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JP2005285686A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2005285686A
JP2005285686A JP2004101047A JP2004101047A JP2005285686A JP 2005285686 A JP2005285686 A JP 2005285686A JP 2004101047 A JP2004101047 A JP 2004101047A JP 2004101047 A JP2004101047 A JP 2004101047A JP 2005285686 A JP2005285686 A JP 2005285686A
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JP
Japan
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valve
resistance value
fuel cell
valve body
valve seat
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004101047A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Fujita
信雄 藤田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】 制御弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の燃料電池システム1は、燃料電池10と、燃料電池10から排出された不純物を流通させる不純物排出流路23と、不純物排出流路23を開閉するための第1の電磁バルブ27と、第1の電磁バルブ27の弁体277と該弁体277を受ける弁座231との間の抵抗値に基づいて第1の電磁バルブ27の作動状態を判定する制御ユニット41と、を備える。
【選択図】 図1

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of directly detecting an operation state of a control valve and efficiently operating various control valves according to the detection result.
SOLUTION: A fuel cell system 1 according to the present invention includes a fuel cell 10, an impurity discharge channel 23 for circulating impurities discharged from the fuel cell 10, and a first electromagnetic for opening and closing the impurity discharge channel 23. A control unit 41 that determines the operating state of the first electromagnetic valve 27 based on a resistance value between the valve 27 and the valve seat 231 that receives the valve body 277 and the valve body 277 of the first electromagnetic valve 27; Is provided.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、特に、燃料電池の反応ガスのガス流路上に制御弁が配置された燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system in which a control valve is disposed on a gas flow path of a reaction gas of the fuel cell.

従来、いわゆる固体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムでは、燃料電池から排出されるガス中の水分が凍結することによりガス流路上に設けられたバルブが作動しなくなり、その結果、燃料電池システムの動作に不具合が生じるという問題がある。そこで、近年では、このようなバルブの凍結に伴う不具合を解消するための技術が提案されている。   Conventionally, in a fuel cell system using a so-called polymer electrolyte fuel cell, the water provided in the gas discharged from the fuel cell is frozen and the valve provided on the gas flow path is not operated. As a result, the fuel cell There is a problem that a malfunction occurs in the operation of the system. Therefore, in recent years, a technique for solving such a problem associated with freezing of the valve has been proposed.

例えば、特開2002−313389号公報(特許文献1)には、バルブが凍結することを防止するためにバルブを加熱する技術が開示され、具体的には、燃料電池に断熱圧縮した酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池から排出される排出反応ガスのガス流路上に設けられた制御弁と、前記酸化剤ガス供給手段から供給される前記酸化剤ガスとを熱交換することで前記制御弁を加熱する制御弁加熱手段と、を備えた燃料電池システムが開示されている。
特開2002−313389号公報
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-313389 (Patent Document 1) discloses a technique for heating a valve in order to prevent the valve from freezing, and specifically, an oxidant gas adiabatically compressed in a fuel cell. Heat exchange between the oxidant gas supply means for supplying the oxidant gas, the control valve provided on the gas flow path of the exhaust reaction gas discharged from the fuel cell, and the oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means Thus, a fuel cell system including a control valve heating means for heating the control valve is disclosed.
JP 2002-313389 A

しかしながら、特開2002−313389号公報に記載されたような従来の燃料電池システムでは、ガス流路上に設けられた制御弁を暖機ボックス内に収納し、この暖機ボックス内にエアコンプレッサにて断熱圧縮した高温の空気を導入することにより制御弁を外側から加熱している。つまり、暖機ボックス内の温度を上昇させることで当該暖気ボックス内に収納された制御弁を間接的に加熱するものであるため、制御弁の加熱に時間を要するとともにエネルギー消費量も多くなりやすく、効率的ではない。   However, in a conventional fuel cell system as described in JP-A-2002-313389, a control valve provided on a gas flow path is housed in a warm-up box, and an air compressor is placed in the warm-up box. The control valve is heated from the outside by introducing hot air that is adiabatically compressed. In other words, since the control valve stored in the warm-up box is indirectly heated by raising the temperature in the warm-up box, it takes time to heat the control valve and energy consumption tends to increase. Is not efficient.

また、かかる従来の燃料電池システムは、外気温が所定温度以下である場合に制御弁が凍結していると判定している。しかし、制御弁の作動状態は、ガス流路や制御弁の構造、また、制御弁の配設場所や燃料電池システムの作動状態などに応じて異なってくるため、外気温によって制御弁の作動状態を間接的に判定する従来の方法では、正確性に欠けやすい。   Further, such a conventional fuel cell system determines that the control valve is frozen when the outside air temperature is equal to or lower than a predetermined temperature. However, the operating state of the control valve varies depending on the gas flow path, the structure of the control valve, the location of the control valve, the operating state of the fuel cell system, etc. The conventional method for indirectly determining is likely to lack accuracy.

本発明は、このような従来の燃料電池システムを改良することを課題とするものであり、制御弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to improve such a conventional fuel cell system, and directly detect the operating state of a control valve and efficiently operate various control valves according to the detection result. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of satisfying the requirements.

上記課題を解決するための本発明にかかる燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路と、前記ガス流路を開閉するための開閉弁と、前記開閉弁の弁体と該弁体を受ける弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する判定手段と、を備える。   A fuel cell system according to the present invention for solving the above-described problems includes a fuel cell, a gas flow path that is connected to an inlet / outlet of the fuel cell and allows reaction gas to flow, and an on-off valve that opens and closes the gas flow path. Determining means for determining an operating state of the on-off valve based on a resistance value between a valve body of the on-off valve and a valve seat receiving the valve body.

この構成によれば、開閉弁の弁体と弁座間の抵抗値に基づいて開閉弁の作動状態を判定することができる。したがって、開閉弁の作動状態を直接検出することができるので、個々の開閉弁の凍結状態などをより正確に検出することが可能になる。   According to this configuration, the operating state of the on-off valve can be determined based on the resistance value between the valve body of the on-off valve and the valve seat. Therefore, since the operating state of the on-off valve can be directly detected, it is possible to more accurately detect the frozen state of each on-off valve.

なお、ガス流路は、燃料電池に反応ガス(燃料ガス、酸化ガス)を流通させる供給ガス通路と、燃料電池から排出された反応ガスを流通させる排ガス通路のうち少なくとも一方を含む。本発明にかかる開閉弁は、ガス流路に設けられる。   The gas flow path includes at least one of a supply gas passage through which a reaction gas (fuel gas, oxidizing gas) flows through the fuel cell and an exhaust gas passage through which the reaction gas discharged from the fuel cell flows. The on-off valve according to the present invention is provided in the gas flow path.

また、本発明にかかる燃料電池システムは、前記弁体と弁座との間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、を備え、前記判定手段は、前記抵抗値測定手段より測定された抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定してもよい。   The fuel cell system according to the present invention includes a voltage applying unit that applies a voltage between the valve body and the valve seat, and a resistance value measuring unit that measures a resistance value between the valve body and the valve seat. The determination means may determine the operating state of the on-off valve based on the resistance value measured by the resistance value measurement means.

また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁の弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。   Further, the determination means of the fuel cell system according to the present invention is configured such that when the resistance value between the valve body and the valve seat is equal to or greater than a preset threshold, the valve body of the on-off valve and the valve seat The voltage applying means may be controlled so that a high voltage is applied between them.

この構成によれば、開閉弁の弁体と弁座との間に直接高電圧を印加することによって開閉弁の凍結部位を解凍することができるので、暖機ボックス内の温度を上昇させることで当該暖気ボックス内に収納された制御弁を間接的に加熱する場合などに比べて効率的である。また、抵抗値測定と凍結部位の解凍の双方に電圧印加手段を用いることができるので、設計上も効果的である。   According to this configuration, by applying a high voltage directly between the valve body of the on-off valve and the valve seat, the frozen part of the on-off valve can be thawed, so by increasing the temperature in the warm-up box This is more efficient than when the control valve housed in the warm air box is indirectly heated. In addition, since the voltage application means can be used for both resistance value measurement and thawing of the frozen part, the design is also effective.

また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が前記閾値よりも小さくなるまで、前記弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。   The determination means of the fuel cell system according to the present invention applies a high voltage between the valve body and the valve seat until a resistance value between the valve body and the valve seat becomes smaller than the threshold value. As described above, the voltage applying means may be controlled.

この構成によれば、弁体と弁座との間が導通状態になるまで高電圧を印加することができるので、開閉弁の機能を確実に回復させることが可能になる。   According to this configuration, since a high voltage can be applied until the valve body and the valve seat are in a conductive state, the function of the on-off valve can be reliably recovered.

また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御してもよい。   The determination means of the fuel cell system according to the present invention controls the open / close valve to perform an open / close operation when a resistance value between the valve body and the valve seat is not less than a preset threshold value. May be.

この構成によれば、開閉弁の開閉動作によって凍結部位を解凍することができるので、エネルギー消費を抑えつつ開閉弁を適切に動作させることが可能になる。   According to this configuration, since the frozen part can be thawed by the opening / closing operation of the opening / closing valve, it is possible to appropriately operate the opening / closing valve while suppressing energy consumption.

また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御し、前記開閉弁による開閉動作後所定の条件を満たす場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御してもよい。   The determination means of the fuel cell system according to the present invention controls the open / close valve to perform an open / close operation when a resistance value between the valve body and the valve seat is not less than a preset threshold value. The voltage applying means may be controlled so that a voltage is applied between the valve body and the valve seat when a predetermined condition is satisfied after the opening / closing operation by the opening / closing valve.

この構成によれば、開閉弁の開閉動作と電圧の印加とを段階的に行うことで開閉弁の凍結部位を解凍することができるので、例えば開閉弁の開閉動作によって凍結部位が解凍された場合には電圧の印加を省略することができる一方、開閉弁の開閉動作によって凍結部位が解凍されない場合には電圧の印加によって確実に解凍することができるので、さらに効率的に開閉弁を正常起動へ移行させることが可能になる。   According to this configuration, since the frozen part of the on-off valve can be thawed by performing the opening / closing operation of the on-off valve and the voltage application stepwise, for example, when the frozen part is thawed by the opening / closing operation of the on-off valve On the other hand, the application of voltage can be omitted, but if the frozen part is not thawed by the opening and closing operation of the on-off valve, it can be thawed reliably by the application of voltage, so that the on-off valve can be normally started more efficiently. It becomes possible to migrate.

また、本発明にかかる燃料電池システムの判定手段は、外気温度が予め設定された設定温度以下である場合に、前記弁体と弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定してもよい。   Further, the determination means of the fuel cell system according to the present invention is configured such that the operating state of the on-off valve is based on a resistance value between the valve body and the valve seat when the outside air temperature is equal to or lower than a preset temperature. May be determined.

また、本発明にかかる燃料電池システムの制御方法は、燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路を開閉するための開閉弁を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記開閉弁の弁体と弁座との間に電圧を印加することにより前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該測定した抵抗値が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する第1ステップと、前記抵抗値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する第2ステップと、前記開閉弁の弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該記測定した抵抗値が前記閾値よりも小さいか否か判定する第3ステップと、前記抵抗値が前記閾値よりも小さいと判定された場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように制御する第4ステップと、を備える。   Further, a control method of a fuel cell system according to the present invention is a control method of a fuel cell system provided with an on-off valve for opening and closing a gas flow path connected to an inlet / outlet of a fuel cell and through which a reaction gas flows. Whether a resistance value between the valve body and the valve seat is measured by applying a voltage between the valve body and the valve seat of the on-off valve, and the measured resistance value is equal to or greater than a preset threshold value A first step of determining whether the resistance value is greater than or equal to the threshold value, a second step of controlling the on / off valve to perform an on / off operation when it is determined that the resistance value is greater than or equal to the threshold value, A third step of measuring a resistance value between the seat and determining whether or not the measured resistance value is smaller than the threshold value, and when it is determined that the resistance value is smaller than the threshold value, Control to apply a voltage between the valve body and the valve seat Includes a step, a.

本発明によれば、開閉弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて各種制御弁を効率よく作動させることが可能な燃料電池システムを提供することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system capable of directly detecting the operating state of the on-off valve and efficiently operating various control valves according to the detection result.

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、種々に変形して適用することが可能である。   Hereinafter, a fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments, and can be applied with various modifications.

初めに、この発明の実施の形態を図1乃至図5を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る燃料電池システムの概略図である。図2は、図1に示す燃料電池システムのガス流路上に配設された開閉弁の断面図である。図3は、図1に示す開閉弁の開閉状態と抵抗値との関係を示す図である。図4及び図5は、図1に示す燃料電池システムにおける制御ユニットによる処理の流れを示すフローチャートである。   First, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram of a fuel cell system according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the on-off valve disposed on the gas flow path of the fuel cell system shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the open / close state of the on-off valve shown in FIG. 1 and the resistance value. 4 and 5 are flowcharts showing the flow of processing by the control unit in the fuel cell system shown in FIG.

図1に示すように、本実施形態に係る燃料電池システム1は、水素ガスの配管系20より供給される水素ガスおよび酸素ガスの配管系30より供給される酸素ガス(空気)の供給を受けて、電力を発生する固体高分子電解質型の燃料電池(スタック)10を備える。また、燃料電池システム1は、マイクロコンピュータを有する電気的な制御系40を備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment is supplied with hydrogen gas supplied from a hydrogen gas piping system 20 and oxygen gas (air) supplied from an oxygen gas piping system 30. And a solid polymer electrolyte fuel cell (stack) 10 for generating electric power. The fuel cell system 1 includes an electrical control system 40 having a microcomputer.

燃料電池10は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノード(水素極)とカソード(空気極)とで両側から挟みこみ、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成されたセルを多数積層して構成されたものである。各セルに水素ガスと酸素ガスが供給されると、電気化学反応により燃料電池10は発電する。例えば、燃料電池システム1が自動車に搭載されている場合には、この発生した電力は、自動車の駆動源となるモータなどに供給される。   The fuel cell 10 is formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane made of, for example, a solid polymer ion exchange membrane between an anode (hydrogen electrode) and a cathode (air electrode) from both sides and further sandwiching the outside with a pair of separators. It is configured by stacking a large number of the formed cells. When hydrogen gas and oxygen gas are supplied to each cell, the fuel cell 10 generates electricity by an electrochemical reaction. For example, when the fuel cell system 1 is mounted on an automobile, the generated electric power is supplied to a motor or the like that is a driving source of the automobile.

水素ガスの配管系20には、水素ガスを燃料電池10に供給する水素ガス供給流路21と、燃料電池10から排出された水素オフガスをポンプ26により水素ガス供給流路21に圧送する水素オフガス循環流路22と、水素オフガス循環流路22より分岐配管された不純物排出流路23と、が設けられている。   The hydrogen gas piping system 20 includes a hydrogen gas supply channel 21 that supplies hydrogen gas to the fuel cell 10, and a hydrogen off gas that pumps the hydrogen off gas discharged from the fuel cell 10 to the hydrogen gas supply channel 21 by a pump 26. A circulation passage 22 and an impurity discharge passage 23 branched from the hydrogen off-gas circulation passage 22 are provided.

水素ガス供給流路21には、高圧の水素ガスを貯蔵したタンクなどの水素供給源24と、水素供給源24から供給される水素ガスの圧力を調整する調圧弁25と、が配設されている。また、不純物排出流路23には、これを開閉する電磁式の開閉弁(以下、「電磁バルブ」と呼ぶ)としての第1の電磁バルブ27が介設されている。第1の電磁バルブ27を開くことで、水素オフガス中の不純物が排出される。   The hydrogen gas supply passage 21 is provided with a hydrogen supply source 24 such as a tank that stores high-pressure hydrogen gas, and a pressure regulating valve 25 that adjusts the pressure of the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 24. Yes. Further, the impurity discharge passage 23 is provided with a first electromagnetic valve 27 as an electromagnetic on-off valve (hereinafter referred to as “electromagnetic valve”) for opening and closing the impurity discharge passage 23. By opening the first electromagnetic valve 27, impurities in the hydrogen off-gas are discharged.

一方、酸素ガスの配管系30には、加湿器31より加湿された酸素ガスを燃料電池10に供給する酸素ガス供給流路32と、燃料電池10から排出された酸素オフガスを加湿器9に導くための酸素オフガス流路33と、加湿器31から燃焼器(図示せず)に酸素オフガスを導くための酸素オフガス排気流路34と、が設けられている。   On the other hand, in the oxygen gas piping system 30, the oxygen gas supply flow path 32 that supplies the oxygen gas humidified by the humidifier 31 to the fuel cell 10 and the oxygen off-gas discharged from the fuel cell 10 are guided to the humidifier 9. For this purpose, an oxygen off-gas passage 33 for supplying oxygen and an off-gas passage 34 for introducing oxygen off-gas from the humidifier 31 to the combustor (not shown) are provided.

酸素ガス供給流路32には、大気中の酸素ガスを取り込んで圧縮するコンプレッサ36が介設されており、コンプレッサ36より圧縮された酸素ガスが加湿器31に圧送される。また、酸素オフガス排気流路34には、これを開閉する電磁バルブとしての第2の電磁バルブ35が介設されている。第2の電磁バルブ35の開度又は開閉間隔にて酸素ガス供給流路の圧力を調整している。   The oxygen gas supply channel 32 is provided with a compressor 36 that takes in and compresses oxygen gas in the atmosphere, and the oxygen gas compressed by the compressor 36 is pumped to the humidifier 31. The oxygen off-gas exhaust passage 34 is provided with a second electromagnetic valve 35 as an electromagnetic valve for opening and closing the oxygen off-gas exhaust passage 34. The pressure of the oxygen gas supply flow path is adjusted by the opening degree or opening / closing interval of the second electromagnetic valve 35.

ここで、第1の電磁バルブ27及び第2の電磁バルブ35の構成について、図2を用いて説明する。なお、第1の電磁バルブ27及び第2の電磁バルブ35の構成はほぼ同じであるので、便宜上、第1の電磁バルブ27について説明するものとする。   Here, the structure of the 1st electromagnetic valve 27 and the 2nd electromagnetic valve 35 is demonstrated using FIG. Since the first electromagnetic valve 27 and the second electromagnetic valve 35 have substantially the same configuration, the first electromagnetic valve 27 will be described for convenience.

図2に示すように、第1の電磁バルブ27は、本体271、本体271内に設けられた磁気発生用のコイル272、コイル272の中空部に位置するように配置された磁石273、磁石273の流路23反対側(図2でいう上方)に設けられたバネ276、磁石273の流路側(図2でいう下方)へ延在する軸274、軸274の流路273側に固着された弁体277および磁石273及び軸274を移動可能に支持する例えば筒状の支持部材275を備える。   As shown in FIG. 2, the first electromagnetic valve 27 includes a main body 271, a magnetism generating coil 272 provided in the main body 271, a magnet 273 disposed so as to be positioned in a hollow portion of the coil 272, and a magnet 273. The spring 276 provided on the opposite side of the flow path 23 (upper side in FIG. 2), the shaft 274 extending to the flow path side (lower side in FIG. 2) of the magnet 273, and the shaft 274 fixed to the flow path 273 side. For example, a cylindrical support member 275 that movably supports the valve body 277, the magnet 273, and the shaft 274 is provided.

第1の電磁バルブ27には、基本的に従来の構成を採用することができるが、本実施形態では、後述するように高電圧を印加する機能回路が弁体277と弁座231に接続されるため、支持部材275には絶縁性部材を採用する必要がある。この点で、本実施形態の第1の電磁バルブ27は、従来と異なっている。絶縁性部材としては、実質的に絶縁性を有する種々の材料を適用することができ、例えば、ゴム単体又は樹脂材料を使用することできる。   The first electromagnetic valve 27 can basically adopt a conventional configuration, but in this embodiment, a functional circuit for applying a high voltage is connected to the valve body 277 and the valve seat 231 as described later. Therefore, it is necessary to employ an insulating member for the support member 275. In this respect, the first electromagnetic valve 27 of the present embodiment is different from the conventional one. As the insulating member, various materials having substantially insulating properties can be applied. For example, rubber alone or a resin material can be used.

第1の電磁バルブ27が配設された不純物排出流路23には、第1の電磁バルブ27が設けられる位置に、第1の電磁バルブ27の内部と連通する開口部234が形成されている。そして、この不純物排出流路23の開口部234が形成された位置には、第1の電磁バルブ27の弁体277と当接して不純物排出流路23を閉鎖するための弁座231が形成されている。   In the impurity discharge flow path 23 in which the first electromagnetic valve 27 is disposed, an opening 234 that communicates with the inside of the first electromagnetic valve 27 is formed at a position where the first electromagnetic valve 27 is provided. . A valve seat 231 for closing the impurity discharge channel 23 by contacting the valve body 277 of the first electromagnetic valve 27 is formed at a position where the opening 234 of the impurity discharge channel 23 is formed. ing.

第1の電磁バルブ27の弁体277は、コイル272に通電することによって磁石273が不純物排出流路23から離れる方向へ移動する(上昇する)と、弁体277は同方向へ移動し、弁体277が弁座231から離間する。その結果、流路が流通して、第1の電磁バルブは開弁状態(非導通状態)となる。一方、コイル272への通電を中止することによって磁石273が不純物排出流路23側へ移動する(下降する)と、弁体277は同方向へ移動し、弁体277が弁座231に当接する。その結果、流路は遮断され、第1の電磁バルブ27は閉弁状態(導通状態)となる。   The valve body 277 of the first electromagnetic valve 27 moves in the direction away from the impurity discharge flow path 23 by energizing the coil 272, and the valve body 277 moves in the same direction. The body 277 is separated from the valve seat 231. As a result, the flow path circulates and the first electromagnetic valve is in an open state (non-conductive state). On the other hand, when the magnet 273 moves (lowers) toward the impurity discharge channel 23 by stopping energization of the coil 272, the valve body 277 moves in the same direction, and the valve body 277 contacts the valve seat 231. . As a result, the flow path is blocked and the first electromagnetic valve 27 is closed (conductive state).

また、本実施形態に係る第1の電磁バルブ27には、開閉弁の作動状態を直接検出するとともに、該検出結果に応じて前記開閉弁を効率よく作動させるために必要な機能を実現するための第1の機能回路42が接続されている。   In addition, the first electromagnetic valve 27 according to the present embodiment directly detects the operating state of the on-off valve and realizes a function necessary for operating the on-off valve efficiently according to the detection result. The first functional circuit 42 is connected.

第1の機能回路42は、例えば、弁体277と弁座231との間に電圧を印加するための任意の2点間を第1の導線421、第2の導線422で接続することによって形成され、該第1の機能回路26に電気エネルギーを供給可能な電源423や抵抗値を検出する抵抗値検出器424を介挿することで、弁体277と弁座231との間に直接電圧を印加したり、抵抗値変化を検出したりすることができるように構成されている。また、第1の機能回路42は、制御ユニット41に制御信号等を入出力可能に構成されている。   The first functional circuit 42 is formed, for example, by connecting any two points for applying a voltage between the valve body 277 and the valve seat 231 with the first conducting wire 421 and the second conducting wire 422. By inserting a power source 423 that can supply electric energy to the first functional circuit 26 and a resistance value detector 424 that detects a resistance value, a voltage is directly applied between the valve body 277 and the valve seat 231. It is configured so that it can be applied or a change in resistance value can be detected. The first functional circuit 42 is configured to be able to input and output control signals and the like to the control unit 41.

弁体277と弁座231との間の抵抗値は、第1の電磁バルブ27の開閉状態や凍結状態によって変化する。ここで、バルブの開閉状態や凍結状態と弁体及び弁座間の抵抗値変化との関係について図3を用いて説明する。   The resistance value between the valve body 277 and the valve seat 231 varies depending on the open / close state and the frozen state of the first electromagnetic valve 27. Here, the relationship between the open / close state and the frozen state of the valve and the resistance value change between the valve body and the valve seat will be described with reference to FIG.

図3(A)に示すように、第1の電磁バルブ27が開弁状態(弁体277が弁座231から離間した状態)にある場合には、弁体277と弁座231との間の抵抗値は∞(無限大)であり、図3(B)に示すように、第1の電磁バルブ27が正常な閉弁状態(弁体277が弁座231と当接した状態)にある場合には、導通状態であるので、抵抗値は0(配線上の抵抗は考慮しない)である。一方、第1の電磁バルブ27が、弁体277と弁座231との間に異物が噛みこんでいる状態や弁体277と弁座231とが凍結により固着している状態(正常な閉弁状態ではない)にある場合には、非導通状態となり、当該状態に応じた抵抗値Aが測定される。   As shown in FIG. 3A, when the first electromagnetic valve 27 is in an open state (a state in which the valve body 277 is separated from the valve seat 231), it is between the valve body 277 and the valve seat 231. When the resistance value is ∞ (infinite) and the first electromagnetic valve 27 is in a normal closed state (a state in which the valve body 277 is in contact with the valve seat 231) as shown in FIG. Is in a conductive state, the resistance value is 0 (resistance on the wiring is not taken into consideration). On the other hand, the first electromagnetic valve 27 is in a state where foreign matter is caught between the valve body 277 and the valve seat 231 or the valve body 277 and the valve seat 231 are fixed by freezing (normal valve closing). In the non-state), the non-conductive state is established, and the resistance value A corresponding to the state is measured.

このように、弁体277と弁座231との間の抵抗値(導通の有無)は、第1の電磁バルブ27の開閉状態や凍結状態によって変化するものであるため、この変化する抵抗値が抵抗値検出器424より制御ユニット41に向けて入力されることによって、制御ユニット41では、第1の電磁バルブ27が凍結状態にあることや、凍結状態が解除されていることなどを検出することができる。   As described above, the resistance value between the valve body 277 and the valve seat 231 (the presence or absence of conduction) changes depending on whether the first electromagnetic valve 27 is opened or closed, or the frozen state. By receiving an input from the resistance value detector 424 toward the control unit 41, the control unit 41 detects that the first electromagnetic valve 27 is in a frozen state or that the frozen state is released. Can do.

次に、図1に戻り、制御系40について説明する。制御系40は、燃料電池システム1の反応ガスのガス流路上に設けられた電磁バルブにそれぞれ対応する、上述した第1の機能回路42及び第2の機能回路43と、第1および第2の機能回路42、43に接続される制御ユニット41とを備える。   Next, returning to FIG. 1, the control system 40 will be described. The control system 40 includes the first functional circuit 42 and the second functional circuit 43, which correspond to the electromagnetic valves provided on the gas flow path of the reaction gas of the fuel cell system 1, and the first and second functional circuits. And a control unit 41 connected to the functional circuits 42 and 43.

制御ユニット41は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示してはいないが、例えば、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算等を実行するCPU、CPUで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたROM、同じくCPUで各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるRAMを備える。   The control unit 41 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer and is not shown. For example, the control unit 41 executes a predetermined calculation according to a preset control program, and executes various calculation processes by the CPU. A ROM in which control programs and control data necessary for the above are stored in advance, and a RAM in which various data necessary for executing various arithmetic processes by the CPU are temporarily read and written.

また、第1および第2の機能回路42、43等からの出力信号を入力する入力処理回路、CPUでの演算結果に応じて、第1及び第2の電磁バルブ27、35に電圧が印加されるよう第1および第2の機能回路42、43へ制御信号を出力したり、第1及び第2の電磁バルブ27、35に開閉信号を出力する出力処理回路を備える。   In addition, a voltage is applied to the first and second electromagnetic valves 27 and 35 in accordance with an input processing circuit for inputting output signals from the first and second functional circuits 42 and 43, and a calculation result in the CPU. Output processing circuits for outputting control signals to the first and second functional circuits 42 and 43 and outputting opening / closing signals to the first and second electromagnetic valves 27 and 35 are provided.

このような構成によれば、例えば、第1の機能回路42からの出力信号から第1の電磁バルブ27の抵抗値が得られ、この抵抗値に応じて第1の電磁バルブ27の作動状態つまり凍結状態が判定されるとともに、この判定結果に応じて、第1の電磁バルブ27の開閉制御や第1の電磁バルブ27への電圧印加が行われる結果、第1の電磁バルブ27の凍結状態が解消され得る。   According to such a configuration, for example, the resistance value of the first electromagnetic valve 27 is obtained from the output signal from the first functional circuit 42, and the operating state of the first electromagnetic valve 27, that is, the operation state of the first electromagnetic valve 27, that is, The frozen state is determined, and according to the determination result, opening / closing control of the first electromagnetic valve 27 and voltage application to the first electromagnetic valve 27 are performed, so that the frozen state of the first electromagnetic valve 27 is determined. Can be eliminated.

次に、制御ユニット41による電磁バルブの凍結状態判定及び解凍に関する処理の流れについて、図4及び図5のフローチャートに沿って詳細に説明する。なお、これらフローチャートの処理は、燃料電池システムの排ガス流路に設けられ、該排ガス流路を開閉するための任意の開閉弁に対して行うことができるが、ここでは、図1に示す第1の電磁バルブ27を制御対象とした場合について説明する。   Next, the flow of processing related to the determination of the frozen state of the electromagnetic valve and the thawing by the control unit 41 will be described in detail with reference to the flowcharts of FIGS. Note that the processing of these flowcharts can be performed on any open / close valve that is provided in the exhaust gas flow path of the fuel cell system and opens and closes the exhaust gas flow path. A case where the electromagnetic valve 27 is a control target will be described.

制御ユニット41(CPU)は、燃料電池システム1の始動命令を検出すると(STEP101のYes)、制御ユニット41に接続された外気温度を検出する所定の温度センサによって、当該時点における外気温度を測定する(STEP102)。なお、本実施形態に係る燃料電池システム1が、自動車に搭載されている場合には、車両のイグニッションキーがONされたことを検出した場合に、燃料電池システム1の始動命令を検出したものとする。   When the control unit 41 (CPU) detects a start command of the fuel cell system 1 (STEP 101: Yes), the control unit 41 (CPU) measures the outside air temperature at that time by a predetermined temperature sensor that detects the outside air temperature connected to the control unit 41. (STEP102). In addition, when the fuel cell system 1 according to the present embodiment is mounted on an automobile, when it is detected that the ignition key of the vehicle is turned on, the start command of the fuel cell system 1 is detected. To do.

次に、制御ユニット41は、作動状態の判定対象となる電磁バルブ(つまり、第1の電磁バルブ27)に対して、バルブを開弁状態から閉弁状態に制御する制御信号(開閉信号)を出力することにより、当該バルブを閉弁状態にする(STEP103)。なお、仕様上、燃料電池システム1の始動時のバルブの状態が、閉弁状態である場合には、かかる制御信号は省略することができる。   Next, the control unit 41 provides a control signal (open / close signal) for controlling the valve from the open state to the closed state with respect to the electromagnetic valve (that is, the first electromagnetic valve 27) that is the target of the operation state determination. By outputting, the valve is closed (STEP 103). In the specification, when the state of the valve at the start of the fuel cell system 1 is a closed state, the control signal can be omitted.

次に、制御ユニット41は、第1の電磁バルブ27の弁体277と弁座231との間の抵抗値を測定する(STEP104)。抵抗値の測定は、例えば、第1の電磁バルブ27の弁体277と、これを受ける弁座231との間に電源423から供給される電圧(測定用電圧)を所定時間、印加するための制御信号(測定指示信号)を、第1の機能回路42に出力することによって行うことができる。なお、測定用電圧には、第1の機能回路42に接続された機器の耐圧に応じた値であれば、仕様に応じた任意の値を設定することができる。   Next, the control unit 41 measures the resistance value between the valve body 277 and the valve seat 231 of the first electromagnetic valve 27 (STEP 104). The resistance value is measured, for example, by applying a voltage (measurement voltage) supplied from the power source 423 between the valve body 277 of the first electromagnetic valve 27 and the valve seat 231 receiving the valve element 277 for a predetermined time. This can be performed by outputting a control signal (measurement instruction signal) to the first functional circuit 42. In addition, as long as it is a value according to the pressure | voltage resistance of the apparatus connected to the 1st functional circuit 42, the arbitrary values according to a specification can be set to the voltage for a measurement.

第1の機能回路42から測定結果としての抵抗値が入力されると、制御ユニット41は、当該抵抗値に基づいて第1の電磁バルブ27の作動状態を判定する。作動状態の判定は、例えば、所定の閾値を予め設定しておき、入力された抵抗値が設定された閾値(設定閾値)以上であるか否かを判定することによって行うことができる(STEP105)。   When the resistance value as the measurement result is input from the first functional circuit 42, the control unit 41 determines the operating state of the first electromagnetic valve 27 based on the resistance value. The determination of the operating state can be performed, for example, by setting a predetermined threshold value in advance and determining whether or not the input resistance value is greater than or equal to the set threshold value (set threshold value) (STEP 105). .

判定結果が肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値以上である場合には(STEP105のYes)、次に、STEP102にて測定した外気温度が、予め設定された設定温度以下であるか否かを判定する(STEP106)。これは、凍結とは関連のない異物がはさまっていることによって抵抗値が設定閾値以上であると判定された場合などに、凍結状態として解凍処理が実行されることを回避するためである。設定温度には、排ガス中の水分が凍結して制御対象となる電磁バルブに影響を与えうる温度を予め設定しておく。   If the determination result is affirmative, that is, if the resistance value is greater than or equal to a set threshold value (Yes in STEP 105), then whether or not the outside air temperature measured in STEP 102 is equal to or lower than a preset set temperature. Determine (STEP 106). This is for avoiding that the thawing process is performed in the frozen state when it is determined that the resistance value is equal to or greater than the set threshold due to the presence of foreign matters not related to freezing. The set temperature is set in advance to a temperature at which moisture in the exhaust gas freezes and can affect the electromagnetic valve to be controlled.

制御ユニット41は、判定結果が肯定判定、つまり、外気温度が設定温度以下であると判定した場合には(STEP106のYes)、第1の電磁バルブ27が凍結状態にあるとみなして、凍結状態の解除処理を開始する。   When the determination result is affirmative, that is, when it is determined that the outside air temperature is equal to or lower than the set temperature (YES in STEP 106), the control unit 41 considers that the first electromagnetic valve 27 is in a frozen state, and is in a frozen state. The release processing of is started.

ここで、本実施形態に係る解凍処理は、電磁バルブの開閉により解凍を行う第1の解凍処理と、電磁バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第2の解凍処理と、を備え、これらを組み合わせて実行するように構成されている。第1の解凍処理と第2の解凍処理の組合せとしては、例えば、これらを順番に実行する場合や交互に実行する場合などが考えられるが、ここでは、前者を例に説明する。   Here, the thawing process according to the present embodiment includes a first thawing process that performs thawing by opening and closing an electromagnetic valve, and a second thawing process that performs thawing by directly applying a voltage to the electromagnetic valve. These are configured to be executed in combination. As a combination of the first thawing process and the second thawing process, for example, a case where these are executed sequentially or a case where they are executed alternately can be considered. Here, the former will be described as an example.

まず、制御ユニット41は、第1の電磁バルブ27に対して、バルブの開閉動作を所定回数、繰り返すように制御信号(開閉信号)を出力する(STEP107)。   First, the control unit 41 outputs a control signal (open / close signal) to the first electromagnetic valve 27 so as to repeat the open / close operation of the valve a predetermined number of times (STEP 107).

第1の電磁バルブ27は、制御ユニット41より出力される制御信号が入力されると、これに基づいて開弁動作及び閉弁動作を実行する。バルブの凍結状態や解除作業時点の外気温度等によっては、当該バルブの開閉動作によって、弁体や弁座に付着した氷が剥離、粉砕される結果、凍結部位を解凍させることが可能である。   When the control signal output from the control unit 41 is input, the first electromagnetic valve 27 performs a valve opening operation and a valve closing operation based on the control signal. Depending on the frozen state of the valve, the outside air temperature at the time of the release operation, etc., the ice attached to the valve body and the valve seat is peeled off and crushed by the opening and closing operation of the valve, so that the frozen part can be thawed.

制御信号の出力後、制御ユニット41は、凍結部位が解凍されたか否かを判定する。凍結部位の判定は、例えば、バルブの閉弁状態で弁体と弁座間の抵抗値を再び測定し(STEP108)、この測定した抵抗値が、設定閾値よりも小さいか否かを判定することによって行うことができる(STEP109)。   After outputting the control signal, the control unit 41 determines whether or not the frozen part has been thawed. For example, the frozen portion is determined by measuring again the resistance value between the valve body and the valve seat when the valve is closed (STEP 108), and determining whether or not the measured resistance value is smaller than a set threshold value. (STEP 109).

判定結果が、肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値よりも小さい場合には、凍結部位が解凍されたものとみなし、正常起動へ戻る(STEP113)。これに対し、判定結果が否定判定、つまり、抵抗値が設定閾値以上である場合には、凍結部位が未だ解凍されていないものとして、解凍処理を続行する。   If the determination result is affirmative, that is, if the resistance value is smaller than the set threshold value, it is considered that the frozen part has been thawed and the process returns to normal activation (STEP 113). On the other hand, if the determination result is negative, that is, if the resistance value is greater than or equal to the set threshold, the thawing process is continued assuming that the frozen portion has not been thawed yet.

ここで、上述したように、本実施形態に係る解凍処理は、バルブの開閉により解凍を行う第1の解凍処理と、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第2の解凍処理と、を順番に実行する。よって、制御ユニット41は、解凍処理の続行にあたって、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第2の解凍処理へ移行するか否かを判定する(STEP111)。   Here, as described above, the thawing process according to the present embodiment includes a first thawing process that performs thawing by opening and closing a valve, a second thawing process that performs thawing by directly applying a voltage to the valve, Are executed in order. Therefore, the control unit 41 determines whether or not to proceed to the second thawing process in which thawing is performed by directly applying a voltage to the valve when continuing the thawing process (STEP 111).

第2の解凍処理へ移行するか否かの判定は、例えば、バルブの開閉回数、外気温度、STEP108にて測定した抵抗値などを考慮した所定の条件によって判断することができる。ここでは、一例として、バルブの開閉回数が予め設定された所定回数(設定開閉回数)以上であるか否かにより判定するものとする(STEP111)。   The determination as to whether or not to proceed to the second thawing process can be made based on, for example, a predetermined condition that takes into account the number of opening and closing of the valve, the outside air temperature, the resistance value measured in STEP 108, and the like. Here, as an example, the determination is made based on whether or not the number of opening and closing of the valve is equal to or greater than a predetermined number of times (set number of opening and closing) (STEP 111).

判定結果が、否定判定、つまり、バルブの開閉回数が設定開閉回数以上でない場合には、STEP107に戻り、バルブの開閉作業による解凍処理を続行する(STEP111のNo)。一方、判定結果が、肯定判定、つまり、バルブの開閉回数が設定回数以上である場合には、バルブの開閉作業による解凍処理を中止して、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第2の解凍処理へ移行する(STEP111のYes)。   If the determination result is negative, that is, if the number of opening / closing of the valve is not equal to or greater than the set number of opening / closing, the process returns to STEP 107 to continue the thawing process by the valve opening / closing operation (No in STEP 111). On the other hand, if the determination result is affirmative, that is, if the number of opening and closing of the valve is greater than or equal to the set number, the thawing process by stopping the valve opening and closing operation is stopped and thawing is performed by directly applying voltage to the valve. 2 (Yes in STEP 111).

次に、図5を参照して、バルブへ直接電圧を印加することにより解凍を行う第2の解凍処理の流れについて説明する。制御ユニット41は、第1の機能回路42に対して、第1の電磁バルブ27の弁体277と弁座231間に、電源423から供給される高電圧(加熱用電圧)を所定時間印加するための制御信号(加熱指示信号)を出力する(STEP114)。   Next, the flow of the second thawing process for performing thawing by directly applying a voltage to the valve will be described with reference to FIG. The control unit 41 applies a high voltage (heating voltage) supplied from the power source 423 between the valve body 277 and the valve seat 231 of the first electromagnetic valve 27 to the first functional circuit 42 for a predetermined time. A control signal (heating instruction signal) is output (STEP 114).

なお、加熱用電圧には、第1の機能回路42に接続された機器の耐圧に応じた値であって、弁体277と弁座231間でアーク放電が発生し得る値であれば、仕様に応じた任意の値を設定することができる。   The heating voltage is a value according to the withstand voltage of the device connected to the first functional circuit 42, and is a value that can cause arc discharge between the valve body 277 and the valve seat 231. It is possible to set an arbitrary value according to.

加熱用電圧を印加すると、制御ユニット41は、弁体277と弁座231間の抵抗値を再度測定し(STEP115)、測定結果が設定閾値よりも小さいか否かを判定する(STEP116)。   When the heating voltage is applied, the control unit 41 measures the resistance value between the valve element 277 and the valve seat 231 again (STEP 115), and determines whether or not the measurement result is smaller than the set threshold value (STEP 116).

判定結果が、肯定判定、つまり、抵抗値が設定閾値よりも小さい場合には(STEP116のYes)、凍結部位が解凍されたものとみなし、正常起動へ戻る(STEP117)。これに対し、判定結果が否定判定、つまり、抵抗値が第2の閾値よりも大きい場合には(STEP116のNo)、凍結部位が解凍されていないものとして、解凍処理を続行すべくSTEP114へ戻る。   If the determination result is affirmative, that is, if the resistance value is smaller than the set threshold value (Yes in STEP 116), it is considered that the frozen portion has been thawed and the process returns to normal activation (STEP 117). On the other hand, if the determination result is negative, that is, if the resistance value is greater than the second threshold (No in STEP 116), it is determined that the frozen part has not been thawed and the process returns to STEP 114 to continue the thawing process. .

STEP114乃至STEP116によれば、制御ユニット41は、抵抗値が設定閾値よりも小さくなるまで弁体及び弁座への高電圧印加を繰り返すので、バルブの凍結部位を確実に解凍させることが可能である。   According to STEP 114 to STEP 116, the control unit 41 repeats application of a high voltage to the valve body and the valve seat until the resistance value becomes smaller than the set threshold value, so that the frozen portion of the valve can be surely thawed. .

以上によれば、排ガス流路を開閉するための電磁バルブに対して、弁座と弁体との間に直接電圧を印加して当該弁座と弁体間の抵抗値を測定することによりバルブの凍結状態を判定するとともに、凍結している場合には弁座と弁体間に直接電圧を印加して凍結を解消することとしたので、バルブの凍結状態を判定する手段がバルブの凍結部位を解凍する手段を兼用可能であり、その結果、燃料電池システムの設計および開発上有利な効果を得られる。   According to the above, with respect to the electromagnetic valve for opening and closing the exhaust gas flow path, a voltage is directly applied between the valve seat and the valve body to measure the resistance value between the valve seat and the valve body. When the engine is frozen, voltage is directly applied between the valve seat and the valve body to eliminate the freeze. As a result, advantageous effects can be obtained in the design and development of the fuel cell system.

また、上記構成によれば、バルブの弁体と弁座、つまり凍結部位を直接加熱することで該凍結部位を解凍しているので、バルブの周囲の温度を上昇させることでバルブの凍結部位を解凍させる場合などに比べ、短時間で効率的に凍結部位の解凍を行うことが可能になる。   Further, according to the above configuration, since the frozen part is thawed by directly heating the valve body and the valve seat, that is, the frozen part, the frozen part of the valve can be reduced by increasing the temperature around the valve. Compared with the case of thawing, etc., the frozen site can be thawed efficiently in a short time.

また、バルブの凍結状態を、弁座及び弁体間の抵抗値と外気温度の両方で判断しているので、凍結以外の原因による異物の噛みこみ等(流体中に存在する磨耗粉などが噛みこんだ場合)については解凍処理が行われないように制御することができる。   In addition, since the frozen state of the valve is judged by both the resistance value between the valve seat and the valve body and the outside air temperature, foreign matter biting due to causes other than freezing etc. (such as wear powder present in the fluid biting) In such a case, it is possible to control so that the decompression process is not performed.

また、凍結状態であると判定した場合には、バルブの開閉による解凍とバルブの加熱による解凍を組み合わせて行っているので、凍結部位を効率的に解凍させてバルブひいては燃料電池システムの機能を回復させることが可能になる。例えば、凍結状態が軽い場合には、バルブの開閉作業のみによって凍結部位を解凍させることができる結果、加熱によるエネルギー消費を回避することができる。また、バルブの開閉作業のみによって凍結部位を解凍させることができない場合でも、加熱による解凍が行われるので、凍結部位を確実に解凍させて、バルブの機能を適切に発揮させることができる。   Also, if it is determined that it is in a frozen state, thawing by opening and closing the valve and thawing by heating the valve are performed in combination, so that the frozen part can be efficiently thawed to restore the function of the valve and the fuel cell system. It becomes possible to make it. For example, when the frozen state is light, the frozen part can be thawed only by opening and closing the valve, so that energy consumption due to heating can be avoided. Even if the frozen part cannot be thawed only by opening and closing the valve, the thawed part is heated, so that the frozen part can be surely thawed and the function of the valve can be exhibited appropriately.

また、抵抗値が設定閾値よりも小さくなると、解凍処理を中止して正常起動へ戻るので、徒にバルブの開閉や加熱が繰り返されることもない。   Further, when the resistance value becomes smaller than the set threshold value, the thawing process is stopped and the normal activation is resumed, so that the opening / closing and heating of the valve are not repeated.

(その他の実施形態)
以上、好適な実施の形態を用いて本考案を説明してきたが、本考案は上記の実施の形態に限定されるものではない。当業者は、ここに開示された内容に基づいて、本発明の範囲から外れることなしに適宜変更または改良を行うことが可能である。また、このような変更あるいは改良も本発明に含まれる。例えば、上記フローチャート中の各工程(符号が付与されていない部分的な工程を含む)は、処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更して又は並列に実行することができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was demonstrated using suitable embodiment, this invention is not limited to said embodiment. Those skilled in the art can make appropriate modifications or improvements based on the contents disclosed herein without departing from the scope of the present invention. Such changes or improvements are also included in the present invention. For example, each step in the flowchart (including a partial step to which no code is assigned) can be executed in any order or in parallel within a range that does not contradict the processing contents.

(1)また、上記実施の形態では、電磁バルブが凍結状態にあると判定された場合に、バルブの開閉動作およびバルブの加熱を段階的に行う場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、凍結部位の解凍処理としては、バルブの開閉動作およびバルブの加熱のいずれか一方のみを実行する構成としてもよいし、他の解凍処理をこれらに付加する構成としてもよい。   (1) In the above embodiment, the case where the opening / closing operation of the valve and the heating of the valve are performed stepwise when it is determined that the electromagnetic valve is in the frozen state has been described. However, the present invention is not limited to this. I can't. For example, the frozen portion thawing process may be configured to execute only one of the valve opening / closing operation and the valve heating, or may be configured to add another thawing process thereto.

また、測定した抵抗値や外気温度等の条件に応じて、実行すべき解凍処理を採用するか決定するように構成してもよい。例えば、抵抗値が高く外気温度も低いような場合には、バルブの開閉動作によっては凍結部位が解凍されにくいと考えられるため、バルブの開閉動作を行わずにバルブの加熱を行うようにしてもよい。また、抵抗値が低く外気温度は高いような場合には、バルブの開閉動作のみでも凍結部位が解凍されえると考えられるため、開閉動作の設定回数を通常の設定回数よりも増やしたり、凍結部位が解凍されるまでバルブの開閉動作を繰り返すように制御するよう構成してもよい。   Moreover, you may comprise so that it may determine whether the thawing | decompression process which should be performed is employ | adopted according to conditions, such as measured resistance value and external temperature. For example, when the resistance value is high and the outside air temperature is low, it is considered that the frozen part is unlikely to be thawed depending on the opening / closing operation of the valve. Therefore, the valve may be heated without performing the opening / closing operation of the valve. Good. In addition, when the resistance value is low and the outside air temperature is high, it is considered that the frozen part can be thawed only by the opening and closing operation of the valve. Control may be made so that the opening and closing operation of the valve is repeated until the is thawed.

(2)また、上記実施の形態では、燃料電池システム1の始動時に、バルブの作動状態の判定を行う場合について説明したが、当該判定は、始動開始時に限定されず、燃料電池の作動時に、特に低負荷時(対発電時)や間欠運転時のタイミングで任意に実行することができる。   (2) In the above embodiment, the case where the operation state of the valve is determined at the start of the fuel cell system 1 has been described. However, the determination is not limited to the start of the start, and at the time of operation of the fuel cell, In particular, it can be arbitrarily executed at the time of low load (vs. power generation) or intermittent operation.

(3)また、上記実施の形態では、燃料電池システム1の2次電池から電圧を供給する場合について説明したが、燃料電池10が、電圧を供給可能な状態にある場合には、燃料電池10から電圧を供給するように構成することもできる。   (3) In the above embodiment, the case where the voltage is supplied from the secondary battery of the fuel cell system 1 has been described. However, when the fuel cell 10 is in a state where the voltage can be supplied, the fuel cell 10 It is also possible to configure so as to supply a voltage from

(4)また、上記実施の形態では、作動状態を判定する対象となる電磁バルブとして、水素オフガス排出流路15に配設された第1の電磁バルブ35と酸素オフガス排気流路34に配設された第2の電磁バルブ27とを説明したが、本発明は、水蒸気を含むガスを流通させる流路上に配設された他の電磁バルブについても同様に適用することが可能である。
(5)また、上記実施の形態では、弁体と弁座間に電圧を印加して抵抗値を測定することによりバルブの作動状態を判定する場合について説明したが、バルブを回転させて弁体と弁座間のトルクを測定することで、弁体と弁座間の作動状態を判定するように構成することもできる。例えば、弁体と弁座間に氷が噛みこんでいる場合には、この氷の存在によりバルブは回転しやすい。一方、バルブの回転によって摩擦熱が発生すると、氷が解凍する結果、解凍が進むと、バルブの回転は遅くなる。
(4) In the above-described embodiment, the first electromagnetic valve 35 and the oxygen off-gas exhaust channel 34 disposed in the hydrogen off-gas exhaust channel 15 are disposed as the electromagnetic valves for determining the operating state. Although the second electromagnetic valve 27 has been described, the present invention can be similarly applied to other electromagnetic valves disposed on a flow path through which a gas containing water vapor is circulated.
(5) In the above embodiment, the case where the operating state of the valve is determined by measuring the resistance value by applying a voltage between the valve body and the valve seat has been described. By measuring the torque between the valve seats, the operating state between the valve body and the valve seat can also be determined. For example, when ice is caught between the valve body and the valve seat, the valve easily rotates due to the presence of the ice. On the other hand, when frictional heat is generated by the rotation of the valve, as a result of the thawing of ice, the rotation of the valve becomes slower as the thawing proceeds.

具体的には、モータ等の所定の駆動手段によってバルブを回転させ、この場合のトルクをセンサなどで検出し、該検出したトルクと所定の閾値を比較することにより、バルブの凍結状態を判定する。トルクが閾値よりも小さい場合には、凍結状態とみなして、バルブの回転動作を続行させ、トルクが閾値以上となった場合には、解凍されたものとみなして、回転動作を終了させる。   Specifically, the valve is rotated by a predetermined driving means such as a motor, the torque in this case is detected by a sensor or the like, and the frozen state of the valve is determined by comparing the detected torque with a predetermined threshold value. . When the torque is smaller than the threshold value, it is regarded as a frozen state, and the rotation operation of the valve is continued. When the torque is equal to or greater than the threshold value, it is regarded as being thawed and the rotation operation is terminated.

この構成によれば、バルブの作動状態を直接確認することができるようになる。
(6)また、電磁弁には、リニアに開度が変更可能な電磁弁や、ステッパモータで開度が変更可能な電磁弁にも適用可能である。
According to this configuration, the operating state of the valve can be directly confirmed.
(6) Further, the electromagnetic valve can be applied to an electromagnetic valve whose opening degree can be changed linearly and an electromagnetic valve whose opening degree can be changed by a stepper motor.

本実施の形態に係る燃料電池システムの主要部を示す構成図である。It is a block diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on this Embodiment. 図1に示す燃料電池システムのガス流路上に配設された開閉弁の断面図である。It is sectional drawing of the on-off valve arrange | positioned on the gas flow path of the fuel cell system shown in FIG. 図1に示す第1の電磁バルブの作動状態と弁体及び弁座間の抵抗値変化との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the operating state of the 1st electromagnetic valve shown in FIG. 1, and the resistance value change between a valve body and a valve seat. 図1に示す制御ユニット41による処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process by the control unit 41 shown in FIG. 図1に示す制御ユニット41による処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process by the control unit 41 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
10 燃料電池
20 水素ガスの配管系
21 水素ガス供給流路
22 水素オフガス循環流路
23 不純物排出流路
24 水素供給源
25 調圧弁
26 水素ポンプ
27 第1の電磁バルブ(開閉弁)
30 酸素ガスの配管系
31 加湿器
32 酸素ガス供給流路
33 酸素オフガス流路
34 酸素オフガス排気流路
35 第2の電磁バルブ(開閉弁)
36 コンプレッサ
40 制御系
41 制御ユニット
42 第1の機能回路
43 第2の機能回路
421 第1の導線
422 第2の導線
423 電源
424 抵抗値検出器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 20 Hydrogen gas piping system 21 Hydrogen gas supply flow path 22 Hydrogen off-gas circulation flow path 23 Impurity discharge flow path 24 Hydrogen supply source 25 Pressure regulating valve 26 Hydrogen pump 27 First electromagnetic valve (open / close valve)
30 Oxygen gas piping system 31 Humidifier 32 Oxygen gas supply channel 33 Oxygen off gas channel 34 Oxygen off gas exhaust channel 35 Second electromagnetic valve (open / close valve)
36 Compressor 40 Control system 41 Control unit 42 1st functional circuit 43 2nd functional circuit 421 1st conducting wire 422 2nd conducting wire 423 Power supply 424 Resistance detector

Claims (8)

燃料電池と、
前記燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路と、
前記ガス流路を開閉するための開閉弁と、
前記開閉弁の弁体と該弁体を受ける弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する判定手段と、
を備えた燃料電池システム。
A fuel cell;
A gas flow path connected to the inlet / outlet of the fuel cell to flow the reaction gas;
An on-off valve for opening and closing the gas flow path;
Determining means for determining an operating state of the on-off valve based on a resistance value between a valve body of the on-off valve and a valve seat receiving the valve body;
A fuel cell system comprising:
前記弁体と弁座との間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定する抵抗値測定手段と、を備え、
前記判定手段は、前記抵抗値測定手段より測定された抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する請求項1記載の燃料電池システム。
Voltage applying means for applying a voltage between the valve body and the valve seat;
A resistance value measuring means for measuring a resistance value between the valve body and the valve seat,
The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination unit determines an operating state of the on-off valve based on a resistance value measured by the resistance value measurement unit.
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁の弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項2記載の燃料電池システム。
The determination means includes
When the resistance value between the valve body and the valve seat is greater than or equal to a preset threshold value, the voltage applying means is configured to apply a high voltage between the valve body and the valve seat of the on-off valve. The fuel cell system according to claim 2 to be controlled.
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が前記閾値よりも小さくなるまで、前記弁体と弁座との間に高電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項3記載の燃料電池システム。
The determination means includes
The voltage application unit is controlled to apply a high voltage between the valve body and the valve seat until a resistance value between the valve body and the valve seat becomes smaller than the threshold value. Fuel cell system.
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する請求項1乃至4いずれか1項に記載の燃料電池システム。
The determination means includes
The fuel according to any one of claims 1 to 4, wherein when the resistance value between the valve body and the valve seat is equal to or greater than a preset threshold value, the on-off valve is controlled to perform an opening / closing operation. Battery system.
前記判定手段は、
前記弁体と弁座との間の抵抗値が予め設定された閾値以上である場合には、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御し、前記開閉弁による開閉動作後所定の条件を満たす場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように前記電圧印加手段を制御する請求項1乃至5いずれか1項に記載の燃料電池システム。
The determination means includes
When the resistance value between the valve body and the valve seat is equal to or greater than a preset threshold value, the on-off valve is controlled to perform an opening / closing operation, and a predetermined condition is satisfied after the opening / closing operation by the on-off valve. 6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the voltage application unit is controlled to apply a voltage between the valve body and the valve seat.
前記判定手段は、外気温度が予め設定された設定温度以下である場合に、前記弁体と弁座との間の抵抗値に基づいて前記開閉弁の作動状態を判定する請求項1乃至6いずれか1項に記載の燃料電池システム。   The determination means determines an operating state of the on-off valve based on a resistance value between the valve body and a valve seat when an outside air temperature is equal to or lower than a preset temperature. The fuel cell system according to claim 1. 燃料電池の出入口に接続され反応ガスを流通させるガス流路を開閉するための開閉弁を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記開閉弁の弁体と弁座との間に電圧を印加することにより前記弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該測定した抵抗値が予め設定された閾値以上であるか否かを判定する第1ステップと、
前記抵抗値が前記閾値以上であると判定された場合に、前記開閉弁が開閉動作を行うように制御する第2ステップと、
前記開閉弁の弁体と弁座との間の抵抗値を測定し、該記測定した抵抗値が前記閾値よりも小さいか否か判定する第3ステップと、
前記抵抗値が前記閾値よりも小さいと判定された場合に、前記弁体と弁座との間に電圧を印加するように制御する第4ステップと、
を備える燃料電池システムの制御方法。

A control method for a fuel cell system comprising an on-off valve for opening and closing a gas flow path connected to an inlet / outlet of a fuel cell and through which a reaction gas flows.
Whether a resistance value between the valve body and the valve seat is measured by applying a voltage between the valve body and the valve seat of the on-off valve, and the measured resistance value is equal to or greater than a preset threshold value A first step of determining whether or not;
A second step of controlling the open / close valve to perform an open / close operation when it is determined that the resistance value is equal to or greater than the threshold;
A third step of measuring a resistance value between the valve body and the valve seat of the on-off valve, and determining whether the measured resistance value is smaller than the threshold value;
A fourth step of controlling to apply a voltage between the valve body and the valve seat when it is determined that the resistance value is smaller than the threshold;
A control method for a fuel cell system comprising:

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