JP2005251646A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの再起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明では、停止処理中における燃料電池の稼動中に再起動の要求がされても、迅速に遮断弁を開放させることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの再起動方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 燃料電池システム１は、高圧水素タンク１１と、コンプレッサ１２と、水素ガスと空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池１３と、高圧水素タンク１１から燃料電池１３への水素ガスの供給または停止を切り替える遮断弁１４と、停止要求を受けた場合に、燃料電池１３を所定時間稼動させる制御部１７と、を備えている。そして、この制御部１７は、前記停止要求を受けた後における燃料電池１３の稼動中に再起動要求があったときに、燃料電池１３の稼動を停止させ、かつ、信号圧開放弁１６を開放させることで遮断弁１４の下流側における水素ガスの圧力変動を止める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素タンクと、水素タンクから燃料電池への水素の供給・停止を切り替える遮断弁とを備える燃料電池システムおよび燃料電池システムの再起動方法に関するものである。

一般に、燃料電池は、プロトン導電性の高分子電解質膜（ＰＥＭ膜）を挟んで一側にカソード極を区画し、他側にアノード極を区画して構成されており、カソード極に供給される空気中の酸素と、アノード極に供給される水素との電気化学反応によって発電するものである。そして、このような燃料電池を備える燃料電池システムとしては、高圧水素タンクから燃料電池へ水素を供給するための水素供給流路と、燃料電池への水素の供給・停止を切り替えるために水素供給流路に設けられる遮断弁と、コンプレッサで圧縮した空気を燃料電池に供給するための空気供給流路とを備える構造が知られている。

ところで、前記したような燃料電池システムでは、水素と酸素との電気化学反応によって水が生成されているので、この水がシステム内に溜まったままの状態で燃料電池の稼動が終了し、その後長い時間が経過すると、冬季や寒冷地ではその水が凍結してしまうおそれがあった。そこで、このような問題に対して、従来、冬季や寒冷地においてシステム内に残留した水が凍結しないように、別途設けた窒素供給装置からシステム内に窒素を供給することによって、システムのシャットダウン時に配管などに残留した水をパージ（排出）する技術が知られている（特許文献１参照）。また、この技術の他にも、窒素供給装置の代わりにコンプレッサを稼動させることで、このコンプレッサから排出する空気でシステム内を掃気して、残留水をパージする技術もある。

前記二つの技術では、どちらもシステムを停止させるときに窒素供給装置またはコンプレッサに電流を供給して、これらの装置を稼動させる必要があるため、例えば、運転者がイグニッションスイッチをＯＦＦにしたときにシステムを停止させるための停止要求が制御装置に供給された場合、この制御装置が燃料電池をすぐには停止させずに所定時間稼動させ続けることで、バッテリやキャパシタが充電されるとともに、窒素供給装置またはコンプレッサが稼動するようになっている。すなわち、システムの停止処理は、イグニッションスイッチがＯＦＦにされてから、燃料電池が所定時間稼動した後に、完了することになっている。なお、この停止処理の際においては、停止要求を受けた段階で制御装置が高圧水素タンクと燃料電池の間にある遮断弁を閉じて燃料電池への水素の供給を停止させるため、停止処理の際における燃料電池の稼動には、遮断弁から燃料電池内までに残存する水素が利用されている。

特表２００３−５１０７８６号公報（段落００３７〜００４０、図３）

しかしながら、前記のような技術では、停止処理の際における燃料電池の稼動によって、遮断弁よりも下流側にある水素が消費されるため、遮断弁の下流側では、水素消費に起因した圧力変動が生じている。そのため、停止処理の際における燃料電池の稼動中では、遮断弁の前後（上流側および下流側）の圧力差が大きくなるので、このときに運転者によりイグニッションスイッチがＯＮにされた場合は、遮断弁が圧力差による力を受けて開き難くなるといった問題があった。すなわち、停止処理の際において燃料電池が稼動している間に、再起動の要求が行われても、遮断弁が開放するのに時間が掛かるため、実際にシステムが起動するまでに時間が掛かるといった問題があった。

そこで、本発明では、停止処理の際における燃料電池の稼動中に再起動の要求がされても、迅速に遮断弁を開放させることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの再起動方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決する本発明のうち請求項１に記載の発明は、燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、空気を供給するエア供給システムと、前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、前記停止要求を受けた後、前記燃料電池の稼動中に再起動要求があったときに、前記遮断弁の下流側における前記燃料ガスの圧力変動を止める圧力変動停止手段を備えたことを特徴とする。

ここで、「停止要求」とは、例えばイグニッションスイッチがＯＦＦにされたときに出力される信号をいい、具体的には燃料電池システムを停止させるための信号をいう。また、「再起動要求」とは、例えばイグニッションスイッチがＯＮにされたときに出力される信号をいい、具体的には燃料電池システムを再起動させるための信号をいう。

請求項１に記載の発明によれば、例えば、運転者によりイグニッションスイッチがＯＦＦにされて停止要求が燃料電池システムに出力されると、まず、燃料電池制御手段によって燃料電池の稼動が維持される。そして、この燃料電池の稼動中において、例えば運転者によりイグニッションスイッチがＯＮにされることで燃料電池システムに再起動要求が出力されると、圧力変動停止手段によって遮断弁の下流側における圧力変動が止められる。これにより、遮断弁の前後の圧力差が小さくなるので、遮断弁が迅速に開放される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムであって、前記圧力変動停止手段が、前記燃料電池の稼動を停止させることで、前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されると、圧力変動停止手段によって燃料電池の稼動が止められる。これにより、燃料電池が燃料ガスを消費することによる圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなり、遮断弁が迅速に開放される。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池システムであって、前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられ、かつ前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整弁を備え、前記圧力変動停止手段が、前記圧力調整弁を閉じることで、前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されると、圧力変動停止手段によって圧力調整弁が閉じられる。これにより、遮断弁と圧力調整弁との間においては燃料ガスの圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなり、遮断弁が迅速に開放される。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料電池システムであって、前記圧力調整弁は、前記燃料電池へ供給される前記空気からの圧力を信号圧として作動するとともに、前記信号圧を大気に開放する信号圧開放弁を備え、前記圧力変動停止手段が、前記信号圧開放弁を開放することで、前記圧力調整弁を閉じて前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されると、圧力変動停止手段によって信号圧開放弁が開放されることで、圧力調整弁に供給されていた信号圧が大気に開放して、圧力調整弁が閉じることとなる。これにより、遮断弁と圧力調整弁との間においては燃料ガスの圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなり、遮断弁が迅速に開放される。

請求項５に記載の発明は、燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、空気を供給するエア供給システムと、前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、前記停止要求を受けた後、前記燃料電池の稼動中に再起動要求があったときに、前記燃料電池の稼動を停止させることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されたときに、燃料電池の稼動を停止させる。これにより、燃料電池が燃料ガスを消費することによる圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなる。

請求項６に記載の発明は、燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、空気を供給するエア供給システムと、前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられ、かつ前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整弁と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、前記停止要求を受けた後、再起動要求があったときに、前記圧力調整弁を閉じることを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、停止処理の際における例えば燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されたときに、圧力調整弁を閉じる。これにより、遮断弁と圧力調整弁との間においては燃料ガスの圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなる。

請求項７に記載の発明は、燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、空気を供給するエア供給システムと、前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられるとともに、前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整し、かつ前記燃料電池へ供給される前記空気からの圧力を信号圧として作動する圧力調整弁と、前記信号圧を大気に開放する信号圧開放弁と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、前記停止要求を受けた後、再起動要求があったときに、前記信号圧開放弁を開放させることを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、停止処理の際における例えば燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力されたときに、信号圧開放弁を開放させると、圧力調整弁に供給されていた信号圧が大気に開放して、圧力調整弁が閉じることとなる。これにより、遮断弁と圧力調整弁との間においては燃料ガスの圧力変動が無くなるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなる。

請求項１に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中に、燃料電池システムに再起動要求が出力されても、圧力変動停止手段によって遮断弁の下流側における圧力変動が止められるので、遮断弁の前後の圧力差が小さくなり、迅速に遮断弁を開放させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、稼動している燃料電池を停止させるといった簡単な制御で、遮断弁を迅速に開放させることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、圧力調整弁を備えるシステムであれば、既存の圧力調整弁を閉じるだけで遮断弁を迅速に開放できるので、圧力変動を止めるために特別な機器をシステムに加える必要がなく、その分コストを抑えることができる。

請求項４に記載の発明によれば、空気からの圧力を信号圧として作動する圧力調整弁を用いるので、燃料電池の極間差圧（電解質膜の両側の圧力差）を小さくするために燃料ガス側の圧力と空気側の圧力をほぼ同じに維持する制御がしやすくなる。

請求項５に記載の発明によれば、停止処理の際における燃料電池の稼動中において、燃料電池システムに再起動要求が出力された場合は、燃料電池の稼動を停止させるので、遮断弁の下流側における圧力変動を止めることができ、迅速に遮断弁を開放させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、停止処理の際における例えば燃料電池の稼動中に、燃料電池システムに再起動要求が出力された場合は、圧力調整弁を閉じるので、遮断弁の下流側における圧力変動を止めることができ、迅速に遮断弁を開放させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、停止処理の際における例えば燃料電池の稼動中に、燃料電池システムに再起動要求が出力された場合は、信号圧開放弁を開放させることにより圧力調整弁が閉じられるので、遮断弁の下流側における圧力変動を止めることができ、迅速に遮断弁を開放させることができる。

〔第１の実施形態〕
次に、本発明の第１の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図であり、図２は燃料電池システムの通常の停止処理を示すタイムチャートである。また、図３は停止要求の後における燃料電池の稼動中に再起動要求がされたときの制御部の動作を示すフローチャートであり、図４は停止要求の後における燃料電池の稼動後に再起動要求がされたときの制御部の動作を示すフローチャートである。

図１に示すように、燃料電池システム１は、高圧水素タンク１１、コンプレッサ１２、燃料電池１３、遮断弁１４、レギュレータ１５、信号圧開放弁１６および制御部１７を主に備えている。

高圧水素タンク（燃料タンク）１１内には、数十ＭＰａの高圧の水素ガス（燃料ガス）が貯蔵されており、この水素ガスは遮断弁１４が開放されることで燃料電池１３へ供給されるようになっている。なお、この高圧水素タンク１１と燃料電池１３との間には、水素ガスの通り道となる管状の燃料ガス供給路２１が設けられており、この燃料ガス供給路２１には、高圧水素タンク１１側から下流側に向けて順に、遮断弁１４、レギュレータ１５が設けられている。

コンプレッサ（エア供給システム）１２は、空気を圧縮して燃料電池１３に供給するものである。そして、コンプレッサ１２と燃料電池１３との間には、空気の通り道となる管状の空気供給路２２が設けられており、この空気供給路２２の一部には、空気供給路２２内の圧力を信号圧としてレギュレータ１５に導く信号圧配管２３が設けられている。なお、この信号圧配管２３には、その適所にオリフィス２３ａが設けられており、これにより、コンプレッサ１２から排出される空気の大部分が、燃料電池１３へ流れるようになっている。

燃料電池１３は、高圧水素タンク１１から供給される水素ガスと、コンプレッサ１２から供給される空気とを電気化学反応させることにより発電するものである。また、燃料電池１３には、この燃料電池１３で発電した電力を消費するモータなどの負荷３１が接続されており、この負荷３１を制御部１７でＯＮ・ＯＦＦすることにより、燃料電池１３が稼動・停止される、すなわち燃料電池１３からの電流の取り出しがＯＮ・ＯＦＦ（実行・停止）されるようになっている。

遮断弁１４は、高圧水素タンク１１から燃料電池１３への水素ガスの供給・停止を切り替える弁であり、制御部１７から起動電流（ＯＮ信号）が供給されることで図示せぬソレノイドコイルが励磁し、その磁力によって常時ばねで閉方向に付勢されている図示せぬ固定子が強い力で吸引されることによって開放されるようになっている。そのため、遮断弁１４の前後（上流側および下流側）に圧力差がある場合では、遮断弁１４に起動電流が供給されても、前記固定子が圧力差による影響を受けることですぐには前記ソレノイドコイルへ吸引されず、所定の時間を経た後、吸引されて、遮断弁１４が開放するようになっている。なお、この遮断弁１４としては、主にメインバルブ、パイロットバルブを有する二段バルブ式の遮断弁や、主にメインバルブ、パイロットバルブ、セカンドバルブを有する三段バルブ式の遮断弁などを適用できる。

レギュレータ（圧力調整弁）１５は、燃料電池１３へ供給する水素ガスの圧力を調整する弁であり、遮断弁１４と燃料電池１３の間に設けられている。また、このレギュレータ１５は、燃料電池１３へ供給される空気からの圧力を信号圧として作動するようになっており、その適所に前記した信号圧配管２３が接続されている。

信号圧開放弁１６は、レギュレータ１５に供給される信号圧を大気に開放する（大気圧に下げる）ための弁であり、信号圧配管２３のうちオリフィス２３ａの下流側部分に接続された分岐配管２４の適所に設けられている。なお、この分岐配管２４の先端は大気に開放されている。

制御部１７は、例えば運転者がイグニッションスイッチをＯＦＦにすることなどによって出力されるシステムの停止要求を受けた場合に、システム内の掃気やバッテリなどへの充電のために、燃料電池１３を所定時間稼動させる機能を有している。また、制御部１７は、停止要求を受けた後における燃料電池１３の稼動中に、例えば運転者がイグニッションスイッチをＯＮにすることなどによって出力される再起動要求を受けたときに、燃料電池１３に接続された負荷３１をＯＦＦにすることで、燃料電池１３の稼動を停止させる機能を有している。さらに、制御部１７は、停止要求を受けた後、燃料電池１３が稼動中であるか否かに関らず再起動要求を受けたときに、信号圧開放弁１６を開放させる機能を有している。すなわち、制御部１７は、特許請求の範囲にいう「燃料電池制御手段、圧力変動停止手段」に相当している。なお、制御部１７は、前記した機能の他、遮断弁１４を開閉させる機能、負荷３１をＯＮ・ＯＦＦさせる機能、コンプレッサ１２の回転速度を変更させる機能などのような従来と同様の機能も備えている。

また、制御部１７は、図２に示すようなシステムの停止要求がされてから実際にシステムが停止するまでの間（以下、「停止処理の際」という。）において出力される再起動要求のタイミングによって異なるフローで制御されるようになっている。具体的に、制御部１７は、停止処理の際における燃料電池１３の稼動中に再起動要求を受けると、図３に示すような第一パターンのフローで制御され、また、停止処理の際における燃料電池１３の停止中に再起動要求を受けると、図４に示すような第二パターンのフローで制御されるようになっている。

次に、図３に示す第一パターンのフローで制御される制御部１７の動作について説明する。
図３に示すように、停止処理の際における燃料電池１３の稼動中（図２に示す所定時間Ｔ１中）においては、制御部１７は、再起動要求がされているか否かを常時判断している（ステップＳ１１）。このステップＳ１１において、制御部１７は、再起動要求がされていないと判断すると（ＮＯ）、システムの停止が完了したか否か（停止処理に要する時間が経過したか否か）を判断する（ステップＳ１８）。このステップＳ１８において、制御部１７は、システムの停止が完了したと判断すると（ＹＥＳ）、第一パターンのフローによる処理を終了させ、また、完了していないと判断すると（ＮＯ）、再度ステップＳ１１に戻って前記動作を繰り返す。また、ステップＳ１１において、制御部１７は、再起動要求がされたと判断すると（ＹＥＳ）、燃料電池１３に接続された負荷３１をＯＦＦにすることで、燃料電池１３の稼動を停止させる（ステップＳ１２）。

続いて、制御部１７は、信号圧開放弁１６を開放（ＯＮ）させることで、レギュレータ１５を閉塞させた後（ステップＳ１３）、遮断弁１４にＯＮ信号（起動電流）を供給する（ステップＳ１４）。そして、制御部１７は、ステップＳ１４にて遮断弁１４にＯＮ信号を供給してから所定時間Ｔ２（図５参照）経過しているか否かを判断することによって、遮断弁１４が実際に開放されたか否か、すなわち再起動が完了したか否かを判断する（ステップＳ１５）。なお、所定時間Ｔ２は、予め実験やシミュレーションなどによって求められている。

ステップＳ１５において、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過していないと判断すると（ＮＯ）、再度ステップＳ１５に戻って前記の動作を繰り返す。また、ステップＳ１５において、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過したと判断すると（ＹＥＳ）、負荷３１をＯＮにすることで燃料電池１３の稼動を再開させるとともに（ステップＳ１６）、信号圧開放弁１６を閉塞（ＯＦＦ）させることで、レギュレータ１５に信号圧を供給させて（ステップＳ１７）、このフローによる動作を終了させる。

第二パターンのフローは、図４に示すように、第一パターンのフローからステップＳ１２を取り除いたフローであり、各ステップＳ２１，Ｓ２３〜Ｓ２８は、ステップＳ１１，Ｓ１３〜Ｓ１８と同様の動作である。すなわち、ステップＳ２１はステップＳ１１に対応し、ステップＳ２３はステップＳ１３に対応し、ステップＳ２４はステップＳ１４に対応している。また、ステップＳ２５はステップＳ１５に対応し、ステップＳ２６はステップＳ１６に対応し、ステップＳ２７はステップＳ１７に対応し、ステップＳ２８はステップＳ１８に対応している。なお、ステップＳ２５における、所定時間Ｔ３も、ステップＳ１５における所定時間Ｔ２とは別に実験やシミュレーションなどによって求められている。

次に、本実施形態における燃料電池システム１の停止処理の際における再起動の方法について図２、図５、図６を参照して説明する。参照する図面において、図５は停止要求の後における燃料電池の稼動中に再起動要求がされたときの制御部で制御される各機器の動作を示すタイムチャートであり、図６は停止要求の後における燃料電池の稼動後に再起動要求がされたときの制御部で制御される各機器の動作を示すタイムチャートである。

最初に、通常の停止処理について説明する。
図２に示すように、運転者がイグニッションスイッチをＯＦＦにすることなどにより停止要求が出力されると、制御部１７は、遮断弁１４をＯＦＦにするとともに、燃料電池１３の負荷３１を所定時間Ｔ１だけＯＮの状態にすることにより、燃料電池１３を所定時間Ｔ１だけ稼動させる。また、このとき、制御部１７は、コンプレッサ１２を所定時間Ｔ１よりも長い時間で駆動させ続けており、これにより所定時間Ｔ１の間コンプレッサ１２から排出される空気によって燃料電池１３が稼動し続けるとともに、所定時間Ｔ１の経過後はコンプレッサ１２から排出される空気によってシステム内が掃気されることとなる。そして、このコンプレッサ１２による掃気が終わったら、システムの停止処理が完了することとなる。なお、この通常の停止処理においては、信号圧開放弁１６はＯＦＦのまま、すなわち閉じられたままになっている。

続いて、前記のような停止処理の際における所定時間Ｔ１の間に再起動要求がされた場合の再起動方法について説明する。
図２に示すように、制御部１７は、停止要求を受けた後の燃料電池１３の稼動中（所定時間Ｔ１の間）に再起動要求を受けると、図３に示す第一パターンのフローで作動することとなる。すなわち、図５に示すように、制御部１７は、所定時間Ｔ１中に再起動要求を受けると、燃料電池１３の負荷３１をＯＦＦにするとともに、信号圧開放弁１６をＯＮにし、さらに、遮断弁１４にＯＮ信号を供給する。なお、前記のような負荷３１をＯＦＦにする処理や信号圧開放弁１６をＯＮにする処理を行うことにより、燃料電池１３の稼動が停止（電流の取り出しが停止）されるとともに、レギュレータ１５が閉塞されて、遮断弁１４の下流側の圧力変動が止められることとなる。

そして、制御部１７は、所定時間Ｔ２が経過した、すなわち遮断弁１４が完全に開放した後、燃料電池１３の負荷３１をＯＮにすることで燃料電池１３の稼動を再開させ、かつ信号圧開放弁１６をＯＦＦにすることでレギュレータ１５による圧力調整を再開させる。以上により、燃料電池システム１の再起動が完了することとなる。

最後に、停止処理の際における所定時間Ｔ１の経過後に再起動要求がされた場合の再起動方法について説明する。
図２に示すように、制御部１７は、停止要求を受けた後の燃料電池１３の稼動後（所定時間Ｔ１の経過後）に再起動要求を受けると、図４に示す第二パターンのフローで作動することとなる。すなわち、図６に示すように、制御部１７は、所定時間Ｔ１の経過後に再起動要求を受けると、信号圧開放弁１６をＯＮにするとともに、遮断弁１４にＯＮ信号を供給する。なお、前記のような信号圧開放弁１６をＯＮにする処理を行うことにより、燃料電池１３の稼動後に仮に遮断弁１４の下流側に圧力変動が生じている場合であっても、レギュレータ１５が閉塞されることによって、遮断弁１４の下流側の圧力変動が確実に止められることとなる。

そして、制御部１７は、所定時間Ｔ３が経過した、すなわち遮断弁１４が完全に開放した後、燃料電池１３の負荷３１をＯＮにすることで燃料電池１３の稼動を再開させ、かつ信号圧開放弁１６をＯＦＦにすることでレギュレータ１５による圧力調整を再開させる。以上により、燃料電池システム１の再起動が完了することとなる。

以上によれば、第１の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
停止処理の際における燃料電池１３の稼動中に、燃料電池システム１に再起動要求が出力されても、制御部１７によって遮断弁１４の下流側における圧力変動が止められるので、遮断弁１４の前後の圧力差が小さくなり、迅速に遮断弁１４を開放させることができる。

稼動している燃料電池１３を停止させる、または、信号圧開放弁１６を開放させるといった簡単な制御で、遮断弁１４を迅速に開放させることが可能となる。
空気側からの圧力を信号圧として作動するレギュレータ１５を用いるので、燃料電池１３の極間差圧（電解質膜の両側の圧力差）を小さくするために水素ガス側の圧力と空気側の圧力をほぼ同じに維持する制御がしやすくなる。

〔第２の実施形態〕
以下に、本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態は第１の実施形態の燃料電池システム１を変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図７は、第２の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。

図７に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム２は、第１の実施形態に係る燃料電池システム１から、信号圧配管２３、オリフィス２３ａ、分岐配管２４および信号圧開放弁１６を取り除いた構造となっている。また、レギュレータ１５’は、第１の実施形態のように空気側からの圧力を信号圧として作動するものではなく、制御部１７’から出力される信号によって適宜作動するようになっている。そして、この燃料電池システム２の制御部１７’は、レギュレータ１５’に適宜信号を供給することで、このレギュレータ１５’の開閉を電気的に制御している。

なお、この燃料電池システム２の燃料電池１３の稼動中における再起動方法は、第１の実施形態で説明した第一パターンのフローおよび第二パターンのフローとほぼ同じフローで行われる。ただし、本実施形態においては、第一パターンのフローにおけるステップＳ１３（図３参照）の処理や、第二パターンのフローにおけるステップＳ２３（図４参照）の処理が、制御部１７’で電気的にレギュレータ１５’を閉塞させる処理に置き換えられている。

以上によれば、第２の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
空気側からの圧力を信号圧としないレギュレータ１５’を備えた構造の燃料電池システム２であっても、燃料電池システム２の停止処理の際における再起動を迅速に行うことができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、燃料電池１３の稼動中に再起動要求があった場合に、燃料電池１３の稼動を停止させる処理と、レギュレータ１５，１５’を閉じる処理とを両方行うこととしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池１３の稼動中に再起動要求があったときに、燃料電池１３の稼動を停止させる処理だけを行ったり、また、レギュレータ１５，１５’を閉じる処理だけを行うようにしてもよい。このようにどちらか一方の処理を行うだけでも、遮断弁１４の下流側における圧力変動が止められ、遮断弁１４が迅速に開放されることとなる。

第１の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。 燃料電池システムの通常の停止処理を示すタイムチャートである。 停止要求の後における燃料電池の稼動中に再起動要求がされたときの制御部の動作を示すフローチャートである。 停止要求の後における燃料電池の稼動後に再起動要求がされたときの制御部の動作を示すフローチャートである。 停止要求の後における燃料電池の稼動中に再起動要求がされたときの制御部で制御される各機器の動作を示すタイムチャートである。 停止要求の後における燃料電池の稼動後に再起動要求がされたときの制御部で制御される各機器の動作を示すタイムチャートである。 第２の実施形態に係る燃料電池システムを示す構成図である。

符号の説明

１，２ 燃料電池システム
１１ 高圧水素タンク
１２ コンプレッサ
１３ 燃料電池
１４ 遮断弁
１５ レギュレータ
１６ 信号圧開放弁
１７ 制御部
２１ 燃料ガス供給路
２２ 空気供給路
２３ 信号圧配管
２３ａ オリフィス
２４ 分岐配管
３１ 負荷

Claims (7)

1. 燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、
   空気を供給するエア供給システムと、
   前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、
   前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、
   停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記停止要求を受けた後、前記燃料電池の稼動中に再起動要求があったときに、前記遮断弁の下流側における前記燃料ガスの圧力変動を止める圧力変動停止手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記圧力変動停止手段が、前記燃料電池の稼動を停止させることで、前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられ、かつ前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整弁を備え、
   前記圧力変動停止手段が、前記圧力調整弁を閉じることで、前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記圧力調整弁は、前記燃料電池へ供給される前記空気からの圧力を信号圧として作動するとともに、
   前記信号圧を大気に開放する信号圧開放弁を備え、
   前記圧力変動停止手段が、前記信号圧開放弁を開放することで、前記圧力調整弁を閉じて前記燃料ガスの圧力変動を止めることを特徴とする燃料電池システム。
5. 燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、
   空気を供給するエア供給システムと、
   前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、
   前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、
   停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、
   前記停止要求を受けた後、前記燃料電池の稼動中に再起動要求があったときに、前記燃料電池の稼動を停止させることを特徴とする燃料電池システムの再起動方法。
6. 燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、
   空気を供給するエア供給システムと、
   前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、
   前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、
   停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、
   前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられ、かつ前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整弁と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、
   前記停止要求を受けた後、再起動要求があったときに、前記圧力調整弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムの再起動方法。
7. 燃料ガスが貯蔵される燃料タンクと、
   空気を供給するエア供給システムと、
   前記燃料タンクから供給される燃料ガスと、前記エア供給システムから供給される空気とを化学反応させることにより発電する燃料電池と、
   前記燃料タンクから前記燃料電池への前記燃料ガスの供給または停止を切り替える遮断弁と、
   停止要求を受けた場合に、前記燃料電池を所定時間稼動させる燃料電池制御手段と、
   前記遮断弁と前記燃料電池の間に設けられるとともに、前記燃料電池へ供給する前記燃料ガスの圧力を調整し、かつ前記燃料電池へ供給される前記空気からの圧力を信号圧として作動する圧力調整弁と、
   前記信号圧を大気に開放する信号圧開放弁と、を備えた燃料電池システムの再起動方法であって、
   前記停止要求を受けた後、再起動要求があったときに、前記信号圧開放弁を開放させることを特徴とする燃料電池システムの再起動方法。

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