JP4263555B2 - 燃料電池システムの起動方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池システムの起動方法に関するものである。

燃料（例えば水素ガス）と酸化剤（例えば酸素を含む空気）とが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムでは、燃料供給源（例えば高圧水素タンク）から供給される燃料を圧力制御弁により所定圧力に減圧して燃料電池のアノード極に供給する。
この種の燃料電池システムでは、燃料電池の保護等の理由から、燃料供給流路上の前記圧力制御弁の上流にシステム遮断弁を設けている（例えば、特許文献１参照）。このシステム遮断弁は、燃料電池システムの停止中は閉弁しており、該システムの起動時に開弁し、運転中は開弁状態を保持するように制御される。

ところで、前記システム遮断弁の入口側には、燃料供給源から送り出される燃料ガスの高圧が加わるため、システム遮断弁には開弁に必要な駆動力（以下、開弁駆動力という）が小さくて済む、所謂パイロット式遮断弁が用いられている。
ここで、パイロット式遮断弁について簡単に説明する。図８は、電磁駆動型のパイロット式遮断弁５０の要部断面を示しており、バルブボディ５１の弁室５２に収容された弁体５３は、ステム５４によって連結されたメインバルブ（弁）５５とパイロットバルブ５６とを備えており、メインバルブ５５は、バルブボディ５１のガス出口５７に連なるメインシート部５８に着座離反可能に配置され、パイロットバルブ５６は、プランジャ５９の先端部に設けられたパイロット室６０内にプランジャ５９の軸方向へ移動可能に収容されるとともに、パイロット室６０に面してプランジャ５９に設けられたサブシート部６１に着座離反可能に配置されている。

また、ステム５４は、プランジャ５９の先端に設けられたスリーブ６２を摺動可能に貫通しており、スリーブ６２はパイロットバルブ５６の移動範囲を規制してパイロット室６０から離脱するのを阻止する。すなわち、パイロットバルブ５６がサブシート部６１から僅かに離反すると、パイロットバルブ５６はスリーブ６２に突き当たってそれ以上の移動を阻止される。

弁体５３には、その軸心に沿ってメインバルブ５５からパイロットバルブ５６に貫通する貫通孔６３が設けられており、パイロットバルブ５６がサブシート部６１から離反しているときは貫通孔６３の両端が開口し、サブシート部６１に着座しているときは貫通孔６３の一端が閉塞する。
スリーブ６２の内周面には軸方向に貫通するガス通路６２ａが複数設けられており、パイロットバルブ５６の外周面には軸方向に貫通するガス通路５６ａが複数設けられていて、弁室５２とパイロット室６０は、これらガス通路５６ａ，６２ａを介して連通している。

弁体５３は、バルブボディ５１とプランジャ５９の間に設けられたスプリング６４によって、プランジャ５９を介して閉弁方向に付勢されている。
プランジャ５９は、電磁コイル６５への通電により電磁石の力でスプリング６４の弾性に抗して可動し、弁体５３を開弁方向に移動させる。

図８に示す閉弁状態では、メインバルブ５５がメインシート部５８に着座し、パイロットバルブ５６がサブシート部６１に着座し、パイロットバルブ５６とスリーブ６２との間に軸方向に若干の隙間が開いている。
この閉弁状態においてガス入口６６から弁室５２に高圧ガスが供給されている場合に、開弁指令により電磁コイル６５に電流が流れると、電磁石の力によりプランジャ５９が図中上方に引き付けられるが、この時点ではメインバルブ５５の上流と下流の圧力差が極めて大きく、電磁石にはメインバルブ５５をメインシート部５８から離反させるだけの力はない。そのため、プランジャ５９は、パイロットバルブ５６がサブシート部６１から離反してスリーブ６２に突き当たったところで、一旦停止する。その結果、弁体５３の貫通孔６３の両端が開口し、弁室５２内の高圧のガスが、スリーブ６２のガス通路６２ａ、パイロットバルブ５６のガス通路５６ａ、パイロット室６０、貫通孔６３を流通してメインバルブ５５の下流側に流れ込む。ここで、ガス出口５７に接続された流路が遮断されていると、メインバルブ５５の下流側のガス圧力が徐々に上昇していき、メインバルブ５５の上流と下流の圧力差が減少していく。そして、メインバルブ５５の上流と下流の圧力差が殆どなくなると、前記電磁石の力で十分にメインバルブ５５をメインシート部５８から離反させることができるようになり、メインバルブ５５が開く。

このパイロット式遮断弁５０においては、貫通孔６３は、内蔵されたメインバルブ５５の開動作に先立ってメインバルブ５５の上流側の燃料を下流側に導く先導通路を構成し、パイロットバルブ５６０は、メインバルブ５５の上流側圧力と下流側圧力とが略同一となったときに開弁可能となる。
このようにパイロット式遮断弁５０では、メインバルブ５５の前後差圧をなくしてからメインバルブ５５の開弁動作が行われるので、メインバルブ５５の開弁駆動力が小さくて済むが、メインバルブ５５が開くまでに少々時間を要する。
特開２００１−３３２２８０号公報

このパイロット式遮断弁からなるシステム遮断弁を備えた燃料電池システムにおいては、システム起動時に、システム遮断弁のメインバルブ５５が開くのを待ってからでないと、燃料電池のアノード極に十分な燃料ガスが供給されないので、燃料電池のカソード極に酸化剤を供給し燃料電池を確実な発電状態にさせることはできない。
そのため、従来は、予めシステム遮断弁の開弁指令から燃料電池への酸化剤供給開始までの遅延時間を設定しておき、この遅延時間経過後に燃料電池のカソード極への酸化剤供給を開始し、その後、発電状態にしている。

しかしながら、従来は、前記遅延時間を、燃料電池のアノード極側が最大負圧になっているときのメインバルブ５５の開弁所要時間を基準にして設定した固定時間としていたため、次のような不具合が生じた。
システム起動時のアノード極側の負圧状態が前記最大負圧よりも小さい状態（例えば、システム遮断弁のメインバルブ５５の前後差圧が殆どない状態）であるときには、前記遅延時間が経過する前にシステム遮断弁のメインバルブ５５が開き、燃料電池のアノード極に燃料ガスが供給されるにもかかわらず、前記遅延時間が経過するまでは燃料電池のカソード極への酸化剤供給が開始されないので、燃料電池を発電状態にすることができず、燃料電池システムの起動を実質的に遅らせてしまう。

また、メインバルブ５５の上流側のガス圧力が低すぎる状態では、システム遮断弁の開弁指令から前記遅延時間が経過してもメインバルブ５５の上流側圧力と下流側圧力とが略一定にならずメインバルブ５５が開いていないことがあり、この場合、アノード極側のガス圧力が相当に低いままでカソード極への酸化剤供給が開始されてしまい、燃料電池内での両極間ガス圧力バランスが大きく崩れて十分に燃料電池の機能を保護できなくなる虞があった。
そこで、この発明は、パイロット式遮断弁からなるシステム遮断弁を備えた燃料電池システムの機能を保護しながら起動時間を短縮することができる燃料電池システムの起動方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、前記燃料を送り出す燃料供給源（例えば、後述する実施例における高圧水素タンク５）と、前記酸化剤を送り出す酸化剤供給源（例えば、後述する実施例におけるエアコンプレッサ２）と、前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを流通可能に連結する燃料供給流路（例えば、後述する実施例における水素供給流路７）と、前記酸化剤供給源と前記燃料電池のカソード極とを流通可能に連結する酸化剤供給流路（例えば、後述する実施例における空気供給流路３）と、前記燃料供給流路上に設置され、内蔵された弁（例えば、後述する実施例におけるメインバルブ５５）の開動作に先立って該弁の上流側の燃料を下流側に導く先導通路（例えば、後述する実施例における貫通孔６３）を有し、前記弁の上流側圧力と下流側圧力とが略同一となったときに前記弁が開弁可能なパイロット式の流路遮断弁（例えば、後述する実施例におけるシステム遮断弁９）と、を備えた燃料電池システムの起動方法において、前記燃料電池と前記流路遮断弁との間の前記燃料の圧力を検出する圧力検出手段（例えば、後述する実施例における圧力センサ１５）を設け、前記燃料供給源からの燃料を前記流路遮断弁に導き、該流路遮断弁に開弁指令を出した後、前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングで前記酸化剤供給源から前記カソード極への酸化剤供給を開始し、続いて前記燃料電池による発電を開始することを特徴とする。
このように構成することにより、流路遮断弁が実質的に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値が予め定められた閾値を越えたときであることを特徴とする。
このように構成することにより、流路遮断弁が実質的に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値が予め定められた閾値を越えたときから所定時間（例えば、後述する実施例における所定時間Ｔ０）を経過したときであることを特徴とする。
このように構成することにより、流路遮断弁が確実に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が確実に開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。

請求項４に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値の大きさに応じて算定された所定時間（例えば、後述する実施例における遅延時間Ｔｎ）を経過したときであることを特徴とする。
このように構成することにより、流路遮断弁が確実に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が確実に開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。

請求項１または請求項２に係る発明によれば、流路遮断弁が実質的に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができるので、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。
請求項３または請求項４に係る発明によれば、流路遮断弁が確実に開いた直後に、換言すれば、燃料電池のアノード極への燃料供給が確実に開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができるので、燃料電池システムの起動時間を短縮することができる。

以下、この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例を、図８を援用し、図１から図７の図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例における燃料電池システムは燃料電池車両に搭載された態様である。

初めに、この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例１を図１から図３の図面を参照して説明する。
図１は燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池１は、固体高分子電解質膜の両側にアノード極とカソード極が設けられ各電極の外側に反応ガスを供給するためのガス通路が設けられてなるセルを多数積層して構成されている。
この燃料電池１は、アノード極に燃料としての水素ガスが供給され、カソード極に酸化剤として酸素を含む空気が供給されて発電を行う。

空気はエアコンプレッサ（酸化剤供給源）２により加圧されて空気供給流路（酸化剤供給流路）３に送り出され、燃料電池１のカソード極に供給される。カソード極に供給された空気は、該空気中の酸素が酸化剤として供された後、燃料電池１からカソードオフガスとして排出され、圧力制御弁４を介して大気に放出される。電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０は、燃料電池１に要求されている出力（以下、要求出力）に応じて、エアコンプレッサ２を駆動して所定量の空気を燃料電池１に供給するとともに、圧力制御弁４を制御してカソード極での空気の供給圧を所定圧力に調整する。

一方、高圧水素タンク（燃料供給源）５に収容された水素ガスは、高圧水素タンク５に内蔵された電磁弁６から水素供給流路（燃料供給流路）７に送り出され、一次遮断弁８、システム遮断弁（流路遮断弁）９、レギュレータ１０、エゼクタ１１を通って燃料電池１のアノード極に供給される。
一次遮断弁８は高圧水素タンク５に近い位置に設置され、システム遮断弁９はレギュレータ１０に近い位置に設置されており、いずれの弁８，９も燃料電池システムの停止中は閉弁状態を保持し、該システムの運転中は開弁状態を保持するように、ＥＣＵ２０によって開閉制御される。

システム遮断弁９は、一次遮断弁８が作動不良となったときに燃料電池１のアノード圧力が瞬時に上昇するのを抑制したり、一次遮断弁８が閉弁不良となったときに燃料電池１に水素ガスが連続供給されて燃料電池１の固体高分子電解質膜が破損するのを防止する。システム遮断弁９は電磁駆動型のパイロット式遮断弁で構成されている。パイロット式遮断弁の構成および開閉動作は従来のものと何ら変わるところはないので、図８を援用して、その説明は省略する。

レギュレータ１０は、例えば空気式の比例圧力制御弁からなり、エアコンプレッサ２から供給される空気の圧力が信号圧として空気信号導入路１２を介して入力され、レギュレータ１０出口の水素ガスの圧力が前記信号圧に応じた所定圧力範囲となるように減圧制御する。この実施例における燃料電池システムでは、レギュレータ１０は、アノード極に供給される水素ガスの圧力がカソード極に供給される空気の圧力よりも大きくなるように制御する。
なお、燃料電池システムの停止時はエアコンプレッサ２が停止しており、レギュレータ１０への空気の信号圧がほぼ大気圧となるため、レギュレータ１０は閉じている。

燃料電池１のアノード極に供給された水素ガスは、発電に供された後、燃料電池１からアノードオフガスとしてアノードオフガス回収路１３に排出される。アノードオフガス回収路１３は水素ポンプ１４を備え、エゼクタ１１に接続されており、燃料電池１から排出されたアノードオフガスは、水素ポンプ１４によって昇圧された後、エゼクタ１１に吸引され、高圧水素タンク５から供給される水素ガスと合流して再び燃料電池１のアノード極に供給され、循環するようにされている。

また、エゼクタ１１と燃料電池１のアノード極入口との間の水素供給流路７には、燃料電池１とシステム遮断弁９との間の水素ガス圧力、さらに具体的にはアノード極入口における水素ガス圧力（以下、アノード圧力と称す）を検出するための圧力センサ（圧力検出手段）１５が設けられている。圧力センサ１５は検出値に応じた電気信号をＥＣＵ２０に出力する。
アノードオフガス回収路１３は電磁駆動式の排出弁１６を介してアノードオフガス排出路１７に接続されている。排出弁１６は通常は閉じており、所定の条件が満たされたときに開弁して、燃料電池１のアノード極に溜まった水の排出などを行う。

このように構成された燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、車両のイグニッションスイッチをＯＮすることにより、燃料電池システムが起動される。そして、この起動に際しては、燃料電池１への空気供給開始のタイミングを、従来のようにシステム遮断弁９の開弁指令があってから固定時間が経過したときとするのではなく、圧力センサ１５の検出値（すなわち、アノード圧力）に基づいて定めたタイミングで燃料電池１への空気供給を開始し、続いて燃料電池１による発電を開始することで、燃料電池システムの起動時間の短縮を図っている。

この実施例１においては、予め大気圧よりも若干負圧に定められた閾値Ｐｌｉｍを圧力センサ１５の検出値が越えたときを、圧力センサ１５の検出値に基づいて定めたタイミングとして、燃料電池１への空気供給を開始する。
ここで、閾値Ｐｌｉｍは、システム遮断弁９のメインバルブ５５をメインシート部５８から離反させ開弁可能にするアノード圧力の最小値、あるいはそれより若干高い値に設定する。これにより、圧力センサ１５の検出値が閾値Ｐｌｉｍを越えたときにはシステム遮断弁９のメインバルブ５５が開弁したと判断することができる。

次に、実施例１における燃料電池システムの起動制御について、図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートに示す起動制御ルーチンはＥＣＵ２０によって実行される。

まず、車両のイグニッションスイッチがＯＮされると（ステップＳ１０１）、高圧水素タンク５内の電磁弁６、一次遮断弁８が開弁されるとともに、システム遮断弁９がＯＮされる（ステップＳ１０２）。これによりシステム遮断弁９の電磁コイル６５に通電され、パイロットバルブ５６がサブシート部６１から離反するので、弁室５２内の高圧の水素ガスが弁体５３の貫通孔６３を通ってメインバルブ５５の下流側に流出する。この時点では、エアコンプレッサ２が停止中であり、レギュレータ１０は閉じているため、メインバルブ５５の下流側の圧力が徐々に上昇していく。

次に、ステップＳ１０３に進み、圧力センサ１５の検出値であるアノード圧力が閾値Ｐｌｉｍを越えたか否かを判定する。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（アノード圧力≦Ｐｌｉｍ）である場合は、アノード圧力が閾値Ｐｌｉｍを越えるまで現状を維持する。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（アノード圧力＞Ｐｌｉｍ）である場合は、ステップＳ１０４に進み、エアコンプレッサ２をＯＮして起動し、燃料電池１のカソード極への空気供給を開始する。
つまり、アノード圧力が閾値Ｐｌｉｍを越えたことから、システム遮断弁９のメインバルブ５５がメインシート部５８から離反し（すなわち、開弁し）、燃料電池１のアノード極への水素供給が開始されたと判断して、カソード極への空気供給を開始する。

次に、ステップＳ１０５に進み、燃料電池１の無負荷状態での端子電圧、いわゆる開路電圧（ＯＣＶ）をチェックし、異常がないことを確認する。
さらに、ステップＳ１０６に進んで、燃料電池１に負荷をかけて発電を開始し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
この実施例１における燃料電池システムの起動方法によれば、システム遮断弁９のメインバルブ５５が開いた直後に、換言すれば、燃料電池１のアノード極への水素供給が開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池１を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。その結果、燃料電池システムの起動時間が短縮され、ひいては燃料電池車両の始動時間を短縮することができる。
なお、図３は、実施例１におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。

次に、この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例２を図４および図５の図面を参照して説明する。燃料電池システムの構成については、実施例１と全く同じであるので説明を省略する。
実施例２の燃料電池システムの起動方法が実施例１の場合と相違する点は、燃料電池１への空気供給開始のタイミングだけである。

詳述すると、実施例２においては、予め大気圧よりも若干負圧に定められた閾値Ｐｌｉｍを圧力センサ１５の検出値が越えたときから所定時間経過したときを、圧力センサ１５の検出値に基づいて定めたタイミングとして、燃料電池１への空気供給を開始する。
ここで、閾値Ｐｌｉｍは、実施例１と同様に、システム遮断弁９のメインバルブ５５をメインシート部５８から離反させ開弁可能にするアノード圧力の最小値、あるいはそれより若干高い値に設定する。また、前記所定時間は予め設定された固定時間とする。
このようにすると、圧力センサ１５の検出値が閾値Ｐｌｉｍを越えた時点からさらに所定時間が経過したときには、システム遮断弁９のメインバルブ５５が確実に開いているはずであり、燃料電池１に水素ガスが確実に供給されている状態で、燃料電池１に空気を供給開始することができる。

次に、実施例２における燃料電池システムの起動制御について、図４のフローチャートに従って説明する。図４のフローチャートに示す起動制御ルーチンはＥＣＵ２０によって実行される。

ステップＳ１１１〜ステップＳ１１３の処理は、実施例１におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０３の処理と同じであるので、説明を省略する。
ステップＳ１１３における判定結果が「ＹＥＳ」（アノード圧力＞Ｐｌｉｍ）である場合は、ステップＳ１１４に進み、圧力センサ１５の検出値が閾値Ｐｌｉｍを越えた時点から所定時間Ｔ０が経過したか否かを判定する。
ステップＳ１１４における判定結果が「ＮＯ」（所定時間Ｔ０を経過していない）である場合は、所定時間Ｔ０を経過するまで現状を維持する。

ステップＳ１１４における判定結果が「ＹＥＳ」（所定時間Ｔ０を経過した）である場合は、ステップＳ１１５に進み、エアコンプレッサ２をＯＮして起動し、燃料電池１のカソード極への空気供給を開始する。
つまり、アノード圧力が閾値Ｐｌｉｍを越えたときから所定時間が経過したときには、システム遮断弁９のメインバルブ５５がメインシート部５８から確実に離反し（すなわち、確実に開弁し）、燃料電池１のアノード極への水素供給が開始されたと判断して、カソード極への空気供給を開始する。

次に、ステップＳ１１６に進み、燃料電池１の無負荷状態での端子電圧、いわゆる開路電圧（ＯＣＶ）をチェックし、異常がないことを確認する。
さらに、ステップＳ１１７に進んで、燃料電池１に負荷をかけて発電を開始し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
この実施例２における燃料電池システムの起動方法によれば、システム遮断弁９のメインバルブ５５が確実に開いた直後に、換言すれば、燃料電池１のアノード極への水素供給が確実に開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池１を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。その結果、燃料電池システムの起動時間が短縮され、ひいては燃料電池車両の始動時間を短縮することができる。

なお、図５は、実施例２におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。この図において、実線で示すアノード圧力曲線は、燃料電池システム停止時におけるアノード圧力の負圧値が小さい（大気圧との差が小さい）場合であり、二点鎖線で示すアノード圧力曲線は燃料電池システム停止時におけるアノード圧力の負圧値が大きい（大気圧との差が大きい）場合である。この図からも明らかなように、前者の場合には後者の場合よりも燃料電池システムの起動時間がより短縮される。

次に、この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例３を図６および図７の図面を参照して説明する。燃料電池システムの構成については、実施例１と全く同じであるので説明を省略する。
実施例３の燃料電池システムの起動方法が実施例１の場合と相違する点は、燃料電池１への空気供給開始のタイミングだけである。

詳述すると、実施例３においては、システム遮断弁９の開弁指令があってからの経過時間が、システム起動時の圧力センサ１５の検出値の大きさに応じて算定された遅延時間に達したときを、圧力センサ１５の検出値に基づいて定めたタイミングとして、燃料電池１への空気供給を開始する。
ここで、前記遅延時間は、システム遮断弁９として採用するパイロット式遮断弁を用いて、メインバルブ５５の開弁に必要とされる所要時間をアノード圧力をパラメータとして予め実験的に求めておき、遅延時間テーブルとしてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶しておく。
このようにすると、システム遮断弁９の開弁指令があってからの経過時間が、システム起動時の圧力センサ１５の検出値の大きさに応じて算定された遅延時間に達したときには、システム遮断弁９のメインバルブ５５が確実に開いているはずであるから、燃料電池１に水素ガスが確実に供給されている状態で、燃料電池１に空気を供給開始することができる。

次に、実施例３における燃料電池システムの起動制御について、図６のフローチャートに従って説明する。図６のフローチャートに示す起動制御ルーチンはＥＣＵ２０によって実行される。

まず、車両のイグニッションスイッチがＯＮされると（ステップＳ１２１）、高圧水素タンク５内の電磁弁６、一次遮断弁８が開弁されるとともに、システム遮断弁９がＯＮされる（ステップＳ１０２）。
そして、圧力センサ１５の検出値（すなわち、アノード圧力）の大きさに応じて、前記遅延時間テーブルを参照して遅延時間Ｔｎを算定する（ステップＳ１０３）。

なお、システム遮断弁９がＯＮされると、システム遮断弁９の電磁コイル６５に通電され、パイロットバルブ５６がサブシート部６１から離反するので、弁室５２内の高圧水素ガスが弁体５３の貫通孔６３を通ってメインバルブ５５の下流側に流出する。この時点では、エアコンプレッサ２が停止中であり、レギュレータ１０は閉じているため、メインバルブ５５の下流側の圧力が徐々に上昇していく。

次に、ステップＳ１２４に進み、システム遮断弁９がＯＮされてからの経過時間がステップＳ１２３で算定された遅延時間Ｔｎに達したか否かを判定する。
ステップＳ１２４における判定結果が「ＮＯ」（遅延時間Ｔｎを経過していない）である場合は、遅延時間Ｔｎを経過するまで現状を維持する。

ステップＳ１２４における判定結果が「ＹＥＳ」（遅延時間Ｔｎを経過した）である場合は、ステップＳ１２５に進み、エアコンプレッサ２をＯＮして起動し、燃料電池１のカソード極への空気供給を開始する。
つまり、システム遮断弁９がＯＮされてからの経過時間が、圧力センサ１５の検出値の大きさに応じて算定された遅延時間Ｔｎに達したときには、システム遮断弁９のメインバルブ５５がメインシート部５８から確実に離反し（すなわち、確実に開弁し）、燃料電池１のアノード極への水素供給が開始されたと判断して、カソード極への空気供給を開始する。

次に、ステップＳ１２６に進み、燃料電池１の無負荷状態での端子電圧、いわゆる開路電圧（ＯＣＶ）をチェックし、異常がないことを確認する。
さらに、ステップＳ１２７に進んで、燃料電池１に負荷をかけて発電を開始し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
この実施例３における燃料電池システムの起動方法によれば、システム遮断弁９のメインバルブ５５が確実に開いた直後に、換言すれば、燃料電池１のアノード極への水素供給が確実に開始された直後に、カソード極に空気を供給することができ、燃料電池１を適切に保護しながら発電可能な状態にすることができる。その結果、燃料電池システムの起動時間が短縮され、ひいては燃料電池車両の始動時間を短縮することができる。

なお、図７は、実施例３におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。この図において、実線で示すアノード圧力曲線は、燃料電池システム停止時におけるアノード圧力の負圧値が小さい（大気圧との差が小さい）場合であり、二点鎖線で示すアノード圧力曲線は燃料電池システム停止時におけるアノード圧力の負圧値が大きい（大気圧との差が大きい）場合である。この図からも明らかなように、前者の場合の遅延時間Ｔ１の方が後者の場合の遅延時間Ｔ２よりも短くなり、前者の場合には後者の場合よりも燃料電池システムの起動時間がより短縮される。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、燃料電池の燃料は、ガソリンやメタノール等の炭化水素を含む原燃料を改質して生成された水素を多く含むガスであってもよい。
また、パイロット式の流路遮断弁は、内蔵された弁の開動作に先立って該弁の上流側の燃料を下流側に導く先導通路を有し、前記弁の上流側圧力と下流側圧力とが略同一となったときに前記弁が開弁する機能を有する限り、前述した実施例で説明した構造のものに限定されない。

本発明は、車両等の移動体に搭載される燃料電池システムや定置式の燃料電池システム等に利用が可能である。

この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施に好適な燃料電池システムの概略構成図である。 この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例１における起動制御を示すフローチャートである。 前記実施例１におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。 この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例２における起動制御を示すフローチャートである。 前記実施例２におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。 この発明に係る燃料電池システムの起動方法の実施例３における起動制御を示すフローチャートである。 前記実施例３におけるシステム起動時のアノード圧力の時間的変化を示す図である。 パイロット式遮断弁の一例における要部断面図である。

符号の説明

１ 燃料電池
２ エアコンプレッサ（酸化剤供給源）
３ 空気供給流路（酸化剤供給流路）
５ 高圧水素タンク（燃料供給源）
７ 水素供給流路（燃料供給流路）
９ システム遮断弁（流路遮断弁）
１５ 圧力センサ（圧力検出手段）
５５ メインバルブ（弁）
６３ 貫通孔（先導通路）

Claims (4)

1. 燃料と酸化剤とが供給されて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料を送り出す燃料供給源と、
   前記酸化剤を送り出す酸化剤供給源と、
   前記燃料供給源と前記燃料電池のアノード極とを流通可能に連結する燃料供給流路と、
   前記酸化剤供給源と前記燃料電池のカソード極とを流通可能に連結する酸化剤供給流路と、
   前記燃料供給流路上に設置され、内蔵された弁の開動作に先立って該弁の上流側の燃料を下流側に導く先導通路を有し、前記弁の上流側圧力と下流側圧力とが略同一となったときに前記弁が開弁可能なパイロット式の流路遮断弁と、
   を備えた燃料電池システムの起動方法において、
   前記燃料電池と前記流路遮断弁との間の前記燃料の圧力を検出する圧力検出手段を設け、
   前記燃料供給源からの燃料を前記流路遮断弁に導き、該流路遮断弁に開弁指令を出した後、前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングで前記酸化剤供給源から前記カソード極への酸化剤供給を開始し、続いて前記燃料電池による発電を開始することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
2. 前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値が予め定められた閾値を越えたときであ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の起動方法。
3. 前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値が予め定められた閾値を越えたときから所定時間を経過したときであ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の起動方法。
4. 前記圧力検出手段の検出値に基づいて定めたタイミングは、前記検出値の大きさに応じて算定された所定時間を経過したときであ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の起動方法。

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