JP2021063561A - ガス制御装置およびガス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流量制限の発生を抑制することができるガス制御装置およびガス制御方法を提供する。【解決手段】ガス制御装置１８は、ライナ６２と補強層６４との間に空間部６８が形成される高圧タンク２０と、ライナ６２の内部の圧力を検出する圧力センサ４４と、ライナ６２の内部の圧力と空間部６８の体積との相関関係情報を記憶する記憶部５６と、圧力センサ４４が検出する圧力と記憶部５６が記憶する相関関係情報に基づいて放出孔７０から放出される流体の流量制限を開始して空間部６８の体積を所定体積以下にする流体制御部５８と、を備える。【選択図】図９

Description

本発明は、高圧タンクから放出されるガスの流量を制御するガス制御装置およびガス制御方法に関する。

燃料電池車両等は、燃料ガスとしての水素ガスを高圧タンクから燃料電池スタックに供給する。近年の高圧タンクは、水素ガスが充填される樹脂製のライナと、ライナの外表面を覆う補強層と、を有する。樹脂製のライナは、高圧タンクの軽量化という利点を有する一方で、僅かではあるが水素ガスが透過するという課題もある。ライナを透過した水素ガスは、ライナと補強層との間の空間部に溜まる。

燃料電池スタックで水素ガスが消費されると、ライナの内部の圧力は徐々に低下する。一方、ライナと補強層との間の空間部に水素ガスが溜まると、空間部の圧力が上昇する。空間部の圧力がライナの内部の圧力を超えてある程度大きくなると、ライナの変形、所謂バックリングが発生する。

特許文献１は、バックリングを抑制するシステムを開示する。このシステムは、ライナの内部の圧力（タンク内圧力）が空間部の圧力（残留ガス圧力）以下に低下したときに、水素ガスの消費量上限値を最大値よりも小さくなるように制限することによって水素ガスの消費量を抑制し、バックリングを抑制する。この制御を流量制限と称する。

特開２０１３−１２７２９５号公報

特許文献１のシステムは、ライナの内部の圧力が比較的高い状態で水素ガスの流量制限を開始する。流量制限が行われると燃料電池スタックの発電量が低下する。このため、流量制限はできる限り行われないことが望ましく、行われるとしても発生頻度を減らすことが望ましい。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、流量制限の発生を抑制することができるガス制御装置およびガス制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１態様は、
高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
前記ライナの外表面を覆う補強層と、
前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
前記ライナの内部の圧力を検出する圧力センサと、
前記ライナの内部の圧力と前記空間部の体積との相関関係情報を記憶する記憶部と、
前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を備える。

本発明の第２態様は、
高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
前記ライナの外表面を覆う補強層と、
前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
前記排出流路から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサが検出する流量に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を備える。

本発明の第３態様は、
高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
前記ライナの外表面を覆う補強層と、
前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
前記ライナの内部の圧力を検出する圧力センサと、
前記ライナの内部の圧力と前記空間部の体積との相関関係情報を記憶する記憶部と、
前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を用いて前記流体の流量を制御する。

本発明の第４態様は、
高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
前記ライナの外表面を覆う補強層と、
前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
前記排出流路から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサが検出する流量に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を用いて前記流体の流量を制御する。

本発明によれば、流量制限の発生を抑制することができる。

図１は燃料電池を使用する車両の構成を示す図である。 図２は各実施形態に係るガス制御装置の構成を示す図である。 図３は高圧タンクの一部断面を示す図である。 図４は高圧タンクの口金周辺の断面を示す図である。 図５Ａはライナ内圧が高圧である場合のライナから補強層までの断面を示す図であり、図５Ｂはライナ内圧が低圧である場合のライナから補強層までの断面を示す図である。 図６はライナの内面から補強層の外面までの各位置の圧力を示す図である。 図７は水素ガスの消費に伴うライナ内圧と空間部の圧力の変化を示す図である。 図８は空間部における等温線を示す図である。 図９は第１実施形態の処理フローを示す図である。 図１０はライナ内圧の減圧速度−排出ガス量の関係を示す図である。 図１１Ａは流量制限が行われない場合の時間−ライナ内圧の関係および時間−排出ガス流量の関係を示し、図１１Ｂは流量制限が行われない場合の時間−ライナ内圧の関係および時間−空間体積の関係を示す。 図１２Ａは流量制限が行われる場合の時間−ライナ内圧の関係および時間−排出ガス流量の関係を示し、図１２Ｂは流量制限が行われる場合の時間−ライナ内圧の関係および時間−空間体積の関係を示す。 図１３は第１実施形態の変形例の処理フローを示す図である。 図１４は第２実施形態の処理フローを示す図である。

以下、本発明に係るガス制御装置およびガス制御方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

［１．第１実施形態］
［１．１．車両１０］
図１に示されるように、以下の実施形態では、車両１０の燃料電池システム１２に設けられるガス制御装置１８を想定する。車両１０は、燃料電池車両であり、燃料電池システム１２とＰＣＵ（パワーコントロールユニット）１４と負荷としての走行用のモータ１６とを有する。燃料電池システム１２は、ガス制御装置１８を有し、水素と酸素の電気化学反応により発電する。ＰＣＵ１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータ（いずれも不図示）を有する。ＰＣＵ１４は、車両１０の駆動系統を制御する走行ＥＣＵ（不図示）の指令信号に応じて燃料電池システム１２の出力を制御してモータ１６に供給する。モータ１６は、車両１０の駆動力を発生させる。

［１．２．ガス制御装置１８の構成］
図２に示されるように、ガス制御装置１８は、高圧タンク２０とパワープラント３０とセンサ群４０とガス制御ＥＣＵ５０を有する。

図３、図４に示されるように、高圧タンク２０は、ライナ６２と補強層６４と口金６６を有する。ライナ６２は、例えば樹脂で形成され、内部に水素ガスが充填される。補強層６４は、例えばＣＦＲＰで形成され、ライナ６２の外周面を覆う。ライナ６２に充填される水素ガスは、ライナ６２および補強層６４を透過する。

ライナ６２の内側の圧力（ライナ内圧）が大気圧である場合、ライナ６２と補強層６４との間には隙間が形成される。この隙間を空間部６８と称する。ライナ内圧が高圧である場合、図５Ａに示されるように、ライナ６２は内側から外側に押されて補強層６４に接触するため、空間部６８は塞がれる。一方、ライナ６２の内側の圧力（ライナ内圧）が低圧である場合、図５Ｂに示されるように、ライナ６２は通常の形態（内側の圧力が大気圧であるときの形態）となり補強層６４から離隔するため、空間部６８が形成される。なお、ライナ内圧が大気圧であるときの空間部６８の体積をＶｒとし、体積閾値と称する。体積閾値は、高圧タンク２０毎に決められる。

口金６６は、例えば金属（アルミ）で形成され、高圧タンク２０のガス吸入側とガス放出側にそれぞれ１つずつ配置される。ガス放出側の口金６６には放出孔７０と排出孔７２が形成される。放出孔７０は、ライナ６２の内側と外側とを連通させる。放出孔７０は、ライナ６２に充填される水素ガスを燃料電池スタック３８（流体消費物）に向けて放出する。排出孔７２は、口金６６の裏面側すなわちライナ６２に臨む対向面側と放出孔７０の内側とを連通させる。口金６６の裏面には、空間部６８と排出孔７２に繋がる溝７４が形成される。空間部６８と溝７４と排出孔７２は、空間部６８に溜まる水素ガスを空間部６８から放出孔７０に排出する排出流路７６を形成する。

パワープラント３０は、主止弁３２と減圧弁３４とインジェクタ３６と燃料電池スタック３８を有する。主止弁３２は、高圧タンク２０の放出孔７０または放出孔７０に連通する配管に設けられる。主止弁３２は、ガス制御ＥＣＵ５０から出力される制御信号に応じて開閉する。減圧弁３４は、主止弁３２の下流側の配管に設けられる。減圧弁３４は、主止弁３２から流出する水素ガスを減圧する。インジェクタ３６は、減圧弁３４の下流側の配管に設けられる。インジェクタ３６は、ガス制御ＥＣＵ５０から出力される制御信号に応じて燃料電池スタック３８に対する水素ガスの供給量（流量）を調整する。燃料電池スタック３８は、複数の発電セル（不図示）を有する。発電セルは、電極構造体と、電極構造体を挟持する１対のセパレータと、を有する。電極構造体は、アノード電極およびカソード電極と、両電極の間に介在する電解質と、を有する。発電セルにおいて、一方のセパレータとアノード電極との間には水素ガスが供給され、他方のセパレータとカソード電極との間には空気（酸素）が供給される。

センサ群４０は、流量センサ４２と圧力センサ４４と温度センサ４６を有する。流量センサ４２は、高圧タンク２０の排出流路７６を流れる水素ガスの流量（排出ガス流量ともいう）を検出する。圧力センサ４４は、ライナ６２の内側の圧力（ライナ内圧）を検出する。なお、圧力センサ４４は、主止弁３２の上流側の配管を流れる水素ガスの圧力を検出してもよいし、主止弁３２と減圧弁３４の間の配管を流れる水素ガスの圧力を検出してもよい。高圧タンク２０から減圧弁３４までの水素ガスの圧力はライナ内圧に相当する。温度センサ４６は、ライナ６２の内部の温度を検出する。

ガス制御ＥＣＵ５０は、入出力部５２と演算部５４と記憶部５６を有する。入出力部５２は、Ａ／Ｄ変換回路、通信インターフェース、ドライバ等により構成される。演算部５４は、例えばＣＰＵ等を備えるプロセッサにより構成される。演算部５４は、記憶部５６に記憶されるプログラムを実行することにより各種機能を実現する。本実施形態において、演算部５４は、流体制御部５８として機能する。流体制御部５８は、走行ＥＣＵ（不図示）から出力される発電要求に応じて、高圧タンク２０の放出孔７０から放出される水素ガスの流量を制御する。更に、流体制御部５８は、水素ガスの流量の上限値を設定する流量制限を開始し、また、流量制限を解除する。記憶部５６は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク等により構成される。記憶部５６は、各種プログラムの他に、演算部５４の処理で使用される各種情報を記憶する。本実施形態では、記憶部５６は、ライナ内圧と空間部６８の体積の相関関係情報を記憶する。相関関係情報については、下記［１．３］で説明する。

［１．３．空間部６８から水素ガスが排出される原理と相関関係情報］
水素ガスの満充填時に、ライナ内圧は、高圧タンク２０の最大使用可能圧力となる。この圧力をＰ０とする。このとき、空間部６８の圧力は最大圧力となる。この圧力をＰｒとし、圧力閾値とも称する。補強層６４の外側は大気圧である。大気圧をＰａｔｍとする。図６は、ライナ６２の内面から補強層６４の外面までの各位置の圧力を示す。図６の横軸は、ライナ６２の内面から補強層６４の外面までの各位置を示し、縦軸は圧力を示す。

ここで、ライナ６２のガス透過係数をｋ１とし、ライナ６２の厚みをＬ１とし、ライナ６２を透過する水素ガスの透過量をＱ１とすると、下記（１）式が成り立つ。

また、補強層６４のガス透過係数をｋ２とし、補強層６４の厚みをＬ２とし、補強層６４を透過する水素ガスの透過量をＱ２とすると、下記（２）式が成り立つ。

ライナ６２の内面から補強層６４の外面までの間において水素ガスの拡散が平衡状態となったとき、Ｑ１とＱ２は等しくなる。従って、下記（３）式が成立する。

上記（３）式を変形した下記（４）式から、空間部６８の最大圧力であるＰｒを求めることができる。

図７の破線７８は時間の経過（水素ガスの消費）に伴うライナ内圧の変化を示し、実線７９は時間の経過に伴う空間部６８の圧力の変化を示す。破線７８で示されるように、ライナ内圧は、時間の経過に伴い減少する。一方、実線７９で示されるように、ライナ内圧が減少し始めてから空間部６８の圧力の最大圧力（Ｐｒ）に到達するまでの間、空間部６８の圧力は最大圧力（Ｐｒ）に維持される。ライナ内圧がＰｒよりも大きい場合、図５Ａに示されるように、ライナ６２が補強層６４に押し当てられるため、空間部６８は塞がれる。このため、空間部６８の水素ガスは排出孔７２から排出されない。

水素ガスの消費が進み、ライナ内圧がＰｒに到達すると、ライナ内圧と空間部６８の圧力は等圧となる。このとき、図５Ｂに示されるように、ライナ６２と空間部６８との位置が、ライナ内圧が大気圧であるときの位置と同じになる。つまりライナ６２が補強層６４から離隔し、空間部６８が形成される。すると、排出流路７６が形成され、空間部６８の水素ガスは排出孔７２から排出される。ライナ内圧がＰｒに到達した後は、ライナ内圧と空間部６８の圧力は等圧を維持しつつ低下する。

図８に示されるように、一定の温度の下で、空間部６８の体積は圧力に反比例する（ボイルの法則）。従って、空間部６８の圧力が低下すると、空間部６８の体積は大きくなる。例えば、圧力が１ＭＰａで体積が１Ｌの水素ガスは、大気圧（≒０．１Ｍｐａ）に減圧すると体積が１０Ｌになる。水素ガスの体積の膨張が過大であると、バックリングが発生する。

図７および図８の関係から次のことが解る。ライナ内圧がＰ０以下でありＰｒより大きい場合、空間部６８の体積は略一定である。一方、ライナ内圧がＰｒ以下である場合、空間部６８の体積はライナ内圧（＝空間部６８の圧力）と反比例する。記憶部５６は、ライナ内圧と空間部６８の体積の相関関係情報として、これらの情報を記憶する。なお、記憶部５６は、相関関係情報を空間部６８の温度毎に記憶する。

［１．４．ガス制御装置１８の動作］
流体制御部５８は、圧力センサ４４が検出する圧力と、温度センサ４６が検出する温度と、記憶部５６が記憶する相関関係情報に基づいて空間部６８の体積を推測し、推測した体積が所定体積（体積閾値）になる場合に、放出孔７０から放出される水素ガスの流量制限を開始して空間部６８の体積を所定体積以下にする。図９を用いてガス制御装置１８の動作を説明する。

ステップＳ１において、圧力センサ４４は、ライナ内圧を検出する。ステップＳ２において、温度センサ４６は、ライナ６２の内部の温度を検出する。ライナ６２の内部の温度は、空間部６８の温度と同等である。ここでは、空間部６８の温度を検出する代わりに、ライナ６２の内部の温度を検出する。ステップＳ１およびステップＳ２が実行されると、処理はステップＳ３に移行する。ステップＳ３において、流体制御部５８は、圧力センサ４４が検出するライナ内圧と、温度センサ４６が検出する空間部６８の温度と、記憶部５６が記憶する相関関係情報に基づいて空間部６８の体積を推測する。ステップＳ３が実行されると、処理はステップＳ４に移行する。

ステップＳ４において、流体制御部５８は、推測した体積と記憶部５６に記憶される体積閾値を比較する。推測した体積が体積閾値以上である場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、処理はステップＳ５に移行する。なお、推測した体積が体積閾値よりも大きいということは、バックリングが発生していることを意味する。従って、基本的には、推測した体積が体積閾値よりも大きいなることはない。一方、推測した体積が体積閾値未満である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、処理はステップＳ１に戻る。

ステップＳ５において、流体制御部５８は、流量制限を開始する。流体制御部５８は、流量制限として、インジェクタ３６に対する流量指令値の上限値を設定する。例えば、流体制御部５８は、通常（流量制限を行わない場合）、インジェクタ３６に対する流量指令値の上限値を設定しない。この場合、インジェクタ３６は、水素ガスの流量を、許容最大値以下の範囲内で制御する。一方、流体制御部５８は、流量制限を行う場合に、インジェクタ３６に対する流量指令値の上限値を設定する。つまり、急加速等の負荷の増加に伴い走行ＥＣＵ（不図示）から発電要求を入力したとしても、流体制御部５８は、上限値を超える流量指令値を出力しない。この場合、インジェクタ３６は、水素ガスの流量を、許容最大値よりも小さい上限値以下の範囲内で制御する。

図１０に示されるように、ライナ内圧の減圧速度と空間部６８から排出される水素ガスの量（排出ガス量）は比例関係にある。ライナ内圧の減圧速度が速くなるほど排出ガス量は少なくなり、ライナ内圧の減圧速度が遅くなるほど排出ガス量は多くなる。流体制御部５８が流量制限を行うと、流量制限を行わない場合と比較して、放出孔７０から放出される単位時間当たりの水素ガスの量は抑制される。すると、ライナ内圧の減圧速度は遅くなり、空間部６８から排出される水素ガスの量は多くなる。つまり、流量制限を行う場合、流量制限を行わない場合と比較して、排出流路７６から多くの水素ガスを迅速に排出することができる。このため、空間部６８の圧力上昇が抑制され、バックリングが発生しなくなる。

流体制御部５８は、走行ＥＣＵから出力される発電要求に対応する流量が、ステップＳ５で設定した流量上限値を下回る場合に、流量制限を解除する。

［１．５．第１実施形態の効果］
図１１Ａ、図１１Ｂを用いて流量制限が行われない場合の特性を説明する。図１１Ａは、流量制限が行われない場合の時間−ライナ内圧の関係（線８０）および時間−排出ガス流量の関係（線８２）を示す。図１１Ｂは、流量制限が行われない場合の時間−ライナ内圧の関係（線８０）および時間−空間体積の関係（線８４）を示す。なお、図１１Ａ、図１１Ｂにおいては、線８０が一時的にＰ０を維持する期間が示される。これは、水素ガスが消費されていないこと、すなわち車両１０が走行していないことを意味する。

線８０で示されるように、ライナ内圧（Ｐ）は、時間経過に伴い満充填時の圧力（Ｐ０）から徐々に低下する。この圧力の低下は、水素ガスが消費されるためである。時点ｔ１でライナ内圧が圧力閾値（Ｐｒ）に到達すると、ライナ内圧と空間部６８の内圧が等圧となる。このとき、線８２で示されるように、排出流路７６から水素ガスの排出が開始される。単位時間当たりの排出ガス流量（Ｆ）は、時間経過に伴い徐々に増加し、ピーク値（Ｆｐ）に達した後に徐々に減少する。時間−ライナ内圧の関係（線８０）および時間−排出ガス流量の関係（線８２）は、高圧タンク２０毎に決まっている。

本発明者らの研究によると、バックリングは、図１１Ａに示される時間−排出ガス流量の関係（線８２）において、排出ガス流量がピーク値（Ｆｐ）に到達した時点ｔ２以降に発生することが判明している。上述したように、ライナ内圧がＰｒに到達すると、ライナ内圧と空間部６８の圧力は等圧となる。このとき、図５Ｂに示されるように、ライナ６２と空間部６８との位置が、ライナ内圧が大気圧であるときの位置と同じになる。すると、排出流路７６が形成され、空間部６８の水素ガスは排出孔７２から排出される。ガス排出に伴い空間部６８の圧力は低下し、線８４で示されるように空間部６８の体積は大きくなる。そして、時点ｔ２で空間部６８の体積が体積閾値（Ｖｒ）に到達すると、バックリングが発生する。

図１２Ａ、図１２Ｂを用いて流量制限が行われる場合の特性を説明する。図１２Ａは、流量制限が行われる場合の時間−ライナ内圧の関係（線８０´）および時間−排出ガス流量の関係（線８２´）を示す。図１２Ｂは、流量制限が行われる場合の時間−ライナ内圧の関係（線８０´）および時間−空間体積の関係（線８４´）を示す。

流量制限が行われると、図１２Ｂの線８０´に示されるように、流量制限が行われない場合と比較して、ライナ内圧の減圧速度が低下する。図１０に示される関係から、ライナ内圧の減圧速度が低下すると、排出ガス量が増加する。つまり、流量制限が行われる場合、流量制限が行われない場合と比較して、空間部６８から多くの水素ガスを迅速に排出することができる。このため、図１２Ａの線８２´に示されるように、排出流路７６から排出される水素ガスの量が増加する。すると、図１２Ｂの線８４´に示されるように、空間部６８の体積の単位時間当たりの増加量が低下する。その結果、バックリングが抑制される。

また、第１実施形態によれば、バックリングが抑制されるため、ライナ内圧がある程度低下してもライナ６２の内部の水素ガスを使用することができる。つまり、第１実施形態によれば、使用できない水素ガスの量を低減することができ、その結果、車両１０の航続距離を延ばすことができる。

本発明者らの研究によると、空間部６８の体積は、バックリングの発生と密接に関係することが判明している。つまり、空間部６８の体積を管理することでバックリングを防止することができる。上記構成によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８の体積と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。

［１．６．変形例１］
上述した実施形態において、流体制御部５８は、推測した空間部６８の体積と記憶部５６に記憶される体積閾値を比較することにより流量制限の開始タイミングを判定する。これに代わり、流体制御部５８は、圧力センサ４４が検出した圧力と記憶部５６に記憶される圧力閾値を比較することにより流量制限の開始タイミングを判定してもよい。

この場合、図１３に示されるように、ステップＳ１１〜ステップＳ１３の処理が行われる。ステップＳ１１、ステップＳ１３の処理は、図９に示されるステップＳ１、ステップＳ５の処理と同じである。また、ステップＳ１２の処理は、ステップＳ４の比較対象を体積から圧力に代えて行われる。

［１．７．変形例２］
流体制御部５８は、流量制限を行う際に、流量指令値の上限値を一定にしてもよいし、流量指令値の上限値を時間経過とともに変化させてもよい。例えば、流体制御部５８は、時間経過とともに流量指令値の上限値を徐々に低下させてもよい。

流体制御部５８は、流量センサ４２で検出される流量に応じて、放出孔７０から放出される水素ガスの流量を変化させてもよい。このようにすることで、減圧速度を制御することができる。

［２．第２実施形態］
［２．１．ガス制御装置１８の構成］
第２実施形態に係るガス制御装置１８は、第１実施形態に係るガス制御装置１８と同様に車両１０に設けられる。また、第２実施形態に係るガス制御装置１８の構成は、第１実施形態に係るガス制御装置１８の構成（図２）と概ね同じである。但し、第２実施形態では圧力センサ４４は不要である。また、第２実施形態では記憶部５６が記憶する一部情報が第１実施形態と比較して異なる。異なる部分を説明する。

図１１Ａを用いて説明したように、バックリングは、排出ガス流量がピーク値（Ｆｐ）に到達した時点ｔ２以降に発生することが判明している。本実施形態において、記憶部５６は、流量制限の開始タイミングを判定するための流量閾値として、ゼロより大きくピーク値以下の排出ガス流量を予め記憶する。流量閾値は、ユーザが入力装置（不図示）等を操作することにより設定される。

［２．２．ガス制御装置１８の動作］
流体制御部５８は、流量センサ４２が検出する流量を監視し、水素ガスの排出が開始されてから水素ガスの流量が所定のピーク値（Ｆｐ）に到達するまでの間に流量制限を開始して空間部６８の体積を所定体積以下にする。図１４を用いてガス制御装置１８の動作を説明する。

ステップＳ２１において、流量センサ４２は、排出流路７６から排出される水素ガスの流量を検出する。ステップＳ２１が実行されると、処理はステップＳ２２に移行する。ステップＳ２２において、流体制御部５８は、流量センサ４２が検出する流量と記憶部５６が予め記憶する流量閾値を比較する。流量が流量閾値以上である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２３に移行する。一方、流量が流量閾値未満である場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、処理はステップＳ２１に戻る。ステップＳ２３において、流体制御部５８は、流量制限を開始する。ここで行われる処理は、図９を用いて説明したステップＳ５の処理と同じである。

なお、第２実施形態でも、第１実施形態の変形例２と同じ変形が可能である。

流体制御部５８は、走行ＥＣＵから出力される発電要求に対応する流量が、ステップＳ２３で設定した流量上限値を下回る場合に、流量制限を解除する。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、空間部６８から多くの水素ガスを迅速に排出することができ、バックリングを抑制することができる。また、第２実施形態によれば、使用できない水素ガスの量を低減することができ、その結果、車両１０の航続距離を延ばすことができる。

上述したように、本発明者らの研究によると、バックリングは、図１１Ａに示される時間−排出ガス流量の関係（線８２）において、排出ガス流量がピーク値（Ｆｐ）に到達した時点ｔ２以降に発生することが判明している。つまり、空間部６８から排出される水素ガスの流量を管理することでバックリングを防止することができる。第２実施形態によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８から排出される水素ガスの流量と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。

［３．実施形態から得られる技術的思想］
上記実施形態から把握しうる技術的思想について、以下に記載する。

本発明の第１態様は、
高圧の流体（水素ガス）が充填される樹脂製のライナ６２と、
前記ライナ６２の外表面を覆う補強層６４と、
前記ライナ６２と前記補強層６４との間に形成され、前記ライナ６２の内部の圧力に応じて体積が変化する空間部６８と、
前記流体を前記ライナ６２から流体消費物（燃料電池スタック３８）に向けて放出する放出孔７０と、
前記ライナ６２を透過して前記空間部６８に溜まる前記流体を前記空間部６８から排出する排出流路７６と、を有する高圧タンク２０と、
前記ライナ６２の内部の圧力を検出する圧力センサ４４と、
前記ライナ６２の内部の圧力と前記空間部６８の体積との相関関係情報を記憶する記憶部５６と、
前記圧力センサ４４が検出する圧力と前記記憶部５６が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔７０から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部６８の体積を所定体積以下にする流体制御部５８と、を備える。

上記構成によれば、流量制限の発生を抑制することができる。これは次の理由による。空間部６８の体積は、バックリングの発生と密接に関係する。つまり、空間部６８の体積を管理することでバックリングを防止することができる。上記構成によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８の体積と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。ユーザは、空間部６８の大きさを調整することにより、流量制限開始時のライナ内圧を設定することができる。

第１態様において、
前記流体制御部５８は、前記圧力センサ４４が検出する圧力と前記記憶部５６が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記空間部６８の体積を推測し、推測した体積が前記所定体積になる場合に、前記放出孔７０から放出される前記流体（水素ガス）の前記流量制限を開始して前記空間部６８の体積を前記所定体積以下にしてもよい。

本発明の第２態様は、
高圧の流体（水素ガス）が充填される樹脂製のライナ６２と、
前記ライナ６２の外表面を覆う補強層６４と、
前記ライナ６２と前記補強層６４との間に形成され、前記ライナ６２の内部の圧力に応じて体積が変化する空間部６８と、
前記流体を前記ライナ６２から流体消費物（燃料電池スタック３８）に向けて放出する放出孔７０と、
前記ライナ６２を透過して前記空間部６８に溜まる前記流体を前記空間部６８から排出する排出流路７６と、を有する高圧タンク２０と、
前記排出流路７６から排出される前記流体の流量を検出する流量センサ４２と、
前記流量センサ４２が検出する流量に基づいて前記放出孔７０から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部６８の体積を所定体積以下にする流体制御部５８と、を備える。

上記構成によれば、流量制限の発生を抑制することができる。これは次の理由による。バックリングは、時間−排出ガス流量の関係において、排出ガス流量がピーク値に到達した時点以降に発生することが判明している。つまり、空間部６８から排出される流体（水素ガス）の流量を管理することでバックリングを防止することができる。上記構成によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８から排出される流体の流量と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。

第２態様において、
前記流体制御部５８は、前記流量センサ４２が検出する流量を監視し、前記流体（水素ガス）の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に前記流量制限を開始してもよい。

上記構成によれば、流体（水素ガス）の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に流量制限が開始される。このため、流量制限の開始タイミングを遅くすることができ、かつ、バックリングを抑制することができる。

第１態様および第２態様において、
前記流体制御部５８は、前記排出流路７６から排出される前記流体（水素ガス）の流量に応じて、前記放出孔７０から放出される前記流体の流量を変化させてもよい。

上記構成によれば、ライナ内圧が排出流路７６からの流体の放出に影響する。このため、空間内から排出される流体（水素ガス）の流量に追従させて、ライナ６２の内部から放出される流体の流量を変えることで、空間部６８の内部の圧力とライナ内圧を略等しくすることができる。容器本体が内側に変形するバックリングを抑制することができる。また、減圧速度を制御することができる。

第１態様および第２態様において、
前記ライナ６２に接続され、前記放出孔７０と前記排出流路７６の下流側に位置する排出孔７２が形成される口金６６を備え、
前記排出流路７６は、前記ライナ６２の内部の圧力減少に伴い前記ライナ６２と前記補強層６４が離間して前記空間部６８が広がり、前記空間部６８と前記排出孔７２が連通することにより形成されてもよい。

第１態様および第２態様において、
前記流体制御部５８は、前記流量制限として前記流体（水素ガス）の流量の上限値を設定してもよい。

本発明の第３態様は、
高圧の流体（水素ガス）が充填される樹脂製のライナ６２と、
前記ライナ６２の外表面を覆う補強層６４と、
前記ライナ６２と前記補強層６４との間に形成され、前記ライナ６２の内部の圧力に応じて体積が変化する空間部６８と、
前記流体を前記ライナ６２から流体消費物（燃料電池スタック３８）に向けて放出する放出孔７０と、
前記ライナ６２を透過して前記空間部６８に溜まる前記流体を前記空間部６８から排出する排出流路７６と、を有する高圧タンク２０と、
前記ライナ６２の内部の圧力を検出する圧力センサ４４と、
前記ライナ６２の内部の圧力と前記空間部６８の体積との相関関係情報を記憶する記憶部５６と、
前記圧力センサ４４が検出する圧力と前記記憶部５６が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔７０から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部６８の体積を所定体積以下にする流体制御部５８と、を用いて前記流体の流量を制御する。

上記構成によれば、流量制限の発生を抑制することができる。これは次の理由による。空間部６８の体積は、バックリングの発生と密接に関係する。つまり、空間部６８の体積を管理することでバックリングを防止することができる。上記構成によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８の体積と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。ユーザは、空間部６８の大きさを調整することにより、流量制限開始時のライナ内圧を設定することができる。

第３態様において、
前記流体制御部５８は、前記圧力センサ４４が検出する圧力と前記記憶部５６が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記空間部６８の体積を推測し、推測した体積が前記所定体積以上になる場合に、前記放出孔７０から放出される前記流体（水素ガス）の前記流量制限を開始して前記空間部６８の体積を前記所定体積以下にしてもよい。

本発明の第４態様は、
高圧の流体（水素ガス）が充填される樹脂製のライナ６２と、
前記ライナ６２の外表面を覆う補強層６４と、
前記ライナ６２と前記補強層６４との間に形成され、前記ライナ６２の内部の圧力に応じて体積が変化する空間部６８と、
前記流体を前記ライナ６２から流体消費物（燃料電池スタック３８）に向けて放出する放出孔７０と、
前記ライナ６２を透過して前記空間部６８に溜まる前記流体を前記空間部６８から排出する排出流路７６と、を有する高圧タンク２０と、
前記排出流路７６から排出される前記流体の流量を検出する流量センサ４２と、
前記流量センサ４２が検出する流量に基づいて前記放出孔７０から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部６８の体積を所定体積以下にする流体制御部５８と、を用いて前記流体の流量を制御する。

上記構成によれば、流量制限の発生を抑制することができる。これは次の理由による。バックリングは、時間−排出ガス流量の関係において、排出ガス流量がピーク値に到達した時点以降に発生することが判明している。つまり、空間部６８から排出される流体（水素ガス）の流量を管理することでバックリングを防止することができる。上記構成によれば、流体制御部５８は、流量制御の開始タイミングを、空間部６８から排出される流体の流量と関連付けて判定する。このため、流体制御部５８は、流量制限を開始するタイミングを正確に判定することができる。その結果、流量制限開始時のライナ内圧を低くすることができる。言い換えると、ライナ内圧がある程度まで低下しない限り、流量制限は開始されなくなる。

第４態様において、
前記流体制御部５８は、前記流量センサ４２が検出する流量を監視し、前記流体（水素ガス）の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に前記流量制限を開始してもよい。

上記構成によれば、流体（水素ガス）の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に流量制限が開始される。このため、流量制限の開始タイミングを遅くすることができ、かつ、バックリングを抑制することができる。

第３態様および第４態様において、
前記流体制御部５８は、前記排出流路７６から排出される前記流体（水素ガス）の流量に応じて、前記放出孔７０から放出される前記流体の流量を変化させてもよい。

上記構成によれば、ライナ内圧が排出流路７６からの流体の放出に影響する。このため、空間内から排出される流体（水素ガス）の流量に追従させて、ライナ６２の内部から放出される流体（水素ガス）の流量を変えることで、空間部６８の内部の圧力とライナ内圧を略等しくすることができる。容器本体が内側に変形するバックリングを抑制することができる。また、減圧速度を制御することができる。

なお、本発明に係るガス制御装置およびガス制御方法は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１８…ガス制御装置 ２０…高圧タンク
３８…燃料電池スタック（流体消費物） ４２…流量センサ
４４…圧力センサ ５６…記憶部
５８…流体制御部 ６２…ライナ
６４…補強層 ６６…口金
６８…空間部 ７０…放出孔
７２…排出孔 ７６…排出流路

Claims (12)

1. 高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
   前記ライナの外表面を覆う補強層と、
   前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
   前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
   前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
   前記ライナの内部の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ライナの内部の圧力と前記空間部の体積との相関関係情報を記憶する記憶部と、
   前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を備える、ガス制御装置。
2. 請求項１に記載のガス制御装置であって、
   前記流体制御部は、前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記空間部の体積を推測し、推測した体積が前記所定体積になる場合に、前記放出孔から放出される前記流体の前記流量制限を開始して前記空間部の体積を前記所定体積以下にする、ガス制御装置。
3. 高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
   前記ライナの外表面を覆う補強層と、
   前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
   前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
   前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
   前記排出流路から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、
   前記流量センサが検出する流量に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を備える、ガス制御装置。
4. 請求項３に記載のガス制御装置であって、
   前記流体制御部は、前記流量センサが検出する流量を監視し、前記流体の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に前記流量制限を開始する、ガス制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス制御装置であって、
   前記流体制御部は、前記排出流路から排出される前記流体の流量に応じて、前記放出孔から放出される前記流体の流量を変化させる、ガス制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス制御装置であって、
   前記ライナに接続され、前記放出孔と前記排出流路の下流側に位置する排出孔が形成される口金を備え、
   前記排出流路は、前記ライナの内部の圧力減少に伴い前記ライナと前記補強層が離間して前記空間部が広がり、前記空間部と前記排出孔が連通することにより形成される、ガス制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス制御装置であって、
   前記流体制御部は、前記流量制限として前記流体の流量の上限値を設定する、ガス制御装置。
8. 高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
   前記ライナの外表面を覆う補強層と、
   前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
   前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
   前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
   前記ライナの内部の圧力を検出する圧力センサと、
   前記ライナの内部の圧力と前記空間部の体積との相関関係情報を記憶する記憶部と、
   前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始して前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を用いて前記流体の流量を制御する、ガス制御方法。
9. 請求項８に記載のガス制御方法であって、
   前記流体制御部は、前記圧力センサが検出する圧力と前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づいて前記空間部の体積を推測し、推測した体積が前記所定体積以上になる場合に、前記放出孔から放出される前記流体の前記流量制限を開始して前記空間部の体積を前記所定体積以下にする、ガス制御方法。
10. 高圧の流体が充填される樹脂製のライナと、
    前記ライナの外表面を覆う補強層と、
    前記ライナと前記補強層との間に形成され、前記ライナの内部の圧力に応じて体積が変化する空間部と、
    前記流体を前記ライナから流体消費物に向けて放出する放出孔と、
    前記ライナを透過して前記空間部に溜まる前記流体を前記空間部から排出する排出流路と、を有する高圧タンクと、
    前記排出流路から排出される前記流体の流量を検出する流量センサと、
    前記流量センサが検出する流量に基づいて前記放出孔から放出される前記流体の流量制限を開始し、前記空間部の体積を所定体積以下にする流体制御部と、を用いて前記流体の流量を制御する、ガス制御方法。
11. 請求項１０に記載のガス制御方法であって、
    前記流体制御部は、前記流量センサが検出する流量を監視し、前記流体の排出が開始されてから流量が所定のピーク値に到達するまでの間に前記流量制限を開始する、ガス制御方法。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載のガス制御方法であって、
    前記流体制御部は、前記排出流路から排出される前記流体の流量に応じて、前記放出孔から放出される前記流体の流量を変化させる、ガス制御方法。

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