(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池の劣化を抑制するとともに、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持する。【解決手段】燃料電池１３の制御部８０は、始動の際に、空気入口遮断弁５０を開弁した後に空気出口遮断弁６０を開弁する。各遮断弁５０，６０は、燃料電池１３の停止中に燃料電池内の負圧によって各弁座５８，６８に吸引される各弁体５６，６６を備え、停止の際に、制御部８０は燃料電池１３の空気入口遮断弁５０を閉弁した後に空気出口遮断弁６０を閉弁する。また、制御部８０は、燃料電池の停止の際に、空気入口遮断弁５０及び空気出口遮断弁６０を閉弁した後に所定の時間だけ圧縮機の運転を継続してから圧縮機を停止する。【選択図】図１
2008243762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、
制御部は、燃料電池の始動の際に、酸化剤ガス入口遮断弁を開弁した後に酸化剤ガス出口遮断弁を開弁する遮断弁開弁手段を有すること、
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であって、
燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、
遮断弁開弁手段は、酸化剤出口圧力が正圧となった後に酸化剤ガス出口遮断弁を開弁すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、
各遮断弁は、燃料電池の停止中に燃料電池内の負圧によって各弁座に吸引される各弁体を備え、
制御部は、燃料電池の停止の際に、酸化剤ガス入口遮断弁を閉弁した後に酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁する遮断弁閉弁手段を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、
遮断弁閉弁手段は、酸化剤出口圧力が大気圧まで降下した後に酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された酸化剤ガスによって開閉駆動され、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられて燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作及び圧縮機の起動停止を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、
制御部は、燃料電池の停止の際に、酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁した後に所定の時間だけ圧縮機の運転を継続してから圧縮機を停止する圧縮機停止手段を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池システムであって、
燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、
各遮断弁は、燃料電池の停止中に燃料電池内の負圧によって弁座に吸引される弁体を備え、
圧縮機停止手段は、酸化剤出口圧力が負圧となった後に圧縮機を停止すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された酸化剤ガスによって開閉駆動され、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられて燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作及び圧縮機の起動停止を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、
制御部は、燃料電池の起動の際に、酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁を開弁する前に圧縮機を起動する圧縮機起動手段を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、を含む燃料電池システムであって、
各遮断弁に取り付けられ、酸化剤ガスが供給される開弁動作側圧力室と閉弁動作側圧力室とを含み、各圧力室間の圧力差によって各遮断弁を開閉駆動する弁開閉駆動機構と、
弁開閉駆動機構に取り付けられ、燃料電池の停止の際に、閉弁動作側圧力室に圧縮された酸化剤ガスを封止し、開弁動作側圧力室を大気圧に開放する弁機構と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
弁開閉駆動機構は、弁に開弁方向の力を付勢する開弁用ばねを含み、
弁機構は、圧縮した酸化剤ガスが流入する流入口と開弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する開弁側供給口と閉弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する閉弁側供給口とを備え、酸化剤ガスの流路を開弁動作側圧力室側と閉弁動作側圧力室側との間で切換える酸化剤ガスの流路切換弁と、開弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する開弁側排出弁と、閉弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する閉弁側排出弁と、を含み、
各遮断弁と各排出弁の開閉動作と切換弁の切換動作と圧縮機の起動停止を制御する制御部を備え、
制御部は、燃料電池の停止の際に、閉弁側排出弁を閉とし、流路切換弁を閉弁動作側圧力室側として閉弁動作側圧力室を圧縮された酸化剤ガスによって加圧して閉弁方向力が開弁用ばねの開弁方向力よりも大きい状態とし、流路切換弁を閉弁動作側圧力室側から開弁動作側圧力室側に切換えて閉弁動作側圧力室を封止すると共に、開弁側排出弁を開として開弁動作側圧力室を大気圧に開放し、その後圧縮機の運転を停止する圧縮機停止処理手段を有すること、
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項８に記載の燃料電池システムであって、
弁開閉駆動機構は、弁に開弁方向の力を付勢する開弁用ばねを含み、
弁機構は、開弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する開弁側供給弁と、開弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する開弁側排出弁と、閉弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する閉弁側供給弁と、閉弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する閉弁側排出弁と、を含み、
各遮断弁及び各供給弁と各排出弁の開閉動作と圧縮機の起動停止を制御する制御部を備え、
制御部は、燃料電池の停止の際に、閉弁側供給弁を開とし、閉弁側排出弁を閉として閉弁動作側圧力室を圧縮された酸化剤ガスによって加圧して閉弁方向力が開弁用ばねの開弁方向力よりも大きい状態とし、閉弁側供給弁を閉として閉弁動作側圧力室を封止すると共に、開弁側排出弁を開として開弁動作側圧力室を大気圧に開放し、その後圧縮機の運転を停止する圧縮機停止処理手段を有すること、
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、燃料電池システムの構成に関し、特に遮断弁の駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は燃料と酸化剤の電気化学反応によって発電をするもので、イオン交換膜からなる電解質の両側に燃料極と酸化剤極とが対向して配置された膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と、燃料極に燃料を供給する燃料供給流路が形成された燃料用セパレータと、酸化剤極に酸化剤を供給する酸化剤供給流路が形成された酸化剤用セパレータと、を備えている。燃料と酸化剤には色々なガスが用いられるが、例えば、燃料には水素、酸化剤としては酸素を含む空気が用いられ、電気化学反応によって発電がされると共に酸化剤極側に水が生成される形式のものが多く用いられている。
【０００３】
このような燃料電池において、運転が停止した際には、酸化剤極側の酸化剤供給流路中に酸化剤ガスである空気が残留しており、燃料極側の燃料供給流路中には燃料ガスである水素が残留した状態となっている。一方、停止中の燃料電池内では、燃料ガスである水素がイオン交換膜を通って酸化剤極側に移動し、逆に酸化剤ガスである空気中の酸素がイオン交換膜を通って燃料極側に移動するクロスリークが発生する。このクロスリークが発生すると、発電反応とは違う化学反応によって水素と酸素が結合して水が生成される。そして、酸化剤極側の空気中の酸素が燃料極側に移動してしまうと、酸化剤極側には水素と反応しない窒素分が残り、燃料極側には未反応の水素が残る。また、反応によって水素ガスと酸素ガスとが反応して水が生成されることから、停止中の燃料電池内部の圧力は低下してくる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、燃料電池の停止中に燃料極と酸化剤極の各出入口を開閉弁によって封止して、クロスリークによる反応によって生成される水により電解質膜の湿潤度の低下を抑制する方法が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口並びに燃料ガスの入口及び出口に開閉弁を設けて、酸化剤ガスと燃料ガスの出口側に各排気管と各ガスを吸引する各吸引ポンプとの各切換弁を設け、燃料電池の運転停止時には、各ガスの入口側の開閉弁を閉じ、各吸引ポンプが各ガスの出口側に接続されるよう各切換弁を切換、燃料電池に残存する各ガスを各吸引ポンプで吸引し、燃料電池入り口側の各開閉弁を閉として、燃料電池内に残留する燃料ガス及び酸化剤ガスを排出する方法が提案されている。この方法によると、燃料電池の停止の際に燃料電池の内部に残留する燃料ガス、酸化剤ガスの量を減少させることができるため、停止中に酸化剤ガスと燃料ガスとが反応することによる燃料電池の性能低下を抑制することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６１６６号公報
【特許文献２】特開平８−１２４５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、２に記載された従来技術では、燃料電池の停止中には、燃料電池内の圧力は大気圧よりも低い負圧となる場合がある。したがって、燃料電池の起動の際には、酸化剤ガス、及び燃料ガスを燃料電池に充填して圧力を上昇させていくことが必要となる。燃料ガス系統は燃料ガスタンクなどの貯留設備に接続される循環系統となっていることから、加圧の際に外気が系統内に入り込みにくい。しかし、酸化剤ガスとして通常の空気を使用している場合には、負圧からの起動の際に外気が燃料電池の中に入り込む。燃料電池の空気出口から燃料電池内部に空気が逆流して入り込む場合には、入り込む空気に含まれる異物が燃料電池の内部に入り込み、燃料電池の劣化を招く場合がある。
【０００８】
このような、燃料電池内部が負圧の状態からの起動の際に発生する異物の入り込みについて、特許文献１、２の従来技術では解決されていなかった。
【０００９】
また、特許文献２には、燃料電池に残存する各ガスを各吸引ポンプで吸引し、燃料電池入り口側の各開閉弁を閉として、燃料電池を封止する方法が記載されているが、各遮断弁を閉として燃料電池を封止状態に保持することについては記載がなく、燃料電池の停止中に遮断弁を閉状態に保持することが困難となる場合がある。
【００１０】
本発明は、燃料電池の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池の劣化を抑制することを目的とする。また本発明の他の目的は、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、制御部は、燃料電池の始動の際に、酸化剤ガス入口遮断弁を開弁した後に酸化剤ガス出口遮断弁を開弁する遮断弁開弁手段を有すること、を特徴とする。また、本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、遮断弁開弁手段は、酸化剤出口圧力が正圧となった後に酸化剤ガス出口遮断弁を開弁することとしても好適である。これにより、燃料電池の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
【００１２】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、各遮断弁は、燃料電池の停止中に燃料電池内の負圧によって各弁座に吸引される各弁体を備え、制御部は、燃料電池の停止の際に、酸化剤ガス入口遮断弁を閉弁した後に酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁する遮断弁閉弁手段を有すること、を特徴とする。また、本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、遮断弁閉弁手段は、酸化剤出口圧力が大気圧まで降下した後に酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁すること、としても好適である。これにより、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された酸化剤ガスによって開閉駆動され、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられて燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作及び圧縮機の起動停止を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、制御部は、燃料電池の停止の際に、酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁を閉弁した後に所定の時間だけ圧縮機の運転を継続してから圧縮機を停止する圧縮機停止手段を有すること、を特徴とする。また、本発明の燃料電池システムにおいて、燃料電池の酸化剤出口圧力を検出する圧力センサを備え、各遮断弁は、燃料電池の停止中に燃料電池内の負圧によって弁座に吸引される弁体を備え、圧縮機停止手段は、酸化剤出口圧力が負圧となった後に圧縮機を停止すること、としても好適である。これにより、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【００１４】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、圧縮された酸化剤ガスによって開閉駆動され、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられて燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、各遮断弁の開閉動作及び圧縮機の起動停止を制御する制御部と、を含む燃料電池システムであって、制御部は、燃料電池の起動の際に、酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁を開弁する前に圧縮機を起動する圧縮機起動手段を有すること、を特徴とする。これにより、燃料電池の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
【００１５】
本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池に供給する酸化剤ガスを圧縮する圧縮機と、燃料電池の酸化剤ガスの入口及び出口に設けられ、燃料電池の運転中には開弁状態に保持され、燃料電池の停止中には閉弁状態に保持される酸化剤ガス入口遮断弁及び酸化剤ガス出口遮断弁と、を含む燃料電池システムであって、各遮断弁に取り付けられ、酸化剤ガスが供給される開弁動作側圧力室と閉弁動作側圧力室とを含み、各圧力室間の圧力差によって各遮断弁を開閉駆動する弁開閉駆動機構と、弁開閉駆動機構に取り付けられ、燃料電池の停止の際に、閉弁動作側圧力室に圧縮された酸化剤ガスを封止し、開弁動作側圧力室を大気圧に開放する弁機構と、を有することを特徴とする。これにより、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、弁開閉駆動機構は、弁に開弁方向の力を付勢する開弁用ばねを含み、弁機構は、圧縮した酸化剤ガスが流入する流入口と開弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する開弁側供給口と閉弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する閉弁側供給口とを備え、酸化剤ガスの流路を開弁動作側圧力室側と閉弁動作側圧力室側との間で切換える酸化剤ガスの流路切換弁と、開弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する開弁側排出弁と、閉弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する閉弁側排出弁と、を含み、各遮断弁と各排出弁の開閉動作と切換弁の切換動作と圧縮機の起動停止を制御する制御部を備え、制御部は、燃料電池の停止の際に、閉弁側排出弁を閉とし、流路切換弁を閉弁動作側圧力室側として閉弁動作側圧力室を圧縮された酸化剤ガスによって加圧して閉弁方向力が開弁用ばねの開弁方向力よりも大きい状態とし、流路切換弁を閉弁動作側圧力室側から開弁動作側圧力室側に切換えて閉弁動作側圧力室を封止すると共に、開弁側排出弁を開として開弁動作側圧力室を大気圧に開放し、その後圧縮機の運転を停止する圧縮機停止処理手段を有すること、としても好適である。これにより、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、弁開閉駆動機構は、弁に開弁方向の力を付勢する開弁用ばねを含み、弁機構は、開弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する開弁側供給弁と、開弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する開弁側排出弁と、閉弁動作側圧力室に圧縮した酸化剤ガスを供給する閉弁側供給弁と、閉弁動作側圧力室から酸化剤ガスを排出する閉弁側排出弁と、を含み、各遮断弁及び各供給弁と各排出弁の開閉動作と圧縮機の起動停止を制御する制御部を備え、制御部は、燃料電池の停止の際に、閉弁側供給弁を開とし、閉弁側排出弁を閉として閉弁動作側圧力室を圧縮された酸化剤ガスによって加圧して閉弁方向力が開弁用ばねの開弁方向力よりも大きい状態とし、閉弁側供給弁を閉として閉弁動作側圧力室を封止すると共に、開弁側排出弁を開として開弁動作側圧力室を大気圧に開放し、その後圧縮機の運転を停止する圧縮機停止処理手段を有すること、としても好適である。これにより、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、燃料電池の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池の劣化を抑制することができるという効果を奏する。また本発明は、容易に燃料電池停止中に遮断弁を閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように本実施形態の燃料電池システム１１は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである空気とが供給されて電気化学反応によって発電する燃料電池１３と、燃料電池１３に供給する空気を圧縮する空気圧縮機１７と、燃料電池１３に供給する空気を加湿する加湿モジュール１５とを備えている。空気圧縮機１７と加湿モジュール１５とは圧縮空気供給管２７によって接続され、加湿モジュール１５と燃料電池１３とは、加湿モジュール１５において加湿された空気を燃料電池１３の空気入口に導く空気入口管２９と燃料電池１３の空気出口から排出された空気を加湿モジュール１５に導く空気出口管３１とによって接続され、加湿モジュール１５には空気を外部に排出する空気排出管３３が接続されている。また、圧縮空気供給管２７と空気排出管３３とを接続するバイパス管３５が設けられている。空気圧縮機１７はモータ１９によって駆動され、空気圧縮機１７によって温度が上昇した空気はインタークーラー２１によって冷却されてから加湿モジュール１５に供給される。
【００２０】
空気入口管２９には空気入口遮断弁５０が設けられ、空気出口管３１には空気出口遮断弁６０が設けられている。また、空気出口管３１の燃料電池１３の空気出口と空気出口遮断弁６０との間には空気圧力調節弁２５が設けられ、空気圧力調節弁２５の上流側の空気出口管３１には燃料電池１３の出口空気圧力を測定する圧力センサ３７が設けられ、インタークーラー２１の出口には圧縮空気の圧力を測定する圧力センサ３４が設けられているまた、バイパス管３５にはバイパス流量調節弁２３が設けられている。
【００２１】
空気入口遮断弁５０は、弁本体５０ｂと駆動部５０ａとを備えている。弁本体５０ｂはケーシングの中に弁座５８と弁体５６とを備えている。弁体５６には弁棒５７が取り付けられている。駆動部５０ａはダイヤフラム５４によって２つの圧力室に仕切られている。図１の上部の圧力室は圧縮空気供給管２７から供給される圧縮空気によって加圧されて弁体５６を閉弁方向に駆動する力を発生させる閉弁動作側圧力室５１であり、図１の下部の圧力室は圧縮空気供給管２７から供給される圧縮空気によって加圧されて弁体５６を開弁方向に駆動する力を発生させる開弁動作側圧力室５２である。ダイヤフラム５４には弁棒５７に接続されて弁体５６を駆動する駆動板５５が取り付けられ、駆動板５５の開弁動作側圧力室５２側には、開弁動作側圧力室５２の壁面に取り付けられ、駆動板５５を弁座５８と反対側に向かって押し上げて開弁方向の力を与える開弁用ばね５３が設けられている。空気出口遮断弁６０も空気入口遮断弁５０と同様の構造を有し、弁本体６０ｂと駆動部６０ａとを備え、弁本体６０ｂは弁座６８と弁体６６とを備え、駆動部６０ａはダイヤフラム６４によって閉弁方向に駆動する力を発生させる閉弁動作側圧力室６１と開弁方向に駆動する力を発生させる開弁動作側圧力室６２と、弁棒６７に接続されて弁体６６を駆動する駆動板６５と開弁用ばね６３とが設けられている。
【００２２】
空気入口遮断弁５０と空気出口遮断弁６０とは、燃料電池１３の運転中には各開弁用ばね５３，６３によって各駆動板５５，６５が閉弁動作側圧力室５１，６１側に押し上げられて開状態に保たれ、燃料電池１３の停止中には、各弁体５６，６６が燃料電池１３内の負圧によって各弁座５８，６８に吸着されて閉状態に保持される。
【００２３】
圧縮空気供給管２７には、空気入口遮断弁５０と空気出口遮断弁６０の駆動用空気を供給する駆動用空気供給管３９の一端が接続され、駆動用空気供給管３９の他端は分岐して、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４に接続されている。各切換弁４１、４４は２つの空気供給口を持ち、一方の空気供給口は各遮断弁５０，６０の閉弁動作側圧力室５１，６１と管路７１，７３とによって接続され、他方の空気供給口は各遮断弁５０，６０の開弁動作側圧力室５２，６２と管路７２，７４によって接続されている。また、各閉弁動作側圧力室５１，６１は管路７５，７７を介して供給された圧縮空気を大気に排出する閉弁側排出弁４２，４５が設けられ、各開弁動作側圧力室５２，６２は管路７６，７８を介して供給された圧縮空気を大気に排出する開弁側排出弁４３，４６が設けられている。
【００２４】
圧縮空気供給管２７に設けられた圧力センサ３４と、燃料電池１３の空気出口の圧力センサ３７とは制御部８０に接続され、検出信号が制御部８０に入力されるように構成されている。また、空気圧縮機１７のモータ１９と、バイパス流量調節弁２３と、空気圧力調節弁２５と、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１と、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４と、閉弁側排出弁４２，４５と、開弁側排出弁４３，４６とは制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって動作するよう構成されている。空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１と、閉弁側排出弁４２と、開弁側排出弁４３とは空気入口遮断弁５０の弁駆動機構に含まれる弁機構を構成し、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４と、閉弁側排出弁４５と、開弁側排出弁４６とは空気出口遮断弁６０の弁駆動機構に含まれる弁機構を構成する。
【００２５】
以下、本実施形態の燃料電池システム１１の動作について図２を参照しながら説明する。図２は燃料電池システム１１の始動の際の各機器の動作と圧力の変化を示したもので、図２の各グラフは上から順に、空気圧縮機１７の回転数、バイパス流量調節弁２３の開度、燃料電池１３の出口空気圧力、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１の空気供給方向、空気入口遮断弁５０用の閉弁側排出弁４２の開度、空気入口遮断弁５０用の開弁側排出弁４３の開度、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４の空気供給方向、空気出口遮断弁６０用の閉弁側排出弁４５の開度、空気出口遮断弁６０用の開弁側排出弁４６の開度、空気入口遮断弁５０の開度、空気出口遮断弁６０の開度を示している。また、図２の各グラフの横軸は時間を示し、時間軸は共通である。
【００２６】
図２に示す時間ｔ0に燃料電池システム１１の起動指令が出されると制御部８０は、空気圧縮機１７のモータ１９を起動して空気圧縮機１７の回転数を上昇させていくと同時にバイパス流量調節弁２３を開とする。すると、空気圧縮機１７から圧縮空気供給管２７に流れた圧縮空気は、バイパス管３５を通って空気排出管３３に入り、空気排出管３３から大気に排出される。
【００２７】
また、同時に制御部８０は空気入口遮断弁５０の開弁動作を開始する。制御部８０は、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１を開側に切り換える指令と、空気入口遮断弁５０用の閉弁側排出弁４２を開とする指令と、空気入口遮断弁５０用の開弁側排出弁４３を閉とする指令とを出力する。この指令によって、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１の空気供給方向は開弁側に切り換えられ、閉弁側排出弁４２が開き、開弁側排出弁４３が閉まる。各弁の当初の状態と指令が同一の場合には各弁は当初の状態が維持される。この弁の切り換え、開閉動作によって、圧縮空気供給管２７から空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１、管路７２を介して圧縮空気が空気入口遮断弁５０の開弁動作側圧力室５２に供給される流路が形成されると共に、開弁動作側圧力室５２は、内部に流入した圧縮空気が大気に排出されないように封止され、圧力を上昇させることができる状態となる。一方、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１が開弁側に切り換えられていることから閉弁動作側圧力室５１に圧縮空気を供給する管路７１は封止された状態となる。そして、閉弁動作側圧力室５１に管路７５を介して接続されている閉弁側排出弁４２が開となっているので、閉弁動作側圧力室５１は大気に連通し、内部の圧力は大気圧力を保持する状態となる。また、開弁用ばね５３は弁体５６が弁棒５７によって接続された駆動板５５を弁座５８と反対側に向かって押し上げる開弁方向の力を与えている。
【００２８】
図２の時間ｔ0においては、出口空気圧力のグラフに示すように、燃料電池１３内部の圧力は大気圧よりも圧力の低い負圧となっている。このため、空気入口遮断弁５０の弁体５６は弁座５８に吸引されて吸着状態となっている。
【００２９】
燃料電池システム１１が始動して、上記のように空気圧縮機１７が起動し、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１が開弁側になり、閉弁側排出弁４２が開となり、開弁側排出弁４３が閉となって、開弁動作側圧力室５２を加圧できる状態とし、閉弁動作側圧力室５１を大気圧力に保持することができる状態となると、空気圧縮機１７からの圧縮空気が開弁動作側圧力室５２に供給され、各圧力室５１，５２の圧力差によって空気入口遮断弁５０の駆動板５５には弁体５６を開弁する方向の開弁方向力がかかる。更に、駆動板５５には開弁用ばね５３による開弁方向の力がかかっている。この開弁方向の力を合計した力が、燃料電池１３内部の真空によって弁体５６にかかる閉弁方向の力よりも大きくなると、図２の時間ｔ1において空気入口遮断弁５０は開弁する。開弁のタイミングは、燃料電池１３内部の負圧の状態によって異なる。燃料電池１３内部の負圧が小さく大気圧力に近い場合には、開弁動作開始後すぐに開弁方向の力が閉弁方向の力よりも大きくなり、空気入口遮断弁５０は開弁する。負圧が大きい場合には遮断弁５０はしばらく閉弁したままで、圧縮空気供給管２７から流入した空気によって開弁動作側圧力室５２の圧力がある程度上昇した後に開弁する。従って、開弁のタイミングは図２の時間ｔ1に限られない。
【００３０】
図２の時間ｔ0において、制御部８０は空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４を閉弁状態に保持する動作指令を出力する。制御部８０は、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４を閉側に切り換える指令と、空気出口遮断弁６０用の閉弁側排出弁４５を閉とする指令と、空気出口遮断弁６０用の開弁側排出弁４６を開とする指令とを出力する。この指令によって、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４の空気供給方向は閉弁側に切り換えられ、閉弁側排出弁４５が閉まり、開弁側排出弁４６が開となる。指令前の各弁の指令が同一の場合には各弁は指令前の状態に保持される。この弁の切り換え、開閉動作によって、空気出口遮断弁６０の閉弁動作側圧力室６１には圧縮空気供給管２７から空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４、管路７３を介して圧縮空気を供給する流路が形成されると共に、閉弁動作側圧力室６１は、内部に流入した圧縮空気が大気に排出されないように封止され、圧力を上昇させることができる状態となる。一方、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４が閉弁側に切り換えられていることから開弁動作側圧力室６２に圧縮空気を供給する管路７４は封止された状態となる。そして、開弁動作側圧力室６２に管路７８を介して接続されている開弁側排出弁４６が開となっているので、開弁動作側圧力室６２は大気に連通し、内部の圧力は大気圧力を保持する状態となる。また、開弁用ばね６３は弁体６６が弁棒６７によって接続された駆動板６５を弁座６８と反対側に向かって押し上げる開弁方向の力を与えている。
【００３１】
燃料電池システム１１が始動して、上記のように空気圧縮機１７が起動し、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４が閉弁側になり、閉弁側排出弁４５が閉となり、開弁側排出弁４６が開となって、閉弁動作側圧力室６１を加圧できる状態とし、開弁動作側圧力室６２を大気圧力に保持することができる状態となると、空気圧縮機１７からの圧縮空気が閉弁動作側圧力室６１に供給され、各圧力室６１，６２の圧力差によって空気出口遮断弁６０の駆動板６５には弁体６６を閉弁する方向の閉弁方向の力がかかる。更に、燃料電池１３内部の真空によって弁体６６に閉弁方向の力がかかっている。この閉弁方向の力を合計した力は、開弁用ばね６３による開弁方向の力よりも大きいので、空気出口遮断弁６０は閉弁状態を保持している。
【００３２】
以上述べたような動作によって、図２に示す時間ｔ0において燃料電池システム１１が始動された後、図２に示す時間ｔ1において空気入口遮断弁５０が開弁する。そしてこの間、空気出口遮断弁６０は閉状態が保たれている。一方、燃料電池１３の内部は負圧状態であることから、空気圧縮機１７から供給される圧縮空気の一部は空気入口遮断弁５０を通って燃料電池１３の内部に流入し圧力を上昇させ、図２の出口空気圧力のグラフに示すように、燃料電池１３の出口空気圧力が次第に上昇する。圧力センサ３７によって検出された出口空気圧力の信号は制御部８０に入力される。図２に示す時間ｔ2において、図２の出口空気圧力のグラフに示すように、制御部８０は圧力センサ３７によって検出される出口空気圧力が大気圧以上となった場合に、燃料電池１３の内部圧力が大気圧以上の正圧となったものと判断する。
【００３３】
制御部８０は、図２に示す時間ｔ2において燃料電池１３の内部の圧力が大気圧以上の正圧となったと判断すると、空気出口遮断弁６０を開とする動作を開始する。
【００３４】
図２に示す時間ｔ2に制御部８０は空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４を開側に切り換える指令と、空気出口遮断弁６０用の閉弁側排出弁４５を開とする指令と、空気出口遮断弁６０用の開弁側排出弁４６を閉とする指令とを出力する。この指令によって、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４の空気供給方向は開弁側に切り換えられ、閉弁側排出弁４２が開弁し、開弁側排出弁４３が閉弁する。この弁の切り換え、開閉動作によって、圧縮空気供給管２７から空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４、管路７４を介して圧縮空気が空気出口遮断弁６０の開弁動作側圧力室６２に供給される流路が形成されると共に、開弁動作側圧力室６２は、内部に流入した圧縮空気が大気に排出されないように封止され、圧力を上昇させることができる状態となる。一方、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４が開弁側に切り換えられていることから閉弁動作側圧力室６１に圧縮空気を供給する管路７３は封止された状態となる。そして、閉弁動作側圧力室６１に管路７７を介して接続されている閉弁側排出弁４５が開となっているので、閉弁動作側圧力室６１は大気に連通し、内部の圧力は大気圧力を保持する状態となる。また、開弁用ばね６３は駆動板６５を弁座６８と反対側に向かって押し上げる開弁方向の力を与えている。
【００３５】
上記のように、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４が開弁側になり、閉弁側排出弁４５が開となり、開弁側排出弁４６が閉となって、開弁動作側圧力室６２を加圧できる状態とし、閉弁動作側圧力室６１を大気圧力に保持することができる状態となると、空気圧縮機１７からの圧縮空気が開弁動作側圧力室６２に供給され、各圧力室６１，６２の圧力差によって空気出口遮断弁６０の駆動板６５には弁体６６を開弁する方向の開弁方向力がかかる。更に、駆動板６５には開弁用ばね６３による開弁方向の力がかかっている。図２の時間ｔ2においては、出口空気圧力のグラフに示すように、燃料電池１３内部の圧力は大気圧よりも圧力が高い状態となっているので、空気出口遮断弁６０の弁体６６はこの圧力によって開弁方向の力を受ける状態となっている。
【００３６】
このため、図２の時間ｔ2において、制御部８０による空気出口遮断弁６０の開動作指令によって、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４、閉弁側排出弁４５、開弁側排出弁４６が動作すると、駆動板６５に開弁方向の力のみがかかるようになり、図２の時間ｔ2において空気出口遮断弁６０は開弁する。
【００３７】
空気出口遮断弁６０が開弁すると、空気圧縮機１７から供給された圧縮空気の一部は空気入口遮断弁５０を通って空気入口管２９から燃料電池１３に流入し、空気出口から空気出口管３１に排出され、空気出口遮断弁６０を通って空気排出管３３から大気に排出される。また、圧縮空気の他の一部は圧縮空気供給管２７からバイパス管３５を通って空気排出管３３から大気に放出される。
【００３８】
そして、燃料電池１３の空気入口側から出口側に向かって空気が流れるようになると、制御部８０は、バイパス流量調節弁２３を徐々に閉めて、燃料電池１３に供給される空気圧力を上昇させ、燃料電池１３の内部圧力の制御をバイパス流量調節弁２３から空気圧力調節弁２５に移していく。そして、図２に示す時間ｔ4にバイパス流量調節弁２３を全閉とする。
【００３９】
また、各遮断弁の開動作後の所定の時間経過後に、制御部８０は、各遮断弁５０，６０の各閉弁側排出弁４２，４５を閉として、各閉弁動作側圧力室５１，６１と開弁動作側圧力室５２，６２との圧力差を保持することができるようにして、各開弁用ばね５３，６３と共に各遮断弁５０，６０を開弁状態に保持することができるようにする指令を出力する。本実施形態では、各閉弁側排出弁４２，４５の閉のタイミングは時間ｔ3と時間ｔ5に示しているが、各閉弁側排出弁４２，４５の閉のタイミングは各遮断弁５０，６０が閉となった後であれば、このｔ3，ｔ5の時間に限定されない。
【００４０】
本実施形態では、燃料電池１３の内部の圧力が負圧からの起動の際に、空気入口遮断弁５０を開弁して燃料電池１３の内部圧力を大気圧力以上に上昇させた後に空気出口遮断弁６０を開弁して燃料電池１３の空気入口から空気出口に向かって空気を流すようにすることから、燃料電池１３の空気出口側から燃料電池１３の内部に向かって空気入口のエアフィルターなどを通過せずに空気が逆流し、異物が燃料電池１３の内部に入り込んで、燃料電池１３の劣化が発生することを抑制することができるという効果を奏する。また、空気の逆流によって異音が発生することを抑制することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、本実施形態では、開弁用ばね５３，６３と各遮断弁の各圧力室５１，５２及び６１，６２の差圧を保持することによって各遮断弁５０，６０を開弁状態に保持することができることから、駆動源が停止した場合でも弁を容易に開状態に保持することができるという効果を奏する。
【００４２】
以上述べたように、本実施形態では、燃料電池１３の起動の際の異物の入り込みを抑制して燃料電池１３の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
【００４３】
本実施形態では、図２に示す時間ｔ0に空気圧縮機１７の起動と同時に空気入口遮断弁５０の開弁動作を行う指令を出力することとして説明したが、空気圧縮機１７を起動してから空気入口遮断弁５０の開弁動作を行うようにしても好適である。この場合には、空気圧力が高くなった状態で空気入口遮断弁５０の開弁動作が行われることから、空気入口遮断弁５０の開動作が速くなるという効果を奏する。
【００４４】
次に、本実施形態の燃料電池システム１１の停止の際の動作について図３を参照しながら説明する。図３は燃料電池システム１１の停止の際の各機器の動作と圧力の変化を示したもので、図３の各グラフは図２と同様である。
【００４５】
図３に示す時間ｔ0に燃料電池システム１１の停止指令が出されると制御部８０は、空気圧縮機１７のモータ１９の回転数を増加させる。また、空気圧力調節弁２５を絞るとともにバイパス流量調節弁２３の開度を上げて、圧縮空気を圧縮空気供給管２７から空気排出管３３に流れるようにする。これによって、燃料電池１３への空気の供給が停止される。
【００４６】
図３に示す時間ｔ0に制御部８０は空気入口遮断弁５０の閉弁動作を開始する。制御部８０は空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１を閉側に切り換える指令と、空気入口遮断弁５０用の閉弁側排出弁４２を閉とする指令と、空気入口遮断弁５０用の開弁側排出弁４３を開とする指令とを出力する。この指令によって、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１の空気供給方向は閉弁側に切り換えられ、閉弁側排出弁４２が閉まり、開弁側排出弁４３が開く。指令前の各弁の指令が同一の場合には各弁は指令前の状態に保持される。この弁の切り換え、開閉動作によって、圧縮空気供給管２７から空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１、管路７１を介して圧縮空気が空気入口遮断弁５０の閉弁動作側圧力室５１に供給される流路が形成されると共に、閉弁動作側圧力室５１は、内部に流入した圧縮空気が大気に排出されないように封止され、圧力を上昇させることができる状態となる。一方、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１が閉弁側に切り換えられていることから開弁動作側圧力室５２に圧縮空気を供給する管路７２は封止された状態となる。そして、開弁動作側圧力室５２に管路７６を介して接続されている開弁側排出弁４３が開となっているので、開弁動作側圧力室５２は大気に連通し、内部の圧力は大気圧力状態となる。また、開弁用ばね５３は駆動板５５を弁座５８と反対側に向かって押し上げる開弁方向の力を与えている。
【００４７】
燃料電池システム１１の停止指令によって、上記のように、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１が閉弁側になり、閉弁側排出弁４２が閉となり、開弁側排出弁４３が開となって、閉弁動作側圧力室５１を加圧できる状態とし、開弁動作側圧力室５２を大気圧力の状態とすると、運転されている空気圧縮機１７からの圧縮空気が閉弁動作側圧力室５１に供給され、各圧力室５１，５２の圧力差によって空気入口遮断弁５０の駆動板５５には弁体５６を閉弁する方向の閉弁方向力がかかる。この閉弁方向の力は、開弁用ばね５３による開弁方向の力の力よりも大きいので、空気入口遮断弁５０は、図３に示す時間ｔ1に閉弁されて、弁体５６は弁座５８に密着する。
【００４８】
空気入口遮断弁５０が閉弁されると、燃料電池１３への空気の流入が止まる一方、空気出口遮断弁６０は開状態であるので、燃料電池１３の内部の空気は空気出口管３１から大気に排出され、内部圧力は大気圧力まで低下してくる。そして、図３に示す燃料電池１３の出口空気圧力も徐々に低下し、図３に示す時間ｔ2になると、燃料電池１３内部の圧力は大気圧力となる。
【００４９】
制御部８０は圧力センサ３７によって検出する出口空気圧力が略大気圧となった場合に、燃料電池１３の内部圧力は大気圧となったと判断し、空気出口遮断弁６０の閉弁動作を開始する。
【００５０】
図３に示す時間ｔ2において、制御部８０は、起動の際の動作と同様に、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４を閉側に切り換える指令と、空気出口遮断弁６０用の閉弁側排出弁４５を閉とする指令と、空気出口遮断弁６０用の開弁側排出弁４６を開とする指令とを出力する。この指令によって、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４の空気供給方向は閉弁側に保持され、閉弁側排出弁４５は閉状態に保持され、開弁側排出弁４６が開となる。この弁の切り換え、開閉動作によって、空気出口遮断弁６０の閉弁動作側圧力室６１には圧縮空気供給管２７から空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４、管路７３を介して圧縮空気を供給する流路が形成されると共に、閉弁動作側圧力室６１は、内部に流入した圧縮空気が大気に排出されないように封止され、圧力を上昇させることができる状態となる。一方、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４が閉弁側に切り換えられていることから開弁動作側圧力室６２に圧縮空気を供給する管路７４は封止された状態となる。そして、開弁動作側圧力室６２に管路７８を介して接続されている開弁側排出弁４６が開となっているので、開弁動作側圧力室６２は大気に連通し、内部の圧力は大気圧力を保持する状態となる。
【００５１】
上記のように閉弁動作側圧力室６１を加圧できる状態とし、開弁動作側圧力室６２を大気圧力に保持することができる状態となると、運転されている空気圧縮機１７からの圧縮空気が閉弁動作側圧力室６１に供給され、各圧力室６１，６２の圧力差によって空気出口遮断弁６０の駆動板６５には弁体６６を閉弁する方向の閉弁方向力がかかる。この閉弁方向の力は、開弁用ばね６３による開弁方向の力の力よりも大きいので、空気出口遮断弁６０は、図３に示す時間ｔ3に閉弁される。
【００５２】
空気出口遮断弁６０が閉となった際には、空気圧縮機１７はまだ運転されており、空気圧縮機１７からの圧縮空気は圧縮空気供給管２７から駆動用空気供給管３９、各切換弁４１，４４、管路７１，７３を介して各閉弁動作側圧力室５１，６１に供給されており、各閉弁動作側圧力室５１，６１と各開弁動作側圧力室５２，６２との間の差圧によって各弁体５６，６６には閉弁方向の力がかかっており、各遮断弁は閉弁状態を保持している。
【００５３】
制御部８０は空気出口遮断弁６０が閉弁されると、空気圧縮機停止動作を開始する。制御部８０は空気圧縮機１７を停止させる前に、図３に示す時間ｔ4において、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１と空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４をそれぞれ開弁側に切り換え、各開弁側排出弁４３，４６を開とする指令を出力する。この指令によって、各切換弁４１，４４は開弁側に切り換えられ、各開弁側排出弁４３，４６は開状態が保持される。各切換弁４１，４４が開弁側に切り換えられると、各切換弁４１，４４の閉弁動作側圧力室５１，６１に接続されている管路７１，７３は封止される。各閉弁側排出弁４２，４５は閉弁状態で保持されていることから、各閉弁動作側圧力室５１，６１は内部に圧力を保ったまま封止されることとなる。これによって、各遮断弁５０，６０は閉弁用駆動空気の供給が無い状態でも保持圧力によって各遮断弁を閉状態に保持することができる状態となる。
【００５４】
制御部８０は、上記のように各切換弁４１，４４を切り換えた後、空気圧縮機１７の回転数を徐々に低下させて空気圧縮機１７を停止させる。空気圧縮機１７が停止して駆動用空気が供給されなくなっても、各遮断弁５０，６０は各閉弁動作側圧力室５１，６１の内部に保った圧力によって閉状態に保持されている。そして、制御部８０は、空気圧縮機１７の停止動作の後、所定の時間が経過した後、開弁側排出弁を閉状態として各弁の状態を初期状態とする。
【００５５】
空気入口遮断弁５０及び空気出口遮断弁６０が共に閉となると、燃料電池１３は外気と遮断され、酸化剤ガスである空気が流入しなくなる。しかし、燃料電池１３の内部の空気流路には酸化剤である酸素を含んだ空気が残留しており、この残留空気中の酸素と水素流路内に残留している水素との反応によって空気の体積が減少することにより、燃料電池１３の空気極側の圧力は負圧に低下し、これに従って、空気出口遮断弁６０よりも燃料電池１３側にある圧力センサ３７によって計測される出口空気圧力も負圧に低下する。そして、燃料電池１３内部の空気圧力が負圧となると、各遮断弁５０，６０の各弁体５６，６６は、大気圧と負圧との圧力差によって、燃料電池１３の側にある各弁座５８，６８に吸引されて吸着する。負圧がある程度大きくなり、この各弁体５６，６６を各弁座５８，６８に吸引することによる閉弁方向の力が閉弁用ばね５３，６３による開弁方向の力よりも大きくなると、各弁体５６，６６は負圧のみによって閉弁状態を保持することができる様になる。従って、燃料電池１３の停止中に駆動用空気のリークによって、各閉弁動作側圧力室５１，６１の圧力が低下しても、各遮断弁５０，６０は閉弁状態を保つことができる。また、燃料電池１３の負圧によって各弁の閉状態が保持されていることから電力など燃料電池１３の停止中に閉弁を保持するための駆動力を必要としない。
【００５６】
本実施形態では、燃料電池の停止の際に空気入口遮断弁５０を閉弁し、燃料電池１３内部の空気極側圧力を大気圧まで降下させた後に空気出口遮断弁６０を閉弁しているので、停止の際の燃料電池１３内部の圧力を早く低下させることができ、停止後の早い段階で燃料電池１３の内部が負圧となり、負圧による各遮断弁５０，６０の閉弁保持をより容易且つ確実に行うことができるという効果を奏する。このため、停止中に燃料電池１３の内部に空気が入り込んで残留水素と反応することによる、燃料電池１３の性能の低下を抑制することができるという効果を奏する。
【００５７】
本実施形態では、空気圧縮機１７の動作中に各閉弁動作側圧力室５１，６１の中に圧力を封止してから空気圧縮機１７を停止するので、開弁用ばね５３，６３を備えているような各遮断弁５０，６０であっても、容易に停止の際に閉弁することができる。また、停止中には、各閉弁動作側圧力室５１，６１の中に保持した圧力と燃料電池１３の負圧による弁体５６，６６の吸引力によって閉弁状態の保持を行えることから、容易に閉弁状態を保持することができると共に、閉弁状態を保持するために電力などの動力を必要としないことから燃料電池を効率的に運用することができるという効果を奏する。
【００５８】
以上述べたように、本実施形態では、燃料電池１３の停止中に遮断弁５０，６０を容易に閉状態に保持することができるという効果を奏する。
【００５９】
本実施形態では、各遮断弁５０，６０を閉弁した後に空気圧縮機１７の停止動作を行うようにすることで説明したが、各遮断弁を閉弁した後、燃料電池１３内部の空気圧力が負圧になった場合に空気圧縮機１７の停止動作を開始することとしても良い。この場合には、停止中により確実に各遮断弁５０，６０を閉弁状態に保持することができる。
【００６０】
また、本実施形態では、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１と、閉弁側排出弁４２と、開弁側排出弁４３とが空気入口遮断弁５０の弁駆動機構に含まれる弁機構を構成し、空気出口遮断弁駆動空気切換弁４４と、閉弁側排出弁４５と、開弁側排出弁４６とが空気出口遮断弁６０の弁駆動機構に含まれる弁機構を構成することとして説明したが、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４１は、駆動用空気供給管３９にそれぞれ接続され、管路７１及び管路７２を介して閉弁動作側圧力室５１と開弁動作側圧力室５２とに圧縮空気を供給、遮断する２つの遮断弁によって構成し、空気入口遮断弁駆動空気切換弁４４は、駆動用空気供給管３９にそれぞれ接続され、管路７３及び管路７４を介して閉弁動作側圧力室６１と開弁動作側圧力室６２とに圧縮空気を供給、遮断する２つの遮断弁によって構成してもよい。この場合、上記の実施形態の各切換弁４１，４４と同様に各圧力室への圧縮空気の供給と各圧力室の封止を行うことによって、同様の動作が行え、同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの実施形態において燃料電池システムの系統構成を示す図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの実施形態において、燃料電池の始動の際の各機器の動作及び圧力の変動を示したタイムチャートである。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの実施形態において、燃料電池の停止の際の各機器の動作及び圧力の変動を示したタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６２】
１１  燃料電池システム、１３  燃料電池、１５  加湿モジュール、１７  空気圧縮機、１９  モータ、２１  インタークーラー、２３  バイパス流量調節弁、２５  空気圧力調節弁、２７  圧縮空気供給管、２９  空気入口管、３１  空気出口管、３３  空気排出管、３４  圧力センサ、３５  バイパス管、３７  圧力センサ、３９  駆動用空気供給管、４１  空気入口遮断弁駆動空気切換弁、４２，４５  閉弁側排出弁、４３，４６  開弁側排出弁、４４  空気出口遮断弁駆動空気切換弁、５０  空気入口遮断弁、５０ａ，６０ａ  駆動部、５０ｂ，６０ｂ  弁本体、５１，６１  閉弁動作側圧力室、５２，６２  開弁動作側圧力室、５３，６３  開弁用ばね、５４，６４  ダイヤフラム、５５，６５  駆動板、５６，６６  弁体、５７，６７  弁棒、５８，６８  弁座、６０  空気出口遮断弁、７１〜７８  管路、８０  制御部、ｔ0〜ｔ5  時間。
【図１】
2008243762.tif 000003
【図２】
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【図３】
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