(57)【要約】【課題】  燃料電池システム内に残留する水分を効率的に除去して凍結を防止する。【解決手段】  燃料電池システム２０の停止指示がなされたときには、外気温センサ８０により検出された外気温に基づいて推定される２４時間以内の最低温により凍結の可能性があるときには、燃料電池スタック２２や空気排出系５０の流量調節弁５４，消音器５６に取り付けられた霧化器６２〜６６を作動して内部に残留する水を霧化すると共にバイパス供給管４２やバイパス排出管５２に切り替えて加湿器４６をバイパスした状態としてエアコンプレッサ４４を駆動して掃気する。そして、燃料電池スタック２２をアイドル運転し、燃料電池スタック２２がドライアップの現象を生じたときに掃気完了を判定し、システムを停止する。これにより、燃料電池スタック２２や空気排出系５０に残留する水を迅速に除してその凍結を防止することができる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタック内の水を霧化する霧化手段と、
前記燃料電池スタック内の霧化した水を該燃料電池スタック外に排出可能な排出手段と、
燃料電池システムの停止指示がなされ所定の作動条件が成立したときに、前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記霧化手段は、前記燃料電池スタックに酸化ガスとして供給される空気の流路内の水を霧化する手段である請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックに酸化ガスとして空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池スタックから酸化ガスとしての空気を排出する空気排出手段と、
前記空気供給手段における供給用の空気と前記空気排出手段における排出用の空気とによる水の授受により該供給用の空気を加湿する加湿手段と、
を備え、
前記排出手段は、前記加湿手段を作動させない状態として機能する前記空気供給手段と前記空気排出手段である
燃料電池システム。
【請求項４】
前記空気排出手段に取り付けられた機器内の水を霧化する霧化手段を備える請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックからのオフガスが流通する排気通路と、
該排気通路内の水を霧化する霧化手段と、
前記排気通路内の霧化した水を外部に排出する排出手段と、
所定の作動条件が成立したときに、前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項６】
前記霧化手段は、前記排気通路の屈曲部または該排気通路に取り付けられた機器に取り付けられてなる請求項５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記機器は、バルブまたは消音器である請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記排気通路は、前記燃料電池スタックに酸化剤として供給された空気の排気通路である請求項５ないし７いずれか記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項５または８記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックに酸化ガスとして空気を供給する空気供給手段と、
前記空気供給手段における供給用の空気と前記燃料電池スタックから排出される空気とによる水の授受により該供給用の空気を加湿する加湿手段と、
を備え、
前記排出手段は、前記加湿手段を作動させない状態として機能する前記空気供給手段である
燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックのドライアップを検出するドライアップ検出手段を備え、
前記排水制御手段は、前記燃料電池スタックを所定の低負荷運転した状態で前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させ、前記ドライアップ検出手段により前記燃料電池スタックのドライアップが検出されたときに前記霧化手段と前記排出手段を停止する手段である
燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックの抵抗を検出するスタック抵抗検出手段を備え、
前記排水制御手段は、前記燃料電池スタックの運転を停止した状態で前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させ、前記スタック抵抗検出手段により前記燃料電池スタックの抵抗が所定値以上となったときに前記霧化手段と前記排出手段を停止する手段である
燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックが所定時間内に所定温度未満の低温に至るか否かを推定する低温推定手段を備え、
前記排水制御手段は、前記低温推定手段により前記燃料電池スタックが前記所定温度未満の低温に至ると推定されたときに前記霧化手段と前記排出手段とを作動させる手段である
燃料電池システム。
【請求項１３】
前記霧化手段は、超音波振動子を用いて加振することにより水を霧化する手段である請求項１ないし１２いずれか記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１ないし１３いずれか記載の燃料電池システムを電力源として搭載する移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体に関し、詳しくは、発電に伴って水を生成する燃料電池を含む燃料電池システムおよびこれを電力源として搭載する移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池スタックの空気極側に気液分離器を取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、燃料電池スタックの空気極側のオフガスを気液分離器で排ガスと水とに分離して排出することにより、その扱いを個々に行なうものとしている。また、燃料電池スタックで生成された水を除去するために燃料電池本体や燃料極，空気極などに加振手段を取り付けたものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。このシステムでは、加振手段により振動を加えることにより、燃料極や空気極に付着した水滴を微粒子化して除去し、燃料電池を良好な状態としている。さらに、燃料電池スタックからの排ガス通路の残留水を排出するために空気極側に一定時間空気を供給して掃気するものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−２８９２３７号公報
【特許文献２】特開２００２−２０３５８５号公報
【特許文献３】特開２００２−３１３３９５号公報（第３頁、図２、図３等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、気液分離器を備える燃料電池システムでは、気液分離後の排ガスにも水分が含まれるため、排気通路に水溜まりが生じたり、排出口から水滴が排出される場合がある。また、燃料電池本体に加振手段を備える燃料電池システムでは、燃料電池スタックの水分状態を良好にすることができるものの、燃料電池スタックからの排気通路における残留水を除去することはできない。これらのシステムでは、低温時には燃料電池スタックや排気通路の残留水が凍結することにより、燃料電池スタックや排気通路に取り付けられた機器を破損したり、機能低下を招く場合が生じる。さらに、空気極に空気を一定時間供給して掃気するシステムでは、掃気に時間を要すると共に掃気完了する前に電解質膜を乾燥させてしまう場合も生じる。
【０００４】
本発明の燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体は、燃料電池システムの運転停止指示がなされたときにシステム内に残留する水分を効率的に除去することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体は、燃料電池システム内の水分除去に際して排気通路からの水滴飛散を防止することを目的の一つとする。さらに、本発明の燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体は、燃料電池システムの凍結を防止することを目的の一つとする。加えて、本発明の燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体は、水分除去の際に過剰な乾燥を抑止することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池システムおよびこれを搭載する移動体は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の燃料電池システムは、
水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタック内の水を霧化する霧化手段と、
前記燃料電池スタック内の霧化した水を該燃料電池スタック外に排出可能な排出手段と、
燃料電池システムの停止指示がなされ所定の作動条件が成立したときに、前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの停止指示がなされ所定の作動条件が成立したときには、燃料電池スタック内の水を霧化してスタック外に排出するから、迅速に効率的に燃料電池スタック内の水分を除去することができる。したがって、燃料電池スタックの凍結を抑止することができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記霧化手段は、前記燃料電池スタックに酸化ガスとして供給される空気の流路内の水を霧化する手段であるものとすることもできる。こうすれば、酸化ガスの流路内の水を霧化して排出容易な状態とすることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックに酸化ガスとして空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池スタックから酸化ガスとしての空気を排出する空気排出手段と、前記空気供給手段における供給用の空気と前記空気排出手段における排出用の空気とによる水の授受により該供給用の空気を加湿する加湿手段と、を備え、前記排出手段は、前記加湿手段を作動させない状態として機能する前記空気供給手段と前記空気排出手段であるものとすることもできる。こうすれば、空気供給手段と空気排出手段を排出手段として用いることができる。この結果、空気供給手段や空気排出手段の他に排出手段を設ける必要がない。なお、加湿手段を作動させない状態で機能させることにより、燃料電池スタック内あるいは空気流路内の水を前記加湿手段によって加湿されない空気を用いて水の排出を行なうことができる。この態様の本発明の燃料電池システムにおいて、前記空気排出手段に取り付けられた機器内の水を霧化する霧化手段を備えるものとすることもできる。こうすれば、空気排出手段に取り付けられた機器における残留水を除去することができる。したがって、空気排出手段に取り付けられた機器の凍結を抑止することができる。
【００１０】
本発明の第２の燃料電池システムは、
水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックからのオフガスが流通する排気通路と、
該排気通路内の水を霧化する霧化手段と、
前記排気通路内の霧化した水を外部に排出する排出手段と、
所定の作動条件が成立したときに、前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、
を備えることを要旨とする
【００１１】
この本発明の第２の燃料電池システムでは、所定の作動条件が成立したときには、燃料電池スタックからのオフガスが流通する排気通路内の水を霧化して外部に排出するから、迅速に効率的に燃料電池スタックからの排気通路内の水分を除去することができる。したがって、排気通路内の残留水により排気通路が閉塞するのを抑制することができる。しかも、霧化して外部に排出するから、排気通路からの水滴の飛散を抑止することができる。また、低温時にも排気通路が凍結するのを抑止することもできる。
【００１２】
こうした本発明の第２の燃料電池システムにおいて、前記霧化手段は、前記排気通路の屈曲部または該排気通路に取り付けられた機器に取り付けられてなるものとすることもできる。この場合、前記機器は、バルブまたは消音器であるものとすることもできる。なお、機器における霧化手段の取り付け位置としては排出口側とすることもできる。
【００１３】
また、本発明の第２の燃料電池システムにおいて、前記排気通路は、前記燃料電池スタックに酸化剤として供給された空気の排気通路であるものとすることもできる。こうすれば、生成水が生じる空気極側の排気通路の残留水を効果的に除去することができる。
【００１４】
さらに、本発明の第２の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックに酸化ガスとして空気を供給する空気供給手段と、前記空気供給手段における供給用の空気と前記燃料電池スタックから排出される空気とによる水の授受により該供給用の空気を加湿する加湿手段と、を備え、前記排出手段は、前記加湿手段を作動させない状態として機能する前記空気供給手段であるものとすることもできる。こうすれば、別に排出手段を設ける必要がない。なお、加湿手段を作動させない状態で機能させることにより、燃料電池スタック内あるいは排気通路内の水を加湿されない空気を用いて排出することができる。
【００１５】
これら本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックのドライアップを検出するドライアップ検出手段を備え、前記排水制御手段は、前記燃料電池スタックを所定の低負荷運転した状態で前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させ、前記ドライアップ検出手段により前記燃料電池スタックのドライアップが検出されたときに前記霧化手段と前記排出手段を停止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池スタックや燃料電池スタックからの排気通路における水の除去をより適正に判定することができ、燃料電池スタックの過剰な乾燥を抑止することができる。
【００１６】
また、本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの抵抗を検出するスタック抵抗検出手段を備え、前記排水制御手段は、前記燃料電池スタックの運転を停止した状態で前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させ、前記スタック抵抗検出手段により前記燃料電池スタックの抵抗が所定値以上となったときに前記霧化手段と前記排出手段を停止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池スタックや燃料電池スタックからの排気通路における水の除去をより適正に判定することができ、燃料電池スタックの過剰な乾燥を抑止することができる。
【００１７】
さらに、本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックが所定時間内に所定温度未満の低温に至るか否かを推定する低温推定手段を備え、前記排水制御手段は、前記低温推定手段により前記燃料電池スタックが前記所定温度未満の低温に至ると推定されたときに前記霧化手段と前記排出手段とを作動させる手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池スタックや燃料電池スタックからの排気通路における凍結を抑制することができる。
【００１８】
あるいは、本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記霧化手段は、超音波振動子を用いて加振することにより水を霧化する手段であるものとすることもできる。こうすれば、水を容易に霧化することができる。
【００１９】
本発明の移動体は、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２の燃料電池システム、即ち、基本的には、水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池スタック内の水を霧化する霧化手段と、前記燃料電池スタック内の霧化した水を該燃料電池スタック外に排出可能な排出手段と、燃料電池システムの停止指示がなされ所定の作動条件が成立したときに前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、を備える第１の燃料電池システムや、水の生成を伴って発電する燃料電池スタックを備える燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックからの排気通路内の水を霧化する霧化手段と、前記排気通路内の霧化した水を外部に排出する排出手段と、燃料電池システムの停止指示がなされ所定の作動条件が成立したときに、前記霧化手段を作動させると共に前記排出手段を作動させる排水制御手段と、を備える第２の燃料電池システムを電力源として搭載することを要旨とする。
【００２０】
この本発明の移動体では、上述のいずれかの態様の本発明の第１または第２の燃料電池システムを電力源として搭載するから、本発明の第１または第２の燃料電池システムが奏する効果、例えば、迅速に効率的に燃料電池スタックや燃料電池スタックからの排気通路の水を除去することができる効果や排気口から水滴が放出されて飛散するのを抑止することができる効果，燃料電池スタックや燃料電池スタックからの排気通路の凍結を抑止することができる効果などと同一の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例】
【００２２】
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池車に電力源として搭載された燃料電池システム２０の構成の概略を示すシステム構成図である。実施例の燃料電池システム２０は、走行用のモータ２５に直流電力を三相交流電力に変換して供給するインバータ２４や二次電池２７の充放電を司ると共に燃料電池システム２０の出力電圧Ｖｆｃや出力電流Ｉｆｃを調整するＤＣ／ＤＣコンバータ２６に遮断器２３を介して接続されている。
【００２３】
実施例の燃料電池システム２０は、例えば高分子により形成された電解質膜を二つの電極（燃料極と空気極）で狭持してなる単電池ユニットを複数積層して構成した燃料電池スタック２２と、この燃料電池スタック２２の燃料極（負極）に高圧水素タンク３１からの水素を供給する水素供給系３０と、燃料電池スタック２２の空気極（正極）に空気を供給する空気供給系４０と、燃料電池スタック２２の空気極からの排ガスを外部に排出する空気排出系５０と、燃料電池スタック２２や空気排出系５０に取り付けられ内部の水を霧化する超音波振動子を有する霧化器６２〜６６と、燃料電池スタック２２を冷却する図示しない冷却系と、燃料電池システム２０を含む全体をコントロールする電子制御ユニット７０と、を備える。
【００２４】
水素供給系３０は、高圧水素タンク３１からの水素を燃料電池スタック２２に供給する水素供給流路３２と、燃料電池スタック２２から排出された水素を水素供給流路３２に返送する水素循環流路３３とを備える。水素供給流路３２には、高圧水素タンク３１からの水素が逆流しないようにするための逆流防止弁（チェック弁）や燃料電池スタック２２への水素の供給や供給停止を行なうための仕切弁３６などが設けられている。水素循環流路３３には、水素を水素供給流路３２に圧送するための水素ポンプ３４や、水素供給流路３２側の水素が逆流しないようにするための逆流防止弁（チェック弁）、燃料電池スタック２２からの水素の排出を停止するための仕切弁などが設けられている他、循環している水素中の水蒸気を液化することにより気液分離する図示しない気液分離器なども設けられている。また、水素供給流路３２や水素循環流流路３３には、燃料電池スタック２２に供給する水素の供給量や燃料電池スタック２２の運転状態を制御するために用いられる各種センサ、例えば、燃料電池スタック２２の流入口や水素ポンプ３４の吐出側に設けられた圧力センサや燃料電池スタック２２の出口近傍や水素ポンプ３４の吐出側に設けられた温度センサなどが取り付けられている。なお、水素循環流路３３には分岐管３５が取り付けられており、水素循環流路３３内の水素が図示しない希釈器で希釈され大気に開放されるようになっている。
【００２５】
空気供給系４０は、マスフローメータ４３により計量されエアコンプレッサ４４により加圧された空気を供給管４１により加湿器４６に導いて加湿して燃料電池スタック２２の空気極に供給する。供給管４１には、加湿器４６をバイパスするようバイパス供給管４２が取り付けられており、供給管４１およびバイパス供給管４２には空気の流路を切り替えるための仕切弁４１ａ，４２ａが取り付けられている。したがって、エアコンプレッサ４４からの空気は、仕切弁４１ａを開成すると共に仕切弁４２ａを閉成することにより加湿器４６で加湿されて燃料電池スタック２２に供給され、仕切弁４１ａを閉成すると共に仕切弁４２ａを開成することにより加湿器４６をバイパスして燃料電池スタック２２に供給される。
【００２６】
空気排出系５０は、燃料電池スタック２２の空気極からの排ガスを排出管５１により加湿器４６に導いて空気供給系４０のエアコンプレッサ４４からの空気を加湿し、その後、図示しない気液分離器により気液分離され、流量調節弁５４や消音器（マフラー）５６を介して大気に開放される。排出管５１には、加湿器４６をバイパスするようバイパス排出管５２が取り付けられており、排出管５１およびバイパス排出管５２には空気の流路を切り替えるための仕切弁５１ａ，５２ａが取り付けられている。したがって、燃料電池スタック２２の空気極側の排ガスは、仕切弁５１ａを開成すると共に仕切弁５２ａを閉成することにより加湿器４６を介して排出され、仕切弁４１ａを閉成すると共に仕切弁４２ａを開成することにより加湿器４６をバイパスして排出される。
【００２７】
燃料電池スタック２２の空気極側の流路や流量調節弁５４，消音器５６に取り付けられた霧化器６２〜６６は、圧電セラミックス等により形成された超音波振動子と超音波振動子の振動を伝達するステムとにより構成されており、超音波振動子を振動させることにより、燃料電池スタック２２の空気極側の流路や流量調節弁５４，消音器５６の内部に残留している水を霧化する。
【００２８】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６、図示しない入出力ポートを備える。電子制御ユニット７０には、燃料電池スタック２２の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電圧センサ２８からの出力電圧Ｖｆｃや同じく電力ラインに取り付けられた電流センサ２９からの出力電流Ｉｆｃ，走行用のモータ２５の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ２５ａからの回転位置，インバータ２４からモータ２５への電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの相電流，ＤＣ／ＤＣコンバータ２６に取り付けられた図示しない電流センサからの変換電流，車両の外部に取り付けられた外気温センサ８０からの外気温，燃料電池スタック２２を運転するために取り付けられた各種センサからの検出信号（例えば供給管４１に取り付けられた図示しない流量計からの供給空気量や供給管４１の燃料電池スタック２２の供給口近傍に取り付けられた温度センサからの供給空気温度，燃料電池スタック２２に取り付けられた温度センサからのスタック温度，冷却系に取り付けられた温度センサからの冷却水温，水素供給管３２の高圧水素タンク３１近傍に取り付けられた流量計からの供給水素量等）などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、遮断器２３への駆動信号やＤＣ／ＤＣコンバータへのスイッチング制御信号，インバータ２４へのスイッチング制御信号，水素ポンプ３４への駆動信号，水素供給流路３２に設けられた仕切弁３６への駆動信号，エアコンプレッサ４４への駆動信号，霧化器６２〜６６への駆動信号，仕切弁４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２９】
次に、こうして構成された実施例の燃料電池システム２０の動作、特に燃料電池システム２０の運転を停止する際の動作について説明する。図２は、燃料電池システム２０の運転停止が指示されたときに電子制御ユニット７０により実行される運転停止時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【００３０】
この運転停止時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、過去２４時間に外気温センサ８０により検出された外気温と季節情報とを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだ過去２４時間分の外気温と季節情報とに基づいて現時点から２４時間以内における最低温Ｔｍｉｎを推定する処理を実行する（ステップＳ１１０）。ここで、実施例では、過去２４時間分の外気温については、図示しない外気温検出処理ルーチンにより所定時間毎（例えば、１時間毎や３０分毎）に外気温センサ８０により検出されＲＡＭ６６の所定領域に格納されたものをＲＡＭ６６の所定領域から入力するものとし、季節情報については、図示しないカレンダー情報から月日を入力するものとした。また、最低温Ｔｍｉｎは、実施例では、過去２４時間分の外気温の変化から現時点から２４時間の外気温の変化を推定し、その最低温に対して季節情報として入力した月日から季節の平均温度の変化に基づいて補正することにより推定した。
【００３１】
こうして最低温Ｔｍｉｎを推定すると、推定した最低温Ｔｍｉｎが閾値Ｔｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、水の凍結を予測する温度として設定されるものであり、例えば摂氏０℃や余裕をもった２℃などを用いることができる。推定した最低温Ｔｍｉｎが閾値Ｔｒｅｆより大きいときには、凍結は生じないと判断し、高圧水素タンク３１からの水素供給を停止するよう仕切弁３６を閉成すると共にエアコンプレッサ４４を停止し、さらに、遮断器２３により遮断することにより燃料電池スタック２２の運転を停止して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。
【００３２】
一方、推定した最低温Ｔｍｉｎが閾値Ｔｒｅｆ以下のときには、凍結の可能性があると判断し、供給管４１および排出管５１が加湿器４６をバイパスするよう仕切弁４１ａおよび仕切弁５１ａを閉成すると共に仕切弁４２ａおよび仕切弁５２ａを開成してバイパス供給管４２およびバイパス排出管５２に切り替え（ステップＳ１３０）、エアコンプレッサ４４を掃気用の駆動とし（ステップＳ１４０）、霧化器６２〜６６を作動させ（ステップＳ１５０）、燃料電池スタック２２をアイドル運転し（ステップＳ１６０）、電圧センサ２８からの出力電圧Ｖｆｃや電流センサ２９からの出力電流Ｉｆｃにより燃料電池スタック２２がドライアップするのを待つ（ステップＳ１７０、Ｓ１８０）。このように、霧化器６２〜６６を作動させてエアコンプレッサ４４を駆動すると、燃料電池スタック２２や流量調節弁５４，消音器５６内に残留する水は霧化されて排出される。なお、掃気は、燃料電池スタック２２の空気極側だけで行なわれるが、燃料電池スタック２２における水の生成が空気極側で行なわれることや燃料電池スタック２２の燃料極側に残留する水分が燃料電池スタック２２のアイドル運転の際にプロトンの水和として空気極側に移動したり空気極側と燃料極側の水蒸気の濃度勾配によって移動することを考慮すると、燃料極側で掃気する必要がないことが解る。ここで、エアコンプレッサ４４を掃気用の駆動とするのは、エアコンプレッサ４４は通常燃料電池スタック２２の運転状態に応じて駆動するため、燃料電池スタック２２をアイドル運転するとそれに応じた駆動となり、掃気に適さないからである。また、加湿器４６をバイパスするのは、燃料電池スタック２２や流量調節弁５４，消音器５６に残留する水を除去のために乾燥した空気によって掃気するためである。燃料電池スタック２２のアイドル運転は、実施例では、燃料電池スタック２２を制御可能な最も低い負荷状態として運転する状態のことをいい、具体的には、燃料電池スタック２２からアイドル運転として設定された電流が出力されるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御したり、あるいは、燃料電池スタック２２がアイドル運転として設定された電圧となるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御することにより行なう。このように燃料電池スタック２２をアイドル運転するのは、掃気の完了を電解質膜のドライアップの現象として判定するためである。固体高分子膜型の燃料電池では、電解質膜は湿潤状態でプロトン伝導性を呈するから、掃気により電解質膜が湿潤状態から少しでも水分が減少してドライアップ状態に至ると、出力電流Ｉｆｃや出力電圧Ｖｆｃは急変する。例えば、燃料電池スタック２２からの出力電流Ｉｆｃが一定となるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御すれば出力電圧Ｖｆｃが急激に低下し、燃料電池スタック２２の出力電圧Ｖｆｃが一定となるようＤＣ／ＤＣコンバータ２６を制御すれば出力電流Ｉｆｃが急激に小さくなる。実施例では、こうしたドライアップの現象が生じるのを待って掃気の完了とするのである。このように、燃料電池スタック２２のドライアップを掃気の完了とすることにより、少なくとも燃料電池スタック２２内に残留する余分な水が除去できているのを確認することができると共に過剰な掃気による燃料電池スタック２２の電解質膜の過剰な乾燥を抑止することができる。
【００３３】
燃料電池スタック２２がドライアップすると、霧化器６２〜６６の作動を停止し（ステップＳ１９０）、高圧水素タンク３１からの水素供給を停止するよう仕切弁３６を閉成すると共にエアコンプレッサ４４を停止し、さらに、遮断器２３により遮断することにより燃料電池スタック２２の運転を停止して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。
【００３４】
以上説明した実施例の燃料電池システム２０によれば、２４時間以内に水が凍結する可能性があるときには、燃料電池スタック２２や空気排出系５０に取り付けられた流量調節弁５４，消音器５６に霧化器６２〜６６を取り付けて内部に残留する水を霧化すると共にエアコンプレッサ４４を駆動して掃気してから燃料電池システム２０を停止するから、迅速に燃料電池スタック２２や空気排出系５０に残留する水を除去することができると共に燃料電池スタック２２や空気排出系５０の流量調節弁５４，消音器５６が凍結するのを抑制することができる。しかも、空気排出系５０の内部に残留する水を霧化して排出するから、排気口から水滴が放出されて飛散するのを抑止することができる。また、掃気の際に燃料電池スタック２２をアイドル運転して燃料電池スタック２２のドライアップの現象が生じたときに掃気の完了を判定するから、長時間に及ぶ無駄な掃気を抑止することができると共に過剰な掃気による燃料電池スタック２２の電解質膜の過剰な乾燥を抑止することができる。また、掃気の際に加湿器４６をバイパスするから、迅速に掃気を完了することができる。
【００３５】
実施例の燃料電池システム２０では、過去２４時間以内に検出された外気温と季節情報とに基づいて現時点から２４時間以内の最低温Ｔｍｉｎを推定し、この最低温Ｔｍｉｎが閾値Ｔｒｅｆ以下のときに凍結の可能性があると判定したが、凍結の可能性の判定は、こうした手法に限定されるものではなく、いかなる手法を用いて行なってもよい。
【００３６】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池スタック２２や空気排出系５０に取り付けられた流量調節弁５４，消音器５６に霧化器６２〜６６を取り付けたが、空気排出系５０に取り付けられた機器であればいかなる機器に霧化器を取り付けるものとしてもよいし、空気排出系５０の排出管５１のベンド部などに霧化器を取り付けるものとしてもよい。また、加湿器４６に霧化器を取り付け、加湿器４６に残留する水をも掃気するものとしてもよい。この場合、供給管４１や排出管５１のバイパス管４２，５２に切り替える必要はない。
【００３７】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池スタック２２や空気排出系５０に取り付けられた流量調節弁５４，消音器５６に霧化器６２〜６６を取り付けたが、燃料電池スタック２２には霧化器を取り付けるが空気排出系５０に取り付けられた流量調節弁５４，消音器５６には霧化器を取り付けないものとしてもよく、逆に、燃料電池スタック２２には霧化器は取り付けないが空気排出系５０に取り付けられた流量調節弁５４，消音器５６には霧化器を取り付けるものとしてもよい。
【００３８】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池システム２０の運転を停止する際に霧化器６２〜６６を作動して掃気するものとしたが、空気排出系５０に取り付けられた霧化器６４，６６については、燃料電池システム２０を運転している最中でも作動するものとしてもよい。こうすれば、燃料電池システム２０を運転している最中でも空気排出系５０の内部に残留する水を霧化して排出するから、排気口から水滴が放出されて飛散するのを抑止することができる。したがって、放出された水滴が飛散して後続の車両にかかるなどの不都合を抑止することができる。
【００３９】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池スタック２２をアイドル運転して掃気の完了を燃料電池スタック２２のドライアップにより判定するものとしたが、燃料電池スタック２２の運転を停止した状態で燃料電池スタック２２の抵抗値を検出し、この抵抗値の変化に基づいて掃気の完了を判定するものとしてもよい。
【００４０】
以上説明した実施例では、本発明の燃料電池システムを電力源として搭載する自動車に適用するものとしたが、燃料電池システムを搭載する自動車に限定されるものではなく、自動車以外の列車などの車両を含む各種の地上移動体に燃料電池システムを搭載するものとしてもよいし、地上移動体以外の移動体に燃料電池システムを搭載するものとしてもよい。また、燃料電池システムを移動体以外の設備などに組み込むものとしてもよい。
【００４１】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池車に電力源として搭載された燃料電池システム２０の構成の概略を示すシステム構成図である。
【図２】電子制御ユニット７０により実行される運転停止時処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
２０  燃料電池システム、２２  燃料電池スタック、２３  遮断器、２４  インバータ、２５  モータ、２５ａ  回転位置検出センサ、２６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、２７  二次電池、２８  電圧センサ、２９  電流センサ、３０  水素供給系、３１  高圧水素タンク、３２  水素供給流路、３３  水素循環流路、３４  水素ポンプ、３５  分岐管、３６  仕切弁、４０  空気供給系、４１  供給管、４１ａ，４２ａ，５１ａ，５２ａ  仕切弁、４２  バイパス供給管、４３  マスフローメータ、４４  エアコンプレッサ、４６  加湿器、５０  空気排出系、５１  排出管、５２  バイパス排出管、５４、流量調節弁、５６  消音器、６２〜６６  霧化器、  ７０  電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  外気温センサ。
【図１】
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【図２】
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