JP7182514B2 - 燃料タンクシステム及び燃料タンクシステムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池車用の燃料タンクシステムに関する。

車載用の燃料電池として、空気と、車載した燃料タンクに貯留した液体燃料を改質することにより生成した燃料ガスとを用いて発電する燃料電池が提案されている。ここでいう液体燃料は、例えば、エタノールを所定の混合比で水に混合させたもの（以下、エタノール水ともいう）である。エタノール水は、従来の液体燃料と同様に管理することができるため、樹脂ボトル等の携行燃料容器を用いた取り扱いが可能になる見込みである。

ところで、エタノール水も炭化水素（ＨＣ）を含むいわゆる炭化水素燃料の一種であるので、蒸発して大気中に放出されることは望ましくない。そこで、蒸発燃料の大気中への放出を防止するために、蒸発燃料処理装置を搭載することが検討されている。蒸発燃料処理装置としては、従来のガソリンエンジン搭載車両に用いられている装置、つまり、蒸発燃料を活性炭に吸着させ、吸着した燃料成分を吸気管負圧を利用して離脱させて吸気管へ導入する装置を用いることができる。

上記の蒸発燃料処理装置においては、吸着量が多い状態でパージガス中の蒸発燃料濃度が課題となり燃料電池の劣化につながる可能性がある。この問題に対応すべく、特許文献１には、燃料タンクから蒸発燃料処理装置までの配管を長くすることによって配管を通過する間における蒸発燃料の液化を促進させ、液化した燃料を配管で捕集することによって、蒸発燃料処理装置への蒸発燃料の吸着量を低減させる構成が開示されている。

特開平１０－２４６１６３号公報

しかしながら、配管を長くするほど圧力損失が増大するので、上記文献の構成では十分な量の蒸発燃料を捕集できないおそれがある。

そこで本発明では、蒸発燃料の大気中への放出を防止し、かつ蒸発燃料の蒸発燃料処理装置への吸着量を低減することを目的とする。

本発明のある態様によれば、燃料電池用の液体燃料を貯留する燃料タンクと、一端に燃料供給口を備え、他端が燃料タンクに接続された燃料配管と、燃料タンクに連通路を介して接続され、燃料タンクで生じた蒸発燃料を吸着する蒸発燃料処理装置と、制御部により開閉制御され、閉じた場合には燃料タンクから蒸発燃料処理装置への蒸発燃料の流れを遮断する遮断装置と、を備える燃料タンクシステムが提供される。この燃料タンクシステムでは、燃料供給口は、携行燃料容器の注ぎ口と密閉連結可能な機構を有し、携行燃料容器から燃料供給される場合には、遮断装置が閉じることにより、燃料配管が蒸発燃料を携行燃料容器に回収する装置としても機能する。

上記態様によれば、携行燃料容器からの燃料供給の場合に、燃料供給口に密閉連結された携行燃料容器に蒸発燃料が回収される。つまり、蒸発燃料の放出を防止し、かつ蒸発燃料の蒸発燃料処理装置への吸着量を低減することができる。

図１は、第１実施形態にかかる燃料タンクシステムの概略構成図である。 図２は、携行燃料容器の断面図である。 図３は、燃料供給口の平面図である。 図４は、燃料供給口付近の断面図である。 図５は、携行燃料容器から液体燃料が流出するさいの挙動を説明する為の図である。 図６は、燃料供給作業時の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図７は、第１判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図８は、第２判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図９は、終了判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１０は、第１実施形態の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの第１例である。 図１１は、第１実施形態の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの第２例である。 図１２は、第２実施形態にかかる燃料タンクシステムの概略構成図である。 図１３は、供給前判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１４は、供給中一次判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１５は、第２実施形態の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの第１例である。 図１６は、第２実施形態の制御ルーチンを実行した場合のタイミングチャートの第２例である。 図１７は、変形例にかかる携行燃料容器の断面図である。 図１８は、変形例にかかる携行燃料容器に対応する燃料供給口の平面図である。 図１９は、変形例にかかる携行燃料容器に対応する燃料供給口の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる燃料タンクシステム１の概略構成図である。

燃料タンクシステム１は、燃料電池車両に搭載されるシステムであり、液体燃料を貯留する燃料タンク２と、一端に燃料供給口３Ａを備え、他端が燃料タンク２に接続された燃料配管３と、燃料タンク２の上面と燃料配管３の燃料供給口３Ａ付近とを連通するリサーキュレーションパイプ１１と、を備える。液体燃料は、エタノールを所定の混合比（例えば４０％程度）で水に混合させたものである。なお、図１は燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０が装着された燃料供給作業中の状態を示しているが、燃料供給作業時以外は、燃料供給口３Ａは図示しないフィラーキャップが装着されることにより塞がれる。

燃料タンク２には、連通路４を介して蒸発燃料処理装置５が接続されている。蒸発燃料処理装置５は、蒸発燃料を吸着する活性炭５Ａと、蒸発燃料処理装置５の内外を連通する大気開放口６と、大気開放口６を開閉する遮断装置としてのドレンカットバルブ７と、蒸発燃料処理装置５の内部圧力を検知する圧力センサ１４と、を備える。ここでいう蒸発燃料とは、燃料タンク２の内部で液体燃料が蒸発したものである。ドレンカットバルブ７は、基本的には開状態に制御され、後述する燃料供給作業中や、公知のリーク診断等に閉状態に制御される。なお、連通路４には、車両が傾いた場合等に燃料タンク２内の液体燃料が蒸発燃料処理装置５に流入することを防止するためのベントバルブ１２が設けられている。

また、蒸発燃料処理装置５は、パージ通路８を介して図示しない改質装置に液体燃料を供給するアノード配管１０と接続されており、パージ通路８には流路を開閉するパージバルブ９が配置されている。ドレンカットバルブ７及びパージバルブ９はいずれも制御部としてのコントローラ１７により開閉制御される。

コントローラ１７には、圧力センサ１４、燃料タンク２内に設けたレベルゲージ１３、燃料供給口３Ａの近傍に設けた連結検知装置としての携行燃料容器検知センサ１５、及び図示しないフィラーリッドの開閉状態を検知する開始検知装置としてのフィラーリッドセンサ１６の各センサ値が読み込まれる。フィラーリッドは、燃料供給口３Ａを開閉可能に覆う蓋である。なお、フィラーリッドセンサ１６は、フィラーリッドの実際の開閉状態を検知する構成でもよいし、運転席に設けた図示しないフィラーリッド開レバーの状態を検知する構成でもよい。

燃料タンク２内で発生した蒸発燃料は、燃料タンク２内の空気とともに連通路４を介して蒸発燃料処理装置５に導かれ、燃料成分だけが活性炭５Ａに吸着され、残りの空気は大気開放口６から外部に放出される。そして、活性炭に吸着された燃料を処理するために、例えばコントローラ１７は、図示しない燃料電池システムの運転状態に応じてパージバルブ９を開き、アノード配管１０の負圧を利用して大気開放口６から蒸発燃料処理装置５内に新気を導入する。この新気によって、活性炭に吸着されている燃料が離脱して、パージ通路８を介してアノード配管１０に導入される。

図２は、上述した燃料タンクシステム１への燃料供給に用いられる携行燃料容器２０の断面図である。携行燃料容器２０は、一般的な飲料容器と同様の樹脂（例えばポリエチレンテレフタラート：ＰＥＴ）で形成され、液体燃料が充填されて注ぎ口２０Ａの開口部がフィルム３１により封止された状態で流通する。

携行燃料容器２０の注ぎ口２０Ａの外周部には雄ネジが形成されている。また、携行燃料容器２０の肩部２０Ｂには冷却剤３０が貼付されている。なお、流通段階では、注ぎ口２０Ａの雄ネジに螺合するキャップ（図示せず）により、注ぎ口２０Ａが覆われている。

冷却剤３０は、不織布と含水ジェルとから形成されており、含水ジェルの水分が蒸発することによって貼付面の温度を低下させるものである。なお、流通段階では、冷却剤３０は含水ジェルの水分の蒸発を抑制するための蒸発抑制フィルムに覆われている。なお、冷却剤３０を肩部２０Ｂだけでなく胴部２０Ｃにも貼付してもよい。

図３は燃料供給口３Ａとその周辺の平面図、図４は燃料供給口３Ａとその周辺の側面図である。

燃料配管３の燃料供給口３Ａから所定範囲の内周には、携行燃料容器２０に設けた雄ネジと螺合する雌ネジが設けられている。なお、この雌ネジは図示しないフィラーキャップの雄ネジとも螺合する形状とする。

燃料供給口３Ａの近傍には、携行燃料容器２０が装着されたことを検知する携行燃料容器検知センサ１５が設けられている。携行燃料容器検知センサ１５は、例えば感圧式のセンサであり、燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０が装着されると携行燃料容器２０により押圧されて、携行燃料容器２０が装着されたことを検知する。

また、燃料供給口３Ａの近傍には、上述した蒸発抑制フィルムを破くための円環状の刃状部材３２が設けられている。なお、刃状部材３２に代えて、複数の突起を円環状に配置してもよい。

燃料配管３の内部の中央には、ステー３３を介して細管１８が取り付けられている。

燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０を装着する際には、携行燃料容器２０の注ぎ口２０Ａを燃料供給口３Ａにねじ込む。ねじ込む過程において、注ぎ口２０Ａを塞ぐフィルム３１が細管１８により破られ、蒸発抑制フィルムが刃状部材３２により破られて冷却剤３０は気化反応を開始し、携行燃料容器検知センサ１５は携行燃料容器２０が装着されたことを検知する。

燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０が装着された状態では、燃料配管３に設けた雌ネジと携行燃料容器２０に設けた雄ネジとが螺合するので、燃料供給口３Ａと携行燃料容器２０の注ぎ口２０Ａとの間に隙間はない。このような燃料供給口３Ａと携行燃料容器２０の注ぎ口２０Ａとの連結を、密閉連結という。

なお、燃料ステーションにおいて計量機を用いて燃料給油を行なう場合には、フィラーキャップを外し、燃料供給口３Ａに計量機のノズル２１を挿入する。細管１８は燃料配管３の中央に位置し、ノズル２１の内径は細管１８の外径に比べて十分に大きいので、細管１８があってもノズル２１の挿入に支障はない。ただし、ステー３３から燃料供給口３Ａまでの距離が短いと、ノズル２１の挿入量が小さくなって燃料供給作業に支障がでるおそれがある。そこで、ノズル２１の挿入量を十分に確保できるようにステー３３の位置を設定する。

図５は、携行燃料容器２０から燃料供給口３Ａへ液体燃料が供給されるメカニズムについて説明するための図である。

携行燃料容器２０が燃料供給口３Ａに装着された直後（図５の（ａ））において液体燃料に加わる下向きの圧力は、容器内の圧力（内圧）と、液体燃料による液圧との和である。一方、上向きの圧力は外気圧である。内圧と外気圧は等しいので、全体として見ると下向きの圧力の方が大きくなる。このため、液体燃料が細管１８から流出する下向き流が生じる。

下向き流が生じると、液体燃料の減少によって液圧が低下し、内圧は容器内の気体体積の増加により低下する。また、下向き流が生じることで細管１８の流路抵抗が生じる。そして、上向きの圧力と下向きの圧力とが等しくなるまで液体燃料が減少すると（このときの液面をＬ１とする）、下向き流は止まるはずである。しかし、液体燃料は慣性によって流出し続けるため、液面Ｌ１になった時点では下向き流は止まらず、それよりも低い液面Ｌ２で止まる（図５の（ｂ））。

下向き流が止まった時点では、液圧と流路抵抗は等しく、内圧は外気圧より低いので、上向きの圧力の方が大きくなる。このため、上向き流が生成され、燃料配管３から携行燃料容器２０に空気が流入する（図５の（ｃ））。携行燃料容器２０に空気が流入することで、内圧が上昇して外気圧と等しくなると、再び下向きの圧力の方が大きくなり、下向き流が生じる（図５の（ｄ））。上記の下向き流と上向き流を繰り返すことで、携行燃料容器２０内の液体燃料は燃料配管３を介して燃料タンク２に供給される。

なお、細管１８の流路抵抗が下向きの圧力より大きくなるほど細管の内径が小さいと、下向き流が生じなくなるので、本実施形態の細管１８の内径は下向き流が生じる下限の内径より大きいものとする。また、細管１８の内径が大き過ぎると、下向き流と上向き流が同時に生じる。この場合には後述する蒸発燃料の冷却及び液化が十分に行われないおそれがあるので、細管１８の内径は、下向き流と上向き流とが同時に生じる下限の内径より小さいものとする。内径の具体的な数値は携行燃料容器２０の形状や容積等により異なるので、適合により決定する。

次に、燃料供給作業時にコントローラ１７が実行する制御について説明する。図６は、当該制御の内容を示すフローチャートである。図６の制御ルーチン及び後述する各制御ルーチンはコントローラ１７に予めプログラムされている。なお、コントローラ１７は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ１７を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。

燃料供給作業は、上述した携行燃料容器２０から液体燃料を供給する場合と、燃料ステーションにおいて計量機を用いて液体燃料を供給する場合とがある。本実施形態の制御は、携行燃料容器２０から液体燃料を供給する場合に、燃料タンク２で発生した蒸発燃料の大気中への放出を抑制することを目的とする。

ステップＳ１００で、コントローラ１７は燃料供給作業を行なうか否かを判定する。具体的には、フィラーリッドセンサ１６の検出値に基づいて、フィラーリッドが開であれば燃料供給作業を行なう（ｙｅｓ）と判定し、閉であれば燃料供給作業を行わない（ｎｏ）と判定する。判定結果がｙｅｓの場合はステップＳ１１０の処理を実行し、ｎｏの場合はステップＳ１００の判定を繰り返す。

ステップＳ１１０で、コントローラ１７は状態監視を開始する。状態監視とは、レベルゲージ１３、圧力センサ１４及び携行燃料容器検知センサ１５の検出値と、ドレンカットバルブ７の開閉状態を読み込むことである。

ステップＳ１２０で、コントローラ１７はドレンカットバルブ７を閉じる。

ステップＳ１３０で、コントローラ１７は燃料供給方法判定のサブルーチンを実行する。

図７、図８は燃料供給判定の内容を示すフローチャートである。燃料供給判定は図７に示す第１判定と、図８に示す第２判定とからなる。

まず、第１判定から説明する。

ステップＳ２００で、コントローラ１７は携行燃料容器検知センサ１５の検出値に基づいて、携行燃料容器２０が燃料供給口３Ａに装着されたか否かを判定する。装着された場合にはステップＳ２０６の処理を実行し、装着されていない場合はステップＳ２０１の処理を実行する。

ステップＳ２０１で、コントローラ１７は燃料供給開始前の圧力センサ１４の検出値と燃料供給開始後の所定タイミングにおける圧力センサ１４の検出値との差、つまり圧力変化量が、予め設定した閾値より大きいか否かを判定する。

このステップＳ２０１の判定も、携行燃料容器２０からの燃料供給か、計量機のノズル２１からの燃料供給かを判定するものである。ドレンカットバルブ７を閉じた状態で燃料タンク２に液体燃料を供給すると、圧力センサ１４は燃料供給に伴う動圧を検知することとなる。そして、計量機を用いた燃料供給と携行燃料容器２０からの燃料供給とでは燃料流量が大きく異なるため、動圧も大きく異なる。そこで、携行燃料容器２０からの燃料供給の場合の圧力変化量より大きく、かつ計量機からの燃料供給の場合の圧力変化量より小さい値を閾値として予め設定しておき、圧力変化量が閾値より小さければ計量機のノズル２１からの燃料供給、大きければ携行燃料容器２０からの燃料供給、と判定する。

ステップＳ２０１において圧力変化量が閾値以下であった場合は、携行燃料容器２０からの燃料供給ということになるが、これはステップＳ２００の判定結果と整合しない。そこで、コントローラ１７は、ステップＳ２０１で圧力変化量が閾値以下と判定した場合は、ステップＳ２０２において判定結果を不整合とし、ステップＳ２０３においてドレンカットバルブ７を開く。ここでドレンカットバルブ７を開くのは、次の理由による。燃料供給時にはパージバルブ９が閉じているので、ドレンカットバルブ７を閉じると、燃料タンク２と蒸発燃料処理装置５とが閉じた系となり、燃料タンク２で生じた蒸発燃料は蒸発燃料処理装置５へ流入できない。したがって、仮に計量機のノズル２１からの燃料供給であった場合には、蒸発燃料は燃料配管３またはリサーキュレーションパイプ１１を介して、ノズル２１と燃料供給口３Ａとの隙間から蒸発燃料が大気へ放出されてしまう。そこで、蒸発燃料が蒸発燃料処理装置５に流入するように、ドレンカットバルブ７を開く。

ステップＳ２０１において圧力変化量が閾値より大きい場合は、計量機のノズル２１からの燃料供給ということになる。これはステップＳ２００の判定結果と整合する。そこで、コントローラ１７は、ステップＳ２０１で圧力変化量が閾値より大きいと判定した場合は、ステップＳ２０４において計量機のノズル２１からの燃料供給であるという判定結果を確定し、ステップＳ２０５でドレンカットバルブ７を開く。

一方、ステップＳ２００で携行燃料容器２０が装着されたと判定した場合に実行するステップＳ２０６でも、ステップＳ２０１と同様の判定を行なう。

ステップＳ２０６において圧力変化量が閾値以下の場合は、携行燃料容器２０からの燃料供給ということになる。これはステップＳ２００の判定結果と整合する。そこで、コントローラ１７はステップＳ２０６で圧力変化量が閾値以下と判定した場合は、ステップＳ２０７において携行燃料容器２０からの燃料供給であるという判定結果を確定し、ステップＳ２０８でドレンカットバルブ７の閉じた状態を維持する。

一方、ステップＳ２０６で圧力変化量が閾値より大きい場合は、計量機のノズル２１からの燃料供給ということになる。これはステップＳ２００の判定結果と整合しない。そこで、コントローラ１７は、ステップＳ２０６で圧力変化量が閾値より大きいと判定した場合は、ステップＳ２０９で判定結果が不整合であるとし、ステップＳ２１０でドレンカットバルブ７を開く。

ステップＳ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０８またはＳ２１０の処理が終了したら、第１判定は終了である。

次に、図８の第２判定について説明する。

コントローラ１７は、ステップＳ３００で燃料供給開始前のレベルゲージ１３の検出値を読み込み、続くステップＳ３０１で燃料供給開始から所定時間経過後のレベルゲージ１３の検出値を読み込む。ここでの所定時間とは、携行燃料容器２０からの燃料供給の場合に、燃料タンク２内の液面が明確に検知し得る程度に変化するのに要する時間であり、例えば数十秒程度とする。

ステップＳ３０２で、コントローラ１７は燃料増加速度が予め設定した閾値より小さいか否かを判定する。燃料増加速度は、燃料供給開始から所定時間が経過するまでのレベルゲージ１３の検出値の変化速度と等価である。閾値は、携行燃料容器２０からの燃料供給の場合における燃料増加速度と、計量機のノズル２１からの燃料供給の場合における燃料増加速度とに基づいて予め設定する。なお、燃料増加速度は、携行燃料容器２０から燃料供給する場合は１分間に１０リットル程度であり、計量機のノズル２１から燃料供給する場合は１分間に３０リットルを超える程度である。

燃料増加速度が閾値より小さいということは、携行燃料容器２０からの燃料供給である。そこで、コントローラ１７は、ステップＳ３０２において燃料増加速度が閾値より小さいと判定した場合は、ステップＳ３０３においてドレンカットバルブ７の閉状態を維持する。一方、ステップＳ３０２において燃料増加速度が閾値以上であると判定した場合は、ステップＳ３０４においてドレンカットバルブ７を開く。

ステップＳ３０３またはＳ３０４の処理が終了したら、第２判定は終了である。第２判定が終了したら、コントローラ１７は図６のステップＳ１４０の処理を実行する。

ステップＳ１４０でコントローラ１７は燃料供給が終了したか否かを判定する。具体的には、図９の制御ルーチンにより判定する。

ステップＳ４００で、コントローラ１７はレベルゲージ１３の検出値を読み込む。

ステップＳ４０１で、コントローラ１７は現在までの所定期間におけるレベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロか否かを判定する。当該判定で用いる所定期間は、例えば数秒程度とする。レベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロということは、燃料供給は終了したということであり、ゼロでないということは、まだ燃料が供給され続けているということである。そこで、コントローラ１７はステップＳ４０１の判定結果がｙｅｓの場合はステップＳ４０２において燃料供給が終了したと判断して本制御ルーチンを終了し、ｎｏの場合はステップＳ４００の処理に戻る。

ステップＳ１４０において燃料供給が終了したと判定した場合は、コントローラ１７はステップＳ１５０においてドレンカットバルブ７を開く。

上記の通り、携行燃料容器２０からの燃料供給の場合には、ドレンカットバルブ７が閉じられる。ドレンカットバルブ７が閉じられると、パージバルブ９が閉じているため、上記の通り燃料タンク２から蒸発燃料処理装置５までが閉じた系となり、燃料タンク２内の蒸発燃料は蒸発燃料処理装置５へ流入できなくなる。その結果、蒸発燃料は燃料配管３またはリサーキュレーションパイプ１１を通って燃料供給口３Ａに到達する。そして、図５で説明した上向き流が生じる際に、蒸発燃料はその他の空気とともに携行燃料容器２０内に流入する。携行燃料容器２０は冷却剤３０により冷却されているため、蒸発燃料は携行燃料容器２０内の液体燃料によって冷却されて液化し、液体燃料として再び燃料タンク２に供給される。このように、携行燃料容器２０から燃料供給する場合には、蒸発燃料は蒸発燃料処理装置５に流入しないので、活性炭への蒸発燃料の吸着量は増加しない。

なお、計量機のノズル２１からの燃料供給の場合には、ドレンカットバルブ７を開くので、蒸発燃料は蒸発燃料処理装置５に流入し、活性炭に吸着する。

図１０、図１１は、上述した制御を実行した場合のタイミングチャートの例である。図１０は携行燃料容器２０から燃料供給し、かつ携行燃料容器検知センサ１５が正常に作動した場合のタイミングチャートである。図１１は、計量機のノズル２１からの燃料供給であるにもかかわらず、携行燃料容器検知センサ１５が誤作動した場合のタイミングチャートである。

まず、図１０について説明する。

タイミングＴ１で燃料供給作業を行なう旨の判定がなされ、状態監視が開始される。タイミングＴ２でドレンカットバルブ７を閉じ、燃料供給方法判定を行なう。このとき、携行燃料容器検知センサ１５は携行燃料容器２０が装着されたことを検知している。

タイミングＴ３で実際に燃料供給が開始されると、圧力センサ１４の検出値は増大するが、タイミングＴ４までの圧力変化量は閾値より小さいので、ドレンカットバルブ７は閉じたままである。その後も燃料増加速度、つまりレベルゲージ１３の検出値の増加速度が閾値未満なので、ドレンカットバルブ７は閉じたままである。そして、タイミングＴ５からＴ６の期間中のレベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロになると、燃料供給が終了したと判定し、ドレンカットバルブ７を開にして燃料供給用の制御を終了する。

次に、図１１について説明する。

タイミングＴ１からＴ３については図１０と同様である。しかし、図１１ではタイミングＴ３で実際に燃料供給が開始された後、タイミングＴ４で圧力変化量が閾値を超える。つまり、図１１では、実際には計量機のノズル２１からの燃料供給であるのに、携行燃料容器検知センサ１５の誤作動により携行燃料容器２０からの燃料供給であると判定していたことになる。そこで、圧力センサ１４の検出値に基づく判定結果と携行燃料容器検知センサ１５の検出値に基づく判定結果が不整合となったタイミングＴ４で、ドレンカットバルブ７が開になる。その後も、燃料増加速度が閾値より大きいのでドレンカットバルブ７は開のままであり、タイミングＴ６でレベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロと判定したら、燃料供給用の制御が終了する。

燃料供給方法の判定は、携行燃料容器検知センサ１５の検出値にのみ基づいて行ってもよい。ただし、本実施形態のように圧力センサ１４の検出値及びレベルゲージ１３の検出値に基づく判定も行うことで、より正確な判定結果が得られる。

なお、上述した第２判定は、第１判定の判定結果が不整合となった場合にのみ実行するようにしても構わない。

なお、上述した制御を行なうことで蒸発燃料は携行燃料容器２０に回収されるが、携行燃料容器２０内の液温に応じた飽和濃度までは液化せずに気体のまま留まる。このため、携行燃料容器２０に回収された蒸発燃料の全てが液化して燃料タンク２に再供給されないおそれがある。そこで、燃料供給作業が終了し燃料供給口３Ａから携行燃料容器２０を外したら、注ぎ口２０Ａをキャップで封止することが望ましい。

以上のように本実施形態によれば、燃料電池用の液体燃料を貯留する燃料タンク２と、一端に燃料供給口３Ａを備え、他端が燃料タンク２に接続された燃料配管３と、燃料タンク２に連通路４を介して接続され、燃料タンク２で生じた蒸発燃料を吸着する蒸発燃料処理装置５と、コントローラ１７により開閉制御され、閉じた場合には燃料タンク２から蒸発燃料処理装置５への蒸発燃料の流れを遮断するドレンカットバルブ７と、を備える燃料タンクシステム１が提供される。この燃料タンクシステム１では、燃料供給口３Ａは、携行燃料容器の注ぎ口と密閉連結可能な機構を有し、携行燃料容器２０から燃料供給される場合には、ドレンカットバルブ７が閉じることにより、燃料配管３が蒸発燃料を携行燃料容器２０に回収する装置としても機能する。

これにより、携行燃料容器２０から燃料供給する場合には、蒸発燃料は携行燃料容器２０に回収されるので、蒸発燃料処理装置５への蒸発燃料の吸着量を抑制し、かつ蒸発燃料の大気中への放出も抑制できる。

本実施形態では、燃料タンクシステム１は燃料供給が開始されることを検知する開始検知装置としてのフィラーリッドセンサ１６と、燃料タンク２内の燃料量を検知するレベルゲージ１３と、をさらに備える。そして、コントローラ１７は、フィラーリッドセンサ１６により燃料供給が開始されることが検知されたらドレンカットバルブ７を閉じてから燃料供給方法判定を実行し、レベルゲージ１３に基づいて燃料供給が終了したと判定したらドレンカットバルブ７を開くようプログラムされている。これにより、適切なタイミングでドレンカットバルブ７が開閉することとなる。

本実施形態では、燃料タンクシステム１は燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０が連結されたことを検知する連結検知装置としての携行燃料容器検知センサ１５と、燃料タンク２内の圧力を検知する圧力センサ１４と、をさらに備える。そして、コントローラ１７は、燃料供給方法判定として、携行燃料容器検知センサ１５の検知情報に基づく判定と、燃料供給に伴う燃料タンク２内の圧力変化量に基づく判定と、からなる第１判定を実行する。第１判定の２つの判定の結果が整合する場合は当該判定結果に応じてドレンカットバルブ７を開閉制御し、不整合の場合はドレンカットバルブ７を開く。第１判定として２つの判定を行なうので、燃料供給方法をより精度良く検知することができる。また、不整合の場合にはドレンカットバルブ７を開くので、計量機のノズル２１からの燃料供給であった場合に、蒸発燃料が燃料供給口３Ａとノズル２１の隙間から大気に放出されることはない。

本実施形態では、コントローラ１７は第１判定の後に燃料増加速度に基づく第２判定を実行し、第２判定の判定結果に応じてドレンカットバルブ７を開閉制御する。

第２判定は、燃料増加速度に基づいて判定するので判定に時間を要する。しかし、携行燃料容器２０からの燃料供給と計量機のノズル２１からの燃料供給では燃料増加速度が大きく異なるので、第２判定によればより正確な判定結果が得られる。したがって本実施形態のように第１判定の後に第２判定を行なうことで、燃料供給方法判定の精度を高めることができる。

本実施形態では、コントローラ１７は、第１判定の結果が不整合な場合にのみ第２判定を実行するようにしてもよい。これによりコントローラ１７の演算負荷を軽減できる。

なお、本実施形態では携行燃料容器２０に冷却剤３０が貼付されている場合について説明したが、冷却剤３０は必須の構成ではない。なぜなら、液体燃料を充填した携行燃料容器２０が販売店に陳列または保管される際に、高温になる環境に置かれることは考え難く、少なくとも常温で保管等されると考えられる。そして、液体燃料が常温であれば、蒸発燃料を冷却、液化させる機能を果たすことができるからである。

（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態にかかる燃料タンクシステム１の概略構成図である。

図１との相違点は、ノズル２１が挿入されたことを検知するノズル検知センサ１９が燃料配管３に設けられている点である。ノズル検知センサ１９は、燃料供給口３Ａから挿入されたノズル２１の先端が燃料配管３内にあるか否かを検知できればよい。例えば、ノズル２１によって接点の開閉が行われる所謂マイクロスイッチや、投光部と受光部とからなりノズル２１が光を遮った場合にノズル２１が挿入されたと検知する所謂光電センサ等を用いることができる。

燃料供給作業時にコントローラ１７が実行する制御は、基本的には図６と同様であるが、図６のステップＳ１３０で実行する燃料供給方法判定の内容が異なる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

本実施形態の燃料供給方法判定は、実際に燃料が供給され始める前に行う第３判定としての供給前判定と、燃料が供給され始めてから行う第４判定としての供給中一次判定及び第５判定としての供給中二次判定と、からなる。

図１３は、供給前判定の制御の内容を示すフローチャートである。

ステップＳ５００で、コントローラ１７は図７のステップＳ２００と同様に携行燃料容器検知センサ１５の検出値に基づいて、携行燃料容器２０が燃料供給口３Ａに装着されたか否かを判定する。装着された場合にはステップＳ５０６の処理を実行し、装着されていない場合はステップＳ５０１の処理を実行する。

ステップＳ５０１で、コントローラ１７はノズル検知センサ１９の検出値に基づいて、ノズル２１が燃料供給口３Ａに挿入されたか否かを判定する。挿入されていないと判定した場合はステップＳ５０２の処理を実行し、ノズル２１が挿入されたと判定した場合はステップＳ５０４の処理を実行する。

ステップＳ５０１でノズル２１が挿入されていないと判定した場合は、ステップＳ５００の携行燃料容器２０が装着されていないという判定結果と整合しない。そこで、コントローラ１７はステップＳ５０２において判定結果が不整合とし、ステップＳ５０３でドレンカットバルブ７を開く。

ステップＳ５０１でノズル２１が挿入されていると判定した場合は、ステップＳ５００の携行燃料容器２０が装着されていないという判定結果と判定結果が整合し、計量機のノズル２１からの燃料供給であるということになる。そこでコントローラ１７は、ステップＳ５０４で計量機のノズル２１からの燃料供給であるという判定結果を確定し、ステップＳ５０５でドレンカットバルブ７を開く。

一方、ステップＳ５００で携行燃料容器２０が装着されたと判定した場合に実行するステップＳ５０６でも、ステップＳ５０１と同様の判定を行ない、挿入されていないと判定した場合はステップＳ５０７の処理を実行し、挿入されたと判定した場合はステップＳ５０９の処理を実行する。

ステップＳ５０６でノズル２１が挿入されていないと判定した場合は、ステップＳ５００の携行燃料容器２０が装着されているという判定結果と整合し、携行燃料容器２０からの燃料供給であるということになる。そこでコントローラ１７は、ステップＳ５０７で携行燃料容器２０からの燃料供給であるという判定結果を確定し、ステップＳ５０８でドレンカットバルブ７を閉じた状態を維持する。

ステップＳ５０６でノズル２１が挿入されていると判定した場合は、ステップＳ５００の携行燃料容器２０が装着されているという判定結果と整合しない。そこで、コントローラ１７はステップＳ５０９において判定結果が不整合とし、ステップＳ５１０でドレンカットバルブ７を開く。判定結果が不整合となるステップＳ５０３及びＳ５１０においてドレンカットバルブ７を開く理由は、図７のステップＳ２０３及びＳ２１０の場合と同様である。ステップＳ５０３、Ｓ５０５、Ｓ５０８またはＳ５１０の処理が終了したら、供給前判定は終了である。

図１４は、図１３の供給前判定の後、実際に燃料供給が開始されてから実行する供給中一次判定の内容を示すフローチャートである。

コントローラ１７は、ステップＳ６００でドレンカットバルブ７の開閉状態を読み込み、ステップＳ６０１でドレンカットバルブ７が閉じているか否かを判定する。コントローラ１７は、ステップＳ６０１でドレンカットバルブ７が閉じていると判定した場合は、ステップＳ６０３の処理を実行し、開いていると判定した場合はステップＳ６０２でドレンカットバルブ７を閉じてからステップＳ６０３の処理を実行する。

ステップＳ６０３で、コントローラ１７はドレンカットバルブ７を閉じる前の圧力センサ１４の検出値と、現在の圧力センサ１４の検出値とを読み込む。

ステップＳ６０４で、コントローラ１７はドレンカットバルブ７を閉じる前と現在の圧力変化量が予め設定した閾値より小さいか否かを判定する。このステップＳ６０４の処理は、図７のステップＳ２０１及びＳ２０６の処理と同じである。

ステップＳ６０４で圧力変化量が閾値より小さい場合は、コントローラ１７は供給中一次判定を終了する。圧力変化量が閾値以上である場合は、計量機のノズル２１からの燃料供給であるということなので、コントローラ１７はステップＳ６０５でドレンカットバルブ７を開いてから供給中一次判定を終了する。

供給中一次判定の後に実行する供給中二次判定は、第１実施形態における第２判定（図８）と同じなので、説明を省略する。

上記の供給前判定、供給中一次判定及び供給中二次判定が終了したら、コントローラ１７は図６のステップＳ１４０、Ｓ１５０と同様の処理を実行する。

上記の通り、本実施形態では供給前判定、供給中一次判定及び供給中二次判定の三段階で燃料供給方法を判定するので、判定精度がより高くなる。なお、供給中一次判定は、供給前判定において判定結果が不整合となった場合にのみ実行するようにしてもよい。

図１５、図１６は、上述した制御を実行した場合のタイミングチャートの例である。図１５は携行燃料容器２０から燃料供給し、かつ携行燃料容器検知センサ１５及びノズル検知センサ１９が正常に作動した場合のタイミングチャートである。図１６は、計量機のノズル２１からの燃料供給であるにもかかわらず、供給前判定において携行燃料容器２０からの燃料供給であると誤判定した場合のタイミングチャートである。

まず、図１５について説明する。

タイミングＴ１で燃料供給作業を行なう旨の判定がなされ、状態監視が開始される。タイミングＴ２でドレンカットバルブ７を閉じ、供給前判定を行なう。このとき、携行燃料容器検知センサ１５は携行燃料容器２０が装着されたことを検知しており、ノズル検知センサ１９はノズル２１の挿入を検知していない。

タイミングＴ３で実際に燃料供給が開始されると、圧力センサ１４の検出値は増大するが、タイミングＴ４までの圧力変化量は閾値より小さいので、供給中一次判定を実行した結果、ドレンカットバルブ７は閉じたままである。その後も燃料増加速度、つまりレベルゲージ１３の検出値の増加速度が閾値未満なので、供給中二次判定を実行した結果、ドレンカットバルブ７は閉じたままである。そして、タイミングＴ５からＴ６の期間中のレベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロになると、燃料供給が終了したと判定し、ドレンカットバルブ７を開にして燃料供給用の制御を終了する。

次に、図１６について説明する。

タイミングＴ１からＴ３については図１５と同様である。しかし、図１６ではタイミングＴ３で実際に燃料供給が開始された後、タイミングＴ４で圧力変化量が閾値を超える。つまり、図１１では、実際には計量機のノズル２１からの燃料供給であるのに、供給前判定では携行燃料容器２０からの燃料供給であると判定していたことになる。その結果、タイミングＴ４において供給中一次判定の判定結果に基づいてドレンカットバルブ７が開になる。その後も、燃料増加速度が閾値より大きいのでドレンカットバルブ７は開のままであり、タイミングＴ６でレベルゲージ１３の検出値の上昇量がゼロと判定したら、燃料供給用の制御が終了する。

以上のように本実施形態では、燃料タンクシステム１は燃料供給口３Ａに携行燃料容器２０が連結されたことを検知する連結検知装置としての携行燃料容器検知センサ１５と、燃料供給口３Ａに燃料ステーションの貯蔵タンクから燃料を供給するノズル２１が挿入されたことを検知するノズル挿入検知装置としてのノズル検知センサ１９と、をさらに備える。コントローラ１７は、燃料供給方法判定として、携行燃料容器検知センサ１５の検知情報に基づく判定と、ノズル検知センサ１９の検知情報に基づく判定と、からなる第３判定を実行し、第３判定の２つの判定の結果が整合する場合は当該判定結果に応じてドレンカットバルブ７を開閉制御し、不整合の場合はドレンカットバルブ７を開く。

第３判定として２つの判定を行なうので、燃料供給方法をより精度良く検知することができる。また、不整合の場合にはドレンカットバルブ７を開くので、計量機のノズル２１からの燃料供給であった場合に、蒸発燃料が燃料供給口３Ａとノズル２１の隙間から大気に放出されることはない。

本実施形態では、燃料タンクシステム１は燃料タンク２内の圧力を検知する圧力センサ１４をさらに備え、コントローラ１７は、第３判定の後に、燃料供給に伴う燃料タンク２内の圧力変化量に基づく第４判定を実行し、第４判定の判定結果に応じてドレンカットバルブ７を開閉制御する。第３判定に加えて、さらに第４判定を行なうことで、燃料供給方法の判定精度をより高めることができる。

本実施形態では、コントローラ１７が第３判定の結果が不整合な場合にのみ第４判定を実行するようにしてもよい。これにより、コントローラ１７の演算負荷を軽減できる。

本実施形態では、コントローラ１７は、第３判定または第４判定の後に、燃料増加速度に基づく第５判定を実行し、第５判定の判定結果に応じてドレンカットバルブ７を開閉制御する。第５判定は、燃料増加速度に基づいて判定するので判定に時間を要する。しかし、携行燃料容器２０からの燃料供給と計量機のノズル２１からの燃料供給では燃料増加速度が大きく異なるので、第５判定によればより正確な判定結果が得られる。したがって本実施形態のように第４判定の後に第５判定を行なうことで、燃料供給方法判定の精度を高めることができる。

（変形例）
次に、上述した実施形態の変形例について図１７から図１９を参照して説明する。なお、本変形例は本願発明の範囲に属する。

図１７は変形例にかかる携行燃料容器４０の断面図である。基本的には第１実施形態及び第２実施形態で用いた携行燃料容器２０と同様の形状であるが、注ぎ口４０Ａにフィルム３１の代わりに逆止弁機構３４が設けられている点が異なる。

逆止弁機構３４は、筒部３４Ａと、筒部３４Ａの内部に設けられた弾性部材３４Ｂ（例えばバネ）と、弾性部材３４Ｂの一端に支持された弁体３４Ｃとからなる。筒部３４Ａの容器外側の端部の開口部は、弾性部材３４Ｂの弾性力が付勢された弁体３４Ｃにより塞がれる。筒部３４Ａの内径は、上述した細管１８の内径と同様の考え方に基づいて設定する。

図１８は燃料供給口３Ａとその周辺の平面図、図１９は燃料供給口３Ａとその周辺の側面図である。図１８、図１９はそれぞれ図３、４と基本的には同様であるが、燃料配管３には細管１８に代えて弁体３４Ｃを押圧するためのピン３５が設けられている。

携行燃料容器４０を燃料供給口３Ａに装着すると、ピン３５が弾性部材３４Ｂの弾性力に抗して弁体３４Ｃを容器内方向に押し込む。これにより筒部３４Ａの開口部が開口し、上述したメカニズムにより蒸発燃料が容器内に流入する。そして、燃料供給作業が終了して携行燃料容器４０を燃料供給口３Ａから外すと、弁体３４Ｃが筒部３４Ａの開口部を塞ぐので、容器内に蒸発燃料が残っていたとしても、それが大気中に放出されることはない。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 燃料タンクシステム
２ 燃料タンク
３ 燃料配管
４ 連通路
５ 蒸発燃料処理装置
７ ドレンカットバルブ
１３ レベルゲージ
１４ 圧力センサ
１５ 携行燃料容器検知センサ
１７ コントローラ
１８ 細管
１９ ノズル検知センサ
２０ 携行燃料容器
２１ ノズル
３０ 冷却剤
３４ 逆止弁機構

Claims (10)

1. 燃料電池用の液体燃料を貯留する燃料タンクと、
   一端に燃料供給口を備え、他端が前記燃料タンクに接続された燃料配管と、
   前記燃料タンクに連通路を介して接続され、前記燃料タンクで生じた蒸発燃料を吸着する蒸発燃料処理装置と、
   制御部により開閉制御され、閉じた場合には前記燃料タンクから前記蒸発燃料処理装置への前記蒸発燃料の流れを遮断する遮断装置と、
   を備える燃料タンクシステムにおいて、
   前記燃料供給口は、携行燃料容器の注ぎ口と密閉連結可能な機構を有し、
   前記携行燃料容器から燃料供給される場合には、前記遮断装置が閉じることにより、前記燃料配管が前記蒸発燃料を前記携行燃料容器に回収する装置としても機能する、燃料タンクシステム。
2. 請求項１に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   燃料供給が開始されることを検知する開始検知装置と、
   前記燃料タンク内の燃料量を検知するレベルゲージと、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記開始検知装置により燃料供給が開始されることが検知されたら前記遮断装置を閉じてから燃料供給方法判定を実行し、前記レベルゲージに基づいて燃料供給が終了したと判定したら前記遮断装置を開くようプログラムされている、燃料タンクシステム。
3. 請求項２に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記燃料供給口に前記携行燃料容器が連結されたことを検知する連結検知装置と、
   前記燃料タンク内の圧力を検知する圧力センサと、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記燃料供給方法判定として、前記連結検知装置の検知情報に基づく判定と、燃料供給に伴う前記燃料タンク内の圧力変化量に基づく判定と、からなる第１判定を実行し、２つの判定の結果が整合する場合は判定結果に応じて前記遮断装置を開閉制御し、不整合の場合は前記遮断装置を開くようプログラムされている、燃料タンクシステム。
4. 請求項３に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記制御部は、前記第１判定の後に、燃料増加速度に基づく第２判定を実行し、前記第２判定の判定結果に応じて前記遮断装置を開閉制御するようプログラムされている、燃料タンクシステム。
5. 請求項４に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記制御部は、前記第１判定の結果が不整合な場合にのみ前記第２判定を実行するようプログラムされている、燃料タンクシステム。
6. 請求項２に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記燃料供給口に前記携行燃料容器が連結されたことを検知する連結検知装置と、
   前記燃料供給口に燃料ステーションの貯蔵タンクから燃料を供給するノズルが挿入されたことを検知するノズル挿入検知装置と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記燃料供給方法判定として、前記連結検知装置の検知情報に基づく判定と、前記ノズル挿入検知装置の検知情報に基づく判定と、からなる第３判定を実行し、２つの判定の結果が整合する場合は判定結果に応じて前記遮断装置を開閉制御し、不整合の場合は前記遮断装置を開くようプログラムされている、燃料タンクシステム。
7. 請求項６に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記燃料タンク内の圧力を検知する圧力センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記第３判定の後に、燃料供給に伴う前記燃料タンク内の圧力変化量に基づく第４判定を実行し、前記第４判定の判定結果に応じて前記遮断装置を開閉制御するようプログラムされている、燃料タンクシステム。
8. 請求項７に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記制御部は、前記第３判定の結果が不整合な場合にのみ前記第４判定を実行するようプログラムされている、燃料タンクシステム。
9. 請求項７または８に記載の燃料タンクシステムにおいて、
   前記制御部は、前記第３判定または前記第４判定の後に、燃料増加速度に基づく第５判定を実行し、前記第５判定の判定結果に応じて前記遮断装置を開閉制御するようプログラムされている、燃料タンクシステム。
10. 燃料電池用の液体燃料を貯留する燃料タンクと、
    一端に燃料供給口を備え、他端が前記燃料タンクに接続された燃料配管と、
    前記燃料タンクに連通路を介して接続され、前記燃料タンクで生じた蒸発燃料を吸着する蒸発燃料処理装置と、
    制御部に開閉制御され、閉じた場合に前記燃料タンクから前記蒸発燃料処理装置への前記蒸発燃料の流れを遮断する遮断装置と、
    を備え、前記燃料供給口には携行燃料容器の注ぎ口と密閉連結可能な機構が設けられた燃料タンクシステムの制御方法において、
    燃料供給方法が燃料ステーションの貯蔵タンクからの燃料供給または前記携行燃料容器からの燃料供給のいずれかを判定する燃料供給方法判定を実行し、
    前記携行燃料容器からの燃料供給であると判定した場合には、燃料供給中に前記遮断装置を閉じた状態にすることにより、前記燃料タンク内の前記蒸発燃料を前記携行燃料容器に回収して前記携行燃料容器内で冷却する、燃料タンクシステムの制御方法。

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