(57)【要約】【課題】燃料電池から排出されたアノードオフガスを再び燃料電池に循環させる燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるアノードオフガスに含まれる水分の回収効率を向上させる。【解決手段】燃料電池システムにおいて、水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応にて発電を行う燃料電池１と、燃料電池１のアノード側から排出されたアノードオフガスを燃料電池に導くオフガス循環通路３２と、オフガス循環通路３２に設けられ、オフガス循環通路のアノードオフガスを燃料電池１に圧送するオフガスポンプ３と、燃料電池１の停止時に、オフガス循環通路３２の少なくとも一部を熱媒体によって冷却する通路冷却手段２０と、通路冷却手段によって冷却されたオフガス循環通路を流れるアノードオフガスに含まれる水分を分離する気液分離手段４と、を備える。【選択図】図２
2007305511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応にて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池のアノード側から排出されたアノードオフガスを燃料電池に導くオフガス循環通路と、
前記オフガス循環通路に設けられ、オフガス循環通路のアノードオフガスを燃料電池に供給するオフガス供給手段と、
前記燃料電池の停止時に、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を熱媒体によって冷却する通路冷却手段と、
前記通路冷却手段によって冷却された前記オフガス循環通路を流れるアノードオフガスに含まれる水分を分離する気液分離手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池システムが搭載される車両の車室内の空気温度を調節する空気温度調節装置を、更に備え、
前記通路冷却手段は、前記空気温度調節装置の冷却能力を利用して前記熱媒体を冷却し、該冷却された熱媒体によって前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記熱媒体が流れ、前記オフガス循環通路の冷却が行われるメイン冷却通路と、
前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を循環させる第一循環冷却通路と、
前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を循環させ、前記第一循環冷却通路と並行する第二循環冷却通路と、
前記空気温度調節装置によって前記車室内の温度上昇が実施されるとき、前記第一循環通路を流れる熱媒体と該空気温度調節装置との間で熱交換を行う第一熱交換装置と、
前記空気温度調節装置によって前記車室内の温度降下が実施されるとき、前記第二循環通路を流れる熱媒体と該空気温度調節装置との間で熱交換を行う第二熱交換装置と、を更に備え、
前記通路冷却手段は、前記空気温度調節装置の運転状態に基づいて、前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を前記第一循環通路または前記第二循環通路の何れかに流すことで該熱媒体を冷却し、該冷却された熱媒体によって前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記通路冷却手段は、前記燃料電池システムの外気を前記熱媒体として利用し、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記通路冷却手段は、更に、前記燃料電池システムの外気を前記熱媒体として利用し、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却し、
前記空気温度調節装置による熱媒体の可能冷却温度および前記外気による熱媒体の可能冷却温度に基づいて、該空気温度調節装置と該外気の何れかを利用して該熱媒体の冷却を制御する熱媒体冷却制御手段を、更に備える請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記オフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を検出するオフガス温度検出手段を、更に備え、
前記通路冷却手段は、前記オフガス温度検出手段によって検出されるアノードオフガス温度が所定の温度より低くならないように、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却することを特徴する請求項１から請求項５の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記通路冷却手段による前記オフガス循環通路の冷却が行われる際に、同時に前記燃料電池の冷却を行う燃料電池冷却手段を、更に備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学反応にて電力を得る燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって電力を得る燃料電池は、電気化学反応によって発生する電力と水が発生する。燃料電池の発電停止中や外気が低温の場合等低下環境下においては水が凍結し、燃料電池内やアノードオフガス通路内が凍結するおそれがある。
【０００３】
よって、アノードオフガス通路に気液分離器を設けて、アノードオフガス中の水分を除去するシステムがある。さらに、水分の回収効率を向上させるため、気液分離器の手前でアノードオフガスを冷却するシステムがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃料電池から排出されるアノードオフガスを燃料電池に再循環させる燃料電池システム（以下、循環システムとする）においては、アノードオスガスを燃料電池に再循環させる水素ポンプが凍結するおそれがあり、燃料電池の発電停止時に水素ポンプ駆動させて水素ポンプ中の水分をポンプ外へ排出し、水素ポンプの凍結を防止するものがある（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００５】
さらに、循環システムにおいても、前記気液分離器を設け、アノードオフガスの水分を除去するシステムがある（例えば、特許文献４参照）。また、特許文献５には、循環システムにおける気液分離器を冷却し、水分の除去効率を向上させる技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００２−１７０５８８号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８４２６号公報
【特許文献３】特開２００４−２２１９８号公報
【特許文献４】特開２００４−３２７１６４号公報
【特許文献５】特開２００３−３１７７５３号公報
【特許文献６】特開２００５−２７６５４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記燃料電池システムによれば、燃料電池の電気化学反応によって発生する水分を除去することができる。しかし、燃料電池を再循環させる燃料電池システムにおいては、アノードオフガス通路内で液化した水量が微量の時には水素ポンプの駆動力だけでは、水滴が移動し難いことがある。
【０００７】
また、アノードオフガス通路の温度を上昇させて液化した水を気化させて水蒸気として水を移動させやすくすることが考えられるが、蒸気の温度を高くすると気液分離器での回収効率が低下する。
【０００８】
本発明は、前記種々の問題に鑑みて成されたものであり、燃料電池から排出されたアノードオフガスを再び燃料電池に循環させる燃料電池システムにおいて、燃料電池から排出されるアノードオフガスに含まれる水分の回収効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、燃料電池システムであって、水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応にて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池のアノード側から排出されたアノードオフガスを燃料電
池に導くオフガス循環通路と、前記オフガス循環通路に設けられ、オフガス循環通路のアノードオフガスを燃料電池に供給するオフガス供給手段と、前記燃料電池の停止時に、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を熱媒体によって冷却する通路冷却手段と、前記通路冷却手段によって冷却された前記オフガス循環通路を流れるアノードオフガスに含まれる水分を分離する気液分離手段と、を備える。
【００１０】
本発明は、燃料電池のアノード側から排出されるアノードオフガスを再び燃料電池に水素ガスとして供給する水素ガス循環型の燃料電池に関する。そして、このアノードオフガスの循環は、オフガス供給手段によって行われる。オフガス供給手段として、圧送作用によりアノードオフガスを燃料電池に圧送するポンプや、エゼクタ等が利用できる。ここで、燃料電池が稼動状態から停止すると、停止直後はアノードオフガスが比較的高温であったためアノードオフガス中に気体で存在していた水分が、アノードオフガスの冷却とともに液化し、オフガス循環通路の流路閉塞等の不具合を引き起こす虞がある。特に、オフガス循環通路を流れるアノードオフガスは、燃料電池での電気化学反応により生じた水が含まれるため、不具合が生じやすい。
【００１１】
そこで、本発明に係る燃料電池システムでは、通路冷却手段によるオフガス循環通路の冷却が、燃料電池の停止時に行われる。即ち、通路冷却手段は、オフガス循環通路を冷却することで、燃料電池の停止直後からアノードオフガスに含まれる水分を、該オフガス循環通路に液化させることが可能となる。更に、オフガス循環通路を冷却することで、そこに液化される水滴の表面積を可及的に大きく形成することになる。その結果、オフガス供給手段によるアノードオフガスの供給作用（例えば、オフガス供給手段としてのポンプによる圧送作用）を該水滴が効率的に受けるため、その水滴を気液分離手段までより確実に運ぶことが可能となる。そして、気液分離手段によるアノードオフガスからの水分の分離により、流路閉塞等の不具合をより確実に回避することが可能となる。
【００１２】
なお、本発明において前記オフガス循環通路を冷却する熱媒体は、オフガス循環通路と熱交換をして冷却できるものであればよく、気体、液体等、特に制限されない。例えば、空気の温度を調節する空気温度調節装置の冷却能力を、熱媒体を介してオフガス循環通路の冷却に利用してもよい。
【００１３】
より具体的には、上記燃料電池システムが、それが搭載される車両の車室内の空気温度を調節する空気温度調節装置を、更に備える場合、前記通路冷却手段は、前記空気温度調節装置の冷却能力を利用して前記熱媒体を冷却し、該冷却された熱媒体によって前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却するようにしてもよい。空気温度調節装置は、夏場等に車室内を冷房したり、冬場等に車室内を暖房したりするものであり、その空気温度を調節する能力、その中でも冷却能力を利用して、オフガス循環通路の冷却を行うようにする。
【００１４】
空気温度調節装置を備える燃料電池システムにおいて、更には、前記熱媒体が流れ、前記オフガス循環通路の冷却が行われるメイン冷却通路と、前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を循環させる第一循環冷却通路と、前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を循環させ、前記第一循環冷却通路と並行する第二循環冷却通路と、前記空気温度調節装置によって前記車室内の温度上昇が実施されるとき、前記第一循環通路を流れる熱媒体と該空気温度調節装置との間で熱交換を行う第一熱交換装置と、前記空気温度調節装置によって前記車室内の温度降下が実施されるとき、前記第二循環通路を流れる熱媒体と該空気温度調節装置との間で熱交換を行う第二熱交換装置と、を備える場合、前記通路冷却手段は、前記空気温度調節装置の運転状態に基づいて、前記メイン冷却通路を流れる熱媒体を前記第一循環通路または前記第二循環通路の何れかに流すことで該熱媒体を冷却し、該冷却された熱媒体によって前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却するようにしてもよい。
【００１５】
オフガス循環通路の冷却は、メイン冷却通路を熱媒体が流れることで、その熱媒体とオフガス循環通路内のアノードオフガスとの間で熱交換が生じることによる。そして、このメイン冷却通路を流れる熱媒体は、第一循環冷却通路と第二循環冷却通路の何れかによって循環されることで、上記熱媒体とアノードオフガスとの間の熱交換が継続される。そして、熱媒体温度がオフガス循環通路の冷却に適した温度となるべく、通路冷却手段により空気温度調節装置の運転状態に基づいて熱媒体が循環される通路が決定される。
【００１６】
即ち、空気温度調節装置により車室内の温度上昇（暖房）が行われるときは、熱媒体は第一循環通路を介して循環されることでオフガス循環通路の冷却が行われる。このとき、熱媒体の温度は、第一熱交換器によって空気温度調節装置との間で熱交換が行われ、オフガス循環通路の冷却に適した温度に調節される。一方で、空気温度調節装置により車室内の温度降下（冷房）が行われるときは、熱媒体は第二循環通路を介して循環されることでオフガス循環通路の冷却が行われる。このとき、熱媒体の温度は、第二熱交換器によって空気温度調節装置との間で熱交換が行われ、オフガス循環通路の冷却に適した温度に調節される。このように空気温度調節装置の運転状態に従って、二つの熱交換器を使い分けることで、空気温度調節装置の運転状態にかかわらず、熱媒体の温度をオフガス循環通路の冷却に適した温度に調節することが可能となる。
【００１７】
ここで、上記燃料電池システムにおいて、前記通路冷却手段は、前記燃料電池システムの外気を前記熱媒体として利用し、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却するようにしてもよい。即ち、外気温度が、オフガス循環通路の冷却に適した温度であれば、外気をその冷却に積極的に活用することも可能である。
【００１８】
また上記燃料電池システムにおいて、前記通路冷却手段は、更に、前記燃料電池システムの外気を前記熱媒体として利用し、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却する場合、前記空気温度調節装置による熱媒体の可能冷却温度および前記外気による熱媒体の可能冷却温度に基づいて、該空気温度調節装置と該外気の何れかを利用して該熱媒体の冷却を制御する熱媒体冷却制御手段を、更に備えるようにしてもよい。
【００１９】
ここで、上記可能冷却温度とは、空気温度調節装置または外気によって熱媒体をどの程度冷却することが可能であるかを示す指標となる温度である。この温度が低いほど、熱媒体の冷却が効率的に行われ、以てオフガス循環通路の冷却が効率的に行われ得る。そこで、熱媒体冷却制御手段は、この空気温度調節装置と外気のそれぞれの可能冷却温度のうち低い方をもって熱媒体の冷却を行うようにするのが好ましい。ここで、外気の可能冷却温度としては、外気の温度そのものを利用することができ、空気温度調節装置の可能冷却温度としては、例えば上記の第一熱交換装置や第二熱交換装置によって熱媒体が置かれる温度を利用することができる。
【００２０】
ここで、上述までの燃料電池システムにおいて、前記オフガス循環通路を流れるアノードオフガスの温度を検出するオフガス温度検出手段を、更に備え、前記通路冷却手段は、前記オフガス温度検出手段によって検出されるアノードオフガス温度が所定の温度より低くならないように、前記オフガス循環通路の少なくとも一部を冷却するようにしてもよい。即ち、通路冷却手段によってオフガス循環通路が過冷却され、通路内の水分が凍結するのを回避することを可能とする。従って、上記の所定の温度は、オフガス循環通路内の水分の凍結の虞がある閾値である。
【００２１】
また、上述までの燃料電池システムにおいて、前記通路冷却手段による前記オフガス循環通路の冷却が行われる際に、同時に前記燃料電池の冷却を行う燃料電池冷却手段を、更に備えるようにしてもよい。燃料電池冷却手段により、燃料電池を冷却して、燃料電池か
ら排出されるアノードオフガスを冷却することができる。即ち、上記オフガス循環通路の冷却を、燃料電池の冷却を介して間接的に行うものである。この燃料電池冷却手段による冷却は、燃料電池を構成するスタックを熱媒体で冷却したり、燃料電池に供給される酸化ガスを冷却したりすることで達成され得る。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る燃料電池システムによれば、オフガス循環通路を冷却し、当該位置で水滴を大きくすることができるため、オフガス供給手段によって水滴を気液分離手段まで移動させやすくなる。よって、燃料電池から排出されるアノードオフガスに含まれる水分の回収効率を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る燃料電池システムの実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料電池を駆動動力源とする燃料電池自動車に適用した実施形態である。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る燃料電池システム１０を備えた燃料電池車両（以下、単に「車両」という）１５の概略構成図である。車両１５内の空間は、駆動源としての燃料電池システム１０が設けられたエンジンコンパートメント１１と、ユーザの乗車空間である乗車室１２とに大別できる。そして、乗車室１２には、その室内の温度を調節する空気温度調節装置６０からの空気が供給される。空気温度調節装置６０の詳細については、後述する。
【００２５】
本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、乗車室１２内の空気と、エンジンコンパートメント１１内の空気と、外気と、を選択的に熱媒体として、燃料電池のアノード側から排出されるアノードオフガスが通るアノードオフガス通路自体を冷却し、アノードオフガス中の水分を除去するものである。以下に、その詳細を説明する。
【００２６】
図２に、燃料電池システム１０の詳細な構成図を示す。燃料電池システム１０は、水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応にて発電を行う燃料電池１を有し、そこで発電された電力が、バッテリ（図示せず）等を介して車両１０の駆動モータに供給される。この燃料電池１のアノード側には、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵し、燃料電池１に水素ガスを供給する水素供給装置２と、水素供給装置２から燃料電池１のアノード側に供給される水素ガスが流れる水素供給通路３１と、燃料電池１のアノード側から排出されるアノードオフガスを水素供給通路３１に循環させるオフガス循環通路３２が設けられる。更に、オフガス循環通路３２には、アノードオフガスを圧送するオフガスポンプ３が設けられ、そのオフガスポンプ３より下流のオフガス循環通路３２に気液分離器４が設けられている。
【００２７】
また、燃料電池１のカソード側には、燃料電池１のカソードに供給される酸化ガスとしての空気が流れる酸化ガス供給通路３３と、酸化ガス供給通路３３に圧縮空気を供給するエアコンプレッサ５が設けられている。更に、酸化ガス供給通路３３には、エアコンプレッサ５の圧縮作用によって高温となった圧縮空気を冷却するためのインタークーラ６が設けられている。このインタークーラ６は、冷却用の熱媒体を循環させてエアコンプレッサ５による圧縮空気と熱交換をさせることで、その冷却を行う。尚、インタークーラ６の冷却能力は、その冷却用の熱媒体の循環流量を制御する冷却ポンプ（図示せず）の駆動状態や、その熱媒体を冷却する冷却ラジエータ（図示せず）に使用される冷却ファンの回転数等に基づいて、制御される。
【００２８】
また、燃料電池１自体においても、スタックを冷却するための燃料電池冷却装置７が設
けられている。この燃料電池冷却装置７は、燃料電池１における電気化学反応等による発熱を除去するものであり、冷却用の熱媒体を循環させて燃料電池１のスタックと熱交換をさせることで、その冷却を行う。尚、燃料電池冷却装置７の冷却能力は、その冷却用の熱媒体の循環流量を制御する冷却ポンプ（図示せず）の駆動状態や、その熱媒体を冷却する冷却ラジエータ（図示せず）に使用される冷却ファンの回転数等に基づいて、制御される。
【００２９】
燃料電池１は、水素ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電し、燃料電池１のアノード側からは、発電に供されなかった水素ガスと電気化学反応によって発生した水蒸気とを含んだアノードオフガスが排出される。アノードオフガスをそのままシステム外へ排出すると高濃度の水素ガスが放出されるおそれがあるため、燃料電池１から排出されたアノードオフガスは、オフガスポンプ３によって圧送され、オフガス循環通路３２、水素供給通路３１を介して再び燃料電池１に供給される。
【００３０】
ここで、このアノードオフガス中に多くの水分が含まれていると、低温環境下においてはオフガス循環通路３２等の凍結を招き、燃料電池システム１０の故障等を招く虞がある。そのため、オフガス循環通路２３に気液分離器４を設け、オフガス中の水分を除去する必要がある。しかし、燃料電池１から排出されたアノードオフガスの温度は、通常７０〜８０度程度で比較的高温であるため、アノードオフガス中の水分の多くは、水蒸気の形態で存在している。そのためオフガス循環通路２３に形成される水滴の大きさは比較的小さく、オフガスポンプ３の圧送作用による圧力を効率的に受けるのが困難であり、以てその水分を除去する効率が大きく低下する。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る燃料電池システム１０には、オフガスポンプ３より下流で気液分離器４より上流のオフガス循環通路３２を冷却する通路冷却システム２０が構成されている。この通路冷却システム２０はオフガス循環通路３２を冷却し、当該部分を流れるアノードオフガスを冷却する。この冷却により、当該部分の通路内の水滴が大きくなる。水滴が大きくなると、よりオフガスポンプ３の圧送作用を受けやすくなり、より多くの水分が気液分離器４に導かれる。よって、アノードオフガスからの水分の除去効率が向上させることができる。
【００３２】
ここで、通路冷却システム２０の詳細を説明する。通路冷却システム２０は、主にオフガス循環通路３２を冷却するための熱媒体である空気が流れる複数の配管と、その流れを制御する複数のバルブと、配管を流れる空気と上述の空気温度調節装置６０に使用される熱媒体との間で熱交換を行う複数の熱交換器で構成される。
【００３３】
先ず、オフガス循環通路３２を冷却用空気によって直接冷却するための通路であるメイン冷却通路２２が、オフガス循環通路３２の周囲を覆うように、その長手方向に沿って設けられている。このメイン冷却通路２２には、車両１５の外部の空気（以下、「外気」という）が取り込まれる第一冷却通路２１が、制御弁５０、５１を介して接続されている。更に、メイン冷却通路２２には、その両端部において制御弁５２、５３を介して第二冷却通路２４が接続され、更に、その第二冷却通路２４の両端部においては、制御弁５６、５７を介して第三冷却通路２５が接続されている。そして、これらのメイン冷却通路２２、第二冷却通路２４、第三冷却通路２５によって、一つの循環通路が形成されている。更に、この循環通路において、一方の第二冷却通路２４から他方の第二冷却通路２４に対して、制御弁５４、５５を介して、第四冷却通路２３が接続されている。
【００３４】
ここで、メイン冷却通路２２、第一冷却通路２１、第二冷却通路２４、第四冷却通路２３はエンジンコンパートメント１１側に設けられており、第三冷却通路２５は、エンジンコンパートメント１１側から乗車室１２側にわたって設けられている。また、メイン冷却
通路２２には、オフガス循環通路３２の冷却用の空気を循環又は導入するための冷却ファン２６が設けられている。
【００３５】
次に、空気温度調節装置６０について説明を行う。空気温度調節装置６０は、乗車室１２内に供給される空気の温度を調節する装置であり、温度調節のための熱媒体が循環する循環通路２７と、熱媒体を膨張させる膨張弁２８と、熱媒体を圧縮させる圧縮器２９とで構成される。循環通路２７は、乗車室１２とエンジンコンパートメント１１に跨って循環通路を形成している。そして、乗車室１２側の循環通路２７を流れる熱媒体と第三冷却通路２５を流れる空気との間で熱交換を行う熱交換器９ａと、エンジンコンパートメント１１側の循環通路２７を流れる熱媒体と第四冷却通路２３を流れる空気との間で熱交換を行う熱交換器９ｂとが、燃料電池システム１０に設けられている。
【００３６】
更に、燃料電池システム１０には、第一冷却通路２１を流れる空気、即ち外気の温度を検出する外気温度センサ４１と、熱交換器９ａによって熱交換された第三冷却通路２５を流れる空気の温度を検出する第一温度センサ４２と、熱交換器９ｂによって熱交換された第四冷却通路２３を流れる空気の温度を検出する第二温度センサ４３と、メイン冷却通路２２によって冷却されたオフガス循環通路３２を流れるアノードオフガスの温度を検出する第三温度センサ４３とが設けられており、これらのセンサは、燃料電池システムの各要素を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８に電気的に接続されている。また、上記の制御弁５０〜５７もＥＣＵ８に電気的に接続されてその開閉が制御され、上記の冷却ファン２６もＥＣＵ８に電気的に接続されてその駆動が制御される。このＥＣＵ８は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、車両１５駆動のための燃料電池１の運転条件等を制御するユニットである。
【００３７】
ここで、通路冷却システム２０によるオフガス循環通路３２の冷却の態様について、図３、４、５に基づいて説明する。図３、４、５の各図には、第一から第三の冷却態様が示されている。図３に示す冷却態様は、熱交換器９ｂによって冷却された第四冷却通路２３内の空気を利用したオフガス循環通路３２の冷却である。このとき、制御弁５０、５１および制御弁５６、５７を閉弁状態にして、且つ制御弁５２、５３および制御弁５４、５５を開弁状態にした上で、冷却ファン２６を駆動させる。この際の空気温度調節装置６０の動作について説明すると、膨張弁２８の膨張作用によって温度低下した熱媒体が熱交換器９ｂに送られて、第四冷却通路２３内の空気を冷却する。その後の循環通路２７内の熱媒体は圧縮器２９によって圧縮されて温度上昇し、その熱を元に乗車室１２内に高温の空気が提供されて乗車室１２の暖房が行われる。以上より、図３に示す冷却態様は、熱交換器９ｂによって冷却された空気の流れ（図中、実線の矢印で示される流れ）によって、オフガス循環通路３２が冷却されて、アノードオフガス中の水分の冷却を促進させることを可能とする。また、図３に示す冷却態様による冷却のための空気の流れを、以降、「冷却ライン１」という。
【００３８】
次に、図４に示す冷却態様は、熱交換器９ａによって冷却された第三冷却通路２５内の空気を利用したオフガス循環通路３２の冷却である。このとき、制御弁５０、５１および制御弁５４、５５を閉弁状態にして、且つ制御弁５２、５３および制御弁５６、５７を開弁状態にした上で、冷却ファン２６を駆動させる。この際の空気温度調節装置６０の動作について説明すると、膨張弁２８の膨張作用によって温度低下した熱媒体が熱交換器９ａに送られて、第三冷却通路２５内の空気を冷却する。その後の循環通路２７内の熱媒体は圧縮器２９によって圧縮されて温度上昇する。尚、膨張弁２８によって生成された低温の熱媒体は、乗車室１２内に低温の空気を提供するために、即ち乗車室１２の冷房を行うためにも利用される。以上より、図４に示す冷却態様は、熱交換器９ａによって冷却された空気の流れ（図中、実線の矢印で示される流れ）によって、オフガス循環通路３２が冷却
されて、アノードオフガス中の水分の冷却を促進させることを可能とする。また、図４に示す冷却態様による冷却のための空気の流れを、以降、「冷却ライン２」という。
【００３９】
次に、図５に示す冷却態様は、外気を利用したオフガス循環通路３２の冷却である。このとき、制御弁５２、５３を閉弁状態にして、且つ制御弁５０、５１を開弁状態とした上で、冷却ファン２６を駆動させる。その結果、外気の流れ（図中、実線の矢印で示される流れ）によって、オフガス循環通路３２が冷却されて、アノードオフガス中の水分の冷却を促進させることを可能とする。また、図５に示す冷却態様による冷却のための空気の流れを、以降、「冷却ライン３」という。
【００４０】
上述したように、図３〜図５に示した冷却態様は、オフガス循環通路３２の冷却に適宜利用することが可能である。しかし、何れの冷却態様が、オフガス循環通路３２の冷却に最も適しているかは、それぞれの冷却態様でメイン冷却通路２２に供給される空気の温度によって決定される。そこで、オフガス循環通路３２の冷却を最も適切に行うための制御（以下、「循環水素冷却制御」という）について、図６に基づいて説明する。尚、本実施例における循環水素冷却制御は、ＥＣＵ８によって実行されるルーチンである。
【００４１】
先ず、Ｓ２０１では、燃料電池１の停止処理が開始される。具体的には、水素供給装置２からの水素ガスの供給と、エアコンプレッサ５による圧縮空気の供給が停止される。尚、この時点においては、オフガスポンプ３は稼動した状態に維持され、アノードオフガスが気液分離器４に導入され続ける。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００４２】
Ｓ２０２では、車両１５の乗車室１２内で、エアコン（即ち、空気温度調節装置６０）が使用されているか否かが判定される。エアコンが使用されていると判定されるとＳ２０３へ進み、エアコンが使用されていないと判定されるとＳ２０９へ進む。
【００４３】
Ｓ２０３では、使用されたエアコンによる空気温度の調節態様は冷房か否かが判定される。冷房であると判定されるとＳ２０４へ進み、冷房ではないと判定されるとＳ２０６へ進む。
【００４４】
Ｓ２０４では、外気温度センサ４１によって検出される外気温度ＴＡが、第一温度センサ４２によって検出される熱交換器９ａによって冷却される第三冷却通路２５内の空気温度Ｔ１以上であるか否かが判定される。即ち、乗車室１２で冷房が行われているとき、その冷房に利用される空気を用いてオフガス循環通路３２の冷却を行うのがよいか、又は低温の外気を用いてオフガス循環通路３２の冷却を行うのがよいかを判定するものである。従って、外気温度ＴＡが空気温度Ｔ１以上であると判定されると、より低温の空気をメイン冷却通路２２に供給すべく、Ｓ２０５の処理に進み、図４に示す冷却ライン２となるべく各制御弁の開度が制御される。また、外気温度ＴＡが空気温度Ｔ１以上でないと判定されると、より低温の外気をメイン冷却通路２２に供給すべく、Ｓ２０７の処理に進み、図５に示す冷却ライン３となるべく各制御弁の開度が制御される。
【００４５】
次に、Ｓ２０６では、外気温度センサ４１によって検出される外気温度ＴＡが、第二温度センサ４３によって検出される熱交換器９ｂによって冷却される第四冷却通路２３内の空気温度Ｔ２以上であるか否かが判定される。即ち、乗車室１２で暖房が行われているとき、その暖房時に生成される低温の空気を用いてオフガス循環通路３２の冷却を行うのがよいか、又は低温の外気を用いてオフガス循環通路３２の冷却を行うのがよいかを判定するものである。従って、外気温度ＴＡが空気温度Ｔ２以上であると判定されると、より低温の空気をメイン冷却通路２２に供給すべく、Ｓ２０８の処理に進み、図３に示す冷却ライン１となるべく各制御弁の開度が制御される。また、外気温度ＴＡが空気温度Ｔ２以上でないと判定されると、より低温の外気をメイン冷却通路２２に供給すべく、Ｓ２０７の
処理に進み、図５に示す冷却ライン３となるべく各制御弁の開度が制御される。
【００４６】
ここで、Ｓ２０２において、エアコンが使用されていないと判定されてＳ２０９へ進むと、Ｓ２０９ではエアコン（空気温度調節装置６０）を始動させ、上述した暖房動作を行わせる。但し、このとき暖房によって生成された高温の空気は、乗車室１２内には供給されない。車両１５内のユーザからの要求によるエアコンの始動ではないからである。エアコンは暖房モードで始動されるので、上述したように低温の空気が熱交換器９ｂによって、第四冷却通路２３内に生成されることになる。そこで、Ｓ２０９の処理が終了すると、Ｓ２１０へ進み、上述したＳ２０６と同様の判定が行われる。
【００４７】
そして、Ｓ２１０では、外気温度センサ４１によって検出される外気温度ＴＡが、第二温度センサ４３によって検出される熱交換器９ｂによって冷却される第四冷却通路２３内の空気温度Ｔ２以上であるか否かが判定される。外気温度ＴＡが空気温度Ｔ２以上であると判定されると、より低温の空気をメイン冷却通路２２に供給すべく、Ｓ２０８の処理に進み、図３に示す冷却ライン１となるべく各制御弁の開度が制御される。また、外気温度ＴＡが空気温度Ｔ２以上でないと判定されると、より低温の外気をメイン冷却通路２２に供給すべく、先ずＳ２１１の処理に進みＳ２０９で始動させたエアコンを停止させた後にＳ２０７の処理に進み、図５に示す冷却ライン３となるべく各制御弁の開度が制御される。
【００４８】
上記Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０８の処理が終了すると、Ｓ２１２へ進む。Ｓ２１２では、冷却ファン２６の作動を開始させる。これにより、上記Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２０８の各処理によって形成された各冷却ラインにおいて低温の空気の流れを形成する。その結果、オフガス循環通路３２の周囲に低温の空気が供給されて、オフガス循環通路３２内に、より大きな水滴が形成される。Ｓ２１２の処理が終了するとＳ２１３へ進み、オフガス循環通路３２に液滴化されたアノードオフガス中の水分の除去が効率的に行われる。Ｓ２１３の処理が終了すると、Ｓ２１４へ進む。
【００４９】
Ｓ２１４では、第三温度センサ４４によって検出されるオフガス循環通路３２内のアノードオフガスの温度Ｔ３が０度以下であるか否かが判定される。即ち、通路冷却システム２０によるオフガス循環通路３２の過冷却を判定するものである。そこで、温度Ｔ３が０度以下であると判定されると、冷却ファン２６の作動を停止させ且つ全制御弁を閉弁状態として、通路冷却システム２０の冷却能力を停止させる。これによりオフガス循環通路３２の過冷却を防止する。また、温度Ｔ３が０度以下でないと判定されると、冷却ファン２６の動作を継続させて、オフガス循環通路３２の冷却を継続し、アノードオフガス中の水分の除去を効率的に行う。Ｓ２１５又はＳ２１６の処理後、本制御を終了する。
【００５０】
本制御によると、オフガス循環通路３２を効率的に冷却することが可能となり、以てアノードオフガス中の水分の除去を効率的に実施できる。
【実施例２】
【００５１】
本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムの第二の実施例について、以下に説明する。本実施例では、オフガス循環通路３２の冷却を行うための制御（以下、「循環水素冷却制御」という）について、図７に基づいて説明する。また、本実施例における循環水素冷却制御は、ＥＣＵ８によって実行されるルーチンである。尚、図６に示す循環水素制御の処理内容と同一の処理については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
【００５２】
本制御においては、Ｓ２０１で燃料電池の停止処理が行われた後、Ｓ３０１へ進む。Ｓ３０１では、燃料電池１のスタックの冷却を行う燃料電池冷却装置７による冷却能力を増加させる。具体的には、燃料電池冷却装置７を構成する上述の冷却ポンプによる熱媒体の
循環流量を増加させたり、熱媒体の冷却用の冷却ファンの回転数を増加させたりすることで、燃料電池冷却装置７による冷却能力を増加させる。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２へ進む。
【００５３】
Ｓ３０２では、Ｓ３０１の処理により、燃料電池１の更なる冷却が行われる。この結果、間接的に燃料電池１から排出されるアノードオフガスの冷却も行われることになる。Ｓ３０２の処理後、Ｓ２１３、Ｓ２１４の処理が行われる。
【００５４】
そして、本制御では、Ｓ２１４で温度Ｔ３が０度以下であると判定されるとＳ３０３へ進み、燃料電池冷却装置７の冷却能力を低下させる。これによりオフガス循環通路３２の過冷却を防止する。また、温度Ｔ３が０度以下でないと判定されるとＳ３０４へ進み、燃料電池冷却装置７の冷却能力を維持させて、オフガス循環通路３２の冷却を継続し、アノードオフガス中の水分の除去を効率的に行う。以後、本制御を終了する。
【実施例３】
【００５５】
本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムの第三の実施例について、以下に説明する。本実施例では、オフガス循環通路３２の冷却を行うための制御（以下、「循環水素冷却制御」という）について、図８に基づいて説明する。また、本実施例における循環水素冷却制御は、ＥＣＵ８によって実行されるルーチンである。尚、図６、７に示す循環水素制御の処理内容と同一の処理については、同一の参照番号を付して、その説明を省略する。
【００５６】
本制御においては、Ｓ２０１で燃料電池の停止処理が行われた後、Ｓ４０１へ進む。尚、本実施例では、燃料電池の停止処理時には、エアコンプレッサ５の動作は継続され、圧縮空気の燃料電池１への供給は継続されている。Ｓ４０１では、インタークーラ６による冷却能力を増加させる。具体的には、インタークーラ６を構成する上述の冷却ポンプによる熱媒体の循環流量を増加させたり、熱媒体の冷却用の冷却ファンの回転数を増加させたりすることで、インタークーラ６による冷却能力を増加させる。Ｓ４０１の処理が終了するとＳ４０２へ進む。
【００５７】
Ｓ４０２では、Ｓ４０１の処理により、燃料電池１に供給される圧縮空気の更なる冷却が行われる。この結果、燃料電池１を介して、間接的に燃料電池１から排出されるアノードオフガスの冷却も行われることになる。Ｓ４０２の処理後、Ｓ２１３、Ｓ２１４の処理が行われる。
【００５８】
そして、本制御では、Ｓ２１４で温度Ｔ３が０度以下であると判定されるとＳ４０３へ進み、インタークーラ６の冷却能力を低下させる。これによりオフガス循環通路３２の過冷却を防止する。また、温度Ｔ３が０度以下でないと判定されるとＳ４０４へ進み、インタークーラ６の冷却能力を維持させて、オフガス循環通路３２の冷却を継続し、アノードオフガス中の水分の除去を効率的に行う。以後、本制御を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施例に係る燃料電池システムを搭載した車両の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例に係る燃料電池システムの構成、特にアノードオフガスを循環させるオフガス循環通路を冷却する通路冷却システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、通路冷却システムによってオフガス循環通路を冷却する際の第一の冷却態様を表す図である。
【図４】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、通路冷却システムによってオフガス循環通路を冷却する際の第二の冷却態様を表す図である。
【図５】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、通路冷却システムによってオフガス循環通路を冷却する際の第三の冷却態様を表す図である。
【図６】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて行われる、オフガス循環通路を効率的に冷却するための循環水素冷却制御に関する第一のフローチャートである。
【図７】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて行われる、オフガス循環通路を効率的に冷却するための循環水素冷却制御に関する第二のフローチャートである。
【図８】本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて行われる、オフガス循環通路を効率的に冷却するための循環水素冷却制御に関する第三のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・・燃料電池
２・・・・水素供給装置
３・・・・オフガスポンプ
５・・・・エアコンプレッさ
６・・・・インタークーラ
７・・・・燃料電池冷却装置
９ａ、９ｂ・・・・熱交換器
１０・・・・燃料電池システム
１１・・・・エンジンコンパートメント
１２・・・・乗車室
１５・・・・車両
２０・・・・通路冷却システム
２１・・・・第一冷却通路
２２・・・・メイン冷却通路
２３・・・・第四冷却通路
２４・・・・第二冷却通路
２５・・・・第三冷却通路
２６・・・・冷却ファン
３１・・・・水素供給通路
３２・・・・オフガス循環通路
４１・・・・外気温度センサ
４２・・・・第一温度センサ
４３・・・・第二温度センサ
４４・・・・第三温度センサ
５０〜５７・・・・制御弁
６０・・・・空気温度調節装置
【図１】
2007305511.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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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