JP2006216310A - ガス漏れ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 下流側にガス漏れが生じていても上流側の遮断弁の異常を正しく検出可能なガス漏れ検出装置を提供する。
【解決手段】 遮断弁（ＳＶ１〜ＳＶ４）を備える燃料電池システムのガス漏れ検出装置であって、遮断弁（ＳＶ１〜ＳＶ４）の下流側の燃料ガス流路（１４）に燃料ガス濃度検出手段（Ｃ１〜Ｃ６）を備える。そして、燃料ガス濃度検出手段（Ｃ１〜Ｃ６）によって検出された燃料ガス濃度に基づいて遮断弁（ＳＶ１〜ＳＶ４）におけるガス漏れを検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システム等に使用される遮断弁のシール漏れの検査技術に関する。

燃料電池システム等においては、燃料ガス流路に多数の遮断弁を設けて燃料ガスの流通が制御されている。遮断弁は正しく動作している場合には遮断時に燃料ガスの流通を実質的に完全に遮断するはずである。しかし、遮断弁のシール部材等の不良が発生した場合には遮断時であっても上流の燃料ガスが下流側に流出してしまう。

従来、このような遮断弁の故障診断を実施する装置の例が、特開２００３−３０８８６８号公報に記載されている。この公報によれば、遮断弁と圧力センサをこの順に有する燃料供給ラインにおいて、遮断弁を閉弁し、圧力センサからの圧力情報と経過時間とに基づいて圧力低下率を算出して遮断弁の故障状態を判定するようになっている（特許文献１）。
特開２００３−３０８８６８号公報（段落０００９） 特開昭６３−２６９６２号公報

しかしながら、燃料ガス流路におけるガス漏れの原因としては、遮断弁のシール等の不良の他に、流路を形成する配管から外部へのガス漏れや、下流に設けられた遮断弁がさらにシール不良でガス漏れが生じる場合がある。このため、遮断弁のシール不良とその下流側のガス漏れが同時期に発生した場合には、圧力変化だけでは正しく上流側の遮断弁の異常を検出できなかった。

そこで、本発明は、下流側にガス漏れが生じていても上流側の遮断弁の異常を正しく検出可能なガス漏れ検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明のガス漏れ検出装置は、遮断弁を備える燃料電池システムのガス漏れ検出装置であって、該遮断弁の下流側の燃料ガス流路に燃料ガス濃度検出手段を備え、該燃料ガス濃度検出手段によって検出された燃料ガス濃度に基づいて該遮断弁におけるガス漏れを検出する。

従来は、燃料ガス流路の圧力変化に基づいていたが、下流側でガス漏れが発生していた場合には、上流側の遮断弁の不良による圧力変化であるか否かを判定できなかった。この点、本発明の構成によれば、遮断弁の下流側の燃料ガス濃度に基づいてガス漏れが判定される。流路や下流側遮断弁の不良によって燃料ガスが漏れて圧力が低下しても濃度自体に変化を来すものではない。一方、上流側の遮断弁が不良であると濃度の高い燃料ガスが漏洩するためガス濃度に変化を生じる。このため燃料ガス濃度によって上流側遮断弁の不良を正しく検出できるのである。

また本発明のガス漏れ検出装置は、該遮断弁の下流側に酸化ガスを供給することにより該燃料ガス濃度検出手段によって濃度検出可能な燃料ガス濃度にまで該燃料ガスを希釈し、該燃料ガス濃度が上昇傾向にある場合に該遮断弁のシール不良であることを判定する。

燃料ガス濃度検出手段は、燃料ガスの濃度検出を酸化ガスによる酸化反応によって検出するものがある。上記構成によれば、この燃料ガス濃度検出手段によって濃度検出可能な範囲に燃料ガスが希釈できるので、正しく燃料ガス濃度の検出が行える。また、この濃度検出によってガス濃度が上昇傾向にある場合、上流側から濃度の高い燃料ガスが漏洩していると想定できる。

ここで、燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を供給する手段を備えていることは好ましい。燃料ガス濃度によってガス漏れを検出する場合、燃料ガスの濃度が所定の範囲に入っていることが好ましい。この点、本発明の構成によれば、ガス媒体が燃料ガス流路に供給されるので燃料ガス濃度を低下させることができるので、高い精度で遮断弁の異常検出ができる。

ここで、燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を圧送する手段を備えていることは好ましい。この構成によれば、ガス媒体が急速に燃料ガス流路に供給可能となるので、短時間で燃料ガス濃度を低下させることができ、ガス漏れ検出時間を短縮することが可能である。

ここで、燃料電池に酸化ガスを供給するコンプレッサを備え、該コンプレッサにより加圧された酸化ガスを燃料ガス流路に供給する手段を備えていることは好ましい。燃料電池システムにはコンプレッサを備えている場合が多く、このコンプレッサを利用して酸化ガスの一種である空気等を圧送することで、燃料ガス以外のガス媒体供給が行える。既存の設備を利用できるので、システムの小型化とコストダウンが図れる。

ここで、燃料ガス流路にレギュレータを備え、該レギュレータの上流側の燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を供給する手段を備えていることは好ましい。燃料電池システムにはレギュレータが設けられ、このレギュレータが燃料ガス流路の上流に位置しているものが多い。当該構成によれば、このレギュレータの上流側に燃料ガス以外のガス媒体が供給されるので、システム全体の燃料ガス濃度検査が可能である。

ここで、燃料ガスを循環させる循環経路と該循環経路に設けられたポンプとを備え、燃料電池に燃料ガスを供給する時以外の時に該ポンプを駆動させることは好ましい。燃料ガスに循環経路が設けられポンプによって強制循環されるシステムでは、ガス漏れ検査時にポンプを動作させることで燃料ガスを急速にガス媒体と混合させ、燃料ガス濃度を低下させることが可能となる。

本発明によれば、燃料ガス濃度検出手段によって検出された燃料ガス濃度に基づいて遮断弁におけるガス漏れを検出するので、下流側の燃料ガス流路や遮断弁の不良によって下流側の圧力が低下しても、それに影響されない燃料ガス濃度に基づいて判定するので、上流側遮断弁の不良を正しく検出できる。

以下、本発明の好適な実施の形態を、図面に基づいて説明する。
この実施形態は、本発明のガス漏れ検出装置を、電気自動車に搭載される燃料電池システムに応用した例である。本発明はこの実施形態に限定されることなく種々に変形して実施可能である。

図１に本実施形態における燃料電池システムの構成を示す。本燃料電池システムは、燃料電池スタック１０を中心として、燃料ガス供給系１、酸化ガス供給系２、冷却系３、図示しない電力供給系４、および制御部５を備えて構成されている。

本実施形態の燃料電池システムでは、ガス漏れ検査装置としての構成は、遮断弁ＳＶ１〜ＳＶ４の下流側の燃料ガス流路に設けられた燃料ガス濃度検出手段である濃度センサＣ１〜Ｃ６であり、制御部５によって、これら濃度センサによって検出された燃料ガス濃度に基づいて遮断弁におけるガス漏れが検出されることにより実現される。以下、具体的に説明する。

燃料電池スタック１０は、燃料ガスである水素ガス、酸化ガスである空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルとを複数積層したスタック構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード及びカソードの二つの電極を挟み込んだ構造をしている。アノードにはアノード用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソードにはカソード用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード側には燃料ガスである水素ガスが燃料ガス供給系１から供給され、カソード側には酸化ガスである空気が酸化ガス供給系２から供給される。燃料ガス流路１４を介して燃料電池スタック１０に供給された水素ガスは、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの燃料ガス流路を流れて、ＭＥＡのアノードにおいて下記の式（１）に示すような電気化学反応を生じるようになっている。また、燃料電池スタック１０に供給された空気は、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの空気流路を流れて、ＭＥＡのカソードにおいて式（２）に示すような電気化学反応を生じるようになっている。
Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- …（１）、
２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ …（２）。
燃料電池スタック１０は単セルを直列接続させることによって、出力端子であるアノード極Ａとカソード極Ｃとの間に所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）を発生させ、電力供給系４に供給している。

燃料ガス供給系１は、燃料電池スタック１０に対して水素ガスを供給する系であり、本発明の燃料ガス漏れ検出を行う対象となる系である。燃料ガス供給系１は、燃料ガス流路１４の上流から順に、水素タンク１１、遮断弁（元弁）ＳＶ１、レギュレータＲＧ１、ＲＧ２、遮断弁ＳＶ２、燃料電池入口遮断弁ＳＶ３、燃料電池スタック１０を経て燃料電池出口遮断弁ＳＶ４、気液分離器１２及び遮断弁ＳＶ５、水素ポンプ１３、パージ遮断弁ＳＶ６、並びに逆止弁ＲＶを備えている。

遮断弁ＳＶ１〜レギュレータＲＧ１間には圧力センサＰ１及び濃度センサＣ１が、レギュレータＲＧ１〜ＲＧ２間には圧力センサＰ２及び濃度センサＣ２が、レギュレータＲＧ２〜遮断弁ＳＶ２間には圧力センサＰ３及び濃度センサＣ３が、遮断弁ＳＶ２〜ＳＶ３には圧力センサＰ４及び濃度センサＣ４が、遮断弁ＳＶ３〜ＳＶ４間には圧力センサＰ５及び濃度センサＣ５が、遮断弁ＳＶ４〜水素ポンプ１３巻には圧力センサＰ６及び濃度センサＣ６が、それぞれ設けられている。

燃料電池スタック１０から排出された水素ガスのうち一部はパージ遮断弁ＳＶ６を介してパージされ外部に排出されるが、残りは逆止弁ＲＶを通って再び燃料ガス流路１４に戻されるようになっている。この経路が循環経路１５である。

水素タンク１１は、高圧水素タンクとしての構造を有する。高圧水素タンクに代えて、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンクから水素を供給するタンク、液化ガス燃料を貯蔵するタンク等を適用可能である。

遮断弁ＳＶ１は、燃料ガス流路に対して水素ガスを供給するか否かを制御する元弁であり、本発明で異常検出対象となる制御弁の一つである。レギュレータＲＧ１とレギュレータＲＧ２は、二段構造で循環経路１５の水素ガス圧力を調圧する調圧弁である。二段構造の代わりに、一つのみで構成してもよい。本発明のガス漏れ検査によって、このレギュレータＲＧ１及びＲＧ２間の調圧不良も検出するようになっている。遮断弁ＳＶ２は、調圧後の水素ガスを循環経路１５に供給するか否かを制御するものであり、本発明で異常検出対象となる制御弁の一つである。遮断弁ＳＶ３は、燃料電池スタック１０に水素ガス供給を停止する場合に遮断されるものであり、本発明で異常検出対象となる制御弁の一つである。遮断弁ＳＶ４は、燃料電池スタック１０からの水素オフガスの排出を制御するものであり、これも異常検出対象となる制御弁の一つである。気液分離器１２は、通常運転時において燃料電池スタック１０の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ５を通じて外部に放出するようになっている。水素ポンプ１３は、循環経路１５において水素ガスを強制循環可能になっている。パージ遮断弁ＳＶ６は、パージ時に開放されるが、通常の運転状態及び配管内ガス漏れ判定時には遮断されている。パージ遮断弁ＳＶ６からパージされた水素オフガスは図示しない希釈器を含む排気系で処理される。逆止弁ＲＶは循環経路１５における水素ガスの逆流を防止可能になっている。

酸化ガス供給系２は、燃料電池スタック１０に対して酸化ガスである空気を供給する系であり、本発明の燃料ガス漏れ検出において燃料ガス以外のガス媒体として空気を供給する系も兼ねている。酸化ガス供給系２は、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３等を備えている。エアクリーナ２１は、外気を浄化して燃料電システムに取り入れ可能になっている。コンプレッサ２２は本発明に係り、取り入れられた空気を制御部５の制御に従って圧縮し、供給する空気量や空気圧を変更するようになっている。加湿器２３は圧縮された空気に対し、空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加えることが可能になっている。燃料電池スタック１０から排出され加湿器２３で湿度分離された空気オフガスは、図示しない希釈器においてパージ遮断弁ＳＶ６からの水素オフガスを希釈して排出されるようになっている。

また酸化ガス供給系２では、燃料ガス流路１４に燃料ガス以外のガス媒体としての空気を圧送する手段を備えている。すなわち加湿器２３から空気流を分流するガス媒体供給路２４が燃料ガス流路１４の遮断弁ＳＶ１の下流に連通している。ガス媒体供給路２４には遮断弁ＳＶ１０が設けられ、ガス媒体としての空気の供給制御が可能になっている。遮断弁ＳＶ１０の下流には圧力センサＰ１０が設けられている。

冷却系３は、ラジエタ３１、ファン３２、及び冷却ポンプ３３を備え、冷却液が燃料電池スタック１０内部に循環供給されるようになっている。具体的には冷却液は燃料電池スタック１０内に入るとマニホールド経由で各単セルに供給されセパレータの冷却液流路を流れ、発電による熱を奪うようになっている。

電力供給系４は、図示しない二次バッテリ、高圧コンバータ、トラクションインバータ、トラクションモータ、コンバータ、低圧補機等を備え、燃料電池スタック１０によって発電された電力を、当該電気自動車の駆動に寄与するトラクションモータに供給したり、回生電力を二次バッテリに蓄えたりするハイブリッド系を構成している。

制御部５は、ＥＣＵ（Electric Control Unit）等の公知のコンピュータシステムであり、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）やメモリ、インターフェース回路を備えている。ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを逐一実行することにより、本燃料電池システムを本発明のガス漏れ検出装置として機能させることが可能になっている。制御部５は、各圧力センサＰ１〜Ｐ６、Ｐ１０からの検出信号や、各濃度センサＣ１〜Ｃ６からの検出信号を入力し、各センサ位置における配管内の圧力や水素ガス濃度の相対値を把握可能になっている。また、後に説明する手順（図２〜図４）に従って制御信号を遮断弁ＳＶ１〜ＳＶ６、ＳＶ１０に出力するようになっている。

次に本実施形態におけるガス漏れ検出方法を、図２〜図４のフローチャートを参照しながら説明する。
図２は、この燃料電池システムが動作中に定期的に実施される漏れ判定実施許可処理である。当該処理は、燃料ガス漏れ検査を行うべき条件に合致しているか否かを検査し、合致していれば漏れ判定前処理（図３）及び漏れ判定処理（図４）を実行して燃料ガス漏れ検査を実施し、合致していなければ燃料ガス漏れ検査を禁止するものである。

まず濃度センサＣ１〜Ｃ６の検出信号が参照され、各センサ位置における配管内の水素ガス濃度が測定される（Ｓ１）。ここで、システムが起動時であって、かつ、起動時漏れ判定処理が未遂である場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）その漏れ判定が実施される（Ｓ３）。

また起動時ではないが、間欠運転モードとなっており、かつ、停車状態となっている場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、本発明の燃料ガス漏れ検査処理として、漏れ判定前処理（図３参照：Ｓ５）及び漏れ判定処理（図４参照：Ｓ６）が実施される。これらの処理については後述する。さらに完全に停止時である場合、例えばアイドリング状態にも（Ｓ８：ＹＥＳ）、本発明の燃料ガス漏れ検査処理として漏れ判定前処理（図３参照：Ｓ９）及び漏れ判定処理（図４参照：Ｓ１０）が実施される。

以上の場合に燃料ガス漏れ検査処理が実施され、それ以外の場合、例えば通常運転の場合には燃料ガス漏れ検査処理が禁止されることになる。以降はハイブリッド運転に必要な電力収支計算が行われる。

すなわち、シフト位置を示すシフト位置信号、アクセル位置を示すアクセル位置信号、ブレーキ位置を示すブレーキ位置信号、及び車輪速を示す車輪速信号等が参照され、現時点で当該燃料電池システムに要求されているシステム要求出力が演算される（Ｓ１１）。このシステム要求出力が二次バッテリにから出力可能な電力以上であれば（Ｓ１２：ＹＥＳ）、通常のハイブリッド運転が可能であると判定し、以降の燃料ガス漏れ検査処理を禁止するフラグをセットした上で、通常発電が実施される（Ｓ１３）。

図３に、漏れ判定前処理のフローチャートを示す。
この漏れ判定前処理は、漏れ判定前に、燃料ガス流路１４内の状態を水素ガスの濃度測定に適する状態に変化させる処理である。

濃度センサＣ１〜Ｃ６は、いわゆる水素濃度計であり、水素ガスと酸化ガスとの間で酸化反応が生じうるような雰囲気下で濃度が測定できるものである。例えば、水素ガスの酸化反応は７５％以下の濃度で生ずるため、水素タンク１１から供給された水素ガス（濃度ほぼ１００％）では濃度センサが反応しにくい。また、濃度測定に適する圧力レンジも存在する。これらの事情から、当該漏れ判定前処理では、漏れ判定に先立ち、燃料ガス流路１４の水素ガス濃度及び圧力を高い精度で測定可能な範囲に変更するのである。

まず燃料電池スタック１０による発電禁止が指示される（Ｓ４０）。ここでは電力供給系４の対応、及び、フラグ処理が行われる。次に燃料ガス供給系１の遮断弁ＳＶ１が閉弁され、その他の遮断弁ＳＶ２〜ＳＶ６が開弁させる（Ｓ４１）。この処理によって、水素ボンベ１１からの水素ガスの供給が停止される。また、燃料ガス流路１４及び循環経路１５内の水素ガスが流動しやすい状態となる。

次いで燃料ガス供給系１の水素ガス濃度を希釈する処理に移る。コンプレッサ２２が一定の回転数で強制駆動されるとともに、遮断弁ＳＶ１０が開弁される指示が出力される（Ｓ４２）。コンプレッサ２２が強制駆動されると、ガス媒体供給路２４経由で圧送された空気が、遮断弁ＳＶ１０を通過して遮断弁ＳＶ１の直下で燃料ガス流路１４に供給される。燃料ガス供給系１のレギュレータの上流側であって、系のほぼ最上流に燃料ガス以外のガス媒体である空気が供給されるため、この空気により燃料ガス流路１４内の水素ガス濃度が低下していく。これと併行して、水素ポンプ１３も一定の回転数で強制運転される（Ｓ４３）。水素ポンプ１３の駆動により、水素ガスが循環経路１５を強制的に高速に循環させられる。この循環によって、ガス媒体供給路２４経由で供給される空気との希釈が促進される。

水素ガス濃度が測定可能範囲に入ったかを調べるために、濃度センサＣ４〜Ｃ６で検出される水素ガス濃度が、いずれも所定濃度Ｃａ４〜Ｃａ６以下になったかが検査される（Ｓ４４）。この処理により、燃料電池スタック１０には多量に残留していた水素ガスが十分希釈されたかが調べられる。水濃度センサＣ４〜Ｃ６のいずれの位置における水素ガス濃度もこの所定濃度以下となった場合には（Ｓ４４：ＹＥＳ）、希釈が完了したものとして遮断弁ＳＶ１０が閉弁され、ガス媒体である空気の供給が停止される（Ｓ４５）。

次に燃料ガス流路１４の各部の圧力センサＰ１、Ｐ１０、Ｐ２、及びＰ３で検出される配管内圧力が所定の圧力Ｐｊ１、Ｐｊ１０、Ｐｊ２、及びＰｊ３以下になったかが検査される（Ｓ４６）。これらの所定圧力以下になった場合には（Ｓ４６：ＹＥＳ）、燃料ガス供給系１の上流側が測定可能な圧力範囲に入ったものとして、循環経路１５上流の遮断弁ＳＶ２が閉弁され（Ｓ４７）、下流側の圧力調整に移行する。

まず圧力センサＰ４で検出された圧力が所定圧力Ｐｊ４以下になったかが検査され（Ｓ４８）、この圧力以下に減圧されると（ＹＥＳ）、燃料電池入口遮断弁ＳＶ３に閉弁指示が出力される（Ｓ４９）。同様に、圧力センサＰ５で検出された圧力が所定圧力Ｐｊ５以下になったかが検査され（Ｓ５０）、この圧力以下に減圧されていれば（ＹＥＳ）、燃料電池出口遮断弁ＳＶ４に閉弁指示が出力される（Ｓ５１）。同様に、循環経路１５においては、圧力センサＰ６で検出された圧力が所定圧力Ｐｊ６以下になったかが検査され（Ｓ５２）、この圧力以下に減圧されていれば（ＹＥＳ）、パージ遮断弁ＳＶ６に閉弁指示が出力される（Ｓ５３）。

以上の処理により、燃料ガス供給系１は、高圧の上流側、低圧の循環経路１５側ともに、濃度センサで水素ガスの濃度測定が高精度に可能な濃度範囲及び圧力範囲に調整される。また、各遮断弁やレギュレータで仕切られる区間の圧力が、順に低くなるように各圧力が調整される。各区間に圧力差が存在しないと、ガス漏れが生じ得ないからである。

なお、レギュレータＲＧ１及びＲＧ２の前後の圧力を所定値より小さく設定すると、実質的にレギュレータの機能を奏しなくなる場合がある。このようにレギュレータが存在しないことと同様の状態にして濃度測定を行ってもよい。この場合、レギュレータＲＧ１−ＲＧ２間のシール不良などの測定は不可能である。

図４に、漏れ判定処理のフローチャートを示す。
この漏れ判定処理は、漏れ判定前処理によって、水素ガスの濃度検出に適する状態となった燃料ガス供給系１において、実際に各遮断弁からシール不良等に基づくガス漏れが生じているかを検査するものである。

なお、いずれの遮断弁の区間から測定してもガス漏れ検査は可能ではあるが、本実施形態では、特に上流側から検査される。系の端部から順に測定していくことにより、ガス漏れが生じている遮断弁を特定しやすくなるからである。

まず濃度センサＣ１において検出される水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ１以上になっているかが検査される（Ｓ２０）。この所定濃度Ｃｊ１は、測定開始前に設定した水素ガス濃度との関係から、遮断弁ＳＶ１において水素ガス漏れが生じていない限り達し得ない水素ガスの濃度を判定するためのしきい値である。検査の結果、濃度センサＣ１で検出された水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ１以上である場合は（Ｓ２０：ＹＥＳ）、上流側の遮断弁ＳＶ１には遮断を指示されているはずであるところ水素ガス濃度の上昇が認められるのであるから、遮断弁ＳＶ１がシール不良等の異常が生じていると判定できる。この場合には遮断弁ＳＶ１が異常である旨の警告を発生させる（Ｓ２１）。

同様に、遮断弁ＳＶ２下流側の濃度センサＣ４において検出される水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ４以上になっている場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、遮断弁ＳＶ２にシール不良が発生しているからその上流の水素ガスが漏洩してきて水素ガスの濃度を挙げていると判定できる。この場合には遮断弁ＳＶ２が異常である旨の警告を発生させる（Ｓ２３）。ここで所定濃度Ｃｊ２は、測定開始前に設定した水素ガス濃度との関係から、遮断弁ＳＶ２において水素ガス漏れが生じていない限り達し得ない水素ガスの濃度を判定するためのしきい値である。

同様に、水素ポンプ１３手前の濃度センサＣ６において検出される水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ６以上になっている場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、燃料電池出口遮断弁ＳＶ４にシール不良が発生しているか、または、逆止弁ＲＶにおける逆止機能が低下しているから水素ガスが漏洩してきて水素ガスの濃度を挙げていると判定できる。この場合には遮断弁ＳＶ４または逆止弁ＲＶが異常である旨の警告を発生させる（Ｓ２５）。ここで所定濃度Ｃｊ６は、測定開始前に設定した水素ガス濃度との関係から、遮断弁ＳＶ４またはＲＶにおいて水素ガス漏れが生じていない限り達し得ない水素ガスの濃度を判定するためのしきい値である。

今度は、濃度センサＣ２において検出されるレギュレータＲＧ１及びＲＧ２間の水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ２以下になっている場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、レギュレータＲＧ１及びＲＧ２間のシールが不良となっていることが考えられる。このため、この場合にはレギュレータＲＧ１及びＲＧ２が異常である旨の警告を発生させる（Ｓ２７）。同様に、濃度センサＣ３で検出されるレギュレータＲＧ２―遮断弁ＳＶ２間の水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ３以下になっている場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、レギュレータＲＧ２―遮断弁ＳＶ２間のシールが不良になっていることが考えられる。この場合にはレギュレーＲＧ２及び遮断弁ＳＶ２間に異常がある旨の警告を発生させる（Ｓ２９）。

最後に、濃度センサＣ５において検出される燃料電池出口の水素ガス濃度が所定濃度Ｃｊ５以上になっている場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、遮断弁ＳＶ３−遮断弁ＳＶ４間のシールが不良となっていることが考えられる。このため、この場合には遮断弁ＳＶ３―ＳＶ４が異常である旨の警告を発生させる（Ｓ３１）。

以上、本実施形態によれば、水素ガスの圧力ではなく遮断弁ＳＶ１〜ＳＶ４の下流側の燃料ガス濃度に基づいてガス漏れが判定されるので、上流側に位置する遮断弁の不良を正しく検出できる。

また、本実施形態によれば、濃度センサによって濃度検出可能な範囲に水素ガスが希釈されるので、正しく燃料ガス濃度の検出が行える。
このために、本実施形態によれば、水素ガス以外のガス媒体として空気を供給するので、水素ガス濃度を効率よく低下させることができる。

さらに本実施形態によれば、空気を圧送可能に構成したので、短時間で燃料ガス濃度を低下させることができ、ガス漏れ検出時間を短縮することが可能である。
また本実施形態によれば、通常発電で用いられるコンプレッサを利用して空気の圧送を実現したので、既存の設備を利用してシステムの小型化とコストダウンが図れる。

さらにまた、本実施形態によれば、空気はレギュレータＲＧ１の上流側に供給されるので、システム全体の燃料ガス濃度検査が可能である。
また、本実施形態によれば、循環経路１５の水素ポンプによって、水素ガス及び空気を強制循環するようになっているので、ガス漏れ検査時に水素ガスを空気と効率よく混合させ、水素ガス濃度を低下させることが可能となる。

（変形例）
本発明は上記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。
例えば、上記実施形態では、燃料ガス以外のガス媒体として空気を利用していたが、他のガスを利用するように構成してもよい。例えば窒素ガス等の不活性ガスを他のタンクから供給するように構成してもよい。このようにすれば、酸化ガスを供給する場合に比べ、不活性ガスを用いているため、万一の酸化反応を抑制することが可能である。

また、上記実施形態では、循環経路を有する燃料ガス供給系１に空気を供給するようにしていたが、循環経路の存在しない系で実施することも可能である。

さらに上記実施形態では、上流側の水素ガス濃度を高く設定し、当該区間における水素ガス濃度が上昇したときに上流側の遮断弁やレギュレータ等の制御弁のシール不良と判定していたが、これに限定されない。例えば上流側に空気等を供給し水素ガス濃度を当該区間に比べ相対的に低く設定してから当該区間における水素ガス濃度を測定するように構成してもよい。当該区間の水素ガス濃度が低下した場合、上流側から濃度の薄いガスが漏洩していると推測できることから、上流側の遮断弁等の制御弁のシールが不良であると判定することが可能である。

また、本発明は、車両、船舶、航空機などの移動体のみならず、ビル、家屋などの閉空間に定置された動力供給システムにも適用することが出来る。つまり、燃料電池システムであるか、自動車等の移動体に搭載されるか等に拘わらず、燃料ガス漏れを検出する必要のあるシステム一般に適用することが可能である。

本発明の燃料電池システムを搭載した自動車のブロック構成図 漏れ判定実施許可処理を説明するフローチャート 漏れ判定前処理を説明するフローチャート 漏れ判定処理を説明するフローチャート

符号の説明

１…燃料ガス供給系、２…酸化ガス供給系、３…冷却系、４…電力供給系、５…制御部、１０…燃料電池スタック、１４…燃料ガス流路、Ｃ１〜Ｃ６…濃度センサ（水素濃度計）、ＳＶ１〜ＳＶ４…遮断弁

Claims (7)

1. 遮断弁を備える燃料電池システムのガス漏れ検出装置であって、
   該遮断弁の下流側の燃料ガス流路に燃料ガス濃度検出手段を備え、
   該燃料ガス濃度検出手段によって検出された燃料ガス濃度に基づいて該遮断弁におけるガス漏れを検出するガス漏れ検出装置。
2. 前記燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を供給する手段を備えた、請求項１に記載のガス漏れ検出装置。
3. 前記燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を圧送する手段を備えた、請求項１に記載のガス漏れ検出装置。
4. 燃料電池に酸化ガスを供給するコンプレッサを備え、該コンプレッサにより加圧された前記酸化ガスを前記燃料ガス流路に供給する手段を備えた、請求項１に記載のガス漏れ検出装置。
5. 前記燃料ガス流路にレギュレータを備え、該レギュレータの上流側の前記燃料ガス流路に燃料ガス以外のガス媒体を供給する手段を備えた、請求項１に記載のガス漏れ検出装置。
6. 前記燃料ガスを循環させる循環経路と該循環経路に設けられたポンプとを備え、燃料電池に前記燃料ガスを供給する時以外の時に該ポンプを駆動させる、請求項１に記載のガス漏れ検出装置。
7. 遮断弁を備える燃料電池システムのガス漏れ検出装置であって、
   該遮断弁の下流側の燃料ガス流路に燃料ガス濃度検出手段を備え、
   該遮断弁の下流側に酸化ガスを供給することにより該燃料ガス濃度検出手段によって濃度検出可能な燃料ガス濃度にまで該燃料ガスを希釈し、該燃料ガス濃度が上昇傾向にある場合に該遮断弁のシール不良であることを判定するガス漏れ検出装置。

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