(57)【要約】【課題】簡単な構成及び工程で、平常時の起動及び停止処理に優先して、緊急停止処理が良好且つ容易に遂行可能にする。【解決手段】燃料電池システム１０は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池１２と、前記燃料電池１２に空気を供給する空気供給装置１４と、前記燃料電池１２に水素を供給する水素供給装置１６と、制御装置１８と、操作されることにより前記燃料電池システム１０の起動及び停止を行うイグニッションスイッチ３８と、操作されることにより前記イグニッションスイッチ３８に優先して、前記燃料電池システム１０を停止させ且つ起動を許可させる緊急停止スイッチ４０とを備える。【選択図】図１
2010238535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給装置と、
制御装置と、
を備える燃料電池システムであって、
操作されることにより、前記燃料電池システムの起動及び停止を行う平常時操作用スイッチと、
操作されることにより、前記平常時操作用スイッチに優先して前記燃料電池システムを停止させ且つ起動を許可させる緊急時操作用スイッチと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作された状態で、前記平常時操作用スイッチが起動操作された際、前記燃料電池システムの起動を抑制することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、前記燃料電池の運転中に前記緊急時操作用スイッチが操作された際、前記燃料ガス供給装置による前記燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、システム異常を検出するシステム異常検知装置を備え、
前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作された状態で、前記システム異常検知装置からの異常情報が確認された際、前記酸化剤ガス供給装置による前記酸化剤ガスの供給を停止させる一方、
前記異常情報が確認されない際、前記酸化剤ガス供給装置による残留燃料ガス処理を行った後、前記酸化剤ガス供給装置による前記酸化剤ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、電力貯留装置を備え、
前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作されない状態で、前記平常時操作用スイッチが停止操作された際、前記燃料電池から前記電力貯留装置への充電が完了するまで前記充電を行った後、前記燃料ガス供給装置による前記燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給装置と、
制御装置と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
平常時操作用スイッチが操作されることにより、前記燃料電池システムの起動及び停止を行う工程と、
緊急時操作用スイッチが操作されることにより、前記平常時操作用スイッチに優先して前記燃料電池システムを停止させ且つ起動を許可させる工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
請求項６記載の運転方法において、前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作された状態で、前記平常時操作用スイッチが起動操作された際、前記燃料電池システムの起動を抑制することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の運転方法において、前記制御装置は、前記燃料電池の運転中に前記緊急時操作用スイッチが操作された際、前記燃料ガス供給装置による前記燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の運転方法において、前記燃料電池システムは、システム異常を検出するシステム異常検知装置を備え、
前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作された状態で、前記システム異常検知装置からの異常情報が確認された際、前記酸化剤ガス供給装置による前記酸化剤ガスの供給を停止させる一方、
前記異常情報が確認されない際、前記酸化剤ガス供給装置による残留燃料ガス処理を行った後、前記酸化剤ガス供給装置による前記酸化剤ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項１０】
請求項６記載の運転方法において、前記燃料電池システムは、電力貯留装置を備え、
前記制御装置は、前記緊急時操作用スイッチが操作されない状態で、前記平常時操作用スイッチが停止操作された際、前記燃料電池から前記電力貯留装置への充電が完了するまで前記充電を行った後、前記燃料ガス供給装置による前記燃料ガスの供給を停止させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給装置と、制御装置とを備える燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
この種の燃料電池スタックは、通常、燃料ガス供給装置、酸化剤ガス供給装置及び制御装置を併設して燃料電池システムを構成している。燃料電池システムでは、システムの起動及び停止を行うために、例えば、イグニッションスイッチを用いており、このイグニッションスイッチをオン、オフ操作することによって、燃料電池システムの起動及び停止が任意に行われている。
【０００５】
ところが、一般的にイグニッションスイッチのオフ操作に連動して、燃料ガス供給装置が遮断されるため、このイグニッションスイッチがユーザによりオフ操作されると、例えば、蓄電装置にエネルギを蓄える処理を継続させることができない。
【０００６】
従って、発電停止中に、各種の処理、例えば、パージ水素の希釈処理や水パージ処理を行うために必要なエネルギを、発電中に、常に、蓄電装置に確保しておく必要がある。これにより、蓄電装置の使用可能な領域が制限され、経済的ではないという問題がある。
【０００７】
さらに、燃料電池システムでは、発電中に、アノード電極側の水素濃度の低下を防止するために、定期的に水素パージが行われている。パージされた水素は、システム内で空気により希釈されるとともに、所定の濃度まで希釈が行われた後、システム外に排出されている。
【０００８】
その際、希釈のためには、水素パージ後に、少なくとも所定の時間は空気を希釈器に供給する必要がある。しかしながら、イグニッションスイッチがオフ操作された場合、酸化剤ガス供給装置を遮断するようにすると、希釈用の空気の供給を継続することができなくなってしまうため、種々の対応が図られている。
【０００９】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムが知られている。図４に示すように、特許文献１の操作パネル１は、燃料電池システムを起動させる起動スイッチ２ａと、前記燃料電池システムの発電運転を停止するスイッチ２ｂと、前記燃料電池システムの現在の運転の有無を表示する運転状態表示部３ａと、前記燃料電池システムの現在の出力値を表示する表示部３ｂと、前記燃料電池システムの運転を非常停止させる非常停止スイッチ２ｃと、操作者が警報器を停止させる警報器停止スイッチ２ｄと、前記燃料電池システムの現在の運転コードを表示する第１表示部３ｃと、前記燃料電池システムが故障で停止するときにおけるエラーコードを表示する第２表示部３ｄと、異常要因により前記燃料電池システムが非常停止した後に初めての起動時に起動させるために操作者により操作されるリセットスイッチ２ｅと、前記燃料電池システムの累積運転時間を表示する表示部３ｅと、前記燃料電池システムの累積起動回数を表示する表示部３ｆと、前記燃料電池システムの累積運転時間及び／又は累積起動回数が所定回数を越えているとき、定期点検等の点検を要請をする旨を表示する表示部３ｇと、異なる機能を指示入力させるためのディップスイッチ２ｆとを備えている。
【００１０】
そして、非常停止スイッチ２ｃは、スイッチ２ｂ（通常停止操作子）とは別に設けられており、この非常停止スイッチ２ｃが操作されると、緊急停止性が高い制御に移行するように設定できる、としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−８４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の特許文献１では、通常停止操作子であるスイッチ２ｂ及び起動スイッチ２ａと、非常停止操作子である非常停止スイッチ２ｃとの優先度が不明であり、例えば、前記非常停止スイッチ２ｃが操作された後に、起動スイッチ２ａが操作される際の不具合が懸念される。しかも、通常停止用のスイッチ２ｂ及び非常停止スイッチ２ｃの他に、起動スイッチ２ａ及び再起動スイッチとしてのリセットスイッチ２ｅが用いられている。これにより、スイッチ類の数が増加して経済的ではないとともに、スイッチ操作が煩雑化するという問題がある。
【００１３】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な構成及び工程で、平常時の起動及び停止処理に優先して、緊急停止処理を良好且つ容易に遂行可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料ガスを前記燃料電池に供給する燃料ガス供給装置と、制御装置とを備える燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。
【００１５】
この燃料電池システムは、操作されることにより、燃料電池システムの起動及び停止を行う平常時操作用スイッチと、操作されることにより、前記平常時操作用スイッチに優先して前記燃料電池システムを停止させ且つ起動を許可させる緊急時操作用スイッチとを備えている。
【００１６】
また、この運転方法は、平常時操作用スイッチが操作されることにより、燃料電池システムの起動及び停止を行う工程と、緊急時操作用スイッチが操作されることにより、前記平常時操作用スイッチに優先して前記燃料電池システムを停止させ且つ起動を許可させる工程とを有している。
【００１７】
さらに、制御装置は、緊急時操作用スイッチが操作された状態で、平常時操作用スイッチが起動操作された際、燃料電池システムの起動を抑制することが好ましい。
【００１８】
さらにまた、制御装置は、燃料電池の運転中に緊急時操作用スイッチが操作された際、燃料ガス供給装置による燃料ガスの供給を停止させることが好ましい。
【００１９】
また、燃料電池システムは、システム異常を検出するシステム異常検知装置を備え、制御装置は、緊急時操作用スイッチが操作された状態で、前記システム異常検知装置からの異常情報が確認された際、酸化剤ガス供給装置による酸化剤ガスの供給を停止させる一方、前記異常情報が確認されない際、前記酸化剤ガス供給装置による残留燃料ガス処理を行った後、前記酸化剤ガス供給装置による前記酸化剤ガスの供給を停止させることが好ましい。
【００２０】
さらに、燃料電池システムは、電力貯留装置を備え、制御装置は、緊急時操作用スイッチが操作されない状態で、平常時操作用スイッチが停止操作された際、燃料電池から前記電力貯留装置への充電が完了するまで前記充電を行った後、燃料ガス供給装置による燃料ガスの供給を停止させることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、緊急時操作用スイッチが操作されることにより、平常時操作用スイッチに優先して、燃料電池システムを停止させ且つ起動を許可させることができる。このため、例えば、運転中に緊急時操作用スイッチが操作されると、平常時操作用スイッチが起動操作されても、燃料電池システムが起動することを抑制することが可能になる。
【００２２】
一方、緊急時操作用スイッチが解除操作されて燃料電池システムの起動が許可された後、平常時操作用スイッチが操作されると、前記燃料電池システムの起動が開始される。従って、緊急操作用スイッチを優先させることにより、常時操作用スイッチと前記緊急時操作用スイッチとを用いるだけでよく、例えば、専用のリセットスイッチや起動スイッチが不要になり、経済的であるとともに、操作性が良好に向上する。
【００２３】
これにより、簡単な構成及び工程で、平常時の起動及び停止処理に優先して、緊急停止処理が良好且つ容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る運転方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】緊急停止スイッチとイグニッションスイッチとの順位説明図である。
【図３】前記運転方法を説明するフローチャートである。
【図４】特許文献１の操作パネルの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に示すように、本発明に係る運転方法が適用される燃料電池システム１０は、酸化剤ガス（以下、単に空気ともいう）及び燃料ガス（以下、単に水素ともいう）の電気化学反応により発電する燃料電池１２と、前記燃料電池１２に空気（酸化剤ガス）を供給する空気供給装置（酸化剤ガス供給装置）１４と、前記燃料電池１２に水素（燃料ガス）を供給する水素供給装置（燃料ガス供給装置）１６と、制御装置１８とを備える。
【００２６】
燃料電池１２は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２０を、カソード電極２２とアノード電極２４とで挟持して構成される。
【００２７】
カソード電極２２及びアノード電極２４は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層（図示せず）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布して形成される電極触媒層（図示せず）とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２０の両面に形成される。
【００２８】
空気供給装置１４は、図示しないが、エアポンプ（又はスーパチャージャ）を備え、このエアポンプから出力される圧縮空気は、空気供給通路２６を介して燃料電池１２のカソード電極２２に供給される。カソード電極２２の出口側には、空気排出通路２８が接続されるとともに、前記空気排出通路２８は、希釈器３０に連通する。
【００２９】
水素供給装置１６は、図示しないが、高圧水素を貯留する水素タンクを備え、この水素タンクから水素供給通路３２を介して燃料電池１２のアノード電極２４に水素を供給する。アノード電極２４の出口側には、水素排出通路３４が接続されるとともに、前記水素排出通路３４は、希釈器３０に連通する。
【００３０】
燃料電池１２は、駆動モータ（図示せず）等の負荷に電力を供給するとともに、バッテリ等の蓄電装置（電力貯留装置）３６に充電用電力を供給する。蓄電装置３６は、空気供給装置１４を構成する図示しないエアポンプを含む補機に電力を供給することができる。
【００３１】
燃料電池システム１０は、操作されることにより、前記燃料電池システム１０の起動及び停止を行うイグニッションスイッチ（平常時操作用スイッチ）３８と、操作されることにより、前記イグニッションスイッチ３８に優先して前記燃料電池システム１０を停止させ且つ起動を許可させる緊急停止スイッチ（緊急時操作用スイッチ）４０とを備える。
【００３２】
制御装置１８は、空気供給装置１４、水素供給装置１６及び蓄電装置３６を制御するとともに、イグニッションスイッチ３８及び緊急停止スイッチ４０からの信号を受ける。緊急停止スイッチ４０と、イグニッションスイッチ３８との関係は、図２に示されており、前記イグニッションスイッチ３８のオン、オフ操作にかかわらず、前記緊急停止スイッチ４０が操作されることによりシステム停止状態となる。
【００３３】
具体的には、制御装置１８は、緊急停止スイッチ４０による操作を、イグニッションスイッチ３８による操作に優先させ、例えば、運転中に緊急停止スイッチ４０が操作されると、イグニッションスイッチ３８が起動操作されても燃料電池システム１０の起動を抑制させる。一方、緊急停止スイッチ４０が操作されて燃料電池システム１０の起動が許可された後にのみ、イグニッションスイッチ３８の操作によって前記燃料電池システム１０の起動が開始される。
【００３４】
燃料電池システム１０は、システム異常、例えば、漏電、ガス漏れ又は温度異常等を検出するシステム異常検知装置４２を備え、このシステム異常検知装置４２から制御装置１８に異常情報が入力される。
【００３５】
このように構成される燃料電池システムの運転方法について、図３のフローチャートに沿って、以下に説明する。
【００３６】
先ず、燃料電池システム１０の運転時には、空気供給装置１４を構成するエアポンプの駆動作用下に、空気供給通路２６に導出された圧縮空気は、燃料電池１２のカソード電極２２に供給される。一方、水素供給装置１６から水素供給通路３２に導入された水素は、燃料電池１２のアノード電極２４に供給される。これにより、カソード電極２２に供給される空気中の酸素と、アノード電極２４に供給される水素とが、電気化学的に反応して発電が行われる。
【００３７】
カソード電極２２に供給された空気は、空気排出通路２８に排出され、一部が希釈器３０に送られる。また、アノード電極２４で使用された水素は、水素排出通路３４に排出され、定期的に希釈器３０に送られて空気により希釈された後、外部に排出される（水素パージ）。
【００３８】
次いで、燃料電池システム１０の運転中に、ユーザにより緊急停止スイッチ４０が操作されると（ステップＳ１中ＹＥＳ）、ステップＳ２に進んで、水素供給装置１６による水素供給が遮断される。さらに、ステップＳ３に進んで、制御装置１８は、システム異常検知装置４２からの異常情報の有無を確認する。
【００３９】
システム異常検知装置４２では、燃料電池システム１０内におけるシステム異常、例えば、漏電、ガス漏れ又は温度異常等を検出すると、制御装置１８に異常情報を送り、前記制御装置１８が異常ありと判断する（ステップＳ３中、ＹＥＳ）。このため、制御装置１８は、即座に空気供給装置１４による空気の供給を遮断する（ステップＳ４）。
【００４０】
一方、ステップＳ３で異常がないと判断されると、すなわち、緊急停止スイッチ４０がユーザの誤操作によるものと判断すると（ステップＳ３中、ＮＯ）、ステップＳ５に進んで、希釈処理（残留燃料ガス処理）が施される。この希釈処理は、燃料電池１２への水素の供給が停止された状態で、前記燃料電池１２からの排出水素を希釈器３０内に導入するとともに、この希釈器３０内に空気供給装置１４から空気を供給することにより行われる。
【００４１】
そして、希釈処理が終了したと判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、空気供給装置１４からの空気の供給が停止される。
【００４２】
また、ステップＳ１において、緊急停止スイッチ４０が操作されていないと判断されると（ステップＳ１中、ＮＯ）、ステップＳ７に進んで、イグニッションスイッチ３８がオフされたか否かを判断する。イグニッションスイッチ３８がオフされると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、ステップＳ８に進んで、燃料電池１２による発電が継続される。
【００４３】
この発電により蓄電装置３６に充電が行われ、この蓄電装置３６の充電が完了すると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進んで、水素供給装置１６から燃料電池１２への水素の供給が遮断される。さらに、ステップＳ１１に進んで、燃料電池１２から排出される水素の希釈処理が行われる。この希釈処理が終了すると（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進んで、空気供給装置１４からの空気の供給が停止される。
【００４４】
なお、緊急停止スイッチ４０が操作されることにより、燃料電池システム１０が停止した後に、この緊急停止スイッチ４０の操作が解除されない状態では、イグニッションスイッチ３８による前記燃料電池システム１０の再起動を行うことができない。すなわち、緊急停止スイッチ４０の操作が解除されることによってリセットされ、その後にイグニッションスイッチ３８がオンされることにより、燃料電池システム１０が再起動される。
【００４５】
この場合、本実施形態では、緊急停止スイッチ４０が操作されることにより、イグニッションスイッチ３８に優先して、燃料電池システム１０を停止させ、且つ起動を許可させることができる。このため、燃料電池システム１０の運転中に、緊急停止スイッチ４０が操作されると、イグニッションスイッチ３８がオン操作（起動操作）されても、前記燃料電池システム１０が起動することはない。
【００４６】
一方、緊急停止スイッチ４０により燃料電池システム１０が停止した後、前記緊急停止スイッチ４０の操作が解除されて前記燃料電池システム１０の起動が許可されたときにのみ、イグニッションスイッチ３８のオン操作によって前記燃料電池システムの起動が開始される。
【００４７】
従って、本実施形態では、緊急停止スイッチ４０を優先させることにより、イグニッションスイッチ３８と前記緊急停止スイッチ４０とを用いるだけでよく、例えば、専用のリセットスイッチや起動スイッチが不要になり、経済的であるとともに、操作性が良好に向上する。これにより、簡単な構成及び工程で、平常時の起動及び停止処理に優先して、緊急停止処理が良好且つ容易に遂行可能になるという効果が得られる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、緊急停止スイッチ４０が操作されて停止要求がされた際に、即座に水素供給装置１６からの水素供給が遮断された後、システム異常の有無を検出している。そして、システム異常が確認されると、即座に空気の供給を停止する一方、システム異常が検出されない場合、すなわち、ユーザの誤操作による際には、パージ水素の希釈が完了するまで、空気の供給が継続されている。これにより、緊急停止スイッチ４０の誤操作に対し、システム系内の残留水素の希釈処理が確実に遂行されるため、次回の起動が良好に行われるという利点がある。
【００４９】
一方、緊急停止スイッチ４０による停止要求がない状態で、イグニッションスイッチ３８がオフされると、発電処理が継続されて蓄電装置３６に充電が行われる。このため、燃料電池システム１０の停止時には、蓄電装置３６に十分なエネルギが充電されている。
【００５０】
従って、燃料電池システム１０の停止中に行われるパージ処理や検査処理等に必要とされるエネルギを確保することができ、燃料電池システム１０の運転時に使用可能なエネルギ領域が十分に拡大される。これにより、例えば、燃料電池車両の加速時等に、蓄電装置３６から十分なエネルギが供給されて走行性能の向上が容易に図られる。
【符号の説明】
【００５１】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池
１４…空気供給装置                  １６…水素供給装置
１８…制御装置                      ２０…固体高分子電解質膜
２２…カソード電極                  ２４…アノード電極
３０…希釈器                        ３６…蓄電装置
３８…イグニッションスイッチ        ４０…緊急停止スイッチ
４２…システム異常検知装置
【図１】
2010238535.tif 000003
【図２】
2010238535.tif 000004
【図３】
2010238535.tif 000005
【図４】
2010238535.tif 000006