JP5380760B2 - 燃料電池の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の制御装置に関する。

燃料電池は、水素極に供給された燃料ガス中の水素が水素イオンとなり空気極側に透過し、外部回路を経て供給される電子と、空気極に供給された酸化剤ガス中の酸素との反応により水を生成しつつ発電する。したがって、発電後に燃料電池から排出される排出ガスには水分が含まれる。また、燃料電池本体中の水素極を拡散する水素イオンの移動のため水素極および酸素極には所定量の水分が必要される。このため、燃料電池には、燃料ガスまたは酸化剤ガス中の水分を所定量に制御するものもある。

一方、空気極に供給される酸化剤ガス、または水素極に供給される燃料ガスである水素（以下、これらのガスを総称して反応ガスという）を供給する反応ガス通路、およびこれらの反応ガス通路に接続される通路上では、これらのガスの供給量または供給圧力を制御するため各種の制御弁が使用される。また、反応ガスの供給と遮断とを制御するため遮断弁が使用される。さらには、反応後の排出ガスを排出する方式の燃料電池では燃料電池本体の下流側に排出ガスを排出する排出通路が設けられ、その排出量を制御する排出弁が設けられる。

このような燃料電池の動作上の特性のため、低温下で燃料電池が停止すると、燃料電池内に設けた各種の弁の可動部分が凍結する場合がある。また、低温下では、閉弁時の封止のために設けたゴムシールにより弁の可動部分が固着する場合がある。

さらに、弁の構造上、制御対象の反応ガスの流れに対して下流側から上流側に向かう方向に弁の可動部分が移動して開弁するタイプ（以下、上流方向開弁タイプと呼ぶ）のものがある。このような構造の弁では、弁内のガス通路に制御対象の反応ガスが流れ込むと、ガスの圧力が弁の可動部分を閉弁方向に（反応ガスの流れに対して上流側から下流側に向かって）加圧することになる。

したがって、燃料電池がしばらくの期間停止状態にあって、反応ガスの流れを制御するいずれかの弁が閉弁状態で固着または凍結すると、円滑な始動を妨げるという問題を引き起こす。特に、固着した弁が上流方向開弁タイプ弁の場合、始動のために供給される反応ガスの圧力が閉弁方向に作用し、ますます開弁を妨げることになる。

そのような弁が電磁弁である場合、電磁力で固着または凍結した状態から復旧するためには通常の制御時（固着あるいは凍結のない状態）に必要な電磁力よりもはるかに強力な電磁力が要求され、システムが大型化する。

そこで、例えば、発電停止のために燃料電池内の流量制御弁を閉弁する一方、一旦燃料電池の停止が確認されると各流量制御弁を開弁しておくことにより固着を防止する方法が提案されている（特許文献５参照）。この技術は、燃料電池の停止状態で、閉弁状態／開弁状態のいずれにおかれてもよい弁には適用可能である。しかし、燃料電池のすべての弁を開弁状態で放置することはできず、一般的な解決手段となっていない。

一方、このような問題は、燃料電池以外にも、例えば、自動車の燃料噴射弁でも発生している（例えば、特許文献３参照）。そこで、この文献記載の技術では、燃料噴射弁の固着防止のため、エンジンの停止時に燃圧を減圧しておくことで、始動時に噴射弁に加わる
燃料圧力を低くすることが提案されている。しかし、燃料電池の反応ガスには水分が多く含まれることが多く、弁の可動部分が単純に固着する場合の他、凍結するような場合も想定した場合、単に反応ガスの圧力を低下させるだけでは十分ではない。
特開平８−７５０３２号公報 特開２００３−６８３３４号公報 特開２０００−２７４３１２号公報 特開２０００−２８２９２８号公報 特開２００３−１８７８４６号公報

上述した技術では、燃料電池に使用される弁が燃料電池の停止期間中に固着または凍結し、燃料電池の円滑な始動を妨げるという問題を解決することはできなかった。本発明の目的は、この問題を低減し、燃料電池の円滑な始動に寄与する技術を提供することである。

本発明は上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、燃料電池の反応ガス通路に設けられ、反応ガスの流れに対して上流方向に付勢することで開弁する制御弁と、上記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給源と、上記反応ガス供給源から反応ガスを供給していない状態で上記制御弁を開弁する制御弁制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池の制御装置である。

本発明によれば、反応ガス供給源からのガスの流れまたはガス圧力に逆らって制御弁を開弁する必要がないので、弁が固着または凍結したような状態になっても、少ない力で開弁することができる。

上記燃料電池の制御装置において、さらに、上記燃料電池の停止時に上記反応ガス供給源と上記制御弁との間の反応ガス通路での反応ガス圧力を低下させる圧力制御手段を備えるようにしてもよい。

本発明によれは、停止時に制御弁の上流側の圧力を低下させておくことで、次回始動時に少ない力で開弁することができる。

上記燃料電池の制御装置において、さらに、燃料電池の停止時に上記反応ガス供給源からの反応ガスの供給を遮断する遮断弁をさらに備え、上記制御弁制御手段は、燃料電池の始動要求があったときに上記遮断弁の開弁により反応ガスの供給を開始する前に上記制御弁を開弁するようにしてもよい。

本発明によれば、始動時に反応ガスを遮断した状態で制御弁を開弁するので、反応ガスの流れまたはガス圧力に逆らって制御弁を開弁する必要がない。したがって、弁が固着または凍結したような状態になっても、少ない力で開弁することができる。

上記燃料電池の制御装置において、さらに、上記遮断弁と上記制御弁との間の反応ガス通路での反応ガス圧力を検知する手段と、上記遮断弁を閉弁した状態で上記反応ガス圧力が所定の範囲に低下するまで上記遮断弁下流側から燃料電池に至る反応ガス通路を反応ガスが通過可能な状態に維持する圧力低下手段をさらに有するようにしてもよい。

本発明によれば、停止時に、遮断弁の下流側、すなわち、制御弁の上流側の圧力を低下させておくことで、次回始動時に少ない力で開弁することができる。

上記燃料電池の制御装置において、さらに、上記反応ガス供給源と上記制御弁との間の反応ガス通路での反応ガス圧力を検知する手段と、上記遮断弁下流側から燃料電池に至る反応ガス供給通路または上記反応ガスが燃料電池で反応した後の反応ガスを上記燃料電池から排出する反応ガス排出通路の少なくとも一方で、上記反応ガスを反応ガス通路の外に排出する排出弁と、上記遮断弁を閉弁した状態で上記反応ガス圧力が所定の範囲に低下するまで上記排出弁を開弁状態にする排出弁制御手段と、を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、停止時に遮断弁の下流側、すなわち、制御弁の上流側の圧力を低下させておくことで、次回始動時に少ない力で開弁することができる。

本発明によれば、燃料電池の停止時に弁が固着または凍結した場合でも、システムを大型化することなく、始動時には、弁の動作を復元し燃料電池を円滑に始動する可能性を高めることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）に係る燃料電池について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

＜第１実施形態＞
以下、図１から図３の図面を参照して本発明の第１実施形態に係る燃料電池を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、この燃料電池は、燃料電池本体１と、燃料電池本体１の空気極側の入口に接続される空気供給通路Ｌ０、Ｌ１を通じて空気極に空気を供給するエアーコンプレッサ２と、空気極側の排出口に接続される空気排出通路Ｌ３に設けられ空気極内の圧力を制御する空気調圧弁３と、燃料電池本体１の水素極入口に接続される燃料供給通路Ｌ４を通じて水素極に供給される水素の供給圧力を制御する水素調圧弁４と、エアーコンプレッサ２からの加圧空気を分岐して水素調圧弁４のダイヤフラムを加圧することで水素調圧弁４の水素供給圧力を設定する、そのような空気を供給する空気供給通路Ｌ２と、空気供給通路Ｌ２内の空気の排出を制御する空気排気弁６と、燃料電池システム全体を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit)５とを有している。

燃料電池本体１は、膜−電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとを含むセルを直列に接続し、複数階層に積層したものから構成される。膜−電極接合体は、水素をプロトンと電子に分離する水素極と、水素極で生成されたプロトンを空気極に伝導する電解質膜と、空気極に伝導したプロトンと酸素と外部回路を通じて水素極から伝導した電子により水を生成する空気極とを含む。

コンプレッサ２（反応ガス供給源に相当）は、空気供給通路Ｌ０、Ｌ１を通じて燃料電池本体１の空気導入口に接続され、燃料電池本体１に酸化剤である空気を供給する。供給された空気は、燃料電池本体１内のセルにおいて空気極側セパレータから空気極に供給される。空気極に供給された空気中の酸素は、セル内で電池反応に消費される。未反応の酸素を含む空気極側の排出ガスは、空気極側の排出口に接続される空気排出通路Ｌ３から排出される。空気調圧弁３は、ＥＣＵ５の制御により、所定の排出圧力で空気排出通路Ｌ３および空気極側に残留する空気を排出する。空気調圧弁３は、例えば、ソレノイドの励磁により弁を開閉する電磁弁である。

水素調圧弁４には、燃料供給源、例えば、高圧の燃料タンク等から燃料ガスである水素が導入され、所定の供給圧力で水素を燃料電池本体１の水素極側に供給する。本実施形態における水素調圧弁４は、弁体を含む可動部に連動するダイヤフラム構造を有している。

ダイヤフラム構造は、ダイヤフラムとダイヤフラムで仕切られる２つのガス通路を有している。第１のガス通路には燃料タンクから導入される水素が流入しダイヤフラムを加圧する。この水素の加圧によりダイヤラムは、水素調圧弁４の弁体に閉弁方向に作用する。

一方、第１のガス通路に対してダイヤフラムを挟んで設けられる第２のガス通路（以下、制御通路ともいう）には、空気供給通路Ｌ２を通じてエアーコンプレッサ２から空気が送り込まれる。図１のように、エアーコンプレッサ２に接続される供給通路Ｌ０はＴ分岐により空気供給通路Ｌ１と空気供給通路Ｌ２に分岐する。空気供給通路Ｌ１は燃料電池本体１の空気極に導入される。一方、空気供給通路Ｌ２は、水素調圧弁４および空気排気弁６に接続され、空気を供給する。

水素調圧弁４に導入された空気は、上記水素の加圧面に対する裏面からダイヤフラムを加圧する。すなわち、エアーコンプレッサ２からの空気は、水素調圧弁４の弁体に開弁方向に作用する。そして、水素のガス圧力と空気の供給圧力が釣り合った位置にダイヤフラムが位置づけられ、その結果、その位置に応じて弁体と弁体に対向する弁座との間隔が調整され、水素調圧弁４は開弁する（または、閉弁状態を維持する）。

したがって、エアーコンプレッサ２からの空気供給圧力を強くすれば、水素調圧弁４による水素ガス供給圧力は増加する。一方、エアーコンプレッサ２からの空気供給圧力が低下すると、水素調圧弁４による水素供給圧力も低下し、空気供給圧力が所定の下限値になると、水素調圧弁４は閉弁する。このようにして、空気供給通路Ｌ２内の空気圧力により水素調圧弁は制御されることになる。

空気排気弁６（本発明の制御弁に相当）は、空気供給通路Ｌ２内の空気圧力の制御に使用される。空気排気弁６は、例えば、ソレノイドを有する電磁弁である。空気排気弁６は、ＥＣＵ５からの制御信号によりソレノイドを励磁され、弁を開閉する。

なお、図１において、エアーコンプレッサ２が停止中は、圧縮空気が供給されないため、空気供給通路Ｌ２に存在する空気は、エアーコンプレッサ２を逆流し、大気中に戻される。したがって、エアーコンプレッサ２を停止した燃料電池の運転前は、空気供給通路Ｌ２には、空気の供給圧力が残留することはない。したがって、図１の構成では、エアーコンプレッサ２が圧力制御手段として機能し、エアーコンプレッサ２の停止とともに空気供給通路Ｌ２内の圧力を低下させる。

ＥＣＵ５は、エアーコンプレッサ２、空気調圧弁３および空気排気弁６等、本燃料電池システムの各構成要素を制御し、燃料電池の始動、発電の制御、および燃料電池の停止等の処理を実行する。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を含む。ＥＣＵ５は、不図示の入出力インターフェースを介してエアーコンプレッサ２、空気調圧弁３および空気排気弁６等の制御回路に接続されている。

図２は、空気排気弁６の概略構成を簡略化して示す断面図である。この空気排気弁６は、筒型の筐体６７と、筐体６７に収容される筒型の電磁石であるソレノイド６１と、ソレノイド６１の内側でソレノイド６１の中心軸上を移動可能に保持される可動子６２と、可動子６２の下端（図２において下側）に設けられる弁体６３と、可動子６２の可動範囲のうち可動子６２が最下端に達したときに弁体６３が着座する弁座６４と、可動子６２およ
び弁体６３を弁座６４の方向に付勢するバネ６９を有している。なお、図２においては、理解の容易のため他の構成要素は省略されている。

上述のように可動子６２および弁体６３は、バネ６９により、弁座６４の方向に付勢されている。ソレノイド６１には、不図示の制御回路を通じて電流（以下、励磁電流ともいう）が流され、励磁される。ソレノイド６１が励磁されると、ソレノイド６１内の円筒状の中空部に軸方向に発生する磁力線により可動子６２が上向きに電磁力を受ける。そして、その電磁力が下向きに付勢するバネ６９の弾性力を上回ったときに、可動子６２が軸方向に上向きに移動し、弁体６３が弁座６４から離間し、電磁弁１は開弁する。

次に、ソレノイド６１への励磁電流が停止されると、軸方向上向きの電磁力が消滅し、バネの弾性力により、可動子６２が下向きに移動し、弁体６３が弁座６４に着座する。

図２の例では、空気排気弁６の下部（図２で略弁座６４の位置より下方の部分）には、ガスの通路が形成されている。ガスの通路は、筐体６７の外面の開口部である入口６５を有している。空気排気弁６には、入口６５から空気が導入され、通路途中の弁体６３および弁座６４によって空気の通過が制御される。開弁状態では、空気は、弁体６３と弁座６４との間隙を通過し、筐体下端部に設けた開口部である出口６６から排出される。

この例では、開弁時の弁体６３の移動方向は、弁座６４の開口部を流れる空気の流れと逆方向である。すなわち、空気の流れに対して下流から上流に向かう向きに弁体６３が移動することで開弁する。このような構成では、弁体６３が弁座６４に着座した閉弁状態で入口６５から導入される空気は、ソレノイド６１と可動子６２の間隙を回り込み、筐体６７の内壁空間に充満する。したがって、入口６５から空気が導入されると、空気は、可動子６２を閉弁方向（図２でＡ矢印の方向）に圧迫することになる。

したがって、燃料電池が停止状態で空気排気弁６が凍結または固着すると、その固着または凍結状態を解消するためには、空気排気弁６の弁体６３と弁座６４との固着または凍結による力（これを単に固着力と呼ぶことにする）に加えて、上記ように導入された空気の圧力による加圧分を上回る電磁力が要求されることになり、その分だけソレノイド６１、ひいては空気排気弁６が大型化する。

本実施形態の燃料電池は、固着または凍結した空気排気弁をソレノイド６１により復旧する場合に、ソレノイド６１の不必要な大型化を低減する技術を例示する。

図３は、燃料電池始動時の処理を示すフローチャートである。本燃料電池では、始動時、ＥＣＵ５は、まず、空気排出弁６を励磁し、弁を開閉する（Ｓ１）。この処理を実行するＥＣＵ５が制御弁制御手段に相当する。

この状態では、まだ、エアーコンプレッサ２からの圧縮空気は、供給されていない。燃料電池の停止中、空気供給通路Ｌ２内の加圧空気は、エアーコンプレッサ２を通じて大気中に漏れ出ている。したがって、空気排出弁６の筐体６７内のガス圧力は、空気排気弁６の出口６６側から加圧するガス圧力とほぼ釣り合っていると考えられる。このとき、空気排出弁６が固着または凍結していたとしても要求される電磁力は、バネ６９の弾性力と、弁体６３と弁座６４との固着力とを上回る電磁力である。

次に、ＥＣＵ５は、エアーコンプレッサ２の運転を開始する（Ｓ２）。これにより、空気供給通路Ｌ０、Ｌ１を通じて空気が燃料電池本体１の空気極に送り込まれるとともに、空気供給経路Ｌ２を通じて空気が水素調圧弁４の制御通路に送り込まれる。また、このとき、ＥＣＵ５は、空気排気弁６を制御し、空気供給通路Ｌ２の空気圧力を目標の制御値に
維持する。これにより、水素調圧弁４が制御され、適正な（目標値の）供給圧力で、水素が水素極側に供給される。その後、ＥＣＵ５は、通常通りの手順で燃料電池を制御する（Ｓ３）。

以上述べたように、本燃料電池の始動時、ＥＣＵ５は、エアーコンプレッサ２による圧縮空気の供給前に、空気排気弁６のソレノイド６１を励磁し、可動子６２および弁体６３を一旦弁座６４から離間させる。このとき、空気排気弁６には、エアーコンプレッサ２からの空気は供給されていないので、図２に、Ａ矢印で示した空気による加圧の影響はない。この場合、可動子６２および弁体６３を加圧する筐体６７内のガス圧力と、弁体６３を出口６６側から加圧するガス圧力は、ほぼ釣り合っていると考えられる。したがって、励磁電流としては、バネ６９の弾性力と、弁体６３と弁座６４との固着力とを上回る電磁力を発生すればよい。したがって、エアーコンプレッサ２からの空気による加圧圧力に相当する電磁力を低減でき、ソレノイド６１の大型化を回避できる。

なお、上記実施形態では、図２に簡略的な構造を示した水素排気弁６が固着または凍結した場合に、少ない電磁力で開弁するための構成および作用を例示した。しかし、本発明の実施は上記のような水素排気弁６を含む燃料電池に限定されるものではない。すなわち、反応ガスの流れに対して上流方向に弁体を駆動することで開弁する形式の弁であれば、どのような構造のものであっても、本発明を適用可能である。また、弁の用途は、水素排気弁に限定されるものではなく、どのような用途の弁であっても、反応ガスの流れに対して上流方向に弁体を駆動することで開弁する形式の弁であれば、本発明を適用可能である。

＜第２実施形態＞
以下、図４および図５に基づいて本発明の第２実施形態に係る燃料電池を説明する。上記第１実施形態では、空気の流れに対して下流から上流に向かう向きに弁体６３が移動することで開弁する水素排気弁６を含む燃料電池において、水素排気弁６の弁体６３と弁座６４とが固着または凍結した場合に、より小さい電磁力で開弁できる燃料電池システムの構造および制御手順を示した。本実施形態では、水素極側への水素の供給を制御する水素流量制御弁が固着または凍結した場合に、小さい電磁力で開弁する燃料電池の構成と作用の例を示す。本実施形態の他の構成および作用は第１実施形態の場合と同様である。そこで、第１実施形態の場合と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。また、必要に応じて図１から図３の図面を参照する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図４では、主として、水素極側に関連する構成要素が明示され、一方、空気極側に関連する構成要素は省略されている。図４のように、本実施形態の燃料電池は、燃料電池本体１と、燃料電池本体１に水素を供給する水素供給源としての水素タンク１３と、必要時に水素タンク１３からの水素の供給を遮断する水素遮断弁１１と、水素遮断弁１１が開弁したときに燃料電池本体１への水素の供給量を制御する水素流量制御弁１０と、水流量制御弁１０の下流側（燃料電池本体１寄り）で水素供給通路Ｌ４内のガス圧力を検出する圧力センサ１２と、燃料電池本体１の水素極側の排出通路Ｌ５に設けられた排出弁９と、燃料電池システム全体を制御するＥＣＵ５とを有している。

水素タンク１３は、高圧（１気圧を超える圧力）の水素を圧縮保持し、水素遮断弁１１、水素流量制御弁１０および水素供給通路Ｌ４を通じて燃料電池本体１の水素導入口に接続され、燃料電池本体１に水素ガスを供給する。

水素遮断弁１１は、ＥＣＵ５からの指令にしたがい、水素タンク１３からの水素供給を維持（オン）または遮断（オフ）する。一方、水素流量制御弁１０は、開口部の開度また
は開口部の開弁時間と閉弁時間との制御（例えば、デューティ比の制御、または、開閉周期の制御）により流れる水素の量を制御する。

水素流量制御弁１０（制御弁に相当）は、例えば、図２に示した水素排気弁６の場合と同様、反応ガスの流れに対して上流方向（燃料電池本体１から水素タンク１３に向かう方向）に弁体を駆動することで開弁する形式の弁である。排出弁９は、ＥＣＵ５からの指令にしたがい、燃料電池本体１から排出される反応後のガスの排出を維持（オン）または遮断（オフ）する。

圧力センサ１２（反応ガスガス圧力を検知する手段に相当）は、水素遮断弁１１より下流側の水素極側の水素圧力を検出し、ＥＣＵ５に刻々報告する。なお、図４の例では、圧力センサ１２は、水素流量制御弁１０の下流側の水素供給通路Ｌ４に設けられているが、本発明の実施において、圧力センサ１２の位置は、図４の場合に限定されるものではない。すなわち、圧力センサ１２は、水素遮断弁１１の下流側であれば、どの位置に設けてもよい。

本実施形態でも、水素流量制御弁１０の開弁動作は図２の水素排気弁６と同様である。すなわち、水素の流れに対して下流から上流に向かう向きに不図示の弁体が移動することで開弁する。

したがって、燃料電池が停止状態で水素流量制御弁１０が凍結または固着すると、燃料電池の始動時に第１実施形態と同様の問題が発生する。すなわち、燃料電池の始動時には、ＥＣＵ５は、水素遮断弁１１を開弁するとともに、水素流量制御弁１０を制御していち早く水素送り込む必要がある。

しかし、水素遮断弁１１を通じて水素流量制御弁１０に水素が導入されると、水素は水素流量制御弁１０の弁体を閉弁方向に圧迫する。このため、弁体が弁座に固着または凍結した場合には、その固着または凍結状態を解消するため、その固着力に加えて水素圧力による加圧分を上回る電磁力が必要になる。

そこで、本実施形態の燃料電池では、ＥＣＵ５は、水素遮断弁１１の開弁前に水素流量制御弁１０を一旦開閉する。この処理は、第１実施形態において、エアーコンプレッサ２の運転開始前に空気排出弁６を開閉した図３のＳ１と同様である（制御弁制御手段に相当）。

この状態では、まだ、水素タンク１３からの高圧の水素は、水素流量制御弁１０に供給されていない。したがって、水素流量制御弁１０内の不図示の弁体の上流側のガス圧力と下流側のガス圧力がほぼ釣り合っていると考えられる。そのような場合には、水素流量制御弁１０が固着または凍結していたとしても要求される電磁力は、水素流量制御弁１０の弁体を付勢するバネの弾性力と、不図示の弁体と弁座との固着または凍結による固着力とを上回る電磁力があればよい。なお、燃料電池の始動時に、水素流量制御弁１０内の不図示の弁体の上流側のガス圧力と下流側のガス圧力が釣り合っているためには、水素遮断弁１１の下流側の水素供給通路Ｌ６の水素圧力が水素流量制御弁１０の下流側の水素供給通路Ｌ４の水素圧力と同等である必要がある。したがって、燃料電池の停止時に水素遮断弁１１下流側の圧力を通常の運転時より低下させておく必要がある。

図５は、水素遮断弁１１下流側の圧力低下制御処理を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池の停止時にＥＣＵ５によって実行される。この処理では、まず、ＥＣＵ５は、水素遮断弁１１を閉弁する（Ｓ１１）。これにより、水素タンク１３からの水素供給は停止する。

次に、ＥＣＵ５は、所定時間発電を継続する（Ｓ１２）。この処理を実行するＥＣＵ５が圧力低下手段に相当する。すなわち、水素遮断弁１１の下流側の構成要素、例えば、水素供給通路Ｌ６、Ｌ４に設けられた各種の弁、例えば、水素流量制御弁１０をそのまま運転時の状態に維持する。その結果、水素遮断弁１１の下流側に残留する水素は、燃料電池本体１で消費されることになる。

そして、ＥＣＵ５は、圧力センサ１２で、水素遮断弁１１の下流側の水素圧力を測定する（Ｓ１３）。そして、水素遮断弁１１の下流側の水素圧力が所定値以下になったか否かを判定する（Ｓ１４）。

水素遮断弁１１の下流側の水素圧力が所定値以下になっていない場合、ＥＣＵ５は、制御をＳ１２に戻し、発電を継続する。一方、水素遮断弁１１の下流側の水素圧力が所定値以下になった場合、ＥＣＵ５は、水素供給通路Ｌ６、Ｌ４に設けられた各種の弁、例えば、水素流量制御弁１０等を閉弁し、および空気極側への空気の供給を停止し、燃料電池を停止する（Ｓ１５）。

このような手順により、燃料電池の停止時、水素流量制御弁１０の上流側（水素遮断弁１１の下流側）に位置する水素供給通路Ｌ６の水素圧力が水素流量制御弁１０の下流側に位置する水素供給通路Ｌ４の水素圧力と同等となる。したがって、次に燃料電池を始動する場合に、水素遮断弁１１を閉弁した状態では、水素流量制御弁１０内の不図示の弁体の上流側のガス圧力と下流側のガス圧力がほぼ釣り合った状態となる。したがって、水素流量制御弁１０が固着または凍結した場合でも、水素流量制御弁１０は、その可動子を付勢する不図示のバネの弾性力と、弁体と弁座との固着力とを上回る電磁力を発生すればよい。したがって、水素の加圧圧力に相当する電磁力を低減でき、水素流量制御弁１０をコンパクトにできる。

上記実施形態では、図５に示したように、水素遮断弁１１の下流側の水素圧力を低下させるため、水素遮断弁１１を閉弁した後、所定期間燃料電池の運転を継続した。しかし、本発明の実施は、そのような構成および手順には限定されない。例えば、図５のＳ１２の運転継続に代えて、排出弁９を開弁し、水素遮断弁１１の下流側、すなわち、水素供給通路Ｌ６、Ｌ４、燃料電池本体１の水素極および排出経路Ｌ５をすべて大気圧にしてもよい。そのような処理によっても、水素流量制御弁１０内の不図示の弁体の上流側のガス圧力と下流側のガス圧力がほぼ釣り合った状態とすることができる。その結果、次回の始動時に水素流量制御弁１０が固着または凍結した場合でも、水素遮断弁１１を閉弁した状態で、水素流量制御弁１０を開閉することで、少ない電磁力で運転を開始できる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 空気排気弁の概略構成を示す簡略断面図である。 燃料電池始動時の処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 圧力低下制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池本体
２ エアーコンプレッサ
３ 空気調圧弁
４ 水素調圧弁
５ ＥＣＵ
６ 空気排気弁
９ 排出弁
１０ 水素流量制御弁
１１ 遮断弁
１２ 圧力センサ
６１ ソレノイド
６２ 可動子
６３ 弁体
６４ 弁座
６５ 入口
６６ 出口
６７ 筐体
６９ バネ

Claims (1)

1. 燃料電池の反応ガス通路である水素供給通路に設けられ、バネの弾性力により閉弁しソレノイドの電磁力により反応ガスである水素ガスの流れに対して上流方向に付勢することで開弁する制御弁と、
   前記燃料電池に反応ガスである水素ガスを前記制御弁を経て供給する反応ガス供給源と、
   前記燃料電池が停止状態から始動する場合に前記反応ガス供給源から反応ガスである水素ガスが供給される前に、前記制御弁の前記ソレノイドに、前記バネの弾性力と該制御弁での固着力を上回る電磁力が発生するように励磁電流を流す制御弁制御手段と、
   前記燃料電池の停止時に前記反応ガス供給源からの反応ガスである水素ガスの供給を遮断する遮断弁と、
   前記遮断弁と前記制御弁との間の反応ガス通路である水素供給通路での反応ガス圧力を検知する手段と、
   前記遮断弁を閉弁した状態で前記反応ガス圧力が所定の範囲に低下するまで前記遮断弁下流側から燃料電池に至る反応ガス通路である水素供給通路を反応ガスである水素ガスが通過可能な状態に維持する圧力低下手段と
   を備え、
   前記制御弁制御手段は、燃料電池の始動要求があったときに前記遮断弁の開弁により反応ガスである水素ガスの供給を開始する前に、前記圧力低下手段により前記反応ガス圧力を所定の範囲に低下させて前記制御弁の上流側の反応ガス圧力と下流側の反応ガス圧力が釣り合った状態で、前記制御弁の前記ソレノイドに前記励磁電流を流す燃料電池の制御装置。

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