(57)【要約】【課題】水素タンクから水素を排出するための専用設備を設けることなく、水素を排出したいときにおいて、簡便に排出操作を行うことが可能な燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両を提供することである。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、水素タンク１４、水素供給流路１７、水素循環流路１８、水素排出流路１９、及び主止弁１６等の流路開閉弁等から構成される水素系１２と、操作端末３１と、制御部３５と、を主要構成要素として備え、制御部３５は、操作端末３１から排出指令信号を取得したときには、流路開閉弁を開放して、水素タンク１４内の水素ガスを車外に排出する水素ガス排出手段３６と、水素タンク１４に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段３７と、水素ガス排出手段３６による流路開閉弁の開放を許可する排出許可手段３８と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素が充填された水素タンクと、
水素タンクから燃料電池本体に水素を供給すると共に、使用済みの水素を外部に排出するための水素流路と、
水素流路を開閉する流路開閉弁と、
発電運転時における流路開閉弁の開閉を制御する制御部と、
を備えた燃料電池システムにおいて、
さらに、水素を排出するための操作がなされたときに排出指令を制御部に対して出力する操作端末を備え、
制御部は、
操作端末から排出指令を取得したときに、流路開閉弁を開放して、水素タンク内の水素を燃料電池本体を通して外部に排出す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に記載の燃料電池システムにおいて、
水素タンクは、
不活性ガス供給設備から不活性ガスの供給を受けるために、不活性ガス供給設備と接続される接続管と、
接続管に不活性ガス供給設備が接続されたことを検知する接続検知器と、
接続管を開閉する接続管開閉弁と、
内圧を計測する圧力計と、
を有し、
制御部は、
操作端末から排出指令を取得したときに、接続管に不活性ガス供給設備が接続されたことが検知され圧力計により計測された内圧が閾値以下であることを条件として、接続管開閉弁を開放して水素タンクに不活性ガスを導入し、水素ガスを希釈してから排出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に記載の燃料電池システムにおいて、
燃料電池本体に空気を供給すると共に、使用済みの空気を外部に排出するための空気流路と、
空気流路に空気を導入するエアコンプレッサと、
水素流路及び空気流路の燃料電池本体より下流側に設けられ、水素と空気とを混合するための希釈器と、
を備え、
制御部は、
操作端末から排出指令を取得して流路開閉弁を開放するときに、エアコンプレッサを作動させて希釈器に空気を導入し、水素を希釈しながら排出す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に記載の燃料電池システムを備える燃料電池システム搭載車両において、
車両が既定位置に停止していることを検知する位置検知装置を備え、
燃料電池システムの制御部は、
操作端末から排出指令を取得したときに、位置検知装置により車両が既定位置に停止していることが検知されたことを条件として、流路開閉弁の開放を許可することを特徴とする燃料電池システム搭載車両。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１に記載の燃料電池システムを備える燃料電池システム搭載車両において、
燃料電池システムの制御部は、
操作端末から排出指令を取得したときに、少なくとも１つの車両設備に対して予め設定された暗号操作がなされたことを条件として、流路開閉弁の開放を許可することを特徴とする燃料電池システム搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両に係り、特に、水素が充填された水素タンクを備える燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素を電気化学反応させて発電する高効率でクリーンな発電装置であって、燃料電池を搭載した車両が盛んに開発されている。車両に搭載される燃料電池は、複数の膜電極接合体とそれを分離する複数のセパレータとが交互に積層された燃料電池スタックとして使用されている。そして、燃料電池搭載車両は、燃料電池スタックに供給する水素が充填された水素タンクを備える。
【０００３】
このような燃料電池搭載車両において、燃料電池設備や車両設備の修理、水素タンクの廃棄、車両の展示や輸送による長期保管などを行う際には、水素タンクから水素を排出することが要求される場合がある。しかし、水素タンク内の水素を排出するときには、一般的に、大掛かりな水素抜き取り装置が必要である等、水素タンクからの水素の排出操作は容易ではない。
【０００４】
本発明に関連する技術として、水素タンクから水素を排出する燃料電池システムが開示されている。例えば、特許文献１には、水素タンク内の圧力低下等の環境異変を感知して、水素タンクに設けられた排出弁を開き、排出弁の下流側に設けられた水素排出配管等で希釈空気を混入し、又は水素と化学反応する希釈剤を混入し、水素濃度を低下させた後、外部に排出する水素タンクの防護装置が開示されている。また、特許文献１には、水素タンクに接続される水素排出配管は、上流側から順に、第１排出弁、希釈空気を取り入れる枝管、吸引ファン等が設置される、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９９８６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムは、修理等を行う場合において、意図的に水素を排出するものではない。また、特許文献１の燃料電池システムは、水素タンクから水素を排出するための専用設備を備えており、コスト削減、システムの小型化・軽量化等の観点から改良の余地がある。
【０００７】
本発明の目的は、水素タンクから水素を排出するための専用設備を設けることなく、水素を排出したいときにおいて、簡便に排出操作を行うことが可能な燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、水素が充填された水素タンクと、水素タンクから燃料電池本体に水素を供給すると共に、使用済みの水素を外部に排出するための水素流路と、水素流路を開閉する流路開閉弁と、発電運転時における流路開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、さらに、水素を排出するための操作がなされたときに排出指令を制御部に対して出力する操作端末を備え、制御部は、操作端末から排出指令を取得したときに、流路開閉弁を開放して、水素タンク内の水素を燃料電池本体を通して外部に排出することを特徴とする。
【０００９】
また、水素タンクは、不活性ガス供給設備から不活性ガスの供給を受けるために、不活性ガス供給設備と接続される接続管と、接続管に不活性ガス供給設備が接続されたことを検知する接続検知器と、接続管を開閉する接続管開閉弁と、内圧を計測する圧力計と、を有し、制御部は、操作端末から排出指令を取得したときに、接続管に不活性ガス供給設備が接続されたことが検知され圧力計により計測された内圧が閾値以下であることを条件として、接続管開閉弁を開放して水素タンクに不活性ガスを導入し、水素ガスを希釈してから排出することが好ましい。
【００１０】
また、燃料電池本体に空気を供給すると共に、使用済みの空気を外部に排出するための空気流路と、空気流路に空気を導入するエアコンプレッサと、水素流路及び空気流路の燃料電池本体より下流側に設けられ、水素と空気とを混合するための希釈器と、を備え、制御部は、操作端末から排出指令を取得して流路開閉弁を開放するときに、エアコンプレッサを作動させて希釈器に空気を導入し、水素を希釈しながら排出することが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る上記構成の燃料電池システムを備える燃料電池システム搭載車両は、車両が既定位置に停止していることを検知する位置検知装置を備え、燃料電池システムの制御部は、操作端末から排出指令を取得したときに、位置検知装置により車両が既定位置に停止していることが検知されたことを条件として、流路開閉弁の開放を許可することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池システム搭載車両において、燃料電池システムの制御部は、操作端末から排出指令を取得したときに、少なくとも１つの車両設備に対して予め設定された暗号操作がなされたことを条件として、流路開閉弁の開放を許可することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムによれば、操作端末から排出指令を取得したときに、流路開閉弁を開放して、水素タンク内の水素を燃料電池本体を通して外部に排出する制御部を備えるので、水素タンクから水素を排出するための専用設備を設けることなく、水素を排出したいときにおいて、簡便に排出操作を行うことが可能になる。即ち、本燃料電池システムは、発電運転時と同じ水素供給経路を通して水素を外部に排出することができる。
【００１４】
また、制御部は、操作端末から排出指令を取得したときに、接続管に不活性ガス供給設備が接続されたことが検知され圧力計により計測された内圧が閾値以下であることを条件として、接続管開閉弁を開放して水素タンクに不活性ガスを導入し、水素ガスを希釈してから排出する構成とすれば、排出する水素の濃度を低減することができる。
【００１５】
また、制御部は、操作端末から排出指令を取得して流路開閉弁を開放するときに、エアコンプレッサを作動させて希釈器に空気を導入し、水素を希釈しながら排出する構成とすれば、水素希釈用の設備を設けることなく、排出する水素の濃度を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態における燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す燃料電池システム搭載車両による水素ガス排出の第１の制御手順を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す燃料電池システム搭載車両による水素ガス排出の第２の制御手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る第２の実施形態における燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す燃料電池システム搭載車両による水素ガス排出の制御手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を用いて本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両の実施形態につき、詳細に説明する。なお、以下では、燃料電池システム１０は、車両（燃料電池システム搭載車両４０）に搭載されるシステムとして説明する。
【００１８】
図１を用いて、第１の実施形態における燃料電池システム１０及び燃料電池システム搭載車両４０の構成を説明する。図１に示すように、燃料電池システム１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタック１１を備える。そして、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１に水素ガスを供給する水素系１２と、空気（酸素ガス）を供給するエア系１３と、燃料電池スタック１１を冷却する図示しない冷却系と、燃料電池スタック１１で発電した電力により燃料電池システム搭載車両４０を駆動させる駆動系３４と、システム全体の動作を統括的に制御する制御部３５と、を有する。
【００１９】
燃料電池スタック１１は、電力を発生する燃料電池本体であって、図示しない複数の膜電極接合体とそれを分離する複数のセパレータとが交互に積層された構造を有する。燃料電池スタック１１には、水素系１２やエア系１３等の周辺装置が接続される。例えば、水素系１２の水素供給流路１７は、図示しないエンドプレートを介して、セパレータに形成された水素流路に接続される。
【００２０】
水素系１２は、水素タンク１４と、水素供給流路１７と、水素循環流路１８と、水素排出流路１９と、気液分離器２０と、を備えている。ここで、水素供給流路１７は、水素タンク１４と燃料電池スタック１１（一方のエンドプレート）とを接続する流路、水素循環流路１８は、燃料電池スタック１１（他方のエンドプレート）と水素供給流路１７とを接続する流路、水素排出流路１９は、気液分離器２０と希釈器２５とを接続する流路として説明する。
【００２１】
水素タンク１４は、水素が充填された貯蔵容器であって、水素ガスを充填する高圧水素タンク、液体水素を充填する液体水素タンク、水素吸蔵合金を含む水素吸蔵合金タンクを用いることができる。以下では、水素タンク１４は、高圧水素タンクとして説明する。なお、水素タンク１４には、内圧（充填された水素ガスや不活性ガスの圧力）を計測する圧力計１５が設置されている。
【００２２】
水素タンク１４には、後述の不活性ガス供給設備１００から不活性ガスの供給を受けるために、不活性ガス供給設備１００と接続される接続管３２が設けられる。一般的に、水素タンク１４には、水素ガスを充填するための供給管が設けられるので、接続管３２は、供給管と兼用することが好ましい。接続管３２には、不活性ガスの導入時に開放される接続管開閉弁３３が設けられる。接続管開閉弁３３としては、公知の電磁弁や電動弁を用いることができ、例えば、不活性ガス供給設備１００との接続口（フュエールリッド）に設けられる。また、フュエールリッドには、図示しない接続検知器が設置される。接続検知器としては、接続管３２（フュエールリッド）に不活性ガス供給設備１００が接続されたことを検知できるセンサ等であれば特に限定されず、公知のセンサ等を用いることができる。
【００２３】
水素供給流路１７は、水素タンク１４の水素ガスを燃料電池スタック１１に供給するための流路であって、上記のように、水素タンク１４と燃料電池スタック１１とを接続する。水素供給流路１７には、流路の上流側（水素タンク１４側）から順に、流路を開閉する主止弁１６と、流路の上流側圧力を所定の２次圧に減圧する減圧弁２１と、水素ガスの流量や圧力を調整するインジェクタ２２と、が設けられている。
【００２４】
ここで、主止弁１６としては、公知の電磁弁や電動弁を用いることができる。また、減圧弁２１としては、例えば、機械式の減圧弁を用いることができる。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で１次圧を所定の圧力に減圧して２次圧とする構造が挙げられる。また、インジェクタ２２としては、例えば、弁体を電磁駆動力で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整する電磁駆動式の開閉弁を用いることができる。なお、主止弁１６、インジェクタ２２は、制御部３５により動作が制御される。
【００２５】
水素循環流路１８は、燃料電池スタック１１から排出された水素ガス（水素オフガス）を水素供給流路１７に戻して、燃料電池スタック１１に再循環させるための流路であって、上記のように、燃料電池スタック１１と水素供給流路１７のインジェクタ２２の下流側とを接続する。また、水素循環流路１８には、流路内における水素ガスを送流させる水素ポンプ２３が設けられている。
【００２６】
水素排出流路１９は、循環使用されて水素濃度が低くなった水素ガス（水素オフガス）を外部に排出するための流路であって、上記のように、気液分離器２０と希釈器２５とを接続する。また、水素排出流路１９は、気液分離器２０に貯留された水を排出する排水流路としても機能する。水素排出流路１９には、排気排水弁２４が設けられており、この弁を開放することにより水素ガス及び水が希釈器２５に供給される。なお、水素排出流路１９は、水素ガスのみを排出する排気専用流路を別途設け、その流路に排気弁を設置することもできる。
【００２７】
気液分離器２０は、水素ガス中に含まれる生成水等の水分を分離回収して一時的に貯留する容器であって、水素循環流路１８と水素排出流路１９との分岐点に設けられる。また、希釈器２５は、水素系１２から排出される水素ガス及びエア系１３から排出された空気を混合して、水素ガス濃度を減少させるための容器である。この希釈器２５で希釈された水素ガスは、マフラー２６を介して車外に排出される。
【００２８】
水素系１２から水素ガスを排出する際に開放される排気排水弁２４の開閉動作は、制御部３５により制御される。具体的に、制御部３５は、発電運転時において、水素系１２中の圧力や燃料電池システム搭載車両４０の運転状況等に基づいて開閉動作を制御する。例えば、燃料電池システム搭載車両４０が低速走行状態であって発電量が小さいときには、水素ガスの消費量が少なく気液分離器２０にたまる水量も少ないので、排気排水弁２４は開放され難い。一方、燃料電池システム搭載車両４０が高速走行状態であって発電量が大きなときには、水素ガスの消費量が多く気液分離器２０にたまる水量も多いので、排気排水弁２４は開放され易くなる。
【００２９】
エア系１３は、大気中から吸入した空気を燃料電池スタック１１に供給する機能を有し、燃料電池スタック１１に接続された空気供給流路２７を備える。そして、空気供給流路２７には、エアクリーナー２８、空気を圧送するエアコンプレッサ２９、空気の供給流量を計測する図示しないエアフローメータ、空気の加湿を行う図示しない加湿器が設けられる。また、燃料電池スタック１１内と希釈器２５とを接続する空気排出流路３０には、空気圧を調整するための図示しない空気調圧弁等が設けられている。
【００３０】
図示しない冷却系は、燃料電池スタック１１に冷却水を供給して循環するための冷却水経路、冷却水を圧送するウォータポンプ、ファンを備えたラジエータ、及び冷却水中の導電性イオンを吸着するイオン交換樹脂が充填されたイオン交換部等から構成される。燃料電池は、発電効率確保のために、その温度を一定（例えば、８０℃）に維持する必要があり、冷却系は、燃料電池スタック１１の温度を一定に保つ機能を有する。
【００３１】
駆動系３４は、燃料電池システム搭載車両４０の図示しない駆動輪を駆動させる電動機、燃料電池スタック１１で発電した電力を蓄えるリチウムイオン電池等のバッテリ、補機駆動用の電動機、補機バッテリ、及びパワーコントロールユニット等から構成される。パワーコントロールユニットは、ＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータ、及び制御部３５による制御の下、ＤＣ−ＤＣコンバータ、インバータの動作を制御するパワーコントロールユニット制御部等から構成される。
【００３２】
燃料電池システム１０は、水素ガスの排出を操作するための操作端末３１を備える。操作端末３１は、水素を排出するための操作がなされたときに排出指令信号を制御部３５に対して出力する機能を有する。操作端末３１の形態としては、特に限定されず、例えば、有線又は無線の通信機、コネクタピンとその挿入部、操作パネルや操作部などを用いることができる。操作端末３１は、燃料電池システム１０の制御部３５、燃料電池システム搭載車両４０の車内（例えば、インストルメントパネル）、整備工場等の外部設備（例えば、不活性ガス供給設備１００）などに設けることができる。
【００３３】
操作端末３１として、無線通信機を適用した場合には、例えば、車両に受信機を設けることにより無線通信機の操作情報を制御部３５に入力することができる。また、操作端末３１として、コネクタピンとその挿入部を適用した場合には、例えば、制御部３５や車両制御部４５、その他の車内設備等に挿入部を設けることができる。そして、操作者がコネクタピンを挿入部に挿入したときには、その挿入情報やコネクタピンに記録された情報が制御部３５に入力される。
【００３４】
燃料電池システム１０は、上記のように、システム全体の動作を統括的に制御する制御部（ＥＣＵ）３５を備える。制御部３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えたマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等に記憶された制御プログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部３５には、圧力計１５、操作端末３１、その他図示しない各種センサ等からガス圧、電流・電圧値、温度等の情報やシステムの始動・停止の要求信号、駆動系等の各負荷からの要求電力信号などが入力される。これらの情報に基づいて、制御部３５は、水素系１２の各弁（主止弁１６、排気排水弁２４等）やエアコンプレッサ２９等の装置の動作を制御する。
【００３５】
上記構成を備える燃料電池システム１０は、水素タンク１４から水素ガスを排出するための専用設備を設けることなく、水素ガスを排出したいときにおいて、簡便に排出操作を実行する機能を有する。燃料電池システム１０は、発電運転時と同じ水素ガスの供給・排出経路を使用して水素タンク１４から水素ガスを排出できるシステムである。この機能を実現するための構成要素として、制御部３５は、水素ガス排出手段３６と、不活性ガス導入手段３７と、排出許可手段３８と、を有する。
【００３６】
水素ガス排出手段３６は、操作端末３１から排出指令信号を取得すると共に、排出指令信号を取得したときには、流路開閉弁を開放して、水素タンク１４内の水素ガスを車外に排出する機能を有する。ここで、開放される流路開閉弁としては、主止弁１６、インジェクタ２２、排気排水弁２４である。水素ガス排出時における流路開閉弁の開度は、任意に調整することができ、例えば、全開とすることができる。
【００３７】
水素ガス排出手段３６により、流路開閉弁が開放されると、水素ガスは、開放された水素流路、即ち、水素供給流路１７、水素循環流路１８の一部、水素排出流路１９の順に通って車外に排出される。この排出経路は、発電運転時における水素ガスの供給・排出経路と同じであり、水素ガスは、燃料電池スタック１１や希釈器２５を通って車外に排出されることになる。
【００３８】
不活性ガス導入手段３７は、流路開閉弁の開放に先立ち、接続管開閉弁３３を開放して、水素タンク１４に不活性ガスを導入する機能を有する。不活性ガスの導入は、操作端末３１から排出指令信号を取得したときであって、接続管３２に不活性ガス供給設備１００が接続されたことが検知され、圧力計１５により計測された内圧が予め定められた第１閾値以下であることを条件として実行される。なお、不活性ガス供給設備１００の接続は、接続検知器により検知され、検知信号が制御部３５に入力される。また、圧力計１５の計測値も、上記のように、制御部３５に入力される。ここで、第１閾値としては、例えば、最大充填圧の４％に設定することができる。第１閾値をこのような値とすれば、不活性ガスを水素タンク１４の最大充填圧まで導入したときに、水素ガスの濃度が着火限界濃度である４％以下となるため好ましい。
【００３９】
排出許可手段３８は、操作端末３１から排出指令信号を取得したときに、排出許可判定を行って、水素ガス排出手段３６による流路開閉弁の開放を許可する機能を有する。排出許可判定は、燃料電池システム搭載車両４０から予め定めた排出許可条件に関する情報を取得して、排出許可条件を満たすか否かを判定するものである。故に、排出許可手段３８が機能しているときには、操作端末３１から排出指令信号を取得しても、排出許可判定がなされない場合には、水素ガスの排出が禁止される。なお、燃料電池システム１０は、排出許可手段３８の制御を解除する設定（オフモード）を設けることもできる。
【００４０】
上記のように、排出許可条件とは、水素ガス排出手段３６による排出操作を許可するか否かを判定するための条件である。このような条件を設定することにより、操作端末３１が操作されただけでは、水素ガスが排出されないようにする。排出許可条件に関する情報としては、後述の位置検知装置４４による車両の位置情報、後述のシフトレバー４１等の車両設備に対する暗号操作情報等を挙げることができる。
【００４１】
排出許可手段３８は、例えば、位置検知装置４４から車両の位置情報を取得して、車両が既定位置に停止しているか否かを判定する。既定位置は、例えば、特定の整備工場など水素ガスの排気操作を行う場所として事前（例えば、車両の製造時や販売時）に登録される。そして、車両が既定位置に停止していると判定したときには、水素ガス排出手段３６による流路開閉弁の開放を許可する。即ち、この場合、車両が既定位置に停止していることが排出許可条件である。なお、位置検知装置４４に加えて、図示しない車速センサによる測定値を取得して車両の停止状態を判定することもできる。
【００４２】
また、シフトレバー４１等の車両設備に対する暗号操作情報としては、例えば、シフトレバー４１、後述のパーキングブレーキ４２、後述のイグニッションキー４３（以下、ＩＧキー４３とする）等の位置や作動状況などが挙げられる。これらの車両設備に対する暗号操作情報に基づく排出許可条件としては、例えば、シフトレバー４１がパーキング（Ｐ）又はニュートラル（Ｎ）ポジションであること、パーキングブレーキ４２が作動していること、ＩＧキー４３がＡＣＣ又はＩＧポジションであること、或いは、シフトレバー４１がＰ→Ｎ→Ｐ→Ｎ→Ｐのように操作されたこと等が挙げられる。また、これらの操作が全てなされたこと、又はこれらの操作のうち少なくとも１つがなされたことを排出許可条件とすることができる。
【００４３】
燃料電池システム搭載車両４０は、上記構成を備えた燃料電池システム１０を搭載する車両であり、燃料電池システム１０で発電した電力により駆動系３４の電動機を駆動させて走行する。また、燃料電池システム１０で発電した電力は、ライトやオーディオ、空調機等の補機、燃料電池システム１０を構成する水素ポンプ２３やエアコンプレッサ２９等にも供給される。
【００４４】
燃料電池システム搭載車両４０は、エンジン車やハイブリッド車と同様に、シフトレバー４１、パーキングブレーキ４２、ＩＧキー４３、位置検知装置４４等の車両設備を備える。ここで、位置検知装置４４とは、車両の位置を特定する装置であって、例えば、ナビゲーション装置である。これら車両設備の操作情報は、車両全体の動作を統括的に制御する車両制御部４５に入力され、車両制御部４５によって入力された操作情報に基づいて各種装置等の動作が制御される。なお、燃料電池システム１０の制御部３５は、この車両制御部４５の一部として構成することもできる。
【００４５】
不活性ガス供給設備１００は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスを水素タンク１４に導入するための設備（装置）であって、例えば、不活性ガスが充填された高圧タンク、不活性ガスを供給するための供給ポンプ、水素タンク１４の接続管３２に接続される配管、制御部３５との送受信を行うための接続ケーブル等から構成される。なお、不活性ガス供給設備１００は、例えば、整備工場等の水素ガス排出施設に設置される。
【００４６】
上記構成を備える燃料電池システム搭載車両４０の作用、特に燃料電池システム１０の制御部３５の作用について、図２、図３を用いて説明する。ここで、図２、図３は、不活性ガス供給設備１００から不活性ガスを水素タンク１４に導入して水素ガスを希釈排出する手順を示すフローチャートである。なお、図２は、操作端末３１からの排出指令による排出制御を、図３は、排出指令に加えて排出許可判定を適用する排出制御を、それぞれ示す。
【００４７】
図２を用いて、水素ガス排出手段３６、不活性ガス導入手段３７による排出制御の手順について説明する。まず初めに、操作端末３１から排出指令信号を取得した否かを判定する（Ｓ１０）。操作端末３１に対して水素タンク１４から水素ガスを排出するための操作が行われると、制御部３５に対して排出指令信号が出力されるので、水素ガス排出手段３６は、この排出指令信号に基づいて水素排出操作を実行する。
【００４８】
Ｓ１０で排出指令信号を取得したとの判定がなされたときには、水素タンク１４の内圧が第１閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１１）。水素タンク１４の内圧が第１閾値を超える場合には、水素流路を開放して内圧が第１閾値以下となるまで水素ガスを排出する（Ｓ１８）。或いは、後述するように、エアコンプレッサ２９を作動させて、エア系１３から供給する希釈用空気により水素ガスを希釈排出する方法に切り換えることもできる。また、水素ガスの排出操作を中止することもできる。
【００４９】
Ｓ１１で水素タンク１４の内圧が第１閾値以下であるとの判定がなされたときには、接続管３２に不活性ガス供給設備１００が接続されたか否かを判定する（Ｓ１２）。不活性ガス供給設備１００の接続は、接続検知器から検知信号を取得したか否かにより判定される。不活性ガス供給設備１００の接続が確認されたときには、接続管開閉弁３３を開放し、また、不活性ガス供給設備１００の供給ポンプを作動させる等して、水素タンク１４に不活性ガスを導入する（Ｓ１３）。そして、不活性ガスが所望のレベルまで導入されたか否かを確認するために、水素タンク１４の内圧が最大充填圧（例えば、最大充填圧±数％）に達したか否かを判定する（Ｓ１４）。不活性ガスの導入量は、任意に設定することができるが、水素ガスの希釈倍率を高めるために、最大充填圧まで導入されることが好ましい。なお、Ｓ１１〜Ｓ１４の手順は、不活性ガス導入手段３７の機能によって実行される。
【００５０】
不活性ガス導入の終了判定（Ｓ１４）がなされたときには、水素流路を開放して水素ガスを排出する（Ｓ１５）。具体的には、水素流路の流路開閉弁である主止弁１６、インジェクタ２２、排気排水弁２４を全開操作することにより、水素流路を開放する。各弁を全開操作することにより、水素タンク１４内の水素ガスは、水素供給流路１７、燃料電池スタック１１を通り、水素循環流路１８の一部、水素排出流路１９を経由して、車外に排出される。
【００５１】
そして、水素ガスが所望のレベルまで排出されたか否かを確認するために、水素タンク１４の内圧が第２閾値以下となったか否かを判定する（Ｓ１６）。ここで、第２閾値としては、任意に設定することができるが、通常は、水素ガスを完全に排出するため、０ＭＰａ（≒０ＭＰａ）に設定される。
【００５２】
Ｓ１６で終了判定がなされたときには、主止弁１６、インジェクタ２２、排気排水弁２４を全閉操作して、水素流路を閉鎖する（Ｓ１７）。なお、Ｓ１０、Ｓ１５〜Ｓ１７の手順は、水素ガス排出手段３６の機能によって実行される。
【００５３】
次に、図３を用いて、操作端末３１からの排出指令に加えて排出許可判定を適用する排出制御の手順について説明する。この制御は、水素ガス排出手段３６、不活性ガス導入手段３７に加えて、排出許可手段３８の機能により実行される。ここで、Ｓ２１を除くステップは、図２のステップに対応するものであり、説明を省略する。
【００５４】
図３に示すように、排出許可判定を適用する制御では、不活性ガスの導入ステップ（Ｓ２２〜Ｓ２５）に先立って、排出許可条件が満たされたか否かを判定する（Ｓ２１）。具体的には、シフトレバー４１等の車両設備に対してなされた操作が予め定めた暗号操作（即ち、排出許可条件）と一致するか否かを判定する。或いは、位置検知装置４４により車両が既定位置に停止しているか否かを判定する。
【００５５】
以上のように、燃料電池システム１０は、操作端末３１から排出指令信号を取得すると共に、排出指令信号を取得したときには、流路開閉弁を開放して、水素タンク１４内の水素ガスを車外に排出する水素ガス排出手段３６と、流路開閉弁の開放に先立ち、接続管開閉弁３３を開放して、水素タンク１４に不活性ガスを導入する不活性ガス導入手段３７と、排出許可判定を行って、水素ガス排出手段３６による流路開閉弁の開放を許可する排出許可手段３８と、を含む制御部３５を備える。したがって、燃料電池システム１０によれば、発電運転時と同じ水素ガスの供給・排出経路を通して、水素ガスを不活性ガスで希釈してから車外に排出することができる。燃料電池システム１０及び燃料電池システム搭載車両４０には、水素ガス排出用の専用設備を設ける必要がなく、コスト削減、小型化・軽量化等に貢献する。
【００５６】
図４を用いて、第２の実施形態における燃料電池システム５０及び燃料電池システム搭載車両６０の構成を説明する。なお、第１の実施形態における燃料電池システム１０及び燃料電池システム搭載車両４０と同一の構成要素については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５７】
図４に示すように、燃料電池システム５０は、複数の水素タンク１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備える。水素タンク１４ａ、１４ｂ、１４ｃには、それぞれに、内圧を計測する圧力計１５ａ、１５ｂ、１５ｃが設置される。また、各水素タンク１４ａ、１４ｂ、１４ｃには、減圧弁２１の上流側で分岐する水素供給流路１７が接続され、分岐した水素供給流路１７には、該流路を開閉する主止弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃがそれぞれ設けられる。
【００５８】
また、制御部５１は、不活性ガス導入手段３７の代わりに、希釈空気供給手段５２を有する。希釈空気供給手段５２は、操作端末３１から排出指令信号を取得したときには、エアコンプレッサ２９を作動させて希釈器２５に空気を導入する機能を有する。故に、エア系１３から供給される空気により水素ガスを希釈しながら車外に排出することができる。また、希釈空気供給手段５２は、エアコンプレッサ２９の回転数を最大にすると共に、調圧弁等が全開ではない場合には、これを全開操作することが好ましい。
【００５９】
なお、操作端末３１の操作により制御部３５に入力される情報としては、全ての水素タンク１４から水素ガスを排出するという排出指令信号だけでなく、例えば、特定の水素タンク１４について排出操作を行う排出指令信号や排出順序が規定された排出指令信号を入力することができる。これらの入力情報は、例えば、操作パネルの操作パターンを選択することにより、或いは、コネクタピン等に予め登録しておくことにより、設定・変更することができる。
【００６０】
上記構成を備える燃料電池システム搭載車両６０の作用、特に燃料電池システム５０の制御部３５の作用について、図４を用いて説明する。ここで、図５は、エア系１３から希釈用空気を希釈器２５に導入して水素ガスを希釈排出する手順を示すフローチャートである。なお、この制御は、水素ガス排出手段３６、排出許可手段３８、希釈空気供給手段５２の機能により実行される。
【００６１】
図５に示すように、排出許可判定（Ｓ３１）がなされたときには、水素流路の開放（Ｓ３３）に先立って、エアコンプレッサ２９を作動させる（Ｓ３２）。即ち、水素ガスの排出に先立って、希釈器２５に水素ガスの希釈用空気を供給する。したがって、空気供給流路２７や空気排出流路３０に設置される図示しない調圧弁等もエアコンプレッサ２９の作動と共に、全開操作することが好ましい。そして、水素ガスの排出が完了して終了判定がなされたときには、エアコンプレッサ２９の作動を停止する（Ｓ３６）。
【００６２】
このように、操作端末３１から排出指令を取得して流路開閉弁を開放するときに、エアコンプレッサ２９を作動させて希釈器２５に空気を導入し、水素ガスを希釈しながら排出する構成とすれば、水素希釈用の設備を設けることなく、排出する水素ガスの濃度を低減することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０，５０  燃料電池システム、１１  燃料電池スタック、１２  水素系、１３  エア系、１４  水素タンク、１５  圧力計、１６  主止弁、１７  水素供給流路、１８  水素循環流路、１９  水素排出流路、２０  気液分離器、２１  減圧弁、２２  インジェクタ、２３  水素ポンプ、２４  排気排水弁、２５  希釈器、２６  マフラー、２７  空気供給流路、２８  エアクリーナー、２９  エアコンプレッサ、３０  空気排出流路、３１  操作端末、３２  接続管、３３  接続管開閉弁、３４  駆動系、３５，５１  制御部、３６  水素ガス排出手段、３７  不活性ガス導入手段、３８  排出許可手段、４０，６０  燃料電池システム搭載車両、４１  シフトレバー、４２  パーキングブレーキ、４３  イグニッションキー、４４  位置検知装置、４５  車両制御部、５２  希釈空気供給手段、１００  不活性ガス供給設備。
【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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