WO2007020957A1

WO2007020957A1 - 燃料ガス供給装置およびその制御方法

Info

Publication number: WO2007020957A1
Application number: PCT/JP2006/316135
Authority: WO
Inventors: Koji Katano
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2007-02-22
Also published as: CN101814617B; US9742015B2; CN101238607A; US20090053567A1; CN101814617A; DE112006002018B4; CN101238607B; JP4992209B2; DE112006002018T5; JP2007048693A

Abstract

燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量が減少する場合における２つの減圧弁間の圧力の過度の上昇を抑制することのできる技術を提供する。燃料ガス供給装置は、燃料電池スタックに供給される燃料ガスが通るガス通路と、ガス通路に設けられた第１の減圧弁と、ガス通路に設けられ、前記第１の減圧弁の下流側に配置された第２の減圧弁と、第２の減圧弁の下流側の目標圧力の値を、燃料電池スタックで消費される燃料ガスの消費量に応じた値に設定する設定部と、消費量が所定量以上減少する場合に、第２の減圧弁の目標圧力の値を、減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する変更部と、を備える。

Description

明細書，

燃料ガス供給装置およびその制御方法技術分野

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置の技術に関する。背景技術

燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、'燃料電池スタックに酸化ガスを供給する酸化ガス供給系と、を備えている。燃料ガス供給系は、例えば、燃料ガスを高圧で蓄えるタンクと、該タンクと燃料電池スタックとを接続する燃料ガス通路と、を備えている。そして、燃料ガス供給系は、通常、燃料ガス通路の上流側に設けられた第 1の減圧弁と下流側に設けられた第 2の減圧弁とを備えている。なお、各減圧弁は、その下流側の圧力が目標圧力となるように調整する機能を有する。

ところで、燃料電池スタックで消費される燃料ガス量が急激に減少する場合には、通常、下流側の第 2の減圧弁が先に閉じ、上流側の第 1の減圧弁が後に閉じる。すなわち、燃料電池スタックで消費される燃料ガス量が急激に減少すると、第 2の減圧弁の下流側の圧力が上昇し、この結果、第 2の減圧弁が閉じる。また、第 2の減圧弁が閉じ始めると、第 1の減圧弁の下流側の圧力が上昇し、この結果、第 1の減圧弁が閉じる。上記めように、第 2の減圧弁が先に閉状態に設定され、第 1の減圧弁が後に閉状態に設定される場合には、 2つの減圧弁の間の圧力が過度に上昇してしまう。このため、従来の技術では、 2つの減圧弁や 2つの減圧弁間の通路が破損するおそれがあり、これらの部位の耐圧を向上させる必要があつた。発明の開示,.

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池で消費される燃料ガスの消費量が減少する場合における 2つの減圧弁間の圧力の過度の上昇を抑制することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第 1の装置は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、前記ガス通路に設けられ、前記第 ίの減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、前記第 2の減圧弁の下流側の目標圧力の値を、前記燃料電池で消費される燃料ガスの消費量に応じた値に設^:する設定部と、前記料電池で消費される燃料ガスの量が所定量以上減少する場合に、前記第 2の i 圧弁の目標圧力の値を、前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する変更部と、を備えることを特徴とする。この装置では、燃料ガスの消費量が所定量以上減少すると、第 2の減圧弁の目標圧力の値が減少後の消費量に対応する値よリも大きな値に設定されるため、第 2の減圧弁は有意な開度に設定される。この結果、 2つの減圧弁の間の燃料ガスは第 2の減圧弁を介して下流側の燃料電池に流出するため、 2つの減圧弁の間の圧力の過度の上昇を抑制することができる。

上記の装置において.、さらに、前記第 1の減圧弁と前記第 2の減圧弁との間の圧力を検出するための圧力センサを備え、前記変更部は、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よリも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 1の閾値以上となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値をさらに増大させることが好ましい。

こうすれば、 2つの減圧弁の間の圧力の過度の上昇を確実に抑制することがでさる。上記の装置において、前記第 1の減圧弁と前記第 2の減圧弁との間の圧力を検出するための圧力センサを備え、前記変更部は、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 2の閾値以下となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値を低減させることが好ましい。

こうすれば、 2つの減圧弁の間の圧力の過度の上昇が抑制された後に、 2つの減圧弁の間の燃料ガスが第 2の減圧弁を介して下流側の燃料電池に流出しないため、燃料ガスを有効に利用することができる。

上記の装置において、 ^記変更部が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する際の変更後の値は、前記燃料電池の電解質膜を介してァノード側からカソード側に透過する燃料ガスの漏出量以下の有意な量の燃料ガスが前記燃料電池に流入するように、設定されることが好ましい。

こうすれば、 2つの減圧弁の間の燃料ガスが下流側の燃料電池に流入しても、燃料電池内部の燃料ガス量は増大しないため、燃料電池内部の圧力が高まって燃料電池が破損するのを抑制することができる。

本発明の第 2の装置は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であつて、前記燃料電池に供給される^料ガスが通るガス通路と、前記ガス通路に設けられた第 Ίの減圧弁と、前記ガス通路に設けられ、前記第 1の減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、前記第 2の減圧弁が最も絞られた状態で、前記第

2の減圧弁の上流側の燃料ガスを前記第 2の減圧弁の下流側に流通させるための流通路と、を備えることを特徴とする。 . '

この装置では、燃料ガスの消費量が減少して 2つの減圧弁が最も絞られた状態に設定される場合にも、 2つの減圧弁の間の燃料ガスは流通路を介して下流側の燃料電池に流出するため、 2つの減圧弁の間の圧力の過度の上昇を抑制することができる。

上記の装置において、前記流通路は、前記第 2の減圧弁の内部に設けられていてもよい。 . '

例えば、上記の装置において、前記第 2の減圧弁は、略テーパ状の先端部を有するニードル弁と、前記ニードル弁の前記先端部に対応するシ一卜部と、を備え、前記流通路は、前記先端部と前記シー卜部との少なくとも一方に設けられた凹部または凸部によって、前記先端部と前記シー卜部との間に形成されるようにしてもよい。

あるいは、上記の装置において、前記流通路は、前記第 2の減圧弁の外部に設けられ、前記第 2の減圧の上流側と下流側とを接続する接続通路を含むようにしてもよい。

上記の装置において、前記流通路は、前記第 2の減圧弁が最も絞られた状態で、前記燃料電池の電解質膜を介してァソード側からカソード側に透過する燃料ガスの漏出量以下の有意な量の燃料ガスが前記燃料電池に流入するように、設けられていることが好ましい。

本発明の第 3の装置は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であつて、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、前言さガス通路に設けられ、前記第 1の減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、を備え、前記第 2の減圧弁は、前記燃料電池で消費される燃料ガスの消費量が減少する場合に、前記第〗の減圧弁が閉状態に設定された後に、閉状態に設定されるように、構成されていることを特徴とする。この装置では、第 2の減圧弁が閉状態に設定される前に、 2つの減圧弁の間の燃料ガスは下流側の燃料電池に流出するため、 2つの減圧弁の間の圧力の過度の上昇を抑制することができる。

なお、本発明の第 1の装置は、方法の態様でも実現可能である。例えば、本発明の方法は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置における制御方法であって、前記燃料ガス供給装置は、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、前記ガス通路に設けられ、前記第 1の減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、を備え、前記方法は、（a ) 前記第 2の減圧弁の下流側の目標圧力の値を、前記燃料電池で消費される燃料ガスの消費量に応じた値に設定する工程と、（b ) 前記消費量が所定量以上減少する場合に、前記第 2の減圧弁の前記目標圧力の値を、前記減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する工程と、を備えることを特徴とする。なお、この発明は、種々形態で実現することが可能であり、例えば、燃料ガス供給装置、該燃料ガス供給装置と燃料電池とを備える燃料電池システム、該燃料電池システムを搭載した移動体などの装置、およびこれらの装置における制御方法、これらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の種々の態様で実現することがでさる。図面の簡単な説明

図 ίは、第 1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図 2は、比較例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。

図 3は、第 1実施例における第 2の減圧弁 2 1 8の制御の手順を示すフローチャ一卜である。

図 4は、第 1実施例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。

図 5は、第 1実施例の変形例における第 2の圧弁 2 1 8の制御の手順を示すフローチヤ一卜である。図 6は、第 1実施例の変形例における燃料;^ス供給系の動作を示す説明図であ ¾。

図 7は、第 2実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図 8は、第 2実施例における第 2の減圧弁 2 1 8 Bの内部構造を模式的に示す説明図である。

図 9は、第 2実施例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。

図 1 0は、第 2実施例の第 1の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8 B 1を示す説明図である。 ' '

図 1 Uま、第 2実施例の第 2の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8 B 2を示す説明図である。 '

図 1 2は、第 2実施例の第 3の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8 B 3を示す説明図である。

図 1 3は、第 2実施例の第 4の変形例における燃料ガス供給系 2 0 0 B 4を示す説明図である。

図 1 4は、第 3実施例における第 2の減圧弁 2 1 8 Cの内部構造を模式的に示す説明図である。

図 1 5は、第 3実施例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。発明を実施するための最良の形態

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。

A . 第 1実施例： '

A— 1 . 燃料電池システムの全体構成：

A— 2 . 比較例における燃料ガス供給系の動作：

A— 3 . 第 1実施例における燃料ガス供給系の動作：

A— 4 . 第〗実施例の変形例：

B . 第 2実施例： B - 1 . 第 2実施例の第 1の変形例：

B - 2 . 第 2実施例の第 2の変形例：

B - 3 . 第 2実施例の第 3の変形例： .

B— 4 . 第 2実施例の第 4の変形例：

C . 第 3実施例：

A . 第 1実施例： '

A— 1 . 燃料電池システム 0全体構成：

図 1は、第 1実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。なお、この燃料電池シスチ厶は、車両に搭載されている。図示するように、燃料電池システムは、燃料電池スタック 1 0 0と、燃料ガス供給系 2 0 0と、酸化ガス供給系 3 0 0と、を備えている。

燃料電池スタック 1 0 0は、燃料ガス供給系 2 0 0から供給された燃料ガス (水素ガス）と、酸化ガス供給 ¾ 3 0 0から供給された酸化ガス（空気）と、を使用して、発電する。そして、燃料電池スタック 1 0 0に接続された負荷 Rに電力が供給される。本実施例では、燃料電池スタック T O 0と負荷 Rとの間には、負荷

Rを流れる電流を測定するための電流計〗 0 2が設けられている。

燃^ ίガス供給系 2 0 0は、燃料ガス（水素ガス）を高圧で貯蔵するタンク 2 1

0を備えており、燃料ガスは、燃料ガス通路 1 2 1を介して燃料電池スタック 1 0 0に供給される。タンク 2 1 0には、第 1の遮断弁 2 1 2が設けられており、第 1の遮断弁 2 1 2が開状態に設定されると、燃料ガス通路 1 2 1内に燃料ガスが送出される。燃料ガス通路 1 2 1 には、第 1の減圧弁 2 1 4と第 2の減圧弁 2

1 8とがこの順に設けられている。第 1および第 2の減圧弁 2 1 4 , 2 1 8のそれぞれは、ダイアフラ厶を備え、その下流側の圧力に応じて開度が機械的に調整される弁である。第 1の減圧弁 2 1 4は、その下流側の燃料ガス通路 1 2 1内の圧力が比較的高い第〗の目標圧力に等しくなるように、減圧する。第 2の減圧弁 2 1 8は、その下流側の燃料ガス通路 1 2 1 の圧力が比較的低い第 2の目標圧力に等しくなるように、減圧する。特に、本実施例では、第 1の減圧弁 2 1 4の第 1の目標圧力は、一定の値に設定されているが、第 2の減圧弁 2 1 8の第 2の目標圧力は、調整可能である。

なお、以下では、燃料ガス通路 1 2 1のうち、第 1の遮断弁 2 1 2と第 1の減圧弁 2 1 4との間の部分を、第 1の部分通路 1 2 1 aと呼び、第 1の減圧弁 2 ^ 4と第 2の減圧弁 2 1 8との間の部分を第 2の部分通路 1 2 1 bと呼び、第 2の減圧弁 2 1 8と燃料電池スタック 1 0 0との間の部分第 3の部分通路 1 2 1 c と呼ぶ。

第 2の部分通路 1 2 1 6には、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力（すなわち第 1の減圧弁 2 1 4の下流側の圧力） P bを検出する第 1の圧力センサ 2 2 4が設けられている。また、第 3の部分通路 1 2 1 cには、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力（すなわち第 2の減圧弁 2〗 8の下流側の圧力） P cを検出する第 2の圧力センサ 2 2 6が設けられている。 ·

酸化ガス供給系 3 0 0は、酸化ガス（空気）を送出するブロワ 3 1 0を備えており、酸化ガスは、酸化ガス通路 1 3 1を介して燃料電池スタック 1 0 0に供給される。

燃料電池スタック 1 0 0から排出された使用済みの燃料オフガスは、燃料オフガス通路 1 2 9を通る _P 燃料オフガス通路 1 2 9には、第 2の遮断弁 2 6 0が設けられている。第 2の遮断弁 2 6 0は、間欠的に開状態に設定され、,これにより、燃料オフガスが燃料電池スタック 1 0 0から排出される。また、燃料電池スタツク 1 0 0から排出された使用済みの酸化オフガスは、酸化オフガス通路 1 3 9を通る。燃料オフガス通路 1 2 9と酸化オフガス通路〗 3 9とは、下流側で合流しており、燃料オフガスと酸化オフガスとは合流通路 1 4 1内で混合されて大気へ放出される。

燃料電池システムは、さらに、システム全体の動作を制御する制御回路 6 0 0 を備えている。制御回路 6 0 0は、電流計 1 Q 2の検出結果と、 2つの圧力センサ 2 2 4， 2 2 6の検出結果と、を取得する。また、制御回路 6 0 0は、 2つの遮断弁 2 1 2 , 2 6 0の開閉と、.ブロワ 3 1 0の動作と、を制御する。

特に、本実施例の制御回路 6 0 0は、燃料電池スタック〗 0 0で消費される燃料ガス量に応じて、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を設定する。具体的には、制御回路 6 0 0は、電流計 1 0 2の検出結果に応じて、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を設定する。例えば、電流計 1 0 2によって検出される出力電流が比較的小さい場合には、燃料電池スタック 1 0 0内部での燃料ガスの消費量が比較的小さいため、制御回路 6 0 0は、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を比較的小さな値に設定する。なお、燃料電スタック 1 0 0の出力電流は、例えば、車両が比較的低い速度で走行している場合に、比較的小さくなる。

また、制御回路 6 0 0は、燃料電池スタック 1 0 0で消費される燃料ガス量が急激に減少した場合に、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を調整することによって、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を抑制する。具体的には、制御回路 6 0 0は、電流計 1 0 2によって検出される出力電流が急激に減少した場合に、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を増大さる。なお、燃料電池スタック 1 0 0の出力電流は、例えば、車両が急激に減速する場合に、急激に減少する。また、制御回路 6 0 0は、第 1の圧力センサ 2 2 4によって検出される第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの検出結果を考慮して、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力をさらに墻大させることができる。

なお、本実施例における制御回路 6 0 0が本発明における設定部に相当すると共に変更部に相当する。また、本実施例における第〗の圧力センサ 2 2 4が本発明における圧力センサに相当する。本実施例では、説明の便宜上、第 2の圧力センサ 2 2 6が設けられているが、第 2の圧力センサ 2 2 6は省略可能である。

A— 2 . 比較例における燃料ガス供給系の動作：' 本実施例における燃料ガス供給系 200の動作の説明に先行して、以下では、比較例における燃料ガス供給系 200 ' (図示せず）の動作について説明する。なお、比較例の燃料ガス供給系 200' は、図 1の燃料ガス供給系 200とほぼ同じであるが、第 2の減圧弁 2 1 8' (図示せず）が変更されている。具体的には、第 1実施例では、第 2の減圧弁 2 Ί 8の目標圧力が制御回路 600によって調整可能であるが、比較例では、第 2の減圧弁 2 1 8' (図示せず）の目標圧力は一定の値に設定されており、制御回路 600によって調整不能である。

図 2は、比較例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。図 2 (a) 〜（e) は、それぞれ、燃料電池スタック 1 00の出力電流と、第 2の減圧弁 2 1 8' の開度と、第 1の減圧弁 2 1 4.の開度と、第 2の圧力センサ 226によつて検出される第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cと、第 1の圧力センサ 224 によって検出される第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bと、の時間経過に伴う変化を示している。

車両が急激に減速すると、燃料電池スタック 1 00の出力電流が急激に減少する（図 2 (a) ) 。このとき、燃料電池スタック 1 00内部では燃料ガスが消費されないため、第 3の部分通路 1 2 〗 c内の圧力 P cが上昇する（図 2 ( d ) )。これにより、第 2の減圧弁 2 1 8' が次第に閉じ、最終的に閉状態に設定される (図 2 (b) ) 。また、このとき、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bが上昇する（図 2 (e) ) 。これにより、第 1の減庄弁 2 1 4が次第に閉じ、最終的に閉状態に設定される（図 2 (c) ) 。

燃料電池スタック 1 00内部には図示しない電解質腠が設けられており、燃料電池スタック 1 00内部において、燃料ガスは電解質膜を介して燃料ガス側（ァノード側）から酸化ガス側（力ソード側）に漏れ出す。このため、第 2の減圧弁 2 1 8' が閉状態に設定された後、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cは、次第に減少している（図 2 (d) ) 。

また、第 1および第 2の減圧弁 2 1 4， 2 1 8' が閉状態に設定されると、第 2の部分通路 1 2 Ί bは閉じた空間となるため、第 2の部分通路 1 2 Ί b内の圧力 P b (図 2 ( e ) ) はほぼ一定の値で維持される。

図 2に示すように、比較例では、第 2の減圧弁 2 1 8 ' が閉状態に設定された後に、第 1の減圧弁 2 4が閉状態に設定されている。このため、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bは過大になってしまい、第 2の部分通路 1 2 1 bの通路壁や、第 1の減圧弁 2 1 4の下流側の機構、第 2の減圧弁 2 1 8 ' の上流側の機構などが破損してしまう恐れがある。

そこで、本実施例では、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力を制御することによつて、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を抑制している。

A— 3 . 第 Ί実施例における燃料ガス供給系の動作：

図 3は、第 1実施例における第 2の減圧弁' 2 1 8の制御の手順を示すフローチヤー卜である。なお、図 3の処理は、例えば、車両が急激に減速するときに実行される。なお、図 3の処理の実行期間では、第 1の遮断弁 2 1 2は、開状態のまま維持されている。また、本実施例では、図 3の処理の実行期間において、第 2 の遮断弁 2 6 0が閉状態に設定されている場合^想定する。

ステップ S 1 0 2では、制御回路 6 0 0は、電流計 1 0 2の検出値を取得し、所定期間内に燃料電池スタック 1 0 0の出力電流が所定量以上減少したか否か、換言すれば、所定期間内に燃料電スタック 1 0 0で消費される燃料ガスの消費量が所定量以上減少したか否かを判断する。なお、車両が減速すると、燃料電池スタック 1 0 0の負荷 Rが減少して、燃料電池ス夕ック 1 0 0の出力電流が減少する。このとき、燃料電池スタック 1 0 0内部では、燃料ガスの消費量が減少する。この説明から分かるように、本実施例では、燃料電池スタック 1 0 0の出力電流を利用して、車両の急激な減速を、換言すれば、燃料ガス消費量の急激な減少を検出している。

ステップ S 1 0 2において燃料電池スタック 1 0 0の出力電流が所定量以上減少したと判断される場合には、ステップ S 1 0.4に進み、減少していないと判断される場合には、図 3の処理が終了する。

ステップ S 1 04では、制御回路 600は、第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tを増大させる。具体的には、制御回路 60 ,0は、第 2の減圧弁 21 8の目標圧カ tの値を P t +Δ P t 1 に設定し、該設定値を第 2の減圧弁 21 8に与える。本実施例では、設定値 P t +Δ P t 1は、所定値 P c— m a X未満の値に設定される。

なお、所定値 P c— ma xは、第 2の減圧弁 21 8よりも下流側において最も耐圧が低い部位を考慮して決定される値である。本実施例では、燃料電池スタツク 1 00の耐圧が最も低いため、この耐圧を考慮して、所定値 P c—ma xが予め設定されている。このように、第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tが所定の圧力値 P c— ma X未満の値に設定されれば、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cが過度に大きくなり、燃料電池スタック 1 0ひが破損してしまうのを抑制することができる。

ステップ S 1 06では、制御回路 600は、第 1の圧力センサ 224によって検出された第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bを取得し、該圧力 P bが第 1の閾値 P b— ma X以上であるか否かを判断する。圧力 P bが第 1の閾値 P b_m a X未満である場合には、ステップ S 1 06の処理が繰り返し実行される。一方、圧力 P bが第 1の閾値. P b— max以上である場合には、ステップ S 1 08に進む。なお、第〗の閾値 P b—ma xは、第 2の部分通路 1 21 bの通路壁や、第 1の減圧弁 2 1 4の下流側の檣構、第 2の減圧弁 2 1 8の上流側の機構などの耐圧を考慮して決定される値である。

ステップ S 1 08では、制御回路 600は、第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tをさらに増大させることができるか否かを判断する。具体的には、制御回路 6 00は、値 P t +△ P t 2が所定値 P c— m a X未満の値か否かを判断する。目標圧力 P tをさらに増大させることができると判斷される場合（すなわち P t + Δ P t 2<P c— ma xの場合）には、ステップ S 1 1 0に進み、目標圧力 P t をさらに増大させることができないと判断される場合（すなわち P t +Δ P t 2 ≥P c— ma xの場合）には、図 3の処理が終了する。

ステップ S 1 1 0では、制御回路 600は、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tをさらに増大させる。具体的には、制御回路 600は、目標圧力 P tの値を P t +Δ P t 2に設定し、該設定値を第 2の減庄弁 21 8に与える。

その後、ステップ S 1 06に戻り、ステップ S 1 06の処理が再度実行される。図 3の処理は、車両が加速すると、換言すれば、燃料電池スタックの出力電流が増大すると、中止される。

なお、ステップ S 1 04， S 1 1 0における第 2の減圧弁 21 8の目標圧力の増加量△ P t 1， △ P t 2は、本実施例では、予め定められている。しかしながら、これに代えて、増加量 Δ P t 1， Δ P t 2は、燃料電池スタック 1 00の出力電流の減少量に応じて変更されてもよい。例えば、出力電流の減少量（絶対値) が比較的大きい場合には、増加量△ P t 1 , P t 2を比較的大きく設定すればよい。また、増加量 ΔΡ t 2の値は、通常、増加量 ΔΡ t 1の値よりも小さな値に

'ϊ'

設定されるが、増加量△ P t 1の値と等しい値に設定されていてもよい。

図 4は、第 1実施例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。図 4 は、図 3の処理が実行される場合の動作を示している。図 4 (a) 〜（f ) は、それぞれ、燃料電池スタック 1 00の出力電流と、第 2の減圧弁 2 Ί 8の目標圧力 P tと、第 2の減圧弁 21 8の開度と、第 1の減圧弁 2〗 4の開度と、第 3の部分通路 1 21 c内の圧力 P cと、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bと、の時間経過に伴う変化を示している。

なお、図 4 (a) ，（c)〜（f ) は、それぞれ図 2 (a)〜（e) に対応し、図 4 (b) が追加されている。図 4 (a) ， (d) は、図 2 (a) , (c) と同じである。また、図 4 (c) ， (e) ， (f ) には、図 2 (b) ， (d) ， (e) と同じ曲線が破線で示されている。，· 車両が急激に減速すると、燃料電池スタック 1 00の出力電流が所定量△ I以上減少する（図 4 (a) ) 。出力電流が減少すると、燃料電池スタック 1 00の内部では燃料ガスが消費されないため、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cが上昇する（図 4 (e) ) 。また、出力電流が減少すると、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tが低減される（図 4 (b) ) 。これにより、第 2の減圧弁 2 1 8の開度は次第に小さく設定される（図 4 (c) ) 。また、このとき、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bは次第に上昇する（図 4 (f ) ) 。これにより、第 1の減圧弁 2 1 4が次第に閉じ、最終的に閉状態に設定される. （図 4 (d) ) 。本実施例では、出力電流が減少すると、第 2の減圧弁 2 1 8の開度は次第に小さく設定されるが、第 2の減圧弁 2 1.8は閉状態に設定されない。これは、本実施例では、燃料電池スタック 1 00の出力電流が所定量△ I以上減少したと判断されたときに、制御回路 600は、図 3のステップ S 1 04において、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tを Δ Ρ t lだけ増大させるためである（（図 4(b)))。これにより、本実施例では、第 2の減圧弁 2 1 8は閉状態に設定されず、少し開いた状態に設定される。このため、第 2の部分通路 1 2 1 b内の燃料ガスは、第 3の部分通路 1 2 1 cに流入する。この結果、集 1実施例では、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cの変化は比較例よリも小さく、圧力 P cはほぼ一定の値で維持される（図 4 (e) ) 。また、第 2の部分 ffi路 1 2 1 b内の圧力 P bの上昇は、比較例よりも抑制される（図 4 ( f ) ) 6

図 4 (e) では、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tが ΔΡ 1: 1だけ増大した後、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cは、ほぼ一定の値である。これは、燃料電池スタック 1 00内に単位時間あたりに流入する燃料ガスの量 (流入量）と、燃料電池スタック 1 00内部の電解質膜を介して燃料ガス側（アノード側）から酸化ガス側（力ソード側）に単位時間あたりに漏れ出す燃料ガスの量（漏出量）と、がほぼ等しいためである。上記の流入量は、漏出量以下の有意な量であることが好ましい。こうすれば、燃料電池スタック 1 00内部の燃料ガス量が増大しないため、燃料電池スタック内部の圧力が高まつて燃料電池ス夕ックが破損するのを抑制することができる。特に、流入量は、漏出量以下のできるだけ大きな量であることが好ましい。こうすれば、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの上昇を充分に抑制することができる。

以上説明したように、本実施例では、燃料ガスの消費量が所定量以上減少すると、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tの値が減少後の消費量に対応する値よリも大きな値に設定される。これにより、第 2の減圧弁 2 1 8は、閉状態に設定されずに、有意な開度に設定される。このため、第 2の部分 ®路 1 2 1 b内の燃料ガスは下側の燃料電池スタック 1 0 0に流出し、この結果、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を抑制することができる。

特に、本実施例では、図 3で説明したように、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bが第 1の閾値 P b— m a x以上となる場合には、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tをさらに増大させ、第 2の減圧弁 2 1 8の開度をより大きく設定することができる。このため、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を確実に抑制することができる。

A - 4 . 第 1実施例の変形例：

図 5は、第 1実施例の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8の制御の手順を示すフローチャートである。図 5は、図 3とほぼ同じであるが、ステップ S 1 1 2， S 1 1 4が il加されている。また、これに伴っ、ステップ S 1 0. 6 a， S 1 0 8 aが変更されている。

変形例では、ステップ S 1 0 6 aにおいて、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bが第〗の閾値 P b— m a X未満であると判断された場合には、ステップ S 1 1 2に進む。

ステップ S 1 1 2では、制御回路 6 0 0は、ステップ S 1 0 6で取得した圧力 ? が第2の閾値？ & m I n以下であるか否かを判断する。なお、第 2の閾値 P b— m i nは、第 1の閾値 P b— m a xよりも小さな値である。圧力 P bが第 2の閾値 P b— m i n以下である場合には、ステップ S 1 1 4に進む。一方、圧力 P bが第 2の閾値 P b— m i nより大きい場合には、ステップ S 1 06に戻る。ステップ S I 1 4では、制御回路 600は、第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tを低減させる。なお、このとき、第 2の減圧弁 21 8の開度は小さくなる。本実施例では、第 2の減圧弁 2 1 8の目標圧力 P tは、燃料電池スタック 1 00の出力電流に対応する値まで低減される。しかしながら、これに代えて、第 2の減圧弁 2 ^ 8の目標圧力 P tは、所定値 Δ Ρ ΐ 3だけ減少するように設定されてもよい。一般には、第 2の部分通路 1 21 b内の圧力 P bが第 2の閾値 P b— m i n以下となった場合に、第 2の減圧弁 2 〗 8の目標圧力 P tが低減されればよい。また、変形例では、ステップ S 1 08 aにおいて第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tをさらに増大させることができないと判断される場合（すなわち P t +Δ P t 2≥P c_m a xの場合）には、ステップ S 1 06 aに戻る。

図 6は、第 1実施例の変形例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。図 6は、図 5の処理が実行される場合の動作を示している。図 6 (a)〜（f ) は、それぞれ図 4 (a)〜（f ) に対応する。図 6 (a) ， (d) は、図 2 (a)， (c) と同じである。また、図 6 (c)，（e)，（f ) には、図 2 (b)，（d)， (e) と同じ曲線が破線で示されている。なお、図中時刻 t aまでの動作は、第 1実施例と同じである.。

第 1実施例（図 4 (f ) ) で説明したように、第 2の減圧弁 21.8の目標圧力 P tが厶 P t 1だけ増大した後、第 2の部分通路 1 21 b内の燃料ガスは、第 3 の部分通路 1 21 cに流出するため、第 2の部分通路 1 2 〗 b内の圧力 P bは次第に減少する（図 6 (f ) ) 。そして、時刻 t' aで圧力 P bが第 2の閾値 P b一 m i n以下となると、制御回路 600は、図 5のステップ S 1 〗 2において、第 2の減圧弁 21 8の目標圧力 P tを、燃料電池スタック 1 00の出力電流に対応する値まで低減させる（図 6 (b) ) 。このとき、第 2の減圧弁 21 8の開度も次第に小さく設定され、最終的に第 2の^圧幷 2 1 8は閉状態に設定される（図 6 ( c ). ) 。

第 2の減圧弁 2 1 8が閉状態に設定されると、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cは、次第に低下する（図 6 ( e ) ) 。これは、前述の流入量がほぼゼロとなるためである。 .

また、第 2の減圧弁 2 1 8が閉状態に設定されると、第 2の部分通路 1 2 1 b 内の燃料ガスは流出しない。このため、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bはほぼ一定の値で維持される。

なお、図 6では、第 2の減圧弁 2 1 8は、最終的に閉状態に設定されているが、これに代えて、僅かな開 J¾に設定されてもよい。

以上説明したように、第 1.実施例の変形例では、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bが第 2の閾値 P b— m i n以下となった場合には、第 2の減圧弁 2 1 8 の目標圧力 P tが低減される。このため、第 2の減圧弁 2 1 8の開度は、小さくなる。これにより、第 2の部分通路 1 2 1 b内の燃料ガスが燃料電池スタック 1 0 0に流入するのが抑制されるため、燃料電 ί也ズタック内部の電解質膜を介して漏れ出す燃料ガスの量を低減させることができ、この結果、燃料ガスを有効に利用することが可能となる。

Β . 第 2実施例：

図 7は、第 2実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図 7は、図 1とほぼ同じであるが、電流計〗 0 2が省略されている。また、燃料ガス供給系 2 0 0 Βの第 2の減圧弁 2 1 8 Βが変更されている。具体的には、第 2の減圧弁 2 1 8 Βの目標圧力は一定の値に設定されており、制御回路 6 0 0によって調整不能である。

図 8は、第 2実施例における第 2の減圧弁 2 1' 8 Bの内部構造を模式的に示す説明図である。図 8 ( A ) は、開状態に設定されたときの第 2の減圧弁 2 1 8 B を示しており、図 8 ( B ) は、閉状態に設定されたときの第 2の減圧弁 2 1 8 B を示している。

第 2の減圧弁 2 1 8 Bは、図示するように、上部ハウジング 4 1 0と、下部ハウジング 4 2 0と、ダイアフラ厶 4 3 0と、ニードル弁 4 4 0と、シート部 4 5 0と、上部スプリング 4 6 1と、下部スプリング 4 6 2と、を備えている。

ダイアフラ厶 4 3 0は、上部ハウジング 4 1 0と下部ハウジング 4 2 0との間に挟まれている。ダイアフラ厶 4 3 0の上面には、上部スプリング 4 6 Ίの一端が固定されており、上部スプリング 4 6 1の他端は、上部ハウジング 4 1 0の内側面に固定されている。また、ダイアフラ厶 4 3 0の下面には、略円柱状の円柱部材 4 3 2の一端が固定 έれている。円柱部材 4 3 2の他端は、ニードル弁 4 4 0と接触するように設けられているが、ニードル弁 4 4 0には固定されていない。なお、上部ハウジング 4 1 0とダイアフラ厶 4 3 0とで囲まれた空間 S a内の圧力は、大気圧と等しい。

下部ハウジング 4 2 0には、燃料ガスが流入する流入口 4 2 1と、燃料ガスが流出する流出口 4 2 2と、が設けられている。そして、流入口 4 2 1と流出口 4 2 2との間には、燃料ガスが通る内部通路が形^されている。ニードル弁 4 4 0 には、下部スプリング 4 6 2の一端が固定されおり、下部スプリング 4 6 2の他端は、下部ハウジング 4 2 0の内側面に固；^されている。また、下部八ゥジング 4 2 0には、環状の.シー卜部 4 5 0が固定されており、環状のシー卜部 4 5 0 には、二一 'ル弁 4 4 0の略テーパ状の先端部が接触する。

上部スプリング 4 6 1は、ダイアフラ厶 4 3 0を図中下方に押圧する。ダイァフラム 4 3 0の下方の空間 S f 内の圧力は、通常、空間 S a内の圧力（大気圧）よりも高く、ダイアフラ厶 4 3 0を図中上方に押圧する。なお、空間 S f 内の圧力は、第 2の減圧弁 2 1 8 Bの下流側の圧力と等しい。また、下部スプリング 4 6 2は、ニードル弁 4 4 0を図中上方に押圧し、ニードル弁 4 4 0は、円柱部材 4 3 2を介してダイアフラ厶 4 3 0を図中上方に押圧する。第 2の減圧弁 2 1 8 Bの下流側の目標圧力は、主に、上部スプリグ 461の押圧力によって決定される。

空間 S f 内の圧力が第 2の減圧弁 21 8 Bの目標圧力よりも低い場合には、図 8 (A) に示すように、ニードル弁 440の先端部とシ一卜部 450とは接触せず、離れている。このとき、燃料ガスは、ニードル弁 440とシート部 450との間に形成される間隙を介して、流通する。

そして、空間 S f 内の圧力^^第 2の減圧弁 21 8 Bの目標圧力以上である場合には、図 8 (B) に示すように、ニードル弁 440の略テーパ状の先端部とシ一卜部 450とが接触する。このとき、通常であれば、燃料ガスの流通は禁止される。しかしながら、本実施例では、ニードル弁 440の先端部とシー卜部 450 とが接触する場合にも、燃料ガスの僅かな流 ¾が許容されている。

具体的には、本実施例では、ニードル弁 440の略テーパ状の先端部には、 1 本の直線状の溝 442が形成されている。なお、溝 442は、先端部が有する円錐台形状の母線に沿うよう.に形成されている。このため、本実施例では、図 8 ( B) に示すように、ニードル弁 440の先端部とシー卜部 450とが接触する場合にも、燃料ガスの僅かな流通が許容される。

なお、本実施例では、ニードル弁 440の先端部に 1本の溝 442が設けられているが、これに代えて、複数本の溝が設けられてもよい。

図 9は、第 2実施例における燃 ί4ガス供給系の動作を示す説明図である。図 9 (a) 〜（e) は、それぞれ図 2 (a) 〜（e,) に対応する。図 9 (a) ， (c) は、図 2 (a) ，（c) と同じである。また、図 9 (b) ，（d) ，（e) には、図 2 (b) ，（d) ， (e) と同じ曲線が破線で示されている。

前述したように、車両が減速すると、燃料電池スタック 1 00の出力電流が減少する（図 9 (a) ) 。このとき、燃料電池スタック 1 00内部では燃料ガスが消費されないため、第 3の部分通路 1 21 c内の圧力 P cが上昇する（図 9(d))。これにより、第 2の減圧弁 2 1 8 Bが次第に閉じ、最終的に閉状態に設定される (図 9 ( b ) ) 。また、このとき、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bが上昇する（図 9 ( e ) ) 。これにより、第 1の減圧弁 2 1 4が次第に閉じ、最終的に閉状態に設定される（図 9 ( c ) ) 。 /

ただし、本実施例では、第 2の減圧弁 2 1 8 Bは、閉状態に設定された状態でも、ニードル弁 4 4 0の先端部に設けられた溝 4 4 2を介して、燃料ガスが僅かに流通可能である。すなわち、本実施例では、第 2の減圧弁 2 〗 8 Bは、構造的に最も絞られた状態に設定される場合にも、実質的に有意な開度を有すると言える。このため、図 9 ( b ) では、第 2の減圧弁 2 1 8 Bが最も絞られた状態で有意な開度を有するように、描かれている。

上記のように、第 2の^圧弁 2 1 8 Bは、最も絞られた状態でも燃料ガスの流通を許容している。このため、第 2の部分通路 1 2 1 b内の燃料ガスは、第 3の部分通路〗 2 1 cに流入する。この結果、第 2実施例では、第 3の部分通路 1 2

^ c内の圧力 p cの変化は比較例よりも小さくなり、圧力 p cは比較例よリも緩やかに減少する（図 9 ( d.) ) 。また、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの上昇は、比較例よりも抑制される（図 9 ( e ) ) 。

なお、図 9 ( d ) では、上記のように、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P c は緩やかに減少している。これは、燃料電池スタック 1 0 0内に単位時間あたりに流入する燃料ガスの量（流入量）が、燃料電池スタック 1 0 0内部の電解質膜を介して燃料ガス側から酸化ガス側に単位時間あたりに漏れ出す燃料ガスの量 (漏出量）よりも小さいためである。

以上説明したように、本実施例では、第 2の減圧弁 2Ί 8 Bには、第 2の減圧弁 2 1 8 Bのニードル弁 4 4 0とシート部 4 5ひとの間の間隙が構造的に最も絞られた状態で、燃料ガスの流通を許容する溝 4 4 2 (流通路)が設けられている。これにより、第 2の部分通路 1 2 1 b内の燃料ガスは第 2の減圧弁 2 1 8 B内部の溝 4 4 2を介して下流側の燃料電池スタックに流出し、この結果、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を抑制することができる。なお、本実施例では、溝 4 4 2は、第 2の減圧弁 2 1 8 Bが最も絞られた状態で、上記の流入量が漏出量よりも小さくなるように、設けられている。流入量は、漏出量以下の有意な量であることが好ましい。こうすれば、燃料電池スタック 1 0 0内部の燃料ガス量が増大しないため、燃料電池スタック内部の圧力が高まつて燃料電池スタックが破損するのを抑制する；とができる。特に、流入量は、漏出量以下のできるだけ大きな量であることが好ましい。こうすれば、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの上昇を充分に抑制することができる。

B - 1 . 第 2実施例の第 1の変形例：

図 1 0は、第 2実施例 0第 1の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8 Β 1を示す説明図である。図示するように、第〗の変形例では、ニードル弁 4 4 0 Β 1が変更されている。具体的には、ニードル弁 4 4 0 Β Ίの先端部には、 3つの半球状の凸部 4 4 4が形成されている。凸部 4 4 4は、例えば、溶接によってニードル弁 4 4 0 Β 1 に固定されればよい。 ¾

第 1の変形例を採用する場合にも、第 2の圧弁 2 1 8 Β 1は、最も絞られた状態で、凸部 4 4 4によって形成される流通路介して、燃料ガスを流通させることができる。

Β— 2 . 第 2実施例の第 2の変形例：

図 Τ 1は、第 2実施例の第 2の変形例における第 2の減圧弁 2 1. 8 Β 2を示す説明図である。図示するように、第 2の変形例では、ニードル弁 4 4 0 Β 2とシ一卜部 4 5 0 Β 2とが変更されている。具体的には、ニードル弁 4 4 0 Β 2には、溝は設けられておらず、シート部 4 5 0 Β 2の内面（すなわち二一ドル弁 4 4 0 と接触する面）に直線状の 1本の溝 4 5 2が設けられている。なお、シート部 4 5 0 Β 2には、複数本の溝が設けられるようにしてもよい。

第 2の変形例を採用する場合にも、第 2の減圧弁 2 1 8 Β 2は、最も絞られた状態で、溝 4 5 2 (流通路）を介して、燃料ガスを流通させることができる。図 8，図 1 0，図 1 1に示すように、第 2の減圧弁が最も絞られた状態で燃料ガスの流通を許容する流通路は、.ニードル弁の先端部とシー卜部との少なくとも —方に設けられた凹部（図 8，図 1 1 ) または凸部（図 1 0 ) によって、ニードル弁の先端部とシー卜部との間に形成可能である。

B— 3 . 第 2実施例の第 3の変形例： .

図 1 2は、第 2実施例の^ 3の変形例における第 2の減圧弁 2 1 8 B 3を示す説明図である。図示するように、第 3の変形例では、ニードル弁 4 4 0 B 3とシート部 4 5 0 B 3とが変吏されている。ニードル弁 4 4 0 B 3は、図 1 1のニードル弁 4 4 0 B 2と同じである。また、環状のシー卜部 4 5 0 B 3の側面および

—方の底面（すなわち下部ハウジング 4 2 0と接触する 2つの面）には、複数の凸部 4 5 4が形成されている。

第 3の変形例を採用する場合にも、第 2の減圧弁 2 1 8 B 3は、最も絞られた状態で、複数の凸部 4 5 4によって形成される流通路を介して、燃料ガスを流通させることができる。

B— 4 . 第 2実施例の第 4の変形例：

図 8および図 1 0〜図 1 2では、第 2の減圧弁が最も絞られた状態で燃料ガスの流通を許容する流通路は、第 2の減圧弁の内部に設けられているが、これに代えて、第 2の減圧弁の外部に設けられていてもよい。

図 1 3は、第 2実施例の第 4の変形例における燃料ガス供給系 2 0 0 B 4を示す説明図である。この燃料ガス供給系 2 0 0 B 4は、図 7の燃料ガス供給系 2 0 0とほぼ同じであるが、第 2の減圧弁 2 1 8 B 4が変更されていると共に、迂回通路 1 2 5が追加されている。

第 2の減圧弁 2 1 8 B 4は、図 8の第 2の減圧弁 2 1 8 Bとほぼ同じであるが、 ,

23 ニードル弁には溝 4 4 2は設けられていない。このため、第 4の変形例では、第 2の減圧弁 2 1 8 Β 4の外部に迂回通路 1 2 5が設けられている。迂回通路 1 2 5は、第 2の減圧弁 2 1 8 Β 4の上流側の第 2の部分通路 Ί 2 1 bと、第 2の減圧弁 2 1 8 B 4の下流側の第 3の部分通路 ί 2 1 cと、を接続している。

第 4の変形例を採用する場合にも、第 2の減圧弁 2 1 8 Β 4が最も絞られた状態（すなわち閉じられた状態）で、迂回通路 1 2 5 (流通路）は、燃料ガスを流通させることができる。

なお、本例では、迂回通路 1 2 5が設けられているが、これに加えて、遮断弁が迂回通路 1 2 5に設けられていてもよい。こうすれば、迂回通路 1 2 5内の燃料ガスの流通の有無を制 inすることができるこの場合には、例えば、燃料電池スタックの出力電流が所定量以上減少する場合のみ、遮断弁を開状態とすればよい。

図 8および図 1 0〜図 1 3に示すように、一般には、第 2の減圧弁が最も絞られた状態で、第 2の減圧弁の上流側の燃料ガスを第 2の減圧弁の下流側に流通させるための流通路が設けられていればよい。

C . 第 3実施例：

第 3実施例の燃料電池システムは、第 2実施例の燃料電池システム（図 7 ) とほぼ同様であるが、第.2の減圧弁が変更されている。

図 1 4は、第 3実施例における第 2の減圧纤 2 1 8 Cの内部構造を模式的に示す説明図である。図 1 4 ( A ) は、開状態に設定されたときの第 2の減圧弁 2 1 8 Cを示しており、図 1 4 ( B ) は、閉状態に設定されたときの第 2の減圧弁 2 1 8 Cを示している。

本実施例の第 2の減圧弁 2 1 8 Cは、図 8に示す減圧弁 2 1 8 Bとほぼ同様であるが、ニードル弁 4 4 0 Cには、溝は設けられていない。また、第 2の減圧弁 2 1 8 Cの下部スプリング 4 6 2 Cとして、比較例よりも小さなパネ定数を有するスプリングが採用されている。

この第 2の減圧弁 2 1 8 Cを利用すれば、 2の減圧弁 2 1 8 Cの下流側の圧力が急激に増大した場合に、ニードル弁 440は、ダイアフラ厶 430の急激な移動（上昇）に追随できず、緩やかに上昇する。これにより、第 2の減圧弁 2 1 8 Cは、緩やかに閉じる。

図 1 5は、第 3実施例における燃料ガス供給系の動作を示す説明図である。図 1 5 (a) 〜（e) は、それぞれ図 2 (a) ~ (e) に対応する。図 1 5 (a) ， (c) は、図 2 (a)，（c) と同じである。また、図 1 5 (b) ' (d)， (e) には、図 2 (b) ，（d) ，（e) と同じ曲線が破線で示されている。

図示するように、本実]^例では、第 2の減圧弁 2 1 8 Cは、比較例よりも緩やかに閉じる（図 1 5 (b) ) 。具体的には、第 2の減圧弁 2 1 8 Cは、第 1の減圧弁 2 1 4が閉状態に設定された後に、閉状態に設定される。このため、本実施例では、第 3の部分通路 1 2 1 c内の圧力 P cは比較例よりも急激に増大する（図 1 5 (d) ) 。また、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bは比較例よりも緩やかに上昇する（図 1 5 (e) ) 。

上記のように、本実施例では、第 1の減圧弁 2Ί 4が閉状態に設定された後に、第 2の減圧弁 2 1 8 Cが閉状態に設定される。このため、第 2の減圧弁 2 1 8 C が閉状態に設定される前に、第 2の部分通路 1 2 1 b内の燃料ガスは下流側の燃料電池スタック 1 00に流出し、この結果、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇を抑制することができる。なお、第 2の減圧弁 2 1, 8 Cの下部スプリング 462のパネ定数は、'第 1の減圧弁 2 1.4が閉状態に設定された後に第

2の減圧弁 2 1 8 Cが閉状態に設定されるように、実験によって決定されればよい。

なお、本実施例では、第 2の減圧弁 2 1 8 Cの応答速度は、下部スプリング 4 62のパネ定数を変更することによって、調整されている。しかしながら、これに代えて、第 2の減圧弁の応答速度は、ニードル弁をその中心軸に沿って移動させるための図示しない環状のガイド部材を変することによって、調整されてもよい。具体的には、ニードル弁とガイド部材との間に、才ーリングを介在させること等により、二一ドル弁が移動するときに受ける摩擦力を大きくすればよい。なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

第 1実施例では、第 2の圧弁の目標圧力を調整することによって、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇が抑制されているが、これに加えて、第 3実施例と同様に、第の減圧弁の応答速度が調整されてもよい。また、第 2 実施例では、第 2の減圧弁が最も絞られた状態で燃料ガスの流通を許容する流通路を設けることによって、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇が抑制されているが、これに加えて、第 3実施例と同様に、第 2の減圧弁の応答速度が調整されてもよい。こ,うすれば、第 2の部分通路 1 2 1 b内の圧力 P bの過度の上昇をより抑制することができる。産業上の利用可能性

この発明は、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置に利用可能である。

Claims

請求の範囲，

1 · 燃料電池に料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、

前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、

前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、

前記ガス通路に設けられ、前記第 1の減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、；

前記第 2の減圧弁の下流側の目標圧力の値を、前記燃料電池で消費される燃料ガスの消費量に応じた値に設定する設定部と、

前記燃料電池で消費さ ήる燃料ガスの量が所定量以上減少する場合に、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値を、前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する変更部と、

を備えることを特徴とする.燃料ガス供給装置。

2 . 請求項 1記載の燃料ガス供給装置でぁづて、さらに、

前記第 1の減圧弁と前記第 2の減圧弁との間の圧力を検出するための圧力センサを備え、

前記変更部は、

前記第 2め減圧弁の目標圧力の値が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減' >後の消費量に対応する値よリも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 1の閾値以上となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値をさらに増大させる、燃料ガス供給装置。

3 . 請求項 1記載の燃料ガス供給装置であって、さらに、

前記第 1の減圧弁と前記第 2の減圧弁との間圧力を検出するための圧力センサを備え、

前記変更部は、

前記第 2の減圧弁の目標圧力の値が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 2の閾値以下となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値を低減させる、燃料ガス供給装置。

4 . 請求項 1ないし 3のいずれかに記載の燃料ガス供給装置であって、前記変更部が前記設定部によって設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対^する値よりも大きな値に変更する際の変更後の値は、前記燃料電池の電解質膜を介してアノード側からカソード側に透過する燃料ガスの漏出量以下の有意な量の燃料ガスが前記燃料電池に流入するように、設定される、燃料ガス供給装置。

5 . 請求項 1ないし 4のいずれかに記載の燃料ガス供給装置であって、さら前記燃料電池で消 Λされる燃料ガスの量に関係する前記燃料電池の出力電流を検出するための電流計を備える、燃料ガス供給装置。

6 . 請求項 1ないし 5のいずれかに記載め燃料ガス供給装置であって、前記第 1の減圧弁の下流側の目標圧力の値は、一定の値に設定される、燃料ガス供給装置。

7 . 請求項 1ないし 6のいずれかに記載の燃料ガス供給装置であって、前記第 2の減圧弁は、前記第 2の減圧弁の目標圧力が調整可能な可変調圧弁である、燃料ガス供給装置。

8 . 燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置の制御方法であって、前記燃料ガス供給装置は、

前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、

前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、

前記ガス通路に設けられ、前記第 1の減圧弁の下流側に配置された第 2の減圧弁と、

を備え、

刖記カ法は、

( a ) 前記第 2の減圧弁 0下流側の目標圧力め値を、前記燃料電池で消費される燃料ガスの消費量に応じた値に設定する工程と、

( b ) 前記燃料電池で消費される燃料ガスの量が所定量以上減少する場合に、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値を、前記工程（a ) で設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更するェ程と、

を備えることを特徴とする制御方法。

9 . 請求項 8記載の制御方法であって、

前記燃料ガス供給装置は、さらに、

前記第 1の減圧弁と前記第 2の減圧弁との間の圧力を検出するための圧力センサを備え、 '

前記工程（b ) は、さらに、

前記第 2の減圧弁の目標圧力の値が、前記工程（a ) で設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よリも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 1の閾値以上となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標圧力の値をさらに増大させる工程を含む、制御方法。

1 0 . 請求項 8記載の制御方法であって、

前記燃料ガス供給装置は、さらに、

前記工程（b ) は、さらに、

前記第 2の減圧弁の目標圧力の値が、前記工程（a ) で設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更された後に、前記圧力センサで検出される値が第 2の閾値以下となった場合には、前記第 2の減圧弁の目標 J¾力の値を低減させる、 ₄,制御方法。

1 1 . 請求項 8ないし 1 0のいずれかに記載の制御方法であって、

前記工程（b ) において、前記工程（a ) で設定される前記燃料電池で消費される燃料ガスの減少後の消費量に対応する値よりも大きな値に変更する際の変更後の値は、前記燃料電池の電解質膜を介してアノード側からカソ一ド側に透過する燃料ガスの漏出量以下の有意な量の燃料ガスが前記燃料電池に流入するように、設定される、制御方法。

1 2 . 燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、

前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、

前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と、'

前記第 2の減圧弁が最も絞られた状態で、前記第 2の減圧弁の上流側の燃料ガスを前記第 2め減圧弁の下流側に流通させるための流通路と、

を備えることを特徴とする燃料ガス供給装置。

1 3 . 請求項 1 2記載の燃料ガス供給装置であって、

前記流通路は、前記第 2の減圧弁の内部に設けられている、燃料ガス供給装置。〗 4 . 請求項 1 3記載の燃料ガス供給装置であって、

前記第 2の減圧弁は、

略テーパ状の先端部を有するニードル弁と、

前記ニードル弁の前記先^部に対応するシー卜部と、

を備え、

前記流通路は、前記先部に設けられた凹部または凸部によって、前記先端部と前記シー卜部との間に形成される、燃料ガス供給装置。

1 5 . 請求項 1 3記載の燃料ガス供給装置であって、

前記第 2の減圧弁は、 '

略テーパ状の先端部を有するニードル弁と、

前記ニードル弁の前記先端部に対応するシート部と、

を備え、

前記流通路は、前記シート部に設けられた凹部または凸部によって、前記先端部と前記シー卜部との間に形成される、燃料ガス供給装置。

1 6 . 請求項 1 2記載の燃料ガス供給装置であって、

前記流通路は、前記第 2の減圧弁の外部に設けられ、前記第 2の減圧弁の上流側と下流側とを接続する接続通路を含む、燃料ガス供給装置。 1 7 . 請求項 1 2ないし 1 6のいずれかに記載の燃料ガス供給装置であって、前記流通路は、前記第 2の減圧弁が最も絞られた状態で、前記燃料電池の電解質膜を介してアノード側からカソード側に透坶する燃料ガスの漏出量以下の有意な量の燃料ガスが前記燃料電池に流入するように、設けられている、燃料ガス供給装置。 1 8 . 請求項 1 2ないし 1 7のいずれかに記 teの燃料ガス供給装置であって、前記第 1の減圧弁の下流側の目標圧力の値は、一定の値に設定され、前記第 2の減圧弁の下流側の目標圧力の値は、一定の値に設定される、燃料ガス供給装置。 1 9 . 燃料電池に燃^ガスを供給する燃料ガス供給装置であって、前記燃料電池に供給される燃料ガスが通るガス通路と、

前記ガス通路に設けられた第 1の減圧弁と <

を備え、

前記第 2の減圧弁は、前記燃料電池で消費れる燃料ガスの消費量が減少する場合に、前記第 1の減圧弁が閉状態に設定された後に、閉状態に設定されるように、構成されていることを特徴とする燃料ガス供給装置。 2 0 . 請求項 1 9記載の燃料ガス供給装置であつて、

前記第 1の減圧弁の下流側め目標圧力の値は、一定の値に設定され、前記第 2の減圧弁の下流側の目標圧力の値は、一定の値に設定される、燃料ガス供給装置。