(57)【要約】【課題】  メタノールなどの凝固点降下剤を用いることなく、排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができるようにする。【解決手段】  燃料電池システムの運転終了時および運転開始時に、排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがある場合に、調圧バルブ１２を調整することにより、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスを、供給流路４０２，バイパス流路４０８，排出流路４０４，循環流路４０６などに導いて、排ガス流路内の圧力を高くし、排ガス流路内での水の凝固点を下げるようにする。【選択図】  図１
2005093110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転時に、電力を発生すると共に、排ガスを排出する燃料電池と、前記排ガスを流すための排ガス流路と、を備えた燃料電池システムであって、
前記排ガス流路内の圧力を増大させることが可能な圧力増大部と、
前記燃料電池の運転終了時および／または運転開始時に、前記排ガス流路内の圧力が所定の圧力よりも高くなるように、前記圧力増大部を制御する制御部と、
を備え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において、
前記所定の圧力は、該圧力に対応した水の凝固点が前記排ガス流路内の温度よりも低くなるような圧力であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記燃料電池の運転終了時および／または運転開始時に、外気温または前記排ガス流路内の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記圧力増大部を制御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１ないし請求項３のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムにおいて、
前記圧力増大部は、
比較的圧力の高い所定のガスを排出することが可能な高圧タンクと、
該高圧タンクから排出された前記ガスを前記排ガス流路に導くためのガス流路と、
前記排ガス流路に導かれる前記ガスの圧力を調整するためのバルブと、
を備えると共に、
前記制御部は、前記バルブを制御して、圧力の調整された前記ガスを前記排ガス流路に導くことにより、前記排ガス流路内の圧力を増大させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記所定のガスは、水素ガスであると共に、
前記高圧タンクは、高圧水素タンクであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のうちの任意の１つに記載の燃料電池システムであって、
前記圧力増大部は、
所定のガスに圧力を加えることが可能な加圧部と、
該加圧部によって加圧された前記ガスを前記排ガス流路内に導くためのガス流路と、
を備えると共に、
前記制御部は、前記加圧部を制御して、加圧された前記ガスを前記排ガス流路内に導くことにより、前記排ガス流路内の圧力を増大させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記加圧部は、ポンプまたはコンプレッサを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
運転時に、電力を発生すると共に、排ガスを排出する燃料電池と、前記排ガスを流すための排ガス流路と、を備えた燃料電池システムを制御するための制御方法であって、
前記燃料電池の運転終了時または運転開始時に、外気温または前記排ガス流路内の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記排ガス流路内の圧力が所定の圧力より高くなるよう、前記排ガス流路内の圧力を増大させることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の排出ガス流路内に残留する残留水の凍結を防止するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、固体高分子電解質型の燃料電池においては、電解質膜の乾燥を防ぐ目的で、燃料電池に供給される酸化ガス（空気）に予め加湿モジュールなどで水蒸気を付与している。また、燃料電池においては、水素ガスと酸化ガスとを用いた電気化学反応によって電力を発生するが、その際、水が生成される。このため、燃料電池から排ガス流路を介して排出される排ガス（すなわち、水素排ガスおよび酸素排ガス）は、多くの水蒸気を含むことになる。
【０００３】
このような水蒸気は、燃料電池の運転が停止した後、排ガス流路の温度が低下して、流路内の飽和蒸気圧が低下すると、それにつれて流路内で凝縮して、残留する。このような残留水は、外気温がさらに低下して氷点下となると、流路内で凍結して、氷粒となる。このような氷粒が、排出弁などにおけるシール部に噛み込むと、ガス漏れが発生するおそれがある。
【０００４】
そこで、従来の燃料電池システムにおいては、例えば、下記の特許文献１に開示されているように、外気温が低下して残留水が凍結するおそれがある場合には、燃料電池の運転が停止した後に、排ガス流路内に凝固点降下剤としてメタノールを添加して、残留水と混合させ、残留水の凝固点を低下させることにより、残留水の凍結を防止するようにしていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２３２４９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、上記した従来の燃料電池システムにおいては、メタノールと残留水との混合液を排出ガス流路から排出させる際に、そのまま外部に排出させると、人体や環境に悪影響を及ぼすおそれがあるので、混合液をそのまま排出させることはできず、混合液からメタノールを分離して回収する分離装置や、混合液を回収する回収装置などを必ず備える必要があり、その分、装置規模が増大するという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、メタノールなどの凝固点降下剤を用いることなく、排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができる燃料電池システムを提供することにある
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、運転時に、電力を発生すると共に、排ガスを排出する燃料電池と、前記排ガスを流すための排ガス流路と、を備えた燃料電池システムであって、
前記排ガス流路内の圧力を増大させることが可能な圧力増大部と、
前記燃料電池の運転終了時および／または運転開始時に、前記排ガス流路内の圧力が所定の圧力よりも高くなるように、前記圧力増大部を制御する制御部と、
を備えることを要旨としている。
【０００９】
このように、本発明の燃料電池システムでは、燃料電池の運転終了時および／または運転開始時に、圧力増大部によって、排ガス流路内の圧力が所定の圧力よりも高くなるように、排ガス流路内の圧力を増大させているため、排ガス流路内においては、排ガス流路内の圧力に応じて、水の凝固点が下がる。
【００１０】
従って、本発明の燃料電池システムによれば、排ガス流路内の圧力を上げることにより、その部分での水の凝固点を下げるようにしているため、排ガス流路内の温度が低かったとしても、排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがない。また、メタノールなどの凝固点降下剤を用いなくても、排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができるため、凝固点降下剤を分離して回収したり、残留水と凝固点降下剤との混合液を回収したりするための装置などを新たに設ける必要がない。
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記所定の圧力は、該圧力に対応した水の凝固点が前記排ガス流路内の温度よりも低くなるような圧力であることが好ましい。
【００１２】
所定の圧力をこのような圧力とすることによって、排ガス流路内の温度が下がっても、排ガス流路における水の凝固点を下回ることはないため、残留水が凍結することはない。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の運転終了時および／または運転開始時に、外気温または前記排ガス流路内の温度が所定の温度よりも低い場合に、前記圧力増大部を制御することが好ましい。
【００１４】
例えば、所定の温度を氷点以上の適当な温度とした場合、外気温または排ガス流路内の温度がその温度よりも低いということは、排ガス流路内で残留水が凍結する可能性が高いということであるため、圧力増大部を上述のごとく制御して、残留水の凍結を防止するようにする。
【００１５】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記圧力増大部は、比較的圧力の高い所定のガスを排出することが可能な高圧タンクと、該高圧タンクから排出された前記ガスを前記排ガス流路に導くためのガス流路と、前記排ガス流路に導かれる前記ガスの圧力を調整するためのバルブと、を備えると共に、前記制御部は、前記バルブを制御して、圧力の調整された前記ガスを前記排ガス流路に導くことにより、前記排ガス流路内の圧力を増大させるようにしてもよい。
【００１６】
このように、高圧タンクから排出されたガスを排ガス流路に導いて、そのガスの圧力を調整することによって、排ガス流路内の圧力を容易に増大させることができる。
【００１７】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記所定のガスは、水素ガスであると共に、前記高圧タンクは、高圧水素タンクであることが好ましい。
【００１８】
水素ガスは、燃料電池において、電気化学反応による発電のために用いられる燃料ガスであり、高圧水素タンクから排出される水素ガスの圧力を利用して、排ガス流路内の圧力を上げるようにすることにより、高圧タンクとして、残留水凍結防止専用の高圧タンクを設ける必要がない。
【００１９】
本発明の燃料電池システムであって、前記圧力増大部は、所定のガスに圧力を加えることが可能な加圧部と、該加圧部によって加圧された前記ガスを前記排ガス流路内に導くためのガス流路と、を備えると共に、前記制御部は、前記加圧部を制御して、加圧された前記ガスを前記排ガス流路内に導くことにより、前記排ガス流路内の圧力を増大させるようにしてもよい。
【００２０】
このように、加圧部によってガスを加圧し、その加圧されたガスを排ガス流路に導くことによって、排ガス流路内の圧力を容易に増大させることができる。
【００２１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記加圧部は、ポンプまたはコンプレッサを備えることが好ましい。
【００２２】
このように、ポンプまたはコンプレッサを用いることにより、容易に、ガスに圧力を加えることができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記した燃料電池システムなどの装置発明の態様に限ることなく、  制御方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．発明の原理：
Ｂ．第１の実施例：
Ｂ−１．第１の実施例の構成：
Ｂ−２．第１の実施例の動作：
Ｂ−２−１．運転終了時：
Ｂ−２−２．運転開始時：
Ｂ−３．第１の実施例の効果：
Ｃ．第２の実施例：
Ｃ−１．第２の実施例の構成：
Ｃ−２．第２の実施例の動作：
Ｃ−２−１．運転終了時：
Ｃ−２−２．運転開始時：
Ｃ−３．第２の実施例の効果：
Ｄ．第３の実施例：
Ｄ−１．第３の実施例の構成：
Ｄ−２．第３の実施例の動作：
Ｄ−２−１．運転終了時：
Ｄ−２−２．運転開始時：
Ｄ−３．第３の実施例の効果：
Ｅ．変形例：
【００２５】
Ａ．発明の原理：
まず、本発明の実施例について説明する前に、本発明の動作原理について、図２を用いて簡単に説明する。
【００２６】
図２は温度変化や圧力変化に対する水の状態変化を示す三相図である。図２に示すように、常圧（７６０ｍｍＨｇ）の場合、水の凝固点は０℃であるが、圧力を上げることにより、その凝固点は０℃より下げることができる。本発明は、かかる点に着目し、外気温などが低くて、排ガス流路内の残留水が凍結するおそれがある場合には、排ガス流路内の圧力を上げることによって、残留水の凝固点を、外気温や流路内温度よりも下げ、それにより、残留水が凍結するのを防止するものである。
【００２７】
Ｂ．第１の実施例：
Ｂ−１．第１の実施例の構成：
図１は本発明の第１の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。本実施例の燃料電池システムは、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池１００と、その燃料電池１００に水素ガスを供給する高圧水素タンク２００と、を備えている。なお、本実施例において用いられる燃料電池１００は、耐圧性が比較的低いため、燃料電池１００には、水素ガスとして高圧を加えることができない。
【００２８】
燃料電池１００は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。
【００２９】
即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式（１）の反応が、酸素極側では式（２）の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式（３）の反応が行なわれる。
【００３０】
Ｈ２  →  ２Ｈ＋＋２ｅ−                             ...（１）
２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ            ...（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ                     ...（３）
【００３１】
このような燃料電池１００を車両の動力源として用いる場合、燃料電池１００から発生された電力によって駆動モータ（図示せず）を駆動し、その発生トルクをギア（図示せず）によって車軸（図示せず）に伝達して、車両の推進力を得る。
【００３２】
また、燃料電池１００は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックによって構成されており、１つの単セルは、電解質膜（図示せず）と、それを両側から挟み込む拡散電極（図示せず）である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む２枚のセパレータ（図示せず）と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。なお、燃料電池スタックは、スタックケース内に収納されて、車両に搭載されている。
【００３３】
高圧水素タンク２００は、内部に高圧の水素ガスを蓄えており、根本に取り付けられたシャットバルブ１０を開くことにより、高圧の水素ガスが放出する。
【００３４】
その他、本実施例の燃料電池システムは、図１に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、冷却水を循環させるための冷却水流路と、システム全体を制御するためのＥＣＵ（電子制御装置）３００を備えている。
【００３５】
このうち、水素ガス流路は、燃料電池１００に水素ガスを供給するための供給流路であって、高圧水素タンク２００の放出口から燃料電池１００の供給口に至る供給流路４０２と、燃料電池１００から排出された水素排ガスを排出するための排出流路であって、燃料電池１００の排出口から気液分離器２４に至る排出流路４０４と、気液分離器２４から供給流路４０２に至る循環流路４０６と、供給流路４０２と排出流路４０４とをつなぐバイパス流路４０８と、循環している水素ガス中の不純物を排出すべく、希釈器７４に導くための導出流路４１０と、を備えている。なお、本実施例おいては、例えば、排出流路４０４や循環流路４０６などが、水素排ガス流路に相当する。
【００３６】
供給流路４０２には、高圧水素タンク２００の放出口にシャットバルブ１０が配置されており、流路途中に、調圧バルブ１２，１４およびシャットバルブ１６、ならびに圧力センサ４０，４２がそれぞれ配置されている。また、排出流路４０４には、流路途中に、シャットバルブ１６，１８および気液分離器２４がそれぞれ配置されている。また、循環流路４０６には、流路途中に、ポンプ３０および逆止弁３６、ならびに圧力センサ４６，５０および温度センサ４８がそれぞれ配置されている。また、バイパス流路４０８には、流路途中にシャットバルブ２２が配置されている。さらに、導出流路４１０は、流路途中にシャットバルブ３４が配置されており、希釈器７４に接続されている。
【００３７】
一方、酸化ガス流路は、燃料電池１００に酸化ガスを供給するための供給流路５０２と、燃料電池１００から排出された酸素排ガスを排出するための排出流路５０４と、希釈器７４に酸素排ガスを導くための導出流路５０６と、を備えている。
【００３８】
このうち、供給流路５０２には、流路途中に、温度センサ８０を備えたエアクリーナ６０と、モータ６４によって駆動されるコンプレッサ６２と、加湿モジュール６６と、がそれぞれ配置されている他、温度センサ８２が配置されている。また、排出流路５０４には、流路途中に、調圧バルブ６８と、前述の加湿モジュール６６と、気液分離器７０と、マフラ７２と、がそれぞれ配されている。
【００３９】
また、導出流路５０６は、マフラ７２の上流部で供給流路５０２から分岐して、希釈器７４に接続されている。
【００４０】
希釈器７４の排出口に接続された流路５０８は、マフラ７２の下流部で導出流路５０６に接続されている。
【００４１】
一方、冷却水流路は、燃料電池冷却流路６０２と、水素ガス流路冷却流路６０４と、を備えている。
【００４２】
このうち、燃料電池冷却流路６０２は、ラジエータ９０と燃料電池１００との間に設けられており、流路途中に切り換えバルブ９２が配置されている。
【００４３】
水素ガス流路冷却流路６０４は、燃料電池冷却流路６０２から分岐して、供給流路４０２，循環流路４０６，排出流路４０４，バイパス流路４０８に沿って設けられており、流路途中にバルブ９４が配置されている。
【００４４】
また、ＥＣＵ３００は、各種センサから得られた検出結果を入力すると共に、各種バルブや、ポンプ３０や、モータ６４などをそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。
【００４５】
Ｂ−２．第１の実施例の動作：
本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池１００から排出される排ガスのうち、水素排ガスについて、残留水の凍結防止を行うものである。それでは、本実施例の燃料電池システムにおける残留水凍結防止の動作について、燃料電池システムの運転終了時と運転開始時とで分けて説明する。
【００４６】
図３は図１の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートであり、図４は同じく運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【００４７】
Ｂ−２−１．運転終了時：
図１に示す燃料電池システムを搭載した車両において、運転者が、イグニッションキーをオフするなどして、運転終了の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図３に示す凍結防止処理を開始する。
【００４８】
なお、図３に示す凍結防止処理の開始時における主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・調圧バルブ１４、シャットバルブ１８，２２，３４→閉状態
・シャットバルブ１６，２０→開状態
・調圧バルブ１２→調整状態
【００４９】
そこで、図３に示す処理を開始されると、ＥＣＵ３００は、まず、エアクリーナ６０に設けられた温度センサ８０からの測定結果に基づいて、外気温Ｔｏｕｔを検出し、その外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。判定の結果、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合には、残留水が凍結するおそれがあるとして、ステップＳ１０４以降の処理を続行する。外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａより高い場合には、残留水が凍結するおそれがないとして、通常時の処理を行うべく、図３に示す凍結防止処理を終了する。
【００５０】
次に、ＥＣＵ３００は、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合、必要なバルブを次の通り切り換える（ステップＳ１０４）。
・シャットバルブ１６，２０→閉じる
・シャットバルブ２２→開く
【００５１】
次に、ＥＣＵ３００は、循環流路４０６におけるポンプ３０の下流側に設けられている圧力センサ５０からの測定結果に基づいて、流路内圧力Ｐｉｎを検出し、その流路内圧力Ｐｉｎが所定の圧力Ｐａより高いかどうかを判定する（ステップＳ１０６）。
【００５２】
ここで、所定圧力Ｐａとしては、ステップＳ１０２で得られた外気温Ｔｏｕｔでは、水素排ガス流路内の残留水が凍結（凝固）しない圧力が設定されている。例えば、外気温Ｔｏｕｔが温度Ｔｚである場合、図２において、水がその温度Ｔｚで凝固しない圧力は、圧力Ｐｚより高い圧力であるので、所定圧力Ｐａとしては、圧力Ｐｚより高い圧力が設定されることになる。すなわち、所定圧力Ｐａは、ステップＳ１０２で得られた外気温Ｔｏｕｔに応じた圧力に設定される。
【００５３】
ステップＳ１０６における判定の結果、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａ以下の場合には、その時点の外気温Ｔｏｕｔでは水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、調圧バルブ１２を調整する（ステップＳ１０８）。
【００５４】
調圧バルブ１２を調整すると、調圧バルブ１４およびシャットバルブ１６は閉状態にあるので、調圧バルブ１２から調圧バルブ１４およびシャットバルブ１６までの供給流路４０２内の圧力は上昇する。また、シャットバルブ２２は開状態にあり、シャットバルブ２０は閉状態にあるため、バイパス流路４０８内の圧力、ならびにシャットバルブ２０までの排出流路４０４内の圧力も上昇する。さらに、シャットバルブ３４も閉状態にあるため、逆止弁３６までの循環流路４０６内の圧力、ならびにシャットバルブ３４までの導出流路４１０内の圧力も上昇する。
【００５５】
なお、調圧バルブ１２を調整する方法としては、例えば、調圧バルブ１２について、開弁時間と流路内圧力の上昇割合とのマップを予め用意しておき、ＥＣＵ３００が、そのマップを参照しながら、調圧バルブ１２の開弁時間を制御するようにする。
【００５６】
このような調圧バルブ１２の調整により、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａよりも高くなった場合には、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、ＥＣＵ３００は、その状態で、調圧バルブ１２を閉じる（ステップＳ１１０）。この結果、供給流路４０２、バイパス流路４０８、排出流路４０４、循環流路４０６および導出流路４１０の上述した各部分は、その圧力が所定圧力Ｐａよりも高い状態で保持されることになり、残留水の凍結が防止される。
【００５７】
その後、ＥＣＵ３００は、凍結防止状態であることを示す凍結防止フラグを立てて（ステップＳ１１２）、一連の処理を終了する。
【００５８】
Ｂ−２−２．運転開始時：
次に、上記車両において、運転者が、イグニッションキーをオンするなどして、運転開始の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図４に示す凍結防止処理を開始する。
【００５９】
ＥＣＵ３００は、まず、凍結防止フラグが立っているかどうかを判定し（ステップＳ２０２）、立っている場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要であるとして、ステップＳ２０４以降の処理を続行する。立っていない場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要でないとして、通常時の処理を行うべく、図４に示す凍結防止処理を終了する。
【００６０】
なお、ステップＳ２０２において、凍結フラグが立っている場合には、主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・調圧バルブ１２，１４、シャットバルブ１６，１８，２０，３４→閉状態
・シャットバルブ２２→開状態
【００６１】
そこで、次に、ＥＣＵ３００は、循環流路４０６に設けられている温度センサ４８からの測定結果に基づいて、流路内温度Ｔｉｎを検出し、その流路内温度Ｔｉｎが所定の温度Ｔｂ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ２０４）。
【００６２】
ここで、所定温度Ｔｂとしては、水の凝固点よりも高い温度（例えば、５℃）が設定されている。
【００６３】
従って、判定の結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂ以下である場合には、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、調圧バルブ１２を調整する（ステップＳ２０６）。このとき、主要なバルブの状態は、前述のステップＳ１０８と同様の状態にあるので、調圧バルブ１２を調整することによって、ステップＳ１０８の場合と同様に、水素ガス流路内の各部圧力は上昇する。そこで、ＥＣＵ３００は、例えば、流路内圧力Ｐｉｎが前述の所定圧力Ｐａよりも高くなるように、調圧バルブ１２を調整する。これにより、水素排ガス流路内での残留水の凍結が防止される。
【００６４】
また、ＥＣＵ３００は、燃料電池１００の発電動作を開始させるために、調圧バルブ１４を調整すると共に、シャットバルブ１８を開く（ステップＳ２０８）。
【００６５】
具体的には、ＥＣＵ３００は、供給流路４０２に設けられた圧力センサ４２からの測定結果に基づいて、供給流路４０２内の圧力を検出し、その圧力が所定圧力Ｐｂになるように、調圧バルブ１４を調整する。ここで、所定圧力Ｐｂは、燃料電池１００の耐圧性と、燃料電池１００の発電動作に必要な水素量と、に基づいて設定される。これにより、燃料電池１００には、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスが、必要量だけ供給される。
【００６６】
また、このとき、ＥＣＵ３００は、別の制御として、モータ６４を制御して、コンプレッサ６２を駆動し、エアクリーナ６０を介して取り入れた空気、すなわち、酸化ガスを供給流路５０２を介して燃料電池１００に供給する。
【００６７】
この結果、燃料電池１００では、水素ガスと酸化ガスを用いて、前述した電気化学反応が起こり、発電動作が開始される。そして、電気化学反応によって消費された水素ガスは、水素排ガスとして、排出流路４０４に排出される。ステップＳ２０８において、ＥＣＵ３００がシャットバルブ１８を開くことによって、水素排ガスは外気に排気される。なお、排気される水素排ガス中の水素濃度が高い場合には、マフラ７２の上流部に流入させて、酸素排ガスに混合して排気するようにしてもよい。
【００６８】
また、このとき、ＥＣＵ３００は、さらに別の制御として、水素ガス流路冷却流路６０４に設けられたバルブ９４を開いて、燃料電池１００によって暖められた冷却水を、燃料電池冷却流路６０２から水素ガス流路冷却流路６０４に流して、水素ガス流路内の温度を上昇させるようにする。
【００６９】
燃料電池１００が発電動作を開始して、燃料電池１００の内部温度が徐々に上昇し、それに連れて、水素ガス流路冷却流路６０４を流れる冷却水の温度が上昇すると、流路内温度Ｔｉｎも上昇する。この結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂより高くなると、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、通常運転に移行してもよく、そこで、ＥＣＵ３００は、まず、高圧に保たれている流路内圧力Ｐｉｎを下げるべく、シャットバルブ３４を調整する（ステップＳ２１０）。つまり、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐｃ、すなわち、通常運転圧力になるように、シャットバルブ３４を調整する。
【００７０】
具体的には、シャットバルブ３４を開くことにより、循環流路４０６に止まっていた水素排ガスは、シャットバルブ３４を介して導出流路４１０から希釈器７４に供給される。そして、その水素排ガスは、希釈器７４において、導出流路５０６から供給される酸素排ガスと混合されて希釈され、その後、流路５０８を介して、マフラ７２の下流から外気に排気される。この結果、高圧に保たれていた流路内圧力Ｐｉｎは、通常運転圧力まで下がる。
【００７１】
次に、ＥＣＵ３００は、必要なバルブを次の通り切り換える（ステップＳ２１２）。
・調圧バルブ１４、シャットバルブ１８，２２，３４→閉じる
・シャットバルブ１６，２０→開く
【００７２】
このように切り換えることにより、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスは、供給流路４０２を介して燃料電池１００に供給され、燃料電池１００から排出された水素排ガスは、排出流路４０４，循環流路４０６を介して供給流路４０２に戻されて、水素ガスは循環される。こうして、燃料電池１００は通常運転に移行される。
【００７３】
最後に、ＥＣＵ３００は、凍結防止フラグを降ろして（ステップＳ２１４）、一連の処理を終了する。
【００７４】
Ｂ−３．第１の実施例の効果：
以上説明したとおり、本実施例では、水素排ガス流路内の残留水が凍結するおそれがある場合に、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げることにより、その部分での水の凝固点を下げるようにしているため、残留水が凍結するおそれがなくなる。
【００７５】
従って、本実施例によれば、メタノールなどの凝固点降下剤を用いなくても、水素排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができるため、凝固点降下剤を分離して回収したり、残留水と凝固点降下剤との混合液を回収したりするための装置などを新たに設ける必要がない。また、運転終了時には、燃料電池１００の上流側の直前までを、水素ガスで充填した状態にしておくため、運転開始時には、燃料電池１００を直ちに起動することができ、起動時間を大幅に短くすることができる。
【００７６】
Ｃ．第２の実施例：
Ｃ−１．第２の実施例の構成：
図５は本発明の第２の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。本実施例の燃料電池システムも、第１の実施例と同様に、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、燃料電池１００'と、高圧水素タンク２００と、を備えている。なお、本実施例において用いられる燃料電池１００'は、第１の実施例の場合と異なり、耐圧性が比較的高いため、燃料電池１００'には、水素ガスとして高圧を加えることができる。
【００７７】
本実施例の燃料電池システムが、第１の実施例と構成上異なる点は、次の通りである。すなわち、本実施例の燃料電池システムでは、水素ガス流路のうち、供給流路４０２に配置されていた調圧バルブ１４および圧力センサ４２が削除されている。また、排出流路４０４に配置されていたシャットバルブ１８が削除されている。また、バイパス流路４０８自体が、シャットバルブ２２と共に削除されている。さらに、冷却水流路のうち、水素ガス流路冷却流路６０４が、バルブ９４と共に削除されている。なお、その他の構成要素については、図１に示した構成要素と同様であるので、図１と同一の符号を付してある。
【００７８】
Ｃ−２．第２の実施例の動作：
本実施例の燃料電池システムにおいても、第１の実施例と同様に、燃料電池１００から排出される水素排ガスについて、残留水の凍結防止を行うものである。それでは、本実施例の燃料電池システムにおける残留水凍結防止の動作について、燃料電池システムの運転終了時と運転開始時とで分けて説明する。
【００７９】
図６は図５の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートであり、図７は同じく運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【００８０】
Ｃ−２−１．運転終了時：
図５に示す燃料電池システムを搭載した車両において、運転者が、イグニッションキーをオフするなどして、運転終了の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図６に示す凍結防止処理を開始する。
【００８１】
なお、図６に示す凍結防止処理の開始時における主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・シャットバルブ３４→閉状態
・調圧バルブ１２→調整状態
【００８２】
そこで、図６に示す処理を開始されると、図３に示した処理の場合と同様に、ＥＣＵ３００は、まず、温度センサ８０からの測定結果に基づいて、外気温Ｔｏｕｔを検出し、その外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ３０２）。判定の結果、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合には、残留水が凍結するおそれがあるとして、ステップＳ３０６以降の処理を続行する。外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａより高い場合には、残留水が凍結するおそれがないとして、通常時の処理を行うべく、図６に示す凍結防止処理を終了する。
【００８３】
次に、ＥＣＵ３００は、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合、圧力センサ５０からの測定結果に基づいて、流路内圧力Ｐｉｎを検出し、その流路内圧力Ｐｉｎが所定の圧力Ｐａより高いかどうかを判定する（ステップＳ３０６）。
【００８４】
ここで、所定圧力Ｐａとしては、図３に示した処理の場合と同様に、ステップＳ３０２で得られた外気温Ｔｏｕｔでは、水素排ガス流路内の残留水が凍結（凝固）しない圧力が設定されている。
【００８５】
判定の結果、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａ以下の場合には、その時点の外気温Ｔｏｕｔでは水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、調圧バルブ１２を調整する（ステップＳ３０８）。
【００８６】
調圧バルブ１２を調整すると、調圧バルブ１２から下流側の供給流路４０２内の圧力が上昇し、燃料電池１００内部における水素ガス流路内の圧力も上昇する。このとき、前述したとおり、燃料電池１００は、耐圧性が比較的高いため、高圧が加わっても問題はない。そして、さらに、排出流路４０４内の圧力も上昇し、また、シャットバルブ３４が閉状態にあるため、逆止弁３６までの循環流路４０６内の圧力、ならびにシャットバルブ３４までの導出流路４１０内の圧力も上昇する。
【００８７】
このような調圧バルブ１２の調整により、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａよりも高くなると、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、ＥＣＵ３００は、その状態で、調圧バルブ１２を閉じる（ステップＳ３１０）。この結果、供給流路４０２、燃料電池１００における水素ガス流路、排出流路４０４、循環流路４０６および導出流路４１０の上述した各部分は、その圧力が所定圧力Ｐａよりも高い状態に保たれることとなり、残留水の凍結が防止される。
【００８８】
その後、ＥＣＵ３００は、凍結防止状態であることを示す凍結防止フラグを立てて（ステップＳ３１２）、一連の処理を終了する。
【００８９】
Ｃ−２−２．運転開始時：
次に、上記車両において、運転者が、イグニッションキーをオンするなどして、運転開始の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図７に示す凍結防止処理を開始する。
【００９０】
図４に示した処理の場合と同様に、ＥＣＵ３００は、まず、凍結防止フラグが立っているかどうかを判定し（ステップＳ４０２）、立っている場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要であるとして、ステップＳ４０４以降の処理を続行する。立っていない場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要でないとして、通常時の処理を行うべく、図７に示す凍結防止処理を終了する。
【００９１】
なお、ステップＳ４０２において、凍結フラグが立っている場合には、主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・調圧バルブ１２、シャットバルブ３４→閉状態
【００９２】
そこで、次に、ＥＣＵ３００は、温度センサ４８からの測定結果に基づいて、流路内温度Ｔｉｎを検出し、その流路内温度Ｔｉｎが所定の温度Ｔｂ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ４０４）。
【００９３】
ここで、所定温度Ｔｂとしては、図４に示した処理の場合と同様に、水の凝固点よりも高い温度（例えば、５℃）が設定されている。
【００９４】
従って、判定の結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂ以下である場合には、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、調圧バルブ１２を調整する（ステップＳ４０６）。このように、調圧バルブ１２を調整すると、ステップＳ３０８の場合と同様に、水素ガス流路内の各部圧力は上昇する。そこで、ＥＣＵ３００は、例えば、流路内圧力Ｐｉｎが前述の所定圧力Ｐａよりも高くなるように、調圧バルブ１２を調整する。これにより、水素排ガス流路内での残留水の凍結が防止される。
【００９５】
また、燃料電池１００内部における水素ガス流路には、水素ガスが既に充填されている。そこで、ＥＣＵ３００は、燃料電池１００の発電動作を開始させるために、別の制御として、モータ６４を制御して、コンプレッサ６２を駆動し、エアクリーナ６０を介して取り入れた空気、すなわち、酸化ガスを供給流路５０２を介して燃料電池１００に供給する。
【００９６】
この結果、燃料電池１００では、水素ガスと酸化ガスを用いて、前述した電気化学反応が起こり、発電動作が開始される。発電動作が開始されると、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスは、供給流路４０２を介して燃料電池１００に供給され、電気化学反応によって消費され、その後、燃料電池１００から水素排ガスとして排出され、排出流路４０４，循環流路４０６を介して供給流路４０２に戻されて、水素ガスは循環される。
【００９７】
また、燃料電池１００が発電動作を開始して、燃料電池１００の内部温度が徐々に上昇し、それに連れて、循環する水素ガスの温度も上昇するため、流路内温度Ｔｉｎも上昇する。この結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂより高くなると、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、通常運転に移行してもよく、そこで、ＥＣＵ３００は、まず、高圧に保たれている流路内圧力Ｐｉｎを下げるべく、シャットバルブ３４を調整する（ステップＳ４１０）。具体的には、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐｃ、すなわち、通常運転圧力になるように、シャットバルブ３４を調整する。
【００９８】
具体的には、シャットバルブ３４を開くことにより、循環していた水素ガスは、シャットバルブ３４を介して導出流路４１０から希釈器７４に供給され、希釈器７４において、導出流路５０６から供給される酸素排ガスと混合されて希釈され、その後、流路５０８を介して、マフラ７２の下流から外気に排気される。この結果、高圧に保たれていた流路内圧力Ｐｉｎは、通常運転圧力まで下がり、燃料電池１００は通常運転に移行される。
【００９９】
最後に、ＥＣＵ３００は、凍結防止フラグを降ろして（ステップＳ４１４）、一連の処理を終了する。
【０１００】
Ｃ−３．第２の実施例の効果：
以上説明したとおり、本実施例においても、水素排ガス流路内の残留水が凍結するおそれがある場合に、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げることにより、その部分での水の凝固点を下げるようにしているため、残留水が凍結するおそれがなくなる。
【０１０１】
従って、本実施例によれば、メタノールなどの凝固点降下剤を用いなくても、水素排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができるため、凝固点降下剤を分離して回収したり、残留水と凝固点降下剤との混合液を回収したりするための装置などを新たに設ける必要がない。また、運転終了時には、燃料電池１００内部における水素ガス流路を、水素ガスで充填した状態にしておくため、運転開始時には、燃料電池１００を直ちに起動することができ、起動時間を大幅に短くすることができる。
【０１０２】
Ｄ．第３の実施例：
さて、上記した第１および第２の実施例においては、運転終了時に、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げるようにしていたが、循環流路４０６に設けられたポンプ３０を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げるようにしてもよい。以下、そのような実施例を図８を用いて説明する。
【０１０３】
Ｄ−１．第３の実施例の構成：
図８は本発明の第３の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。本実施例の燃料電池システムも、第１や第２の実施例と同様に、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、燃料電池１００と、高圧水素タンク２００と、を備えている。なお、本実施例において用いられる燃料電池１００は、第１の実施例の場合と同様に、異なり、耐圧性が比較的低いため、燃料電池１００には、高圧を加えることができない。
【０１０４】
本実施例の燃料電池システムが、第１の実施例と構成上異なる点は、次の通りである。すなわち、本実施例の燃料電池システムでは、水素ガス流路のうち、循環流路４０６に、さらに、シャットバルブ２６，２８，３２、ならびに圧力センサ４４がそれぞれ設けられている。なお、その他の構成要素については、図１に示した構成要素と同様であるので、図１と同一の符号を付してある。
【０１０５】
Ｄ−２．第３の実施例の動作：
本実施例の燃料電池システムにおいても、第１の実施例と同様に、燃料電池１００から排出される水素排ガスについて、残留水の凍結防止を行うものである。それでは、本実施例の燃料電池システムにおける残留水凍結防止の動作について、燃料電池システムの運転終了時と運転開始時とで分けて説明する。
【０１０６】
図９は図８の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートであり、図１０は同じく運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【０１０７】
Ｄ−２−１．運転終了時：
図８に示す燃料電池システムを搭載した車両において、運転者が、イグニッションキーをオフするなどして、運転終了の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図９に示す凍結防止処理を開始する。
【０１０８】
なお、図９に示す凍結防止処理の開始時における主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・調圧バルブ１４、シャットバルブ１８，２２，２８，３４→閉状態
・シャットバルブ１６，２０，２６，３２→開状態
・調圧バルブ１２→調整状態
【０１０９】
そこで、図３に示す処理を開始されると、図３に示した処理の場合と同様に、ＥＣＵ３００は、まず、温度センサ８０からの測定結果に基づいて、外気温Ｔｏｕｔを検出し、その外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ５０２）。判定の結果、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合には、残留水が凍結するおそれがあるとして、ステップＳ５０４以降の処理を続行する。外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａより高い場合には、残留水が凍結するおそれがないとして、通常時の処理を行うべく、図９に示す凍結防止処理を終了する。
【０１１０】
次に、ＥＣＵ３００は、外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下である場合、必要なバルブを次の通り切り換える（ステップＳ５０４）。
・調圧バルブ１２、シャットバルブ１６，２０，２６→閉じる
・シャットバルブ２２，２８→開く
【０１１１】
次に、ＥＣＵ３００は、循環流路４０６におけるシャットバルブ２６の上流側に設けられている圧力センサ４４からの測定結果に基づいて、流路内圧力Ｐｉｎを検出し、その流路内圧力Ｐｉｎが所定の圧力Ｐａより高いかどうかを判定する（ステップＳ５０６）。
【０１１２】
ここで、所定圧力Ｐａとしては、図３に示した処理の場合と同様に、ステップＳ５０２で得られた外気温Ｔｏｕｔでは、水素排ガス流路内の残留水が凍結（凝固）しない圧力が設定されている。
【０１１３】
判定の結果、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａ以下の場合には、その時点の外気温Ｔｏｕｔでは水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、ポンプ３０を駆動する（ステップＳ５０８）。
【０１１４】
このとき、シャットバルブ２６，３４は閉状態にあり、シャットバルブ２８，３２は開状態にあるので、ポンプ３０が駆動されると、外気からシャットバルブ２８を介して循環流路４０６内に空気が取り入れられ、その空気は、ポンプ３０により、シャットバルブ３２，逆止弁３６を介して供給流路４０２に流し込まれる。また、調圧バルブ１２，１４およびシャットバルブ１６は閉状態にあるので、供給流路４０２に空気が流し込まれたことにより、調圧バルブ１２から調圧バルブ１４およびシャットバルブ１６までの供給流路４０２内の圧力は上昇する。また、シャットバルブ２２は開状態にあり、シャットバルブ２０は閉状態にあるため、バイパス流路４０８内の圧力、シャットバルブ２０までの下流側の排出流路４０４内の圧力、ならびにシャットバルブ２６までの上流側の循環流路４０６の圧力もそれぞれ上昇する。
【０１１５】
この結果、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐａよりも高くなると、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、ＥＣＵ３００は、その状態で、ポンプ３０の駆動を停止すると共に、シャットバルブ２８，３２を閉じる（ステップＳ５１０）。この結果、供給流路４０２、バイパス流路４０８、排出流路４０４、循環流路４０６および導出流路４１０の上述した各部分は、その圧力が所定圧力Ｐａよりも高い状態で保持されることになり、残留水の凍結が防止される。
【０１１６】
その後、ＥＣＵ３００は、凍結防止状態であることを示す凍結防止フラグを立てて（ステップＳ５１２）、一連の処理を終了する。
【０１１７】
Ｄ−２−２．運転開始時：
本実施例の燃料電池システムにおいては、運転終了時に、前述したとおり、循環流路４０６に設けられたポンプ３０を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げるようにしていたが、運転開始時には、第１や第２の実施例と同様に、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げるようにする。
【０１１８】
そこで、上記車両において、運転者が、イグニッションキーをオンするなどして、運転開始の指示を出した場合に、ＥＣＵ３００は、図１０に示す凍結防止処理を開始する。
【０１１９】
図４に示した処理の場合と同様に、ＥＣＵ３００は、まず、凍結防止フラグが立っているかどうかを判定し（ステップＳ６０２）、立っている場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要であるとして、ステップＳ６０４以降の処理を続行する。立っていない場合には、運転開始時の凍結防止処理が必要でないとして、通常時の処理を行うべく、図１０に示す凍結防止処理を終了する。
【０１２０】
なお、ステップＳ６０２において、凍結フラグが立っている場合には、主要なバルブの動作状態は、次の通りになっている。
・調圧バルブ１２，１４、シャットバルブ１６，１８，２０，２６，２８，３２，３４→閉状態
・シャットバルブ２２→開状態
【０１２１】
そこで、次に、ＥＣＵ３００は、温度センサ４８からの測定結果に基づいて、流路内温度Ｔｉｎを検出し、その流路内温度Ｔｉｎが所定の温度Ｔｂ以下であるかどうかを判定する（ステップＳ６０４）。
【０１２２】
ここで、所定温度Ｔｂとしては、図４に示した処理の場合と同様に、水の凝固点よりも高い温度（例えば、５℃）が設定されている。
【０１２３】
従って、判定の結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂ以下である場合には、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがあるため、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎを上げるべく、調圧バルブ１２を調整する（ステップＳ６０６）。このとき、主要なバルブの状態は、前述のステップＳ５０８と同様の状態にあるので、調圧バルブ１２を調整することによって、供給流路４０２、バイパス流路４０８、排出流路４０４、循環流路４０６および導出流路４１０の上述した各部分の圧力は上昇する。そこで、ＥＣＵ３００は、例えば、流路内圧力Ｐｉｎが前述の所定圧力Ｐａよりも高くなるように、調圧バルブ１２を調整する。これにより、水素排ガス流路内での残留水の凍結が防止される。
【０１２４】
また、ＥＣＵ３００は、燃料電池１００の発電動作を開始させるために、図４に示した処理の場合と同様に、調圧バルブ１４を調整すると共に、シャットバルブ１８を開く（ステップＳ６０８）。これにより、燃料電池１００には、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスが、必要量だけ供給される。
【０１２５】
また、このとき、ＥＣＵ３００は、別の制御として、モータ６４を制御して、コンプレッサ６２を駆動し、酸化ガスを供給流路５０２を介して燃料電池１００に供給する。この結果、燃料電池１００では、水素ガスと酸化ガスを用いて、前述した電気化学反応が起こり、発電動作が開始される。電気化学反応によって消費された水素ガスは、水素排ガスとして、排出流路４０４に排出され、その後、シャットバルブ１８を介して外気に排気される。
【０１２６】
また、ＥＣＵ３００は、さらに別の制御として、バルブ９４を開いて、燃料電池１００によって暖められた冷却水を、燃料電池冷却流路６０２から水素ガス流路冷却流路６０４に流して、水素ガス流路内の温度を上昇させるようにする。燃料電池１００の内部温度が上昇し、水素ガス流路冷却流路６０４を流れる冷却水の温度が上昇すると、流路内温度Ｔｉｎも上昇する。
【０１２７】
この結果、流路内温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｂより高くなると、水素排ガス流路内で残留水が凍結するおそれがなくなるため、通常運転に移行してもよく、そこで、ＥＣＵ３００は、まず、シャットバルブ２６，３２を開き（ステップＳ６１０）、続いて、高圧に保たれている流路内圧力Ｐｉｎを下げるべく、シャットバルブ３４を調整する（ステップＳ６１２）。つまり、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎが所定圧力Ｐｃ、すなわち、通常運転圧力になるように、シャットバルブ３４を調整する。この結果、高圧に保たれていた流路内圧力Ｐｉｎは、通常運転圧力まで下がる。
【０１２８】
次に、ＥＣＵ３００は、必要なバルブを次の通り切り換える（ステップＳ６１４）。
・調圧バルブ１４、シャットバルブ１８，２２，３４→閉じる
・シャットバルブ１６，２０→開く
【０１２９】
このように切り換えることにより、高圧水素タンク２００から排出された水素ガスは、供給流路４０２を介して燃料電池１００に供給され、燃料電池１００から排出された水素排ガスは、排出流路４０４，循環流路４０６を介して供給流路４０２に戻されて、水素ガスは循環される。こうして、燃料電池１００は通常運転に移行される。
【０１３０】
最後に、ＥＣＵ３００は、凍結防止フラグを降ろして（ステップＳ６１６）、一連の処理を終了する。
【０１３１】
Ｄ−３．第３の実施例の効果：
以上説明したとおり、本実施例では、運転終了時に、水素排ガス流路内の残留水が凍結するおそれがある場合に、循環流路４０６に設けられたポンプ３０を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げることにより、また、運転開始時に、水素排ガス流路内の残留水が凍結するおそれがある場合には、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げることにより、その部分での水の凝固点を下げるようにしているため、残留水が凍結するおそれがなくなる。
【０１３２】
従って、本実施例によれば、メタノールなどの凝固点降下剤を用いなくても、水素排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができるため、凝固点降下剤を分離して回収したり、残留水と凝固点降下剤との混合液を回収したりするための装置などを新たに設ける必要がない。
【０１３３】
Ｅ．変形例：
なお、本発明は上記した実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。
【０１３４】
上記した第３の実施例においては、燃料電池１００の耐圧性が低く、燃料電池１００に高圧を加えることができない場合について説明したが、第２の実施例における燃料電池１００'のごとく、燃料電池の耐圧性が高く、燃料電池に高圧を加えることができる場合についても、第３の実施例の場合と同様に、運転終了時に、循環流路４０６に設けられたポンプ３０を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げるようにしてもよい。
【０１３５】
なお、この場合の燃料電池システムの構成や動作については、第２および第３の実施例から容易に推測できるため、それらについての説明は省略する。
【０１３６】
上記した各実施例においては、燃料電池から排出される水素排ガスについて、残留水の凍結防止を行うものであったが、本発明は、これに限定されるものではなく、燃料電池から排出される酸素排ガスについても、同様の手法によって、残留水の凍結防止を行うことは可能である。例えば、供給流路５０２に設けられたコンプレッサ６２などを利用して、酸素排ガス流路内の圧力を上げることにより、酸素排ガス流路内での残留水の凍結を防止することができる。
【０１３７】
上記した第１および第２の実施例においては、高圧水素タンク２００から排出される水素ガスの圧力を利用して、水素排ガス流路内の圧力を上げることにより、残留水の凍結防止を行っていたが、本発明は、これに限定されるものではなく、水素ガス以外に、酸素や空気などの酸化ガスや、窒素やアルゴンなどの不活性ガスなどの圧力を利用して、排ガス流路（すなわち、水素排ガス流路または酸素排ガス流路）内の圧力を上げるようにしてもよい。また、その際、それらのガスの圧力を上げるために、それらのガスが封入された高圧タンクを用いてもよいし、それらのガスを圧縮するポンプやコンプレッサなどを用いてよい。
【０１３８】
上記した各実施例においては、燃料電池システムにおける運転終了時において、ＥＣＵ３００は、エアクリーナ６０に設けられた温度センサ８０からの測定結果に基づいて、外気温Ｔｏｕｔを検出し、その外気温Ｔｏｕｔが所定の温度Ｔａ以下であるかどうかを判定し、残留水が凍結するおそれがあるかどうかを決定していた。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、本発明の燃料電池システムを搭載した車両が、車両通信システムを利用している場合、ＥＣＵ３００は、その車両通信システムから、その車両の駐車されている地域の気象データを得て、その気象データに基づいて、残留水が凍結するおそれがあるかどうかを決定するようにしてもよい。
【０１３９】
また、上記した各実施例においては、上記判定の後、ＥＣＵ３００は、流路内圧力Ｐｉｎが所定の圧力Ｐａより高いかどうかを判定するが、その場合、所定圧力Ｐａは、外気温Ｔｏｕｔに基づいて設定した。しかし、上記した気象データを用いる場合は、外気温Ｔｏｕｔに代えて、その気象データから推測される駐車地域における今後の最低気温に基づいて、所定圧力Ｐａを設定するようにてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の第１の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】温度変化や圧力変化に対する水の状態変化を示す三相図である。
【図３】図１の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図１の燃料電池システムにおける運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。
【図６】図５の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】図５の燃料電池システムにおける運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施例としての燃料電池システムを示すブロック図である。
【図９】図８の燃料電池システムにおける運転終了時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【図１０】図８の燃料電池システムにおける運転開始時の凍結防止処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４１】
１０...シャットバルブ
１２，１４...調圧バルブ
１６，１８，２０，２６，２８，３２，３４...シャットバルブ
２４...気液分離器
３０...ポンプ
３６...逆止弁
４０，４２，４４，４６，５０...圧力センサ
４８...温度センサ
６０...エアクリーナ
６２...コンプレッサ
６４...モータ
６６...加湿モジュール
６８...調圧バルブ
７０...気液分離器
７２...マフラ
７４...希釈器
８０，８２...温度センサ
９０...ラジエータ
９２...切り換えバルブ
９４...バルブ
１００...燃料電池
２００...高圧水素タンク
３００...ＥＣＵ
４０２...供給流路
４０４...排出流路
４０６...循環流路
４０８...バイパス流路
４１０...導出流路
５０２...供給流路
５０４...排出流路
５０６...導出流路
５０８...流路
６０２...燃料電池冷却流路
６０４...水素ガス流路冷却流路
【図１】
2005093110.tif 000003
【図２】
2005093110.tif 000004
【図３】
2005093110.tif 000005
【図４】
2005093110.tif 000006
【図５】
2005093110.tif 000007
【図６】
2005093110.tif 000008
【図７】
2005093110.tif 000009
【図８】
2005093110.tif 000010
【図９】
2005093110.tif 000011
【図１０】
2005093110.tif 000012