JP7077891B2 - 燃料電池システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
燃料電池に供給される燃料ガスのタンクは、例えば、ガス不透過性のライナの外周面が、耐圧性を確保する補強層により覆われた構造を備える。補強層は、例えばフィラメントワインディング法などにより形成されたＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic）をライナの外周面に巻き付けることにより構成される。
例えばライナが安価な樹脂製である場合、ライナとＣＦＲＰの線膨張係数の違いのため、例えば燃料ガスの残量が減少することによりタンクの温度が低下すると、ライナが収縮することによりライナと補強層の間に隙間が生ずるおそれがある。この隙間が生じた後、タンクに燃料ガスを充填するとライナが隙間を埋めるよう変形するため、ライナに負荷がかかるおそれがある。
例えば特許文献１には、ライナの負荷を低減するため、燃料ガスの充填流量を制限することによりライナの変形速度を抑える点が記載されている。
特開２０１１－２３１７９９号公報
しかし、燃料ガスの充填流量を制限すると充填の所要時間が延びてしまう。したがって、ライナの負荷を低減するには、タンクのライナ及び補強層の間に、ライナの変形に十分な隙間が生じないようにすることが重要である。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、タンクのライナ及び補強層の間に隙間が生ずることを抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、燃料電池システムは、燃料電池に供給される燃料ガスを蓄圧する第１タンク及び第２タンクと、前記第１タンクと前記第２タンクを接続する流路上に設けられた加熱装置と、前記加熱装置を作動させる制御装置とを有し、前記第１タンクの内部には、第１ライナと、前記第１ライナの外周面を覆う第１補強層とが設けられ、前記第２タンクの内部には、第２ライナと、前記第２ライナの外周面を覆う第２補強層とが設けられ、前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する条件が満たされる場合、前記第１タンク及び前記第２タンクの一方から前記加熱装置を経由し他方に流れる前記燃料ガスが加熱されるように前記加熱装置を作動させる。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされない場合、前記燃料電池への前記燃料ガスの供給経路を、前記第１タンク及び前記第２タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に至る経路に切り替えて、前記加熱装置の動作を停止させ、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされる場合、前記供給経路を、前記第１タンク及び前記第２タンクの一方から前記加熱装置を経由し他方に流れて前記燃料電池に至る経路に切り替えて、前記加熱装置を作動させてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスを前記第１タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に供給する流路上に設けられた第１制御弁と、前記燃料ガスを前記第２タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に供給する流路上に設けられた第２制御弁と、を有し、前記制御装置は、前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされない場合、前記第１制御弁及び前記第２制御弁を開き、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされる場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記第１タンク内の前記燃料ガスの第１温度を検出する第１温度センサと、前記第２タンク内の前記燃料ガスの第２温度を検出する第２温度センサとを有し、前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記第２温度から前記第１温度を減じた温度差が第１基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記第１温度から前記第２温度を減じた温度差が前記第１基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記第２温度から前記第１温度を減じた温度差が、前記第１基準値より小さい第２基準値を下回った場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサを有し、前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記圧力センサが検出した圧力の減少量が基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記圧力センサが検出した圧力の減少量が前記基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池から出力される電流値を検出する電流センサを有し、前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記電流センサが検出した電流値の積算値が基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開き前記第２制御弁を閉じてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記電流センサが検出した電流値の積算値が前記基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度が、前記燃料ガスの残量に応じた閾値以下である場合、前記条件が満たされると判定してもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの消費速度が、前記燃料ガスの残量に応じた閾値以下である場合、前記条件が満たされると判定してもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記第１ライナ及び前記第２ライナは樹脂製であり、前記第１タンク及び前記第２タンクは一方向に延びた形状を有し、前記第１タンクの前記一方向の長さは前記第２タンクより長くてもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記第１ライナは金属製であり、前記第２ライナは樹脂製であってもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、加熱装置は、前記燃料電池を冷却した冷却媒体が流れる冷却路を備えた熱交換器であってもよい。
上記の燃料電池システムにおいて、前記加熱装置は、ファン及びフィンを備えた熱交換器であってもよい。
本発明によれば、タンクのライナ及び補強層の間に隙間が生ずることを抑制することができる。
第１実施例の燃料電池システムを示す構成図である。 タンクの一例を示す断面図である。 ライナと補強層の間に隙間が生じたタンクの一例を示す断面図である。 タンクの並列接続の一例を示す図である。 タンクの直列接続＃１，＃２の一例を示す図である。 制御条件の例を示す図である。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 時刻に対する各タンク内の燃料ガスの温度の変化の一例を示す図である。 熱交換器の変形例を示す平面図である。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の他の例を示すフローチャートである。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の他の例を示すフローチャートである。 第２実施例の燃料電池システムを示す構成図である。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 燃料電池スタックの充填時における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 第３実施例の燃料電池システムを示す構成図である。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 第４実施例の燃料電池システムの構成図である。 燃料電池スタックの運転時における制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 第５実施例の燃料電池システムを示す構成図である。 制御弁及び充填弁の開閉状態の一例を示す図である。
（第１実施例）
図１は、第１実施例の燃料電池システムを示す構成図である。燃料電池システムは、制御装置１、一組のタンク２ａ，２ｂ、一組の制御弁３ａ，３ｂ、熱交換器４、燃料電池スタック５０、電流センサ５１、変換回路５２、ポンプ５４、ラジエータ５５、分流弁５６、減圧弁５７、レセプタクル６１、充填弁６２、通信機６３、及び圧力センサ６４を有する。
また、燃料電池システムは、水素ガスなどの燃料ガスが流れる配管として、充填路９０、タンク接続路９１、一組の供給系接続路９２ａ，９２ｂ、及び燃料供給路９３を有する。さらに、燃料電池システムは、燃料電池スタック５０の冷却媒体の一例である冷却水が流れる配管として、冷却水排出路５ａ、冷却水供給路５ｂ、及び冷却水分流路５ｃ，５ｄを有する。
充填路９０はレセプタクル６１、充填弁６２、及びタンク接続路９１に接続されている。レセプタクル６１は、例えば水素ステーションなどに設けられた燃料ガスの充填装置６０に接続される。充填装置６０は、レセプタクル６１を介して充填路９０から各タンク２ａ，２ｂに燃料ガスを充填する。
充填弁６２は、充填路９０に設けられ、制御装置１の制御に従って開閉される。充填弁６２は、燃料ガスがタンク２ａ，２ｂに充填される場合に開かれ、それ以外の場合、閉じられる。
制御装置１は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０及びメモリ１１などを備える。メモリ１１には、燃料電池システムの動作を制御するためのプログラム及び各種のパラメータが記憶される。ＣＰＵ１０は、起動時にメモリ１１内のプログラムを読み込み、プログラムに規定された動作を実行する。なお、メモリ１１には、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などが含まれる。
制御装置１は、通信機６３を介して充填装置６０と通信する。通信機６３は、例えば赤外線通信などを処理する通信回路などを有する。制御装置１は、充填装置６０と通信することにより充填装置６０と連携して充填弁６２などを制御する。
充填路９０の最下流部は、符号Ｐ１で示されるようにタンク接続路９１の途中に接続されている。タンク接続路９１は、タンク２ａ，２ｂを接続する流路であり、その両端部は各タンク２ａ，２ｂに接続されている。燃料ガスは充填路９０からタンク接続路９１を通って各タンク２ａ，２ｂに充填される。
充填路９０には圧力センサ６４が設けられている。圧力センサ６４は充填路９０内の圧力を検出する。充填弁６２が閉じているとき、充填路９０内の圧力はタンク接続路９１の圧力と等しいため、圧力センサ６４は、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの圧力を検出することができる。制御装置１は、圧力センサ６４が検出した圧力を取得して各種の制御に用いる。
タンク２ａ，２ｂは、それぞれ、第１タンク及び第２タンクの一例であり、燃料ガスを蓄圧する。各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスは、燃料供給路９３を介して燃料電池スタック５０に供給され、燃料電池スタック５０の発電に用いられる。燃料電池システムは、複数のタンク２ａ，２ｂを備えることにより、燃料ガスの充填までの燃料電池スタック５０の発電の持続可能時間を延ばすことができる。
供給系接続路９２ａは、燃料ガスをタンク２ａから熱交換器４を経由せずに燃料電池スタック５０に供給する流路の一例であり、供給系接続路９２ｂは、燃料ガスをタンク２ｂから熱交換器４を経由せずに燃料電池スタック５０に供給する流路の一例である。供給系接続路９２ａ，９２ｂは、一端がタンク２ａ，２ｂにそれぞれ接続され、他端が、符号Ｐ２で示されるように燃料供給路９３の一端に接続されている。供給系接続路９２ａ，９２ｂは、タンク２ａ，２ｂを燃料供給路９３にそれぞれ接続する。
供給系接続路９２ａ，９２ｂには、制御弁３ａ，３ｂがそれぞれ設けられている。制御弁３ａ，３ｂは制御装置１の制御に従って開閉される。制御弁３ａ，３ｂは、タンク２ａ，２ｂに燃料ガスが充填される場合、閉じられる。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂから燃料電池スタック５０に燃料ガスが供給される場合、制御弁３ａ，３ｂを開閉制御することにより燃料電池への燃料ガスの供給経路を切り替える。より具体的には、制御装置１は、後述するようにタンク２ａ，２ｂと燃料電池スタック５０の接続形態を切り替えることにより燃料ガスの経路を切り替える。
燃料供給路９３には減圧弁５７が設けられている。制御装置１は減圧弁５７の開度を制御する。これにより、燃料電池スタック５０への燃料ガスの供給量が、例えば燃料電池スタック５０に要求される出力（電力）に応じて調整される。
燃料電池スタック５０は、アノード側に供給される燃料ガスと、カソード側に供給される空気などの酸化剤ガスとの化学反応により発電する。燃料電池スタック５０には、積層された複数の燃料電池が含まれる。燃料供給路９３は燃料電池のアノードに接続される。なお、燃料電池のカソードには、不図示の酸化剤ガスの供給路が接続されている。
燃料電池スタック５０は電流センサ５１及び変換回路５２と電気的に接続されている。変換回路５２には、例えばＤＣ（Direct Current）－ＤＣコンバータ及びインバータなどが含まれる。電流センサ５１は、燃料電池スタック５０から出力される電流値Ｉを検出する。制御装置１は、電流センサ５１が検出した電流値Ｉを取得して各種の制御に用いる。燃料電池スタック５０が発電した電力は、例えば燃料電池システムが燃料電池車に搭載される場合、変換回路５２からモータ５３などに供給される。
また、燃料電池スタック５０には、燃料電池スタック５０を冷却するために、冷却水排出路５ａ及び冷却水供給路５ｂが接続されている。冷却水排出路５ａ及び冷却水供給路５ｂは、一端が燃料電池スタック５０に接続され、他端がラジエータ５５に接続されている。
燃料電池スタック５０の冷却に使用された高温の冷却水は、燃料電池スタック５０から冷却水排出路５ａに排出されてラジエータ５５に流入する。ラジエータ５５は、冷却水排出路５ａからの冷却水を冷却して冷却水供給路５ｂに排出する。
冷却水供給路５ｂにはポンプ５４が設けられている。ポンプ５４は、冷却水供給路５ｂに排出された低温の冷却水を燃料電池スタック５０に圧送する。これにより、冷却水は、符号ｃで示されるように燃料電池スタック５０とラジエータ５５の間を循環する。
また、タンク２ａ，２ｂ内には温度センサ２３がそれぞれ設けられている。温度センサ２３はタンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度を検出する。制御装置１は、タンク２ａ，２ｂ内には各温度センサ２３が検出した温度を取得して各種の制御に用いる。なお、タンク２ａ内の温度センサ２３は第１温度センサの一例であり、タンク２ｂ内の温度センサ２３は第２温度センサの一例である。
次にタンク２ａ，２ｂの構造を説明する。
図２は、タンク２ａ，２ｂの一例を示す断面図である。タンク２ａ，２ｂは、ライナ２０、補強層２１、及び一対の口金２２，２５を有する。タンク２ａ，２ｂは一方向Ｄｘに延びた形状を有し、一方向Ｄｘの長さは、その方向Ｄｘに直交する直交方向Ｄｙの長さより長い。
ライナ２０は、タンク２ａ，２ｂ内部に燃料ガスの貯留空間２４が確保されるように中空状に形成されている。ライナ２０は、ガスバリア性を有し、燃料ガスの外部での透過を抑制する。ライナ２０は樹脂製である。樹脂としては、例えばポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、及び他の硬質樹脂が挙げられる。
口金２２，２５は貯留空間２４と外部の配管を連通させる。一方の口金２２はタンク接続路９１の一端に接続され、他方の口金２５は供給系接続路９２ａ，９２ｂに接続されている。燃料ガスは、貯留空間２４から口金２２，２５を介してタンク接続路９１及び供給系接続路９２ａ，９２ｂに流出する。
補強層２１はライナ２０の外周面を覆うように形成されている。補強層２１は、タンク２ａ，２ｂ内部に貯留される燃料ガスの圧力に対する耐久性を備える。補強層２１は、一例として、マトリクス樹脂を含有した繊維をライナ２０の外表面に巻き付けた後、マトリクス樹脂を硬化することにより得られる。マトリクス樹脂としては、例えばエポキシ樹脂や編成エポキシ樹脂が挙げられ、繊維としては、例えばカーボン繊維やアラミド樹脂が挙げられる。また、繊維の巻き付け方法としては、例えばフィラメントワインディング法やテープワインディング法などが挙げられ、さらにヘリカル巻きやフープ巻きなどが併せて用いられる。
例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）の補強層２１は、樹脂製のライナ２０に対してフィラメントワインディング法を用いることにより構成される。ＣＦＲＰの場合、マトリクス樹脂として熱硬化性のエポキシ樹脂が用いられ、繊維として炭素繊維が用いられる。なお、補強層２１は、ライナ２０の外周面に積層されたＣＦＲＰ層に加えて、ＣＦＲＰ層の外表面に積層されたＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）を備えてもよい。
図３は、ライナ２０と補強層２１の間に隙間２６が生じたタンク２ａ，２ｂの一例を示す断面図である。図２と比較すると理解されるように、ライナ２０と補強層２１の間には隙間２６が生じている。この隙間２６は、例えば、以下の理由により生ずる。
ライナ２０及び補強層２１は線膨張係数が相違する。このため、ライナ２０は、補強層２１より収縮しやすい。このため、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度が低下すると、補強層２１は実質的には収縮しないが、ライナ２０が収縮することにより隙間２６が生ずる。この隙間２６が生じた後、タンク２ａ，２ｂに燃料ガスを充填するとライナ２０が隙間２６を埋めるよう変形するため、ライナ２０に負荷がかかるおそれがある。
燃料ガスの温度は、燃料電池スタック５０に燃料ガスを供給することによりタンク２ａ，２ｂの燃料ガスの残量が減少するほど、低下する。このため、燃料ガスの消費量が多いほど、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度が低下して、隙間２６が生ずるおそれがある。
そこで、図１に示されるように、タンク２ａ，２ｂ間のタンク接続路９１には熱交換器４が設けられ、制御装置１は、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度に関する制御条件が満たされる場合、タンク２ａ，２ｂの一方から熱交換器４を経由し他方に流れる燃料ガスが加熱されるように熱交換器４を作動させる。
このとき、制御装置１は、燃料ガスがタンク２ａ，２ｂの一方から他方に流れるように制御弁３ａ，３ｂを開閉する。これにより、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ａ，２ｂの一方から他方に流れ込み、燃料ガスが流れ込んだタンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度の低下が抑制されるため、隙間２６が生ずることが抑制される。
熱交換器４は、加熱装置の一例であるが、加熱装置としては熱交換器４に限定されず、ヒータなどが用いられてもよい。また、熱交換器４の熱交換手段には限定はないが、本例において熱交換器４は、例えば燃料電池スタック５０の冷却水により熱交換を行う。このため、熱交換器４は、燃料電池スタック５０を冷却した冷却水が流れる冷却路４０を備える。
冷却路４０の両端は冷却水分流路５ｃ，５ｄにそれぞれ接続されている。冷却水分流路５ｃ，５ｄには、冷却水排出路５ａから分流された冷却水が流れる。燃料電池スタック５０の冷却により高温となった冷却水は、符号ｄで示されるように、冷却水排出路５ａを通り冷却路４０に流入する。冷却路４０は、高温の冷却水と低温の燃料ガスの間で熱交換されるように、例えばタンク接続路９１の周囲に巻き付けられている。
熱交換により低温となった冷却水は、冷却路４０から冷却水分流路５ｄを通り冷却水供給路５ｂに流入する。このとき、冷却水はポンプ５４の上流側に流入する。
冷却水分流路５ｃには分流弁５６が設けられている。分流弁５６は、制御装置１の制御に従って開閉される。制御装置１は、熱交換器４を作動させる場合、分流弁５６を開き、熱交換器４を停止させる場合、分流弁５６を閉じる。
このように、熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を用いて熱交換を行う。冷却水の温度は、燃料電池スタック５０の出力が高いほど、燃料電池スタック５０の発熱量が増加して高くなる。また、燃料電池スタック５０の出力が高いほど、燃料ガスの消費量は多い。このため、燃料ガスの消費量が多いほど、冷却路４０内の冷却水の温度が上昇して、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの残量の減少に伴う温度低下を効果的に抑制することができる。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの一方からタンク接続路９１に流れ熱交換器４により加熱された後でタンク２ａ，２ｂの他方に流れ込むように制御弁３ａ，３ｂ及び熱交換器４を制御する。制御装置１は、制御弁３ａ，３ｂの開閉を制御することによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を、後述する制御条件に応じ以下の並列接続、直列接続＃１、及び直列接続＃２の何れかに切り替える。
図４は、タンク２ａ，２ｂの並列接続の一例を示す図である。図４には、図１に示された燃料電池システムのうち、タンク２ａ，２ｂ、制御弁３ａ，３ｂ、熱交換器４、減圧弁５７、及び燃料電池スタック５０のみが示されている。充填弁６２は、図示を省略するが閉じている。
制御装置１は、制御条件が満たされない場合、制御弁３ａ，３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂを燃料電池スタック５０に並列接続する。このとき、タンク２ａ内の燃料ガスは、経路Ｒａに沿って供給系接続路９２ａ及び燃料供給路９３を通って燃料電池スタック５０に供給される。また、タンク２ｂ内の燃料ガスは、経路Ｒｂに沿って供給系接続路９２ｂ及び燃料供給路９３を通って燃料電池スタック５０に供給される。
タンク２ａ，２ｂ内の圧力は実質的に等しいため、タンク接続路９１には燃料ガスは通らない。このため、制御装置１は、熱交換器４が作動しないように分流弁５６を閉じる。つまり、制御装置１は、熱交換器４の動作を停止させる。
タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスは燃料電池スタック５０に供給されることにより減少する。このため、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの残量が低下して、その圧力の低下とともに温度も低下する。これにより、タンク２ａ，２ｂ内の少なくとも一方の燃料ガスについて制御条件が満たされる。
図５は、タンク２ａ，２ｂの直列接続＃１，＃２の一例を示す図である。図５には、図１に示された燃料電池システムのうち、タンク２ａ，２ｂ、制御弁３ａ，３ｂ、熱交換器４、減圧弁５７、及び燃料電池スタック５０のみが示されている。充填弁６２は、図示を省略するが閉じている。
制御装置１は、制御条件が満たされる場合、熱交換器４が作動するように分流弁５６を開き、制御弁３ａ，３ｂの一方だけを開くことによりタンク２ａ，２ｂを燃料電池スタック５０に直列接続する。
制御装置１は、直列接続＃１の場合、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。このため、タンク２ａ，２ｂ内の各圧力に差が生じ、タンク２ａ内の燃料ガスは、経路Ｒｃに沿ってタンク接続路９１を介してタンク２ｂに流れ込む。このとき、タンク２ａは、燃料ガスの供給経路Ｒｃ，Ｒｂにおいてタンク２ｂの上流側に位置する。
タンク２ｂ内の燃料ガスは、経路Ｒｂに沿って燃料電池スタック５０に供給されるため、タンク２ｂ内の燃料ガスの残量は減少する。しかし、タンク２ａ内の燃料ガスが熱交換器４を経由することにより加熱された後でタンク２ｂに流れ込むため、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度の低下が抑制される。
また、制御装置１は、直列接続＃２の場合、制御弁３ｂを閉じて制御弁３ａを開く。このため、タンク２ａ，２ｂ内の各圧力に差が生じ、タンク２ｂ内の燃料ガスは、経路Ｒｃ’に沿ってタンク接続路９１を介してタンク２ａに流れ込む。このとき、タンク２ｂは、燃料ガスの供給経路Ｒｃ’，Ｒｂにおいてタンク２ａの上流側に位置する。
タンク２ａ内の燃料ガスは、経路Ｒａに沿って燃料電池スタック５０に供給されるため、タンク２ａ内の燃料ガスの残量は減少する。しかし、タンク２ｂ内の燃料ガスが熱交換器４を経由することにより加熱された後でタンク２ａに流れ込むため、タンク２ａ内の燃料ガスの温度の低下が抑制される。
このように、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスについて制御条件が満たされない場合、燃料ガスの供給経路を、タンク２ａ，２ｂから熱交換器４を経由せずに燃料電池スタック５０に至る経路Ｒａ，Ｒｂに切り替えて、熱交換器４の動作を停止させる。また、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの少なくとも一方について制御条件が満たされる場合、燃料ガスの供給経路を、タンク２ａから熱交換器４を経由しタンク２ｂに流れて燃料電池スタック５０に至る経路Ｒｃ，Ｒｂ、またはタンク２ｂから熱交換器４を経由しタンク２ａに流れて燃料電池スタック５０に至る経路Ｒｃ’，Ｒａに切り替えて、熱交換器４を作動させる。
このため、燃料ガスは、制御条件が満たされない場合、熱交換器４を経由しないため、例えば熱交換器４内の長い流路を通ることなく燃料電池スタック５０に到達することができる。したがって、燃料ガスが熱交換器４を経由する場合と比較すると、例えば燃料ガスの流量制御などの応答性が向上する。
直列接続＃１，＃２の何れにおいても、上流側のタンク２ａ，２ｂから下流側のタンク２ｂ，２ａに燃料ガスが流れるため、上流側のタンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度は低下する。このため、制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの接続形態を温度センサ２３の温度に応じて直列接続＃１及び直列接続＃２に交互に切り替える。これにより、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスが交互に加熱されるため、効果的に燃料ガスの温度の低下が抑制される。
例えば制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの少なくとも一方について制御条件が満たされた場合、タンク２ａ，２ｂの接続形態を並列接続から直列接続＃１に切り替えて、その後、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度に応じて直列接続＃２，＃１に交互に切り替える。
図６は、制御条件の例を示す図である。制御条件は、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度に関する条件の一例である。
制御装置１は、制御条件を判定することにより、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度低下による隙間２６の発生の可能性を判断する。制御条件には、燃料ガスの温度だけでなく、一例としてタンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの残量が含まれる。これは、燃料ガスの残量が少ないほど、タンク２ａ，２ｂに燃料ガスが充填される可能性が高く、燃料ガスの温度低下を抑制する必要性が高くなるためである。
符号Ｇａは、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの残量及び温度の関係を示す。領域Ｓａは、制御条件が満たされる範囲の一例であり、領域Ｓｂは、制御条件が満たされない範囲の一例である。残量が０以上かつ基準量Ｆｒ以下であって、温度が一定の閾値Ｔｒ以下である場合、または、残量が基準量Ｆｒより多く、温度が、残量に対して線形的に変化する閾値以下である場合、制御条件が満たされる。このため、残量が少なく、温度が低い場合に制御条件が満たされる。
制御装置１は、例えば、圧力センサ６４が検出した圧力から残量を算出し、温度センサ２３から温度を取得する。符号Ｇａで示される残量と温度の関係は、例えばメモリ１１内にマップデータとして記憶されており、制御装置１は、残量及び温度をマップと照合することにより制御条件を判定する。
このように、制御装置１は、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度が、燃料ガスの残量に応じた閾値以下である場合、制御条件が満たされると判定する。このため、制御装置１は、隙間２６の発生の可能性と燃料ガスの温度低下の抑制の必要性を高精度に判断することができる。
また、制御装置１は、温度に代えて、燃料ガスの消費速度（燃料消費速度）を用いて制御条件を判定してもよい。これは、燃料消費速度が高いほど、温度低下が早まるからである。つまり、燃料ガスの温度と燃料消費速度は互いに関連する。
符号Ｇｂは、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの残量及び燃料消費速度の関係を示す。領域Ｓａは、制御条件が満たされる範囲の一例であり、領域Ｓｂは、制御条件が満たされない範囲の一例である。残量が０以上かつ基準量Ｆｒ’以下であって、燃料消費速度が残量に対して線形的に変化する閾値（Ｖｒ以上Ｖｒ’以下の範囲）より高い場合、制御条件が満たされる。燃料消費速度が高いほど、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度低下が早いため、急激な温度低下が予測される場合に制御条件が満たされる。
制御装置１は、例えば、圧力センサ６４が検出した圧力、または電流センサ５１が検出した電流値Ｉから燃料消費速度を算出する。燃料消費速度は、燃料電池スタック５０の出力が高いほど、高い。符号Ｇｂで示される残量と燃料消費速度の関係は、例えばメモリ１１内にマップデータとして記憶されており、制御装置１は、残量及び燃料消費速度をマップと照合することにより制御条件を判定する。
このように、制御装置１は、タンク２ａ，２ｂ内の燃料消費速度が、燃料ガスの残量に応じた閾値以上である場合、制御条件が満たされると判定する。このため、制御装置１は、隙間２６の発生の可能性と燃料ガスの温度低下の抑制の必要性を高精度に判断することができる。なお、制御装置１は、単に、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度が一定の閾値以上である場合に制御条件が満たされると判定してもよい。
図７は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の一例を示すフローチャートである。本処理は、タンク２ａ，２ｂから燃料ガスを燃料電池スタック５０に供給する場合において、ＣＰＵ１０により実行されるプログラムの動作である。なお、本処理に先立って、制御装置１は、充填弁６２を閉じる。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂ内の隙間２６が生ずる可能性を判断するため、制御条件を判定する（ステップＳｔ１）。制御装置１は、制御条件が満たされない場合（ステップＳｔ１のＮｏ）、隙間２６が生ずる可能性が低いと判断し、分流弁５６を閉じることにより熱交換器４を停止し（ステップＳｔ９）、制御弁３ａ，３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を並列接続とする（ステップＳｔ１０）。その後、ステップＳｔ１の処理が再び実行される。
また、制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ１のＹｅｓ）、分流弁５６を開くことにより熱交換器４を作動させ（ステップＳｔ２）、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする（ステップＳｔ３）。
このように、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスについて制御条件が満たされない場合、制御弁３ａ，３ｂを開き、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの少なくとも一方について制御条件が満たされる場合、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れるように制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。このため、制御弁３ａ，３ｂの開閉制御により高温の燃料ガスがタンク２ｂに流れ込んでタンク２ｂ内の燃料ガスが加熱される。これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、タンク２ｂ内に隙間２６が生ずることが抑制される。
次に、制御装置１は、再び制御条件を判定する（ステップＳｔ４）。制御装置１は、制御条件が満たされない場合（ステップＳｔ４のＮｏ）、ステップＳｔ９，Ｓｔ１０の各処理を実行する。
また、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの少なくとも一方について制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ４のＹｅｓ）、タンク２ｂの温度センサ２３が検出した温度Ｔｂ（＜Ｔａ）から、タンク２ａの温度センサ２３が検出した温度Ｔａを減じた温度差（Ｔｂ－Ｔａ）を基準値ＴＨ（例えば５℃）と比較する（ステップＳｔ５）。制御装置１は、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨ以下である場合（ステップＳｔ５のＮｏ）、ステップＳｔ４の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨを超える場合（ステップＳｔ５のＹｅｓ）、制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じることによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２とする（ステップＳｔ６）。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開いた後、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨを超えた場合、燃料ガスがタンク２ｂから熱交換器４を経由してタンク２ａに流れるように制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じる。このため、高温の燃料ガスがタンク２ａに流れ込むことによりタンク２ａ内の燃料ガスが加熱される。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、タンク２ａ内に隙間２６が生ずることが抑制される。なお、基準値ＴＨは正の値であり、第１基準値の一例である。
次に、制御装置１は、再び制御条件を判定する（ステップＳｔ７）。制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスについて制御条件が満たされない場合（ステップＳｔ７のＮｏ）、ステップＳｔ９，Ｓｔ１０の各処理を実行する。
また、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの少なくとも一方について制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ７のＹｅｓ）、タンク２ａの温度センサ２３が検出した温度Ｔａから、タンク２ｂの温度センサ２３が検出した温度Ｔｂを減じた温度差（Ｔａ－Ｔｂ）を基準値ＴＨと比較する（ステップＳｔ８）。制御装置１は、温度差（Ｔａ－Ｔｂ）が基準値ＴＨ以下である場合（ステップＳｔ８のＮｏ）、ステップＳｔ７の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、温度差（Ｔａ－Ｔｂ）が基準値ＴＨを超える場合（ステップＳｔ８のＹｅｓ）、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂと燃料電池スタック５０の接続形態を直列接続＃１とする（ステップＳｔ３）。これにより、再びタンク２ｂ内の燃料ガスの温度が上昇する。その後、ステップＳｔ４以降の各処理が実行される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを開いて制御弁３ｂを閉じた後、温度差（Ｔａ－Ｔｂ）が基準値ＴＨを超えた場合、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れるように制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。このため、高温の燃料ガスがタンク２ｂに流れ込むことによりタンク２ｂ内の燃料ガスが加熱される。
これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、タンク２ｂ内に隙間２６が生ずることが抑制される。なお、本処理において、制御装置１は、ステップＳｔ５，Ｓｔ８のそれぞれにおいて各タンク２ａ，２ｂの温度センサ２３の温度Ｔａ，Ｔｂを取得する。また、各ステップＳｔ５，Ｓｔ８の基準値ＴＨは同一としているが異なってもよい。
上記のように制御装置１は、熱交換器４により加熱された燃料ガスの流れる方向がタンク２ａ，２ｂの間で交互に切り替わるように制御弁３ａ，３ｂを開閉する。このため、タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスは交互に加熱される。
図８は、時刻に対する各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度の変化の一例を示す図である。燃料ガスの温度は、上記の制御装置１の制御に従って変化する。
時刻Ｔ１以降の範囲において、一点鎖線はタンク２ａ内の燃料ガスの温度（つまり温度Ｔａ）を示し、点線はタンク２ｂ内の燃料ガスの温度（つまり温度Ｔｂ）を示す。また、実線は、時刻Ｔ０～Ｔ１内の温度を示す直線の延長線である。つまり、実線は並列接続の場合の温度低下の傾きを示す。また、ピッチの細かい点線ＬＴは、各タンク２ａ，２ｂの温度の直線の交点を結んだ線であり、各タンク２ａ，２ｂの温度の平均値とみなされる。
時刻Ｔ０～Ｔ１において、制御装置１は、制御条件が満たされない（「制御条件不満足」参照）ため、タンク２ａ，２ｂの接続形態を並列接続とする。このため、各タンク２ａ，２ｂの温度は、実質的に同一を保ったまま、残量の減少に伴って低下する。
その後、時刻Ｔ１において制御条件が満たされると（「制御条件満足」参照）、制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする。これにより、タンク２ａからの燃料ガスが熱交換器４により加熱されてタンク２ｂに流れ込むため、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度の低下が抑制される。一方、上流側のタンク２ａ内の燃料ガスの温度は、その残量の減少により並列接続時よりも早い割合で低下する。
その後、時刻Ｔ２において、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨを超えたことを判定すると、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２とする。これにより、タンク２ｂからの燃料ガスが熱交換器４により加熱されてタンク２ａに流れ込むため、タンク２ａ内の燃料ガスの温度の低下が抑制される。一方、上流側のタンク２ｂ内の燃料ガスの温度は、その残量の減少により並列接続時よりも早い割合で低下する。
その後、時刻Ｔ３において、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度差（Ｔａ－Ｔｂ）が基準値ＴＨを超えたことを判定すると、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする。これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度の低下が抑制され、上流側のタンク２ａ内の燃料ガスの温度は並列接続時よりも早い割合で低下する。
その後、時刻Ｔ４において、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨを超えたことを判定すると、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２とする。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度の低下が抑制され、上流側のタンク２ｂ内の燃料ガスの温度は並列接続時よりも早い割合で低下する。このように、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度の大小関係は、接続形態の切り替えのたびに反転するように制御される。
本例において、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度低下は上記のように交互に抑制される。このため、点線ＬＴが示す温度の平均値は、実線が示す並列接続時の温度低下が維持された場合より高くなる（ΔＴ参照）。したがって、制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂの温度の低下を抑制することができる。これにより、各タンク２ａ，２ｂ内に隙間２６が生ずることが抑制される。
また、本実施例において、熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用して熱交換を行うが、これに限定されない。熱交換器４は、以下のように外気により熱交換を行ってもよい。
図９は、熱交換器４の変形例を示す平面図である。熱交換器４はファン４１及びフィン４２を有する。フィン４２は例えばタンク接続路９１の表面に設けられ、ファン４１は例えばフィン４２の正面に設けられる。
ファン４１は、外気を取り込んで、矢印が示すようにフィン４２に送風する。フィン４２は、送風の熱を吸収してタンク接続路９１内の燃料ガスとの間で熱交換する。これにより、燃料ガスが加熱される。
制御装置１は、ファン４１を回転させるモータ（不図示）をオンオフすることにより熱交換器４の作動及び停止を制御する。
このように、熱交換器４は、ファン４１及びフィン４２を有するため、燃料電池スタック５０の冷却水を用いた場合とは異なり、冷却路４０及び冷却水分流路５ｃ，５ｄなどの配置の手間が省かれて簡単な構成となる。
上述した実施例において、制御装置１は、温度センサ２３が検出した温度Ｔａ，Ｔｂに基づきタンク２ａ，２ｂの接続形態を切り替えたが、これに限定されず、以下の例のように圧力センサ６４が検出した圧力Ｐｓに基づき接続形態を切り替えてもよい。
図１０は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の他の例を示すフローチャートである。図１０において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１に切り替えた後（ステップＳｔ３）、圧力センサ６４の圧力Ｐｓを取得して保持値Ｐｏとしてメモリ１１に格納する（ステップＳｔ３－１）。制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ４のＹｅｓ）、新たに取得した圧力Ｐｓから保持値Ｐｏを減じた差（Ｐｓ－Ｐｏ）（以下、「圧力差」と表記）を基準値ＴＨ’（＞０）と比較する（ステップＳｔ５ａ）。基準値ＴＨ’は、例えば５℃に相当する圧力値である。
制御装置１は、圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’以下である場合（ステップＳｔ５ａのＮｏ）、ステップＳｔ４の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’を超える場合（ステップＳｔ５ａのＹｅｓ）、制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じることによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２とする（ステップＳｔ６）。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度Ｔａの低下が抑制される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開いた後、圧力センサ６４が検出した圧力Ｐｓの減少量、つまり圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’を超えた場合、燃料ガスがタンク２ｂから熱交換器４を経由してタンク２ａに流れるように制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じる。このため、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ａに流れ込むことによりタンク２ａ内の燃料ガスが加熱される。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、タンク２ａ内に隙間２６が生ずることが抑制される。
次に、制御装置１は、圧力センサ６４の圧力Ｐｓを取得して保持値Ｐｏとしてメモリ１１に格納する（ステップＳｔ６－１）。制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ７のＹｅｓ）、新たに取得した圧力Ｐｓと保持値Ｐｏの圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）を基準値ＴＨ’と比較する（ステップＳｔ８ａ）。
制御装置１は、圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’以下である場合（ステップＳｔ８ａのＮｏ）、ステップＳｔ７の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’を超える場合（ステップＳｔ８ａのＹｅｓ）、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする（ステップＳｔ３）。これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度Ｔｂの低下が抑制される。その後、ステップＳｔ３－１以降の各処理が実行される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを開いて制御弁３ｂを閉じた後、圧力差（Ｐｓ－Ｐｏ）が基準値ＴＨ’を超えた場合、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れるように制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。このため、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ｂに流れ込むことによりタンク２ｂ内の燃料ガスが加熱される。
したがって、本処理においても、図７の処理と同様の効果が得られる。なお、制御装置１は、ステップＳｔ５ａ，Ｓｔ８ａのそれぞれにおいて圧力センサ６４の圧力Ｐｓを取得する。また、各ステップＳｔ５ａ，Ｓｔ８ａの基準値ＴＨ’は同一としているが異なってもよい。
さらに制御装置１は、以下の例のように電流センサ５１が検出した電流値Ｉの積算値ΣＩに基づき接続形態を切り替えてもよい。
図１１は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の他の例を示すフローチャートである。図１１において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例において、制御装置１は、例えば一定の時間間隔で電流センサから電流値Ｉを取得して時間積分することにより積算値ΣＩを算出する。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１に切り替えた後（ステップＳｔ３）、積算値ΣＩを０にリセットする（ステップＳｔ３－２）。制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ４のＹｅｓ）、積算値ΣＩを基準値ＴＨ’’（＞０）と比較する（ステップＳｔ５ｂ）。基準値ＴＨ’’は、例えば５℃に相当する圧力値に該当する出力電流である。
制御装置１は、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’以下である場合（ステップＳｔ５ｂのＮｏ）、ステップＳｔ４の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’を超える場合（ステップＳｔ５ｂのＹｅｓ）、制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じることによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２とする（ステップＳｔ６）。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度Ｔａの低下が抑制される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開いた後、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’を超えた場合、燃料ガスがタンク２ｂから熱交換器４を経由してタンク２ａに流れるように制御弁３ａを開き制御弁３ｂを閉じる。このため、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ａに流れ込むことによりタンク２ａ内の燃料ガスが加熱される。これにより、タンク２ａ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、タンク２ａ内に隙間２６が生ずることが抑制される。
次に制御装置１は、積算値ΣＩを０にリセットする（ステップＳｔ６－２）。制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ７のＹｅｓ）、積算値ΣＩを基準値ＴＨ’’と比較する（ステップＳｔ８ｂ）。
制御装置１は、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’以下である場合（ステップＳｔ８ｂのＮｏ）、ステップＳｔ７の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’を超える場合（ステップＳｔ８ｂのＹｅｓ）、制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開くことによりタンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする（ステップＳｔ３）。これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度Ｔｂの低下が抑制される。その後、ステップＳｔ３－２以降の各処理が実行される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを開いて制御弁３ｂを閉じた後、積算値ΣＩが基準値ＴＨ’’を超えた場合、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れるように制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。このため、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ｂに流れ込むことによりタンク２ｂ内の燃料ガスが加熱される。
したがって、本処理においても、図７の処理と同様の効果が得られる。なお、ステップＳｔ５ｂの積算値ΣＩは、ステップＳｔ３－２からステップＳｔ５ｂまでの電流値Ｉの時間積分から得られる。また、ステップＳｔ８ｂの積算値ΣＩは、ステップＳｔ６－２からステップＳｔ８ｂまでの電流値Ｉの時間積分から得られる。また、各ステップＳｔ５ｂ，Ｓｔ８ｂの基準値ＴＨ’’は同一としているが異なってもよい。
（第２実施例）
第１実施例において、制御装置１は、図８を参照して述べたように、各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度の大小関係が接続形態の切り替えのたびに反転するように制御を行うが、これに限定されない。制御装置１は、例えばタンク２ｂ内の燃料ガスの温度がタンク２ａ内の燃料ガスの温度より高く維持されるように制御を行ってもよい。
この場合、制御装置１は、燃料ガスの充填時、低温のタンク２ａより先に高温のタンク２ｂの充填を始め、低温のタンク２ａ内の燃料ガスが外気により十分に昇温された後、タンク２ａの充填を始める。このため、タンク２ａのライナ２０の熱膨張により隙間２６が縮むのを待ってから充填を開始することができるため、充填時のライナ２０の負荷を低減することができる。
図１２は、第２実施例の燃料電池システムを示す構成図である。図１２において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
本例ではタンク接続路９１に調整弁３ｃが設けられている。調整弁３ｃは、符号Ｐ１の位置とタンク２ａの間に位置し、制御装置１の制御に従って開閉される。制御装置１は、充填時に予め調整弁３ｃを閉じておき、充填弁６２を開くことによりタンク２ｂへの燃料ガスの充填をタンク２ａより先に始める。制御装置１は、タンク２ａ内の温度センサ２３の温度Ｔａが、ライナ２０の負荷を十分に低減できる値となったとき、調整弁３ｃを開いてタンク２ａへの燃料ガスの充填を始める。
図１３は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の一例を示すフローチャートである。図１３において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。本処理に先立って、制御装置１は、充填弁６２を閉じて調整弁３ｃを開く。
本処理において、制御装置１は、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度がタンク２ａ内の燃料ガスの温度より高くなる（Ｔｂ＞Ｔａ）ように維持しつつ、タンク２ａ内の燃料ガスの温度が低くなりすぎないように制御弁３ａ，３ｂを交互に開閉する。
制御装置１は、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃２に切り替えた後（ステップＳｔ６）、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ７のＹｅｓ）、タンク２ｂ内の温度センサ２３の温度Ｔｂからタンク２ａ内の温度センサ２３の温度Ｔａを減じた温度差（Ｔｂ－Ｔａ）と基準値ＴＨｎ（＞０）を比較する（ステップＳｔ８ｃ）。なお、基準値ＴＨｎは第２基準値の一例であり、基準値ＴＨより小さい。一例として、基準値ＴＨｎは５℃であり、基準値ＴＨは１０℃である。
制御装置１は、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨｎ以上である場合（ステップＳｔ８ｃのＮｏ）、ステップＳｔ７の処理を再び実行する。また、制御装置１は、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が基準値ＴＨｎを下回る場合（ステップＳｔ８ｃのＹｅｓ）、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１に切り替える（ステップＳｔ３）。これにより、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下が抑制される。
このように、制御装置１は、制御弁３ａを開いて制御弁３ｂを閉じた後、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が、基準値ＴＨより小さい基準値ＴＨｎを下回った場合、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れるように制御弁３ａを閉じて制御弁３ｂを開く。これにより、温度差（Ｔｂ－Ｔａ）が実質的に基準値ＴＨｎから基準値ＴＨまでの範囲に保たれる。
したがって、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度はタンク２ａ内の燃料ガスの温度より高くなるように維持される。このため、制御装置１は、タンク２ａのライナ２０が温度低下の影響を受けても、タンク２ａへの燃料ガスの充填を、タンク２ａのライナ２０の熱膨張により隙間２６が縮むのを待ってから開始することができるため、充填時のライナ２０の負荷を低減することができる。
図１４は、燃料ガスの充填時における制御装置１の処理の一例を示すフローチャートである。制御装置１は、例えば充填装置６０からの通信に従って燃料ガスの充填が開始されるか否かを判定する（ステップＳｔ２１）。制御装置１は、充填が開始されない場合（ステップＳｔ２１のＮｏ）、充填弁６２を閉じ（ステップＳｔ２８）、調整弁３ｃを開く（ステップＳｔ２９）。
また、制御装置１は、充填が開始される場合（ステップＳｔ２１のＹｅｓ）、分流弁５６を閉じることにより熱交換器４を停止する（ステップＳｔ２２）。次に、制御装置１は、調整弁３ｃ及び制御弁３ａ，３ｂを閉じる（ステップＳｔ２３）。
次に制御装置１は充填弁６２を開く（ステップＳｔ２４）。これにより、タンク２ｂへの燃料ガスの充填が始まる。
次に制御装置１は、タンク２ａ内の温度センサ２３の温度Ｔａを取得して所定値Ｋと比較する（ステップＳｔ２５）。制御装置１は、温度Ｔａが所定値Ｋ以下である場合（ステップＳｔ２５のＮｏ）、ステップＳｔ２５の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、温度Ｔａが所定値Ｋより大きい場合（ステップＳｔ２５のＹｅｓ）、調整弁３ｃを開く（ステップＳｔ２６）。これにより、タンク２ａへの燃料ガスの充填が始まる。このとき、所定値Ｋは、例えばタンク２ａのライナ２０の熱膨張により隙間２６が十分に縮む程度の温度に設定される。
次に制御装置１は、各タンク２ａ，２ｂへの燃料ガスの充填の完了を判断するため、温度センサ２３の圧力Ｐｓを取得して所定値Ｍと比較する（ステップＳｔ２７）。制御装置１は、圧力Ｐｓが所定値Ｍ以下である場合（ステップＳｔ２７のＮｏ）、ステップＳｔ２７の処理を再び実行する。
また、制御装置１は、圧力Ｐｓが所定値Ｍを超える場合（ステップＳｔ２７のＹｅｓ）、充填が完了したと判断して充填弁６２を閉じる（ステップＳｔ２８）。このとき、所定値Ｍは、各タンク２ａ，２ｂに満タンとなった場合の圧力Ｐｓに設定される。
次に制御装置１は調整弁３ｃを開く（ステップＳｔ２９）。このようにして、燃料ガスの充填時、制御装置１は処理を実行する。なお、本実施例の燃料電池システムの熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用するものに限定されず、図９に示されたものであってもよい。
（第３実施例）
第２実施例において、制御装置１は、タンク２ａ内の燃料ガスの温度が低くなりすぎないように、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１，＃２に交互に切り替えるが、これに限定されない。第２実施例のように低温のタンク２ｂの充填を高温のタンク２ａの後に実行する場合、接続形態の切り替えは必ずしも行われる必要はない。
図１５は、第３実施例の燃料電池システムを示す構成図である。図１５において、図１２と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度差（Ｔｂ－Ｔａ）に制約がなければ、単にタンク２ｂ内の燃料ガスの温度Ｔｂがタンク２ａ内の燃料ガスの温度Ｔａより高く維持されればよい。このため、本例の燃料電池システムでは制御弁３ａ及び供給系接続路９２ａが設けられておらず、タンク２ａ，２ｂの接続形態は常に直列接続＃１となる。したがって、本例の燃料電池システムの規模は第２実施例より小さくなる。なお、タンク２ａの一方の口金２５は未接続であり封止されている。
制御装置１は、燃料電池スタック５０の運転時、制御条件に応じて熱交換器４の動作を制御するが、制御弁３ａ，３ｂの開閉制御は行われない。
図１６は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の一例を示すフローチャートである。図１６において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ１のＹｅｓ）、熱交換器４を作動させ（ステップＳｔ２）、制御条件が満たされない場合（ステップＳｔ１のＮｏ）、熱交換器４の動作を停止させる（ステップＳｔ９）。このとき、タンク２ａ，２ｂの接続形態は常に直列接続＃１であるため、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下が抑制される。したがって、タンク２ｂ内の隙間２６の発生が抑制される。
しかし、制御装置１は、充填時、図１４と同様の処理を行うため、タンク２ｂへの充填が十分な昇温後に始まり、タンク２ｂのライナ２０の負荷は低減される。なお、本実施例の燃料電池システムの熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用するものに限定されず、図９に示されたものであってもよい。
（第４実施例）
第１及び第２実施例において、制御装置１は、制御弁３ａ，３ｂを交互に開閉することにより各タンク２ａ，２ｂ内の燃料ガスの温度低下を抑制するが、長手方向Ｄｘにおけるタンク２ａの長さをタンク２ｂより短くして、短い方のタンク２ａを長い方のタンク２ｂより低温に維持してもよい。この場合、燃料ガスの充填時、短い方のタンク２ａのライナ２０は、長い方のタンク２ｂより長手方向Ｄｘにおける変形量が小さくなるため、負荷が低減される。
図１７は、第４実施例の燃料電池システムの構成図である。図１７において、図１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。本実施例において、長手方向Ｄｘにおけるタンク２ａの長さＬａはタンク２ｂの長さＬｂより短い。
図１８は、燃料電池スタック５０の運転時における制御装置１の処理の一例を示すフローチャートである。図１８において、図７と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ１のＹｅｓ）、熱交換器４を作動させ（ステップＳｔ２）、タンク２ａ，２ｂの接続形態を直列接続＃１とする（ステップＳｔ３）。次に制御装置１は、再び制御条件を判定する（ステップＳｔ３－３）。
制御装置１は、制御条件が満たされる場合（ステップＳｔ３－３のＹｅｓ）、再びステップＳｔ３－３の処理を行い、制御条件が満たされない場合（ステップＳｔ３－３のＮｏ）、ステップＳｔ９，Ｓｔ１０の処理を実行する。
このように、制御装置１は、接続形態を並列接続から直列接続＃１に切り替えるが、第１及び第２実施例とは異なり、直列接続＃２には切り替えない。このため、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下は抑制されるが、タンク２ａ内の燃料ガスの温度低下は抑制されない。
しかし、長手方向Ｄｘにおけるタンク２ａの長さＬａはタンク２ｂの長さＬｂより短いため、燃料ガスの充填時、短い方のタンク２ａのライナ２０は、長い方のタンク２ｂより長手方向Ｄｘにおける変形量が小さくなるため、負荷が低減される。なお、本実施例の燃料電池システムの熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用するものに限定されず、図９に示されたものであってもよい。
（第５実施例）
タンク２ａ，２ｂの接続形態は、第４実施例とは異なり、常に直列接続＃１であってもよい。
図１９は、第５実施例の燃料電池システムを示す構成図である。図１９において、図１７と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。
本例の燃料電池システムでは、燃料電池スタック５０の運転中、常に燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れればよいため、制御弁３ａ及び供給系接続路９２ａが設けられていない。このため、燃料電池システムの規模は第４実施例より小さくなる。なお、タンク２ａの一方の口金２５は未接続であり封止されている。
図２０は、制御弁３ｂ及び充填弁６２の開閉状態の一例を示す図である。タンク２ａ，２ｂへの燃料ガスの充填時、制御装置１は、制御弁３ｂを閉じて充填弁６２を開く。充填時のタンク２ａのライナ２０の負荷は低減されるため、制御装置１は、第２実施例や第３実施例とは異なり、各タンク２ａ，２ｂへの燃料ガスの充填を実質的に同時に始めることができる。
また、燃料電池スタック５０の運転時、制御装置１は、制御弁３ｂを開き、充填弁６２を閉じる。タンク２ａ，２ｂの接続形態は常に直列接続＃１であるため、燃料ガスがタンク２ａから熱交換器４を経由してタンク２ｂに流れ込む。このとき、制御装置１は、図１６と同様の制御を行うため、熱交換器４により加熱された燃料ガスがタンク２ｂに流れ込む。このため、タンク２ｂ内の燃料ガスの温度低下が抑制されるため、隙間２６の発生が抑制される。
また、タンク２ａ内の燃料ガスの温度がタンク２ｂ内の燃料ガスの温度より低くなる（Ｔａ＜Ｔｂ）。しかし、燃料ガスの充填時、短い方のタンク２ａのライナ２０は、長い方のタンク２ｂより長手方向Ｄｘにおける変形量が小さくなるため、負荷が低減される。なお、本実施例の燃料電池システムの熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用するものに限定されず、図９に示されたものであってもよい。
また、本実施例において、タンク２ａ，２ｂの長さＬａ，Ｌｂを異ならせることによりタンク２ａのライナ２０の変形が抑制されるが、タンク２ａのライナ２０を、例えばＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、ステンレス鋼（SUS: Steel Use Stainless）、Ｔｉまたはこれらの合金などの金属製とすることによりその変形を抑制することもできる。なお、本実施例の燃料電池システムの熱交換器４は、燃料電池スタック５０の冷却水を利用するものに限定されず、図９に示されたものであってもよい。
また、上記の各実施例では、２個のタンク２ａ，２ｂを備えた燃料電池システムを挙げたが、これに限定されず、３個以上のタンクを備えた燃料電池システムにおいても上述した制御処理が行われてもよい。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
１ 制御装置
２ａ，２ｂ タンク（第１タンク、第２タンク）
３ａ，３ｂ 制御弁（第１制御弁、第２制御弁）
４ 熱交換器
４０ 冷却路
４１ ファン
４２ フィン
２０ ライナ
２３ 温度センサ
２６ 隙間
５１ 電流センサ
６４ 圧力センサ
９１ タンク接続路
９２ａ，９２ｂ 供給系接続路
９３ 燃料供給路

Claims (16)

  1. 燃料電池に供給される燃料ガスを蓄圧する第１タンク及び第２タンクと、
    前記第１タンクと前記第２タンクを接続する流路上に設けられた加熱装置と、
    前記加熱装置を作動させる制御装置とを有し、
    前記第１タンクの内部には、第１ライナと、前記第１ライナの外周面を覆う第１補強層とが設けられ、
    前記第２タンクの内部には、第２ライナと、前記第２ライナの外周面を覆う第２補強層とが設けられ、
    前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する条件が満たされる場合、前記第１タンク及び前記第２タンクの一方から前記加熱装置を経由し他方に流れる前記燃料ガスが加熱されるように前記加熱装置を作動させることを特徴とする、
    燃料電池システム。
  2. 前記制御装置は、
    前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされない場合、前記燃料電池への前記燃料ガスの供給経路を、前記第１タンク及び前記第２タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に至る経路に切り替えて、前記加熱装置の動作を停止させ、
    前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされる場合、前記供給経路を、前記第１タンク及び前記第２タンクの一方から前記加熱装置を経由し他方に流れて前記燃料電池に至る経路に切り替えて、前記加熱装置を作動させることを特徴とする、
    請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記燃料ガスを前記第１タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に供給する流路上に設けられた第１制御弁と、
    前記燃料ガスを前記第２タンクから前記加熱装置を経由せずに前記燃料電池に供給する流路上に設けられた第２制御弁とを有し、
    前記制御装置は、
    前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされない場合、前記第１制御弁及び前記第２制御弁を開き、
    前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度に関する前記条件が満たされる場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開くことを特徴とする、
    請求項１または２に記載された燃料電池システム。
  4. 前記第１タンク内の前記燃料ガスの第１温度を検出する第１温度センサと、
    前記第２タンク内の前記燃料ガスの第２温度を検出する第２温度センサとを有し、
    前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記第２温度から前記第１温度を減じた温度差が第１基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じることを特徴とする、
    請求項３に記載された燃料電池システム。
  5. 前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記第１温度から前記第２温度を減じた温度差が前記第１基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開くことを特徴とする、
    請求項４に記載された燃料電池システム。
  6. 前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記第２温度から前記第１温度を減じた温度差が、前記第１基準値より小さい第２基準値を下回った場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開くことを特徴とする、
    請求項４に記載された燃料電池システム。
  7. 前記第１タンク内及び前記第２タンク内の前記燃料ガスの圧力を検出する圧力センサを有し、
    前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記圧力センサが検出した圧力の減少量が基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じることを特徴とする、
    請求項３に記載された燃料電池システム。
  8. 前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記圧力センサが検出した圧力の減少量が前記基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開くことを特徴とする、
    請求項７に記載された燃料電池システム。
  9. 前記燃料電池から出力される電流値を検出する電流センサを有し、
    前記制御装置は、前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開いた後、前記電流センサが検出した電流値の積算値が基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第２タンクから前記加熱装置を経由して前記第１タンクに流れるように前記第１制御弁を開き前記第２制御弁を閉じることを特徴とする、
    請求項３に記載された燃料電池システム。
  10. 前記制御装置は、前記第１制御弁を開いて前記第２制御弁を閉じた後、前記電流センサが検出した電流値の積算値が前記基準値を超えた場合、前記燃料ガスが前記第１タンクから前記加熱装置を経由して前記第２タンクに流れるように前記第１制御弁を閉じて前記第２制御弁を開くことを特徴とする、
    請求項９に記載された燃料電池システム。
  11. 前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの温度が、前記燃料ガスの残量に応じた閾値以下である場合、前記条件が満たされると判定することを特徴とする、
    請求項１乃至１０の何れかに記載された燃料電池システム。
  12. 前記制御装置は、前記第１タンク内または前記第２タンク内の前記燃料ガスの消費速度が、前記燃料ガスの残量に応じた閾値以下である場合、前記条件が満たされると判定することを特徴とする、
    請求項１乃至１０の何れかに記載された燃料電池システム。
  13. 前記第１ライナ及び前記第２ライナは樹脂製であり、
    前記第１タンク及び前記第２タンクは一方向に延びた形状を有し、
    前記第１タンクの前記一方向の長さは前記第２タンクより長いことを特徴とする、
    請求項１乃至３の何れかに記載された燃料電池システム。
  14. 前記第１ライナは金属製であり、
    前記第２ライナは樹脂製であることを特徴とする、
    請求項１乃至３の何れかに記載された燃料電池システム。
  15. 前記加熱装置は、前記燃料電池を冷却した冷却媒体が流れる冷却路を備えた熱交換器であることを特徴とする、
    請求項１乃至１４の何れかに記載された燃料電池システム。
  16. 前記加熱装置は、ファン及びフィンを備えた熱交換器であることを特徴とする、
    請求項１乃至１４の何れかに記載された燃料電池システム。
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