JP2007173158A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料供給通路における遮断弁が正常ではない状態であることを推定できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１と、燃料を燃料電池１に供給する燃料供給通路２と、酸化剤を燃料電池１に供給する酸化剤供給通路２０と、燃料供給通路２に設けられた遮断弁６とをもつ。遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、遮断弁６の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁６の開弁が検知されないとき、遮断弁６が第１異状状態であると推定する推定手段とをもつ。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、燃料供給通路に設けられた遮断弁とを備える燃料電池システムに関する。

従来、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料供給通路に設けられた遮断弁とを備えている（特許文献１）。このものによれば、検知対象区間におけるガスの圧力を監視するガス圧力センサと、ガス圧力センサにより検出した検知対象区間におけるガスの圧力変化量を監視する第１ガス圧測定手段と、第１ガス圧測定手段によりガスの圧力変化量が所定値以下であったとき、ガス圧調整弁により検査対象区間におけるガスの圧力を増加させて、検知対象区間におけるガスの圧力変化量を再びガス圧力センサにより監視する第２ガス圧測定手段とが設けられている。このものによれば、検知対象区間におけるガス漏れが検知される。

また、従来、コイルに電圧を印加することにより主弁を上方に移動させて開状態を得る燃料電池発電装置の電磁弁において、コイルに駆動電圧を印加した後、保持電圧以下に低下させる操作を繰り返した後に、保持電圧とすることにより閉状態から開状態に移行させる操作技術が開示されている。このものによれば、電磁弁のシール材が弁体に固着することがあったとしても、その構造を基本的に変えることなく、低コストで閉状態から開状態へ移行することができる。
特開２００５−２０１８２２号公報 特開平８−７５０３２号公報

上記した特許文献１に係る技術によれば、検知対象区間におけるガス漏れが検知されるが、遮断弁が正常であるか否かについては、必ずしも明確でないことが多い。また、特許文献２に係る技術によれば、電磁弁のシール材が弁体に固着することがあったとしても、その構造を基本的に変えることなく、低コストで閉状態から開状態へ移行することができるが、電磁弁自体が正常であるか否かを推定するものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、燃料供給通路および／または酸化剤供給通路に設けられている遮断弁が正常ではない状態であることを推定することができ、システムの信頼性を一層向上させることができる燃料電池システムを提供することを課題とする。

（１）様相１に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料供給通路および酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件が成立するとき、遮断弁が第１異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする。

様相１に係る燃料電池システムによれば、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件が成立するとき、推定手段は、遮断弁が第１異状状態（例えば、遮断弁の開弁不良）であると推定する。所定時間ＴＳとしては、遮断弁の種類、遮断弁の搭載位置等に応じて適宜選択できる。例えば０．５秒以内あるいは２秒以内あるいは５秒以内とすることができるが、これらに限定されるものではない。

（２）様相２に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料供給通路および酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の値が第１所定値よりも大きいという条件とが成立するとき、遮断弁が第２異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする。

様相２に係る燃料電池システムによれば、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の値が第１所定値よりも大きいという条件とが成立するとき、推定手段は、遮断弁が第２異状状態（例えば、遮断弁の閉弁性の低下）であると推定する。ここで、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないため、遮断弁は開弁動作しておらず、閉弁状態であると推定される。しかしそれにも拘わらず、遮断弁よりも下流の圧力の値が第１所定値よりも大きい。このため、閉弁状態の遮断弁における気密性が低下していると推定される。なお、第１所定値は遮断弁の種類、配管等に応じて適宜設定される。

（３）様相３に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路および前記酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されないという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第２所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、遮断弁が第３異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする。

様相３に係る燃料電池システムによれば、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第２所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、遮断弁が第３異状状態（例えば、遮断弁の開弁性の低下）であると推定される。なお、第２所定値は遮断弁の種類、配管等に応じて適宜設定される。

様相３に係る燃料電池システムによれば、遮断弁の開弁が検知されないという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第２所定値よりも小さいという条件との双方が成立しているため、様相１の場合よりも、遮断弁の開弁性が低下している確率が高いと推定される。

（４）様相４に係る燃料電池システムは、燃料電池と、燃料を燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、燃料供給通路および酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されないという条件が成立するとき、遮断弁が第１異状状態であると推定する推定手段とを具備しており、推定手段は、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されるという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第３所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、遮断弁の下流の配管の気密性が低下している状態であると推定することを特徴とする。

様相４に係る燃料電池システムによれば、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されるという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第３所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、推定手段は、遮断弁の下流の配管の気密性が低下している状態であると推定する。

本発明によれば、上記した条件が成立するときには、遮断弁が正常ではない状態であると推定される。このため遮断弁の修理または交換を的確に行うのに有利となる。従って燃料電池システムにおける信頼性を一層向上させることができる。

燃料電池は燃料極および酸化剤極をもつものであればよい。燃料供給通路は燃料（ガス、液体を問わない）を燃料電池の燃料極に供給する。酸化剤供給通路は酸化剤を燃料電池の酸化剤極に供給する。遮断弁は燃料供給通路および酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方において設けられている。一般的には、遮断弁は、燃料供給通路において、燃料源と燃料電池との間に設けられており、燃料供給通路を開閉する。

開弁指令手段は遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる機能をもつ。開弁検知手段は遮断弁の開弁を検知する機能をもつ。経過時間計測手段は、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから、遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する機能をもつ。経過時間計測手段としては、マイコンのタイマ機能で実現しても良いし、あるいは、外部タイマを設けても良い。

また、遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されるという条件と、圧力検知手段で検知する圧力の上昇変化量が第３所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、推定手段は、遮断弁の下流側における配管の気密性が低下している状態であると推定する形態が例示される。

ここで、開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁の開弁が検知されると、遮断弁の開弁が正常であると推定される。この場合、遮断弁の下流の配管の圧力は本来的には上昇するはずである。しかし、圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第３所定値よりも小さいときには、遮断弁の下流の配管において漏れが生じている疑いがあると推定される。なお、第３所定値は遮断弁の種類、配管等に応じて適宜設定される。

遮断弁は、励磁ソレノイドを流れるソレノイド駆動電流により開弁されるものである形態が例示される。また、開弁検知手段は、遮断弁を開弁駆動させる励磁ソレノイドを流れるソレノイド駆動電流の変曲領域を検知することにより、遮断弁の開弁を検知する形態が例示される。

以下、本発明の実施例１について図１〜図４を参照して説明する。図１に示すように、燃料電池１を組み付けたスタック１ｓは、高分子電解質型であり、燃料極および酸化剤極をもつセルをセパレータと共に複数積層して形成されている。燃料供給通路２は燃料（例えば水素含有ガス、水素ガス）を燃料電池１に供給する。遮断弁６は燃料供給通路２に設けられており、燃料供給通路２を開閉するものである。燃料供給通路２の上流は燃料源４（例えば高圧燃料ガスタンク）に繋がる。燃料供給通路２の上流から下流にかけて、燃料源４、第２圧力センサ５、遮断弁６、減圧弁として機能するレギュレータ７、第１圧力センサ８（圧力検知手段）、スタック１ｓの燃料入口１ａが順に配置されている。スタック１ｓの燃料出口１ｂには燃料排出通路９が繋がる。

燃料電池１の内部では発電反応により水が発生する。このため燃料オフガスには水が含まれていることが多い。そこで、水と燃料オフガスとを分離する必要があり、燃料排出通路９には気液分離器１０が設けられている。

図１に示すように、燃料排出通路９の上流から下流にかけて、スタック１ｓの燃料出口１ｂ、気液分離器１０、燃料オフガスを排出する第１開閉弁１１が配置されている。気液分離器１０から分岐した分岐路１２には、気液分離器１０で分離された水を排出する第２開閉弁１３が配置されている。燃料排出通路９のうち気液分離器１０の下流からパイパス通路１４が分岐する。パイパス通路１４は燃料供給通路２に接続されている。パイパス通路１４は、燃料供給通路１５のうちスタック１ｓの燃料入口１ａとレギュレータ７との間の部位２ｘに繋がる。パイパス通路１４はポンプ１６および逆止弁１７をもつ。ポンプ１６は、燃料電池１の燃料出口１ｂから排出された燃料オフガスを燃料供給通路１５に帰還させる燃料オフガス搬送要素として機能する。燃料オフガスは燃料成分を含むため、燃料オフガスを再利用するためである。

酸化剤供給通路２０は、空気（酸化剤含有流体）を燃料電池１のスタック１ｓの酸化剤入口１ｃに供給する。酸化剤排出通路２１は、燃料電池１のスタック１ｓの酸化剤出口１ｄから空気（酸化剤オフ流体）をスタック１ｓ外に排出する。

本システムを制御する制御装置５０が設けられている。制御装置５０は、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させる開弁指令手段と、遮断弁６の開弁を検知する開弁検知手段と、遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁６の開弁が検知されるまでの経過時間をタイマ機能により計測する経過時間計測手段と、遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させた時刻から所定時間ＴＳ内に遮断弁６の開弁が検知されないとき、遮断弁６が異状である（正常ではない）と推定する推定手段とを備えている。

図２は制御装置５０の開弁検知手段の要部を示す。図２に示すように、開弁検知手段は、直流電源２２とグランド２３（基準電位）との間に設けられた遮断弁６用の励磁ソレノイド２４と、励磁ソレノイド２４に給電するためのトランジスタ２５（スイッチング素子）と、トランジスタ２５のベースに繋がるベース抵抗２６と、トランジスタ２５のベースに繋がるバイアス用の抵抗２７と、変曲領域検出部２８とを備えている。

図２に示すように、変曲領域検出部２８は、トランジスタ２５のエミッタとグランド２３との間に設けられた電流検流器２９と、トランジスタ２５のエミッタ側のＡ点に繋がる非反転入力端子を有するバッファ３０と、コンパレータ３１とを備えている。励磁ソレノイド２４にソレノイド駆動電流Ｉが流れるとき、トランジスタ２５のエミッタ側のＡ点の電圧は、電流検流器２９の抵抗値Ｒと、励磁ソレノイド２４を流れるソレノイド駆動電流Ｉとに基づいて規定され、バッファ３０の非反転入力端子（＋）に入力される。バッファ３０の出力端子側のＡ’点の信号は、Ａ点の電圧を反映する。バッファ３０の出力端子側のＡ’点の信号は、抵抗３７を介してコンパレータ３１の非反転入力端子（＋）に入力されると共に、抵抗３８を介してコンパレータ３１の反転入力端子（−）に入力される。コンパレータ３１の反転入力端子（−）は、グランド２３に繋がるコンデンサ３３を介してグランド２３に繋がる。

図２において、遮断弁６が閉弁しているときには、トランジスタ２５はオフとされ、トランジスタ２５のコレクタ・エミッタ間は非導通状態であり、ソレノイド駆動電流Ｉは流れない。遮断弁６を開弁させるにあたり、閉弁制御装置５０により開弁指令信号ＰＡがトランジスタ２５にベースに入力されると、トランジスタ２５がターンオンし、トランジスタ２５のコレクタ・エミッタ間に電流が流れ、励磁ソレノイド２４にソレノイド駆動電流Ｉが流れる。よって遮断弁６はオンとなり、遮断弁６は閉弁状態から開弁状態となる。

図３の特性線Ｗ１は、遮断弁６が開弁するときにおいて、遮断弁６を駆動させる励磁ソレノイド２４に流れるソレノイド駆動電流Ｉの波形を示す。図３の横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。図３の特性線Ｗ２はコンパレータ３１の出力端子の信号波形を示す。特性線Ｗ１に示すように、遮断弁６が開弁するとき、励磁ソレノイド２４に流れるソレノイド駆動電流Ｉは次第に増加し、変曲領域Ｍ１から次第に低下し、変曲領域Ｍ２から再び増加する。このような変曲が発現されるのは、遮断弁６に組みこまれている可動鉄心（図示せず）が移動するとき、励磁ソレノイド２４に逆起電力が発生するため、ソレノイド駆動電流Ｉが一旦低下し、その後、可動鉄心がストッパ（図示せず）に当接して停止するため、逆起電力が無くなり、ソレノイド駆動電流Ｉが再び増加するためである。

このように遮断弁６が開弁するとき、特性線Ｗ１に示すように、励磁ソレノイド２４に流れるソレノイド駆動電流Ｉの波形が得られる。従って、特性線Ｗ１に基づく電圧信号がコンパレータ３１の非反転入力端子（＋）に入力される。ここで、仮に、コンパレータ３１の反転入力端子（−）にコンデンサ３３が繋がれていないときには、コンパレータ３１の反転入力端子（−）に入力される信号と、非反転入力端子（＋）に入力される信号との間に時間遅れが発生しない。

しかし、コンパレータ３１の反転入力端子（−）には、グランド２３に繋がるコンデンサ３３が接続されている。このため、コンパレータ３１の反転入力端子（−）に印加される入力電圧Ｖ（−）は、コンデンサ３３により、特性線Ｗ１よりもタイミング的に遅れ、特性線Ｗ３に示すようになる。この時間的遅れに起因して、領域Ｙ１〜Ｙ２にかけて、入力電圧Ｖ（−）は入力電圧Ｖ（＋）よりも高い。従ってコンパレータ３１の出力端子の電圧は、High（閉弁信号）から、Low（開弁信号）に変換される。この結果、制御装置５０は、励磁ソレノイド２４を流れるソレノイド駆動電流Ｉの変曲領域を検知することができる。換言すると、制御装置５０は、遮断弁６が正常に開弁したことを意味する開弁検知信号を検知することができる。

ちなみに、遮断弁６が途中までしか開弁しなかったとき、可動鉄心が摺動抵抗等により非常にゆっくりと開弁作動するときには、ソレノイド駆動電流Ｉの変曲領域は明確には現れないので、コンパレータ３１の出力電圧はHighからLowに変換されず、コンパレータ３１の出力端子から開弁検知信号は出力されない。

本実施例によれば、制御装置５０は、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁検知信号が検知されないとき、遮断弁６が第１異状状態（遮断弁６の開弁性が低下している状態）であると推定する。そして警報要素３５（例えば警告灯、警報ブザー）に警報信号を出力する。

本実施例によれば、制御装置５０は、燃料電池システムの発電運転中において一時的に遮断弁６が閉じている状態のとき、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを出力させて、遮断弁６が第１異状状態であるか否かを検知することができる。あるいは、制御装置５０は、発電運転を停止しているとき、開弁指令信号ＰＡを出力させて、遮断弁６が第１異状状態であるか否かを検知することにしても良い。

本実施例によれば、遮断弁６が第１異状状態であるか否かを検知するばかりか、次の制御を実行している。制御装置５０が実行する制御のフローチャートを図４に示す。図４に示すように、まず、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを出力する（ステップＳ２）。従って、ステップＳ２は、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させる開弁指令手段として機能する。次に、開弁指令信号ＰＡが出力された時刻から、遮断弁６の開弁検知信号が検知される時刻までの経過時間Ｔ０の計測を開始する（ステップＳ４）。従って、ステップＳ４は、遮断弁６を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁６の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段として機能できる。

次に、遮断弁６の開弁が完了していることを意味する開弁検知信号を検知したか否か判定する（ステップＳ６）。制御装置５０は、開弁検知信号を検知していれば、経過時間Ｔ０の計測を終了する（ステップＳ８）。次に、経過時間Ｔ０と所定時間ＴＳとを比較する（ステップＳ１０）。経過時間Ｔ０＜所定時間ＴＳであれば、遮断弁６は正常に開弁している可能性が高いと推定される。なお、開弁検知信号が検知されないときには、制御装置５０は、経過時間Ｔ０≧所定時間ＴＳとして設定する。

次に、ステップＳ１０の判定の後、遮断弁６の下流の配管において圧力の値を判定する（ステップＳ１２）。遮断弁６の下流の配管において圧力上昇があれば、遮断弁６は正常に開弁しているため、遮断弁６の下流の配管において圧力上昇があったものと推定される。従って、制御装置５０からの開弁指令に基づいて遮断弁６は正常に開弁動作していると推定される。すなわち、遮断弁６の開弁は正常であると推定される（ステップＳ１４）。従って、ステップＳ１４は、遮断弁６が正常であると推定する推定手段として機能することができる。

ステップＳ１２における判定の結果、遮断弁６の下流の配管における圧力上昇がなしと判定されると、遮断弁６が正常に開弁動作しているにもかかわらず、遮断弁６の下流の配管における圧力上昇がなしであることを意味する。従って、遮断弁６の下流の配管の気密性が低下しているため、圧力が上昇しないものと推定される（ステップＳ２０）。そして、警報を出力し（ステップＳ２２）、システムを停止する必要があれば（ステップＳ２４）、システムを停止する（ステップＳ２６）。従ってステップＳ２０は、遮断弁６の下流の配管の気密性が低下していると推定する推定手段として機能することができる。

またステップＳ１０における判定の結果、経過時間Ｔ０≧所定時間ＴＳであれば、遮断弁６の開弁に時間がかかり過ぎる。このため、遮断弁６が第１異状状態（遮断弁６の開弁性が低下している状態）である可能性が高いと推定される。

そこで、遮断弁６の下流の配管において圧力上昇があったか否か判定する（ステップＳ３０）。遮断弁６の下流の配管において圧力上昇があれば、遮断弁６が正常に開弁動作していないと推定されるにも拘わらず、遮断弁６の下流の配管において圧力上昇があった疑いが高い。即ち、遮断弁６が閉弁しているにも拘わらず、閉弁している遮断弁６の気密性が低下しており（遮断弁６の第２異状状態）、遮断弁６の下流の配管の圧力が上昇している疑いが高いと推定される（ステップＳ３２）。そこで、遮断弁６の開閉を複数回繰り返すリトライ制御信号を出力し、遮断弁６が正常になるか確認する（ステップＳ３４）。遮断弁６がゴミを噛んで遮断弁６の気密性が低下しているときなどには、遮断弁６の開閉を複数回繰り返せば、ゴミが離脱し、遮断弁６の開閉動作が正常になることがある。

またステップＳ３０における判定の結果、遮断弁６の下流の配管において圧力上昇がなしであれば、遮断弁６を開弁させる開弁指令を出力したにもかかわらず、遮断弁６が閉弁しており、遮断弁６の開弁性が低下している疑いが高い（遮断弁６の第３異状状態）と推定する信号を出力する（ステップＳ３６）。更に、警報要素３５に警報を出力する（ステップＳ２２）。そしてシステムを停止する必要があれば（ステップＳ２４）、システムを停止する（ステップＳ２６）。

以上をまとめると、次のようになる。

（１）遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させた時刻から所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されるという条件と、第１圧力センサ８（圧力検知手段）で検知する圧力（遮断弁６よりも下流の配管の圧力）の上昇量（変化量）が所定値よりも大きいという条件との双方が成立するときには、遮断弁６は正常であると推定される。

これに対して、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させた時刻から所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件が成立するときには、遮断弁６は第１異状状態（遮断弁６の開弁性が低下している状態）であると推定される。

（２）遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させた時刻から所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されるという条件と、第１圧力センサ８（圧力検知手段）で検知する圧力（遮断弁６よりも下流の配管の圧力）の上昇量（変化量）が第３所定値Ｐ３よりも小さいという条件との双方が成立するとき（即ち、遮断弁６が開弁動作しているにもかかわらず、遮断弁６よりも下流の配管の圧力の増加なし、または、当該圧力の低下あり）には、遮断弁６の開弁は正常であるものの、遮断弁６よりも下流の配管が異状であり、遮断弁６よりも下流の配管の気密性が低下している疑いが高いと推定される。

（３）遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させた時刻から所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件、第１圧力センサ８（圧力検知手段）で検知する圧力の値が第１所定値Ｐ１よりも大きいという条件が成立するときには、遮断弁６が開弁動作していないにも拘わらず、遮断弁６の下流の配管の圧力が上昇していることを意味すると推定される。このため、遮断弁６の第２異状状態（閉弁している遮断弁６の気密性低下）状態である疑いが高いと推定される。

（４）遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件と、第１圧力センサ８（圧力検知手段）で検知する圧力の上昇量（変化量）が第２所定値Ｐ２よりも小さいという条件とが成立するときには、遮断弁６の開弁性が低下している疑いが高い（遮断弁６の第３異状状態に相当）と推定される。

以下、本発明の実施例２について図５を参照して説明する。図１、図３、図４を準用する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を奏する。図５は制御装置５０の開弁検知手段の要部を示す。図５に示すように、開弁検知手段は、直流電源２２とグランド２３との間に設けられ遮断弁６駆動用の励磁ソレノイド２４と、励磁ソレノイド２４に給電するためのトランジスタ２５（スイッチング素子）と、電流検流器２９と、トランジスタ２５のベースに繋がる抵抗２６と、トランジスタ２５のベースに繋がるバイアス用の抵抗２７と、変曲領域検出部２８とを備えている。変曲領域検出部２８は、トランジスタ２５のエミッタに繋がる電流検流器２９と、トランジスタ２５のエミッタに繋がれるＡ点に繋がる非反転入力端子を有するバッファ３０と、オペアンプ３２と、コンパレータ３１とを備えている。バッファ３０の出力端子側のＡ’点の信号は、抵抗４０を介してオペアンプ３１の非反転入力端子（＋）に入力されると共に、直列に繋がるコンデンサ４１および抵抗４２を介してオペアンプ３２の反転入力端子（−）に入力される。コンデンサ４１および抵抗４２は、Ａ’点の信号に対して微分処理を行う微分回路を構成しており、Ａ’点の信号の立ち上がりおよび立ち下がりを明確にする。

オペアンプ３２の出力信号は、互いに並列なコンデンサ４３および抵抗４４を介してオペアンプ３２の反転入力端子（−）に負帰還される。オペアンプ３２の出力端子の出力信号は、コンパレータ３１の非反転入力端子（＋）に入力される。抵抗４６および抵抗４７で分圧された基準電圧Ｖｓがコンパレータ３１の反転入力端子（−）に入力される。オペアンプ３２の出力信号Ｖ_OPと基準電圧Ｖｓとの差分に基づいて、コンパレータ３１の出力端子から開弁検知信号が出力される。

図５において、制御装置５０により開弁指令信号ＰＡがトランジスタ２５にベースに入力されると、トランジスタ２５がターンオンし、トランジスタ２５のコレクタ・エミッタ間に電流が流れ、励磁ソレノイド２４にソレノイド駆動電流Ｉが流れる。故に、遮断弁６はオンとなり、遮断弁６は閉弁状態から開弁状態となる。図３の特性線Ｗ２はコンパレータ３１の出力端子の信号波形を示す。特性線Ｗ１に示すように、励磁ソレノイド２４に流れるソレノイド駆動電流Ｉは次第に増加し、変曲領域Ｍ１から次第に低下し、変曲領域Ｍ２から再び増加する。このように遮断弁６が開弁するとき、特性線Ｗ１に示すような励磁ソレノイド２４に流れるソレノイド駆動電流Ｉの波形が得られると、オペアンプ３２の出力信号Ｖ_OPと基準電圧Ｖｓとの差分に基づいて、コンパレータ３１の出力端子から開弁検知信号が出力される。この結果、制御装置５０は、遮断弁６が正常に開弁した開弁信号を検知することができる。ちなみに、実施例１と同様に、遮断弁６が途中までしか開弁しなかったとき、遮断弁６の可動鉄心が摺動抵抗等により非常にゆっくりと開弁作動するときには、ソレノイド駆動電流Ｉの変曲領域は現れないので、コンパレータ３１の出力端子から開弁信号は出力されない。

制御装置５０は、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されないとき、遮断弁６の第１異状状態であると推定し、警報要素３５（例えば警告灯、警報ブザー）に警報信号を出力する。本実施例においても、制御装置５０は、図４に示すフローチャートを実行する。

以下、本発明の実施例３について図６を参照して説明する。本実施例は実施例１，２と基本的には同様の構成、作用効果を奏する。即ち、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件、第１圧力センサ８で検知する圧力の変化量が第１所定値Ｐ１よりも大きいという条件が成立するとき、推定手段は、遮断弁６の第２異状状態（例えば、閉弁時における遮断弁６の気密性変化）であると推定する。本実施例によれば、図６に示すように、ＣＰＵ６０とバッファ３０との間にはアナログ・デジタル変換ＩＣ６２（ＡＤＣ）が設けられている。バッファ３０から出力されたアナログ信号Ａをアナログ・デジタル変換ＩＣ６２がデジタル信号Ｄに変換し、そのデジタル信号ＤがＣＰＵ６０に入力される。これに基づいてＣＰＵ６０は、遮断弁６が正常に開弁したことを確認する。

本発明の実施例４について図７を参照して具体的に説明する。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。本実施例においては燃料電池１のスタック１ｓの燃料入口１ａとレギュレータ７との間には、第２遮断弁６Ｂが配置されている。

本実施例においても、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件が成立するとき、遮断弁６は第１異状状態であると推定する。

更に、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させてから所定時間ＴＳ内に遮断弁６の開弁が検知されないという条件と、第１圧力センサ８で検知する遮断弁６の下流の配管の圧力の上昇量が第１所定値Ｐ１よりも大きいという条件との双方が成立するとき、遮断弁６が開弁動作していないにも拘わらず、遮断弁６の下流の配管の圧力が上昇していることになる。このため、制御装置５０は、遮断弁６の第２異状状態（閉弁している遮断弁６の気密性低下）であると推定する。

本実施例においては、第２遮断弁６Ｂが閉鎖している状態で、遮断弁６を開弁させれば、第２遮断弁６Ｂと遮断弁６との間における配管の圧力がより高圧化する。従って、遮断弁６を開弁させる開弁指令信号ＰＡを発生させた時刻から所定時間ＴＳ以内に遮断弁６の開弁が検知されるという条件と、第１圧力センサ８で検知する圧力（遮断弁６と第２遮断弁６Ｂとの間における配管の圧力）の上昇量が第３所定値Ｐ３よりも小さいという条件との双方が成立するとき（即ち、遮断弁６よりも下流の配管の圧力の増加なし、または、当該圧力の低下あり）には、遮断弁６の開弁は正常であるものの、遮断弁６と第２遮断弁６Ｂとの間における配管の気密性が低下している疑いが高いと推定される。

（他の実施例）
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、バイパス通路１４、気液分離器１０が設けられていなくても良い。

本発明は燃料電池システムに利用することができる。

実施例１に係り、燃料電池システムの構成図である。 実施例１に係り、燃料電池システムの開弁検知手段の要部を示す構成図である。 実施例１に係り、遮断弁を開弁させるソレノイド駆動電流の波形図である。 実施例１に係り、燃料電池システムの推定手段が実行するフローチャートである。 実施例２に係り、燃料電池システムの推定手段の要部を示す構成図である。 実施例３に係り、燃料電池システムの開弁検知手段の要部を示す構成図である。 実施例４に係り、燃料電池システムの構成図である。

符号の説明

１は燃料電池、２は燃料供給通路、４は燃料源、６は遮断弁、８は第１圧力センサ（圧力検知手段）、５０は制御装置を示す。

Claims (5)

1. 燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路および前記酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、
   前記遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから前記遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されないという条件が成立するとき、前記遮断弁が第１異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路および前記酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、
   前記遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   前記遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されないという条件と、前記圧力検知手段で検知する圧力の値が第１所定値よりも大きいという条件とが成立するとき、前記遮断弁が第２異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
3. 燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路および前記酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、
   前記遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   前記遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されないという条件と、前記圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第２所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、前記遮断弁が第３異状状態であると推定する推定手段とを具備することを特徴とする燃料電池システム。
4. 燃料電池と、燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給通路と、酸化剤を前記燃料電池に供給する酸化剤供給通路と、前記燃料供給通路および前記酸化剤供給通路のうちの少なくとも一方に設けられた遮断弁とをもつ燃料電池システムにおいて、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させる開弁指令手段と、
   前記遮断弁の開弁を検知する開弁検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから前記遮断弁の開弁が検知されるまでの経過時間を計測する経過時間計測手段と、
   前記遮断弁の下流に繋がる配管内の圧力を検知する圧力検知手段と、
   前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されないという条件が成立するとき、前記遮断弁が第１異状状態であると推定する推定手段とを具備しており、
   前記推定手段は、前記遮断弁を開弁させる開弁指令を発生させてから所定時間ＴＳ内に前記遮断弁の開弁が検知されるという条件と、前記圧力検知手段で検知する圧力の上昇量が第３所定値よりも小さいという条件とが成立するとき、前記遮断弁の下流の配管の気密性が低下している状態であると推定することを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか一項において、前記遮断弁は、励磁ソレノイドを流れる駆動電流により開弁されるものであり、前記開弁検知手段は、前記遮断弁を開弁駆動させる前記励磁ソレノイドを流れる駆動電流の変曲領域を検知することにより、前記前記遮断弁の開弁を検知することを特徴とする燃料電池システム。

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