(57)【要約】 【課題】  排出用のドレイン弁内の摺道部分の凍結を防止し、且つ弁の取り付け高さを抑えることが可能な気液分離システムを提供する。【解決手段】  気液分離システムは、気体と液体を分離する気液分離器と、気液分離器に配設され、気液分離器が分離した液体を可動子の開閉によって外部に排出するトップフィード弁とを備えている。トップフィード弁は、稼動する方向と平行な方向から排出すべき液体が供給される弁であり、分離された液体の流路が重力方向に対して略垂直になるように気液分離器に配設されている。これにより、気液分離システム全体の高さを低く構成することができる。また、トップフィード弁が備える可動子と弁構成体とが摺動する面に複数の凹部が形成される。これにより、可動部が閉状態に移行するとき、凹部は、摺動部にある液体を排出する方向に押し出すことができる。よって、液体が溜まりやすい摺動部において、液体が残存してしまうことを防ぐことができ、摺動部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】
気体と液体を分離する気液分離器と、
前記気液分離器に配設され、前記気液分離器が分離した流体を可動子の開閉によって外部に排出するトップフィード弁と、を備える気液分離システムであって、
前記トップフィード弁は、前記分離された流体の流路が重力方向に対して略垂直になるように配設されていることを特徴とする気液分離システム。
【請求項２】
前記トップフィード弁は、前記可動子の周りに配設され、前記可動子と摺動する弁構成体を有し、
前記可動子及び前記弁構成体の少なくとも一方は、当該可動子と当該弁構成体の摺動部に、前記可動子が閉状態に移行していくときに前記摺動部に存在する流体を排出する方向に押し出す排出構造と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の気液分離システム。
【請求項３】
前記排出構造は、前記可動子及び前記弁構成体の少なくとも一方の前記摺動部に形成された凹部であることを特徴とする請求項２に記載の気液分離システム。
【請求項４】
前記流体の温度に関連するパラメータを検出するパラメータ検出手段と、
前記流体の排出に関わらず、前記可動子を稼働する可動子稼動手段と、を備え、
前記可動子稼動手段は、前記パラメータ検出手段が検出したパラメータに対応する温度が所定温度以下である場合に、前記可動子を稼働することを特徴とする請求項２又は３に記載の気液分離システム。
【請求項５】
前記可動子稼動手段は、前記可動子を稼働した時間が所定時間を超えた場合、前記可動子の稼働を停止することを特徴とする請求項４に記載の気液分離システム。
【請求項６】
前記分離された流体は、水であることを特徴とする請求項１及至５のいずれか一項に記載の気液分離システム。
【請求項７】
燃料電池システムに備えられていることを特徴とする請求項１及至６のいずれか一項に記載の気液分離システム。
【請求項８】
前記燃料電池システムの停止前、及び／又は停止後に、前記可動子を所定時間稼動することを特徴とする請求項７に記載の気液分離システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムなどに搭載される気液分離システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、気体と液体を分離する気液分離器が知られている。例えば、特許文献１には、サイドフィード弁を排出弁として用いた気液分離器が開示されている。サイドフィード弁とは、弁を構成する可動子の横、即ち可動子の稼働方向に垂直な方向から流体を供給するタイプの弁である。
【０００３】
ところで、自動車等に用いられている電磁弁では、外気温が氷点下であるときに電磁弁の摺動部付近が凍結してしまう場合がある。特許文献２には、このような電磁弁の凍結を防止する技術が開示されている。具体的には、車両のブレーキ装置に使用される電磁弁において、環境温度が所定温度以下のときに電子弁が作動するよりも小さい電流をソレノイドに流して加温し、電磁弁の凍結を防止するといった技術である。
【０００４】
上記のような電磁弁を用いた気液分離器は、車両用の燃料電池システムにも適用されている。車両用の燃料電池システムにおいては、気液分離器を車両の床下に搭載することが好ましいため、気液分離器の取り付け高さを低くしたいという要望がある。しかし、前述した特許文献１に記載されているトップフィード弁を気液分離器に採用し、この気液分離器を燃料電池車両に搭載した場合、取り付け高さが高くなってしまうといった問題があった。したがって、車両の客室の床が高くなり、運動性や商品性などから、そのような燃料電池システムを搭載可能な車両が限定されてしまっていた。これは、特許文献１に示されたサイドフィード弁では、流体の流れが弁の入口と出口で略直角に折れ曲がるため、気液分離器の取り付け高さが高くなってしまうからである。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−７５３９３号公報
【特許文献２】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】
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排出用の弁の摺動部の凍結を防止し、且つ弁の取り付け高さを抑えることが可能な気液分離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】
【０００７】
本発明の１つの観点では、気液分離システムは、気体と液体を分離する気液分離器と、前記気液分離器に配設され、前記気液分離器が分離した流体を可動子の開閉によって外部に排出するトップフィード弁と、を備え、前記トップフィード弁は、前記分離された流体の流路が重力方向に対して略垂直になるように配設されている。
【０００８】
上記の気液分離システムは、気体と液体を分離する気液分離器と、気液分離器に配設され、気液分離器が分離した流体（気体又は／及び液体）を可動子の開閉によって外部に排出するトップフィード弁とを備えている。トップフィード弁は、弁が稼動する方向と平行な方向から排出すべき流体が供給される弁である。更に、トップフィード弁は、分離された流体の流路が重力方向に対して略垂直になるように気液分離器に配設されている。これにより、気液分離システム全体の高さを低く構成することができる。
【０００９】
上記の気液分離システムの一態様では、前記トップフィード弁は、前記可動子の周りに配設され、前記可動子と摺動する弁構成体を有し、前記可動子及び前記弁構成体の少なくとも一方は、当該可動子と当該弁構成体の摺動部に、前記可動子が閉状態に移行していくときに前記摺動部に存在する流体を排出する方向に押し出す排出構造と、を備える。
【００１０】
この態様では、可動子と弁構成体との摺動部に、可動子が閉状態に移行していくときに前記摺動部に存在する流体を排出する方向に押し出す排出構造を設けることにより、流体が溜まりやすい可動子と弁構成体との摺動部に流体が残存してしまうことを防ぐことができる。したがって、残存した流体が凍結して気液分離システムが作動しなくなることを防止することができる。
【００１１】
上記の気液分離システムの好適な例では、前記排出手段は、前記可動子及び前記弁構成体の少なくとも一方の前記摺動部に形成された凹部とすることができる。これにより、可動部が閉状態に移行するとき、凹部は、摺動部にある流体を排出する方向に押し出すことができる。また、凹部は簡便に作成することができるため、気液分離システムの凍結対策を低コストにて実現することができる。
【００１２】
上記の気液分離システムの他の一態様は、前記流体の温度に関連するパラメータを検出するパラメータ検出手段と、前記流体の排出に関わらず、前記可動子を稼働する可動子稼動手段と、を備え、前記可動子稼動手段は、前記パラメータ検出手段が検出したパラメータに対応する温度が所定温度以下である場合に、前記可動子を稼働する。
【００１３】
この態様では、パラメータ検出手段は、外気温などの気液分離システムが分離した流体の温度に関連するパラメータを検出する。また、可動子稼動手段は、流体の排出に関わらず可動子を稼働することができる。所定温度とは、気液分離システムが分離した流体が凍結する温度などに相当する。即ち、可動子稼動手段は流体の排出に関わらず、流体が凍結してしまうような温度であった場合に可動子を稼動させる。これにより、気液分離システム内の凍結を確実に防止することができる。
【００１４】
上記の気液分離システムの他の一態様では、前記可動子稼動手段は、前記可動子を稼働した時間が所定時間を超えた場合、前記可動子の稼働を停止する。
【００１５】
この態様では、可動子を稼働した時間が所定時間を超えた場合には、可動子などの構成部分の損傷を防止し、バッテリーを無駄に消費させないために、可動子稼動手段は可動子の稼働を停止する。
【００１６】
上記の気液分離システムにおいて、好ましくは、前記分離された流体は、水である。この場合、上記の所定温度は例えば０℃とされ、可動子稼動手段は温度が氷点下である場合に可動子を稼働する。また、確実に凍結を防ぐために、所定温度を０℃よりやや高温に設定しておくことが好ましい。
【００１７】
更に、上記の気液分離システムは、好ましくは、燃料電池システムに備えられている。上記のように高さが低くなるように構成された気液分離システムを燃料電池システムに適用し、この気液分離システムを車両の床下などに搭載する場合、取り付け高さを低くすることができる。よって、車両の客室の床が高くなって運動性や商品性などから搭載可能な車両が限定されることはない。
【００１８】
また、上記の気液分離システムは、前記燃料電池システムの停止前、及び／又は停止後に、前記可動子を所定時間稼動すること好ましい。燃料電池システムの停止前、及び／又は停止後には、凍結が生じる可能性があるため、可動子を所定時間稼動する。これにより、燃料電池システムが備える気液分離システム内の凍結を確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２０】
［気液分離システムの構成］
図１は、本発明の１つの実施形態に係る気液分離システムを示す概略構成図である。
【００２１】
図１において気液分離システム１０は、主に、気液分離器１と、トップフィード弁７とを備える。気液分離システム１０は、気体と液体とを分離するシステムである。
【００２２】
気液分離器１は、入口１ａと、排出口１ｂ、１ｃとを有する。入口１ａには矢印２１で示すように気体と液体（気液）が流入し、気液分離器１内部には符号８で示すように液体などが貯蔵される。排出口１ｂにはトップフィード弁７が配設されている。なお、トップフィード弁７は、気液分離器１内の液体を外部へ排出するためのドレイン弁として機能する。よって、排出口１ｂからは、矢印２２で示すように液体（例えば、水など）が排出される。そして、排出口１ｃからは、矢印２３で示すように気体が排出される。
【００２３】
トップフィード弁７は、ソレノイドコイル２と、弁構成体３と、可動子４と、バネ５とを備える。弁構成体３は、気液分離器１の排出口１ｂに配設されている。弁構成体３は、中空となっており、この中空部分に可動子４を備える。
【００２４】
ソレノイドコイル２は、弁構成体３の外側面に配設されている。ソレノイドコイル２は通電されると、可動子４に電磁吸引力を作用させる。これにより、可動子４が矢印２６の方向へ稼動する。また、ソレノイドコイル２は通電されると熱を発する。ソレノイドコイル２は、弁構成体３と可動子４の摺動部の付近に配設されているため、摺動部が凍結した場合にソレノイドコイル２が発する熱にて凍結箇所を溶かすこともできる。なお、ソレノイドコイル２は、図示しないコントローラなどによって、電流が流される。この場合、コントローラがソレノイドコイル２に流す電流の大きさによって、可動子４の開度は調節される。
【００２５】
可動子４は、ソレノイドコイル２への通電により矢印２６及び２７に示す方向に稼動する。可動子４は端部にバネ５が接続されており、ソレノイドコイル２が通電されていないとき又は通電量（即ち、電流値）が小さいときは、バネ５の作用力により可動子４は弁構造体３の内壁に対して矢印２７の方向へ押し当てられて静止している。つまり、トップフィード弁７は閉状態であり、液体は排出されない。一方、ソレノイドコイル２の通電量が所定量以上になったとき、可動子４は矢印２６の方向へ稼動する。これにより、トップフィード弁７は開状態となり、矢印２４で示すように液体が排出流路６へ排出される。
【００２６】
以上のように、本実施形態では、液体の排出を制御する弁として、可動子４が稼動する方向に対して平行な方向から液体が供給されるトップフィード弁７を用いている。また、本実施形態では、トップフィード弁７は、排出する液体の流路が重力方向に対して略垂直になるように配設されている。したがって、弁による排出流路と弁座を同じ高さに構成することができるので、気液分離システム１０の全体の高さを低く構成することが可能になる。
【００２７】
次に、トップフィード弁７の詳細について、図２及び図３を用いて説明する。
【００２８】
図２は、トップフィード弁７の図１における下側の一部を拡大して示した断面図である。図２は、可動子４が矢印２６の方向に稼動し、トップフィード弁７が開いた状態を示している。この場合、液体は排出流路６へ排出される。具体的に、液体の流れていく方向について説明する。図２の破線の矢印に示すように、液体は可動子４と弁構成体３との摺動部（破線領域Ｃで示す部分）、及び、可動子４に存在する穴４ａを通じて、可動子４の周囲の空間７１へ流出する。
【００２９】
ソレノイドコイル２は摺動部Ｃの近傍に配置されているので、ソレノイドコイル２の発する熱により、摺動部Ｃの凍結を抑制する効果がある。
【００３０】
弁構成体３は、可動子４の底面４ｃと対向する座面３ｂの外周縁に、液体の排出方向（図中右方向）に向かって径が細くなるテーパー形状部３ａを備える。テーパー形状部３ａにより、破線矢印４０で示すように液体を円滑に出口方向に誘導することができる。即ち、液体が排出され易くなる。
【００３１】
図３は、図２の矢印Ｂ方向から可動子４を見た側面図である。図３に示すように、上記の穴４ａは可動子４の中心から外周に向かって複数形成されている。このように複数形成された穴４ａ内を液体は矢印４４で示すように流れていく。なお、可動子４の穴４ａの数や形態は、上記したものに限定はされない。
【００３２】
また、図１及び図２に示すように、可動子４は底面４ｃ上にリング形状のシール部材４ｂを有している。リング形状のシール部材４ｂの中心は可動子４ｂの中心軸と一致している。図３に示すように、シール部材４ｂは可動子４の底面４ｃ上に設けられている。シール部材４ｂ、及び、そのシール部材４ｂと接触する弁構成体３の座面３ｂは、可動子４と弁構成体３との接触部に生じる衝撃を吸収するとともに、可動子４と弁構成体３の座面３ｂとの密着性を確保するため、ゴムなどの弾性体で構成されることが好ましい。
【００３３】
また、シール部材４ｂは、弁構成体３の座面３ｂ側ではなく、図２に示すように可動子４側に設けることが好ましい。理由は以下の通りである。図２に示すように、摺動部Ｃ又は穴４ａを通過した液体は、破線の矢印４０及び４１に示すように弁構成体３の座面３ｂに沿って上昇し、排出流路６の方向へ進む。従って、弁構成体３の座面３ｂ上に、シール部材４ｂの如きシール部材を設けると、そのシール部材が矢印４０及び４１に示す液体の円滑な流れを妨げることになる。これに対し、図２のように、シール部材４ｂを可動子４の底面４ｃ側に設ければ、それが矢印４０及び４１に沿った液体の流れを妨げることはない。
【００３４】
また、弁構成体３は、摺動部Ｃで示す可動子４の摺動面４ｆ（弁構成体３と摺動する外側面）に複数の凹部４ｄが設けられている。凹部４ｂは排出構造として機能する。図４は、可動子４と弁構成体３との摺動部Ｃを拡大して示した図である。可動子４の摺動面には、複数の凹部４ｄが形成されている。複数の凹部４ｄは、可動子４の全周にわたって形成してもよいし、可動子４の摺動面４ｆの所定角分のみに形成してもよい。但し、少なくともトップフィード弁７が配設されたときに下側（重力方向）に所定の円弧に相当する長さ、即ち、摺動部Ｃにおいて液体が残留し得る範囲の一部に形成されることが必要である。
【００３５】
また、凹部４ｄは、その断面形状において、液体が排出される方向に存在する面が傾斜した形状を有している。具体的には、図４において、凹部４ｄを構成する２つの面４ｇ及び４ｈのうち、面４ｇは可動子４の半径方向（図４における下方）にほぼ平行であるのに対し、面４ｈは可動子４の半径方向に対して傾斜している。この形状により、可動子４が弁構成体３に対して相対的に矢印２７方向へ移動するときには、各凹部４ｄはその壁４ｇにより摺動部Ｃに存在する流体を保持し、矢印２７の方向、即ち排出流路６の方向へと移動させる。一方、可動子４が弁構成体３に対して相対的に矢印２６方向へ移動するときには、壁４ｈは傾斜しているため、凹部４ｄの移動により矢印２６方向へ移動する液体の量は少ない。
【００３６】
即ち、凹部４ｄは、可動子４が開状態に移行していくときに凹部４ｄが矢印２６の方向へ移動させる液体の量よりも、可動子４が閉状態に移行していくときに凹部４ｄが矢印２７の方向へ移動させる液体の量の方が多くなるような排出構造を有している。これにより、可動部４が矢印２７に示すように閉状態に移行するとき、凹部４ｂは摺動部にある液体を矢印２９に示すように排出流路６の方向に効率的に押し出すことができる。
【００３７】
このように、可動子４の外周に複数の凹部４ｄを形成することにより、トップフィード弁７を閉状態としたときに、可動子４と弁構成体３との摺動部Ｃに液体が残留することが防止できる。よって、気液分離システム１０が氷点下に置かれた場合でも、摺動部Ｃにおいて可動子４と弁構成体３が凍結して動かなくなることを防止することができる。なお、複数の凹部４ｄにより、摺動部Ｃに存在する液体は図２における空間７１に排出される。よって、空間７１内に多少の液体や水滴などが残留した状態で気液分離システム１０が氷点下に置かれた場合には、空間７１内で液体が凍結することは起こりうる。しかし、空間７１内において多少の液体が凍結しても、その量が可動子４の位置に達する水位以下であれば、可動子４の稼働を直接的に妨げるものではなく、摺動部Ｃが凍結することに比べて問題は少ない。よって、凹部４ｄを設けて摺動部Ｃにおける凍結を回避することは、氷点下における弁の凍結による動作不能を防止するために有効である。
【００３８】
なお、上記では凹部４ｂを可動子４のみに形成するものについて説明したが、本発明の適用はこれに限定はされない。例えば、複数の凹部を、可動子４側ではなく、弁構成体３の摺動部Ｃの内側面に形成してもよい。また、可動子４と弁構成体３の両方に凹部を形成してもよい。更に、凹部４ｂの形状及び数も上記したものに限定はされない。凹部４ｂは、可動部４が閉状態に移行するときに摺動部Ｃに存在する液体を排出方向へ押し出すことが可能な形状であればよい。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る気液分離システム１０は、トップフィード弁７を用い、その流路が横方向、即ち重力方向に対して略垂直方向となるように配設されているので、気液分離システム１０全体の高さを低くすることができる。これにより、気液分離システム１０を車両の床下などに搭載する場合、気液分離システム１０の取り付け高さを低くすることができる。更に、本実施形態に係る気液分離システム１０のトップフィード弁７は、液体が排出されやすい排出構造、即ち摺動部に液体が残存しないような形状を有している。これにより、トップフィード弁７内において残存した液体の凍結を防止することができる。
【００４０】
［実施例］
以下では、本発明の気液分離システム１０を適用した好適な実施例について説明する。
【００４１】
（燃料電池システムの構成）
図５は、本発明の気液分離システム１０を適用した燃料電池システム５０の概略構成図である。燃料電池システム５０は、燃料電池（燃料電池スタック）１１と、気液分離システム１０と、コントローラ１３と、供給流路３１、３２と、排出流路６、３３、３４、３５と、を備える。燃料電池システム５０は、燃料電池自動車（以下、単に「車両」と呼ぶ）などに搭載されるシステムである。
【００４２】
燃料電池１１は、電解質膜の両面に、ガスが拡散可能な多孔質層等の構造を有する電極を成膜した電池セルを、層間に導電性のセパレータを挟んで積層したもので、積層数に応じた出力電圧を取り出すことができる。図中には、説明の便宜のため電解質膜面にカソード極（空気極）１１ａと、アノード極（燃料極）１１ｂが形成された電池セルの構造のみを示している。カソード極１１ａには供給流路３１よりエア（空気）が供給される。また、アノード極１１ｂには供給流路３２より燃料（水素）が供給される。以上により、電力が生成される。
【００４３】
燃料電池１１は、車両駆動用のモータの給電源であり、３００Ｖ程度の直流の高電圧を発生する。燃料電池１１の発電電圧は、モータに指令トルク等に応じた電流を供給する図示しないインバータなどに出力される。また、燃料電池１１の発電電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータで降圧されて、車両に搭載される種々の補機や、これらへの給電用の二次電池であるバッテリーに出力される。
【００４４】
燃料電池１１にて電力生成のために用いられなかった水素や燃料電池１１内の不純物などは、排出流路３３、３４から排出される。排出流路３３は、カソード極１１ａから排出される空気などが流通する。排出流路３４は、アノード極１１ｂから排出される水素や水（水蒸気を含む）や不純物が流通する。排出流路３４は、前述した気液分離システム１０に接続される。よって、アノード極１１ｂから排出される水素や水や不純物は、気液分離システム１０にて処理される。
【００４５】
気液分離システム１０は、排出流路３４から流入した水素や水や不純物を気体と液体に分離する。即ち、気液分離システム１０は、水素と、水及び不純物とを分離する。これにより、排出流路３５からは水素３５が排出される。更に、排出流路６からは水及び不純物が排出される。この場合、気液分離システム１０は、水及び不純物を前述したトップフィード弁７を用いて排出する。トップフィード弁７は、弁構成体３と可動子４を備える。トップフィード弁７は、ソレノイドコイル２が通電されることにより開になる。ソレノイドコイル２への通電は、電流制御ドライバとしての機能を有するコントローラ１３からの制御信号Ｓ１により制御される。
【００４６】
トップフィード弁７は、前述したように流路が重力方向に対して垂直、即ち横方向となるように気液分離システム１０に配設されている。したがって、気液分離システム１０全体の高さを低く構成することができる。これにより、気液分離システム１０を車両の床下などに搭載する場合、気液分離システム１０の取り付け高さを低くすることができる。
【００４７】
コントローラ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。本実施例では、コントローラ１３は、外気温や燃料電池１１の温度などに基づいて、トップフィード弁７内のソレノイドコイル２へ流す電流（制御信号Ｓ１により示される）を調節することで、トップフィード弁７が良好に作動する（即ち、可動子４が稼動する）ように制御する。なお、コントローラ１３は、燃料電池１１からの気液の排出の有無に拘わらず可動子を稼働させることができる。よって、例えば気液の排出の有無に拘わらず、外気温や燃料電池１１内で検出される温度が液体の凍結を生じさせる温度である場合などに可動子４を稼働させ、トップフィード弁７の凍結などを防止することができる。以上のように、コントローラ１３は、可動子４を稼動させる可動子稼動手段として機能する。
【００４８】
（通電量の制御方法）
以下では、上記したコントローラ１３が行うソレノイドコイル２への通電制御について図６及び図７を用いて説明する。
【００４９】
図６は、燃料電池１１の起動時におけるソレノイドコイル２への通電制御を示すフローチャートである。
【００５０】
まず、ステップＳ１１では、コントローラ１３は、図示しない温度センサなどから外気温Ｔを取得し、外気温Ｔが所定温度Ｔ０以下であるか否かを判定する。なお、この処理はトップフィード弁７が凍結している可能性があるか否かを判定するものであり、所定温度Ｔ０は０℃未満の温度に設定される。即ち、ステップＳ１１では、外気温Ｔが水の凍結を生じる温度（氷点下）であるか否かを判定している。
【００５１】
外気温Ｔが所定温度Ｔ０より高かった場合は（ステップＳ１１；Ｎｏ）、処理はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、コントローラ１３は、通常起動モードで通電を行う。即ち、外気温Ｔが氷点下より高く水の凍結が生じていない可能性が高いため、コントローラ１３は通常量の電流をソレノイドコイル２に流す。なお、このソレノイドコイル２に流す電流値は、可動子４がバネ５の作用力を超えて稼動し始めるための電流値と、稼動後に可動子４を一定の位置にて静止状態に維持するための電流値を含むものとする。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１３に進む。
【００５２】
ステップＳ１３では、コントローラ１３は、可動子４が稼動（作動）したか否かを判定する。可動子４が稼動した場合は（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、ソレノイドコイル２と可動子４の摺動部には凍結が生じておらず、トップフィード弁７は正常に動作したので、処理は当該フローを抜ける。一方、可動子４が稼動しなかった場合は（ステップＳ１３；Ｎｏ）、ソレノイドコイル２と可動子４の摺動部に凍結が生じている可能性があるため、処理はステップＳ１４に進む。
【００５３】
外気温Ｔが所定温度Ｔ０以下であった場合（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）は、処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、コントローラ１３は、氷点下起動モードにおける電流値をソレノイドコイル２に流す。即ち、コントローラ１３は、微小時間（例えば、２msec）に限りソレノイドコイル２に流す電流値を通常起動モードにて流す電流値よりも大きくする。外気温Ｔが氷点下であるので、摺動部などにて可動子４と弁構成体３とが凍結している場合がある。したがって、ステップＳ１４では、可動子４が及ぼす力により摺動部などの凍結を引き剥がすために、ソレノイドコイル２に流す電流を大きくしている。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１５に進む。
【００５４】
ステップＳ１５では、コントローラ１３は、可動子４が作動したか否かを判定する。可動子４が作動した場合は（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、処理は当該フローを抜ける。この場合、可動子４の凍結が引き剥がされたか又は元々凍結していなかったことになり、いずれもしてもトップフィード弁７が正常に動作したので、処理を終了する。一方、可動子４が作動しなかった場合は（ステップＳ１５；Ｎｏ）、可動子４が未だ凍結している可能性があるため、処理はステップＳ１６に進む。
【００５５】
ステップＳ１６では、コントローラ１３は、ソレノイドコイル２の温度が上限温度以上であるか否かを判定する。ソレノイドコイル２の温度は、ソレノイドコイル２に流している電流に対応して変化し、ソレノイドコイル２への通電量が大きいほど温度は上昇する。即ち、コントローラ１３は、ソレノイドコイル２に流した電流値が許容範囲内か否かを判定している。ソレノイドコイル２に流す電流の上限値を設定しているのは、ソレノイドコイル２の損傷（焼き切れなど）を防ぐため、及び、燃料電池システム５０内のバッテリー等を無駄に消費させないためである。
【００５６】
ソレノイドコイル２の温度が上限温度以上である場合は（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１８に進む。この場合、トップフィード弁７は凍結している又は故障しているなどの理由により作動しないが、ソレノイドコイル２の損傷などを防止するためにそれ以上通電量を増加させることはできない。よって、ステップＳ１８では、ソレノイドコイル２等の損傷を防ぎ、燃料電池システム５０内のバッテリー等を無駄に消費させないために、ソレノイドコイル２への通電を終了し、トップフィード弁７の異常状態を示すフェール信号を発信する。以上の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。
【００５７】
一方、ソレノイドコイル２の温度が上限温度未満である場合は（ステップＳ１６；Ｎｏ）、処理はステップＳ１７に進む。ステップ１７では、コントローラ１３は、ソレノイドコイル２への通電を行った時間（以下、「通電時間」と呼ぶ）が所定時間（ＮＧ確定時間）を超えたか否かを判定する。この場合は、ソレノイドコイル２の温度が上限温度を超えているわけではないのでソレノイドコイル２の損傷の恐れはないが、所定のＮＧ確定時間にわたって通常より大電流を通電しても可動子４が稼動しないので、その理由は凍結よりはシステムの故障の可能性が高いと判断できる。例えば、トップフィード弁７の開閉構造の故障や、温度センサの不調などが考えられる。そこで、燃料電池システム内のバッテリーを無駄に消費させないために、ソレノイドコイル２への通電時間の上限値を設定している。即ち、ソレノイドコイル２への通電時間がＮＧ確定時間を超えた場合は（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１８に進み、コントローラ１３はソレノイドコイル２への通電を終了して、トップフィード弁の異常状態を示すフェール信号を発信する。そして、処理は当該フローを抜ける。
【００５８】
一方、ソレノイドコイル２への通電時間がＮＧ確定時間を超えていない場合は（ステップＳ１７；Ｎｏ）は、処理はステップＳ１４に戻る。即ち、可動子４が作動し始めるか（ステップＳ１５；Ｙｅｓ）、ソレノイドコイル２の温度が上限温度以上となるか（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、又は、通電がＮＧ確定時間を超える（ステップＳ１７；Ｙｅｓ）まで、氷点下起動モードでの通電を継続する。
【００５９】
以上のように、本実施例に係るソレノイドコイル２への起動時の通電制御では、外気温Ｔが氷点下にある場合には、ソレノイドコイル２に通常通電量よりも大きな電流を所定時間流すことにより、可動子４が凍結している場合でも、トップフィード弁７を開閉することを可能とする。この起動時の通電制御は、燃料電池システム５０の起動時に１回のみ行われるものであり、定常的に行われるわけではないので、大電流の通電は一時的に行われるだけである。よって、そのために耐久性のあるソレノイドコイル２へ変更する必要はなく、既存のソレノイドコイル２をそのまま用いることができる。また、ソレノイドコイル２に流す電流値及びソレノイドコイル２への通電時間に上限値を設けて制御を行っているので、大電流の通電によるソレノイドコイル２やトップフィード弁７の故障を防止し、且つバッテリーの無駄な消費も防ぐこともできる。
【００６０】
図７は、燃料電池１１の起動後におけるソレノイドコイル２への通常時の通電制御を示すフローチャートである。この制御は、燃料電池１１の起動後間もない時において、外気が低温で且つ燃料電池１１の温度も低温である場合に、トップフィード弁７内の再凍結を防止するために行われる。なお、「再凍結」とは、燃料電池１１の昇温前に、燃料電池１１内の低温の結露水が外気温が低温である場合に凍結することをいう。再凍結が生じることによりトップフィード弁７内で閉塞が生じて運転停止に至る場合があるので、以下の通電制御によりこれを防止する。
【００６１】
まず、ステップＳ２１では、コントローラ１３は、図示しない温度センサなどにより外気温Ｔを取得し、外気温Ｔが所定温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。所定温度Ｔ１は、例えば０℃である。即ち、コントローラ１３は、外気温Ｔが水が凍結する程度の低温であるか否かを判定している。
【００６２】
外気温Ｔが所定温度Ｔ１より高かった場合は（ステップＳ２１；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。この場合は、弁構成体３と可動子４が再凍結することがないためである。
【００６３】
一方、外気温Ｔが所定温度Ｔ１以下である場合は（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、コントローラ１３は、燃料電池１１の入口の水温Ｔ’を取得し、この水温Ｔ’が所定温度Ｔ２以下であるか否かを判定する。こうするのは、外気温Ｔが低温であるので、燃料電池１１の起動後間もないときは、燃料電池１１の入口の水温Ｔ’が低温（氷点下）である場合があるからである。また、所定温度Ｔ２には、０℃以上の温度を用いる。
【００６４】
上記の水温Ｔ’が所定温度Ｔ２より高かった場合は（ステップＳ２２；Ｎｏ）、処理は当該フローを抜ける。外気温Ｔは低温であるが、燃料電池１１の入口の水温Ｔ’は低温でないため、弁構成体３と可動子４が再凍結することがないためである。
【００６５】
一方、燃料電池１１の入口の水温Ｔ’が所定温度Ｔ２以下であった場合は（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、コントローラ１３は、保温通電モードにおける電流値をソレノイドコイル２に流す。この場合、コントローラ１３は、可動子４が稼動しない程度、即ちトップフィード弁７が開弁しない程度の電流値をソレノイドコイル２に流す。具体的には、コントローラ１３は、トップフィード弁７の上流圧とセット荷重の合計値に基づいてソレノイドコイル２の吸引力の上限値を算出し、その範囲に基づいて電流値を選択する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ２４に進む。
【００６６】
ステップＳ２４では、コントローラ１３は、ソレノイドコイル２の温度が設定温度以上であるか否かを判定する。この設定温度は、ソレノイドコイル２が凍結する心配が無い温度に設定される。
【００６７】
ソレノイドコイル２の温度が設定温度以上である場合は（ステップＳ２４；Ｙｅｓ）、可動子４と弁構成体３の再凍結は生じないので、処理は当該フローを抜ける。一方、ソレノイドコイル２の温度が設定温度未満である場合は（ステップＳ２４；Ｎｏ）、処理はステップＳ２３に戻り、保温通電モードでの通電を継続する。即ち、ソレノイドコイル２は未だ凍結の心配が無くなる温度まで温まっていないので、コントローラ１３は、ソレノイドコイル２に更に通電して、ソレノイドコイル２の温度を上昇させる。
【００６８】
以上のように、本実施例に係るソレノイドコイル２への通常時の通電制御では、燃料電池１１の起動後に、外気が低温で且つ燃料電池１１の水温も低温である場合において、トップフィード弁７内の可動子４と弁構成体３の再凍結を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る気液分離システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトップフィード弁を拡大して示した図である。
【図３】可動子の底面の拡大図である。
【図４】可動子と弁構成体との摺動部の近傍を拡大して示した図である。
【図５】本発明の実施例に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図６】燃料電池の起動時におけるソレノイドコイルへの通電制御を示すフローチャートである。
【図７】燃料電池の起動後におけるソレノイドコイルへの通電制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１  気液分離器
２  ソレノイドコイル
３  弁構成体
４  可動子
５  バネ
６  排出流路
７  トップフィード弁
１０  気液分離システム
１１  燃料電池
１３  コントローラ
５０  燃料電池システム
【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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