CN1930719A - 漏气检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种在燃料气体供给源(11)中设有主阀(SV1)的燃料电池系统的漏气检测装置，包括：截止阀(SV2)，设置在主阀(SV1)下游的燃料气体供给通路上；压力监视装置(p1、p2、20)，监视主阀和截止阀之间的燃料气体供给通路的压力；减压处理装置(10、15、SV5)，对燃料气体供给通路内进行减压处理；以及判断装置(20)，对关闭主阀和截止阀之后在主阀和截止阀之间形成的该燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视，并根据该封闭空间的压力变化来判断主阀的动作状态。其中，在减压处理中，燃料气体供给通路被减压至压力监视装置可进行压力监视的压力范围以内。

Description

漏气检测装置及其方法

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，特别涉及从氢罐主阀漏气的检测技术。

背景技术

在以往的燃料电池系统中，开发了检测作为燃料气体的氢气的泄漏的技术。例如，在日本专利文献特开2002-151126号公报中，一方面检测氢罐的压力以检测氢气的使用量，另一方面根据过去的行驶经历推测目前的氢气使用量，并根据检测的氢气使用量和推测的氢气使用量来检测气体泄漏。

另外，在日本专利文献特开2003-308868号公报中公开有下述发明：在关闭截止阀之后，根据来自压力传感器的压力信息和经过的时间来计算压力下降率，当压力下降率比规定的阈值小时，判断截止阀为故障状态。

发明内容

但是，压力传感器有可测量的压力范围，通常，可在高压力范围中使用的压力传感器能够测量的压力范围大，但其测量精度低。相反，可在较低的压力范围中使用的压力传感器能够测量的压力范围窄，但其测量精度相对较高。

因此，当在没有考虑具有上述特性的压力检测单元的状况的情况下进行压力检测时，无法进行高精度的漏气判断。上述的现有技术没有考虑这一点。

因此，本发明的目的在于提供一种漏气检测装置，其能够根据燃料气体供应通路的压力状况来高精度地检测氢供给源主阀的漏气。

为了解决上述课题，本发明提供一种在燃料气体供给源中备有主阀的燃料电池系统的漏气检测装置，其包括：截止阀，设置在主阀下游的燃料气体供给通路上；压力监视装置，监视主阀和截止阀之间的燃料气体供给通路的压力；减压处理装置，对燃料气体供给通路内进行减压处理；以及判断装置，对关闭主阀和截止阀之后在主阀和截止阀之间形成的燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视，并根据该封闭空间的压力变化来判断主阀的动作状态。其中，在减压处理中，燃料气体供给通路被减压至压力监视装置可进行压力监视的压力范围以内。

另外，本发明包括：燃料气体供给源；主阀，截止来自燃料气体供给源的燃料气体；截止阀，设置在主阀下游的燃料气体供给通路上；压力监视单元，监视主阀和截止阀之间的燃料气体供给通路的压力；减压处理单元，对燃料气体供给通路内进行减压处理；以及判断单元，对关闭主阀和截止阀之后在主阀和截止阀之间形成的燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视，并根据该封闭空间的压力变化来判断主阀的动作状态。其中，在减压处理中，燃料气体供给通路内的压力被减压至压力监视装置可进行压力监视的压力范围以内。

本发明还提供一种在燃料气体供给源中备有主阀的燃料电池系统的漏气检测方法，其包括下述步骤：在对燃料气体供给通路的下游一侧进行减压处理的同时，对主阀进行关闭处理；在对下游一侧进行减压处理的同时，对设在燃料气体供给通路上的截止阀进行关闭处理；对主阀和截止阀关闭之后在主阀和截止阀之间形成的燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视；以及根据封闭空间的压力变化来判断主阀的动作状态。其中，在使截止阀截止的步骤中，当封闭空间的压力被减压至检测封闭空间的压力的压力传感器可进行压力检测的压力范围以内时，使截止阀截止。

根据本发明，由于对被关闭的主阀的下游一侧进行减压处理，因此在主阀的上游一侧和下游一侧之间会产生压差。如果主阀存在缺陷，例如产生了阀开闭异常或密封不完全等缺陷的话，则氢气会在该压差的作用下从主阀泄漏出来。由于该被减压的主阀的下游一侧因关闭了截止阀而形成为封闭空间，因此，如果有燃料气体从主阀泄漏出来的话，该封闭空间的压力会产生变化。可通过监视该压力变化来监视主阀的密封状态。

特别地，根据本发明，在减压处理中，由于燃料气体供给通路内的压力被减压至压力监视装置或压力传感器可进行压力监视的压力范围以内，因此，可以识别适于压力检测的压力条件，然后根据压力检测单元的特性来设定环境。特别是如果压力监视装置或压力传感器可测量的压力范围是较低的压力范围时，可进行高精度的压力检测，从而可正确地检测出主阀和截止阀这样的微量的气体泄漏。

当关闭主阀和截止阀时，优选在下游一侧进行减压处理，可先进行减压处理和主阀及截止阀的关闭处理中的一个，也可同时进行。

“主阀”也称为设置在氢供给源(高压罐等)的燃料气体出入口部或其附近的气体供给通路上的(罐)开关阀或截止阀。

在这里，对“燃料气体供给源”没有限定，可以列举出高压氢罐、使用了贮氢合金的氢罐、基于改质气体的氢供给机构、液体氢罐、以及液化燃料罐等各种燃料气体供给源。

“减压处理”是指所有能够减小供给通路的燃料气体压力的处理，例如，使燃料电池工作并消耗燃料气体的处理；若具有放气阀，则包括打开放气阀以减小压力的处理；若具有安全阀，则包括打开该安全阀的处理等。

“压力监视装置”包括压力传感器之类的压力检测单元，但其概念中也包括根据来自压力检测单元的信息来监视压力变化的发展的控制装置。

另外，在燃料气体供给通路中设有多个压力范围不同的压力监视装置，也可根据被减压后的燃料气体供给通路的压力的大小来选择某一个压力监视装置以用于进行压力监视。当对应高压用、低压用等压力范围来设置压力监视装置时，由于对应减压后的气体供给通路内的压力来选择可在该压力下高精度地进行检测的压力监视装置，因此能够提高漏气判断精度。

在本发明中，例如当封闭空间的压力变化的上升量大于等于规定量时，可判断为主阀异常。这是由于如果燃料气体从高压的燃料气体供给源经由主阀而泄漏出来的话，封闭空间的压力会上升。

另外，例如当封闭空间的压力变化的下降量大于等于规定量时，判断为从燃料气体供给通路漏气。例如可判断为因气体管线中的开孔等龟裂而产生了漏气。这是由于当主阀完全关闭时，如果供给通路中有气体泄漏，则该供给通路的压力会下降。另外还由于，即使有若干气体从主阀泄漏，但如果在形成该封闭空间的供给通路中产生的漏气量超出了来自主阀的气体的流入量，则其压力也会下降。

在本发明中还具有：回收罐，回收在燃料气体供给通路中流通的燃料气体；以及驱动单元，当进行减压处理时，将燃料气体回收到回收罐中。根据上述结构，可通过驱动单元将残留在供给通路中的燃料气体回收到回收罐中并储存起来，当开始下一次动作时，可将储存在该回收罐中的燃料气体供应给燃料电池。

在这里，所谓“驱动单元”是指强制回收燃料气体的构件，包括泵、压缩机、涡轮等。

另外，优选在该截止阀下游的减压处理的持续过程中关闭截止阀和主阀。截止阀和主阀例如构成为导引式电磁阀(pilot solenoid operatedvalve)，这种结构的阀在减小下游一侧的压力的同时进行截止处理，从而能够进行可靠的密封。

附图说明

图1是本第一实施方式的燃料电池系统的框图；

图2是说明本第一实施方式的燃料电池系统的控制方法的流程图(之一)；

图3是说明本第一实施方式的燃料电池系统的控制方法的流程图(之二)；

图4是本第一实施方式中启动时的动作流程图；

图5是本第二实施方式的燃料电池系统的框图；

图6是说明本第二实施方式的燃料电池系统的控制方法的流程图；

图7是本第二实施方式中启动时的动作流程图；

图8是本发明的功能框图。

具体实施方式

下面参照附图来说明用于实施本发明的优选实施方式。下面的实施方式仅是本发明的一种方式，本发明的适用范围不限定于此。

(第一实施方式)

在第一实施方式中，将本发明的漏气检测装置应用于电动汽车等移动体上装载的燃料电池系统。图1示出了本燃料电池系统的系统整体图。

如图1所示，该燃料电池系统包括：用于向燃料电池组10供应作为燃料气体的氢气的系统；用于供应作为氧气源的空气的系统；以及用于冷却燃料电池组10的系统。

燃料电池组10具有将多个电池(cell)层积在一起的叠层结构，该电池由具有氢气、空气、冷却水的流路的隔板(separator)、以及被一对隔板夹持的MEA(Membrane Electrode Assembly，膜电极组)构成。MEA具有在燃料极和空气极这两个电极之间夹持高分子电解质膜的结构。在燃料极中，在多孔支撑层上设置燃料极用触媒层；在空气极中，在多孔支撑层上设置空气极用触媒层。由于燃料电池是引起水的电解的逆反应的电池，因此，向作为阴极的燃料极一侧供应作为燃料气体的氢气，向作为阳极的空气极一侧供应包含氧的气体(空气)，并在燃料极一侧发生式(1)所示的反应，在空气极一侧发生式(2)所示的反应，从而使电子循环并产生电流。

…(1)

…(2)

用于向燃料电池组10供应作为燃料气体的氢气的系统包括：相当于本发明的氢气供给源的氢罐11、主阀(截止阀)SV1、调压阀RG、燃料电池入口截止阀SV2，经过燃料电池组10后，还包括燃料电池出口截止阀SV3、气液分离器12以及气液分离器用截止阀SV4、氢泵13、循环截止阀SV6、回收罐15、以及循环截止阀SV7。除了通过从主阀SV1到燃料电池组10的氢气供给通路来供应氢气外，还可通过与该供给通路部分重合的、经由调压阀RG、截止阀SV2、SV3、气液分离器12、氢泵13、截止阀SV6、回收罐15、以及顺路截止阀SV7循环的循环路径R来供给氢气。

在氢罐11中充有高压氢气。作为氢罐，除了高压氢罐以外，使用了贮氢合金的氢罐、基于改质气体(reformed gas)的氢供给机构、液体氢罐、液化燃料罐等也可适用。在氢罐11的供给口设有本发明的主阀SV1。主阀SV1由控制部20的控制信号来控制开闭，从而选择是向供给通路供给氢气还是截止。调压阀RG的调节量由空气极一侧的压缩机22的运行状态来决定。即，通过基于控制部20的压缩机22的驱动、以及对截止阀SV8、SV9的操作来调节循环路径R的压力。例如，通过打开截止阀SV8而使供应给调压阀RG的空气压力上升，从而使提供给循环路径R的供给压力上升，通过打开截止阀SV9而使供应给调节阀RG的空气压力下降，从而使提供给循环路径R的供给压力下降。

当在燃料电池停止发电等情况下进行本发明的气体泄漏时，根据控制部20的控制信号而使燃料电池入口截止阀SV2关闭。当主阀SV1和截止阀SV2关闭时，由作为本发明的压力监视装置的一部分的压力传感器p1或压力传感器p2来检测在主阀SV1与截止阀SV2之间形成的封闭空间的压力变化。当燃料电池停止发电时，燃料电池出口截止阀SV3也关闭。

气液分离器12在通常运行时从氢排气中除去由于燃料电池组10的电化学反应而产生的水分和其他杂质，并通过截止阀SV4释放到外部。氢泵13根据控制部20的控制信号而强制性地使氢排气在氢气的循环路径R中循环。特别地，氢泵13按照当停止发电时也强制性地排出氢气并使之储存在回收罐15中的方式来进行动作。放气截止阀SV5连接在循环路径R上，除了在放气时开放外，在停止发电时也开放，从而使循环路径R中的压力下降。从放气截止阀SV5排出的氢排气被提供给稀释器14，并由空气排气来稀释。燃料电池组10、回收罐15、以及放气截止阀SV5等中的一个以上的协作动作相当于使截止阀或主阀下游的压力下降的减压处理手段。

回收罐15具有可储存滞留在循环路径R中的氢的容积，当停止发电时，在氢泵13的驱动下将滞留在循环路径R中的氢气集中储存起来。截止阀SV6在通常运行时是开放的，但在发电停止程序中，在氢气被储存在回收罐15中之后，截止阀SV6根据控制部20的控制信号而被截止。另外，在开始动作时，在回收罐15中的氢气被消耗之前也关闭该截止阀SV6。压力传感器p3能够检测关闭截止阀SV6之后的回收罐15的压力。循环截止阀SV7在停止发电时被截止，但当开始动作时，在将储存在回收罐15中的氢气供应给燃料电池组10的情况下以及通常运行时是开放的。

向燃料电池组10供应空气的系统具有：空气滤清器21、压缩机22、以及加湿器23。空气滤清器21对外部气体进行净化并将其引入到燃料电池系统中。压缩机22根据控制部20的控制信号对引入的空气进行压缩，由此来改变供应给燃料电池组10的空气量或空气压力。加湿器23在被压缩的空气和空气排气之间进行水分的交换，从而增加适当的湿度。被压缩机22压缩的空气的一部分被供应用于控制燃料系统的调压阀，截止阀SV8-SV9之间的区间的空气压力被施加在调压阀RG的隔膜上。从燃料电池组10排出的空气排气被供应给稀释器14，以用于对氢排气进行稀释。

燃料电池组10的冷却系统具有：散热器31、风扇32、以及冷却泵33。冷却水被循环供应到燃料电池组10的内部。

控制部20为ECU(Electric Control Unit，电子控制单元)等公知的计算机系统，图中未示出的CPU(中央处理器)顺次执行存储在图中未示出的ROM等中的实施本发明的软件程序，由此可以使该系统作为本发明的漏气检测装置而动作。即，控制部20按照后面说明的顺序(图2～图4)来关闭主阀SV1、对主阀SV1下游的燃料气体供给通路内进行减压处理、关闭设在燃料气体供给通路的下游的燃料电池入口截止阀SV2以在主阀和该截止阀之间形成封闭空间、监视封闭空间的压力变化、根据该封闭空间的压力变化来判断主阀SV1是否已经关闭。

另外，对上述各个截止阀的结构没有限定，例如为使用了导引式螺线管(pilot type solenoid)的截止阀。这是由于当实施本发明时，可通过这种类型的阀来提高紧固力。即，当氢罐为高压罐时，阀自身的紧固力也会提高，因此开阀力会变大。为了在开阀时减小消耗的电能，优选使用本实施方式所示的导引式螺线管。在该类型的阀中，当关闭时，停止向螺线管供电，并以根据剩余磁通和弹簧力的平衡而确定的速度来关闭阀。此时，阀体的密封强度依赖于弹簧的偏置力，但如果阀下游的压力小的话，与该阀前后的压差相当的力会有力地施加在阀体上，从而提高了密封的可靠性。在这一方面，在本实施方式中，当关闭截止阀(主阀)时，在开始了下游一侧的减压处理之后再提供闭阀的控制信号。因此，在确保高密封性方面优选如本实施方式那样在对截止阀的下游进行减压的同时闭阀。

下面参照图2～图4的流程图来说明本第一实施方式中的动作。在接通电源期间，以适当的时间间隔重复执行该流程图。

图8示出的是在本发明中实现的功能框图。图8中的各个功能是根据上述流程图并通过控制部20的控制来实现的。即，本发明包括：截止来自燃料气体供给源1(相当于氢泵11)的燃料气体的主阀2(相当于SV1)、设在主阀2的下游的燃料气体供给通路3中的截止阀4(相当于SV2或SV3)、在主阀2和截止阀4之间监视燃料气体供给通路3的压力的压力监视单元5(相当于压力传感器p1、p2和控制部20)、对燃料气体供给通路3内进行减压处理的减压处理单元6(相当于燃料电池组10、回收罐15、以及放气截止阀SV5等)、以及判断单元8(相当于控制部20)，其对关闭主阀2和截止阀4之后在主阀2和截止阀4之间形成的燃料气体供给通路3的封闭空间7的压力变化进行监视，并根据封闭空间7的压力变化来判断主阀2的动作状态。在减压处理中，将燃料气体供给通路3中的压力减压至压力监视装置5可进行压力监视的压力范围以内。

下面，具体地说明基于本第一实施方式的结构的操作。

在通常运行时(燃料电池发电时)，在该燃料电池系统中，开放主阀SV1以将氢气供应给氢气供给通路，并通过开闭截止阀SV8和SV9来调节施加给调压阀RG的隔膜的空气压力，从而将循环路径R内的氢气的压力控制为预期的燃料气体压力。开放燃料电池入口截止阀SV2和出口截止阀SV3、以及截止阀SV6和SV7，使氢气在循环路径R内循环并将其供应给燃料电池组10的燃料极。另外，适当地驱动压缩机22，将被加湿器23加湿的空气施加给燃料电池组10的空气极，空气排气被排出到稀释器14。经由以适当的定时(timing)开闭的放气截止阀SV5来向稀释器14供应含有水分等的氢排气，并在被空气排气稀释后排出。

通常在燃料电池系统停止运行时进行本发明的漏气判断。但即使是在运行中，在能够暂时停止发电的状态下也可以进行本发明的漏气判断。

如图2所示，在进行漏气判断的定时之前(S1：否)执行其它的发电处理。当变为进行漏气判断的定时后(S1：是)，控制部20或者保持此前持续的发电状态、或者进一步提高或减少发电量，从而维持燃料电池组10的燃料系统的氢气消耗(S2)。这是由于在氢气供给通路中残留有一定量的氢气，而优选的是消耗掉这些氢气。通过继续消耗燃料电池组10中的氢气，开始进行燃料气体供给通路的减压处理。

接着，控制部20关闭高压氢罐11的主阀SV1(S3)。由此停止来自作为燃料气体供给源的高压氢罐的氢气供给，并停止发电。此时，由于已经在继续消耗氢气的状态下关闭了主阀SV1，因此，在主阀是导引式电磁阀(solenoid valve)等情况下，其密封性更加可靠。在本实施方式中，按照下述顺序来检测此时主阀SV1是否已经完全关闭。

首先，将残留在循环路径R中的氢气集中到回收罐15中。为此，控制部首先关闭循环截止阀SV7(S4)，并增加氢泵13的转数(S6)，从而将残留在循环路径R中的氢气送入回收罐15内。同时，开放放气截止阀SV5(S5)，使循环路径R中的压力下降。由于通过开放放气截止阀SV5来进行放气，因此需要降低被排出的氢气的浓度。因此，控制部20增加压缩机22的转数(S8)，从而增加用于在稀释器14中对被放出的氢排气进行稀释的空气量。通过向回收罐15中回收氢气以及/或者由放气控制阀SV5放出氢气，循环路径R被进一步减压。

控制部20监视位于回收罐15之前的压力传感器p3的压力(S9)，并判断回收罐15内的压力是否达到了规定压力Pc1。在这里，压力Pc1是预计回收罐15完全能够承受氢气充气的容器保护压力，是由回收罐15的耐压所决定的。例如，可以设定为耐压的1.5倍。当回收罐15的压力低于该压力Pc1时(S9：否)，判断是回收罐15足以承受的压力，然后转入下一次判断。万一回收罐15的压力达到了该耐压Pc1以上(S9：是)，则控制部20立即停止氢泵13的驱动(S10)以避免出现故障状态，并关闭回收罐入口的截止阀SV6以防止从回收罐15逆流(S11)。通常认为不会到达回收罐15的耐压。

通过上述处理，对主阀SV1的下游一侧的燃料气体路径进行了减压处理。在减压处理之后，通过本发明的压力监视装置、即压力传感器p1、p2、以及根据它们的检测信号来进行判断的控制部20来检测压力变动。

如图3所示，控制部20根据紧接在主阀SV1下面的压力传感器p1的检测信号来判断路径内压力是否在规定压力Pc2以下(S20)。在这里，该规定压力Pc2被设定为以下压力：使发生在主阀SV1的上游和下游之间的压差足以用于进行本实施方式的漏气判断。当压力传感器p1检测的路径内压力大于该压力Pc2时(S20：否)，判断应继续进行减压处理，然后转到下一次判断。

如上所述，通过基于燃料电池组10的氢气的消耗处理、基于放气处理的减压、以及向回收罐15回收氢气的回收处理来实现主阀SV1下游的减压处理。虽然可通过其中的任一处理来进行减压，但通过将多个组合在一起使用可以更快地进行减压。

当路径内压力下降到压力Pc2以下时(S20：是)，转移至本发明的漏气判断。控制部20关闭主阀SV1的下游一侧的截止阀，测量路径内压力的时间变化。即，关闭燃料电池入口截止阀SV2(S21)，停止氢泵13的驱动(S22)，关闭放气截止阀SV5(S23)，关闭燃料电池出口截止阀SV3(S24)。

当关闭燃料电池入口截止阀SV2时，若其下游的减压处理继续进行，可使截止阀SV2的密封更加完全。即，当截止阀SV2是导引式电磁阀时，通过在减小下游一侧的压力的同时进行截止处理，可确保结构上的密封。

然后，等待经过固定的时间t1(S25：否)，当经过了时间t1之后(S25：是)，再次检查由压力传感器p1所测量的路径内压力是否发生了变动(S26)。之所以在这里等待时间t1，是由于除了要考虑输出控制信号之后到截止动作实际结束之前的截止阀的响应延迟之外，还需要等到关闭截止阀之后循环路径R内的压力变动变得稳定。

作为下一个步骤，根据通过减压处理而达到的压力值来切换用于测量压力变动的压力传感器。通常，分别确定压力传感器的可测量压力范围。若是被调节为可测量相对较高的压力范围的压力传感器的话，则可测量该高压范围中的压力，若是被调节为可测量相对较低的压力范围的压力传感器的话，则可测量该低压范围中的压力。通常，应对高压的压力传感器的测量精度低，应对低压的压力传感器的测量精度高。这是由于应对低压的压力传感器的可测量的压力范围小，从而可识别较小的压力变化。

例如，在本实施方式中，测量较高压力的压力传感器p1可测量高压，但精度较低，而测量较低的调压阀RG的下游一侧的压力的压力传感器p2的可测量的压力范围小，但精度较高。虽然由于用精度高的压力传感器p2进行测量可检测到微小的压力变动而优选之，但有时无法对氢气供给通路进行预期的减压。例如，主阀SV1的密封不完全，即使输出关闭主阀的控制信号，也会由于主阀的关闭不充分而有较多的氢气泄漏出来，此时，不管是否进行减压处理，氢气供给通路的压力都不会充分下降。在这种情况下，即使精度多少会有些降低，也不得不使用高压用的压力传感器p1。

为了进行该判断，控制部20用压力传感器p1来判断氢气供给通路的压力是否在规定压力Pc3以下(S26)。在这里，该压力Pc3是用于识别是使用低压用的压力传感器p2好、还是使用高压用的压力传感器p1好的阈值。例如，设定为小于低压用的压力传感器p2可识别的最大压力。

当应该使用低压用的压力传感器p2时(S26：是)，控制部20监视固定的时间内基于压力传感器p2的检测信号的压力变动(S30)。例如，存储压力传感器p2在某一时间检测的压力，之后等待固定的时间，并再次存储压力传感器p2检测的压力。然后求两个压力的差，从而求出变化量。或者也可以测量三次以上并计算平均值，从而求得更可靠的压力变动。其结果是，当压力上升且其变化量大于等于规定的压力差Pc4时(S31：是)，由于压力上升，所以可充分推测出主阀SV1的关闭异常，因此进行主阀密封SV1异常应对处理(S32)。可根据燃料电池系统的结构的不同而考虑各种处理方式，例如可考虑下述处理：使燃料电池停止工作；或在该电动汽车的内室中使警示灯亮灯以向用户警告需要进行维修。另外，将压力差Pc4设定为可充分识别低压时因从主阀SV1泄漏气体而导致的压力上升的阈值。

另外，当压力下降且其变化量大于等于规定的压力差Pc6时(S31：否，S33：是)，由于本来不应该下降的压力下降了，因此可能是在路径的某处发生了泄漏。因此进行氢泄漏应对处理(S34)。该处理除了包括使燃料电池停止工作、或使警告用户需要进行维修的警示灯亮灯之外，还可考虑为了将气体泄漏控制在最小限度而降低之后的氢气供给通路或循环路径R的压力上限等措施。另外，在修理完成之前，禁止燃料电池系统工作。并且，将规定的压力差Pc6设定为能够识别以下压力下降量的阈值：足以在低压下推测出氢泄漏。

另一方面，当判断应该使用高压用的压力传感器p1时(S26：否)，控制部20同样监视固定时间内由压力传感器p1检测的压力变动(S40)。监视方法与上述压力传感器p2相同。其结果是，当压力上升且其变化量大于等于规定的压力差Pc5时(S41：是)，由于压力上升，所以可以充分推测出主阀SV1的关闭异常，因此进行主阀密封SV1异常应对处(S42)。该处理与步骤S32相同。另外，压力差Pc5被设定为可充分识别高压时因从主阀SV1漏气而导致的压力上升的阈值。

另外，当压力下降且其变化量大于等于规定的压力差Pc7时(S41：否，S43：是)，由于本来不应该下降的压力下降了，因此可能是在路径的某处产生了缺陷。因此进行氢泄漏应对处理(S44)。该处理与步骤S34相同。另外，将规定的压力差Pc7设定为能够识别以下压力下降量的阈值：足以在高压下推测出氢泄漏。

当不符合上述任一情况时(S33：否，S43：否)，认为不存在主阀SV1闭阀异常或氢气供给通路的气体泄漏而结束处理。

如上所述，虽然本实施方式的漏气判断结束了，但当下次电动汽车(燃料电池系统)启动时，必须优先使用收存在回收罐15中的氢气。因此，通过图4所示的处理来使用氢气。首先，当指示启动后(S50：是)，控制部20开放在此之前关闭的循环截止阀SV7、回收罐截止阀SV6、燃料电池入口截止阀SV2、以及燃料电池出口截止阀SV3(S52)。通过以上处理，将所收存的氢气从回收罐15的出口供应给氢气供给通路，并用该氢气开始发电。

只要回收罐15中残留有氢气(S52：否)，氢泵13的出口压力(回收罐的压力)p3就不会下降。因此，当该氢泵出口压力p3大于规定的压力Pc9时(S52：否)，使用回收罐15内的氢气来进行发电，当氢泵的出口压力p3小于等于Pc9之后(S52：是)，才提供开放高压罐11的主阀SV1的控制信号(S53)。同时还输出驱动氢泵13的控制信号。并且，判断回收罐15的压力的阈值Pc5被设定为可识别在回收罐15内仍残留有氢气还是已被全部消耗掉。

根据上述的本第一实施方式，由于可适当地判断主阀的漏气，因此，即使氢罐11的压力升高，也可以进行应对。

另外，根据本第一实施方式，由于当停止运行时将路径内的氢气送入回收罐15中，所以即使由于氢罐11的压力升高而在氢气供给通路或循环路径R中滞留有大量的氢气，也能够使停止运行时的循环路径R内保持为氢气极少的安全状态。

特别地，根据本实施方式，由于根据减压处理后的氢气供给通路内的压力来选择监视压力变动的压力传感器，因此，可根据当时的压力来选择精度较高的压力传感器，从而能够高精度且正确地检测从主阀SV1的氢气泄漏。

另外，由于在进行减压处理的同时关闭截止阀SV2、SV3、SV6以及SV7，因此，当例如使用导引式电磁阀或具有与之类似的结构的阀来作为上述截止阀时，可以提高密封效果。这是由于能够通过在减小尾流一侧的压力的同时进行截止处理来提高上述阀的密封性能。

另外，如果密封的主阀SV1的下游的压力变化量在规定值以上的话，判断为主阀不良；如果在规定值以下的话，判断为氢气供给通路的缺陷，因此可根据压力变化的方式来检测多种气体泄漏方式。

另外，由于能够在开始动作时首先从回收罐15供给氢气，因此非常经济。

(第二实施方式)

本发明的第二实施方式涉及将上述第一实施方式中的回收罐设置在主阀SV1上的结构。图5示出的是本第二实施方式的燃料电池系统的系统整体图。

如图5所示，本第一实施方式的该燃料电池系统虽然具有与第一实施方式的系统大致相同的结构，但回收罐15被设置在主阀SV1的附近。

即，在主阀SV1的下游连接有向回收罐15供应氢气的氢气供给通路，并设有由氢泵16、截止阀SV10、压力传感器p4、回收罐15以及截止阀SV11组成的循环通路。另外，在循环路径R中设有止回阀RV来代替回收罐15和循环截止阀SV7。循环路径R通向氢气供给通路的接合点在调压阀RG的下游。除此之外的结构与图1的第一实施方式相同。

下面，参照图6～图8的流程图来说明本第二实施方式中的动作。在接通电源期间，以适当的时间间隔重复执行该流程图。

通常运行时(燃料电池发电时)的处理如前所述。首先，如图6所示，在进行漏气判断的定时之前(S61：否)执行其它的发电处理。当变为进行漏气判断的定时后(S61：是)，与第一实施方式相同，控制部20继续维持燃料系统的氢气消耗(S62)，同时关闭高压氢罐11的主阀SV1(S63)。

在本实施方式中，循环路径R中的氢气通过燃料电池组10以及放气控制阀SV5的放气而被减压。控制部20关闭截止阀SV6以关闭循环路径R(S64)，开放放气截止阀SV5(S65)，并增加压缩机22的转数(S68)。

另一方面，为了将滞留在调压阀RG的上游的氢气供给通路中的氢气回收到回收罐15中，控制部20驱动氢泵16，并开放截止阀SV10(S66)。接着，与第一实施方式相同，控制部20监视位于回收泵15之前的压力传感器p4的压力(S69)，并判断回收罐15内的压力是否达到了规定压力Pc1。当回收罐15的压力低于该压力Pc1时(S69：否)，判断是回收罐15足以承受的压力，然后转入下一次判断。万一回收罐15的压力达到了该承受压力Pc1以上(S9：是)，则立即停止氢泵16的驱动(S70)，并关闭回收罐入口的截止阀SV10以防止从回收罐15逆流(S71)。

通过上述处理，对主阀SV1的下游一侧的燃料气体路径进行减压处理。在减压处理之后，与第一实施方式基本同样地对压力变动进行测量(参照图3)。即，控制部20继续该减压处理，同时使用于阻隔与漏气判断相关的封闭空间的截止阀截止，并监视该封闭空间内的压力变化。

当下次电动汽车(燃料电池系统)启动时，通过图7所示的处理来优先使用收存在回收罐15中的氢气。首先，当指示启动后(S100：是)，控制部20开放在此之前关闭的回收罐15前后的截止阀SV10和SV11，同时开放循环路径R的截止阀SV6、燃料电池入口截止阀SV2、以及燃料电池出口截止阀SV3(S101)。通过以上处理，将所收存的氢气从回收罐15的出口供应给氢气供给通路，由调压阀RG进行调压，然后供应给燃料电池组10开始发电。

只要回收罐15中残留有氢气(S102：否)，氢泵16的出口压力(回收罐的压力)p4就不会下降。因此，当该氢泵出口压力p4大于规定的压力Pc9时(S102：否)，使用回收罐15内的氢气来进行发电，当氢泵的出口压力p4小于等于Pc9之后(S102：是)，才提供开放高压罐11的主阀SV1的控制信号(S103)。同时还输出驱动循环路径R的氢泵13的控制信号。

根据上述的本第二实施方式，即使将回收罐设置在循环路径R以外的主阀附近来实施本发明，也能够取得与第一实施方式相同的各种效果。

(其它实施方式)

本发明可在进行各种变更后使用，而不限定于上述各种实施方式。例如，可对设置回收罐的位置进行各种设计变更，而不限定于上述各个实施方式。当然，本发明的漏气判断处理也可以适用于没有设置回收罐的系统。

另外，循环路径R不是必须的结构，因此，本发明也可适用于不使燃料气体循环的形式的燃料电池系统。

并且，在上述实施方式中检测了主阀SV1有无漏气，同样也可以判断下游的截止阀SV2、SV3、SV6的打开或密封的可靠性。即，在下游的截止阀SV2、SV3、SV6的下游分别设置压力传感器，在该截止阀及其下游一侧的一个截止阀之间的路径中形成封闭空间，并通过压力传感器等来检测该封闭空间的压力变动，由此，可检测出由上游一侧的截止阀的开阀异常、密封异常等所造成的气体泄漏。如果该封闭空间的压力变动有压力上升的趋势，则可以推测上游一侧的截止阀出现了异常，如果有压力下降的趋势，则可以推测在该路径区间中出现了气体泄漏。

(工业实用性)

根据上述本发明，由于对闭合的主阀的下游一侧进行减压处理、形成封闭空间、并监视其压力变化，因此能够可靠地检测出主阀的关闭状态。特别是由于能够控制减压处理以获得可高精度地进行压力监视的压力范围，因此能够高精度地检测气体泄漏。

因此，本发明一般可适用于需要检测气体泄漏的燃料电池系统。该燃料电池系统既可以装载在像车辆这样的陆地移动体、像船舶这样的水上移动体、像潜水艇这样的水下移动体、以及像航空器这样的空中移动体上来使用，也可以被设置为像发电厂这样的不动产来使用。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统的漏气检测装置，在所述燃料电池系统的燃料气体供给源中备有主阀，所述燃料电池系统的漏气检测装置的特征在于，包括：

截止阀，设置在该主阀下游的燃料气体供给通路上；

压力监视装置，监视该主阀和该截止阀之间的该燃料气体供给通路的压力；

减压处理装置，对该燃料气体供给通路内部进行减压处理；以及

判断装置，对关闭该主阀和该截止阀之后在该主阀和该截止阀之间形成的该燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视，并根据该封闭空间的压力变化来判断该主阀的工作状态；

其中，在该减压处理中，该燃料气体供给通路被减压至该压力监视装置可进行压力监视的压力范围以内。

2.如权利要求1所述的漏气检测装置，其中，在所述燃料气体供给通路中设有多个压力范围不同的所述压力监视装置，

根据被减压后的所述燃料气体供给通路的压力来选择某一个所述压力监视装置以用于进行压力监视。

3.如权利要求1所述的漏气检测装置，其中，当所述封闭空间的压力变化的上升量等于或大于规定量时，判断为所述主阀异常。

4.如权利要求1所述的漏气检测装置，其中，当所述封闭空间的压力变化的下降量等于或大于规定量时，判断为从所述燃料气体供给通路漏气。

5.如权利要求1所述的漏气检测装置，还包括：

回收罐，回收在所述燃料气体供给通路中流通的所述燃料气体；以及

驱动单元，当进行所述减压处理时，将所述燃料气体回收到所述回收罐中。

6.如权利要求1所述的漏气检测装置，其中，在下游的减压过程中关闭所述截止阀和所述主阀。

7.一种漏气检测装置，其特征在于，包括：

燃料气体供给源；

主阀，截止来自该燃料气体供给源的燃料气体；

截止阀，设置在该主阀下游的燃料气体供给通路上；

压力监视单元，监视该主阀和该截止阀之间的该燃料气体供给通路的压力；

减压处理单元，对该燃料气体供给通路内部进行减压处理；以及

判断单元，对关闭该主阀和该截止阀之后在该主阀和该截止阀之间形成的该燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视，并根据该封闭空间的压力变化来判断该主阀的工作状态；

其中，在该减压处理中，该燃料气体供给通路内部的压力被减压至该压力监视装置可进行压力监视的压力范围以内。

8.一种燃料电池系统的漏气检测方法，在所述燃料电池系统的燃料气体供给源中备有主阀，所述燃料电池的漏气检测方法包括下述步骤：

在对燃料气体供给通路的下游侧进行减压处理的同时，对该主阀进行关闭处理的步骤；

在对下游侧进行减压处理的同时，对设置在该燃料气体供给通路上的截止阀进行关闭处理的步骤；

对该主阀和该截止阀关闭之后在该主阀和该截止阀之间形成的该燃料气体供给通路的封闭空间的压力变化进行监视的步骤；以及

根据该封闭空间的压力变化来判断该主阀的工作状态的步骤；

其中，在使该截止阀截止的步骤中，当该封闭空间的压力被减压至检测该封闭空间的压力的压力传感器可进行压力检测的压力范围以内时，使该截止阀截止。

9.如权利要求8所述的漏气检测方法，其中，当在所述燃料气体供给通路中设有多个压力范围不同的压力传感器时，在监视所述压力变化的步骤中，根据所述封闭空间的压力来选择该压力传感器中某一个以用于进行压力检测。

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