(57)【要約】【課題】出口配管のフィルターの目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１２に供給ガスを供給するためのガス供給装置１８と、燃料電池から排出される供給ガスの出口配管に設けられたフィルター４４と、燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路３６と、出口配管４２とを連結するバイパス流路４６とを備え、ガス供給装置によって、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御する制御装置６１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給ガスである燃料ガスを燃料極に供給するとともに、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給して、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電するように構成した燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給ガスを供給するためのガス供給装置と、
前記燃料電池から排出される供給ガスの出口配管に設けられたフィルターと、
前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路と、前記出口配管とを連結するバイパス流路とを備え、
前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路の圧力と、前記出口配管の圧力との間の差圧が、所定の圧力差以上になった際に、
前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御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】
前記制御装置は、
前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、
前記燃料電池の反応によって生成された生成流体を、前記フィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路に設けた加湿装置を備え、
前記制御装置は、
前記加湿装置を作動させて、前記燃料電池の反応によって生成される生成流体の量を増加させるとともに、
前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、
前記燃料電池の反応によって生成された生成流体を、前記フィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池からの発電電力を充電する二次電池を備え、
前記制御装置は、
前記二次電池へ充電される回生電力のうち余剰の回生電力によって、前記ガス供給装置を作動させて、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池からの発電電力を充電する二次電池を備え、
前記制御装置は、
前記二次電池のＳＯＣ（充電率）が、所定の範囲で所定時間以上放置された際に、前記ガス供給装置を作動させて、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記ガス供給装置は、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス供給装置であり、
前記フィルターは、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターであり、
前記バイパス流路は、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス出口配管とを連結する酸化剤ガスバイパス流路であり、
前記酸化剤ガス供給装置によって、前記酸化剤ガスバイパス流路を介して、酸化剤ガスの一部を、酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記ガス供給装置は、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス供給装置であり、
前記フィルターは、前記燃料電池から排出される燃料ガスの燃料ガス出口配管に設けられたフィルターであり、
前記バイパス流路は、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの酸化剤ガス供給路と、前記燃料ガス出口配管とを連結する燃料ガス側バイパス流路であり、
前記酸化剤ガス供給装置によって、前記燃料ガス側バイパス流路を介して、酸化剤ガスの一部を、燃料ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池システムを備えたことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、例えば、燃料電池自動車（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）（ＦＣＶ）などの電動車両（以下、単に「電動車両」と言う）に用いられる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、これらの電動車両では、地球温暖化などの地球規模の環境問題などを考慮して、固体高分子型燃料電池である燃料電池を用いた燃料電池システムが用いられている。
【０００３】
このような燃料電池システムでは、燃料ガスである水素ガスが、燃料極に供給されるとともに、酸化剤ガスである空気を酸化剤極に供給して、供給された水素ガスと空気を反応させて発電するように構成した燃料電池を備えている。
【０００４】
そして、燃料極で消費されなかった余剰の水素ガスは、水素循環流路によって、水素供給流路に還流されて、供給される水素ガスと混合され、燃料極へ供給されるようになっている。
【０００５】
また、余剰の水素ガス中に含まれる窒素ガスなどは、燃料ガス出口配管を介して外部に排出するように構成されている。
【０００６】
一方、酸化剤極で、供給された空気が反応に使用され、残りの空気は、酸化剤ガス出口配管を介して、排出されるようになっている。
【０００７】
ところで、燃料電池システムにおいては、例えば、８０℃の温度で稼働しているため、運転を停止した後に、燃料電池システム内が冷えて、燃料電池システムの内部が大気圧より陰圧になってしまう。また、燃料電池システムの運転停止時の制御によっては、燃料電池システムの内部が大気圧より陰圧になってしまう場合がある。
【０００８】
この場合には、燃料電池スタック内部へ外部環境の異物が吸い寄せられることもあり、異物が混入すると、発電性能の低下や、配管、バルブ、燃料電池などの構成部材が、劣化、破損してしまうことになる。
【０００９】
このため、燃料電池システムにおいては、燃料ガス出口配管、酸化剤ガス出口配管には、例えば、砂やごみといった異物や不純物が、外部環境から燃料電池システム内に侵入することを防止するために、例えば、金属メッシュなどのフィルターを設けることが行われている。
【００１０】
しかし、出口配管のフィルターの目詰まりなどが発生した場合、部品の交換や手作業による清掃など、メンテナンスに時間と手間がかかることになる。
【００１１】
また、燃料電池システムでは、排出される余剰の水素ガスに水蒸気などの水分が含まれているため、燃料ガス出口配管内で水分が凝縮して水が溜まることがあり、フィルターのメッシュ部分に水が付着しやすい。このため、システム停止後に低温環境下で放置した場合、フィルターに付着した水が凍結して、燃料ガス出口配管を閉塞してしまうおそれがある。
【００１２】
特許文献１（特許第５４６８１３０号公報）の燃料電池システムでは、燃料ガス出口配管に、機械的に可動する可動式フィルターを設けて、フィルターに付着した水分を、回転による遠心力や振動によって、速やかに飛散させ、水の凍結による燃料ガス出口配管の閉塞を防止することができるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第５４６８１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１の燃料電池システムでは、機械的に可動する可動式フィルターを設けて、回転による遠心力や振動によって、水分を速やかに飛散させ、水の凍結による燃料ガス出口配管の閉塞を防止するのを目的とするものである。
【００１５】
しかも、特許文献１の燃料電池システムでは、出口配管のフィルターを機械的に可動するようにするため、複雑な構成の機械装置が必要であり、大型化してしまい、コストも高くつくことになる。
【００１６】
このような課題に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、簡単な構成によって、出口配管のフィルターの目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができ、しかも、出口配管のフィルターの目詰まりなどが発生した場合にも、部品の交換や手作業による清掃などのメンテナンスが不要な燃料電池システム及び該燃料電池システムを備えた電動車両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】
【００１７】
前述したような目的を達成するために発明されたものであって、本発明の少なくとも一つの実施形態は、供給ガスである燃料ガスを燃料極に供給するとともに、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給して、供給された燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて発電するように構成した燃料電池を備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池に供給ガスを供給するためのガス供給装置と、前記燃料電池から排出される供給ガスの出口配管に設けられたフィルターと、前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路と、前記出口配管とを連結するバイパス流路とを備え、前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
このように構成することによって、ガス供給装置によって、燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路と、出口配管とを連結するバイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように構成されている。
【００１９】
従って、圧損体である燃料電池（燃料電池スタック）を回避できる経路であるバイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するようになっている。
【００２０】
従って、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するので、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００２１】
しかも、出口配管のフィルターの目詰まりなどが発生した場合にも、部品の交換や手作業による清掃などのメンテナンスが不要である。
【００２２】
また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路の圧力と、前記出口配管の圧力との間の差圧が、所定の圧力差以上になった際に、前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００２３】
このように構成することによって、燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路の圧力と、出口配管の圧力との間の差圧が、所定の圧力差以上になった際に、ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するようになっている。
【００２４】
従って、出口配管のフィルターの目詰まりが発生して、供給ガス供給路の圧力と、出口配管との間の差圧が、所定の圧力差以上になったことを検知して、この場合に、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００２５】
また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、前記燃料電池の反応によって生成された生成流体を、前記フィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００２６】
このように構成することによって、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、燃料電池の反応によって生成された生成流体、例えば、供給ガスである酸化剤ガス（空気）が供給される酸化剤極で生成される生成水を、供給ガスの一部とともに、この生成流体（生成水）を出口配管に設けられたフィルターに供給することができる。
【００２７】
これにより、出口配管のフィルターの目詰まりが発生した場合に、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部とともに、生成流体によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたってさらに効率的に防ぐことができる。
【００２８】
また、幾つかの実施形態では、前記燃料電池システムは、前記燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路に設けた加湿装置を備え、前記制御装置が、前記加湿装置を作動させて、前記燃料電池の反応によって生成される生成流体の量を増加させるとともに、前記ガス供給装置によって、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、前記燃料電池の反応によって生成された生成流体を、前記フィルターに供給するように制御するように構成されていることを特徴とする。
【００２９】
このように構成することによって、供給ガス供給路に設けた加湿装置を作動させて、燃料電池の反応によって生成される生成流体の量を増加させることができる。
【００３０】
これにより、ガス供給装置によって、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給する際に、燃料電池の反応によって生成されたより多量の生成流体（例えば、酸化剤極で生成される生成水）を、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給することができる。
【００３１】
これにより、出口配管のフィルターの目詰まりが発生した場合に、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部とともに、多量の生成流体によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたってさらに効率的に防ぐことができる。
【００３２】
また、幾つかの実施形態では、前記燃料電池システムは、前記燃料電池からの発電電力を充電する二次電池を備え、前記制御装置は、前記二次電池へ充電される回生電力のうち余剰の回生電力によって、前記ガス供給装置を作動させて、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００３３】
このように構成することによって、例えば、電動車両の駆動モータからの回生電力のうち、二次電池の許容充電率（例えば満充電率）を超える余剰の回生電力によって、ガス供給装置を作動させて、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するので、電動車両の駆動モータからの余剰の回生電力を有効活用することが可能である。
【００３４】
また、幾つかの実施形態では、前記燃料電池システムは、前記燃料電池からの発電電力を充電する二次電池を備え、前記制御装置は、前記二次電池のＳＯＣ（充電率）が、所定の範囲で所定時間以上放置された際に、前記ガス供給装置を作動させて、前記バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００３５】
このように構成することによって、二次電池のＳＯＣ（充電率）が、例えば、５０〜７０％など、劣化がしやすい状態で所定時間以上放置された場合、自動で出口配管のフィルターの目詰まりを洗浄する操作を行い、二次電池のＳＯＣが、例えば、３０〜４０％など放置による劣化が少ない領域になるように調節することが可能である。
【００３６】
また、幾つかの実施形態では、前記ガス供給装置は、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス供給装置であり、前記フィルターは、前記燃料電池から排出される酸化剤ガスの酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターであり、前記バイパス流路は、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの酸化剤ガス供給路と、前記酸化剤ガス出口配管とを連結する酸化剤ガスバイパス流路であり、前記酸化剤ガス供給装置によって、前記酸化剤ガスバイパス流路を介して、酸化剤ガスの一部を、酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００３７】
このように構成することによって、酸化剤ガス供給装置によって、酸化剤ガスバイパス流路を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を、酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するように構成されている。
【００３８】
従って、圧損体である燃料電池（燃料電池スタック）を回避できる経路である酸化剤ガスバイパス流路を介して、供給ガスである酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するようになっている。
【００３９】
従って、酸化剤ガスバイパス流路を介して、供給ガスである酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するので、酸化剤ガス出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００４０】
また、幾つかの実施形態では、前記ガス供給装置は、供給ガスである酸化剤ガスを酸化剤極に供給する酸化剤ガス供給装置であり、前記フィルターは、前記燃料電池から排出される燃料ガス燃料ガス出口配管に設けられたフィルターであり、前記バイパス流路は、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの酸化剤ガス供給路と、前記燃料ガス出口配管とを連結する燃料ガス側バイパス流路であり、前記酸化剤ガス供給装置によって、前記燃料ガス側バイパス流路を介して、酸化剤ガスの一部を、燃料ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するように制御することを特徴とする。
【００４１】
このように構成することによって、燃料電池に供給される酸化剤ガス（空気）の酸化剤ガス供給路と、燃料ガス出口配管とを連結する燃料ガス側バイパス流路を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を、燃料ガス出口配管に設けられたフィルターに供給するようになっている。
【００４２】
従って、酸化剤ガス（空気）の一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するので、燃料ガス出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００４３】
また、幾つかの実施形態では、前述のいずれかに記載の燃料電池システムを備えたことを特徴とする電動車両である。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、ガス供給装置によって、燃料電池に供給される供給ガスの供給ガス供給路と、出口配管とを連結するバイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するように構成されている。
【００４５】
従って、圧損体である燃料電池（燃料電池スタック）を回避できる経路であるバイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するようになっている。
【００４６】
従って、バイパス流路を介して、供給ガスの一部を出口配管に設けられたフィルターに供給するので、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、供給ガスの一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００４７】
しかも、出口配管のフィルターの目詰まりなどが発生した場合にも、部品の交換や手作業による清掃などのメンテナンスが不要である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの制御装置の構成図である。
【図３】図２の本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの作動を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。
【００５０】
ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００５１】
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００５２】
図１に本発明の一実施形態を示す。
本発明の燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池自動車（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）（ＦＣＶ）などの電動車両に適用することができる。
【００５３】
図１に示すように、燃料電池システム１０では、固体高分子型燃料電池本体である燃料電池（燃料電池スタック）１２を備えている。
【００５４】
この燃料電池１２には、燃料ガス供給源である燃料ガスタンク１４から、燃料ガスである水素ガスが供給されるアノードを構成する燃料極１６を備えている。
【００５５】
また、燃料電池１２には、酸化剤ガスである空気が、ガス供給装置である酸化剤ガス供給装置を構成する、例えば、ブロワー、コンプレッサーなどの酸化剤ガス供給装置１８を介して供給されるカソードを構成する酸化剤極（空気極）２０が備えられている。
【００５６】
燃料ガスである水素ガスは、調圧弁２２によって、燃料電池１２の運転圧力まで減圧され、燃料ガス供給路２４を介して、燃料極１６へ供給される。
【００５７】
また、燃料極１６で消費されなかった余剰の燃料ガスは、循環ポンプ２６を介して、燃料ガス循環流路２８によって、燃料ガス供給路２４に還流されて、燃料ガスタンク１４から供給される燃料ガスと混合され、燃料極１６へ供給されるようになっている。
【００５８】
また、燃料ガス循環流路２８には、余剰の水素ガスを外部に排出するための出口配管である燃料ガス出口配管３０が分岐されており、この燃料ガス出口配管３０を開閉するための、例えば、電磁弁を用いたパージ弁３２が配置されている。
【００５９】
なお、この燃料ガス出口配管３０には、例えば、砂やごみといった異物や不純物を防止するために、例えば、金属メッシュなどのフィルター６４が設けられている。
【００６０】
なお、切替弁３４により、燃料ガス循環流路２８と、燃料ガス出口配管３０とが、切り替えられるようになっている。
【００６１】
一方、酸化剤ガスである空気は、前述したように、酸化剤ガス供給装置１８により、酸化剤ガス供給路３６を介して、酸化剤極２０へ供給されるようになっている。
【００６２】
そして、酸化剤極２０で、酸化剤ガスとして空気中の酸素が反応に使用され、残りの空気は、空気圧を調整する圧力調整弁３１を介して、生成流体である生成水を貯留する生成水貯留タンク３８に貯留されるようになっている。
【００６３】
この生成水貯留タンク３８に貯留された生成水は生成水貯留タンク３８内で気液分離されて、液体分は排水弁４０を介して排出されるようになっている。また、気体分は出口配管を構成する酸化剤ガス出口配管４２へ排出されるように切替弁５０を介して排出されるようになっている。そして、排水弁４０を閉じると、生成水貯留タンク３８に貯留された生成水は、生成水貯留タンク３８内の気体分の空気と共に酸化剤ガス出口配管４２へと排出されるようになっている。
【００６４】
この酸化剤ガス出口配管４２には、例えば、砂やごみといった異物や不純物を防止するために、例えば、金属メッシュなどのフィルター４４が設けられている。
【００６５】
一方、酸化剤ガス供給路３６から分岐して、燃料電池１２に供給される供給ガスである酸化剤ガス（空気）の酸化剤ガス供給路３６と、出口配管である酸化剤ガス出口配管４２とを連結するバイパス流路を構成する酸化剤ガスバイパス流路４６が配設されている。
【００６６】
また、酸化剤ガス供給路３６には、酸化剤ガス供給路３６と、酸化剤ガスバイパス流路４６とを切り替えるための切替弁４８が、配置されている。
【００６７】
さらに、酸化剤ガス出口配管４２には、酸化剤ガス出口配管４２と、酸化剤ガスバイパス流路４６とを切り替えるための切替弁５０が、配置されている。
【００６８】
また、酸化剤ガス供給路３６には、酸化剤極２０側に、酸化剤ガス供給路３６の圧力を検知するために、入口圧力センサ５２が配設されている。
【００６９】
一方、酸化剤ガス出口配管４２のフィルター４４側には、酸化剤ガス出口配管４２の圧力を検知するために、出口圧力センサ５４が配設されている。
【００７０】
このような燃料電池システム１０の燃料電池１２では、燃料ガスである水素ガスが、燃料極１６に供給されるとともに、酸化剤ガスである空気を酸化剤極２０に供給して、供給された水素ガスと空気を反応させて、発電するように構成されている。
【００７１】
さらに、電動車両の駆動モータ５６と、二次電池５８が設けられており、燃料電池１２で発電された電力が、図１に示すように、二次電池５８に供給されるようになっている。
【００７２】
そして、二次電池５８の電力によって、電動車両の駆動モータ５６が駆動されるようになっている。
【００７３】
また、酸化剤ガス供給路３６には、酸化剤極２０側に、酸化剤ガス供給路３６内を加湿するために、加湿装置６０が配設されている。
【００７４】
ところで、燃料電池システム１０においては、出口配管である酸化剤ガス出口配管４２に配設したフィルター４４が、陰圧によって、例えば、砂やごみといった異物や不純物が付着して目詰まりすることがある。
【００７５】
このような目詰まりが発生した場合には、発電性能の低下や、配管、バルブ、燃料電池などの構成部材が、劣化、破損してしまうことになる。
【００７６】
このため、本発明の燃料電池システム１０では、図１の矢印Ａで示すように、酸化剤ガスである空気を供給するガス供給装置である酸化剤ガス供給装置１８によって、バイパス流路を構成する酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、供給ガスである酸化剤ガス（空気）の一部を、出口配管である酸化剤ガス出口配管４２に配設したフィルター４４に供給する洗浄操作が行われるように、制御装置６１によって制御するように構成されている。
【００７７】
このように構成することによって、酸化剤ガス供給装置１８によって、燃料電池１２に供給される酸化剤ガス（空気）の酸化剤ガス供給路３６と、酸化剤ガス出口配管４２とを連結する酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するように構成されている。
【００７８】
従って、圧損体である燃料電池（燃料電池スタック）１２を回避できる経路である酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、供給ガスである酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するようになっている。
【００７９】
従って、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、供給ガスである酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するので、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、酸化剤ガス（空気）の一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００８０】
しかも、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の目詰まりなどが発生した場合にも、部品の交換や手作業による清掃などのメンテナンスが不要である。
【００８１】
図２に、本発明の一実施形態を示す。
図２は、図１に示した制御装置６１の構成を示す。図２のように、制御装置６１は、フィルタ圧損判定部６３、余剰回生電力判定部６５、二次電池ＳＯＣ判定部６７、洗浄操作制御部６９を有して構成されている。
【００８２】
また、制御装置６１には、図１に示したように、入口圧力センサ５２からの圧力信号、出口圧力センサ５４からの圧力信号、二次電池５８のＳＯＣを検出する充電率検出手段７１からの信号が入力されている。
【００８３】
フィルタ圧損判定部６３は、入口圧力センサ５２で計測された酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、出口圧力センサ５４で計測された酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧が、所定の圧力差Ｐｃ以上であるかを（Ｐ２−Ｐ１≧Ｐｃ）判断する。
【００８４】
余剰回生電力判定部６５は、電動車両の駆動モータからの回生電力のうち、二次電池の許容充電率（例えば満充電率）を超える余剰の回生電力が発生したかを判定する。
【００８５】
二次電池ＳＯＣ判定部６７は、二次電池５８のＳＯＣが、例えば、５０〜７０％など、所定時間以上放置された場合に、二次電池５８のＳＯＣが劣化がしやすい範囲にあるかを判定する。
【００８６】
洗浄操作制御部６９は、切替弁４８、５０の切替を制御するとともに、酸化剤ガス供給装置１８の作動を制御する。例えば、ブロワー、コンプレッサーなどの出力を、フィルター４４の洗浄操作時に高出力に制御する。
【００８７】
このような構成の制御装置６１による制御は、図３に示すフローチャートに基づいて行われる。
【００８８】
先ず、ステップＳ１において、制御が開始される。
そして、ステップＳ２において、入口圧力センサ５２で計測された酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、出口圧力センサ５４で計測された酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧が、所定の圧力差Ｐｃ以上であるか否か（Ｐ２−Ｐ１≧Ｐｃ）が判断される。
【００８９】
ステップＳ２において、酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧が、所定の圧力差Ｐｃ以上である（Ｐ２−Ｐ１≧Ｐｃ）と判断された場合には、ステップＳ５に進み、図１の矢印Ａで示すように、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の洗浄操作が行われる。
【００９０】
すなわち、燃料電池１２に供給される酸化剤ガス（空気）の酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧（Ｐ２−Ｐ１）が、所定の圧力差Ｐｃ以上になった際に、酸化剤ガス供給装置１８によって、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給して、洗浄操作が行われるようになっている。
【００９１】
従って、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の目詰まりが発生して、酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧（Ｐ２−Ｐ１）が、所定の圧力差Ｐｃ以上になったことを検知して、この場合に、出口配管のフィルターに目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、酸化剤ガス（空気）の一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【００９２】
この場合、所定の圧力差Ｐｃは、燃料電池システム１０の種類、大きさ、使用環境などによって、適宜選択すれば良く、限定されるものではない。
【００９３】
一方、ステップＳ２において、酸化剤ガス供給路３６の計測圧力Ｐ１と、酸化剤ガス出口配管４２の計測圧力Ｐ２との間の差圧が、所定の圧力差Ｐｃ以上でないと判断された場合には、ステップＳ３に進む。
【００９４】
ステップＳ３では、駆動モータ５６からの回生電力による二次電池５８への充電電力に余剰の回生電力があるか否かが判断される。すなわち、二次電池５８の許容充電率（例えば満充電率）を超えるような回生電力生じているかが判断される。
【００９５】
そして、ステップＳ３では、二次電池５８への充電電力に余剰の回生電力があると判断された場合には、ステップＳ５に進み、図１の矢印Ａで示すように、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の洗浄操作が行われる。
【００９６】
このように構成することによって、図１の矢印Ｂで示すように、例えば、電動車両の駆動モータ５６からの余剰の回生電力によって、酸化剤ガス供給装置１８を稼働させ、高出力で稼働させるとともに、切替弁４８、５０の切替を制御して、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するので、二次電池５８の余剰電力を有効活用することが可能である。
【００９７】
一方、ステップＳ３において、二次電池５８の余剰の回生電力がないと判断された場合には、ステップＳ４に進む。
【００９８】
ステップＳ４では、二次電池のＳＯＣ（充電率）が、所定の範囲であり、かつ、所定の停止時間Ｔが経過したか否かが判断される。
【００９９】
すなわち、二次電池５８のＳＯＣ（充電率）が、例えば、５０〜７０％など、劣化がしやすい状態で保存された場合には、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の目詰まりを洗浄する操作を行い、二次電池５８の電力を消費して二次電池５８のＳＯＣが、例えば、３０〜４０％など放置による劣化が少ない領域になるように調節する必要があるからである。
【０１００】
従って、ステップＳ４では、二次電池のＳＯＣ（充電率）が、所定の範囲であり、かつ、所定の停止時間Ｔが経過したと判断された場合には、ステップＳ５に進み、酸化剤ガス供給装置１８を稼働させ、高出力で稼働させるとともに、切替弁４８、５０の切替を制御して、図１の矢印Ａで示すように、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の洗浄操作が行われる。
【０１０１】
なお、この所定の停止時間Ｔは、例えば、３日以上など、電動車両の種類、燃料電池システム１０の種類、大きさ、使用環境、走行パターンなどによって、適宜選択すれば良く、限定されるものではない。
【０１０２】
一方、ステップＳ４において、二次電池のＳＯＣ（充電率）が、所定の範囲になく、または、所定の停止時間Ｔが経過していないと判断された場合には、ステップＳ１に再び戻り制御が繰り返される。
【０１０３】
さらに、酸化剤ガス供給装置１８によって、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給する際に、図１の矢印Ｃで示すように、燃料電池１２の反応によって生成された生成流体、すなわち、生成水貯留タンク３８に貯留された余剰の生成水を、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するように構成しても良い。
【０１０４】
また、この場合、加湿装置６０を作動させて、燃料電池１２の反応によって生成される生成流体（生成水）の量を増加させるとともに、酸化剤ガス供給装置１８によって、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給する際に、燃料電池１２の反応によって生成された生成流体（生成水）を、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給するように構成しても良い。
【０１０５】
このように構成することによって、酸化剤ガス供給路３６に設けた加湿装置６０を作動させて、燃料電池１２の反応によって生成される生成流体（生成水）の量を増加させることができる。
【０１０６】
これにより、酸化剤ガス供給装置１８によって、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給する際に、燃料電池１２の反応によって生成されたより多量の生成流体（生成水）を、酸化剤ガスバイパス流路４６を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に供給することができる。
【０１０７】
これにより、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４の目詰まりが発生した場合に、酸化剤ガス出口配管４２に設けられたフィルター４４に目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、酸化剤ガス（空気）の一部とともに、多量の生成流体（生成水）によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたってさらに効率的に防ぐことができる。
【０１０８】
図４に、本発明の一実施形態を示す。
図４の実施形態は、基本的には、図１〜３に示した実施形態の燃料電池システム１０と同様であるので、同じ構成部材には、同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
この実施形態の燃料電池システム１０は、図４に示すように、酸化剤ガスの酸化剤ガス供給路３６と、燃料ガス出口配管３０とを連結する燃料ガス側バイパス流路６２を設けている。
【０１０９】
そして、図４の矢印Ｄで示すように、酸化剤ガス供給装置１８によって、燃料ガス側バイパス流路６２を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を、燃料ガス出口配管３０に設けられたフィルター６４に供給するように構成されている。
【０１１０】
このように構成することによって、燃料電池１２に供給される酸化剤ガス（空気）の酸化剤ガス供給路３６と、燃料ガス出口配管３０とを連結する燃料ガス側バイパス流路６２を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を、燃料ガス出口配管３０に設けられたフィルター６４に供給するようになっているので、燃料ガス出口配管３０に設けられたフィルター６４に目詰まりした、例えば、砂やごみといった異物や不純物を、酸化剤ガス（空気）の一部によって、吹き飛ばすことにより、目詰まりを、長期にわたって効率的に防ぐことができる。
【０１１１】
また、この場合、燃料ガス供給路２４には、燃料極１６側に、燃料ガス供給路２４の圧力を検知するために、入口圧力センサ６６が配設されている。
【０１１２】
一方、燃料ガス出口配管３０のフィルター６４側には、燃料ガス出口配管３０の圧力を検知するために、出口圧力センサ６８が配設されている。
【０１１３】
そして、入口圧力センサ６６で計測された燃料ガス供給路２４の計測圧力Ｐ３と、出口圧力センサ６８で計測された燃料ガス出口配管３０の計測圧力Ｐ３との間の差圧が、所定の圧力差Ｐｄ以上であるか否か（Ｐ４−Ｐ３≧Ｐｄ）が判断される。
所定の圧力差Ｐｄ以上である場合（Ｐ４−Ｐ３≧Ｐｄ）には、図４の矢印Ｄで示すように、切替弁４８、７０が切替えられて、燃料ガス出口配管３０に設けられたフィルター６４の洗浄操作が行われる。
【０１１４】
さらに、酸化剤ガス供給装置１８によって、燃料ガス側バイパス流路を介して、酸化剤ガス（空気）の一部を燃料ガス出口配管３０のフィルター６４に供給する際に、図４の矢印Ｅで示すように、燃料電池１２の反応によって生成された生成流体、すなわち、生成水貯留タンク３８に貯留された余剰の生成水を、切替弁７０を介して酸化剤ガス（空気）の一部とともに、燃料ガス出口配管３０のフィルター６４に供給するように構成しても良い。
【０１１５】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、本発明の燃料電池システム１０を、例えば、燃料電池自動車（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）（ＦＣＶ）などの電動車両に適用したが、これ以外の燃料電池システムにも適用できるなど本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本開示は、例えば、燃料電池自動車（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）（ＦＣＶ）などの電動車両に適用することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池（燃料電池スタック）
１４  燃料ガスタンク
１６  燃料極
１８  酸化剤ガス供給装置
２０  酸化剤極（空気極）
２２  調圧弁
２４  燃料ガス供給路
２６  循環ポンプ
２８  燃料ガス循環流路
３０  燃料ガス出口配管
３１  圧力調整弁
３２  パージ弁
３４、４８、５０、７０  切替弁
３６  酸化剤ガス供給路
３８  生成水貯留タンク
４０  排水弁
４２  酸化剤ガス出口配管
４４  フィルター
４６  酸化剤ガスバイパス流路
５２  入口圧力センサ
５４  出口圧力センサ
５６  駆動モータ
５８  二次電池
６０  加湿装置
６１  制御装置
６２  燃料ガス側バイパス流路
６３  フィルタ圧損判定部
６４  フィルター
６５  余剰回生電力判定部
６６  入口圧力センサ
６７  二次電池ＳＯＣ判定部
６８  出口圧力センサ
６９  洗浄操作制御部
【図１】
2019133876.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019133876.tif 000005
【図４】
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