えている。

燃料電池スタック１００は、燃料ガス供給系２００から供給された燃料ガス（水素ガス）と、酸化ガス供給系３００から供給された酸化ガス（空気）と、を使用して、発電する。そして、燃料電池スタック１００に接続された負荷Ｒに電力が供給される。本実施例では、燃料電池スタック１００と負荷Ｒとの間には、燃料電池スタック１００から負荷Ｒに流れる電流を測定するための電流計１０２が設けられている。

燃料ガス供給系２００は、燃料ガス（水素ガス）を高圧で貯蔵する２つのタンク２１０ａ，ｂを備えており、２つのタンク２１０ａ，ｂは、燃料ガス通路１２１を介して燃料電池スタック１００に接続されている。燃料ガス通路１２１は、第１のタンク２１０ａに接続された第１の部分通路１２１ａと、第２のタンク２１０ｂに接続された第２の部分通路１２１ｂと、２つの部分通路１２１ａ，ｂと燃料電池スタック１００とに接続された第３の部分通路１２１ｃと、を含んでいる。

第１のタンク２１０ａには、第１の遮断弁２１２ａが設けられており、第１の遮断弁２１２ａが開状態に設定されると、第１の部分通路１２１ａ内に燃料ガスが送出される。なお、第１の遮断弁２１２ａは、燃料電池システムの運転期間中には、開状態に設定されている。第１の部分通路１２１ａには、第１の減圧弁２１４ａと第２の遮断弁２１６ａとがこの順に設けられている。第１の減圧弁２１４ａは、ダイアフラムを備え、その下流側の圧力に応じて開度が機械的に調整される弁である。第１の減圧弁２１４ａは、その下流側の第１の部分通路１２１ａ内の圧力が比較的高い所定の目標圧力に等しくなるように、減圧する。第２の遮断弁２１６ａが開状態に設定されると、第１のタンク２１０ａから送出された燃料ガスは、第３の部分通路１２１ｃを介して燃料電池スタック１００内に供給される。また、第１の遮断弁２１２ａと第１の減圧弁２１４ａとの間には、第１のタンク２１０ａ内の圧力を検出する第１の圧力センサ２３２ａが設けられている。

同様に、第２のタンク２１０ｂには、第３の遮断弁２１２ｂが設けられており、第２の部分通路１２１ｂには、第２の減圧弁２１４ｂと第４の遮断弁２１６ｂとが設けられている。また、第３の遮断弁２１２ｂと第２の減圧弁２１４ｂとの間には、第２のタンク２１０ｂ内の圧力を検出する第２の圧力センサ２３２ｂが設けられている。

なお、本実施例では、第２および第４の遮断弁２１６ａ，ｂを制御することによって第１および第２のタンク２１０ａ，ｂのうちのいずれかが選択され、選択されたタンク（対象タンク）内の燃料ガスが燃料電池スタック１００に供給される。

第３の部分通路１２１ｃには、第３の減圧弁２２２が設けられており、第３の減圧弁２２２の上流側には流量計２３４が設けられている。流量計２３４は、燃料電池スタック１００に向けて供給される燃料ガスの実際の流量を測定する。なお、本実施例では、流量計２３４として水素ガス用の質量流量計が利用されている。第３の減圧弁２２２は、第１および第２の減圧弁２１４ａ，ｂと同様に、ダイアフラムを備え、その下流側の圧力に応じて開度が機械的に調整される弁である。第３の減圧弁２２２は、その下流側の第３の部分通路１２１ｃ内の圧力が比較的低い所定の目標圧力に等しくなるように、減圧する。

酸化ガス供給系３００は、酸化ガス（空気）を送出するブロワ３１０を備えており、酸化ガスは、酸化ガス通路１３１を介して燃料電池スタック１００に供給される。

燃料電池スタック１００から排出された使用済みの燃料オフガスは、燃料オフガス通路１２９を通る。燃料オフガス通路１２９には、第５の遮断弁２６０が設けられている。第５の遮断弁２６０は、間欠的に開状態に設定され、これにより、燃料オフガスが燃料電池スタック１００から排出される。また、燃料電池スタック１００から排出された使用済みの酸化オフガスは、酸化オフガス通路１３９を通る。燃料オフガス通路１２９と酸化オフガス通路１３９とは、下流側で合流しており、燃料オフガスと酸化オフガスとは合流通路１４１内で混合されて大気へ放出される。

燃料電池システムは、さらに、システム全体の動作を制御する制御回路６００と、ユーザへの通知を行う通知部６１０と、を備えている。特に、本実施例の制御回路６００は、使用中の一方のタンク２１０ａ（または２１０ｂ）に対応して設けられた一方の圧力センサ２３２ａ（または２３２ｂ）からの検出結果と、流量計２３４および電流計１０２からの検出結果と、に基づいて、一方のタンク２１０ａ（または２１０ｂ）から他方のタンク２１０ｂ（または２１０ａ）の切り替えを行う。具体的には、制御回路６００は、２つのタンク２１０ａ，ｂに対応する２つの遮断弁２１６ａ，ｂの開閉状態を制御することによって、使用する対象タンクを切り替える。また、制御回路６００は、燃料電池スタック１００の発電が制限される恐れがある場合等に、通知部６１０を制御して、ユーザへの通知を行う。なお、通知部６１０は、スピーカを用いて音声による通知を行ってもよいし、これに代えて、あるいは、これと共に、ランプを用いて表示による通知を行ってもよい。

本実施例における第２および第４の遮断弁２１６ａ，ｂが本発明における選択部に相当する。また、本実施例における燃料ガス通路１２１が本発明におけるガス通路に相当し、第３の部分通路１２１ｃが本発明における共通通路に相当する。さらに、本実施例における第１および第２の圧力センサ２３２ａ，ｂが本発明における第１種の圧力センサに相当する。

なお、本実施例では、第１および第３の遮断弁２１２ａ，ｂと第３の減圧弁２２２とが設けられているが、これらの弁は省略可能である。

Ａ−２．比較例におけるタンクの切替処理：
本実施例におけるタンクの切替処理の説明に先行して、比較例におけるタンクの切替処理について説明する。なお、比較例の燃料電池システムとしては、図１とほぼ同様のシステムを採用可能であるが、流量計２３４および電流計１０２は省略される。

比較例では、例えば、第１のタンク２１０ａに対応して設けられた第１の圧力センサ２３２ａの検出値が第１の減圧弁２１４ａの設計保証値未満となったときに、第１のタンク２１０ａが空であると判断され、第１のタンク２１０ａから第２のタンク２１０ｂに切り替えられる。ここで、減圧弁の設計保証値は、燃料ガスが動作保証温度範囲内の最高温度である場合に、減圧弁の下流側に燃料ガスが所定の最大流量（体積流量）で供給されることを保証する減圧弁の上流側の圧力値である。例えば、減圧弁の目標圧力が３ＭＰａである場合には、減圧弁の設計保証値は該目標圧力よりも高い４ＭＰａに設定される。

しかしながら、燃料ガスが上記の最高温度であり、かつ、燃料ガスが上記の最大流量で流通することが要求される希な場合を除けば、燃料電池システムは、第１の圧力センサ２３２ａの検出値が設計保証値未満であっても、第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスを利用して運転を継続可能である。また、設計保証値には、通常、マージンが設定されるため、燃料電池システムは、上記の希な場合においても、第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスを利用して運転を継続可能である。例えば、車両がほぼ一定の低い速度で走行する場合には、第１の圧力センサ２３２ａの検出値が設計保証値未満であっても、燃料電池システムは第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスを利用して運転を継続可能である。

上記の説明から分かるように、比較例では、使用中の対象タンク内の燃料ガスが充分に残っているにも拘わらず、対象タンクが切り替えられている。そこで、本実施例では、使用中の対象タンク内の燃料ガスを充分に利用（消費）した後に対象タンクが切り替えられるように工夫している。

Ａ−３．実施例におけるタンクの切替処理：
図２は、第１実施例におけるタンクの切替処理の手順を示すフローチャートである。以下では、比較例と同様に、対象タンクが第１のタンク２１０ａから第２のタンク２１０ｂへ切り替えられる場合を想定して説明する。

ステップＳ１０２では、制御回路６００は、対象タンク内の燃料ガスの残量が所定量未満であるか否かを判断する。具体的には、制御回路６００は、使用中の第１のタンク２１０ａに対応する第１の圧力センサ２３２ａによって検出された圧力Ｐ１を取得する。そして、圧力Ｐ１が第１の減圧弁２１４ａの設計保証値未満である場合に、第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスの残量が所定量未満であると判断する。第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスの残量が所定量以上であると判断された場合には、ステップＳ１０２の処理が繰り返し行われる。一方、第１のタンク２１０ａ内の燃料ガスの残量が所定量未満であると判断された場合には、ステップＳ１０４に進む。

なお、本実施例では、２つのタンク２１０ａ，ｂ内に燃料ガスが充分に貯蔵されている場合には、各タンク内の圧力がほぼ等しくなるように、タンクの切替が行われる。具体的には、各タンク内の圧力が予め準備された複数の圧力値に達する毎に、タンクは順次切り替えられ、この結果、各タンク内の圧力はほぼ設計保証値と等しくなるまで低下する。タンクが順次切り替えられる期間には、図２のステップＳ１０２の処理（判断）が並行して実行される。このため、図２のステップＳ１０２で第１のタンク２１０ａ内の圧力Ｐ１が設計保証値未満であると判断される場合には、第２のタンク２１０ｂ内の圧力Ｐ２は設計保証値以上の値、より具体的には、設計保証値と等しい値または設計保証値よりも僅かに大きな値となっている。

ステップＳ１０４では、制御回路６００は、通知部６１０を制御してユーザへの通知を行う。具体的には、対象タンク内の燃料ガスの残量が所定量未満であるため、燃料ガスが不足して、発電が制限されたり停止したりする恐れがあること、換言すれば、車両の出力が制限されたり車両が停止したりする恐れがあることをユーザに通知（警告）する。

ステップＳ１０６では、制御回路６００は、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量が不足しているか否かを判断する。具体的には、制御回路６００は、流量計２３４によって検出された燃料ガスの実際の流量（質量流量）（以下「現行流量」と呼ぶ）と、燃料電池スタック１００に供給されるべき燃料ガスの流量（質量流量）（以下「要求流量」と呼ぶ）と、を比較し、燃料ガスの現行流量が要求流量よりも小さい場合には、燃料ガスの流量が不足していると判断する。

制御回路６００は、電流計１０２の検出結果に基づいて、燃料ガスの要求流量を決定する。燃料電池スタック１００から負荷Ｒに流れる電流量は、発電に利用されて消費された燃料ガス量を間接的に示している。すなわち、該電流量は、燃料電池スタック１００に新たに供給されるべき燃料ガス量を間接的に示している。このため、本実施例では、電流計１０２の検出結果に基づいて、発電に利用された燃料ガスの流量（正味流量）を決定し、正味流量を、燃料電池スタック１００に供給されるべき燃料ガスの流量（要求流量）として決定している。

ただし、いわゆるクロスリークを無視できない場合には、要求流量は、クロスリークを考慮して補正されることが好ましい。ここで、クロスリークは、燃料電池スタック１００内部の燃料ガスが、燃料電池スタック１００内部の電解質膜を透過して酸化ガス側に漏れ出す現象である。電解質膜を介して漏れ出す燃料ガスは、発電に寄与しない。したがって、クロスリークが無視できない場合には、要求流量は、発電に利用される燃料ガスの流量（正味流量）に、電解質膜を介して漏れ出す燃料ガスの流量（第１の漏れ流量）が加算された流量に設定されることが好ましい。なお、第１の漏れ流量は、燃料電池スタック１００内部の温度が高い程大きくなる。したがって、温度に応じた第１の漏れ流量を示すテーブルを実験等に基づいて準備し、燃料電池スタック１００内部の温度（例えば冷却水の温度）に応じて第１の漏れ流量の現行値を決定すれば、より正確に要求流量を決定することができる。

なお、燃料電池スタック１００内部の燃料ガスが、燃料電池スタック１００内部の電解質膜を透過して酸化ガス側に漏れ出す際には、実際には、燃料電池スタック１００内部の酸化ガス（空気）中に含まれる窒素ガスも、燃料電池スタック１００内部の電解質膜を透過して燃料ガス側に漏れ出している。窒素ガスが燃料ガス側に漏れ出すと、燃料電池スタック１００内部の燃料ガスの通路の圧力が増大してしまう。このため、要求流量としては、発電に利用される燃料ガスの流量（正味流量）に、電解質膜を介して漏れ出す燃料ガスの流量（第１の漏れ流量）を加算し、電解質膜を介して漏れ出す窒素ガスの流量（第２の漏れ流量）を減算して得られる流量に設定されてもよい。なお、第２の漏れ流量も、燃料電池スタック１００内部の温度が高い程大きくなる。したがって、温度に応じた第２の漏れ流量を示すテーブルを実験等に基づいて準備し、燃料電池スタック１００内部の温度（例えば冷却水の温度）に応じて第２の漏れ流量の現行値を決定すれば、より正確に要求流量を決定することができる。

なお、本実施例では、上記のように、電流計１０２の検出結果に基づいて燃料ガスの要求流量が決定されているが、これに代えて、燃料電池スタック１００に接続された負荷Ｒの大きさ（例えばアクセル開度）に応じて要求される発電量（パワー）を算出し、該要求発電量に基づいて、燃料電池スタック１００に供給されるべき燃料ガスの流量（要求流量）を決定してもよい。

ステップＳ１０６において、燃料ガスの実際の流量が不足していると判断される場合には、ステップＳ１０８に進み、不足していないと判断される場合には、ステップＳ１０６の処理が繰り返し実行される。

ステップＳ１０８では、制御回路６００は、対象タンクすなわち第１のタンク２１０ａが空であると判断する。

ステップＳ１１０では、制御回路６００は、対象タンクの切り替え処理を実行する。具体的には、制御回路６００は、２つのタンク２１０ａ，ｂに対応する２つの遮断弁２１６ａ，ｂを制御して、対象タンクを第１のタンク２１０ａから第２のタンク２１０ｂに変更する。より具体的には、第１のタンク２１０ａに対応する第２の遮断弁２１６ａが閉状態に設定されると共に、第２のタンク２１０ｂに対応する第４の遮断弁２１６ｂが開状態に設定される。この結果、第２のタンク２１０ｂ内の燃料ガスが第３の部分通路１２１ｃを介して燃料電池スタック１００に供給される。

図３は、タンクの切替処理を模式的に示す説明図である。図３（ａ）は、制御回路６００が第２の遮断弁２１６ａを制御するための第１の制御信号ＣＳａ１，ＣＳａ２を示し、図３（ｂ）は、第２の遮断弁２１６ａの開度ＣＶａ１，ＣＶａ２を示す。図３（ｃ）は、制御回路６００が第４の遮断弁２１６ｂを制御するための第２の制御信号ＣＳｂを示し、図３（ｄ）は、第４の遮断弁２１６ｂの開度ＣＶｂを示す。なお、横軸は、時間を示している。図３（ａ），（ｂ）の実線は、第１の態様における切替動作を示しており、破線は、第２の態様における切替動作を示している。また、図３（ｃ），（ｄ）の実線は、第１および第２の態様における切替動作を示している。本実施例では、第１および第２の態様のいずれを採用することも可能である。

図３では、時刻ｔ１で燃料ガスの流量の不足が発生し、時刻ｔ２で燃料ガスの流量が不足していると判断された場合を想定している。

第１の態様では、制御回路６００は、時刻ｔ２において、第１の制御信号ＣＳａ１（図３（ａ））をＨレベルからＬレベルに変更する。このとき、第２の遮断弁２１６ａに流れていた電流は遮断され、第２の遮断弁２１６ａの開度ＣＶａ１（図３（ｂ））は次第に小さくなり、時刻ｔ３で第２の遮断弁２１６ａは閉状態（最も閉じた状態）に設定される。また、制御回路６００は、時刻ｔ２において、第２の制御信号ＣＳｂ（図３（ｃ））をＬレベルからＨレベルに変更する。このとき、第４の遮断弁２１６ｂには電流が流れ、第４の遮断弁２１６ｂの開度ＣＶｂ（図３（ｄ））は次第に大きくなり、時刻ｔ３で第４の遮断弁２１６ｂは開状態（最も開いた状態）に設定される。なお、上記のように、２つの遮断弁２１６ａ，ｂの開閉状態は、制御信号ＣＳａ１，ＣＳｂが与えられた直後には切り替わらず、応答期間ｔ２〜ｔ３を経て切り替わる。

第２の態様では、第２の遮断弁２１６ａの切替動作が第１の態様と異なる。第２の態様では、制御回路６００は、時刻ｔ２およびｔ３よりも後の時刻ｔ４において、第１の制御信号ＣＳａ２（図３（ａ））をＨレベルからＬレベルに変更する。そして、第２の遮断弁２１６ａの開度ＣＶａ２（図３（ｂ））は次第に小さくなり、時刻ｔ５で第２の遮断弁２１６ａは閉状態（最も閉じた状態）に設定される。第１の態様と同様に、第２の遮断弁２１６ａの開閉状態は、応答期間ｔ４〜ｔ５を経て切り替わる。

ところで、上記のいずれの態様が採用される場合にも、対象タンクが空であると判断されるまでの判断期間ｔ１〜ｔ２と、第４の遮断弁２１６ｂが最も開いた状態に設定されるまでの期間ｔ２〜ｔ３のうちの一部の期間と、では、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量が不足している。

しかしながら、上記のいずれの態様が採用される場合にも、期間ｔ２〜ｔ３では、第２の遮断弁２１６ａは閉じられていないため、第１のタンク２１０ａと第２のタンク２１０ｂとの双方から燃料ガスが燃料電池スタック１００に供給される。このため、第２の遮断弁２１６ａが閉じた後に、第４の遮断弁２１６ｂが開き始める場合と比較して、燃料ガスの流量の不足を緩和することができると共に、燃料ガスの流量の不足期間を短縮することができる。

特に、第２の態様では、第４の遮断弁２１６ｂが時刻ｔ３で開状態（最も開いた状態）に設定されたときには、第２の遮断弁２１６ａは、未だ開状態（最も開いた状態）に設定されており、その後の時刻ｔ４から第２の遮断弁２１６ａが閉じ始める。このように、第２の態様を採用すれば、第１の態様を採用する場合と比較して、期間ｔ２〜ｔ３において第２の遮断弁２１６ａを介して第１のタンク２１０ａから燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの量が増大するため、該期間ｔ２〜ｔ３における燃料ガスの流量の不足がより緩和されると共に、燃料ガスの流量の不足期間がより短縮される。

なお、図３では、第２の遮断弁２１６ａは、第４の遮断弁２１６ｂが最も開いた状態に設定された後の時刻ｔ４から閉じ始めているが、これに代えて、第４の遮断弁２１６ｂが最も開いた状態に設定される前の時刻（すなわち期間ｔ２〜ｔ３の間の時刻）から閉じ始めてもよい。この場合にも、第４の遮断弁２１６ｂが最も開いた状態に設定されたときに、第２の遮断弁２１６ａは未だ開いているため、期間ｔ２〜ｔ３における燃料ガスの流量の不足をより緩和することができる。一般には、第４の遮断弁２１６ｂが最も開いた状態に設定された後に、第２の遮断弁２１６ａが最も閉じた状態に設定されればよい。

第１のタンク２１０ａから第２のタンク２１０ｂに切り替えられた後には、第２のタンク２１０ｂを対象タンクとして図２のステップＳ１０２，Ｓ１０６，Ｓ１０８と同様の処理が実行される。そして、第２のタンク２１０ｂが空であると判断されると、燃料電池システムの運転は停止する。

以上説明したように、本実施例では、第１のタンク内の燃料ガスの残量が所定量未満であると判断された後でも、燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量が不足していないと判断される場合には、第１のタンクは継続して使用される。そして、燃料電池スタックに供給されるガスの流量が不足していると判断された場合に、第１のタンクから第２のタンクに切り替えられる。すなわち、本実施例では、第１のタンク内の燃料ガスを充分に利用した後に、第２のタンクに変更することができる。この結果、第１および第２のタンクを利用する場合の発電量を増大させることができる。

また、本実施例では、ステップＳ１０４（図２）でユーザへの通知（警告）が行われている。このため、ユーザは、ステップＳ１０６において燃料ガスの流量が不足していると判断されないように、車両を運転することができる。例えば、ユーザは、ほぼ一定の比較的低い速度で車両を運転することができる。すなわち、ステップＳ１０４におけるユーザへの通知によって、対象タンク内の燃料ガスをより多く利用することが可能となる。

Ａ−４．変形例：
前述したように、第１実施例では、すべてのタンクが空であると判断されると、燃料電池スタックの運転は停止する。変形例では、このような場合にも、燃料電池スタックの運転を再開することができるように工夫している。

すべてのタンクが空であると判断された場合にも、各タンクには、燃料ガスが残存している。例えば、第１のタンクが空であると判断されたときの燃料ガスの実際の流量よりも小さな流量であれば、第１のタンクは燃料ガスを燃料電池スタックに供給可能である。そこで、本実施例では、ユーザによって運転の再開が指示された場合には、燃料電池スタックの運転の再開を許容している。ただし、第１のタンクが利用される場合には、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量は、第１のタンクが空であると判断されたときの燃料ガスの実際の流量よりも小さな流量に制限される。同様に、第２のタンクが利用される場合には、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの流量は、第２のタンクが空であると判断されたときの燃料ガスの実際の流量よりも小さな流量に制限される。

変形例を採用すれば、燃料電池スタックの出力は制限されるが、燃料電池スタックは比較的短い期間運転可能である。

Ｂ．第２実施例：
図４は、第２実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図４は、図１とほぼ同様であるが、燃料ガス供給系２００Ｂが変更されている。具体的には、本実施例の燃料ガス供給系２００Ｂは、図１の流量計２３４に代えて、第３の圧力センサ２３６を備えている。第３の圧力センサ２３６は、第３の減圧弁２２２の下流側に設けられており、燃料電池スタック１００に供給される燃料ガスの圧力を検出する。また、本実施例では、図１の電流計１０２が省略されている。

なお、本実施例における第３の圧力センサ２３６が本発明における第２種の圧力センサに相当する。

このシステムを採用する場合にも、図２と同様の処理によって、タンクの切替処理が実行される。ただし、本実施例では、ステップＳ１０６の処理は、第３の圧力センサ２３６によって検出された圧力Ｐ３を利用して行われる。

具体的には、ステップＳ１０６において、制御回路６００は、第３の圧力センサ２３６によって検出される圧力Ｐ３が所定値以下の場合に、燃料ガスの流量が不足していると判断する。燃料ガスの流量が不足している場合には、燃料電池スタック１００の上流側の圧力は低下する。このため、本実施例では、第３の減圧弁２２２の下流側の圧力、換言すれば、燃料電池スタック１００の上流側の圧力に基づいて、燃料ガスの流量の不足の有無が判断されている。

本実施例を採用する場合にも、第１実施例と同様に、対象タンク内の燃料ガスを充分に利用した後に、対象タンクを変更することができ、この結果、第１および第２のタンクを利用する場合の発電量を増大させることができる。また、本実施例では、第３の圧力センサ２３６の検出値のみを用いて燃料ガスの流量の不足の有無を判断するため、該判断を比較的容易に行うことができるという利点がある。

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で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。

（１）タンク内部の圧力は、タンクの破損を防止するために、常に、所定の下限値以上であることが好ましい。なお、下限値はタンクメーカによって推奨される値であり、前述の設計保証値よりもかなり小さな値である。車両がアイドリングを長期間継続する場合などには、対象タンク内の圧力が下限値未満となり得る。このため、対象タンク内の圧力が下限値未満である場合には、直ちに対象タンクが空であると判断され、対象タンクが切り替えられるようにしてもよい。なお、この判断は、例えば、図２のステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理と並行して実行されればよい。

（２）上記実施例では、２つのタンク２１０ａ，ｂが準備されているが、これに代えて、３つ以上のタンクが準備されてもよい。

（３）上記実施例では、２つのタンク２１０ａ，ｂに対応して設けられた２つの遮断弁２１６ａ，ｂを制御することによって、第３の部分通路１２１ｃへ燃料ガスを送出するタンクが対象タンクとして選択されているが、これに代えて、第１の部分通路１２１ａと第２の部分通路１２１ｂとの合流部分に１つの切替弁が準備されてもよい。

一般には、複数のタンクの中から共通通路へ燃料ガスを送出するタンクを対象タンクとして選択する選択部が設けられていればよい。

（４）上記実施例では、前述したように、２つのタンク２１０ａ，ｂ内に燃料ガスが充分に貯蔵されている場合には、各タンクは所定の圧力値に達する毎に交互に切り替えられ、各タンク内の燃料ガスは交互に利用（消費）されている。しかしながら、これに代えて、一方のタンクが空であると判断されるまでタンクの切替を行わずに該タンク内の燃料ガスを継続して利用（消費）し、その後、燃料ガスが充分に貯蔵された他のタンクに切り替えられるようにしてもよい。

ただし、上記実施例のように、各タンク内の燃料ガスが交互に利用される場合には、以下に説明するように、ステップＳ１１０で対象タンクを切り替える際における燃料ガスの不足期間を比較的短くすることができるという利点がある。遮断弁は、通常、ガスの圧力が大きい程、応答速度すなわち開閉動作が遅くなる。上記実施例では、ステップＳ１１０で対象タンクが第１のタンク２１０ａから第２のタック２１０ｂに切り替えられる際には、第１のタンク２１０ａ内の圧力は設計保証値未満であり、第２のタンク２１０ｂ内の圧力はほぼ設計保証値まで低下している。すなわち、ステップＳ１１０で２つの遮断弁２１６ａ，ｂの開閉動作が行われる際には、２つの遮断弁２１６ａ，ｂ付近のガスの圧力は比較的低い。このため、ステップＳ１１０で対象タンクを切り替える際には、２つの遮断弁２１６ａ，ｂの応答速度すなわち開閉動作は比較的速く、この結果、対象タンクを切り替える際の燃料ガスの不足期間を比較的短くすることができる。

（５）上記実施例のステップＳ１０２の判断では、減圧弁２１４ａ，ｂの設計保証値として、減圧弁自体の設計保証値が利用されているが、減圧弁２１４ａ，ｂの設計保証値としては、燃料ガス供給系全体を考慮した設計保証値が利用されてもよい。減圧弁２１４ａ，ｂの上流圧が減圧弁自体の設計保証値未満である場合にも、燃料電池スタック１００には必要とされる所定の最大流量で燃料ガスを供給することが可能である。そこで、減圧弁２１４ａ，ｂの設計保証値としては、最下流側の燃料電池スタック１００に燃料ガスが所定の最大流量で供給されることを保証する減圧弁の上流側の圧力値が利用されてもよい。すなわち、ステップＳ１０２の判断では、所定の圧力値が利用されればよい。

また、上記実施例では、２つのタンク２１０ａ，ｂに対応して２つの圧力センサ２３２ａ，ｂと２つの上流側減圧弁２１６ａ，ｂとがこの順序で設けられており、ステップＳ１０２の判断は、対象タンクに対応する圧力センサの検出値に基づいて行われている。しかしながら、これに代えて、第３の部分通路１２１ｃに１つの圧力センサと１つの上流側減圧弁とをこの順序で設け、ステップＳ１０２の判断が、該圧力センサの検出値に基づいて行われるようにしてもよい。すなわち、一般には、対象タンク内の圧力を検出する少なくとも１つの第１種の圧力センサが設けられていればよい。

さらに、上記実施例では、ステップＳ１０２の判断は、対象タンクに対応する圧力センサの検出値に基づいて行われているが、これに代えて、他の物理量の検出値に基づいて行われるようにしてもよい。例えば、複数のタンクに対応する複数の重量センサを設け、対象タンクに対応する重量センサの検出値に基づいてステップＳ１０２の判断が行われてもよい。

一般には、対象タンク内の燃料ガスの残量に関連する物理量の検出結果に基づいて、対象タンク内の燃料ガスの残量が所定量未満であるか否かが判断されればよい。

（６）第１実施例では、第３の部分通路１２１ｃに１つの流量計２３４が設けられており、ステップＳ１０４の判断は、流量計２３４の検出値に基づいて行われている。しかしながら、これに代えて、第１および第２の部分通路１２１ａ，ｂのそれぞれに流量計が設けられ、ステップＳ１０４の判断が、対象タンクに対応する流量計の検出値に基づいて行われるようにしてもよい。すなわち、一般には、対象タンクから燃料電池スタックに供給されるガスの流量を検出する少なくとも１つの流量計が設けられていればよい。

また、第１実施例では、ステップＳ１０４の判断は、流量計２３４の検出値に基づいて行われており、第２実施例では、第３の圧力センサ２３６の検出値に基づいて行われているが、他の物理量の検出値に基づいて行われるようにしてもよい。

一般には、対象タンクから燃料電池スタックに供給される燃料ガスの流量に関連する物理量の検出結果に基づいて、燃料ガスの流量が不足しているか否かが判断されればよい。

（７）上記実施例では、水素ガスを高圧で貯蔵するタンクが利用されているが、これに代えて、水素ガスが吸蔵された水素吸蔵合金を備えるタンクや、液体水素を貯蔵するタンク、水素ガスが吸着したカーボンナノチューブなどの吸着材料を備えるタンクなどが利用されてもよい。

（８）上記実施例では、本発明のガス供給装置を燃料電池システムに適用した場合について説明したが、他のシステムにも適用可能である。例えば、圧縮天然ガスを燃料として利用する内燃機関や、水素ガスを燃料として利用する内燃機関などにも適用可能である。また、上記実施例では、ガス供給装置は、燃料ガス（水素ガス）を供給しているが、これに代えて、他のガスを供給するようにしてもよい。一般には、ガス供給装置は、対象装置にガスを供給すればよい。

第１実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。 第１実施例におけるタンクの切替処理の手順を示すフローチャートである。 タンクの切替処理を模式的に示す説明図である。 第２実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１００…燃料電池スタック
１０２…電流計
１２１…燃料ガス通路
１２１ａ〜ｃ…部分通路
１２９…燃料オフガス通路
１３１…酸化ガス通路
１３９…酸化オフガス通路
１４１…合流通路
２００，Ｂ…燃料ガス供給系
２１０ａ，ｂ…タンク
２１２ａ，ｂ…遮断弁
２１４ａ，ｂ…減圧弁
２１６ａ，ｂ…遮断弁
２２２…減圧弁
２３２ａ，ｂ…圧力センサ
２３４…流量計
２３６…圧力センサ
２６０…遮断弁
３００…酸化ガス供給系
３１０…ブロワ
６００…制御回路
６１０…通知部

Claims (6)

1. 対象装置にガスを供給するためのガス供給装置であって、
   ガスを貯蔵するための複数のタンクと、
   前記複数のタンクに接続されて前記対象装置に供給されるガスが流通するガス通路であって、前記各タンクから送出されたガスが共通して流通する共通通路を含む前記ガス通路と、
   前記複数のタンクの中から前記共通通路へガスを送出するタンクを対象タンクとして選択する選択部と、
   前記対象タンク内のガスの残量に関連する物理量を検出する第１の検出部と、
   前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量に関連する物理量を検出する第２の検出部と、
   前記第１の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断され、かつ、前記第２の検出部の検出結果に基づいて、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断された場合に、前記選択部を制御して、前記対象タンクを第１のタンクから第２のタンクに変更する制御部と、
   を備えることを特徴とするガス供給装置。
2. 請求項１記載のガス供給装置であって、
   前記第１の検出部は、
   前記対象タンク内の圧力を検出する第１種の圧力センサを含み、
   前記制御部は、
   前記第１種の圧力センサの検出結果が所定値未満の値を示す場合に、前記対象タンク内のガスの残量が所定量未満であると判断する、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、
   前記第２の検出部は、
   前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量を検出する流量計を含み、
   前記制御部は、
   前記流量計の検出結果が前記対象装置に供給されるべきガスの流量未満の値を示す場合に、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断する、ガス供給装置。
4. 請求項１または２記載のガス供給装置であって、
   前記第２の検出部は、
   前記共通通路内の圧力を検出する第２種の圧力センサを含み、
   前記制御部は、
   前記第２種の圧力センサの検出結果が所定値未満の値を示す場合に、前記対象タンクから前記対象装置に供給されるガスの流量が不足していると判断する、ガス供給装置。
5. 請求項１ないし４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、
   前記判断に基づいて前記対象タンクを前記第１のタンクから前記第２のタンクに変更する際には、前記第１のタンクと前記第２のタンクとの双方から前記共通通路内にガスが送出されるように、前記選択部を制御する、ガス供給装置。
6. 請求項５記載のガス供給装置であって、
   前記選択部は、
   前記複数のタンクに対応して設けられた複数の遮断弁を備え、
   前記制御部は、
   前記判断に基づいて前記対象タンクを前記第１のタンクから前記第２のタンクに変更する際には、前記第２のタンクに対応する第２の遮断弁が最も開いた状態に設定された後に、前記第１のタンクに対応する第１の遮断弁が最も閉じた状態に設定されるように、前記第１の遮断弁と前記第２の遮断弁とを制御する、ガス供給装置。

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