JP4894481B2 - 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し、特に、流体流路を流れる流体の圧力を利用して弁を開閉駆動する技術に関する。

水素などの燃料ガスと空気などの酸化ガスを利用して発電する燃料電池システムが知られている。燃料電池システムは、例えば、車両などに搭載されて車両走行用モータの電源として利用される。もちろん、燃料電池システムは車両以外にも利用可能である。

燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとを反応させて発電する燃料電池と、その燃料電池に燃料ガスや酸化ガスといった反応ガスを供給して燃料電池から反応後のガスや生成水などを排出する流体流路を備えている。

こうした燃料電池システムにおいて、流体流路に設けられる弁（バルブ）に関する様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、反応ガスの供給ラインと排出ラインの各々に開閉バルブを設け、燃料電池の発電運転停止時に開閉バルブを閉じることにより、燃料電池内部の反応ガス空間を密閉する技術が開示されている。

また、特許文献２には、エアコンプレッサからの空気を供給して空気パイロット弁を制御することにより、燃料電池に供給するガスなどを遮断制御する技術が開示されている。

特開２００４−６１６６号公報 特開２０００−３７１７号公報

上記のとおり、特許文献１には、燃料電池の発電運転停止時に開閉バルブを閉じることにより、燃料電池内部の反応ガス空間を密閉する技術が記載されている。ところが、その開閉バルブとして、例えば電磁弁を利用すると、ノーマルオープンの電磁弁であれば燃料電池の発電停止中に電磁弁をクローズさせるために電磁弁に制御電圧を印加し続ける必要があり、一方、ノーマルクローズの電磁弁であれば燃料電池の発電中に電磁弁をオープンさせるために電磁弁に制御電圧を印加し続ける必要があるなどの事情から、消費電力の面での問題が無視できない。

また、特許文献２には、空気の圧力によって駆動されるエアオペレート弁を燃料電池システムに利用する旨が記載されている。しかし、特許文献２は、エアオペレート弁を駆動する空気の圧力を制御するための具体的な技術を提供するものではない。

こうした背景において、本願発明者らは、燃料電池システムの流体流路に設けられる弁の開閉状態の制御に関する研究開発を続けてきた。特に、流体流路を流れる流体の圧力を利用して弁を開閉駆動する技術について研究開発を続けてきた。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、弁の駆動に利用される流体の圧力を制御する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に接続される流体流路と、流体流路に設けられる流体制御弁とを有し、前記流体制御弁は、流体流路を流れる流体の圧力を利用して開閉駆動する弁であり、前記流体制御弁を駆動するために要求される駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整されることを特徴とする。

上記構成によれば、流体流路を流れる流体の圧力を調整することにより流体制御弁を開閉駆動することができるため、例えば流体制御弁として電磁弁を利用する場合に比べて、流体制御弁の開閉駆動のための消費電力を低減することができる。また、流体制御弁の駆動要求圧に基づいて流体の圧力が調整されるため、例えば燃料電池の要求に応じて流体の圧力が調整される場合に比べて、流体制御弁の駆動の応答性や信頼性などが向上する。

望ましい態様において、前記燃料電池システムは、前記流体制御弁の開弁時に、前記燃料電池内の圧力に応じた駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整されることを特徴とする。これにより、例えば、燃料電池内の負圧の大きさがばらついた場合でも、負圧のばらつきに応じて流体流路を流れる流体の圧力が調整されるため、流体制御弁の開弁動作の安定性などが向上する。例えば、流体制御弁の開弁に要する時間のばらつきを小さくすることができる。

望ましい態様において、前記燃料電池システムは、前記燃料電池のために要求される電池要求圧と前記駆動要求圧とに基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整され、前記流体制御弁の駆動時に、電池要求圧よりも駆動要求圧が優先されて駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整されることを特徴とする。これにより、例えば、燃料電池の発電運転中は、燃料電池の発電運転に適した圧力となるように流体の圧力が調整され、流体制御弁の駆動時には、流体制御弁の駆動に適した圧力となるように流体の圧力が調整される。

望ましい態様において、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の掃気の開始時に、前記電池要求圧よりも前記駆動要求圧が優先されて駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整され、前記流体制御弁が掃気に適した開閉状態に切り替えられることを特徴とする。

望ましい態様において、前記燃料電池システムは、前記流体制御弁が掃気に適した開閉状態に切り替えられた後に、当該流体制御弁の圧力室が密閉されてその圧力室内の圧力によって当該流体制御弁の開閉状態が維持されることを特徴とする。

望ましい態様において、前記燃料電池システムは、前記流体流路に流体を流通させるコンプレッサと、前記流体流路に設けられる調圧弁とを有し、前記コンプレッサの吐出流量と前記調圧弁の弁開度のうちの少なくとも一方によって流体流路を流れる流体の圧力が調整されることを特徴とする。

本発明により、弁の駆動に利用される流体の圧力を制御する技術が提供される。例えば本発明の好適な態様により、開閉駆動のための消費電力を低減することができる。また、例えば本発明の好適な態様により、流体制御弁の駆動の応答性や信頼性などが向上する。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る燃料電池システムの好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成図である。図１の燃料電池システムは、燃料電池スタック１０、流体流路２０等によって構成されており、流体流路２０には、流体制御弁として機能する加湿モジュールバイパス弁（加湿Ｍバイパス弁）３０と入口シャット弁４０Ａと出口シャット弁４０Ｂが設けられている。さらに、流体流路２０には、調圧弁として機能する燃料電池バイパス弁８０とエア調圧弁９０が設けられている。

燃料電池スタック１０は、水素などを含んだ燃料ガスと、酸素などを含んだ酸化ガスとを反応させて発電する。つまり、燃料ガスと酸化ガスが燃料電池スタック１０に供給され、燃料電池スタック１０内の図示しない複数の電池セルにおいて燃料ガスと酸化ガスとを反応させて電気エネルギーが得られる。電池セルは、例えば、略長方形状の板状のセルであり、それら複数の板状の電池セルが積層されて燃料電池スタック１０が形成される。なお、各電池セルは、例えば円筒状のものであってもよい。

ちなみに、本実施形態の燃料電池システムは、例えば車両に搭載され、燃料電池スタック１０が車両走行用モータの電源として利用される。もちろん、本実施形態の燃料電池システムは、車両以外の装置やシステム等に組み込まれても良い。

流体流路２０は、燃料電池スタック１０へ反応ガスを供給する流路として機能する。つまり、流体流路２０を介して、一方の反応ガス（例えば、酸化ガスとして利用される空気）が燃料電池スタック１０内へ供給される。また、流体流路２０は、燃料電池スタック１０内から反応後のガスや生成水などを排出する流路として機能する。なお、燃料電池スタック１０には、他方の反応ガス（例えば、水素ガス）を供給する流路も接続されるが、図１ではその流路を図示省略している。

加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂの各弁は、流体流路２０内の空気（エア）の流れを調整する流体制御弁として機能している。これら３つの弁の各々には、圧力制御流路７０を介して３つのＰＳＶ（Pressure Switching Valve）が接続されている。

つまり、加湿Ｍバイパス弁３０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４０Ａ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４０Ｂには、ＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯの３つのＰＳＶが接続されている。これらのＰＳＶは、圧力制御流路７０を介して、流体流路２０の上流側、例えばエアコンプレッサ（ＡＰ）と加湿モジュール５０の間などに接続される。また、これらのＰＳＶは、例えば、図示しない制御部によって制御される。

加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂは、各々に対応したＰＳＶによって制御される。本実施形態では、燃料電池スタック１０の状態等に応じて、加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂの各弁が制御される。各弁の制御については後に詳述する。

次に、流体流路２０内のエアの流れについて説明する。流体流路２０内を流れるエアは、エアコンプレッサ（ＡＰ）から流体流路２０内へ取り込まれる。エアコンプレッサは、例えばエアクリーナ（図示せず）などを介して大気中から流体流路２０内へエアを取り込む。エアコンプレッサから吐き出されたエアは、加湿モジュール５０、加湿Ｍバイパス弁３０、燃料電池バイパス弁８０へ供給される。

加湿モジュール５０は、流体流路２０を流れるエアの湿度を調整する。つまり、加湿モジュール５０は、例えば、燃料電池スタック１０内における化学反応に適した湿度となるようにエアを加湿する。湿度が調整されたエアは、入口シャット弁４０Ａを介して燃料電池スタック１０へ供給される。

加湿モジュール５０を介さずに燃料電池スタック１０へエアを供給するルートも存在する。つまり、エアコンプレッサから加湿Ｍバイパス弁３０を介して燃料電池スタック１０へエアを供給するルートがあり、そのルートを通るエアは、加湿調整されることなく燃料電池スタック１０内へ供給される。

燃料電池バイパス弁８０へ供給されるエアは、燃料電池スタック１０へ供給されることなく、希釈器６０を介して大気へ放出される。燃料電池バイパス弁８０は、燃料電池スタック１０へ供給されるエアの圧力（吐出圧）の制御に利用される。つまり、燃料電池バイパス弁８０の弁開度によって圧力計Ｐ１の位置における流体流路２０内のエアの圧力が調整される。なお、エアコンプレッサ（ＡＰ）から吐き出されるエア流量によって吐出圧が制御されてもよい。もちろん、燃料電池バイパス弁８０の弁開度とエアコンプレッサのエア流量の両方を利用して吐出圧を制御してもよい。

燃料電池スタック１０から排出されるガス（反応後のエア）は、エア調圧弁９０へ送られる。エア調圧弁９０は、燃料電池スタック１０から排出されるエアの圧力（背圧）の制御に利用される。つまり、エア調圧弁９０の弁開度によって圧力計Ｐ２の位置における流体流路２０内のエアの圧力が調整される。背圧は、例えば、燃料電池スタック１０を効率よく発電させるための目標値となるように制御される。

なお、背圧が調整されることにより流体流路２０内の圧力も調整されるため、エア調圧弁９０は、流体流路２０内のエアの圧力を調整する調圧弁としての役割も担っている。

エア調圧弁９０から出力されたエアは、出口シャット弁４０Ｂ、加湿モジュール５０、希釈器６０を介して大気へ放出される。

次に、図２から図５を利用して、加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂについて詳述する。まず、図２および図３を利用して、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂについて説明する。

図２は、シャット弁４０（図１の入口シャット弁４０Ａと出口シャット弁４０Ｂ）の構造を説明するための図である。シャット弁４０は、ノーマル状態において、開弁力が閉弁力よりも大きくなり弁体４１を開状態とするノーマルオープン弁である。

シャット弁４０は、ダイアフラム４２を備えており、そのダイアフラム４２の上面側には閉弁側圧力室４３が設けられ、ダイアフラム４２の下面側には開弁側圧力室４４が設けられている。

ダイアフラム４２は、閉弁側圧力室４３内の圧力と開弁側圧力室４４内の圧力の圧力差に応じて図の上下方向に沿って変位する。例えば、図２において、ダイアフラム４２の左右の両端は固定されており、ダイアフラム４２の中央部分が上下に反り返るように変位する。もちろん、ダイアフラム４２の全体が上下に変位する構成を採用してもよい。ダイアフラム４２が変位すると、ダイアフラム４２に接続されている弁体４１も変位する。その結果、ダイアフラム４２の変位によってシャット弁４０の弁開度が調整される。

例えば、ダイアフラム４２の変位によって弁体４１が上向きに駆動されることにより、流体流路２０からシャット弁４０の入口４６に向かって流れるエアが、シャット弁４０の出口４７から流体流路２０へ排出される。一方、ダイアフラム４２の変位によって弁体４１が下向きに駆動されて出口４７を塞ぐことにより、入口４６側の流体流路２０から出口４７側の流体流路２０へ向かうエアの流れが遮断される。

なお、ダイアフラム４２の下面側にはバネ４５が設けられており、ダイアフラム４２には、上向きのバネ力が加えられている。

閉弁側圧力室４３内の圧力と開弁側圧力室４４内の圧力は、３つのＰＳＶによって制御される。つまり、シャット弁４０が入口シャット弁（図１の符号４０Ａ）であれば、ＶｉＳ，ＶｉＣ，ＶｉＯの３つのＰＳＶによって各圧力室内の圧力が制御される。また、シャット弁４０が出口シャット弁（図１の符号４０Ｂ）であれば、ＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯの３つのＰＳＶによって各圧力室内の圧力が制御される。

ＶｉＳ（またはＶｏＳ）は、３Ｗａｙ式のＰＳＶであり、閉弁側圧力室４３と開弁側圧力室４４の二つの圧力室のうちの一方の圧力室を選択的に流体流路２０と接続する三方弁として機能する。つまり、ＶｉＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と、閉弁側圧力室４３に通じる圧力制御流路７０または開弁側圧力室４４に通じる圧力制御流路７０が接続される。

ＶｉＳは、例えば電磁弁であり、通電されることにより接続状態を変化させる。ＶｉＳは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）において、開弁側圧力室４４を選択する。すなわち、非通電状態では、ＶｉＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と開弁側圧力室４４に通じる圧力制御流路７０が接続される。一方、ＶｉＳは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で、閉弁側圧力室４３を選択する。すなわち、通電状態では、ＶｉＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と閉弁側圧力室４３に通じる圧力制御流路７０が接続される。

ＶｉＣ（またはＶｏＣ）は、２Ｗａｙ式のＰＳＶであり、閉弁側圧力室４３内を減圧するための圧抜きバルブとして機能する。ＶｉＣの一方側は閉弁側圧力室４３に通じる圧力制御流路７０に接続されており、ＶｉＣの他方側は大気開放されている。

ＶｉＣは、例えば電磁弁であり、通電されることにより開閉状態を変化させる。ＶｉＣは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）で閉弁状態を維持する。これにより、ＶｉＣが非通電状態の場合には、閉弁側圧力室４３内と大気とを結ぶ流路が遮断される。一方、ＶｉＣは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で開弁する。これにより、ＶｉＣが通電状態の場合には、閉弁側圧力室４３内と大気とを結ぶ流路が形成される。

ＶｉＯ（またはＶｏＯ）は、２Ｗａｙ式のＰＳＶであり、開弁側圧力室４４内を減圧するための圧抜きバルブとして機能する。ＶｉＯの一方側は開弁側圧力室４４に通じる圧力制御流路７０に接続されており、ＶｉＯの他方側は大気開放されている。

ＶｉＯは、例えば電磁弁であり、通電されることにより開閉状態を変化させる。ＶｉＯは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）で閉弁状態を維持する。これにより、ＶｉＯが非通電状態の場合には、開弁側圧力室４４内と大気とを結ぶ流路が遮断される。一方、ＶｉＯは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で開弁する。これにより、ＶｉＯが通電状態の場合には、開弁側圧力室４４内と大気とを結ぶ流路が形成される。

ちなみに、本実施形態を説明するための各図において、ＶｉＳ（ＶｏＳ），ＶｉＣ（ＶｏＣ），ＶｉＯ（ＶｏＯ）を表している複数の三角形のうち、塗り潰された三角形は圧力制御流路７０を閉じた状態を示しており、塗り潰されていない三角形は圧力制御流路７０を開いた状態を示している。

例えば、図２に示した各三角形の塗り潰し状態において、ＶｉＳ（またはＶｏＳ）は、閉弁側圧力室４３に通じる圧力制御流路７０を閉じており、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と開弁側圧力室４４に通じる圧力制御流路７０を接続した状態（非通電状態）を示している。また、図２において、ＶｉＣ（またはＶｏＣ）を表す三角形は塗り潰されており、これはＶｉＣ（またはＶｏＣ）が閉じた状態（非通電状態）であることを表している。また、図２において、ＶｉＯ（またはＶｏＯ）を表す三角形も塗り潰されており、これはＶｉＯ（またはＶｏＯ）も閉じた状態（非通電状態）であることを表している。

図３は、シャット弁４０（図１の入口シャット弁４０Ａと出口シャット弁４０Ｂ）の開閉動作を説明するための図である。

図３（Ａ）は、シャット弁４０の開弁動作を説明するための図である。つまり、下がって閉じた状態にある弁体４１を上向きに移動させて開弁する際の動作を説明するための図である。

シャット弁４０を開弁する場合、ＶｉＳ（またはＶｏＳ）は非通電状態とされ、開弁側圧力室４４と流体流路（図１の符号２０）が接続される。また、ＶｉＯ（またはＶｏＯ）は非通電状態とされ、開弁側圧力室４４内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｉＣ（またはＶｏＣ）は通電状態とされ、閉弁側圧力室４３内と大気とを結ぶ流路が形成され、閉弁側圧力室４３が圧抜きされる。

この状態において、シャット弁４０の弁体４１には次のような力が働く。まず、エアコンプレッサ（図１のＡＰ）の吐出圧をＰ₁、ダイアフラム４２の面積をＡ₁とすると、開弁側圧力室４４と流体流路（図１の符号２０）が接続されているため、開弁側圧力室４４内が加圧されて圧力がＰ₁となり、ダイアフラム４２を介して弁体４１に上向きの力Ｐ₁Ａ₁が働く。

また、シャット弁４０の入口４６からエア（圧力Ｐ₁）が入り込んで弁体４１に直接的に力を加えるため、弁体４１の授圧面積をＡ₂とすると、弁体４１に下向きの力Ｐ₁Ａ₂が働く。また、燃料電池スタック（図１の符号１０）内の負圧をＰ₂とすると、その負圧がシャット弁４０の出口４７から弁体４１に力を加えるため、弁体４１の授圧面積をＡ₂とすると、弁体４１に下向きの力Ｐ₂Ａ₂が働く。

さらに、バネ４５によってダイアフラム４２を介して弁体４１に上向きの力Ｆ_Sが働き、また、凍結などによって弁体４１が出口４７の部分に固着する力を考慮すると、弁体４１に下向きの凍結力Ｆ_Iが働く。

したがって、弁体４１を上向きに移動させて開弁するためには、弁体４１の上下方向に働く力の関係がＰ₁Ａ₁＋Ｆ_S＞Ｐ₁Ａ₂＋Ｐ₂Ａ₂＋Ｆ_I・・・（１）となればよい。本実施形態では、（１）式の関係が成立するように、シャット弁４０を駆動するための駆動要求圧が設定される。そして、シャット弁４０を開弁させる際に、その駆動要求圧となるようにエアの吐出圧Ｐ₁が制御される。

エアの吐出圧Ｐ₁は、燃料電池バイパス弁（図１の符号８０）の弁開度やエアコンプレッサ（図１のＡＰ）のエア流量によって制御される。また、エア調圧弁（図１の符号９０）の弁開度によってエアの吐出圧Ｐ₁が制御されてもよい。

（１）の式が示すように、弁体４１には、燃料電池スタック内の負圧Ｐ₂によって下向きの力Ｐ₂Ａ₂が働いている。燃料電池スタック内の負圧Ｐ₂は、燃料電池スタックの発電を停止させた後の放置時間や温度などによって影響を受けて変動する。

そこで、本実施形態では、燃料電池スタック内の負圧Ｐ₂に応じてエアの吐出圧Ｐ₁を制御する。例えば、負圧Ｐ₂が小さいほど（負圧Ｐ₂の絶対値が大きいほど）、シャット弁４０を駆動するための駆動要求圧が大きく設定され、その駆動要求圧となるようにエアの吐出圧Ｐ₁が制御される。

そのため、本実施形態では、エアの吐出圧を一定値とする場合に比べて、燃料電池スタック内の負圧の変動に伴って生じるシャット弁４０の開弁時間のばらつきを小さくすることができる。もちろん、シャット弁４０の開弁時間が一定となるように制御してもよい。また、本実施形態では、燃料電池スタック内の負圧が変動した場合でも、一層確実にシャット弁４０を開弁することができる。このように、本実施形態では、燃料電池スタック内の負圧に応じてエアの吐出圧が制御されるため、より一層安定した開弁動作を実現することが可能になる。

図３（Ｂ）は、シャット弁４０の閉弁動作を説明するための図である。つまり、上がって開いた状態にある弁体４１を下向きに移動させて閉弁する際の動作を説明するための図である。

シャット弁４０を閉弁する場合、ＶｉＳ（またはＶｏＳ）は通電状態とされ、閉弁側圧力室４３と流体流路（図１の符号２０）が接続される。また、ＶｉＣ（またはＶｏＣ）は非通電状態とされ、閉弁側圧力室４３内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｉＯ（またはＶｏＯ）は通電状態とされ、開弁側圧力室４４内と大気とを結ぶ流路が形成され、開弁側圧力室４４が圧抜きされる。

この状態において、シャット弁４０の弁体４１には次のような力が働く。まず、エアコンプレッサ（図１のＡＰ）の吐出圧をＰ₁、ダイアフラム４２の面積をＡ₁とすると、閉弁側圧力室４３と流体流路（図１の符号２０）が接続されているため、閉弁側圧力室４３内が加圧されて圧力がＰ₁となり、ダイアフラム４２を介して弁体４１に下向きの力Ｐ₁Ａ₁が働く。

また、シャット弁４０の入口４６からエア（圧力Ｐ₁）が入り込んで弁体４１に直接的に力を加えるため、弁体４１の授圧面積をＡ₂とすると、弁体４１に上向きの力Ｐ₁Ａ₂が働く。さらに、バネ４５によってダイアフラム４２を介して弁体４１に上向きの力Ｆ_Sが働く。

したがって、弁体４１を下向きに移動させて閉弁するためには、弁体４１の上下方向に働く力の関係がＰ₁Ａ₁＞Ｐ₁Ａ₂＋Ｆ_S・・・（２）となればよい。この力関係が成立するように、例えば、エアの吐出圧Ｐ₁等が設定される。なお、（２）式の関係が成立するようにシャット弁４０を駆動するための駆動要求圧を設定し、その駆動要求圧となるようにエアの吐出圧Ｐ₁を制御してもよい。

ちなみに、図２および図３においては、２つの圧力室を利用したシャット弁４０を説明したが、圧力室は、例えば、閉弁側圧力室４３のみであってもよい。つまり、シャット弁４０を閉じる際には、閉弁側圧力室４３を加圧して弁体４１を下向きに移動させる力関係を成立させ、また、シャット弁４０を開く際には、閉弁側圧力室４３を圧抜きし、バネ４５の力や、入口４６から入り込むエアの圧力によって弁体４１を上向きに移動させる力関係を成立させる構成でもよい。

次に、図４および図５を利用して、加湿Ｍバイパス弁３０について説明する。図４は、加湿Ｍバイパス弁３０の構造を説明するための図である。加湿Ｍバイパス弁３０は、ノーマル状態において、閉弁力が開弁力よりも大きくなり弁体３１を閉状態とするノーマルクローズ弁である。

加湿Ｍバイパス弁３０は、ダイアフラム３２を備えており、そのダイアフラム３２の上面側には閉弁側圧力室３３が設けられ、ダイアフラム３２の下面側には開弁側圧力室３４が設けられている。

ダイアフラム３２は、閉弁側圧力室３３内の圧力と開弁側圧力室３４内の圧力の圧力差に応じて図の上下方向に沿って変位する。例えば、図４において、ダイアフラム３２の左右の両端は固定されており、ダイアフラム３２の中央部分が上下に反り返るように変位する。もちろん、ダイアフラム３２の全体が上下に変位する構成を採用してもよい。ダイアフラム３２が変位すると、ダイアフラム３２に接続されている弁体３１も変位する。その結果、ダイアフラム３２の変位によって加湿Ｍバイパス弁３０の弁開度が調整される。

例えば、ダイアフラム３２の変位によって弁体３１が上向きに駆動されることにより、流体流路２０から加湿Ｍバイパス弁３０の入口３６に向かって流れるエアが、加湿Ｍバイパス弁３０の出口３７から流体流路２０へ排出される。一方、ダイアフラム３２の変位によって弁体３１が下向きに駆動されて出口３７を塞ぐことにより、入口３６側の流体流路２０から出口３７側の流体流路２０へ向かうエアの流れが遮断される。

なお、ダイアフラム３２の上面側にはバネ３５が設けられており、ダイアフラム３２には、下向きのバネ力が加えられている。

閉弁側圧力室３３内の圧力と開弁側圧力室３４内の圧力は、３つのＰＳＶによって制御される。つまり、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯの３つのＰＳＶによって各圧力室内の圧力が制御される。

ＶｂＳは、３Ｗａｙ式のＰＳＶであり、閉弁側圧力室３３と開弁側圧力室３４の二つの圧力室のうちの一方の圧力室を選択的に流体流路２０と接続する三方弁として機能する。つまり、ＶｂＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と、閉弁側圧力室３３に通じる圧力制御流路７０または開弁側圧力室３４に通じる圧力制御流路７０が接続される。

ＶｂＳは、例えば電磁弁であり、通電されることにより接続状態を変化させる。ＶｂＳは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）において、閉弁側圧力室３３を選択する。すなわち、非通電状態では、ＶｂＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と閉弁側圧力室３３に通じる圧力制御流路７０が接続される。一方、ＶｂＳは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で、開弁側圧力室３４を選択する。すなわち、通電状態では、ＶｂＳによって、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と開弁側圧力室３４に通じる圧力制御流路７０が接続される。

ＶｂＣは、２Ｗａｙ式のＰＳＶであり、閉弁側圧力室３３内を減圧するための圧抜きバルブとして機能する。ＶｂＣの一方側は閉弁側圧力室３３に通じる圧力制御流路７０に接続されており、ＶｂＣの他方側は大気開放されている。

ＶｂＣは、例えば電磁弁であり、通電されることにより開閉状態を変化させる。ＶｂＣは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）で閉弁状態を維持する。これにより、ＶｂＣが非通電状態の場合には、閉弁側圧力室３３内と大気とを結ぶ流路が遮断される。一方、ＶｂＣは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で開弁する。これにより、ＶｂＣが通電状態の場合には、閉弁側圧力室３３内と大気とを結ぶ流路が形成される。

ＶｂＯは、２Ｗａｙ式のＰＳＶであり、開弁側圧力室３４内を減圧するための圧抜きバルブとして機能する。ＶｂＯの一方側は開弁側圧力室３４に通じる圧力制御流路７０に接続されており、ＶｂＯの他方側は大気開放されている。

ＶｂＯは、例えば電磁弁であり、通電されることにより開閉状態を変化させる。ＶｂＯは、非制御状態つまり通電されていない状態（非通電状態）で閉弁状態を維持する。これにより、ＶｂＯが非通電状態の場合には、開弁側圧力室３４内と大気とを結ぶ流路が遮断される。一方、ＶｂＯは、制御状態つまり通電された状態（通電状態）で開弁する。これにより、ＶｂＯが通電状態の場合には、開弁側圧力室３４内と大気とを結ぶ流路が形成される。

ちなみに、本実施形態を説明するための各図において、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯを表している複数の三角形のうち、塗り潰された三角形は圧力制御流路７０を閉じた状態を示しており、塗り潰されていない三角形は圧力制御流路７０を開いた状態を示している。

例えば、図４に示した各三角形の塗り潰し状態において、ＶｂＳは、開弁側圧力室３４に通じる圧力制御流路７０を閉じており、流体流路２０に通じる圧力制御流路７０と閉弁側圧力室３３に通じる圧力制御流路７０を接続した状態（非通電状態）を示している。また、図４において、ＶｂＣを表す三角形は塗り潰されており、これはＶｂＣが閉じた状態（非通電状態）であることを表している。また、図４において、ＶｂＯを表す三角形も塗り潰されており、これはＶｂＯも閉じた状態（非通電状態）であることを表している。

図５は、加湿Ｍバイパス弁３０の開閉動作を説明するための図である。図５（Ａ）は、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁動作を説明するための図である。つまり、下がって閉じた状態にある弁体３１を上向きに移動させて開弁する際の動作を説明するための図である。

加湿Ｍバイパス弁３０を開弁する場合、ＶｂＳは通電状態とされ、開弁側圧力室３４と流体流路（図１の符号２０）が接続される。また、ＶｂＯは非通電状態とされ、開弁側圧力室３４内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｂＣは通電状態とされ、閉弁側圧力室３３内と大気とを結ぶ流路が形成されて、閉弁側圧力室３３が圧抜きされる。

この状態において、加湿Ｍバイパス弁３０の弁体３１には次のような力が働く。まず、エアコンプレッサ（図１のＡＰ）の吐出圧をＰ₁、ダイアフラム３２の面積をＡ₁とすると、開弁側圧力室３４と流体流路（図１の符号２０）が接続されているため、開弁側圧力室３４内が加圧されて圧力がＰ₁となり、ダイアフラム３２を介して弁体３１に上向きの力Ｐ₁Ａ₁が働く。

また、加湿Ｍバイパス弁３０の入口３６からエア（圧力Ｐ₁）が入り込んで弁体３１に直接的に力を加えるため、弁体３１の授圧面積をＡ₂とすると、弁体３１に下向きの力Ｐ₁Ａ₂が働く。また、バネ３５によってダイアフラム３２を介して弁体３１に下向きの力Ｆ_Sが働き、また、凍結などによって弁体３１が出口３７の部分に固着する力を考慮すると、弁体３１に下向きの凍結力Ｆ_Iが働く。

したがって、弁体３１を上向きに移動させて開弁するためには、弁体３１の上下方向に働く力の関係がＰ₁Ａ₁＞Ｐ₁Ａ₂＋Ｆ_S＋Ｆ_I・・・（３）となればよい。この力関係が成立するように、例えば、エアの吐出圧Ｐ₁等が設定される。なお、（３）式の関係が成立するように加湿Ｍバイパス弁３０を駆動するための駆動要求圧を設定し、その駆動要求圧となるようにエアの吐出圧Ｐ₁を制御してもよい。

図５（Ｂ）は、加湿Ｍバイパス弁３０の閉弁動作を説明するための図である。つまり、上がって開いた状態にある弁体３１を下向きに移動させて閉弁する際の動作を説明するための図である。

加湿Ｍバイパス弁３０を閉弁する場合、ＶｂＳは非通電状態とされ、閉弁側圧力室３３と流体流路（図１の符号２０）が接続される。また、ＶｂＣは非通電状態とされ、閉弁側圧力室３３内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｂＯは通電状態とされ、開弁側圧力室３４内と大気とを結ぶ流路が形成されて、開弁側圧力室３４が圧抜きされる。

この状態において、加湿Ｍバイパス弁３０の弁体３１には次のような力が働く。まず、エアコンプレッサ（図１のＡＰ）の吐出圧をＰ₁、ダイアフラム３２の面積をＡ₁とすると、閉弁側圧力室３３と流体流路（図１の符号２０）が接続されているため、閉弁側圧力室３３内が加圧されて圧力がＰ₁となり、ダイアフラム３２を介して弁体３１に下向きの力Ｐ₁Ａ₁が働く。

また、加湿Ｍバイパス弁３０の入口３６からエア（圧力Ｐ₁）が入り込んで弁体３１に直接的に力を加えるため、弁体３１の授圧面積をＡ₂とすると、弁体３１に上向きの力Ｐ₁Ａ₂が働く。さらに、バネ３５によってダイアフラム３２を介して弁体３１に下向きの力Ｆ_Sが働く。

したがって、弁体３１を下向きに移動させて閉弁するためには、弁体３１の上下方向に働く力の関係がＦ_S＋Ｐ₁Ａ₁＞Ｐ₁Ａ₂・・・（４）となればよい。この力関係が成立するように、例えば、エアの吐出圧Ｐ₁等が設定される。なお、（４）式の関係が成立するように加湿Ｍバイパス弁３０を駆動するための駆動要求圧を設定し、その駆動要求圧となるようにエアの吐出圧Ｐ₁を制御してもよい。

ちなみに、図４および図５においては、２つの圧力室を利用した加湿Ｍバイパス弁３０を説明したが、圧力室は、例えば、開弁側圧力室３４のみであってもよい。つまり、加湿Ｍバイパス弁３０を開く際には、開弁側圧力室３４を加圧して弁体４１を上向きに移動させる力関係を成立させ、加湿Ｍバイパス弁３０を閉じる際には、開弁側圧力室３４を圧抜きし、バネ３５の力などによって弁体３１を下向きに移動させる力関係を成立させる構成でもよい。

以上のように、図１に示す燃料電池システムでは、流体制御弁として機能する加湿Ｍバイパス弁３０と入口シャット弁４０Ａと出口シャット弁４０Ｂが、流体流路２０内のエアの圧力を利用して開閉駆動する。

流体流路２０内のエアの圧力は、通常、燃料電池スタック１０によって要求される要求圧を制御目標値としている。例えば、燃料電池スタック１０の発電運転中において、流体流路２０内のエアの圧力は、燃料電池スタック１０の背圧の目標値となるように制御される。ところが、流体制御弁を開弁駆動させる際には、流体流路２０内のエアの圧力が、流体制御弁を駆動するために要求される駆動要求圧であることが望ましい。そこで、本実施形態では、流体流路２０を流れるエア圧力の制御目標値を、流体制御弁の開閉駆動のタイミングに応じて適宜切り替えている。

図６は、エア圧力の制御目標値の切り替え動作を説明するためのフローチャートである。以下、図６に示すフローチャートの各ステップの処理内容について説明する。なお、以下の説明において、図１に示した部分（構成）については図１の符号を利用する。

流体流路２０内のエア圧力が、燃料電池スタック１０の背圧目標値Ｐ２´となるように制御されている状態で、流体制御弁（加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂ）の駆動要求があると（Ｓ６０１）、燃料電池システムを制御する制御部は、流体制御弁の駆動要求圧の目標値Ｐ１´を設定する（Ｓ６０２）。例えば、図３と図５を利用して説明した力関係の式（１）〜（４）が成立するように、流体制御弁を駆動するための駆動要求圧の目標値Ｐ１´が設定される。

次に、制御部は、エア圧力の制御目標値を背圧目標値Ｐ２´から、流体制御弁を駆動するための駆動要求圧の目標値Ｐ１´に切り替え（Ｓ６０３）、そして、エア圧力が目標値Ｐ１´となるように、例えばエア調圧弁９０の弁開度を調整する（Ｓ６０４）。なお、燃料電池バイパス弁８０の弁開度やエアコンプレッサＡＰのエア流量によって、エア圧力が制御されてもよい。エア圧力が制御されることにより、エア圧力が流体制御弁の駆動要求圧の目標値Ｐ１´となり、流体制御弁が確実に駆動されて開閉状態が切り替えられる（Ｓ６０５）。

流体制御弁の開閉状態が切り替えられると、制御部は、エア圧力の制御目標値を流体制御弁の駆動要求圧の目標値Ｐ１´から背圧目標値Ｐ２´に切り替え（Ｓ６０６）、そして、エア圧力が目標値Ｐ２´となるように、例えばエア調圧弁９０の弁開度を調整する（Ｓ６０７）。これにより、燃料電池スタック１０内の背圧が、燃料電池スタック１０の運転に適した背圧目標値Ｐ２´に戻される。

なお、燃料電池スタック１０の背圧目標値Ｐ２´は、燃料電池スタック１０の構造などに応じて、例えば、１２０キロパスカルなどに設定される。また、流体制御弁の駆動要求圧の目標値Ｐ１´は、流体制御弁の構造などに応じて、例えば、１４０キロパスカルなどに設定される。

このように、本実施形態では、流体制御弁の駆動時に、燃料電池スタック１０のために要求される背圧目標値よりも流体制御弁の駆動要求圧が優先されて、駆動要求圧に基づいて流体流路２０を流れる流体の圧力が調整される。

図１に示す燃料電池システムの流体制御弁の開閉状態は、燃料電池スタック１０を発電させる通常運転状態、燃料電池スタック１０を掃気するための掃気状態、燃料電池システムの運転を停止させる停止状態などの各状態に応じて決定される。そして、例えば、通常運転状態から掃気状態に移行する際、掃気状態から停止状態に移行する際、また、停止状態から通常運転状態に移行する際などに、流体制御弁が駆動されて開閉状態が適宜切り替えられる。本実施形態では、こうした各状態間の移行において、流体制御弁の駆動要求圧が優先されて、駆動要求圧に基づいて流体流路２０を流れる流体の圧力が調整される。

そこで、図７から図９を利用して、図１の燃料電池システムが通常運転中の状態から掃気中の状態に移行するまでの各弁の制御について説明する。なお、図７から図９の各図は、図１に示した燃料電池システムの全体構成図に、流体流路２０内のエアの流れ等を示したものである。そのため、既に図１を利用して説明した部分（構成）については説明を省略する。

図７は、図１の燃料電池システムの通常運転中の状態を説明するための図である。通常運転中の燃料電池システムは、燃料電池スタック１０を発電させた状態である。つまり、燃料電池スタック１０に、加湿されたエアが供給され、また、燃料電池スタック１０から反応後のエアが排出されている。

通常運転中において、加湿Ｍバイパス弁３０は閉じた状態であり、入口シャット弁４０Ａと出口シャット弁４０Ｂは共に開いた状態である。また、エアコンプレッサ（ＡＰ）は運転しており、エアコンプレッサから吐き出されたエアは、加湿モジュール５０、加湿Ｍバイパス弁３０、燃料電池バイパス弁８０へ供給される。

エアコンプレッサから加湿モジュール５０へ供給されたエアは、加湿モジュール５０によって加湿された後、開いた状態の入口シャット弁４０Ａを介して、燃料電池スタック１０へ供給される。また、エアコンプレッサから加湿Ｍバイパス弁３０へ供給されたエアは、加湿Ｍバイパス弁３０が閉じた状態であるため、そこで遮断される。なお、燃料電池バイパス弁８０も閉じた状態であり、エアの流れを遮断している。

燃料電池スタック１０から排出された反応後のエアは、背圧を調整するエア調圧弁９０と、開いた状態の出口シャット弁４０Ｂを通り、さらに、加湿モジュール５０、希釈器６０を介して大気へ放出される。

通常運転中において、入口シャット弁４０Ａを制御するＶｉＳ，ＶｉＣ，ＶｉＯは、全て非通電状態となっている。つまり、ＶｉＳによって開弁側圧力室（図２の符号４４）が選択された状態であり、また、ＶｉＣとＶｉＯが閉じた状態である。この状態では、エアコンプレッサから吐き出されるエアの吐出圧によって入口シャット弁４０Ａの開弁側圧力室内が加圧され、弁体（図２の符号４１）を開く方向に力を加える。また、入口シャット弁４０Ａ内のバネ（図２の符号４５）も弁体を開く方向に力を加えており、さらに、入口シャット弁４０Ａの入口（図２の符号４６）から入り込むエアも弁体を開く方向に力を加えている。そのため、ＶｉＳ，ＶｉＣ，ＶｉＯが全て非通電状態でありながら、入口シャット弁４０Ａを開いた状態、つまりノーマル状態を維持することが可能になる。

また、通常運転中において、出口シャット弁４０Ｂを制御するＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯも全て非通電状態となっている。そして、入口シャット弁４０Ａの場合と同様な理由により、ＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯが全て非通電状態でありながら、出口シャット弁４０Ｂを開いた状態、つまりノーマル状態を維持することが可能になる。

さらに、通常運転中において、加湿Ｍバイパス弁３０を制御するＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯは、全て非通電状態となっている。つまり、ＶｂＳによって閉弁側圧力室（図４の符号３３）が選択された状態であり、また、ＶｂＣとＶｂＯが閉じた状態である。この状態では、エアコンプレッサから吐き出されるエアの吐出圧によって加湿Ｍバイパス弁３０の閉弁側圧力室内が加圧され、弁体（図４の符号３１）を閉じる方向に力を加える。また、加湿Ｍバイパス弁３０内のバネ（図４の符号３５）も弁体を閉じる方向に力を加えており、さらに、加湿Ｍバイパス弁３０の入口（図４の符号３６）から入り込むエアも弁体を閉じる方向に力を加えている。そのため、ＶｂＳ，ＶｂＣ，ＶｂＯが全て非通電状態でありながら、加湿Ｍバイパス弁３０を閉じた状態、つまりノーマル状態を維持することが可能になる。

通常運転中において、流体流路２０を流れるエアの圧力は、燃料電池スタック１０の背圧の目標値となるように制御されている。つまり、エア圧力の制御目標値が背圧目標値Ｐ２´に設定されており、エア圧力がＰ２´となるように、エア調圧弁９０の弁開度が調整される。なお、燃料電池バイパス弁８０の弁開度やエアコンプレッサＡＰのエア流量によって、エア圧力が制御されてもよい。

図８は、図１の燃料電池システムの停止指示時の状態を説明するための図である。この状態は、例えば、通常運転中の状態（図７）からユーザなどによって、燃料電池システムの運転を停止させる操作が成された場合の状態である。

停止操作が成されると、燃料電池システムは、掃気のための準備動作を行う。つまり、図８に示す状態は、掃気開始時の状態に相当し、掃気開始時において、加湿Ｍバイパス弁３０は、閉じた状態から開いた状態に切り替え制御される。加湿Ｍバイパス弁３０を開弁させる動作は、先に説明したとおりである（図５参照）。つまり、ＶｂＳが通電され、開弁側圧力室（図５の符号３４）と流体流路２０が接続される。また、ＶｂＯは非通電状態であり、開弁側圧力室内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｂＣは通電され、閉弁側圧力室（図５の符号３３）が圧抜きされる。これにより、加湿Ｍバイパス弁３０が開弁する。加湿Ｍバイパス弁３０が開弁すると、エアコンプレッサから吐き出されたエアが加湿Ｍバイパス弁３０を介して燃料電池スタック１０へ供給される。

また、掃気開始時において、入口シャット弁４０Ａは、開いた状態から閉じた状態に切り替え制御される。入口シャット弁４０Ａを閉弁させる動作は、先に説明したとおりである（図３参照）。つまり、ＶｉＳが通電され、閉弁側圧力室（図３の符号４３）と流体流路２０が接続される。また、ＶｉＣは非通電状態であり、閉弁側圧力室内と大気とを結ぶ流路が遮断される。さらに、ＶｉＯは通電され、開弁側圧力室（図３の符号４４）が圧抜きされる。入口シャット弁４０Ａが閉じると、入口シャット弁４０Ａを介して燃料電池スタック１０へ供給されていたエアの流れが遮断される。

なお、停止指示時において、出口シャット弁４０Ｂは、通常運転中（図７参照）と同じく、開いた状態である。また、出口シャット弁４０Ｂを制御するＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯは全て非通電状態となっている。

掃気開始時において、流体流路２０を流れるエアの圧力は、流体制御弁（加湿Ｍバイパス弁３０、入口シャット弁４０Ａ、出口シャット弁４０Ｂ）の駆動要求圧となるように制御される。つまり、エア圧力の制御目標値が駆動要求圧の目標値Ｐ１´に設定され、エア圧力がＰ１´となるように、エア調圧弁９０の弁開度が調整される。つまり、エア調圧弁９０が絞られてエア圧力が高められる。なお、燃料電池バイパス弁８０の弁開度やエアコンプレッサＡＰのエア流量によって、エア圧力が制御されてもよい。

図９は、図１の燃料電池システムの掃気中の状態を説明するための図である。掃気は、例えば、燃料電池スタック１０内の生成水などを吐き出させるために実行される。つまり、燃料電池スタック１０に、エアが加湿されずに供給され、燃料電池スタック１０からエアとともに生成水などが吐き出される。

掃気中において、加湿Ｍバイパス弁３０は開いた状態に維持される。本実施形態では、加湿Ｍバイパス弁３０を開いた状態で維持するために、開弁側圧力室（図４の符号３４）を密閉して開弁側圧力室内の圧力を維持している。圧力を維持して密閉するための動作は次のとおりである。

まず、掃気開始時（図８）の状態、つまり、流体流路２０を流れるエアの圧力が駆動要求圧の目標値Ｐ１´となるように制御され、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室が圧力Ｐ１´で加圧されている状態から、ＶｂＳの通電を停止する。これにより、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室に繋がる圧力制御流路７０が閉鎖される。このときＶｂＯは非通電状態であり、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室と大気とを結ぶ流路も遮断されている。従って、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室が、圧力Ｐ１´で加圧された状態を維持したまま密閉される。なお、ＶｂＣは通電された状態であり、加湿Ｍバイパス弁３０の閉弁側圧力室内は圧抜きされている。

そのため、加湿Ｍバイパス弁３０の閉弁側圧力室内と開弁側圧力室内の圧力差によって弁体（図４の符号３１）を開く方向に移動させる力が働き、その力が、例えばバネ（図４の符号３５）等による力よりも大きくなり、加湿Ｍバイパス弁３０が開いた状態を維持する。

また、掃気中において、入口シャット弁４０Ａは閉じた状態に維持される。本実施形態では、入口シャット弁４０Ａを閉じた状態で維持するために、閉弁側圧力室（図２の符号４３）を密閉して閉弁側圧力室内の圧力を維持している。圧力を維持して密閉するための動作は次のとおりである。

まず、掃気開始時（図８）の状態、つまり、流体流路２０を流れるエアの圧力が駆動要求圧の目標値Ｐ１´となるように制御され、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室が圧力Ｐ１´で加圧されている状態から、ＶｉＳの通電を停止する。これにより、入口シャット弁４０Ａの閉弁側圧力室に繋がる圧力制御流路７０が閉鎖される。このときＶｉＣは非通電状態であり、入口シャット弁４０Ａの閉弁側圧力室と大気とを結ぶ流路も遮断されている。従って、入口シャット弁４０Ａの閉弁側圧力室が、圧力Ｐ１´で加圧された状態を維持したまま密閉される。なお、ＶｉＯは通電された状態であり、入口シャット弁４０Ａの開弁側圧力室内は圧抜きされている。

そのため、入口シャット弁４０Ａの閉弁側圧力室内と開弁側圧力室内の圧力差によって弁体（図２の符号４１）を閉じる方向に移動させる力が働き、その力が、例えばバネ（図３の符号４５）等による力よりも大きくなり、入口シャット弁４０Ａが閉じた状態を維持する。

掃気は、例えば、燃料電池スタック１０内の生成水などを吐き出させるために実行される。そこで、生成水などを効率よく吐き出させるために、掃気中において、エア調圧弁９０を全開させることが望ましい。ところが、エア調圧弁９０の弁開度を絞った状態から全開にすると、流体流路２０を流れるエアの圧力が低下する。

しかし、本実施形態では、加湿Ｍバイパス弁３０の開弁側圧力室を密閉して加湿Ｍバイパス弁３０の開状態を維持しており、また、入口シャット弁４０Ａの閉弁側圧力室を密閉して入口シャット弁４０Ａの閉状態を維持している。そのため、流体流路２０を流れるエアの圧力が低下した場合でも、加湿Ｍバイパス弁３０の開状態と入口シャット弁４０Ａの閉状態を維持することができる。

したがって、本実施形態では、掃気開始時（図８）の状態において一時的にエア圧力がＰ１´となるように、エア調圧弁９０の弁開度等を調整して加湿Ｍバイパス弁３０と入口シャット弁４０Ａの開閉状態を切り替えた後に、掃気中において、エア調圧弁９０を全開あるいは全開に近い状態にして、掃気を行うことが可能になる。

なお、掃気中において、出口シャット弁４０Ｂは、停止指示時（図８参照）と同じく、開弁された状態にある。出口シャット弁４０Ｂを制御するためのＶｏＳ，ＶｏＣ，ＶｏＯは全て非通電状態となっている。出口シャット弁４０Ｂが開弁されているため、燃料電池スタック１０から排出されたエアは、エア調圧弁９０と、開いた状態の出口シャット弁４０Ｂを通り、さらに、加湿モジュール５０、希釈器６０を介して大気へ放出される。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係る燃料電池システムの全体構成図である。 シャット弁の構造を説明するための図である。 シャット弁の開閉動作を説明するための図である。 加湿Ｍバイパス弁の構造を説明するための図である。 加湿Ｍバイパス弁の開閉動作を説明するための図である。 エア圧力の制御目標値の切り替え動作を説明するための図である。 燃料電池システムの通常運転中の状態を説明するための図である。 燃料電池システムの停止指示時の状態を説明するための図である。 燃料電池システムの掃気中の状態を説明するための図である。

符号の説明

１０ 燃料電池スタック、２０ 流体流路、３０ 加湿Ｍバイパス弁、４０Ａ 入口シャット弁、４０Ｂ 出口シャット弁。

Claims (6)

1. 燃料電池と、
   燃料電池に接続される流体流路と、
   流体流路に設けられる流体制御弁と、
   を有し、
   前記流体制御弁は、流体流路を流れる流体の圧力を利用して開閉駆動する弁であり、当該流体制御弁の圧力室が密閉されてその圧力室内の圧力によって当該流体制御弁の開閉状態が維持され、
   前記流体制御弁を駆動するために要求される駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整される、
   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、
   前記流体制御弁の開弁時に、前記燃料電池内の圧力に応じた駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整される、
   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、
   前記燃料電池のために要求される電池要求圧と前記駆動要求圧とに基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整され、
   前記流体制御弁の駆動時に、電池要求圧よりも駆動要求圧が優先されて駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整される、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の掃気の開始時に、前記電池要求圧よりも前記駆動要求圧が優先されて駆動要求圧に基づいて流体流路を流れる流体の圧力が調整され、前記流体制御弁が掃気に適した開閉状態に切り替えられる、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記流体制御弁が掃気に適した開閉状態に切り替えられた後に、当該流体制御弁の圧力室が密閉されてその圧力室内の圧力によって当該流体制御弁の開閉状態が維持される、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記流体流路に流体を流通させるコンプレッサと、
   前記流体流路に設けられる調圧弁と、
   を有し、
   前記コンプレッサの吐出流量と前記調圧弁の弁開度のうちの少なくとも一方によって流体流路を流れる流体の圧力が調整される、
   ことを特徴とする燃料電池システム。
   

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