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)，其具有通過燃料氣體與氧化氣體 的電化學反應來進行發(fā)電的燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池，通過燃料氣體與氧化氣體這樣的 反應氣體的電化學反應來進行發(fā)電；反應氣體供給流路，用于向燃料 電池供給反應氣體；反應氣體系排出流路，用于從燃料電池排出反應 氣體。此外，還考慮在這樣的反應氣體供給流路和反應氣體系排出流 路上設置燃料電池用截止閥。
例如，專利文獻1中記載的燃料電池系統(tǒng)通過儲氣筒向如下閥供 給空氣設置在從電池組排出反應氣體系氣體的反應氣體系排出流路 上的截止閥；設置在向電池組供給燃料氣體的燃料氣體供給流路上的 三通切換閥；設置在向電池組供給空氣的氧化氣體系供給流路上的閥， 并切換作為先導閥的各閥。
此外，在專利文獻2中記載的燃料電池系統(tǒng)中，在向燃料電池組 供給燃料氣體的流通路徑上設置因該前后流路間的壓力差而關(guān)閉的 閥，在第一時刻閥與燃料電池組間的第一壓力和在第二時刻閥與燃料 電池組間的第二壓力之間的壓力差小于規(guī)定值時，判定閥出現(xiàn)打開故 障。并且，在判定為閥出現(xiàn)打開故障時，使燃料電池組內(nèi)的燃料消耗， 使閥前后流路間產(chǎn)生差壓。
專利文獻l:日本特開2000-3717號公報；
專利文獻2:日本特開2005-347185號公報。

發(fā)明內(nèi)容
在上述專利文獻1中記載的燃料電池系統(tǒng)中，對于設置在反應氣 體系排出流路上的截止閥、設置在燃料氣體供給流路上的三向轉(zhuǎn)換閥、 設置在氧化氣體系供給流路上的閥，由于在冰點以下等低溫環(huán)境中使 用等而閥芯周邊部凍結(jié)，或者由于閥芯的軸相對于滑動部傾斜等而閥 芯卡止在固定的部分上等，有可能在將進行通常驅(qū)動的壓力值作用在 閥的壓力室的情況下，閥不進行驅(qū)動。在這樣閥不進行驅(qū)動、不正常 地開閥的情況下，難于向電池組良好地供給氣體，或從電池組良好地 排出氣體，在更嚴重的情況下，燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)有可能自動停止。
相對于此，在專利文獻2中記載的燃料電池系統(tǒng)中，在流通路徑 上設置有因所述前后流路間的壓力差而關(guān)閉的閥。此外，在判斷閥為 打開故障的情況下，消耗燃料電池組內(nèi)的燃料，使在閥前后流路之間 產(chǎn)生差壓。在這樣的燃料電池系統(tǒng)中，在使閥為打開故障時，為了驅(qū) 動閥，需要消耗燃料電池組內(nèi)的燃料，從有效利用燃料電池組的發(fā)電 電力上還有改良的余地。
本發(fā)明的目的在于，在燃料電池系統(tǒng)中，能夠更有效地利用燃料 電池的發(fā)電電力，并且在閥被緊固時也能夠解除該緊固而進行穩(wěn)定的 運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池，通過氧化氣體和燃料氣 體的電化學反應進行發(fā)電；閥，對應于從流體供給部供給的流體的壓 力變化進行驅(qū)動；壓力賦予單元，使第一壓力值的壓力作用于與流體 供給部相通的壓力室，從而使閥進行驅(qū)動；以及壓力變化單元，在壓 力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，使壓力室內(nèi) 的第一壓力值發(fā)生變化。另外，驅(qū)動閥包括從開閥至閉閥，或從閉閥 至開閥的任意變化。
5池供給氧化氣體， 氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電池中排出氧化氣體系氣體；燃料 電池旁通流路，繞過燃料電池而連接氧化氣體供給流路和氧化氣體系 氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥，設置在燃料電池旁通流路上， 壓力變化單元是燃料電池旁通閥控制單元，該燃料電池旁通閥控制單
元在起動時使燃料電池旁通閥打開規(guī)定的開度，并且在壓力室內(nèi)為第 一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，通過縮小燃料電池旁通 閥的開度，使向壓力室供給的流體的壓力值相比第一壓力值增大。
此外，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，優(yōu)選壓力變化單元是流體供 給部控制單元，該流體供給部控制單元使由流路供給部向壓力室供給 的流體的供給壓力相比第一壓力值提高。
此外，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，優(yōu)選具有氧化氣體供給流 路，向燃料電池供給氧化氣體；氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電 池中排出氧化氣體系氣體；燃料電池旁通流路，繞過燃料電池而連接 氧化氣體供給流路和氧化氣體系氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥， 設置在燃料電池旁通流路上，壓力變化單元是流體供給部燃料電池旁 通閥控制單元，該流體供給部燃料電池旁通閥控制單元在起動時使燃
料電池旁通閥打開規(guī)定的開度，并且在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況 下閥也不進行驅(qū)動的異常時，縮小燃料電池旁通閥的開度，并且提高 流體供給部的流體排出量。
此外，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，優(yōu)選壓力變化單元在壓力室 內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，使壓力室內(nèi)的壓 力上下交替地變動。
此外，更優(yōu)選壓力變化單元是流體供給部控制單元，該流體供給 部控制單元使由流體供給部向壓力室供給的流體的供給壓力上下交替 地變動。此外，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，壓力變化單元是在壓力室內(nèi) 為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，使壓力室內(nèi)的壓力 上下交替地變動的結(jié)構(gòu)，在此之上，更優(yōu)選具有氧化氣體供給流路， 向燃料電池供給氧化氣體；氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電池中 排出氧化氣體系氣體；燃料電池旁通流路，繞過燃料電池而連接氧化 氣體供給流路和氧化氣體系氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥，設 置在燃料電池旁通流路上，壓力變化單元是燃料電池旁通閥控制單元， 該燃料電池旁通閥控制單元使燃料電池旁通閥的開度大小交替地變 化。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，由于具有閥，對應于從流體供給 部供給的流體的壓力變化而進行驅(qū)動；壓力賦予單元，通過向與流體 供給部相通的壓力室作用第一壓力值來驅(qū)動閩；以及壓力變化單元， 在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，使壓力 室內(nèi)的第一壓力值發(fā)生變化，所以即使在閥被緊固時，與流體供給部 相通的壓力室內(nèi)的第一壓力值通過燃料電池旁通閥或流體供給部控制 單元升高等產(chǎn)生變化，由此能夠解除閥的緊固，可進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。 而且，為了驅(qū)動闊，不需要消耗燃料電池內(nèi)的燃料，從而能夠更有效 地利用燃料電池的發(fā)電電力。
此外，壓力變化單元若是在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也 不進行驅(qū)動的異常時，使壓力室內(nèi)的壓力上下變動的結(jié)構(gòu)，在閥芯的 軸由于相對于滑動部傾斜等而閥芯卡止在固定的部分上等，從而閥緊 固，將通常驅(qū)動的壓力值作用在閥的壓力室上而閥不進行驅(qū)動的情況 下，能夠通過壓力變動使力沿軸向一側(cè)和軸向另一側(cè)交替地作用于閥 芯上，從而能夠解除閥的緊固而驅(qū)動閥。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示在開閥狀態(tài)下的在圖1的燃料電池系統(tǒng)中使用的入口 關(guān)閉閥(或出口關(guān)閉閥)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖3是同樣表示處于閉閥狀態(tài)下的剖視圖。
圖4是用于以時間序列說明在使入口關(guān)閉閥從開閥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚] 閥狀態(tài)時的psv的切換的簡要剖視圖。
圖5是用于以時間序列說明在使入口關(guān)閉閥從閉閥狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殚_ 閥狀態(tài)時的PSV的切換的簡要剖視圖。
圖6是表示本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)中的起動控制 方法的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)中的起動控制 方法的流程圖。
圖8a是表示本發(fā)明的第四實施方式的燃料電池系統(tǒng)所要解決的課 題，即閥芯相對于滑動部的軸向傾斜緊固后的狀態(tài)的簡圖。
圖8b是表示為了解除閥芯向滑動部的緊固，而使力沿兩方向交替 地作用在閥芯上的狀態(tài)的簡圖。
圖8c是表示為了解除閥芯向滑動部的緊固，而使力沿兩方向交替 地作用在閥芯上的狀態(tài)的簡圖。
圖9是表示本發(fā)明的第四實施方式的燃料電池系統(tǒng)中的起動控制 方法的流程圖。
圖10的(a)是表示在圖9中的步驟S4中，空氣壓縮機的排出流 量隨時間變化的圖，圖10的(b)是表示作用于加濕器旁通閥的閥芯 上的閥驅(qū)動力隨時間變化的圖。
標號說明
10燃料電池系統(tǒng)，12燃料電池組，14氧化氣體供給流路，16氧 化氣體系排出流路，18加濕器旁通閥，20入口關(guān)閉閥，22出口關(guān)閉 閥，24空氣壓縮機，26中間冷卻器，28加濕器，30主路徑，32加 濕器旁通路徑，34調(diào)壓閥，36燃料電池旁通路徑，38燃料電池旁通 閥，40壓力控制用流路，42殼體，44隔斷部，46主隔膜，48副隔
8膜，50閉閥用壓力室，52開閥用壓力室，54大氣壓室，56流路構(gòu) 成壓力室，58閥芯，60驅(qū)動軸62閥芯主體，63驅(qū)動軸側(cè)圓筒面部， 64筒狀部件，66隔膜側(cè)圓筒部，67環(huán)狀變形部，68殼體側(cè)圓筒面 部，70第二隔膜側(cè)圓筒部，72大氣連通管，74抑制部件，76給排 管，78螺旋彈簧，80閥座，82入口， 84出口。
具體實施例方式
下面，基于

本發(fā)明的實施方式。圖1至圖6表示本發(fā)明 的第一實施方式，圖1是本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的簡要結(jié)構(gòu)圖。 燃料電池系統(tǒng)IO具有燃料電池組12、氧化氣體供給流路14及氧化氣 體系排出流路16、加濕器旁通閥18、入口關(guān)閉閥20及出口關(guān)閉閥22。
燃料電池組12通過氧和氫的電化學反應來進行發(fā)電。g卩，將作為 燃料氣體的氫氣和作為氧化氣體的空氣供給至燃料電池組12，由此在 燃料電池組12內(nèi)的未圖示的多個燃料電池單元中，氧與氫發(fā)生電化學 反應而得到電能。燃料電池單元例如具有由陽極電極和陰極電極夾持 電解質(zhì)膜而形成的膜-電極組件和其兩側(cè)的隔板。
另外，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)IO例如作為燃料電池車用而搭 載在車輛上，將燃料電池組12作為車輛行駛用馬達的電源使用。當然， 可以將本實施方式的燃料電池系統(tǒng)用于車輛行駛用以外的用途。
為了將作為氧化氣體的空氣供給至燃料電池組12而設置氧化氣 體供給流路14。在氧化氣體供給流路14的氣體上游側(cè)設置有空氣壓縮 機24和中間冷卻器26。被空氣壓縮機24加壓后的空氣在中間冷卻器 26被冷卻、在加濕器28被加濕后，供給至燃料電池組12的陰極電極 側(cè)的流路中。
此外，與用于使空氣通過加濕器28后供給至燃料電池組12的第
9一氣體流路即主路徑30獨立地設置有作為主路徑30的旁通路徑的加 濕器旁通路徑32,該加濕器旁通路徑32在氣體的流動上與主路徑30 平行，為第二氣體流路。通過加濕器旁通路徑32的空氣不通過加濕器 28地供給至燃料電池組12。在加濕器旁通路徑32的中途設置有加濕 器旁通閥18。
此外，為了從燃料電池組12排出供給至燃料電池組12、在各燃 料電池單元供于電化學反應后的空氣即空氣廢氣而設置氧化氣體系排 出流路16。通過氧化氣體系排出流路16排出的空氣廢氣經(jīng)由調(diào)壓閥 34輸送至加濕器28，此后，經(jīng)由未圖示的稀釋器排出至大氣中。調(diào)壓 閥34進行控制，使從燃料電池組12排出的空氣的壓力(背壓)變?yōu)?對應于燃料電池組12的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的合適的壓力值。即，通過調(diào)壓閥34 的閥開度調(diào)整氧化氣體系排出流路16內(nèi)的與壓力傳感器P2的位置對 應的空氣的壓力。此外，加濕器28將從自燃料電池組12排出后的空 氣中得到的水分賦予供給至燃料電池組12之前的空氣，發(fā)揮加濕的作 用。
另外，在燃料電池組12上連接有用于供給氫氣的氫氣供給流路和 用于排出氫氣系氣體的氫氣系排出流路，但在圖1中省略了圖示。
此外，在氧化氣體供給流路14的主路徑30上加濕器旁通路徑32 的上游側(cè)連接部和加濕器28之間、以及氧化氣體系排出流路16上加 濕器28的氣體下流側(cè)區(qū)間，在氣體的流動上與燃料電池組12并行地 連接有燃料電池旁通路徑36。并且，在燃料電池旁通路徑36的中途設 置有燃料電池旁通閥38。燃料電池旁通閥38用于控制向燃料電池組 12供給的空氣的壓力。g卩，通過燃料電池旁通閥38的閥開度，調(diào)整與 氧化氣體供給流路14的入口壓力傳感器P1的位置對應的空氣的壓力。 另外，還能夠通過從空氣壓縮機24排出的空氣的流量，調(diào)整對應于入 口壓力傳感器P1位置的空氣壓力。當然，也能夠同時利用燃料電池旁 通閥38的閥開度與基于空氣壓縮機24的排出流量這兩者，調(diào)整對應于入口壓力傳感器P1位置的空氣壓力。
此外，燃料電池系統(tǒng)io優(yōu)選在冰點以下等的低溫起動時，使燃料
電池組12迅速地升溫。而且，因此，與供給至燃料電池組12的氫氣 的量相比，使供給至燃料電池組12的空氣的量少于與氫氣發(fā)生反應進 行發(fā)電相稱的量，即，考慮降低陰極化學計量比，以低效率進行發(fā)電，
使燃料電池組12迅速升溫。但是此時，氫從燃料電池組12的陽極側(cè) 的流路經(jīng)由電解質(zhì)膜進入陰極側(cè)的流路，氧化氣體系排出流路16內(nèi)的 氫濃度有可能變高。所述燃料電池旁通閥38在這樣情況下為開閥狀態(tài)， 還能夠利用不通過燃料電池組12的空氣，降低氧化氣體系排出流路16 內(nèi)的氫濃度。
進而，在氧化氣體供給流路14的主路徑30上的加濕器28的氣體 下流側(cè)和在氧化氣體系排出流路16上的加濕器28的氣體上游側(cè)分別 設置有入口關(guān)閉閥20和出口關(guān)閉閥22。
艮P，在既是各個燃料電池用閥又是用于調(diào)整流路內(nèi)的空氣的流動 的流體控制閥，即入口關(guān)閉閥20、出口關(guān)閉閩22上，還有所述的加濕 器旁通閥18上，經(jīng)壓力控制用流路40，分別連接有3個常閉型電磁閥 即PSV (壓力切換閥Pressure Switching Valve)。
艮P，在加濕器旁通閥18上連接有VbS、 VbC、 VbO這3個PSV。 此外，在入口關(guān)閉閥20上連接有ViS、 ViC、 ViO這3個PSV，在出口 關(guān)閉閥22上連接有VoS、 VoC、 VoO這3個PSV。這些PSV經(jīng)由壓力 控制用流路40連接在氧化氣體供給流路14的主路徑30的氣體上游側(cè)、 例如連接在空氣壓縮機24與加濕器28之間。這些所有的PSV即VbS、 VbC、 VbO、 ViS、 ViC、 ViO、 VoS、 VoC、 VoO被未圖示的ECU (Electronic Control Unit:電子控制單元)等的控制部控制。加濕器旁通閥18、入 口關(guān)閉閥20、出口關(guān)閉閥22都由在內(nèi)部的壓力室中存在的流體即氣體 的壓力差驅(qū)動。此外，壓力控制用流路40向所述各閥18、 20、 22供給用于產(chǎn)生壓力差的流體即氣體。
接著，通過圖2以及圖3，主要以入口關(guān)閉閥20為代表說明入口
關(guān)閉閥20和出口關(guān)閉閥22的結(jié)構(gòu)以及作用。入口關(guān)閉閥20和出口關(guān) 閉閥22的自身結(jié)構(gòu)相同。此外，加濕器旁通閥18的結(jié)構(gòu)在以后進行 說明。
如圖2所示，入口關(guān)閉閥20是在設于內(nèi)部的所有的壓力室的壓力 相同的通常狀態(tài)下成為閥芯打開的開閥狀態(tài)的常開型的關(guān)閉閥。
入口關(guān)閉閥20在結(jié)合多個殼體元件而成的殼體42的內(nèi)部設有被 隔斷部44隔斷的上下2個空間，在2個空間中分別設置主隔膜46和 副隔膜48，由此在主隔膜46的上表面?zhèn)仍O置閉閥用壓力室50，在主 隔膜46的下表面?zhèn)仍O置開閥用壓力室52，在副隔膜48的上表面?zhèn)仍O 置大氣壓室54，在副隔膜48的下表面?zhèn)仍O置流路構(gòu)成壓力室56。閉 閥用壓力室50、開閥用壓力室52、大氣壓室54、流路構(gòu)成壓力室56 相互分離，這些壓力室50、 52、 54、 56中，任意兩個壓力室的內(nèi)部互 不連通。
此外，主隔膜46和副隔膜48與閥芯58結(jié)合。S卩，在殼體42的 內(nèi)部具有閥芯58，該閥芯58具有驅(qū)動軸60，將闊芯58可沿驅(qū)動軸60 的軸方向位移地支撐在殼體上。閥芯58具有驅(qū)動軸60和結(jié)合在驅(qū)動 軸60的下端部上的圓板狀的閥芯主體62。此外，在靠近驅(qū)動軸60的 中間部下端處結(jié)合有在外周面具有驅(qū)動軸側(cè)圓筒面部63的有底圓筒狀 的筒狀部件64。
此外，在筒狀部件64的底板部下表面與閥芯主體62的上表面之 間夾持有橡膠等彈性材料制成的副隔膜48的內(nèi)周側(cè)端部，使副隔膜48 的內(nèi)周部與驅(qū)動軸60結(jié)合。副隔膜48的外周側(cè)端部與殼體42的內(nèi)周 部結(jié)合，由構(gòu)成殼體42的2個殼體元件夾持。由此，殼體42內(nèi)的隔
12斷部44下側(cè)空間的上側(cè)與下側(cè)被副隔膜48分離為大氣壓室54和流路 構(gòu)成壓力室56。
此外，在副隔膜48的徑向中間部的內(nèi)徑附近設置有沿著驅(qū)動軸側(cè) 圓筒面部63被按壓而發(fā)生了彈性形變的隔膜側(cè)圓筒部66。而且，在圖 3所示的閉閥狀態(tài)下，副隔膜48中的上方變形為山形的環(huán)狀的環(huán)狀變 形部67的下表面承受流路構(gòu)成壓力室56的壓力，該環(huán)狀變形部67位 于筒狀部件64的驅(qū)動軸側(cè)圓筒面部63與殼體42的內(nèi)面之間。而且， 由于環(huán)狀變形部67的下表面承受流路構(gòu)成壓力室56的壓力，所以如 圖2所示，使隔膜側(cè)圓筒部66的上部以從驅(qū)動軸側(cè)圓筒面部63剝下 的方式發(fā)生彈性形變，并且驅(qū)動軸60向上方位移。
此外，在副隔膜48的徑向中間部的外徑附近設置有沿著設置在殼 體42的內(nèi)面上的殼體側(cè)圓筒面部68被按壓而發(fā)生彈性形變的第二隔 膜側(cè)圓筒部70。并且，在如圖3所示，驅(qū)動軸60從如圖2所示的開閩 狀態(tài)向下方位移時，以使第二隔膜側(cè)圓筒部70的上部從殼體側(cè)圓筒面 部68剝下的方式發(fā)生彈性形變。
流路構(gòu)成壓力室56構(gòu)成氧化氣體供給流路14 (參照圖1)(在出 口關(guān)閉閥22時為氧化氣體系排出流路16)的一部分，通過閥芯58截 止或連接氣體上游側(cè)和氣體下流側(cè)。此外，在大氣壓室54上連接有使 一端與大氣連通的大氣連通管72，大氣壓室54向大氣開放。
此外，在閥芯58的上端部結(jié)合有通過將2個大致圓板狀元件進行 結(jié)合而夠成的抑制部件74，在2個大致圓板狀元件之間夾持有橡膠等 彈性材料制成的主隔膜46的內(nèi)周側(cè)端部。主隔膜46的外周側(cè)端部以 通過構(gòu)成殼體42的2個殼體元件夾持的方式與殼體42的內(nèi)周部結(jié)合。 由此，殼體42內(nèi)的隔斷部44上側(cè)空間的上側(cè)與下側(cè)被主隔膜46分離 為閉閥用壓力室50和開閥用壓力室52。此外，在閉閥用壓力室50和 開閥用壓力室52上連接有給排管76。進而，在抑制部件74的下表面和隔斷部44的上表面之間設置有 作為彈力賦予單元的螺旋彈簧78，沿闊芯58向上方，即沿成為開閥狀 態(tài)的方向賦予彈力。閥芯58向下方位移，從而閥芯主體62的下表面 在閥座80上著座，截止流路。即，通過驅(qū)動軸60的軸向位移，流路 內(nèi)被截止或被連接。此外，包括主隔膜46的驅(qū)動軸60上側(cè)部分的受 壓面積的直徑遠大于包括副隔膜48的驅(qū)動軸60下側(cè)部分的受壓面積 的直徑。
在這樣的入口關(guān)閉闊20中，使閉閥用壓力室50經(jīng)由給排管76(圖 2、圖3)連接在作為PSV的ViC側(cè)的壓力控制用流路40上。此外， 使開閥用壓力室52經(jīng)由給排管76連接在作為PSV的ViO側(cè)的壓力控 制用流路40上。通過驅(qū)動軸60的軸向的位移，主隔膜46的中央部分 上下彎曲地位移。
如圖2所示，在通過驅(qū)動軸60的位移，闊芯58被向上驅(qū)動時， 從氧化氣體供給流路14 (圖1)的上游側(cè)向入口關(guān)閉閥20的入口 82 流動的空氣從入口關(guān)閉閥20的出口 84向燃料電池組12 (圖1)側(cè)排 出。另一方面,如圖3所示，在通過驅(qū)動軸60的位移，閥芯58被向下 驅(qū)動時，出口 84被堵塞，對從氧化氣體供給流路14的上游側(cè)向燃料 電池組12的空氣的流動進行截止。
另外，在出口關(guān)閉閥22的情況下，如圖1所示，相對于入口關(guān)閉 閥20，入口82與出口84相反。并且，在通過驅(qū)動軸60(圖2、圖3) 的位移，閥芯58被向上方驅(qū)動時，從氧化氣體系排出流路16的上游 側(cè)向出口關(guān)閉閥22的入口 82流動的空氣廢氣從出口關(guān)閉閥22的出口 84向加濕器28側(cè)排出。另一方面，在通過驅(qū)動軸60的位移，閥芯58 被向下驅(qū)動時，入口 82被堵塞，從氧化氣體系排出流路16的上游側(cè) 朝向加濕器28的空氣廢氣的流動被截止。驅(qū)動軸60的軸向的位移被3個PSV控制。即，在入口關(guān)閉閥20 的情況下，通過ViS、 ViC、 ViQ這3個PSV控制開閥用壓力室52和 閉閥用壓力室50的壓力。此外，在出口關(guān)閉閥22的情況下，通過VoS、 VoC、 VoO這3個PSV控制開閥用壓力室52和閉閥用壓力室50的壓 力。
如圖l所示的ViS (或VoS)是3WAY，艮P，三通閥式的PSV，使 閉閥用壓力室50和開閥用壓力室52中的一個壓力室選擇性地與空氣 壓縮機24的氣體上游側(cè)連接，將另一個壓力室與空氣壓縮機24的氣 體上游側(cè)之間切斷。此外，ViC、 ViO、 VoC、 VoO都是2Way式的PSV，
作為排氣用閥，即泄壓用閥發(fā)揮功能。
此外，ViS (或者VoS)根據(jù)通電狀態(tài)改變流路的連接狀態(tài)。在沒 有通電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下，ViS (或VoS)將空氣壓縮機24的氣 體排出側(cè)和開閥用壓力室52連接。此外，在已通電的狀態(tài)(通電狀態(tài)) 下，ViS(或VoS)將空氣壓縮機的氣體排出側(cè)和閉閥用壓力室50連接。 此外，ViC、 ViO、 VoC、 VoO都在非通電狀態(tài)下使閥關(guān)閉，在通電狀 態(tài)下使閥打開。S卩，是在非動作時使流路截止的常閉型電磁閥。
另外，在從圖1至圖3中，在表示ViS (VoS)、 ViC (VoC)、 ViO (VoO)的多個三角形中，涂黑的三角形表示將流路截止的狀態(tài)，空心 的三角形表示將流路連接的狀態(tài)(后述的圖4、圖5也相同)。
這樣的入口關(guān)閉閥20以及出口關(guān)閉閥22在燃料電池組12停止發(fā) 電時成為閉閥狀態(tài)。接著，使用圖4，以入口關(guān)閉閥20為代表說明在 使燃料電池組停止發(fā)電時，使入口關(guān)閉閥20 (或出口關(guān)閉閥22)從開 閥狀態(tài)(圖2所示的狀態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)殚]闊狀態(tài)(圖3所示的狀態(tài))的情 況。如圖4 (a)所示，在使入口關(guān)閉閥20為開閥的狀態(tài)下，使ViS、 ViC、 VoO都成為非通電狀態(tài)。在該狀態(tài)下，來自空氣壓縮機24 (圖1) 的壓力上升后的空氣經(jīng)由壓力控制用流路40被導入至開閥用壓力室
15的空氣(圖5也相同)。
并且，從此狀態(tài)下，如圖4 (b)所示，使ViS為通電狀態(tài)，來自 空氣壓縮機24 (圖1)的壓力上升后的空氣經(jīng)由壓力控制用流路40被 導入到閉閥用壓力室50。此外，使ViO成為通電狀態(tài)，即開閥狀態(tài)， 使開閥用壓力室52向大氣開放。其結(jié)果，通過閉閥用壓力室50的壓 力與開閥用壓力室52的壓力(大氣壓)之間產(chǎn)生的壓力差，朝向下方 的第一力F1作用于驅(qū)動軸60上。另一方面，也向流路構(gòu)成壓力室56 導入由空氣壓縮機24使壓力上升了的空氣，因此通過流路構(gòu)成壓力室 56的壓力與與大氣連通的大氣壓室54的壓力之間產(chǎn)生的壓力差，朝向 與第一力F1相反的上方的第二力F2作用于驅(qū)動軸60上。但是，在本 實施方式的情況下，如圖2、圖3所示，包括主隔膜46的驅(qū)動軸60上 側(cè)的部分的受壓面積的直徑遠大于包括副隔膜48的驅(qū)動軸60下側(cè)的 部分的受壓面積的直徑。因此，如圖4(b)、圖3所示，驅(qū)動軸60抵 抗第二力F2和螺旋彈簧78 (圖3)的彈力向下方位移，從而閥芯主體 62在閥座80上著座。
而且，在此狀態(tài)下，如圖4 (c)所示，使ViS變?yōu)榉峭姞顟B(tài)， 即，使空氣壓縮機24排出側(cè)與開閥用壓力室52連通。但是，由于ViO 處于開閥，所以開閥用壓力室52內(nèi)的壓力不上升。結(jié)果，閉閥用壓力 室50內(nèi)的壓力和與閉閥用壓力室50連通的壓力控制用流路40內(nèi)的壓 力維持在高壓的狀態(tài)下。
接著，在停止驅(qū)動空氣壓縮機24后，如圖4 (d)所示，使ViO 成為非通電狀態(tài)，即閉閥狀態(tài)。此時，由于開閥用壓力室52內(nèi)的壓力 降低，所以閉閥用壓力室50內(nèi)的壓力維持為大于開閥用壓力室52內(nèi) 的壓力的狀態(tài)。因此，ViS、 ViC、 ViO所有的PSV變?yōu)榉峭姞顟B(tài)， 并且雖然入口關(guān)閉閥20為常開型的閥，但該入口關(guān)閉閥20能夠維持 在閉閥狀態(tài)。同樣，通過控制VoS、 VoC、 VoO，在燃料電池組12停止 發(fā)電時，常開型的出口關(guān)閉閥22 (圖1)也從開閥狀態(tài)變化為閉閥狀態(tài)，在VoS、 VoC、 VoO所有的PSV為非通電狀態(tài)下維持閉閥狀態(tài)。
另一方面，圖l所示的加濕器旁通閥18在設置于內(nèi)部的所有壓力 室都為相同壓力的通常狀態(tài)下，成為閥芯58關(guān)閉的閉閥狀態(tài)的常閉型 的關(guān)閉閥。雖然省略了加濕器旁通閥18的詳細結(jié)構(gòu)的圖示，但與圖2、 圖3所示的入口關(guān)閉闊20或出口關(guān)閉閥22結(jié)構(gòu)相同，具有將螺旋彈 簧78 (參照圖2、圖3)設置在筒狀部件64的底板部上表面和隔斷部 44下表面之間的結(jié)構(gòu)。另外，在加濕器旁通閥18中，在抑制部件74 (參照圖2、圖3)等固定在閥芯58的上端部上的部件的上表面和殼 體42的下表面之間設置螺旋彈簧，從而能夠成為常閉型的關(guān)閉閥(參 照圖1的簡圖)。
這樣的加濕器旁通閥18如圖l所示，在PSV的VbC側(cè)的壓力控 制用流路40上連接有閉閥用壓力室50，在PSV的VbO側(cè)的壓力控制 用流路40上連接有開閥用壓力室52。
當通過驅(qū)動軸60的位移向上驅(qū)動閥芯58時，從加濕器旁通路徑 32的上游側(cè)向加濕器旁通閥18的入口 82流動的空氣從加濕器旁通閥 18的出口 84向燃料電池組12側(cè)排出。另一方面，當通過驅(qū)動軸60的 位移向下驅(qū)動閥芯58時，堵塞出口 84，截止從加濕器旁通路徑32的 上游側(cè)向燃料電池組12的空氣的流動。
驅(qū)動軸60的軸向的位移與入口關(guān)閉閥20、出口關(guān)閉閥22的情況 相同，被3個PSV即VbS、 VbC、 VbO控制。在圖1中，在表示VbS、 VbC、 VbO的多個三角形中，涂黑的三角形表示截止流路后的狀態(tài)， 空心的三角形表示連接流路后的狀態(tài)。
此外，VbS根據(jù)通電狀態(tài)使流路的連接狀態(tài)變化。VbS在沒有通 電的狀態(tài)(非通電狀態(tài))下，將空氣壓縮機24的氣體排出側(cè)和閉閥用 壓力室50連接，在通電后的狀態(tài)(通電狀態(tài))下，將空氣壓縮機24的氣體排出側(cè)與開閥用壓力室52連接。此外，VbC、 VbO都在非通電 狀態(tài)下關(guān)閉閥，在通電狀態(tài)下打開閥，即成為在非動作時截止流路的 常閉型電磁閥。
這樣的加濕器旁通閥18在燃料電池組12停止發(fā)電時成為閉閥狀 態(tài)。在這樣使加濕器旁通閥18成為閉閥狀態(tài)時，如圖1所示，在將閥 芯58通過螺旋彈簧的彈力按壓在閥座上的狀態(tài)下，使所有的VbS、 VbC、 VbO都成為非通電狀態(tài)。
另外，加濕器旁通閥18將通過空氣壓縮機24使壓力上升了的空 氣導入到閉閥用壓力室50，并且開閥用壓力室52在大氣中開放，從而 能夠成為閉閥狀態(tài)。此時，由于開閥用壓力室52和閉閥用壓力室50 間的壓力差向下方作用于驅(qū)動軸60上的力和螺旋彈簧的彈力，驅(qū)動軸 60被向下方驅(qū)動。此時，通過流路構(gòu)成壓力室56和大氣壓室54的壓 力差，力朝向上方作用于驅(qū)動軸60上，但通過使包括主隔膜46 (參照 圖2、圖3)的驅(qū)動軸60上側(cè)的部分的受壓面積的直徑遠大于包括副 隔膜48 (參照圖2、圖3)的驅(qū)動軸60下側(cè)的部分的受壓面積的直徑， 與螺旋彈簧的彈力相結(jié)合，驅(qū)動軸60向下方位移。而且，加濕器旁通 閥18閉閥。
如上所述，用于控制加濕器旁通閥18、入口關(guān)閉閥20、出口關(guān)閉 閥22的壓力的PSV，艮卩VbS、 VbC、 VbO、 ViS、 ViC、 ViO、 VoS、 VoC、
VoO被ECU等控制部(未圖示)控制。g卩，在燃料電池組12停止發(fā) 電時，控制部全部截止入口關(guān)閉閥20、加濕器旁通閥18、出口關(guān)閉閥 22，即成為閉閥狀態(tài)，從而燃料電池組12的陰極電極側(cè)的流路的氣體 上游側(cè)與氣體下流側(cè)被嚴密地截止。
此外，控制部具有壓力賦予單元，該壓力賦予單元在入口關(guān)閉閥 20、加濕器旁通閥18、出口關(guān)閉閥22中的任意一個閥中，向與空氣壓 縮機24相通的開閥用壓力室52作用第一壓力值，即作用與空氣壓縮機24的第一排出壓力相對應的壓力，并且，通過作為PSV的VbC、 ViC、 VoC中與任意一個閥相對應的PSV，使閉閥用壓力室50向大氣 開放，從而驅(qū)動所述任意的閥使其打開。
接著，使用圖5，以入口關(guān)閉閩20為代表說明在燃料電池組12 開始發(fā)電運轉(zhuǎn)時，使入口關(guān)閉閥20以及出口關(guān)閉閥22從閉閥狀態(tài)變 為開閥狀態(tài)時的作用。圖5 (a)與所述圖4 (d)相對應。在打開入口 關(guān)閉閥20時，在圖5 (a)中，在保持ViS為非通電狀態(tài)的情況下，起 動空氣壓縮機24 (參照圖1)，然后，如圖5(b)所示，使ViC成為通 電狀態(tài)，即開閥狀態(tài)，使閉閥用壓力室50向大氣開放。由此，閉閥用 壓力室50內(nèi)的壓力上升后的空氣向大氣放出，壓力降低。此外，來自 空氣壓縮機24的壓力上升后的空氣通過壓力控制用流路40被導入到 開閥用壓力室52。由此，在開闊用壓力室52的壓力和閉閥用壓力室 50的壓力(大氣壓)之間產(chǎn)生壓力差。
此外，也從空氣壓縮機24向流路構(gòu)成壓力室56中導入壓力上升 后的空氣，因此在流路構(gòu)成壓力室56的壓力和與大氣連通的大氣壓室 54的壓力之間產(chǎn)生壓力差。流路構(gòu)成壓力室56的壓力施加在圖3所示 的副隔膜48的環(huán)狀變形部67的下表面上。因此，副隔膜48將筒狀部 件64向上壓，如圖2、圖5 (b)所示，驅(qū)動軸60向上方位移。其結(jié) 果，通過流路構(gòu)成壓力室56和大氣壓室54的壓力差向上方作用于驅(qū) 動軸60上的第三力F3和通過閉閥用壓力室50和開閥用壓力室52的 壓力差向上方作用于驅(qū)動軸60上的第四力F4這兩個力F3、 F4，以及 螺旋彈簧78 (圖2、圖3)的彈力，從而向上方驅(qū)動驅(qū)動軸60。
此外，在入口關(guān)閉閥20完全開閥的狀態(tài)下，在ViC為非通電狀態(tài)， 即閉閥狀態(tài)下，將閉閥用壓力室50與大氣之間截止。并且，在ViS、 ViC、 ViO所有的PSV為非通電狀態(tài)下，維持入口關(guān)閉閩20的開閥狀 態(tài)。此外，同樣，在出口關(guān)閉閥22 (圖l)的情況下，通過控制VoC， 在燃料電池組12開始發(fā)電運轉(zhuǎn)時，從閉閥狀態(tài)變化為開閥狀態(tài)，在
19VoS、 VoC、 VoO所有的PSV為非通電狀態(tài)下，維持開閥狀態(tài)。
另一方面，在使圖l所示的加濕器旁通閥18為開閥時，將通過空 氣壓縮機24使壓力上升了的空氣導入到開閥用壓力室52，并且將閉閥 用壓力室50向大氣開放。其結(jié)果，通過導入了由空氣壓縮機24而使 壓力上升了的空氣的流路構(gòu)成壓力室56和大氣壓室54 (參照圖2、圖 3)之間的壓力差而向上方作用于驅(qū)動軸60 (參照圖2、圖3)上的第 三力F3'，和通過閉閥用壓力室50與開閥用壓力室52的壓力差向上方 作用于驅(qū)動軸60上的第四力F4'這兩個力F3'、 F4'，驅(qū)動軸60抵抗 螺旋彈簧的彈力而向上方驅(qū)動。而且，加濕器旁通閥18成為開閥狀態(tài)。
如利用所述的圖4以入口關(guān)閉闊20為代表進行說明那樣，在燃料 電池組12停止發(fā)電時，入口關(guān)閉閥20、加濕器旁通閥18、出口關(guān)閉 閥22全部被截止，即成為閉閥狀態(tài)。相對于此，在開始發(fā)電運轉(zhuǎn)時， 如利用所述的圖5以入口關(guān)閉闊20為代表進行說明那樣，在打開出口 關(guān)閉閥22的同時，打開入口關(guān)閉閥20以及加濕器旁通閥18中的一個 閥。例如，在發(fā)電起動時，在入口關(guān)閉闊20以及加濕器旁通閥18中 最初僅打開加濕器旁通閥18，在加濕器旁通路徑32和主路徑30中， 僅通過加濕器旁通路徑32向燃料電池組12供給空氣。并且，在經(jīng)過 規(guī)定時間后，在入口關(guān)閉閥20以及加濕器旁通閥18中僅打開入口關(guān) 閉閥20，在加濕器旁通路徑32和主路徑30中，僅通過主路徑30向燃 料電池組12供給空氣，從而進行發(fā)電。
另外，對于這樣地在發(fā)電起動時最初通過加濕器旁通路徑32向燃 料電池組12供給空氣是因為若將在起動時通過加濕器28的空氣供給 至燃料電池組12，則有可能在燃料電池組12的溫度較低時在內(nèi)部過度 地滯留水，阻礙發(fā)電。因此，如上所述，通過在發(fā)電起動時最初通過 加濕器旁通路徑32向燃料電池組12供給干燥的空氣，由此更有效地 防止在燃料電池組12內(nèi)過度地滯留水，能夠更有效地確保發(fā)電性能。但是，在由于入口關(guān)閉閥20以及加濕器旁通闊18中的一個閥放 置在冰點以下的環(huán)境下等而在閉閥狀態(tài)下因凍結(jié)等緊固，即，在閥芯
58通過凍結(jié)等緊固在固定的部分上的情況下，在使通常開閥的壓力作 用在一個閥的開閥用壓力室52上時存在一個閥不能開閩的可能性。由 于這樣的情況，在本實施方式中，ECU等控制部具有作為壓力變化單 元的燃料電池旁通閥控制單元，該燃料電池旁通閥控制單元在入口關(guān) 閉閥20以及加濕器旁通閥18中的一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為與空 氣壓縮機24的第一排出壓力相對應的第一壓力值的情況下一個閥不進 行驅(qū)動的異常時，使開閥用壓力室52內(nèi)的第一壓力值發(fā)生變化。
燃料電池旁通閥控制單元具有如下功能在起動時，使燃料電池 旁通閥38 (圖1)打開規(guī)定的開度(例如50%等)，并且在所述一個閥 的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓力值的情況下所述一個閥也不進行驅(qū)動 的異常時，通過縮小燃料電池旁通闊38的開度(例如20%的開度、0% 的開度即全閉)，從而使向所述一個閥的開閥用壓力室52供給的空氣 的壓力值大于第一壓力值。
對此，利用圖6的流程圖更詳細地進行說明。圖6表示在發(fā)電起 動時，首先，在加濕器旁通閥18 (圖1)和入口關(guān)閉閥20 (圖1)中， 僅打開加濕器旁通閥18時的起動控制方法。根據(jù)本實施方式，在發(fā)電 起動時向燃料電池組12供給空氣的情況下，首先，在步驟Sl中，通 過點火鑰匙的打開等，對燃料電池系統(tǒng)IO發(fā)出起動指令時，控制部的 壓力賦予單元基于加濕器旁通閥18的開閥指令，發(fā)出開閉控制VbS、 VbC、 VbO的指令信號，以使加濕器旁通閥18開閥。即，發(fā)出用于使 VbS、 VbC成為通電狀態(tài)的指令信號。
接著，在圖6的步驟S2中，壓力賦予單元使燃料電池旁通閩38 半開(例如50%的開度)等，以一定的開度開閥，使空氣壓縮機24動 作，并送出壓力上升后的空氣。接著，在步驟S3中，控制部的燃料電 池旁通閥控制單元監(jiān)視位于空氣壓縮機24 (圖1)的出口的入口壓力傳感器P1的壓力檢測值，并在經(jīng)過穩(wěn)定時間后判定入口壓力傳感器P1 的壓力檢測值是否降低至壓力閾值Ps (kPa)以下。穩(wěn)定時間是指，例 如，基于空氣壓縮機24的空氣的排出流量(送出量)達到設定值的例 如80%，達到80。/。之后待機tlsec的規(guī)定時間，是等待穩(wěn)定的時間。基 于空氣壓縮機24的空氣的排出流量由未圖示的空氣流量計監(jiān)視。
然后，在步驟S3中，若通過燃料電池旁通閥控制單元判定經(jīng)過穩(wěn) 定時間后入口壓力傳感器Pl的壓力檢測值沒有在壓力閾值Ps (kPa) 以下，即，加濕器旁通閥18不是正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"否")， 則接著，在步驟S4中，縮小燃料電池旁通閥38的開度(例如從50% 的開度開始)，使供給至加濕器旁通閥18的開閥用壓力室52的空氣的 壓力上升。
接著，在步驟S6中，燃料電池旁通閥控制單元在經(jīng)過一定時間后， 再次判定入口壓力傳感器Pl的壓力檢測值是否降低至壓力閾值Ps (kPa)以下。根據(jù)該步驟S6的判定，若判定入口壓力傳感器P1的壓 力檢測值不在壓力閾值Ps (kPa)以下，即，加濕器旁通閥18處于沒 有正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"否")，則在燃料電池旁通閥38的開度 控制中，判定不能夠使加濕器旁通閥18開閥，接著，在步驟S7中， 轉(zhuǎn)移至閥異常順序控制。
在閥異常順序控制中，不打開加濕器旁通閥18，而開閉控制入口 關(guān)閉閥20驅(qū)動用的PSV，即ViS、 ViC、 ViO，以使入口關(guān)閉閥20開 閥。由此，從空氣壓縮機24排出的空氣通過主路徑30供給至燃料電 池組12，從而開始發(fā)電。
對此，在步驟S3中，若判定經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感器Pl 的壓力檢測值變?yōu)閴毫﹂撝礟s (kPa)以下，艮P，加濕器旁通閥18處 于正常打開的狀態(tài)(開閥判定為"是")，則在步驟S5中，接著進行起動 順序處理。由此，從空氣壓縮機24排出的空氣通過加濕器旁通路徑32供給至燃料電池組12，從而開始進行發(fā)電。
此外，在步驟S6中，在判定經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感器Pl
的壓力檢測值變?yōu)閴毫﹂撝礟s (kPa)以下，即，加濕器旁通閥18處 于正常開闊的狀態(tài)(開閥判定為"是")的情況下，在步驟S5中，繼續(xù) 進行起動順序處理，并且從空氣壓縮機24排出的空氣通過加濕器旁通 路徑32供給至燃料電池組12，從而開始進行發(fā)電。在步驟S5、 S7中 任一個順序結(jié)束后，即起動處理結(jié)束后，使燃料電池旁通閥38成為全 閉狀態(tài)。
另外，在上述說明中，說明了在發(fā)電起動時，在加濕器旁通路徑 32和主路徑30中，首先僅通過加濕器旁通路徑32而向燃料電池組12 供給空氣進行發(fā)電的情況。但是，本實施方式不限于這樣的情況，在 發(fā)電起動時，在入口關(guān)閉閥20和加濕器旁通閥18中，首先僅打開入 口關(guān)閉閥20，通過主路徑30向燃料電池組12供給空氣時也能夠進行 實施。此時，在步驟Sl中發(fā)出入口關(guān)閉閥20的開閥指令，在步驟S7 中轉(zhuǎn)移至閥異常順序控制時，發(fā)出加濕器旁通閥18的開閥指令。并且， 通過加濕器旁通路徑32而向燃料電池組12供給空氣，開始進行發(fā)電。
上述那樣的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)10具有加濕器旁通閥 18及入口關(guān)閉閥20，按照從空氣壓縮機24供給的空氣的壓力變化進 行驅(qū)動；壓力賦予單元，在加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的 一個閥中，使第一壓力值作用于與空氣壓縮機24相通的開閥用壓力室 52上，由此驅(qū)動所述一個閥；以及作為壓力變化單元的燃料電池旁通 閥控制單元，在所述一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓力值的情況 下一個閥也不進行驅(qū)動的異常時，通過縮小燃料電池旁通閥38的開度， 使一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)的第一壓力值變化，即使壓力上升。因 此，即使加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥緊固時，在 該一個閥中，通過縮小燃料電池旁通閥38的開度來升高與空氣壓縮機 24相通的開閥用壓力室52內(nèi)的第一壓力值而使該第一壓力值變化，由此，解除閥的緊固，從而能夠進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。而且，為了驅(qū)動加濕 器旁通閥18和入口關(guān)閉閥20中的任意一個閥，不需要消耗燃料電池
組12內(nèi)的燃料，能夠更有效地利用燃料電池組12的發(fā)電電力。
接著，圖7是表示第二實施方式的起動控制方法的流程圖。另外，
在以下的說明中，燃料電池系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與表示上述第一實施方式 的圖1的情況相同，因此在與圖1的結(jié)構(gòu)相同的部分上標注相同的標
號。首先對如下情況的起動控制方法進行說明在發(fā)電起動時，在加
濕器旁通閥18和入口關(guān)閉閥20中，最初僅打開加濕器旁通閥18，然 后，在加濕器旁通閥18和入口關(guān)閉閩20中，僅打開入口關(guān)閉閥20。
在本實施方式的情況下，具有壓力賦予單元，該壓力賦予單元在 加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥中，向與空氣壓縮機 24相通的開閥用壓力室52作用與空氣壓縮機24的第一排出壓力相對 應的第一壓力值，由此驅(qū)動所述一個閥。尤其，在本實施方式中，作 為在所述第一實施方式中控制部所具有的壓力變化單元，具有作為流 體供給部控制單元的空氣壓縮機控制單元，該空氣壓縮機控制單元在 所述一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓力值的情況下一個閥也不進 行驅(qū)動的異常時，不縮小燃料電池旁通閥38的開度，而使空氣壓縮機 24的排出流量上升至規(guī)定流量，由此使一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)的 第一壓力值發(fā)生變化。
并且，在圖7的步驟S3中，與所述圖6所示的第一實施方式相同， 控制部的空氣壓縮機控制單元監(jiān)視位于空氣壓縮機24出口的入口壓力 傳感器P1的壓力檢測值，并判定入口壓力傳感器P1的壓力檢測值在 經(jīng)過穩(wěn)定時間后是否降低至壓力閾值Ps (kPa)以下。
并且，在步驟S3中，若通過空氣壓縮機控制單元判定經(jīng)過穩(wěn)定時 間后入口壓力傳感器P1的壓力檢測值不在壓力閾值Ps (kPa)以下，即，判定加濕器旁通閥18處于沒有正常地開閥的狀態(tài)(開閥判定為
"否")，則在步驟S4中，空氣壓縮機控制單元通過使空氣壓縮機24(圖
1)的排出流量相對于當前的流量僅增加規(guī)定流量，從而使向加濕器旁
通閥18的開閥用壓力室52供給的空氣的壓力高于第一壓力值。
接著，在步驟S6中，空氣壓縮機控制單元在經(jīng)過一定時間后，再 次判定入口壓力傳感器P1的壓力檢測值是否降低至壓力閾值Ps(kPa) 以下。若根據(jù)該步驟S6的判定，也判定入口壓力傳感器P1的壓力檢 測值不在壓力閾值Ps (kPa)以下，即，加濕器旁通閥18處于沒有正 常地開閥的狀態(tài)(開閥判定為"否")，則判定對于空氣壓縮機24的排出 流量的增量不能使加濕器旁通閥18開閥，在步驟S7中，與所述圖6 所示的第一實施方式相同地轉(zhuǎn)移至閥異常順序控制。
與此相對，在步驟S3中，若判定在經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感 器P1的壓力檢測值在壓力閾值Ps (kPa)以下，即，加濕器旁通閥18 處于正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"是")，則在步驟S5中，繼續(xù)進行起 動順序處理。
此外，在步驟S6中，在判定經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感器Pl 的壓力檢測值變?yōu)閴毫﹂撝礟s (kPa)以下，艮P，加濕器旁通閥18處 于正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"是")的情況下，也在步驟S5中，繼 續(xù)進行起動順序處理，從空氣壓縮機24排出的空氣通過加濕器旁通路 徑32供給至燃料電池組12。
另外，在上述說明中，說明了在發(fā)電起動時，在加濕器旁通路徑 32和主路徑30中，首先僅通過加濕器旁通路徑32向燃料電池組12供 給空氣而進行發(fā)電的情況。但是，本實施方式不限于這樣的情況，與 上述第一實施方式相同，在發(fā)電起動時，在入口關(guān)閉閥20和加濕器旁 通閥18中，首先僅打開入口關(guān)閉閥20，通過主路徑30向燃料電池組 12供給空氣的情況下也能夠進行實施。
25在上述那樣的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)10的情況下，具有作為 壓力變化單元的空氣壓縮機控制單元，該空氣壓縮機控制單元在加濕 器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第 一壓力值的情況下一個閥也不進行驅(qū)動的異常時，通過增加空氣壓縮
機24的排出流量，從而使一個閥的開闊用壓力室52內(nèi)的第一壓力值 變化，即使開閥用壓力室52內(nèi)的壓力值高于第一壓力值。因此，即使 加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥緊固時，在該一個閥 中，通過增加空氣壓縮機24的排出流量提高與空通過氣壓縮機24相 通的開閥用壓力室52內(nèi)的壓力值，從而解除一個闊的緊固，由此能夠 進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。
對于其他的結(jié)構(gòu)以及作用，與所述圖1至圖6所示的第一實施方 式的情況相同，因此省略相同部分的圖示以及說明。
另外，雖然省略了圖示，但作為第三實施方式，可以組合所述從 圖l至圖6所示的第一實施方式和所述圖7所示的第二實施方式。艮卩， 以下，使用表示所述第一實施方式的圖1的標號進行說明，但是在本 實施方式的情況下，與所述各實施方式相同，具有壓力賦予單元，該 壓力賦予單元在加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥中， 向與空氣壓縮機24相通的開閥用壓力室52作用與空氣壓縮機24的第 一排出壓力相對應的第一壓力值，從而驅(qū)動上述一個閥。此外，在所 述第一實施方式中，控制部所具有的壓力變化單元是空氣壓縮機燃料 電池旁通閥控制單元，在所述一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為與空氣壓 縮機24的第一排出壓力相對應的第一壓力值的情況下一個閥也不進行 驅(qū)動的異常時，縮小燃料電池旁通閥38的開度，并且升高作為流體供 給部的空氣壓縮機24所產(chǎn)生的空氣的排出流量。
在這樣的本實施方式的情況下，例如，在所述的圖6所示的第一實施方式中，在步驟S4中，空氣壓縮機燃料電池旁通閥控制單元將空
氣壓縮機24的排出流量增加規(guī)定流量，并且縮小燃料電池旁通閥38 的開度，使向加濕器旁通閥18或入口關(guān)閉閥20的開閥用壓力室52供 給的空氣的壓力上升。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，即使加濕器旁通閥18以 及入口關(guān)閉閥20中的一個閥緊固時，也易于驅(qū)動所述一個閥。
對于其他的結(jié)構(gòu)以及作用，與所述的圖1至圖6所示的第一實施 方式或圖7所示的第二實施方式相同。
接著，圖8a、圖8b、圖8c、圖9至圖IO表示第四實施方式。另 外，在以下的說明中，燃料電池系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與表示所述的第一實 施方式的圖1的情況相同，因此在與圖1結(jié)構(gòu)相同的部分標注相同的 標號來進行說明。首先，圖8a、圖8b、圖8c是表示本實施方式要解決 的缺陷和解決該缺陷的原理的簡圖。SP，圖8a、圖8b、圖8c表示在加 濕器旁通閥18或入口關(guān)閉閥20中，閥芯58和在使閥芯58滑動的滑 動部即隔斷部44上設置的孔部之間的關(guān)系。如圖8所示，本實施方式 要解決的缺陷是，在加濕器旁通閥18或入口關(guān)閉閥20中，在閥芯58 相對于在隔斷部44上設置的孔部的軸向傾斜的狀態(tài)下，閥芯58卡在 孔部的角部等上，在不能完全開閥的狀態(tài)下緊固。這樣地閥芯58緊固 在孔部上的情況與閥芯58由于凍結(jié)緊固在固定的部分上而不開閥的情 況相同，在使通常開閥的壓力作用在加濕器旁通閥18或入口關(guān)閉閥20 的開閥用壓力室52上的情況下，加濕器旁通閥18或入口關(guān)閉閥20有 可能不能夠完全開閥。
為了解決這樣的缺陷，在本實施方式中，ECU等控制部與所述的 各實施方式相同，具有壓力賦予單元，該壓力賦予單元在加濕器旁通 閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥中，將第一壓力值作用在與空氣 壓縮機24 (圖1)相通的開閥用壓力室52上，由此驅(qū)動一個閥。此外， 控制部具有作為壓力變化單元的第二空氣壓縮機控制單元，該第二空氣壓縮機控制單元在一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓力值的情況 下一個閥也不進行驅(qū)動的異常時，使一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)的壓
力值變化，S卩，使一個闊的開閥用壓力室52內(nèi)的壓力值上下交替地變 動。第二空氣壓縮機控制單元使通過空氣壓縮機24向所述一個閥的開 閥用壓力室52供給的空氣的供給壓力上下交替地變動。因此，第二空 氣壓縮機控制單元使空氣壓縮機24的排出流量脈沖式地或間隔規(guī)定時 間地交替地反復增加和減少。
接著，使用圖9的流程圖，更詳細地說明本實施方式的起動處理 方法。圖9表示在發(fā)電起動時，在加濕器旁通閥18和入口關(guān)閉閥20 中，最初僅打開加濕器旁通閥18的情況下的起動控制方法。根據(jù)本實 施方式，在發(fā)電起動時向燃料電池組12供給空氣的情況，首先，在步 驟S1中，若通過點火鑰匙的打開等向燃料電池系統(tǒng)IO輸送起動指令， 則與所述的圖6所示的第一實施方式相同，控制部的壓力賦予單元基 于加濕器旁通閥18的開闊指令發(fā)出對VbS、 VbC、 VbO進行開閉控制 的指令信號，以使加濕器旁通閥18開閥。
接著，在步驟S2中，壓力賦予單元使燃料電池旁通閥38半開(例 如50%的開度)等以一定的開度開閥，使空氣壓縮機24動作，送出壓 力上升后的空氣。接著，在步驟S3中，與所述的圖6所示的第一實施 方式相同，控制部的第二空氣壓縮機控制單元監(jiān)視位于空氣壓縮機24 的出口的入口壓力傳感器P1的壓力檢測值，并且判定入口壓力傳感器 Pl的壓力檢測值在經(jīng)過穩(wěn)定時間后是否降低至壓力閾值Ps (kPa)以 下。
并且，在步驟S3中，若通過第二空氣壓縮機控制單元判定經(jīng)過穩(wěn) 定時間后，入口壓力傳感器P1的壓力檢測值沒有在壓力閾值Ps (kPa) 以下，g卩，加濕器旁通閥18處于沒有正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為 "否")，則在步驟S4中，第二空氣壓縮機控制單元使空氣壓縮機24的 排出流量脈沖式地或隔開規(guī)定時間交替地反復增加和減少地變化。圖
2810 (a)表示將空氣壓縮機24的排出流量隔開規(guī)定時間交替反復增加和 減少地變化的一個例子的時間變化。對應于此，如圖10 (b)所示，作 為作用于加濕器旁通閥18的閥芯58上的驅(qū)動力即加濕器旁通閥18的 驅(qū)動力也隔開規(guī)定時間交替反復地增加和減少地變化。
接著，返回圖9，在步驟S6中，第二空氣壓縮機控制單元在經(jīng)過 一定時間后，再次判定入口壓力傳感器P1的壓力檢測值是否降低至壓 力閾值Ps (kPa)以下。根據(jù)該步驟S6的判定，若判定為入口壓力傳 感器P1的壓力檢測值不在壓力閾值Ps (kPa)以下，艮卩，加濕器旁通 閥18處于沒有正常開闊的狀態(tài)(開閥判定為"否")，則在使空氣壓縮機 24的排出流量變化的控制中，判定加濕器旁通閥18不能完全開閥，在 步驟S7中，與所述的圖6所示的第一實施方式相同，轉(zhuǎn)移至閥異常順 序控制。
對此，在步驟S3中，若判定經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感器Pl 的壓力檢測值變?yōu)閴毫﹂撝礟s (kPa)以下，艮卩，加濕器旁通閥18處 于正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"是")，則在步驟S5中，繼續(xù)進行起動 順序處理。
此外，在步驟S6中，在判定為經(jīng)過穩(wěn)定時間后入口壓力傳感器 Pl的壓力檢測值變?yōu)閴毫﹂撝礟s (kPa)以下，g卩，加濕器旁通閥18 處于正常開閥的狀態(tài)(開閥判定為"是")的情況下，在步驟S5中也繼 續(xù)進行起動順序處理，并使從空氣壓縮機24排出的空氣通過加濕器旁 通路徑32供給至燃料電池組12。
另外，在上述說明中，說明了在發(fā)電起動時，在加濕器旁通路徑 32和主路徑30中，首先僅通過加濕器旁通路徑32向燃料電池組12供 給空氣進行發(fā)電的情況。但是，本實施方式不限于這樣的情況，與所 述的圖1至圖6所示的第一實施方式相同，在發(fā)電起動時，在入口關(guān) 閉閥20和加濕器旁通閥18中，首先僅打開入口關(guān)閉閥20，通過主路說明書第27/28頁
徑30向燃料電池組12供給空氣的情況也能夠?qū)嵤?br> 在上述那樣的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)10中具有壓力賦予單 元，在加濕器旁通閥18以及入口關(guān)閉閥20中的一個閥中，向與空氣
壓縮機24相通的開閥用壓力室52上作用第一壓力值，由此驅(qū)動所述 一個閥；作為壓力變化單元的第二空氣壓縮機控制單元，在所述一個 閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓力值的情況下一個閥也不進行驅(qū)動的 異常時，使一個閥的開閩用壓力室52內(nèi)的第一壓力值變化，即使空氣 壓縮機24的排出流量上下交替地變動。因此，即使發(fā)生了由于所述一 個閥的閥芯58的驅(qū)動軸60 (參照圖2、圖3)相對于滑動部即隔斷部 44的孔部傾斜等而使驅(qū)動軸60卡在固定的部分上等，從而閥緊固，將 通常驅(qū)動的壓力值作用在開閥用壓力室52上，閥不進行驅(qū)動的情況， 也能夠通過壓力變動使力沿軸向一側(cè)和軸向另一側(cè)交替地作用于閥芯 58上。因此，能夠解除閥的緊固，驅(qū)動閥。
艮P，如圖8b、圖8c所示，通過空氣壓縮機24的排出流量的上下 變化，使力沿上下方向兩側(cè)交替地作用于閥芯58上，由此能夠在通過 在閥芯58上僅向一個方向施加力不能夠解除閥芯58的卡止情況下也 解除該卡止，能夠?qū)﹂y芯58相對于滑動部的傾斜進行修正，從而順利 地驅(qū)動閥。由此，能夠進行穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。而且，為了驅(qū)動加濕器旁通 閥18以及入口關(guān)閉閥20中任意一個閥，能夠不需要消耗燃料電池組 12內(nèi)的燃料地更有效地利用燃料電池組12的發(fā)電電力。
對于其他的結(jié)構(gòu)以及作用，與所述的圖1至圖6所示的第一實施 方式相同。
另外，雖然省略了圖示，但作為第五實施方式，能夠?qū)毫ψ兓?單元作為第二燃料電池旁通閥控制單元，所述壓力變化單元在所述的 圖8a、圖8b、圖8c、圖9至圖IO所示的第四實施方式中，在入口關(guān)
30閉閥20和加濕器旁通閥18中的一個閥的開閥用壓力室52內(nèi)為第一壓
力值的情況下一個閥也不進行驅(qū)動的異常時，使一個閥的開閥用壓力
室52內(nèi)的壓力值上下變動。在所述異常時，第二燃料電池旁通閥控制 單元使加濕器旁通閥18的開度大小交替地反復地變化。在具有這樣的 第二燃料電池旁通閥控制單元時，與所述第四實施方式相同，能夠使 力沿兩側(cè)交替地作用于閥芯58 (參照圖8a、圖8b、圖8c)上，解除閥 芯58的卡止等引起的相對于固定的部分的緊固，從而能夠順利地驅(qū)動 閥，能夠使穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)成為可能。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池，通過氧化氣體和燃料氣體的電化學反應進行發(fā)電；閥，對應從流體供給部供給的流體的壓力變化進行驅(qū)動；壓力賦予單元，使第一壓力值的壓力作用于與流體供給部相通的壓力室，從而使閥進行驅(qū)動；以及壓力變化單元，在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，使壓力室內(nèi)的第一壓力值變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，具備 氧化氣體供給流路，向燃料電池供給氧化氣體； 氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電池中排出氧化氣體系氣體； 燃料電池旁通流路，繞過燃料電池而連接氧化氣體供給流路和氧化氣體系氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥，設置在燃料電池旁通流路上，壓力變化單元是燃料電池旁通閥控制單元，該燃料電池旁通閥控 制單元在起動時使燃料電池旁通閥打開規(guī)定的開度，并且在壓力室內(nèi) 為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，通過縮小燃料電池 旁通閥的開度，使向壓力室供給的流體的壓力值相比第一壓力值增大。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，壓力變化單元是流體供給部控制單元，該流體供給部控制單元使 由流體供給部向壓力室供給的流體的供給壓力相比第一壓力值提高。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，具備 氧化氣體供給流路，向燃料電池供給氧化氣體； 氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電池中排出氧化氣體系氣體； 燃料電池旁通流路，繞過燃料電池而連接氧化氣體供給流路和氧化氣體系氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥，設置在燃料電池旁通流路上，壓力變化單元是流體供給部燃料電池旁通閥控制單元，該流體供給部燃料電池旁通閥控制單元在起動時使燃料電池旁通閥打開規(guī)定的 開度，并且在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常 時，縮小燃料電池旁通閥的開度，并且提高流體供給部的流體排出流
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，壓力變化單元在壓力室內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動 的異常時，使壓力室內(nèi)的壓力上下交替地變動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，壓力變化單元是流體供給部控制單元，該流體供給部控制單元使 由流體供給部向壓力室供給的流體的供給壓力上下交替地變動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，具備 氧化氣體供給流路，向燃料電池供給氧化氣體； 氧化氣體系氣體排出流路，從燃料電池中排出氧化氣體系氣體； 燃料電池旁通流路，繞過燃料電池而連接氧化氣體供給流路和氧化氣體系氣體排出流路；以及燃料電池旁通閥，設置在燃料電池旁通流路上，壓力變化單元是燃料電池旁通閥控制單元，該燃料電池旁通閥控 制單元使燃料電池旁通闊的開度大小交替地變化。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，具有入口關(guān)閉閥(20)，設置在構(gòu)成氧化氣體供給流路(14)的主路徑(30)上；加濕器旁通閥(18)，設置在主路徑(30)的旁通通路即加濕器旁通路徑(32)上；燃料電池旁通閥(38)，設置在繞過燃料電池組(12)的燃料電池旁通路徑(36)上；燃料電池旁通閥控制單元。燃料電池旁通閥控制單元在入口關(guān)閉閥(20)和加濕器旁通閥(18)中的一個閥的開閥用壓力室(52)內(nèi)為第一壓力值的情況下閥也不進行驅(qū)動的異常時，縮小燃料電池旁通閥(38)的開度，使開閥用壓力室(52)內(nèi)的壓力上升。
文檔編號H01M8/04GK101632193SQ20088000776
公開日2010年1月20日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者坊農(nóng)哲也, 長田康弘 申請人:豐田自動車株式會社