JP2007265622A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、低電圧ファンを用いて燃料電池のカソード側の掃気処理を行う場合に、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減する技術を提供すること。
【解決手段】電圧が印加されることにより稼働し、燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、酸化ガス供給流路と、酸化ガス排出流路と、一端が酸化ガス供給流路と接続され、他端が燃料電池システムの外部に開放される分岐流路と、分岐流路に設けられ、酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、燃料電池システムの掃気処理時において、低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、ファン制御部が低電圧ファンを稼動させている場合に、酸化ガス供給流路において、酸化ガスの供給方向に対して分岐流路との接続部分より上流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための遮断部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、低電圧で稼動可能なファンを用いて燃料電池のカソード側の掃気処理を行う技術に関する。

近年、水素を含有する燃料ガスと酸素を含有する酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池が注目されている。このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、燃料電池システムを停止する際に、酸化ガスを燃料電池に供給するためのコンプレッサを用いて、燃料電池のカソード側の流路（以下では、カソード側流路とも呼ぶ。）の残留水を掃気する掃気処理が行われている。ところで、このコンプレッサを稼働させるためには、大きな電圧が必要であるため、このコンプレッサには、燃料電池や燃料電池で発電された電気を蓄電する二次電池などの高電圧系から電圧が印加される。一方、燃料電池システムの掃気処理時において、高電圧系の稼働をできるだけ素早く停止させたいという要望があり、そのため、燃料電池システムの掃気処理を、コンプレッサを用いずに行うことが可能な技術が望まれていた。

なお、このような燃料電池システムにおいて、上述のような掃気処理をコンプレッサを用いて行う技術として、下記特許文献１に記載の技術が公開されている。また、以下では、コンプレッサから、酸化ガスを燃料電池に供給するための流路を酸化ガス供給流路とも呼び、燃料電池で電気化学反応に供された後の酸化ガスを燃料電池から燃料電池システムの外部に排出するための流路を、酸化ガス排出流路とも呼ぶ。上記燃料電池のカソード側流路には、燃料電池において、カソードに酸化ガスを供給するためのカソード流路と、酸化ガス供給流路と、酸化ガス排出流路とが含まれる。

図６は、従来例の燃料電池システムＭの構成を示すブロック図である。上述のような要望を満たすため、コンプレッサを用いず（すなわち、高電圧系を稼働させず）に、掃気処理を行う燃料電池システム（以下では、燃料電池システムＭとも呼ぶ。）が知られている（図６参照）。この燃料電池システムＭでは、酸化ガス排出流路３６から分岐する分岐流路４６’上に、コンプレッサ３０の稼働に必要な電圧よりも低電圧で稼働し、高電圧系ではない低電圧二次電池６０’（例えば、１２Ｖバッテリなど。）から電圧が印加される低電圧ファン４０’が設けられ、また、酸化ガス排出流路３６において、分岐流路より酸化ガスの排出方向に対して下流側の位置に下流側遮断弁７０’が設けられる。そして、この燃料電池システムＭにおいて、下流側遮断弁７０’を閉弁させた状態で、低電圧ファン４０’を稼働させることにより、コンプレッサ３０を介して、大気をカソード側流路（酸化ガス排出流路３６、カソード流路３５、および、酸化ガス供給流路３４）内に吸引し、その流れにより、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０’を介して燃料電池システムＭの外部に排出するようにしていた。または、下流側遮断弁７０’を閉弁させた状態で、低電圧ファン４０’を稼働させることにより、大気を取り込んでカソード側流路に吐出させ、その流れにより、カソード側流路内の残留水をコンプレッサ３０を介して外部に排出するようにしていた。なお、図６に示す高電圧二次電池８０’は、高電圧系に該当する。

特開昭６０−６５４７１号公報

しかしながら、上述の燃料電池システムＭのように、低電圧ファンを稼働させ、コンプレッサを介して大気を吸引することにより掃気を行ったり、大気を取り込んでコンプレッサから排出することにより掃気を行う場合において、コンプレッサの圧力損失は比較的高いので、この掃気処理において、低電圧ファンに大きな負荷が掛かるおそれがあった。そうすると、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合が生じるおそれがあった。

なお、上述した燃料電池システムＭにおいて、酸化ガスを燃料電池のカソードに供給する手段として、コンプレッサ３０の代わりにブロワなどの所定の酸化ガス供給部を設けるようにしてもよく、このような場合においても上記問題は生じうる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、低電圧ファンを用いて燃料電池のカソード側の掃気処理を行う場合に、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減する技術を提供することを目的とする。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第１の燃料電池システムでは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される分岐流路と、
前記分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記酸化ガス供給流路において、前記酸化ガスの供給方向に対して前記分岐流路との接続部分より上流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための遮断部と、
を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池システムによれば、掃気処理時において、低電圧ファンは、燃料電池内の残留水を排出する際に、酸化ガス供給部を介して外気を給排することがなく、それに伴い酸化ガス供給部から圧力損失を受けることがないので、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。

上記燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側の位置に配置される上流側遮断弁と、
前記上流側遮断弁を制御するための上流側遮断弁制御部と、を備え、
前記前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記上流側遮断弁制御部が、前記上流側遮断弁を閉弁させることにより、前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側のガスの流れを遮断するようにしてもよい。

このようにすれば、掃気処理時において、低電圧ファンを稼働させた場合に、酸化ガス供給部、酸化ガス供給流路を介して、ガスが、流入したり、排出されたりすることを抑制することができ、掃気効率を向上させることができる。

上記燃料電池システムにおいて、
前記遮断部は、
前記酸化ガス供給部としてもよい。

このようにすれば、部品点数を削減することが可能である。

上記燃料電池システムにおいて、
前記ファン制御部は、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンに前記酸化ガス供給流路のガスを吸引させるように稼動させるようにしてもよい。

このようにすれば、効率的に燃料電池内の残留水の掃気を行うことができる。

上記燃料電池システムにおいて、
前記分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
前記燃料電池の通常発電時において、前記分岐流路遮断弁を閉弁制御する分岐流路遮断弁制御部と、
を備えるようにしてもよい。

このようにすれば、燃料電池の通常発電時において、分岐流路から酸化ガスが漏れることを抑制することができる。

上記燃料電池システムにおいて、
前記低電圧ファンは、１２Ｖ以下で稼働するようにしてもよい。

このようにすれば、低電圧ファンの汎用性を向上させることができる。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の第２の燃料電池システムでは、
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第１の分岐流路と、
前記第１の分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
一端が前記酸化ガス排出流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第２の分岐流路と、
前記酸化ガス排出流路において、前記酸化ガスの排出方向に対して前記第２の分岐流路との接続部分より下流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための排出流路遮断弁と、
前記第２の分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼働させている場合に、前記分岐流路遮断弁を開弁させ、前記排出流路遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
を備えることを要旨とする。

上記構成の燃料電池システムによれば、掃気処理時において、低電圧ファンは、燃料電池内の残留水を排出する際に、酸化ガス供給部を介して外気を給排することを抑制することができ、それに伴い酸化ガス供給部から圧力損失を受けることを抑制することができるので、低電圧ファンに掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファンに過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。

なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの装置発明の態様に限ることなく、燃料電池システムの運転方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１００の構成：
Ａ２．掃気処理：
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システム１００Ａ：
Ｂ２．掃気処理：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システム１００の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、水素タンク２０と、コンプレッサ３０と、低電圧ファン４０と、循環ポンプ５０と、三方弁７０と、低電圧二次電池６０と、高電圧二次電池８０と、水素遮断弁２００と、制御回路４００と、を備えている。

燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である単セル（以下単にセルと呼ぶ。）を複数積層したスタック構造を有している。各セルは、電解質膜（図示せず）を挟んでアノード（図示せず）とカソード（図示せず）とを配置した構成となっている。燃料電池１０は、各々のセルのアノード側に水素を含有する燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１０は、生じた電力を燃料電池１０に接続される所定の負荷装置（例えば、モータや蓄電池。）に供給する。なお、燃料電池１０としては、上記した固体高分子型燃料電池の他、水素分離膜型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。以下では、燃料電池１０内において、燃料ガスが流れる流路をアノード流路２５と呼び、酸化ガスが流れる流路をカソード流路３５と呼ぶ。

水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード流路２５に接続されている。燃料ガス供給流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、水素遮断弁２００と、調圧弁（図示せず）とが設けられている。水素遮断弁２００を開弁することにより、燃料電池１０に水素ガスを燃料ガスとして供給する。なお、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側へ供給するものとしてもよい。

燃料電池１０のアノード流路２５は、燃料ガス排出流路２６と接続され、この燃料ガス排出流路２６上には、パージ弁９０が設けられている。燃料電池システム１００の運転中において、パージ弁９０を定期的に開弁することで、アノードで電気化学反応に供された後の燃料ガスは、定期的に、燃料ガス排出流路２６、パージ弁９０を介し外部へ排出（パージ）される。

燃料ガス排出流路２６において、パージ弁９０よりも燃料ガスを排出する流れ方向に対して上流側の位置から、燃料ガス供給流路２４へ接続されるガス循環流路２７が設けられている。このガス循環流路２７上には、循環ポンプ５０が設けられる。このガス循環流路２７は、循環ポンプ５０によって勢いをつけて送りだされた燃料ガスを、燃料ガス供給流路２４に導く。このようにガス循環流路２７は、燃料ガスを循環する役割を担っている。このようにして、燃料ガスに含まれる水素ガスは、循環して、燃料ガスとして再び発電に使用される。

低電圧二次電池６０は、最大出力電圧が比較的小さな蓄電池（例えば、最大出力電圧１２Ｖ。）である。一方、高電圧二次電池８０は、燃料電池１０で発電された電気が蓄電され、低電圧二次電池６０よりも最大出力電圧が大きい蓄電池（例えば、最大出力電圧２００Ｖ。）である。なお、これら低電圧二次電池６０と高電圧二次電池８０において、少なくとも低電圧二次電池６０の最大出力電圧は、高電圧二次電池８０の最大出力電圧より低ければよく、これらの二次電池の最大出力電圧は、燃料電池システム１００の具体的な設計により決定される。

コンプレッサ３０は、酸化ガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード流路３５に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、カソードに供給する。また、酸化ガス供給流路３４上には、分岐流路４５と接続される三方弁７０が設けられている。この三方弁７０は、後述の制御回路４００（弁制御部４１０）に制御され、流体をＱ方向とＲ方向（図１参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。また、分岐流路４５において、三方弁７０と接続されていない側の端部は、大気開放されている。なお、以下では、酸化ガス供給流路３４において、コンプレッサ３０と三方弁７０との間の流路を酸化ガス供給流路３４Ａとし、三方弁７０と燃料電池１０（カソード流路３５）との間の流路を酸化ガス供給流路３４Ｂとする。

具体的には、三方弁７０がＱ方向に流体を流すように開弁制御されていると、コンプレッサ３０で圧縮された空気は、酸化ガス供給流路３４Ａ、酸化ガス供給流路３４Ｂを介して燃料電池１０のカソード流路３５（カソード）に供給される。一方、三方弁７０がＲ方向に流体を流すように開弁制御されていると、酸化ガス供給流路３４Ｂと分岐流路４５との間に流体が流れることが可能な状態となると共に、酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間は、遮断された状態となる。

ところで、このコンプレッサ３０の稼働には、少なくとも最低回転数に基づく最低電力が必要であり、それに伴い比較的大きな電圧（以下では、コンプレッサ最低電圧とも呼ぶ。）が必要となる。従って、コンプレッサ３０は、高電圧二次電池８０から電力の供給を受けて稼働する。

また、分岐流路４５上には、低電圧ファン４０が設けられている。この低電圧ファン４０は、分岐流路４５において、三方弁７０側の流体を吸引し、分岐流路４５の外部に吐出することが可能であり、コンプレッサ最低電圧よりも低電圧で稼働可能なファンである。従って、この低電圧ファン４０は、低電圧二次電池６０から電力の供給を受けて稼働する。なお、この低電圧ファン４０は、コンプレッサ最低電圧よりも低電圧で稼働可能なファンであればよく、例えば、１２Ｖ（または、１２Ｖ以下。）で稼働するファンを用いてもよい。このようにすれば、例えば、燃料電池システム１００が自動車に搭載された場合、自動車のバッテリ（１２Ｖ）から電力（電圧）の供給を受けることが可能であり、汎用性を向上させることができる。

燃料電池１０のカソード流路３５は、酸化ガス排出流路３６と接続されており、カソードで電気化学反応に供された後の酸化ガスは、酸化ガス排出流路３６を介して燃料電池システム１００の外部に排出される。

なお、以下では、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４（３４Ｂ）と、酸化ガス排出流路３６とを総称して、カソード側流路とも呼ぶ。

制御回路４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備え、コンプレッサ３０、低電圧ファン４０、循環ポンプ５０、三方弁７０、パージ弁９０、水素遮断弁２００などを制御し、すなわち、燃料電池システム１００全体の制御を行う。

また、制御回路４００は、弁制御部４１０と、ファン制御部４３０としても機能し、後述する掃気処理を実行する。

燃料電池システム１００では、運転中にカソードで電気化学反応により水が生成され、その生成水がカソード側流路内に残留する場合がある。そこで、本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０の運転停止後、カソード側流路内に残留する残留水を外部に排出するための掃気処理を行う。

Ａ２．掃気処理：
図２は、本実施例の燃料電池システム１００が行う掃気処理のフローチャートである。まず、この掃気処理の前提条件について説明する。掃気処理開始前には、低電圧ファン４０は、稼働しておらず、また、三方弁７０は、Ｑ方向に流体を流すように開弁されている。

弁制御部４１０は、掃気処理が開始されると、三方弁７０をＲ方向に流体を流すように切り替え制御し（ステップＳ１０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０を稼働させる（ステップＳ２０）。このようにすれば、カソード側流路（すなわち、酸化ガス排出流路３６と、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４Ｂ）内に存在するガス（カソードガス）が、低電圧ファン４０に吸引され、分岐流路４５を介して燃料電池システム１００の外部に吐出される。これに伴い、カソード側流路内の残留水も燃料電池システム１００の外部に徐々に吐出されることになる。また、この場合、酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間は、遮断されているので、コンプレッサ３０、酸化ガス供給流路３４を介して、カソード側流路に空気が、流入することを抑制することができ、掃気効率を向上させることができる。

そして、制御回路４００は、上述のステップＳ２０の処理後、予め定められるタイムアウト時間Ｔ１が経過したか否かを判断することにより、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップＳ３０）。制御回路４００は、タイムアウトしていない場合には（ステップＳ３０：Ｎｏ）、そのまま待機する。なお、タイムアウト時間Ｔ１は、燃料電池システム１００の具体的な設計に基づき適宜決定される。

一方、タイムアウトした場合には（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、弁制御部４１０は、三方弁７０をＱ方向に流体を流すように切り替え制御し（ステップＳ４０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０の稼働を停止させ（ステップＳ５０）、この掃気処理を終了する。

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００では、掃気処理（図２）において、低電圧ファン４０を用いてカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うようにしている。このようにすれば、コンプレッサ３０を用いずにカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うことができ、すなわち、掃気処理時において、高電圧二次電池８０の稼働を停止することが可能となる。

また、本実施例の燃料電池システム１００では、酸化ガス供給流路３４と接続される分岐流路４５上に低電圧ファン４０を設けている。そして、掃気処理において、三方弁７０をＱ方向に流体を流さず、Ｒ方向のみに流体を流すように制御して、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０を用いて吸引することにより、酸化ガス供給流路３４から分岐流路４５を介して燃料電池システム１００の外部に排出するようにしている。このようにすれば、低電圧ファン４０は、カソード側流路内の残留水を吸引する際に、コンプレッサ３０を介して外気を吸引することがなく、それに伴いコンプレッサ３０から圧力損失を受けることがないので、低電圧ファン４０に掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファン４０に過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。

なお、コンプレッサ３０は、請求項における酸化ガス供給部に該当し、低電圧ファン４０は、請求項における低電圧ファンに該当し、ファン制御部４３０は、請求項におけるファン制御部に該当し、三方弁７０は、請求項における遮断部または上流側遮断弁に該当する。弁制御部４１０は、請求項における上流側遮断弁制御部に該当する。

Ｂ．第２実施例：
図３は、第２実施例における燃料電池システム１００Ａの構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００と類似する構成を有し、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。また、本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００とは異なる掃気処理を実行する。

Ｂ１．燃料電池システム１００Ａ：
本実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００で備えられる三方弁７０を備えておらず、一方で、分岐流路４５上において、遮断弁７５が設けられる。

また、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、酸化ガス供給流路３４側（分岐流路４５上）に低電圧ファン４０を設けず、酸化ガス排出流路３６側に低電圧ファン４０を設けている。具体的には、酸化ガス排出流路３６に三方弁７０Ａが設けられ、さらに、この三方弁７０Ａに分岐流路４６が接続されている。そして、この分岐流路４６上に低電圧ファン４０が設けられている。分岐流路４６において、三方弁７０Ａとの接続部と反対側の端部が大気開放されている。低電圧ファン４０は、ファン制御部４３０に制御されることにより稼働すると、カソード側流路内の流体を吸引し、分岐流路４６を介して外部に排出する。

三方弁７０Ａおよび遮断弁７５は、弁制御部４１０に制御され、流体をＳ方向とＴ方向（図３参照）に流すように切り替え制御が可能となっている。なお、以下では、酸化ガス排出流路３６において、燃料電池１０と三方弁７０との間の流路を酸化ガス排出流路３６Ａとし、その他の流路を酸化ガス排出流路３６Ｂとする。

具体的には、三方弁７０がＳ方向に流体を流すように開弁制御されていると、燃料電池１０から排出される酸化ガスは、酸化ガス排出流路３６Ａおよび酸化ガス排出流路３６Ｂを介して燃料電池システム１００の外部に排出される。一方、三方弁７０ＡがＴ方向に流体を流すように開弁制御されていると、酸化ガス排出流路３６Ａと分岐流路４６との間に流体が流れることが可能な状態となると共に、酸化ガス排出流路３６Ａと酸化ガス排出流路３６Ｂとの間は、遮断された状態となる。

Ｂ２．掃気処理：
図４は、本実施例の燃料電池システム１００Ａが行う掃気処理のフローチャートである。まず、この掃気処理の前提条件について説明する。掃気処理開始前には、低電圧ファン４０は、稼働しておらず、また、三方弁７０は、Ｓ方向に流体を流すように開弁されており、遮断弁７５は、閉弁されている。

弁制御部４１０は、掃気処理が開始されると、三方弁７０ＡをＴ方向に流体が流れるように切り替え制御すると共に、遮断弁７５を開弁制御し（ステップＳ１１０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０を稼働させる（ステップＳ１２０）。このようにすれば、カソード側流路（すなわち、酸化ガス排出流路３６Ａと、カソード流路３５と、酸化ガス供給流路３４）内に存在するガス（カソードガス）が、低電圧ファン４０に吸引され、分岐流路４６を介して燃料電池システム１００の外部に吐出される。これに伴い、カソード側流路内の残留水も燃料電池システム１００の外部に徐々に吐出されることになる。

そして、制御回路４００は、上述のステップＳ１２０の処理後、予め定められるタイムアウト時間Ｔ２が経過したか否かを判断することにより、タイムアウトしたか否かを判断する（ステップＳ１３０）。制御回路４００は、タイムアウトしていない場合には（ステップＳ１３０：Ｎｏ）、そのまま待機する。なお、タイムアウト時間Ｔ２は、燃料電池システム１００Ａの具体的な設計に基づき適宜決定される。

一方、タイムアウトした場合には（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、弁制御部４１０は、三方弁７０をＳ方向に流体を流すように切り替え制御すると共に、遮断弁７５を閉弁制御し（ステップＳ１４０）、ファン制御部４３０は、低電圧ファン４０の稼働を停止させ（ステップＳ１５０）、この掃気処理を終了する。

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、掃気処理（図４）において、低電圧ファン４０を用いてカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うようにしている。このようにすれば、コンプレッサ３０を用いずにカソード側流路の残留水の排出（掃気）を行うことができ、すなわち、掃気処理時において、高電圧二次電池８０の稼働を停止することが可能となる。

また、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、酸化ガス排出流路３６と接続される分岐流路４６上に低電圧ファン４０を設けている。そして、掃気処理（図４）において、三方弁７０ＡをＳ方向に流体を流さず、Ｔ方向のみに流体を流すように開弁制御すると共に、遮断弁７５を開弁制御した状態で、カソード側流路内の残留水を低電圧ファン４０を用いて吸引することにより、酸化ガス排出流路３６から分岐流路４６を介して燃料電池システム１００の外部に排出するようにしている。このようにすれば、低電圧ファン４０は、カソード側流路内の残留水を吸引する際に、主に、分岐流路４５を介して外気を吸引するので、コンプレッサ３０を介して外気を吸引することを抑制することができる。そのため、低電圧ファン４０は、コンプレッサ３０から圧力損失を受けることを抑制されるので、低電圧ファン４０に掛かる負荷を軽減することができる。その結果、低電圧ファン４０に過度の発熱が生じそれにより耐久性が低下したり、または、消費電力が多くなったりするなどの不具合を抑制することが可能となる。

なお、分岐流路４５は、請求項における第１の分岐流路に該当し、分岐流路４６は、請求項における第２の分岐流路に該当する。遮断弁７５は、請求項における分岐流路遮断弁に該当し、三方弁７０Ａは、請求項における排出流路遮断弁に該当し、弁制御部４１０は、請求項における遮断弁制御部に該当する。

Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

Ｃ１．変形例１：
図５は、変形例１における燃料電池システム１００Ｂの構成を示すブロック図である。本変形例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００と類似する構成を有し、共通する部分には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。本変形例の燃料電池システム１００Ｂが備えるコンプレッサ３０Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００が備えるコンプレッサ３０よりも、稼働停止時において圧力損失が高いものが用いられる。また、本変形例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００で備えられる三方弁７０を備えておらず、一方で、分岐流路４５上において、酸化ガス供給流路３４との接続部と低電圧ファン４０との間に遮断弁７０Ｂが設けられる。この遮断弁７０Ｂは、掃気処理以外の処理（例えば、発電時など。）には、閉弁されており、酸化ガス供給流路３４を流れるガスが分岐流路４５を介して外部に漏れないようになっている。そして、この遮断弁７０Ｂは、掃気処理が開始されると、開弁される。

以上のように本変形例１の燃料電池システム１００Ｂを構成すれば、掃気処理時において、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、第１実施例の燃料電池システム１００のように、三方弁７０で酸化ガス供給流路３４Ａと酸化ガス供給流路３４Ｂとの間を遮断せずとも、稼働停止時において圧力損失が高いコンプレッサ３０Ｂによって、酸化ガス供給流路３４にコンプレッサ３０Ｂから大気が流入することを抑制することができ、これに伴い、カソード側流路内の残留水を燃料電池システム１００の外部に排出することが可能である。その結果、三方弁７０を用いなくてもいいので、部品点数を削減することが可能である。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池システムにおいて、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、カソード側流路内の流体を吸引し、分岐流路を介して燃料電池システムの外部（大気）に吐出するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。上記実施例の燃料電池システムにおいて、低電圧ファン４０を稼働させた場合に、燃料電池システムの外部から空気を吸引し、分岐流路を介して、カソード側流路内に流体を吐出することで、カソード側流路内の残留水を燃料電池システムの外部（大気）に押し出すようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することが可能である。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システムが行う掃気処理において、制御回路４００が、タイムアウト時間に基づいて、低電圧ファン４０の稼働時間を決定するようにしているが、本発明は、これに限られるものではなく、低電圧ファン４０が、簡易なタイマを備えており、低電圧ファン４０は、そのタイマに基づいて、稼働時間を決定するようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池システムでは、燃料電池１０に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部として、コンプレッサ３０を用いているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、酸化ガス供給部として、コンプレッサ３０に代えて、ブロワを用いるようにしてもよい。この場合、ブロワは、高電圧二次電池８０で稼働する。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例において、制御回路４００の各部は、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。 本実施例の燃料電池システム１００が行う掃気処理のフローチャートである。 第２実施例における燃料電池システム１００Ａの構成を示すブロック図である。 本実施例の燃料電池システム１００Ａが行う掃気処理のフローチャートである。 変形例１における燃料電池システム１００Ｂの構成を示すブロック図である。 従来例の燃料電池システムＭの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０…燃料電池
２０…水素タンク
２４…燃料ガス供給流路
２５…アノード流路
２６…燃料ガス排出流路
２７…ガス循環流路
３０，３０Ｂ…コンプレッサ
３４…酸化ガス供給流路
３５…カソード流路
３６…酸化ガス排出流路
４０…低電圧ファン
４５…分岐流路
４６…分岐流路
５０…循環ポンプ
６０…低電圧二次電池
７０，７０Ａ，７０Ｂ…三方弁
７５…遮断弁
８０…高電圧二次電池
９０…パージ弁
１００，１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム
２００…水素遮断弁
４００…制御回路
４１０…弁制御部
４３０…ファン制御部

Claims (7)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
   前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
   前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
   一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される分岐流路と、
   前記分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
   前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
   前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記酸化ガス供給流路において、前記酸化ガスの供給方向に対して前記分岐流路との接続部分より上流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための遮断部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記遮断部は、
   前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側の位置に配置される上流側遮断弁と、
   前記上流側遮断弁を制御するための上流側遮断弁制御部と、を備え、
   前記前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼動させている場合に、前記上流側遮断弁制御部が、前記上流側遮断弁を閉弁させることにより、前記酸化ガス供給流路において、前記分岐流路との前記接続部分より前記上流側のガスの流れを遮断することを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記遮断部は、
   前記酸化ガス供給部であることを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記ファン制御部は、
   前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンに前記酸化ガス供給流路のガスを吸引させるように稼動させることを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
   前記燃料電池の通常発電時において、前記分岐流路遮断弁を閉弁制御する分岐流路遮断弁制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記低電圧ファンは、１２Ｖ以下で稼働することを特徴とする燃料電池システム。
7. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   電圧が印加されることにより稼働し、前記燃料電池で電気化学反応に供される酸化ガスを前記燃料電池に供給する酸化ガス供給部と、
   前記酸化ガス供給部と前記燃料電池と接続され、前記酸化ガス供給部から供給される酸化ガスを前記燃料電池に導くための酸化ガス供給流路と、
   前記燃料電池と接続され、前記燃料電池で前記電気化学反応に供された後の酸化ガスを前記燃料電池から前記燃料電池システムの外部に排出するための酸化ガス排出流路と、
   一端が前記酸化ガス供給流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第１の分岐流路と、
   前記第１の分岐流路に設けられる分岐流路遮断弁と、
   一端が前記酸化ガス排出流路と接続され、他端が前記燃料電池システムの外部に開放される第２の分岐流路と、
   前記酸化ガス排出流路において、前記酸化ガスの排出方向に対して前記第２の分岐流路との接続部分より下流側の位置に配置され、ガスの流れを遮断するための排出流路遮断弁と、
   前記第２の分岐流路に設けられ、前記酸化ガス供給部を稼動させるために必要な最低電圧よりも低電圧で稼動する低電圧ファンと、
   前記燃料電池システムの掃気処理時において、前記低電圧ファンを稼動させるファン制御部と、
   前記ファン制御部が前記低電圧ファンを稼働させている場合に、前記分岐流路遮断弁を開弁させ、前記排出流路遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。

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