(57)【要約】【課題】発電停止中に酸化剤ガス流路を適切に封鎖しつつ、速やかに起動可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１１０と、コンプレッサ１３１と、酸化剤ガス供給流路と、酸化剤ガス排出流路と、第１弁装置１と、第２弁装置２と、ＥＣＵ１６０と、を備え、燃料電池スタック１１０の発電中カソード流路１１２を開放し、燃料電池スタック１１０の発電停止中カソード流路１１２を封鎖する燃料電池システム１００であって、システム起動時に、ＩＧ１５１のＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、コンプレッサ１３１の作動を開始するべき第２時刻を設定し、第２時刻から開弁動作時間前の時刻であって、第１弁装置１及び第２弁装置２に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定し、第３時刻以前に開弁指令を出力し、開弁指令から開弁動作時間の経過以後、コンプレッサ１３１の作動を開始する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス排出流路と、
前記酸化剤ガス供給流路に設けられた第１弁装置と、
前記酸化剤ガス排出流路に設けられた第２弁装置と、
前記酸化剤ガス供給手段、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の発電中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を開状態とすることで、前記酸化剤ガス流路を開放し、前記燃料電池の発電停止中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を閉状態とすることで、前記酸化剤ガス流路を封鎖する燃料電池システムであって、
前記制御手段は、
起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始するべき第２時刻を設定し、
前記第２時刻から、前記第１弁装置及び前記第２弁装置が開弁開始から開弁完了となるまでに要する開弁動作時間前の時刻であって、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定し、
前記第３時刻以前に、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に開弁指令を出力し、
前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過以後、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過前に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合、前記第１弁装置及び前記第２弁装置の開弁動作を継続させ、開弁完了とした後、
前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導入し、システム停止中に前記燃料ガス流路から前記酸化剤ガス流路にリークした燃料ガスを希釈した後、
前記第１弁装置及び前記第２弁装置に閉弁指令を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、
前記開弁指令から、前記開弁動作時間の経過前に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合において、システム停止中に前記燃料ガス流路が掃気されているとき、前記ＯＦＦ信号に連動して前記第１弁装置及び前記第２弁装置に閉弁指令を出力し、前記酸化剤ガス供給手段を作動しない
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記起動スイッチは、第１起動スイッチと、前記第１起動スイッチのＯＮ後にＯＮされる第２起動スイッチと、を備え、
前記制御手段は、
前記第１起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、前記第２時刻を設定し、
前記第３時刻以前に前記第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、前記第３時刻又は前記第３時刻直前に、前記第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、
前記第３時刻後に前記第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、当該第２起動スイッチのＯＮ信号に連動して、前記第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力し、
前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過以後、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始する
ことを特徴とする請求項４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、水素（燃料ガス）と、酸素を含む空気（酸化剤ガス）とが供給されることで発電する燃料電池の開発が進められ、例えば、燃料電池車の電力源として応用されつつある。このような燃料電池は、その内部に、水素が通流するアノード流路（燃料ガス流路）と、空気が通流するカソード流路（酸化剤ガス流路）とを有している。
【０００３】
ところが、燃料電池の発電停止中、つまり、燃料電池と外部負荷とが電気的に遮断された状態において、外部からカソード流路に空気が流入し、この空気（酸素）がカソードの触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）下で電極反応により消費されると、カソードの電位が上昇したり、残留する水分が分解して活性の高いＯＨラジカル等が発生する虞がある。このように、カソードの電位が上昇したり、ＯＨラジカル等が発生すると、カソードを形成するカーボンペーパの炭素（Ｃ）や触媒が酸化したり、電解質膜が分解し、燃料電池が劣化してしまう。
【０００４】
また、カソード流路の空気の一部は、電解質膜を透過して、アノードにクロスリークし、このクロスリークした空気が、アノードの触媒下で消費されると、アノードの電位が上昇したり、ＯＨラジカル等が発生し、アノードを形成するカーボンペーパの炭素（Ｃ）や触媒が酸化したり、電解質膜が分解し、燃料電池が劣化してしまう。
【０００５】
そこで、カソード流路の上流及び下流に開閉弁（第１弁装置、第２弁装置）をそれぞれ設け、燃料電池の発電停止中、前記開閉弁を閉じて、カソード流路を封鎖し、外部からカソード流路への新たな空気の流入を停止すると共に、カソードからアノードへの空気のクロスリーク量を低減させる燃料電池システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１８０７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、前記した開閉弁の入口ポートや出口ポートの内径や弁体の外径は、燃料電池の発電中、開閉弁を通流する空気への圧力損失を小さくするため、なるべく大きく設計される。
ところが、このように弁体の外径が大きくなると、その受圧面積が大きくなると共に、開弁応答性が低下、つまり、開弁指令が入力されてから開弁完了に至るまでの時間（開弁動作時間、応答時間）が長くなってしまう。また、システム起動時において、前記開閉弁が開弁完了する前に、コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）が作動し、コンプレッサからの吐出空気の圧力が、前記受圧面積の大きい弁体に作用すると、開弁動作時間さらに長くなり、システム起動に時間を要してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、発電停止中に酸化剤ガス流路を適切に封鎖しつつ、速やかに起動可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス排出流路と、前記酸化剤ガス供給流路に設けられた第１弁装置と、前記酸化剤ガス排出流路に設けられた第２弁装置と、前記酸化剤ガス供給手段、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記燃料電池の発電中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を開状態とすることで、前記酸化剤ガス流路を開放し、前記燃料電池の発電停止中、前記第１弁装置及び前記第２弁装置を閉状態とすることで、前記酸化剤ガス流路を封鎖する燃料電池システムであって、前記制御手段は、起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始するべき第２時刻を設定し、前記第２時刻から、前記第１弁装置及び前記第２弁装置が開弁開始から開弁完了となるまでに要する開弁動作時間前の時刻であって、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定し、前記第３時刻以前に、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に開弁指令を出力し、前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過以後、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１０】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池の発電停止後、発電停止中（システム停止中）、制御手段が、第１弁装置及び第２弁装置を閉状態とすることで、酸化剤ガス流路を封鎖できる。なお、燃料電池内の酸化剤ガス流路を封鎖することは、カソード封鎖とも称される。
【００１１】
一方、システム起動時、制御手段が、起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、酸化剤ガス供給手段の作動を開始するべき第２時刻を設定する。
次いで、制御手段は、第２時刻から、第１弁装置及び第２弁装置が開弁開始から開弁完了となるまでに要する開弁動作時間前の時刻であって、第１弁装置及び第２弁装置に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定する。
次いで、制御手段は、第３時刻以前に、第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力する。したがって、開弁指令から開弁動作時間の経過時に、第１弁装置及び第２弁装置は開弁完了となる。
そして、制御手段は、開弁指令から開弁動作時間の経過以後、つまり、第１弁装置及び第２弁装置の開弁完了以後、酸化剤ガス供給手段の作動を開始させる。
【００１２】
このように、第１弁装置及び前記第２弁装置の開弁完了以後、酸化剤ガス供給手段の作動を開始するので、つまり、第１弁装置及び第２弁装置が開弁開始から開弁完了に至るまで（開弁動作中）、酸化剤ガス供給手段を作動しないので、開弁動作中に酸化剤ガスが第１弁装置及び第２弁装置を通流することはない。よって、第１弁装置及び第２弁装置が、酸化剤ガスの圧力の影響を受けずに、速やかに開弁完了に至ることができる。
【００１３】
すなわち、酸化剤ガス供給手段の作動を開始させるべき第２時刻よりも、開弁動作時間以前に、予め、第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力するので、酸化剤ガスの圧力の影響を受けずに、第１弁装置及び第２弁装置が開弁動作できる。
このようにして、第１弁装置及び第２弁装置が速やかに開弁完了するので、システムを速やかに起動できる。
【００１４】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過前に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合、前記第１弁装置及び前記第２弁装置の開弁動作を継続させ、開弁完了とした後、前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導入し、システム停止中に前記燃料ガス流路から前記酸化剤ガス流路にリークした燃料ガスを希釈した後、前記第１弁装置及び前記第２弁装置に閉弁指令を出力することを特徴とする。
【００１５】
このような燃料電池システムによれば、制御手段は、第１弁装置及び第２弁装置への開弁指令から開弁動作時間の経過前に、つまり、開弁動作中に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合、第１弁装置及び第２弁装置の開弁動作を継続させ、一旦開弁完了とする。この場合において、酸化剤ガス供給手段を作動しないので、第１弁装置及び第２弁装置は速やかに開弁完了する。
【００１６】
そして、第１弁装置及び第２弁装置が開弁完了した後、制御手段は、酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを導入する。これにより、システム停止中に燃料ガス流路から酸化剤ガス流路にリークした燃料ガスが希釈され、高濃度の燃料ガスがそのまま外部に流出することを防止できる。
次いで、燃料ガスを希釈した後、制御手段は、第１弁装置及び第２弁装置に閉弁指令を出力して、第１弁装置及び第２弁装置を閉状態とし、酸化剤ガス流路を封鎖できる。
【００１７】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記開弁指令から、前記開弁動作時間の経過前に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合において、システム停止中に前記燃料ガス流路が掃気されているとき、前記ＯＦＦ信号に連動して前記第１弁装置及び前記第２弁装置に閉弁指令を出力し、前記酸化剤ガス供給手段を作動しないことを特徴とする。
【００１８】
なお、システム停止中に燃料ガス流路を掃気するとは、燃料ガス流路に掃気ガス（空気、窒素等）を導入し、この掃気ガスによって、燃料ガス流路に残留する水分（水蒸気、結露水）や、残留する燃料ガス（水素等）を、燃料ガス流路から押し出すことを意味する。よって、燃料ガス流路が掃気されると、燃料ガス流路に燃料ガスは略存在せず、燃料ガスが燃料ガス流路から酸化剤ガス流路に略リークしない。
【００１９】
このような燃料電池システムによれば、制御手段は、第１弁装置及び第２弁装置への開弁指令から、開弁動作時間の経過前に、つまり、開弁動作中に、起動スイッチのＯＦＦ信号を検知した場合において、システム停止中に燃料ガス流路が掃気されているとき、開弁中の第１弁装置及び第２弁装置を介して、燃料ガスが外部に流出することはないと判断する。そして、制御手段は、起動スイッチのＯＦＦ信号に連動して、第１弁装置及び第２弁装置に閉弁指令を出力する。これにより、第１弁装置及び第２弁装置は閉状態となり、速やかに、酸化剤ガス流路を再び封鎖できる。
また、制御手段は、酸化剤ガス供給手段を作動しないので、酸化剤ガス供給手段において、エネルギ（後記する実施形態では電力）が無駄に消費されることもない。
【００２０】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記起動スイッチは、第１起動スイッチと、前記第１起動スイッチのＯＮ後にＯＮされる第２起動スイッチと、を備え、前記制御手段は、前記第１起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、前記第２時刻を設定し、前記第３時刻以前に前記第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、前記第３時刻又は前記第３時刻直前に、前記第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力することを特徴とする。
【００２１】
このような燃料電池システムによれば、制御手段は、第１起動スイッチのＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、第２時刻を設定する。
そして、制御手段は、第３時刻以前に第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、第３時刻又は第３時刻直前に、第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力し、開弁動作させる。よって、開弁指令から開弁動作時間の経過後、第１弁装置及び第２弁装置を開弁完了とできる。
【００２２】
前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記第３時刻後に前記第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、当該第２起動スイッチのＯＮ信号に連動して、前記第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力し、前記開弁指令から前記開弁動作時間の経過以後、前記酸化剤ガス供給手段の作動を開始することを特徴とする。
【００２３】
このような燃料電池システムによれば、制御手段は、第２起動スイッチがなかなかＯＮされず、第３時刻後に第２起動スイッチのＯＮ信号を検知した場合、第２起動スイッチのＯＮ信号に連動して、第１弁装置及び第２弁装置に開弁指令を出力する。
そして、この場合においても、制御手段は、第１弁装置及び第２弁装置への開弁指令から開弁動作時間の経過以後、酸化剤ガス供給手段の作動を開始させるので、つまり、第１弁装置及び第２弁装置の開弁動作中に、酸化剤ガスを通流しないので、第１弁装置及び第２弁装置を速やかに開弁完了できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、発電停止中に酸化剤ガス流路を適切に封鎖しつつ、速やかに起動可能な燃料電池システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るノーマルクローズ型の第１弁装置の側断面図であり、閉状態を示している。
【図３】温度と、コンプレッサが作動するまでに要するコンプレッサ所要時間と、第１弁装置及び第２弁装置の開弁動作時間との関係を示すマップである。
【図４】システム停止時間とカソード流路にクロスリークした水素量との関係を示すマップである。
【図５】システム停止時間と希釈時間との関係を示すマップである。
【図６】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートであり、第３時刻に開弁指令を出力する通常時を示す。
【図８】変形例に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートであり、第３時刻の直前に開弁指令を出力する通常時を示す。
【図９】本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートであり、第１弁装置及び第２弁装置の開弁動作中にＩＧがＯＦＦされた場合であって、アノード掃気が実行されていないときを示す。
【図１０】本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートであり、第１弁装置及び第２弁装置の開弁動作中にＩＧがＯＦＦされた場合であって、アノード掃気が実行されているときを示す。
【図１１】本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートであり、第３時刻後にスタートボタンがＯＮされた時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図１１を参照して説明する。
【００２７】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１００は、図示しない燃料電池車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１１０の掃気時に掃気ガスをアノード系に導入する掃気ガス導入系と、これらを電子制御するＥＣＵ１６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２８】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）とを備えている。
【００２９】
アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）と、を含んでいる。
【００３０】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１１（燃料ガス流路）、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００３１】
そして、アノード流路１１１を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１１２を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１１０と走行モータ等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−  …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …（２）
【００３２】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク１２１と、ノーマルクローズ型（常閉型）の遮断弁１２２と、減圧弁１２３と、エゼクタ１２４と、ノーマルクローズ型のパージ弁１２５と、ノーマルクローズ型の掃気ガス排出弁１２６と、を備えている。
【００３３】
水素タンク１２１は、配管１２１ａ、遮断弁１２２、配管１２２ａ、減圧弁１２３、配管１２３ａ、エゼクタ１２４、配管１２４ａを介して、アノード流路１１１の入口に接続されている。そして、燃料電池スタック１１０を発電させるため、ＥＣＵ１６０からの指令によって遮断弁１２２が開かれると、水素が、水素タンク１２１から遮断弁１２２等を通って、アノード流路１１１に供給されるようになっている。
【００３４】
遮断弁１２２は、パイロット式の電磁弁であって、メインバルブ１２２ｂと、メインバルブ１２２ｂよりも受圧面積の小さいパイロットバルブ１２２ｃと、を備えている。そして、遮断弁１２２にＥＣＵ１６０から開弁指令が入力されると、まず、パイロットバルブ１２２ｃが開弁し、遮断弁１２２の下流側（二次側）の圧力が所定圧力に上昇した後、メインバルブ１２２ｂが開弁するようになっている。
【００３５】
減圧弁１２３は、例えば、特開２００４−１８５８３１号公報、特開２００４−１８５８７２号公報、特開２００６−１５６２０８号公報に記載されるように、カソード系の後記する配管１３１ａから配管１２３ｂを通って供給される空気の圧力をパイロット圧（作動圧、信号圧）として、水素の圧力を所定圧力に減圧するものである。
【００３６】
アノード流路１１１の出口は、配管１２４ｂを介して、エゼクタ１２４の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１１１から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、エゼクタ１２４に戻された後、アノード流路１１１に再供給され、その結果、水素が循環するようになっている。なお、配管１２４ｂには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００３７】
配管１２４ｂの途中は、配管１２５ａ、パージ弁１２５、配管１２５ｂを介して、後記する希釈器１３２に接続されている。パージ弁１２５は、例えば、システム起動時に、アノード流路１１１を所定水素濃度以上とするため、ＥＣＵ１６０によって適宜に開弁される。その他、パージ弁１２５は、システム作動中（燃料電池スタック１１０の発電中）に、配管１２４ｂを循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ１６０によって定期的に開弁される。
【００３８】
また、配管１２５ａの接続位置よりも上流側の配管１２４ｂは、配管１２６ａ、掃気ガス排出弁１２６、配管１２６ｂを介して、後記する配管１３２ｂに接続されている。掃気ガス排出弁１２６は、燃料電池スタック１１０の掃気時、詳細には、アノード流路１１１の掃気時に、コンプレッサ１３１が作動した状態で、ＥＣＵ１６０により、後記する掃気ガス導入弁１４１と共に開かれる設定となっている。
【００３９】
なお、燃料電池スタック１１０の掃気時とは、本実施形態では、燃料電池スタック１１０の発電停止後のシステム停止中において、温度センサ（例えば後記する温度センサ１５３）によって検出されるシステム温度が所定温度（例えば０℃）未満であり、この後、燃料電池スタック１１０内が凍結すると判断される時である。
【００４０】
このように、アノード流路１１１の上流には、遮断弁１２２及び後記する掃気ガス導入弁１４１が配置され、アノード流路１１１の下流には、パージ弁１２５、掃気ガス排出弁１２６が配置されているが、いずれの弁もノーマルクローズ型であり、燃料電池スタック１１０の発電停止中（システム停止中）、原則として、閉状態で維持され、アノード流路１１１は封鎖された状態となる。したがって、車外の空気が、掃気ガス排出弁１２６等を通って、アノード流路１１１に流入することはない。
【００４１】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ１３１（酸化剤ガス供給手段）と、ノーマルクローズ型（常開型）の第１弁装置１と、ノーマルクローズ型の第２弁装置２と、希釈器１３２と、水素センサ１３３とを備えている。
【００４２】
コンプレッサ１３１は、配管１３１ａ、第１弁装置１、配管１３１ｂを介して、カソード流路１１２の入口に接続されている。そして、コンプレッサ１３１は、ＥＣＵ１６０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、配管１３１ａ等を介して、カソード流路１１２に供給するようになっている。
【００４３】
なお、コンプレッサ１３１は、燃料電池スタック１１０の掃気時には、掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段として機能する。また、コンプレッサ１３１、第１弁装置１、第２弁装置２、遮断弁１２２、及び、その他の弁は、燃料電池スタック１１０及び／又はこの電力を蓄えるバッテリ（図示しない）を電源としている。
【００４４】
すなわち、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）に向かう空気（酸化剤ガス）が通流する酸化剤ガス供給流路は、配管１３１ａと配管１３１ｂとを備えて構成され、この酸化剤ガス供給流路に、第１弁装置１が設けられている。第１弁装置１は、ＥＣＵ１６０によって制御されるノーマルクローズ型の電磁弁であり、燃料電池スタック１１０の発電中（システム作動中）は開状態となり、発電停止後、つまり、発電停止中（システム停止中）は閉状態となる。
なお、第１弁装置１の具体的構造は、後で説明する。
【００４５】
カソード流路１１２の出口は、配管１３２ａ、第２弁装置２、配管１３２ｂを介して、希釈器１３２に接続されている。そして、カソード流路１１２から排出されたカソードオフガス（酸化剤ガス）は、配管１３２ａ等を介して、希釈器１３２に排出されるようになっている。
なお、配管１３２ｂには、バタフライ等から構成され、その開度がＥＣＵ１６０によって制御されるノーマルオープン型の背圧弁（図示しない）が設けられている。
【００４６】
すなわち、カソード流路１１２（酸化剤ガス流路）から排出されたカソードオフガスが通流する酸化剤ガス排出流路は、配管１３２ａと、配管１３２ｂと、後記する配管１３２ｃとを備えて構成され、この酸化剤ガス排出流路に、第２弁装置２が設けられている。第２弁装置２は、ＥＣＵ１６０によって制御されるノーマルクローズ型の電磁弁であり、燃料電池スタック１１０の発電中（システム作動中）は開状態となり、発電停止後、つまり、発電停止中（システム停止中）は閉状態となる。
なお、第２弁装置２の具体的構造は、後で説明する。
【００４７】
＜第１弁装置、第２弁装置＞
ここで、第１弁装置１、第２弁装置２の具体的構造について、図２を参照して説明する。
第１弁装置１は、ノーマルクローズ型の第１弁１０と、通電により第１弁１０を開閉操作する第１ソレノイド装置４０（第１操作手段）と、を備えている。
第２弁装置２は、ノーマルクローズ型の第２弁１０Ａと、通電により第２弁１０Ａを開閉操作する第２ソレノイド装置４０Ａ（第２操作手段）と、を備えている。
ここで、第１弁装置１と第２弁装置２との構造は同一、つまり、第１弁１０と第２弁１０Ａ、第１ソレノイド装置４０と第２ソレノイド装置４０Ａ、はそれぞれ同一の構造であるので、以下、第１弁装置１について説明し、第２弁装置２については省略する。
【００４８】
［第１弁］
第１弁１０は、入口ポート１２及び出口ポート１３が形成されたボディ１１（弁箱）と、出口ポート１３周りの弁座１４に対して着座／離座する弁体２０と、圧縮コイルばね３１と、を備えている。
【００４９】
入口ポート１２には、コンプレッサ１３１からの空気（掃気時は掃気ガスとしての空気）が通流する配管１３１ａが接続されており、出口ポート１３には、配管１３１ｂが接続されている。一方、第２弁１０Ａの入口ポート１２には配管１３２ａが接続されており、出口ポート１３には配管１３２ｂが接続されている。
ただし、配管１３１ａ等の接続構成はこれに限定されず、例えば、出口ポート１３（この場合入口ポートとなる）に配管１３１ａが接続され、入口ポート１２（この場合出口ポートとなる）に配管１３１ｂが接続された構成でもよい。
【００５０】
弁体２０は、出口ポート１３周りの弁座１４に対して着座／離座する本体２１と、本体２１と一体に形成され、本体２１の中心から上方に延び、上部がボディ１１の天壁部を貫通し、第１ソレノイド装置４０内に延びるロッド２３と、を備えている。なお、ロッド２３の上端には、第１ソレノイド装置４０の固定コア（図示しない）に吸引される可動コア（図示しない）が一体に固定されている。
【００５１】
ここで、第１弁１０（第２弁１０Ａ）は、システム作動中（燃料電池スタック１１０の発電中）、開状態となり、その内部をコンプレッサ１３１からの空気（カソードオフガス）が通流することになるから、通流する空気が第１弁１０から受ける圧力損失を小さくするため、入口ポート１２及び出口ポート１３の内径はなるべく大きく、本体２１の外径は出口ポート１３に対応してなるべく大きく構成される。
【００５２】
このように本体２１の外径が大きくなると、本体２１の受圧面積も大きくなり、ＥＣＵ１６０からの開弁指令／閉弁指令に対する第１弁１０の応答性が低下する。よって、第１弁装置１は、開弁指令に連動して第１弁１０が直ちに開弁することはできず、開弁指令に連動して開弁を開始した後、開弁中である開弁動作時間経過後、開弁が完了するという特性を有している。
【００５３】
なお、開弁前に空気（カソードオフガス）がボディ１１内に供給されてしまうと、この空気によって本体２１が閉方向に付勢されるので、第１弁１０が開弁しにくくなる。また、開弁中となる開弁動作時間は、図３に示すように、第１弁装置１の温度（外気温度）が低くなるほど長くなるという傾向を有している。さらに、開弁動作時間は、圧縮コイルばね３１のばね力が大きくなるほど長くなり、通電時における第１ソレノイド装置４０の吸引力が小さくなるほど長くなる。
【００５４】
弁体２０の本体２１は円板状を呈し、本体２１が弁座１４から離座すると、第１弁１０が開状態となり、入口ポート１２と出口ポート１３とが連通するようになっている。一方、本体２１が弁座１４に着座すると、第１弁１０が閉状態となり、入口ポート１２と出口ポート１３とが遮断されるようになっている（図２参照）。
【００５５】
本体２１の弁座１４側面には、ゴム製等の環状のシール部材２２が設けられている。そして、本体２１が着座した場合（第１弁１０が閉じた場合）、シール部材２２が弾性変形することで、閉状態におけるシール性が高められている。なお、シール部材２２が弁座１４に設けられた構成でもよい
【００５６】
圧縮コイルばね３１は、ボディ１１の天壁部と、弁体２０の本体２１との間に縮設されており、本体２１（弁体２０）を閉方向に付勢している。そして、第１ソレノイド装置４０への通電が停止されている場合、圧縮コイルばね３１に付勢される本体２１が弁座１４に着座し、これにより、第１弁１０がノーマルクローズ型に構成されている。
【００５７】
［第１ソレノイド装置］
第１ソレノイド装置４０（第２ソレノイド装置４０Ａ）は、第１弁１０（第２弁１０Ａ）を閉状態から開状態に駆動する第１電気駆動装置（第２電気駆動装置）であり、ソレノイド４１と、ソレノイド４１に通電された場合に励磁する固定コア（図示しない）と、を備えている。
【００５８】
そして、ＥＣＵ１６０から開弁指令が入力されると、ソレノイド４１に通電し、これにより励磁する固定コア（図示しない）に、ロッド２３に固定された可動コア（図示しない）が吸引されることで、弁体２０が離座し、第１弁１０が開状態となる。
なお、第１ソレノイド装置４０は、ボディ１１に固定されると共に、バッテリ（図示しない）を電源としている。
【００５９】
図１に戻って説明を続ける。
希釈器１３２は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）で希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、希釈後のガスは、配管１３２ｃを介して、車外に排出されるようになっている。
【００６０】
水素センサ１３３は、配管１３２ｃに取り付けられており、希釈器１３２から車外に排出されるガス中の水素濃度を検出するようになっている。そして、水素センサ１３３は、検出した水素濃度を、ＥＣＵ１６０に出力するようになっている。
このような水素センサ１３３は、特開２００６−１５３５９８号公報、特開２００７−４０７５５号公報に記載されるように、水素を触媒上で燃焼させる接触燃焼式で構成され、バッテリ（図示しない）等を電源として作動する。そして、水素センサ１３３は、その起動から水素濃度を検出可能となるまでに、所定の暖機時間を必要とする。
なお、このような水素センサ１３３は、配管１３２ｃだけでなく、その他に、燃料電池スタック１１０が配置されるセンタートンネル、水素タンク１２１が配置されるタンク室、車室等にも取り付けられる。
【００６１】
また、配管１３１ｂと配管１３２ａとを跨ぐように加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分透過性を有する中空糸膜を複数本内蔵し、この中空糸膜を介して、カソード流路１１２に向かう空気と、カソード流路１１２から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路１１２に向かう空気を加湿するものである。
【００６２】
＜掃気ガス導入系＞
掃気ガス導入系は、ノーマルクローズ型の掃気ガス導入弁１４１を備えている。掃気ガス導入弁１４１の上流は配管１４１ａを介して配管１３１ａに接続されており、掃気ガス導入弁１４１の下流は配管１４１ｂを介して配管１２４ａに接続されている。
そして、燃料電池スタック１１０の掃気時に、コンプレッサ１３１が作動した状態で、ＥＣＵ１６０によって掃気ガス導入弁１４１が開かれると、コンプレッサ１３１からの掃気ガスが、アノード流路１１１に導入されるようになっている。
【００６３】
＜ＩＧ等＞
ＩＧ１５１（第１起動スイッチ）は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ１５１はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はＩＧ１５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。
【００６４】
スタートボタン１５２（第２起動スイッチ）は、燃料電池システム１００（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、スタートボタン１５２はＥＣＵ１６０と接続されており、ＥＣＵ１６０はスタートボタン１５２のＯＮ信号を検知するようになっている。
【００６５】
なお、本実施形態では、ＩＧ１５１のＯＮ信号を検知している状態において、スタートボタン１５２のＯＮ信号を検知すると、ＥＣＵ１６０は、運転者から起動要求があったと判断して、燃料電池システム１００の起動処理を開始するように設定されている。
一方、システム作動中において、ＩＧ１５１のＯＦＦ信号を検知すると、ＥＣＵ１６０は、運転者から停止要求があったと判断して、燃料電池システム１００の停止処理を開始するように設定されている。
【００６６】
温度センサ１５３は、外気温度を検出するセンサであり、燃料電池車の適所に設けられている。そして、温度センサ１５３は、検出した外気温度をＥＣＵ１６０に出力するようになっている。
【００６７】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ１６０（制御手段）は、燃料電池システム１００を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮して各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００６８】
＜ＥＣＵ−第１弁装置、第２弁装置の開閉制御機能＞
ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１の第１ソレノイド装置４０と、第２弁装置２の後記する第２ソレノイド装置４０Ａとを制御し、第１弁１０、第２弁１０Ａを開閉制御する機能を備えている。
【００６９】
＜ＥＣＵ−第２時刻設定機能＞
ＥＣＵ１６０は、システム起動時に、ＩＧ１５１のＯＮ信号を検知した第１時刻に基づいて、コンプレッサ１３１の作動を開始するべき第２時刻を設定する機能を備えている。
なお、ＩＧ１５１のＯＮに連動してＥＣＵ１６０が立ち上がり、この立ち上がり時刻を第１時刻としてもよく、このような構成としても技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００７０】
具体的には、ＥＣＵ１６０は、第１時刻から、コンプレッサ１３１が作動するまでに要するコンプレッサ所要時間先の時刻であって、運転者（オペレータ）の起動要求に対応して、コンプレッサ１３１の作動を開始させるべき第２時刻を設定する。
コンプレッサ所要時間とは、ＩＧ１５１のＯＮ時（第１時刻）から、水素センサ１３３の暖機や、遮断弁１２２の開弁等が完了し、コンプレッサ１３１が作動可能となる状態までに要する時間である。
【００７１】
ここで、外気温度が低くなると、水素センサ１３３の暖機時間や、遮断弁１２２の開弁完了までの時間が、長くなるので、図３のマップに示すように、外気温度が低くなると、コンプレッサ所要時間が長くなる。よって、外気温度が低くなると、第２時刻は遅い時刻に設定される。
なお、図３のマップは、事前試験等によって求められ、予め、ＥＣＵ１６０に記憶される。また、図３のマップに代えて、図３の関係を示す関係式や、テーブル等に基づいて、コンプレッサ所要時間を算出する構成としてもよい。
【００７２】
＜ＥＣＵ−開弁動作時間算出機能＞
ＥＣＵ１６０は、システム起動時に、外気温度と、図３のマップとに基づいて、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁開始から開弁完了となるまでに要する開弁動作時間を算出する機能を備えている。開弁動作時間は、図３に示すように、外気温度が低くなると、長くなる。
なお、図３のマップは、事前試験等によって求められ、予め、ＥＣＵ１６０に記憶される。
【００７３】
＜ＥＣＵ−第３時刻設定機能＞
ＥＣＵ１６０は、システム起動時に、第１弁装置１及び第２弁装置２に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定する機能を備えている。すなわち、第３時刻は、開弁指令が最も遅れたとしても、この時刻以前に、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力すれば、コンプレッサ１３１の作動を開始するべき第２時刻に、第１弁装置１及び第２弁装置２は開弁完了する時刻である。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、第２時刻から、前記した開弁動作時間前の時刻を、第３時刻として設定する。
【００７４】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１００の動作について説明する。
【００７５】
＜システム停止時＞
まず、燃料電池システム１００の停止時（燃料電池スタック１１０の発電停止時）について説明する。
ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＦＦ信号を検知すると、運転者からシステムの停止要求があったと判断する。そして、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０と外部負荷（走行用のモータ等）とを電気的に遮断し、燃料電池スタック１１０からの電流の取り出しを停止し、その発電を停止する。また、ＥＣＵ１６０は、遮断弁１２２を閉じ、コンプレッサ１３１を停止する。
【００７６】
さらに、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び第２弁装置２に閉弁指令をそれぞれ出力し、第１ソレノイド装置４０及び第２ソレノイド装置４０Ａへの通電を停止する。そうすると、第１弁１０及び第２弁１０Ａは、開状態から閉状態となり、カソード流路１１２が封鎖される。
【００７７】
このようにして、燃料電池スタック１１０の発電停止後（システム停止後）、発電停止中（システム停止中）において、第１弁装置１の第１弁１０と、第２弁装置２の第２弁１０Ａとが閉状態となり、カソード流路１１２が封鎖されるので、車外の空気が、第１弁１０又は第２弁１０Ａを通って、カソード流路１１２に新たに流入することはない。
【００７８】
これにより、ＭＥＡを構成するカソード又はアノードの電位の上昇や、ＯＨラジカル等の発生が抑制され、カソード又はアノードの劣化や、電解質膜の分解が抑制される。その結果、燃料電池スタック１１０の劣化が抑制され、その耐久性が高められている。
また、第１弁１０及び第２弁１０Ａはノーマルクローズ型であるので、電力等を消費せずに、第１弁１０及び第２弁１０Ａは、閉状態で維持される。
【００７９】
このようなシステム停止中において、温度センサ１５３から入力されるが外気温度（システム温度）が、所定温度（例えば０℃）未満となり、この後、燃料電池スタック１１０内が凍結すると判断した場合、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０を掃気する。
【００８０】
具体的には、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１、第２弁装置２、掃気ガス導入弁１４１、掃気ガス排出弁１２６を開いた後、コンプレッサ１３１を作動させ、アノード流路１１１及びカソード流路１１２に掃気ガスを導入し、これらに残留する水分（結露水、水蒸気等）や、水素を車外に押し出す。
【００８１】
なお、第１弁装置１及び第２弁装置２は、後記するシステム起動時で説明するように、開弁指令から開弁完了となるまでに開弁動作時間を要するので、第１弁装置１及び第２弁装置２が開弁完了となった後、コンプレッサ１３１を作動する。また、アノード流路１１１及びカソード流路１１２を並行して掃気する方式に限らず、例えば、アノード流路１１１、カソード流路１１２の順で掃気する方式でもよい。
【００８２】
所定の掃気時間の経過後、コンプレッサ１３１を停止した後、第１弁装置１、第２弁装置２、掃気ガス導入弁１４１、掃気ガス排出弁１２６を閉じる。そして、ＥＣＵ１６０は、アノード流路１１１及びカソード流路１１２を掃気したことを、フラグ等によって一時的に記憶する。
【００８３】
なお、このようにアノード流路１１１の掃気（アノード掃気）が実行されると、アノード流路１１１に残留する水素の車外に排出されるので、システム停止中に（詳細には掃気後）、残留する水素がＭＥＡを透過し、カソード流路１１２にリークすることはない。
一方、アノード流路１１１の掃気が実行されないと、アノード流路１１１に残留する水素が、カソード流路１１２にリークする。そして、システム停止時間が長くなるほど、リークした水素の量が多くなる（図４参照）。よって、システム停止時間が長くなり、リークした水素の量が多くなるほど、後記する希釈に要する時間（希釈時間）が長くなる（図５参照）。
【００８４】
＜システム起動時＞
次に、燃料電池システム１００の起動時（燃料電池スタック１１０の発電開始時）について、図６を参照して説明する。
なお、ＩＧ１５１（第１起動スイッチ）がＯＮされると、そのＯＮ信号を検知したＥＣＵ１６０は図６の各処理を開始する。
【００８５】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ１６０は、水素センサ１３３への通電を開始し、水素センサ１３３の暖機を開始する。その他、車室等に取り付けられた水素センサ（図示しない）の暖機も開始する。
【００８６】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ信号を検知した第１時刻と、コンプレッサ１３１が作動するまでに要するコンプレッサ所要時間と基づいて、コンプレッサ１３１の作動を開始するべき第２時刻を設定する。
なお、コンプレッサ所要時間は、外気温度と、図３のマップとに基づいて算出される。
【００８７】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ１６０は、第２時刻と、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁動作時間とに基づいて、第１弁装置１及び第２弁装置２に最大遅れて開弁指令を出力するべき第３時刻を設定する。
なお、開弁動作時間は、外気温度と、図３のマップとに基づいて算出される。
【００８８】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１６０は、スタートボタン１５２がＯＮされたか否か判定する。
スタートボタン１５２はＯＮされたと判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０５に進む。一方、スタートボタン１５２はＯＮされていないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１６に進む。
【００８９】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ１６０は、遮断弁１２２に開弁指令を出力する。なお、開弁指令が入力されると、遮断弁１２２のパイロットバルブ１２２ｃが開き、下流側（二次側）の圧力が所定圧力に上昇した後、メインバルブ１２２ｂが開く。
【００９０】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１６０は、現在、ステップＳ１０３で設定した第３時刻であるか否か判定する。
第３時刻であると判定した場合（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０７に進む。一方、第３時刻でないと判定した場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１４に進む。
【００９１】
この他、ステップＳ１０６において、現在、第３時刻直前であるか否か判定し、第３時刻直前であると判定した場合、ステップＳ１０７に進むようにしてもよい。なお、第３時刻直前時とは、第３時刻から所定時間（例えば５〜１０秒）前の時刻を意味する。
【００９２】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１と、第２弁装置２とに開弁指令を出力する。
具体的に、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１のソレノイド４１と、第２弁装置２のソレノイド４１への通電を開始する（図２参照）。そうすると、弁体２０が弁座１４から離座し始め、第１弁１０及び第２弁１０Ａが開弁し始める。
【００９３】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０７で開弁指令を出力してから、開弁動作時間が経過したか否か判定する。
【００９４】
開弁動作時間は経過したと判定した場合（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０９に進む。このようにステップＳ１０９に進む場合、第１弁装置１の第１弁１０、及び、第２弁装置２の第２弁１０Ａは、開弁完了している。
一方、開弁動作時間は経過していないと判定した場合（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２０に進む。このようにステップＳ１２０に進む場合、第１弁装置１の第１弁１０、及び、第２弁装置２の第２弁１０Ａは、開弁完了してなく、開弁途中である。
【００９５】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ１６０は、現在、ステップＳ１０２で設定した第２時刻の経過以後であるか否か判定する。
第２時刻以後であると判定した場合（Ｓ１０９・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１０に進む。一方、第２時刻以後でないと判定した場合（Ｓ１０９・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０はステップＳ１０９の判定を繰り返す。
【００９６】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１６０は、コンプレッサ１３１の作動を開始し、カソード流路１１２に空気を通流させる。この場合において、第１弁１０及び第２弁１０Ａは開弁完了しているので、通流する空気が第１弁１０及び第２弁１０Ａから受ける圧力損失は小さくなる。
【００９７】
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ１６０は、配管１２３ｂを介して減圧弁１２３に入力されるパイロット圧（信号圧）が、所定圧力以上に上昇したか否か判定する。
具体的には、ステップＳ１１０でコンプレッサ１３１の作動を開始してから、パイロット圧が所定圧力以上に上昇したと判断される所定時間経過した場合、パイロット圧が所定圧力以上に上昇したと判定する。その他、圧力センサによってパイロット圧を直接検出してもよい。
【００９８】
パイロット圧が所定圧力以上に上昇したと判定した場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１２に進む。
一方、パイロット圧が所定圧力以上に上昇していないと判定した場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０はステップＳ１１１の判定を繰り返す。
【００９９】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０のＯＣＶが発電可能な所定ＯＣＶ以上であるか否をチェックするＯＣＶチェックを開始する。
ここで、燃料電池スタック１１０のＯＣＶは、燃料電池スタック１１０の出力端子に接続された電圧センサによって検出される。また、現在のＯＣＶが、所定ＯＣＶ以上でない場合、例えば、ＥＣＵ１６０は、パージ弁１２５を間欠的に開き、アノード流路１１１のガスを排出すると共に、水素タンク１２１からの高濃度の水素をアノード流路１１１に押し込み、アノードにおける電極反応を促進させる。
そして、燃料電池スタック１１０のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上となった場合、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１３に進む。
【０１００】
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池スタック１１０と外部負荷（走行用のモータ等）とを電気的に接続し、アクセル等からの発電要求量に対応して、燃料電池スタック１１０を発電させる。
【０１０１】
このようにして、燃料電池スタック１１０の発電中（システム作動中）において、第１弁装置１の第１弁１０と、第２弁装置２の第２弁１０Ａとが開状態となり、カソード流路１１２が車外に開放される。
【０１０２】
次に、ステップＳ１０６の判定結果がＮｏとなって進むステップＳ１１４を説明する。
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１がＯＦＦされたか否か判定する。
ＩＧ１５１はＯＦＦされたと判定した場合（Ｓ１１４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１５に進む。一方、ＩＧ１５１はＯＦＦされていないと判定した場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０６に進む。
【０１０３】
ステップＳ１１５において、ＥＣＵ１６０は、燃料電池システム１００を停止させる。
具体的には、ＥＣＵ１６０は、水素センサ１３３への通電を停止し、遮断弁１２２に閉弁指令を出力する。
【０１０４】
次に、ステップＳ１０４の判定結果がＮｏとなって進むステップＳ１１６を説明する。
ステップＳ１１６において、ＥＣＵ１６０は、現在、ステップＳ１０３で設定した第３時刻の経過後であるか否か判定する。
第３時刻の経過後であると判定した場合（Ｓ１１６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１７に進む。一方、第３時刻の経過後でないと判定した場合（Ｓ１１６・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０４に進む。
【０１０５】
ステップＳ１１７において、ＥＣＵ１６０は、スタートボタン１５２がＯＮされたか否か判定する。
スタートボタン１５２はＯＮされたと判定した場合（Ｓ１１７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１８に進む。一方、スタートボタン１５２はＯＮされていないと判定した場合（Ｓ１１７・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１９に進む。
【０１０６】
ステップＳ１１８において、ＥＣＵ１６０は、遮断弁１２２に開弁指令を出力する。その後、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ１０７に進む。
このように、第３時刻後（Ｓ１１６・Ｙｅｓ）、スタートボタン１５２がＯＮされた場合（Ｓ１１７・Ｙｅｓ）、スタートボタン１５２のＯＮに連動して、ステップＳ１０７で開弁指令が出力されることになる。
【０１０７】
ステップＳ１１９において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１がＯＦＦされたか否か判定する。
ＩＧ１５１はＯＦＦされたと判定した場合（Ｓ１１９・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１５に進む。一方、ＩＧ１５１はＯＦＦされていないと判定した場合（Ｓ１１９・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１７に進む。
【０１０８】
次に、ステップＳ１０８の判定結果がＮｏとなって進むステップＳ１２０を説明する。
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１がＯＦＦされたか否か判定する。
【０１０９】
ＩＧ１５１はＯＦＦされたと判定した場合（Ｓ１２０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２１に進む。このようにステップＳ１２１に進む場合は、第１弁装置１及び第２弁装置２への開弁指令後、開弁動作時間の経過前であって第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁完了前に、ＩＧ１５１（第１起動スイッチ）のＯＦＦ信号を検知した場合である。
一方、ＩＧ１５１はＯＦＦされていないと判定した場合（Ｓ１２０・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１０８に進む。
【０１１０】
ステップＳ１２１において、ＥＣＵ１６０は、ＩＧ１５１のＯＮ前、つまり、システム停止中に燃料電池スタック１１０（特にアノード流路１１１）が掃気されているか否か、フラグを参照して判定する。
【０１１１】
燃料電池スタック１１０は掃気されていると判定した場合（Ｓ１２１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２７に進む。このようにステップＳ１２７に進む場合、燃料電池スタック１１０は掃気されているので、アノード流路１１１からカソード流路１１２への水素のクロスリークの心配は殆ど無く、カソード流路１１２に水素は略存在しない。
【０１１２】
一方、燃料電池スタック１１０は掃気されていないと判定した場合（Ｓ１２１・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２３に進む。このようにステップＳ１２３に進む場合、燃料電池スタック１１０は掃気されていないので、アノード流路１１１からカソード流路１１２に水素はリークし、カソード流路１１２に水素が存在することになる。そして、第１弁装置１及び第２弁装置２が開弁動作したことによって（Ｓ１０７）、カソード流路１１２の水素は、自己拡散し、配管１３２ａ等を通って、徐々に車外に流出ようとする。
【０１１３】
ステップＳ１２３において、ＥＣＵ１６０は、ステップＳ１０７で開弁指令を出力してから、開弁動作時間が経過したか否か判定する。
開弁動作時間は経過したと判定した場合（Ｓ１２３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２４に進む。このようにステップＳ１２４に進む場合、第１弁装置１の第１弁１０、及び、第２弁装置２の第２弁１０Ａは、開弁完了している。
一方、開弁動作時間は経過していないと判定した場合（Ｓ１２３・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０はステップＳ１２３の判定を繰り返す。
【０１１４】
ステップＳ１２４において、ＥＣＵ１６０は、コンプレッサ１３１を作動し、カソード流路１１２にリーク後、開弁した第２弁装置２を通って車外に流出しようとする水素を希釈する。この場合において、第１弁装置１及び第２弁装置２は開弁完了しているので、コンプレッサ１３１からの空気が第１弁装置１及び第２弁装置２から受ける圧力損失は、小さくなっている。
【０１１５】
なお、希釈時間、つまり、コンプレッサ１３１を作動させる時間は、システムの停止時間と、図５のマップとに基づいて算出される。ここで、車外に排出される水素濃度を希薄な所定濃度以下に低下させるべく、図５に示すように、システムの停止時間が長くなると、つまり、カソード流路１１２にリークする水素の量（クロスリーク水素量）が増加するので、希釈時間（コンプレッサ１３１の作動時間）が長く、希釈に要する空気量が多くなる。
また、このように水素を希釈することによって、カソード流路１１２、第１弁装置１及び第２弁装置２は掃気されるので、掃気とも称される。
【０１１６】
ステップＳ１２５において、ＥＣＵ１６０は、水素の希釈が完了したか否か、つまり、コンプレッサ１３１の作動開始後、希釈時間が経過したか否か判定する。
希釈時間が経過し、希釈は完了したと判定した場合（Ｓ１２５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１２６に進む。一方、希釈時間が経過してなく、希釈は完了していないと判定した場合（Ｓ１２５・Ｎｏ）、ＥＣＵ１６０はステップＳ１２５の判定を繰り返す。
【０１１７】
ステップＳ１２６において、ＥＣＵ１６０は、コンプレッサ１３１を停止する。
その後、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び第２弁装置２に閉弁指令を出力し、これらを閉じる。つまり、第１弁装置１及び第２弁装置２のソレノイド４１（図２参照）への通電を停止し、第１弁装置１及び第２弁装置２を閉状態とし、カソード流路１１２を封鎖する。
そして、ＥＣＵ１６０の処理はステップＳ１１５に進む。
【０１１８】
次に、ステップＳ１２１の判定結果がＹｅｓとなって進むステップＳ１２７を説明する。
ステップＳ１２７において、ＥＣＵ１６０は、第１弁装置１及び第２弁装置２に閉指令を出力し、これらを閉じる。すなわち、ステップＳ１２７に進む場合、カソード流路１１２に水素は略存在せず、前記したように水素を希釈する必要がないので、第１弁装置１及び第２弁装置２は、ＩＧ１５１のＯＦＦに連動して、速やかに閉じられることになる。
【０１１９】
その後、ＥＣＵ１６０の処理は、ステップＳ１１５に進む。
このように、システム停止中にアノード流路１１１が掃気されている場合（Ｓ１２１・Ｙｅｓ）、水素を希釈する必要がなく、コンプレッサ１３１を作動させずにシステムを停止するので（Ｓ１１５）、コンプレッサ１３１において無駄に電力消費されることはない。
【０１２０】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１００によれば次の効果について、図７〜図１１を参照して説明する。
図７に示すように、第３時刻以前に、スタートボタン１５２のＯＮ信号を検知した場合（Ｓ１１６・Ｎｏ、Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、第３時刻に第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力し（Ｓ１０６・Ｙｅｓ、Ｓ１０７）、その後、開弁動作時間が経過したとき（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、第１弁装置１及び第２弁装置２は開弁完了する。
そして、このように開弁完了した後、コンプレッサ１３１を作動させ（Ｓ１１０）、パイロット圧が上昇した後（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＯＣＶチェックを開始する（Ｓ１１２）。
【０１２１】
すなわち、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁完了前に、コンプレッサ１３１が作動せず、第１弁装置１及び第２弁装置２に空気（カソードオフガス）が供給され、その空気圧によって、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁動作が遅れることはない。
【０１２２】
これにより、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁完了状態で、第２時刻にコンプレッサ１３１をＯＮすることができ、システムの起動に要する時間（所要時間）が長くならず、速やかに起動できる。また、第１弁装置１及び第２弁装置２は、空気（カソードオフガス）が通流しない状態で、つまり、空気圧の影響を受けずに開弁動作するので、例えば、第１弁装置１及び第２弁装置２を構成するソレノイド４１を小さくできる。したがって、第１弁装置１及び第２弁装置２を小型化でき、燃料電池車に搭載容易となる。
【０１２３】
次に、図８に示すように、第３時刻直前に、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力する場合（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、つまり、開弁指令を早める場合、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁完了が早まる。これにより、コンプレッサ１３１がＯＮされる第２時刻に（Ｓ１０９・Ｙｅｓ、Ｓ１１０）、第１弁装置１及び第２弁装置２は、確実に開弁完了した状態となる。
【０１２４】
次に、図９に示すように、開弁指令から開弁動作時間の経過前（Ｓ１０８・Ｎｏ）、つまり、第１弁装置１及び第２弁装置２の開弁動作中にＩＧ１５１がＯＦＦされた場合において（Ｓ１２０・Ｙｅｓ）、アノード流路１１１が掃気されていないとき（Ｓ１２１・Ｎｏ）、コンプレッサ１３１を作動させずに、開弁動作時間の経過を待って（Ｓ１２３・Ｙｅｓ）、第１弁装置１及び第２弁装置２を速やかに開弁完了させる。
その後、コンプレッサ１３１を作動させて（Ｓ１２４）、水素を速やかに希釈するので、高濃度の水素が車外にそのまま排出されることを防止できる。
【０１２５】
一方、図１０に示すように、開弁指令から開弁動作時間の経過前（Ｓ１０８・Ｎｏ）、ＩＧ１５１がＯＦＦされた場合において（Ｓ１２０・Ｙｅｓ）、アノード流路１１１が掃気されているとき（Ｓ１２１・Ｙｅｓ）、コンプレッサ１３１を作動させず、第１弁装置１及び第２弁装置２を速やかに閉じるので（Ｓ１２７）、コンプレッサ１３１で無駄に電力消費されることを防止できる。
【０１２６】
次に、図１１に示すように、第３時刻の経過後（Ｓ１１６・Ｙｅｓ）、スタートボタン１５２がＯＮされた場合（Ｓ１１７・Ｙｅｓ）、これに連動して、第１弁装置１及び第２弁装置２に開弁指令を出力し（Ｓ１０７）、開弁動作時間が経過するまで（Ｓ１０８・Ｙｅｓ）、コンプレッサ１３１を作動しないので、第１弁装置１及び第２弁装置２が速やかに開弁完了する。
【０１２７】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
【０１２８】
前記した実施形態では、第１弁１０及び第２弁１０Ａがノーマルクローズ型である構成を例示したが、ノーマルオープン型でもよい。なお、ノーマルオープン型に構成すれば、電力等を消費せずに、第１弁１０及び第２弁１０Ａを開状態で維持できる。
【０１２９】
また、弁体２０が第１ソレノイド装置４０（第２ソレノイド装置４０Ａ）によって作動する構成を例示したが、その他に例えば、弁体２０のロッド２３の上部外周面にラックを形成し、このラックに係合するピニオンを有するモータを回転させることにより、弁体２０が作動する構成としてもよい。
さらに、第１弁１０（第２弁１０Ａ）の閉状態／開状態で、弁体２０をロックするロック機構を備える構成としてもよい。
【０１３０】
前記した実施形態では、起動スイッチとしてＩＧ１５１（第１起動スイッチ）と、スタートボタン１５２（第２起動スイッチ）とを備える構成としたが、例えば、ＩＧ１５１のみを備える構成でもよい。その他、ＩＧ１５１が、ＯＦＦ、ＯＮのポジションの他に、スタートのポジションを備え、ＯＮ位置となった場合、第１起動スイッチのＯＮ信号を出力し、スタート位置となった場合、第２起動スイッチのＯＮ信号を出力する構成でもよい。
【０１３１】
前記した実施形態では、燃料電池システム１００が燃料電池車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【０１３２】
１      第１弁装置
２      第２弁装置
１０    第１弁
１０Ａ  第２弁
２０    弁体
４０    第１ソレノイド装置（第１操作手段）
４０Ａ  第２ソレノイド装置（第２操作手段）
１００  燃料電池システム
１１０  燃料電池スタック（燃料電池）
１１１  アノード流路（燃料ガス流路）
１１２  カソード流路（酸化剤ガス流路）
１３１  コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
１３１ａ、１３１ｂ  配管（酸化剤ガス供給流路）
１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ  配管（酸化剤ガス排出流路）
１３３  水素センサ
１５１  ＩＧ（第１起動スイッチ）
１５２  スタートボタン（第２起動スイッチ）
１６０  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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