JP7176503B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

気液分離器は、燃料電池が排出したアノードオフガスから液水を分離して貯留する（例えば特許文献１及び２）。気液分離器の底部には開口が設けられ、開口は排出管を介して排出弁に接続されている。排出弁が開放されると、気液分離器に貯留された液水は排出される。

特開２００８－２６２７３５号公報 特開２００９－８７８５８号公報

しかし、気液分離器内の液水は、常に排水に適切な位置に溜まっているとは限らない。例えば燃料電池車に搭載された燃料電池システムでは、燃料電池車の加速時、気液分離器内の液水が加速方向の反対側に偏るため、液水が開口から離れて排出しにくくなるおそれがある。また、燃料電池車の駐車中、気温の低下とともに飽和水蒸気も低下すると気液分離器内の水蒸気は結露して液水となって鉛直方向の下方の底部に溜まり、開口から排出弁に流れる。さらに気温が氷点下まで下がると、排出弁が凍結して排水ができなくなるおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、気液分離器内の液水の位置を調整することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

本明細書に記載の燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池システムにおいて、反応ガスの化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたオフガスから液水を分離して貯留する気液分離器と、前記気液分離器の底部の開口から流出した前記液水を排出するための排出弁と、前記車両に対する前記気液分離器の姿勢を制御する姿勢制御装置と、前記姿勢制御装置に前記気液分離器の姿勢の制御目標を指示する指示装置とを有する。

上記の構成によると、気液分離器は、燃料電池から排出されたオフガスから液水を分離して貯留し、底部の開口から流出した液水を排水弁により排出することができる。また、姿勢制御装置は、車両に対する気液分離器の姿勢を制御し、指示装置は、姿勢制御装置に気液分離器の姿勢の制御目標を指示する。このため、指示装置は、気液分離器の姿勢の制御目標に応じて気液分離器内の液水の位置を調整することができる。

上記の構成において、前記姿勢制御装置は、前記車両の前後方向に対する前記気液分離器の第１角度と、前記車両の左右方向に対する前記気液分離器の第２角度とを各々の目標値にそれぞれ制御し、前記指示装置は、前記気液分離器の姿勢の制御目標として前記第１角度及び前記第２角度の目標値を指示してもよい。

上記の構成において、前記車両の加速度を検出する加速度センサを有し、前記指示装置は、前記開口が前記車両の加速方向に向かって傾くように、前記加速度と重力加速度に基づき前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記指示装置は、前記加速度の加速力の反作用力と重力の合力を算出し、前記車両の前後方向に対する前記合力の方向が、前記液水が流出する前記開口の面に直交する方向に一致するように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移すると予測される場合、前記開口から前記液水が流れ出ないように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記気液分離器は、鉛直方向に対して基準角度をなすときに前記液水を前記開口から流出させずに貯めることが可能な貯水領域を有し、前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移すると予測される場合、前記気液分離器が鉛直方向に対して前記基準角度をなすように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記指示装置は、前記気液分離器内の前記液水の量を算出して、前記気液分離器内の前記液水の量が前記貯水領域の最大貯水量以下であるとき、前記気液分離器が鉛直方向に対して前記基準角度をなすように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記反応ガスを送出することにより前記燃料電池を掃気する掃気装置を有し、前記指示装置は、前記気液分離器内の前記液水の量が前記最大貯水量より多いとき、前記掃気装置に掃気の実行を指示し前記排出弁を開いてもよい。

上記の構成において、前記車両の傾きを検出する傾斜センサを有し、前記指示装置は、前記車両の傾きに応じて前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移しないと予測される場合、前記液水が流出する前記開口の面と鉛直方向が直交するように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定してもよい。

上記の構成において、前記気液分離器は、前記燃料電池から排出された前記オフガスの入口と、前記燃料電池に循環する前記オフガスの出口とを有し、前記入口、前記出口、及び前記排出弁の下流側には、柔軟性を有する配管が接続されてもよい。

本発明によれば、気液分離器から液水を容易に排出することができる。

燃料電池車の一例を示す概略図である。 燃料電池システムの一例を示す構成図である。 姿勢制御装置、気液分離器、及びアノード排出弁の側面図である。 姿勢制御装置、気液分離器、及びアノード排出弁の背面図である。 燃料電池車の加速時の液水の偏りの一例を示す図である。 燃料電池車の加速時の姿勢制御の一例を示す図である。 燃料電池車の加速時の液水の偏りの他の例を示す図である。 燃料電池車の加速時の姿勢制御の他の例を示す図である。 燃料電池車が平坦面に駐車された時の気液分離器の姿勢制御の一例を示す図である。 燃料電池車が前後方向において傾斜して駐車された時の気液分離器の姿勢制御の一例を示す図である。 燃料電池車が平坦面に駐車された時の気液分離器の姿勢制御の他の例を示す図である。 燃料電池車が左右方向において傾斜して駐車された時の気液分離器の姿勢制御の一例を示す図である。 燃料電池車が前後方向において傾斜して駐車された時の気液分離器の姿勢制御の他の例を示す図である。 気液分離器とアノード排出弁が直線状の配管で接続された構成を示す図である。 ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の動作の一例を示すフローチャートである。

（燃料電池システム１）
図１は、燃料電池車９の一例を示す概略図である。燃料電池車９には燃料電池システム１が搭載されている。燃料電池システム１は発電して燃料電池車９の車輪を駆動する。なお、燃料電池車９は、燃料電池システム１が搭載される車両の一例であるが、このような車両は燃料電池車９に限定されない。

符号Ｑａは上面視の燃料電池車９を表し、符号Ｑｂは側面視の燃料電池車９を表し、符号Ｑｃは前面視の燃料電池車９を表す。以下の説明では、燃料電池車９の左右方向に延びるＨｘ軸、燃料電池車９の前後方向に延びるＨｙ軸、燃料電池車９の上下方向に延びるＶｚ軸を用いる。また、以下の説明では、鉛直方向Ｖｏと、鉛直方向Ｖｏに対して直交する水平面Ｈｏとを用いる。

図２は、燃料電池システム１の一例を示す構成図である。燃料電池システム１は、燃料電池（ＦＣ）１０、モータ９０、カソード系２、アノード系３、冷却系４、及び制御系５を有する。なお、ＦＣ１０とモータ９０を接続する電気的な構成の図示は省略されている。

ＦＣ１０は、固体高分子電解質型の複数の単セルの積層体を含む。ＦＣ１０は、カソードガスとアノードガスの供給を受けてカソードガス及びアノードガスの化学反応により発電する。本実施例では、カソードガスとして酸素を含む空気が用いられ、アノードガスとして水素ガスが用いられている。カソードガスとアノードガスは反応ガスの一例である。ＦＣ１０が発電した電力はモータ９０に供給される。

また、ＦＣ１０は、アノードガスの入口１１及び出口１２と、カソードガスの入口１３及び出口１４と、冷却水の入口１６及び出口１５とを有する。アノードガスの入口１１及び出口１２はアノードガス流路Ｌ３１を介して接続され、カソードガスの入口１３及び出口１４はカソードガス流路Ｌ２１を介して接続されている。冷却水の入口１６及び出口１５は冷却水流路Ｌ４１を介して接続されている。アノードガス流路Ｌ３１、カソードガス流路Ｌ２１、及び冷却水流路Ｌ４１は、単セルの積層体を貫通するマニホルド、及び単セルのセパレータに形成された溝などを含む。

カソード系２は、カソードガスとして酸素を含む空気をＦＣ１０に供給する。例えばカソード系２は、カソード供給管Ｌ２０、カソード排出管Ｌ２２、バイパス管Ｌ２３，Ｌ２４、カソード接続管Ｌ２５、エアコンプレッサ２０、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）２１、三方弁２２、バイパス弁２６、加湿器２３、気液分離器２４、背圧弁２５、カソード排出弁２７、圧力センサ２９、及び姿勢制御装置２８を含む。

カソードガスは、符号Ｒ２０で示されるように、カソード供給管Ｌ２０を流れてＦＣ１０に供給される。カソード供給管Ｌ２０には、エアコンプレッサ２０、インタークーラ２１、三方弁２２、加湿器２３、及び圧力センサ２９が設けられている。また、カソード供給管Ｌ２０には、バイパス管Ｌ２４の両端が接続されている。

エアコンプレッサ２０は、互いに機械的に接続されたモータ２００、圧縮タービン２０１、及び膨張タービン２０２を有する。モータ２００は、カソードガスが圧縮されるように圧縮タービン２０１を回転させる。膨張タービン２０２は、カソード排出管Ｌ２２を流れるカソードオフガスにより回転する。膨張タービン２０２の回転は、モータ２００の回転を補助する。カソードガスは、圧縮された後、インタークーラ２１に流れる。

インタークーラ２１は、例えばエアコンプレッサ２０の圧縮により昇温したカソードガスを冷却する。冷却されたカソードガスは三方弁２２を通り加湿器２３及びバイパス管Ｌ２４に流れる。このとき、加湿器２３及びバイパス管Ｌ２４の各流量は三方弁２２の開度に応じて変化する。

加湿器２３は、三方弁２２から流れ込んだカソードガスを加湿する。また、バイパス管Ｌ２４に流れ込んだカソードガスは加湿器２３を迂回して、加湿されたカソードガスと加湿器２３の下流側で合流し、入口１３からＦＣ１０に入る。圧力センサ２９は、ＦＣ１０の入口１３におけるカソードガスの圧力を検出する。ＦＣ１０内のアノードガスは、符号Ｒ２１で示されるように、アノード流路を流れる。ＦＣ１０は、発電に用いたカソードガスをカソードオフガスとして出口１４からカソード排出管Ｌ２２に排出する。なお、カソードオフガスはオフガスの一例である。

カソードオフガスは、符号Ｒ２３で示されるように、ＦＣ１０の出口１４からカソード排出管Ｌ２２を流れて燃料電池車９の外部に排出される。カソード排出管Ｌ２２には、気液分離器２４、加湿器２３、背圧弁２５、及びエアコンプレッサ２０が設けられている。また、カソード排出管Ｌ２２にはカソード接続管Ｌ２５の一端が接続されている。

気液分離器２４は、カソードオフガスから液水を分離して貯留する。カソードオフガスには、例えば加湿器２３で加えられた水分及び発電反応で生じた水分が液水として混合されている。気液分離器２４は、カソードオフガスと液水の比重の差を利用して、比重の大きい液水を鉛直方向の下方に貯留する。気液分離器２４により液水と分離されたカソードオフガスは加湿器２３に流れる。

加湿器２３は、カソードオフガスから水蒸気を分離してアノードガスの加湿に用いる。背圧弁２５は加湿器２３に下流側に設けられてカソードオフガスの背圧を開度に応じて調整する。エアコンプレッサ２０の膨張タービン２０２は背圧弁２５の下流側に設けられ、カソードガスの圧縮タービン２０１の回転に用いられる。

また、気液分離器２４の下流側は、カソード排出弁２７が設けられたカソード接続管Ｌ２５の一端と接続されている。カソード接続管Ｌ２５の他端は、カソード排出管Ｌ２２に接続されている。気液分離器２４に貯留された液水は、カソード排出弁２７が開くと、符号Ｒ２４で示されるように、カソード排出管Ｌ２２に排出される。カソード排出弁２７は、気液分離器２４の底部の開口から流出した液水を排出するための排出弁の一例である。

カソード接続管Ｌ２５は、エアコンプレッサ２０の下流側のカソード排出管Ｌ２２に接続されているため、液水は、カソード排出管Ｌ２２を流れるカソードオフガスに混合される。

このように、カソード系２の気液分離器２４は、アノードオフガスから液水を分離するため、気液分離器２４の下流側の膨張タービン２０２に液水が吸い込まれてエアコンプレッサ２０の性能が低下することが抑制される。

また、バイパス管Ｌ２３は、カソード供給管Ｌ２０とカソード排出管Ｌ２２を接続する。バイパス管Ｌ２３の一端はインタークーラ２１と三方弁２２の間のカソード供給管Ｌ２０に接続され、バイパス管Ｌ２３の他端は背圧弁２５と膨張タービン２０２の間のカソード排出管Ｌ２２に接続されている。カソード供給管Ｌ２０を流れるカソードガスは、バイパス弁２６の開度に応じた流量でバイパス管Ｌ２４を流れてカソード排出管Ｌ２２に導かれる。

アノード系３はＦＣ１０にアノードガスを供給する。アノード系３は、アノード供給管Ｌ３０、アノード排出管Ｌ３２、戻し管Ｌ３３、アノード接続管Ｌ３４、燃料タンク３０、タンク弁３１、調圧弁３２、インジェクタ（ＩＮＪ）３３、エジェクタ３４、循環ポンプ３５、気液分離器３６、アノード排出弁３７、姿勢制御装置３８、及び圧力センサ３９を含む。

燃料タンク３０内には、それぞれアノードガスが高圧状態で蓄えられている。燃料タンク３０とＦＣ１０のアノードガスの入口１１は、アノード供給管Ｌ３０により接続されている。アノード排出管Ｌ３２は、ＦＣ１０のアノードガスの出口１２に接続されている。戻し管Ｌ３３は、気液分離器３６とアノード供給管Ｌ３０を連通している。

タンク弁３１、調圧弁３２、ＩＮＪ３３、及びエジェクタ３４は、アノード供給管Ｌ３０の上流側から順に配置されている。タンク弁３１は、燃料電池システム１の運用中、開いた状態に維持される。調圧弁３２は燃料タンク３０内のアノードガスを開度に応じた流量でＩＮＪ３３に流す。ＩＮＪ３３は、符号Ｒ１０で示されるように、アノードガスをエジェクタ３４に噴射する。これにより、アノードガスは、符号Ｒ１１で示されるように、エジェクタ３４を通過してＦＣ１０に供給される。

ＩＮＪ３３はＦＣ１０にアノードガスを供給する。また、エジェクタ３４は、戻し管Ｌ３３に接続され、ＦＣ１０から排出されたアノードオフガスを、ＩＮＪ３３から供給されたアノードガスとともにＦＣ１０に導く。これにより、アノードオフガスはＦＣ１０に循環する。なお、ＦＣ１０に循環されたアノードオフガスは、単にアノードガスと表記する。

アノードガスは、符号Ｒ１２で示されるように、ＦＣ１０内のアノードガス流路Ｌ３１を流れる。ＦＣ１０は、発電に用いたアノードガスをアノードオフガスとして出口１２からアノード排出管Ｌ３２に排出する。なお、アノードオフガスはオフガスの一例である。

アノード排出管Ｌ３２は、出口１２と気液分離器３６を接続する。アノードオフガスは、符号Ｒ１３で示されるように、出口１２からアノード排出管Ｌ３２を流れて気液分離器３６に入る。

気液分離器３６は、アノードオフガスから液水を分離して貯留する。アノードオフガスには、例えば発電反応で生じた水分が液水として混合されている。気液分離器３６は、アノードオフガスと液水の比重の差を利用して、比重の大きい液水を鉛直方向の下方に貯留する。気液分離器３６により液水と分離されたアノードオフガスは戻し管Ｌ３３に流れる。

戻し管Ｌ３３には循環ポンプ３５が設けられている。循環ポンプ３５は、符号Ｒ１４で示されるように、アノードオフガスを気液分離器３６からエジェクタ３４に送出する。このため、アノードオフガスは、エジェクタ３４内でアノードガスと混合された後、符号Ｒ１１で示されるように、アノード供給管Ｌ３０を流れてＦＣ１０に循環する。圧力センサ３９は、アノード供給管Ｌ３０に設けられ、アノードガスの入口１１におけるアノードガスの圧力を測定する。

また、気液分離器３６の下流側は、アノード排出弁３７が設けられたアノード接続管Ｌ３４の一端と接続されている。アノード接続管Ｌ３４の他端は、カソード排出管Ｌ２２に接続されている。気液分離器３６に貯留された液水は、アノード排出弁３７が開くと、符号Ｒ１５で示されるように、カソード排出管Ｌ２２に排出される。アノード排出弁３７は、気液分離器３６の底部の開口から流出した液水を排出するための排出弁の一例である。

カソード接続管Ｌ２５は、エアコンプレッサ２０の下流側のカソード排出管Ｌ２２に接続されているため、液水は、カソード排出管Ｌ２２を流れるカソードオフガスに混合される。

また、姿勢制御装置２８，３８は、気液分離器２４，３６の姿勢をそれぞれ制御する。姿勢制御装置２８，３８は、燃料電池車９の走行中、気液分離器２４，３６内の液水がカソード排出弁２７及びアノード排出弁３７に流れやすいように気液分離器２４，３６の姿勢を燃料電池車９の加速度に応じてそれぞれ調整する。また、姿勢制御装置２８，３８は、燃料電池車９の停止中、例えば気液分離器２４，３６内の温度が氷点下となることが予測される場合、気液分離器２４内の液水がカソード排出弁２７及びアノード排出弁３７に流れにくいように気液分離器２４，３６の姿勢を燃料電池車９の傾きに応じてそれぞれ調整する。なお、姿勢制御装置２８，３８の構成及び動作は後述する。

冷却系４はＦＣ１０を冷却する。冷却系４は、冷却水供給管Ｌ４０、冷却水排出管Ｌ４２、ラジエータ４０、冷却ポンプ４１、及び温度センサ４２を含む。

冷却水供給管Ｌ４０はラジエータ４０とＦＣ１０の入口１６を接続し、冷却水排出管Ｌ４２はラジエータ４０とＦＣ１０の出口１５を接続する。冷却水供給管Ｌ４０には、冷却水を送出する冷却ポンプ４１が設けられ、冷却水排出管Ｌ４２には、冷却水の温度を検出する温度センサ４２が設けられている。

ラジエータ４０は、ＦＣ１０から排出された冷却水を冷却する。冷却された冷却水は、冷却ポンプ４１により冷却水供給管Ｌ４０を流れてＦＣ１０の入口１６に入る。冷却水は、入口１６から冷却水流路Ｌ４１を流れて出口１５から冷却水排出管Ｌ４２に排出される。冷却水は、冷却水排出管Ｌ４２を流れてラジエータ４０に循環する。ＦＣ１０は、発電性能が維持されるように冷却水により冷却される。

制御系５は、ＥＣＵ５０、傾斜センサ５１、加速度センサ５２ａ，５２ｂ、アクセル開度センサ５３、及びイグニッションスイッチ５４を含む。アクセル開度センサ５３は、燃料電池車９のアクセル（不図示）の開度を検出してＥＣＵ５０に通知する。イグニッションスイッチ５４は、燃料電池車９の始動時にオンされ、燃料電池車９の停止時にオフされる。ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４のオンオフを検出する。

傾斜センサ５１は、例えばジャイロスコープであり、水平面Ｈｏに対する燃料電池車９の傾きを検出する。傾斜センサ５１は、例えば、水平面に対する燃料電池車９のＨｙ軸の傾き、及び水平面に対する燃料電池車９のＨｘ軸の傾きをそれぞれ検出する。傾斜センサ５１は燃料電池車９の傾きをＥＣＵ５０に通知する。

加速度センサ５２ａは、燃料電池車９のＨｙ軸に沿った加速度αｙを検出し、加速度センサ５２ｂは燃料電池車９のＨｘ軸に沿った加速度αｘを検出する。加速度センサ５２ａ，５２ｂは燃料電池車９の加速度αｘ，αｙをＥＣＵ５０に通知する。なお、加速度αｙは燃料電池車９の前後方向における加速度であり、加速度αｘは燃料電池車９の左右方向における加速度である。

ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ５３、イグニッションスイッチ５４、傾斜センサ５１、加速度センサ５２ａ，５２ｂ、エアコンプレッサ２０、三方弁２２、バイパス弁２６、背圧弁２５、タンク弁３１、調圧弁３２、ＩＮＪ３３、カソード排出弁２７、アノード排出弁３７、温度センサ４２、圧力センサ２９，３９、循環ポンプ３５、冷却ポンプ４１、及び姿勢制御装置２８，３８が電気的に接続されている。

ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ５３が検出したアクセル開度に応じて、ＦＣ１０に要求される電流値（以下、要求電流値）を算出する。ＥＣＵ５０は、エアコンプレッサ２０にカソードガスの流量を指示し、ＩＮＪ３３にアノードガスの噴射量を指示する。ＥＣＵ５０は、例えば圧力センサ２９及び温度センサ４２の検出値などからＦＣ１０の発電状態を判断し、発電状態に応じて、三方弁２２、バイパス弁２６、背圧弁２５、タンク弁３１、及び調圧弁３２の各開度や、循環ポンプ３５及び冷却ポンプ４１の出力を制御する。

また、ＥＣＵ５０は、ＦＣ１０、カソード系２、及びアノード系３の掃気処理をエアコンプレッサ２０及びＩＮＪ３３に指示する。エアコンプレッサ２０は、指示に従ってカソードガスを送出することによりカソード供給管Ｌ２０、カソードガス流路Ｌ２１、及びカソード排出管Ｌ２２を掃気する。ＩＮＪ３３は、指示に従ってアノードガスを噴射することによりアノード供給管Ｌ３０、アノードガス流路Ｌ３１、及び戻し管Ｌ３３を掃気する。なお、エアコンプレッサ２０及びＩＮＪ３３は、反応ガスを送出することによりＦＣ１０を掃気する掃気装置の一例である。

ＥＣＵ５０は、掃気処理の実行時、カソード排出弁２７及びアノード排出弁３７を開放する。このため、気液分離器２４，３６内に貯留された液水はカソード接続管Ｌ２５及びアノード接続管Ｌ３４をそれぞれ流れてカソード排出管Ｌ２２から外部に排出される。

しかし、気液分離器内の液水は、常に排水に適切な位置に溜まっているとは限らない。例えば燃料電池車９の加速時、気液分離器２４，３６内の液水が加速方向の反対側に偏るため、液水が気液分離器２４，３６の底部の開口から離れて排出しにくくなるおそれがある。また、燃料電池車９の駐車中、気温の低下とともに飽和水蒸気も低下すると気液分離器２４，３６内の水蒸気は結露して液水となって鉛直方向の下方の底部に溜まり、気液分離器２４，３６の開口からカソード排出弁２７及びアノード排出弁３７に流れる。さらに気温が氷点下まで下がると、カソード排出弁２７及びアノード排出弁３７が凍結して排水ができなくなるおそれがある。

そこで、姿勢制御装置２８，３８は、燃料電池車９に対する気液分離器２４，３６の姿勢を制御し、ＥＣＵ５０は、姿勢制御装置２８，３８に気液分離器２４，３６の姿勢の制御目標を指示する。このため、ＥＣＵ５０は、気液分離器２４，３６の姿勢の制御目標に応じて気液分離器２４，３６内の液水の位置を調整することができる。なお、ＥＣＵ５０は指示装置の一例である。

以下に気液分離器３６及び姿勢制御装置３８の例を挙げて説明する。なお、気液分離器２４及び姿勢制御装置２８の構成は、気液分離器３６及び姿勢制御装置３８と同様であるため、その説明は省略する。

（気液分離器３６及び姿勢制御装置３８の構成）
図３は、姿勢制御装置３８、気液分離器３６、及びアノード排出弁３７の側面図であり、図４は、姿勢制御装置３８、気液分離器３６、及びアノード排出弁３７の背面図である。図３において、紙面左側は燃料電池車９の前方側に該当し、紙面右側は燃料電池車９の後方側に該当する。図４において、紙面左側は燃料電池車９の左側に該当し、紙面右側は燃料電池車９の右側に該当する。なお、図３及び図４には気液分離器３６の断面が示されている。

符号Ｇ１，Ｇ２は、水平面Ｈｏ及び鉛直方向Ｖｏに対するＨｙ軸、Ｈｘ軸、及びＶｚ軸の傾き、及び気液分離器３６の姿勢方向Ｌを示す。ここで、Ｈｙ軸及びＨｘ軸は水平面Ｈｏと平行であり、Ｖｚ軸は鉛直方向Ｖｏと平行であるとする。

気液分離器３６は、円筒部８１、円筒部８１を覆う上面部８０、及び円筒部８１の下端に延設された漏斗状の底部８２を有する。円筒部８１の前方側には、ＦＣ１０からアノードオフガス及び液水が流れ込む流入口８１ａが設けられ、上面部８０には、アノードオフガスが流出する流出口８０ａが設けられている。流入口８１ａには、アノード排出管Ｌ３２の一部である蛇腹配管７０が接続され、流出口８０ａには、戻し管Ｌ３３の一部である蛇腹配管７１が接続されている。

なお、流入口８１ａは、ＦＣ１０から排出されたアノードオフガスの入口の一例であり、流出口８０ａは、ＦＣ１０に循環するアノードオフガスの出口の一例である。また、流入口８１ａ及び流出口８０ａは、一例として円形の開口として形成されるが、形状に限定はない。

また、底部８２の中央には開口８２ａが設けられている。ここで、開口８２ａの面８２０に対して垂直な方向を気液分離器３６の姿勢方向Ｌとする。底部８２の下端にはＬ字状の配管８３に接続されており、配管８３の開口は底部８２の開口８２ａに一致する。配管８３は、アノード接続管Ｌ３４の一部であり、底部８２とアノード排出弁３７の上流側を接続する。配管８３は底部８２から姿勢方向Ｌに沿って延び、途中でアノード排出弁３７に向かって直角に曲がっている。

アノード排出弁３７の下流側は、さらに蛇腹配管７２を介してカソード排出管Ｌ２２と接続される。蛇腹配管７２はアノード接続管Ｌ３４の一部である。蛇腹配管７０～７２は、柔軟性を有する配管の一例である。このため、気液分離器３６の姿勢が変化した場合、アノード排出弁３７の姿勢も気液分離器３６と一体的に変化するが、蛇腹配管７０～７２は気液分離器３６の姿勢の変化に応じて柔軟に変形することにより、他の部材は姿勢を維持することができる。なお、蛇腹配管７０～７２に代えて、ゴム製の配管が用いられてもよい。

ＦＣ１０から排出されたアノードオフガス及び液水は、符号Ｒ６０で示されるように流入口８１ａから気液分離器３６に入り、符号Ｒ６１で示されるように流出口８０ａから排出される。液水は、アノードオフガスとの比重の差分によりアノードオフガスから分離される。分離された液水Ｗは配管８３、及び円筒部８１や底部８２内の領域に貯留される。貯留された液水Ｗは、アノード排出弁３７が開くと、符号Ｒ６２で示されるように排出される。

姿勢制御装置３８は、気液分離器３６の上面部８０に接続され、気液分離器３６の姿勢を制御する。姿勢制御装置３８は、上部モータ６０、上部回転軸６１、上部固定部材６２、下部モータ６３、下部回転軸６４、及び下部固定部材６５を有する。

上部モータ６０は、符号Ｄｘで示されるように上部回転軸６１を回転させ、下部モータ６３は、符号Ｄｙで示されるように下部回転軸６４を回転させる。上部回転軸６１は上部固定部材６２により下部モータ６３の上面に固定されている。下部回転軸６４は下部固定部材６５により上面部８０に固定されている。このため、上部回転軸６１が回転すると、下部モータ６３、下部回転軸６４、及び気液分離器３６が連動して回転し、下部回転軸６４が回転すると、気液分離器３６が連動して回転する。

下部モータ６３は、Ｈｙ軸に対する気液分離器３６の姿勢方向Ｌがなす角度θｙを制御する。ＥＣＵ５０は下部モータ６３に角度θｙの目標値を指示し、下部モータ６３は、ＥＣＵ５０の指示に従って角度θｙを目標値に制御する。なお、角度θｙは、燃料電池車９の前後方向に対する気液分離器３６の第１角度の一例である。

上部モータ６０は、Ｈｘ軸に対する気液分離器３６の姿勢方向Ｌがなす角度θｘを制御する。ＥＣＵ５０は上部モータ６０に角度θｙの目標値を指示し、上部モータ６０は、ＥＣＵ５０の指示に従って角度θｘを目標値に制御する。なお、角度θｘは、燃料電池車９の左右方向に対する気液分離器３６の第２角度の一例である。

ＥＣＵ５０は、燃料電池車９が一定速度で走行している場合、気液分離器３６の姿勢方向Ｌを水平面Ｈｏに対して直交するように姿勢制御装置３８を制御する。このため、ＥＣＵ５０は、角度θｘ，θｙの目標値として９０度を上部モータ６０及び下部モータ６３にそれぞれ指示する。

このように、姿勢制御装置３８は、燃料電池車９の前後方向に対する気液分離器３６の角度θｙと、燃料電池車９の左右方向に対する気液分離器３６の角度θｘとを各々の目標値にそれぞれ制御する。ＥＣＵ５０は、気液分離器３６の姿勢の制御目標として角度θｙ，θｘの目標値を指示する。このため、気液分離器３６の姿勢を燃料電池車９の前後方向及び左右方向の両方において自在に制御することができる。

（燃料電池車９の加速時の姿勢制御）
図５は、燃料電池車９の加速時の液水Ｗの偏りの一例を示す図である。図５において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

一例として、燃料電池車９が前方に加速した場合を挙げる。なお、燃料電池車９の左右方向には加速がないと仮定する。この場合、符号Ｇ３で示されるように、Ｈｙ軸に沿った加速度αｙが気液分離器３６に加わる。このため、液水Ｗは、加速力の反作用により加速方向の反対側に偏る。すなわち、液水Ｗの水面が、開口８２ａの面８２０に対して傾斜する。このため、液水Ｗが開口８２ａから離れて排出しにくくなるおそれがある。

そこで、ＥＣＵ５０は、気液分離器３６内に貯留された液水Ｗの偏りが低減されるように気液分離器３６の姿勢方向Ｌの角度θｙの目標値を決定する。

図６は、燃料電池車９の加速時の姿勢制御の一例を示す図である。図６において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

加速度センサ５２ａは、Ｈｙ軸に沿った加速度αｙを検出してＥＣＵ５０に通知する。ＥＣＵ５０は、符号Ｇ４で示されるように、気液分離器３６の開口８２ａが燃料電池車９の加速方向に向かって傾くように、加速度αｙと重力加速度Ｇｏに基づき角度θｙの目標値を決定する。例えばＥＣＵ５０は、加速力の反作用力αｙ’と重力の合力Ｇｙをベクトル演算により算出し、Ｈｙ軸に対する合力Ｇｙの角度θｙを目標値として算出する。

このため、下部モータ６３は、Ｈｙ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｙを、図３に示される角度θｙ（９０度）から、加速度αｙに応じた角度Δθｙだけ変化させる。ここで、角度θｙの目標値は（９０度＋Δθｙ）となる。

これにより、気液分離器３６内に貯留された液水Ｗは、開口８２ａの面８２０に実質的に直交する方向の合力Ｇｙを受けるため、その偏りが低減されて、液水Ｗの水面と開口８２ａの面８２０が実質的に平行となる。したがって、液水Ｗは、配管８３を流れてアノード排出弁３７から容易に排出される。なお、上部モータ６０は、燃料電池車９の左右方向の加速度が０であるため、Ｈｘ軸に対する角度θｘを９０度に維持する。

このように、ＥＣＵ５０は、開口８２ａの面８２０に直交する姿勢方向Ｌが合力Ｇｙの方向に一致するように角度θｙの目標値を決定するため、気液分離器３６は、液水Ｗを開口８２ａから最も排出しやすい姿勢となる。もっとも、姿勢方向Ｌと合力Ｇｙの方向は必ずしも一致する必要はなく、ＥＣＵ５０は、姿勢方向Ｌが合力Ｇｙの方向を互いに近づくように角度θｙの目標値を決定すればよい。

本例では燃料電池車９が前方に加速する場合を挙げたが、燃料電池車９が後方に加速する場合、加速度αｙの方向が後方となるため、気液分離器３６の姿勢方向Ｌの傾斜方向も本例とは逆方向となる。また、Ｈｘ軸に対する気液分離器３６の姿勢方向Ｌの角度θｘも上記と同様の手法により制御される。

図７は、燃料電池車９の加速時の液水Ｗの偏りの他の例を示す図である。図７において、図４と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

一例として、燃料電池車９が左側に加速した場合を挙げる。なお、燃料電池車９の前後方向には加速がないと仮定する。この場合、符号Ｇ５で示されるように、Ｈｘ軸に沿った加速度αｘが気液分離器３６に加わる。このため、液水Ｗは、加速力の反作用により加速方向の反対側に偏る。すなわち、液水Ｗの水面が、開口８２ａの面８２０に対して傾斜する。このため、液水Ｗが開口８２ａから離れて排出しにくくなるおそれがある。

そこで、ＥＣＵ５０は、気液分離器３６内に貯留された液水Ｗの偏りが低減されるように気液分離器３６の姿勢方向Ｌの角度θｘの目標値を決定する。

図８は、燃料電池車９の加速時の姿勢制御の他の例を示す図である。図８において、図４と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

加速度センサ５２ｂは、Ｈｘ軸に沿った加速度αｘを検出してＥＣＵ５０に通知する。ＥＣＵ５０は、符号Ｇ６で示されるように、気液分離器３６の開口８２ａが燃料電池車９の加速方向に向かって傾くように、加速度αｘと重力加速度Ｇｏに基づき角度θｘの目標値を決定する。例えばＥＣＵ５０は、加速力の反作用力αｘ’と重力の合力Ｇｘをベクトル演算により算出し、Ｈｘ軸に対する合力Ｇｘの角度θｘを目標値として算出する。

このため、上部モータ６０は、Ｈｘ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｘを、図４に示される角度θｘ（９０度）から、加速度αｚに応じた角度Δθｘだけ変化させる。ここで、角度θｘの目標値は（９０度＋Δθｘ）となる。

これにより、気液分離器３６内に貯留された液水Ｗは、開口８２ａの面８２０に実質的に直交する方向の合力Ｇｙを受けるため、その偏りが低減されて、液水Ｗの水面と開口８２ａの面８２０が実質的に平行となる。したがって、液水Ｗは、配管８３を流れてアノード排出弁３７から容易に排出される。なお、下部モータ６３は、燃料電池車９の前後方向の加速度αｙが０であるため、Ｈｙ軸に対する角度θｙを９０度に維持する。

このように、ＥＣＵ５０は、開口８２ａの面８２０に直交する姿勢方向Ｌが合力Ｇｘの方向に一致するように角度θｘの目標値を決定するため、気液分離器３６は、液水Ｗを開口８２ａから最も排出しやすい姿勢となる。もっとも、姿勢方向Ｌと合力Ｇｘの方向は必ずしも一致する必要はなく、ＥＣＵ５０は、姿勢方向Ｌが合力Ｇｘの方向を互いに近づくように角度θｘの目標値を決定すればよい。

本例では燃料電池車９が左側に加速する場合を挙げたが、燃料電池車９が右側に加速する場合、加速度αｘの方向が後方となるため、気液分離器３６の姿勢方向Ｌの傾斜方向も本例とは逆方向となる。

また、燃料電池車９がＨｘ軸及びＨｙ軸の各方向に同時に加速する場合、ＥＣＵ５０は、加速度センサ５２ａ，５２ｂが検出した加速度αｙ，αｘと重力加速度から角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ決定する。例えばＥＣＵ５０は、Ｈｙ軸の加速力の反作用力と重力の合力Ｇｙと、Ｈｘ軸の加速力の反作用力と重力の合力Ｇｘとをベクトル演算により算出し、合力Ｇｙ，Ｇｘの方向に姿勢方向Ｌが一致するように角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ決定する。これにより、上述した作用効果が得られる。

（燃料電池車９の駐車時の姿勢制御）
燃料電池車９の駐車時、イグニッションスイッチ５４はオフにされる。ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４がオフになったことを検出するとＦＣ１０の発電を停止する。このとき、ＥＣＵ５０は、エアコンプレッサ２０にカソードガスの供給を停止させ、ＩＮＪ３３にアノードガスの供給を停止させる。また、ＥＣＵ５０は、カソード排出弁２７及びアノード排出弁３７を開放することにより気液分離器２４，３６内の液水を排出する。

しかし、気液分離器２４，３６内の水蒸気は気温が低下すると結露して新たな液水となり、氷点下では開口８２ａからアノード排出弁３７に流れて凍結するおそれがある。ここで、気液分離器３６の開口８２ａとアノード排出弁３７の間を接続する配管８３はＬ字状であるため、液水は配管８３の底面に留まってアノード排出弁３７には流れにくいが、液水の量や燃料電池車９の駐車時の傾斜によっては、液水がアノード排出弁３７に流れ込むおそれがある。

そこで、ＥＣＵ５０は、気液分離器３６内の温度が氷点下に推移すると予測される場合、以下に述べるように、液水が開口８２ａからアノード排出弁３７に流れ出ないように気液分離器３６の角度θｙ，θｘの目標値を決定する。これにより、気液分離器３６からアノード排出弁３７に液水Ｗが流れ出ることが抑制されるため、アノード排出弁３７の凍結が抑制される。

図９は、燃料電池車９が平坦面に駐車された時の気液分離器３６の姿勢制御の一例を示す図である。図９において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

符号Ｇ７で示されるように、Ｈｙ軸が水平面Ｈｏに対して傾斜せず、Ｖｚ軸が鉛直方向Ｖｏに一致している。ＥＣＵ５０は、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して所定の基準角度φｙをなすように角度θｙの目標値を決定する。

気液分離器３６は、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｙをなすときに液水Ｗを開口８２ａから流出させずに貯めることが可能な貯水領域８５を有する。例えば貯水領域８５は、開口８２ａから見て燃料電池車９の前方側の底部８２及び円筒部８１から構成される凹部形状の領域である。

このため、下部モータ６３は、Ｈｙ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｙを、図３に示される角度θｙ（９０度）から、基準角度φｙと同じ角度Δθｙだけ変化させる。ここで、角度θｙの目標値は（９０度＋Δθｙ）となる。

これにより、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｙをなすため、結露で生じた液水Ｗは貯水領域８５に貯まる。したがって、液水Ｗが開口８２ａからアノード排出弁３７に流れることが抑制される。また、貯水領域８５に貯められた液水Ｗが氷点下で凍結しても、アノード排出弁３７の開閉は阻害されないため、液水Ｗの排出に影響はない。

また、Ｈｙ軸が水平面Ｈｏから傾斜し、Ｖｚ軸が鉛直方向Ｖｏと一致しない場合、ＥＣＵ５０は、傾斜センサ５１が検出した傾きに応じて、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して所定の基準角度φｙをなすように角度θｙの目標値を決定する。以下に燃料電池車９が前後方向において傾斜して駐車された場合を挙げる。

図１０は、燃料電池車９が前後方向において傾斜して駐車された時の気液分離器３６の姿勢制御の一例を示す図である。図１０において、図９と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

符号Ｇ８で示されるように、Ｈｙ軸は水平面Ｈｏに対しΔｙだけ傾斜し、Ｖｚ軸は鉛直方向Ｖｏに対し角度Δｙだけずれている。つまり、燃料電池車９は、前後方向が水平面Ｈｏに対して角度Δｙで傾斜した状態で駐車されている。なお、Ｈｘ軸は水平面Ｈｏと平行である。ＥＣＵ５０は、傾斜センサ５１が検出した角度Δｙに応じて、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｙをなすように角度θｙの目標値を決定する。

このため、下部モータ６３は、Ｈｙ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｙを、図３に示される角度θｙ（９０度）から、基準角度φｙ及び角度Δｙの和と同じ角度Δθｙだけ変化させる。ここで、角度θｙの目標値は（９０度＋Δθｙ）となる。

これにより、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｙをなすため、燃料電池車９の前後方向が水平面Ｈｏに対して傾斜している場合も、図９の例と同様の作用効果が得られる。

本例では、開口８２ａから見て燃料電池車９の前方側に貯水領域８５が存在するが、これに限定されず、以下の例のように、開口８２ａから見て燃料電池車９の左側に貯水領域が存在してもよい。

図１１は、燃料電池車９が平坦面に駐車された時の気液分離器３６の姿勢制御の他の例を示す図である。図１１において、図４と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

符号Ｇ９で示されるように、Ｈｘ軸が水平面Ｈｏに対して傾斜せず、Ｖｚ軸が鉛直方向Ｖｏに一致している。ＥＣＵ５０は、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して所定の基準角度φｘをなすように角度θｘの目標値を決定する。

気液分離器３６は、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｘをなすときに液水Ｗを開口８２ａから流出させずに貯めることが可能な貯水領域８６を有する。例えば貯水領域８６は、開口８２ａから見て燃料電池車９の左側の底部８２及び円筒部８１から構成される凹部形状の領域である。

このため、上部モータ６０は、Ｈｘ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｘを、図４に示される角度θｙ（９０度）から、基準角度φｘと同じ角度Δθｘだけ変化させる。ここで、角度θｘの目標値は（９０度＋Δθｘ）となる。

これにより、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｘをなすため、結露で生じた液水Ｗは貯水領域８５に貯まる。これにより、液水Ｗが開口８２ａからアノード排出弁３７に流れることが抑制される。また、貯水領域８５に貯められた液水Ｗが氷点下で凍結しても、アノード排出弁３７の開閉は阻害されないため、液水Ｗの排出に影響はない。

また、燃料電池車９が左右方向において傾斜して駐車された場合、ＥＣＵ５０は、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｘをなすように、Ｈｘ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｘの目標値を決定する。

図１２は、燃料電池車９が左右方向において傾斜して駐車された時の気液分離器３６の姿勢制御の一例を示す図である。図１２において、図１１と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

符号Ｇ１０で示されるように、Ｈｘ軸は水平面Ｈｏに対しΔｘだけ傾斜し、Ｖｚ軸は鉛直方向Ｖｏに対し角度Δｘだけずれている。つまり、燃料電池車９は、左右方向が水平面Ｈｏに対して角度Δｘで傾斜した状態で駐車されている。なお、Ｈｙ軸は水平面Ｈｏに対し平行である。ＥＣＵ５０は、傾斜センサ５１が検出した角度Δｘに応じて、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｘをなすように角度θｘの目標値を決定する。

このため、上部モータ６０は、Ｈｘ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｘを、図４に示される角度θｘ（９０度）から、基準角度φｘ及び角度Δｘの和と同じ角度Δθｘだけ変化させる。ここで、角度θｘの目標値は（９０度＋Δθｘ）となる。

これにより、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｘをなすため、燃料電池車９の左右方向が水平面Ｈｏに対して傾斜している場合も、図１１の例と同様の作用効果が得られる。

なお、前後方向及び左右方向の両方が水平面Ｈｏに対して傾斜した状態で燃料電池車９が駐車された場合、ＥＣＵ５０は、基準角度φｙ，φｘで規定される気液分離器３６内の貯水領域に液水Ｗが貯まるように、上記と同様の手法で角度θｙ，θｘの目標値を決定する。

また、ＥＣＵ５０は、気液分離器３６内の気温が氷点下に推移しないと予測される場合、上記の例とは逆に、液水Ｗが排出されやすいように水平面Ｈｏに対する姿勢方向Ｌの角度θｙ，θｘを決定する。以下に角度θｙの制御例を挙げるが、角度θｘの制御も角度θｙと同様に実行される。

図１３は、燃料電池車９が前後方向において傾斜して駐車された時の気液分離器３６の姿勢制御の他の例を示す図である。図１３において、図１０と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。また、蛇腹配管７０～７２の図示は省略する。

符号Ｇ１１で示されるように、Ｈｙ軸は水平面Ｈｏに対しΔｙだけ傾斜し、Ｖｚ軸は鉛直方向Ｖｏに対し角度Δｙだけずれている。つまり、燃料電池車９は、前後方向が水平面Ｈｏに対して角度Δｙで傾斜した状態で駐車されている。ＥＣＵ５０は、傾斜センサ５１が検出した角度Δｙに応じて、姿勢方向Ｌが開口８２ａの面８２０に対して直交するように角度θｙの目標値を決定する。すなわち、ＥＣＵ５０は、角度Δｙに応じて、開口８２ａの面８２０と鉛直方向Ｖｏが直交するように角度θｙの目標値を決定する。

このため、下部モータ６３は、Ｈｙ軸に対し姿勢方向Ｌがなす角度θｙを、図３に示される角度θｙ（９０度）から、角度Δｙと同じ角度Δθｙだけ変化させる。ここで、角度θｙの目標値は（９０度＋Δθｙ）となる。

これにより、気液分離器３６内に貯留された液水Ｗは、鉛直方向Ｖｏに沿って重力を受けるため、液水Ｗの水面と開口８２ａの面８２０が実質的に平行となる。したがって、液水Ｗは、配管８３を流れてアノード排出弁３７から容易に排出される。

上記の例では、配管８３はＬ字状であるが、直線状であってもよい。

図１４は、気液分離器３６とアノード排出弁３７が直線状の配管８３で接続された構成を示す図である。図１４において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

配管８３は、気液分離器３６の開口８２ａとアノード排出弁３７の間を鉛直方向Ｖｏに沿って延びる。このため、気液分離器３６の姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに一致している場合、図３に示される例と比べると、アノード排出弁３７は開口８２ａの直下に位置し、液水Ｗがアノード排出弁３７に流れやすい。

しかし、図１０及び図１３を参照して述べたように、上部モータ６０及び下部モータ６３が、燃料電池車９の駐車時の傾斜の角度Δｙ，Δｘに対応して気液分離器３６の姿勢方向Ｌを制御することにより、液水Ｗが開口８２ａからアノード排出弁３７に流れることを抑制することができる。

（ＥＣＵ５０の動作）
図１５は、ＥＣＵ５０の動作の一例を示すフローチャートである。ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４（ＳＷ）４がオンになったか否かを判定する（ステップＳｔ１）。イグニッションスイッチ５４がオフの場合（ステップＳｔ１のＮｏ）、再びステップＳｔ１の処理が実行される。

ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４がオンの場合（ステップＳｔ１のＹｅｓ）、ＦＣ１０の発電を開始する（ステップＳｔ２）。このとき、例えばＥＣＵ５０は、アクセル開度センサ５３が検出したアクセルの開度に応じて、ＩＮＪ３３にアノードガスの供給量を指示し、エアコンプレッサ２０にカソードガスの供給量を指示する。

次にＥＣＵ５０は、加速度センサ５２ａ，５２ｂにより燃料電池車９の前後方向及び左右方向の加速度αｙ，αｘをそれぞれ検出する（ステップＳｔ３）。次にＥＣＵ５０は、加速度αｙ，αｘ及び重力加速度に基づいて気液分離器３６の角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ算出する（ステップＳｔ４）。角度θｙ，θｘの各目標値の算出方法は、図６及び図８を参照して述べたとおりである。

次にＥＣＵ５０は、角度θｙ，θｘの各目標値を姿勢制御装置２８，３８に指示する（ステップＳｔ５）。姿勢制御装置２８，３８は、角度θｙ，θｘを各々の目標値に制御する。

次にＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４がオフになったか否かを判定する（ステップＳｔ６）。イグニッションスイッチ５４がオンのままである場合（ステップＳｔ６のＮｏ）、ステップＳｔ３以降の各処理が再実行される。

ＥＣＵ５０は、イグニッションスイッチ５４がオフになった場合（ステップＳｔ６のＹｅｓ）、ＦＣ１０の発電を停止する（ステップＳｔ７）。このとき、例えばＥＣＵ５０は、ＩＮＪ３３にアノードガスの供給の停止を指示し、エアコンプレッサ２０にカソードガスの供給の停止を指示する。

次にＥＣＵ５０は、気液分離器２４，３６の温度を予測する（ステップＳｔ８）。例えばＥＣＵ５０は、温度センサ４２の温度の変化パタンを季節ごとの温度の変化パタンと照合し、照合結果に基づき温度を予測してもよい。このとき、ＥＣＵ５０は、燃料電池車９の緯度及び経度をＧＰＳ（Global Positioning System）により判定し、緯度及び経度に応じた温度の変化パタンを用いてもよい。

ＥＣＵ５０は、予測の結果、気液分離器２４，３６内の温度が氷点下に推移しないと判定した場合（ステップＳｔ９のＮｏ）、傾斜センサ５１により燃料電池車９の傾きの角度Δｙ，Δｘを検出する（ステップＳｔ１８）。次にＥＣＵ５０は、液水Ｗが開口８２ａからアノード排出弁３７及びカソード排出弁２７から排出されやすくなるように、角度Δｙ，Δｘに応じて気液分離器３６の角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ算出する（ステップＳｔ１９）。角度θｙ，θｘの各目標値の算出方法は、図７を参照して述べたとおりである。

次にＥＣＵ５０は、角度θｙ，θｘの各目標値を姿勢制御装置２８，３８に指示する（ステップＳｔ２０）。姿勢制御装置２８，３８は、角度θｙ，θｘを各々の目標値に制御する。

このように、ＥＣＵ５０は、ＦＣ１０の発電の停止中、気液分離器２４，３６内の温度が氷点下に推移しないと予測される場合、気液分離器２４，３６の開口８２ａの面８２０と鉛直方向Ｖｏが直交するように角度θｙ，θｘの少なくとも一方の目標値を決定する。このため、姿勢制御装置２８，３８は、気液分離器２４，３６内の液水が凍結するおそれが少ない場合、液水が開口８２ａからカソード排出弁２７またはアノード排出弁３７に流れやすいように角度θｙ，θｘを制御することができる。

また、ＥＣＵ５０は、予測の結果、気液分離器２４，３６内の温度が氷点下に推移する判定した場合（ステップＳｔ９のＹｅｓ）、カソード側及びアノード側の気液分離器２４，３６内の液水量Ｍan，Ｍca（ｇ）をそれぞれ算出する（ステップＳｔ１０）。

Ｍan=Ｎan×１８ ・・・式（１）
Ｍca=Ｎca×１８ ・・・式（２）

液水量Ｍan，Ｍcaは、例えば上記の式（１）及び（２）によりそれぞれ算出される。ここで、Ｎanはアノードの水蒸気のモル数であり、Ｎcaはカソードの水蒸気のモル数である。液水量Ｍan，Ｍcaは、水蒸気の分子量である１８をモル数Ｎan，Ｎcaに乗算することにより得られる。

Ｎan＝Ｐan×Ｖan/Ｒ×Ｔ ・・・式（３）
Ｎca＝Ｐca×Ｖca/Ｒ×Ｔ ・・・式（４）

モル数Ｎan，Ｎcaは、例えば上記の式（３）及び（４）によりそれぞれ算出される。式（３）及び（４）は理想気体の状態方程式である。Ｔは、ＦＣ１０の発電停止前の温度センサ４２が検出した冷却水の温度である。Ｒは気体定数である。

Ｖanは、ＦＣ１０の発電停止時のアノード側の封止体積であって、ＩＮＪ３３の下流側のアノード供給管Ｌ３０、アノードガス流路Ｌ３１、アノード排出管Ｌ３２、気液分離器３６、戻し管Ｌ３３、及びアノード排出弁３７の上流側のアノード接続管Ｌ３４の総体積である。Ｖcaは、ＦＣ１０の発電停止時のカソード側の封止体積であって、三方弁２２の下流側のカソード供給管及びバイパス管Ｌ２４、カソードガス流路Ｌ２１、気液分離器２４、背圧弁２５の上流側のカソード排出管Ｌ２２、及びカソード排出弁２７の上流側のカソード接続管Ｌ２５の総体積である。Ｐanは、ＦＣ１０の発電停止時に圧力センサ３９が検出したアノード側の封止部分の圧力であり、Ｐcaは、ＦＣ１０の発電停止時に圧力センサ２９が検出したカソード側の封止部分の圧力である。

ＥＣＵ５０は、液水量Ｍan，Ｍcaを、気液分離器２４，３６の貯水領域８５，８６の最大貯水量Ｋ（ｇ）と比較する（ステップＳｔ１１）。なお、ＥＣＵ５０は、気液分離器２４，３６ごとに液水量Ｍan，Ｍcaと最大貯水量Ｋを比較し、比較結果に応じて、気液分離器２４，３６ごとに以下のステップＳｔ１２～Ｓｔ１７を実行する。

ＥＣＵ５０は、液水量Ｍan（Ｍca）が最大貯水量Ｋより少ない場合（ステップＳｔ１１のＮｏ）、ＩＮＪ３３（エアコンプレッサ２０）に掃気処理を指示する（ステップＳｔ１２）。これにより、アノードガス（カソードガス）が掃気ガスとして送出されるため、気液分離器３６（２４）に液水Ｗが貯留される。次にＥＣＵ５０は、アノード排出弁３７（カソード排出弁２７）を開放する（ステップＳｔ１３）。これにより、気液分離器３６（２４）から液水Ｗがカソード排出管Ｌ２２に流れて排出される。次にＥＣＵ５０は、アノード排出弁３７（カソード排出弁２７）を閉じる（ステップＳｔ１４）。

このように、ＥＣＵ５０は、気液分離器３６（２４）内の液水の量が貯水領域８５，８６の最大貯水量Ｋより多いとき、ＩＮＪ３３（エアコンプレッサ２０）に掃気の実行を指示しアノード排出弁３７（カソード排出弁２７）を開く。このため、貯水領域８５，８６から液水があふれることが防止されるとともに、気液分離器３６（２４）内の液水Ｗを凍結前に排出することができる。したがって、アノード排出弁３７（カソード排出弁２７）の凍結により液水Ｗの排出が困難となることが抑制される。

また、ＥＣＵ５０は、液水量Ｍan（Ｍca）が最大貯水量Ｋ以上である場合（ステップＳｔ１１のＹｅｓ）、傾斜センサ５１により燃料電池車９の傾きの角度Δｙ，Δｘを検出する（ステップＳｔ１５）。次にＥＣＵ５０は、液水Ｗを開口８２ａからアノード排出弁３７（カソード排出弁２７）に流さないため、姿勢方向Ｌが鉛直方向Ｖｏに対し基準角度φｙ，φｘをなすように、角度Δｙ，Δｘに応じて気液分離器３６の角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ算出する（ステップＳｔ１６）。角度θｙ，θｘの各目標値の算出方法は、図９～図１２を参照して述べたとおりである。

次にＥＣＵ５０は、角度θｙ，θｘの各目標値を姿勢制御装置２８，３８に指示する（ステップＳｔ１７）。姿勢制御装置２８，３８は、角度θｙ，θｘを各々の目標値に制御する。

このように、ＥＣＵ５０は、気液分離器２４，３６内の液水Ｗの量を算出して、気液分離器２４，３６内の液水Ｗの量が貯水領域８５，８６の最大貯水量Ｋ以下であるとき、気液分離器２４，３６が鉛直方向Ｖｏに対して基準角度φｙ，φｘをなすように角度θｙ，θｘの少なくとも一方の目標値を決定する。このため、ＥＣＵ５０は、液水Ｗが貯水領域８５，８６からあふれない場合だけ、気液分離器２４，３６の姿勢を制御することができる。

また、ＥＣＵ５０は、傾斜センサ５１が検出した燃料電池車９の傾きの角度Δｙ，Δｘに応じて角度θｙ，θｘの各目標値をそれぞれ決定する。このため、燃料電池車９が傾斜して駐車された場合でも、気液分離器２４，３６の角度θｙ，θｘが燃料電池車９の傾きに応じて適切に制御される。

これまで述べたように、気液分離器２４，３６は、ＦＣ１０から排出されたアノードオフガス及びカソードオフガスから液水を分離して貯留し、底部８２の開口８２ａから流出した液水Ｗをアノード排出弁３７及びカソード排出弁２７により排出することができる。

姿勢制御装置２８，３８は、燃料電池車９に対する気液分離器２４，３６の姿勢を制御し、ＥＣＵ５０は、姿勢制御装置２８，３８に気液分離器２４，３６の姿勢の制御目標を指示する。そのため、ＥＣＵ５０は、気液分離器２４，３６の姿勢の制御目標に応じて気液分離器２４，３６内の液水Ｗの位置を調整することができる。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１ 燃料電池システム
９ 燃料電池車
１０ 燃料電池
２０ エアコンプレッサ（掃気装置）
３３ インジェクタ（掃気装置）
２４，３６ 気液分離器
２７ カソード排出弁（排出弁）
３７ アノード排出弁（排出弁）
２８，３８ 姿勢制御装置
５０ ＥＣＵ（指示装置）
５１ 傾斜センサ
５２ａ，５２ｂ 加速度センサ
７０～７２ 蛇腹配管（配管）
８０ａ 流出口（出口）
８１ａ 流入口（入口）
８２ 底部
８２ａ 開口
８５，８６ 貯水領域

Claims (11)

1. 車両に搭載される燃料電池システムにおいて、
   反応ガスの化学反応により発電する燃料電池と、
   前記燃料電池から排出されたオフガスから液水を分離して貯留する気液分離器と、
   前記気液分離器の底部の開口から流出した前記液水を排出するための排出弁と、
   前記車両に対する前記気液分離器の姿勢を制御する姿勢制御装置と、
   前記姿勢制御装置に前記気液分離器の姿勢の制御目標を指示する指示装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記姿勢制御装置は、前記車両の前後方向に対する前記気液分離器の第１角度と、前記車両の左右方向に対する前記気液分離器の第２角度とを各々の目標値にそれぞれ制御し、
   前記指示装置は、前記気液分離器の姿勢の制御目標として前記第１角度及び前記第２角度の目標値を指示することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記車両の加速度を検出する加速度センサを有し、
   前記指示装置は、前記開口が前記車両の加速方向に向かって傾くように、前記加速度と重力加速度に基づき前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記指示装置は、前記加速度の加速力の反作用力と重力の合力を算出し、前記車両の前後方向に対する前記合力の方向が、前記液水が流出する前記開口の面に直交する方向に一致するように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移すると予測される場合、前記開口から前記液水が流れ出ないように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
6. 前記気液分離器は、鉛直方向に対して基準角度をなすときに前記液水を前記開口から流出させずに貯めることが可能な貯水領域を有し、
   前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移すると予測される場合、前記気液分離器が鉛直方向に対して前記基準角度をなすように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の燃料電池システム。
7. 前記指示装置は、前記気液分離器内の前記液水の量を算出して、前記気液分離器内の前記液水の量が前記貯水領域の最大貯水量以下であるとき、前記気液分離器が鉛直方向に対して前記基準角度をなすように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記反応ガスを送出することにより前記燃料電池を掃気する掃気装置を有し、
   前記指示装置は、前記気液分離器内の前記液水の量が前記最大貯水量より多いとき、前記掃気装置に掃気の実行を指示し前記排出弁を開くことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記車両の傾きを検出する傾斜センサを有し、
   前記指示装置は、前記車両の傾きに応じて前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項５乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
10. 前記指示装置は、前記燃料電池の発電の停止中、前記気液分離器内の温度が氷点下に推移しないと予測される場合、前記液水が流出する前記開口の面と鉛直方向が直交するように前記気液分離器の姿勢の制御目標を決定することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の燃料電池システム。
11. 前記気液分離器は、前記燃料電池から排出された前記オフガスの入口と、前記燃料電池に循環する前記オフガスの出口とを有し、
    前記入口、前記出口、及び前記排出弁の下流側には、柔軟性を有する配管が接続されていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の燃料電池システム。

Images