流体供給システム
【課題】低コスト化及び低容積化を実現するとともに開弁待ち時間を好適に設定することが可能な流体供給システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００のＥＣＵ１７０は、水素タンク１０からの流体供給開始時において、中圧センサ１３２によって検出された圧力が締切圧未満である場合に、タンク内圧と、高圧センサ１３１及び中圧センサ１３２によって検出された各圧力と、に基づいて、第１遮断弁２０のパイロットバルブが開弁し終えてからメインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、第１遮断弁２０を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に第１減圧弁を開制御する。
【解決手段】燃料電池システム１００のＥＣＵ１７０は、水素タンク１０からの流体供給開始時において、中圧センサ１３２によって検出された圧力が締切圧未満である場合に、タンク内圧と、高圧センサ１３１及び中圧センサ１３２によって検出された各圧力と、に基づいて、第１遮断弁２０のパイロットバルブが開弁し終えてからメインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、第１遮断弁２０を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に第１減圧弁を開制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載される燃料電池へガスを供給するガス供給システムにおいて、ガスが貯蔵されたタンクの供給流路を開閉する電磁式の遮断弁と、当該遮断弁よりも下流の供給流路に設けられてガス状態を調整して下流側へ供給する開閉弁と、遮断弁及び開閉弁の駆動を制御する制御部と、を備え、制御部が、遮断弁へ供給される電流の変化に基づいて遮断弁の開弁を検出した後に開閉弁の駆動を開始させるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる構成のガス供給システムによれば、遮断弁が駆動するとコイルインダクタンスが変化して磁界が変化し、遮断弁に電流変化が生じる。そして、制御部は、この遮断弁の電流変化に基づいて遮断弁が実際に開弁したことを検知し、その後、開閉弁の駆動を開始させる。
【０００４】
このように、制御部が電流変化に基づいて遮断弁の実際の開弁を検知してから開閉弁の駆動を開始させるので、遮断弁が開弁する最長時間を基準とした開弁時間を予め設定することによって、一律に開弁時間の経過後に開閉弁を駆動させる場合と比較して、起動時の条件に応じて無駄な遅延時間を設けることなく短時間で開閉弁の駆動を開始させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５５７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に記載されたシステムでは、遮断弁の電流変化を検出するデバイスが必要となり、高コスト及び高容積化の原因となっている。また、遮断弁としてパイロット式弁が用いられ、開閉弁として機械式の減圧弁が用いられるが、遮断弁が開弁するまでの時間は、開閉弁の状態によって変わってしまう。しかし、遮断弁の電流変化を検出することなく遮断弁の開弁タイミングを知る技術は知られていないため、遮断弁の電流変化を検出するデバイスが無い場合には、遮断弁のパイロット弁を開弁させてから開閉弁を開弁させるまでの開弁待ち時間を好適に設定することはできない。
【０００７】
本発明は、前記した事情に鑑みて創作されたものであり、低コスト化及び低容積化を実現するとともに開弁待ち時間を好適に設定することが可能な流体供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本願発明の流体供給システムは、流体を供給する流体供給源と、前記流体供給源の下流に設けられ、前記流体供給源からの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第１弁装置と、前記第１弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第１ラインと、前記第１ラインの下流側に接続され、前記第１ラインからの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第２の弁装置と、前記第２弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第２ラインと、前記流体供給源内の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記第１ライン内の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第２ライン内の圧力を検出する第３圧力検出手段と、前記第１弁装置及び第２弁装置を制御する制御手段と、を備え、前記第１弁装置は、パイロットバルブ及びメインバルブを有するパイロット式弁装置であり、前記第２弁装置は、前記制御手段によって閉弁状態とされた場合であっても、前記第二ラインが締切圧未満である場合に開弁するものであり、前記制御手段は、前記流体供給源からの流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段、前記第２圧力検出手段及び前記第３圧力検出手段によって検出された各圧力に基づいて、前記パイロットバルブが開弁し終えてから前記メインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、前記均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、前記第１弁装置を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に前記第２弁装置を開制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によると、電流変化を検出するデバイスを用いることなく、開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【００１０】
前記制御手段は、前記ガス供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を長く設定する構成であってもよく、前記ガス供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を短く設定する構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流体供給システムにおいて低コスト化及び低容積化を実現するとともに開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施形態に係る第１遮断弁の側断面図である。
【図３】ガス充填時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＞Ｐ１２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ１２＝目標充填圧）である。
【図４】ガス供給時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時である。
【図５】メンテナンス時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１≪Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時（Ｐ１１＜Ｐ１２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）である。
【図６】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＦＦ時の閉弁状態を示している。
【図７】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＮ時の状態を示している。
【図８】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＦＦ時の開弁状態を示している。
【図９】実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）はパイロット弁体開弁からの経過時間とパイロット流量Ｑとの関係を示すグラフ、（ｂ）は差圧（Ｐ０−Ｐ２）と平均流量Ｑａｖｅとの関係の一例を示すグラフである。
【図１１】タンク圧Ｐ０と開弁待ち時間との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
≪実施形態≫
以下、本発明の実施形態について、本発明の流体供給システムを燃料電池車に搭載された燃料電池システムに適用し、燃料電池へ水素（流体）を供給する場合を例にとり、図１〜図１１を参照して説明する。
【００１４】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す燃料電池システム１００（流体供給システム）は、図示しない燃料電池車（車両、移動体）に搭載されている。燃料電池車は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等である。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。
【００１５】
燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１１０の発電を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ１７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００１６】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
【００１７】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
【００１８】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１１（燃料ガス流路）、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００１９】
そして、アノード流路１１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１１０とモータ５１等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
【００２０】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００２１】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク１０（ガス供給源）と、常閉型の第１遮断弁２０と、第１減圧弁２０１と、常閉型の第２遮断弁１２３と、第２減圧弁１２４と、エゼクタ１２５と、リリーフ弁１２６と、常閉型のパージ弁１２７と、高圧センサ１３１と、中圧センサ１３２と、配管１２２ａ等と、を備えている。
【００２２】
水素タンク１０は、第１遮断弁２０、配管１２２ａ、第１減圧弁２０１、配管１２３ａ、第２遮断弁１２３、配管１２３ｂ、第２減圧弁１２４、配管１２４ａ、エゼクタ１２５、配管１２５ａを介して、アノード流路１１１の入口に接続されている。そして、第１遮断弁２０及び第２遮断弁１２３がＥＣＵ１７０からの指示に従って開くと、水素タンク１０の水素が配管１２２ａ等を通って、アノード流路１１１に供給されるようになっている。
【００２３】
水素タンク１０は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に水素ガスを高圧で貯留するライナー（タンク室）１０ａ（図２参照、一部のみ図示）を有し、そのライナー１０ａの周囲をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化プラスチック）等で形成されたカバー１０ｂ（図２参照、一部のみ図示）で覆って構成されている。
【００２４】
第１遮断弁２０は、水素タンク１０に形成された開口部１０ｃ（図２参照）に取り付けられる、常閉式のキックパイロット式電磁弁であり、後記するＥＣＵ１７０によって開閉制御される。第１遮断弁２０は、ＥＣＵ１７０による制御によって、水素タンク１０からの水素の通流を許容する開弁状態と水素の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な弁装置である。
【００２５】
図２に示すように、第１遮断弁２０は、水素タンク１０に取り付けられ、弁箱２１、開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５（付勢部材）、連動機構部Ｍなどで構成されている。なお、図２は、説明を容易にするために、第１遮断弁２０を簡略化して図示している。
【００２６】
弁箱２１は、内部に開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５、弁連動機構Ｍを収容する略円筒状の収容部２１ｓを有し、水素タンク１０の外部と連通する第１連通孔２１ａと、水素タンク１０内と連通する第２連通孔２１ｂ，２１ｂと、を備えている。なお、第２連通孔２１ｂは、２箇所に限定されるものではなく、１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。
【００２７】
また、弁箱２１の外周面には、ねじ溝２１ｄが形成されており、このねじ溝２１ｄと、水素タンク１０の開口部１０ｃに形成されたねじ溝１０ｄとが、螺合することにより第１遮断弁２０が水素タンク１０に取り付けられている。なお、水素タンク１０と第１遮断弁２０とは、オーリングなどのシール部材（不図示）を介して互いに接合され、水素タンク１０内の水素が外部に漏れ出ないように構成されている。
【００２８】
また、弁箱２１の内部には、開閉弁本体２２が当接することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを遮断し、開閉弁本体２２が離間することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを連通する開閉弁弁座２１ｃが設けられている。この開閉弁弁座２１ｃは、例えば、弁箱２１内において凹面が図示下側を向くように形成された凹部２１ｅが周方向にリング状に形成されるとともに、この凹部２１ｅにゴム製や樹脂製のシール部材２１ｆが嵌合されて構成されている。このように、開閉弁本体２２の先端（図示上端）の周縁部がシール部材２１ｆに当接することで、第１連通孔２１ａと水素タンク１０内との連通が遮断される。
【００２９】
開閉弁本体２２は、第１遮断弁２０のメインバルブとして動作するものであり、例えば、断面視略Ｔ字状に形成され、収容部２１ｓ内に収容されている。開閉弁本体２２の先部（図示上部）は、第１連通孔２１ａの開口径よりも大きく、かつ、シール部材２１ｆに当接可能な径となる大径部２２ａ１となっている。なお、本実施形態では、第１連通孔２１ａと対向する開閉弁本体２２（大径部２２ａ１）の上面が、ガス充填時に水素の圧力（ガス圧力）を受ける受圧面２２ｐとなっている。また、開閉弁本体２２の基端部（図示下部）は、大径部２２ａ１より径の小さい小径部２２ａ２となっている。
【００３０】
また、開閉弁本体２２には、大径部２２ａ１及び小径部２２ａ２の径方向の中心部に軸Ｏ方向に沿って貫通するパイロット通路２２ｂが形成されている。また、開閉弁本体２２の基端（一端、図示下端）は、後記するパイロット弁体２３のパイロット弁座２２ｃとして機能するように構成されている。
【００３１】
パイロット弁体２３は、開閉弁本体２２と同軸Ｏとなるように配置され、開閉弁本体２２に形成されたパイロット通路２２ｂと対向する位置に配置されるように構成されている。また、パイロット弁体２３は、ゴムや樹脂などの弾性材料で形成され、パイロット通路２２ｂの通路径よりも大径に形成されている。このように、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが互いに同軸Ｏに配置されることにより、第１遮断弁２０の径方向の寸法を短くすることが可能になる。
【００３２】
なお、パイロット弁体２３側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられてパイロット弁が構成されていてもよく、また開閉弁弁座２１ｃ側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられて開閉弁が構成されていてもよい。
【００３３】
ソレノイド２４は、開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３を開弁させる際の駆動力を発生させるものであり、プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃなどで構成されている。
【００３４】
プランジャ２４ａは、磁性材料で形成され、軸Ｏ方向に棒状に延びる略円柱形状を呈している。また、プランジャ２４ａの先端（一端、図示上端）には、パイロット弁体２３が嵌め込まれている。なお、プランジャ２４ａも、開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３と互いに同軸なるように配置されている。
【００３５】
固定コア２４ｂは、磁性材料で形成され、弁箱２１に形成された収容部２１ｓの底部に固定されている。また、固定コア２４ｂは、略円柱形状を呈し、プランジャ２４ａと同軸Ｏとなるように、プランジャ２４ａの基端（図示下端）と対向して配置されている。
【００３６】
電磁コイル２４ｃは、図示しないボビンに巻回されて構成され、プランジャ２４ａ及び固定コア２４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。
【００３７】
コイルばね２５は、一端がプランジャ２４ａの基端（他端）に接し、かつ、他端が固定コア２４ｂに接するように配置され、プランジャ２４ａを押圧して、開閉弁本体２２を開閉弁弁座２１ｃの方向に付勢するように構成されている。なお、コイルばね２５のばね力は、水素充填時（ガス充填時）に、水素タンク１０内が予め設定された充填目標圧力（タンク内が予め設定された流体圧力）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるように設定されている。充填目標圧力とは、例えば、水素タンク１０内が満タンとなる圧力である。
【００３８】
連動機構部Ｍは、開閉弁本体２２とプランジャ２４ａとを所定の遊びを持って連動させるものであり、支持部材２６ａと、係合ピン２６ｂと、プランジャ２４ａに形成された連結孔２４ｓと、で構成されている。
【００３９】
支持部材２６ａは、軸方向に延びる略円筒状に形成され、開閉弁本体２２側（上側）に位置する第１円筒部２６ａ１と、この第１円筒部２６ａ１よりも拡径し、かつ、プランジャ２４ａよりも大径に形成された第２円筒部２６ａ２と、を有している。第２円筒部２６ａ２は、第２連通孔２１ｂの途中の高さ位置まで延びて形成されている。
【００４０】
これにより、第１円筒部２６ａ１が、開閉弁本体２２の大径部２２ａ１の下面に当接するとともに、小径部２２ａ２に外嵌することで、開閉弁本体２２に固定されている。また、第２円筒部２６ａ２には、開閉弁本体２２の基端の一部が突出し、かつ、プランジャ２４ａの一部（図示上部）が挿入され、第２円筒部２６ａ２とプランジャ２４ａとの間に水素の通流を可能にするガス通流部Ｚ１が形成されている。
【００４１】
係合ピン２６ｂは、軸Ｏ方向に直交する方向に延びて配置され、第２円筒部２６ａ２に形成された取付孔２６ａ３，２６ａ３に固定されている。一方、プランジャ２４ａには、係合ピン２６の高さ位置において、係合ピン２６が挿通される連結孔２４ｓが貫通して形成されている。この連結孔２４ｓは、内部で係合ピン２６が移動可能となる幅（高さ）で形成されるとともに、係合ピン２６の上部（開閉弁本体２２側、パイロット弁体２３側）に隙間（遊び）Ｓが形成されるように構成されている。なお、図２では、係合ピン２６の図示上下に隙間が形成されている構造を図示しているが、第１遮断弁２０（開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３）が図２に示すように閉じているときに、係合ピン２６の図示上側のみに隙間Ｓが形成されているものであればよい。
【００４２】
また、本実施形態に係る第１遮断弁２０では、弁箱２１と、開閉弁本体２２及び支持部材２６ａとの間に、開閉弁本体２２が開弁したときに水素が通流する開閉弁流路Ｚ２が形成されている。この開閉弁流路Ｚ２は、ガス充填時に、第１連通孔２１ａから水素が導入された後に第２連通孔２１ｂから水素が導出されるように通流し、ガス供給時に、第２連通孔２１ｂから水素が導入された後に第１連通孔２１ａから水素が導出されるように通流する。このように本実施形態における開閉弁流路Ｚ２は、ガス充填時とガス供給時とで水素が通流する方向が相違している（反対になっている）。
【００４３】
なお、本実施形態では、開閉弁弁座２１ｃ、開閉弁本体２２、ソレノイド２４及び連動機構部Ｍにより開閉弁が構成され、パイロット通路２２ｂ、パイロット弁体２３及びソレノイド２４によりパイロット弁が構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１００の第１遮断弁２０の動作について図３ないし図５を参照して説明する。図３はガス充填時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＞Ｐ１２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ１２＝目標充填圧（所定圧））、図４はガス供給時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時、図５はメンテナンス時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１≪Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時（Ｐ１１＜Ｐ１２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）である。
【００４５】
まず、水素タンク１０に水素を充填する場合には、ソレノイド２４が非励磁（消磁）の状態にあり、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが双方とも、コイルばね２５の付勢力によって、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃを押圧する方向、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃを押圧する方向に閉弁している（図２に示す状態）。
【００４６】
そして、充填口（図示せず）から水素の充填を開始することにより、充填口の第１逆止弁（図示せず）が開弁し、配管（図示せず）を介して第１遮断弁２０に向けて水素の充填が開始される。
【００４７】
このとき、図３（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の上流側（第１遮断弁２０の外側）の圧力をＰ１１とし、開閉弁本体２２の下流側（水素タンク１０（図１参照）内）の圧力をＰ１２とすると、圧力Ｐ１１が圧力Ｐ１２よりも大きいので（Ｐ１１＞Ｐ１２）、充填口側の圧力Ｐ１１によって、開閉弁本体２２の受圧面２２ｐが押圧され、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｚ２を介して連通し、開閉弁流路Ｚ２において水素が矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０に充填される。
【００４８】
そして、図３（ｂ）に示すように、水素タンク１０内の圧力Ｐ１２が予め設定された所定圧（例えば、目標充填圧、水素タンク１０が満タンになる圧力）に達すると、圧力Ｐ１１＝圧力Ｐ１２となり、コイルばね２５の付勢力によって開閉弁本体２２がパイロット弁体２３とともに押圧されて、開閉弁本体２２が閉弁し、第１連通孔２１ａと開閉弁流路Ｚ２との通流が遮断され、水素の充填が完了する。
【００４９】
一方、車両のイグニッションスイッチ１６１がＯＮにされると、ＥＣＵ１７０は、燃料電池ＦＣへの水素の供給を開始する。すなわち、ガス供給時（水素供給時）には、ＥＣＵ１７０が第１遮断弁２０のソレノイド２４を励磁する指令を出力する。このとき、図４（ａ）に示すように、ガス充填完了直後においては、第１遮断弁２０が閉弁したときに圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とがほぼ同等であるので、図４（ｂ）に示すように、ソレノイド２４が励磁されることにより、パイロット弁体２３が開弁せずに、直ちに開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、開閉弁本体２２が開弁する。開閉弁本体２２が開弁することにより、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｚ２を介して連通し、開閉弁流路Ｚ２において水素が図４（ｂ）の矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０から第１減圧弁２０１の方向に向けて供給される。
【００５０】
水素タンク１０から第１遮断弁２０を介して供給された水素は、第１減圧弁２０１により減圧された後に燃料電池１１０のアノードに供給される。また、ガス供給とともに、ＥＣＵ１７０によってコンプレッサ１４１の駆動が開始され、車外から取り込まれた空気が圧縮された後に加湿器（不図示）で加湿され、燃料電池１１０のカソードに供給される。燃料電池ＦＣの発電電力は、走行モータ（不図示）などの外部負荷に供給される。
【００５１】
ところで、水素タンク１０の点検などのメンテナンス（気密検査、耐圧検査など）時には、図５（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の下流側の圧力Ｐ１１は低く、水素タンク１０内の圧力Ｐ１２は高くなり、開閉弁本体２２の上流と下流との間での圧力差（前後差圧）が非常に大きくなる。
【００５２】
このようにメンテナンス時において、ＥＣＵ１７０によってソレノイド２４が励磁されると、図５（ｂ）に示すように、プランジャ２４ａが図示下向きに吸引され、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃから離間し、パイロット弁体２３が開弁する。なお、このとき開閉弁本体２２の前後差圧は非常に大きいので、ソレノイド２４を励磁したとしても開閉弁体２２は開弁することがない。よって、図５（ｂ）において矢印で示すように、水素タンク１０内の水素は、第２連通孔２１ｂ、ガス通流部Ｚ１、パイロット通路２２ｂ、第１連通孔２１ａを通って、水素タンク１０から流出する。
【００５３】
このように、水素がパイロット通路２２ｂを通って流出して、開閉弁本体２２の下流側（第１減圧弁２０１側、燃料電池ＦＣ側）の圧力Ｐ１１が、開閉弁本体２２の上流側（水素タンク１０側）の圧力Ｐ１２に徐々に近づいて、図５（ｃ）に示すように、圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とが同等になったときに、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間する。つまり、図５（ｂ）に示す状態において、圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とが同等になったときに、ソレノイド２４の吸引力によってプランジャ２４ａが図示下方に吸引される。このとき、係合ピン２６ｂが連結孔２４ｓ内の上面２４ｓ１にすでに当接しているので、プランジャ２４ａがさらに吸引されることにより、係合ピン２６ｂが引き下げられて、それと同時に開閉弁本体２２も引き下げられ、図５（ｃ）に示すように、開閉弁本体２２が開弁する。すなわち、常閉型のキックパイロット式電磁弁である第１遮断弁２０は、通常（非制御時）は開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３が閉弁しており、水素の通流が遮断されている。ＥＣＵ１７０による開制御が行われた場合には、パイロット弁体２３が開弁することによって、パイロット通路２２ｂを介した水素の通流を許容し、続いて、上流である水素タンク１０内の圧力と下流である配管１２２ａ内の圧力との差である差圧が所定値（ここでは、ゼロ）まで低下した場合に開閉弁本体２２が開弁することによって、第１連通孔２１ａを介した水素の通流を許容する。
【００５４】
＜第１減圧弁＞
第１減圧弁２０１は、図６、図７、図８に示すように、水素を減圧する減圧機構と、その弁体２２０を閉位置で保持可能な閉位置保持機構と、を備える電磁弁である。第１減圧弁２０１は、ＥＣＵ１７０による制御によって、配管１２２ａからの水素の通流を許容する開弁状態と水素の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な弁装置である。また、第１減圧弁２０１は、ＥＣＵ１７０による制御によって閉弁状態とされた場合であっても、配管１２３ａが締切圧未満である場合に開弁する機構を有する。
【００５５】
具体的には、第１減圧弁２０１は、ハウジング２１０と、ハウジング２１０内を所定方向（図６では上下方向）において往復する弁体２２０と、ダイヤフラム２３１と、を備えている。そして、ハウジング２１０内は、隔壁２１１によって、一次側圧力室２１２と二次側圧力室２１３とに仕切られている。一次側圧力室２１２には配管１２２ａの水素が流入し、二次側圧力室２１３の水素は配管１２３ａに流出するようになっている。
【００５６】
隔壁２１１には、一次側圧力室２１２と二次側圧力室２１３とを連通する連通ポート２１４が形成されており、連通ポート２１４には弁体２２０の後記する弁棒２２２が遊挿されている。また、連通ポート２１４を囲む隔壁２１１の一次側圧力室２１２側には、環状の弁座２１５が形成されている。
【００５７】
弁体２２０は、一次側圧力室２１２に配置された円板状の弁頭２２１と、弁頭２２１の中心から二次側圧力室２１３側に延びると共に、連通ポート２１４に遊挿されている棒状の弁棒２２２と、を備えている。そして、弁頭２２１が弁座２１５に着座すると第１減圧弁２０１が閉状態となり、弁頭２２１が弁座２１５から離座すると第１減圧弁２０１が開状態となる。
【００５８】
ダイヤフラム２３１は、二次側圧力室２１３に臨むように設けられ、その背面側（隔壁２１１と反対側）に大気と連通する大気室２３２を形成している。ダイヤフラム２３１の中心部分はアダプタ２３３、アダプタ２３４で挟まれており、アダプタ２３４は弁棒２２２の先端部と連結されている。これにより、ダイヤフラム２３１と弁体２２０とは一体で動作するようになっている。
【００５９】
また、第１減圧弁２０１は、大気室２３２において、ダイヤフラム２３１（アダプタ２３３）とハウジング２１０との間に介装された圧縮コイルばね２３５を備えている。圧縮コイルばね２３５は、アダプタ２３３及びアダプタ２３４を介して、弁体２２０を開方向（図６の下方向）に付勢するようになっている。
【００６０】
また、第１減圧弁２０１は、プランジャ２４１と、圧縮コイルばね２４２と、ソレノイド２４３と、を備えている。プランジャ２４１は、弁頭２２１の背面側（弁座２１５と反対面側）で、弁棒２２２と同軸線上で進退自在に配置されている。圧縮コイルばね２４２は、プランジャ２４１とハウジング２１０との間に介装されており、プランジャ２４１を弁体２２０に向かって付勢している。ソレノイド２４３は、ＥＣＵ１７０によってＯＮ（通電）／ＯＦＦ（非通電）制御されることで、プランジャ２４１を進退させるものである。
【００６１】
＜第１減圧弁−閉位置保持機構＞
第１減圧弁２０１の閉位置保持機構を説明する。
ソレノイド２４３がＯＦＦされると、圧縮コイルばね２４２で付勢されるプランジャ２４１は弁頭２２１の背面に当接し、弁頭２２１が弁座２１５に着座するようになっている。このように弁頭２２１が弁座２１５に着座すると、弁体２２０が閉位置で維持され、第１減圧弁２０１が閉状態で維持されるようになっている。
したがって、弁体２２０を閉位置で保持可能な閉位置保持機構は、プランジャ２４１と、圧縮コイルばね２４２と、ハウジング２１０の一部とを備えて構成されている。
【００６２】
＜第１減圧弁−減圧機構＞
第１減圧弁２０１の減圧機構を説明する。なお、減圧機構は、図１に示す第１遮断弁２０１の開状態であって、図７に示すように、ソレノイド２４３がＯＮされ、プランジャ２４１が弁頭２２１から離間した状態において機能する。
【００６３】
二次側圧力室２１３の圧力が高く、二次側圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図６の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図６の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図６の下向きに付勢する力よりも大きい場合、弁頭２２１が弁座２１５に着座し、第１減圧弁２０１が閉じた状態となる。
【００６４】
燃料電池スタック１１０で水素が消費され、二次側圧力室２１３の圧力が低くなり、二次側圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図６の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図６の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図６の下向きに付勢する力よりも小さくなると、弁頭２２１が弁座２１５から離座し、第１減圧弁２０１が開いた状態となる（図８参照）。そして、水素が一次側圧力室２１２から二次側圧力室２１３に流入し、二次側圧力室２１３の圧力が高くなり、第１減圧弁２０１が閉じた状態となる。
【００６５】
ここで、弁体２２０が着座／離座する圧力、つまり、第１減圧弁２０１の二次側圧力は、圧縮コイルばね２３５のばね力を変更することにより、適宜に設定される。なお、圧縮コイルばね２３５のばね力は、圧縮コイルばね２３５を構成する線材の太さ、材質等を変更することで可変される。
【００６６】
したがって、第１減圧弁２０１の減圧機構は、弁体２２０と、ダイヤフラム２３１と、圧縮コイルばね２３５と、を備えて構成されている。
【００６７】
また、メンテナンス後等には、二次側圧力室２１３内の水素が少なくなっているため、二次側圧力室２１３の圧力が締切圧未満となるため、ソレノイド２４３がＯＦＦであるにも関わらず、圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図８の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図８の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図８の下向きに付勢する力よりも小さくなり、弁頭２２１が弁座２１５から離座し、第１減圧弁２０１が開いた状態となる。なお、二次側圧力室２１３の圧力が締切圧以上となった場合には、第１減圧弁２０１は、図６に示すように閉じた状態となる。
【００６８】
図１に戻って説明を続ける。第２減圧弁１２４は、その一次側（上流側）に供給される水素の圧力を所定の二次側圧力（下流側圧力）に減圧するもの、つまり、その二次側圧力を調整するレギュレータである。このような第２減圧弁１２４は、例えば特開２００９−２７７６２０号公報に記載されるように、弁体、弁座、ダイアフラム（図示しない）等を内蔵し、配管１２４ｂから入力されるパイロット圧と、二次側圧力とに基づいて、弁体が弁座に対して着座／離座を繰り返すことで、二次側圧力を調整するように構成される。なお、配管１２４ｂはカソード流路１１２に向かう空気が通流する配管１４１ａに接続されており、配管１４１ａの圧力が第２減圧弁１２４にパイロット圧として入力されるようになっている。
【００６９】
エゼクタ１２５は、水素タンク１０からの新規の水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で配管１２５ｂの水素を含むアノードオフガスを吸引・混合し、アノード流路１１１に向けて吐出する真空ポンプである。
【００７０】
リリーフ弁１２６は、配管１２６ａを介して配管１２３ａに接続されており、配管１２３ａの圧力が所定リリーフ圧力以上になると開き、配管１２３ａの水素を車外に放出する弁である。
【００７１】
そして、第１実施形態において、第１遮断弁２０と第１減圧弁２０１とを接続する配管１２２ａは、水素タンク１０からの高圧の水素ガスが通流する高圧ライン（第一ライン）を構成している。第１減圧弁２０１と第２減圧弁１２４とを接続する配管１２３ａ及び配管１２３ｂは、第１減圧弁２０１で減圧された中圧の水素ガスが通流する中圧ライン（第二ライン）を構成している。
【００７２】
アノード流路１１１の出口は、配管１２５ｂを介して、エゼクタ１２５の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１１１から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスが、エゼクタ１２５に戻された後、アノード流路１１１に再供給され、その結果、水素が循環するようになっている。なお、配管１２５ｂには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００７３】
配管１２５ｂの途中は、配管１２７ａ、パージ弁１２７、配管１２７ｂを介して、後記する希釈器１４２に接続されている。パージ弁１２７は、燃料電池スタック１１０の発電時に、配管１２５ｂを循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ１７０によって定期的に開かれる。
【００７４】
高圧センサ１３１は、配管１２２ａに取り付けられており、配管１２２ａ（高圧ライン）内の圧力Ｐ１を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第２圧力検出手段の一例である。また、高圧センサ１３１は、水素タンク１０のタンク内圧である圧力Ｐ０を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第１圧力検出手段の一例でもある。すなわち、高圧センサ１３１は、前回のシステム停止時において圧力Ｐ１を検出するが、第１遮断弁２０が開弁した状態で圧力Ｐ１を検出するため、検出値は圧力Ｐ０と同等である。高圧センサ１３１によって検出された圧力Ｐ０は、ＥＣＵ１７０に出力されて記憶される。
【００７５】
中圧センサ１３２は、配管１２３ａに取り付けられており、配管１２３ａ（中圧ライン）内の圧力Ｐ２を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第３圧力検出手段の一例である。
【００７６】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ１４１と、希釈器１４２と、を備えている。
コンプレッサ１４１の吐出口は、配管１４１ａを介して、カソード流路１１２の入口に接続されている。そして、コンプレッサ１４１は、ＥＣＵ１７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、配管１４１ａを介して、カソード流路１１２に供給するようになっている。なお、コンプレッサ１４１や前記した第１遮断弁２０等は、燃料電池スタック１１０及び／又は後記するバッテリ１５３を電源としている。
【００７７】
カソード流路１１２の出口は、配管１４２ａを介して、希釈器１４２に接続されており、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１４２ａを通って、希釈器１４２に導入されるようになっている。
【００７８】
希釈器１４２は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管１４２ｂを介して、車外に排出されるようになっている。
【００７９】
＜電力制御系＞
電力制御系は、モータ１５１と、電力制御器１５２と、バッテリ１５３とを備えている。モータ１５１は、電力制御器１５２を介して、燃料電池スタック１１０の出力端子（図示しない）に接続されており、バッテリ１５３は、電力制御器１５２に接続されている。すなわち、モータ１５１とバッテリ１５３とは、電力制御器１５２に並列で接続されている。
【００８０】
モータ１５１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。
【００８１】
電力制御器１５２は、ＥＣＵ１７０の指令に従って、（１）燃料電池スタック１１０の出力（発電電力、電流値、電圧値）を制御する機能と、（２）バッテリ１５３の充放電を制御する機能と、を備えている。このような電力制御器１５２は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の各種電子回路を備えて構成される。
【００８２】
バッテリ１５３は、電力を充電／放電する蓄電装置であり、例えば、リチウムイオン型の単電池が複数組み合わせてなる組電池で構成される。
【００８３】
＜その他機器＞
ＩＧ１６１は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１６１はＥＣＵ１７０と接続されており、ＥＣＵ１７０はＩＧ１６１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００８４】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１７０（制御手段）は、燃料電池システム１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００８５】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１００の起動時、すなわち、燃料電池スタック１１０への水素供給開始時における第１遮断弁２０及び第１減圧弁２０１の動作及び効果について、図９、図１０、図１１を参照して説明する。
なお、運転者によってＩＧ１６１がＯＮされ、ＥＣＵ１７０が、ＩＧ１６１のＯＮ信号を検知すると、燃料電池システム１００が起動し、水素を燃料電池スタック１１０へ供給するために、図９の一連の処理を開始する。一連の処理の開始時点において、第１遮断弁２０、第１減圧弁２０１、第２遮断弁１２３及び第２減圧弁１２４は閉状態となっている。
【００８６】
まず、ＥＣＵ１７０は、起動時に中圧センサ１３２によって検出された圧力Ｐ２を取得するとともに（ステップＳ１）、第１遮断弁２０の電磁コイル２４ｃに通電し、パイロット弁体２３を開弁させる（ステップＳ２）。
【００８７】
ＥＣＵ１７０は、起動時の圧力Ｐ２と所定値（＝締切圧力）とを比較し、起動時の圧力Ｐ２が所定値未満である場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、高圧センサ１３１及び中圧センサ１３２によって検出された圧力に基づいて、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間を算出し、均圧時間に所定時間を加えることによって開弁待ち時間を設定する（ステップＳ４）。
【００８８】
すなわち、起動時の圧力Ｐ２が所定値未満である場合には、第１減圧弁２０１は、図８に示す開弁状態となっている。そのため、第１遮断弁２０が図５（ｂ）に示すパイロット弁体２３が開弁した状態から図５（ｃ）に示す開閉弁本体２２が開弁した状態まで移行するには、まず、第１減圧弁２０１の二次側圧力室２１３の圧力が締切圧力以上となることによって、第１減圧弁２０１が図６に示す閉弁した状態となり、続いて、高圧ラインである配管１２２ａの圧力が高まり、配管１２２ａの圧力と水素タンク１０の圧力とが均圧される必要がある。
【００８９】
ここで、ＥＣＵ１７０による開弁待ち時間の設定手法の一例について説明する。
パイロット弁体２３のみが開弁したときにパイロット通路２２ｂを通流する水素ガスの流量（パイロット流量）Ｑは、下記式によって算出される。
Ｑ＝Ａ｛ｆ１（Ｐ０，Ｐ２）｝Ｓ１２
ここで、
Ａ：パイロット弁体２３（パイロット通路２２ｂ）の圧損及びガス種（ここでは、水素ガス）によって決まる定数
Ｓ１：パイロット弁体２３の開口断面積、ここでは、パイロット通路２２ｂの開口断面積
Ｖ１：高圧ラインの容積
Ｖ２：中圧ラインの容積
Ｐ０：タンク圧、すなわち、前回停止時において高圧センサ１３１によって検出された圧力
Ｐ１：高圧ライン圧力、すなわち、現時点において高圧センサ１３１によって検出された圧力
Ｐ２：中圧ライン圧力、すなわち、現時点において中圧センサ１３２によって検出された圧力
Ｐ４：第１減圧弁２０１の締切圧力
である。Ａ，Ｓ１，Ｖ１，Ｖ２，Ｐ４の値は、ＥＣＵ１７０に予め記憶されている。また、ＥＣＵ１７０は、前回停止時に高圧センサ１３１によって検出された圧力、すなわち、タンク圧Ｐ０を記憶しておく。
また、ｆ１は、パイロット通路２２ｂにおける単位断面積当たりの水素ガスの流量であり、Ｐ０，Ｐ２をパラメータとする関数である。ｆ１は、Ｐ２が大きくなって差圧Ｐ０−Ｐ２が小さくなるほど、小さくなる。
ＥＣＵ１７０は、パイロット弁体２３が開弁してから開閉弁本体２２が開弁するまでの間に一定時間間隔でパイロット流量Ｑを算出し、算出された複数のパイロット流量Ｑに基づいて、図１０（ａ）に示す近似曲線を求める。そして、ＥＣＵ１７０は、求められた近似曲線を時間積分することによって、平均流量Ｑａｖｅを算出する。
【００９０】
ＥＣＵ１７０は、差圧（Ｐ０−Ｐ２）ごとに平均流量Ｑａｖｅを算出し、算出された複数の平均流量Ｑａｖｅに基づいて、図１０（ｂ）に示す近似曲線を求める。
すなわち、平均流量Ｑａｖｅは、差圧Ｐ０−Ｐ２をパラメータとする関数として表される。
Ｑａｖｅ＝ｆ２（Ｐ０−Ｐ２）
【００９１】
一方、パイロット弁体２３が開弁してから開閉弁本体２２が開弁するまでに必要な水素ガスの流通量Ｈは、下記式によって算出される。
Ｈ＝ｆ３（Ｐ４，Ｖ２）−ｆ３（Ｐ２，Ｖ２）＋ｆ３（Ｐ０，Ｖ１）−ｆ３（Ｐ１，Ｖ１）
ここで、ｆ３（Ｐ１，Ｖ１）は、最初に高圧ライン内に残存していた水素ガスの量、ｆ３（Ｐ０，Ｖ１）は、開閉弁本体２２が開弁する時点で高圧ライン内に存在する水素ガスの量、ｆ３（Ｐ２，Ｖ２）は、最初に中圧ライン内に残存していた水素ガスの量、ｆ３（Ｐ４，Ｖ２）は、開閉弁本体２２が開弁する時点で中圧ライン内に存在する水素ガスの量である。
【００９２】
ＥＣＵ１７０は、下記式によって、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間Ｔ１を算出する。
Ｔ１＝Ｈ／Ｑａｖｅ
さらに、ＥＣＵ１７０は、下記式によって、第１遮断弁２０を開制御（電磁コイル２４ｃへの通電開始）してから第１減圧弁２０１を開制御（ソレノイド２４３の電磁コイルへの通電開始）するまでの時間である開弁待ち時間Ｔを設定する。
Ｔ＝Ｔ１＋（α＋β）×γ
ここで、
α：電磁コイル２４ｃへの通電を開始してからパイロット弁体２３が開弁し終えるまでの時間
β：開閉弁本体２２が開弁し始めてから開弁し終えるまでの時間
γ：安全マージン（γ＞１）
α，β，γの値は、ＥＣＵ１７０に予め記憶されている。
【００９３】
一方、ＥＣＵ１７０は、起動時の圧力Ｐ２と所定値とを比較し、起動時の圧力Ｐ２が所定値以上である場合には（ステップＳ３でＮｏ）、ＥＣＵ１７０は、開弁待ち時間を所定時間に設定する（ステップＳ５）。
【００９４】
ここで、設定された開弁待ち時間の一例について、図１１を参照して説明する。
線Ｘ１１は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも１００〜３００ｋＰａ低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ１２は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも３００〜５００ｋＰａ低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ１３は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも５００ｋＰａ以上低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ２１は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧以上である場合の開弁待ち時間を表す。図１１から分かるように、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満である場合には、開弁待ち時間は、圧力Ｐ２が低いほど長く、かつ、タンク圧Ｐ０が大きいほど短く設定される。ここで、各線Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３から分かるように、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満の場合における開弁待ち時間は、段階的に変化するように設定されている。ここで、段階的に変化する開弁待ち時間（例えば、線Ｘ１１の区間Ｃ）は、当該区間において算出された開弁待ち時間の最大値に設定されている。また、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）以上である場合には、開弁待ち時間は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満である場合よりも短く、かつ、タンク圧Ｐ０によらず一定に設定される。
【００９５】
続いて、電磁コイル２４ｃへの通電開始からの経過時間が、開弁待ち時間以上となった場合に（ステップＳ６でＹｅｓ）、ＥＣＵ１７０は、第１減圧弁２０１のソレノイド２４３の電磁コイルに通電し、第１減圧弁２０１を開弁させる（ステップＳ７）。その後、ＥＣＵ１７０は、第２遮断弁１２３を開弁させる。
【００９６】
本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００は、水素タンク１０から燃料電池スタック１１０へのガス供給開始時において、中圧センサ１３２によって検出された圧力Ｐ２が締切圧未満である場合に、圧力Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２に基づいて、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、第１遮断弁２０を開制御してから開弁待ち時間経過後に第１減圧弁２０１を開制御するので、電流変化を検出するデバイスを用いることなく、開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、水素タンク１０内の水素ガスの圧力Ｐ０を検出する圧力センサ（第１圧力検出手段）を高圧センサ１３１とは別に設ける構成であってもよい。また、本発明の流体供給システムは、燃料電池車の燃料電池システム以外の燃料電池システム（例えば、定置用燃料電池システム）にも適用可能であり、さらには、燃料電池以外に流体を供給することも可能である。また、第１遮断弁２０は水素タンク１０と別体に設けられていてもよく、第１減圧弁２０１は締切機構を有していない構成であってもよい。また、起動時の圧力Ｐ２が締切圧よりも低い所定圧未満である場合に、前記した手法で均圧時間を算出して開弁待ち時間を設定する構成であってもよい。この場合、起動時の圧力Ｐ２が所定圧以上の場合には、前記したように開弁待ち時間を所定時間に設定することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 水素タンク（流体供給源）
２０ 第１遮断弁（第１弁装置）
２２ 開閉弁本体（メインバルブ）
２３ パイロット弁体（パイロットバルブ）
１００ 燃料電池システム（ガス供給システム）
１２２ａ 配管（第１ライン）
１２３ａ 配管（第２ライン）
１２３ｂ 配管（第２ライン）
１３１ 高圧センサ（第１圧力検出手段、第２圧力検出手段）
１３２ 中圧センサ（第３圧力検出手段）
１７０ ＥＣＵ（制御手段）
２０１ 第１減圧弁（第２弁装置）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載される燃料電池へガスを供給するガス供給システムにおいて、ガスが貯蔵されたタンクの供給流路を開閉する電磁式の遮断弁と、当該遮断弁よりも下流の供給流路に設けられてガス状態を調整して下流側へ供給する開閉弁と、遮断弁及び開閉弁の駆動を制御する制御部と、を備え、制御部が、遮断弁へ供給される電流の変化に基づいて遮断弁の開弁を検出した後に開閉弁の駆動を開始させるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
かかる構成のガス供給システムによれば、遮断弁が駆動するとコイルインダクタンスが変化して磁界が変化し、遮断弁に電流変化が生じる。そして、制御部は、この遮断弁の電流変化に基づいて遮断弁が実際に開弁したことを検知し、その後、開閉弁の駆動を開始させる。
【０００４】
このように、制御部が電流変化に基づいて遮断弁の実際の開弁を検知してから開閉弁の駆動を開始させるので、遮断弁が開弁する最長時間を基準とした開弁時間を予め設定することによって、一律に開弁時間の経過後に開閉弁を駆動させる場合と比較して、起動時の条件に応じて無駄な遅延時間を設けることなく短時間で開閉弁の駆動を開始させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５５７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、特許文献１に記載されたシステムでは、遮断弁の電流変化を検出するデバイスが必要となり、高コスト及び高容積化の原因となっている。また、遮断弁としてパイロット式弁が用いられ、開閉弁として機械式の減圧弁が用いられるが、遮断弁が開弁するまでの時間は、開閉弁の状態によって変わってしまう。しかし、遮断弁の電流変化を検出することなく遮断弁の開弁タイミングを知る技術は知られていないため、遮断弁の電流変化を検出するデバイスが無い場合には、遮断弁のパイロット弁を開弁させてから開閉弁を開弁させるまでの開弁待ち時間を好適に設定することはできない。
【０００７】
本発明は、前記した事情に鑑みて創作されたものであり、低コスト化及び低容積化を実現するとともに開弁待ち時間を好適に設定することが可能な流体供給システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本願発明の流体供給システムは、流体を供給する流体供給源と、前記流体供給源の下流に設けられ、前記流体供給源からの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第１弁装置と、前記第１弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第１ラインと、前記第１ラインの下流側に接続され、前記第１ラインからの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第２の弁装置と、前記第２弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第２ラインと、前記流体供給源内の圧力を検出する第１圧力検出手段と、前記第１ライン内の圧力を検出する第２圧力検出手段と、前記第２ライン内の圧力を検出する第３圧力検出手段と、前記第１弁装置及び第２弁装置を制御する制御手段と、を備え、前記第１弁装置は、パイロットバルブ及びメインバルブを有するパイロット式弁装置であり、前記第２弁装置は、前記制御手段によって閉弁状態とされた場合であっても、前記第二ラインが締切圧未満である場合に開弁するものであり、前記制御手段は、前記流体供給源からの流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段、前記第２圧力検出手段及び前記第３圧力検出手段によって検出された各圧力に基づいて、前記パイロットバルブが開弁し終えてから前記メインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、前記均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、前記第１弁装置を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に前記第２弁装置を開制御することを特徴とする。
【０００９】
かかる構成によると、電流変化を検出するデバイスを用いることなく、開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【００１０】
前記制御手段は、前記ガス供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を長く設定する構成であってもよく、前記ガス供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を短く設定する構成であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流体供給システムにおいて低コスト化及び低容積化を実現するとともに開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施形態に係る第１遮断弁の側断面図である。
【図３】ガス充填時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＞Ｐ１２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ１２＝目標充填圧）である。
【図４】ガス供給時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時である。
【図５】メンテナンス時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１≪Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時（Ｐ１１＜Ｐ１２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）である。
【図６】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＦＦ時の閉弁状態を示している。
【図７】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＮ時の状態を示している。
【図８】実施形態に係る第１減圧弁の側断面図であり、ソレノイドのＯＦＦ時の開弁状態を示している。
【図９】実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）はパイロット弁体開弁からの経過時間とパイロット流量Ｑとの関係を示すグラフ、（ｂ）は差圧（Ｐ０−Ｐ２）と平均流量Ｑａｖｅとの関係の一例を示すグラフである。
【図１１】タンク圧Ｐ０と開弁待ち時間との関係の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
≪実施形態≫
以下、本発明の実施形態について、本発明の流体供給システムを燃料電池車に搭載された燃料電池システムに適用し、燃料電池へ水素（流体）を供給する場合を例にとり、図１〜図１１を参照して説明する。
【００１４】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す燃料電池システム１００（流体供給システム）は、図示しない燃料電池車（車両、移動体）に搭載されている。燃料電池車は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車等である。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。
【００１５】
燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１１０の発電を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ１７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００１６】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
【００１７】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
【００１８】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１１（燃料ガス流路）、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００１９】
そして、アノード流路１１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１１０とモータ５１等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
【００２０】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ− …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ …（２）
【００２１】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク１０（ガス供給源）と、常閉型の第１遮断弁２０と、第１減圧弁２０１と、常閉型の第２遮断弁１２３と、第２減圧弁１２４と、エゼクタ１２５と、リリーフ弁１２６と、常閉型のパージ弁１２７と、高圧センサ１３１と、中圧センサ１３２と、配管１２２ａ等と、を備えている。
【００２２】
水素タンク１０は、第１遮断弁２０、配管１２２ａ、第１減圧弁２０１、配管１２３ａ、第２遮断弁１２３、配管１２３ｂ、第２減圧弁１２４、配管１２４ａ、エゼクタ１２５、配管１２５ａを介して、アノード流路１１１の入口に接続されている。そして、第１遮断弁２０及び第２遮断弁１２３がＥＣＵ１７０からの指示に従って開くと、水素タンク１０の水素が配管１２２ａ等を通って、アノード流路１１１に供給されるようになっている。
【００２３】
水素タンク１０は、例えば、アルミニウム合金により形成され、その内部に水素ガスを高圧で貯留するライナー（タンク室）１０ａ（図２参照、一部のみ図示）を有し、そのライナー１０ａの周囲をＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastic：ガラス繊維強化プラスチック）等で形成されたカバー１０ｂ（図２参照、一部のみ図示）で覆って構成されている。
【００２４】
第１遮断弁２０は、水素タンク１０に形成された開口部１０ｃ（図２参照）に取り付けられる、常閉式のキックパイロット式電磁弁であり、後記するＥＣＵ１７０によって開閉制御される。第１遮断弁２０は、ＥＣＵ１７０による制御によって、水素タンク１０からの水素の通流を許容する開弁状態と水素の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な弁装置である。
【００２５】
図２に示すように、第１遮断弁２０は、水素タンク１０に取り付けられ、弁箱２１、開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５（付勢部材）、連動機構部Ｍなどで構成されている。なお、図２は、説明を容易にするために、第１遮断弁２０を簡略化して図示している。
【００２６】
弁箱２１は、内部に開閉弁本体２２、パイロット弁体２３、ソレノイド２４、コイルばね２５、弁連動機構Ｍを収容する略円筒状の収容部２１ｓを有し、水素タンク１０の外部と連通する第１連通孔２１ａと、水素タンク１０内と連通する第２連通孔２１ｂ，２１ｂと、を備えている。なお、第２連通孔２１ｂは、２箇所に限定されるものではなく、１箇所であっても、３箇所以上であってもよい。
【００２７】
また、弁箱２１の外周面には、ねじ溝２１ｄが形成されており、このねじ溝２１ｄと、水素タンク１０の開口部１０ｃに形成されたねじ溝１０ｄとが、螺合することにより第１遮断弁２０が水素タンク１０に取り付けられている。なお、水素タンク１０と第１遮断弁２０とは、オーリングなどのシール部材（不図示）を介して互いに接合され、水素タンク１０内の水素が外部に漏れ出ないように構成されている。
【００２８】
また、弁箱２１の内部には、開閉弁本体２２が当接することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを遮断し、開閉弁本体２２が離間することで第１連通孔２１ａと水素タンク１０内とを連通する開閉弁弁座２１ｃが設けられている。この開閉弁弁座２１ｃは、例えば、弁箱２１内において凹面が図示下側を向くように形成された凹部２１ｅが周方向にリング状に形成されるとともに、この凹部２１ｅにゴム製や樹脂製のシール部材２１ｆが嵌合されて構成されている。このように、開閉弁本体２２の先端（図示上端）の周縁部がシール部材２１ｆに当接することで、第１連通孔２１ａと水素タンク１０内との連通が遮断される。
【００２９】
開閉弁本体２２は、第１遮断弁２０のメインバルブとして動作するものであり、例えば、断面視略Ｔ字状に形成され、収容部２１ｓ内に収容されている。開閉弁本体２２の先部（図示上部）は、第１連通孔２１ａの開口径よりも大きく、かつ、シール部材２１ｆに当接可能な径となる大径部２２ａ１となっている。なお、本実施形態では、第１連通孔２１ａと対向する開閉弁本体２２（大径部２２ａ１）の上面が、ガス充填時に水素の圧力（ガス圧力）を受ける受圧面２２ｐとなっている。また、開閉弁本体２２の基端部（図示下部）は、大径部２２ａ１より径の小さい小径部２２ａ２となっている。
【００３０】
また、開閉弁本体２２には、大径部２２ａ１及び小径部２２ａ２の径方向の中心部に軸Ｏ方向に沿って貫通するパイロット通路２２ｂが形成されている。また、開閉弁本体２２の基端（一端、図示下端）は、後記するパイロット弁体２３のパイロット弁座２２ｃとして機能するように構成されている。
【００３１】
パイロット弁体２３は、開閉弁本体２２と同軸Ｏとなるように配置され、開閉弁本体２２に形成されたパイロット通路２２ｂと対向する位置に配置されるように構成されている。また、パイロット弁体２３は、ゴムや樹脂などの弾性材料で形成され、パイロット通路２２ｂの通路径よりも大径に形成されている。このように、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが互いに同軸Ｏに配置されることにより、第１遮断弁２０の径方向の寸法を短くすることが可能になる。
【００３２】
なお、パイロット弁体２３側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられてパイロット弁が構成されていてもよく、また開閉弁弁座２１ｃ側ではなく開閉弁本体２２側にシール部材が設けられて開閉弁が構成されていてもよい。
【００３３】
ソレノイド２４は、開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３を開弁させる際の駆動力を発生させるものであり、プランジャ２４ａ、固定コア２４ｂ、電磁コイル２４ｃなどで構成されている。
【００３４】
プランジャ２４ａは、磁性材料で形成され、軸Ｏ方向に棒状に延びる略円柱形状を呈している。また、プランジャ２４ａの先端（一端、図示上端）には、パイロット弁体２３が嵌め込まれている。なお、プランジャ２４ａも、開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３と互いに同軸なるように配置されている。
【００３５】
固定コア２４ｂは、磁性材料で形成され、弁箱２１に形成された収容部２１ｓの底部に固定されている。また、固定コア２４ｂは、略円柱形状を呈し、プランジャ２４ａと同軸Ｏとなるように、プランジャ２４ａの基端（図示下端）と対向して配置されている。
【００３６】
電磁コイル２４ｃは、図示しないボビンに巻回されて構成され、プランジャ２４ａ及び固定コア２４ｂの周囲を取り囲むように配置されている。
【００３７】
コイルばね２５は、一端がプランジャ２４ａの基端（他端）に接し、かつ、他端が固定コア２４ｂに接するように配置され、プランジャ２４ａを押圧して、開閉弁本体２２を開閉弁弁座２１ｃの方向に付勢するように構成されている。なお、コイルばね２５のばね力は、水素充填時（ガス充填時）に、水素タンク１０内が予め設定された充填目標圧力（タンク内が予め設定された流体圧力）に達したときに開閉弁本体２２を閉じるように設定されている。充填目標圧力とは、例えば、水素タンク１０内が満タンとなる圧力である。
【００３８】
連動機構部Ｍは、開閉弁本体２２とプランジャ２４ａとを所定の遊びを持って連動させるものであり、支持部材２６ａと、係合ピン２６ｂと、プランジャ２４ａに形成された連結孔２４ｓと、で構成されている。
【００３９】
支持部材２６ａは、軸方向に延びる略円筒状に形成され、開閉弁本体２２側（上側）に位置する第１円筒部２６ａ１と、この第１円筒部２６ａ１よりも拡径し、かつ、プランジャ２４ａよりも大径に形成された第２円筒部２６ａ２と、を有している。第２円筒部２６ａ２は、第２連通孔２１ｂの途中の高さ位置まで延びて形成されている。
【００４０】
これにより、第１円筒部２６ａ１が、開閉弁本体２２の大径部２２ａ１の下面に当接するとともに、小径部２２ａ２に外嵌することで、開閉弁本体２２に固定されている。また、第２円筒部２６ａ２には、開閉弁本体２２の基端の一部が突出し、かつ、プランジャ２４ａの一部（図示上部）が挿入され、第２円筒部２６ａ２とプランジャ２４ａとの間に水素の通流を可能にするガス通流部Ｚ１が形成されている。
【００４１】
係合ピン２６ｂは、軸Ｏ方向に直交する方向に延びて配置され、第２円筒部２６ａ２に形成された取付孔２６ａ３，２６ａ３に固定されている。一方、プランジャ２４ａには、係合ピン２６の高さ位置において、係合ピン２６が挿通される連結孔２４ｓが貫通して形成されている。この連結孔２４ｓは、内部で係合ピン２６が移動可能となる幅（高さ）で形成されるとともに、係合ピン２６の上部（開閉弁本体２２側、パイロット弁体２３側）に隙間（遊び）Ｓが形成されるように構成されている。なお、図２では、係合ピン２６の図示上下に隙間が形成されている構造を図示しているが、第１遮断弁２０（開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３）が図２に示すように閉じているときに、係合ピン２６の図示上側のみに隙間Ｓが形成されているものであればよい。
【００４２】
また、本実施形態に係る第１遮断弁２０では、弁箱２１と、開閉弁本体２２及び支持部材２６ａとの間に、開閉弁本体２２が開弁したときに水素が通流する開閉弁流路Ｚ２が形成されている。この開閉弁流路Ｚ２は、ガス充填時に、第１連通孔２１ａから水素が導入された後に第２連通孔２１ｂから水素が導出されるように通流し、ガス供給時に、第２連通孔２１ｂから水素が導入された後に第１連通孔２１ａから水素が導出されるように通流する。このように本実施形態における開閉弁流路Ｚ２は、ガス充填時とガス供給時とで水素が通流する方向が相違している（反対になっている）。
【００４３】
なお、本実施形態では、開閉弁弁座２１ｃ、開閉弁本体２２、ソレノイド２４及び連動機構部Ｍにより開閉弁が構成され、パイロット通路２２ｂ、パイロット弁体２３及びソレノイド２４によりパイロット弁が構成されている。
【００４４】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１００の第１遮断弁２０の動作について図３ないし図５を参照して説明する。図３はガス充填時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＞Ｐ１２）、（ｂ）は非励磁時（Ｐ１２＝目標充填圧（所定圧））、図４はガス供給時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時、図５はメンテナンス時における第１遮断弁の動作を示す断面図であり、（ａ）は非励磁時（Ｐ１１≪Ｐ１２）、（ｂ）は励磁時（Ｐ１１＜Ｐ１２）、（ｃ）は励磁時（Ｐ１１＝Ｐ１２）である。
【００４５】
まず、水素タンク１０に水素を充填する場合には、ソレノイド２４が非励磁（消磁）の状態にあり、開閉弁本体２２とパイロット弁体２３とが双方とも、コイルばね２５の付勢力によって、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃを押圧する方向、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃを押圧する方向に閉弁している（図２に示す状態）。
【００４６】
そして、充填口（図示せず）から水素の充填を開始することにより、充填口の第１逆止弁（図示せず）が開弁し、配管（図示せず）を介して第１遮断弁２０に向けて水素の充填が開始される。
【００４７】
このとき、図３（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の上流側（第１遮断弁２０の外側）の圧力をＰ１１とし、開閉弁本体２２の下流側（水素タンク１０（図１参照）内）の圧力をＰ１２とすると、圧力Ｐ１１が圧力Ｐ１２よりも大きいので（Ｐ１１＞Ｐ１２）、充填口側の圧力Ｐ１１によって、開閉弁本体２２の受圧面２２ｐが押圧され、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｚ２を介して連通し、開閉弁流路Ｚ２において水素が矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０に充填される。
【００４８】
そして、図３（ｂ）に示すように、水素タンク１０内の圧力Ｐ１２が予め設定された所定圧（例えば、目標充填圧、水素タンク１０が満タンになる圧力）に達すると、圧力Ｐ１１＝圧力Ｐ１２となり、コイルばね２５の付勢力によって開閉弁本体２２がパイロット弁体２３とともに押圧されて、開閉弁本体２２が閉弁し、第１連通孔２１ａと開閉弁流路Ｚ２との通流が遮断され、水素の充填が完了する。
【００４９】
一方、車両のイグニッションスイッチ１６１がＯＮにされると、ＥＣＵ１７０は、燃料電池ＦＣへの水素の供給を開始する。すなわち、ガス供給時（水素供給時）には、ＥＣＵ１７０が第１遮断弁２０のソレノイド２４を励磁する指令を出力する。このとき、図４（ａ）に示すように、ガス充填完了直後においては、第１遮断弁２０が閉弁したときに圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とがほぼ同等であるので、図４（ｂ）に示すように、ソレノイド２４が励磁されることにより、パイロット弁体２３が開弁せずに、直ちに開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間して、開閉弁本体２２が開弁する。開閉弁本体２２が開弁することにより、第１連通孔２１ａと第２連通孔２１ｂとが開閉弁流路Ｚ２を介して連通し、開閉弁流路Ｚ２において水素が図４（ｂ）の矢印方向に流れ、水素が水素タンク１０から第１減圧弁２０１の方向に向けて供給される。
【００５０】
水素タンク１０から第１遮断弁２０を介して供給された水素は、第１減圧弁２０１により減圧された後に燃料電池１１０のアノードに供給される。また、ガス供給とともに、ＥＣＵ１７０によってコンプレッサ１４１の駆動が開始され、車外から取り込まれた空気が圧縮された後に加湿器（不図示）で加湿され、燃料電池１１０のカソードに供給される。燃料電池ＦＣの発電電力は、走行モータ（不図示）などの外部負荷に供給される。
【００５１】
ところで、水素タンク１０の点検などのメンテナンス（気密検査、耐圧検査など）時には、図５（ａ）に示すように、開閉弁本体２２の下流側の圧力Ｐ１１は低く、水素タンク１０内の圧力Ｐ１２は高くなり、開閉弁本体２２の上流と下流との間での圧力差（前後差圧）が非常に大きくなる。
【００５２】
このようにメンテナンス時において、ＥＣＵ１７０によってソレノイド２４が励磁されると、図５（ｂ）に示すように、プランジャ２４ａが図示下向きに吸引され、パイロット弁体２３がパイロット弁座２２ｃから離間し、パイロット弁体２３が開弁する。なお、このとき開閉弁本体２２の前後差圧は非常に大きいので、ソレノイド２４を励磁したとしても開閉弁体２２は開弁することがない。よって、図５（ｂ）において矢印で示すように、水素タンク１０内の水素は、第２連通孔２１ｂ、ガス通流部Ｚ１、パイロット通路２２ｂ、第１連通孔２１ａを通って、水素タンク１０から流出する。
【００５３】
このように、水素がパイロット通路２２ｂを通って流出して、開閉弁本体２２の下流側（第１減圧弁２０１側、燃料電池ＦＣ側）の圧力Ｐ１１が、開閉弁本体２２の上流側（水素タンク１０側）の圧力Ｐ１２に徐々に近づいて、図５（ｃ）に示すように、圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とが同等になったときに、開閉弁本体２２が開閉弁弁座２１ｃから離間する。つまり、図５（ｂ）に示す状態において、圧力Ｐ１１と圧力Ｐ１２とが同等になったときに、ソレノイド２４の吸引力によってプランジャ２４ａが図示下方に吸引される。このとき、係合ピン２６ｂが連結孔２４ｓ内の上面２４ｓ１にすでに当接しているので、プランジャ２４ａがさらに吸引されることにより、係合ピン２６ｂが引き下げられて、それと同時に開閉弁本体２２も引き下げられ、図５（ｃ）に示すように、開閉弁本体２２が開弁する。すなわち、常閉型のキックパイロット式電磁弁である第１遮断弁２０は、通常（非制御時）は開閉弁本体２２及びパイロット弁体２３が閉弁しており、水素の通流が遮断されている。ＥＣＵ１７０による開制御が行われた場合には、パイロット弁体２３が開弁することによって、パイロット通路２２ｂを介した水素の通流を許容し、続いて、上流である水素タンク１０内の圧力と下流である配管１２２ａ内の圧力との差である差圧が所定値（ここでは、ゼロ）まで低下した場合に開閉弁本体２２が開弁することによって、第１連通孔２１ａを介した水素の通流を許容する。
【００５４】
＜第１減圧弁＞
第１減圧弁２０１は、図６、図７、図８に示すように、水素を減圧する減圧機構と、その弁体２２０を閉位置で保持可能な閉位置保持機構と、を備える電磁弁である。第１減圧弁２０１は、ＥＣＵ１７０による制御によって、配管１２２ａからの水素の通流を許容する開弁状態と水素の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な弁装置である。また、第１減圧弁２０１は、ＥＣＵ１７０による制御によって閉弁状態とされた場合であっても、配管１２３ａが締切圧未満である場合に開弁する機構を有する。
【００５５】
具体的には、第１減圧弁２０１は、ハウジング２１０と、ハウジング２１０内を所定方向（図６では上下方向）において往復する弁体２２０と、ダイヤフラム２３１と、を備えている。そして、ハウジング２１０内は、隔壁２１１によって、一次側圧力室２１２と二次側圧力室２１３とに仕切られている。一次側圧力室２１２には配管１２２ａの水素が流入し、二次側圧力室２１３の水素は配管１２３ａに流出するようになっている。
【００５６】
隔壁２１１には、一次側圧力室２１２と二次側圧力室２１３とを連通する連通ポート２１４が形成されており、連通ポート２１４には弁体２２０の後記する弁棒２２２が遊挿されている。また、連通ポート２１４を囲む隔壁２１１の一次側圧力室２１２側には、環状の弁座２１５が形成されている。
【００５７】
弁体２２０は、一次側圧力室２１２に配置された円板状の弁頭２２１と、弁頭２２１の中心から二次側圧力室２１３側に延びると共に、連通ポート２１４に遊挿されている棒状の弁棒２２２と、を備えている。そして、弁頭２２１が弁座２１５に着座すると第１減圧弁２０１が閉状態となり、弁頭２２１が弁座２１５から離座すると第１減圧弁２０１が開状態となる。
【００５８】
ダイヤフラム２３１は、二次側圧力室２１３に臨むように設けられ、その背面側（隔壁２１１と反対側）に大気と連通する大気室２３２を形成している。ダイヤフラム２３１の中心部分はアダプタ２３３、アダプタ２３４で挟まれており、アダプタ２３４は弁棒２２２の先端部と連結されている。これにより、ダイヤフラム２３１と弁体２２０とは一体で動作するようになっている。
【００５９】
また、第１減圧弁２０１は、大気室２３２において、ダイヤフラム２３１（アダプタ２３３）とハウジング２１０との間に介装された圧縮コイルばね２３５を備えている。圧縮コイルばね２３５は、アダプタ２３３及びアダプタ２３４を介して、弁体２２０を開方向（図６の下方向）に付勢するようになっている。
【００６０】
また、第１減圧弁２０１は、プランジャ２４１と、圧縮コイルばね２４２と、ソレノイド２４３と、を備えている。プランジャ２４１は、弁頭２２１の背面側（弁座２１５と反対面側）で、弁棒２２２と同軸線上で進退自在に配置されている。圧縮コイルばね２４２は、プランジャ２４１とハウジング２１０との間に介装されており、プランジャ２４１を弁体２２０に向かって付勢している。ソレノイド２４３は、ＥＣＵ１７０によってＯＮ（通電）／ＯＦＦ（非通電）制御されることで、プランジャ２４１を進退させるものである。
【００６１】
＜第１減圧弁−閉位置保持機構＞
第１減圧弁２０１の閉位置保持機構を説明する。
ソレノイド２４３がＯＦＦされると、圧縮コイルばね２４２で付勢されるプランジャ２４１は弁頭２２１の背面に当接し、弁頭２２１が弁座２１５に着座するようになっている。このように弁頭２２１が弁座２１５に着座すると、弁体２２０が閉位置で維持され、第１減圧弁２０１が閉状態で維持されるようになっている。
したがって、弁体２２０を閉位置で保持可能な閉位置保持機構は、プランジャ２４１と、圧縮コイルばね２４２と、ハウジング２１０の一部とを備えて構成されている。
【００６２】
＜第１減圧弁−減圧機構＞
第１減圧弁２０１の減圧機構を説明する。なお、減圧機構は、図１に示す第１遮断弁２０１の開状態であって、図７に示すように、ソレノイド２４３がＯＮされ、プランジャ２４１が弁頭２２１から離間した状態において機能する。
【００６３】
二次側圧力室２１３の圧力が高く、二次側圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図６の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図６の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図６の下向きに付勢する力よりも大きい場合、弁頭２２１が弁座２１５に着座し、第１減圧弁２０１が閉じた状態となる。
【００６４】
燃料電池スタック１１０で水素が消費され、二次側圧力室２１３の圧力が低くなり、二次側圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図６の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図６の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図６の下向きに付勢する力よりも小さくなると、弁頭２２１が弁座２１５から離座し、第１減圧弁２０１が開いた状態となる（図８参照）。そして、水素が一次側圧力室２１２から二次側圧力室２１３に流入し、二次側圧力室２１３の圧力が高くなり、第１減圧弁２０１が閉じた状態となる。
【００６５】
ここで、弁体２２０が着座／離座する圧力、つまり、第１減圧弁２０１の二次側圧力は、圧縮コイルばね２３５のばね力を変更することにより、適宜に設定される。なお、圧縮コイルばね２３５のばね力は、圧縮コイルばね２３５を構成する線材の太さ、材質等を変更することで可変される。
【００６６】
したがって、第１減圧弁２０１の減圧機構は、弁体２２０と、ダイヤフラム２３１と、圧縮コイルばね２３５と、を備えて構成されている。
【００６７】
また、メンテナンス後等には、二次側圧力室２１３内の水素が少なくなっているため、二次側圧力室２１３の圧力が締切圧未満となるため、ソレノイド２４３がＯＦＦであるにも関わらず、圧力室２１３の水素がダイヤフラム２３１を図８の上向きに付勢する力と、一次側圧力室２１２の水素が弁体２２０を図８の上向きに付勢する力との合力が、圧縮コイルばね２３５がダイヤフラム２３１を図８の下向きに付勢する力よりも小さくなり、弁頭２２１が弁座２１５から離座し、第１減圧弁２０１が開いた状態となる。なお、二次側圧力室２１３の圧力が締切圧以上となった場合には、第１減圧弁２０１は、図６に示すように閉じた状態となる。
【００６８】
図１に戻って説明を続ける。第２減圧弁１２４は、その一次側（上流側）に供給される水素の圧力を所定の二次側圧力（下流側圧力）に減圧するもの、つまり、その二次側圧力を調整するレギュレータである。このような第２減圧弁１２４は、例えば特開２００９−２７７６２０号公報に記載されるように、弁体、弁座、ダイアフラム（図示しない）等を内蔵し、配管１２４ｂから入力されるパイロット圧と、二次側圧力とに基づいて、弁体が弁座に対して着座／離座を繰り返すことで、二次側圧力を調整するように構成される。なお、配管１２４ｂはカソード流路１１２に向かう空気が通流する配管１４１ａに接続されており、配管１４１ａの圧力が第２減圧弁１２４にパイロット圧として入力されるようになっている。
【００６９】
エゼクタ１２５は、水素タンク１０からの新規の水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧で配管１２５ｂの水素を含むアノードオフガスを吸引・混合し、アノード流路１１１に向けて吐出する真空ポンプである。
【００７０】
リリーフ弁１２６は、配管１２６ａを介して配管１２３ａに接続されており、配管１２３ａの圧力が所定リリーフ圧力以上になると開き、配管１２３ａの水素を車外に放出する弁である。
【００７１】
そして、第１実施形態において、第１遮断弁２０と第１減圧弁２０１とを接続する配管１２２ａは、水素タンク１０からの高圧の水素ガスが通流する高圧ライン（第一ライン）を構成している。第１減圧弁２０１と第２減圧弁１２４とを接続する配管１２３ａ及び配管１２３ｂは、第１減圧弁２０１で減圧された中圧の水素ガスが通流する中圧ライン（第二ライン）を構成している。
【００７２】
アノード流路１１１の出口は、配管１２５ｂを介して、エゼクタ１２５の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１１１から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスが、エゼクタ１２５に戻された後、アノード流路１１１に再供給され、その結果、水素が循環するようになっている。なお、配管１２５ｂには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００７３】
配管１２５ｂの途中は、配管１２７ａ、パージ弁１２７、配管１２７ｂを介して、後記する希釈器１４２に接続されている。パージ弁１２７は、燃料電池スタック１１０の発電時に、配管１２５ｂを循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ１７０によって定期的に開かれる。
【００７４】
高圧センサ１３１は、配管１２２ａに取り付けられており、配管１２２ａ（高圧ライン）内の圧力Ｐ１を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第２圧力検出手段の一例である。また、高圧センサ１３１は、水素タンク１０のタンク内圧である圧力Ｐ０を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第１圧力検出手段の一例でもある。すなわち、高圧センサ１３１は、前回のシステム停止時において圧力Ｐ１を検出するが、第１遮断弁２０が開弁した状態で圧力Ｐ１を検出するため、検出値は圧力Ｐ０と同等である。高圧センサ１３１によって検出された圧力Ｐ０は、ＥＣＵ１７０に出力されて記憶される。
【００７５】
中圧センサ１３２は、配管１２３ａに取り付けられており、配管１２３ａ（中圧ライン）内の圧力Ｐ２を検出し、ＥＣＵ１７０に出力する第３圧力検出手段の一例である。
【００７６】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ１４１と、希釈器１４２と、を備えている。
コンプレッサ１４１の吐出口は、配管１４１ａを介して、カソード流路１１２の入口に接続されている。そして、コンプレッサ１４１は、ＥＣＵ１７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、配管１４１ａを介して、カソード流路１１２に供給するようになっている。なお、コンプレッサ１４１や前記した第１遮断弁２０等は、燃料電池スタック１１０及び／又は後記するバッテリ１５３を電源としている。
【００７７】
カソード流路１１２の出口は、配管１４２ａを介して、希釈器１４２に接続されており、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガスは、配管１４２ａを通って、希釈器１４２に導入されるようになっている。
【００７８】
希釈器１４２は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管１４２ｂを介して、車外に排出されるようになっている。
【００７９】
＜電力制御系＞
電力制御系は、モータ１５１と、電力制御器１５２と、バッテリ１５３とを備えている。モータ１５１は、電力制御器１５２を介して、燃料電池スタック１１０の出力端子（図示しない）に接続されており、バッテリ１５３は、電力制御器１５２に接続されている。すなわち、モータ１５１とバッテリ１５３とは、電力制御器１５２に並列で接続されている。
【００８０】
モータ１５１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。
【００８１】
電力制御器１５２は、ＥＣＵ１７０の指令に従って、（１）燃料電池スタック１１０の出力（発電電力、電流値、電圧値）を制御する機能と、（２）バッテリ１５３の充放電を制御する機能と、を備えている。このような電力制御器１５２は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の各種電子回路を備えて構成される。
【００８２】
バッテリ１５３は、電力を充電／放電する蓄電装置であり、例えば、リチウムイオン型の単電池が複数組み合わせてなる組電池で構成される。
【００８３】
＜その他機器＞
ＩＧ１６１は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１６１はＥＣＵ１７０と接続されており、ＥＣＵ１７０はＩＧ１６１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００８４】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１７０（制御手段）は、燃料電池システム１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００８５】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１００の起動時、すなわち、燃料電池スタック１１０への水素供給開始時における第１遮断弁２０及び第１減圧弁２０１の動作及び効果について、図９、図１０、図１１を参照して説明する。
なお、運転者によってＩＧ１６１がＯＮされ、ＥＣＵ１７０が、ＩＧ１６１のＯＮ信号を検知すると、燃料電池システム１００が起動し、水素を燃料電池スタック１１０へ供給するために、図９の一連の処理を開始する。一連の処理の開始時点において、第１遮断弁２０、第１減圧弁２０１、第２遮断弁１２３及び第２減圧弁１２４は閉状態となっている。
【００８６】
まず、ＥＣＵ１７０は、起動時に中圧センサ１３２によって検出された圧力Ｐ２を取得するとともに（ステップＳ１）、第１遮断弁２０の電磁コイル２４ｃに通電し、パイロット弁体２３を開弁させる（ステップＳ２）。
【００８７】
ＥＣＵ１７０は、起動時の圧力Ｐ２と所定値（＝締切圧力）とを比較し、起動時の圧力Ｐ２が所定値未満である場合には（ステップＳ３でＹｅｓ）、高圧センサ１３１及び中圧センサ１３２によって検出された圧力に基づいて、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間を算出し、均圧時間に所定時間を加えることによって開弁待ち時間を設定する（ステップＳ４）。
【００８８】
すなわち、起動時の圧力Ｐ２が所定値未満である場合には、第１減圧弁２０１は、図８に示す開弁状態となっている。そのため、第１遮断弁２０が図５（ｂ）に示すパイロット弁体２３が開弁した状態から図５（ｃ）に示す開閉弁本体２２が開弁した状態まで移行するには、まず、第１減圧弁２０１の二次側圧力室２１３の圧力が締切圧力以上となることによって、第１減圧弁２０１が図６に示す閉弁した状態となり、続いて、高圧ラインである配管１２２ａの圧力が高まり、配管１２２ａの圧力と水素タンク１０の圧力とが均圧される必要がある。
【００８９】
ここで、ＥＣＵ１７０による開弁待ち時間の設定手法の一例について説明する。
パイロット弁体２３のみが開弁したときにパイロット通路２２ｂを通流する水素ガスの流量（パイロット流量）Ｑは、下記式によって算出される。
Ｑ＝Ａ｛ｆ１（Ｐ０，Ｐ２）｝Ｓ１２
ここで、
Ａ：パイロット弁体２３（パイロット通路２２ｂ）の圧損及びガス種（ここでは、水素ガス）によって決まる定数
Ｓ１：パイロット弁体２３の開口断面積、ここでは、パイロット通路２２ｂの開口断面積
Ｖ１：高圧ラインの容積
Ｖ２：中圧ラインの容積
Ｐ０：タンク圧、すなわち、前回停止時において高圧センサ１３１によって検出された圧力
Ｐ１：高圧ライン圧力、すなわち、現時点において高圧センサ１３１によって検出された圧力
Ｐ２：中圧ライン圧力、すなわち、現時点において中圧センサ１３２によって検出された圧力
Ｐ４：第１減圧弁２０１の締切圧力
である。Ａ，Ｓ１，Ｖ１，Ｖ２，Ｐ４の値は、ＥＣＵ１７０に予め記憶されている。また、ＥＣＵ１７０は、前回停止時に高圧センサ１３１によって検出された圧力、すなわち、タンク圧Ｐ０を記憶しておく。
また、ｆ１は、パイロット通路２２ｂにおける単位断面積当たりの水素ガスの流量であり、Ｐ０，Ｐ２をパラメータとする関数である。ｆ１は、Ｐ２が大きくなって差圧Ｐ０−Ｐ２が小さくなるほど、小さくなる。
ＥＣＵ１７０は、パイロット弁体２３が開弁してから開閉弁本体２２が開弁するまでの間に一定時間間隔でパイロット流量Ｑを算出し、算出された複数のパイロット流量Ｑに基づいて、図１０（ａ）に示す近似曲線を求める。そして、ＥＣＵ１７０は、求められた近似曲線を時間積分することによって、平均流量Ｑａｖｅを算出する。
【００９０】
ＥＣＵ１７０は、差圧（Ｐ０−Ｐ２）ごとに平均流量Ｑａｖｅを算出し、算出された複数の平均流量Ｑａｖｅに基づいて、図１０（ｂ）に示す近似曲線を求める。
すなわち、平均流量Ｑａｖｅは、差圧Ｐ０−Ｐ２をパラメータとする関数として表される。
Ｑａｖｅ＝ｆ２（Ｐ０−Ｐ２）
【００９１】
一方、パイロット弁体２３が開弁してから開閉弁本体２２が開弁するまでに必要な水素ガスの流通量Ｈは、下記式によって算出される。
Ｈ＝ｆ３（Ｐ４，Ｖ２）−ｆ３（Ｐ２，Ｖ２）＋ｆ３（Ｐ０，Ｖ１）−ｆ３（Ｐ１，Ｖ１）
ここで、ｆ３（Ｐ１，Ｖ１）は、最初に高圧ライン内に残存していた水素ガスの量、ｆ３（Ｐ０，Ｖ１）は、開閉弁本体２２が開弁する時点で高圧ライン内に存在する水素ガスの量、ｆ３（Ｐ２，Ｖ２）は、最初に中圧ライン内に残存していた水素ガスの量、ｆ３（Ｐ４，Ｖ２）は、開閉弁本体２２が開弁する時点で中圧ライン内に存在する水素ガスの量である。
【００９２】
ＥＣＵ１７０は、下記式によって、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間Ｔ１を算出する。
Ｔ１＝Ｈ／Ｑａｖｅ
さらに、ＥＣＵ１７０は、下記式によって、第１遮断弁２０を開制御（電磁コイル２４ｃへの通電開始）してから第１減圧弁２０１を開制御（ソレノイド２４３の電磁コイルへの通電開始）するまでの時間である開弁待ち時間Ｔを設定する。
Ｔ＝Ｔ１＋（α＋β）×γ
ここで、
α：電磁コイル２４ｃへの通電を開始してからパイロット弁体２３が開弁し終えるまでの時間
β：開閉弁本体２２が開弁し始めてから開弁し終えるまでの時間
γ：安全マージン（γ＞１）
α，β，γの値は、ＥＣＵ１７０に予め記憶されている。
【００９３】
一方、ＥＣＵ１７０は、起動時の圧力Ｐ２と所定値とを比較し、起動時の圧力Ｐ２が所定値以上である場合には（ステップＳ３でＮｏ）、ＥＣＵ１７０は、開弁待ち時間を所定時間に設定する（ステップＳ５）。
【００９４】
ここで、設定された開弁待ち時間の一例について、図１１を参照して説明する。
線Ｘ１１は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも１００〜３００ｋＰａ低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ１２は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも３００〜５００ｋＰａ低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ１３は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）よりも５００ｋＰａ以上低い場合の開弁待ち時間、線Ｘ２１は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧以上である場合の開弁待ち時間を表す。図１１から分かるように、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満である場合には、開弁待ち時間は、圧力Ｐ２が低いほど長く、かつ、タンク圧Ｐ０が大きいほど短く設定される。ここで、各線Ｘ１１，Ｘ１２，Ｘ１３から分かるように、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満の場合における開弁待ち時間は、段階的に変化するように設定されている。ここで、段階的に変化する開弁待ち時間（例えば、線Ｘ１１の区間Ｃ）は、当該区間において算出された開弁待ち時間の最大値に設定されている。また、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）以上である場合には、開弁待ち時間は、起動時の圧力Ｐ２が所定圧（締切圧）未満である場合よりも短く、かつ、タンク圧Ｐ０によらず一定に設定される。
【００９５】
続いて、電磁コイル２４ｃへの通電開始からの経過時間が、開弁待ち時間以上となった場合に（ステップＳ６でＹｅｓ）、ＥＣＵ１７０は、第１減圧弁２０１のソレノイド２４３の電磁コイルに通電し、第１減圧弁２０１を開弁させる（ステップＳ７）。その後、ＥＣＵ１７０は、第２遮断弁１２３を開弁させる。
【００９６】
本発明の実施形態に係る燃料電池システム１００は、水素タンク１０から燃料電池スタック１１０へのガス供給開始時において、中圧センサ１３２によって検出された圧力Ｐ２が締切圧未満である場合に、圧力Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２に基づいて、パイロット弁体２３が開弁し終えてから開閉弁本体２２が開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、第１遮断弁２０を開制御してから開弁待ち時間経過後に第１減圧弁２０１を開制御するので、電流変化を検出するデバイスを用いることなく、開弁待ち時間を好適に設定することができる。
【００９７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、水素タンク１０内の水素ガスの圧力Ｐ０を検出する圧力センサ（第１圧力検出手段）を高圧センサ１３１とは別に設ける構成であってもよい。また、本発明の流体供給システムは、燃料電池車の燃料電池システム以外の燃料電池システム（例えば、定置用燃料電池システム）にも適用可能であり、さらには、燃料電池以外に流体を供給することも可能である。また、第１遮断弁２０は水素タンク１０と別体に設けられていてもよく、第１減圧弁２０１は締切機構を有していない構成であってもよい。また、起動時の圧力Ｐ２が締切圧よりも低い所定圧未満である場合に、前記した手法で均圧時間を算出して開弁待ち時間を設定する構成であってもよい。この場合、起動時の圧力Ｐ２が所定圧以上の場合には、前記したように開弁待ち時間を所定時間に設定することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０ 水素タンク（流体供給源）
２０ 第１遮断弁（第１弁装置）
２２ 開閉弁本体（メインバルブ）
２３ パイロット弁体（パイロットバルブ）
１００ 燃料電池システム（ガス供給システム）
１２２ａ 配管（第１ライン）
１２３ａ 配管（第２ライン）
１２３ｂ 配管（第２ライン）
１３１ 高圧センサ（第１圧力検出手段、第２圧力検出手段）
１３２ 中圧センサ（第３圧力検出手段）
１７０ ＥＣＵ（制御手段）
２０１ 第１減圧弁（第２弁装置）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を供給する流体供給源と、
前記流体供給源の下流に設けられ、前記流体供給源からの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第１弁装置と、
前記第１弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第１ラインと、
前記第１ラインの下流側に接続され、前記第１ラインからの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第２の弁装置と、
前記第２弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第２ラインと、
前記流体供給源内の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
前記第１ライン内の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
前記第２ライン内の圧力を検出する第３圧力検出手段と、
前記第１弁装置及び第２弁装置を制御する制御手段と、
を備え、
前記第１弁装置は、パイロットバルブ及びメインバルブを有するパイロット式弁装置であり、
前記第２弁装置は、前記制御手段によって閉弁状態とされた場合であっても、前記第二ラインが締切圧未満である場合に開弁するものであり、
前記制御手段は、前記流体供給源からの流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段、前記第２圧力検出手段及び前記第３圧力検出手段によって検出された各圧力に基づいて、前記パイロットバルブが開弁し終えてから前記メインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、前記均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、前記第１弁装置を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に前記第２弁装置を開制御する
ことを特徴とする流体供給システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を長く設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を短く設定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体供給システム。
【請求項１】
流体を供給する流体供給源と、
前記流体供給源の下流に設けられ、前記流体供給源からの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第１弁装置と、
前記第１弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第１ラインと、
前記第１ラインの下流側に接続され、前記第１ラインからの前記流体の通流を許容する開弁状態と前記流体の通流を遮断する閉弁状態とを切換可能な第２の弁装置と、
前記第２弁装置の下流側に接続され、前記流体が通流する第２ラインと、
前記流体供給源内の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
前記第１ライン内の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
前記第２ライン内の圧力を検出する第３圧力検出手段と、
前記第１弁装置及び第２弁装置を制御する制御手段と、
を備え、
前記第１弁装置は、パイロットバルブ及びメインバルブを有するパイロット式弁装置であり、
前記第２弁装置は、前記制御手段によって閉弁状態とされた場合であっても、前記第二ラインが締切圧未満である場合に開弁するものであり、
前記制御手段は、前記流体供給源からの流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段、前記第２圧力検出手段及び前記第３圧力検出手段によって検出された各圧力に基づいて、前記パイロットバルブが開弁し終えてから前記メインバルブが開弁し始めるまでの均圧時間を算出するとともに、前記均圧時間に基づいて開弁待ち時間を設定し、前記第１弁装置を開制御してから前記開弁待ち時間経過後に前記第２弁装置を開制御する
ことを特徴とする流体供給システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を長く設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の流体供給システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記流体供給開始時において、前記第３圧力検出手段によって検出された圧力が前記締切圧未満である場合に、前記第１圧力検出手段によって検出された圧力が小さいほど前記開弁待ち時間を短く設定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体供給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１１３３６２（Ｐ２０１３−１１３３６２Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５９２２６（Ｐ２０１１−２５９２２６）
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２８日（２０１１．１１．２８）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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