(57)【要約】【課題】部品点数の増大を抑制しつつ、凍結した排水弁を早期に解凍すること。【解決手段】燃料電池システム１０の制御装置７１は、燃料電池システム１０の始動時に排水弁６０への通電を行う。制御装置７１は、圧力センサ４３から検出された水素ガス供給流路４１の内部の圧力値であって、排水弁６０への通電後の圧力値が排水弁６０への通電前の圧力値から低下していないことを条件に、排水弁６０の通電を継続して行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、
前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、
前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から低下していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、
前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、
前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から所定値以上低下していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、
前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、
前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、
前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から低下した状態が所定時間以上継続していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
当該燃料電池システムの低温始動時であることを条件に前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行う請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池スタックに接続されるとともに前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスが流れる供給流路と、
前記供給流路に位置するとともに前記供給流路の流路断面積を変更するエアシャット弁と、
前記燃料電池スタックに接続されるとともに前記燃料電池スタックから排出された排ガスが流れる排出流路と、
前記排出流路に位置するとともに前記排出流路の流路断面積を変更するエア調圧弁と、をさらに備え、
前記制御装置は、前記エアシャット弁及び前記エア調圧弁を閉弁させた状態で、当該燃料電池システムの始動時に前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行う請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池スタックを備える燃料電池システムを搭載したフォークリフト等の車両が実用化されている。燃料電池スタックは、水素ガス等の燃料ガスと酸素等の酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う。特許文献１に記載の燃料電池システムは、燃料電池スタックに接続されるとともに燃料電池スタックに供給される水素ガスが循環する循環流路を備える。さらに、特許文献１に記載の燃料電池システムは、循環流路から分岐した分岐流路と、この分岐流路に設けられた排出弁と、を備える。排出弁が開弁されることによって、循環流路中の窒素等の不純物が循環流路外に排出される。また、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいては、排出弁が凍結した際に、排出弁をヒーターで温めることによって排出弁の解凍を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池システムは、循環流路に設けられた気液分離器と、気液分離器に接続される排水弁と、を備える場合がある。こうした燃料電池システムにおいては、循環流路を流れる燃料ガスが気液分離器に流れ込み、気液分離器にて燃料ガスから水が分離される。気液分離器にて分離された水は、排水弁が開弁されることによって気液分離器から排出される。排水弁の開弁によっては、循環流路中の不純物が水と共に排出される。
【０００５】
ここで、燃料電池システムが搭載される車両が低温下に長時間停車される等、低温下で燃料電池システムの停止状態が長時間継続した場合、排水弁内で水が凍結することにより、排水弁の開閉動作ができなくなるおそれがある。排水弁の開閉動作ができない状態で燃料電池システムが始動されると、循環流路中の不純物が排出されないため、循環流路中の燃料ガス濃度が低下する。そして、循環流路を介して燃料電池スタックに燃料ガスが十分に供給されなくなり、燃料電池スタックの発電不良に繋がるおそれがある。そうした燃料電池スタックの発電不良を回避するため、燃料電池システムの始動時では、排水弁の開閉動作不良を早期に回復させることが望ましい。
【０００６】
そこで、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいて、排出弁の解凍に用いたようにヒーターで排水弁を温めることで排水弁の解凍を行うことが考えられる。しかしながら、この場合では、排水弁の解凍を行うためのヒーターを燃料電池システムに搭載させる必要があり、部品点数の増大の懸念があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、部品点数の増大を抑制しつつ、凍結した排水弁を早期に解凍できる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から低下していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から所定値以上低下していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって発電を行う燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに供給される燃料ガスが循環する循環流路と、前記循環流路を流れる燃料ガスの圧力を検出する圧力センサと、前記循環流路に位置するとともに、前記循環流路を流れる燃料ガスから水を分離する気液分離器と、前記気液分離器に接続されるとともに、通電に伴って開弁されることによって前記気液分離器により分離された水を前記気液分離器から排出する電磁式の排水弁と、前記排水弁の開閉動作を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、前記制御装置は、当該燃料電池システムの始動時において、前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うとともに、前記圧力センサから検出された前記循環流路の内部の圧力値であって前記排水弁への通電後の前記圧力値が前記排水弁への通電前の前記圧力値から低下した状態が所定時間以上継続していないことを条件に、前記排水弁の通電を継続して行うことを特徴とする。
【００１１】
上記の各構成では、燃料電池システムの始動時に排水弁に通電している。ここで、排水弁が凍結していなければ、通電に伴って排水弁が開弁するため、排水弁の開弁に伴って循環流路を流れる燃料ガス等が排水弁を介して循環流路外に排出される。一方、排水弁が凍結していれば、通電されても排水弁が開弁しないため、燃料ガス等が排水弁を介して循環流路外に排出されることがない。そのため、循環流路の内部の圧力値について、排水弁への通電前に対する排水弁への通電後の変化に基づいて、排水弁が凍結しているか否かを判断することができる。そこで、上記の各構成のうちの１つの構成では、排水弁への通電後の圧力値が排水弁への通電前の圧力値から低下しないことを条件に、排水弁が凍結しているとして、排水弁の通電を継続して行うようにしている。上記の各構成のうちの１つの構成では、排水弁への通電後の圧力値が排水弁への通電前の圧力値から所定値以上低下していないことを条件に、排水弁が凍結しているとして、排水弁の通電を継続して行うようにしている。上記の各構成のうちの１つの構成では、排水弁への通電後の圧力値が排水弁への通電前の圧力値から低下した状態が所定時間以上継続していないことを条件に、排水弁の通電を継続して行うようにしている。そのため、排水弁への通電の継続によって排水弁が昇温するため、凍結した排水弁を早期に解凍できる。
【００１２】
また、上記の各構成によれば、排水弁への通電を排水弁の解凍手段として採用している。そのため、通常時での排水弁の開閉動作を行う手段によって排水弁の解凍を行うことができるため、部品点数の増大を抑制することができる。
【００１３】
燃料電池システムにおいては、当該燃料電池システムの低温始動時であることを条件に前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うことが好ましい。
上記構成では、排水弁への通電を、燃料電池システムが低温始動しているときであって、排水弁の凍結のおそれがある状況下でのみ行うことができる。このため、燃料電池システムが低温始動しておらず、排水弁の凍結のおそれのない状況下では、排水弁への通電を行わない。したがって、燃料電池システムが低温始動しているか否かにかかわらず排水弁への通電を行う場合と比較して、排水弁の解凍が不要な状況下での排水弁の開弁がなくなる分だけ、排水弁の開弁回数を減らすことができる。したがって、排水弁の開弁に伴って循環流路から燃料ガスが排出しにくくなるため、燃料電池システムにおける燃費の低下を抑制できる。
【００１４】
燃料電池システムにおいては、前記燃料電池スタックに接続されるとともに前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスが流れる供給流路と、前記供給流路に位置するとともに前記供給流路の流路断面積を変更するエアシャット弁と、前記燃料電池スタックに接続されるとともに前記燃料電池スタックから排出された排ガスが流れる排出流路と、前記排出流路に位置するとともに前記排出流路の流路断面積を変更するエア調圧弁と、をさらに備え、前記制御装置は、前記エアシャット弁及び前記エア調圧弁を閉弁させた状態で、当該燃料電池システムの始動時に前記排水弁を開弁させるべく前記排水弁への通電を行うことが好ましい。
【００１５】
上記構成では、供給流路及び排出流路が燃料電池スタックを介して循環流路と連通している。供給流路に位置するエアシャット弁と排出流路に位置するエア調圧弁とを開弁させると、供給流路を酸化剤ガスが流れるようになるとともに排出流路を排ガスが流れるようになる。そうした流れによって循環流路内の燃料ガスが燃料電池スタックを介して排出流路内に流れ込むおそれがある。その場合、循環流路の内部の圧力値が下がる。
【００１６】
仮に、エアシャット弁及びエア調圧弁を開弁させた状態で、排水弁の凍結を判断すべく排水弁への通電を行うようにすると、循環流路の内部の圧力値の低下が排水弁への通電に伴う排水弁の開弁によるものか、エアシャット弁及びエア調圧弁の開弁によるものなのか区別がつかない。そのため、排水弁への通電によって排水弁が凍結しているか否かの判断を正確に行うことができない。
【００１７】
上記構成によれば、燃料電池システムの始動時における排水弁の開弁を、エアシャット弁及びエア調圧弁を閉弁させた状態で行っている。エアシャット弁及びエア調圧弁を閉弁させた状態では、供給流路における酸化剤ガスの流れや排出流路における排ガスの流れが生じない。そのため、そうした流れによって生じる上記のような循環流路内の燃料ガスの燃料電池スタックを介した排出流路内への流れ込みが起きない。したがって、排水弁の開弁以外の要因による循環流路の内部の圧力値の変化が起こらない状況下で排水弁に通電することができるため、循環流路の内部の圧力値の変化に基づいて排水弁の凍結を正確に判断することができる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、部品点数の増大を抑制しつつ、凍結した排水弁を早期に解凍できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】燃料電池システムを示すブロック図。
【図２】気液分離器及び排水弁を模式的に示す図。
【図３】燃料電池システムの始動制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】解凍制御の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、燃料電池システムを具体化した一実施形態について図１〜図４を用いて説明する。なお、本実施形態の燃料電池システムは、乗用車や、産業車両（例えば、フォークリフト）などの車両に搭載される。
【００２１】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタック１１を備える。燃料電池スタック１１の各燃料電池セルは、酸素極と、水素極と、両極の間に配置された電解質膜とが積層されて構成されている。そして、燃料電池スタック１１は、燃料ガスとして水素ガスを用いるとともに、酸化剤ガスとして空気中の酸素を用いて、これら水素ガスと酸素との化学反応によって発電を行う。また、燃料電池スタック１１は、図示を省略しているが、キャパシタ等の蓄電装置に降圧器を介して電気的に接続され、さらに走行用モータに接続されている。走行用モータは、蓄電装置を電力源として駆動する。走行用モータの動力が動力伝達機構を介して車軸に伝達されることにより、車両がアクセル開度に応じた車速で走行する。燃料電池スタック１１で発電された電力が蓄電装置に供給されることにより、蓄電装置の充電が行われる。また、燃料電池スタック１１は、バッテリ７２に降圧器を介して電気的に接続されている。燃料電池スタック１１で発電された電力がバッテリ７２に供給されることにより、バッテリ７２の充電が行われる。
【００２２】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１への冷却水の供給、及び燃料電池スタック１１からの冷却水の排出が行われる冷却水回路２０を備える。冷却水回路２０は、燃料電池スタック１１を介して冷却水が循環する冷却水循環流路２１を備える。また、冷却水回路２０は、冷却水循環流路２１における冷却水の流れ方向の上流側から順に、温度センサ２２、ラジエータ２３、及び冷却水ポンプ２４を備える。温度センサ２２は、冷却水循環流路２１を流れる冷却水の温度（冷却水温Ｔ）を検出する。温度センサ２２による検出値は、燃料電池スタック１１の温度の指標値として用いられる。ラジエータ２３は、内部に冷却水循環流路２１の一部を有している。ラジエータ２３においては、内部の冷却水循環流路２１を冷却水が流れる際に、冷却水と外気とで熱交換が行われることにより冷却水が冷却される。冷却水ポンプ２４は、冷却水循環流路２１を流れる冷却水を圧送する。また、冷却水循環流路２１のうち、冷却水ポンプ２４と燃料電池スタック１１との間の一部分が、インタークーラ２５内を通過している。
【００２３】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１への空気の供給が行われる空気供給回路３０を備える。空気供給回路３０は、燃料電池スタック１１に供給する酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が流れる供給流路としての空気供給流路３１を備える。空気供給流路３１の空気の流れ方向の下流端部は燃料電池スタック１１に接続されている。空気供給流路３１の空気の流れ方向の上流側は大気に開放されており、空気供給流路３１には大気圧の空気が吸入される。また、空気供給流路３１にはフィルタ（図示略）が設けられており、このフィルタを介して大気が空気供給流路３１に吸入される。
【００２４】
空気供給回路３０は、空気供給流路３１における空気の流れ方向の上流側から順に、エアコンプレッサ３２及びエアシャット弁３３を備える。エアコンプレッサ３２は、例えば電動モータで駆動するターボ式である。空気供給流路３１を流れる空気がエアコンプレッサ３２によって圧縮される。エアシャット弁３３は、例えば電磁弁であり、弁開度の変更を通じて燃料電池スタック１１内の空気の圧力を調整する。また、空気供給流路３１のうち、エアコンプレッサ３２とエアシャット弁３３との間の一部分がインタークーラ２５内を通過している。インタークーラ２５では、冷却水循環流路２１を流れる冷却水と、空気供給流路３１を流れる空気との間で熱交換が行われる。
【００２５】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給、及び燃料電池スタック１１からの水素ガスの排出が行われる水素ガス回路４０を備える。水素ガス回路４０は、燃料電池スタック１１に供給する燃料ガスとしての水素ガスが流れる流路である水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６を備える。水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６が循環流路に相当する。水素ガス供給流路４１の水素ガスの流れ方向の下流端部は、水素ガス循環流路４６の途中に接続されている。水素ガス循環流路４６の水素ガスの流れ方向の両端部が燃料電池スタック１１に接続されている。燃料電池スタック１１において反応しなかった水素ガスと、水素ガスと酸素との化学反応によって生成された水分と、窒素等の不純物と、を含む気体（以下、排出水素ガスという）が、燃料電池スタック１１から水素ガス循環流路４６に流入する。
【００２６】
水素ガス回路４０は、水素ガス供給流路４１における水素ガスの流れ方向の上流側から順に、インジェクタ４２及び圧力センサ４３を備える。インジェクタ４２は、例えば弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４２が駆動されることにより、水素ガスが貯蔵された水素タンク（図示略）から燃料電池スタック１１に供給される水素ガスの流量が調整される。圧力センサ４３は、水素ガス供給流路４１を流れる水素ガスの圧力（圧力Ｐ）を検出する。
【００２７】
水素ガス回路４０は、気液分離器４７と、気液分離器４７よりも水素ガスの流れ方向の下流側に位置する水素循環ポンプ４８を備える。気液分離器４７は、水素ガス循環流路４６に位置するとともに、水素ガス循環流路４６から気液分離器４７に流れ込んできた排出水素ガスを水素ガスと水及び不純物とに分離する。水素循環ポンプ４８は、気液分離器４７によって排出水素ガスから分離された水素ガスを水素循環ポンプ４８の水素ガスの流れ方向の下流側の水素ガス循環流路４６に流すことで、水素ガス回路４０で水素ガスを循環させる。
【００２８】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１から排出された空気を大気へ排出する空気排出回路５０を備える。空気排出回路５０は、燃料電池スタック１１から排出された空気と水とを含む気体（以下、排ガスという）が流れる空気排出流路５１を備える。空気排出流路５１の空気の流れ方向の上流端部は、燃料電池スタック１１に接続されている。なお、空気供給流路３１、水素ガス循環流路４６、及び空気排出流路５１は、燃料電池スタック１１の複数の電池セルの電解質膜を介して連通している。
【００２９】
空気排出回路５０は、空気排出流路５１における空気の流れ方向の上流側から順に、エア調圧弁５２及び希釈器５３を備える。エア調圧弁５２は、例えば電磁弁であり、弁開度の変更を通じて燃料電池スタック１１内の空気の圧力を調整する。希釈器５３には、空気排出流路５１から排ガスが供給される。希釈器５３においては、供給された排ガスが酸素と水とに分離される。また、気液分離器４７によって排出水素ガスから分離された水及び不純物と、水素ガスとが、気液分離器４７と接続された後述する電磁式の排水弁６０を介して気液分離器４７から希釈器５３に排出される。希釈器５３においては、気液分離器４７から希釈器５３に排出された水素ガス及び不純物が空気によって希釈され、燃料電池システム１０外に排出される。そして、希釈器５３で分離された水は貯水タンク５４に貯留される。
【００３０】
燃料電池システム１０は、制御装置７１を備える。制御装置７１からの制御信号によって、エアシャット弁３３及びエア調圧弁５２の弁開度がそれぞれ変更される。また、エアコンプレッサ３２においては、制御装置７１からの制御信号により、温度センサ２２による検出値に基づいてエアコンプレッサ３２の駆動装置（インバータ）が制御されてエアコンプレッサ３２の駆動が制御される。これにより、燃料電池スタック１１の温度に応じて、空気供給流路３１における空気の流量が制御される。また、インジェクタ４２及び水素循環ポンプ４８の駆動は、制御装置７１からの制御信号により、温度センサ２２による検出値に基づいて制御される。これにより、燃料電池スタック１１の温度に応じて、水素ガス循環流路４６における水素ガスの流量が制御される。また、制御装置７１は、圧力センサ４３による検出値に基づいて水素循環ポンプ４８の故障検出を行っている。
【００３１】
制御装置７１は、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサからアクセル開度を示す信号を受信する。制御装置７１は、蓄電装置の電圧に応じて要求発電量を算出する。また、制御装置７１は、要求発電量を燃料電池スタック１１にて発電するために必要な燃料電池スタック１１に供給する空気の圧力や流量を算出する。
【００３２】
また、制御装置７１は、バッテリ７２から排水弁６０への通電を制御している。バッテリ７２から排水弁６０への通電に伴って、排水弁６０は開弁する。なお、燃料電池システム１０の運転中においては、所定周期でバッテリ７２から排水弁６０への通電が行われることにより、所定周期で排水弁６０の開弁動作がなされる。これより、気液分離器４７にて溜まった水、不純物、及び水素ガスが、所定周期で排水弁６０を介して希釈器５３に排出される。
【００３３】
次に、排水弁６０の構成について説明する。
図２に示すように、排水弁６０は、コイル６１と、プランジャ６２と、シール部材６３と、を備える。排水弁６０は開口部６０ａを有しており、この開口部６０ａを介して気液分離器４７と排水弁６０とが接続されている。また、排水弁６０は、排水通路６０ｂを有しており、この排水通路６０ｂを介して排水弁６０と希釈器５３とが接続されている。排水弁６０の内部では、気液分離器４７の排水口４７ａが開口している。シール部材６３は、ばね（図示略）によって排水口４７ａに近接する方向に付勢されている。コイル６１への通電がなされていない状態では、シール部材６３が排水口４７ａに接触することにより排水口４７ａが閉塞状態とされている。
【００３４】
排水弁６０の開弁動作に際しては、バッテリ７２からコイル６１への通電が行われる。コイル６１への通電に伴ってプランジャ６２が移動することにより、図２に二点鎖線で示すようにシール部材６３が気液分離器４７の排水口４７ａから離間するように移動する。これにより、シール部材６３による排水口４７ａの閉塞状態が解除されるため、気液分離器４７の内部の水が排水口４７ａを介して排出される。排水口４７ａから排出された水は、図２に一点鎖線で示すように、排水弁６０の排水通路６０ｂから流れ出て、希釈器５３へと供給される。
【００３５】
ここで、車両の停止時等、燃料電池システム１０が停止する際には、まずコイル６１への通電を行って排水弁６０を開弁させ、気液分離器４７の内部の水を希釈器５３に排出する。その後、コイル６１への通電を停止して、シール部材６３によって気液分離器４７の排水口４７ａを閉塞する。そのため、燃料電池システム１０の停止時において、気液分離器４７の内部には水がほとんど残っていないものの、水滴Ｗとなって残る場合がある。そして、この水滴Ｗが排水口４７ａとシール部材６３との接触部分に付着する場合がある。そうした状況下で、車両が低温下に長時間停車されるなど、低温下で燃料電池システム１０の停止状態が長時間継続した場合、排水弁６０の内部において、排水口４７ａとシール部材６３との接触部分に付着していた水滴Ｗが凍結することにより、排水弁６０の開弁動作ができなくなるおそれがある。
【００３６】
本実施形態では、燃料電池システム１０の始動時に、燃料電池システム１０の始動制御と併せて、排水弁６０での凍結を解凍する解凍制御を実行する。
まず、燃料電池システム１０の始動制御について説明する。なお、始動制御は、燃料電池システム１０が始動されたことを条件に実行される。また、燃料電池システム１０の運転停止時に、水素循環ポンプ４８、インジェクタ４２、及びエアコンプレッサ３２の駆動が停止されるため、始動制御が開始される際には、これら部材が駆動停止状態となっている。さらに、燃料電池システム１０は運転停止時に、エアシャット弁３３、エア調圧弁５２、及び排水弁６０が閉弁状態にされるため、始動制御が開始される際には、これらの弁がすべて閉弁状態となっている。
【００３７】
図３に示すように、始動制御では、まず水素循環ポンプ４８及びインジェクタ４２を駆動させる（ステップＳ１）。ステップＳ１では、水素ガス回路４０において水素ガスの循環が開始されることにより、燃料電池スタック１１への水素ガスの供給がなされる。そして、後述する解凍制御を行った後に（ステップＳ２）、エアコンプレッサ３２の駆動を開始させるとともに、エアシャット弁３３及びエア調圧弁５２の開弁を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３では、空気供給回路３０及び空気排出回路５０で空気が流れるようになり、燃料電池スタック１１への空気の供給がなされる。そして、本制御が終了される。
【００３８】
次に、解凍制御について以下に説明する。
図４に示すように、解凍制御では、燃料電池システム１０が低温始動時であるか否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１では、温度センサ２２によって検出される検出値である冷却水温Ｔが所定温度Ｔｐ以下であるか否かが判断される。なお、所定温度Ｔｐは、０（ゼロ）度や０（ゼロ）度より高い所定の低い温度を採用する。冷却水温Ｔが所定温度Ｔｐより高い温度である場合には、低温始動ではないとして（ステップＳ１１：ＮＯ）、そのまま本制御が終了される。冷却水温Ｔが所定温度Ｔｐ以下である場合には、低温始動であるとして（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、バッテリ７２から排水弁６０のコイル６１への通電が開始される（ステップＳ１２）。
【００３９】
続いて、ステップＳ１２におけるコイル６１への通電開始に伴って圧力Ｐが低下したか否かが判断される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３での圧力Ｐは、水素ガス供給流路４１の内部の圧力値であり、圧力センサ４３によって検出される検出値が用いられる。そして、ステップＳ１３では、ステップＳ１２におけるコイル６１への通電開始直前と通電開始直後とで検出された圧力Ｐを比較して、通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下したか否かが判断される。通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下していないときには、排水弁６０の開弁動作がなされていないと判断できる。通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下しているときには、排水弁６０の開弁動作がなされていると判断できる。
【００４０】
ステップＳ１３において、通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下していない場合には、コイル６１への通電開始に伴って圧力Ｐが低下していないとして（ステップＳ１３：ＮＯ）、バッテリ７２から排水弁６０のコイル６１への通電が継続される。一方、通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下している場合には、コイル６１への通電開始に伴って圧力Ｐが低下しているとして（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、バッテリ７２から排水弁６０のコイル６１への通電が終了され（ステップＳ１４）、排水弁６０が閉弁状態となる。そして、本制御が終了される。
【００４１】
次に、本実施形態の作用について説明する。
図４に示す解凍制御では、燃料電池システム１０の低温始動時であって（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、排水弁６０の凍結のおそれがある状況下でのみ、排水弁６０のコイル６１への通電を行っている。そのため、低温下での燃料電池システム１０の始動時ではなく、排水弁６０の凍結のおそれのない状況下では、解凍制御において排水弁６０のコイル６１への通電が行われない。
【００４２】
また、燃料電池システム１０の低温始動時であっても（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、車両の停止時間が短時間であったとき等には、排水弁６０の内部での水の凍結が生じず、排水弁６０の開弁動作不良が生じないこともある。こうした場合では、排水弁６０のコイル６１への通電に伴って（ステップＳ１２）、すぐに排水弁６０が開弁状態となる。すると、水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６を流れる水素ガス等がこれら流路から排水弁６０を介して希釈器５３に排出される。水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６の内部の圧力が低下するため、排水弁６０のコイル６１への通電後の圧力Ｐが通電前の圧力Ｐから低下していると判断され（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、排水弁６０のコイル６１への通電が終了される（ステップＳ１４）。
【００４３】
一方、排水弁６０の内部での水の凍結により排水弁６０の開弁動作不良が生じているときは、コイル６１への通電を行っても（ステップＳ１２）、排水弁６０が閉弁状態のままとなる。そのため、水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６を流れる水素ガス等がこれら流路から排水弁６０を介して排出されず、水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６の内部の圧力が低下しない。そのため、排水弁６０のコイル６１への通電後の圧力Ｐが通電前の圧力Ｐから低下していないと判断され（ステップＳ１３：ＮＯ）、排水弁６０のコイル６１への通電が継続して行われる。コイル６１への通電が継続されている間はコイル６１が発熱するため、その発熱を受けて排水弁６０全体が暖められて昇温する。これにより、気液分離器４７の排水口４７ａと排水弁６０のシール部材６３との接触部分も昇温するため、この接触部分に生じていた氷が融解していく。氷が十分に融解すると、排水弁６０のシール部材６３が気液分離器４７の排水口４７ａから離間可能となり、排水弁６０の開弁動作が行えるようになる。このとき、排水弁６０のコイル６１への通電がなされているので、排水弁６０が開弁状態となる。すると、水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６を流れる水素ガス等がこれら流路から排水弁６０を介して希釈器５３に排出されるため、排水弁６０のコイル６１への通電後の圧力Ｐが通電前の圧力Ｐから低下していると判断され（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、排水弁６０のコイル６１への通電が終了される（ステップＳ１４）。
【００４４】
したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、燃料電池システム１０の始動時に排水弁６０のコイル６１に通電している。そして、排水弁６０のコイル６１への通電後の圧力Ｐが通電前の圧力Ｐから低下しないことを条件に、排水弁６０のコイル６１の通電を継続して行うようにしている。そのため、排水弁６０のコイル６１への通電の継続によって排水弁６０が昇温するため、凍結した排水弁を早期に解凍できる。また、上記実施形態では、排水弁６０のコイル６１への通電を排水弁６０の解凍手段として採用している。そのため、通常時での排水弁６０の開閉動作を行う手段によって排水弁６０の解凍を行うことができるため、部品点数の増大を抑制することができる。
【００４５】
（２）排水弁６０のコイル６１への通電を、燃料電池システム１０が低温始動しているときであって、排水弁６０の凍結のおそれがある状況下でのみ行っている。したがって、燃料電池システム１０が低温始動しているか否かにかかわらず排水弁６０のコイル６１への通電を行う場合と比較して、排水弁６０の解凍が不要な状況下での排水弁６０の開弁がなくなる分だけ、排水弁６０の開弁回数を減らすことができる。したがって、排水弁６０の開弁に伴う水素ガス供給流路４１及び水素ガス循環流路４６からの水素ガスの排出がなされにくくなるため、燃料電池システム１０における燃費の低下を抑制できる。
【００４６】
（３）空気供給流路３１及び空気排出流路５１は、燃料電池スタック１１の燃料電池セルの電解質膜を介して水素ガス循環流路４６に連通している。空気供給流路３１に位置するエアシャット弁３３と空気排出流路５１に位置するエア調圧弁５２とを開弁させると、空気供給流路３１を空気が流れるとともに空気排出流路５１を排ガスが流れるようになる。そうした流れによって水素ガス循環流路４６内の水素ガスが、燃料電池セルの電解質膜を介して空気排出流路５１内に流れ込むおそれがある。その場合、水素ガス循環流路４６及び水素ガス供給流路４１の内部の圧力値（圧力Ｐ）が下がる。
【００４７】
上記実施形態では、燃料電池システム１０の始動時における排水弁６０の開弁を、エアシャット弁３３及びエア調圧弁５２を閉弁させた状態で行っている。エアシャット弁３３及びエア調圧弁５２を閉弁させた状態では、空気供給流路３１における空気の流れや空気排出流路５１における排ガスの流れが生じない。そのため、そうした流れによって生じる上記のような水素ガス循環流路４６内の水素ガスの燃料電池セルの電解質膜を介した空気排出流路５１内への流れ込みが起きない。したがって、排水弁６０の開弁以外の要因による圧力Ｐの変化が起こらない状況下で排水弁６０のコイル６１に通電することができるため、圧力Ｐの変化に基づいて排水弁６０の凍結を正確に判断することができる。
【００４８】
（４）水素循環ポンプ４８の故障診断等に検出値が用いられる圧力センサ４３を用いて解凍制御を行うことができるため、解凍制御を行うためだけに別途センサを設ける場合と比較して、部品点数を低減させることができる。
【００４９】
（５）排水弁６０のコイル６１への通電が継続されている間は、圧力Ｐが低下したか都度確認している。そして、排水弁６０のコイル６１への通電に伴って排水弁６０が解凍したら、圧力Ｐが低下したとしてコイル６１への通電を終了して排水弁６０が閉弁状態とされる。そのため、排水弁６０の開弁時間を排水弁６０の開弁動作の確認のために要する最低限の時間に抑えることができる。したがって、解凍制御において排水弁６０を介して水素ガス回路４０から排出される水素ガスの量を最低限に抑えることができるため、燃料電池システム１０における燃費の低下を抑制できる。
【００５０】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００５１】
○  図４に示す解凍制御において、ステップＳ１３の処理を次のように変更してもよい。すなわち、ステップＳ１２におけるコイル６１への通電開始に伴って圧力Ｐが所定値以上低下したか否かを判断する処理をステップＳ１３にて行ってもよい。この変更後のステップＳ１３では、通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから所定値Ｐ１以上低下したか否かが判断される。通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下していないとき、及び通電開始直前での圧力Ｐに対する通電開始直後での圧力Ｐの低下量が所定値Ｐ１未満であるときには、排水弁６０の開弁動作がなされていないと判断できる。こうして排水弁６０への通電後の圧力Ｐが排水弁６０への通電前の圧力Ｐから所定値Ｐ１以上低下していないことを条件に、ステップＳ１３が否定判断されて排水弁６０の通電が継続して行われる。一方、通電開始直前での圧力Ｐに対する通電開始直後での圧力Ｐの低下量が所定値以上であるときには、排水弁６０の開弁動作がなされていると判断できる。そして、ステップＳ１３が肯定判断されて、ステップＳ１４にて排水弁６０の通電が終了される。なお、上記所定値Ｐ１は、圧力センサ４３の検出ノイズを考慮しても、排水弁６０への通電後の圧力Ｐが排水弁６０への通電前の圧力Ｐから所定値Ｐ１以上低下している場合に排水弁６０が凍結していないとして判断できる値であり、実験等によって予め設定された値である。
【００５２】
また、ステップＳ１２におけるコイル６１への通電開始に伴って圧力Ｐが低下した状態が所定時間Ｔ１以上継続したか否かを判断する処理をステップＳ１３にて行ってもよい。この変更後のステップＳ１３では、通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下した状態が所定時間Ｔ１以上継続したか否かが判断される。通電開始直後での圧力Ｐが通電開始直前での圧力Ｐから低下していないとき、及び通電開始直前での圧力Ｐに対して通電開始直後での圧力Ｐが低下した状態が継続した時間が所定時間Ｔ１未満であるときには、排水弁６０の開弁動作がなされていないと判断できる。こうして排水弁６０への通電後の圧力Ｐが排水弁６０への通電前の圧力Ｐから低下した状態が所定時間Ｔ１以上継続していないことを条件に、ステップＳ１３が否定判断されて排水弁６０の通電が継続して行われる。一方、通電開始直前での圧力Ｐに対して通電開始直後での圧力Ｐが低下した状態が継続した時間が所定時間Ｔ１以上であるときには、排水弁６０の開弁動作がなされていると判断できる。そして、ステップＳ１３が肯定判断されて、ステップＳ１４にて排水弁６０の通電が終了される。なお、上記所定時間Ｔ１は、圧力センサ４３の検出ノイズを考慮しても、排水弁６０への通電後の圧力Ｐが排水弁６０への通電前の圧力Ｐから低下している状態が所定時間Ｔ１以上継続している場合に排水弁６０が凍結していないとして判断できる値であり、実験等によって予め設定された値である。
【００５３】
○  エアシャット弁３３及びエア調圧弁５２を開弁しても、圧力Ｐへの影響がそれほど大きくないのであれば、図３に示す始動制御において、ステップＳ２での解凍制御に先んじてステップＳ３に相当するエアコンプレッサ３２の駆動とエアシャット弁３３及びエア調圧弁５２の開弁とを行ってもよい。
【００５４】
○  図４に示す解凍制御において、ステップＳ１１の判断を冷却水温Ｔ以外の要素に基づいて行ってもよい。例えば、空気排出流路５１を流れる排ガスの温度を検出するガス温センサを設けるとともに、このガス温センサの検出値に基づいて排ガスの温度が０（ゼロ）度や０（ゼロ）度より高い所定の低い温度であるときに低温始動時であるとして判断してもよい。外気の温度を検出する外気温センサを設けるとともに、この外気温センサの検出値に基づいて外気温が０（ゼロ）度や０（ゼロ）度より高い所定の低い温度であるときに低温始動時であるとして判断するようにしてもよい。なお、ステップＳ１１における判断を、冷却水温Ｔ、ガス温センサの検出値、及び外気温センサ等の複数の要素のうち、いずれか１つの要素に基づいて行ってもよいし、複数の要素に基づいて行ってもよい。複数の要素に基づいて行う場合では、そのいずれかの要素に基づいて低温始動時であると判断できたらステップＳ１１にて肯定判断するようにしてもよいし、すべての要素に基づいて低温始動時であると判断できたらステップＳ１１にて肯定判断するようにしてもよい。
【００５５】
○  図４に示す解凍制御において、ステップＳ１１の判断を省略してもよい。
○  水素ガス循環流路４６に圧力センサを設けてもよい。この形態では、図４に示す解凍制御において、ステップＳ１３の判断を水素ガス循環流路４６に設けられた圧力センサの検出値に基づいて行ってもよいし、水素ガス循環流路４６に設けられた圧力センサと水素ガス供給流路４１に設けられた圧力センサ４３とに基づいて行ってもよい。
【００５６】
○  図４に示す解凍制御において、ステップＳ１２にて排水弁６０のコイル６１への通電を開始し、ステップＳ１３にて否定判断されたら、その後の圧力Ｐの値に関する判断はせずにコイル６１への通電を所定時間Ｔ２だけ継続させた後、ステップＳ１４にてコイル６１への通電を終了させてもよい。なお、コイル６１への通電を行う上記所定時間Ｔ２としては、実験等によって予め設定された排水弁６０が解凍するのに十分な時間が設定される。
【符号の説明】
【００５７】
１０…燃料電池システム、１１…燃料電池スタック、３１…空気供給流路、３３…エアシャット弁、４１…水素ガス供給流路、４３…圧力センサ、４６…水素ガス循環流路、４７…気液分離器、４８…水素循環ポンプ、５１…空気排出流路、５２…エア調圧弁、６０…排水弁、７１…制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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