(57)【要約】    【課題】  制御弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。    【解決手段】  本発明の燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０から排出された不純物を流通させる不純物排出流路２３と、不純物排出流路２３を開閉するための第１の電磁バルブ２７と、第１の電磁バルブ２７の弁体２７７と該弁体２７７を受ける弁座２３１との間の抵抗値に基づいて第１の電磁バルブ２７の作動状態を判定する制御ユニット４１と、を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路と、
前記ガス流路を開閉するための開閉弁と、
前記開閉弁の弁体と該弁体を受ける弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する判定手段と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記弁体と弁座との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記抵抗値測定手段より測定された抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁の弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が前記閾値よりも小さくなるまで、前記弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する請求項１乃至４いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御し、前記開閉弁による開閉動作後所定の条件を満たす場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項１乃至５いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記判定手段は、外気温度が予め設定された設定温度以下である場合に、前記弁体と弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する請求項１乃至６いずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路を開閉するための開閉弁を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁の弁体と弁座との間に電圧を印加することにより前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該測定した抵抗値が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する第１ステップと、
前記抵抗値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する第２ステップと、
前記開閉弁の弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該記測定した抵抗値が前記閾値よりも小さいか否か判定する第３ステップと、
前記抵抗値が前記閾値よりも小さいと判定された場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように制御する第４ステップと、
を備え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、燃料電池システムにかかり、特に、燃料電池の反応ガスのガス流路上に制御弁が配置された燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムでは、燃料電池から排出されるガス中の水分が凍結することによりガス流路上に設けられたバルブが作動しなくなり、その結果、燃料電池システムの動作に不具合が生じるという問題がある。そこで、近年では、このようなバルブの凍結に伴う不具合を解消するための技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００２−３１３３８９号公報（特許文献１）には、バルブが凍結することを防止するためにバルブを加熱する技術が開示され、具体的には、燃料電池に断熱圧縮した酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池から排出される排出反応ガスのガス流路上に設けられた制御弁と、前記酸化剤ガス供給手段から供給される前記酸化剤ガスとを熱交換することで前記制御弁を加熱する制御弁加熱手段と、を備えた燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３１３３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開２００２−３１３３８９号公報に記載されたような従来の燃料電池システムでは、ガス流路上に設けられた制御弁を暖機ボックス内に収納し、この暖機ボックス内にエアコンプレッサにて断熱圧縮した高温の空気を導入することにより制御弁を外側から加熱している。つまり、暖機ボックス内の温度を上昇させることで当該暖気ボックス内に収納された制御弁を間接的に加熱するものであるため、制御弁の加熱に時間を要するとともにエネルギー消費量も多くなりやすく、効率的ではない。
【０００５】
また、かかる従来の燃料電池システムは、外気温が所定温度以下である場合に制御弁が凍結していると判定している。しかし、制御弁の作動状態は、ガス流路や制御弁の構造、また、制御弁の配設場所や燃料電池システムの作動状態などに応じて異なってくるため、外気温によって制御弁の作動状態を間接的に判定する従来の方法では、正確性に欠けやすい。
【０００６】
本発明は、このような従来の燃料電池システムを改良することを課題とするものであり、制御弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システム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】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路と、前記ガス流路を開閉するための開閉弁と、前記開閉弁の弁体と該弁体を受ける弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する判定手段と、を備える。
【０００８】
この構成によれば、開閉弁の弁体と弁座間の抵抗値に基づいて開閉弁の作動状態を判定することができる。したがって、開閉弁の作動状態を直接検出することができるので、個々の開閉弁の凍結状態などをより正確に検出することが可能になる。
【０００９】
なお、ガス流路は、燃料電池に反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）を流通させる供給ガス通路と、燃料電池から排出された反応ガスを流通させる排ガス通路のうち少なくとも一方を含む。本発明にかかる開閉弁は、ガス流路に設けられる。
【００１０】
また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記弁体と弁座との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、を備え、前記判定手段は、前記抵抗値測定手段より測定された抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定してもよい。
【００１１】
また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁の弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。
【００１２】
この構成によれば、開閉弁の弁体と弁座との間に直接高電圧を印加することによって開閉弁の凍結部位を解凍することができるので、暖機ボックス内の温度を上昇させることで当該暖気ボックス内に収納された制御弁を間接的に加熱する場合などに比べて効率的である。また、抵抗値測定と凍結部位の解凍の双方に電圧印加手段を用いることができるので、設計上も効果的である。
【００１３】
また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が前記閾値よりも小さくなるまで、前記弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。
【００１４】
この構成によれば、弁体と弁座との間が導通状態になるまで高電圧を印加することができるので、開閉弁の機能を確実に回復させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御してもよい。
【００１６】
この構成によれば、開閉弁の開閉動作によって凍結部位を解凍することができるので、エネルギー消費を抑えつつ開閉弁を適切に動作させることが可能になる。
【００１７】
また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御し、前記開閉弁による開閉動作後所定の条件を満たす場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。
【００１８】
この構成によれば、開閉弁の開閉動作と電圧の印加とを段階的に行うことで開閉弁の凍結部位を解凍することができるので、例えば開閉弁の開閉動作によって凍結部位が解凍された場合には電圧の印加を省略することができる一方、開閉弁の開閉動作によって凍結部位が解凍されない場合には電圧の印加によって確実に解凍することができるので、さらに効率的に開閉弁を正常起動へ移行させることが可能になる。
【００１９】
また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、外気温度が予め設定された設定温度以下である場合に、前記弁体と弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定してもよい。
【００２０】
また、本発明にかかる燃料電池システムの制御方法は、燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路を開閉するための開閉弁を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記開閉弁の弁体と弁座との間に電圧を印加することにより前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該測定した抵抗値が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する第１ステップと、前記抵抗値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する第２ステップと、前記開閉弁の弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該記測定した抵抗値が前記閾値よりも小さいか否か判定する第３ステップと、前記抵抗値が前記閾値よりも小さいと判定された場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように制御する第４ステップと、を備える。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、開閉弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、種々に変形して適用することが可能である。
【００２３】
初めに、この発明の実施の形態を図１乃至図５を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る燃料電池システムの概略図である。図２は、図１に示す燃料電池システムのガス流路上に配設された開閉弁の断面図である。図３は、図１に示す開閉弁の開閉状態と抵抗値との関係を示す図である。図４及び図５は、図１に示す燃料電池システムにおける制御ユニットによる処理の流れを示すフローチャートである。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム１は、水素ガスの配管系２０より供給される水素ガスおよび酸素ガスの配管系３０より供給される酸素ガス（空気）の供給を受けて、電力を発生する固体高分子電解質型の燃料電池（スタック）１０を備える。また、燃料電池システム１は、マイクロコンピュータを有する電気的な制御系４０を備える。
【００２５】
燃料電池１０は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード（水素極）とカソード（空気極）とで両側から挟みこみ、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたセルを多数積層して構成されたものである。各セルに水素ガスと酸素ガスが供給されると、電気化学反応により燃料電池１０は発電する。例えば、燃料電池システム１が自動車に搭載されている場合には、この発生した電力は、自動車の駆動源となるモータなどに供給される。
【００２６】
水素ガスの配管系２０には、水素ガスを燃料電池１０に供給する水素ガス供給流路２１と、燃料電池１０から排出された水素オフガスをポンプ２６により水素ガス供給流路２１に圧送する水素オフガス循環流路２２と、水素オフガス循環流路２２より分岐配管された不純物排出流路２３と、が設けられている。
【００２７】
水素ガス供給流路２１には、高圧の水素ガスを貯蔵したタンクなどの水素供給源２４と、水素供給源２４から供給される水素ガスの圧力を調整する調圧弁２５と、が配設されている。また、不純物排出流路２３には、これを開閉する電磁式の開閉弁（以下、「電磁バルブ」と呼ぶ）としての第１の電磁バルブ２７が介設されている。第１の電磁バルブ２７を開くことで、水素オフガス中の不純物が排出される。
【００２８】
一方、酸素ガスの配管系３０には、加湿器３１より加湿された酸素ガスを燃料電池１０に供給する酸素ガス供給流路３２と、燃料電池１０から排出された酸素オフガスを加湿器９に導くための酸素オフガス流路３３と、加湿器３１から燃焼器（図示せず）に酸素オフガスを導くための酸素オフガス排気流路３４と、が設けられている。
【００２９】
酸素ガス供給流路３２には、大気中の酸素ガスを取り込んで圧縮するコンプレッサ３６が介設されており、コンプレッサ３６より圧縮された酸素ガスが加湿器３１に圧送される。また、酸素オフガス排気流路３４には、これを開閉する電磁バルブとしての第２の電磁バルブ３５が介設されている。第２の電磁バルブ３５の開度又は開閉間隔にて酸素ガス供給流路の圧力を調整している。
【００３０】
ここで、第１の電磁バルブ２７及び第２の電磁バルブ３５の構成について、図２を用いて説明する。なお、第１の電磁バルブ２７及び第２の電磁バルブ３５の構成はほぼ同じであるので、便宜上、第１の電磁バルブ２７について説明するものとする。
【００３１】
図２に示すように、第１の電磁バルブ２７は、本体２７１、本体２７１内に設けられた磁気発生用のコイル２７２、コイル２７２の中空部に位置するように配置された磁石２７３、磁石２７３の流路２３反対側（図２でいう上方）に設けられたバネ２７６、磁石２７３の流路側（図２でいう下方）へ延在する軸２７４、軸２７４の流路２７３側に固着された弁体２７７および磁石２７３及び軸２７４を移動可能に支持する例えば筒状の支持部材２７５を備える。
【００３２】
第１の電磁バルブ２７には、基本的に従来の構成を採用することができるが、本実施形態では、後述するように高電圧を印加する機能回路が弁体２７７と弁座２３１に接続されるため、支持部材２７５には絶縁性部材を採用する必要がある。この点で、本実施形態の第１の電磁バルブ２７は、従来と異なっている。絶縁性部材としては、実質的に絶縁性を有する種々の材料を適用することができ、例えば、ゴム単体又は樹脂材料を使用することできる。
【００３３】
第１の電磁バルブ２７が配設された不純物排出流路２３には、第１の電磁バルブ２７が設けられる位置に、第１の電磁バルブ２７の内部と連通する開口部２３４が形成されている。そして、この不純物排出流路２３の開口部２３４が形成された位置には、第１の電磁バルブ２７の弁体２７７と当接して不純物排出流路２３を閉鎖するための弁座２３１が形成されている。
【００３４】
第１の電磁バルブ２７の弁体２７７は、コイル２７２に通電することによって磁石２７３が不純物排出流路２３から離れる方向へ移動する（上昇する）と、弁体２７７は同方向へ移動し、弁体２７７が弁座２３１から離間する。その結果、流路が流通して、第１の電磁バルブは開弁状態（非導通状態）となる。一方、コイル２７２への通電を中止することによって磁石２７３が不純物排出流路２３側へ移動する（下降する）と、弁体２７７は同方向へ移動し、弁体２７７が弁座２３１に当接する。その結果、流路は遮断され、第１の電磁バルブ２７は閉弁状態（導通状態）となる。
【００３５】
また、本実施形態に係る第１の電磁バルブ２７には、開閉弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて前記開閉弁を効率よく作動させるために必要な機能を実現するための第１の機能回路４２が接続されている。
【００３６】
第１の機能回路４２は、例えば、弁体２７７と弁座２３１との間に電圧を印加するための任意の２点間を第１の導線４２１、第２の導線４２２で接続することによって形成され、該第１の機能回路２６に電気エネルギーを供給可能な電源４２３や抵抗値を検出する抵抗値検出器４２４を介挿することで、弁体２７７と弁座２３１との間に直接電圧を印加したり、抵抗値変化を検出したりすることができるように構成されている。また、第１の機能回路４２は、制御ユニット４１に制御信号等を入出力可能に構成されている。
【００３７】
弁体２７７と弁座２３１との間の抵抗値は、第１の電磁バルブ２７の開閉状態や凍結状態によって変化する。ここで、バルブの開閉状態や凍結状態と弁体及び弁座間の抵抗値変化との関係について図３を用いて説明する。
【００３８】
図３(A)に示すように、第１の電磁バルブ２７が開弁状態（弁体２７７が弁座２３１から離間した状態）にある場合には、弁体２７７と弁座２３１との間の抵抗値は∞（無限大）であり、図３(B)に示すように、第１の電磁バルブ２７が正常な閉弁状態（弁体２７７が弁座２３１と当接した状態）にある場合には、導通状態であるので、抵抗値は０（配線上の抵抗は考慮しない）である。一方、第１の電磁バルブ２７が、弁体２７７と弁座２３１との間に異物が噛みこんでいる状態や弁体２７７と弁座２３１とが凍結により固着している状態（正常な閉弁状態ではない）にある場合には、非導通状態となり、当該状態に応じた抵抗値Ａが測定される。
【００３９】
このように、弁体２７７と弁座２３１との間の抵抗値（導通の有無）は、第１の電磁バルブ２７の開閉状態や凍結状態によって変化するものであるため、この変化する抵抗値が抵抗値検出器４２４より制御ユニット４１に向けて入力されることによって、制御ユニット４１では、第１の電磁バルブ２７が凍結状態にあることや、凍結状態が解除されていることなどを検出することができる。
【００４０】
次に、図１に戻り、制御系４０について説明する。制御系４０は、燃料電池システム１の反応ガスのガス流路上に設けられた電磁バルブにそれぞれ対応する、上述した第１の機能回路４２及び第２の機能回路４３と、第１および第２の機能回路４２、４３に接続される制御ユニット４１とを備える。
【００４１】
制御ユニット４１は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示してはいないが、例えば、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算等を実行するＣＰＵ、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ、同じくＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭを備える。
【００４２】
また、第１および第２の機能回路４２、４３等からの出力信号を入力する入力処理回路、ＣＰＵでの演算結果に応じて、第１及び第２の電磁バルブ２７、３５に電圧が印加されるよう第１および第２の機能回路４２、４３へ制御信号を出力したり、第１及び第２の電磁バルブ２７、３５に開閉信号を出力する出力処理回路を備える。
【００４３】
このような構成によれば、例えば、第１の機能回路４２からの出力信号から第１の電磁バルブ２７の抵抗値が得られ、この抵抗値に応じて第１の電磁バルブ２７の作動状態つまり凍結状態が判定されるとともに、この判定結果に応じて、第１の電磁バルブ２７の開閉制御や第１の電磁バルブ２７への電圧印加が行われる結果、第１の電磁バルブ２７の凍結状態が解消され得る。
【００４４】
次に、制御ユニット４１による電磁バルブの凍結状態判定及び解凍に関する処理の流れについて、図４及び図５のフローチャートに沿って詳細に説明する。なお、これらフローチャートの処理は、燃料電池システムの排ガス流路に設けられ、該排ガス流路を開閉するための任意の開閉弁に対して行うことができるが、ここでは、図１に示す第１の電磁バルブ２７を制御対象とした場合について説明する。
【００４５】
制御ユニット４１（ＣＰＵ）は、燃料電池システム１の始動命令を検出すると（ＳＴＥＰ１０１のＹｅｓ）、制御ユニット４１に接続された外気温度を検出する所定の温度センサによって、当該時点における外気温度を測定する（ＳＴＥＰ１０２）。なお、本実施形態に係る燃料電池システム１が、自動車に搭載されている場合には、車両のイグニッションキーがＯＮされたことを検出した場合に、燃料電池システム１の始動命令を検出したものとする。
【００４６】
次に、制御ユニット４１は、作動状態の判定対象となる電磁バルブ（つまり、第１の電磁バルブ２７）に対して、バルブを開弁状態から閉弁状態に制御する制御信号（開閉信号）を出力することにより、当該バルブを閉弁状態にする（ＳＴＥＰ１０３）。なお、仕様上、燃料電池システム１の始動時のバルブの状態が、閉弁状態である場合には、かかる制御信号は省略することができる。
【００４７】
次に、制御ユニット４１は、第１の電磁バルブ２７の弁体２７７と弁座２３１との間の抵抗値を測定する（ＳＴＥＰ１０４）。抵抗値の測定は、例えば、第１の電磁バルブ２７の弁体２７７と、これを受ける弁座２３１との間に電源４２３から供給される電圧（測定用電圧）を所定時間、印加するための制御信号（測定指示信号）を、第１の機能回路４２に出力することによって行うことができる。なお、測定用電圧には、第１の機能回路４２に接続された機器の耐圧に応じた値であれば、仕様に応じた任意の値を設定することができる。
【００４８】
第１の機能回路４２から測定結果としての抵抗値が入力されると、制御ユニット４１は、当該抵抗値に基づいて第１の電磁バルブ２７の作動状態を判定する。作動状態の判定は、例えば、所定の閾値を予め設定しておき、入力された抵抗値が設定された閾値（設定閾値）以上であるか否かを判定することによって行うことができる（ＳＴＥＰ１０５）。
【００４９】
判定結果が肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値以上である場合には（ＳＴＥＰ１０５のＹｅｓ）、次に、ＳＴＥＰ１０２にて測定した外気温度が、予め設定された設定温度以下であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ１０６）。これは、凍結とは関連のない異物がはさまっていることによって抵抗値が設定閾値以上であると判定された場合などに、凍結状態として解凍処理が実行されることを回避するためである。設定温度には、排ガス中の水分が凍結して制御対象となる電磁バルブに影響を与えうる温度を予め設定しておく。
【００５０】
制御ユニット４１は、判定結果が肯定判定、つまり、外気温度が設定温度以下であると判定した場合には（ＳＴＥＰ１０６のＹｅｓ）、第１の電磁バルブ２７が凍結状態にあるとみなして、凍結状態の解除処理を開始する。
【００５１】
ここで、本実施形態に係る解凍処理は、電磁バルブの開閉により解凍を行う第１の解凍処理と、電磁バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第２の解凍処理と、を備え、これらを組み合わせて実行するように構成されている。第１の解凍処理と第２の解凍処理の組合せとしては、例えば、これらを順番に実行する場合や交互に実行する場合などが考えられるが、ここでは、前者を例に説明する。
【００５２】
まず、制御ユニット４１は、第１の電磁バルブ２７に対して、バルブの開閉動作を所定回数、繰り返すように制御信号（開閉信号）を出力する（ＳＴＥＰ１０７）。
【００５３】
第１の電磁バルブ２７は、制御ユニット４１より出力される制御信号が入力されると、これに基づいて開弁動作及び閉弁動作を実行する。バルブの凍結状態や解除作業時点の外気温度等によっては、当該バルブの開閉動作によって、弁体や弁座に付着した氷が剥離、粉砕される結果、凍結部位を解凍させることが可能である。
【００５４】
制御信号の出力後、制御ユニット４１は、凍結部位が解凍されたか否かを判定する。凍結部位の判定は、例えば、バルブの閉弁状態で弁体と弁座間の抵抗値を再び測定し（ＳＴＥＰ１０８）、この測定した抵抗値が、設定閾値よりも小さいか否かを判定することによって行うことができる（ＳＴＥＰ１０９）。
【００５５】
判定結果が、肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値よりも小さい場合には、凍結部位が解凍されたものとみなし、正常起動へ戻る（ＳＴＥＰ１１３）。これに対し、判定結果が否定判定、つまり、抵抗値が設定閾値以上である場合には、凍結部位が未だ解凍されていないものとして、解凍処理を続行する。
【００５６】
ここで、上述したように、本実施形態に係る解凍処理は、バルブの開閉により解凍を行う第１の解凍処理と、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第２の解凍処理と、を順番に実行する。よって、制御ユニット４１は、解凍処理の続行にあたって、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第２の解凍処理へ移行するか否かを判定する（ＳＴＥＰ１１１）。
【００５７】
第２の解凍処理へ移行するか否かの判定は、例えば、バルブの開閉回数、外気温度、ＳＴＥＰ１０８にて測定した抵抗値などを考慮した所定の条件によって判断することができる。ここでは、一例として、バルブの開閉回数が予め設定された所定回数（設定開閉回数）以上であるか否かにより判定するものとする（ＳＴＥＰ１１１）。
【００５８】
判定結果が、否定判定、つまり、バルブの開閉回数が設定開閉回数以上でない場合には、ＳＴＥＰ１０７に戻り、バルブの開閉作業による解凍処理を続行する（ＳＴＥＰ１１１のＮｏ）。一方、判定結果が、肯定判定、つまり、バルブの開閉回数が設定回数以上である場合には、バルブの開閉作業による解凍処理を中止して、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第２の解凍処理へ移行する（ＳＴＥＰ１１１のＹｅｓ）。
【００５９】
次に、図５を参照して、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第２の解凍処理の流れについて説明する。制御ユニット４１は、第１の機能回路４２に対して、第１の電磁バルブ２７の弁体２７７と弁座２３１間に、電源４２３から供給される高電圧（加熱用電圧）を所定時間印加するための制御信号（加熱指示信号）を出力する（ＳＴＥＰ１１４）。
【００６０】
なお、加熱用電圧には、第１の機能回路４２に接続された機器の耐圧に応じた値であって、弁体２７７と弁座２３１間でアーク放電が発生し得る値であれば、仕様に応じた任意の値を設定することができる。
【００６１】
加熱用電圧を印加すると、制御ユニット４１は、弁体２７７と弁座２３１間の抵抗値を再度測定し（ＳＴＥＰ１１５）、測定結果が設定閾値よりも小さいか否かを判定する（ＳＴＥＰ１１６）。
【００６２】
判定結果が、肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値よりも小さい場合には（ＳＴＥＰ１１６のYes）、凍結部位が解凍されたものとみなし、正常起動へ戻る（ＳＴＥＰ１１７）。これに対し、判定結果が否定判定、つまり、抵抗値が第２の閾値よりも大きい場合には（ＳＴＥＰ１１６のNo）、凍結部位が解凍されていないものとして、解凍処理を続行すべくＳＴＥＰ１１４へ戻る。
【００６３】
ＳＴＥＰ１１４乃至ＳＴＥＰ１１６によれば、制御ユニット４１は、抵抗値が設定閾値よりも小さくなるまで弁体及び弁座への高電圧印加を繰り返すので、バルブの凍結部位を確実に解凍させることが可能である。
【００６４】
以上によれば、排ガス流路を開閉するための電磁バルブに対して、弁座と弁体との間に直接電圧を印加して当該弁座と弁体間の抵抗値を測定することによりバルブの凍結状態を判定するとともに、凍結している場合には弁座と弁体間に直接電圧を印加して凍結を解消することとしたので、バルブの凍結状態を判定する手段がバルブの凍結部位を解凍する手段を兼用可能であり、その結果、燃料電池システムの設計および開発上有利な効果を得られる。
【００６５】
また、上記構成によれば、バルブの弁体と弁座、つまり凍結部位を直接加熱することで該凍結部位を解凍しているので、バルブの周囲の温度を上昇させることでバルブの凍結部位を解凍させる場合などに比べ、短時間で効率的に凍結部位の解凍を行うことが可能になる。
【００６６】
また、バルブの凍結状態を、弁座及び弁体間の抵抗値と外気温度の両方で判断しているので、凍結以外の原因による異物の噛みこみ等（流体中に存在する磨耗粉などが噛みこんだ場合）については解凍処理が行われないように制御することができる。
【００６７】
また、凍結状態であると判定した場合には、バルブの開閉による解凍とバルブの加熱による解凍を組み合わせて行っているので、凍結部位を効率的に解凍させてバルブひいては燃料電池システムの機能を回復させることが可能になる。例えば、凍結状態が軽い場合には、バルブの開閉作業のみによって凍結部位を解凍させることができる結果、加熱によるエネルギー消費を回避することができる。また、バルブの開閉作業のみによって凍結部位を解凍させることができない場合でも、加熱による解凍が行われるので、凍結部位を確実に解凍させて、バルブの機能を適切に発揮させることができる。
【００６８】
また、抵抗値が設定閾値よりも小さくなると、解凍処理を中止して正常起動へ戻るので、徒にバルブの開閉や加熱が繰り返されることもない。
【００６９】
（その他の実施形態）
以上、好適な実施の形態を用いて本考案を説明してきたが、本考案は上記の実施の形態に限定されるものではない。当業者は、ここに開示された内容に基づいて、本発明の範囲から外れることなしに適宜変更または改良を行うことが可能である。また、このような変更あるいは改良も本発明に含まれる。例えば、上記フローチャート中の各工程（符号が付与されていない部分的な工程を含む）は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。
【００７０】
（１）また、上記実施の形態では、電磁バルブが凍結状態にあると判定された場合に、バルブの開閉動作およびバルブの加熱を段階的に行う場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、凍結部位の解凍処理としては、バルブの開閉動作およびバルブの加熱のいずれか一方のみを実行する構成としてもよいし、他の解凍処理をこれらに付加する構成としてもよい。
【００７１】
また、測定した抵抗値や外気温度等の条件に応じて、実行すべき解凍処理を採用するか決定するように構成してもよい。例えば、抵抗値が高く外気温度も低いような場合には、バルブの開閉動作によっては凍結部位が解凍されにくいと考えられるため、バルブの開閉動作を行わずにバルブの加熱を行うようにしてもよい。また、抵抗値が低く外気温度は高いような場合には、バルブの開閉動作のみでも凍結部位が解凍されえると考えられるため、開閉動作の設定回数を通常の設定回数よりも増やしたり、凍結部位が解凍されるまでバルブの開閉動作を繰り返すように制御するよう構成してもよい。
【００７２】
（２）また、上記実施の形態では、燃料電池システム１の始動時に、バルブの作動状態の判定を行う場合について説明したが、当該判定は、始動開始時に限定されず、燃料電池の作動時に、特に低負荷時（対発電時）や間欠運転時のタイミングで任意に実行することができる。
【００７３】
（３）また、上記実施の形態では、燃料電池システム１の２次電池から電圧を供給する場合について説明したが、燃料電池１０が、電圧を供給可能な状態にある場合には、燃料電池１０から電圧を供給するように構成することもできる。
【００７４】
（４）また、上記実施の形態では、作動状態を判定する対象となる電磁バルブとして、水素オフガス排出流路１５に配設された第１の電磁バルブ３５と酸素オフガス排気流路３４に配設された第２の電磁バルブ２７とを説明したが、本発明は、水蒸気を含むガスを流通させる流路上に配設された他の電磁バルブについても同様に適用することが可能である。
（５）また、上記実施の形態では、弁体と弁座間に電圧を印加して抵抗値を測定することによりバルブの作動状態を判定する場合について説明したが、バルブを回転させて弁体と弁座間のトルクを測定することで、弁体と弁座間の作動状態を判定するように構成することもできる。例えば、弁体と弁座間に氷が噛みこんでいる場合には、この氷の存在によりバルブは回転しやすい。一方、バルブの回転によって摩擦熱が発生すると、氷が解凍する結果、解凍が進むと、バルブの回転は遅くなる。
【００７５】
具体的には、モータ等の所定の駆動手段によってバルブを回転させ、この場合のトルクをセンサなどで検出し、該検出したトルクと所定の閾値を比較することにより、バルブの凍結状態を判定する。トルクが閾値よりも小さい場合には、凍結状態とみなして、バルブの回転動作を続行させ、トルクが閾値以上となった場合には、解凍されたものとみなして、回転動作を終了させる。
【００７６】
この構成によれば、バルブの作動状態を直接確認することができるようになる。
（６）また、電磁弁には、リニアに開度が変更可能な電磁弁や、ステッパモータで開度が変更可能な電磁弁にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本実施の形態に係る燃料電池システムの主要部を示す構成図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムのガス流路上に配設された開閉弁の断面図である。
【図３】図１に示す第１の電磁バルブの作動状態と弁体及び弁座間の抵抗値変化との関係を示す図である。
【図４】図１に示す制御ユニット４１による処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図１に示す制御ユニット４１による処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
１  燃料電池システム
１０  燃料電池
２０  水素ガスの配管系
２１  水素ガス供給流路
２２  水素オフガス循環流路
２３  不純物排出流路
２４  水素供給源
２５  調圧弁
２６  水素ポンプ
２７  第１の電磁バルブ（開閉弁）
３０  酸素ガスの配管系
３１  加湿器
３２  酸素ガス供給流路
３３  酸素オフガス流路
３４  酸素オフガス排気流路
３５  第２の電磁バルブ（開閉弁）
３６  コンプレッサ
４０  制御系
４１  制御ユニット
４２  第１の機能回路
４３  第２の機能回路
４２１  第１の導線
４２２  第２の導線
４２３  電源
４２４  抵抗値検出器
【図１】
2005285686.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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