(57)【要約】【課題】システム全体の効率低下を招くことなく、燃料電池スタックが格納される筐体内の換気を効果的に行って、筐体内の水素濃度の増加を確実に防止できるようにする。【解決手段】燃料電池スタック１が格納された筐体２内を換気するための筐体換気手段１３を設ける。筐体換気手段１３は、分岐配管１４を通って供給される空気供給装置８からの送風空気の一部と、走行風導入配管１５を通って供給される燃料電池自動車の走行風とを、換気切替部１６にて適宜切り替えられながら、筐体２内に導入する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給装置からの空気と燃料供給源からの水素を含む燃料ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックが筐体内に格納され、車両に搭載されて車両の駆動動力源として用いられる車載型の燃料電池システムであって、
前記筐体内の換気を行う筐体換気手段を備え、
前記筐体換気手段が、前記空気供給装置からの空気の一部を分岐させて換気用空気として前記筐体内に導入する第１の換気用配管と、前記車両の走行風を換気用空気として前記筐体内に導入する第２の換気用配管とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記筐体換気手段は、前記筐体内に導入する換気用空気を、前記第１の換気用配管からの空気と、前記第２の換気用配管からの走行風とで切り替える切替手段を有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】
前記切替手段は、前記第１の換気用配管からの空気を遮断する遮断弁と、前記第２の換気用配管を閉塞すると共に前記第１の換気用配管からの空気が前記第２の換気用配管へ逆流することを防止する逆流防止蓋とを有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記筐体換気手段は、前記車両の走行速度が所定の速度以下の場合には、前記第１の換気用配管からの空気を換気用空気として前記筐体内へ導入することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記筐体換気手段は、前記燃料電池スタックの発電量が所定の発電量以下の場合には、前記第１の換気用配管からの空気を換気用空気として前記筐体内へ導入することを特徴とする請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記遮断弁は、開状態のときの開度が可変とされてい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７】
前記逆流防止蓋は、開閉動作が機械的に制御され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８】
前記筐体換気手段は、前記筐体内に導入される換気用空気の圧力を検出する圧力センサを有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池スタックが筐体内に格納された状態で車両に搭載される車載型の燃料電池システムに関し、特に筐体内の換気を行う手段を備えた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、燃料電池スタックの燃料極に水素を含む燃料ガス、空気極に空気をそれぞれ供給し、電解質膜を介してこれら燃料ガスと空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば車両の駆動動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
車両に搭載する車載型の燃料電池システムでは、発電を行う燃料電池スタックとして、主に、固体高分子タイプの燃料電池スタックが用いられている。固体高分子タイプの燃料電池スタックは、発電単位である各セルの燃料極と空気極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられ、このようなセルがセパレータを介して多数積層されてなるものである。
【０００４】
また、車載型の燃料電池システムでは、車両に対する据え付け性等の観点から、以上のような燃料電池スタックを筐体内に格納した状態で車両に搭載する試みがなされている。
【０００５】
ところで、上述したように水素と酸素との反応により発電する燃料電池スタックにおいては、水素の分子量が小さいために完全なシール性の確保が困難であり、各セルを構成する積層体の隙間等から水素ガスが漏洩することが想定される。そして、このような燃料電池スタックを筐体内に格納した場合には、燃料電池スタックから漏洩した水素ガスが筐体内に蓄積されることも想定されるため、筐体内に漏洩した水素ガスが常に一定以下の低濃度となるように、筐体内を換気することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この特許文献１には、燃料電池スタックが格納される筐体内に専用の電動換気ファンを設置して、この電動換気ファンの運転によって筐体内の換気を行う例が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−８６８９１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載されている従来の技術では、筐体内の換気のために電動換気ファンを設置して、これを常時運転させておく必要があるため、この電動換気ファン運転のための消費電力が、燃料電池システム全体の効率低下を招く要因となるといった問題がある。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の有する問題点を解決すべく創案されたものであり、システム全体の効率低下を招くことなく、燃料電池スタックが格納される筐体内の換気を効果的に行って、筐体内の水素濃度の増加を確実に防止することができる燃料電池システム可能を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る燃料電池システムは、空気供給装置からの空気と燃料供給源からの水素を含む燃料ガスとを反応させて発電を行う燃料電池スタックが筐体内に格納され、車両に搭載されて車両の駆動動力源として用いられる車載型の燃料電池システムであり、燃料電池スタックが格納される筐体内の換気を行う筐体換気手段を備える。そして、この筐体換気手段が、空気供給装置からの空気の一部を分岐させて換気用空気として筐体内に導入する第１の換気用配管と、車両の走行風を換気用空気として筐体内に導入する第２の換気用配管とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る燃料電池システムでは、空気供給装置から供給される空気の一部と車両の走行によって生じる走行風とが、筐体を換気するための換気用空気として利用される。ここで、第１の換気用配管から筐体内に導入される換気用空気としては、圧縮機等の空気供給装置を効率的な運転状態で運転させて、そのときに燃料電池スタックで要求される空気量を超える余剰分の空気を利用する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、空気供給装置から燃料電池スタックに供給される空気の一部と、車両の走行によって生じる走行風とを換気用空気として利用して、燃料電池スタックが格納される筐体内を換気するようにしているので、筐体内における水素濃度の上昇を確実に防止することできる。
【００１３】
また、この燃料電池システムでは、筐体内の換気を行うための専用の換気ファン等を設ける必要がなく、また、圧縮機等の空気供給装置を効率のよい状態で運転し続けることができるため、システム全体の効率を向上させることができ、更には、このようなシステム全体の効率向上によって、車両としての燃費を改善させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
本発明を適用した車載型の燃料電池システムの要部構成を図１に概略的に示す。この燃料電池システムは、燃料電池自動車に駆動動力源として搭載されるものであり、燃料電池スタック１筐体２内に格納されている。筐体２内の燃料電池スタック１には、この燃料電池スタック１に水素を含む燃料ガスを供給するための燃料ガス供給配管３と、この燃料電池スタック１に酸化剤である空気を供給するための空気供給配管４とが接続されている。また、この燃料電池システムは、燃料電池スタック１における反応により発生する熱を吸収するための冷却機構５を備えている。
【００１６】
燃料電池スタック１は、燃料ガスが供給される燃料極と空気が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされて発電セルが構成されると共に、複数の発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。各発電セルの電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００１７】
本発明を適用した燃料電池システムでは、以上のような燃料電池スタック１が筐体２内に収納されている。この筐体２は、例えば、鋼板等の金属板やガラス繊維強化プラスチック板等が補強材と共に組み立てられて、箱状に形成されてなるものである。
【００１８】
燃料ガス供給配管３は、例えば高圧水素タンク等の燃料供給源６からの燃料ガスを、筐体２内に格納された燃料電池スタック１の燃料極に供給する。なお、この燃料ガス供給配管３には、図示は省略するが、燃料供給源６から供給される燃料ガスの圧力や流量を調整するための制御バルブ等が設けられる。
【００１９】
燃料電池スタック１では、前記燃料ガス供給配管３によって供給された燃料ガスが全て消費されるわけではなく、消費されずに残った燃料ガスが排燃料ガス配管７から排出される。この排燃料ガス配管７から排出される水素ガスは、例えば図示を省略する水素循環配管を通ってエゼクタ等により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック１の燃料極に供給される。
【００２０】
空気供給配管４は、例えば圧縮機やブロア等の空気供給装置８を介して、外気を導入する外気導入配管９に接続されている。そして、空気供給配管４は、空気供給装置８の運転によって外気導入配管８から導入される外気（送風空気）を、筐体２内に格納された燃料電池スタック１の空気極に供給する。なお、燃料電池スタック１からの排空気は、排空気配管１０から大気中に排出される。
【００２１】
冷却機構５は、筐体２内に格納された燃料電池スタック１へ冷却水を供給する冷却水供給配管１１と、燃料電池スタック１にて発生した熱を吸収して加熱された冷却水を排出する冷却水戻り配管１２とを備える。冷却機構５においては、冷却水戻り配管１２から排出された冷却水が、図示を省略する熱交換器によって冷却されて、循環ポンプによって再度冷却水供給配管１１へと循環される。
【００２２】
ところで、本発明を適用した燃料電池システムのように燃料電池スタック１を筐体２内に格納した場合、燃料電池スタック１の水素に対するシール性を完全なものとすることは困難であるため、燃料電池スタック１から微量の水素ガスが漏洩して、これが筐体２内に徐々に蓄積されていくことも想定される。そこで、本発明を適用した燃料電池システムでは、筐体２内の換気を行うための筐体換気手段１３を設け、燃料電池スタック１から漏洩した水素ガスを筐体２内に滞留させずに積極的に筐体２外部に排出し、筐体２内の水素ガス濃度が一定の低濃度以下となるようにしている。そして、特に本発明を適用した燃料電池システムでは、この筐体換気手段１３が、圧縮機等の空気供給装置８から供給される送風空気の一部と、当該燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車の走行によって生じる走行風とを適宜切り替えて筐体２内に導入することで、筐体２の換気を行い、筐体２内の水素濃度の上昇を防止するようにしている。
【００２３】
一般的に、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムでは、数十ｋＷクラスの高出力の燃料電池スタックが使用される。そして、このような高出力の燃料電池スタックでは、発電に必要な空気が数十ＮＬ／ｍｉｎから数千ＮＬ／ｍｉｎまでと、非常に広いダイナミックレンジが要求される。しかしながら、図２に示す一般的な圧縮機の断熱効率の等高線図からわかるように、一般的な圧縮機では、空気の流量が下がり、圧力比が小さいほど断熱効率が急激に低下する。このため、燃料電池自動車のアイドル停止時等、燃料電池スタックに要求される発電量が低い場合には、燃料電池スタックでの発電に必要な空気量のみを送風するように圧縮機を運転すると、圧縮機にとっては非常に効率の悪い運転となり、これにより燃料電池システム全体の効率にも悪影響を与えることになる。そこで、本発明を適用した燃料電池システムでは、燃料電池スタック１に要求される発電量が低い場合であっても、圧縮機（空気供給装置８）をあまり効率が下がらない状態で運転し、燃料電池スタック１での発電に必要とされる分以外の余剰分の送風空気を、筐体２内の換気用空気として利用するようにしている。
【００２４】
一方、燃料電池スタック１に要求される発電量が高く、燃料電池スタック１で必要とされる空気量が多くなる場合には、余剰分の送風空気が少なくなり、この余剰分の送風空気だけでは筐体２内の換気を十分に行えないことも考えられる。しかしながら、燃料電池スタック１に高い発電量が要求されるのは、通常、燃料電池自動車が高速で走行しているときであり、この燃料電池自動車の走行によって生じる走行風を利用すれば、筐体２内の換気を十分に行うことができる。そこで、本発明を適用した燃料電池システムでは、燃料電池スタック１での発電に使用されない余剰分の送風空気では筐体２内の換気を十分に行えないような場合には、燃料電池自動車の走行風を、筐体２内の換気用空気として利用するようにしている。そして、このような換気用空気の切り替えが、筐体換気手段１３にて行えるようにしている。
【００２５】
筐体換気手段１３は、図１及び図３に示すように、空気供給配管４から分岐された分岐配管（第１の換気用配管）１４と、燃料電池自動車の走行風を導入する走行風導入配管（第２の換気用配管）１５と、これら分岐配管１４からの送風空気と走行風導入配管１５からの走行風との切り替えを行う換気切替部１６と、この換気切替部１６を経た空気を換気用空気として筐体２内に導入する換気用空気供給配管１７とを備えて構成される。
【００２６】
分岐配管１４は、圧縮機等の空気供給装置８から空気供給配管４を通って燃料電池スタック１に供給される送風空気の一部、具体的には、燃料電池スタック１での発電に必要とされる分以外の余剰分の送風空気を換気切替部１６へと供給する。走行風導入配管１５は、燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車の走行によって生じる走行風を換気切替部１６へと供給する。
【００２７】
換気切替部１６は、分岐配管１４からの送風空気と走行風導入配管１５からの走行風との合流地点でこれらの切り替えを行うものであり、走行風導入配管１５との接続部に設けられた逆流防止蓋１８と、分岐配管１４との接続部に設けられた遮断弁１９とを有している。逆流防止蓋１８は、一端が回転軸１８ａにて支持されてこの回転軸１８ａを中心に回動可能となっており、走行風導入配管１５の開口を開閉する機能を有する。遮断弁１９は、分岐配管１４からの送風空気が、走行風導入配管１５からの走行風よりも常に高い圧力となるような口径とされている。したがって、遮断弁１９が開かれて分岐配管１４からの送風空気が換気切替部１６に供給されている場合には、この分岐配管１４からの送風空気の圧力によって逆流防止蓋１８が押され、走行風導入配管１５の開口が閉塞されることになる。
【００２８】
また、換気切替部１６には、当該換気切替部１６内に供給される走行風又は空気供給装置８からの送風空気によって過大な圧力がかかるような場合に、その圧力を逃がすためのリリーフ弁２０が設置されている。
【００２９】
換気用空気供給配管１７は、換気切替部１６と筐体２とを連通させ、筐体２内に換気用空気を導入する。なお、筐体２内に導入された換気用空気は、換気用空気排出配管２１によって筐体２の外部に排出される。
【００３０】
本発明を適用した燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度と燃料電池スタック１に要求される発電量とに応じて、燃料電池自動車に設けられる車両コントローラ２２によって分岐配管１４が接続される遮断弁１９の開閉を制御することで、筐体２内を換気するための換気用空気として、分岐配管１４からの余剰分の送風空気を供給するか、或いは走行風導入配管１５からの走行風を供給するかが切り替えられる。具体的には、燃料電池自動車の走行速度が遅い場合、及び燃料電池自動車の走行速度が速くとも燃料電池スタック１に要求される発電量が少ない場合には、車両コントローラ２２の指令により遮断弁１９が開かれ、換気切替部１６に分岐配管１４からの余剰分の送風空気が供給される。このとき、前述のように遮断弁１９を通って換気切替部１６に供給される送風空気の圧力によって、逆流防止蓋１８が走行風導入配管１５の開口部に押し付けられ、走行風導入配管１５が閉塞される。これによって、空気供給装置８から送風されて分岐配管１４にて分岐された送風空気のみが、換気用空気供給配管１７から筐体２の内部へと導入されることになる。なお、このとき、換気切替部１６に過大な圧力がかかるような場合には、リリーフ弁２０が開放される。
【００３１】
また、燃料電池自動車の走行速度が速く、且つ燃料電池スタック１に要求される発電量が多い場合には、車両コントローラ２２の指令により遮断弁１９が閉じられ、分岐配管１４からの送風空気が換気切替部１６に供給されなくなる。そして、送風空気の供給が停止すると、走行風によって逆流防止蓋１８が押し開けられ、走行風導入配管１５からの走行風が換気切替部１６に供給される。これによって、走行風のみが換気用空気供給配管１７から筐体２の内部へと導入されることになる。
【００３２】
以下、図４に示すフローチャートに従って、本実施形態における筐体換気手段１３での筐体２の換気動作を説明する。
【００３３】
まず、燃料電池システムが起動される（ステップＳ１）と、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁１９が開かれる（ステップＳ２）。これにより、空気供給装置８からの余剰分の送風空気が分岐配管１４及び遮断弁１９を通って換気切替部１６に入り、換気用空気として筐体２内に導入される。
【００３４】
次に、現在の燃料電気自動車の走行速度Ｖと燃料電池スタック１に要求される発電量Ｐとが車両コントローラ２２において取得される（ステップＳ３）。そして、このステップＳ３で取得された現在の走行速度Ｖと、筐体２内の換気に十分な走行風を得ることのできる速度として予め設定されている所定の速度Ｖｓｅｔとが比較される（ステップＳ４）。このステップＳ４において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ未満であった場合には、走行風によっては筐体２内を換気するための十分な風量が得られないため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ２の処理へと戻って遮断弁１９の開放状態が維持され、再度現在の走行速度Ｖと要求発電量Ｐの取得が行われる。
【００３５】
前記ステップＳ４において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ以上であった場合には、更に前記ステップＳ３で取得された現在の要求発電量Ｐと、筐体２の換気に十分な余剰分の送風空気を得ることができなくなる発電量として予め設定されている所定の発電量Ｐｓｅｔとが比較される（ステップＳ５）。このステップＳ５において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ未満であった場合には、走行風によって筐体２内の換気を十分に行うことができるが、未だ余剰分の送風空気を利用して筐体２を十分に換気することができるため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ２の処理へと戻って遮断弁１９の開放状態が維持され、再度現在の走行速度Ｖと要求発電量Ｐの取得が行われる。
【００３６】
そして、前記ステップＳ５において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ以上であった場合には、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁１９が閉じられ（ステップＳ６）、走行風導入配管１５から走行風が筐体２内の換気用空気として供給されるよう切り替えられる。その後、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度と燃料電池スタック１に要求される発電量とに応じて適宜筐体２内へ導入する換気用空気を切り替えるために、前記ステップＳ２の処理へと戻り、以降の各処理が繰り返し行われる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度や燃料電池スタック１に要求される発電量に応じて、燃料電池自動車の走行風と空気供給装置８による送風空気とを切り替えながら筐体２内に換気用空気として導入するようにしているので、常に筐体２内が十分に換気され、筐体２内における水素濃度の上昇を確実に防止することできる。したがって、筐体２内の換気を行うための専用の換気ファン等を設ける必要がなく、システム全体としての効率を向上させることができる。そして、このようなシステム効率の向上により、燃料電池自動車としての燃費も改善され、コストアップの抑制をも図ることができる。
【００３８】
また、本実施形態の燃料電池システムでは、圧縮機等の空気供給装置８を運転効率が低くなり過ぎない範囲で運転し、この運転によって生じる送風空気のうちで、燃料電池スタック１での発電に必要とされる分以外の余剰分の送風空気を筐体２内の換気に利用するようにしているので、燃料電池システムのシステム効率を更に向上させることができる。一方で、燃料電池スタック１に要求される発電量が高い場合には、空気供給装置８からの送風空気は筐体２内の換気に利用されずに燃料電池スタック１での発電に利用され、筐体２内の換気には燃料電池自動車の走行風が利用されるため、これによっても燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。
【００３９】
更に、本実施形態の燃料電池システムでは、空気供給装置８からの送風空気により筐体２内を換気する場合、走行風導入配管１５が逆流防止蓋１８によって閉塞されるため、空気供給装置８からの送風空気が走行風導入配管１５へと逆流することがない。このため、換気切替部１６に入った送風空気は全て筐体２内に導入されることになり、筐体２内を効率よく換気することができる。また、送風空気の逆流防止は、遮断弁１９の開閉に連動させて、それ自体無動力の逆流防止蓋１８で走行風導入配管１５を開閉するという簡易な構成で実現されるため、レイアウトの自由度が高く、設置が容易で消費電力も小さく済む。このため、システム全体の効率を更に向上させることができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、圧縮機等の空気供給装置８からの送風空気で筐体２内の換気を行うか否かを、燃料電池自動車の走行速度及び燃料電池スタック１に要求される発電量の双方から判断している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、いずれか一方でのみ判断するものであってもよい。例えば、燃料電池自動においては、燃料電池スタック１に要求される発電量が所定発電量以上であれば、ある程度の走行風が得られる車両速度に達しているはずであるから、この要求発電量のみでもって圧縮機等の空気供給装置８による換気が不要であると判断してもよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の燃料電池システムについて説明する。
【００４２】
本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態における遮断弁１９に可変オリフィス付きの遮断弁を使用したものである。可変オリフィス付きの遮断弁は、開状態のときの開度が可変とされており、このような可変オリフィス付きの遮断弁を使用することで、筐体２内に換気用空気として導入する空気供給装置２からの送風空気の流量圧力を調整することが可能となる。なお、その他の構成については、上述した第１の実施形態と同様であるので、これら同様の構成については同一の符号を付して、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４３】
本実施形態の燃料電池システムでは、可変オリフィス付きの遮断弁を開閉することで、筐体２内を換気する換気用空気として、空気供給装置８からの送風空気を供給するか、或いは燃料電池自動車の走行風を供給するかが切り替えられる。
【００４４】
以下、図５に示すフローチャートに従って、本実施形態における筐体換気手段１３での筐体２の換気動作を説明する。
【００４５】
まず、燃料電池システムが起動される（ステップＳ１１）と、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁のオリフィス開度がアイドル状態の開度に設定されて、この遮断弁が開かれる（ステップＳ１２）。これにより、空気供給装置８からの余剰分の送風空気が換気用空気として筐体２内に導入される。
【００４６】
次に、現在の燃料電気自動車の走行速度Ｖと燃料電池スタック１に要求される発電量Ｐとが車両コントローラ２２において取得される（ステップＳ１３）。そして、このステップＳ１３にて取得した情報を元に、現在の要求発電量Ｐを燃料電池スタック１で発電するのに必要な空気流入量と圧力とを演算し、更にこの結果から空気供給装置８を効率のよい運転状態に保ったままで、この運転状態における余剰分の送風空気が筐体２の換気に適した圧力流量になるような遮断弁のオリフィス開度を演算する（ステップＳ１４）。
【００４７】
次に、前記ステップＳ１３で取得された現在の走行速度Ｖと、予め設定されている所定の速度Ｖｓｅｔとが比較される（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ未満であった場合には、走行風によっては筐体２内を換気するための十分な風量が得られないため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、遮断弁の開放状態が維持されると共に、オリフィス開度が前記ステップＳ１４にて演算した開度に設定され（ステップＳ１６）、その後、再度現在の走行速度と要求発電量の取得が行われる。
【００４８】
前記ステップＳ１５において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ以上であった場合には、更に前記ステップＳ１３で取得された現在の要求発電量Ｐと、予め設定されている所定の発電量Ｐｓｅｔとが比較される（ステップＳ１７）。このステップＳ１７において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ未満であった場合には、走行風によって筐体２内の換気を十分に行うことができるが、未だ余剰分の送風空気を利用して筐体２を十分に換気することができるため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ１６の処理に進んで遮断弁の開放状態が維持されると共に、オリフィス開度が前記ステップＳ１４にて演算した開度に設定され、その後、前記ステップＳ１３の処理へと戻って再度現在の走行速度と要求発電量の取得が行われる。
【００４９】
そして、前記ステップＳ１７において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ以上であった場合には、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁のオリフィス開度が最小に設定されて遮断弁が閉じられ（ステップＳ１８）、走行風導入配管１５から走行風が筐体２内の換気用空気として導入されるよう切り替えられる。その後、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度と燃料電池スタック１に要求される発電量とに応じて適宜筐体２内へ導入する換気用空気を切り替えるために、前記ステップＳ１３の処理へと戻り、その時点での走行速度と要求発電量との取り込みが行われ、以降の各処理が繰り返し行われる。
【００５０】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、可変オリフィス付きの遮断弁を使用し、この遮断弁のオリフィス開度を制御することによって、筐体２内に導入される換気用空気の流量圧力をより精密に制御して、空気供給装置８をできるだけ効率の良い状態で運転することができるようになる。したがって、本実施形態の燃焼電池システムによれば、システム全体の効率をより向上させることができる。また、このような可変オリフィスを有する遮断弁の制御によって筐体２内に導入される換気用空気の流量圧力を制御するようにしているので、燃料電池自動車のように不規則な過渡運転状態であっても、安定した換気用空気を筐体２内に導入することができるようになり、これによっても燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。
【００５１】
なお、本実施形態の燃料電池システムにおいては、開状態のときの開度が可変の遮断弁として可変オリフィス付き遮断弁を使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、これに代えて遮断機能を有する比例制御弁等を使用するようにしてもよい。
【００５２】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態の燃料電池システムについて説明する。
【００５３】
本実施形態の燃料電池システムは、上述した第１の実施形態における逆流防止蓋１８の開閉動作を機械的に制御できるようにしたものである。なお、その他の構成については、上述した第１の実施形態と同様であるので、これら同様の構成については同一の符号を付して、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５４】
図６は、本実施形態の燃料電池システムにおける換気切替部１６の一部を破断して示す斜視図である。この換気切替部１６では、逆流防止蓋１８を支持する回転軸１８ａが配管外部まで延在され、配管外部に突出した回転軸１８ａの端部にレバー３１が取り付けられている。レバー３１は、図示を省略するアクチュエータによって駆動され、逆流防止蓋１８の開閉動作を換気切替部１６の外部から機械的に制御可能とするものである。
【００５５】
以下、図７に示すフローチャートに従って、本実施形態における筐体換気手段１３での筐体２の換気動作を説明する。
【００５６】
まず、燃料電池システムが起動される（ステップＳ２１）と、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁１９が開かれると共に、アクチュエータの駆動によって逆流防止蓋１８が閉じられる（ステップＳ２２）。これにより、空気供給装置８からの余剰分の送風空気が換気用空気として筐体２内に導入される。
【００５７】
次に、現在の燃料電気自動車の走行速度Ｖと燃料電池スタック１に要求される発電量Ｐとが車両コントローラ２２において取得される（ステップＳ２３）。そして、このステップＳ２３で取得された現在の走行速度Ｖと、予め設定されている所定の速度Ｖｓｅｔとが比較される（ステップＳ２４）。このステップＳ２４において、現在の車両速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ未満であった場合には、走行風によっては筐体２内を換気するための十分な風量が得られないため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ２２へと戻って遮断弁１９の開放状態及び逆流防止蓋１８の閉塞状態が維持され、再度現在の走行速度Ｖと要求発電量Ｐの取得が行われる。
【００５８】
前記ステップＳ２４において、現在の走行速度Ｖが車両速度Ｖｓｅｔ以上であった場合には、更に前記ステップＳ２３で取得された現在の要求発電量Ｐと、予め設定されている所定の発電量Ｐｓｅｔとが比較される（ステップＳ２５）。このステップＳ２５において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ未満であった場合には、走行風によって筐体２内の換気を十分に行うことができるが、未だ余剰分の送風空気を利用して筐体２を十分に換気することができるため、引き続き空気供給装置８からの送風空気が換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ２２の処理へと戻って遮断弁１９の開放状態及び逆流防止蓋１８の閉塞状態が維持され、再度現在の走行速度Ｖと要求発電量Ｐの取得が行われる。
【００５９】
そして、前記ステップＳ２５において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ以上であった場合には、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁１９が閉じられると共に、アクチュエータの駆動によってレバー３１が操作されて逆流防止蓋１８が開けられ（ステップＳ２６）、走行風導入配管１５から走行風が筐体２内の換気用空気として供給されるよう切り替えられる。その後、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度と燃料電池スタック１に要求される発電量とに応じて適宜筐体２内へ導入する換気用空気を切り替えるために、前記ステップＳ２３の処理へと戻り、その時点での走行速度Ｖと要求発電量Ｐの取得が行われ、以降の各処理が繰り返し行われる。
【００６０】
以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、逆流防止蓋１８の開閉動作が、車両コントローラ２２からの指令に応じて機械的に制御できるようになっており、遮断弁１９の開放と同時に逆流防止蓋１８を閉塞し、また、遮断弁１９の閉塞と同時に逆流防止蓋１８を開放することができるので、走行風と空気供給装置８による送風空気との切り替えを瞬時に行うことが可能である。したがって、本実施形態の燃料電池システムによれば、換気用空気が一時的に滞留する不具合を確実に防止でき、また、過渡運転時に圧縮機等の空気供給装置８を効率の低いレンジで運転させる時間を短縮することができるので、システム効率をより向上させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態の燃料電池システムにおいては、アクチュエータにより駆動されるレバー３１で逆流防止蓋１８の開閉動作を制御するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、逆流防止蓋１８の軸を直接ステッピングモータ等で駆動して、開閉動作を制御するようにしてもよい。
【００６２】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態の燃料電池システムについて説明する。
【００６３】
本実施形態の燃料電池システムは、第２の実施形態と同様に遮断弁に可変オリフィス付き遮断弁が使用されていると共に、第３の実施形態と同様に逆流防止蓋１８の開閉動作が機械的に制御できるようになっている。また、本実施形態の燃料電池システムでは、筐体２内に導入される換気用空気の圧力を検出できるようにしている。
【００６４】
本実施形態の燃料電池システムの要部構成を図８に、筐体換気手段１６の具体的な構成を図９にそれぞれ示す。この燃料電池システムでは、遮断弁に可変オリフィス付き遮断弁４１が使用され、また、逆流防止蓋１８の軸が配管外部に延在されてその端部にレバー３１が取り付けられている。更に、筐体２への換気用空気供給配管１７には圧力センサ４２が設置されており、この圧力センサ４２によって、筐体２内に導入される換気用空気の圧力を検出できるようになっている。なお、その他の構成については、上述した第１の実施形態と同様であるので、これら同様の構成については同一の符号を付して、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６５】
本実施形態の燃料電池システムでは、排換気用空気配管２１における排換気用空気の圧力が大気圧と等しいことから、この排換気用空気の圧力と、前記圧力センサ４２で検出した換気用空気供給配管１７における換気用空気の圧力との差から、換気用空気が筐体２内を正常に流れているかを判断する。そして、換気用空気が正常に流れていないと判断した場合には、例えば燃料電池システムの運転を停止させると共に、二次バッテリにて走行が引き続き可能な状態として、運転者に警告を与えるようにする。
【００６６】
また、本実施形態の燃料電池システムでは、遮断弁４１の可変オリフィスの開度に加えて、レバー３１をアクチュエータ等によって駆動し制御することで逆流防止蓋１８の開度が設定されるようになっている。そして、空気供給装置８からの送風空気と走行風との流量圧力を調整して、これらが共に筐体２内に導入されるようにしている。
【００６７】
以下、図１０に示すフローチャートに従って、本実施形態における筐体換気手段１３での筐体２の換気動作を説明する。
【００６８】
まず、燃料電池システムが起動される（ステップＳ３１）と、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁４１のオリフィス開度がアイドル状態の開度に設定され、遮断弁４１が開かれると共に、逆流防止蓋１８の開度が設定される（ステップＳ３２）。このとき、逆流防止蓋１８を完全な閉塞状態ではない開度に設定することで、走行風と送風空気とが共に筐体２内に換気用空気として導入されることになる。
【００６９】
次に、現在の燃料電気自動車の走行速度Ｖと燃料電池スタック１に要求される発電量Ｐとが車両コントローラ２２において取得される（ステップＳ３３）。そして、ステップＳ３３にて取得した情報を元に、現在の要求発電量Ｐを燃料電池スタック１で発電するのに必要な空気流入量と圧力とを演算し、更にこの結果から空気供給装置８を効率のよい運転状態に保ったままで、この運転状態において筐体２の換気に適した圧力流量の換気用空気になるような遮断弁４１のオリフィス開度と逆流防止蓋１８の開度とを演算する（ステップＳ３４）。
【００７０】
次に、前記ステップＳ３３で取得された現在の走行速度Ｖと、予め設定されている所定の速度Ｖｓｅｔとが比較される（ステップＳ３５）。このステップＳ３５において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ未満であった場合には、走行風のみによっては筐体２内を換気するための十分な風量が得られないため、空気供給装置８からの送風空気と走行風とが換気用空気として筐体２内に導入されるように、遮断弁４１の開放状態が維持されると共に、遮断弁４１のオリフィス開度と逆流防止蓋１８の開度とが前記ステップＳ３４にて演算した開度に設定され（ステップＳ３６）、その後、再度現在の走行速度と要求発電量の取得が行われる。
【００７１】
前記ステップＳ３５において、現在の走行速度Ｖが速度Ｖｓｅｔ以上であった場合には、更に前記ステップＳ３３で取得された現在の要求発電量Ｐと、予め設定されている所定の発電量Ｐｓｅｔとが比較される（ステップＳ３７）。このステップＳ３７において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ未満であった場合には、走行風のみによって筐体２内の換気を十分に行うことができるが、未だ余剰分の送風空気を利用して筐体２を十分に換気することができるため、引き続き空気供給装置８からの送風空気と走行風とが換気用空気として筐体２内に導入されるように、前記ステップＳ３６の処理に進んで遮断弁４１の開放状態が維持されると共に、遮断弁４１のオリフィス開度と逆流防止蓋１８の開度とが前記ステップＳ３４にて演算した開度に設定され、その後、前記ステップＳ３３の処理へと戻って再度現在の走行速度と要求発電量の取得が行われる。
【００７２】
そして、前記ステップＳ３７において、現在の要求発電量Ｐが発電量Ｐｓｅｔ以上であった場合には、車両コントローラ２２からの指令により遮断弁４１のオリフィス開度が最小に設定されて遮断弁４１が閉じられると共に、アクチュエータの駆動によってレバー３１が操作されて逆流防止蓋１８が開けられ（ステップＳ３８）、走行風導入配管１５から走行風のみが筐体２内の換気用空気として導入されるよう切り替えられる。その後、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の走行速度と燃料電池スタック１に要求される発電量とに応じて適宜筐体２内へ導入する換気用空気を切り替えるために、前記ステップＳ３３へと戻り、その時点での走行速度と要求発電量との取り込みが行われ、以降の各処理が繰り返し行われる。
【００７３】
本実施形態の燃料電池システムでは、圧力センサ４２によって筐体２内に導入される換気用空気の圧力を検出し、これに基づいて逆流防止蓋１８の開度を調節することができる。したがって、筐体２内に導入される換気用空気の流量圧力をより精密に制御することが可能となり、空気供給装置８をできるだけ効率のよい状態で運転してシステム効率をより向上させることができる。また、圧力センサ４２で換気用空気供給配管１７を通る換気用空気の圧力を検出することで、より精密に空気供給装置８の運転状態が把握可能となり、更に、過大な圧力がかかるような異常時には、遮断弁４１を閉じると共に、運転者に異常の発生を警告することもできるので、安全性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の燃料電池システムの要部構成を概略的に示す図である。
【図２】一般的な圧縮機の断熱効率の等高線図である。
【図３】筐体換気手段の概略構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態の燃料電池システムにおける筐体の換気動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の燃料電池システムにおける筐体の換気動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】第３の実施形態の燃料電池システムにおける筐体換気手段の一部を破断して示す斜視図である。
【図７】第３の実施形態の燃料電池システムにおける筐体の換気動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】第４の実施形態の燃料電池システムの要部構成を概略的に示す図である。
【図９】第４の実施形態の燃料電池システムにおける筐体換気手段の概略構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態の燃料電池システムにおける筐体の換気動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
２  筐体
４  空気供給配管
８  圧縮機
１３  筐体換気手段
１４  分岐配管
１５  走行風導入配管
１６  換気切替部
１７  換気用空気供給配管
１８  逆流防止蓋
１９  遮断弁
２２  車両コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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