JP4558358B2

JP4558358B2 - ガス供給方法

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Publication number: JP4558358B2
Application number: JP2004074327A
Authority: JP
Inventors: 宏和 ▲桑▼原; 山田　　晃
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005264967A

Description

この発明は、ガスタンクからガス消費装置へのガス供給方法に関するものである。

ＣＮＧ（圧縮天然ガス）などのガス燃料をエンジンなどの出力発生装置の燃料とする車両では、車載の燃料タンクから出力発生装置にガス燃料を供給しており、ガス燃料の貯蔵量が減少した時には、車両に設けられた補給口に燃料供給装置を接続して燃料タンクにガス燃料を補給する（例えば、特許文献１参照）。
また、近年では、燃料タンクの充填口に、非通電時にスプリングリターンで閉弁する電磁弁からなるタンク開閉弁を備えた燃料タンクも開発されている。このタンク開閉弁は、スプリングによる閉弁方向の力と、タンク開閉弁の弁体の上流と下流の圧力差に基づく閉弁方向の力によって閉弁状態が保持されており、燃料タンクのガス燃料を前記出力発生装置に供給するときには、コイルに電流を流すことによって前記閉弁方向の力に打ち勝つ開弁方向の力を発生させ、タンク開閉弁を開弁する。

周知のように、電磁弁には直動型電磁弁とパイロット型電磁弁がある。
直動型電磁弁は、閉弁時に作用している閉弁方向の力に打ち勝つ力をコイルへの通電によって発生させ開弁するタイプの電磁弁であり、閉弁時における弁体の上流と下流の圧力差が大きいほど大きいコイルが必要で、電磁弁が大型化し、重量も増大する。

これに対して、パイロット型電磁弁は、スプリングとガスの圧力差に基づく力によって閉弁状態が保持されるメインバルブシートと、スプリングに基づく力だけによって閉弁状態が保持されるパイロットバルブシートとが弁体に設けられていて、開弁時にコイルに通電すると、メインバルブシートの開弁に先立ってパイロットバルブシートが開弁せしめられ、これによって弁体の下流側の圧力が徐々に上昇していき、弁体の上流と下流の圧力差が所定値まで減少すると、メインバルブシートが開弁せしめられるタイプの電磁弁である。このパイロット型電磁弁は直動型電磁弁よりもコイルを小さくでき、その結果、小型・軽量化が可能になる。

一方、燃料タンクに関しては、タンク内圧が高くなるほど、充填口を小さくする方が、安全性、重量、コストの点で有利である。
したがって、タンク開閉弁にパイロット型電磁弁を採用した方が燃料タンクの充填口を小さくすることができ、燃料タンクについても有利になる。
特開２００１−３５５７９５号公報

しかしながら、近年、燃料タンクへの燃料ガス充填の高効率化に伴い燃料タンクの高圧化が進められており、タンク開閉弁にパイロット型電磁弁を採用しても、コイルの大型化が避けられない状況になりつつある。
したがって、タンク開閉弁に採用する電磁弁の型式選択だけでは、燃料タンクの充填口の小径化を図ることが難しくなってきている。
そこで、この発明は、ガスタンクの充填口の小径化を図ることができるガス供給方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁（例えば、後述する実施例におけるタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂ）を有する複数のガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料タンク３Ａ，３Ｂ）を並列に接続し、これらガスタンクに貯蔵されたガス（例えば、後述する実施例における水素ガス）をラインバルブ（例えば、後述する実施例におけるラインバルブ２２）を有するガス供給流路（例えば、後述する実施例における接続配管１４、供給配管２０）を介してガス消費装置（例えば、後述する実施例における燃料電池２）に供給する方法であって、前記複数のガスタンクのうち一つのガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料タンク３Ａ）のタンク開閉弁（例えば、後述する実施例におけるタンク開閉弁１００Ａ）をパイロット型電磁弁で構成し、他のガスタンク（例えば、後述する実施例における燃料タンク３Ｂ）のタンク開閉弁（例えば、後述する実施例におけるタンク開閉弁１００Ｂ）を直動型電磁弁で構成し、前記複数のガスタンクからガス消費装置にガスの供給を開始する際には、タンク開閉弁をパイロット型電磁弁で構成した前記ガスタンクのタンク開閉弁を前記他のガスタンクのタンク開閉弁よりも先に開き、この先に開いたガスタンク内の圧力と前記ラインバルブに至るガス供給流路内の圧力が平衡したとみなせる所定時間後、または前記ガス供給流路内の圧力変化に基づいて圧力平衡と判定された後に、前記他のガスタンクのタンク開閉弁を開き、さらにその後に前記ラインバルブを開いて、前記ガス消費装置におけるガスの消費を開始することを特徴とする。

このように構成することにより、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁は直動型電磁弁のタンク開閉弁よりも小さい力で開弁が可能であるので、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を直動型電磁弁のタンク開閉弁よりも先に開かせることが可能になる。したがって、初めにパイロット型電磁弁のタンク開閉弁を開くことにより該タンク開閉弁を備えたガスタンクからガス供給流路にガスが流出してガス供給流路内の圧力を上昇させ、ガス供給流路内の昇圧後に直動型電磁弁のタンク開閉弁を小さい力で開くことが可能になる。

請求項１に係る発明によれば、後に開くタンク開閉弁を小さい力で開くことができるので、後に開くタンク開閉弁の小型・軽量化が可能になり、その結果、後に開くタンク開閉弁を備えたガスタンクの弁取付口を小さくでき、タンク内圧に基づく弁取付口に作用する力を小さくできるので、後に開くタンク開閉弁を備えたガスタンクの強度アップ、軽量化、コストダウンを図ることができる。
また、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を開弁した後に直動型電磁弁のタンク開閉弁を開弁することで、パイロット型電磁弁のタンク開閉弁を備えたガスタンクをガス供給流路昇圧専用のガスタンクとすることができ、その場合、昇圧専用のガスタンクは容量が小さくて済む。

この発明に係るガス供給方法の実施例を説明する前に、この発明に関連する技術を図１から図６の図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する関連技術および後述する実施例は、水素と酸素の電気化学反応により発電をする燃料電池（ガス消費装置）と、燃料の水素ガスを貯蔵する燃料タンク（ガスタンク）とを搭載した燃料電池車両において、燃料タンクに貯蔵された水素ガスを燃料電池に供給する態様である。

初めに、図１から図３の図面を参照して第１の関連技術におけるガス供給方法を説明する。
図１および図２は、燃料電池車両に搭載された燃料供給システム（ガス供給システム）１の概略構成を示す図であり、燃料電池車両には、燃料電池（ＦＣ）２と２本の燃料タンク３Ａ，３Ｂが搭載されている。燃料タンク３Ａ，３Ｂは並列に接続されるとともに、燃料電池２と水素ガス充填用のレセプタクル７に接続されている。なお、レセプタクル７は車両ボディのフューエルリッドを開くと露出するように設けられている。
燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａには、非通電時にスプリングリターンで閉弁する単作動式直動型電磁弁で構成されたタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂ（以下、区別する必要がないときはタンク開閉弁１００と記す）が取り付けられている。
弁取付口３ａに気密状態に装着されるタンク開閉弁１００のバルブボディ１０１には、２つの配管接続口１０２，１０３と、タンク出入口１０５が設けられており、これらはバルブボディ１０１の内部に形成された連通路１０６によって連通している。

バルブボディ１０１においてタンク出入口１０５の開口端の周囲には弁座１０７が設けられており、この弁座１０７に、プランジャ１３０の先端に設けられた弁体１３８が着座離反可能に設けられていて、着座時に弁体１３８のバルブシート１３９が弁座１０７に圧接する。
プランジャ１３０は、バルブボディ１０１に支持されたアクチュエータケース１３５に軸線方向へ移動可能に収容されている。アクチュエータケース１３５には、プランジャ１３０を閉弁方向に付勢するスプリング１３６と、通電時にプランジャ１３０を開弁方向に引き付ける磁力を発生する電磁コイル１３７が設けられている。

このタンク開閉弁１００においては、電磁コイル１３７に通電しないとき（すなわち、非通電時）には、スプリング１３６による閉弁方向の力と、燃料タンク３内の圧力と連通路１０６内の圧力との差圧に基づく閉弁方向の力によって、弁体１３８が弁座１０７に圧接されて閉弁し（図２参照）、電磁コイル１３７に通電したとき（すなわち、通電時）には、これら閉弁方向の力よりも、電磁コイル１３７の磁力によってプランジャ１３０を開弁方向に引き付ける力が勝り、弁体１３８が弁座１０７から離反して開弁する（図１参照）。

タンク開閉弁１００Ａの配管接続口１０３とタンク開閉弁１００Ｂの配管接続口１０２は接続配管１４によって接続され、タンク開閉弁１００Ａの配管接続口１０２は充填配管５を介してレセプタクル７に接続され、タンク開閉弁１００Ｂの配管接続口１０３は、レギュレータ２１およびラインバルブ２２を備えた供給配管２０を介して燃料電池２に接続されている。なお、接続配管１４と供給配管２０は、ガス供給流路を構成する。
レセプタクル７の内部には、水素供給装置の充填ノズル（図示略）をレセプタクル７に接続すると開弁し、レセプタクル７から充填ノズルを取り外すと閉弁する開閉弁（図示略）が内蔵されている。
なお、この関連技術では、燃料タンク３Ａ，３Ｂは同一容量、同一充填圧力に設定されている。

燃料タンク３Ａ，３Ｂに水素ガスを充填する場合には、ラインバルブ２２を閉じて燃料電池２への水素ガス供給を停止し、燃料電池２の発電を停止した状態にして行う。この状態においてレセプタクル７に水素供給装置の充填ノズルを装着すると、前述したレセプタクル７に内蔵された開閉弁が開き、水素ガス充填が可能になる。そして、燃料タンク３Ａ，３Ｂの充填圧力に応じた供給圧力で水素ガスを水素供給装置から充填配管５に供給すると、この水素ガスの圧力が燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁体１３８に作用して弁体１３８に開弁方向の力が加わり、この開弁方向の力が、燃料タンク３Ａ，３Ｂの内圧およびタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂのスプリング１３６により生じる閉弁方向の力よりも大きいときに、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂが開弁し、燃料タンク１００Ａ，１００Ｂに水素ガスが充填される。水素ガスの充填が進行し、燃料タンク１００Ａ，１００Ｂの内圧が高くなってくると、弁体１３８の上流と下流の圧力差に基づく開弁方向の力が小さくなってきて、スプリング１による閉弁方向の力よりも小さくなると、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂは閉弁する。その後、水素供給装置の充填ノズルをレセプタクル７から取り外す。
このようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂに水素ガスを充填した直後は、レセプタクル７からラインバルブ２２に至る流路内はほぼ充填圧に等しい圧力に保持されている。

なお、この例では、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを閉弁させた状態で水素ガス充填を実施する方法で説明したが、水素供給装置から水素ガスの供給を開始するのに先だって、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１１７に通電してタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを強制的に開弁し、それから前記供給圧力で水素ガスの供給を開始するようにしてもよい。

次に、燃料電池２への水素ガス供給方法を図３のフローチャートを参照して説明する。なお、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１３７の通電・非通電、ラインバルブ２２の開閉は車載された電子制御装置（図示略）によって制御され、図３に示す水素ガス供給制御ルーチンも前記電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）によって実行される。

まず、発電要求があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。この判定結果が「ＮＯ」（発電要求なし）の場合は本ルーチンの実行を終了する。判定結果が「ＹＥＳ」（発電要求あり）の場合は、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１３７に通電してタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開く（ステップＳ１０２）。水素ガス充填直後は燃料タンク３Ａ，３Ｂ内とタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの連通路１０６内はほぼ等圧であり、しかも、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの開弁完了までラインバルブ２２が閉じられており、水素ガスの消費が開始されていないので、連通路１０６内の圧力が低下することがなく、弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態でタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁動作させることができる。したがって、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。

タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの開弁後、ラインバルブ２２を開く（ステップＳ１０３）。これにより、燃料タンク３Ａ，３Ｂに貯蔵された水素ガスをレギュレータ２１で減圧して燃料電池２に供給可能となる。この後、燃料電池２において水素ガスを消費して発電を行う（ステップＳ１０４）。

次に、発電停止要求があるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。この判定結果が「ＮＯ」（発電停止要求なし）である場合は発電を継続する。一方、判定結果が「ＹＥＳ」（発電停止要求あり）の場合は、燃料電池２の発電を停止し水素ガスの消費を停止して（ステップＳ１０６）、ラインバルブ２２を閉じて燃料電池２への水素ガス供給を停止する（ステップＳ１０７）。この時点では、まだタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂは開弁状態に保持されているので、レセプタクル７からラインバルブ２２に至る流路内（タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの連通路１０６内を含む）の圧力は燃料タンク３Ａ，３Ｂ内の圧力とほぼ等圧になる。

ラインバルブ２２の閉弁後、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１３７の通電を停止してタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを閉弁する（ステップＳ１０８）。このようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの閉弁に先立って燃料電池２における水素ガスの消費を停止しラインバルブ２２を閉弁するので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの閉弁終了時点で燃料タンク３Ａ，３Ｂ内の圧力とタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの連通路１０６内の圧力とを等圧にすることができる。

したがって、次回この制御ルーチンを実行し、ステップＳ１０１において発電要求ありと判定されて、ステップＳ１０２においてタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁するときにも、弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態になっており、しかも、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの開弁完了までラインバルブ２２が閉じられていて水素ガスの消費も開始されていないので、連通路１０６内の圧力が低下することがなく、弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態においてタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁動作させることができる。したがって、この場合も、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。

このようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済むことにより、電磁コイル１３７が小さくて済み、アクチュエータケース１３５も小さくすることができるので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの小型・軽量化が可能になる。
また、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂは燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａからアクチュエータケース１３５を挿入して取り付けるため、電磁コイル１３７が小さくなりアクチュエータケース１３５が小さくなると、燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａの口径を小さくすることができる。その結果、燃料タンク３Ａ，３Ｂの内圧に基づく弁取付口３ａに作用する力を小さくすることができ、燃料タンク３Ａ，３Ｂの強度アップ、軽量化、コストダウンが可能になる。
また、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを低コストで製造することができるというメリットもある。

次に、第２の関連技術におけるガス供給方法を図４から図６の図面を参照して説明する。
前述した第１の関連技術では、燃料タンク３Ａ，３Ｂを同一容量、同一充填圧力に設定したが、この第２の関連技術では、レセプタクル７に近い側の燃料タンク３Ａの充填圧力を、燃料電池２に近い側の燃料タンク３Ｂの充填圧力よりも小さく設定し、そのような充填圧力設定となるようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの仕様を設定する。なお、この第２の関連技術においては、充填圧力の低い方の燃料タンク３Ａを低充填圧燃料タンク３Ａといい、充填圧力の高い方の燃料タンク３Ｂを高充填圧燃料タンク３Ｂということもある。

図４は、第２の関連技術における燃料供給システム（ガス供給システム）１の概略構成を示す図であり、前記充填圧以外で第１の関連技術における燃料供給システムとの構成上の相違点は、充填配管５の途中に開閉弁Ｖ１が設けられ、接続配管１４の途中に開閉弁Ｖ２が設けられ、充填配管５と接続配管１４が開閉弁Ｖ１，Ｖ２および低充填圧燃料タンク３Ａをバイパスするバイパス配管１５によって接続され、バイパス配管１５に開閉弁Ｖ３が設けられており、開閉弁Ｖ１より下流側の充填配管５内の圧力（すなわち、タンク開閉弁１００Ａの連通路１０６内の圧力）を検出する圧力センサ１６と、開閉弁Ｖ２と高充填圧燃料タンク３Ｂとの間の接続配管１４内の圧力（すなわち、タンク開閉弁１００Ｂの連通路１０６内の圧力）を検出する圧力センサ１７を備えていることだけである。圧力センサ１６，１７の出力信号はＥＣＵに入力され、該ＥＣＵは開閉弁Ｖ１〜Ｖ３の開閉も制御する。
その他の構成については第１の関連技術のものと同じであり、以下の説明において燃料タンク３Ａ，３Ｂおよびタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂについては図１を援用する。

この燃料供給システムでは燃料タンク３Ａ，３Ｂの充填圧力が相違するため、以下のようにして水素ガス充填を行う。
燃料タンク３Ａ，３Ｂに水素ガスを充填する場合には、ラインバルブ２２を閉じて燃料電池２への水素ガス供給を停止し、燃料電池２の発電を停止した状態にして行う点は第１の関連技術の場合と同じである。この状態においてレセプタクル７に水素供給装置の充填ノズルを装着し、水素ガス充填可能にする。

次に、低充填圧力の低充填圧燃料タンク３Ａにのみ水素ガスを充填するために、開閉弁Ｖ２，Ｖ３を閉じ、開閉弁Ｖ１を開いて、低充填圧燃料タンク３Ａの充填圧力Ｐａに応じた供給圧力で水素ガスを水素供給装置から充填配管５に供給する。そして、圧力センサ１６によって検出される圧力変化の速度が所定値以下に低下したときには、低充填圧燃料タンク３Ａ内が充填圧力Ｐａに達しタンク開閉弁１００Ａが閉弁したものと判定して、開閉弁Ｖ１，Ｖ２を閉じ、開閉弁Ｖ３を開いて、高充填圧燃料タンク３Ｂの充填圧力Ｐｂに応じた供給圧力で水素ガスを水素供給装置から充填配管５に供給して、高充填圧燃料タンク３Ｂへの水素ガス充填を行う。そして、圧力センサ１７によって検出される圧力変化の速度が所定値以下に低下したときには、高充填圧燃料タンク３Ｂ内が充填圧力Ｐｂに達しタンク開閉弁１００Ｂが閉弁したものと判定して、開閉弁Ｖ３を閉じ、燃料タンク３Ａ，３Ｂへの水素ガス充填を終了する。
この水素ガス充填終了時点では、開閉弁Ｖ１〜Ｖ３は閉じており、開閉弁Ｖ１から開閉弁Ｖ２に至る流路内の圧力は低充填圧燃料タンク３Ａの充填圧Ｐａとほぼ等しく、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内の圧力は高充填圧燃料タンク３Ｂの充填圧Ｐｂにほぼ等しい。

次に、燃料電池２への水素ガス供給方法を図５および図６のフローチャートを参照して説明する。なお、図５、図６に示す水素ガス供給ルーチンを最初に実行する際の初期状態においては、前述した水素充填終了時点と同様、開閉弁Ｖ１〜Ｖ３は総て閉じているものとする。
まず、ステップＳ２０１において、発電要求があるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（発電要求なし）の場合は本ルーチンの実行を終了する。ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」（発電要求あり）の場合は、ステップＳ２０２に進み、燃料タンク３Ａ，３Ｂに水素ガス充填を実施してから最初の水素ガス供給か否かを判定する。

ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」（充填後最初の水素ガス供給）である場合は、ステップＳ２０８に進み、高充填圧燃料タンク３Ｂにおけるタンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７に通電してタンク開閉弁１００Ｂを開く。前述したように、水素ガス充填終了時点では、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内の圧力は高充填圧燃料タンク３Ｂの充填圧にほぼ等しくなっている。しかも、タンク開閉弁１００Ｂの開弁完了までラインバルブ２２が閉じられており、水素ガスの消費が開始されていないので、タンク開閉弁１００Ｂの連通路１０６内の圧力が低下することがなく、タンク開閉弁１００Ｂにおける弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態においてタンク開閉弁１００Ｂを開弁動作させることができる。したがって、タンク開閉弁１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。

タンク開閉弁１００Ｂの開弁後、ステップＳ２０９に進み、ラインバルブ２２を開く。これにより、高充填圧燃料タンク３Ｂに貯蔵された水素ガスをレギュレータ２１で減圧して燃料電池２に供給可能となる。この後、ステップＳ２１０に進み、燃料電池２において水素ガスを消費して発電を行う。

次に、ステップＳ２１１に進み、発電停止要求があるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（発電停止要求なし）である場合は発電を継続する。
一方、ステップＳ２１１における判定結果が「ＹＥＳ」（発電停止要求あり）の場合は、ステップＳ２１２に進み、タンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７の通電を停止して（すなわち、非通電にして）タンク開閉弁１００Ｂを閉じる。この時点では、まだ燃料電池２が発電を継続しており、開閉弁Ｖ２，Ｖ３より下流の流路内の水素ガスが消費されるため、該流路内の圧力が低下していく。

次に、ステップＳ２１３に進み、圧力センサ１７により検出される前記流路内のある圧力Ｐ２が所定圧力Ｐ２ａ以下か否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（Ｐ２＞Ｐ２ａ）である場合は燃料電池２の発電を継続して水素ガスを消費する。
一方、ステップＳ２１３における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｐ２≦Ｐ２ａ）である場合は、ステップＳ２１４に進み、ラインバルブ２２を閉じて燃料電池２への水素ガス供給を停止し、さらに、ステップＳ２１５に進み、燃料電池２の発電を停止し、水素ガスの消費を停止する。
このような発電停止手順を踏むことにより、開閉弁Ｖ２，Ｖ３から燃料電池２に至る流路内の水素濃度を低減した状態で、燃料電池２を発電停止することができる。したがって、発電停止している間は、高充填圧燃料タンク３Ｂにおけるタンク開閉弁１００Ｂの連通路１０６内の圧力は、高充填圧燃料タンク３Ｂ内の圧力よりも十分に低い状態に保持される。

一方、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」（充填後２回目以降の水素ガス供給）である場合は、ステップＳ２０３に進み、低充填圧燃料タンク３Ａにおけるタンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１３７に通電してタンク開閉弁１００Ａを開く。ここで、タンク開閉弁１００Ａを開く前において開閉弁Ｖ１，Ｖ２間の流路内は低充填圧燃料タンク３Ａ内の圧力とほぼ等圧になっているので、タンク開閉弁１００Ａにおける弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態でタンク開閉弁１００Ａを開弁動作させることができる。したがって、タンク開閉弁１００Ａを開弁する際に必要な力が小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。

タンク開閉弁１００Ａの開弁後、ステップＳ２０４に進み、開閉弁Ｖ２を開く。これにより低充填圧燃料タンク３Ａ内の水素ガスが開閉弁Ｖ２を通って、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内に流入し、該流路内を昇圧する。
次に、ステップＳ２０５に進み、圧力センサ１６によって検出される前記流路内の圧力の所定時間当たりの変化量（あるいは圧力変化速度）ΔＰ１が所定値ΔＰ１ａよりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ２０５における判定結果が「ＮＯ」（ΔＰ１≧ΔＰ１ａ）である場合はタンク開閉弁１００Ａおよび開閉弁Ｖ２の開弁状態を保持する。
一方、ステップＳ２０５における判定結果が「ＹＥＳ」（ΔＰ１＜ΔＰ１ａ）である場合は、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内の圧力と低充填圧燃料タンク３Ａ内の圧力がほぼ平衡したものと判断できるので、ステップＳ２０６に進み、タンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１３７の通電を停止して（すなわち、非通電にして）、タンク開閉弁１００Ａを閉じ、さらにステップＳ２０７に進んで開閉弁Ｖ２を閉じる。

次に、ステップＳ２０８に進み、高充填圧燃料タンク３Ｂにおけるタンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７に通電してタンク開閉弁１００Ｂを開く。ここで、前述したように、このタンク開閉弁１００Ｂの開弁に先立って、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内の圧力を低充填圧燃料タンク３Ａ内の圧力にほぼ等しい圧力まで昇圧しているので、タンク開閉弁１００Ｂの弁体１３８の上流と下流の圧力差が発電停止中よりも小さくなっており、しかも、タンク開閉弁１００Ｂの開弁完了までラインバルブ２２が閉じられていて水素ガスの消費も開始されていないので、連通路１０６内の圧力が低下することがない。その結果、弁体１３８の上流と下流の圧力差が小さい状態においてタンク開閉弁１００Ｂを開弁動作させることができる。したがって、この場合も、タンク開閉弁１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。
なお、ステップＳ２０９以降の処理については、充填後２回目以降の水素ガス供給の場合も充填後最初の水素ガス供給の場合と同じであるので、説明を省略する。

このようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済むので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂのいずれも、電磁コイル１３７が小さくて済み、アクチュエータケース１３５も小さくすることができ、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの小型・軽量化が可能になる。特に、低充填圧燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａは充填圧力が低いので、開弁する際に必要な力が高充填圧のタンク開閉弁１００Ｂよりもさらに小さくて済み、タンク開閉弁１００Ａをより小型・軽量にできる。

また、低充填圧燃料タンク３Ａの水素ガスの利用目的は、開閉弁Ｖ２，Ｖ３からラインバルブ２２に至る流路内を昇圧することを主としており、燃料電池２で消費される水素ガスは主に高充填圧燃料タンク３Ｂの水素ガスで賄っている。そのため、低充填圧燃料タンク３Ａの容量は高充填圧燃料タンク３Ｂよりも極めて小さくて済む。

また、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂは燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａからアクチュエータケース１３５を挿入して取り付けるため、電磁コイル１３７が小さくなりアクチュエータケース１３５が小さくなると、燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａの口径を小さくすることができる。その結果、燃料タンク３Ａ，３Ｂの内圧に基づく弁取付口３ａに作用する力を小さくすることができ、燃料タンク３Ａ，３Ｂの強度アップ、軽量化、コストダウンが可能になる。
また、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを低コストで製造することができるというメリットもある。
なお、この第２の関連技術では、高充填圧燃料タンク３Ｂを１つにしているが、高充填圧燃料タンク３Ｂを２つ以上並列的に接続することも可能である。

次に、この発明に係るガス供給方法の実施例を図７から図１０の図面を参照して説明する。
前述した第１の関連技術では、燃料タンク３Ａ，３Ｂのタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂをいずれも直動型電磁弁で構成したが、この実施例では、燃料タンク３Ｂのタンク開閉弁１００Ｂは同じく直動型電磁弁で構成するが、燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａをパイロット型電磁弁で構成する。充填圧力については、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂ共に同じとする。

図７、図８は、実施例における燃料供給システム（ガス供給システム）１の概略構成を示す図であり、第１の関連技術における燃料供給システムとの構成上の相違点は、タンク開閉弁１００Ａがパイロット型電磁弁で構成されていることと、レギュレータ２１よりも下流の供給配管２０内の圧力を検出する圧力センサ１８を備えていることだけであり、それ以外の構成は第１の関連技術のものと同じである。以下、タンク開閉弁１００Ａについて説明し、その他の同一態様部分については図中同一符号を付して説明を省略する。なお、圧力センサ１８の出力信号はＥＣＵに入力される。

図９に示すように、タンク開閉弁１００Ａのバルブボディ１０１は第１の関連技術のものと同じであり、配管接続口１０２，１０３と、タンク出入口１０５と、連通路１０６と、弁座１０７を備えている。
弁体１０８はプランジャ１１０に支持され、弁座１０７に着座離反可能に設けられていて、着座時に弁体１０８のメインバルブシート１０９が弁座１０７に圧接する。弁体１０８は、メインバルブシート１０９とは軸線方向反対側にパイロットバルブ部１１１を有し、このパイロットバルブ部１１１がプランジャ１１０のパイロット室１１２に軸線方向へ所定寸法だけ移動可能に収容され、プランジャ１１０のパイロットバルブシート１１３に当接離反可能にされている。また、弁体１０８は、メインバルブシート１０９からパイロットバルブ部１１１に貫通するパイロット流路１１４を備え、パイロットバルブ部１１１がパイロットバルブシート１１３に着座するとパイロット流路１１４は閉塞される。

プランジャ１１０は、バルブボディ１０１に支持されたアクチュエータケース１１５に軸線方向へ移動可能に収容されている。アクチュエータケース１１５には、弁体１０８およびプランジャ１１０を閉弁方向に付勢するスプリング１１６と、通電時にプランジャ１１０を開弁方向に引き付ける磁力を発生する電磁コイル１１７が設けられている。

このタンク開閉弁１００Ａにおいては、電磁コイル１１７に通電しないとき（すなわち、非通電時）には、スプリング１１６による閉弁方向の力と、燃料タンク３Ａの内圧と連通路１０６の内圧との差圧に基づく力が弁体１０８に作用し、これら力の関係によって弁体１０８の位置が決まる。
例えば、燃料タンク３Ａ内の圧力が連通路１０６内の圧力よりも大きいときには、この差圧に基づく力も閉弁方向に作用するので、弁体１０８は弁座１０７に押し付けられ、同時にプランジャ１１０のパイロットバルブシート１１３もパイロットバルブ部１１１に押し付けられてパイロット流路１１４を塞ぎ、タンク開閉弁１００Ａは完全な閉弁状態となる。
一方、連通路１０６内の圧力が燃料タンク３Ａ内の圧力よりも大きいときには、この差圧に基づく力は開弁方向に作用し、この開弁方向の力がスプリング１１６の閉弁方向の力よりも小さい間は閉弁状態に保持されるが、開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなると、弁体１０８はプランジャ１１０とともに開弁方向に移動せしめられて弁座１０７から離反するので、タンク開閉弁１００Ａは開弁する。

また、このタンク開閉弁１００Ａにおいては、電磁コイル１１７に通電して開弁するときの動作は次のようになる。電磁コイル１１７に通電すると、磁力によりプランジャ１１０が図中下方に引き付けられる。この時点では連通路１０６内の圧力が燃料タンク３Ａ内の圧力よりも十分に小さいため、弁体１０８には閉弁方向に大きな力が加わっており、前記磁力による力は弁体１０８を弁座１０７から離反させるだけの力はない。しかしながら、前記磁力はスプリング１１６に抗してプランジャ１１０を下方に引き付けるだけの力は持っているので、パイロットバルブ部１１１がパイロット室１１２内で移動可能な範囲においてプランジャ１１０を図中下方に移動させる。その結果、プランジャ１１０のパイロットバルブシート１１３が弁体１０８のパイロットバルブ部１１１から離反してパイロット流路１１４が開かれ、燃料タンク３Ａ内の水素ガスはプランジャ１１０と弁体１０８の間の隙間からパイロット室１１２に流入し、さらにパイロット流路１１４を通って連通路１０６に流出する。ここで、例えば配管接続口１０２，１０３が閉塞していると、連通路１０６内の圧力が徐々に上昇していき、連通路１０６内の圧力と燃料タンク３Ａ内の圧力の圧力差が減少していく。そして、この圧力差による閉弁方向の力とスプリング１１６の閉弁方向の力との和よりも、前記磁力による開弁方向の力が勝ると、弁体１０８が弁座１０７から離反して開弁方向に移動し、タンク出入口１０５が開口して、タンク開閉弁１００Ａは完全な開弁状態となる。したがって、パイロット型電磁弁からなる開閉弁１００Ａは、充填圧力が同じ直動型電磁弁からなるタンク開閉弁１００Ｂに比べて、開弁する際に必要な力が小さくて済み、開弁時における電磁コイル１１７への起動電流が小さくて済み、消費電力も少ない。

次に、燃料電池２への水素ガス供給方法を図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、燃料電池２の発電停止状態では、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂおよびラインバルブ２２は閉じているものとする。
まず、ステップＳ３０１において、発電要求があるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（発電要求なし）の場合は本ルーチンの実行を終了する。
ステップＳ３０１における判定結果が「ＹＥＳ」（発電要求あり）の場合は、ステップＳ３０２に進み、燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１１７に通電してタンク開閉弁１００Ａを開く。ここで、タンク開閉弁１００Ａはパイロット型電磁弁で構成されているので、燃料タンク３Ａ内の圧力が連通路１０６内の圧力よりも非常に大きく、その差圧による閉弁方向の大きな力が弁体１０８に作用しているときでも、前述したように開弁する際に必要な力が小さくて済むので、迅速且つ確実に開弁することができる。また、開弁時における電磁コイル１１７への起動電流が小さくて済むので、消費電力も少ない。
タンク開閉弁１００Ａの開弁により、燃料タンク３Ａ内の水素ガスが、レセプタクル７からラインバルブ２２に至る流路内に流出し、該流路内を昇圧する。

次に、ステップＳ３０３に進み、タンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１１７への通電後、所定時間が経過したか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（所定時間経過せず）の場合は所定時間が経過するまで待ち、判定結果が「ＹＥＳ」（所定時間経過した）の場合は、レセプタクル７からラインバルブ２２に至る流路内の圧力と燃料タンク３Ａ内の圧力が平衡したものとみなして、ステップＳ３０４に進み、燃料タンク３Ｂのタンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７に通電してタンク開閉弁１００Ｂを開く（図７参照）。なお、ステップＳ３０３における圧力平衡の判定は、接続配管１４内の圧力変化から判定することも可能である。

ここで、タンク開閉弁１００Ｂを開弁する前に、タンク開閉弁１００Ｂの連通路１０６内の圧力が燃料タンク３Ａ内の圧力とほぼ等圧にされており、また、この実施例では発電時にタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを両方とも開くようにしているので、燃料タンク３Ａ，３Ｂの内圧は等しい。しかも、タンク開閉弁１００Ｂの開弁完了までラインバルブ２２が閉じられており、水素ガスの消費が開始されていないので、タンク開閉弁１００Ｂの連通路１０６内の圧力が低下することがなく、弁体１３８の上流と下流の圧力差がない状態でタンク開閉弁１００Ｂを開弁動作させることができる。したがって、直動型電磁弁で構成されたタンク開閉弁１００Ｂを開弁する際に必要な力も小さくて済み、その結果、開弁時における電磁コイル１３７への起動電流が小さくて済み、消費電力を低減することができる。

タンク開閉弁１００Ｂの開弁後、ステップＳ３０５に進み、ラインバルブ２２を開く。これにより、燃料タンク３Ａ，３Ｂに貯蔵された水素ガスをレギュレータ２１で減圧して燃料電池２に供給可能となる。
この後、ステップＳ３０６に進み、燃料電池２において水素ガスを消費して発電を行う。

次に、ステップＳ３０７において、発電停止要求があるか否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（発電停止要求なし）である場合は発電を継続し、一方、判定結果が「ＹＥＳ」（発電停止要求あり）の場合は、ステップＳ３０８に進み、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１１７，１３７の通電を停止して（すなわち、非通電にして）タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを閉じる（図８参照）。なお、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを閉弁する順番は問わず、いずれを先に閉じてもよいし、あるいは両方同時に閉じてもよい。このタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを閉弁した時点では、まだ燃料電池２が発電を継続しており、レセプタクル７から燃料電池２に至る流路内の水素ガスが消費されるため、該流路内の圧力が低下していく。

次に、ステップＳ３０９に進み、圧力センサ１８により検出される前記流路内の圧力Ｐ３が所定圧力Ｐ３ａ以下か否かを判定する。この判定結果が「ＮＯ」（Ｐ３＞Ｐ３ａ）である場合は燃料電池２の発電を継続して水素ガスを消費する。
一方、ステップＳ３０９における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｐ３≦Ｐ３ａ）である場合は、ステップＳ３１０に進み、ラインバルブ２２を閉じて燃料電池２への水素ガス供給を停止し、さらに、ステップＳ３１１に進み、燃料電池２の発電を停止し、水素ガスの消費を停止する。
このような発電停止手順を踏むことにより、レセプタクル７から燃料電池２に至る流路内の水素濃度を低減した状態で、燃料電池２を発電停止することができる。したがって、発電停止している間は、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの連通路１０６内の圧力は、燃料タンク３Ａ，３Ｂ内の圧力よりも十分に低い状態に保持される。

このようにタンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂを開弁する際に必要な力が小さくて済むので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂのいずれも電磁コイル１１７，１３７が小さくて済み、アクチュエータケース１１５，１３５も小さくすることができるので、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの小型・軽量化が可能になる。

また、タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂは燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａからアクチュエータケース１１５，１３５を挿入して取り付けるため、電磁コイル１１５，１３７が小さくなりアクチュエータケース１１５，１３５が小さくなると、燃料タンク３Ａ，３Ｂの弁取付口３ａの口径を小さくすることができる。その結果、燃料タンク３Ａ，３Ｂの内圧に基づく弁取付口３ａに作用する力を小さくすることができ、燃料タンク３Ａ，３Ｂの強度アップ、軽量化、コストダウンが可能になる。
また、タンク開閉弁１００Ｂを直動型電磁弁で構成することができるので、タンク開閉弁１００Ｂを低コストで製造することができるというメリットもある。

また、パイロット型電磁弁からなるタンク開閉弁１００Ａを備えた燃料タンク３Ａに貯蔵された水素ガスの利用目的を、レセプタクル７からラインバルブ２２に至る流路内を昇圧することを主とさせることもでき、その場合には、燃料タンク３Ａの容量を燃料タンク３Ｂよりも極めて小さくすることができる。
なお、この実施例では、直動型電磁弁からなるタンク開閉弁１００Ｂを備えた燃料タンク３Ｂを１つにしているが、タンク開閉弁１００Ｂを備えた燃料タンク３Ｂを２つ以上並列的に接続することも可能である。

なお、燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａを燃料タンク３Ｂのタンク開閉弁１００Ｂよりも先に開かせるための手段として、第２の関連技術では燃料タンク３Ａの充填圧力を燃料タンク３Ｂの充填圧力よりも低くし、実施例ではタンク開閉弁１００Ａをパイロット型電磁弁で構成しタンク開閉弁１００Ｂを直動型電磁弁で構成したが、次の（１）あるいは（２）の方法によっても同様の作用を得ることができる。

（１）燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａにおけるタンク出入口１０５の開口径を、燃料タンク３Ｂのタンク開閉弁１００Ｂにおけるタンク出入口１０５の開口径よりも小さくする。このようにすると、燃料タンク３Ａのタンク開閉弁１００Ａは、燃料タンク３Ｂのタンク開閉弁１００Ｂよりも小さい力で開弁が可能となり、その結果、タンク開閉弁１００Ａをタンク開閉弁１００Ｂよりも先に開かせることが可能になる。また、タンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１３７をタンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７よりも小さくすることができ、タンク開閉弁１００Ａのアクチュエータケース１３５をタンク開閉弁１００Ｂのアクチュエータケース１３５よりも小型にでき、その結果、燃料タンク３Ａの弁取付口３ａを燃料タンク３Ｂの弁取付口３ａよりも小さくすることができる。したがって、燃料タンク３Ａの内圧に基づく弁取付口３ａに作用する力を小さくすることができ、燃料タンク３Ａの強度アップ、軽量化、コストダウンが可能になる。

（２）タンク開閉弁１００Ａ，１００Ｂの電磁コイル１３７，１３７に同時に電流を流す場合に、タンク開閉弁１００Ａの電磁コイル１３７に印加する電流を、タンク開閉弁１００Ｂの電磁コイル１３７に印加する電流よりも大きくする。このようにすると、電磁コイル１３７に印加する電流が大きい方が開弁力が大きくなるので、タンク開閉弁１００Ａをタンク開閉弁１００Ｂよりも先に開かせることが可能になる。
したがって、上記（１）あるいは（２）の方法によっても、初めにタンク開閉弁１００Ａを開くことにより、燃料タンク３Ａから接続配管１４に水素ガスを流出させて接続配管１４内の圧力を上昇させ、接続配管１４内を昇圧させた後に、タンク開閉弁１００Ｂを小さい力で開くことができる。
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、流体燃料は水素ガスに限られるものではなく、ＣＮＧ等であってもよい。また、水素消費装置は燃料電池に限るものではなく、内燃機関であってもよい。

この発明に関連する技術（第１の関連技術）のガス供給方法を実施可能な水素ガス供給システムの概略構成図であり、タンク開閉弁が開いている状態を示す図である。前記第１の関連技術における水素ガス供給システムにおいてタンク開閉弁が閉じている状態を示す概略構成図である。前記第１の関連技術における水素ガス供給制御のフローチャートである。この発明に関連する技術（第２の関連技術）のガス供給方法を実施可能な水素ガス供給システムの概略構成図である。前記第２の関連技術における水素ガス供給制御のフローチャート（その１）である。前記第２の関連技術における水素ガス供給制御のフローチャート（その２）である。この発明に係るガス供給方法を実施可能な水素ガス供給システムの実施例における概略構成図であり、タンク開閉弁が開いている状態を示す図である。前記実施例における水素ガス供給システムにおいてタンク開閉弁が閉じている状態を示す概略構成図である。パイロット型電磁弁からなるタンク開閉弁の断面図である。前記実施例における水素ガス供給制御のフローチャートである。

２燃料電池（ガス消費装置）
３Ａ，３Ｂ燃料タンク（ガスタンク）
１４接続配管（ガス供給流路）
２０供給配管（ガス供給流路）
２２ラインバルブ
１００Ａ，１００Ｂタンク開閉弁

Claims

非通電時閉の電磁弁からなるタンク開閉弁を有する複数のガスタンクを並列に接続し、これらガスタンクに貯蔵されたガスをラインバルブを有するガス供給流路を介してガス消費装置に供給する方法であって、
前記複数のガスタンクのうち一つのガスタンクのタンク開閉弁をパイロット型電磁弁で構成し、他のガスタンクのタンク開閉弁を直動型電磁弁で構成し、
前記複数のガスタンクからガス消費装置にガスの供給を開始する際には、タンク開閉弁をパイロット型電磁弁で構成した前記ガスタンクのタンク開閉弁を前記他のガスタンクのタンク開閉弁よりも先に開き、この先に開いたガスタンク内の圧力と前記ラインバルブに至るガス供給流路内の圧力が平衡したとみなせる所定時間後、または前記ガス供給流路内の圧力変化に基づいて圧力平衡と判定された後に、前記他のガスタンクのタンク開閉弁を開き、さらにその後に前記ラインバルブを開いて、前記ガス消費装置におけるガスの消費を開始することを特徴とするガス供給方法。