JP2008226513A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system whereof a lifetime is improved and good power generating performance is secured for a long period of time, and operation is made possible even when a valve becomes out of order. <P>SOLUTION: This fuel cell system is equipped with an entrance shut valve 20 provided in a main route 30 forming an oxidation gas supply passage 14, a humidifier bypass valve 18 provided in a humidifier bypass route 32 forming the bypass of the main route 30, and a control part. The control part cuts off the gas upstream side of the passage on the cathode side electrode side of a fuel cell stack 12 by cutting off both of the entrance shut valve 20 and the humidifier bypass valve 18, when the fuel cell stack 12 stops generating power. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas.

燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、燃料電池から反応ガスを排出するための反応ガス系排出流路とを備える。また、このような反応ガス供給流路と、反応ガス系排出流路とに、燃料電池用遮断弁を設けることも考えられている。   The fuel cell system includes a fuel cell that generates electric power by an electrochemical reaction of a reaction gas between a fuel gas and an oxidizing gas, a reaction gas supply channel for supplying the reaction gas to the fuel cell, and discharges the reaction gas from the fuel cell. And a reaction gas system discharge flow path. It is also considered to provide a fuel cell shut-off valve in such a reactive gas supply channel and a reactive gas system discharge channel.

例えば、特許文献1に記載された燃料電池システムは、燃料電池スタックから反応ガス系ガスを排出する反応ガス系排出流路に設けた遮断弁と、燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に設けた三方切替弁と、燃料電池スタックに空気を供給する酸化ガス系供給流路に設けた弁とに、アキュムレータを通じて空気を供給し、パイロット弁である各弁の切り替えを行うようにしている。   For example, a fuel cell system described in Patent Document 1 includes a shutoff valve provided in a reaction gas system discharge passage for discharging a reaction gas system gas from a fuel cell stack, and a fuel gas supply for supplying fuel gas to the fuel cell stack Air is supplied through an accumulator to the three-way switching valve provided in the flow path and the valve provided in the oxidizing gas system supply flow path for supplying air to the fuel cell stack, and the pilot valves are switched. ing.

また、特許文献2に記載された燃料電池システムの場合、燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路にガスの流れに関して並列に配置された2本の流路と、2本の流路に設けられた流量制御弁とを備える。また、ECUは、流量制御弁を制御し、流量制御弁の故障検知のため、一方を閉弁状態として他方だけを作動させる。そして、流量制御弁の作動時に測定される流量が規定値よりも大きい場合には、他方の流量制御弁が開弁した状態で故障していると判断し、規定値よりも小さい場合には、他方の流量制御弁が閉弁した状態で故障していると判断する。そして、いずれかの流量制御弁が開弁状態で故障していると判断された場合には、リーク相当発電量の電力の一部を二次電池の充電に使用し、残りを負荷に供給する。また、いずれかの流量制御弁が閉弁状態で故障していると判断された場合には、正常弁の最大制御流量が要求ガス量未満である場合に、正常弁を要求ガス量に制御するとともに、ECUは、不足電力を二次電池から負荷に供給する。   Further, in the case of the fuel cell system described in Patent Document 2, two flow paths arranged in parallel with respect to the gas flow in the fuel gas supply flow path for supplying fuel gas to the fuel cell main body, and two flow paths And a flow control valve provided in the passage. In addition, the ECU controls the flow rate control valve, and activates only the other with one being closed to detect a failure of the flow rate control valve. And when the flow rate measured at the time of operation of the flow control valve is larger than the specified value, it is determined that the other flow control valve is in a state of opening, and when it is smaller than the specified value, It is determined that the other flow rate control valve is malfunctioning in the closed state. If it is determined that one of the flow control valves is malfunctioning in the open state, a part of the power corresponding to the leakage generation amount is used for charging the secondary battery, and the rest is supplied to the load. . If it is determined that one of the flow control valves is in a closed state, the normal valve is controlled to the required gas amount when the maximum control flow rate of the normal valve is less than the required gas amount. At the same time, the ECU supplies insufficient power from the secondary battery to the load.

また、特許文献3に記載された燃料電池システムの場合、酸化ガスを燃料電池に供給する酸化ガス供給流路は、加湿器を通過する本経路と、加湿器を迂回する加湿器バイパス経路とを備える。そして本経路と加湿器バイパス経路とのそれぞれに、外部から与えられた流量設定信号に応じてガスの質量流量を自動制御するMFCまたは電動弁を設けている。特許文献3には、停止時に、本経路と加湿器バイパス経路とをMFCまたは電動弁により遮断することは開示されていない。   In the case of the fuel cell system described in Patent Document 3, the oxidizing gas supply channel for supplying the oxidizing gas to the fuel cell includes a main path that passes through the humidifier and a humidifier bypass path that bypasses the humidifier. Prepare. Each of the main path and the humidifier bypass path is provided with an MFC or an electric valve that automatically controls the mass flow rate of the gas in accordance with a flow rate setting signal given from the outside. Patent Document 3 does not disclose that the main path and the humidifier bypass path are shut off by an MFC or a motor-operated valve when stopped.

特開2000−3717号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-3717 特開2005−302563号公報JP 2005-302563 A 特開平7−235324号公報JP 7-235324 A

上記の特許文献1に記載された燃料電池システムの場合、エアコンプレッサからの空気は、ガスの流れに関して並列に分岐しない単一の経路により、電池スタックに供給される。また、電池スタックからは、やはりガスの流れに関して並列に分岐しない単一の経路を通じて空気ガス系ガスが排出される。また、燃料電池システムに、電池スタックに空気を供給する酸化ガス供給流路と、電池スタックから空気系ガスを排出する酸化ガス系排出流路とを設け、酸化ガス供給流路と酸化ガス系排出流路とに弁と遮断弁とを設けている。このため、弁や遮断弁が氷点下等低温環境で使用される等により弁体周辺部が凍結等により固着する等、閉状態で故障した場合に、電池スタックに空気を供給したり、電池スタックから空気系ガスを排出することが困難になる。この場合には、遮断弁の故障により、燃料電池システムの運転が自動的に停止してしまう。   In the case of the fuel cell system described in Patent Document 1, air from the air compressor is supplied to the cell stack through a single path that does not branch in parallel with respect to the gas flow. In addition, the air-based gas is discharged from the battery stack through a single path that does not branch in parallel with respect to the gas flow. Further, the fuel cell system is provided with an oxidizing gas supply channel for supplying air to the battery stack and an oxidizing gas system discharging channel for discharging air-based gas from the battery stack, and the oxidizing gas supply channel and the oxidizing gas system discharge are provided. A valve and a shut-off valve are provided in the flow path. For this reason, when a valve or shut-off valve is used in a low-temperature environment such as below freezing, etc., the periphery of the valve body is fixed due to freezing, etc. It becomes difficult to discharge air-based gas. In this case, the operation of the fuel cell system is automatically stopped due to the failure of the shutoff valve.

さらに、酸化ガス供給流路または酸化ガス系排出流路に設ける弁または遮断弁が燃料電池システムの停止時に開弁されている場合には、電池スタックに設ける触媒をカーボンにより保持している場合にカーボンが早期に酸化して、燃料電池システムが早期に寿命に達したり、電池スタックの発電性能が低下する可能性がある。   Further, when the valve provided in the oxidizing gas supply channel or the oxidizing gas system discharge channel or the shutoff valve is opened when the fuel cell system is stopped, the catalyst provided in the battery stack is held by carbon. Carbon may oxidize early and the fuel cell system may reach the end of its life or the power generation performance of the battery stack may be reduced.

これに対して、特許文献2に記載された燃料電池システムの場合、燃料電池本体に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に、ガスの流れに関して並列に配置された2本の流路と、2本の流路に設けられた流量制御弁とを備えるが、酸化ガス供給流路または酸化ガス系排出流路に、ガスの流れに関して並列に2本の流路を設けることは開示されていない。このため、酸化ガス供給流路または酸化ガス系排出流路に設けた弁の故障時に、燃料電池システムが自動的に運転停止されてしまう。また、運転停止時に、酸化ガス供給流路を通じて燃料電池本体に新たな空気が供給されると、燃料電池本体を構成する触媒をカーボンにより保持している場合にカーボンが早期に酸化して、燃料電池システムが早期に寿命に達したり、燃料電池の発電性能が低下する可能性がある。   On the other hand, in the case of the fuel cell system described in Patent Document 2, in the fuel gas supply channel for supplying the fuel gas to the fuel cell main body, two channels arranged in parallel with respect to the gas flow, The flow rate control valve is provided in two flow paths, but it is not disclosed to provide two flow paths in parallel with respect to the gas flow in the oxidizing gas supply flow path or the oxidizing gas system discharge flow path. . For this reason, the operation of the fuel cell system is automatically stopped when a valve provided in the oxidizing gas supply channel or the oxidizing gas system discharge channel fails. In addition, when new air is supplied to the fuel cell main body through the oxidizing gas supply flow path when the operation is stopped, the carbon is oxidized early when the catalyst constituting the fuel cell main body is held by carbon, and the fuel is The battery system may reach the end of its life early, or the power generation performance of the fuel cell may be reduced.

また、特許文献3に記載された燃料電池システムの場合、酸化ガス供給流路が本経路と加湿器バイパス経路とを備え、本経路と加湿器バイパス経路とのそれぞれに弁を設けている。ただし、システムの停止時にそれぞれの弁の開閉状態を工夫して、システムの寿命向上を図れるようにすることは考慮されていない。また、本経路と加湿器バイパス経路とに設けたいずれかの弁の故障時でも、燃料電池システムの運転を可能とすることは考慮されていない。   Further, in the case of the fuel cell system described in Patent Document 3, the oxidizing gas supply flow path includes a main path and a humidifier bypass path, and a valve is provided in each of the main path and the humidifier bypass path. However, it is not considered to improve the life of the system by devising the open / close state of each valve when the system is stopped. Further, it is not considered that the fuel cell system can be operated even when any of the valves provided in the main path and the humidifier bypass path fails.

本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、寿命を向上させるとともに、良好な発電性能を長期間に確保し、かつ、弁の故障時でも運転を可能とすることにある。   An object of the present invention is to improve the lifetime of a fuel cell system, to ensure good power generation performance over a long period of time, and to enable operation even when a valve fails.

本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを供給または排出するための酸化ガス流路と、を備える燃料電池システムであって、酸化ガス流路を構成する第1のガス流路に設けられた第1の遮断弁と、第1のガス流路の迂回路である第2のガス流路に設けられた第2の遮断弁と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の発電停止時に、第1の遮断弁と第2の遮断弁との両方を遮断することにより、燃料電池のカソード側電極側の流路のガス上流側または下流側を遮断することを特徴とする燃料電池システムである。   A fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system comprising a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, and an oxidizing gas passage for supplying or discharging the oxidizing gas to the fuel cell. A first shut-off valve provided in the first gas flow path constituting the oxidizing gas flow path, and a second gas flow path provided in the second gas flow path that is a detour of the first gas flow path. And a control part, and the control part shuts off both the first shut-off valve and the second shut-off valve when power generation of the fuel cell is stopped, so that the cathode side electrode side of the fuel cell The fuel cell system is characterized in that the upstream side or the downstream side of the gas in the flow path is cut off.

また、好ましくは、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち一方の遮断弁を、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、閉弁状態となるノーマルクローズ型の遮断弁とし、他方の遮断弁を、ノーマル状態において開弁状態となるノーマルオープン型の遮断弁とする。   Preferably, one of the first shut-off valve and the second shut-off valve is a normally closed shut-off that is closed in a normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure. The other shut-off valve is a normally open shut-off valve that is open in the normal state.

また、より好ましくは、酸化ガス流路は、酸化ガスを燃料電池に供給するための酸化ガス供給流路とし、第1のガス流路は加湿器を通過する本経路とし、第2のガス流路は加湿器を迂回する加湿器バイパス経路とし、第1の遮断弁は、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、開弁状態となるノーマルオープン型の入口シャット弁とし、第2の遮断弁は、ノーマル状態において閉弁状態となるノーマルクローズ型の加湿器バイパス弁とする。   More preferably, the oxidizing gas channel is an oxidizing gas supply channel for supplying oxidizing gas to the fuel cell, the first gas channel is a main channel passing through the humidifier, and the second gas channel is The path is a humidifier bypass path that bypasses the humidifier, and the first shut-off valve is a normally open type inlet shut-off valve that opens in the normal state where all the internal pressure chambers are at the same pressure. The shutoff valve 2 is a normally closed humidifier bypass valve that is closed in the normal state.

また、より好ましくは、第1の遮断弁と第2の遮断弁とは、流体の圧力差で駆動する弁とし、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち、ノーマルオープン型の他方の遮断弁に圧力差発生用の流体を供給するための圧力制御用流路と、圧力制御用流路内の圧力を維持するために使用する、非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁と、を備え、ノーマルクローズ型電磁弁は、燃料電池の発電停止時に、圧力制御用流路内の圧力を維持することにより、ノーマルオープン型の他方の遮断弁を閉弁状態とする。   More preferably, the first shut-off valve and the second shut-off valve are valves driven by a pressure difference between fluids, and the other of the normally open type of the first shut-off valve and the second shut-off valve is used. A pressure control flow path for supplying a fluid for generating a pressure difference to the shut-off valve, and a normally closed electromagnetic that shuts off the flow path when not in operation, used to maintain the pressure in the pressure control flow path The normally closed solenoid valve maintains the pressure in the pressure control flow path when the fuel cell stops generating power, thereby closing the other normally open shutoff valve.

また、より好ましくは、制御部は、始動時において、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち一方の遮断弁に異常が発生したことが検知された場合に、他方の遮断弁を開弁し、他方の遮断弁が設けられた流路を通じて酸化ガスを燃料電池に供給する。   More preferably, when the control unit detects that an abnormality has occurred in one of the first shut-off valve and the second shut-off valve at the time of start-up, the control unit turns on the other shut-off valve. The valve is opened, and the oxidizing gas is supplied to the fuel cell through the flow path provided with the other shut-off valve.

また、より好ましくは、制御部は、一方の遮断弁の異常を、圧力検出手段に検知された圧力値または遮断弁を駆動するために設けられた電磁弁の状況から検知する。   More preferably, the control unit detects an abnormality of one of the shutoff valves from a pressure value detected by the pressure detection means or a situation of an electromagnetic valve provided to drive the shutoff valve.

また、より好ましくは、酸化ガス流路は、燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路とし、第1の流路は加湿器を通過する本経路とし、第2の流路は加湿器を迂回する加湿器バイパス経路とし、制御部は、燃料電池の発電停止指令を受けた後に燃料電池に酸化ガスを供給する掃気処理時に、加湿器バイパス経路に設けられた第2の遮断弁が開放されない場合に、本経路に設けられた第1の遮断弁を通じて燃料電池に酸化ガスを供給する掃気処理制御手段を備える。   More preferably, the oxidizing gas channel is an oxidizing gas supply channel for supplying oxidizing gas to the fuel cell, the first channel is a main channel that passes through the humidifier, and the second channel is A humidifier bypass path that bypasses the humidifier is provided, and the controller is configured to provide a second shut-off valve provided in the humidifier bypass path during a scavenging process for supplying an oxidizing gas to the fuel cell after receiving a power generation stop command for the fuel cell. Scavenging process control means for supplying an oxidizing gas to the fuel cell through a first shut-off valve provided in this path when is not opened.

本発明に係る燃料電池システムによれば、酸化ガス流路を構成する第1のガス流路に設けられた第1の遮断弁と、第1のガス流路の迂回路である第2のガス流路に設けられた第2の遮断弁と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池の発電停止時に、第1の遮断弁と第2の遮断弁との両方を遮断することにより、燃料電池のカソード側電極側の流路のガス上流側または下流側を遮断するので、燃料電池に設ける触媒をカーボンにより保持している場合でも、運転停止中に燃料電池内に新たな空気を導入されにくくして、カーボンが早期に酸化するのを抑えることができる。このため、燃料電池システムの寿命の向上を図れるとともに、良好な発電性能を長期に確保できる。また、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち、一方の弁の故障時に他方の弁を使用することにより、燃料電池システムの運転を可能とすることができる。例えば、第1の遮断弁が閉弁状態で故障した場合でも、第2の遮断弁を開放することにより、燃料電池に新たなガスを供給でき、燃料電池を発電させることができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the first shutoff valve provided in the first gas flow path that constitutes the oxidizing gas flow path, and the second gas that is a detour of the first gas flow path. A second shutoff valve provided in the flow path, and a control unit, wherein the control unit shuts off both the first shutoff valve and the second shutoff valve when power generation of the fuel cell is stopped. Since the gas upstream side or downstream side of the flow path on the cathode side electrode side of the fuel cell is shut off, even when the catalyst provided in the fuel cell is held by carbon, new air is introduced into the fuel cell during operation stoppage. It can be made difficult to be introduced, and the early oxidation of carbon can be suppressed. For this reason, the lifetime of the fuel cell system can be improved, and good power generation performance can be secured for a long time. Further, by using one of the first shut-off valve and the second shut-off valve when one of the valves fails, the fuel cell system can be operated. For example, even when the first shut-off valve fails in the closed state, by opening the second shut-off valve, new gas can be supplied to the fuel cell, and the fuel cell can be generated.

また、酸化ガス流路は、酸化ガスを燃料電池に供給するための酸化ガス供給流路とし、第1のガス流路は加湿器を通過する本経路とし、第2のガス流路は加湿器を迂回する加湿器バイパス経路とし、第1の遮断弁は、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、開弁状態となるノーマルオープン型の入口シャット弁とし、第2の遮断弁は、ノーマル状態において閉弁状態となるノーマルクローズ型の加湿器バイパス弁とする構成によれば、入口シャット弁の圧力室の圧力を制御するための電磁弁の故障時でも、入口シャット弁を開弁状態にしやすくでき、燃料電池システムが流路内の圧力の異常上昇により運転停止になることを防止できる。また、加湿器バイパス弁をノーマルクローズ型としているため、加湿器バイパス弁の圧力室の圧力を制御するための電磁弁の故障時でも、加湿器バイパス弁を閉弁状態に維持できて、燃料電池システムの運転時に過度に乾燥した空気が燃料電池に導入され、燃料電池内部の加湿不足により発電性能が低下するのを防止できる。   The oxidizing gas channel is an oxidizing gas supply channel for supplying oxidizing gas to the fuel cell, the first gas channel is a main channel passing through the humidifier, and the second gas channel is a humidifier. The first shut-off valve is a normally open type inlet shut-off valve that opens in the normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure, and the second shut-off valve According to the configuration of the normally closed humidifier bypass valve that is closed in the normal state, the inlet shut-off valve is opened even when the solenoid valve for controlling the pressure in the pressure chamber of the inlet shut-off valve fails. The valve state can be easily achieved, and the fuel cell system can be prevented from being stopped due to an abnormal increase in pressure in the flow path. In addition, since the humidifier bypass valve is normally closed, the humidifier bypass valve can be kept closed even when a solenoid valve for controlling the pressure in the pressure chamber of the humidifier bypass valve fails. Air that is excessively dry during the operation of the system is introduced into the fuel cell, and it is possible to prevent power generation performance from being deteriorated due to insufficient humidification inside the fuel cell.

これに対して、従来から考えられている構成の場合、加湿器を迂回する加湿器バイパス経路に設ける第2の遮断弁に対応する加湿器バイパス弁として、流路内におけるガスの遮断機能を有する弁を使用することが考慮されていなかった。例えば、加湿器バイパス弁として、バタフライ弁を使用することが考えられていた。これに対して、加湿器バイパス弁にガス遮断機能を有するものを使用することにより、運転停止中に燃料電池内に新たな空気をより有効に導入されにくくできる。   On the other hand, in the case of the configuration conventionally considered, the humidifier bypass valve corresponding to the second cutoff valve provided in the humidifier bypass path that bypasses the humidifier has a gas cutoff function in the flow path. The use of valves was not considered. For example, it has been considered to use a butterfly valve as a humidifier bypass valve. On the other hand, by using a humidifier bypass valve having a gas shut-off function, it is difficult to introduce new air into the fuel cell more effectively during operation stop.

また、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち一方の遮断弁を、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、閉弁状態となるノーマルクローズ型の遮断弁とし、他方の遮断弁を、ノーマル状態において開弁状態となるノーマルオープン型の遮断弁とする構成において、第1の遮断弁と第2の遮断弁とは、流体の圧力差で駆動する弁とし、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち、ノーマルオープン型の他方の遮断弁に圧力差発生用の流体を供給するための圧力制御用流路と、圧力制御用流路内の圧力を維持するために使用する、非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁と、を備え、ノーマルクローズ型電磁弁は、燃料電池の発電停止時に、圧力制御用流路内の圧力を維持することにより、ノーマルオープン型の他方の遮断弁を閉弁状態とする構成によれば、発電停止中にノーマルオープン型の他方の遮断弁の遮断を継続するための電力が不要になり、低燃費化を図れる。   Further, one of the first shut-off valve and the second shut-off valve is a normally closed shut-off valve that is closed in a normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure, In the configuration in which the other shut-off valve is a normally open shut-off valve that is opened in the normal state, the first shut-off valve and the second shut-off valve are valves driven by a fluid pressure difference, A pressure control flow path for supplying a fluid for generating a pressure difference to the other normally open shut-off valve of the first shut-off valve and the second shut-off valve; and a pressure in the pressure control flow path And a normally closed solenoid valve that is used to maintain and shuts off the flow path when not in operation, and the normally closed solenoid valve maintains the pressure in the pressure control flow path when the power generation of the fuel cell is stopped. The other of the normally open type According to the configuration of the cross-sectional valve in a closed state, the power to continue blocking the normally open type of the other shut-off valve in the power generation stop is not required, thereby the fuel efficiency.

[第1の発明の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1から図5は、本発明の第1の実施の形態を示しており、図1は、本実施の形態に係る燃料電池システムの略構成図である。燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、酸化ガス供給流路14および酸化ガス系排出流路16と、第2の遮断弁である加湿器バイパス弁18と、第1の遮断弁である入口シャット弁20と、出口シャット弁22とを備える。
[First Embodiment]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. The fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12, an oxidizing gas supply channel 14 and an oxidizing gas system discharge channel 16, a humidifier bypass valve 18 that is a second cutoff valve, and an inlet that is a first cutoff valve. A shut valve 20 and an outlet shut valve 22 are provided.

燃料電池スタック12は、酸素と水素との電気化学反応により発電する。すなわち、燃料ガスである水素ガスと、酸化ガスである空気とを燃料電池スタック12に供給することにより、燃料電池スタック12内の図示しない複数の燃料電池セルにおいて、酸素と水素とが電気化学反応して電気エネルギーが得られる。燃料電池セルは、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−電極アセンブリと、その両側のセパレータを備えるものとする。   The fuel cell stack 12 generates power by an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen. That is, by supplying hydrogen gas, which is a fuel gas, and air, which is an oxidizing gas, to the fuel cell stack 12, oxygen and hydrogen react in an electrochemical reaction in a plurality of fuel cells not shown in the fuel cell stack 12. Electric energy can be obtained. The fuel cell includes, for example, a membrane-electrode assembly in which an electrolyte membrane is sandwiched between an anode side electrode and a cathode side electrode, and separators on both sides thereof.

なお、本実施形態の燃料電池システム10は、例えば燃料電池車用として車両に搭載し、燃料電池スタック12を、車両走行用モータの電源として使用する。もちろん、本実施の形態の燃料電池システムを、車両走行用以外の用途に使用することもできる。   In addition, the fuel cell system 10 of this embodiment is mounted in a vehicle for, for example, a fuel cell vehicle, and the fuel cell stack 12 is used as a power source for a vehicle driving motor. Of course, the fuel cell system of the present embodiment can also be used for purposes other than vehicle driving.

酸化ガスである空気を燃料電池スタック12に供給するために酸化ガス供給流路14を設けている。酸化ガス供給流路14のガス上流側にはエアコンプレッサ24とインタークーラ26とを設けている。エアコンプレッサ24により加圧された空気は、インタークーラ26で冷却され、加湿器28で加湿された後、燃料電池スタック12のカソード側電極側の流路に供給される。   An oxidizing gas supply channel 14 is provided to supply air, which is an oxidizing gas, to the fuel cell stack 12. An air compressor 24 and an intercooler 26 are provided on the gas upstream side of the oxidizing gas supply channel 14. The air pressurized by the air compressor 24 is cooled by the intercooler 26, humidified by the humidifier 28, and then supplied to the channel on the cathode side electrode side of the fuel cell stack 12.

また、空気を、加湿器28を通過させてから燃料電池スタック12に供給するための第1のガス流路である本経路30とは別に、本経路30とガスの流れに関して並行に、第2のガス流路であり、本経路30の迂回路である加湿器バイパス経路32を設けている。加湿器バイパス経路32を通過する空気は、加湿器28を通過せずに、燃料電池スタック12に供給される。加湿器バイパス経路32の途中に、加湿器バイパス弁18を設けている。   In addition to the main path 30 which is a first gas flow path for supplying air to the fuel cell stack 12 after passing through the humidifier 28, the second path 30 and the gas flow are in parallel with each other. The humidifier bypass path 32, which is a bypass of the main path 30, is provided. The air passing through the humidifier bypass path 32 is supplied to the fuel cell stack 12 without passing through the humidifier 28. A humidifier bypass valve 18 is provided in the middle of the humidifier bypass path 32.

また、燃料電池スタック12に供給され、各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気である空気オフガスを、燃料電池スタック12から排出するために、酸化ガス系排出流路16を設けている。酸化ガス系排出流路16を通じて排出される空気オフガスは、調圧弁34を介して加湿器28に送られ、その後、図示しない希釈器を介して大気に放出される。調圧弁34は、燃料電池スタック12から排出される空気の圧力(背圧)が、燃料電池スタック12の運転状態に応じた適切な圧力値になるように制御される。すなわち、調圧弁34の弁開度によって酸化ガス系排出流路16内の圧力センサP2の位置に対応する空気の圧力が調整される。また、加湿器28は、燃料電池スタック12から排出された後の空気から得た水分を、燃料電池スタック12に供給される前の空気に与えて、加湿する役目を果たす。   In addition, an oxidizing gas discharge channel 16 is provided to discharge air off-gas, which is air supplied to the fuel cell stack 12 and subjected to an electrochemical reaction in each fuel cell, from the fuel cell stack 12. ing. The air off-gas discharged through the oxidizing gas system discharge flow channel 16 is sent to the humidifier 28 via the pressure regulating valve 34 and then released to the atmosphere via a diluter (not shown). The pressure regulating valve 34 is controlled so that the pressure (back pressure) of the air discharged from the fuel cell stack 12 becomes an appropriate pressure value according to the operating state of the fuel cell stack 12. That is, the pressure of the air corresponding to the position of the pressure sensor P2 in the oxidizing gas discharge channel 16 is adjusted by the valve opening degree of the pressure regulating valve 34. Further, the humidifier 28 serves to humidify the moisture obtained from the air discharged from the fuel cell stack 12 to the air before being supplied to the fuel cell stack 12.

なお、燃料電池スタック12には、水素ガスを供給するための水素ガス供給流路と水素ガス系ガスを排出するための水素ガス系排出流路とを接続しているが、図1では図示を省略している。   The fuel cell stack 12 is connected with a hydrogen gas supply channel for supplying hydrogen gas and a hydrogen gas system discharge channel for discharging hydrogen gas system gas. Omitted.

また、酸化ガス供給流路14の本経路30において、加湿器バイパス経路32の上流側接続部と加湿器28との間、および、酸化ガス系排出流路16において、加湿器28よりもガス下流側の間に、ガスの流れに関して燃料電池スタック12と並行になるように、燃料電池バイパス経路36を接続している。そして、燃料電池バイパス経路36の途中に燃料電池バイパス弁38を設けている。燃料電池バイパス弁38は、燃料電池スタック12へ供給される空気の圧力を制御するために利用される。すなわち、燃料電池バイパス弁38の弁開度により、酸化ガス供給流路14の入口圧力センサP1の位置に対応する空気の圧力が調整される。なお、エアコンプレッサ24から吐出される空気の流量により、入口圧力センサP1位置に対応する空気圧力を調整することもできる。もちろん、燃料電池バイパス弁38の弁開度と、エアコンプレッサ24による吐出流量との両方を利用して、入口圧力センサP1位置に対応する空気圧力を調整することもできる。   Further, in the main path 30 of the oxidizing gas supply flow path 14, between the upstream side connection portion of the humidifier bypass path 32 and the humidifier 28, and in the oxidizing gas system discharge flow path 16, the gas downstream of the humidifier 28. A fuel cell bypass path 36 is connected between the sides so as to be parallel to the fuel cell stack 12 with respect to the gas flow. A fuel cell bypass valve 38 is provided in the middle of the fuel cell bypass path 36. The fuel cell bypass valve 38 is used to control the pressure of air supplied to the fuel cell stack 12. That is, the pressure of the air corresponding to the position of the inlet pressure sensor P1 of the oxidizing gas supply flow path 14 is adjusted by the valve opening degree of the fuel cell bypass valve 38. The air pressure corresponding to the position of the inlet pressure sensor P1 can also be adjusted by the flow rate of the air discharged from the air compressor 24. Of course, the air pressure corresponding to the position of the inlet pressure sensor P1 can be adjusted by using both the valve opening of the fuel cell bypass valve 38 and the discharge flow rate of the air compressor 24.

また、燃料電池システム10は、氷点下等の低温始動時において、燃料電池スタック12を速やかに温度上昇させることが好ましい。そして、このために、燃料電池スタック12に供給される水素ガスの量に比べて、燃料電池スタック12に供給される空気の量を、水素ガスとの反応により発電するのに見合う量よりも少なくし、すなわちカソードストイキ比を下げて、低効率で発電させ、燃料電池スタック12を速やかに温度上昇させることが考えられる。ただし、この場合には、燃料電池スタック12のアノード側の流路から電解質膜を介して水素がカソード側の流路に入り込み、酸化ガス系排出流路16内の水素濃度が高くなる可能性がある。上記の燃料電池バイパス弁38は、このような場合に開弁状態として、燃料電池スタック12を通過しない空気により、酸化ガス系排出流路16内の水素濃度を低下させるために利用することもできる。   In addition, the fuel cell system 10 preferably raises the temperature of the fuel cell stack 12 quickly at a low temperature start such as below freezing. For this reason, compared to the amount of hydrogen gas supplied to the fuel cell stack 12, the amount of air supplied to the fuel cell stack 12 is less than the amount commensurate with power generation by reaction with hydrogen gas. That is, it is conceivable that the cathode stoichiometric ratio is lowered to generate power with low efficiency, and the temperature of the fuel cell stack 12 is rapidly increased. However, in this case, hydrogen may enter the cathode-side channel from the anode-side channel of the fuel cell stack 12 through the electrolyte membrane, and the hydrogen concentration in the oxidizing gas discharge channel 16 may increase. is there. In such a case, the fuel cell bypass valve 38 can be used to reduce the hydrogen concentration in the oxidizing gas system discharge flow path 16 by the air that does not pass through the fuel cell stack 12 in such a case. .

さらに、酸化ガス供給流路14の本経路30の加湿器28よりもガス下流側と、酸化ガス系排出流路16の加湿器28よりもガス上流側とに、それぞれ入口シャット弁20と出口シャット弁22とを設けている。   Further, the inlet shut valve 20 and the outlet shut are respectively provided on the gas downstream side of the humidifier 28 of the main path 30 of the oxidizing gas supply flow path 14 and the gas upstream side of the humidifier 28 of the oxidizing gas system discharge flow path 16. A valve 22 is provided.

すなわち、それぞれ燃料電池用弁であり、流路内の空気の流れを調整する流体制御弁である、入口シャット弁20と出口シャット弁22と、さらには上記の加湿器バイパス弁18とには、圧力制御用流路40を介して、それぞれがノーマルクローズ型電磁弁である、3つずつのPSV(Pressure Switching Valve)が接続されている。   That is, each of the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22, which is a fuel cell valve and a fluid control valve for adjusting the flow of air in the flow path, and the humidifier bypass valve 18 described above, Three PSVs (Pressure Switching Valves), each of which is a normally closed solenoid valve, are connected via the pressure control flow path 40.

すなわち、加湿器バイパス弁18には、VbS,VbC,VbOの3つのPSVが接続されている。また、入口シャット弁20には、ViS,ViC,ViOの3つのPSVが接続されており、出口シャット弁22には、VoS,VoC,VoOの3つのPSVが接続されている。これらのPSVは、圧力制御用流路40を介して、酸化ガス供給流路14の本経路30のガス上流側、例えばエアコンプレッサ24と加湿器28との間に接続される。これらのすべてのPSVである、VbS,VbC,VbO,ViS,ViC,ViO,VoS,VoC,VoOは、図示しないECU(Electronic Control Unit)等の制御部により制御される。加湿器バイパス弁18と入口シャット弁20と出口シャット弁22とは、いずれも内部の圧力室に存在する流体である、ガスの圧力差で駆動する。また、圧力制御用流路40は、上記各弁18,20,22に圧力差発生用の流体であるガスを供給する。   That is, three PSVs VbS, VbC, and VbO are connected to the humidifier bypass valve 18. In addition, three PSVs ViS, ViC, and ViO are connected to the inlet shut valve 20, and three PSVs, VoS, VoC, and VoO, are connected to the outlet shut valve 22. These PSVs are connected to the upstream side of the main passage 30 of the oxidizing gas supply passage 14 via the pressure control passage 40, for example, between the air compressor 24 and the humidifier 28. All these PSVs, VbS, VbC, VbO, ViS, ViC, ViO, VoS, VoC, and VoO, are controlled by a control unit such as an ECU (Electronic Control Unit) (not shown). The humidifier bypass valve 18, the inlet shut-off valve 20, and the outlet shut-off valve 22 are all driven by a gas pressure difference that is a fluid existing in the internal pressure chamber. The pressure control flow path 40 supplies gas, which is a fluid for generating a pressure difference, to the valves 18, 20, and 22.

次に、図2および図3により、入口シャット弁20と、出口シャット弁22との構成および作用を、主に入口シャット弁20により代表して説明する。入口シャット弁20と出口シャット弁22との構成自体は、同じである。また、加湿器バイパス弁18の構成は後で説明する。   Next, with reference to FIGS. 2 and 3, the configuration and operation of the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 will be described mainly using the inlet shut valve 20 as a representative. The configuration itself of the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 is the same. The configuration of the humidifier bypass valve 18 will be described later.

図2に示すように、入口シャット弁20は、内部に設けたすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、弁体が開く開弁状態となるノーマルオープン型のシャット弁としている。   As shown in FIG. 2, the inlet shut valve 20 is a normally open shut valve in which the valve element is opened in a normal state in which all the pressure chambers provided therein have the same pressure.

入口シャット弁20は、複数のハウジング要素を結合して成るハウジング42の内部に仕切り部44で仕切った上下2個の空間を設けており、2個の空間に、それぞれ主ダイヤフラム46と副ダイヤフラム48とを設けることにより、主ダイヤフラム46の上面側に閉弁用圧力室50を、同じく下面側に開弁用圧力室52を、副ダイヤフラム48の上面側に大気圧室54を、同じく下面側に流路構成圧力室56を、それぞれ設けている。閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52と大気圧室54と流路構成圧力室56とは、互いに分離しており、これら圧力室50,52,54,56のうち、いずれの2の圧力室も内部で互いに連通していない。   The inlet shut valve 20 is provided with two upper and lower spaces partitioned by a partition portion 44 inside a housing 42 formed by coupling a plurality of housing elements. A main diaphragm 46 and a sub diaphragm 48 are respectively provided in the two spaces. Are provided, the valve closing pressure chamber 50 on the upper surface side of the main diaphragm 46, the valve opening pressure chamber 52 on the lower surface side, the atmospheric pressure chamber 54 on the upper surface side of the sub diaphragm 48, and the lower surface side. Each of the flow path constituting pressure chambers 56 is provided. The valve closing pressure chamber 50, the valve opening pressure chamber 52, the atmospheric pressure chamber 54, and the flow path constituting pressure chamber 56 are separated from each other, and any two of these pressure chambers 50, 52, 54, 56 are separated. The pressure chambers are not in communication with each other.

また、主ダイヤフラム46と副ダイヤフラム48とは、弁体58に結合している。すなわち、ハウジング42の内部に駆動軸60を有する弁体58を備え、ハウジング42に弁体58を駆動軸60の軸方向の変位可能に支持している。弁体58は、駆動軸60と、駆動軸60の下端部に結合した円板状の弁体本体62とを有する。また、駆動軸60の中間部下端寄りに、外周面に駆動軸側円筒面部63を有する有底円筒状の筒状部材64を結合している。   Further, the main diaphragm 46 and the sub diaphragm 48 are coupled to the valve body 58. That is, the valve body 58 having the drive shaft 60 is provided inside the housing 42, and the valve body 58 is supported on the housing 42 so as to be displaceable in the axial direction of the drive shaft 60. The valve body 58 includes a drive shaft 60 and a disc-shaped valve body main body 62 coupled to the lower end portion of the drive shaft 60. Further, a cylindrical member 64 having a bottomed cylindrical shape having a drive shaft side cylindrical surface portion 63 on the outer peripheral surface is coupled near the lower end of the intermediate portion of the drive shaft 60.

また、筒状部材64の底板部下面と弁体本体62の上面との間に、ゴム等の弾性材製の副ダイヤフラム48の内周側端部を狭持し、副ダイヤフラム48の内周部を駆動軸60に結合している。副ダイヤフラム48の外周側端部は、ハウジング42を構成する2個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング42の内周部に結合している。これにより、ハウジング42内の仕切り部44下側の空間の上側と下側とは、副ダイヤフラム48により、大気圧室54と流路構成圧力室56とに分離される。   Further, the inner peripheral side end portion of the sub diaphragm 48 made of an elastic material such as rubber is sandwiched between the bottom surface of the bottom plate portion of the cylindrical member 64 and the upper surface of the valve body 62, and the inner peripheral portion of the sub diaphragm 48 Are coupled to the drive shaft 60. The outer peripheral side end of the sub diaphragm 48 is coupled to the inner peripheral portion of the housing 42 so as to be sandwiched by two housing elements constituting the housing 42. Thereby, the upper side and the lower side of the space below the partition portion 44 in the housing 42 are separated into the atmospheric pressure chamber 54 and the flow path constituting pressure chamber 56 by the sub diaphragm 48.

また、副ダイヤフラム48の径方向中間部内径寄りに、駆動軸側円筒面部63に沿って押し付けられるように弾性変形したダイヤフラム側円筒部66を設けている。そして、図3に示すような閉弁状態から、副ダイヤフラム48のうち、筒状部材64の駆動軸側円筒面部63とハウジング42の内面との間に存在する、上方に山形の環状に変形した環状変形部67の下面が流路構成圧力室56の圧力を受けるようにしている。そして環状変形部67の下面が流路構成圧力室56の圧力を受けることにより、図2に示すように、ダイヤフラム側円筒部66の上部を駆動軸側円筒面部63から引き剥がすように弾性変形させつつ駆動軸60が上方に変位するようにしている。   In addition, a diaphragm side cylindrical portion 66 that is elastically deformed so as to be pressed along the drive shaft side cylindrical surface portion 63 is provided near the inner diameter in the radial direction of the sub diaphragm 48. Then, from the valve closed state as shown in FIG. 3, the sub-diaphragm 48 is deformed into an upward mountain-shaped annular shape that exists between the drive shaft side cylindrical surface portion 63 of the cylindrical member 64 and the inner surface of the housing 42. The lower surface of the annular deformation portion 67 is adapted to receive the pressure of the flow path constituting pressure chamber 56. Then, when the lower surface of the annular deformation portion 67 receives the pressure of the flow path constituting pressure chamber 56, the upper portion of the diaphragm side cylindrical portion 66 is elastically deformed so as to be peeled off from the drive shaft side cylindrical surface portion 63 as shown in FIG. However, the drive shaft 60 is displaced upward.

また、副ダイヤフラム48の径方向中間部外径寄りに、ハウジング42の内面に設けたハウジング側円筒面部68に沿って押し付けられるように弾性変形した第2のダイヤフラム側円筒部70を設けている。そして図2に示すような開弁状態から図3に示すように駆動軸60が下方に変位する際に、第2のダイヤフラム側円筒部70の上部をハウジング側円筒面部68から引き剥がすように弾性変形するようにしている。   Further, a second diaphragm side cylindrical portion 70 that is elastically deformed so as to be pressed along the housing side cylindrical surface portion 68 provided on the inner surface of the housing 42 is provided near the outer diameter in the radial direction middle portion of the sub diaphragm 48. 2, when the drive shaft 60 is displaced downward as shown in FIG. 3 from the open state as shown in FIG. 2, the upper part of the second diaphragm side cylindrical portion 70 is elastically peeled off from the housing side cylindrical surface portion 68. I am trying to transform.

流路構成圧力室56は、酸化ガス供給流路14(図1参照)(出口シャット弁22の場合は酸化ガス系排出流路16)の一部を構成し、弁体58によりガス上流側とガス下流側とが遮断または接続される。また、大気圧室54には、一端を大気と連通させた大気連通管72が接続されており、大気圧室54が大気に開放されている。   The flow path constituting pressure chamber 56 constitutes a part of the oxidizing gas supply flow path 14 (see FIG. 1) (in the case of the outlet shut valve 22, the oxidizing gas system discharge flow path 16). The gas downstream side is cut off or connected. The atmospheric pressure chamber 54 is connected to an atmospheric communication pipe 72 having one end communicating with the atmosphere, and the atmospheric pressure chamber 54 is opened to the atmosphere.

また、弁体58の上端部に2個の略円板状要素を結合してなる抑え部材74が結合されており、2個の略円板状要素の間に、ゴム等の弾性材製の主ダイヤフラム46の内周側端部を狭持している。主ダイヤフラム46の外周側端部は、ハウジング42を構成する2個のハウジング要素により狭持するように、ハウジング42の内周部に結合している。これにより、ハウジング42内の仕切り部44上側の空間の上側と下側とは、主ダイヤフラム46により、閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52とに分離される。また、閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52とに、給排管76が接続されている。   Further, a restraining member 74 formed by joining two substantially disk-shaped elements is coupled to the upper end portion of the valve body 58, and an elastic material such as rubber is formed between the two substantially disk-shaped elements. The inner peripheral side end of the main diaphragm 46 is pinched. The outer peripheral side end portion of the main diaphragm 46 is coupled to the inner peripheral portion of the housing 42 so as to be sandwiched by two housing elements constituting the housing 42. Thus, the upper side and the lower side of the space above the partition 44 in the housing 42 are separated into the valve closing pressure chamber 50 and the valve opening pressure chamber 52 by the main diaphragm 46. A supply / exhaust pipe 76 is connected to the valve closing pressure chamber 50 and the valve opening pressure chamber 52.

さらに、抑え部材74の下面と、仕切り部44の上面との間に、弾力付与手段であるコイルばね78を設けて、弁体58に上方向、すなわち、開弁状態となる方向に弾力を付与している。弁体58は下方向に変位することにより、弁体本体62の下面が弁座80に着座して、流路を遮断する。すなわち、駆動軸60の軸方向の変位により、流路内が遮断または接続される。また、主ダイヤフラム46を含む駆動軸60上側の部分の受圧面積の直径は、副ダイヤフラム48を含む駆動軸60下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。   Further, a coil spring 78 as an elastic force imparting means is provided between the lower surface of the holding member 74 and the upper surface of the partition portion 44, and the elastic force is applied to the valve body 58 in the upward direction, that is, in the direction in which the valve is opened. is doing. When the valve body 58 is displaced downward, the lower surface of the valve body main body 62 is seated on the valve seat 80 to block the flow path. That is, the inside of the flow path is blocked or connected by the axial displacement of the drive shaft 60. Further, the diameter of the pressure receiving area of the upper part of the drive shaft 60 including the main diaphragm 46 is sufficiently larger than the diameter of the pressure receiving area of the lower part of the drive shaft 60 including the sub diaphragm 48.

このような入口シャット弁20では、閉弁用圧力室50を、給排管76(図2、図3)を介して、PSVであるViC側の圧力制御用流路40に接続している。また、開弁用圧力室52を、給排管76を介して、PSVであるViO側の圧力制御用流路40に接続している。駆動軸60の軸方向の変位により、主ダイヤフラム46の中央部分が、上下に反り返るように変位する。   In such an inlet shut valve 20, the valve closing pressure chamber 50 is connected to the pressure control flow path 40 on the ViC side, which is PSV, via a supply / discharge pipe 76 (FIGS. 2 and 3). The valve-opening pressure chamber 52 is connected to the pressure control flow path 40 on the ViO side, which is PSV, via a supply / discharge pipe 76. Due to the displacement of the drive shaft 60 in the axial direction, the central portion of the main diaphragm 46 is displaced so as to warp up and down.

図2に示すように駆動軸60の変位により、弁体58が上向きに駆動されると、酸化ガス供給流路14(図1)の上流側から入口シャット弁20の入口82に向かって流れる空気が、入口シャット弁20の出口84から燃料電池スタック12(図1)側へ排出される。一方、駆動軸60の変位により図3に示すように、弁体58が下向きに駆動されると、出口84が塞がれ、酸化ガス供給流路14の上流側から燃料電池スタック12に向かう空気の流れが遮断される。   As shown in FIG. 2, when the valve body 58 is driven upward by the displacement of the drive shaft 60, the air flowing from the upstream side of the oxidizing gas supply channel 14 (FIG. 1) toward the inlet 82 of the inlet shut valve 20. Is discharged from the outlet 84 of the inlet shut valve 20 to the fuel cell stack 12 (FIG. 1) side. On the other hand, as shown in FIG. 3 due to the displacement of the drive shaft 60, when the valve body 58 is driven downward, the outlet 84 is blocked, and the air flowing from the upstream side of the oxidizing gas supply channel 14 toward the fuel cell stack 12. Is interrupted.

なお、出口シャット弁22の場合には、図1に示すように、入口シャット弁20に対して、入口82および出口84が逆になる。そして、駆動軸60(図2、図3)の変位により弁体58が上方に駆動されると、酸化ガス系排出流路16の上流側から出口シャット弁22の入口82に向かって流れる空気オフガスが、出口シャット弁22の出口84から加湿器28側へ排出される。一方、駆動軸60の変位により弁体58が下向きに駆動されると、入口82が塞がれ、酸化ガス系排出流路16の上流側から加湿器28に向かう空気オフガスの流れが遮断される。   In the case of the outlet shut valve 22, the inlet 82 and the outlet 84 are reversed with respect to the inlet shut valve 20, as shown in FIG. When the valve body 58 is driven upward by the displacement of the drive shaft 60 (FIGS. 2 and 3), the air off-gas flows from the upstream side of the oxidizing gas system discharge passage 16 toward the inlet 82 of the outlet shut valve 22. Is discharged from the outlet 84 of the outlet shut valve 22 to the humidifier 28 side. On the other hand, when the valve body 58 is driven downward by the displacement of the drive shaft 60, the inlet 82 is blocked, and the flow of the air off-gas from the upstream side of the oxidizing gas system discharge passage 16 toward the humidifier 28 is blocked. .

駆動軸60の軸方向の変位は、3つのPSVによって制御される。すなわち、入口シャット弁20の場合、ViS,ViC,ViOの3つのPSVによって、開弁用圧力室52と閉弁用圧力室50との圧力が制御される。また、出口シャット弁22の場合には、VoS,VoC,VoOの3つのPSVによって開弁用圧力室52と閉弁用圧力室50との圧力が制御される。   The axial displacement of the drive shaft 60 is controlled by three PSVs. That is, in the case of the inlet shut valve 20, the pressures in the valve opening pressure chamber 52 and the valve closing pressure chamber 50 are controlled by three PSVs of ViS, ViC, and ViO. In the case of the outlet shut valve 22, the pressures in the valve opening pressure chamber 52 and the valve closing pressure chamber 50 are controlled by three PSVs of VoS, VoC, and VoO.

図1に示す、ViS(またはVoS)は、3WAY、すなわち、三方弁式のPSVであり、閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52とのうちの一方の圧力室を選択的に、エアコンプレッサ24のガス上流側と接続し、他方の圧力室とエアコンプレッサ24のガス上流側との間を遮断する。また、ViC,ViO,VoC,VoOは、いずれも2Way式のPSVであり、排気用バルブ、すなわち圧抜き用バルブとして機能する。   ViS (or VoS) shown in FIG. 1 is 3WAY, that is, a three-way valve PSV, and selectively selects one of the valve closing pressure chamber 50 and the valve opening pressure chamber 52, The gas compressor 24 is connected to the gas upstream side of the air compressor 24, and the other pressure chamber is disconnected from the gas upstream side of the air compressor 24. ViC, ViO, VoC, and VoO are all 2-way PSVs and function as exhaust valves, that is, pressure release valves.

また、ViS(またはVoS)は、通電状態により流路の接続状態を変化させる。ViS(またはVoS)は、通電されていない状態(非通電状態)において、エアコンプレッサ24のガス吐出側と開弁用圧力室52とを接続する。また、ViS(またはVoS)は、通電された状態(通電状態)で、エアコンプレッサのガス吐出側と閉弁用圧力室50とを接続する。また、ViC,ViO,VoC,VoOは、いずれも非通電状態で弁を閉鎖し、通電状態で弁を開放する、すなわち非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁である。   ViS (or VoS) changes the connection state of the flow path depending on the energized state. ViS (or VoS) connects the gas discharge side of the air compressor 24 and the valve-opening pressure chamber 52 in a state where current is not supplied (non-energized state). In addition, ViS (or VoS) connects the gas discharge side of the air compressor and the valve closing pressure chamber 50 in an energized state (energized state). ViC, ViO, VoC, and VoO are all normally closed solenoid valves that close the valve when not energized and open the valve when energized, that is, shut off the flow path when not operating.

なお、図1から図3において、ViS(VoS),ViC(VoC),ViO(VoO)を表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表している(後述する図4、図5も同様)。   In FIG. 1 to FIG. 3, among the plurality of triangles representing ViS (VoS), ViC (VoC), and ViO (VoO), the triangles filled with black indicate a state where the flow path is blocked. A white triangle represents a state in which the flow paths are connected (the same applies to FIGS. 4 and 5 described later).

このような入口シャット弁20および出口シャット弁22は、燃料電池スタック12の発電停止時に閉弁状態とする。次に、図4は、燃料電池スタックの発電を停止する際に、入口シャット弁20(または出口シャット弁22)を開弁状態(図2に示す状態)から閉弁状態(図3に示す状態)に移行させる場合を、入口シャット弁20で代表して説明する。図4(a)に示すように、入口シャット弁20を開弁している状態では、ViS,ViC,VoOをいずれも非通電状態としている。この状態では、エアコンプレッサ24(図1)からの圧力上昇した空気が開弁用圧力室52に圧力制御用流路40を介して導入されている。なお、図4で、斜線部は、圧力上昇した空気が導入されることを表している(図5も同様)。   The inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 are closed when power generation of the fuel cell stack 12 is stopped. Next, FIG. 4 shows that when the power generation of the fuel cell stack is stopped, the inlet shut valve 20 (or the outlet shut valve 22) is changed from the open state (the state shown in FIG. 2) to the closed state (the state shown in FIG. 3). ) Will be described as a representative of the inlet shut valve 20. As shown to Fig.4 (a), in the state which has opened the inlet shut-off valve 20, all ViS, ViC, and VoO are made into the non-energized state. In this state, air whose pressure has increased from the air compressor 24 (FIG. 1) is introduced into the valve opening pressure chamber 52 via the pressure control flow path 40. In FIG. 4, the shaded area indicates that air whose pressure has increased is introduced (the same applies to FIG. 5).

そして、この状態から、図4(b)に示すように、ViSを通電状態とし、エアコンプレッサ24(図1)からの圧力上昇した空気が、閉弁用圧力室50に圧力制御用流路40を介して導入されるようにする。また、ViOを通電状態、すなわち開弁状態として、開弁用圧力室52を大気に開放する。この結果、閉弁用圧力室50の圧力と開弁用圧力室52の圧力(大気圧)との間に生じる圧力差により駆動軸60に下方に向かう第1の力F1が作用する。一方、流路構成圧力室56にも、エアコンプレッサ24により圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧力室56の圧力と大気に連通する大気圧室54の圧力との間に生じる圧力差により、駆動軸60に第1の力F1と逆方向の、上方に向かう第2の力F2が作用する。ただし、本実施の形態の場合、図2、図3に示すように、主ダイヤフラム46を含む駆動軸60上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム48を含む駆動軸60下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしている。このため、図4(b)、図3に示すように、駆動軸60が第2の力F2とコイルばね78(図3)の弾力とに抗して下方に変位して、弁体本体62が弁座80に着座する。   Then, from this state, as shown in FIG. 4B, ViS is energized, and the air whose pressure has increased from the air compressor 24 (FIG. 1) flows into the valve-closing pressure chamber 50 for the pressure control flow path 40. To be introduced through. Further, the valve opening pressure chamber 52 is opened to the atmosphere with ViO in an energized state, that is, a valve open state. As a result, a first force F1 directed downward is applied to the drive shaft 60 due to a pressure difference generated between the pressure in the valve closing pressure chamber 50 and the pressure in the valve opening pressure chamber 52 (atmospheric pressure). On the other hand, since the air whose pressure has been increased by the air compressor 24 is also introduced into the flow path constituting pressure chamber 56, the pressure generated between the pressure of the flow path constituting pressure chamber 56 and the pressure of the atmospheric pressure chamber 54 communicating with the atmosphere. Due to the difference, an upward second force F2 in the opposite direction to the first force F1 acts on the drive shaft 60. However, in the case of the present embodiment, as shown in FIGS. 2 and 3, the diameter of the pressure receiving area of the upper portion of the drive shaft 60 including the main diaphragm 46 is set to the lower portion of the drive shaft 60 including the sub diaphragm 48. It is sufficiently larger than the diameter of the pressure receiving area. Therefore, as shown in FIGS. 4B and 3, the drive shaft 60 is displaced downward against the second force F <b> 2 and the elastic force of the coil spring 78 (FIG. 3), and the valve body 62. Sits on the valve seat 80.

そしてこの状態で、図4(c)に示すように、ViSを非通電状態にし、すなわち、エアコンプレッサ24吐出側が開弁用圧力室52に通じるようにする。ただし、ViOが開弁しているため、開弁用圧力室52内の圧力は上昇しない。この結果、閉弁用圧力室50内の圧力と、閉弁用圧力室50に通じる圧力制御用流路40内の圧力とが高圧に維持されたままの状態となる。このように、ViSとViCとは、圧力制御用流路40内の圧力を維持するために使用される。   In this state, as shown in FIG. 4C, ViS is turned off, that is, the discharge side of the air compressor 24 communicates with the valve opening pressure chamber 52. However, since ViO is open, the pressure in the valve opening pressure chamber 52 does not increase. As a result, the pressure in the valve closing pressure chamber 50 and the pressure in the pressure control flow path 40 leading to the valve closing pressure chamber 50 are maintained at a high pressure. Thus, ViS and ViC are used to maintain the pressure in the pressure control flow path 40.

次いで、エアコンプレッサ24の駆動を停止した後に、図4(d)に示すように、ViOを非通電状態、すなわち閉弁状態とする。この場合、開弁用圧力室52内の圧力が低下するため、閉弁用圧力室50内の圧力が開弁用圧力室52内の圧力よりも大きい状態が維持されたままとなる。このため、ViS,ViC,ViOすべてのPSVが非通電状態となり、しかも入口シャット弁20がノーマルオープン型であるのにもかかわらず、この入口シャット弁20を閉弁状態のまま維持できる。このように、ViSとViCとは、閉弁用圧力室52に通じる圧力制御用流路40内の圧力を維持することにより、ノーマルオープン型の入口シャット弁20を閉弁状態にする。また、同様にして、ノーマルオープン型の出口シャット弁22(図1)も、VoS,VoC,VoOを制御することにより、燃料電池スタック12の発電停止の際に、開弁状態から閉弁状態に変化させ、VoS,VoC,VoOのすべてのPSVの非通電状態で、閉弁状態を維持する。   Next, after driving of the air compressor 24 is stopped, as shown in FIG. 4D, ViO is brought into a non-energized state, that is, a valve-closed state. In this case, since the pressure in the valve-opening pressure chamber 52 decreases, the state in which the pressure in the valve-closing pressure chamber 50 is larger than the pressure in the valve-opening pressure chamber 52 remains maintained. For this reason, all the PSVs of ViS, ViC, and ViO are in a non-energized state, and the inlet shut valve 20 can be maintained in the closed state even though the inlet shut valve 20 is normally open. Thus, ViS and ViC maintain the pressure in the pressure control flow path 40 leading to the valve closing pressure chamber 52, thereby closing the normally open inlet shut valve 20. Similarly, the normally open type outlet shut valve 22 (FIG. 1) also controls the VoS, VoC, and VoO to change from the open state to the closed state when the fuel cell stack 12 stops generating power. The valve closed state is maintained with all the PSVs of VoS, VoC, and VoO being de-energized.

一方、図1に示す加湿器バイパス弁18は、内部に設けたすべての圧力室がすべて同圧であるノーマル状態において、弁体58が閉じる閉弁状態となるノーマルクローズ型のシャット弁としている。加湿器バイパス弁18の詳細構造の図示は省略するが、図2、図3に示した入口シャット弁20または出口シャット弁22と同様の構造で、コイルばね78(図2、図3参照)を、筒状部材64の底板部上面と仕切り部44下面との間に設けたような構造を有する。なお、加湿器バイパス弁18においては、抑え部材74(図2、図3参照)等の、弁体58の上端部に固定した部材の上面とハウジング42の下面との間に、コイルばねを設けて、ノーマルクローズ型のシャット弁とすることもできる(図1の略図参照)。   On the other hand, the humidifier bypass valve 18 shown in FIG. 1 is a normally closed shut valve in which the valve body 58 is closed in a normal state in which all the pressure chambers provided therein have the same pressure. Although the detailed structure of the humidifier bypass valve 18 is not shown, the coil spring 78 (see FIGS. 2 and 3) has the same structure as the inlet shut valve 20 or the outlet shut valve 22 shown in FIGS. The cylindrical member 64 has a structure provided between the upper surface of the bottom plate portion and the lower surface of the partition portion 44. In the humidifier bypass valve 18, a coil spring is provided between the upper surface of a member fixed to the upper end of the valve body 58, such as the restraining member 74 (see FIGS. 2 and 3), and the lower surface of the housing 42. Thus, a normally closed shut valve can also be used (see the schematic diagram in FIG. 1).

このような加湿器バイパス弁18は、図1に示すように、PSVのVbC側の圧力制御用流路40に閉弁用圧力室50を、PSVのVbO側の圧力制御用流路40に開弁用圧力室52を、それぞれ接続している。   As shown in FIG. 1, the humidifier bypass valve 18 has a valve closing pressure chamber 50 in the PSV VbC side pressure control flow path 40 and a pressure control flow path 40 in the PSV VbO side. The valve pressure chambers 52 are connected to each other.

駆動軸60の変位により弁体58が上向きに駆動されると、加湿器バイパス経路32の上流側から加湿器バイパス弁18の入口82に向かって流れる空気が、加湿器バイパス弁18の出口84から燃料電池スタック12側へ排出される。一方、駆動軸60の変位により弁体58が下向きに駆動されると、出口84が塞がれ、加湿器バイパス経路32の上流側から燃料電池スタック12に向かう空気の流れが遮断される。   When the valve body 58 is driven upward by the displacement of the drive shaft 60, the air flowing from the upstream side of the humidifier bypass passage 32 toward the inlet 82 of the humidifier bypass valve 18 is output from the outlet 84 of the humidifier bypass valve 18. It is discharged to the fuel cell stack 12 side. On the other hand, when the valve body 58 is driven downward by the displacement of the drive shaft 60, the outlet 84 is blocked, and the flow of air from the upstream side of the humidifier bypass path 32 toward the fuel cell stack 12 is blocked.

駆動軸60の軸方向の変位は、入口シャット弁20、出口シャット弁22の場合と同様に、3つのPSVである、VbS,VbC,VbOによって制御される。なお、図1において、VbS,VbC,VbOを表している複数の三角形のうち、黒で塗りつぶした三角形は流路を遮断した状態を示しており、白抜きの三角形は流路を接続した状態を表している。   The axial displacement of the drive shaft 60 is controlled by three PSVs, VbS, VbC, and VbO, as in the case of the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22. In FIG. 1, among the plurality of triangles representing VbS, VbC, and VbO, a triangle filled with black indicates a state where the flow path is blocked, and a white triangle indicates a state where the flow path is connected. Represents.

また、VbSは、通電状態により流路の接続状態を変化させる。VbSは、通電されていない状態(非通電状態)において、エアコンプレッサ24のガス吐出側と閉弁用圧力室50とを接続し、通電された状態(通電状態)で、エアコンプレッサ24のガス吐出側と開弁用圧力室52とを接続する。また、VbC,VbOは、いずれも非通電状態で弁を閉鎖し、通電状態で弁を開放する、すなわち非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁である。   Moreover, VbS changes the connection state of a flow path with an energization state. VbS connects the gas discharge side of the air compressor 24 and the valve-closing pressure chamber 50 when not energized (non-energized state), and discharges gas from the air compressor 24 when energized (energized state). And the valve opening pressure chamber 52 are connected. VbC and VbO are both normally closed solenoid valves that close the valve in the non-energized state and open the valve in the energized state, that is, shut off the flow path when not in operation.

このような加湿器バイパス弁18は、燃料電池スタック12の発電停止時に閉弁状態とする。このように加湿器バイパス弁18を閉弁状態とする場合、図1に示すように、コイルばねの弾力により、弁体58を弁座に押し付けた状態で、VbS,VbC,VbOのすべてを非通電状態とする。   Such a humidifier bypass valve 18 is closed when power generation of the fuel cell stack 12 is stopped. When the humidifier bypass valve 18 is closed as described above, as shown in FIG. 1, all of VbS, VbC, and VbO are in a state where the valve body 58 is pressed against the valve seat by the elasticity of the coil spring. Turn on the power.

なお、加湿器バイパス弁18は、エアコンプレッサ24により圧力上昇した空気を閉弁用圧力室50に導入するとともに、開弁用圧力室52を大気に開放することによっても、閉弁状態とできる。この際、開弁用圧力室52と閉弁用圧力室50とでの圧力差により駆動軸60に下方に作用する力と、コイルばねの弾力とにより、駆動軸60が下方に駆動する。この場合、流路構成圧力室56と大気圧室54との圧力差により駆動軸60に上方に力が作用するが、主ダイヤフラム46(図2、図3参照)を含む駆動軸60上側の部分の受圧面積の直径を、副ダイヤフラム48(図2、図3参照)を含む駆動軸60下側の部分の受圧面積の直径よりも十分に大きくしていることと、コイルばねの弾力とが相まって、駆動軸60は下方に変位する。そして、加湿器バイパス弁18が閉弁する。   The humidifier bypass valve 18 can be closed by introducing the air whose pressure has been increased by the air compressor 24 into the valve-closing pressure chamber 50 and opening the valve-opening pressure chamber 52 to the atmosphere. At this time, the drive shaft 60 is driven downward by the force acting downward on the drive shaft 60 due to the pressure difference between the valve opening pressure chamber 52 and the valve closing pressure chamber 50 and the elasticity of the coil spring. In this case, a force acts on the drive shaft 60 due to the pressure difference between the flow path constituting pressure chamber 56 and the atmospheric pressure chamber 54, but the portion above the drive shaft 60 including the main diaphragm 46 (see FIGS. 2 and 3). The diameter of the pressure receiving area is sufficiently larger than the diameter of the pressure receiving area of the lower portion of the drive shaft 60 including the sub diaphragm 48 (see FIGS. 2 and 3) and the elasticity of the coil spring is combined. The drive shaft 60 is displaced downward. Then, the humidifier bypass valve 18 is closed.

上記のように、加湿器バイパス弁18、入口シャット弁20、出口シャット弁22の圧力を制御するためのPSVである、VbS,VbC,VbO,ViS,ViC,ViO,VoS,VoC,VoOは、ECU等の制御部により制御される。すなわち、制御部は、燃料電池スタック12の発電停止時に、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18と出口シャット弁22とのすべてを遮断、すなわち閉弁状態とすることにより、燃料電池スタック12のカソード側電極側の流路のガス上流側とガス下流側とを密に遮断する。   As described above, VbS, VbC, VbO, ViS, ViC, ViO, VoS, VoC, VoO, which are PSVs for controlling the pressure of the humidifier bypass valve 18, the inlet shut valve 20, and the outlet shut valve 22, are It is controlled by a control unit such as an ECU. That is, when the power generation of the fuel cell stack 12 is stopped, the control unit shuts off all of the inlet shut valve 20, the humidifier bypass valve 18, and the outlet shut valve 22, that is, closes the fuel cell stack 12. The gas upstream side and the gas downstream side of the flow channel on the cathode side electrode side are closely blocked.

次に、入口シャット弁20および出口シャット弁22を、燃料電池スタック12の発電運転開始時に閉弁状態から開弁状態とする場合の作用を、図5を用いて、入口シャット弁20により代表して説明する。図5(a)は、上記の図4(d)に対応する。入口シャット弁20を開弁する場合、図5(a)で、ViSを非通電状態としたまま、エアコンプレッサ24(図1参照)を始動させ、その後、図5(b)に示ように、ViCを通電状態とし、すなわち開弁状態として、閉弁用圧力室50を大気に開放する。これによって、閉弁用圧力室50内の圧力上昇した空気が大気に放出され、圧力が低下する。また、エアコンプレッサ24からの圧力上昇した空気が圧力制御用流路40を通じて開弁用圧力室52に導入される。これにより、開弁用圧力室52の圧力と閉弁用圧力室50の圧力(大気圧)との間に圧力差が生じる。   Next, the action when the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 are changed from the closed state to the open state at the start of the power generation operation of the fuel cell stack 12 is represented by the inlet shut valve 20 with reference to FIG. I will explain. FIG. 5A corresponds to FIG. 4D described above. When the inlet shut-off valve 20 is opened, the air compressor 24 (see FIG. 1) is started with ViS being in a non-energized state in FIG. 5 (a), and then, as shown in FIG. 5 (b), ViC is energized, that is, in a valve open state, the valve closing pressure chamber 50 is opened to the atmosphere. As a result, the air whose pressure has increased in the valve closing pressure chamber 50 is released to the atmosphere, and the pressure decreases. Further, the air whose pressure has increased from the air compressor 24 is introduced into the valve opening pressure chamber 52 through the pressure control flow path 40. As a result, a pressure difference is generated between the pressure in the valve opening pressure chamber 52 and the pressure in the valve closing pressure chamber 50 (atmospheric pressure).

また、流路構成圧力室56にもエアコンプレッサ24から圧力上昇した空気が導入されるため、流路構成圧力室56の圧力と、大気に連通する大気圧室54の圧力との間にも圧力差が生じる。流路構成圧力室56の圧力は、図3に示す副ダイヤフラム48の環状変形部67の下面に加わる。このため、副ダイヤフラム48が筒状部材64を押し上げて、図2、図5(b)に示すように、駆動軸60が上方に変位する。この結果、駆動軸60は、流路構成圧力室56と大気圧室54とでの圧力差により駆動軸60に上方に作用する第3の力F3と、閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52とでの圧力差により駆動軸60に上方に作用する第4の力F4との両方の力F3、F4と、コイルばね78(図2、図3)の弾力とにより、上方に駆動する。   In addition, since the air whose pressure has been increased from the air compressor 24 is also introduced into the flow path constituting pressure chamber 56, the pressure is also between the pressure in the flow path constituting pressure chamber 56 and the pressure in the atmospheric pressure chamber 54 communicating with the atmosphere. There is a difference. The pressure in the flow path constituting pressure chamber 56 is applied to the lower surface of the annular deformation portion 67 of the sub diaphragm 48 shown in FIG. For this reason, the sub diaphragm 48 pushes up the cylindrical member 64, and the drive shaft 60 is displaced upward as shown in FIGS. As a result, the drive shaft 60 has the third force F3 that acts upward on the drive shaft 60 due to the pressure difference between the flow path constituting pressure chamber 56 and the atmospheric pressure chamber 54, the valve closing pressure chamber 50, and the valve opening valve. Driven upward by both forces F3 and F4 of the fourth force F4 acting upward on the drive shaft 60 due to the pressure difference between the pressure chamber 52 and the elasticity of the coil spring 78 (FIGS. 2 and 3). To do.

また、入口シャット弁20が開弁しきった状態で、ViCを非通電状態、すなわち閉弁状態として、閉弁用圧力室50と大気との間を遮断する。そして、ViS,ViC,ViOのすべてのPSVの非通電状態で、開弁状態を維持する。また、同様にして、出口シャット弁22(図1)の場合も、VoCを制御することにより、燃料電池スタック12の発電運転開始時に、閉弁状態から開弁状態に変化させ、VoS,VoC,VoOのすべてのPSVの非通電状態で、開弁状態を維持する。   Further, with the inlet shut-off valve 20 fully opened, ViC is set in a non-energized state, that is, in a closed state, and the valve-closing pressure chamber 50 and the atmosphere are shut off. And the valve-open state is maintained in the non-energized state of all PSVs of ViS, ViC, and ViO. Similarly, in the case of the outlet shut valve 22 (FIG. 1), by controlling the VoC, the fuel cell stack 12 is changed from the closed state to the open state when the power generation operation of the fuel cell stack 12 is started, and VoS, VoC, The valve-open state is maintained in a non-energized state of all the VoO PSVs.

一方、図1に示す加湿器バイパス弁18を開弁する場合、エアコンプレッサ24により圧力上昇した空気を開弁用圧力室52に導入するとともに、閉弁用圧力室50を大気に開放する。この結果、エアコンプレッサ24により圧力上昇した空気が導入される流路構成圧力室56と大気圧室54(図2、図3参照)とでの圧力差により駆動軸60(図2、図3参照)に上方に作用する第3の力F3´と、閉弁用圧力室50と開弁用圧力室52とでの圧力差により駆動軸60に上方に作用する第4の力F4´との両方の力F3´、F4´により、駆動軸60がコイルばねの弾力に抗して上方に駆動する。そして、加湿器バイパス弁18が開弁する。   On the other hand, when the humidifier bypass valve 18 shown in FIG. 1 is opened, the air whose pressure has been increased by the air compressor 24 is introduced into the valve-opening pressure chamber 52 and the valve-closing pressure chamber 50 is opened to the atmosphere. As a result, the drive shaft 60 (see FIGS. 2 and 3) is caused by the pressure difference between the flow path constituting pressure chamber 56 into which the air whose pressure has been increased by the air compressor 24 is introduced and the atmospheric pressure chamber 54 (see FIGS. 2 and 3). ) And a fourth force F4 ′ acting upward on the drive shaft 60 due to a pressure difference between the valve closing pressure chamber 50 and the valve opening pressure chamber 52. The drive shaft 60 is driven upward against the elasticity of the coil spring by the forces F3 ′ and F4 ′. Then, the humidifier bypass valve 18 is opened.

上記のような燃料電池システムによれば、酸化ガス供給流路14を構成する本経路30に設けた入口シャット弁20と、加湿器バイパス経路32に設けた加湿器バイパス弁18と、制御部と、を備え、制御部は、燃料電池スタック12の発電停止時に、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18との両方を遮断することにより、燃料電池スタック12のカソード側電極側の流路のガス上流側を遮断する構成を備える。このため、燃料電池スタック12に設ける触媒をカーボンにより保持している場合でも、運転停止中に燃料電池スタック12内に新たな空気を導入されにくくして、カーボンが早期に酸化するのを抑えることができる。このため、燃料電池システム10の寿命の向上を図れるとともに、良好な発電性能を長期に確保できる。   According to the fuel cell system as described above, the inlet shut valve 20 provided in the main path 30 constituting the oxidizing gas supply flow path 14, the humidifier bypass valve 18 provided in the humidifier bypass path 32, the control unit, The control unit shuts off both the inlet shut-off valve 20 and the humidifier bypass valve 18 when power generation of the fuel cell stack 12 is stopped, whereby the gas in the flow path on the cathode side electrode side of the fuel cell stack 12 is It has a configuration that blocks the upstream side. For this reason, even when the catalyst provided in the fuel cell stack 12 is held by carbon, it is difficult to introduce new air into the fuel cell stack 12 during operation stop, and the carbon is prevented from oxidizing early. Can do. For this reason, the lifetime of the fuel cell system 10 can be improved, and good power generation performance can be ensured for a long time.

また、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18とのうち、一方の弁の故障時に他方の弁を使用することにより、燃料電池システム10の運転を可能とすることができる。例えば、入口シャット弁20が閉弁状態で故障した場合でも、加湿器バイパス弁18を開放することにより、燃料電池スタック12に新たな空気を供給でき、燃料電池スタック12を発電させることができる。   Further, by using one of the inlet shut valve 20 and the humidifier bypass valve 18 when one of the valves fails, the fuel cell system 10 can be operated. For example, even when the inlet shut-off valve 20 fails in the closed state, by opening the humidifier bypass valve 18, new air can be supplied to the fuel cell stack 12 and the fuel cell stack 12 can be generated.

この結果、燃料電池システム10の寿命向上を図れるとともに、良好な発電性能を長期に確保して、かつ、入口シャット弁20または加湿器バイパス弁18の故障時でも運転を可能とすることができる。   As a result, the life of the fuel cell system 10 can be improved, good power generation performance can be ensured for a long time, and operation can be performed even when the inlet shut-off valve 20 or the humidifier bypass valve 18 fails.

また、本実施の形態の場合、発電運転を停止した放置中、すなわち、入口シャット弁20、出口シャット弁22、加湿器バイパス弁18のそれぞれに対応するすべての3つずつのPSVの非通電状態で、入口シャット弁20と出口シャット弁22と加湿器バイパス弁18とを、いずれも閉弁状態に維持できる。このため、燃料電池スタック12のカソード側電極側の内部の流路に新たな空気が供給されることをより有効に防止できる。   In the case of the present embodiment, all three PSVs corresponding to each of the inlet shut-off valve 20, the outlet shut-off valve 22, and the humidifier bypass valve 18 are not energized while the power generation operation is stopped. Thus, all of the inlet shut valve 20, the outlet shut valve 22, and the humidifier bypass valve 18 can be maintained in the closed state. For this reason, it can prevent more effectively that new air is supplied to the flow path inside the cathode side electrode side of the fuel cell stack 12.

また、加湿器バイパス弁18を、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、閉弁状態となるノーマルクローズ型の遮断弁とし、入口シャット弁20および出口シャット弁22を、ノーマル状態において開弁状態となるノーマルオープン型の遮断弁とする構成において、加湿器バイパス弁18と入口シャット弁20と出口シャット弁22とは、流体の圧力差で駆動する弁とし、ノーマルオープン型の入口シャット弁20および出口シャット弁22に圧力差発生用の流体を供給するための圧力制御用流路40と、圧力制御用流路40内の圧力を維持するために使用する、非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁であるViS,ViC,ViO,VoS,VoC,VoOと、を備え、入口シャット弁20、出口シャット弁22は、燃料電池スタック12の発電停止時に、圧力制御用流路40内の圧力を維持することにより、入口シャット弁20および出口シャット弁22を閉弁状態とする。このため、発電停止中にノーマルオープン型の入口シャット弁20および出口シャット弁22の遮断を継続するための電力が不要になり、低燃費化を図れる。   Further, the humidifier bypass valve 18 is a normally closed shut-off valve that is closed in a normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure, and the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 are in a normal state. In the configuration of the normally open type shut-off valve that is in the open state in FIG. 1, the humidifier bypass valve 18, the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 are valves that are driven by a fluid pressure difference, and are normally open type inlet valves. A pressure control flow path 40 for supplying a fluid for generating a pressure difference to the shut valve 20 and the outlet shut valve 22, and a flow path when not operating, used to maintain the pressure in the pressure control flow path 40 Normally closed solenoid valves ViS, ViC, ViO, VoS, VoC, VoO, and an inlet shut valve 20 and an outlet shut valve. The valve 22 is at the power generation stop of the fuel cell stack 12, by maintaining the pressure in the pressure control flow path 40, the inlet shutoff valve 20 and the outlet shutoff valve 22 in a closed state. This eliminates the need for electric power for continuously shutting off the normally open inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 during power generation stop, thereby reducing fuel consumption.

また、入口シャット弁20および出口シャット弁22をノーマルオープン型としているため、ViS(またはVoS)の故障時でもViC(またはVoC)を作動させることにより、入口シャット弁20または出口シャット弁22を開弁状態にすることができる。また、ViS,ViC,ViOのいずれか、または、VoS,VoC,VoOのいずれかの故障時でも、閉弁用圧力室50内の圧力がコイルばね78(図2、図3)の弾力に打ち勝つほどの高圧ではない場合等には、コイルばね78の弾力により、入口シャット弁20および出口シャット弁22を開弁状態にできる。すなわち、入口シャット弁20および出口シャット弁22の圧力制御用の弁であるPSVの故障時でも、入口シャット弁20および出口シャット弁22を開弁状態にしやすくできる。このため、燃料電池システム10が流路内の圧力の異常上昇により制限圧力を超え、運転停止になることを防止できる。   In addition, since the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 are normally open type, the inlet shut valve 20 or the outlet shut valve 22 is opened by operating the ViC (or VoC) even when the ViS (or VoS) fails. It can be in a valve state. Further, even when any one of ViS, ViC, and ViO, or any failure of VoS, VoC, and VoO, the pressure in the valve closing pressure chamber 50 overcomes the elasticity of the coil spring 78 (FIGS. 2 and 3). When the pressure is not so high, the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 can be opened by the elasticity of the coil spring 78. That is, the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22 can be easily opened even when PSV, which is a pressure control valve for the inlet shut valve 20 and the outlet shut valve 22, fails. For this reason, it can prevent that the fuel cell system 10 exceeds a limit pressure by the abnormal rise of the pressure in a flow path, and stops operation.

また、加湿器バイパス弁18をノーマルクローズ型としているため、VbS,VbC,VbOの故障時でも、加湿器バイパス弁18をコイルばねの弾力により閉弁状態に維持できて、燃料電池システム10の運転時に過度に乾燥した空気が燃料電池スタック12に導入され、燃料電池スタック12内部の加湿不足により発電性能が低下するのを防止できる。   Further, since the humidifier bypass valve 18 is normally closed, the humidifier bypass valve 18 can be kept closed by the elasticity of the coil spring even when VbS, VbC, VbO fails, and the fuel cell system 10 operates. Sometimes excessively dry air is introduced into the fuel cell stack 12, and it is possible to prevent power generation performance from being deteriorated due to insufficient humidification inside the fuel cell stack 12.

また、本実施の形態の場合には、制御部は、燃料電池スタック12の発電停止指令を受けた後において、燃料電池スタック12にエアコンプレッサ24から加湿器バイパス経路32を通じて空気を供給して掃気処理を行うようにエアコンプレッサ24の作動を制御し、さらに、加湿器バイパス弁18の圧力を、VbS,VbC,VbOの3個のPSVにより制御する掃気処理制御手段を有する。この場合、本経路30に設けた入口シャット弁20は閉弁したままの状態とする。これにより、燃料電池スタック12内に存在する水分を、エアコンプレッサ24からの空気により外部に排出できる。このため、発電停止の放置中に燃料電池スタック12内の水分が凍結して、発電運転を再開しようとする場合にガスが燃料電池スタック12内に良好に供給されず、正常な発電運転が行えなくなることを、より有効に防止できる。   Further, in the case of the present embodiment, after receiving the power generation stop command of the fuel cell stack 12, the control unit supplies air to the fuel cell stack 12 from the air compressor 24 through the humidifier bypass path 32 to scavenge. The operation of the air compressor 24 is controlled so as to perform processing, and further, there is a scavenging process control means for controlling the pressure of the humidifier bypass valve 18 by three PSVs of VbS, VbC, and VbO. In this case, the inlet shut valve 20 provided in the main path 30 is kept closed. As a result, moisture present in the fuel cell stack 12 can be discharged to the outside by the air from the air compressor 24. For this reason, when the power in the fuel cell stack 12 is frozen while the power generation is stopped, gas is not supplied well into the fuel cell stack 12 when the power generation operation is to be resumed, and normal power generation operation can be performed. It is possible to prevent the loss more effectively.

また、掃気処理制御手段は、掃気処理時に、氷点下での凍結等による加湿器バイパス弁18の故障により、加湿器バイパス弁18が開弁されない場合に、上記の図5に示したように入口シャット弁20を閉弁状態から開弁状態にするように、ViCを制御し、本経路30を通じて燃料電池スタック12に空気を供給する機能も有する。このような加湿器バイパス弁18の故障を判定するために、掃気処理制御手段は、燃料電池スタック12の発電停止処理時に掃気処理を行う際に、入口圧力センサP1の圧力検出値を監視する。そして、監視した圧力検出値が予め設定した所定の圧力閾値以上に上昇した場合に、加湿器バイパス弁18が閉状態の故障であると判定する。この様な故障判定は、エアコンプレッサ24の吐出流量を図示しないエアフローメータにより監視しながら行う。そして、加湿器バイパス弁18が故障であると判定されたならば、掃気処理制御手段は、入口シャット弁20が開状態になるようにViCを制御する。これにより、エアコンプレッサ24からの空気が本経路30を通じて燃料電池スタック12に導入され、燃料電池スタック12内の水分が掃気される。このような構成により、エアコンプレッサ24の吐出圧が異常に上昇して、燃料電池システム10が異常停止する不都合をなくせる。   Further, the scavenging process control means, as shown in FIG. 5 above, shuts down the inlet when the humidifier bypass valve 18 is not opened due to a failure of the humidifier bypass valve 18 due to freezing or the like below freezing point. It also has a function of controlling the ViC so as to change the valve 20 from the closed state to the open state and supplying air to the fuel cell stack 12 through this path 30. In order to determine such a failure of the humidifier bypass valve 18, the scavenging process control means monitors the pressure detection value of the inlet pressure sensor P1 when performing the scavenging process during the power generation stop process of the fuel cell stack 12. Then, when the monitored pressure detection value rises above a predetermined pressure threshold set in advance, it is determined that the humidifier bypass valve 18 is in a closed state failure. Such failure determination is performed while monitoring the discharge flow rate of the air compressor 24 with an air flow meter (not shown). If it is determined that the humidifier bypass valve 18 is in failure, the scavenging process control means controls ViC so that the inlet shut valve 20 is opened. As a result, air from the air compressor 24 is introduced into the fuel cell stack 12 through the main path 30, and moisture in the fuel cell stack 12 is scavenged. With such a configuration, it is possible to eliminate the inconvenience that the discharge pressure of the air compressor 24 abnormally increases and the fuel cell system 10 stops abnormally.

なお、本経路30を通じて掃気処理のための空気を燃料電池スタック12に導入する場合には、本経路30の途中に加湿器28を設けているため、掃気処理に通常の掃気処理の場合よりも時間を要する可能性がある。ただし、この場合でも、燃料電池システム10の流路内の圧力が異常に上昇して停止することを防止できるので優れた効果を得られる。   When air for scavenging processing is introduced into the fuel cell stack 12 through the main path 30, the humidifier 28 is provided in the middle of the main path 30, so that the scavenging processing is performed more than in the case of normal scavenging processing. It may take time. However, even in this case, an excellent effect can be obtained because the pressure in the flow path of the fuel cell system 10 can be prevented from abnormally rising and stopping.

さらに、掃気処理制御手段は、掃気処理時に、燃料電池バイパス経路36に設けた電磁弁である、燃料電池バイパス弁38を開閉制御することもできる。すなわち、掃気処理制御手段は、掃気処理時に、燃料電池バイパス弁38を半開とする等の一定開度の開弁状態としながら、加湿器バイパス弁18を通じてエアコンプレッサ24からの空気を燃料電池スタック12に導入する構成とすることもできる。この場合、加湿器バイパス弁18が閉状態の故障である場合でも、エアコンプレッサ24の吐出圧が異常に上昇するのを防止して、燃料電池システム10が異常に停止するのを防止できる。そして、エアフローメータの流量検出値を監視しながら、入口圧力センサP1の圧力検出値を監視して、圧力検出値が予め設定した所定の圧力閾値以上に上昇した場合に、加湿器バイパス弁18が閉状態の故障であると判定する。そして、加湿器バイパス弁18が故障であると判定されたならば、掃気処理制御手段は、入口シャット弁20が開状態になるようにViCを制御する。また、掃気処理制御手段は、エアコンプレッサ24の作動を停止した状態、すなわち、掃気処理終了後に、燃料電池バイパス弁38を閉弁する。   Further, the scavenging process control means can also control the opening and closing of the fuel cell bypass valve 38, which is an electromagnetic valve provided in the fuel cell bypass path 36, during the scavenging process. That is, the scavenging process control means supplies the air from the air compressor 24 through the humidifier bypass valve 18 through the humidifier bypass valve 18 while the fuel cell bypass valve 38 is in an open state such as half-opening during the scavenging process. It can also be set as the structure introduce | transduced into. In this case, even when the humidifier bypass valve 18 is in a closed state failure, the discharge pressure of the air compressor 24 can be prevented from rising abnormally, and the fuel cell system 10 can be prevented from stopping abnormally. Then, while monitoring the flow detection value of the air flow meter, the pressure detection value of the inlet pressure sensor P1 is monitored, and when the pressure detection value rises above a predetermined pressure threshold value set in advance, the humidifier bypass valve 18 It is determined that the failure is a closed state. If it is determined that the humidifier bypass valve 18 is in failure, the scavenging process control means controls ViC so that the inlet shut valve 20 is opened. Further, the scavenging process control means closes the fuel cell bypass valve 38 in a state where the operation of the air compressor 24 is stopped, that is, after the scavenging process ends.

[第2の発明の実施の形態]
図6は、本発明の第2の実施の形態の燃料電池システムを構成する入口シャット弁20A(出口シャット弁22A)を開弁状態で示す断面図である。図6に示すように、入口シャット弁20A(出口シャット弁22A)は、弁体58を鉛直方向(図6の上下方向)に対し傾斜させ、弁体58の駆動方向を鉛直方向に対し傾斜した方向としている。これに伴って、ハウジング42Aの上側部分は、全体を鉛直方向に対し傾斜させている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the inlet shut valve 20A (outlet shut valve 22A) constituting the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention in the open state. As shown in FIG. 6, the inlet shut valve 20A (outlet shut valve 22A) inclines the valve body 58 with respect to the vertical direction (vertical direction in FIG. 6), and inclines the drive direction of the valve body 58 with respect to the vertical direction. The direction. Accordingly, the entire upper portion of the housing 42A is inclined with respect to the vertical direction.

さらに、以下、入口シャット弁20Aにより主に代表して説明するが、ハウジング42Aにおいて、流路構成圧力室56のガス上流側(図6の左側)とガス下流側(図6の右側)とに、入口側接続部86と出口側接続部88とを設けている。入口側接続部86は、全体を鉛直方向に対し傾斜させるとともに、接続側端部の接続面90が水平方向に向くようにしている。また、出口側接続部88は、弁体58側を鉛直方向に対し傾斜させ、接続側端部を接続面90が水平方向に向くようにしている。   In the following, the inlet shut valve 20A will be described as a representative example. In the housing 42A, on the gas upstream side (left side in FIG. 6) and the gas downstream side (right side in FIG. 6) of the flow path constituting pressure chamber 56. The inlet side connection part 86 and the outlet side connection part 88 are provided. The entrance side connection part 86 is inclined as a whole with respect to the vertical direction, and the connection surface 90 of the connection side end part is directed in the horizontal direction. In addition, the outlet side connection portion 88 is configured such that the valve body 58 side is inclined with respect to the vertical direction, and the connection side end portion thereof is directed to the horizontal direction.

また、入口側接続部86と出口側接続部88とに接続した2本の配管92を、少なくとも接続部の周辺部で水平方向に配置するとともに、2本の配管92の下面を、水平方向の単一の仮想平面α上に位置させている。さらに、入口シャット弁20の弁体本体62と弁座80との互いに押し付け合う面A,Bを鉛直方向に対し傾斜させるとともに、押し付け面A,Bを、流路構成圧力室56内を流れるガスの上流側で低く、ガスの下流側で高くなるようにしている。弁体58が下方に駆動されると、弁体本体62は弁座80に押し付けられる。   Further, the two pipes 92 connected to the inlet side connection part 86 and the outlet side connection part 88 are arranged in the horizontal direction at least around the connection part, and the lower surfaces of the two pipes 92 are arranged in the horizontal direction. It is located on a single virtual plane α. Further, the surfaces A and B of the inlet shut valve 20 that are pressed against each other between the valve body main body 62 and the valve seat 80 are inclined with respect to the vertical direction, and the pressure surfaces A and B flow through the flow path constituting pressure chamber 56. It is low on the upstream side of the gas and high on the downstream side of the gas. When the valve body 58 is driven downward, the valve body main body 62 is pressed against the valve seat 80.

なお、出口シャット弁22の場合には、入口シャット弁20に対して入口82、出口84が逆になる。すなわち、出口シャット弁22の場合には、押し付け面A,Bが流路構成圧力室56内を流れるガスの上流側で高く、ガスの下流側で低くなる。また、加湿器バイパス弁18も入口シャット弁20と同様の構成として、入口82、出口84も入口シャット弁20と同じ側とする。   In the case of the outlet shut valve 22, the inlet 82 and the outlet 84 are reversed with respect to the inlet shut valve 20. That is, in the case of the outlet shut valve 22, the pressing surfaces A and B are higher on the upstream side of the gas flowing in the flow path constituting pressure chamber 56 and lower on the downstream side of the gas. The humidifier bypass valve 18 has the same configuration as the inlet shut valve 20, and the inlet 82 and the outlet 84 are on the same side as the inlet shut valve 20.

このような入口シャット弁20、出口シャット弁22、加湿器バイパス弁18を使用する本実施の形態によれば、弁体本体62と弁座80との押し付け面A,Bを鉛直方向に対し傾斜させているため、流路構成圧力室56を流れるガス中に水や水蒸気から液化した水が弁座80の押し付け面A,Bに付着した場合でも、この水を押し付け面A,Bに沿って落下させることができる。このため、氷点下等の低温環境で使用したり、放置する場合でも、各弁20,22,18の弁体58と弁座80とが凍結により固着して駆動停止する事態を発生しにくくできる。
その他の構成および作用については、上記の第1の実施の形態と同様であるため、同等部分には同一符号を付して重複する図示ならびに説明を省略する。
According to this embodiment using the inlet shut valve 20, the outlet shut valve 22, and the humidifier bypass valve 18, the pressing surfaces A and B of the valve body main body 62 and the valve seat 80 are inclined with respect to the vertical direction. Therefore, even when water liquefied from water or water vapor is attached to the pressing surfaces A and B of the valve seat 80 in the gas flowing through the flow path constituting pressure chamber 56, the water is moved along the pressing surfaces A and B. Can be dropped. Therefore, even when used or left in a low temperature environment such as below freezing point, it is difficult to cause a situation where the valve body 58 and the valve seat 80 of each of the valves 20, 22, and 18 are fixed due to freezing and stop driving.
Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and overlapping illustrations and descriptions are omitted.

[第3の発明の実施の形態]
次に、図7は、本発明の第3の実施の形態の燃料電池システムにおいて、起動制御方法を示すフローチャートである。本実施の形態の場合、燃料電池システムの構成自体は、上記の図1から図5に示した第1の実施の形態の場合とほぼ同様であるため、以下、図1から図5と同等部分の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態は、燃料電池システム10の発電起動時において、加湿器バイパス弁18と入口シャット弁20とのうち、一方の弁の故障時に、他方の弁を開弁し、他方の弁が設けられた流路を通じて燃料電池スタック12に空気を供給するようにしている。
[Third Embodiment]
Next, FIG. 7 is a flowchart showing an activation control method in the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, the configuration of the fuel cell system itself is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 described above. Will be described using the same reference numerals. In the present embodiment, when power generation of the fuel cell system 10 is started, when one of the humidifier bypass valve 18 and the inlet shut valve 20 fails, the other valve is opened, and the other valve is provided. Air is supplied to the fuel cell stack 12 through the formed flow path.

まず、発電起動時に加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、加湿器バイパス経路32のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給し、所定時間経過後に、加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、本経路30のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給して、発電する場合について説明する。なお、このように発電起動時に最初に加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に空気を供給するのは、起動時に加湿器28を通過した空気を燃料電池スタック12に供給すると、燃料電池スタック12の温度が低い場合に内部に水が過度に溜まり、発電が阻害される可能性があるためである。このために、上記のように、発電起動時に最初に加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に乾燥した空気を供給することにより、燃料電池スタック12内に水が過度に溜まることをより有効に防止して、発電性能をより有効に確保できるようにする。   First, air is supplied to the fuel cell stack 12 only through the humidifier bypass path 32 out of the humidifier bypass path 32 and the main path 30 when power generation is started, and after a predetermined time has elapsed, the humidifier bypass path 32 and the main path 30 Of these, the case where power is generated by supplying air to the fuel cell stack 12 only through the main path 30 will be described. It should be noted that air is first supplied to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 at the time of power generation startup as described above when the air that has passed through the humidifier 28 at the time of startup is supplied to the fuel cell stack 12. This is because when the temperature of the water is low, water may accumulate excessively inside and power generation may be hindered. For this reason, as described above, by supplying dry air to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 at the start of power generation, it is more effective that water accumulates excessively in the fuel cell stack 12. Prevent power generation performance more effectively.

図1と図7とを参照しつつ、本実施の形態により、発電起動時に燃料電池スタック12に空気を供給する場合の起動制御方法を説明する。まず、ステップS1で、イグニッションキーのオン等により、燃料電池システム12に起動指令が送られると、制御部は、加湿器バイパス弁18の開弁指令に基づいて、加湿器バイパス弁18を開弁するように、VbS,VbC,VbOを開閉制御する指令信号を出す。すなわち、VbS、VbCを通電状態とするための指令信号を出す。   With reference to FIG. 1 and FIG. 7, a start control method in the case where air is supplied to the fuel cell stack 12 at the start of power generation will be described according to the present embodiment. First, in step S1, when an activation command is sent to the fuel cell system 12 by turning on the ignition key or the like, the control unit opens the humidifier bypass valve 18 based on the valve opening command of the humidifier bypass valve 18. Thus, a command signal for controlling opening / closing of VbS, VbC, and VbO is issued. That is, a command signal for energizing VbS and VbC is issued.

次いで、ステップS2において、燃料電池バイパス弁38を半開(例えば50%の開度)等、一定の開度に開弁して、エアコンプレッサ24を作動し、圧力上昇した空気を送り出す。次いで、ステップS3において、エアコンプレッサ24の出口に位置する入口圧力センサP1の圧力検出値を監視しながら、エアコンプレッサ24による空気の吐出流量(送量)が設定値の例えば80%に達し、それに達してからt1secの所定時間待機し、安定待ちを行う。エアコンプレッサ24による空気の吐出流量は、図示しないエアフローメータにより監視する。   Next, in step S2, the fuel cell bypass valve 38 is opened to a certain opening such as half open (for example, 50% opening), the air compressor 24 is operated, and the air whose pressure has increased is sent out. Next, in step S3, while monitoring the pressure detection value of the inlet pressure sensor P1 located at the outlet of the air compressor 24, the air discharge flow rate (feed amount) by the air compressor 24 reaches, for example, 80% of the set value. After reaching this time, it waits for a predetermined time of t1 sec and waits for stability. The discharge flow rate of air from the air compressor 24 is monitored by an air flow meter (not shown).

そして、ステップS4において、ステップS3の安定待ち時間中に、入口圧力センサP1の圧力検出値が、予め設定した圧力閾値Ps以上になり、予め設定した継続時間t2、例えば数百msecを経過したか否かを判定する。ステップS4で、肯定(yes)の判定結果が得られた場合には、加湿器バイパス弁18が正常に開弁していない故障状態であると判定して、ステップS6で入口シャット弁20の開弁指令を出す。この開弁指令が出された後には、ステップS5で、通常の起動シーケンス処理に移行する。これにより、エアコンプレッサ24から吐出された空気が本経路30を通じて燃料電池スタック12に供給され、発電が開始される。   In step S4, whether the detected pressure value of the inlet pressure sensor P1 is equal to or greater than the preset pressure threshold value Ps during the stabilization wait time in step S3, and has passed a preset duration t2, for example, several hundred msec. Determine whether or not. If an affirmative (yes) determination result is obtained in step S4, it is determined that the humidifier bypass valve 18 is in a failure state that is not normally opened, and the inlet shut-off valve 20 is opened in step S6. Issue a valve command. After this valve opening command is issued, the routine proceeds to a normal startup sequence process in step S5. As a result, the air discharged from the air compressor 24 is supplied to the fuel cell stack 12 through the main path 30, and power generation is started.

これに対して、ステップS4で、否定(no)の判定結果が得られた場合には、加湿器バイパス弁18が正常に開弁していると判定して、ステップS5で、通常の起動シーケンス処理に移行し、エアコンプレッサ24から吐出された空気を、加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に供給し、発電を開始する。このように本実施の形態の場合には、加湿器バイパス弁18の故障を、圧力検出手段である入口圧力センサP1に検知した圧力検出値から検知する。   On the other hand, if a negative (no) determination result is obtained in step S4, it is determined that the humidifier bypass valve 18 is normally opened, and in step S5, a normal startup sequence is determined. The process proceeds to processing, and the air discharged from the air compressor 24 is supplied to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 to start power generation. Thus, in the case of the present embodiment, the failure of the humidifier bypass valve 18 is detected from the detected pressure value detected by the inlet pressure sensor P1 which is a pressure detecting means.

このような本実施の形態の場合、制御部は、始動時において、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18とのうち、一方の弁である、加湿器バイパス弁18に異常が発生したことが検知された場合に、他方の弁である入口シャット弁20を開弁し、本経路30を通じて燃料電池スタック12に空気を供給する構成を備えるので、加湿器バイパス弁18の故障にかかわらず、燃料電池システム10の発電運転を行える。   In the case of this embodiment as described above, the control unit has detected that an abnormality has occurred in the humidifier bypass valve 18, which is one of the inlet shut valve 20 and the humidifier bypass valve 18, at the time of starting. When detected, the inlet shut valve 20 which is the other valve is opened and air is supplied to the fuel cell stack 12 through this path 30, so that the fuel can be supplied regardless of the failure of the humidifier bypass valve 18. The power generation operation of the battery system 10 can be performed.

なお、上記の説明においては、発電起動時に加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、先に加湿器バイパス経路32のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給して、発電する場合について説明した。ただし、本実施の形態は、このような場合に限定するものではなく、発電起動時に、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18とのうち、先に入口シャット弁20のみを開弁して本経路30を通じて燃料電池スタック12に空気を供給する場合でも実施できる。この場合、ステップS1において、入口シャット弁20の開弁指令を出し、ステップS4において肯定の判定結果が得られた場合には、入口シャット弁20に故障が生じたと判定して、ステップS6で加湿器バイパス弁18の開弁指令を出す。そして、加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に空気を供給し、発電を開始する。
その他の構成および作用については、上記の図1から図5に示した第1の実施の形態と同様であるため、重複する説明ならびに図示は省略する。
In the above description, the case where power is generated by supplying air to the fuel cell stack 12 only through the humidifier bypass path 32 out of the humidifier bypass path 32 and the main path 30 at the start of power generation has been described. . However, the present embodiment is not limited to such a case, and at the time of power generation start-up, only the inlet shut valve 20 of the inlet shut valve 20 and the humidifier bypass valve 18 is opened first. This can be implemented even when air is supplied to the fuel cell stack 12 through the path 30. In this case, a valve opening command for the inlet shut valve 20 is issued in step S1, and if a positive determination result is obtained in step S4, it is determined that a failure has occurred in the inlet shut valve 20, and humidification is performed in step S6. Command to open the bypass valve 18. Then, air is supplied to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 to start power generation.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 described above, and thus redundant description and illustration are omitted.

[第4の発明の実施の形態]
次に、図8は、本発明の第4の実施の形態の燃料電池システムにおいて、起動制御方法を示すフローチャートである。本実施の形態の場合も、上記の図7に示した第3の実施の形態の場合と同様に、燃料電池システムの構成自体は、上記の図1から図5に示した第1の実施の形態の場合とほぼ同様である。このため、以下、図1から図5と同等部分の構成については、同一の符号を用いて説明する。本実施の形態の場合も、上記の第3の実施の形態の場合と同様に、燃料電池システム10の発電起動時において、加湿器バイパス弁18と入口シャット弁20とのうち、一方の弁の故障時に、他方の弁を開弁し、他方の弁が設けられた流路を通じて燃料電池スタック12に空気を供給するようにしている。
[Fourth Embodiment]
Next, FIG. 8 is a flowchart showing an activation control method in the fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention. In the case of this embodiment as well, as in the case of the third embodiment shown in FIG. 7, the configuration of the fuel cell system itself is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. It is almost the same as the case of the form. For this reason, below, the structure of a part equivalent to FIGS. 1-5 is demonstrated using the same code | symbol. Also in the case of the present embodiment, as in the case of the third embodiment, when the power generation of the fuel cell system 10 is started, one of the humidifier bypass valve 18 and the inlet shut valve 20 At the time of failure, the other valve is opened, and air is supplied to the fuel cell stack 12 through the flow path provided with the other valve.

また、本実施の形態の場合も、発電起動時に加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、先に加湿器バイパス経路32のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給し、所定時間経過後に、加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、本経路30のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給して、発電する。   Also in the case of the present embodiment, air is supplied to the fuel cell stack 12 through only the humidifier bypass path 32 out of the humidifier bypass path 32 and the main path 30 when power generation is started, and after a predetermined time has elapsed, Of the humidifier bypass path 32 and the main path 30, air is supplied to the fuel cell stack 12 only through the main path 30 to generate electricity.

特に、本実施の形態の場合には、加湿器バイパス弁18または入口シャット弁20の故障を判定するために、加湿器バイパス弁18または入口シャット弁20を駆動するために設けられた電磁弁であるPSV,すなわち、VbS,VbC,VbO,ViS,ViC,ViOの状況から、加湿器バイパス弁18または入口シャット弁20の故障を検知する。また、本実施の形態の場合には、加湿器バイパス弁18または入口シャット弁20の駆動用のPSV、すなわち、VbS,VbC,VbOのそれぞれと電源とをつなぐ電源線の少なくともいずれか1の電源線、または、ViS,ViC,ViOのそれぞれと電源とをつなぐ電源線の少なくともいずれか1の電源線の短絡または断線を検出するための電源線異常検出手段を設けている。   In particular, in the case of the present embodiment, an electromagnetic valve provided to drive the humidifier bypass valve 18 or the inlet shut valve 20 is used to determine whether the humidifier bypass valve 18 or the inlet shut valve 20 is faulty. A failure of the humidifier bypass valve 18 or the inlet shut valve 20 is detected from the situation of a certain PSV, that is, VbS, VbC, VbO, ViS, ViC, ViO. In the case of the present embodiment, the power source of at least one of the power lines connecting the PSV for driving the humidifier bypass valve 18 or the inlet shut valve 20, that is, VbS, VbC, VbO, and the power source. There is provided a power line abnormality detecting means for detecting a short circuit or disconnection of at least one power line of the power lines connecting the power lines or ViS, ViC, and ViO.

電源線異常検出手段は、例えば、制御部であるECUに組み込んだ電源線異常検出回路である。電源線異常検出回路は、電源線の短絡または断線である異常を検出し、制御部は、この異常を表す検出信号に応じて、入口シャット弁20駆動用のPSV、または、加湿器バイパス弁18駆動用のPSVを開閉制御する。   The power line abnormality detection means is, for example, a power line abnormality detection circuit incorporated in an ECU that is a control unit. The power supply line abnormality detection circuit detects an abnormality that is a short circuit or disconnection of the power supply line, and the control unit detects the PSV for driving the inlet shut valve 20 or the humidifier bypass valve 18 in accordance with a detection signal indicating this abnormality. Open / close control of driving PSV is performed.

図1と図8とを参照しつつ、本実施の形態により、発電起動時に燃料電池スタック12に空気を供給する場合の起動制御方法を説明する。まず、ステップS1で、イグニッションキーのオン等により、燃料電池システム10に起動指令が送られると、制御部は、加湿器バイパス弁18の開弁指令に基づいて、加湿器バイパス弁18を開弁するように、VbS,VbC,VbOを開閉制御する指令信号を出す。すなわち、VbS、VbCを通電状態とするための指令信号を出す。   With reference to FIG. 1 and FIG. 8, a start control method in the case where air is supplied to the fuel cell stack 12 at the start of power generation will be described according to the present embodiment. First, in step S1, when an activation command is sent to the fuel cell system 10 by turning on the ignition key or the like, the control unit opens the humidifier bypass valve 18 based on the valve opening command of the humidifier bypass valve 18. Thus, a command signal for controlling opening / closing of VbS, VbC, and VbO is issued. That is, a command signal for energizing VbS and VbC is issued.

次いで、ステップS2において、ステップS1のVbS,VbC,VbOを開閉制御する指令信号を正常に出せない、すなわち、電源線異常検出手段により、VbS,VbC,VbOのいずれかと電源とをつなぐ電源線の短絡、断線等による異常が検出されたか否かを判定する。この判定により、異常が検出されたと判定された場合には、ステップS3において、起動シーケンスを切り替える。すなわち、制御部は、入口シャット弁20を開弁するように、入口シャット弁20駆動用のPSVである、ViS,ViC,ViOを開閉制御する。これにより、エアコンプレッサ24から吐出された空気が本経路30を通じて燃料電池スタック12に供給され、発電が開始される。   Next, in step S2, the command signal for controlling opening / closing of VbS, VbC, VbO in step S1 cannot be normally output. That is, the power line abnormality detection means connects any one of VbS, VbC, VbO and the power source. It is determined whether an abnormality due to a short circuit, disconnection, or the like has been detected. If it is determined by this determination that an abnormality has been detected, the activation sequence is switched in step S3. That is, the control unit controls opening / closing of ViS, ViC, and ViO that are PSVs for driving the inlet shut valve 20 so as to open the inlet shut valve 20. As a result, the air discharged from the air compressor 24 is supplied to the fuel cell stack 12 through the main path 30, and power generation is started.

これに対して、ステップS2で、電源線の異常が検出されないと判定された場合には、加湿器バイパス弁18が正常に開弁していると判定して、ステップS4で、通常の起動シーケンス処理に移行し、エアコンプレッサ24から吐出された空気を、加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に供給し、発電を開始する。   On the other hand, if it is determined in step S2 that no abnormality is detected in the power supply line, it is determined that the humidifier bypass valve 18 is normally opened, and a normal startup sequence is determined in step S4. The process proceeds to processing, and the air discharged from the air compressor 24 is supplied to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 to start power generation.

このような本実施の形態の場合も、制御部は、始動時において、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18とのうち、一方の弁である、加湿器バイパス弁18に異常が発生したことが検知された場合に、他方の弁である入口シャット弁20を開弁し、本経路30を通じて燃料電池スタック12に空気を供給する構成を備えるので、加湿器バイパス弁18の故障にかかわらず、燃料電池システム10の発電運転を行える。   Also in the case of this embodiment, the control unit has detected that an abnormality has occurred in the humidifier bypass valve 18, which is one of the inlet shut valve 20 and the humidifier bypass valve 18, at the time of starting. Is detected, the inlet shut valve 20 that is the other valve is opened and air is supplied to the fuel cell stack 12 through the main path 30, regardless of the failure of the humidifier bypass valve 18. The power generation operation of the fuel cell system 10 can be performed.

なお、上記の説明においては、発電起動時に加湿器バイパス経路32と本経路30とのうち、先に加湿器バイパス経路32のみを通じて燃料電池スタック12に空気を供給して、発電する場合について説明した。ただし、本実施の形態も、このような場合に限定するものではなく、発電起動時に、入口シャット弁20と加湿器バイパス弁18とのうち、先に入口シャット弁20を開弁して本経路30を通じて燃料電池スタック12に空気を供給する場合でも実施できる。この場合、ステップS1において、入口シャット弁20の開弁指令を出し、ステップS4において入口シャット弁20駆動用のPSVの電源線の短絡または断線が判定された場合には、入口シャット弁20に故障が生じたと判定して、ステップS3で加湿器バイパス弁18の開弁指令を出す。そして、加湿器バイパス経路32を通じて燃料電池スタック12に空気を供給し、発電を開始する。
その他の構成および作用については、上記の図1から図5に示した第1の実施の形態と同様であるため、重複する説明ならびに図示は省略する。
In the above description, the case where power is generated by supplying air to the fuel cell stack 12 only through the humidifier bypass path 32 out of the humidifier bypass path 32 and the main path 30 at the start of power generation has been described. . However, the present embodiment is not limited to such a case, and when the power generation is started, the inlet shut-off valve 20 is opened first of the inlet shut-off valve 20 and the humidifier bypass valve 18 and the main path is opened. Even when air is supplied to the fuel cell stack 12 through 30. In this case, in step S1, a command to open the inlet shut valve 20 is issued, and if it is determined in step S4 that the PSV power line for driving the inlet shut valve 20 is short-circuited or broken, the inlet shut valve 20 has failed. In step S3, a command to open the humidifier bypass valve 18 is issued. Then, air is supplied to the fuel cell stack 12 through the humidifier bypass path 32 to start power generation.
Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 5 described above, and thus redundant description and illustration are omitted.

本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池システムの基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the fuel cell system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1の燃料電池システムに使用する入口シャット弁(または出口シャット弁)の構造を、開弁状態で示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of an inlet shut valve (or outlet shut valve) used in the fuel cell system of FIG. 1 in a valve open state. 同じく閉弁状態で示す断面図である。It is sectional drawing similarly shown in a valve closing state. 入口シャット弁を開弁状態から閉弁状態に移行する場合のPSVの切り替えを説明するための略断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining PSV switching when the inlet shut valve is shifted from the open state to the closed state. 入口シャット弁を閉弁状態から開弁状態に移行する場合のPSVの切り替えを説明するための略断面図である。It is a schematic sectional view for explaining switching of PSV when the inlet shut valve is shifted from the closed state to the open state. 本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池システムに使用する入口シャット弁(または出口シャット弁)の構造を、開弁状態で示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the inlet shut valve (or outlet shut valve) used for the fuel cell system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention in a valve opening state. 本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池システムにおいて、起動制御方法を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a start-up control method in a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4の実施の形態に係る燃料電池システムにおいて、起動制御方法を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing a start-up control method in a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池システム、12 燃料電池スタック、14 酸化ガス供給流路、16 酸化ガス系排出流路、18 加湿器バイパス弁、20,20A 入口シャット弁、22,22A 出口シャット弁、24 エアコンプレッサ、26 インタークーラ、28 加湿器、30 本経路、32 加湿器バイパス経路、34 調圧弁、36 燃料電池バイパス経路、38 燃料電池バイパス弁、40 圧力制御用流路、42,42A ハウジング、44 仕切り部、46 主ダイヤフラム、48 副ダイヤフラム、50 閉弁用圧力室、52 開弁用圧力室、54 大気圧室、56 流路構成圧力室、58 弁体、60 駆動軸、62 弁体本体、63 駆動軸側円筒面部、64 筒状部材、66 ダイヤフラム側円筒部、67 環状変形部、68 ハウジング側円筒面部、70 第2のダイヤフラム側円筒部、72 大気連通管、74 抑え部材、76 給排管、78 コイルばね、80 弁座、82 入口、84 出口、86 入口側接続部、88 出口側接続部、90 接続面、92 配管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system, 12 Fuel cell stack, 14 Oxidizing gas supply flow path, 16 Oxidizing gas system discharge flow path, 18 Humidifier bypass valve, 20, 20A Inlet shut valve, 22, 22A Outlet shut valve, 24 Air compressor, 26 Intercooler, 28 humidifier, 30 paths, 32 humidifier bypass path, 34 pressure regulating valve, 36 fuel cell bypass path, 38 fuel cell bypass valve, 40 pressure control flow path, 42, 42A housing, 44 partition, 46 Main diaphragm, 48 Sub-diaphragm, 50 Valve closing pressure chamber, 52 Valve opening pressure chamber, 54 Atmospheric pressure chamber, 56 Channel configuration pressure chamber, 58 Valve body, 60 Drive shaft, 62 Valve body main body, 63 Drive shaft side Cylindrical surface part, 64 cylindrical member, 66 diaphragm side cylindrical part, 67 annular deformation part, 68 housing side cylindrical surface 70, second diaphragm side cylindrical portion, 72 atmospheric communication pipe, 74 restraining member, 76 supply / discharge pipe, 78 coil spring, 80 valve seat, 82 inlet, 84 outlet, 86 inlet side connection, 88 outlet side connection , 90 connection surface, 92 piping.

Claims (7)

燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
燃料電池に酸化ガスを供給または排出するための酸化ガス流路と、を備える燃料電池システムであって、
酸化ガス流路を構成する第1のガス流路に設けられた第1の遮断弁と、
第1のガス流路の迂回路である第2のガス流路に設けられた第2の遮断弁と、
制御部と、を備え、
制御部は、燃料電池の発電停止時に、第1の遮断弁と第2の遮断弁との両方を遮断することにより、燃料電池のカソード側電極側の流路のガス上流側または下流側を遮断することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas;
An oxidizing gas flow path for supplying or discharging oxidizing gas to the fuel cell, and a fuel cell system comprising:
A first shut-off valve provided in the first gas flow path constituting the oxidizing gas flow path;
A second shut-off valve provided in a second gas flow path that is a detour of the first gas flow path;
A control unit,
The control unit shuts off the gas upstream side or downstream side of the flow path on the cathode side electrode side of the fuel cell by shutting off both the first shut-off valve and the second shut-off valve when the power generation of the fuel cell is stopped. A fuel cell system.
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち一方の遮断弁が、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、閉弁状態となるノーマルクローズ型の遮断弁であり、他方の遮断弁が、ノーマル状態において開弁状態となるノーマルオープン型の遮断弁であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
One of the first shut-off valve and the second shut-off valve is a normally closed shut-off valve that is closed in the normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure. The shut-off valve is a normally open shut-off valve that is open in the normal state.
請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
酸化ガス流路は、酸化ガスを燃料電池に供給するための酸化ガス供給流路であり、
第1のガス流路は加湿器を通過する本経路であり、
第2のガス流路は加湿器を迂回する加湿器バイパス経路であり、
第1の遮断弁は、内部のすべての圧力室が同圧であるノーマル状態において、開弁状態となるノーマルオープン型の入口シャット弁であり、
第2の遮断弁は、ノーマル状態において閉弁状態となるノーマルクローズ型の加湿器バイパス弁であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The oxidizing gas channel is an oxidizing gas supply channel for supplying oxidizing gas to the fuel cell,
The first gas flow path is the main path that passes through the humidifier,
The second gas flow path is a humidifier bypass path that bypasses the humidifier,
The first shut-off valve is a normally open type inlet shut valve that is opened in a normal state in which all the pressure chambers are at the same pressure,
The fuel cell system, wherein the second shut-off valve is a normally closed humidifier bypass valve that is closed in a normal state.
請求項2または請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
第1の遮断弁と第2の遮断弁とは、流体の圧力差で駆動する弁であり、
第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち、ノーマルオープン型の他方の遮断弁に圧力差発生用の流体を供給するための圧力制御用流路と、
圧力制御用流路内の圧力を維持するために使用する、非作動時に流路を遮断するノーマルクローズ型電磁弁と、を備え、
ノーマルクローズ型電磁弁は、燃料電池の発電停止時に、圧力制御用流路内の圧力を維持することにより、ノーマルオープン型の他方の遮断弁を閉弁状態とすることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2 or 3,
The first shut-off valve and the second shut-off valve are valves that are driven by a fluid pressure difference,
A pressure control flow channel for supplying a fluid for generating a pressure difference to the other normally-open type shut-off valve of the first shut-off valve and the second shut-off valve;
A normally closed solenoid valve that is used to maintain the pressure in the pressure control flow path and shuts off the flow path when not in operation;
The normally closed solenoid valve maintains the pressure in the pressure control flow path when power generation of the fuel cell is stopped, thereby closing the other normally open type shutoff valve. .
請求項1から請求項4に記載のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
制御部は、始動時において、第1の遮断弁と第2の遮断弁とのうち一方の遮断弁に異常が発生したことが検知された場合に、他方の遮断弁を開弁し、他方の遮断弁が設けられた流路を通じて酸化ガスを燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
When the control unit detects that an abnormality has occurred in one of the first shut-off valve and the second shut-off valve at the time of start-up, the control unit opens the other shut-off valve, A fuel cell system for supplying an oxidizing gas to a fuel cell through a flow path provided with a shut-off valve.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
制御部は、一方の遮断弁の異常を、圧力検出手段に検知された圧力値または遮断弁を駆動するために設けられた電磁弁の状況から検知することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The control unit detects an abnormality of one of the shutoff valves from a pressure value detected by the pressure detecting means or a situation of an electromagnetic valve provided to drive the shutoff valve.
請求項1から請求項6のいずれか1に記載の燃料電池システムにおいて、
酸化ガス流路は、燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路であり、
第1の流路は加湿器を通過する本経路であり、
第2の流路は加湿器を迂回する加湿器バイパス経路であり、
制御部は、燃料電池の発電停止指令を受けた後に燃料電池に酸化ガスを供給する掃気処理時に、加湿器バイパス経路に設けられた第2の遮断弁が開放されない場合に、本経路に設けられた第1の遮断弁を通じて燃料電池に酸化ガスを供給する掃気処理制御手段を備えることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein
The oxidizing gas channel is an oxidizing gas supply channel for supplying an oxidizing gas to the fuel cell,
The first channel is the main path through the humidifier,
The second flow path is a humidifier bypass path that bypasses the humidifier,
The control unit is provided in this path when the second shutoff valve provided in the humidifier bypass path is not opened during the scavenging process for supplying the oxidizing gas to the fuel cell after receiving the power generation stop command of the fuel cell. A scavenging process control means for supplying an oxidizing gas to the fuel cell through the first shutoff valve.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158270A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2010182433A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
WO2021126686A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-24 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell valve configuration
CN113140764A (en) * 2020-01-16 2021-07-20 丰田自动车株式会社 Fuel cell system
CN113710941A (en) * 2019-04-17 2021-11-26 爱三工业株式会社 Gas valve and fuel cell system using the same

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62278766A (en) * 1986-05-28 1987-12-03 Fuji Electric Co Ltd Operating method for phosphoric acid fuel cell
JPH06163069A (en) * 1992-11-20 1994-06-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Pressure fluctuation reducing method at ventilation of fuel cell
JP2000260454A (en) * 1999-03-04 2000-09-22 Osaka Gas Co Ltd Operation method for fuel cell
JP2001210341A (en) * 2000-01-25 2001-08-03 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2001216987A (en) * 2000-01-31 2001-08-10 Honda Motor Co Ltd Humidifying system for fuel cell
JP2004183706A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Keihin Corp Opening and closing valve for fuel cell
JP2004183710A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Keihin Corp Rotary solenoid valve for fuel cell
JP2005353425A (en) * 2004-06-10 2005-12-22 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62278766A (en) * 1986-05-28 1987-12-03 Fuji Electric Co Ltd Operating method for phosphoric acid fuel cell
JPH06163069A (en) * 1992-11-20 1994-06-10 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Pressure fluctuation reducing method at ventilation of fuel cell
JP2000260454A (en) * 1999-03-04 2000-09-22 Osaka Gas Co Ltd Operation method for fuel cell
JP2001210341A (en) * 2000-01-25 2001-08-03 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2001216987A (en) * 2000-01-31 2001-08-10 Honda Motor Co Ltd Humidifying system for fuel cell
JP2004183706A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Keihin Corp Opening and closing valve for fuel cell
JP2004183710A (en) * 2002-11-29 2004-07-02 Keihin Corp Rotary solenoid valve for fuel cell
JP2005353425A (en) * 2004-06-10 2005-12-22 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009158270A (en) * 2007-12-26 2009-07-16 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2010182433A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
US8623571B2 (en) 2009-02-03 2014-01-07 Honda Motor Co., Ltd Fuel cell system
CN113710941A (en) * 2019-04-17 2021-11-26 爱三工业株式会社 Gas valve and fuel cell system using the same
CN113710941B (en) * 2019-04-17 2024-03-19 爱三工业株式会社 Gas valve and fuel cell system using the same
WO2021126686A1 (en) * 2019-12-17 2021-06-24 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell valve configuration
US11605826B2 (en) 2019-12-17 2023-03-14 Hyaxiom, Inc. Fuel cell valve configuration
US12015180B2 (en) 2019-12-17 2024-06-18 Hyaxiom, Inc. Fuel cell valve configuration
CN113140764A (en) * 2020-01-16 2021-07-20 丰田自动车株式会社 Fuel cell system

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