(57)【要約】【課題】液滴などによる詰まりの発生を確実に解消あるいは防止することのできる燃料電池用制御装置を提供すること。【解決手段】燃料電池システム１において、燃料電池用制御装置５のバルブ装置５０は、通常モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆの全てを開状態にして空気（気体）を各セル１０Ａ〜１０Ｆに供給する一方、不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆを閉状態とする。このため、不具合対策モードでは、エアーポンプ３０から一つの第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのみに気体が供給される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料用流体が供給されるアノード極と、酸素を含む反応剤用流体が供給されるカソード極と、該カソード極と前記アノード極とを仕切る隔壁とを備えたセルを複数備えた燃料電池において、前記アノード極または前記カソード極のうち、気体供給源と連通する極に対してセル毎に接続された複数の個別気体流路の通気条件を切り換える燃料電池用制御装置であって、
前記複数の個別気体流路の全てを開状態とした通常モードと、前記複数の個別気体流路のうちの一部のみを開状態とし、他の気体流路を閉状態とした不具合対策モードとに切り換えるバルブ装置を備えていることを特徴とする燃料電池用制御装置。
【請求項２】
前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路のうち、１つの個別気体流路のみを開状態とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項３】
前記アノード極および前記カソード極のいずれか一方は、前記水素と前記酸素との結合反応により水が生成される水生成極であり、
前記複数の個別気体流路は、前記複数のセルの前記水素生成極に各々接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項４】
前記複数の個別気体流路は、前記複数のセルに対して気体供給方向における上流側に各々接続されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項５】
前記バルブ装置は、前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路を順次、開閉していくことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項６】
前記バルブ装置は、前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路のうち、液滴による詰まりが発生した気体流路のみを開状態とすることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項７】
前記複数のセルの各々について起電力を監視する起電力監視装置を備え、
前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路のうち、前記起電力監視装置の監視結果において起電力が低下したセルに対応する個別気体流路のみを開状態とすることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項８】
前記複数の気体流路の各々について管路内抵抗の監視を行う管路内抵抗監視装置を備え、
前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路のうち、前記管路内抵抗監視装置の監視結果において管路内抵抗が増大した個別気体流路のみを開状態とすることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項９】
前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路の各々に連通する複数の個別開口部が形成された流路構成部材と、セレクタ部材と、前記流路構成部材と前記セレクタ部材とを摺動させながら当該セレクタ部材の前記流路構成部材に対する相対位置を切り換える駆動装置とを備え、
前記流路構成部材の前記セレクタ部材との摺動面において、前記複数の個別開口部は、前記セレクタ部材の駆動方向と交差する方向に配列され、
前記セレクタ部材の前記流路構成部材との摺動面には、前記複数の個別開口部の全てと連通可能な位置に通常モード用開口部が形成されているとともに、当該セレクタ部材の駆動方向で前記通常モード用開口部とずれた位置には、前記複数の個別開口部の各々に対して互いに異なるタイミングで連通可能な複数の不具合対策モード用開口部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の燃料電池用制御装置。
【請求項１０】
前記セレクタ部材は、外周面で前記通常モード用開口部および前記複数の不具合対策モード用開口部が開口する円筒体であり、
前記流路構成部材は、前記セレクタ部材の外周面と摺動する内周面を備えた筒体であって、当該筒体の内周面で前記複数の個別開口部が開口していることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起電用のセルを複数備えた燃料電池において、気体供給源と連通する極に対してセル毎に接続された複数の個別気体流路の開状態を切り換える燃料電池用制御装置に関するものである。さらに詳しくは、個別気体流路での詰まりに起因する不具合の解消または防止に関する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含む燃料用流体（メタノール水溶液や水素ガスなど）が供給されるアノード極と、酸素を含む反応剤用流体（空気など）が供給されるカソード極とが電解質としての隔壁により仕切られた起電用のセルを備えており、これらのセルはセパレータを介して複数、積層した状態で用いられる。ここで、燃料用流体や反応剤用流体は、共通の供給源から各セルに供給されることが多い。例えばカソード極に対しては、共通のエアーポンプから共通気体流路が延びているとともに、その途中位置で複数の個別気体流路が分岐して各セルに接続されている。
【０００３】
このように構成した燃料電池において、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ／Polymer Electrolyte Fuel Cell）におけるカソード極では、以下の反応により、
（３／２）Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ
水が生成され、かかる水は水蒸気となって発散することになっている。
【０００４】
しかしながら、運転終了時や間欠運転を行なった際には水蒸気が結露して液滴が発生することがあり、カソード極やカソード極から延びた気体流路が液滴で詰まることがある。このような事態になると、液滴が排出されない限り、詰まりの発生したセルのカソード極には空気が供給されないことになり発電能力が低下する。また、発電能力が低下したセルでは、酸化反応による発熱が低下し、セルの温度が低下するので、水蒸気の結露がさらに進行する。
【０００５】
そこで、液滴による詰まりが発生した場合には、エアーポンプの回転数を上げて、空気により液滴を排出することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−４４７３７号公報
【発明の開示】
【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の方法では、液滴による詰まりが発生したとしてエアーポンプの回転数を上げて空気流量を高めても、空気は、詰まりの発生したセルだけではなく、正常なセルにも供給されるため、圧力を高めることができず、詰まりを解消することができないという問題点がある。すなわち、全体の流量を高めても、液滴に起因する詰まりがなくて管路内抵抗の低い正常なセルに空気が流れるだけで、詰まりによって管路内抵抗が高くなっているセルには空気の圧力がほとんどかからない。
【０００７】
以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、液滴などによる詰まりの発生を確実に解消あるいは防止することのできる燃料電池用制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、水素を含む燃料用流体が供給されるアノード極と、酸素を含む反応剤用流体が供給されるカソード極と、該カソード極と前記アノード極とを仕切る隔壁とを備えたセルを複数備えた燃料電池において、前記アノード極または前記カソード極のうち、気体供給源と連通する極に対してセル毎に接続された複数の個別気体流路の通気条件を切り換える燃料電池用制御装置であって、前記複数の個別気体流路の全てを開状態とする通常モードと、前記複数の個別気体流路のうちの一部のみを開状態とし、他の気体流路を閉状態とする不具合対策モードとに切り換えるバルブ装置を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、通常モードでは、複数の個別気体流路の全てを開状態にして気体を各セルに供給する一方、不具合対策モードでは、複数の個別気体流路のうちの一部のみを開状態とし、他の気体流路を閉状態とするため、不具合対策モードでは、一部の個別気体流路のみに気体が供給される。このため、不具合対策モードでは、気体供給源から気体を供給した際、一部の個別気体流路に高圧力の気体を供給することができるので、それに接続されたセルに液滴などに起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを解消することができる。
【００１０】
本発明において、前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路のうち、１つの個別気体流路のみを開状態とすることが好ましい。このように構成すると、不具合対策モードでは、１つの個別気体流路に高圧力の気体を供給できるので、それに接続されたセルに液滴などの起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを確実に解消することができる。
【００１１】
本発明において、前記アノード極および前記カソード極のいずれか一方は、前記水素と前記酸素との結合反応により水が生成される水生成極であり、前記複数の個別気体流路は、前記複数のセルの前記水素生成極に各々接続されている構成を採用することができる。
【００１２】
本発明において、前記複数の個別気体流路は、前記複数のセルに対して気体供給方向における上流側に各々接続されている構成、および／または下流側に各々接続されている構成を採用することができる。但し、複数のセルに対して上流側には必ず、気体供給路が構成されるのに対して、カソード極の下流側が開放状態とされることがある。それ故、前記複数の個別気体流路は、前記複数のセルに対して気体供給方向における上流側に各々接続されている構成を採用することが好ましい。
【００１３】
本発明において、前記バルブ装置は、前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路を順次、開閉していく構成を採用することができる。このように構成すると、いずれに詰まりが発生したかを特定しなくても、詰まりを解消することができる。また、不具合対策モードを定期的に行なえば、詰まりを予防することができる。
【００１４】
本発明において、前記バルブ装置は、前記不具合対策モードでは、前記複数の個別気体流路のうち、液滴による詰まりが発生した気体流路のみを開状態としてもよい。この場合、例えば、前記複数のセルの各々について起電力を監視する起電力監視装置を備え、前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路のうち、前記起電力監視装置の監視結果において起電力が低下したセルに対応する個別気体流路のみを開状態とする構成を採用することができる。また、前記複数の気体流路の各々について管路内抵抗の監視を行う管路内抵抗監視装置を備え、前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路のうち、前記管路内抵抗監視装置の監視結果において管路内抵抗が増大した個別気体流路のみを開状態とする構成を採用してもよい。
【００１５】
本発明において、前記バルブ装置は、前記複数の個別気体流路の各々に連通する複数の個別開口部が形成された流路構成部材と、セレクタ部材と、前記流路構成部材と前記セレクタ部材とを摺動させながら当該セレクタ部材の前記流路構成部材に対する相対位置を切り換える駆動装置とを備え、前記流路構成部材の前記セレクタ部材との摺動面において、前記複数の個別開口部は、前記セレクタ部材の駆動方向と交差する方向に配列され、前記セレクタ部材の前記流路構成部材との摺動面には、前記複数の個別開口部の全てと連通可能な位置に通常モード用開口部が形成されているとともに、当該セレクタ部材の駆動方向で前記通常モード用開口部とずれた位置には、前記複数の個別開口部の各々に対して互いに異なるタイミングで連通する複数の不具合対策モード用開口部が形成されていることが好ましい。このように構成すると、簡素な構成で開状態および閉状態を実現することができる。
【００１６】
本発明において、前記セレクタ部材は、外周面で前記通常モード用開口部および前記複数の不具合対策モード用開口部が開口する円筒体であり、前記流路構成部材は、前記セレクタ部材の外周面と摺動する内周面を備えた筒体であって、当該筒体の内周面で前記複数の個別開口部が開口していることが好ましい。このように構成すると、セレクタ部材が流路構成部材の内側で相対回転するだけで開状態および閉状態を実現することができるので、バルブ装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る燃料電池用制御装置において、通常モードでは、複数の個別気体流路の全てを開状態にして気体を各セルに供給する一方、不具合対策モードでは、複数の個別気体流路のうちの一部のみを開状態とし、他の気体流路を閉状態とするため、不具合対策モードでは、一部の個別気体流路のみに気体が供給される。このため、不具合対策モードでは、気体供給源から気体を供給した際、一部の個別気体流路に高圧力の気体を供給することができるので、それに接続されたセルに液滴などに起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
［実施の形態１］
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、本発明を、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）に適用した例を説明する。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、この燃料電池システムにおける通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１は、水素を含む燃料用流体（メタノール水溶液や水素ガスなど）が供給されるアノード極１２と、酸素を含む反応剤用流体（空気など）が供給されるカソード極１３とが電解質としての隔壁１１により仕切られた起電用のセル１０Ａ〜１０Ｆを複数、備えており、これらのセル１０Ａ〜１０Ｆはセパレータを介して複数、積層した状態で用いられている。
【００２１】
このように構成した燃料電池には、直接メタノール型燃料電池と称せられるタイプのものがあり、この場合、燃料としてメタノール水溶液を用い、水素を得るための改質処理を行なわない。従って、アノード極１２では、以下の反応
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-
が起こる一方、カソード極１３では、以下の反応
３／２Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ
が起こり、水を生成する。このようにしてカソード極１３で生成された水は、水蒸気となって排出される。
【００２２】
ここで、燃料用流体および反応剤用流体は各々、共通の供給源から各セル１０Ａ〜１０Ｆに供給されるようになっている。すなわち、カソード極１３に対して上流側では、共通のエアーポンプ３０から第１のカソード用共通流路３２が延びているとともに、その途中位置で複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆが分岐して複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々に接続されている。本形態において、カソード極１３の下流側には、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆから複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆが各々延びており、複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆは合流して第２のカソード用共通流路３５に接続されている。なお、第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆおよび第２のカソード用共通流路３５を設けず、カソード極１３の下流側が開放状態になっていることもある。
【００２３】
アノード極１２に対して上流側では、所定の濃度に調整したメタノール水溶液を供給するための燃料供給装置２０から第１のアノード用共通流路２２が延びているとともに、その途中位置で複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆが分岐して複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々に接続されている。本形態において、アノード極１２の下流側には、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆから複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆが各々延びており、複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆは合流して第２のアノード用共通流路２５に接続されている。なお、第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆおよび第２のアノード用共通流路２５を設けず、アノード極１２の下流側が開放状態になっていることもある。
【００２４】
このように構成した燃料電池システム１において、第１のカソード用共通流路３２および第２のカソード用共通流路３５は各々、空気および水蒸気が通る共通気体流路になっている一方、第１のカソード用個別気体流路および第２のカソード用個別気体流路は、各々、空気および水蒸気が通る個別気体流路になっている。但し、運転終了時や間欠運転を行なった際、カソード極１３あるいは第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆでは、水蒸気が結露して液滴が発生することがあり、流路が詰まることがある。
【００２５】
そこで、本形態では、カソード極１３の上流側において、第１のカソード用共通流路３２から複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆへの分岐位置には、図１（ｂ）に示す通常モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆの全てを開状態とし、図１（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆを閉状態とするバルブ装置５０を備えた燃料電池用制御装置５が構成されている。
【００２６】
本形態の燃料電池用制御装置５において、バルブ装置５０は、図１（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆを順次、開閉していく。また、不具合対策モードは、所定のタイミングで実施される。なお、図１（ｃ）には、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうち、一つの第１のカソード用個別流路３３Ａのみを開状態とし、他の第１のカソード用個別流路３３Ｂ〜３３Ｆを閉状態としている状態を示してあるが、閉状態となるカソード用個別流路は順次、移行していく。
【００２７】
以上説明したように、本形態においては、通常モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆの全てを開状態にして空気（気体）を各セル１０Ａ〜１０Ｆに供給する一方、不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第１のカソード用個別流路を閉状態とする。このため、不具合対策モードでは、エアーポンプ３０から一つの第１のカソード用個別流路のみに気体が供給される。従って、不具合対策モードにおいて、一つの第１のカソード用個別流路には気体（空気）を高圧力で供給することができるので、それに接続されたセル１０Ａ〜１０Ｆのカソード極１３や第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆに液滴に起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを確実に解消することができる。また、不具合対策モードを所定のタイミングで実施すれば、液滴に起因する詰まりを予防することもできる。
【００２８】
［実施の形態１の変形例１］
上記実施の形態１では、燃料電池用制御装置５のバルブ装置５０を第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆに構成したが、図２（ａ）に示すように、第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆと第２のカソード用共通流路３５との合流点に配置してもよい。この場合も、図２（ｂ）に示す通常モードでは、複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆの全てを開状態とし、図２（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第２のカソード用個別流路を閉状態とする。また、図２（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆを順次、開閉していく。
【００２９】
このように構成した場合も、不具合対策モードでは、一つの第１のカソード用個別流路には気体（空気）を高圧力で供給することができるので、それに接続されたセル１０Ａ〜１０Ｆのカソード極１３や第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆに液滴に起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを確実に解消することができるなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。
【００３０】
［実施の形態１の変形例２］
上記実施の形態は、図１（ｃ）に示す不具合対策モードにおいて、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆを順次、開閉していく構成を採用したが、不具合対策モードでは、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうち、液滴による詰まりが発生した流路のみを開状態としてもよい。例えば、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々について起電力を監視する起電力監視装置を設け、バルブ装置５０は、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうち、起電力監視装置の監視結果において起電力が低下したセル１０Ａ〜１０Ｆに対応する第１のカソード用個別流路のみを開状態とする構成を採用してもよい。また、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆの各々について管路内抵抗の監視を行う管路内抵抗監視装置を設け、バルブ装置５０は、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆのうち、管路内抵抗監視装置の監視結果において管路内抵抗が増大した第１のカソード用個別流路のみを閉状態とする構成を採用してもよい。かかる構成は図２（ｃ）に示す不具合対策モードに適用してもよい。
【００３１】
［実施の形態２］
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照して、本発明を、例えば固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ／Solid Oxide Fuel Cell）に適用した例を説明する。図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム１の構成を示すブロック図、この燃料電池システム１における通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、本形態の燃料電池システム１も、実施の形態１と同様、水素を含む燃料用流体（メタノール水溶液や水素ガスなど）が供給されるアノード極１２と、酸素を含む反応剤用流体（空気など）が供給されるカソード極１３とが電解質としての隔壁１１により仕切られた起電用のセル１０Ａ〜１０Ｆを複数、備えており、これらのセル１０Ａ〜１０Ｆはセパレータを介して複数、積層した状態で用いられている。
【００３３】
このように構成した燃料電池において、燃料として、例えば都市ガスに含まれるメタンガスに改質処理を行なって得た水素ガスを用いる場合、アノード極１２では、以下の反応
２Ｈ2＋２Ｏ2-→  ２Ｈ2Ｏ＋４ｅ-
が起こり、水を生成する一方、カソード極１３では、以下の反応
Ｏ2＋４ｅ-  →  ２Ｏ2-
が起こる。このようにしてアノード極１２で生成された水は、水蒸気となって排出される。
【００３４】
ここで、燃料用流体および反応剤用流体は各々、共通の供給源から各セル１０Ａ〜１０Ｆに供給されるようになっている。すなわち、カソード極１３に対して上流側では、共通のエアーポンプ３０から第１のカソード用共通流路３２が延びているとともに、その途中位置で複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆが分岐して複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々に接続されている。本形態において、カソード極１３の下流側には、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆから複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆが各々延びており、複数の第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆは合流して第２のカソード用共通流路３５に接続されている。なお、第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆおよび第２のカソード用共通流路３５を設けず、カソード極１３の下流側が開放状態になっていることもある。
【００３５】
また、アノード極１２に対して上流側では、燃料供給装置２０から第１のアノード用共通流路２２が延びているとともに、その途中位置で複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆが分岐して複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々に接続されている。本形態において、アノード極１２の下流側には、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆから、水蒸気、およびアノード極１２での酸素との結合により水の生成反応が行われなかった水素ガスが通る複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆが各々延びており、複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆは合流して第２のアノード用共通流路２５に接続されている。なお、アノード極１２の下流側には、反応が行われなかった水素ガスを燃焼させる装置を設けてもよい。
【００３６】
このように構成した燃料電池システム１において、第１のカソード用共通流路３２および第２のカソード用共通流路３５は各々、空気が通る共通気体流路になっている一方、第１のカソード用個別気体流路３３Ａ〜３３Ｆおよび第２のカソード用個別気体流路３４Ａ〜３４Ｆは各々、空気が通る個別気体流路になっている。従って、運転終了時や間欠運転を行なった際、カソード極１３あるいは第２のカソード用個別流路３４Ａ〜３４Ｆで、空気に含まれる水蒸気が結露して流路が液滴で詰まることを防止することを目的に、実施の形態１と同様な燃料電池用制御装置５を構成することができる。
【００３７】
本形態において、第１のアノード用共通流路２２および第２のアノード用共通流路２５は各々、燃料としての水素、未反応の水素や水蒸気などが通る共通気体流路になっている一方、第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆおよび第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆも各々、燃料としての水素、未反応の水素や水蒸気などが通る共通気体流路になっている。また、運転終了時や間欠運転を行なった際、アソード極１２で生成した水蒸気が結露して液滴が発生することがあり、かかる液滴によってアノード側の流路（アノード極１２または第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆ）が詰まることがある。
【００３８】
そこで、本形態では、アノード極１２の上流側において、第１のアノード用共通流路２２から複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆへの分岐位置には、図３（ｂ）に示す通常モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆの全てを開状態とし、図３（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第１のアノード用個別流路を閉状態とするバルブ装置５０を備えた燃料電池用制御装置５が構成されている。
【００３９】
本形態の燃料電池用制御装置５において、バルブ装置５０は、図３（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆを順次、開状態とする。なお、図３（ｃ）には、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうち、一つの第１のアノード用個別流路２３Ａのみを開状態とし、他の第１のアノード用個別流路２３Ｂ〜２３Ｆを閉状態としている状態を示してあるが、閉状態となるアノード用個別流路は順次、移行する。
【００４０】
以上説明したように、本形態においては、通常モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆの全てを開状態にして水素（気体）を各セル１０Ａ〜１０Ｆに供給する一方、不具合対策モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第１のアノード用個別流路を閉状態とする。このため、不具合対策モードでは、燃料供給装置２０から一つの第１のアノード用個別流路のみに気体が供給される。従って、不具合対策モードにおいて、一つの第１のアノード用個別流路には高圧力の水素を供給することができるので、それに接続されたセル１０Ａ〜１０Ｆのアノード極１２や第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆに液滴に起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを確実に解消することができる。また、不具合対策モードを所定のタイミングで実施すれば、液滴に起因する詰まりを予防することもできる。
【００４１】
［実施の形態２の変形例１］
上記実施の形態２では、燃料電池用制御装置５のバルブ装置５０を第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆに構成したが、図４（ａ）に示すように、第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆと第２のアノード用共通流路２５との合流点に配置してもよい。この場合も、図４（ｂ）に示す通常モードでは、複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆの全てを開状態とし、図４（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆのうちの一つのみを開状態とし、他の第２のアノード用個別流路を閉状態とする。また、図４（ｃ）に示す不具合対策モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆを順次、閉状態とする。
【００４２】
このように構成した場合も、不具合対策モードでは、一つの第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆには水素（空気）を高圧力で供給することができるので、それに接続されたセル１０Ａ〜１０Ｆのアノード極１２や第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆに液滴に起因する詰まりが発生した場合でも、かかる詰まりを確実に解消することができるなど、実施の形態２と同様な効果を奏する。
【００４３】
［実施の形態２の変形例２］
上記実施の形態は、図３（ｃ）に示す不具合対策モードにおいて、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆを順次、開閉していく構成を採用したが、不具合対策モードでは、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうち、液滴による詰まりが発生した流路のみを開状態としてもよい。例えば、複数のセル１０Ａ〜１０Ｆの各々について起電力を監視する起電力監視装置を設け、バルブ装置５０は、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうち、起電力監視装置の監視結果において起電力が低下したセル１０Ａ〜１０Ｆに対応する第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのみを開状態とする構成を採用してもよい。また、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆの各々について管路内抵抗の監視を行う管路内抵抗監視装置を設け、バルブ装置５０は、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆのうち、管路内抵抗監視装置の監視結果において管路内抵抗が増大した第１のアノード用個別流路のみを閉状態とする構成を採用してもよい。かかる構成は図４（ｃ）に示す不具合対策モードに適用してもよい。
【００４４】
［バルブ装置５０の具体的な構成］
図５は、本形態の燃料電池用制御装置５に用いたバルブ装置５０の説明図であり、図５（ａ）〜（ｉ）は各々、バルブ装置５０を左側からみた斜視図、右側からみた斜視図、正面図、右側面図、左側面図、Ａ−Ａ′断面図、セレクタ部材の説明図、分解斜視図、および分解正面図である。
【００４５】
上記の実施の形態１、２およびそれらの変形例に用いた燃料電池用制御装置５を構成するにあたって、バルブ装置５０は、図５に示すように、複数の個別気体流路（図示せず）の各々に連通する複数の個別開口部５２２が形成された流路構成部材５２と、セレクタ部材５１と、流路構成部材５２とセレクタ部材５１とを摺動させながらセレクタ部材５１の流路構成部材５２に対する相対位置を切り換える駆動装置（矢印Ｌで示す）とを備えている。
【００４６】
本形態において、セレクタ部材５１は、外周面で通常モード用開口部５１１および複数の不具合対策モード用開口部５１２が開口する円筒体である。セレクタ部材５１において、内側は共通気体流路５１０になっており、通常モード用開口部５１１および複数の不具合対策モード用開口部５１２は、内側の共通気体流路５１０に連通している。セレクタ部材５１の両端部の各々には、蓋材５１８、５１９が装着されて、蓋材５１８、５１９にはセレクタ部材５１の中心軸線を通るシャフト５１４が保持されている。シャフト５１４の両端部は各々蓋材５１８、５１９から突出している。蓋材５１９には複数の通気孔が形成されている。
【００４７】
セレクタ部材５１は、略２重の円筒状に加工してなる板材を備えており、その内側の円筒部５１５にシャフト５１４が固定され、溝状の切れ目部分により、通常モード用開口部５１１が形成されている。また、外側の円筒部５１６には複数の不具合対策モード用開口部５１２が形成されている。
【００４８】
流路構成部材５２は、セレクタ部材５１の外周面と摺動する壁面を備えた角筒体であって、筒体の内壁では複数の個別開口部５２２が開口している。流路構成部材５２の両端部のうち、一方の端部は気体導入口５２５が突出した底部になっており、他方の端部には蓋材５１８が固着されている。気体導入口５２５は、セレクタ部材５１の共通気体流路５１０に連通している。蓋材５２８からセレクタ部材５１のシャフト５１４の端部が突出しており、かかるシャフト５１４の端部に対して駆動装置が接続される。
【００４９】
流路構成部材５２の内壁（セレクタ部材５１との摺動面）において、複数の個別開口部５２２は、セレクタ部材５１の駆動方向（周方向）と直交する軸線方向に一列に配列されている。これに対して、セレクタ部材５１の外周面（流路構成部材５２との摺動面）では、通常モード用開口部５１１が、セレクタ部材５１の駆動方向と直交する軸線方向に直線状に延びた溝として開口している。また、セレクタ部材５１の外周面（流路構成部材５２との摺動面）では、通常モード用開口部５１１の開口位置に対して、セレクタ部材５１の駆動方向でずれた位置で、複数の不具合対策モード用開口部５１２が斜めに一列に形成されている。また、流路構成部材５２において、複数の個別開口部５２２は、セレクタ部材５１が回転した際の複数の不具合対策モード用開口部５１２の軌跡上に各々位置している。
【００５０】
このように構成したバルブ装置５０において、駆動装置は、ステッピングモータなどを駆動源として備えており、流路構成部材５２の内側でセレクタ部材５１をシャフト５１４周りに回転駆動するとともにに、所定位置で停止、保持する。
【００５１】
従って、流路構成部材５２の複数の個別開口部５２２に対して通常モード用開口部５１１が重なるように、駆動装置がセレクタ部材５１を回転駆動し、その位置でセレクタ部材５１を保持すると、複数の個別気体流路はいずれも、複数の個別開口部５２２および通常モード用開口部５１１を介して、セレクタ部材５１の内部に構成された共通気体流路５１０に連通する。これに対して、流路構成部材５２の複数の個別開口部５２２のうちのいずれか一つが、それに対応する不具合対策モード用開口部５１２と重なるように、駆動装置がセレクタ部材５１を回転駆動し、その位置でセレクタ部材５１を保持すると、複数の個別気体流路のうちの一つは、それに対応する個別開口部５２２および不具合対策モード用開口部５１２を介して、セレクタ部材５１の内部に構成された共通気体流路５１０に連通する。
【００５２】
それ故、例えば、共通気体流路５１０を図１（ａ）に示す第１のカソード用共通流路３２として利用し、複数の第１のカソード用個別流路３３Ａ〜３３Ｆ（複数の個別気体流路）を各々、複数の個別開口部５２２に連通させると、図１（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した通常モードおよび不具合対策モードを実現することができる。また、共通気体流路５１０を図２（ａ）に示す第２のカソード用共通流路３５として利用し、複数の第２のカソード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆ（複数の個別気体流路）を各々、複数の個別開口部５２２に連通させると、図２（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した通常モードおよび不具合対策モードを実現することができる。さらに、共通気体流路５１０を図３（ａ）に示す第１のアノード用共通流路２２として利用し、複数の第１のアノード用個別流路２３Ａ〜２３Ｆ（複数の個別気体流路）を各々、複数の個別開口部５２２に連通させると、図３（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した通常モードおよび不具合対策モードを実現することができる。さらに、共通気体流路５１０を図４（ａ）に示す第２のアノード用共通流路２５として利用し、複数の第２のアノード用個別流路２４Ａ〜２４Ｆ（複数の個別気体流路）を各々、複数の個別開口部５２２に連通させると、図４（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した通常モードおよび不具合対策モードを実現することができる。
【００５３】
また、本形態のバルブ装置５０によれば、セレクタ部材５１が流路構成部材５２の内側で相対回転するだけで開状態および閉状態を実現することができるので、バルブ装置５０の小型化を図ることができる。
【００５４】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、不具合対策モードでは、液滴の排出にエアーポンプ３０および燃料供給装置２０から供給される空気や水素などの気体を用いたが、エアーポンプ３０および燃料供給装置２０に加えて、あるいはエアーポンプ３０および燃料供給装置２０に代えて圧縮ボンベから気体が供給されるように構成してもよい。
【００５５】
また、図５には、回転式のバルブ装置を説明したが、平面状のスライド面で流路構成部材とセレクタ部材とが摺動するように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、この燃料電池システムにおける通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態１の変形例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、この燃料電池システムにおける通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、この燃料電池システムにおける通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は各々、本発明の実施の形態２の変形例に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、この燃料電池システムにおける通常モードの気体流路の通気状態を示す説明図、および不具合対策モードにおける気体流路の通気状態を示す説明図である。
【図５】本発明を適用した燃料電池用制御装置に用いたバルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
１・・燃料電池システム
１０Ａ〜１０Ｆ・・セル
１１・・隔壁
１２・・アノード極
１３・・カソード極
２０・・燃料供給装置
２２・・第１のアノード用共通流路
２３Ａ〜２３Ｆ・・第１のアノード用個別流路
２４Ａ〜２４Ｆ・・第２のアノード用個別流路
２５・・第２のアノード用共通流路
３０・・エアーポンプ（気体供給源）
３２・・第１のカソード用共通流路
３３Ａ〜３３Ｆ・・第１のカソード用個別流路
３４Ａ〜３４Ｆ・・第２のカソード用個別流路
３５・・第２のカソード用共通流路
５２・・流路構成部材
５１・・セレクタ部材
５１１・・通常モード用開口部
５１２・・不具合対策モード用開口部
５１０・・共通気体流路
５２２・・個別開口部
５２５・・気体導入口
【図１】
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【図２】
2008258017.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008258017.tif 000006
【図５】
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