專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及利用在流體流路中流動(dòng) 的流體的壓力而對(duì)閥進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
公知有使用氫等燃料氣體與空氣等氧化氣體發(fā)電的燃料電池系 統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)例如搭載在車輛等上，用作車輛行駛用電動(dòng)機(jī)的電 源。當(dāng)然，燃料電池系統(tǒng)還可以用在除車輛之外的情況。
燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池，使燃料氣體與氧化氣體反應(yīng)而發(fā) 電；和流體流路，向該燃料電池提供燃料氣體和氧化氣體即反應(yīng)氣體， 從燃料電池排出反應(yīng)后的氣體及生成水等。
在這種燃料電池系統(tǒng)中，提出了與設(shè)置在流體流路上的閥(Valve) 相關(guān)的各種技術(shù)。
例如，在專利文獻(xiàn)l (日本特開2004-006166號(hào)公報(bào))中公開了如 下技術(shù)在反應(yīng)氣體的提供線路與排出線路上分別設(shè)置開閉閥，當(dāng)燃 料電池停止發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)關(guān)閉開閉閥，從而密封燃料電池內(nèi)部的反應(yīng)氣 體空間。
并且，在專利文獻(xiàn)2 (日本特開2000-003717號(hào)公報(bào))中公開了如 下技術(shù)提供來自空氣壓縮機(jī)的空氣，對(duì)空氣先導(dǎo)閥進(jìn)行控制，由此 對(duì)提供給燃料電池的氣體等進(jìn)行隔斷控制
發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在專利文獻(xiàn)1中，記載了在燃料電池停止發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 通過關(guān)閉開閉閥而密封燃料電池內(nèi)部的反應(yīng)氣體空間的技術(shù)。但是， 例如使用電磁閥作為該開閉閥時(shí)，若是常開電磁閥，則為了在燃料電 池停止發(fā)電時(shí)關(guān)閉電磁閥，有必要在電磁閥上繼續(xù)施加控制電壓，另 外若是常閉電磁閥，則為了在燃料電池發(fā)電時(shí)打開電磁閥，有必要在 電磁閥上繼續(xù)施加控制電壓，由于諸如此類的原故，而不能忽視耗電 方面的問題。
并且，在專利文獻(xiàn)2中，記載了將根據(jù)空氣壓力驅(qū)動(dòng)的氣動(dòng)閥用 于燃料電池系統(tǒng)的技術(shù)。但是，專利文獻(xiàn)2沒有提供用于對(duì)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng) 閥的空氣壓力進(jìn)行控制的具體技術(shù)。
在這種背景下，本申請(qǐng)的發(fā)明人們對(duì)燃料電池系統(tǒng)的流體流路上 設(shè)置的閥的開閉狀態(tài)控制進(jìn)行了長期研發(fā)。尤其對(duì)利用在流體流路中 流動(dòng)的流體的壓力來驅(qū)動(dòng)閥的開閉的技術(shù)進(jìn)行了長期研發(fā)。
本發(fā)明是在上述研發(fā)的過程中完成，其目的在于提供一種控制用 于對(duì)閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的流體壓力的技術(shù)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明優(yōu)選方式的燃料電池系統(tǒng)，其特 征在于，包括燃料電池；與燃料電池連接的流體流路；和設(shè)置在流 體流路上的流體控制閥，所述流體控制閥為利用在流體流路中流動(dòng)的 流體的壓力進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)的閥，根據(jù)為了驅(qū)動(dòng)所述流體控制閥而所需 的驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于能夠通過調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓 力而對(duì)流體控制閩進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)，因此與例如使用電磁閥作為流體控 制閥的情況相比，能夠降低用于流體控制閥的開閉驅(qū)動(dòng)的耗電。并且， 由于根據(jù)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整流體的壓力，因此與例如根 據(jù)燃料電池的要求而調(diào)整流體壓力的情況相比，提高了流體控制閥的驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)性及可靠性等。
在優(yōu)選的方式中，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，在所述流體控 制閥開閥時(shí)，根據(jù)與所述燃料電池內(nèi)的壓力對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào) 整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。由此，例如即使在燃料電池內(nèi)的 負(fù)壓的大小產(chǎn)生偏差的情況下，由于對(duì)應(yīng)于負(fù)壓的偏差而調(diào)整在流體 流路中流動(dòng)的流體的壓力，因此也提高了流體控制閥的開閥動(dòng)作的穩(wěn) 定性等。例如，能夠減小流體控制閥的開閥所需的時(shí)間的偏差。
在優(yōu)選的方式中，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，根據(jù)所述燃料 電池所需要的電池所需壓力與所述驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào)整在流體流路中 流動(dòng)的流體的壓力，在驅(qū)動(dòng)所述流體控制閥時(shí)，與電池所需壓力相比， 優(yōu)先根據(jù)驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。由此， 例如在燃料電池的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)中，流體的壓力調(diào)整為適合燃料電池發(fā)電 運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力，在驅(qū)動(dòng)流體控制閥時(shí)，流體的壓力調(diào)整為適合驅(qū)動(dòng)流體 控制閥的壓力。
在優(yōu)選的方式中，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，在所述燃料電 池開始掃氣時(shí)，與所述電池所需壓力相比，優(yōu)先根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)所需壓 力調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力，所述流體控制閥切換為適合 掃氣的開閉狀態(tài)。
在優(yōu)選的方式中，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，在所述流體控 制闊切換為適合掃氣的開閉狀態(tài)之后，該流體控制閥的壓力室被密封， 以便通過該壓力室內(nèi)的壓力，維持該流體控制閥的開閉狀態(tài)。
在優(yōu)選的方式中，上述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，包括使流體 在所述流體流路中流通的壓縮機(jī)；和設(shè)置在所述流體流路上的調(diào)壓閥， 所述燃料電池系統(tǒng)通過所述壓縮機(jī)的吐出流量與所述調(diào)壓閥的閥開度 中的至少一個(gè)，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制用于對(duì)閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的流體壓力的技術(shù)。 例如，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方式，能夠降低用于開閉驅(qū)動(dòng)的耗電。并且， 例如根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選方式，能夠提高流體控制閥的驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)性及 可靠性等。


圖1是本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是用于說明截流閥的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是用于說明截流閥的開閉動(dòng)作的圖。
圖4是用于說明加濕M旁通閥的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是用于說明加濕M旁通閥的開閉動(dòng)作的圖。
圖6是用于說明空氣壓力的控制目標(biāo)值的切換動(dòng)作的圖。
圖7是用于說明燃料電池系統(tǒng)在通常運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)的圖。
圖8是用于說明燃料電池系統(tǒng)在停止指示下的狀態(tài)的圖。
圖9是用于說明燃料電池系統(tǒng)在掃氣過程中的狀態(tài)的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1表示本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方式，圖1為 其整體結(jié)構(gòu)圖。圖1的燃料電池系統(tǒng)由燃料電池堆10、流體流路20等 構(gòu)成，在流體流路20上設(shè)有發(fā)揮流體控制閥功能的加濕組件旁通閥(加 濕M旁通閥)30、入口截流閥40A和出口截流閥40B。并且，在流體 流路20上設(shè)有發(fā)揮調(diào)壓閥功能的燃料電池旁通閥80和空氣調(diào)壓閥90。
燃料電池堆IO使含有氫等的燃料氣體與含有氧等的氧化氣體反應(yīng) 而發(fā)電。即，向燃料電池堆IO提供燃料氣體與氧化氣體，在燃料電池 堆10內(nèi)的未圖示的多個(gè)電池單元中，使燃料氣體與氧化氣體反應(yīng)而獲 得電能。電池單元為例如大致長方形板狀的單元，將這些多個(gè)板狀的電池單元層疊而形成燃料電池堆10。然而，各電池單元也可以為例如 圓筒狀。
另外，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)例如搭載在車輛上，燃料電池
堆io作為車輛行駛用電動(dòng)機(jī)的電源而使用。當(dāng)然，本實(shí)施方式的燃料
電池系統(tǒng)也可以安裝在除車輛以外的裝置、系統(tǒng)等中。
流體流路20作為向燃料電池堆10提供反應(yīng)氣體的流路而發(fā)揮功 能。即，經(jīng)由流體流路20，向燃料電池堆10內(nèi)提供一方反應(yīng)氣體(例 如用作氧化氣體的空氣)。并且，流體流路20作為從燃料電池堆10 內(nèi)排出反應(yīng)后的氣體及生成水等的流路而發(fā)揮功能。另外，在燃料電 池堆10上，還連接有提供另一方反應(yīng)氣體(例如氫氣)的流路，但在 圖1中省略了該流路的圖示。
加濕M旁通閥30、入口截流閥40A、出口截流閥40B分別作為調(diào) 整流體流路20內(nèi)的空氣(air)的流動(dòng)的流體控制閥而發(fā)揮功能。這三 個(gè)閥分別經(jīng)由壓力控制流路70而與三個(gè)PSV (Pressure Switching Valve,壓力開關(guān)閥)連接。
艮P，在加濕M旁通閥30上連接有VbS、 VbC、 VbO三個(gè)PSV。 并且，在入口截流閥40A上連接有ViS、 ViC、 ViO三個(gè)PSV，在出口 截流閥40B上連接有VoS、 VoC、 VoO三個(gè)PSV。這些PSV經(jīng)由壓力 控制流路70連接到流體流路20的上游側(cè)例如空氣壓縮機(jī)(AP)與加 濕組件50之間等。并且，這些PSV例如由未圖示的控制部控制。
加濕M旁通閥30、入口截流閥40A、出口截流閥40B由各自對(duì)應(yīng) 的PSV進(jìn)行控制。在本實(shí)施方式中，對(duì)應(yīng)于燃料電池堆IO的狀態(tài)等， 控制加濕M旁通閥30、入口截流閥40A、出口截流閥40B各閥。對(duì)于 各閥的控制，在后文中做詳細(xì)的論述。接著，對(duì)流體流路20內(nèi)的空氣的流動(dòng)進(jìn)行說明。在流體流路20 內(nèi)流動(dòng)的空氣，從空氣壓縮機(jī)(AP)吸入至流體流路20內(nèi)?？諝鈮嚎s 機(jī)例如經(jīng)由空氣凈化器(未圖示)等從大氣中將空氣吸入流體流路20 內(nèi)。從空氣壓縮機(jī)吐出的空氣提供給加濕組件50、加濕M旁通閥30、 燃料電池旁通閥80。
加濕組件50調(diào)整在流體流路20中流動(dòng)的空氣的濕度。即，加濕 組件50對(duì)空氣進(jìn)行加濕，以達(dá)到適合燃料電池堆10內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)的 濕度。調(diào)整了濕度的空氣經(jīng)由入口截流閥40A提供給燃料電池堆10。
還存在不經(jīng)由加濕組件50向燃料電池堆IO提供空氣的途徑。艮卩， 存在從空氣壓縮機(jī)經(jīng)由加濕M旁通閥30向燃料電池堆10提供空氣的 途徑，流經(jīng)該途徑的空氣沒有進(jìn)行加濕調(diào)整而提供到燃料電池堆10內(nèi)。
提供給燃料電池旁通閥80的空氣不提供給燃料電池堆IO，而是經(jīng) 由稀釋器60向大氣中排放。燃料電池旁通閥80用于控制提供給燃料 電池堆10的空氣壓力(吐出壓)。即，通過燃料電池旁通閥80的閥 開度，調(diào)整壓力計(jì)Pl位置處的流體流路20內(nèi)的空氣壓力。并且，也 可以通過從空氣壓縮機(jī)(AP)吐出的空氣流量控制吐出壓。當(dāng)然，還 可以通過燃料電池旁通閥80的閥開度和空氣壓縮機(jī)的空氣流量這兩者 進(jìn)行吐出壓的控制。
從燃料電池堆IO排出的氣體(反應(yīng)后的空氣)輸出給空氣調(diào)壓閥 90。空氣調(diào)壓閥90用于控制從燃料電池堆10排出的空氣的壓力(背 壓)。即，通過空氣調(diào)整閥90的閥開度調(diào)整壓力計(jì)P2位置處的流體 流路20內(nèi)的空氣的壓力。背壓被控制為例如達(dá)到用于使燃料電池堆10 高效發(fā)電的目標(biāo)值。
另外，通過調(diào)整背壓，流體流路20內(nèi)的壓力也被調(diào)整，因此空氣 調(diào)壓閥90還作為調(diào)整流體流路20內(nèi)的空氣壓力的調(diào)壓閥而發(fā)揮作用。從空氣調(diào)壓閥90輸出的空氣經(jīng)由出口截流閥40B、加濕組件50、 稀釋器60而向大氣排放。
接著，用圖2至圖5對(duì)加濕M旁通閥30、入口截流閥40A、出口 截流閥40B進(jìn)行詳細(xì)說明。首先，用圖2及圖3對(duì)入口截流閥40A、 出口截流閥40B進(jìn)行說明。
圖2為用于說明截流閥40(圖1中的入口截流閥40A和出口截流 閥40B)的結(jié)構(gòu)的圖。截流閥40是常開閥，在正常狀態(tài)下，開閥力大 于閉閥力，使閥體41處于打開狀態(tài)。
截流閥40包括隔膜42，該隔膜42的上表面?zhèn)仍O(shè)有閉閩側(cè)壓力室 43，在隔膜42的下表面?zhèn)仍O(shè)有開閥側(cè)壓力室44。
隔膜42根據(jù)閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)的壓力與開閥側(cè)壓力室44內(nèi)的壓 力的壓力差，沿著圖的上下方向位移。例如，在圖2中，隔膜42的左 右兩端固定，隔膜42的中央部分以上下彎曲的方式位移。當(dāng)然，也可 以采用隔膜42的整體上下位移的結(jié)構(gòu)。當(dāng)隔膜42位移時(shí)，連接在隔 膜42上的閥體41也位移。其結(jié)果，根據(jù)隔膜42的位移，調(diào)整截流閥 40的閥開度。
例如，根據(jù)隔膜42的位移，閥體41被向上驅(qū)動(dòng)，由此從流體通 路20向截流閥40的入口 46流動(dòng)的空氣從截流閥40的出口 47向流體 通路20排出。另一方面，根據(jù)隔膜42的位移，閥體41被向下驅(qū)動(dòng)， 從而堵塞出口 47，由此從入口 46—側(cè)的流體通路20流向出口 47—側(cè) 的流體通路20的空氣流動(dòng)被隔斷。
并且，在隔膜42的下表面?zhèn)仍O(shè)有彈簧45，在隔膜42上施加有朝 上的彈力。閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)的壓力與開閥側(cè)壓力室44內(nèi)的壓力由三個(gè) PSV控制。即，若截流閥40為入口截流閥(圖1中的標(biāo)號(hào)40A)，則 通過ViS、 ViC、 ViO三個(gè)PSV控制各壓力室內(nèi)的壓力。并且，若截流 閥40是出口截流閥(圖1中的標(biāo)號(hào)40B)，則通過VoS、 VoC、 VoO 三個(gè)PSV控制各壓力室內(nèi)的壓力。
ViS (或者VoS)為三通式PSV，作為使閉閩側(cè)壓力室43與開閥 側(cè)壓力室44兩個(gè)壓力室中的一個(gè)壓力室選擇性地與流體流路20連接 的三通閥而發(fā)揮功能。即，通過ViS，通向流體流路20的壓力控制流 路70與通向閉閥側(cè)壓力室43的壓力控制流路70或通向開閥側(cè)壓力室 44的壓力控制流路70進(jìn)行連接。
ViS例如為電磁閥，通過通電而改變連接狀態(tài)。ViS在非控制狀態(tài) 即沒有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下，選擇開閥側(cè)壓力室44。即，在 非通電狀態(tài)下，通過ViS，通向流體流路20的壓力控制流路70與通向 閉閥側(cè)壓力室44的壓力控制流路70連接。而ViS在控制狀態(tài)即通電 的狀態(tài)(通電狀態(tài))下，選擇閉閥側(cè)壓力室43。 g卩，在通電狀態(tài)下， 通過ViS，通向流體流路20的壓力控制流路70與通向閉閥側(cè)壓力室 43的壓力控制流路70連接。
ViC (或者VoC)為二通式PSV，作為用于減小閉閥側(cè)壓力室43 內(nèi)的壓力的減壓閥而發(fā)揮功能。ViC的一側(cè)連接到通向閉閥側(cè)壓力室 43的壓力控制流路70， ViC的另一側(cè)向大氣開放。
ViC例如為電磁閥，通過通電而改變開閉狀態(tài)。ViC在非控制狀 態(tài)即沒有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下維持閉閥狀態(tài)。由此，在ViC 處于非通電狀態(tài)的情況下，連接閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)部與大氣的流路被 隔斷。而ViC在控制狀態(tài)即通電的狀態(tài)(通電狀態(tài))下開閥。由此， 在ViC處于通電狀態(tài)的情況下，形成連接閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)部與大氣的流路。
ViO (或者VoO)為二通式PSV，作為用于減小開閥側(cè)壓力室44 內(nèi)部的壓力的減壓閥而發(fā)揮功能。ViO的一側(cè)連接通向開閥側(cè)壓力室 44的壓力控制流路70， ViO的另一側(cè)向大氣開放。
ViO例如為電磁閥，通過通電而改變開閉狀態(tài)。ViO在非控制狀 態(tài)即沒有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下維持閉閥狀態(tài)。由此，在ViO 處于非通電狀態(tài)的情況下，連接開閥側(cè)壓力室44內(nèi)部與大氣的流路被 隔斷。而ViO在控制狀態(tài)即通電的狀態(tài)(通電狀態(tài))下開閥。由此， 在ViO處于通電狀態(tài)的情況下，形成連接開閥側(cè)壓力室44內(nèi)部與大氣 的流路。
另外，在用于說明本實(shí)施方式的各圖中，表示ViS (VoS) 、 ViC (VoC) 、 ViO (VoO)的多個(gè)三角形中，涂色的三角形表示關(guān)閉壓力 控制流路70的狀態(tài)，沒有涂色的三角形表示打開壓力控制流路70的 狀態(tài)。
例如，圖2所示的各三角形涂色的狀態(tài)下，ViS(或者VoS)表示 關(guān)閉通向閉閥側(cè)壓力室43的壓力控制流路70、而通向流體流路20的 壓力控制流路70與通向開閥側(cè)壓力室44的壓力控制流路70連接的狀 態(tài)(非通電狀態(tài))。并且，在圖2中，表示ViC (或者VoC)的三角 形進(jìn)行了涂色，這表示ViC (或者VoC)處于關(guān)閉狀態(tài)(非通電狀態(tài))。 并且，在圖2中，表示ViO(或者VoO)的三角形也進(jìn)行了涂色，這 表示ViO (或者VoO)也處于關(guān)閉狀態(tài)(非通電狀態(tài))。
圖3為用于說明截流閥40(圖1中的入口截流閥40A與出口截流 閥40B)的開閉動(dòng)作的圖。
圖3 (A)為用于說明截流閥40的開閥動(dòng)作的圖。gP，用于說明使下降而處于關(guān)閉狀態(tài)的閥體41向上移動(dòng)而開閥時(shí)的動(dòng)作。
在將截流閥40開閥的情況下，ViS (或者VoS)處于非通電狀態(tài)， 開閥側(cè)壓力室44與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連接。并且，ViO(或 者VoO)處于非通電狀態(tài)，連接開閥側(cè)壓力室44內(nèi)部與大氣的流路被 隔斷。并且，ViC (或者VoC)處于通電狀態(tài)，形成連接閉閥側(cè)壓力室 43內(nèi)部與大氣的流路，從而減小閉閥側(cè)壓力室43的壓力。
在該狀態(tài)下，在截流閥40的闊體41上作用有如下的力。首先， 若將空氣壓縮機(jī)(圖1中的AP)的吐出壓設(shè)為Pp將隔膜42的面積 設(shè)為AP則由于開閥側(cè)壓力室44與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連 接，因此開閥側(cè)壓力室44內(nèi)部被加壓，壓力成為Pp經(jīng)由隔膜42在 閥體41上作用有朝上的力PtAj。
并且，從截流閥40的入口 46進(jìn)入空氣(壓力P》，將力直接施 加給閥體41，因此若將閥體41的受壓面積設(shè)為A2，則在閥體41上作 用有朝下的力Pi八2。并且，若將燃料電池堆(圖1中的標(biāo)號(hào)10)內(nèi)的 負(fù)壓設(shè)為P2，則該負(fù)壓從截流閥40的出口 47將力施加給閥體41，因 此若將閥體41的受壓面積設(shè)為A2，則在閥體41上作用有朝下的力 P2A2。
并且，由彈簧45經(jīng)由隔膜42在閥體41上作用朝上的力Fs，并且 若考慮閥體41因凍結(jié)等而固定在出口 47局部上的力，則在閥體41上 作用有朝下的凍結(jié)力R。
因此，為了使閥體41朝上移動(dòng)而開閥，作用在閥體41的上下方 向上的力的關(guān)系為PiA—Fs〉PiA2+P2A2+F廣'(1)即可。在本實(shí)施方 式中，將用于驅(qū)動(dòng)截流閥40的驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定為使(1)式的關(guān)系 成立。并且，在將截流闊40開閥時(shí)，控制空氣的吐出壓Pp以達(dá)到該 驅(qū)動(dòng)所需壓力?？諝獾耐鲁鰤篜i是通過燃料電池旁通閥(圖1中的標(biāo)號(hào)80)的閥 開度、空氣壓縮機(jī)(圖1中的AP)的空氣流量來進(jìn)行控制。并且，也 可以通過空氣調(diào)壓閥(圖1中的標(biāo)號(hào)卯)的閥開度進(jìn)行空氣吐出壓Pi 的控制。
如(1)式所示，由于燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓P2，在閥體41上作用 有朝下的力P2A2。燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓P2，受電池堆停止發(fā)電后的放
置時(shí)間、溫度等的影響而發(fā)生變動(dòng)。
因此，在本實(shí)施方式中，根據(jù)燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓p2，控制吐出
壓P,。例如，負(fù)壓P2越小(負(fù)壓P2的絕對(duì)值越大)，用于驅(qū)動(dòng)截流閥
40的驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定得越大，控制空氣的吐出壓Pp以達(dá)到該驅(qū)動(dòng)
所需壓力。
因此，在本實(shí)施方式中，與將空氣的吐出壓設(shè)定為固定值的情況
相比，能夠減少伴隨燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓變動(dòng)而產(chǎn)生的、截流閥40的 開閥時(shí)間的偏差。當(dāng)然，也可以控制為使截流閥40的開閥時(shí)間固定。 并且，在本實(shí)施方式中，即使在燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓變動(dòng)的情況下， 也能夠更可靠地使截流閥40開閩。由此，在本實(shí)施方式中，由于根據(jù) 燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓控制空氣的吐出壓，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更穩(wěn)定的開閥 動(dòng)作。
圖3 (B)為用于說明截流閥40的閉閥動(dòng)作的圖。即，用于說明 使上升而處于打開狀態(tài)的閥體41朝下移動(dòng)而閉閥時(shí)的動(dòng)作。
在將截流閥40閉閥的情況下，ViS (或者VoS)為通電狀態(tài)，閉 閥側(cè)壓力室43與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連接。并且，ViC (或 者VoC)為非通電狀態(tài)，連接閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)部與大氣的流路被隔 斷。并且，ViO (或者VoO)為通電狀態(tài)，形成連接開閥側(cè)壓力室44內(nèi)部與大氣的流路，從而減小開閥側(cè)壓力室44的壓力。
在該狀態(tài)下，截流閥40的閥體41上作用有如下的力。首先，將 空氣壓縮機(jī)(圖1中的AP)的吐出壓設(shè)為Pp將隔膜42的面積設(shè)為 Ap則由于閉閥側(cè)壓力室43與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連接，因 此閉閥側(cè)壓力室43內(nèi)部被加壓，壓力成為Pp經(jīng)由隔膜42在閥體41 上作用有朝下的力PiAp
并且，從截流閥40的入口 46進(jìn)入空氣(壓力P。，將力直接施 加給閥體41，因此若將閥體41的受壓面積設(shè)為A2，則在閥體41上作 用有朝上的力PiA2。并且，由彈簧45經(jīng)由隔膜42在闊體41上作用朝 上的力Fs。
因此，為了使閥體41朝下移動(dòng)而閉閥，作用在閥體41的上下方 向上的力的關(guān)系為PiA^P^2+Fs…(2)即可。例如將空氣的吐出壓 Pi等設(shè)定為使該力的關(guān)系成立。并且，也可以將用于驅(qū)動(dòng)截流閥40的 驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定為使(2)式的關(guān)系成立，控制空氣的吐出壓Pp以 達(dá)到該驅(qū)動(dòng)所需壓力。
另外，在圖2及圖3中，對(duì)使用兩個(gè)壓力室的截流閥40進(jìn)行了說 明，但壓力室例如可以僅為閉閥側(cè)壓力室43。即，在關(guān)閉截流閥40時(shí)， 對(duì)閉閥側(cè)壓力室43進(jìn)行加壓，使用于使閥體41朝下移動(dòng)的力的關(guān)系 成立，并且在打開截流閥40時(shí)，減小閉閥側(cè)壓力室43的壓力，通過 彈簧45的力、從入口 46進(jìn)入的空氣的壓力，使用于使閥體41朝上移 動(dòng)的力的關(guān)系成立。
接著，利用圖4及圖5，對(duì)加濕M旁通閥30進(jìn)行說明。圖4為用 于說明加濕M旁通閥30的結(jié)構(gòu)的圖。加濕M旁通閥30是常閉閥，在 正常狀態(tài)下，閉閥力大于開閥力，使閥體31處于關(guān)閉狀態(tài)。加濕M旁通閥30包括隔膜32，在該隔膜32的上表面?zhèn)仍O(shè)有閉閥 側(cè)壓力室33，在隔膜32的下表面?zhèn)仍O(shè)有開閥側(cè)壓力室34。
隔膜32根據(jù)閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)的壓力與開閥側(cè)壓力室34內(nèi)的壓 力的壓力差，沿著圖的上下方向位移。例如，在圖4中，隔膜32的左 右兩端固定，隔膜32的中央部分以上下彎曲的方式位移。當(dāng)然，也可 以采用隔膜32的整體上下位移的結(jié)構(gòu)。當(dāng)隔膜32位移時(shí)，連接在隔 膜32上的閥體31也位移。其結(jié)果，根據(jù)隔膜32的位移，調(diào)整加濕M 旁通閥30的閥開度。
例如，根據(jù)隔膜32的位移，闊體31被向上驅(qū)動(dòng)，由此從流體流 路20朝加濕M旁通閥30的入口 36的流動(dòng)的空氣從加濕M旁通闊30 的出口 37朝流體流路20排出。另一方面，根據(jù)隔膜32的位移，閥體 31被向下驅(qū)動(dòng)，從而堵塞出口37，由此從入口 36—側(cè)的流體流路20 流向出口 37 —側(cè)的流體流路20的空氣流動(dòng)被隔斷。
并且，在隔膜32的上表面?zhèn)仍O(shè)有彈簧35，在隔膜32上施加有朝 下的彈力。
閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)的壓力與開閥側(cè)壓力室34內(nèi)的壓力由三個(gè) PSV控制。艮卩，通過VbS、 VbC、 VbO三個(gè)PSV控制各壓力室內(nèi)的壓 力。
VbS為三通式PSV，作為使閉閥側(cè)壓力室33與開閥側(cè)壓力室34 兩個(gè)壓力室中的一個(gè)壓力室選擇性地與流體流路20連接的三通閥而發(fā) 揮功能。BP，通過VbS，通向流體路徑20的壓力控制流路70與通向 閉閥側(cè)壓力室33的壓力控制流路70或通向開闊側(cè)壓力室34的壓力控 制流路70進(jìn)行連接。
VbS例如為電磁閥，通過通電而改變連接狀態(tài)。VbS在非控制狀態(tài)即沒有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下，選擇閉閥側(cè)壓力室33。艮卩， 在非通電狀態(tài)下，通過VbS，通向流體流路20的壓力控制流路70與 通向閉閥側(cè)壓力室33的壓力控制流路70連接。而VbS在控制狀態(tài)即 通電的狀態(tài)(通電狀態(tài))下，選擇開閥側(cè)壓力室34。即，在通電狀態(tài) 下，通過VbS，通向流體流路20的壓力控制流路70與通向開閥側(cè)壓 力室34的壓力控制流路70連接。
VbC為二通式PSV，作為用于減小閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)的壓力的減 壓閥而發(fā)揮功能。VbC的一側(cè)連接到通向閉閥側(cè)壓力室33的壓力控制 流路70， VbC的另一側(cè)向大氣開放。
VbC例如為電磁閥，通過通電而改變開閉狀態(tài)。VbC在非控制狀 態(tài)即沒有通上電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下維持閉閥狀態(tài)。由此，在VbC 處于非通電狀態(tài)的情況下，連接閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)部與大氣的流路被 隔斷。而VbC在控制狀態(tài)即通電的狀態(tài)(通電狀態(tài))下開閥。由此， 在VbC處于通電狀態(tài)的情況下，形成連接閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)部與大氣 的流路。
VbO為二通式PSV，作為用于減小開閥側(cè)壓力室34內(nèi)的壓力的減 壓閥而發(fā)揮功能。VbO的一側(cè)連接通向開閥側(cè)壓力室34的壓力控制流 路70， VbO的另一側(cè)向大氣開放。
VbO例如為電磁閥，通過通電而改變開閉狀態(tài)。VbO在非控制狀 態(tài)即沒有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下維持閉閥狀態(tài)。由此，在VbO 處于非通電狀態(tài)的情況下，連接開閥測(cè)壓力室34內(nèi)部與大氣的流路被 隔斷。而VbO在控制狀態(tài)即通電的狀態(tài)(通電狀態(tài))下開闊。由此， 在VbO處于通電狀態(tài)的情況下，形成連接開閥側(cè)壓力室34內(nèi)部與大氣 的流路。
另外，在用于說明本實(shí)施方式的各圖中，表示VbS、 VbC、 VbO的多個(gè)三角形中，涂色的三角形表示關(guān)閉壓力控制流路70的狀態(tài)，沒 有涂色的三角形表示打開壓力控制流路70的狀態(tài)。
例如，在圖4所示的各三角形涂色的狀態(tài)下，VbS表示關(guān)閉通向 開閥側(cè)壓力室34的壓力控制流路70、而通向流體流路20的壓力控制 流路70與通向閉閥側(cè)壓力室33的壓力控制流路70連接的狀態(tài)。并且， 在圖4中，表示VbC的三角形進(jìn)行了涂色，這表示VbC處于關(guān)閉狀態(tài) (非通電狀態(tài))。并且，在圖4中，表示VbO的三角形也進(jìn)行了涂色， 這表示VbO也處于關(guān)閉狀態(tài)(非通電狀態(tài))。
圖5為用于說明加濕M旁通閥30的開閉動(dòng)作的圖。圖5 (A)為 用于說明加濕M旁通閥30的開閥動(dòng)作的圖。B卩，用于說明使下降而處 于關(guān)閉狀態(tài)的閥體31朝上移動(dòng)而開閥時(shí)的動(dòng)作。
在將加濕M旁通閥30開閥的情況下，VbS為通電狀態(tài)，開閥側(cè) 壓力室34與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連接。并且，VbO為非通電 狀態(tài)，連接開閥側(cè)壓力室34內(nèi)部與大氣的流路被隔斷。并且，VbC為 通電狀態(tài)，形成連接閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)部與大氣的流路，從而減小閉 閥側(cè)壓力室33的壓力。
在該狀態(tài)下，在加濕M旁通閥30的閥體31上作用有如下的力。 首先，若將空氣壓縮機(jī)(圖1中的AP)的吐出壓設(shè)為Pp將隔膜32 的面積設(shè)為Ap則由于開閥側(cè)壓力室34與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào) 20)連接，因此開閥側(cè)壓力室34內(nèi)部被加壓，壓力成為Pp經(jīng)由隔膜 32在閥體31上作用有朝上的力PiA^
并且，從加濕M旁通閥30的入口 36進(jìn)入空氣(壓力P!)，將力 直接施加給閥體31，因此若將閥體31的受壓面積設(shè)為A2，則在閥體 31上作用有朝下的力P^2。并且，由彈簧35經(jīng)由隔膜32在閥體31 上作用朝下的力Fs，并且若考慮閥體31因凍結(jié)等而固定在出口 37局部上的力，則在閥體31上作用有朝下的凍結(jié)力Fj。
因此，為了使閥體31朝上移動(dòng)而閉閥，作用在閥體31的上下方 向上的力的關(guān)系為PiA!〉P,A2+Fs+F廣'(3)即可。例如將空氣的吐出 壓Pi等設(shè)定為使該力的關(guān)系成立。并且，也可以將用于驅(qū)動(dòng)加濕M旁 通閥30的驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定為使(3)式的關(guān)系成立，控制空氣的吐 出壓Pp以達(dá)到該驅(qū)動(dòng)所需壓力。
圖5 (B)為用于說明加濕M旁通閥30的閉閥動(dòng)作的圖。艮卩，用 于說明使上升而處于打開狀態(tài)的閥體31朝下移動(dòng)而閉閥時(shí)的動(dòng)作。
在將加濕M旁通閥30閉閥的情況下，VbS為非通電狀態(tài)，閉閥 側(cè)壓力室33與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20)連接。并且，VbC為非通 電狀態(tài)，連接閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)部與大氣的流路被隔斷。并且，VbO 為通電狀態(tài)，形成連接開閥側(cè)壓力室34內(nèi)部與大氣的流路，從而減小 開閥側(cè)壓力室34的壓力。
在該狀態(tài)下，在加濕M旁通閥30的閥體31上作用有如下的力。 首先，將空氣壓縮機(jī)(圖1中的AP)的吐出壓設(shè)為Pp將隔膜32的 面積設(shè)為A,，則由于閉閥側(cè)壓力室33與流體流路(圖1中的標(biāo)號(hào)20) 連接，因此閉閥側(cè)壓力室33內(nèi)部被加壓，壓力成為PP經(jīng)由隔膜32 在閥體31上作用有朝下的力PiA,。
并且，從加濕M旁通閥30的入口 36進(jìn)入空氣(壓力P。，將力 直接施加給閥體31，因此若將閥體31的受壓面積設(shè)為A2，則在閥體 31上作用有朝上的力P,A2。并且，由彈簧35經(jīng)由隔膜32在閥體31 上作用朝下的力Fs。
因此，為了使閥體31朝下移動(dòng)而閉閥，作用在閥體31的上下方 向上的力的關(guān)系為Fs+PiA! 〉PiA2…(4)即可。例如將空氣的吐出壓Pj等設(shè)定為使該力的關(guān)系成立。并且，也可以將用于驅(qū)動(dòng)加濕M旁通
閥30的驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定為使(4)式的關(guān)系成立，控制空氣的吐出 壓P,，以達(dá)到該驅(qū)動(dòng)所需壓力。
另外，在圖4及圖5中，對(duì)使用兩個(gè)壓力室的加濕M旁通閥30 進(jìn)行了說明，但壓力室例如可以僅為開閥側(cè)壓力室34。 g卩，在打開加 濕M旁通閥30時(shí)，對(duì)開閥側(cè)壓力室34進(jìn)行加壓，使用于使閥體41 朝上移動(dòng)的力的關(guān)系成立，在關(guān)閉加濕M旁通閥30時(shí)，對(duì)開閥側(cè)壓力 室34進(jìn)行減壓，通過彈簧35的力等使用于使閥體31朝下的移動(dòng)的力 的關(guān)系成立。
如上所述，在圖l所示的燃料電池系統(tǒng)中，作為流體控制閥而發(fā) 揮功能的加濕M旁通閥30、入口截流閥40A與出口截流閥40B利用 流體流路20內(nèi)空氣的壓力進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)。
流體流路20內(nèi)空氣的壓力，通常將燃料電池堆10所要求的要求 壓作為控制目標(biāo)值。例如，在燃料電池堆10的發(fā)電運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，流體 流路20內(nèi)的空氣的壓力被控制為達(dá)到燃料電池堆IO的背壓的目標(biāo)值。 但是，在對(duì)流體控制閥進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)時(shí)，優(yōu)選流體流路20內(nèi)空氣的壓 力為驅(qū)動(dòng)流體控制閥所要求的驅(qū)動(dòng)所需壓力。因此，在本實(shí)施方式中， 將在流體流路20中流動(dòng)的空氣壓力的控制目標(biāo)值根據(jù)流體控制閥的開 閉驅(qū)動(dòng)時(shí)序而適當(dāng)切換。
圖6為用于說明空氣壓力的控制目標(biāo)值的切換動(dòng)作的流程圖。以 下，對(duì)圖6所示流程圖中的各步驟的處理內(nèi)容進(jìn)行說明。另外，在以 下說明中，對(duì)圖l所示的部分(結(jié)構(gòu))使用圖1中的標(biāo)號(hào)。
在將流體流路20內(nèi)的空氣壓力控制為達(dá)到燃料電池堆10的背壓 目標(biāo)值P2'的狀態(tài)下，若存在流體控制閥(加濕M旁通閥30、入口截 流閥40A、出口截流閥40B)的驅(qū)動(dòng)要求(S601)，則控制燃料電池系統(tǒng)的控制部設(shè)定流體控制闔的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1' (S602)。例 如，將用于驅(qū)動(dòng)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1'設(shè)定為使利用 圖3和圖5說明的力的關(guān)系(1)至(4)成立。
接著，控制部將空氣壓力的控制目標(biāo)值從背壓目標(biāo)值P2'切換為用 于驅(qū)動(dòng)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1' (S603)，并且例如調(diào) 整空氣調(diào)壓閥90的閥開度，以使空氣壓力成為目標(biāo)值PI' (S604)。 另外，也可以通過燃料電池旁通閥80的閥開度、空氣壓縮機(jī)AP的空 氣流量，控制空氣壓力。通過對(duì)空氣壓力的控制，空氣壓力成為流體 控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1'，流體控制閥被切實(shí)地驅(qū)動(dòng)而切換 開閉狀態(tài)(S605)。
當(dāng)流體控制閥的開閉狀態(tài)被切換時(shí)，控制部將空氣壓力的控制目 標(biāo)值從流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值Pl'切換為背壓目標(biāo)值P2' (S606)，并且例如調(diào)整空氣調(diào)壓閥卯的閥開度，以使空氣壓力成為 目標(biāo)值P2' (S607)。由此，燃料電池堆10內(nèi)的背壓恢復(fù)到適合燃料 電池堆10運(yùn)轉(zhuǎn)的背壓目標(biāo)值P2'。
另外，燃料電池堆10的背壓目標(biāo)值P2'根據(jù)燃料電池堆10的結(jié)構(gòu) 等例如被設(shè)定為120千帕等。并且，流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力的目 標(biāo)值P1'根據(jù)流體控制閥的結(jié)構(gòu)等被設(shè)定為140千帕等。
由此，在本實(shí)施方式中，在驅(qū)動(dòng)流體控制閥時(shí)，與燃料電池堆IO 所要求的背壓目標(biāo)值相比，優(yōu)先根據(jù)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整 在流體流路20中流動(dòng)的流體的壓力。
圖1所示的燃料電池堆的流體控制閥的開閉狀態(tài)是根據(jù)使燃料電 池堆10發(fā)電的通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、用于對(duì)燃料電池堆10進(jìn)行掃氣的掃氣 狀態(tài)、使燃料電池系統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的停止?fàn)顟B(tài)等各狀態(tài)而確定。并且， 在例如從通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為掃氣狀態(tài)時(shí)、從掃氣狀態(tài)轉(zhuǎn)換為停止?fàn)顟B(tài)時(shí)、從停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)等情況下，驅(qū)動(dòng)流體控制閥 而適當(dāng)切換開閉狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，在上述各狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)， 優(yōu)先根據(jù)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整在流體流路20中流動(dòng)的流體 的壓力。
因此，使用圖7至圖9對(duì)圖1的燃料電池系統(tǒng)從通常運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀 態(tài)向掃氣中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換為止各閥的控制進(jìn)行說明。并且，圖7至圖9 分別在圖l所示的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖上示出流體流路20內(nèi)的 空氣的流動(dòng)等。因此，對(duì)已經(jīng)利用圖l說明的部分(結(jié)構(gòu))省略說明。
圖7為用于說明圖1中的燃料電池系統(tǒng)在通常運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)的圖。 通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的燃料電池系統(tǒng)處于使燃料電池堆10發(fā)電的狀態(tài)。即， 向燃料電池堆IO提供加濕的空氣，并且從燃料電池堆IO排出反應(yīng)后 的空氣。
在通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，加濕M旁通閥30處于關(guān)閉的狀態(tài)，入口截 流闊40A與出口截流閥40B均處于打開的狀態(tài)。并且，空氣壓縮機(jī)(AP) 運(yùn)轉(zhuǎn)，從空氣壓縮機(jī)吐出的空氣向加濕組件50、加濕M旁通閥30、燃 料電池旁通閥80供給。
從空氣壓縮機(jī)提供到加濕組件50的空氣通過加濕組件加濕后，經(jīng) 由處于打開狀態(tài)的入口截流閥40A，提供給燃料電池堆10。并且，從 空氣壓縮機(jī)提供到加濕M旁通閥30的空氣，由于加濕M旁通閥30處 于關(guān)閉的狀態(tài)，因此在此被隔斷。并且，燃料電池旁通閥80也處于關(guān) 閉的狀態(tài)，從而隔斷空氣的流動(dòng)。
從燃料電池堆10排出的反應(yīng)后的空氣經(jīng)由調(diào)整背壓的空氣調(diào)壓閥 90、處于打開狀態(tài)的出口截流閥40B，進(jìn)而經(jīng)由加濕組件50、稀釋器 60而排出至大氣。
22在通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，控制入口截流閥40A的ViS、 ViC、 ViO均處 于非通電狀態(tài)。S口，處于由ViS選擇開閥側(cè)壓力室(圖2中的標(biāo)號(hào)44) 的狀態(tài)，并且ViC與ViO處于關(guān)閉的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，通過從空氣 壓縮機(jī)吐出的空氣的吐出壓，入口截流閥40A的開閥側(cè)壓力室內(nèi)被加 壓，朝打開閥體(圖2中的標(biāo)號(hào)41)的方向施力。另外，入口截流閥 40A內(nèi)的彈簧(圖2中的標(biāo)號(hào)45)也朝打開閥體的方向施力，并且， 從入口截流閥40A的入口 (圖2中的標(biāo)號(hào)46)進(jìn)入的空氣也朝打開閥 體的方向施力。因此，雖然ViS、 ViC、 ViO均處于非通電狀態(tài)，但能 夠維持打開入口截流閥40A的狀態(tài)即正常狀態(tài)。
并且，在通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，控制出口截流閥40B的VoS、 VoC、 VoO也均處于非通電狀態(tài)。并且，由于與入口截流閥40A的情況相同 的原因，雖然VoS、 VoC、 VoO均處于非通電狀態(tài)，但能夠維持打開 出口截流閥40B的狀態(tài)即正常狀態(tài)。
并且，在通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，控制加濕M旁通閥30的VbS、 VbC、 VbO均處于非通電狀態(tài)。即，處于由VbS選擇閉閥側(cè)壓力室(圖4中 的標(biāo)號(hào)33)的狀態(tài)，并且VbC與VbO處于關(guān)閉的狀態(tài)。在該狀態(tài)下， 通過從空氣壓縮機(jī)吐出的空氣的吐出壓，加濕M旁通閥30的閉閥側(cè)壓 力室內(nèi)被加壓，從而朝關(guān)閉閥體(圖4中的標(biāo)號(hào)31)的方向施力。另 外，加濕M旁通閥30內(nèi)的彈簧(圖4中的標(biāo)號(hào)35)也朝關(guān)閉閥體的 方向施力，并且從加濕M旁通閥30的入口 (圖4中的標(biāo)號(hào)36)進(jìn)入 的空氣也朝關(guān)閉閥體的方向施力。因此，雖然VbS、 VbC、 VbO均處 于非通電狀態(tài)，但能夠維持關(guān)閉加濕M旁通閥30的狀態(tài)即正常狀態(tài)。
在通常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在流體流路20中流動(dòng)的空氣的壓力被控制為 達(dá)到燃料電池堆IO的背壓的目標(biāo)值。B卩，空氣壓力的控制目標(biāo)值設(shè)定 為背壓目標(biāo)值P2'，空氣調(diào)壓閥90的閥開度被調(diào)整為使空氣壓力成為 P2'。另外，也可以通過燃料電池旁通閥80的閥開度、空氣壓縮機(jī)AP 的空氣流量控制空氣壓力。圖8為用于說明圖l中的燃料電池系統(tǒng)在停止指示下的狀態(tài)的圖。 該狀態(tài)為例如由用戶等從通常運(yùn)轉(zhuǎn)中的狀態(tài)(圖7)完成使燃料電池系 統(tǒng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的操作的情況的狀態(tài)。
當(dāng)完成停止操作時(shí)，燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行用于掃氣的準(zhǔn)備動(dòng)作。艮P， 圖8所示的狀態(tài)相當(dāng)于開始掃氣時(shí)的狀態(tài)，在開始掃氣時(shí)，控制加濕 M旁通閥30，使之從關(guān)閉的狀態(tài)切換為打開的狀態(tài)。使加濕M旁通閥 30開閥的動(dòng)作如上述的說明(參照?qǐng)D5)。即，VbS通電，開閥側(cè)壓 力室(圖5中的標(biāo)號(hào)34)與流體流路20連接。并且，VbO處于非通電 狀態(tài)，連接開閥側(cè)壓力室內(nèi)部與大氣的流路被隔斷。并且，VbC通電， 從而減小閉閥側(cè)壓力室(圖5中的標(biāo)號(hào)33)的壓力。由此，加濕M旁 通閥30開閥。當(dāng)加濕M旁通閥30開閥時(shí)，從空氣壓縮機(jī)吐出的空氣 經(jīng)由加濕M旁通閥30提供給燃料電池堆10。
并且，在開始掃氣時(shí)，入口截流閥40A被控制為從打開的狀態(tài)切 換為關(guān)閉的狀態(tài)。使入口截流閥40A閉閥的動(dòng)作如上述的說明(參照 圖3) 。 B卩，ViS通電，閉閥側(cè)壓力室(圖3中的標(biāo)號(hào)43)與流體流路 20連接。并且ViC處于非通電狀態(tài)，連接閉閥側(cè)壓力室內(nèi)部與大氣的 流路被隔斷。并且，ViO通電，從而減小開閥側(cè)壓力室(圖3中的標(biāo) 號(hào)44)的壓力。當(dāng)入口截流閥40A關(guān)閉時(shí)，經(jīng)由入口截流閥40A向燃 料電池堆IO供給的空氣的流動(dòng)被隔斷。
并且，在停止指示下，出口截流閥40B與通常運(yùn)轉(zhuǎn)中(參照?qǐng)D7) 同樣處于打開的狀態(tài)。并且，控制出口截流閥40B的VoS、 VoC、 VoO 均處于非通電狀態(tài)。
在開始掃氣時(shí)，在流體流路20中流動(dòng)的空氣的壓力被控制為達(dá)到 流體控制閥(加濕M旁通閥30、入口截流閥40A、出口截流閥40B) 的驅(qū)動(dòng)所需壓力。S卩，將空氣壓力的控制目標(biāo)值設(shè)定為驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值Pl'，空氣調(diào)壓閥90的閥開度被調(diào)整為使空氣壓力成為Pl'。 即，擰入空氣調(diào)壓閥90，提高空氣壓力。并且，也可以通過燃料電池 旁通閥80的閥開度、空氣壓縮機(jī)AP的空氣流量控制空氣壓力。
圖9為用于說明圖1中的燃料電池系統(tǒng)在掃氣過程中的狀態(tài)的圖。 掃氣是例如為吐出燃料電池堆10內(nèi)的生成水等而實(shí)施的。g卩，空氣沒 有被加濕而提供到燃料電池堆10，生成水等與空氣一起從燃料電池堆 10吐出。
在掃氣過程中，加濕M旁通閥30維持打開的狀態(tài)。在本實(shí)施方 式中，為了使加濕M旁通閥30維持打開的狀態(tài)，將開閥側(cè)壓力室(圖 4中的標(biāo)號(hào)34)密封而維持開閥側(cè)壓力室內(nèi)的壓力。用于維持壓力而 密封的動(dòng)作如下。
首先，控制為開始掃氣時(shí)(圖8)的狀態(tài)，即控制為在流體流路 20中流動(dòng)的空氣的壓力達(dá)到驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1'，在加濕M旁 通閥30的開閥側(cè)壓力室被以壓力Pl'加壓的狀態(tài)下，停止VbS的通電。 由此，與加濕M旁通閥30的開閥側(cè)壓力室連通的壓力控制流路70被 關(guān)閉。此時(shí)VbO處于非通電狀態(tài)，連接加濕M旁通閥30的開閥側(cè)壓 力室與大氣的流路也被隔斷。因此，加濕M旁通閥30的開閥側(cè)壓力室 維持被以壓力P1'加壓的狀態(tài)而被密封。并且，VbC處于通電的狀態(tài)， 從而加濕M旁通閥30的閉閥側(cè)壓力室內(nèi)部的壓力減小。
因此，由于加濕M旁通閥30的閉閥側(cè)壓力室內(nèi)與開閥側(cè)壓力室 內(nèi)的壓力差，作用有使閥體(圖4中的標(biāo)號(hào)31)朝打開的方向移動(dòng)的 力，該力大于例如由彈簧(圖4中的標(biāo)號(hào)35)等引起的力，從而加濕 M旁通閥30維持打開的狀態(tài)。
并且，在掃氣過程中，入口截流閥40A維持關(guān)閉的狀態(tài)。在本實(shí) 施方式中，為了使入口截流閥40A維持關(guān)閉的狀態(tài)，將閉閥側(cè)壓力室(圖2中的標(biāo)號(hào)43)密封而維持閉閥側(cè)壓力室內(nèi)的壓力。用于維持壓 力而密封的動(dòng)作如下。
首先，控制為開始掃氣時(shí)(圖8)的狀態(tài)，即控制為在流體流路 20中流動(dòng)的空氣的壓力達(dá)到驅(qū)動(dòng)所需壓力的目標(biāo)值P1'，在加濕M旁 通閥30的開閥側(cè)壓力室被以壓力Pl'加壓的狀態(tài)下，停止ViS的通電。 由此，與入口截流閥40A的閉閥側(cè)壓力室連通的壓力控制流路70被關(guān) 閉。此時(shí)ViC處于非通電狀態(tài)，連接入口截流閥40A的閉閥側(cè)壓力室 與大氣的流路也被隔斷。因此，入口截流閥40A的閉閥側(cè)壓力室維持 被以壓力P1'加壓的狀態(tài)而被密封。并且，ViO處于通電的狀態(tài)，從而 入口截流閥40A的開閥側(cè)壓力室內(nèi)部的壓力減小。
因此，由于入口截流閥40A的閉閥側(cè)壓力室內(nèi)與開閥側(cè)壓力室內(nèi) 的壓力差，作用有使閥體(圖2中的標(biāo)號(hào)41)朝關(guān)閉的方向移動(dòng)的力， 該力大于例如由彈簧(圖3中的標(biāo)號(hào)45)等引起的力，從而入口截流 閥40A維持關(guān)閉的狀態(tài)。
掃氣是例如為了吐出燃料電池堆10內(nèi)的生成水等而實(shí)施的。因此， 為了有效地吐出生成水等，在掃氣過程中，優(yōu)選將空氣調(diào)壓閥卯完全 打開。但是，當(dāng)使空氣調(diào)壓閥90的閥開度從擰入的狀態(tài)完全打開時(shí)， 在流體流路20中流動(dòng)的空氣的壓力下降。
但是，在本實(shí)施方式中，對(duì)加濕M旁通閥30的開閥側(cè)壓力室進(jìn) 行密封，從而維持加濕M旁通闊30的打開狀態(tài)，并且對(duì)入口截流閥 40A的閉閥側(cè)壓力室進(jìn)行密封，從而維持入口截流閥40A的關(guān)閉狀態(tài)。 因此，即使在流體流路20中流動(dòng)的空氣的壓力下降的情況下，也能夠 維持加濕M旁通閥30的打開狀態(tài)和入口截流閥40A的關(guān)閉狀態(tài)。
因此，在本實(shí)施方式中，調(diào)整空氣調(diào)壓閥90的閥開度等而切換加 濕M旁通閥30與入口截流閥40A的開閉狀態(tài)，以在開始掃氣時(shí)(圖8)的狀態(tài)下使空氣壓力暫時(shí)成為P1'之后，在掃氣過程中，使空氣調(diào)壓閥
90處于完全打開或接近完全打開的狀態(tài)，從而能夠進(jìn)行掃氣。
并且，在掃氣過程中，出口截流閥40B與在停止指示下(參照?qǐng)D 8)同樣地處于開閥的狀態(tài)。用于控制出口截流閥40B的VoS、 VoC、 VoO均處于非通電狀態(tài)。由于出口截流閥40B開閥，因此從燃料電池 堆10排出的空氣經(jīng)由空氣調(diào)壓閩90和處于打開狀態(tài)的出口截流閥 40B，進(jìn)而經(jīng)由加濕組件50、稀釋器60而排放至大氣。
以上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但上述的實(shí)施方式 僅是所有方式中的例示，并不限定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明在不脫離其 本質(zhì)的范圍內(nèi)包含各種變形方式。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括燃料電池；與燃料電池連接的流體流路；和設(shè)置在流體流路上的流體控制閥，所述流體控制閥為利用在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)的閥，根據(jù)為了驅(qū)動(dòng)所述流體控制閥而所需的驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述流體控制閥開閥時(shí)，根據(jù)與所述燃料電池內(nèi)的壓力對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。
3. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)所述燃料電池所需要的電池所需壓力與所述驅(qū)動(dòng)所需壓力，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力，在驅(qū)動(dòng)所述流體控制閥時(shí)，與電池所需壓力相比，優(yōu)先根據(jù)驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述燃料電池開始掃氣時(shí)，與所述電池所需壓力相比，優(yōu)先根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力，所述流體控制閥切換為適合掃氣的開閉狀態(tài)。
5. 如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述流體控制閥切換為適合掃氣的開閉狀態(tài)之后，該流體控制閥的壓力室被密封，以便通過該壓力室內(nèi)的壓力維持該流體控制閥的開閉狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括使流體在所述流體流路中流通的壓縮機(jī)；和設(shè)置在所述流體流路上的調(diào)壓閥，所述燃料電池系統(tǒng)通過所述壓縮機(jī)的吐出流量與所述調(diào)壓閥的閥開度中的至少一個(gè)，調(diào)整在流體流路中流動(dòng)的流體的壓力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用在流體流路(20)中流動(dòng)的空氣的壓力進(jìn)行開閉驅(qū)動(dòng)的流體控制閥(加濕M旁通閥(30)、入口截流閥(40A)、出口截流閥(40B))。根據(jù)用于驅(qū)動(dòng)流體控制閥所要求的驅(qū)動(dòng)所需壓力，通過從空氣壓縮機(jī)(AP)吐出的空氣流量、燃料電池旁通閥(80)的閥開度、空氣調(diào)壓閥(90)的閥開度等，調(diào)整在流體流路(20)中流動(dòng)的空氣的壓力P1。例如，在本發(fā)明中，燃料電池堆內(nèi)的負(fù)壓P2的絕對(duì)值越大，用于驅(qū)動(dòng)截流閥(40)的驅(qū)動(dòng)所需壓力設(shè)定得越大，將空氣的壓力P1控制為達(dá)到該驅(qū)動(dòng)所需壓力。根據(jù)本發(fā)明，由于根據(jù)流體控制閥的驅(qū)動(dòng)所需壓力調(diào)整在流體流路(20)中流動(dòng)的空氣的壓力P1，因此與例如根據(jù)燃料電池的要求而調(diào)整空氣的壓力P1的情況相比，提高了流體控制閥的驅(qū)動(dòng)的響應(yīng)性及可靠性等。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101542807SQ200780043630
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者坊農(nóng)哲也, 長田康弘 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社