(57)【要約】【課題】  本発明は電磁弁制御装置に関し、電磁弁の大型化や消費電力の増大を招くことなく、電磁弁の凍結に伴う圧力流体のリークを防止できるようにする。【解決手段】  電磁弁２０が凍結している或いは凍結のおそれがあると判定された場合には、電磁弁２０のシート面圧を高めるよう電磁弁２０の上流側における圧力流体の圧力を制御する。好ましくは、電磁弁２０のシート面圧を圧力流体の下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の微弱電流を電磁弁２０に供給し、その供給電流値を電磁弁２０の上流側における圧力流体の圧力に応じて制御する。【選択図】      図１
2005337404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力流体の流路に配置された電磁弁の制御装置であって、
前記電磁弁の凍結或いは凍結のおそれを判定する凍結判定手段と、
前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、
前記圧力制御手段は、前記凍結判定手段により前記電磁弁が凍結している或いは凍結のおそれがあると判定された場合に、前記電磁弁のシート面圧を高めるよう前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力を制御することを特徴とする電磁弁制御装置。
【請求項２】
前記電磁弁のシート面圧を圧力流体の下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の電流を前記電磁弁に供給する電流制御手段をさらに備え、
前記電流制御手段は、前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力に応じて前記電磁弁に供給する電流を制御することを特徴とする請求項１記載の電磁弁制御装置。
【請求項３】
前記電流制御手段は、前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力と前記電磁弁に供給する電流との関係を予め規定したマップを含み、前記マップに従って前記電磁弁に供給する電流を制御することを特徴とする請求項２記載の電磁弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力流体の流路に配置された電磁弁の制御技術に関し、詳しくは、電磁弁の凍結対策としての制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
管内を流れる圧力流体の出入りを制御したり、圧力流体の流量を調整したりする手段として電磁弁が用いられている。例えば燃料電池システムでは、燃料電池のアノードオフガスをシステム外へ排出するための排出弁として電磁弁が用いられている。電磁弁はソレノイドにより駆動されるバルブを有しており、バルブをバルブシートから離隔させることで圧力流体の流通を許容し、バルブをバルブシートに着座させることで圧力流体の流通を遮断するようになっている。
【０００３】
ところで、電磁弁が適用されるシステムによっては、圧力流体中に水分が含まれる場合がある。例えば前述の燃料電池システムの場合、アノードオフガス中にはカソード側から電解質膜を透過してきた水分が含まれている。圧力流体に水分が含まれる場合、外気温や圧力流体の温度によっては電磁弁が凍結してしまい、凍結状況によっては電磁弁の機能が損なわれてしまう可能性がある。
【０００４】
従来、電磁弁の凍結対策としては、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この従来技術では、バルブとバルブの軸である可動鉄心との間に設けられる弾性体を形状記憶合金で形成したものである。この従来技術によれば、電磁弁の凍結が危惧される低温時には、形状記憶合金の変形によりバルブがバルブシートから離れることにより、凍結によりバルブがバルブシートに固着してしまうことは防止される。
【特許文献１】特開平７−４５５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３１３３８９号公報
【特許文献３】特開２０００−３４５９１６号公報
【特許文献４】特開平９−１３７８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術は電磁弁の固着については対策されているものの、凍結に伴う圧力流体のリークについては考慮されていない。凍結によりバルブとバルブシートとの間で氷が生成すると、バルブとバルブシートとの間に隙間が生じ、その隙間から圧力流体がリークしてしまう。前述の燃料電池システムの場合には、燃料ガスである水素がシステム外に無駄に排出されることになり、燃費が悪化してしまう。
【０００６】
凍結に伴うリーク対策としては、バルブを閉弁方向に付勢するリターンスプリングとしてスプリング力の高いものを採用し、バルブとバルブシートとの間のシート面圧を高めることで氷の生成を防止することが考えられる。しかし、この場合は、強力なリターンスプリングと、それに応じた強力なソレノイドの採用により装置の大型化を招くことになる。また、通常時に要求されるソレノイドの吸引力が増大することにより、電磁弁を駆動するための消費電力も増大してしまうことになる。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電磁弁の大型化や消費電力の増大を招くことなく、電磁弁の凍結に伴う圧力流体のリークを防止できるようにした電磁弁制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、圧力流体の流路に配置された電磁弁の制御装置であって、
前記電磁弁の凍結或いは凍結のおそれを判定する凍結判定手段と、
前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力を制御する圧力制御手段とを備え、
前記圧力制御手段は、前記凍結判定手段により前記電磁弁が凍結している或いは凍結のおそれがあると判定された場合に、前記電磁弁のシート面圧を高めるよう前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力を制御することを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記電磁弁のシート面圧を圧力流体の下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の電流を前記電磁弁に供給する電流制御手段をさらに備え、
前記電流制御手段は、前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力に応じて前記電磁弁に供給する電流を制御することを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、前記電流制御手段は、前記電磁弁の上流側における圧力流体の圧力と前記電磁弁に供給する電流との関係を予め規定したマップを含み、前記マップに従って前記電磁弁に供給する電流を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、電磁弁のシート面圧が高められることでバルブとバルブシートとのシール能力が向上し、バルブとバルブシートとの間での氷の生成が防止される。これにより電磁弁が凍結している状況或いは凍結のおそれがある状況でも電磁弁の閉弁状態は維持され、圧力流体のリークは防止される。しかも、電磁弁のシート面圧は電磁弁の上流側における圧力流体の圧力を制御することにより高められるので、装置の大型化や通常運転時における消費電力の増大を招くこともない。
【００１２】
第２の発明及び第３の発明によれば、電磁弁のシート面圧を圧力流体の下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の電流が電磁弁に供給されることで、電磁弁はソレノイドで発生する熱によって加熱されることになる。これにより、電磁弁の凍結は防止され、また、既に凍結している場合には速やかに解凍されることになる。しかも、電磁弁に供給する電流は電磁弁の上流側における圧力流体の圧力に応じて制御されるので、シート面圧を維持してリークを防止できる範囲で、効率良く電磁弁の凍結防止或いは解凍を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。本実施形態では、本発明の電磁弁制御装置を燃料電池システムにおけるアノードオフガスの排出弁に適用する。
【００１４】
図１は本発明の電磁弁制御装置が適用された燃料電池システム２の概略構成図である。燃料電池システム２は燃料電池４を備えている。燃料電池４のアノード入口には燃料ガス通路６が接続されている。燃料ガス通路６の上流側には水素タンクや改質器などの燃料ガス供給装置８が接続されており、燃料電池４は燃料ガス供給装置８から水素を含む燃料ガスの供給を受けるようになっている。燃料ガス通路６には調圧弁１０が配置されており、燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスは調圧弁１０で減圧され所望の圧力に調整されてから燃料電池４に供給される。
【００１５】
また、燃料電池４には燃料ガスのオフガス（アノードオフガス）を排出するためのオフガス通路１２が接続されている。オフガス通路１２の下流側は、エジェクタ１４を介して燃料ガス通路６における調圧弁１０の下流側に接続されている。これにより、オフガスに含まれる水素はオフガス通路１２を通って燃料ガス通路６に流入し、燃料電池４に再供給されることになる。
【００１６】
オフガス通路１２の途中には、アノードオフガスをシステム外部に排出するための排出通路１６が接続されている。排出通路１６には電磁弁である排出弁２０が配置されている。排出弁２０は通常は閉じており、システム運転時、所定のタイミングで開弁することで循環系内に蓄積されている窒素等の不純物を水素とともにシステム外に排出するようになっている。排出弁２０は後述する制御装置３０からの電流の供給を受けて作動する。
【００１７】
なお、燃料電池４のカソード入口には酸化ガスを供給するための酸化ガス通路が接続され、カソード出口には酸化ガスのオフガスを排出するためのオフガス通路が接続されているが、これらは本発明の要部ではないので図１中での表示は省略している。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態１にかかる排出弁２０の構成を示す概略断面図である。排出弁２０は、外殻を形成するケーシング２０２とカバー２０４とを有している。ケーシング２０２内には流体室２２２が形成されており、ケーシング２０２の側面には流体室２２２に通じる流体流入通路２２０が形成され、底面には流体室２２２に通じる流体排出通路２２４が形成されている。流体流入通路２２０は排出通路１６の上流側通路に接続され、流体排出通路２２４は排出通路１６の下流側通路に接続されている。
【００１９】
流体室２２２と流体排出通路２２４との接続部には、バルブシート２１２が設けられている。流体室２２２内にはバルブシート２１２に着座するバルブ２１０が配置されている。バルブ２１０はカバー２０４内からケーシング２０２内に延びるプランジャ２０８の先端に固定されている。カバー２０４内にはコア２０６が位置を固定して配置されており、プランジャ２０８はコア２０６にリターンスプリング２１６を介して接続されている。カバー２０４内のコア２０６及びプランジャ２０８の周囲にはソレノイド２１４が配置されている。また、プランジャ２０８とコア２０６の間の空間は流体室２２２に連通しており、プランジャ２０８の上端部には流体室２２２内の流体圧が作用している。
【００２０】
ソレノイド２１４に通電されていない状態では、プランジャ２０８はリターンスプリング２１６のスプリング力によって付勢され、その先端に取り付けられたバルブ２１０をバルブシート２１２に押し付ける。これにより、バルブ２１０はバルブシート２１２に着座し、流体室２２２と流体排出通路２２４との連通は遮断される。つまり、排出弁２０は閉弁状態となる。バルブ２１０がバルブシート２１２に着座した状態では、バルブ２１０には、リターンスプリング２１６のスプリング力に加え、プランジャ２０８の上端部に作用する流体室２２２内の流体圧とバルブ２１０に作用する流体排出通路２２４内の流体圧との差圧に応じた閉方向の力が作用している。
【００２１】
ソレノイド２１４に通電された場合には、ソレノイド２１４が励磁されることでコア２０６とプランジャ２０８との間に吸引力が発生する。リターンスプリング２１６のスプリング力とバルブ２１０が圧力流体から受ける閉方向の力との合力を吸引力が上回ったとき、プランジャ２０８はコア２０６側に駆動される。これにより、バルブ２１０がバルブシート２１２から離隔して、流体室２２２と流体排出通路２２４とが連通状態になる。つまり、排出弁２０は開弁状態となり、オフガス通路１２のアノードオフガスは排出通路１６を通ってシステム外部に排出される。
【００２２】
ソレノイド２１４に供給される電流は、制御装置３０によって制御される。制御装置３０は、燃料電池システム２の運転中、循環系内に蓄積されている不純物をシステム外に排出すべく、所定のタイミングでソレノイド２１４に通電して排出弁２０を開弁させる。制御装置３０は燃料電池システム２全体の運転を制御する装置であり、排出弁２０の他、調圧弁１０の制御も行っている。燃料電池４に供給される燃料ガスの圧力は調圧弁１０を介して制御することが可能であり、制御装置３０は、燃料電池４の負荷に応じて、具体的には、負荷が大きいほど燃料ガスの圧力も大きくなるように調圧弁１０を制御している。なお、制御装置３０の入力側には、外気温度Ｔ１を検出する外気温度センサ３４と、オフガス通路３２内のアノードオフガスの温度Ｔ２を検出するオフガス温度センサ３２が接続されている。
【００２３】
燃料電池システム２では、燃料電池４の作動に伴い、カソード側の水分が電解質膜を透過してアノード側に漏れ出してくる。このため、オフガス通路１２を流れるアノードオフガスには水分が含まれている。アノードオフガスは排出弁２０を通って排出されるため、バルブ２１０とバルブシート２１２との間には水分が付着する。排出弁２０に付着した水分は、外気温が低い場合、アノードオフガスの温度如何によってはそのまま凍結してしまう可能性がある。凍結によりバルブ２１０とバルブシート２１２との間で氷が生成すると、バルブ２１０とバルブシート２１２の間に隙間が生じ、その隙間から燃料である水素がリークしてしまうおそれがある。
【００２４】
燃料電池システム２の通常運転中であれば、燃料電池４で発生する熱によりアノードオフガスは昇温されるため、アノードオフガスに含まれる水分が凍結する可能性は低い。しかし、燃料電池システム２の冷間始動時には未だアノードオフガスの温度が低いため、外気温が低い場合には排出弁２０に付着した水分が凍結してしまう可能性がある。そこで、燃料電池システム２の運転を制御する制御装置３０は、排出弁２０の凍結に伴う水素のリークを防止すべく、排出弁２０の凍結が予想される状況では以下のような制御を実行する。
【００２５】
図３は制御装置３０により実行される排出弁２０の凍結対策制御の流れを示すフローチャートである。先ず、制御装置３０は、外気温度センサ３４により検出される外気温度と所定の下限温度とを比較する（ステップ１００）。排出弁２０の凍結は外気温度により左右され、外気温度が低いほど、放熱によって排出弁２０は凍結しやすくなる。外気温度が排出弁２０の凍結の可能性がある下限温度以上であれば、凍結対策制御を実行せず通常時の制御が実行される（ステップ１００のＮｏルート）。一方、外気温度が下限温度未満の場合には、さらにステップ１０２の判定が行われる。下限温度は例えば氷点に設定することができる。
【００２６】
ステップ１０２では、オフガス温度センサ３２により検出されるアノードオフガスの温度と所定の下限温度とが比較される。外気温度が低い場合でもアノードオフガスの温度が高ければ排出弁２０が凍結するおそれはない。アノードオフガスの温度が排出弁２０の凍結の可能性がある下限温度以上であれば、凍結対策制御を実行せず通常時の制御が実行される（ステップ１０２のＮｏルート）。一方、アノードオフガスの温度が下限温度未満の場合には、排出弁２０の凍結の可能性があるものとして、続くステップ１０４，１０６の処理が実行される。なお、排出弁２０が凍結する温度はアノードオフガスの流量によって変化するので、下限温度はアノードオフガスの流量、若しくはそれに関係するパラメータ（例えば発電量）の関数として設定されている。
【００２７】
ステップ１０４の処理は、燃料電池４の負荷に対する燃料ガスの供給圧力の特性を変更する処理である。図４は制御装置３０が調圧弁１０の制御に用いる燃料ガスの運転マップを示している。マップに実線で示すように、制御装置３０は通常、燃料電池４の出力電流から推定される燃料電池４の負荷が高いほど、燃料ガスの供給圧力も高くなるよう調圧弁１０を制御している。ステップ１００或いは１０２のＮｏルートが選択されたときには、この実線で示す特性線に従い燃料ガスの供給圧力が制御される。実線で示す特性線に従えば、燃料電池システム２の始動時のように燃料電池４の負荷が低いときには、燃料ガスの供給圧力も低く設定されることになる。
【００２８】
ステップ１０４では、燃料電池４の負荷に対する燃料ガスの供給圧力の特性がマップに実線で示す特性から破線で示す特性に変更される。制御装置３０は変更された特性線に従い調圧弁１０を制御する。破線で示す特性線に従えば、燃料電池４の負荷がゼロから所定値までの範囲において、負荷の大きさにかかわらず燃料ガスの供給圧力は所定圧力Ｐoまで高圧化される。所定圧力Ｐは、システムの設計上許容されている最大圧力Ｐmaxよりは低い値に設定されている。
【００２９】
燃料ガスの供給圧力が高圧化されることで、オフガス通路１２と連通する排出弁２０の流体室２２２内の流体圧も上昇する。バルブ２１０には流体室２２２内の流体圧と流体排出通路２２４内の流体圧との差圧に応じた閉方向の力が作用しているので、流体室２２２内の流体圧が上昇する結果、バルブ２１０とバルブシート２１２との間のシート面圧は通常時よりも高められることになる。これにより、バルブ２１０とバルブシート２１２とのシール能力が向上し、排出弁２０が凍結する状況でもバルブ２１０とバルブシート２１２との間での氷の生成は防止される。
【００３０】
なお、燃料ガスの供給圧力の高圧化は、燃料電池４の負荷が所定値に達したら解除され、それ以降は実線で示す通常の特性線に従って調圧弁１０の制御が行なわれる。燃料電池４の負荷がある程度大きくなったときには発熱によってアノードオフガスの温度も上昇しており、排出弁２０の凍結のおそれは解消していると予想されるからである。
【００３１】
続くステップ１０６の処理は、排出弁２０のソレノイド２１４に供給する微弱電流の通電特性を変更する処理である。制御装置３０は、外気温度が低い場合には、ステップ１０６の処理の実行に関係なく、予め設定された微弱通電マップに従いソレノイド２１４に微弱な電流を供給するようになっている。微弱通電マップは、燃料ガスの供給圧力とソレノイド２１４への供給電流との関係を規定したものであり、燃料ガスの供給圧力が高くなるほど供給電流も大きくなるように設定されている。制御装置３０がソレノイド２１４に供給する微弱電流は、シート面圧を燃料ガスの下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の電流である。微弱電流がソレノイド２１４に供給されることで、排出弁２０はソレノイド２１４で発生する熱によって加熱されることになる。これにより、排出弁２０の凍結は防止され、また、既に凍結している場合には速やかに解凍されることになる。
【００３２】
ステップ１０６では、上記の微弱通電マップに従い、ソレノイド２１４に供給される微弱電流の値がステップ１０４の処理で高圧化された燃料ガスの供給圧力に応じた値に変更される。前述のように、制御装置３０からソレノイド２１４に供給される微弱電流は、シート面圧を燃料ガスの下流への流出を阻止できる圧力に維持可能な限界値以下の電流であるので、燃料ガスの供給圧力の高圧化によってシート面圧が上昇すれば、その圧力の上昇分だけ微弱電流の電流値も上昇させることができる。供給される微弱電流の電流値が高められることでソレノイド２１４の発熱量は増大し、排出弁２０はより凍結しにくくなる。或いは、既に凍結している場合にはより速やかに解凍されることになる。
【００３３】
以上のような凍結対策制御が実行されることにより、排出弁２０の凍結のおそれがある状況でも排出弁２０の閉弁状態は維持され、凍結に伴う水素のリークは防止される。しかも、排出弁２０のシート面圧は燃料電池４への燃料ガスの供給圧力を制御することにより高められるので、装置の大型化や通常運転時における消費電力の増大を招くこともない。
【００３４】
さらに、排出弁２０はソレノイド２１４で発生する熱によって加熱されるので、排出弁２０の凍結は防止され、また、既に凍結している場合には速やかに解凍されることになる。しかも、排出弁２０に供給される微弱電流は燃料ガスの供給圧力に応じて制御されるので、シート面圧を維持してリークを防止できる範囲で、効率良く排出弁２０の凍結防止或いは解凍を行うことができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態では、制御装置３０によるステップ１００及び１０２の処理により、第１の発明の「凍結判定手段」が実現されている。また、調圧弁１０と制御装置３０によるステップ１０４の処理により、第１の発明の「圧力制御手段」が実現されている。さらに、制御装置３０によるステップ１０６の処理により、第２及び第３の発明の「電流制御手段」が実現されている。
【００３６】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態は、実施の形態１にかかる燃料電池システム２において、図２に示す構造の排出弁２０の代わりに図５に示す構造の排出弁２４を用いることにより実現される。
【００３７】
図５は本発明の実施の形態２にかかる排出弁２４の構成を示す概略断面図である。排出弁２４は、外殻を形成するケーシング２４２ａ，２４２ｂとカバー２４４とを有している。ケーシング２４２ａ，２４２ｂは上部ケーシング２４２ａと下部ケーシング２４２ｂとからなり、カバー２４４は上部ケーシング２４２ａに取り付けられている。上部ケーシング２４２ａと下部ケーシング２４２ｂとの間にはダイヤフラム２７０が挟まれており、ケーシング２４２ａ，２４２ｂにより形成される内部空間２６６，２６２はダイヤフラム２７０によって仕切られている。
【００３８】
下部ケーシング２４２ｂとダイヤフラム２７０により形成される空間は、アノードオフガスが導入される流体室２６２になっている。下部ケーシング２４２ｂの側面には流体室２６２に通じる流体流入通路２６０が形成され、底面には流体室２６２に通じる流体排出通路２６４が形成されている。流体流入通路２６０はオフガス通路１２の上流側通路に接続され、流体排出通路２６４はオフガス通路１２の下流側通路に接続されている。
【００３９】
流体室２６２と流体排出通路２６４との接続部には、バルブシート２５２が設けられている。流体室２６２内にはバルブシート２５２に着座するバルブ２５０が配置され、バルブ２５０はカバー２４４内からケーシング２４２ａ，２４２ｂ内に延びるプランジャ２４８の先端に固定されている。カバー２４４内にはコア２４６が位置を固定して配置されており、プランジャ２４８はコア２４６にリターンスプリング２５６を介して接続されている。カバー２４４内のコア２４６及びプランジャ２４８の周囲にはソレノイド２５４が配置されている。
【００４０】
上部ケーシング２４２ａとダイヤフラム２７０により形成される空間は、大気圧が導入される背圧室２６６になっている。前述のプランジャ２４８はダイヤフラム２７０の中央部を貫通しており、ダイヤフラム２７０はプランジャ２４８に固定されてプランジャ２４８と一体的に上下に運動するようになっている。
【００４１】
本実施形態のように排出弁２４がダイヤフラム式の電磁弁で構成される場合、バルブ２５０がバルブシート２５２に着座している状態では、バルブ２５０には、リターンスプリング２５６のスプリング力と、流体室２６２内の流体圧と流体排出通路２６４内の流体圧との差圧に応じた閉方向の力に加え、ダイヤフラム２７０からの開方向の力が作用している。ダイヤフラム２７０には流体室２６２内の流体圧と背圧室２６６内の大気圧との差に応じた力が作用しており、その力はプランジャ２４８を介してバルブ２５０に開方向の力として作用する。
【００４２】
ダイヤフラム２７０の面積はバルブシート２５２の開口面積よりも大きいため、流体室２６２内の流体圧の変化は、バルブシート２５２の上下流の差圧に伴いバルブ２５０に作用する力よりも、ダイヤフラム２７０からバルブ２５０に作用する力のほうに大きく影響する。したがって、流体室２６２内の流体圧が上昇したときには、バルブ２５０の開方向の力が増大して排出弁２４のシート面圧は低下し、逆に流体室２６２内の流体圧が低下したときには、バルブ２５０の開方向の力が低下して排出弁２４のシート面圧は増大することになる。つまり、本実施形態にかかる排出弁２４では、流体室２６２内の流体圧の変化と排出弁２４のシート面圧の変化との関係は、実施の形態１にかかる排出弁２０の場合とは逆の関係になる。
【００４３】
本実施形態でも、排出弁２４の凍結に伴う水素のリークを防止すべく、排出弁２４の凍結が予想される状況では凍結対策制御が実行される。本実施形態にかかる排出弁２４の凍結対策制御の流れは、実施の形態１と同様、図３に示すフローチャートで表される。ただし、前述のように流体室２６２内の流体圧の変化と排出弁２４のシート面圧との変化との関係は実施の形態１と逆の関係であるため、ステップ１００及び１０２の処理において凍結のおそれがあると判定された後の具体的な制御方法は実施の形態１とは異なったものとなる。
【００４４】
本実施形態では、ステップ１０４の処理において、燃料電池４の負荷がゼロから所定値までの範囲において、負荷の大きさにかかわらず燃料ガスの供給圧力は所定圧力まで低圧化される。燃料ガスの供給圧力が通常時よりも低圧化されることで、オフガス通路１２と連通する排出弁２４の流体室２６２内の流体圧は低下する。その結果、ダイヤフラム２７０からバルブ２５０に作用する開方向の力が減少し、バルブ２５０とバルブシート２５２との間のシート面圧は通常時よりも高められることになる。
【００４５】
これにより排出弁２４の凍結のおそれがある状況でも排出弁２４の閉弁状態は維持され、凍結に伴う水素のリークは防止される。しかも、排出弁２４のシート面圧は燃料電池４への燃料ガスの供給圧力を制御することにより高められるので、装置の大型化や通常運転時における消費電力の増大を招くこともない。なお、燃料ガスの供給圧力の低圧化は燃料電池４の負荷が所定値まで増大したら解除され、それ以降は通常の制御が行なわれる。
【００４６】
また、ステップ１０６の処理では、予め設定された微弱通電マップに従い、ソレノイド２５４への供給電流の値がステップ１０４の処理で低圧化された燃料ガスの供給圧力に応じて変更される。本実施形態にかかる微弱通電マップでは、燃料ガスの供給圧力が低くなるほど供給電流が大きくなるように設定されている。燃料ガスの供給圧力の低圧化によってシート面圧が上昇すれば、その圧力の上昇分だけ微弱電流の電流値も上昇させることができるからである。供給される微弱電流の電流値が高められることでソレノイド２５４の発熱量は増大する。
【００４７】
これにより、排出弁２４はソレノイド２５４で発生する熱によって加熱され、排出弁２４の凍結は防止される。また、既に凍結している場合には速やかに解凍されることになる。しかも、排出弁２４に供給される微弱電流は燃料ガスの供給圧力に応じて制御されるので、シート面圧を維持してリークを防止できる範囲で、効率良く排出弁２４の凍結防止或いは解凍を行うことができる。
【００４８】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００４９】
本発明は図２や図５に示す構成以外の排出弁の制御にも適用可能である。図５に示す排出弁２４では、バルブシート２５２の上流側にダイヤフラム２７０が配置されているが、バルブシートの下流側にダイヤフラムが配置されている構成の排出弁にも本発明を適用可能である。ただしその場合、燃料ガスの供給圧力の変化と排出弁のシート面圧の変化との関係は図５に示す排出弁２４の場合とは逆の関係になるので、排出弁の凍結のおそれがあるときには燃料ガスの供給圧力を高圧化するよう調圧弁が制御されることになる。また、微弱通電マップは、燃料ガスの供給圧力が高くなるほどソレノイドへの供給電流が大きくなるように設定される。
【００５０】
また、上記実施の形態では、本発明を燃料ガスを循環させながら運転する循環式の燃料電池システムに適用しているが、本発明は、アノードに供給した燃料ガスを燃料電池内部に滞留させることで燃料ガスの利用効率を向上させるいわゆるアノードデッドエンド式の燃料電池システムにも適用可能である。さらに、圧力流体の流路に電磁弁が配置されているシステムであれば、燃料電池システム以外の他のシステムにも広く適用可能である。
【００５１】
また、上記実施の形態では、外気温度とアノードオフガスの温度から排出弁２０，２４の凍結のおそれを予測しているが、排出弁２０，２４の温度、特にバルブ２１０，２５０やバルブシート２１２，２５２の温度を検出する等して排出弁２０，２４の凍結を検知するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１としての電磁弁制御装置が適用された燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる排出弁の構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１において実行される排出弁の凍結対策制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において凍結対策制御に用いられる燃料ガスの運転マップである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる排出弁の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  燃料電池システム
４  燃料電池
６  燃料ガス通路
１０  調圧弁
１２  オフガス通路
２０，２４  排出弁
３０  制御装置
３２  オフガス温度センサ
３４  外気温度センサ
２１０，２５０  バルブ
２１２，２５２  バルブシート
２１４，２５４  ソレノイド
２２０，２６０  流体流入通路
２２２，２６２  流体室
２２４，２６４  流体排出通路
２６６  背圧室
２７０  ダイヤフラム
【図１】
2005337404.tif 000003
【図２】
2005337404.tif 000004
【図３】
2005337404.tif 000005
【図４】
2005337404.tif 000006
【図５】
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