(57)【要約】【課題】容易に電動バルブの温度を昇温させることが可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムの起動時における電動バルブの温度が許容温度未満であった場合には、電動バルブに印加するバルブ印加電圧を、電動バルブの開弁に用いられる第１の電圧から、第１の電圧よりも低く、電動バルブを開弁させることができない第２の電圧に変更して、電動バルブの温度を昇温させることにより、電動バルブの温度を許容温度以上とした後で、バルブ印加電圧を、第２の電圧から第１の電圧に変更して、電動バルブの開弁を実行する。【選択図】図１
2010192146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムに用いられる電動バルブの駆動方法であって、
前記燃料電池システムの起動時における前記電動バルブの温度が許容温度未満であった場合には、前記電動バルブに印加するバルブ印加電圧を、前記電動バルブの開弁に用いられる第１の電圧から、前記第１の電圧よりも低く、前記電動バルブを開弁させることができない第２の電圧に変更して、前記電動バルブの温度を昇温させることにより、前記電動バルブの温度を前記許容温度以上とした後で、前記バルブ印加電圧を、前記第２の電圧から前記第１の電圧に変更して、前記電動バルブの開弁を実行する
ことを特徴とする電動バルブの駆動方法。
【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用いられる電動バルブの駆動方法、特に、低温起動時において、電動バルブを許容温度以上に昇温してから駆動する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムの起動時、特に、氷点下のような低気温における起動時おいては、アノードのガス流路中に残存するガス（生成水、窒素、および、水素の混合ガス）を早期に排出し、所望の水素濃度を確保することにより、燃料電池システムの発電の安定化を図ることが求められる。
【０００３】
しかしながら、排出用の電動バルブの温度が低く、特に、氷点下のような場合には、電動バルブを開弁して、上記混合ガスを排出しようとしても、生成水が電動バルブ内で凍結してしまい、開弁不可とり、また、閉弁不可となるなどの不具合が発生する可能性がある。開弁できなければ混合ガスを排出できず、発電の安定性を確保できないという問題がある。また、閉弁できなければ、燃料ガスとして導入した高濃度の水素が循環利用されることなく、そのまま排出されてしまうという問題がある。また、エネルギー利用効率の観点からも望ましくない。
【０００４】
従来から、電動バルブの温度を昇温させる方法の一つとして、燃料電池スタックの冷媒に吸収された廃熱を電動バルブに与えて電動バルブの温度を昇温させる方法が考えられている。しかしながら、この方法では、冷媒が燃料電池スタックの熱を吸収して温まるまでは、電動バルブの昇温に効果を与えることができない、という問題がある。また、燃料電池スタックの冷媒を電動バルブに導くための配管を用意する必要性があり、電動バルブの小型化およびコスト低減の点でも問題がある。
【０００５】
他の方法として、電動バルブに昇温用のヒーターを内蔵あるいは外設する方法も考えられるが、ヒーターのサイズが大きくなるため、電動バルブの小型化およびコスト低減の点で、同様に、問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１８８６０５号公報
【特許文献２】特開２００５−２６４７６７号公報
【特許文献３】特開２００６−１４７４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電動バルブの構造や燃料電池システムを大型化することなく、容易に電動バルブの温度を昇温させることが可能な技術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】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００９】
［適用例１］
燃料電池システムに用いられる電動バルブの駆動方法であって、
前記燃料電池システムの起動時における前記電動バルブの温度が許容温度未満であった場合には、前記電動バルブに印加するバルブ印加電圧を、前記電動バルブの開弁に用いられる第１の電圧から、前記第１の電圧よりも低く、前記電動バルブを開弁させることができない第２の電圧に変更して、前記電動バルブの温度を昇温させることにより、前記電動バルブの温度を前記許容温度以上とした後で、前記バルブ印加電圧を、前記第２の電圧から前記第１の電圧に変更して、前記電動バルブの開弁を実行する
ことを特徴とする電動バルブの駆動方法。
適用例１の電動バルブの駆動方法によれば、電動バルブの開弁に用いられる第１の電圧よりも低く、電動バルブを開弁させることができない第２の電圧を、バルブ印加電圧として印加させることにより、電動バルブにおいて発生する熱損失を用いて電動バルブの温度を昇温させることができる。これにより、電動バルブの構造や燃料電池システムを大型化することなく、容易に電動バルブの温度を昇温させることが可能である。
【００１０】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムに用いられる電動バルブの駆動方法、燃料電池システムに用いられる電動バルブの駆動装置、燃料電池システムなどの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】燃料電池システムにおける本発明の第１実施例としての電動バルブ駆装置の概要を示す説明図である。
【図２】電動バルブ駆動装置１００の動作を示す説明図である。
【図３】燃料電池システムにおける本発明の第２実施例としての電動バルブ駆動装置の概要を示す説明図である。
【図４】電動バルブ駆動装置１００Ａの動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態を、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００１３】
Ａ．実施例：
図１は、燃料電池システムにおける本発明の第１実施例としての電動バルブ駆装置の概要を示す説明図である。本実施例における電動バルブ駆動装置１００は、ソレノイドバルブ（電磁弁）と呼ばれる電動バルブ１０の２つの入力端子ｂ１，ｂ２に電動バルブ１０の弁を開閉するための入力電圧Ｖｖｉｎを供給して、電動バルブ１０の弁の開閉を実行するものである。このバルブ駆動装置１００は、具体的には、バッテリー２０と、電圧昇圧回路３０と、駆動制御回路４０と、で構成されている。
【００１４】
バッテリー２０は、燃料電池システムの動作時において蓄電される蓄電池が利用される。バッテリー２０は、駆動制御回路４０に供給する第１のバッテリー電圧Ｖｂ０と、電圧昇圧回路３０に供給する第２のバッテリー電圧Ｖｂ１と、を出力する。なお、第１と第２のバッテリー電圧の値は同じであってもよい。
【００１５】
電圧昇圧回路３０は、バッテリーの第２のバッテリー電圧Ｖｂ１を昇圧して、バルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを生成する。なお、このバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖは、電動バルブ１０の開弁が可能な電圧として許容される範囲Ｖｖｌｖ（ｍａｘ）〜Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）内の電圧（以下、「許容駆動電圧」と呼ぶ）に設定される。
【００１６】
駆動制御回路４０には、第１のバッテリー電圧Ｖｂ０がバルブ昇温用電圧Ｖｈｔとして入力される。また、駆動制御回路４０には、電圧昇圧回路３０で生成されたバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖが入力される。なお、バルブ昇温用電圧Ｖｈｔは電動バルブ１０を開弁させることが不可な電圧、すなわち、許容駆動電圧の最低値Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）（以下、「最低駆動電圧」と呼ぶ）よりも低い電圧に設定されている。なお、通常、バッテリーから出力される第１のバッテリー電圧Ｖｂ０をバルブ駆動電圧として利用するため、本実施例では、最低駆動電圧Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）がバッテリー２０の第１のバッテリー電圧Ｖｂ０よりも高い許容駆動範囲Ｖｖｌｖ（ｍａｘ）〜Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）を有するバルブを利用する必要がある。例えば、バッテリー２０から出力される第１のバッテリー電圧Ｖｂ０が１２Ｖであるとすると、例えば、バルブとしては、最低駆動電圧Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）が１２Ｖよりも高いバルブを利用することとなる。そして、電圧昇圧回路３０により１２Ｖよりも高いバルブ駆動電圧を生成することとなる。
【００１７】
駆動制御回路４０は、電圧選択スイッチＳＷｂｔおよび駆動スイッチＳＷｄｒｖを有しており、電動バルブ１０に設けられた温度センサー１２によって測定するバルブの温度に基づいて、これらのスイッチＳｗｂｔ，ＳＷｄｒｖを制御することにより、以下で説明するように、電動バルブ１０の入力電圧Ｖｖｉｎとして供給する電圧を制御する。
【００１８】
図２は、バルブ駆動装置１００の動作を示す説明図であり、図２（Ａ）は昇温実行時、図２（Ｂ）は開閉実行時を示している。駆動制御回路４０は、バルブの温度が低く、バルブの開閉実行不可と判断した場合においては、図２（Ａ）に示した昇温動作を実行する。また、駆動制御回路４０は、バルブの開閉実行可と判断した場合においては、図２（Ｂ）に示したバルブ開閉動作を実行する。
【００１９】
（Ａ）昇温実行時：
昇温実行時において、駆動制御回路４０は、図２（Ａ）に示すように、選択スイッチＳＷｂｔによって、バッテリー２０で生成されたバルブ昇温用電圧Ｖｈｔを選択するととともに、駆動スイッチＳＷｄｒｖを常時閉(オン)として、電動バルブ１０の入力端子ｂ１，ｂ２間の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ昇温用電圧Ｖｈｔを印加する。これにより、電動バルブ１０には、バルブのインピーダンスをＲｖとすると、Ｐｖｌｓ＝Ｖｈｔ2／Ｒｖなる電力が印加されることになる。この印加された電力Ｐｖｌｓは、電動バルブ１０を開弁することはできないため、熱損失となって電動バルブ１０の温度を昇温させることができる。
【００２０】
（Ｂ）開閉実行時：
開閉実行時において、駆動制御回路４０は、図２（Ｂ）に示すように、選択スイッチＳＷｂｔによって、電圧昇圧回路３０で生成されたバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを選択する。そして、バルブを開弁する時には、駆動スイッチＳＷｄｒｖを閉（オン）として、電動バルブ１０の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを印加する。一方、バルブを閉弁する時には、駆動スイッチＳＷｄｒｖを開（オフ）として、電動バルブ１０の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖの印加を遮断する。これにより、電動バルブ１０にバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを印加することにより開弁動作を実行し、バルブ駆動電圧Ｖｄｒｖの印加を遮断することにより閉弁動作を実行することができる。
【００２１】
以上のように、本実施例においては、バルブの昇温用に、従来のような冷媒をバルブに導くための配管を用意する必要がなく、また、ヒーターを用意する必要もなく、バルブを開弁することができない程度に低い昇温用電圧を、バルブに印加することにより発生する熱損失により、容易にバルブを昇温することが可能である。
【００２２】
Ｂ．第２実施例：
図３は、燃料電池システムにおける本発明の第２実施例としてのバルブ駆動装置の概要を示す説明図である。本実施例におけるバルブ駆動装置１００Ａは、バッテリー２０の第１のバッテリー電圧Ｖｂ０をバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖとし、最低駆動電圧Ｖｖｌｖ（ｍｉｎ）より低いバルブ昇温用電圧Ｖｈｔを生成するために、電圧昇圧回路３０を電圧降圧回路３０Ａに置き換えている点が第１実施例のバルブ駆動装置と相違している。なお、通常、バルブの駆動電圧Ｖｄｒｖとしてバッテリー２０の第１のバッテリー電圧Ｖｂ０、例えば、１２Ｖを、そのまま利用可能なバルブを用いる場合が多く、本実施例の構成の場合には、従来のバルブをそのまま利用できるという利点がある。
【００２３】
また、本実施例の場合には、上記相違点に対応して、駆動制御回路４０Ａにおける電圧選択スイッチＳＷｂｔおよび駆動スイッチＳＷｄｒｖの動作が以下で説明するように第１実施例の駆動制御回路４０と異なっている。
【００２４】
図４は、バルブ駆動装置１００Ａの動作を示す説明図であり、図４（Ａ）は昇温実行時、図４（Ｂ）は開閉実行時を示している。駆動制御回路４０Ａは、バルブの温度が低く、バルブの開閉実行不可と判断した場合においては、図Ａ（Ａ）に示した昇温動作を実行する。また、駆動制御回路４０Ａは、バルブの開閉実行可と判断した場合においては、図４（Ｂ）に示したバルブ開閉動作を実行する。
【００２５】
（Ａ）昇温実行時：
昇温実行時において、駆動制御回路４０Ａは、図Ａ（Ａ）に示すように、選択スイッチＳＷｂｔによって、電圧降圧回路３０Ａで生成された第１のバッテリー電圧Ｖｂ０であるバルブ昇温用電圧Ｖｈｔを選択するととともに、駆動スイッチＳＷｄｒｖを常時閉(オン)として、電動バルブ１０の入力端子ｂ１，ｂ２間の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ昇温用電圧Ｖｈｔを印加する。これにより、電動バルブ１０には、バルブのインピーダンスをＲｖとすると、Ｐｖｌｓ＝Ｖｈｔ2／Ｒｖなる電力が印加されることになる。この印加された電力Ｐｖｌｓは、電動バルブ１０を開弁することはできないため、熱損失となって電動バルブ１０の温度を昇温させることができる。
【００２６】
（Ｂ）開閉実行時：
開閉実行時において、駆動制御回路４０は、図２（Ｂ）に示すように、選択スイッチＳＷｂｔによって、バッテリー２０で生成された第１のバッテリー電圧Ｖｂ０であるバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを選択する。そして、バルブを開弁する時には、駆動スイッチＳＷｄｒｖを閉（オン）として、電動バルブ１０の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを印加する。一方、バルブを閉弁する時には、駆動スイッチＳＷｄｒｖを開（オフ）として、電動バルブ１０の入力電圧Ｖｖｉｎとしてバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖの印加を遮断する。これにより、電動バルブ１０にバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖを印加することにより開弁動作を実行し、バルブ駆動電圧Ｖｄｒｖの印加を遮断することにより閉弁動作を実行することができる。
【００２７】
以上のように、本実施例においても、バルブの昇温用に、従来のような冷媒をバルブに導くための配管を用意する必要がなく、また、ヒーターを用意する必要もなく、バルブを開弁することができない程度に低い昇温用電圧を、バルブに印加することにより発生する熱損失により、容易にバルブを昇温することが可能である。
【００２８】
なお、本実施例の場合には、第１実施例のように、第１のバッテリー電圧Ｖｂ０をバルブ昇温用電圧Ｖｈｔとして、第１のバッテリー電圧Ｖｂ０よりも昇圧させたバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖが要求されるバルブを用いるのではなく、第１のバッテリー電圧Ｖｂ０をバルブ駆動電圧Ｖｄｒｖとしてそのまま利用し、バルブ昇温用電圧Ｖｈｔとして電圧降圧回路３０Ａを用いて、第１のバッテリーＶｂ０よりも低い電圧を生成して利用する構成としている。このため、昇温時に電動バルブ１０において供給されて熱損失となる電力が、第１実施例の場合に比べて小さくなる。従って、昇温時間の点ででは、第１実施例のほうが第２実施例に比べて有利である。
【００２９】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施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おいて実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３０】
上記実施例では、説明を容易にするために、バルブ駆動装置で駆動される電動バルブを１つのみ示した図で説明したが、燃料電池システム中には通常複数の電動バルブが設けられており、各電動バルブに対して適宜本実施例のバルブ駆動装置による制御が実行されるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１０…電動バルブ
１２…温度センサー
２０…バッテリー
３０…電圧昇圧回路
３０Ａ…電圧降圧回路
４０…駆動制御回路
４０Ａ…駆動制御回路
１００…バルブ駆動装置
１００Ａ…バルブ駆動装置
ＳＷｂｔ…電圧選択スイッチ
ＳＷｄｒｖ…駆動スイッチ
【図１】
2010192146.tif 000003
【図２】
2010192146.tif 000004
【図３】
2010192146.tif 000005
【図４】
2010192146.tif 000006