(57)【要約】【課題】燃料電池システムの部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことができる技術を提供する。【解決手段】燃料電池７の酸化剤ガス浄化装置１であって、酸化剤ガスを圧縮して送気する圧縮装置２と、圧縮装置２の下流側に配置され、自身を通過する酸化剤ガスを冷却する冷却装置４と、冷却装置４の下流側に配置され、所定の吸着温度で冷却装置４から送気される酸化剤ガスに含まれている不純物を吸着し、吸着温度より高い所定の加熱再生温度で吸着した不純物を脱離させる吸着剤５ａを収容した吸着器５ｂとを備え、圧縮装置２から送気される吸着温度以上の酸化剤ガスに対する冷却装置４の動作を制御することで吸着剤５ａを加熱再生することとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池への酸化剤ガスの供給経路上に配置され、酸化剤ガスを圧縮して送気する圧縮装置と、
前記供給経路において前記圧縮装置の下流側に配置され、自身を通過する酸化剤ガスを冷却する冷却装置と、
前記供給経路において前記冷却装置の下流側に配置され、所定の吸着温度で前記冷却装置から送気される酸化剤ガスに含まれている不純物を吸着し、前記吸着温度より高い所定の加熱再生温度で吸着した前記不純物を脱離させる吸着剤を収容した吸着器と、
前記燃料電池の運転時には前記吸着剤を前記吸着温度にする吸着運転が行われ、前記吸着剤の加熱再生時には前記吸着剤を前記加熱再生温度にする加熱再生運転が行われるように、前記圧縮装置から送気される前記吸着温度以上の酸化剤ガスに対する前記冷却装置の動作を制御する制御手段とを備える、
燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項２】
前記圧縮装置は、前記吸着運転時及び前記加熱再生運転時の双方において、前記吸着温度より高い温度の酸化剤ガスを送気し、
前記冷却装置は、前記制御手段による制御に従って、前記加熱再生運転時において、前記吸着運転時より少ない冷却量で酸化剤ガスを冷却する、
請求項１に記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、前記燃料電池の冷却用の冷却水が流れる流路を含み、この流路を流れる冷却水と前記冷却装置を通過する酸化剤ガスとの間の熱交換を通じて酸化剤ガスを冷却し、
前記制御手段は、前記加熱再生運転時において、前記流路を流れる冷却水の流量が前記吸着運転時よりも少なくなるように前記冷却水の流量を制御する、
請求項１又は２に記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記吸着運転時よりも前記加熱再生運転時における吐出圧力が高くなるように、前記圧縮装置の吐出圧力を制御する、
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記冷却装置に、前記加熱再生運転を終了した後に前記吸着剤を再び吸着温度にする冷却再生運転を行わせる、
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項６】
前記供給経路の、前記吸着器と前記燃料電池とを繋ぐ部分に連結された分岐経路と、
前記吸着器から送気される酸化剤ガスを前記燃料電池側と前記分岐経路側との一方に案内する案内機構とを更に備え、
前記制御手段は、前記吸着運転時には前記吸着器からの酸化剤ガスが前記燃料電池側に案内され、前記加熱再生運転時には前記吸着器からの酸化剤ガスが前記分岐経路側へ案内されるように、前記案内機構の動作を制御する、
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項７】
前記分岐経路内に配置され、前記案内機構により酸化剤ガスが前記分岐経路に案内されている場合において、前記吸着器内を所定の圧力に維持する圧力維持機構を更に備える、
請求項６に記載の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【請求項８】
燃料電池への酸化剤ガスの供給経路上に配置され、酸化剤ガスを所定の加熱再生温度にまで昇圧する圧縮装置と、
前記圧縮装置の下流側に配置され、吸着した不純物を前記加熱再生温度で脱離させる吸着剤を収容した吸着器とを備える、
燃料電池の酸化剤ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応によって発電する燃料電池の酸化剤ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させて発電を行う。一般的に、燃料ガスとして水素が使用され、酸化剤ガスとして空気が使用される。燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学反応させる触媒には、一般的に白金等の貴金属が使われる。
【０００３】
酸化剤ガスとして用いる空気には、硫黄化合物や窒素酸化物等のガス成分（不純物）が含まれることがある。白金等の貴金属を用いた触媒は、不純物に接触すると活性が低下する。従って、酸化剤ガスとして用いる空気の不純物を除去しないまま燃料電池に送気すると触媒の活性が低下し、電気化学反応が弱くなって発電電圧が低下する。このため、燃料電池システムには空気中の不純物を除去する吸着剤（ケミカルフィルタ）が備えられる。一般的に、吸着剤として炭素系の活性炭素繊維等が用いられる。吸着剤は、硫黄化合物や窒素酸化物等のガス成分を吸着する性質を有する。また、吸着剤は、或る温度以上に加熱されると吸着していたガス成分を脱離する性質を有する。よって、飽和吸着量に達する前に吸着剤を加熱してやることで、吸着能力を長期間維持することが可能となる。
【０００４】
従来、燃料電池システムの分野においては、吸着剤を加熱再生するための電気ヒータを備えるものが既に提案されている（例えば、特許文献１、及び２）。
【特許文献１】特開２００５−１２９４９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２７４２９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、燃料電池が車両に搭載される場合、搭載スペースは限られている。このため、燃料電池システムを構成する部品点数は少ない方が望ましい。
【０００６】
本発明は、上記した問題に鑑み、燃料電池システムの部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、圧縮装置から吸着器へ送気される酸化剤ガスを冷却する冷却装置の動作を制御することで吸着器内の吸着剤を加熱再生することとした。これによれば、冷却装置の動作を制御することで吸着剤を所定の加熱再生温度に昇温できるので、部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことが可能となる。
【０００８】
詳細には、燃料電池の酸化剤ガス浄化装置であって、燃料電池への酸化剤ガスの供給経路上に配置され、酸化剤ガスを圧縮して送気する圧縮装置と、供給経路において圧縮装置の下流側に配置され、自身を通過する酸化剤ガスを冷却する冷却装置と、供給経路において冷却装置の下流側に配置され、所定の吸着温度で冷却装置から送気される酸化剤ガスに含まれている不純物を吸着し、吸着温度より高い所定の加熱再生温度で吸着した不純物を脱離させる吸着剤を収容した吸着器と、燃料電池の運転時には吸着剤を吸着温度にする吸着運転が行われ、吸着剤の加熱再生時には吸着剤を加熱再生温度にする加熱再生運転が行われるように、圧縮装置から送気される吸着温度以上の酸化剤ガスに対する冷却装置の動作を制御する制御手段とを備える。
【０００９】
上述の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置においては、燃料電池に酸化剤ガスを供給する経路上に圧縮装置が設けられている。圧縮装置の下流側には酸化剤ガスを冷却する冷却装置と、冷却装置の下流側には酸化剤ガス中の不純物を脱着する吸着剤を収容した吸着器とが設けられ、制御手段が冷却装置の動作を制御するように構成されている。従って、制御手段は吸着器に送気される酸化剤ガスを任意の温度に制御することが可能である。その結果、吸着剤の温度を任意の温度に調整することが可能となる。
【００１０】
吸着剤は所定の吸着温度になると不純物を吸着する。また、吸着剤は所定の加熱再生温度になると不純物を脱離する。従って、吸着剤が所定の飽和吸着量を超えて吸着能力を失うに至ったとしても、吸着剤を所定の加熱再生温度に加熱してやることで吸着能力を回復させることが可能である。ここで、吸着温度は吸着剤の温度であり、吸着剤が不純物を吸着する温度である。また、加熱再生温度は吸着剤の温度であり、吸着剤が不純物を脱離する温度である。
【００１１】
上述の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置は、燃料電池の運転時、吸着剤が所定の吸着温度になるように冷却装置の動作を制御する吸着運転を行う。その結果、酸化剤ガス中の不純物が吸着剤によって吸着され、不純物が除去された酸化剤ガスが燃料電池に送気される。また、燃料電池の酸化剤ガス浄化装置は、燃料電池の停止時、吸着剤が所定の加熱再生温度になるように冷却装置の動作を制御する加熱再生運転を行う。その結果、吸着剤に吸着されていた不純物が脱離され、吸着剤の吸着能力が回復される。ここで、吸着運転は吸着剤の一通気状態を示すものであり、例えば燃料電池に送気する酸化剤ガスの不純物を除去し、不純物が除去された酸化剤ガスを燃料電池に送気する運転状態である。加熱再生運転も同様、吸着剤の一通気状態を示すものであり、例えば吸着器に吸着された不純物を脱離して排出する運転状態である。
【００１２】
以上により、本発明に係る燃料電池の酸化剤ガス浄化装置によって、燃料電池システムの部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことが可能となる。
【００１３】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記圧縮装置は、前記吸着運転時及び前記加熱再生運転時の双方において、前記吸着温度より高い温度の酸化剤ガスを送気し、前記冷却装置は、前記制御手段による制御に従って、前記加熱再生運転時において、前記吸着運転時より少ない冷却量で酸化剤ガスを冷却するようにしてもよい。
【００１４】
即ち、圧縮装置から下流側に送気される酸化剤ガスの温度を少なくとも吸着温度より高くなるようにし、冷却装置を制御手段が制御することで酸化剤ガスの冷却量を吸着運転時よりも加熱再生運転時の方が少なくなるようにするものである。これにより、吸着剤が不純物の脱離に適した加熱再生温度になる。例えば、酸化剤ガスを加熱再生温度にまで昇圧することが可能な圧縮装置にする。これにより、加熱再生温度に達した酸化剤ガスが圧縮装置の下流側に送気されることとなるので、冷却装置の冷却量を少なくすれば吸着剤を加熱再生温度にすることが可能となる。
【００１５】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記冷却装置は、前記燃料電池の冷却用の冷却水が流れる流路を含み、この流路を流れる冷却水と前記冷却装置を通過する酸化剤ガスとの間の熱交換を通じて酸化剤ガスを冷却し、前記制御手段は、前記加熱再生運転時において、前記流路を流れる冷却水の流量が前記吸着運転時よりも少なくなるように前記冷却水の流量を制御するようにしてもよい。
【００１６】
即ち、冷却装置を通過する酸化剤ガスは冷却装置の冷却水との熱交換によって冷却されるようにし、冷却水の流量を制御することで冷却量を調整しようとするものである。これにより、圧縮装置から送気される酸化剤ガスは、冷却水との熱交換により冷却された後、
吸着器に送られることとなる。従って、冷却水の流量を制御手段によって制御することで、吸着剤の温度を不純物の吸着に適した吸着温度に制御したり不純物の脱離に適した加熱再生温度に制御したりすることが可能となる。
【００１７】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記制御手段は、前記吸着運転時よりも前記加熱再生運転時における吐出圧力が高くなるように、前記圧縮装置の吐出圧力を制御するようにしてもよい。
【００１８】
即ち、圧縮装置の昇圧能力を可変形にすることで、酸化剤ガスの温度を圧縮装置の吐出圧力で調整しようとするものである。これにより、圧縮装置の吐出圧力によって任意の温度に調整された酸化剤ガスが圧縮装置の下流側に送気されることとなる。従って、圧縮装置を制御手段で制御することにより、吸着剤の温度を不純物の吸着に適した吸着温度に制御したり不純物の脱離に適した加熱再生温度に制御したりすることが可能となる。
【００１９】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記制御手段は、前記冷却装置に、前記加熱再生運転を終了した後に前記吸着剤を再び吸着温度にする冷却再生運転を行わせるようにしてもよい。
【００２０】
即ち、加熱再生運転によって吸着器内に滞留した高温の酸化剤ガスを排出し、吸着剤を吸着温度にするものである。加熱再生運転終了後に制御手段によって冷却装置を制御して冷却量を上げることにより、吸着剤を吸着温度にまで冷却する。これにより、吸着運転に移行する前に吸着剤が吸着温度にされることとなるので、吸着運転に移行した際、酸化剤ガス中の不純物がより確実に吸着剤によって吸着される。ここで、冷却再生運転は吸着器の一通気状態を示すものであり、例えば吸着剤の残留熱を除去する運転状態である。
【００２１】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記供給経路の、前記吸着器と前記燃料電池とを繋ぐ部分に連結された分岐経路と、前記吸着器から送気される酸化剤ガスを前記燃料電池側と前記分岐経路側との一方に案内する案内機構とを更に備え、前記制御手段は、前記吸着運転時には前記吸着器からの酸化剤ガスが前記燃料電池側に案内され、前記加熱再生運転時には前記吸着器からの酸化剤ガスが前記分岐経路側へ案内されるように、前記案内機構の動作を制御するようにしてもよい。
【００２２】
即ち、加熱によって吸着器から脱離した不純物、及び加熱再生運転によって吸着器内に滞留した高温の酸化剤ガスが燃料電池に流入しないように案内機構を制御手段が制御するものである。制御手段は、吸着運転時に分岐経路側の経路を遮断し、加熱再生運転時に燃料電池側の経路を遮断するように制御する。これにより、不純物が除去された酸化剤ガスは燃料電池に送気され、吸着剤から脱離した不純物は系外に排出される。
【００２３】
ここで、上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置において、前記分岐経路内に配置され、前記案内機構により酸化剤ガスが前記分岐経路に案内されている場合において、前記吸着器内を所定の圧力に維持する圧力維持機構を更に備えるようにしてもよい。
【００２４】
即ち、圧縮装置によって昇圧された酸化剤ガスの圧力が吸着器まで維持されるようにすることで、吸着器内の酸化剤ガスの温度を吸着温度より高い温度に維持するものである。例えば、分岐経路の途中にオリフィスを備え、加熱再生運転時の吸着器内の酸化剤ガスが加熱再生温度になるようにする。これにより、圧縮装置の昇圧によって加熱再生温度になった酸化剤ガスが、吸着器に収容された吸着剤を加熱再生温度にし、加熱再生運転をより確実に行うことが可能となる。ここで、所定の圧力は吸着器内の圧力であり、例えば圧縮装置の吐出圧力と略同じ圧力である。
【００２５】
また、本発明は、酸化剤ガスの昇圧による加熱という面からも捉えられる。例えば、上記の課題を解決するため、燃料電池の酸化剤ガス浄化装置であって、燃料電池への酸化剤ガスの供給経路上に配置され、酸化剤ガスを所定の加熱再生温度にまで昇圧する圧縮装置と、圧縮装置の下流側に配置され、吸着した不純物を加熱再生温度で脱離させる吸着剤を収容した吸着器とを備えることとした。
【００２６】
上記の燃料電池の酸化剤ガス浄化装置においては、吸着器に酸化剤ガスを送気する圧縮装置を、酸化剤ガスを圧縮することで酸化剤ガスの温度を加熱再生温度にする昇圧能力を有するものにしている。従って、この圧縮装置によって昇圧された酸化剤ガスを吸着器に送気し、吸着器に収容された吸着剤を加熱再生温度にすることが可能となる。これにより、部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
燃料電池システムの部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されない。
【００２９】
図１は、本発明に係る燃料電池の酸化剤ガス浄化装置１の概略構成を表す図である。図１に示す酸化剤ガス浄化装置１を備える燃料電池システムは、不純物が比較的多く含まれる大気中を走行する車両に搭載すると、本実施形態に係る構成が有効なものとして適用され得る。なお、本発明に係る酸化剤ガス浄化装置１は、例えば、車両に搭載される固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）に適用することが可能である。図１に示すＦＣスタック７（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：本発明でいう燃料電池に相当）はＰＥＦＣであり、空気中の酸素を水素と電気化学反応させて電気エネルギを得る。
【００３０】
図１において、ＦＣスタック７に空気（本発明でいう酸化剤ガスに相当）を送気するエアコンプレッサ２（本発明でいう圧縮装置に相当）の空気吸込口には、大気中の空気に含まれる粉塵等を除去するエアクリーナ３が設けられている。エアコンプレッサ２からＦＣスタック７に空気を送る配管（本発明でいう供給経路に相当）の途中には、インタークーラ４（本発明でいう冷却装置の一構成要素に相当）、ケミカルフィルタ５ａ（本発明でいう吸着剤に相当）を収容した吸着器５ｂ、及び加湿器６が順に設けられている。また、インタークーラ４には、ＦＣスタック７の冷却用の冷却水が供給されるように構成されている。このインタークーラ４は熱交換器であり、冷却水が流れる管（図示せず：流路に相当）を含んでおり、胴側に空気が通気され、管側に冷却水が通水されることで熱交換が行われるように構成されている。この冷却水は、ウォータポンプ８の作動により、ウォータポンプ８から冷却水流量調節弁９を経由してインタークーラ４に送られるように構成されている。また、インタークーラ４で熱交換された冷却水はラジエータ１０で空冷されたのち、再びウォータポンプ８に送られるように構成されている。すなわち、冷却水系統（本発明でいう冷却装置に相当）は閉ループの循環水路状に構成されている。
【００３１】
前記ケミカルフィルタ５ａは、ＦＣスタック７に送気する空気中の不純物を除去する吸着剤である。ケミカルフィルタ５ａとして、例えば炭素系吸着剤からなるフィルタを適用できる。炭素系吸着剤は、具体的には活性炭である。活性炭は吸着温度になると、自身と接触する空気中の硫黄化合物や窒素酸化物等の燃料電池の触媒活性を低下させる不純物を吸着する性質を有する。吸着温度は、空気中の不純物がケミカルフィルタ５ａに吸着される温度である。吸着温度は吸着剤の種類にもよるが、例えば、１００℃未満である。図１に示す例では、加湿器６の保護の観点、燃料電池の運転温度（例えば、燃料電池がＰＥＦ
Ｃであれば約８０℃）を考慮し、例えば−２０〜＋７０℃が適用される。また、活性炭は加熱再生温度になると、吸着した不純物を脱離する性質を有する。ここで、加熱再生温度は、ケミカルフィルタ５ａに吸着されている不純物が脱離する温度であり、吸着温度よりも高い。例えば、吸着温度が１００℃未満であれば、加熱再生温度は１００℃以上となる。図１に示す例では、吸着温度−２０〜＋７０℃に対して、加熱再生温度１１０〜１８０℃が適用される。
【００３２】
前記エアコンプレッサ２は、酸化剤ガス浄化装置１の運転中、圧縮空気を常時送気することができる。吐出圧力は、この例では常時一定とされており、常温の空気を加熱再生温度にまで昇圧し、圧縮した圧縮空気をインタークーラ４に送気する。
【００３３】
前記インタークーラ４と前記ケミカルフィルタ５ａとの間を繋ぐ配管１４には、この配管１４内の温度を計測してＥＣＵ１１（電子制御装置：本発明でいう制御手段に相当）に伝達するための温度センサ１２が設けられている。配管１４内の温度は、エアコンプレッサ２から空気が送気されている状態であれば、ケミカルフィルタ５ａと略同じ温度になるように構成されている。従って、配管１４内の温度が吸着温度であれば、ケミカルフィルタ５ａを通過する空気中の不純物はケミカルフィルタ５ａに吸着される。これに対し、配管１４内の温度が加熱再生温度であればケミカルフィルタ５ａに吸着されている不純物が脱離される。温度センサ１２の検知信号（配管１４内の温度）は、ＥＣＵ１１に入力される。ＥＣＵ１１は、温度センサ１２の検知信号に基づき、配管１４内の温度が運転状態に応じて予め設定した温度（例えば、上述した吸着温度（−２０〜＋７０℃）、加熱再生温度（１１０〜１８０℃）となるように、インタークーラ４による空気の冷却量を、冷却水流量調節弁９の開度調整を通じて制御する。
【００３４】
前記ケミカルフィルタ５ａと前記加湿器６とを繋ぐ配管１５には、案内機構としての三方弁１３によって分岐される配管１７（本発明でいう分岐経路に相当）が接続されている。三方弁１３は、ケミカルフィルタ５ａの下流側の配管１５に送気された空気の送り先をＦＣスタック７に繋がる配管１６側（燃料電池側）と配管１７側（分岐経路側）との間で切り替える（燃料電池側と分岐経路側との一方に案内する）。吸着運転時には、ケミカルフィルタ５ａの下流側の配管１５を燃料電池側に繋ぐとともに、分岐経路側を閉塞し、当該側への空気の流れを遮断する。また、加熱再生運転時、及び冷却再生運転時には、ケミカルフィルタ５ａの下流側の配管１５を大気開放されている分岐経路側に繋ぐとともに、燃料電池側を閉塞し、当該側への空気の流れを遮断する。なお、吸着運転とは、ケミカルフィルタ５ａに不純物を吸着させる状態であり、例えば冷却水流量調節弁９を制御してインタークーラ４の冷却量を調整し、エアコンプレッサ２からケミカルフィルタ５ａに送気される空気を吸着温度にするとともに、三方弁１３を燃料電池側に切り替える状態である。また、加熱再生運転とは、ケミカルフィルタ５ａに吸着された不純物を脱離させる状態であり、例えば冷却水流量調節弁９を制御してインタークーラ４の冷却量を調整し、エアコンプレッサ２からケミカルフィルタ５ａに送気される空気を加熱再生温度にするとともに、三方弁１３を分岐経路側に切り替える状態である。更に、冷却再生運転とは、ケミカルフィルタ５ａの残留熱を除去させる状態であり、例えば冷却水流量調節弁９を制御してインタークーラ４の冷却量を調整し、エアコンプレッサ２からケミカルフィルタ５ａに送気される空気を吸着温度にするとともに、三方弁１３を分岐経路側に切り替えた状態である。
【００３５】
また、配管１７の途中には、加熱再生運転時にエアコンプレッサ２からケミカルフィルタ５ａまでの配管１４の圧力を維持するための圧力維持機構としてのオリフィス１８が設けられている。このオリフィス１８は、エアコンプレッサ２によって加熱再生温度になった空気の圧力をケミカルフィルタ５ａまで維持し、かつケミカルフィルタ５ａから脱離した不純物が排出される程度の流路を有する。これにより、エアコンプレッサ２によって昇
圧された空気の圧力がケミカルフィルタ５ａまで維持される。換言すれば、エアコンプレッサ２によって加熱再生温度になった空気の温度が、ケミカルフィルタ５ａに到達するまで維持される。
【００３６】
ウォータポンプ８、冷却水流量調節弁９、インタークーラ４、及びラジエータ１０から構成される冷却水系統は、ＥＣＵ１１によるウォータポンプ８の動作制御を通じて、酸化剤ガス浄化装置１の動作中、インタークーラ４に冷却水を供給することができる。インタークーラ４は、冷却水流量調節弁９の開度を増すと冷却水の流量が増し、冷却量が上昇する。また、冷却水流量調節弁９の開度を減ずると冷却水の流量が減少し、冷却量が低下する。このように、冷却水流量調節弁９の開度を調整することで、ケミカルフィルタ５ａに送気される空気の温度を制御することが可能となる。なお、ラジエータ１０は、冷却水を空気で冷却する。
【００３７】
ＥＣＵ１１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置），メモリ，入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）等から構成されている。ＥＣＵ１１には、温度センサ１２やその他の図示しないセンサからの電気信号（センサ検知出力）が入力される。ＥＣＵ１１は、センサ検知出力に応じて、冷却水流量調節弁９や三方弁１３、エアコンプレッサ２、及びウォータポンプ８に対して制御信号を与えることにより、これらの動作を制御することができる。ＥＣＵ１１は、燃料電池システムの運転状態に応じて酸化剤ガス浄化装置を吸着運転、加熱再生運転、及び冷却再生運転の状態になるように制御する。
【００３８】
以下、上記のように構成された酸化剤ガス浄化装置１における運転制御について詳細に説明する。以下に説明する各種制御は、前記ＥＣＵ１１において、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによって実現される。図２は、酸化剤ガス浄化装置１の運転制御を示すフローチャートである。
【００３９】
ＥＣＵ１１は、燃料電池システムが起動される（燃料電池の運転が開始される）とＦＣスタック７に空気を供給するため、酸化剤ガス浄化装置１を以下のようにして起動する。まず、ＥＣＵ１１は、三方弁１３を分岐経路側に切り替える（Ｓ１０１）。これにより、燃料電池側が遮断される。次に、ＥＣＵ１１はウォータポンプ８を起動する（Ｓ１０２）。これにより、インタークーラ４内の管側に冷却水が通水される。次に、ＥＣＵ１１はエアコンプレッサ２を起動する（Ｓ１０３）。これにより、エアコンプレッサ２から、例えば加熱再生温度になるまで圧縮された空気が送気され、インタークーラ４内の胴側を経由し、ケミカルフィルタ５ａに送気される。圧縮された空気は、インタークーラ４内の胴側を通過する際、管側を流れる冷却水と熱交換することで冷却される。次に、ＥＣＵ１１は、温度センサ１２によって計測される温度が所定の吸着温度である−２０〜＋７０℃となるように、冷却水流量調節弁９の弁開度を制御する（Ｓ１０４）。これにより、三方弁１３を燃料電池側に切り替えればＦＣスタック７に浄化された空気を送気可能な状態となる。最後に、ＥＣＵ１１は、三方弁１３を燃料電池側に切り替える（Ｓ１０５）。これにより、酸化剤ガス浄化装置１は吸着運転状態となり、ＦＣスタック７に不純物が除去した空気の供給を開始する（Ｓ１０６）。
【００４０】
ＥＣＵ１１は、燃料電池システムが搭載されている車両が停止したり、一定の発電量に達したりした段階（図示しない速度計や電力計の出力からＥＣＵ１１は認識できる）の様な所定のタイミングで、ＦＣスタック７への空気の供給を停止して吸着剤の加熱再生をすべく（Ｓ１０７）、三方弁１３を大気開放されている分岐経路側に切り替える（Ｓ１０８）。次に、ＥＣＵ１１は、温度センサ１２によって計測される温度が所定の加熱再生温度である１１０〜１８０℃となるように、冷却水流量調節弁９の弁開度を制御する（Ｓ１０９）。即ち、弁開度が吸着運転時よりも小さく、又は完全に閉められた状態となる。これによって、インタークーラ４の冷却能力が低下し、インタークーラ４からは、加熱再生温
度の酸化剤ガスが送気される状態となる。これにより、酸化剤ガス浄化装置１は加熱再生運転状態となる。加熱再生運転状態においてはケミカルフィルタ５ａが加熱され、吸着剤に吸着された不純物が脱離される。ケミカルフィルタ５ａは不純物を脱離することで、吸着能力を回復する。また、脱離した不純物は配管１７を経由して大気に排出される。
【００４１】
ＥＣＵ１１は、上述の加熱再生運転状態に移行してから所定時間が経過したら、温度センサ１２によって計測される温度が再び吸着温度である−２０〜＋７０℃となるように、冷却水流量調節弁９の弁開度を制御する（Ｓ１１０）。これにより、酸化剤ガス浄化装置１は冷却再生運転状態となる。冷却再生運転状態においてはケミカルフィルタ５ａが冷却される。なお、ここで所定時間とはＥＣＵ１１によって予めプログラミングされた時間であり、例えば本実施形態では数分程度にセットされている。しかし、本発明はこれに限られるものでなく、ケミカルフィルタ５ａに吸着された不純物が十分に加熱され、吸着されていた不純物の大半が脱離するのに必要な時間さえあればよい。この所定時間は、エアコンプレッサ２の圧縮能力や送気量、ケミカルフィルタ５ａの表面積等により決定される。
【００４２】
ＥＣＵ１１は、上述の冷却再生運転状態に移行してから所定時間が経過した後、三方弁１３を燃料電池側に切り替える（Ｓ１１１）。これにより、酸化剤ガス浄化装置１は再び吸着運転状態となり、ＦＣスタック７に浄化された空気が再び供給される。更に、ＥＣＵ１１は、燃料電池システムが搭載されている車両の運転状態を確認し、ＦＣスタック７に空気の供給を継続するか否かを判定する（Ｓ１１２）。空気の供給を継続する場合は、冷却水流量調節弁９の制御を続ける（Ｓ１０４）。一方、空気の供給を停止する場合は、エアコンプレッサ２を停止したのち（Ｓ１１３）ウォータポンプ８を停止し（Ｓ１１４）、酸化剤ガス浄化装置１の運転を完了する。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る酸化剤ガス浄化装置１によれば、従来、電気ヒータによって行っていたケミカルフィルタ５ａの加熱が酸化剤ガスのエアコンプレッサ２に代替させるので、燃料電池システムの部品点数の減少を図りつつ、適正に吸着剤の加熱再生を行うことが可能となる。また、加熱再生運転終了後、吸着運転を開始する前に冷却再生運転を行うことで加湿器６やＦＣスタック７の破損を防止することが可能となる。
【００４４】
図３において、上述した実施形態の第一変形例を示す。上述した実施形態では冷却水流量調節弁９の開度を調整してインタークーラ４の冷却量を調整しているが、ウォータポンプ８を可変速式のポンプにし、ＥＣＵ１１が冷却水流量調節弁９の開度を制御する代わりにウォータポンプ８の回転数をＥＣＵ１１で制御することでインタークーラ４の冷却量を調整してもよい。これによれば、冷却水流量調節弁９を設ける必要が無くなる。その他の構成は上述した実施形態と同様である。
【００４５】
図４において、上述した実施形態の第二変形例を示す。上述した実施形態では三方弁１３を用いてケミカルフィルタ５ａの下流側を燃料電池側、又は分岐経路側に切り替えることとしているが、燃料電池側の配管１６に弁１３ａを設け、分岐経路側の配管１７に弁１３ｂを設け、これら弁の開閉動作をＥＣＵ１１で制御することでケミカルフィルタ５ａの下流側を燃料電池側、又は分岐経路側に切り替えるようにしてもよい。具体的には、ケミカルフィルタ５ａの下流側の配管を燃料電池側にする場合は弁１３ａを開き、弁１３ｂを閉じる。一方、ケミカルフィルタ５ａの下流側の配管を分岐経路側にする場合は弁１３ｂを開き、弁１３ａを閉じる。その他の構成は上述した実施形態と同様である。
【００４６】
上述した実施形態ではエアコンプレッサ２の昇圧能力を不変型にしているが、可変形にしてもよい。これによれば、ＥＣＵ１１がエアコンプレッサ２を制御して昇圧能力を変化させるだけで空気の温度を上げ下げできるのでインタークーラ４、及び冷却水流量調節弁９をも省略可能となる。また、ＦＣスタック７に空気を送気する配管１６、及び大気開放
されている配管１７とにそれぞれオリフィスを設けることで、エアコンプレッサ２によって加熱再生温度にまで昇圧された空気がＦＣスタック７に送気される際は、該空気の圧力を吸着温度になるまで減圧し、配管１７から大気開放する際は、該空気の圧力を加熱再生温度のまま維持するようにしてもよい。これによれば、三方弁１３により空気の送気先を切り替えるだけでケミカルフィルタ５ａを流れる空気の温度が変化するので、エアコンプレッサ２の昇圧能力は不変型のままでもインタークーラ４、及び冷却水流量調節弁９を省略することが可能となる。なお、本実施形態では、ケミカルフィルタ５ａの下流側にオリフィス１８を設けているが、配管１７の流路が狭く、エアコンプレッサ２の吐出圧力がケミカルフィルタ５ａまで十分維持することが可能であれば敢えてオリフィス１８を設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの酸化剤ガス浄化装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る酸化剤ガス浄化装置の運転制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態の変形例に係る燃料電池システムの酸化剤ガス浄化装置の概略図である。
【図４】本発明の実施形態の変形例に係る燃料電池システムの酸化剤ガス浄化装置の概略図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・・・・・・・・・・酸化剤ガス浄化装置
２・・・・・・・・・・・・エアコンプレッサ
３・・・・・・・・・・・・エアクリーナ
４・・・・・・・・・・・・インタークーラ
５ａ・・・・・・・・・・・ケミカルフィルタ
５ｂ・・・・・・・・・・・吸着器
６・・・・・・・・・・・・加湿器
７・・・・・・・・・・・・ＦＣスタック
８・・・・・・・・・・・・ウォータポンプ
９・・・・・・・・・・・・冷却水流量調節弁
１０・・・・・・・・・・・ラジエータ
１１・・・・・・・・・・・ＥＣＵ
１２・・・・・・・・・・・温度センサ
１３・・・・・・・・・・・三方弁
１３ａ、１３ｂ・・・・・・弁
１４、１５、１６、１７・・配管
１８・・・・・・・・・・・オリフィス
【図１】
2007242396.tif 000003
【図２】
2007242396.tif 000004
【図３】
2007242396.tif 000005
【図４】
2007242396.tif 000006