CN101542807B - 燃料电池*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用在流体流路(20)中流动的空气的压力进行开闭驱动的流体控制阀(加湿M旁通阀(30)、入口截流阀(40A)、出口截流阀(40B))。根据用于驱动流体控制阀所要求的驱动所需压力，通过从空气压缩机(AP)吐出的空气流量、燃料电池旁通阀(80)的阀开度、空气调压阀(90)的阀开度等，调整在流体流路(20)中流动的空气的压力P1。例如，在本发明中，燃料电池堆内的负压P2的绝对值越大，用于驱动截流阀(40)的驱动所需压力设定得越大，将空气的压力P1控制为达到该驱动所需压力。根据本发明，由于根据流体控制阀的驱动所需压力调整在流体流路(20)中流动的空气的压力P1，因此与例如根据燃料电池的要求而调整空气的压力P1的情况相比，提高了流体控制阀的驱动的响应性及可靠性等。

Description

燃料电池***
技术领域
本发明涉及一种燃料电池***，尤其涉及利用在流体流路中流动的流体的压力而对阀进行开闭驱动的技术。
背景技术
公知有使用氢等燃料气体与空气等氧化气体发电的燃料电池***。燃料电池***例如搭载在车辆等上，用作车辆行驶用电动机的电源。当然，燃料电池***还可以用在除车辆之外的情况。
燃料电池***包括：燃料电池，使燃料气体与氧化气体反应而发电；和流体流路，向该燃料电池提供燃料气体和氧化气体即反应气体，从燃料电池排出反应后的气体及生成水等。
在这种燃料电池***中，提出了与设置在流体流路上的阀(Valve)相关的各种技术。
例如，在专利文献1(日本特开2004-006166号公报)中公开了如下技术：在反应气体的提供线路与排出线路上分别设置开闭阀，当燃料电池停止发电运转时关闭开闭阀，从而密封燃料电池内部的反应气体空间。
并且，在专利文献2(日本特开2000-003717号公报)中公开了如下技术：提供来自空气压缩机的空气，对空气先导阀进行控制，由此对提供给燃料电池的气体等进行隔断控制。
发明内容
如上所述，在专利文献1中，记载了在燃料电池停止发电运转时通过关闭开闭阀而密封燃料电池内部的反应气体空间的技术。但是，例如使用电磁阀作为该开闭阀时，若是常开电磁阀，则为了在燃料电池停止发电时关闭电磁阀，有必要在电磁阀上继续施加控制电压，另外若是常闭电磁阀，则为了在燃料电池发电时打开电磁阀，有必要在电磁阀上继续施加控制电压，由于诸如此类的原故，而不能忽视耗电方面的问题。
并且，在专利文献2中，记载了将根据空气压力驱动的气动阀用于燃料电池***的技术。但是，专利文献2没有提供用于对驱动气动阀的空气压力进行控制的具体技术。
在这种背景下，本申请的发明人们对燃料电池***的流体流路上设置的阀的开闭状态控制进行了长期研发。尤其对利用在流体流路中流动的流体的压力来驱动阀的开闭的技术进行了长期研发。
本发明是在上述研发的过程中完成，其目的在于提供一种控制用于对阀进行驱动的流体压力的技术。
为了实现上述目的，作为本发明优选方式的燃料电池***，其特征在于，包括：燃料电池；与燃料电池连接的流体流路；和设置在流体流路上的流体控制阀，所述流体控制阀为利用在流体流路中流动的流体的压力进行开闭驱动的阀，根据为了驱动所述流体控制阀而所需的驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力。
根据上述结构，由于能够通过调整在流体流路中流动的流体的压力而对流体控制阀进行开闭驱动，因此与例如使用电磁阀作为流体控制阀的情况相比，能够降低用于流体控制阀的开闭驱动的耗电。并且，由于根据流体控制阀的驱动所需压力调整流体的压力，因此与例如根据燃料电池的要求而调整流体压力的情况相比，提高了流体控制阀的驱动的响应性及可靠性等。
在优选的方式中，上述燃料电池***的特征在于，在所述流体控制阀开阀时，根据与所述燃料电池内的压力对应的驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力。由此，例如即使在燃料电池内的负压的大小产生偏差的情况下，由于对应于负压的偏差而调整在流体流路中流动的流体的压力，因此也提高了流体控制阀的开阀动作的稳定性等。例如，能够减小流体控制阀的开阀所需的时间的偏差。
在优选的方式中，上述燃料电池***的特征在于，根据所述燃料电池所需要的电池所需压力与所述驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力，在驱动所述流体控制阀时，与电池所需压力相比，优先根据驱动所需压力调整在流体流路中流动的流体的压力。由此，例如在燃料电池的发电运转中，流体的压力调整为适合燃料电池发电运转的压力，在驱动流体控制阀时，流体的压力调整为适合驱动流体控制阀的压力。
在优选的方式中，上述燃料电池***的特征在于，在所述燃料电池开始扫气时，与所述电池所需压力相比，优先根据所述驱动所需压力调整在流体流路中流动的流体的压力，所述流体控制阀切换为适合扫气的开闭状态。
在优选的方式中，上述燃料电池***的特征在于，在所述流体控制阀切换为适合扫气的开闭状态之后，该流体控制阀的压力室被密封，以便通过该压力室内的压力，维持该流体控制阀的开闭状态。
在优选的方式中，上述燃料电池***的特征在于，包括：使流体在所述流体流路中流通的压缩机；和设置在所述流体流路上的调压阀，所述燃料电池***通过所述压缩机的吐出流量与所述调压阀的阀开度中的至少一个，调整在流体流路中流动的流体的压力。
根据本发明，提供一种控制用于对阀进行驱动的流体压力的技术。例如，根据本发明的优选方式，能够降低用于开闭驱动的耗电。并且，例如根据本发明的优选方式，能够提高流体控制阀的驱动的响应性及可靠性等。
附图说明
图1是本发明所涉及的燃料电池***的整体结构图。
图2是用于说明截流阀的结构的图。
图3是用于说明截流阀的开闭动作的图。
图4是用于说明加湿M旁通阀的结构的图。
图5是用于说明加湿M旁通阀的开闭动作的图。
图6是用于说明空气压力的控制目标值的切换动作的图。
图7是用于说明燃料电池***在通常运转中的状态的图。
图8是用于说明燃料电池***在停止指示下的状态的图。
图9是用于说明燃料电池***在扫气过程中的状态的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1表示本发明所涉及的燃料电池***的优选实施方式，图1为其整体结构图。图1的燃料电池***由燃料电池堆10、流体流路20等构成，在流体流路20上设有发挥流体控制阀功能的加湿组件旁通阀(加湿M旁通阀)30、入口截流阀40A和出口截流阀40B。并且，在流体流路20上设有发挥调压阀功能的燃料电池旁通阀80和空气调压阀90。
燃料电池堆10使含有氢等的燃料气体与含有氧等的氧化气体反应而发电。即，向燃料电池堆10提供燃料气体与氧化气体，在燃料电池堆10内的未图示的多个电池单元中，使燃料气体与氧化气体反应而获得电能。电池单元为例如大致长方形板状的单元，将这些多个板状的电池单元层叠而形成燃料电池堆10。然而，各电池单元也可以为例如圆筒状。
另外，本实施方式的燃料电池***例如搭载在车辆上，燃料电池堆10作为车辆行驶用电动机的电源而使用。当然，本实施方式的燃料电池***也可以安装在除车辆以外的装置、***等中。
流体流路20作为向燃料电池堆10提供反应气体的流路而发挥功能。即，经由流体流路20，向燃料电池堆10内提供一方反应气体(例如用作氧化气体的空气)。并且，流体流路20作为从燃料电池堆10内排出反应后的气体及生成水等的流路而发挥功能。另外，在燃料电池堆10上，还连接有提供另一方反应气体(例如氢气)的流路，但在图1中省略了该流路的图示。
加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B分别作为调整流体流路20内的空气(air)的流动的流体控制阀而发挥功能。这三个阀分别经由压力控制流路70而与三个PSV(Pressure SwitchingValve，压力开关阀)连接。
即，在加湿M旁通阀30上连接有VbS、VbC、VbO三个PSV。并且，在入口截流阀40A上连接有ViS、ViC、ViO三个PSV，在出口截流阀40B上连接有VoS、VoC、VoO三个PSV。这些PSV经由压力控制流路70连接到流体流路20的上游侧例如空气压缩机(AP)与加湿组件50之间等。并且，这些PSV例如由未图示的控制部控制。
加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B由各自对应的PSV进行控制。在本实施方式中，对应于燃料电池堆10的状态等，控制加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B各阀。对于各阀的控制，在后文中做详细的论述。
接着，对流体流路20内的空气的流动进行说明。在流体流路20内流动的空气，从空气压缩机(AP)吸入至流体流路20内。空气压缩机例如经由空气净化器(未图示)等从大气中将空气吸入流体流路20内。从空气压缩机吐出的空气提供给加湿组件50、加湿M旁通阀30、燃料电池旁通阀80。
加湿组件50调整在流体流路20中流动的空气的湿度。即，加湿组件50对空气进行加湿，以达到适合燃料电池堆10内的化学反应的湿度。调整了湿度的空气经由入口截流阀40A提供给燃料电池堆10。
还存在不经由加湿组件50向燃料电池堆10提供空气的途径。即，存在从空气压缩机经由加湿M旁通阀30向燃料电池堆10提供空气的途径，流经该途径的空气没有进行加湿调整而提供到燃料电池堆10内。
提供给燃料电池旁通阀80的空气不提供给燃料电池堆10，而是经由稀释器60向大气中排放。燃料电池旁通阀80用于控制提供给燃料电池堆10的空气压力(吐出压)。即，通过燃料电池旁通阀80的阀开度，调整压力计P1位置处的流体流路20内的空气压力。并且，也可以通过从空气压缩机(AP)吐出的空气流量控制吐出压。当然，还可以通过燃料电池旁通阀80的阀开度和空气压缩机的空气流量这两者进行吐出压的控制。
从燃料电池堆10排出的气体(反应后的空气)输出给空气调压阀90。空气调压阀90用于控制从燃料电池堆10排出的空气的压力(背压)。即，通过空气调整阀90的阀开度调整压力计P2位置处的流体流路20内的空气的压力。背压被控制为例如达到用于使燃料电池堆10高效发电的目标值。
另外，通过调整背压，流体流路20内的压力也被调整，因此空气调压阀90还作为调整流体流路20内的空气压力的调压阀而发挥作用。
从空气调压阀90输出的空气经由出口截流阀40B、加湿组件50、稀释器60而向大气排放。
接着，用图2至图5对加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B进行详细说明。首先，用图2及图3对入口截流阀40A、出口截流阀40B进行说明。
图2为用于说明截流阀40(图1中的入口截流阀40A和出口截流阀40B)的结构的图。截流阀40是常开阀，在正常状态下，开阀力大于闭阀力，使阀体41处于打开状态。
截流阀40包括隔膜42，该隔膜42的上表面侧设有闭阀侧压力室43，在隔膜42的下表面侧设有开阀侧压力室44。
隔膜42根据闭阀侧压力室43内的压力与开阀侧压力室44内的压力的压力差，沿着图的上下方向位移。例如，在图2中，隔膜42的左右两端固定，隔膜42的中央部分以上下弯曲的方式位移。当然，也可以采用隔膜42的整体上下位移的结构。当隔膜42位移时，连接在隔膜42上的阀体41也位移。其结果，根据隔膜42的位移，调整截流阀40的阀开度。
例如，根据隔膜42的位移，阀体41被向上驱动，由此从流体通路20向截流阀40的入口46流动的空气从截流阀40的出口47向流体通路20排出。另一方面，根据隔膜42的位移，阀体41被向下驱动，从而堵塞出口47，由此从入口46一侧的流体通路20流向出口47一侧的流体通路20的空气流动被隔断。
并且，在隔膜42的下表面侧设有弹簧45，在隔膜42上施加有朝上的弹力。
闭阀侧压力室43内的压力与开阀侧压力室44内的压力由三个PSV控制。即，若截流阀40为入口截流阀(图1中的标号40A)，则通过ViS、ViC、ViO三个PSV控制各压力室内的压力。并且，若截流阀40是出口截流阀(图1中的标号40B)，则通过VoS、VoC、VoO三个PSV控制各压力室内的压力。
ViS(或者VoS)为三通式PSV，作为使闭阀侧压力室43与开阀侧压力室44两个压力室中的一个压力室选择性地与流体流路20连接的三通阀而发挥功能。即，通过ViS，通向流体流路20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室43的压力控制流路70或通向开阀侧压力室44的压力控制流路70进行连接。
ViS例如为电磁阀，通过通电而改变连接状态。ViS在非控制状态即没有通电的状态(非通电状态)下，选择开阀侧压力室44。即，在非通电状态下，通过ViS，通向流体流路20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室44的压力控制流路70连接。而ViS在控制状态即通电的状态(通电状态)下，选择闭阀侧压力室43。即，在通电状态下，通过ViS，通向流体流路20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室43的压力控制流路70连接。
ViC(或者VoC)为二通式PSV，作为用于减小闭阀侧压力室43内的压力的减压阀而发挥功能。ViC的一侧连接到通向闭阀侧压力室43的压力控制流路70，ViC的另一侧向大气开放。
ViC例如为电磁阀，通过通电而改变开闭状态。ViC在非控制状态即没有通电的状态(非通电状态)下维持闭阀状态。由此，在ViC处于非通电状态的情况下，连接闭阀侧压力室43内部与大气的流路被隔断。而ViC在控制状态即通电的状态(通电状态)下开阀。由此，在ViC处于通电状态的情况下，形成连接闭阀侧压力室43内部与大气的流路。
ViO(或者VoO)为二通式PSV，作为用于减小开阀侧压力室44内部的压力的减压阀而发挥功能。ViO的一侧连接通向开阀侧压力室44的压力控制流路70，ViO的另一侧向大气开放。
ViO例如为电磁阀，通过通电而改变开闭状态。ViO在非控制状态即没有通电的状态(非通电状态)下维持闭阀状态。由此，在ViO处于非通电状态的情况下，连接开阀侧压力室44内部与大气的流路被隔断。而ViO在控制状态即通电的状态(通电状态)下开阀。由此，在ViO处于通电状态的情况下，形成连接开阀侧压力室44内部与大气的流路。
另外，在用于说明本实施方式的各图中，表示ViS(VoS)、ViC(VoC)、ViO(VoO)的多个三角形中，涂色的三角形表示关闭压力控制流路70的状态，没有涂色的三角形表示打开压力控制流路70的状态。
例如，图2所示的各三角形涂色的状态下，ViS(或者VoS)表示关闭通向闭阀侧压力室43的压力控制流路70、而通向流体流路20的压力控制流路70与通向开阀侧压力室44的压力控制流路70连接的状态(非通电状态)。并且，在图2中，表示ViC(或者VoC)的三角形进行了涂色，这表示ViC(或者VoC)处于关闭状态(非通电状态)。并且，在图2中，表示ViO(或者VoO)的三角形也进行了涂色，这表示ViO(或者VoO)也处于关闭状态(非通电状态)。
图3为用于说明截流阀40(图1中的入口截流阀40A与出口截流阀40B)的开闭动作的图。
图3(A)为用于说明截流阀40的开阀动作的图。即，用于说明使下降而处于关闭状态的阀体41向上移动而开阀时的动作。
在将截流阀40开阀的情况下，ViS(或者VoS)处于非通电状态，开阀侧压力室44与流体流路(图1中的标号20)连接。并且，ViO(或者VoO)处于非通电状态，连接开阀侧压力室44内部与大气的流路被隔断。并且，ViC(或者VoC)处于通电状态，形成连接闭阀侧压力室43内部与大气的流路，从而减小闭阀侧压力室43的压力。
在该状态下，在截流阀40的阀体41上作用有如下的力。首先，若将空气压缩机(图1中的AP)的吐出压设为P1，将隔膜42的面积设为A1，则由于开阀侧压力室44与流体流路(图1中的标号20)连接，因此开阀侧压力室44内部被加压，压力成为P1，经由隔膜42在阀体41上作用有朝上的力P1A1。
并且，从截流阀40的入口46进入空气(压力P1)，将力直接施加给阀体41，因此若将阀体41的受压面积设为A2，则在阀体41上作用有朝下的力P1A2。并且，若将燃料电池堆(图1中的标号10)内的负压设为P2，则该负压从截流阀40的出口47将力施加给阀体41，因此若将阀体41的受压面积设为A2，则在阀体41上作用有朝下的力P2A2。
并且，由弹簧45经由隔膜42在阀体41上作用朝上的力FS，并且若考虑阀体41因冻结等而固定在出口47局部上的力，则在阀体41上作用有朝下的冻结力FI。
因此，为了使阀体41朝上移动而开阀，作用在阀体41的上下方向上的力的关系为P1A1+FS＞P1A2+P2A2+FI…(1)即可。在本实施方式中，将用于驱动截流阀40的驱动所需压力设定为使(1)式的关系成立。并且，在将截流阀40开阀时，控制空气的吐出压P1，以达到该驱动所需压力。
空气的吐出压P1是通过燃料电池旁通阀(图1中的标号80)的阀开度、空气压缩机(图1中的AP)的空气流量来进行控制。并且，也可以通过空气调压阀(图1中的标号90)的阀开度进行空气吐出压P1的控制。
如(1)式所示，由于燃料电池堆内的负压P2，在阀体41上作用有朝下的力P2A2。燃料电池堆内的负压P2，受电池堆停止发电后的放置时间、温度等的影响而发生变动。
因此，在本实施方式中，根据燃料电池堆内的负压P2，控制吐出压P1。例如，负压P2越小(负压P2的绝对值越大)，用于驱动截流阀40的驱动所需压力设定得越大，控制空气的吐出压P1，以达到该驱动所需压力。
因此，在本实施方式中，与将空气的吐出压设定为固定值的情况相比，能够减少伴随燃料电池堆内的负压变动而产生的、截流阀40的开阀时间的偏差。当然，也可以控制为使截流阀40的开阀时间固定。并且，在本实施方式中，即使在燃料电池堆内的负压变动的情况下，也能够更可靠地使截流阀40开阀。由此，在本实施方式中，由于根据燃料电池堆内的负压控制空气的吐出压，因此能够实现更稳定的开阀动作。
图3(B)为用于说明截流阀40的闭阀动作的图。即，用于说明使上升而处于打开状态的阀体41朝下移动而闭阀时的动作。
在将截流阀40闭阀的情况下，ViS(或者VoS)为通电状态，闭阀侧压力室43与流体流路(图1中的标号20)连接。并且，ViC(或者VoC)为非通电状态，连接闭阀侧压力室43内部与大气的流路被隔断。并且，ViO(或者VoO)为通电状态，形成连接开阀侧压力室44内部与大气的流路，从而减小开阀侧压力室44的压力。
在该状态下，截流阀40的阀体41上作用有如下的力。首先，将空气压缩机(图1中的AP)的吐出压设为P1，将隔膜42的面积设为A1，则由于闭阀侧压力室43与流体流路(图1中的标号20)连接，因此闭阀侧压力室43内部被加压，压力成为P1，经由隔膜42在阀体41上作用有朝下的力P1A1。
并且，从截流阀40的入口46进入空气(压力P1)，将力直接施加给阀体41，因此若将阀体41的受压面积设为A2，则在阀体41上作用有朝上的力P1A2。并且，由弹簧45经由隔膜42在阀体41上作用朝上的力FS。
因此，为了使阀体41朝下移动而闭阀，作用在阀体41的上下方向上的力的关系为P1A1＞P1A2+FS…(2)即可。例如将空气的吐出压P1等设定为使该力的关系成立。并且，也可以将用于驱动截流阀40的驱动所需压力设定为使(2)式的关系成立，控制空气的吐出压P1，以达到该驱动所需压力。
另外，在图2及图3中，对使用两个压力室的截流阀40进行了说明，但压力室例如可以仅为闭阀侧压力室43。即，在关闭截流阀40时，对闭阀侧压力室43进行加压，使用于使阀体41朝下移动的力的关系成立，并且在打开截流阀40时，减小闭阀侧压力室43的压力，通过弹簧45的力、从入口46进入的空气的压力，使用于使阀体41朝上移动的力的关系成立。
接着，利用图4及图5，对加湿M旁通阀30进行说明。图4为用于说明加湿M旁通阀30的结构的图。加湿M旁通阀30是常闭阀，在正常状态下，闭阀力大于开阀力，使阀体31处于关闭状态。
加湿M旁通阀30包括隔膜32，在该隔膜32的上表面侧设有闭阀侧压力室33，在隔膜32的下表面侧设有开阀侧压力室34。
隔膜32根据闭阀侧压力室33内的压力与开阀侧压力室34内的压力的压力差，沿着图的上下方向位移。例如，在图4中，隔膜32的左右两端固定，隔膜32的中央部分以上下弯曲的方式位移。当然，也可以采用隔膜32的整体上下位移的结构。当隔膜32位移时，连接在隔膜32上的阀体31也位移。其结果，根据隔膜32的位移，调整加湿M旁通阀30的阀开度。
例如，根据隔膜32的位移，阀体31被向上驱动，由此从流体流路20朝加湿M旁通阀30的入口36的流动的空气从加湿M旁通阀30的出口37朝流体流路20排出。另一方面，根据隔膜32的位移，阀体31被向下驱动，从而堵塞出口37，由此从入口36一侧的流体流路20流向出口37一侧的流体流路20的空气流动被隔断。
并且，在隔膜32的上表面侧设有弹簧35，在隔膜32上施加有朝下的弹力。
闭阀侧压力室33内的压力与开阀侧压力室34内的压力由三个PSV控制。即，通过VbS、VbC、VbO三个PSV控制各压力室内的压力。
VbS为三通式PSV，作为使闭阀侧压力室33与开阀侧压力室34两个压力室中的一个压力室选择性地与流体流路20连接的三通阀而发挥功能。即，通过VbS，通向流体路径20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室33的压力控制流路70或通向开阀侧压力室34的压力控制流路70进行连接。
VbS例如为电磁阀，通过通电而改变连接状态。VbS在非控制状态即没有通电的状态(非通电状态)下，选择闭阀侧压力室33。即，在非通电状态下，通过VbS，通向流体流路20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室33的压力控制流路70连接。而VbS在控制状态即通电的状态(通电状态)下，选择开阀侧压力室34。即，在通电状态下，通过VbS，通向流体流路20的压力控制流路70与通向开阀侧压力室34的压力控制流路70连接。
VbC为二通式PSV，作为用于减小闭阀侧压力室33内的压力的减压阀而发挥功能。VbC的一侧连接到通向闭阀侧压力室33的压力控制流路70，VbC的另一侧向大气开放。
VbC例如为电磁阀，通过通电而改变开闭状态。VbC在非控制状态即没有通上电的状态(非通电状态)下维持闭阀状态。由此，在VbC处于非通电状态的情况下，连接闭阀侧压力室33内部与大气的流路被隔断。而VbC在控制状态即通电的状态(通电状态)下开阀。由此，在VbC处于通电状态的情况下，形成连接闭阀侧压力室33内部与大气的流路。
VbO为二通式PSV，作为用于减小开阀侧压力室34内的压力的减压阀而发挥功能。VbO的一侧连接通向开阀侧压力室34的压力控制流路70，VbO的另一侧向大气开放。
VbO例如为电磁阀，通过通电而改变开闭状态。VbO在非控制状态即没有通电的状态(非通电状态)下维持闭阀状态。由此，在VbO处于非通电状态的情况下，连接开阀测压力室34内部与大气的流路被隔断。而VbO在控制状态即通电的状态(通电状态)下开阀。由此，在VbO处于通电状态的情况下，形成连接开阀侧压力室34内部与大气的流路。
另外，在用于说明本实施方式的各图中，表示VbS、VbC、VbO的多个三角形中，涂色的三角形表示关闭压力控制流路70的状态，没有涂色的三角形表示打开压力控制流路70的状态。
例如，在图4所示的各三角形涂色的状态下，VbS表示关闭通向开阀侧压力室34的压力控制流路70、而通向流体流路20的压力控制流路70与通向闭阀侧压力室33的压力控制流路70连接的状态。并且，在图4中，表示VbC的三角形进行了涂色，这表示VbC处于关闭状态(非通电状态)。并且，在图4中，表示VbO的三角形也进行了涂色，这表示VbO也处于关闭状态(非通电状态)。
图5为用于说明加湿M旁通阀30的开闭动作的图。图5(A)为用于说明加湿M旁通阀30的开阀动作的图。即，用于说明使下降而处于关闭状态的阀体31朝上移动而开阀时的动作。
在将加湿M旁通阀30开阀的情况下，VbS为通电状态，开阀侧压力室34与流体流路(图1中的标号20)连接。并且，VbO为非通电状态，连接开阀侧压力室34内部与大气的流路被隔断。并且，VbC为通电状态，形成连接闭阀侧压力室33内部与大气的流路，从而减小闭阀侧压力室33的压力。
在该状态下，在加湿M旁通阀30的阀体31上作用有如下的力。首先，若将空气压缩机(图1中的AP)的吐出压设为P1，将隔膜32的面积设为A1，则由于开阀侧压力室34与流体流路(图1中的标号20)连接，因此开阀侧压力室34内部被加压，压力成为P1，经由隔膜32在阀体31上作用有朝上的力P1A1。
并且，从加湿M旁通阀30的入口36进入空气(压力P1)，将力直接施加给阀体31，因此若将阀体31的受压面积设为A2，则在阀体31上作用有朝下的力P1A2。并且，由弹簧35经由隔膜32在阀体31上作用朝下的力FS，并且若考虑阀体31因冻结等而固定在出口37局部上的力，则在阀体31上作用有朝下的冻结力FI。
因此，为了使阀体31朝上移动而闭阀，作用在阀体31的上下方向上的力的关系为P1A1＞P1A2+FS+FI…(3)即可。例如将空气的吐出压P1等设定为使该力的关系成立。并且，也可以将用于驱动加湿M旁通阀30的驱动所需压力设定为使(3)式的关系成立，控制空气的吐出压P1，以达到该驱动所需压力。
图5(B)为用于说明加湿M旁通阀30的闭阀动作的图。即，用于说明使上升而处于打开状态的阀体31朝下移动而闭阀时的动作。
在将加湿M旁通阀30闭阀的情况下，VbS为非通电状态，闭阀侧压力室33与流体流路(图1中的标号20)连接。并且，VbC为非通电状态，连接闭阀侧压力室33内部与大气的流路被隔断。并且，VbO为通电状态，形成连接开阀侧压力室34内部与大气的流路，从而减小开阀侧压力室34的压力。
在该状态下，在加湿M旁通阀30的阀体31上作用有如下的力。首先，将空气压缩机(图1中的AP)的吐出压设为P1，将隔膜32的面积设为A1，则由于闭阀侧压力室33与流体流路(图1中的标号20)连接，因此闭阀侧压力室33内部被加压，压力成为P1，经由隔膜32在阀体31上作用有朝下的力P1A1。
并且，从加湿M旁通阀30的入口36进入空气(压力P1)，将力直接施加给阀体31，因此若将阀体31的受压面积设为A2，则在阀体31上作用有朝上的力P1A2。并且，由弹簧35经由隔膜32在阀体31上作用朝下的力FS。
因此，为了使阀体31朝下移动而闭阀，作用在阀体31的上下方向上的力的关系为FS+P1A1＞P1A2…(4)即可。例如将空气的吐出压P1等设定为使该力的关系成立。并且，也可以将用于驱动加湿M旁通阀30的驱动所需压力设定为使(4)式的关系成立，控制空气的吐出压P1，以达到该驱动所需压力。
另外，在图4及图5中，对使用两个压力室的加湿M旁通阀30进行了说明，但压力室例如可以仅为开阀侧压力室34。即，在打开加湿M旁通阀30时，对开阀侧压力室34进行加压，使用于使阀体41朝上移动的力的关系成立，在关闭加湿M旁通阀30时，对开阀侧压力室34进行减压，通过弹簧35的力等使用于使阀体31朝下的移动的力的关系成立。
如上所述，在图1所示的燃料电池***中，作为流体控制阀而发挥功能的加湿M旁通阀30、入口截流阀40A与出口截流阀40B利用流体流路20内空气的压力进行开闭驱动。
流体流路20内空气的压力，通常将燃料电池堆10所要求的要求压作为控制目标值。例如，在燃料电池堆10的发电运转过程中，流体流路20内的空气的压力被控制为达到燃料电池堆10的背压的目标值。但是，在对流体控制阀进行开闭驱动时，优选流体流路20内空气的压力为驱动流体控制阀所要求的驱动所需压力。因此，在本实施方式中，将在流体流路20中流动的空气压力的控制目标值根据流体控制阀的开闭驱动时序而适当切换。
图6为用于说明空气压力的控制目标值的切换动作的流程图。以下，对图6所示流程图中的各步骤的处理内容进行说明。另外，在以下说明中，对图1所示的部分(结构)使用图1中的标号。
在将流体流路20内的空气压力控制为达到燃料电池堆10的背压目标值P2′的状态下，若存在流体控制阀(加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B)的驱动要求(S601)，则控制燃料电池***的控制部设定流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′(S602)。例如，将用于驱动流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′设定为使利用图3和图5说明的力的关系(1)至(4)成立。
接着，控制部将空气压力的控制目标值从背压目标值P2′切换为用于驱动流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′(S603)，并且例如调整空气调压阀90的阀开度，以使空气压力成为目标值P1′(S604)。另外，也可以通过燃料电池旁通阀80的阀开度、空气压缩机AP的空气流量，控制空气压力。通过对空气压力的控制，空气压力成为流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′，流体控制阀被切实地驱动而切换开闭状态(S605)。
当流体控制阀的开闭状态被切换时，控制部将空气压力的控制目标值从流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′切换为背压目标值P2′(S606)，并且例如调整空气调压阀90的阀开度，以使空气压力成为目标值P2′(S607)。由此，燃料电池堆10内的背压恢复到适合燃料电池堆10运转的背压目标值P2′。
另外，燃料电池堆10的背压目标值P2′根据燃料电池堆10的结构等例如被设定为120千帕等。并且，流体控制阀的驱动所需压力的目标值P1′根据流体控制阀的结构等被设定为140千帕等。
由此，在本实施方式中，在驱动流体控制阀时，与燃料电池堆10所要求的背压目标值相比，优先根据流体控制阀的驱动所需压力调整在流体流路20中流动的流体的压力。
图1所示的燃料电池堆的流体控制阀的开闭状态是根据使燃料电池堆10发电的通常运转状态、用于对燃料电池堆10进行扫气的扫气状态、使燃料电池***停止运转的停止状态等各状态而确定。并且，在例如从通常运转状态转换为扫气状态时、从扫气状态转换为停止状态时、从停止状态转换为通常运转状态时等情况下，驱动流体控制阀而适当切换开闭状态。在本实施方式中，在上述各状态之间转换时，优先根据流体控制阀的驱动所需压力调整在流体流路20中流动的流体的压力。
因此，使用图7至图9对图1的燃料电池***从通常运转中的状态向扫气中的状态转换为止各阀的控制进行说明。并且，图7至图9分别在图1所示的燃料电池***的整体结构图上示出流体流路20内的空气的流动等。因此，对已经利用图1说明的部分(结构)省略说明。
图7为用于说明图1中的燃料电池***在通常运转中的状态的图。通常运转过程中的燃料电池***处于使燃料电池堆10发电的状态。即，向燃料电池堆10提供加湿的空气，并且从燃料电池堆10排出反应后的空气。
在通常运转过程中，加湿M旁通阀30处于关闭的状态，入口截流阀40A与出口截流阀40B均处于打开的状态。并且，空气压缩机(AP)运转，从空气压缩机吐出的空气向加湿组件50、加湿M旁通阀30、燃料电池旁通阀80供给。
从空气压缩机提供到加湿组件50的空气通过加湿组件加湿后，经由处于打开状态的入口截流阀40A，提供给燃料电池堆10。并且，从空气压缩机提供到加湿M旁通阀30的空气，由于加湿M旁通阀30处于关闭的状态，因此在此被隔断。并且，燃料电池旁通阀80也处于关闭的状态，从而隔断空气的流动。
从燃料电池堆10排出的反应后的空气经由调整背压的空气调压阀90、处于打开状态的出口截流阀40B，进而经由加湿组件50、稀释器60而排出至大气。
在通常运转过程中，控制入口截流阀40A的ViS、ViC、ViO均处于非通电状态。即，处于由ViS选择开阀侧压力室(图2中的标号44)的状态，并且ViC与ViO处于关闭的状态。在该状态下，通过从空气压缩机吐出的空气的吐出压，入口截流阀40A的开阀侧压力室内被加压，朝打开阀体(图2中的标号41)的方向施力。另外，入口截流阀40A内的弹簧(图2中的标号45)也朝打开阀体的方向施力，并且，从入口截流阀40A的入口(图2中的标号46)进入的空气也朝打开阀体的方向施力。因此，虽然ViS、ViC、ViO均处于非通电状态，但能够维持打开入口截流阀40A的状态即正常状态。
并且，在通常运转过程中，控制出口截流阀40B的VoS、VoC、VoO也均处于非通电状态。并且，由于与入口截流阀40A的情况相同的原因，虽然VoS、VoC、VoO均处于非通电状态，但能够维持打开出口截流阀40B的状态即正常状态。
并且，在通常运转过程中，控制加湿M旁通阀30的VbS、VbC、VbO均处于非通电状态。即，处于由VbS选择闭阀侧压力室(图4中的标号33)的状态，并且VbC与VbO处于关闭的状态。在该状态下，通过从空气压缩机吐出的空气的吐出压，加湿M旁通阀30的闭阀侧压力室内被加压，从而朝关闭阀体(图4中的标号31)的方向施力。另外，加湿M旁通阀30内的弹簧(图4中的标号35)也朝关闭阀体的方向施力，并且从加湿M旁通阀30的入口(图4中的标号36)进入的空气也朝关闭阀体的方向施力。因此，虽然VbS、VbC、VbO均处于非通电状态，但能够维持关闭加湿M旁通阀30的状态即正常状态。
在通常运转过程中，在流体流路20中流动的空气的压力被控制为达到燃料电池堆10的背压的目标值。即，空气压力的控制目标值设定为背压目标值P2′，空气调压阀90的阀开度被调整为使空气压力成为P2′。另外，也可以通过燃料电池旁通阀80的阀开度、空气压缩机AP的空气流量控制空气压力。
图8为用于说明图1中的燃料电池***在停止指示下的状态的图。该状态为例如由用户等从通常运转中的状态(图7)完成使燃料电池***停止运转的操作的情况的状态。
当完成停止操作时，燃料电池***进行用于扫气的准备动作。即，图8所示的状态相当于开始扫气时的状态，在开始扫气时，控制加湿M旁通阀30，使之从关闭的状态切换为打开的状态。使加湿M旁通阀30开阀的动作如上述的说明(参照图5)。即，VbS通电，开阀侧压力室(图5中的标号34)与流体流路20连接。并且，VbO处于非通电状态，连接开阀侧压力室内部与大气的流路被隔断。并且，VbC通电，从而减小闭阀侧压力室(图5中的标号33)的压力。由此，加湿M旁通阀30开阀。当加湿M旁通阀30开阀时，从空气压缩机吐出的空气经由加湿M旁通阀30提供给燃料电池堆10。
并且，在开始扫气时，入口截流阀40A被控制为从打开的状态切换为关闭的状态。使入口截流阀40A闭阀的动作如上述的说明(参照图3)。即，ViS通电，闭阀侧压力室(图3中的标号43)与流体流路20连接。并且ViC处于非通电状态，连接闭阀侧压力室内部与大气的流路被隔断。并且，ViO通电，从而减小开阀侧压力室(图3中的标号44)的压力。当入口截流阀40A关闭时，经由入口截流阀40A向燃料电池堆10供给的空气的流动被隔断。
并且，在停止指示下，出口截流阀40B与通常运转中(参照图7)同样处于打开的状态。并且，控制出口截流阀40B的VoS、VoC、VoO均处于非通电状态。
在开始扫气时，在流体流路20中流动的空气的压力被控制为达到流体控制阀(加湿M旁通阀30、入口截流阀40A、出口截流阀40B)的驱动所需压力。即，将空气压力的控制目标值设定为驱动所需压力的目标值P1′，空气调压阀90的阀开度被调整为使空气压力成为P1′。即，拧入空气调压阀90，提高空气压力。并且，也可以通过燃料电池旁通阀80的阀开度、空气压缩机AP的空气流量控制空气压力。
图9为用于说明图1中的燃料电池***在扫气过程中的状态的图。扫气是例如为吐出燃料电池堆10内的生成水等而实施的。即，空气没有被加湿而提供到燃料电池堆10，生成水等与空气一起从燃料电池堆10吐出。
在扫气过程中，加湿M旁通阀30维持打开的状态。在本实施方式中，为了使加湿M旁通阀30维持打开的状态，将开阀侧压力室(图4中的标号34)密封而维持开阀侧压力室内的压力。用于维持压力而密封的动作如下。
首先，控制为开始扫气时(图8)的状态，即控制为在流体流路20中流动的空气的压力达到驱动所需压力的目标值P1′，在加湿M旁通阀30的开阀侧压力室被以压力P1′加压的状态下，停止VbS的通电。由此，与加湿M旁通阀30的开阀侧压力室连通的压力控制流路70被关闭。此时VbO处于非通电状态，连接加湿M旁通阀30的开阀侧压力室与大气的流路也被隔断。因此，加湿M旁通阀30的开阀侧压力室维持被以压力P1′加压的状态而被密封。并且，VbC处于通电的状态，从而加湿M旁通阀30的闭阀侧压力室内部的压力减小。
因此，由于加湿M旁通阀30的闭阀侧压力室内与开阀侧压力室内的压力差，作用有使阀体(图4中的标号31)朝打开的方向移动的力，该力大于例如由弹簧(图4中的标号35)等引起的力，从而加湿M旁通阀30维持打开的状态。
并且，在扫气过程中，入口截流阀40A维持关闭的状态。在本实施方式中，为了使入口截流阀40A维持关闭的状态，将闭阀侧压力室(图2中的标号43)密封而维持闭阀侧压力室内的压力。用于维持压力而密封的动作如下。
首先，控制为开始扫气时(图8)的状态，即控制为在流体流路20中流动的空气的压力达到驱动所需压力的目标值P1′，在加湿M旁通阀30的开阀侧压力室被以压力P1′加压的状态下，停止ViS的通电。由此，与入口截流阀40A的闭阀侧压力室连通的压力控制流路70被关闭。此时ViC处于非通电状态，连接入口截流阀40A的闭阀侧压力室与大气的流路也被隔断。因此，入口截流阀40A的闭阀侧压力室维持被以压力P1′加压的状态而被密封。并且，ViO处于通电的状态，从而入口截流阀40A的开阀侧压力室内部的压力减小。
因此，由于入口截流阀40A的闭阀侧压力室内与开阀侧压力室内的压力差，作用有使阀体(图2中的标号41)朝关闭的方向移动的力，该力大于例如由弹簧(图3中的标号45)等引起的力，从而入口截流阀40A维持关闭的状态。
扫气是例如为了吐出燃料电池堆10内的生成水等而实施的。因此，为了有效地吐出生成水等，在扫气过程中，优选将空气调压阀90完全打开。但是，当使空气调压阀90的阀开度从拧入的状态完全打开时，在流体流路20中流动的空气的压力下降。
但是，在本实施方式中，对加湿M旁通阀30的开阀侧压力室进行密封，从而维持加湿M旁通阀30的打开状态，并且对入口截流阀40A的闭阀侧压力室进行密封，从而维持入口截流阀40A的关闭状态。因此，即使在流体流路20中流动的空气的压力下降的情况下，也能够维持加湿M旁通阀30的打开状态和入口截流阀40A的关闭状态。
因此，在本实施方式中，调整空气调压阀90的阀开度等而切换加湿M旁通阀30与入口截流阀40A的开闭状态，以在开始扫气时(图8)的状态下使空气压力暂时成为P1′之后，在扫气过程中，使空气调压阀90处于完全打开或接近完全打开的状态，从而能够进行扫气。
并且，在扫气过程中，出口截流阀40B与在停止指示下(参照图8)同样地处于开阀的状态。用于控制出口截流阀40B的VoS、VoC、VoO均处于非通电状态。由于出口截流阀40B开阀，因此从燃料电池堆10排出的空气经由空气调压阀90和处于打开状态的出口截流阀40B，进而经由加湿组件50、稀释器60而排放至大气。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但上述的实施方式仅是所有方式中的例示，并不限定本发明的范围。本发明在不脱离其本质的范围内包含各种变形方式。

Claims (6)

1.一种燃料电池***，其特征在于，
包括：燃料电池；
与燃料电池连接的流体流路；和
设置在流体流路上的流体控制阀，
所述流体控制阀具有可密封的压力室，该流体控制阀为利用在流体流路中流动的流体的压力对所述压力室进行加压而进行开阀驱动或闭阀驱动的阀，在所述压力室被密封时通过该压力室内的压力维持该流体控制阀的开闭状态，
根据为了驱动所述流体控制阀而所需的驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力。
2.如权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
在所述流体控制阀开阀时，根据与所述燃料电池内的压力对应的驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力。
3.如权利要求1所述的燃料电池***，其特征在于，
根据所述燃料电池所需要的电池所需压力与所述驱动所需压力，调整在流体流路中流动的流体的压力，
在驱动所述流体控制阀时，与电池所需压力相比，优先根据驱动所需压力调整在流体流路中流动的流体的压力。
4.如权利要求3所述的燃料电池***，其特征在于，
在所述燃料电池开始扫气时，与所述电池所需压力相比，优先根据所述驱动所需压力调整在流体流路中流动的流体的压力，所述流体控制阀切换为适合扫气的开闭状态。
5.如权利要求4所述的燃料电池***，其特征在于，
在所述流体控制阀切换为适合扫气的开闭状态之后，该流体控制阀的压力室被密封，以便通过该压力室内的压力维持该流体控制阀的开闭状态。
6.如权利要求1至5中任一项所述的燃料电池***，其特征在于，
包括：使流体在所述流体流路中流通的压缩机；和
设置在所述流体流路上的调压阀，
所述燃料电池***通过所述压缩机的吐出流量与所述调压阀的阀开度中的至少一个，调整在流体流路中流动的流体的压力。
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