(57)【要約】【課題】カソード系内で過大な圧力が発生することを防止して、燃料電池及びシステムの破損又はシステムの異常停止を回避すること。【解決手段】燃料電池１２の上流側に配設された第１の開閉バルブ３６と、下流側に配設された第２の開閉バルブ３６ｂと、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方の故障を検知する故障検知手段とを備え、前記第１の開閉バルブ３６ａ及び前記第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障した場合、エアポンプ２６からのエアの供給により、カソード系１６内を流通し過大な圧力となったエアが、エアポンプ２６と第１の開閉バルブ３６ａとの間に配設されたリリーフバルブ３５から外部に放出される。【選択図】図１
2010135214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に対して供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、
前記酸化剤ガス流路の供給側に設けられた第１の開閉バルブと、
前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられた第２の開閉バルブと、
前記第１の開閉バルブを開閉操作する第１の開閉操作手段と、
前記第２の開閉バルブを開閉操作する第２の開閉操作手段と、
前記燃料電池の発電停止後に前記第１の開閉操作手段及び前記第２の開閉操作手段により、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとを弁閉状態として前記カソードを封鎖すると共に、前記燃料電池の発電中に前記第１の開閉操作手段及び前記第２の開閉操作手段により、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとを弁開状態として前記カソードを開放するカソード封鎖可能手段と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
前記第１の開閉バルブ及び前記第２の開閉バルブの少なくとも一方の故障を検知し、前記酸化剤ガス供給手段と前記第１の開閉バルブとの間に配設されるリリーフバルブを含む故障検知手段を備え、
前記故障検知手段によって前記第１の開閉バルブ及び前記第２の開閉バルブの少なくとも一方の故障が検知されたとき、前記リリーフバルブによって前記酸化剤ガス流路を流通する酸化剤ガスが外部に放出され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、
前記故障検知手段によって故障が検知されたときには、前記酸化剤ガス供給手段からの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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電停止後に、第１の開閉バルブと第２の開閉バルブとを弁閉状態としてカソードを封鎖すると共に、前記燃料電池の発電中に、第１の開閉バルブと第２の開閉バルブとを弁開状態として前記カソードを開放することが可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、燃料電池の発電停止中に発生するクロスリークを抑制するため、燃料電池のカソードの出入口に空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁をそれぞれ設け、燃料電池の発電停止後に前記空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁をそれぞれ弁閉状態として、前記カソードを封鎖する燃料電池システムが開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示された燃料電池システムでは、エアコンプレッサで圧縮されたエアを燃料電池へ供給圧力よりも高い圧力で蓄圧するバッファタンクが設けられ、大気に連通する大気圧室と前記バッファタンクから供給されるエアによって加圧される加圧室との差圧によって、前記空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁の弁開閉動作の切り換えを行っている。
【特許文献１】特開２００８−２１８０７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示された従来技術では、バッファタンクから供給されるエア圧力（エア圧駆動）によって空気入口遮断弁及び空気出口遮断弁の弁開閉動作の切り換えを行っているが、例えば、燃料電池の発電中のように各遮断弁を弁開状態とする必要がある場合、何らかの原因によって各遮断弁が弁閉状態で故障したときに弁開状態への切換動作が困難となり、エアコンプレッサから供給された圧縮エアによってカソード系内が過大な圧力となる。この結果、システム内のエア圧力の異常による燃料電池及びシステムの破損又はシステムの異常停止を招来するおそれがある。
【０００５】
本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、カソード系内で過大な圧力が発生することを防止して、燃料電池及びシステムの破損又はシステムの異常停止を回避することが可能な燃料電池システム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】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明は、アノードに燃料ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスが供給される燃料電池と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に対して供給する酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給し、前記燃料電池から排出する酸化剤ガス流路と、前記酸化剤ガス流路の供給側に設けられた第１の開閉バルブと、前記酸化剤ガス流路の排出側に設けられた第２の開閉バルブと、前記第１の開閉バルブを開閉操作する第１の開閉操作手段と、前記第２の開閉バルブを開閉操作する第２の開閉操作手段と、前記燃料電池の発電停止後に前記第１の開閉操作手段及び前記第２の開閉操作手段により、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとを弁閉状態として前記カソードを封鎖すると共に、前記燃料電池の発電中に前記第１の開閉操作手段及び前記第２の開閉操作手段により、前記第１の開閉バルブと前記第２の開閉バルブとを弁開状態として前記カソードを開放するカソード封鎖可能手段とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記第１の開閉バルブ及び前記第２の開閉バルブの少なくとも一方の故障を検知し、前記酸化剤ガス供給手段と前記第１の開閉バルブとの間に配設されるリリーフバルブを含む故障検知手段を備え、前記故障検知手段によって前記第１の開閉バルブ及び前記第２の開閉バルブの少なくとも一方の故障が検知されたとき、前記リリーフバルブによって前記酸化剤ガス流路を流通する酸化剤ガスが外部に放出されることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池システムの運転中において、第１の開閉バルブ又は第２の開閉バルブの少なくとも一方が閉故障（弁体が弁閉状態のままで弁開状態に切り換わらない故障）したことを故障検知手段が検知したとき、酸化剤供給手段から供給される酸化剤ガスにより過大となった酸化剤ガス流路内（カソード系内）の圧力流体をリリーフバルブから外部に放出することができる。この結果、本発明では、燃料電池及びカソード系内におけるシステムの破損又は燃料電池システムの異常停止を好適に回避することができる。
【０００８】
また、本発明によれば、故障検知手段によって故障が検知されたときに、酸化剤ガス供給手段からの酸化剤ガスの供給を停止させることによって、酸化剤ガス流路内の圧力が急激に上昇することを回避することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、リリーフバルブによってカソード系内で発生した過大な圧力流体を外部に放出することにより、燃料電池及びシステムの破損又はシステムの異常停止を回避することが可能な燃料電池システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。なお、以下に示す実施形態では、燃料電池自動車を例示して説明しているが、これに限定されるものでなく、例えば、船舶や航空機等、又は業務用や家庭用の定置式等に適用することができる。
【００１１】
図１に示されるように、第１実施形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池１２、アノード系１４、カソード系１６、アノード掃気系１８、制御系２０を備えて構成されている。
【００１２】
燃料電池１２は、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）からなり、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）を図示しないセパレータで挟持してなる単セルが複数積層されて構成されている。
【００１３】
ＭＥＡは、電解質膜（固定高分子膜）、これを挟持するカソード及びアノード等を備える。前記カソード及びアノードは、例えば、白金等の触媒がカーボンブラック等の触媒担体に担持された電極触媒層からなる。また、各セパレータには、溝や貫通孔からなるアノード流路２２及びカソード流路２４が形成されている。
【００１４】
このような燃料電池１２では、アノードに水素（反応ガス、燃料ガス）が供給され、一方、カソードに酸素を含むエア（反応ガス、酸化剤ガス）が供給されると、アノード及びカソードに含まれる触媒上で電極反応が起こり、燃料電池１２が発電可能な状態となる。
【００１５】
前記燃料電池１２は、図示しない外部負荷と電気的に接続され、前記外部負荷によって電流が取り出されると、燃料電池１２が発電するようになっている。なお、前記外部負荷とは、走行用のモータ、バッテリやキャパシタ等の蓄電装置、後記するエアポンプ２６等である。
【００１６】
アノード系１４は、水素タンク２８、遮断弁３０、パージ弁３２、配管ａ１〜ａ５等によって構成される。
【００１７】
水素タンク２８は、高純度の水素を高圧で圧縮したものであり、配管ａ１を介して下流側の遮断弁３０と接続されている。前記遮断弁３０は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ２を介して下流側の燃料電池１２のアノード流路２２の入口と接続されている。
【００１８】
パージ弁３２は、例えば、電磁弁からなり、配管ａ３を介して上流側の燃料電池１２のアノード流路２２の出口と接続されている。また、入口側の配管ａ２と出口側の配管ａ３には、燃料電池１２のアノードの出口から排出された未反応の水素をアノードの入口側に戻す配管ａ４がそれぞれ接続されている。
【００１９】
なお、配管ａ４から配管ａ２への合流部には、図示しないエゼクタが設けられ、水素タンク２８から導出される水素の流れによって生じる負圧によって、配管ａ４から戻るガス（水素）を吸引するように構成されている。また、パージ弁３２は、配管ａ５を介して下流側の希釈器３４と接続されている。
【００２０】
カソード系１６は、エアポンプ（酸化剤ガス供給手段）２６、リリーフバルブ（故障検知手段）３５、第１の開閉バルブ３６ａ、第２の開閉バルブ３６ｂ、背圧弁３８、希釈器３４、配管（酸化剤ガス流路）ｃ１〜ｃ５等で構成されている。
【００２１】
エアポンプ２６は、例えば、図示しないモータで駆動される機械式の過給器であり、取り込んだ外気（エア）を圧縮して燃料電池１２に供給する。
【００２２】
第１の開閉バルブ３６ａは、酸化剤ガスの供給側に設けられ、配管ｃ１を介して上流側のエアポンプ２６と接続されると共に、配管ｃ２を介して下流側の燃料電池１２のカソード流路２４の入口と接続されている。第２の開閉バルブ３６ｂは、酸化剤ガスの排出側に設けられ、配管ｃ３を介して上流側の燃料電池１２のカソード流路２４の出口と接続されると共に、配管ｃ４を介して下流側の背圧弁３４と接続されている。
【００２３】
第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、それぞれ、ノーマルクローズタイプで同一構成からなるため、以下、第１の開閉バルブ３６ａの構成を詳細に説明して、第２の開閉バルブ３６ｂの説明を省略する。
【００２４】
この第１の開閉バルブ３６ａは、図２に示されるように、流体が導入されるインレットポート４０ａ及び流体が導出されるアウトレットポート４０ｂがそれぞれ形成されたバルブハウジング４２と、前記バルブハウジング４２の室４４内に設けられてインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通状態と非連通状態とを切り換える弁体４６と、前記弁体４６を着座部４８に向かって押圧するばね部材５０と、前記弁体４６が着座部４８から離間する方向及び着座部４８に着座する方向に沿って前記弁体４６を変位させる弁駆動機構５２（開閉操作手段）とを備える。
【００２５】
なお、図１に示されるように、第１の開閉バルブ３６ａには、バルブハウジング４２のインレットポート４０ａに対してエアポンプ２６に連通する配管ｃ１が接続され、アウトレットポート４０ｂに対して燃料電池１２のカソード流路２４に連通する配管ｃ２が接続される。また、第２の開閉バルブ３６ｂには、バルブハウジング４２のインレットポート４０ａに対して燃料電池１２のカソード流路２４に連通する配管ｃ３が接続され、アウトレットポート４０ｂに対して背圧弁３８に連通する配管ｃ４が接続される。この場合、第１の開閉バルブ３６ａと第２の開閉バルブ３６ｂとでは、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂの位置が逆転して配設される。
【００２６】
弁体４６は、円板状に形成された弁部４６ａと、前記弁部４６ａの中心に連結されるロッド部４６ｂとを有し、前記弁部４６ａの下面には、バルブハウジング４２の着座部４８に当接してシール機能を発揮する弁パッキン４６ｃが装着される。
【００２７】
弁駆動機構５２は、例えば、ステッピングモータ等の電気駆動手段からなる回転駆動源５６と、前記回転駆動源５６の回転駆動軸５６ａ（モータ軸）に連結されたピニオン５８と、バルブハウジング４２から露呈する弁体４６のロッド部４６ｂの外周面に設けられ前記ピニオン５８と噛合するラック部６０とを有する。なお、前記回転駆動源５６は、バルブハウジング４２に連結された図示しない固定部材によって固定される。
【００２８】
この場合、回転駆動源５６が回転駆動されて回転駆動軸５６ａの回転運動がピニオン５８に伝達され、前記ピニオン５８の回転運動は、ピニオン５８とラック部６０との噛合作用によって弁体４６の直線運動（昇降運動）に変換される。この結果、前記弁体４６が着座部４８に着座してアウトレットポート４０ｂを閉塞することにより、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された弁閉状態となり（図２の実線参照）、一方、前記弁体４６が着座部４８から離間することにより、バルブハウジング４２内の室４４を介してインレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとが連通する弁開状態となる（図２の二点鎖線参照）。
【００２９】
弁駆動機構５２の回転駆動源５６は、例えば、高圧バッテリとは別個に設けられた図示しない低圧バッテリの電力によって駆動される。また、前記第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、前記したようなノーマルクローズタイプに限定されるものではなく、例えば、燃料電池１２の発電中に弁開状態となり、燃料電池１２の発電停止後にカソード封鎖するときに前記弁駆動機構５２を介して弁閉状態とし、その弁閉状態が図示しない固定部材（又はロック機構）等によって保持されるような、ノーマルオープンタイプの開閉バルブとしてもよい。
【００３０】
リリーフバルブ３５は、エアポンプ２６と第１の開閉バルブ３６ａとの間である配管ｃ１中に配設され、公知の直動形リリーフ弁によって構成される。このリリーフバルブ３５は、例えば、略円筒状のバルブボデイの内部に調節ばねのばね力によってバルブシートに押圧される図示しない弁部材（ボールを含む）を有する。この場合、バルブボデイの図示しない入口ポートから導入された圧力流体（配管ｃ１中を流通するエア）が前記弁部材をバルブシートから離間する方向に押圧して、前記圧力流体の圧力が調節ばねのばね力に打ち勝つことにより前記弁部材がバルブシートから離間し、圧力流体が図示しないリリーフポートから外部に放出（リリーフ）される。
【００３１】
なお、前記リリーフバルブ３５には、例えば、ホール効果を利用して前記弁部材に付設された永久磁石の磁界強度を検出するホール素子（Hall element）等からなり、弁部材の位置を検出する位置検出センサ（故障検知手段）３７が設けられる。前記位置検出センサ３７は、前記弁部材がバルブシートから離間してリリーフ状態となったときに後記するＥＣＵ１００に対して検出信号を導出する。
【００３２】
背圧弁３８は、第２の開閉バルブ３６ｂの下流側に配設され、燃料電池１２のカソードの圧力を調整する機能を有する。前記背圧弁３８は、後記するＥＣＵ１００からの弁開度信号によって弁開度の調節が可能なバタフライ弁（常開型）等で構成されている。また、背圧弁３８は、配管ｃ５を介して希釈器３４と接続されている。
【００３３】
希釈器３４は、パージ弁３２から排出された未消費の水素を、カソードから排出されたカソードオフガスによって希釈して車外に排出するものである。なお、カソード系１６には、エアポンプ２６から供給された空気を加湿する図示しない加湿器が配管ｃ１に設けられている。
【００３４】
アノード掃気系１８は、エア導入配管７０、エア導入弁７２、エア導出配管７４、エア導出弁７６等で構成されている。
【００３５】
エア導入配管７０は、エアポンプ２６からのエア（掃気ガス、酸化剤ガス）をアノードに導入する流路を構成し、上流側の端部が配管ｃ１と接続され、下流側の端部が配管ａ２と接続されている。エア導入弁７２は、エア導入配管７０の流路上に設けられ、燃料電池１２の発電停止後のアノード掃気時にＥＣＵ１００によって開弁される。
【００３６】
エア導出配管７４は、アノードから排出されたエア（掃気ガス）をカソード系１６に戻す流路を構成し、上流側の端部が配管ａ３と接続され、下流側の端部が背圧弁３８の下流側の配管ｃ５と接続されている。エア導出弁７６は、エア導出配管７４の流路上に設けられ、アノード掃気時にＥＣＵ１００によって開弁される。
【００３７】
制御系２０は、ＥＣＵ（故障検知手段）１００（Electronic Control Unit）を含み、前記ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成される。また、ＥＣＵ１００は、遮断弁３０、パージ弁３２、エア導入弁７２、エア導出弁７６をそれぞれ開閉制御すると共に、弁駆動機構５２を駆動制御することにより、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁閉状態と弁閉状態とをそれぞれ切換制御する。さらに、ＥＣＵ１００は、エアポンプ２６のモータの回転速度を制御して前記エアポンプ２６から燃料電池１２に供給されるエア流量（エア圧力）を制御すると共に、背圧弁３８の弁開度を調整する。
【００３８】
第１実施形態に係る燃料電池システム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３９】
先ず、燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されて、燃料電池１２の発電が停止されている場合について説明する。
【００４０】
運転者によってイグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）されている場合、ＥＣＵ１００からの制御信号によって、遮断弁３０が閉じられて燃料電池１２側への水素の供給が停止されていると共に、エアポンプ２６の図示しないモータの駆動が停止されて燃料電池１２側へのエアの供給が停止されている。また、燃料電池１２の発電停止中は、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂが弁閉状態となり、燃料電池１２のカソードが封鎖されている。
【００４１】
換言すると、燃料電池１２の発電停止中において、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、例えば、ノーマルクローズタイプのバルブからなる場合、図２の実線で示されるように、ばね部材５０のばね力によって弁体４６が着座部４８に対して着座するように押圧されている。従って、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂは、インレットポート４０ａとアウトレットポート４０ｂとの連通が遮断された弁閉状態となる。その際、弁駆動機構５２の回転駆動源５６は、非通電状態にある。
【００４２】
燃料電池１２のカソードが第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂによって封鎖されることにより、燃料電池１２の発電停止中において、カソード流路２４内に新たなエアが流れ込むことが好適に阻止され、クロスリークの発生を防止して燃料電池１２の性能低下を阻止することができる。
【００４３】
次に、運転者によって燃料電池自動車のイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されて燃料電池システム１０が運転中である場合には、ＥＣＵ１００によって第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂがそれぞれ弁開状態とされてカソードの封鎖状態が解除されると共に、遮断弁３０が弁開状態とされて水素タンク２８からアノードに水素が供給されると共に、エアポンプ２６が駆動されてカソードにエア（空気）が供給されて、燃料電池１２の発電が行われる。
【００４４】
なお、燃料電池システム１０の運転中において、エア導入弁７２及びエア導出弁７６は、それぞれ弁閉状態とされ、パージ弁３２は、適宜弁開状態とされて、配管ａ２、ａ３、ａ４及びアノード流路２２からなるアノード循環系に蓄積した窒素等の不純物や生成水を排出する。窒素や生成水は、電解質膜を介してカソードからアノードを透過したものである。
【００４５】
ここで、燃料電池システム１０の運転中において、何らかの原因によって第１の開閉バルブ３６ａ又は第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障（弁体４６が弁閉状態に保持されて弁閉状態から弁開状態へ切り換わらない故障）したときについて、以下説明する。
【００４６】
燃料電池１２の上流側に配設された第１の開閉バルブ３６ａのみが閉故障した場合には、エアポンプ２６から供給されるエア圧力によって第１の開閉バルブ３６ａの上流側の配管ｃ１内のエア圧力が増大する。前記配管ｃ１内のエア圧力が所定圧力に到達したとき、調節ばねのばね力に打ち勝ってリリーフバルブ３５の弁部材をバルブシートから離間させ、前記エア圧力が増大したエアをリリーフポートから外部に放出することができる。
【００４７】
なお、前記「所定圧力」は、リリーフバルブ３５のバルブボデイの内部に配設されて、弁部材を押圧する調節ばねのばね力（ばね定数）によって設定される。さらに、前記リリーフバルブ３５に設けられた図示しない調節ノブを回動させて、調節ばねのばね力を所望の値に調節するようにしてもよい。
【００４８】
燃料電池１２の下流側に配設された第２の開閉バルブ３６ｂのみが閉故障した場合には、エアポンプ２６から供給されるエア圧力によって、第２の開閉バルブ３６ｂの上流側である配管ｃ３内のエア圧力、燃料電池１２のカソード流路２４内のエア圧力、配管ｃ２内のエア圧力及び配管ｃ１内のエア圧力がそれぞれ増大する。そこで、前記配管ｃ１内のエア圧力が所定圧力に到達したとき、調節ばねのばね力に打ち勝ってリリーフバルブ３５の弁部をバルブシートから離間させ、前記エア圧力が増大したエアをリリーフポートから外部に放出することができる。なお、燃料電池１２の下流側に配設された第２の開閉バルブ３６ｂのみが閉故障したとき、前記所定圧力は、燃料電池１２及び配管ｃ１〜ｃ３が破損しない程度の圧力（耐圧圧力）に設定されるとよい。
【００４９】
燃料電池１２の上流側に配設された第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの両方が閉故障した場合には、第１の開閉バルブ３６ａのみの閉故障と同様に、エアポンプ２６から供給されるエア圧力によって第１の開閉バルブ３６ａの上流側の配管ｃ１内のエア圧力が増大する。そこで、前記配管ｃ１内のエア圧力が所定圧力に到達したとき、調節ばねのばね力に打ち勝ってリリーフバルブ３５の弁部をバルブシートから離間させ、前記エア圧力が増大したエアをリリーフポートから外部に放出することができる。
【００５０】
その際、ＥＣＵ１００は、リリーフバルブ３５の弁部材の位置を検出する位置検出センサ３７から、前記弁部材がバルブシートから離間したことを検出した検出信号が入力されたとき、エアポンプ２６に制御信号を出力して前記エアポンプ２６の回転速度を制御して、エアポンプ２６から供給されるエア圧力（エア流量）を減少させ、又は、エアポンプ２６のモータの回転駆動を停止させて前記エアポンプ２６からのエアの供給を停止させる。前記エアポンプ２６からのエアの供給が停止されることにより、カソード系１６内の急激なエア圧力の上昇を回避することができる。
【００５１】
さらに、ＥＣＵ１００は、前記位置検出センサ３７からの検出信号が入力された後、背圧弁３８の弁開度を検知して前記背圧弁３８の弁体が全開状態から閉じ側の方向で圧力制御を行っていると判断したとき、前記弁体（バタフライ弁）を全開状態とする弁開度信号を背圧弁３８に対して出力する。従って、前記背圧弁３８の弁体が全開状態となってカソードの背圧（back pressure）を減少させることにより、カソード系１６内の急激なエア圧力の上昇を抑制することに寄与させることができる。
【００５２】
このように、本実施形態では、燃料電池システム１０の運転中において、何らかの原因によって第１の開閉バルブ３６ａ又は第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障した場合、エアポンプ２６から供給されるエアにより過大となったカソード系１６内の圧力流体をリリーフバルブ３５から外部に放出することができる。この結果、本実施形態では、燃料電池１２及びカソード系１６におけるシステムの破損又は燃料電池システム１０の異常停止を好適に回避することができる。
【００５３】
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図を図３に示す。なお、以下に示す実施形態において、図１に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５４】
この第２実施形態に係る燃料電池システム１０ａでは、図３に示されるように、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁体４６の弁開度を検出し、その検出信号をＥＣＵ１００に対して出力する弁開度センサ（故障検知手段）３９をそれぞれ設けると共に、ＥＣＵ１００からの駆動信号によってリリーフバルブ３５の弁部材を駆動するソレノイド部３５ａを設けている点で第１の実施形態と異なっている。
【００５５】
すなわち、ＥＣＵ１００は、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁体４６の弁開度を検出する弁開度センサ３９からの検出信号によって、第１の開閉バルブ３６ａ又は第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障したと判断したとき、リリーフバルブ３５のソレノイド部３５ａに駆動信号を出力する。リリーフバルブ３５では、ソレノイド部３５ａのコイルが励磁されて弁部材が吸引され、前記弁部材がバルブシートから離間する。従って、エアポンプ２６から供給されるエアにより過大な圧力となったカソード系１６内の圧力流体をリリーフバルブ３５から外部に放出することができる。この結果、本実施形態では、燃料電池１２及びカソード系１６におけるシステムの破損又は燃料電池システム１０の異常停止を好適に回避することができる。
【００５６】
この場合、第１の実施形態と同様に、ＥＣＵ１００は、エアポンプ２６の回転速度を制御すると共に、背圧弁３８の弁開度を制御する。
【００５７】
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図を図４に示す。
この第３実施形態に係る燃料電池システム１０ｂでは、図４に示されるように、前記弁開度センサ３９に代替して、第１の開閉バルブ３６ａと燃料電池１２のカソード入口との間に圧力検出センサ（故障検知手段）４１を配設し、燃料電池１２のカソード入口の上流側の配管ｃ２を流通するエアの圧力を検出してその検出信号をＥＣＵ１００に出力する点で第２の実施形態と異なっている。
【００５８】
すなわち、ＥＣＵ１００は、燃料電池１２のカソード系１６の上流側のエア圧力を検出する圧力検出センサ４１からの検出信号によって、第１の開閉バルブ３６ａ又は第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障したと判断したとき、リリーフバルブ３５のソレノイド部３５ａに駆動信号を出力する。この場合、ＥＣＵ１００は、エアポンプ２６のモータの回転速度情報や背圧弁３８の弁開度情報等から現在の燃料電池システム１０の運転状況に対応する基準圧力を図示しないテーブル等から求め、この基準圧力と圧力検出センサ４１によって検出された実際のエア圧力とを比較して閉故障であると判断する。例えば、上流側の第１の開閉バルブ３６ａが閉故障した場合には、実際のエア圧力が基準圧力よりも低いときに閉故障であると判断し、一方、下流側の第２の開閉バルブ３６ｂが閉故障した場合には、実際の圧力が基準圧力を超えたときに閉故障であると判断する。
【００５９】
このようにしてＥＣＵ１００が第１の開閉バルブ３６ａ又は第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方が閉故障したと判断したとき、リリーフバルブ３５では、ソレノイド部３５ａのコイルが励磁されて弁部材が吸引され、前記弁部材がバルブシートから離間する。従って、エアポンプ２６から供給されるエアにより過大な圧力となったカソード系１６内の圧力流体をリリーフバルブ３５から外部に放出することができる。この結果、本実施形態では、燃料電池１２及びカソード系１６におけるシステムの破損又は燃料電池システム１０の異常停止を好適に回避することができる。
【００６０】
この場合、第１の実施形態と同様に、ＥＣＵ１００は、エアポンプ２６の回転速度を制御すると共に、背圧弁３８の弁開度を制御する。
【００６１】
次に、本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図を図５に示す。
この第４実施形態に係る燃料電池システム１０ｃでは、図５に示されるように、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂの弁体４６の弁開度を検出する弁開度センサ３９と、第１の開閉バルブ３６ａと燃料電池１２のカソード入口との間に配設される圧力検出センサ４１とを併設し、それぞれの検出信号をＥＣＵ１００に出力する点で異なっている。
【００６２】
この場合、ＥＣＵ１００は、弁開度センサ３９から出力される検出信号と、圧力検出センサ４１から出力される検出信号との両者に基づいてアンドをとることにより、第１の開閉バルブ３６ａ及び第２の開閉バルブ３６ｂのいずれか一方又はその両方の閉故障を、確実且つ精度良く検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する第１の開閉バルブ及び第２の開閉バルブの概略縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、１０ａ〜１０ｃ  燃料電池システム
１２    燃料電池
１６    カソード系
２４    カソード流路
２６    エアポンプ（酸化剤ガス供給手段）
３５    リリーフバルブ（故障検知手段）
３６ａ  第１の開閉バルブ
３６ｂ  第２の開閉バルブ
３７    位置検出センサ（故障検知手段）
３９    弁開度センサ（故障検知手段）
４１    圧力検出センサ（故障検知手段）
４６    弁体
５２    弁駆動機構（第１及び第２の開閉操作手段）
１００  ＥＣＵ（カソード封鎖可能手段、故障検知手段）
ｃ１〜ｃ５  配管（酸化剤ガス流路）
【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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