JP2017183275A - 燃料電池システム、燃料電池システムの異常検知方法、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】水素センサの出力を基に、水素センサ及び換気ユニットの異常検知ができる燃料電池システム、燃料電池システムの異常検知方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】水素パージ処理において、水素センサの検出信号に基づいて、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知する。希釈室内にアノードオフガス出口と水素センサとを配置し、水素パージ工程において、水素センサにより検出される水素濃度が第１濃度閾値を越えない場合は、水素センサの異常と判断し、水素濃度が第１濃度閾値以上となった後に所定時間内に第１濃度閾値を下回らない場合には、換気ユニットの異常と判断する。これにより、水素センサの検出信号のみで水素センサ及び換気ユニットの異常の有無を判断することができるので、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略でき、センサの数を減らすことができる。
【選択図】 図６
【解決手段】水素パージ処理において、水素センサの検出信号に基づいて、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知する。希釈室内にアノードオフガス出口と水素センサとを配置し、水素パージ工程において、水素センサにより検出される水素濃度が第１濃度閾値を越えない場合は、水素センサの異常と判断し、水素濃度が第１濃度閾値以上となった後に所定時間内に第１濃度閾値を下回らない場合には、換気ユニットの異常と判断する。これにより、水素センサの検出信号のみで水素センサ及び換気ユニットの異常の有無を判断することができるので、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略でき、センサの数を減らすことができる。
【選択図】 図６
Description
本発明は、水素センサ及び換気ユニットの異常検知処理を実行する制御部を備える燃料電池システム、燃料電池システムの異常検知方法、及びコンピュータに異常検知処理を実行させるためのコンピュータプログラムに関する。
従来の燃料電池システムの一例として、特許文献１に記載の燃料電池発電システムには、パッケージ内部を換気する換気ファンと、換気ファンの動作状態を検知する換気センサとが備えられている。このシステムにおいて、換気ファンの動作状態を変えて換気センサの出力を検知することにより、換気ファンまたは換気センサの異常の有無が判断される。また、特許文献１に記載の燃料電池発電システムには、パッケージ内部の可燃ガスの濃度を検知する可燃ガスセンサが備えられている。
また、特許文献２には、燃料電池のアノードから排出されるアノードオフガスを所定のタイミングで水素検出手段の検出部に供給し、水素検出手段の異常判定を行う判定装置が提案されている。
しかしながら、装置に様々なセンサを搭載して異常検知をすれば安全性は高まるが、センサの種類を増やすことにより装置のコストアップの要因となってしまうという問題がある。コストアップを防ぐ為には、異常検知の機能は維持しつつ、なるべくセンサの数を減らす必要がある。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、センサの数を減らすことができる燃料電池システム、燃料電池システムの異常検知方法、及びコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する異常検知処理を実行するように構成されており、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明に係る異常検知方法は、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備える燃料電池システムの異常検知方法であって、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断し、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明に係るコンピュータプログラムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備える燃料電池システムを制御するコンピュータに、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する処理を実行させ、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明によれば、水素センサにより検出される水素濃度、または水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１は筐体２を備える。筐体２は燃料電池本体３を内蔵し、側面に換気入口４と換気出口５とを備える。
燃料電池本体３は、内部に固体高分子型の燃料電池スタックを備える。燃料電池本体３においては、図示しない水素供給装置から燃料電池スタックのアノード極に水素が供給され、同じく図示しないコンプレッサ等の空気供給装置により燃料電池スタックのカソード極に酸素を含む空気が供給される。燃料電池本体３に水素と酸素とが供給されることにより、両極間で電気化学反応が生じ、起電力が発生する。水素供給装置及び空気供給装置については特許文献２等により公知であるので、詳細な説明は省略する。
燃料電池システム１は、換気ファン６を備える。換気ファン６の駆動によって、換気入口４を通して外部から空気が導入され、換気出口５を通して外部に空気が排出され、筐体２内部が換気される。筐体２内部が換気されることにより、燃料電池システム１内の各部が冷却される。また、万が一燃料電池システム１内のいずれかの箇所から水素が漏洩した場合であっても、換気ファン６によって水素は安全に外部へ排出されるように構成されている。
換気入口４と換気出口５とは、それぞれ筐体２の反対側の側面に配置される。換気入口４と換気出口５とは、筐体２内を効率良く換気できるよう、互いになるべく離れた位置に配置されることが好ましい。また、水素の比重は空気よりも軽い為、換気出口５は筐体２の側面においてなるべく高い位置に配置されることが好ましい。
換気入口４には、換気フィルタ７が配置される。換気ファン６及び換気フィルタ７は、換気ユニット６０を形成している。換気フィルタ７は、換気入口４の開口部を覆うように配置される。換気フィルタ７は、換気入口４から吸入される空気に含まれる異物を除去する。換気フィルタ７は、使用者により交換または清掃可能な構成であることが好ましい。
筐体２内における空気の流れ方向において、換気出口５の上流側には、希釈室８が設けられる。換気ファン６によって筐体２内を通過した空気は、希釈室８内を通過して換気出口５から外部に排出される。希釈室８は入口と出口とを備え、希釈室８の入口には換気ファン６が配置され、希釈室８の出口は換気出口５に接続される。本実施形態では換気ファン６は希釈室８の入口に配置されるが、換気ファン６は筐体２内を換気できるように配置されていれば良く、例えば換気入口４付近、または換気出口５付近に配置されていても良い。
燃料電池システム１は水素循環型の燃料電池である。燃料電池本体３は、水素を含むアノードオフガスが通流するアノードオフガス配管９を備える。アノードオフガス配管９は、開閉弁１０と、アノードオフガスが排出されるアノードオフガス出口１１とを備える。水素循環型の燃料電池については特許文献２等により公知であるので、詳細な説明は省略する。
アノードオフガス出口１１は、希釈室８内に配置される。希釈室８内には、水素を検出する水素センサ１２が配置される。水素センサ１２は、アノードオフガス出口１１と換気出口５との間に配置される。また、水素の比重は空気よりも軽い為、水素センサ１２は、希釈室８内のなるべく高い位置に配置されることが好ましい。
燃料電池システム１は、制御部２０と報知部２１とを備える。制御部２０は電気配線を介して、燃料電池本体３、換気ファン６、開閉弁１０、水素センサ１２、及び報知部２１に接続される。制御部２０は換気ファン６及び開閉弁１０の動作を制御する。なお、制御部２０と各構成部との接続は、本実施形態の説明において必要な部分のみ示している。
図２は、制御部２０の構成を示す構成図である。制御部２０は、制御部２０の各構成部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）２２を備え、ＣＰＵ２２には、バスを介して、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、及び計時部２５が接続される。ＲＯＭ２３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性メモリであり、燃料電池システム１の運転プログラム２６と、本実施形態における異常検知プログラム２７とを記憶している。
また、異常検知プログラム２７が、コンピュータで読み取り可能に記録された可搬式メディアであるＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体に記録されており、ＣＰＵ２２が記録媒体から、異常検知プログラム２７を読み出し、ＲＯＭ２３に記憶させてもよい。さらに、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本実施形態における異常検知プログラム２７を取得し、ＲＯＭ２３に記憶させることにしてもよい。
ＲＡＭ２４は、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM)、ＳＲＡＭ(Static RAM）等のメモリであり、ＣＰＵ２２の演算処理を実行する際にＲＯＭ２３から読み出された運転プログラム２６、異常検知プログラム２７、及びＣＰＵ２２の演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。計時部２５は、後述するように水素センサ反応時間と水素センサＯＮ時間とを計測する。
水素センサ１２は、検出される水素濃度に応じた検出信号をＣＰＵ２２に送信する。水素センサ１２は、検出される水素濃度が閾値Ｂ以上である場合に、第１の信号であるＳ１信号をＣＰＵ２２に送信し、検出される水素濃度が閾値Ａ以上である場合に、第２の信号であるＳ２信号をＣＰＵ２２に送信し、検出される水素濃度が閾値Ｂ未満である場合に、ＯＦＦ信号をＣＰＵ２２に送信する。
ここで、閾値Ａは、換気出口５から排出される空気に含まれる水素濃度を、爆発の危険が無いように監視するための値である。閾値Ａは、水素の爆発下限界以下の値である。また、閾値Ｂは、閾値Ａより低い値であり、アノードオフガスに含まれる水素濃度を考慮して、事前に実験等により定められる。
＜水素パージ＞
燃料電池システム１の発電時において、ＣＰＵ２２により開閉弁１０が開放されることで、アノードオフガス出口１１からアノードオフガスが排出される（以下、水素パージと呼ぶ）。アノードオフガスは換気ファン６によって換気入口４から吸引される空気により、希釈室８内で所定の水素濃度に希釈され、換気出口５から排出される。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電状態に応じて、所定の時間毎に水素パージを実行する。また、ＣＰＵ２２は、図示しないスイッチ等により使用者から水素パージ開始の指示を受け付けた場合に、水素パージを実行するようにしても良い。
燃料電池システム１の発電時において、ＣＰＵ２２により開閉弁１０が開放されることで、アノードオフガス出口１１からアノードオフガスが排出される（以下、水素パージと呼ぶ）。アノードオフガスは換気ファン６によって換気入口４から吸引される空気により、希釈室８内で所定の水素濃度に希釈され、換気出口５から排出される。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電状態に応じて、所定の時間毎に水素パージを実行する。また、ＣＰＵ２２は、図示しないスイッチ等により使用者から水素パージ開始の指示を受け付けた場合に、水素パージを実行するようにしても良い。
以上のように構成された燃料電池システム１においては、ＣＰＵ２２が運転プログラム２６を読み出して、燃料電池システム１の発電を実行する。以下、燃料電池システム１の異常検知プログラム２７に係る水素センサ１２、換気ファン６、及び換気フィルタ７の異常検知処理を説明する。本実施形態においては、燃料電池システム１の運転中に定期的に水素パージが実行されることによってアノードオフガスが排出され、希釈室８内で希釈されたアノードオフガスが水素センサ１２を通過したときの、水素センサ１２から送信される検出信号に基づいて、水素センサ１２、換気ファン６、及び換気フィルタ７が正常であるか否かが判断されるようにした。
＜水素漏洩検知＞
制御部２０のＣＰＵ２２はＲＯＭ２３から異常検知プログラム２７を読み出して、水素漏洩検知処理及び異常検知処理を実行する。
制御部２０のＣＰＵ２２はＲＯＭ２３から異常検知プログラム２７を読み出して、水素漏洩検知処理及び異常検知処理を実行する。
図３は、第１実施形態における水素漏洩検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において水素漏洩検知処理を実行する。まず、ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ２信号を受信したか否かを判断する（Ｓ１）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ２信号を受信したと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、水素漏洩（異常モードＣ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ２）、燃料電池システム１を停止させ（Ｓ３）、水素漏洩検知処理を終了する。
つまり、ＣＰＵ２２は、換気出口５から排出される空気に含まれる水素濃度が閾値Ａ以上となった場合には、速やかに燃料電池システム１を停止する。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において常に水素漏洩の有無を監視する。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ１において水素センサ１２からＳ２信号を受信していないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、水素センサ１２からＳ１信号を受信したか否かを判断する（Ｓ４）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ１信号を受信していないと判断した場合（Ｓ４：ＮＯ）、処理をステップＳ１に戻す。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ４において水素センサ１２からＳ１信号を受信したと判断した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、異常検知実行中フラグが「１」であるか否かを判断する（Ｓ５）。ＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグが「１」であると判断した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１に戻す。ＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグが「１」でないと判断した場合（Ｓ５：ＮＯ）、処理をステップＳ２に進める。
つまり、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上であり、かつ閾値Ａ未満である場合、ＣＰＵ２２は、後述する異常検知処理を実行している間は水素漏洩とは判断せずに異常検知処理を続行し、異常検知処理を実行していないときには水素漏洩と判断し燃料電池システム１を停止する。
＜異常検知＞
図４及び図５は、第１実施形態の水素パージ工程における異常検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、水素パージが実行されるときに、異常検知処理を実行する。尚、ＣＰＵ２２は、異常検知処理を実行している間も水素漏洩検知処理を実行する。
図４及び図５は、第１実施形態の水素パージ工程における異常検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、水素パージが実行されるときに、異常検知処理を実行する。尚、ＣＰＵ２２は、異常検知処理を実行している間も水素漏洩検知処理を実行する。
まずＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグに「１」を代入する（Ｓ１１）。ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を開放し（Ｓ１２）、計時部２５に水素センサ反応時間の計測を開始させる（Ｓ１３）。ここで、水素センサ反応時間とは、開閉弁１０が開放されてからの経過時間である。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ１信号を受信したか否かを判断する（Ｓ１４）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ１信号を受信していないと判断した場合（Ｓ１４：ＮＯ）、水素センサ反応時間が所定時間を経過したか否かを判断する（Ｓ１５）。 ＣＰＵ２２は、水素センサ反応時間が所定時間を経過していないと判断した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、処理をステップＳ１４に戻す。
ＣＰＵ２２は、水素センサ反応時間が所定時間を経過したと判断した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、水素センサ１２の異常（異常モードＢ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ１６）、開閉弁１０を閉止し（Ｓ１７）、燃料電池システム１を停止させ（Ｓ１８）、異常検知実行中フラグに「０」を代入し（Ｓ１９）、異常検知処理を終了する。つまり、開閉弁１０が開放されてから、所定時間が経過しても、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出せず、Ｓ１信号が送信されない場合には、水素センサ１２の異常と判断できる。ここでの所定時間は、開閉弁１０と水素センサ１２との位置関係によって、アノードオフガスが開閉弁１０から水素センサ１２に到達するまでの時間を考慮し、予め実験等により定められる。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ１４において水素センサ１２からＳ１信号を受信したと判断した場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、計時部２５に水素センサ反応時間の計測を終了させ、水素センサＯＮ時間の計測を開始させる（Ｓ２０）。ここで、水素センサＯＮ時間とは、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上となった時からの継続時間である。
ＣＰＵ２２は、規定パージ時間待機する（Ｓ２１）。規定パージ時間が経過した後、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を閉止する（Ｓ２２）。ここで規定パージ時間とは、開閉弁１０を開放している間の時間である。規定パージ時間は、燃料電池本体３内の水素経路の容積を考慮し、予め実験等により定められる。本実施形態では、規定パージ時間は２０秒間とする。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＯＦＦ信号を受信したか否かを判断する（Ｓ２３）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＯＦＦ信号を受信していないと判断した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、水素センサＯＮ時間が閾値Ｄを経過したか否かを判断する（Ｓ２４）。ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間が閾値Ｄを経過していないと判断した場合（Ｓ２４：ＮＯ）、処理をステップＳ２３に戻す。
ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間が閾値Ｄを経過したと判断した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、換気の風量が低下している（ファン劣化モード）と判断し、報知部２１により風量低下アラームを報知する（Ｓ２５）。ここで閾値Ｄとは、後述する閾値Ｃよりは短いが、正常な水素センサＯＮ時間よりは長い時間である。つまり、ファン劣化モードは、直ちにシステムを停止させるほどの状態ではないが、換気ファン６または換気フィルタ７の劣化が進んでいる状態と想定される。ＣＰＵ２２は、ファン劣化モードと判断した場合、報知部２１により風量低下アラームを報知し、使用者に対して換気ファン６または換気フィルタ７の交換や清掃等を促すことができる。
ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過したか否かを判断する（Ｓ２６）。ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過していないと判断した場合（Ｓ２６：ＮＯ）、処理をステップＳ２３に戻す。
ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過したと判断した場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、風量不足（異常モードＡ）と判断し、報知部２１により異常を報知する（Ｓ２７）。つまり、開閉弁１０が閉止された後であっても、計時部２５により計時される水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過しているので、換気ファン６または換気フィルタ７は異常であり、正常に換気がなされていないと判断できる。ここで閾値Ｃは、換気ファン６によってアノードオフガス出口１１から排出されるアノードオフガスが充分に換気されるまでの時間を考慮し、予め実験等により定められる。
ＣＰＵ２２は、異常モードＡまたはファン劣化モードであると判断した場合（Ｓ２７）、換気ファン６の回転数を取得する（Ｓ２８）。ＣＰＵ２２は、取得した回転数が所定の範囲内であるか否かを判断する（Ｓ２９）。ＣＰＵ２２は、取得した回転数が所定の範囲内でない場合（Ｓ２９：ＮＯ）、処理をステップＳ１８に進め、燃料電池システム１を停止させる。ＣＰＵ２２は、取得した回転数が所定の範囲内である場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）には、換気フィルタ７の異常と判断し（Ｓ３０）、処理をステップＳ１８に進め、燃料電池システム１を停止させる。換気ファン６の回転数は、換気ファン６が出力する回転数出力を取得しても良いし、別途回転数を取得するセンサを用いても良い。ここでの所定の範囲は、ＣＰＵ２２から換気ファン６への回転指令値から、誤差を考慮して定められる値である。つまり、換気ファン６は正常な回転数で駆動しているにも関わらず換気風量が不足している場合は、換気フィルタ７に目詰まり等の異常が発生していると想定される。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ２３において、水素センサ１２からＯＦＦ信号を受信したと判断した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１９に進める。
尚、ＣＰＵ２２は、換気ファン６の回転数を任意の固定値に保つように制御して異常検知処理を実行すると、計時部２５はより精度よく水素センサ反応時間及び水素センサＯＮ時間を計測することができる。
＜正常動作＞
図６は、第１実施形態の異常検知処理における正常動作を示すタイムチャートである。図６には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素パージ工程が開始されると、まずＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。希釈室８内に配置された水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上になると、水素センサ１２はＣＰＵ２２にＳ１信号を送信する。ここで、水素センサ１２は正常に動作していると判断できる。
図６は、第１実施形態の異常検知処理における正常動作を示すタイムチャートである。図６には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素パージ工程が開始されると、まずＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。希釈室８内に配置された水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上になると、水素センサ１２はＣＰＵ２２にＳ１信号を送信する。ここで、水素センサ１２は正常に動作していると判断できる。
開閉弁１０が開放されてから規定パージ時間が経過すると、ＣＰＵ２２は開閉弁１０にＯＦＦ信号を送信し、開閉弁１０を閉止する。開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まり、換気ファン６によって換気がなされ、希釈室８内の水素濃度が下がる。希釈室８内に配置された水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満になると、水素センサ１２は制御部２０にＯＦＦ信号を送信する。水素センサＯＮ時間が閾値Ｄ以内である場合、正常に換気がなされたと判断できる。以上により、水素センサ１２により検出される水素濃度に基づいて、水素センサ１２は正常であると判断でき、水素センサＯＮ時間に基づいて、換気ファン６及び換気フィルタ７は正常であると判断できる。
＜異常モードＡ＞
図７は、第１実施形態の異常検知処理における異常モードＡを示すタイムチャートである。図７には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。異常モードＡは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
図７は、第１実施形態の異常検知処理における異常モードＡを示すタイムチャートである。図７には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。異常モードＡは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まる。しかしながら水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過しても水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満にならず、水素センサ１２からＯＦＦ信号が送信されないため、正常に換気がなされていないと判断できる。以上により、水素センサＯＮ時間に基づいて、換気ファン６及び換気フィルタ７を含む換気ユニット６０が異常であると判断できる。
ＣＰＵ２２は、換気ユニット６０が異常であると判断した場合、報知部２１によって異常報知を行うとともに、速やかに燃料電池システム１を停止させる。ただし異常モードＡは、換気が不十分であり希釈室８内にアノードオフガスが滞留している状態であるので、換気ファン６は継続して動作させることが好ましい。
＜異常モードＢ＞
図８は、第１実施形態の異常検知処理における異常モードＢを示すタイムチャートである。図８には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、推定される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。まず、水素パージ工程が開始されると、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。しかしながら、異常モードＢにおいては、開閉弁１０が開放されてから所定時間が経過しており、希釈室８内の水素濃度が閾値Ｂ以上になっていると推定される場合であっても、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出せず、水素センサ１２からＳ１信号が送信されない。開閉弁１０が開放されてから所定時間が経過しても水素センサ１２からＳ１信号が送信されない場合には、水素センサ１２が異常であると判断できる。
図８は、第１実施形態の異常検知処理における異常モードＢを示すタイムチャートである。図８には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、推定される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。まず、水素パージ工程が開始されると、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。しかしながら、異常モードＢにおいては、開閉弁１０が開放されてから所定時間が経過しており、希釈室８内の水素濃度が閾値Ｂ以上になっていると推定される場合であっても、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出せず、水素センサ１２からＳ１信号が送信されない。開閉弁１０が開放されてから所定時間が経過しても水素センサ１２からＳ１信号が送信されない場合には、水素センサ１２が異常であると判断できる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２が異常であると判断した場合、報知部２１によって異常報知を行うとともに、速やかに燃料電池システム１を停止させる。
＜異常モードＣ＞
図９は、第１実施形態の水素漏洩検知処理における異常モードＣを示すタイムチャートである。図９には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素センサ１２は、検出される水素濃度が閾値Ａ以上になると、ＣＰＵ２２にＳ２信号を送信する。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ２信号を受信した場合に、水素漏洩と判断する。この場合、燃料電池システム１内のいずれかの箇所から、水素が漏洩していることが想定される。
図９は、第１実施形態の水素漏洩検知処理における異常モードＣを示すタイムチャートである。図９には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素センサ１２は、検出される水素濃度が閾値Ａ以上になると、ＣＰＵ２２にＳ２信号を送信する。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２からＳ２信号を受信した場合に、水素漏洩と判断する。この場合、燃料電池システム１内のいずれかの箇所から、水素が漏洩していることが想定される。
ＣＰＵ２２は、水素漏洩であると判断した場合、報知部２１によって異常報知を行うとともに、速やかに燃料電池システム１を停止させる。ただし異常モードＣは、燃料電池システム１内のいずれかの箇所から水素が漏洩している可能性があるので、換気ファン６は継続して動作させることが好ましい。
＜ファン劣化モード＞
図１０は、第１実施形態の異常検知処理におけるファン劣化モードを示すタイムチャートである。図１０には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。ファン劣化モードは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
図１０は、第１実施形態の異常検知処理におけるファン劣化モードを示すタイムチャートである。図１０には、水素センサ検出信号におけるＳ１信号、Ｓ２信号及びＯＦＦ信号に係る推移と、水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。ファン劣化モードは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まる。しかしながら水素センサＯＮ時間が閾値Ｃを経過していないが閾値Ｄを経過しており、正常動作に比べて長い。このため、直ちに燃料電池システム１を停止させるほどではないが、換気量が低下している状態であると想定される。以上により、水素センサＯＮ時間に基づいて、換気ファン６及び換気フィルタ７を含む換気ユニット６０が劣化していると判断できる。この場合、ＣＰＵ２２は、報知部２１により風量低下アラームを報知し、使用者に対して換気ファン６または換気フィルタ７の交換、清掃等を促すことが望ましい。また、ＣＰＵ２２は、水素センサＯＮ時間の長さに応じて、次回の換気フィルタ７の交換時期を推定し、報知部２１により次回交換時期を報知する構成であってもよい。
以上のように構成された燃料電池システム１によれば、水素パージ時に排出されるアノードオフガスを検知することにより、水素センサ１２により検出される水素濃度と、水素センサ１２から送信される検出信号によって定められる水素センサＯＮ時間とに基づいて、水素センサ１２、換気ファン６、及び換気フィルタ７の異常の有無を判断できる。このため、換気ファン６及び換気フィルタ７の異常の有無を判断する専用センサを設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について図１１〜１６を参照して説明する。第２実施形態では、水素センサ１２が制御部２０に送信する検出信号の形態と、ＣＰＵ２２が水素センサ１２により検出される水素濃度に基づき異常判断する点が、第１実施形態とは異なる。尚、水素センサ１２が制御部２０に送信する検出信号の形態を除く燃料電池システム１の構成と、ＣＰＵ２２が水素センサ１２により検出される水素濃度に基づき異常判断する点を除く動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第２実施形態について図１１〜１６を参照して説明する。第２実施形態では、水素センサ１２が制御部２０に送信する検出信号の形態と、ＣＰＵ２２が水素センサ１２により検出される水素濃度に基づき異常判断する点が、第１実施形態とは異なる。尚、水素センサ１２が制御部２０に送信する検出信号の形態を除く燃料電池システム１の構成と、ＣＰＵ２２が水素センサ１２により検出される水素濃度に基づき異常判断する点を除く動作とについては、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
水素センサ１２は、検出される水素濃度の値をＣＰＵ２２に送信する。
＜水素漏洩検知＞
図１１は、第２実施形態における水素漏洩検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において水素漏洩検知処理を実行する。まず、ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出され、送信される水素濃度を取得し、該水素濃度が閾値Ａ以上であるか否かを判断する（Ｓ５１）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ａ以上であると判断した場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、水素漏洩（異常モードＣ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ５２）、燃料電池システム１を停止させ（Ｓ５３）、水素漏洩検知処理を終了する。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において常に水素漏洩の有無を監視する。
図１１は、第２実施形態における水素漏洩検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において水素漏洩検知処理を実行する。まず、ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出され、送信される水素濃度を取得し、該水素濃度が閾値Ａ以上であるか否かを判断する（Ｓ５１）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ａ以上であると判断した場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、水素漏洩（異常モードＣ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ５２）、燃料電池システム１を停止させ（Ｓ５３）、水素漏洩検知処理を終了する。ＣＰＵ２２は、燃料電池システム１の発電中及び待機中において常に水素漏洩の有無を監視する。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ５１において水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ａ以上でないと判断した場合（Ｓ５１：ＮＯ）、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上であるか否かを判断する（Ｓ５４）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上でないと判断した場合（Ｓ５４：ＮＯ）、処理をステップＳ５１に戻す。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ５４において水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上であると判断した場合（Ｓ５４：ＹＥＳ）、異常検知実行中フラグが「１」であるか否かを判断する（Ｓ５５）。ＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグが「１」であると判断した場合（Ｓ５５：ＹＥＳ）、処理をステップＳ５１に戻す。ＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグが「１」でないと判断した場合（Ｓ５５：ＮＯ）、処理をステップＳ５２に進める。
＜異常検知＞
図１２は、第２実施形態の水素パージ工程における異常検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、水素パージが実行されるときに、異常検知処理を実行する。尚、ＣＰＵ２２は、異常検知処理を実行している間も、水素漏洩検知処理を実行する。
図１２は、第２実施形態の水素パージ工程における異常検知処理を示すフローチャートである。ＣＰＵ２２は、水素パージが実行されるときに、異常検知処理を実行する。尚、ＣＰＵ２２は、異常検知処理を実行している間も、水素漏洩検知処理を実行する。
まずＣＰＵ２２は、異常検知実行中フラグに「１」を代入する（Ｓ１０１）。ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を開放し（Ｓ１０２）、第１反応時間待機する（Ｓ１０３）。ここで第１反応時間とは、開閉弁１０が開放されてから、アノードオフガスが水素センサ１２まで到達し、水素センサ１２が正しく水素濃度を検出できるようになるまでに必要な時間であり、開閉弁１０と水素センサ１２との位置関係を考慮し、予め実験等により定められる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上でないと判断した場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、水素センサ１２の異常（異常モードＢ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ１０５）、開閉弁１０を閉止し（Ｓ１０６）、燃料電池システム１を停止させ（Ｓ１０７）、異常検知実行中フラグに「０」を代入し（Ｓ１０８）、異常検知処理を終了する。つまり、開閉弁１０が開放されてから、第１反応時間が経過した時点で、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出しない場合には、水素センサ１２の異常と判断できる。
ＣＰＵ２２は、ステップＳ１０４において水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ以上であると判断した場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、規定パージ時間待機し（Ｓ１０９）し、開閉弁１０を閉止する（Ｓ１１０）。ここで規定パージ時間とは、開閉弁１０を開放している間の時間である。規定パージ時間は、燃料電池本体３内の水素経路の容積を考慮し、予め実験等により定められる。本実施形態では、規定パージ時間は２０秒間とする。
ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を閉止した後、第２反応時間待機する（Ｓ１１１）。ここで第２反応時間とは、開閉弁１０が閉止されてから、アノードオフガスが換気出口５から充分に排出されるまでに必要な時間であり、開閉弁１０と水素センサ１２と排気出口５との位置関係を考慮し、予め実験等により定められる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満であるか否かを判断する（Ｓ１１２）。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満でないと判断した場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、風量不足（異常モードＡ）と判断し、報知部２１により異常を報知し（Ｓ１１４）、処理をステップＳ１０７に進め、燃料電池システム１を停止させる。つまり、開閉弁１０が閉止されて第２反応時間が経過した後であっても希釈室８内の水素濃度が閾値Ｂ以上であり、正常に換気がなされていないため、換気ファン６または換気フィルタ７は異常であると判断できる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満であると判断した場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｅ未満であるか否かを判断する（Ｓ１１３）。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｅ未満であると判断した場合（Ｓ１１３：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０８に進める。つまり、換気ファン６及び換気フィルタ７は正常であると判断できる。ここで閾値Ｅとは、閾値Ｂよりも充分に低い値であり、燃焼電池システム１の通常運転時における筐体２内の水素濃度を考慮して、予め実験等により定められる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｅ未満でないと判断した場合（Ｓ１１３：ＮＯ）、換気の風量が低下している（ファン劣化モード）と判断し、報知部２１により風量低下アラームを報知し（Ｓ１１５）、処理をステップＳ１０８に進める。つまり、開閉弁１０が閉止されてから第２反応時間が経過した後、希釈室８内の水素濃度は閾値Ｂ未満には低下しているものの、僅かにアノードオフガスが残留していると想定される。つまり、直ちにシステムを停止させるほどではないが、換気ファン６または換気フィルタ７の劣化が進んでいる状態と想定される。ＣＰＵ２２は、ファン劣化モードと判断した場合、報知部２１により風量低下アラームを報知し、使用者に対して換気ファン６または換気フィルタ７の交換や清掃等を促すことができる。
＜正常動作＞
図１３は、第２実施形態の異常検知処理における正常動作を示すタイムチャートである。図１３には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素パージ工程が開始されると、まずＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を開放してから第１反応時間が経過したとき、水素センサ１２により検出される水素濃度の値を取得する。水素センサ１２により検出される水素濃度の値が、閾値Ｂ以上かつ閾値Ａ未満である場合、水素センサ１２は正常に動作していると判断できる。
図１３は、第２実施形態の異常検知処理における正常動作を示すタイムチャートである。図１３には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。水素パージ工程が開始されると、まずＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を開放してから第１反応時間が経過したとき、水素センサ１２により検出される水素濃度の値を取得する。水素センサ１２により検出される水素濃度の値が、閾値Ｂ以上かつ閾値Ａ未満である場合、水素センサ１２は正常に動作していると判断できる。
開閉弁１０が開放されてから規定パージ時間が経過すると、ＣＰＵ２２は開閉弁１０にＯＦＦ信号を送信し、開閉弁１０を閉止する。開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まり、換気ファン６によって換気がなされ、希釈室８内の水素濃度が下がる。ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を閉止してから第２反応時間が経過したとき、水素センサ１２により検出される水素濃度の値を取得する。水素センサ１２により検出される水素濃度の値が閾値Ｅ未満である場合、正常に換気がなされたと判断できる。以上により、水素センサ１２により検出される水素濃度に基づいて、水素センサ１２、換気ファン６、及び換気フィルタ７を含む換気ユニット６０は正常であると判断できる。
＜異常モードＡ＞
図１４は、第２実施形態の異常検知処理における異常モードＡを示すタイムチャートである。図１４には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。異常モードＡは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
図１４は、第２実施形態の異常検知処理における異常モードＡを示すタイムチャートである。図１４には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。異常モードＡは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まる。しかしながら第２反応時間が経過した時点で水素センサ１２により検出される水素濃度が閾値Ｂ未満にならないため、正常に換気がなされていないと判断できる。以上により、水素センサ１２により検出される水素濃度に基づいて、換気ファン６及び換気フィルタ７を含む換気ユニット６０が異常であると判断できる。
ＣＰＵ２２は、換気ユニット６０が異常であると判断した場合、報知部２１によって異常報知を行うとともに、速やかに燃料電池システム１を停止させる。ただし異常モードＡは、換気が不十分であり希釈室８内にアノードオフガスが滞留している状態であるので、換気ファン６は継続して動作させることが好ましい。
＜異常モードＢ＞
図１５は、第２実施形態の異常検知処理における異常モードＢを示すタイムチャートである。図１５には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。まず、水素パージ工程が開始されると、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。しかしながら、開閉弁１０が開放されてから第１反応時間が経過しても、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出しない。この場合、水素センサ１２が異常であると判断できる。
図１５は、第２実施形態の異常検知処理における異常モードＢを示すタイムチャートである。図１５には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。まず、水素パージ工程が開始されると、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０にＯＮ信号を送信し、開閉弁１０を開放する。開閉弁１０が開放されることにより、希釈室８内にアノードオフガスが排出され、希釈室８内の水素濃度が上昇する。しかしながら、開閉弁１０が開放されてから第１反応時間が経過しても、水素センサ１２が閾値Ｂ以上の水素濃度を検出しない。この場合、水素センサ１２が異常であると判断できる。
ＣＰＵ２２は、水素センサ１２が異常であると判断した場合、報知部２１によって異常報知を行うとともに、速やかに燃料電池システム１を停止させる。
＜ファン劣化モード＞
図１６は、第２実施形態の異常検知処理におけるファン劣化モードを示すタイムチャートである。図１６には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。ファン劣化モードは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
図１６は、第２実施形態の異常検知処理におけるファン劣化モードを示すタイムチャートである。図１６には、水素センサに検出される水素濃度の推移と、開閉弁１０のＯＮ信号及びＯＦＦ信号の指令に係る推移とが示されている。ファン劣化モードは、水素パージ工程開始から開閉弁１０が閉止されるまでは正常動作と同様であるので説明は省略する。
開閉弁１０が閉止されることによりアノードオフガス排出が止まる。しかしながら開閉弁１０が閉止されてから第２反応時間が経過した時点で、水素センサ１２により検出される水素濃度の値は、閾値Ｂ以下であるが、正常動作時よりも高く、閾値Ｅ以上である。このため、直ちに燃料電池システム１を停止させるほどではないが、換気量が低下している状態であると想定される。以上により、水素センサ１２により検出される水素濃度に基づいて、換気ファン６及び換気フィルタ７を含む換気ユニット６０が劣化していると判断できる。この場合、ＣＰＵ２２は、報知部２１により風量低下アラームを報知し、使用者に対して換気ファン６または換気フィルタ７の交換、清掃等を促すことが望ましい。また、ＣＰＵ２２は、第２反応時間経過後に水素センサ１２により検出される水素濃度に応じて、次回の換気フィルタ７の交換時期を推定し、報知部２１により次回交換時期を報知する構成であってもよい。
第２実施形態においても、第１実施形態と同様の効果を得る。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２により検出される水素濃度の値を基に、水素センサ１２及び換気ユニット６０に異常が発生しているか否かを判断できる。このため、換気ファン６及び換気フィルタ７の異常の有無を判断する専用センサを設ける必要がなく、簡易な構成となり、コストダウンできる。
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について図１７を参照して説明する。第３実施形態では、制御部２０の構成が第１実施形態とは異なる。尚、制御部２０の構成を除く燃料電池システム１の構成及び動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
次に、本発明の第３実施形態について図１７を参照して説明する。第３実施形態では、制御部２０の構成が第１実施形態とは異なる。尚、制御部２０の構成を除く燃料電池システム１の構成及び動作については、上述の第１実施形態と同様なので、詳細な説明は省略する。
図１７は第３実施形態の燃料電池システム１が備える制御部２０を示す構成図である。第３実施形態に係る制御部２０は、ＲＯＭ２３に代えて、バスを介してＣＰＵ２２に接続されている記憶部２０１を備える。記憶部２０１は、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の不揮発性メモリを備え、燃料電池システム１の運転プログラム２６を記憶している。また、異常検知プログラム２７は、可搬型の記録媒体２０２に記録されており、記録媒体２０２を介して制御部２０に提供することが可能であるように構成されている。
制御部２０は、記録媒体読み取り装置(図示略)を備え、該記録媒体読み取り装置に記録媒体２０２が挿入された場合、記録媒体２０２から異常検知プログラム２７を読み出し、記憶部２０１にインストールする。インストールされた異常検知プログラム２７はＲＡＭ１３にロードして実行される。これにより、第３実施形態に係る燃料電池システム１は、第１実施形態と同様の動作を行う。
記録媒体２０２は、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ及びカセットテープ等のテープ類、フレキシブルディスク及びハードディスク等の磁気ディスク類並びにＩＣカード（メモリーカードを含む）／光カード等のカード類等である。
なお、制御部２０は、制御部２０と通信可能なコンピュータ又は制御部２０に通信ネットワークを介して接続されたサーバコンピュータ等から本実施形態における異常検知プログラム２７を取得し、記憶部２０１に記憶させることにしてもよい。
また、本第３実施形態と同様の構成で、第２実施形態と同様の動作を行うこととしてもよい。
また、本第３実施形態と同様の構成で、第２実施形態と同様の動作を行うこととしてもよい。
［本発明と実施形態との構成の対応関係］
本実施形態の水素センサＯＮ時間は、本発明の濃度検出時間の一例である。本実施形態の閾値Ｃは、本発明の時間閾値の一例である。本実施形態の閾値Ａは、本発明の第２濃度閾値である。本実施形態の閾値Ｂは、本発明の第１濃度閾値である。
本実施形態の水素センサＯＮ時間は、本発明の濃度検出時間の一例である。本実施形態の閾値Ｃは、本発明の時間閾値の一例である。本実施形態の閾値Ａは、本発明の第２濃度閾値である。本実施形態の閾値Ｂは、本発明の第１濃度閾値である。
［変形例］
第１実施形態においては、水素センサ１２は、検出した水素濃度に応じた検出信号をＣＰＵ２２に送信するのに対し、第１実施形態の変形例においては、水素センサ１２は検出した水素濃度の値をＣＰＵ２２に送信するように構成されていてもよい。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２から送信される水素濃度の値を基に、異常判断を行うようにしてもよい。
第１実施形態においては、水素センサ１２は、検出した水素濃度に応じた検出信号をＣＰＵ２２に送信するのに対し、第１実施形態の変形例においては、水素センサ１２は検出した水素濃度の値をＣＰＵ２２に送信するように構成されていてもよい。ＣＰＵ２２は、水素センサ１２から送信される水素濃度の値を基に、異常判断を行うようにしてもよい。
また、第２実施形態においては、ＣＰＵ２２は、開閉弁１０を開放してから第１反応時間経過した時点における水素濃度と、開閉弁１０を閉止してから第２反応時間経過した時点における水素濃度とを基に水素センサ１２及び換気ユニット６０の異常を検知するのに対し、第２実施形態の変形例においては、ＣＰＵ２２は、異常検知処理を実行する間に水素センサ１２により検出される水素濃度の最大値に基づいて異常を検知するように構成されていてもよい。水素センサ１２により検出される水素濃度の最大値が大きいほど、換気ユニット６０が劣化していると判断できる。
本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する異常検知処理を実行するように構成されており、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明においては、水素センサにより検出される水素濃度、または水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記制御部は、前記異常検知処理において、前記濃度検出時間を計測する計時処理を実行するように構成され、前記制御部は、前記計時処理において計測した時間が時間閾値以上である場合、前記換気ユニットの異常と判断することを特徴とする。
本発明においては、濃度検出時間が時間閾値以上である場合は、換気ユニットの異常と判断できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記制御部は、前記異常検知処理において、前記開閉弁が開放されたときから所定時間が経過するまでの間に、前記水素センサが前記第１濃度閾値以上であることを検出しない場合、前記水素センサの異常と判断することを特徴とする。
本発明においては、所定時間の間に水素センサが第１濃度閾値以上の水素濃度を検出しない場合は、水素センサの異常と判断できる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記制御部は、前記異常検知処理において、前記水素濃度が前記第１濃度閾値以上となったときから前記第１濃度閾値未満となるまでの時間が前記時間閾値未満である場合、前記水素センサ及び前記換気ユニットは正常であると判断することを特徴とする。
本発明においては、水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間が時間閾値未満である場合に、水素センサ及び換気ユニットが正常であると判断できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記換気ユニットは換気フィルタを更に含み、前記制御部は、前記換気ファンの回転数に対応した回転信号を 取得する取得処理を実行するように構成され、前記制御部が前記異常検知処理において前記換気ユニットの異常であると判断するときに、前記取得処理により取得される前記回転信号に対応した回転数が所定の範囲内である場合、前記制御部は、前記換気ユニットの異常のうちの前記換気フィルタの異常であると判断することを特徴とする。
本発明においては、換気ファンの回転数に基づき、換気ユニットの異常のうち、換気フィルタの異常であると判断できる。このため、換気フィルタの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記制御部は、前記水素センサにより検出される前記水素濃度が前記第１濃度閾値以上である場合に前記筐体内で水素が漏洩していると判断する判断処理と、前記異常検知処理を実行している間は前記判断処理を実行することを禁止し、前記異常検知処理を実行していないときは前記判断処理を実行することを許容する、判断制御処理とを実行することを特徴とする。
本発明においては、異常検知処理を実行している間に誤って水素漏洩と判断することを防ぎ、異常検知処理を実行していない時には、水素漏洩を検知できる。
本発明に係る燃料電池システムは、上述の燃料電池システムであって、更に、前記水素センサは、検出される水素濃度が前記第１濃度閾値以上である場合に前記制御部に第１の信号を送信し、検出される水素濃度が前記第１濃度閾値よりも大きい第２濃度閾値以上である場合に前記制御部に第２の信号を送信し、前記制御部は、前記水素センサから前記第２の信号を受信した場合に、前記筐体内で水素が漏洩していると判断することを特徴とする。
本発明においては、水素センサにより検出される水素濃度に基づき、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知すると同時に、水素漏洩の異常を検知することができる。このため、水素漏洩を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係る異常検知方法は、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備える燃料電池システムの異常検知方法であって、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断し、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明においては、水素センサにより検出される水素濃度、または水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
本発明に係るコンピュータプログラムは、燃料電池本体と、前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、を備える燃料電池システムを制御するコンピュータに、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する処理を実行させ、前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間であることを特徴とする。
本発明においては、水素センサにより検出される水素濃度、または水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、水素センサ及び換気ユニットの異常を検知できる。このため、換気ユニットの異常を検知するための専用センサを省略することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示し、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことを意図している。即ち、本発明の技術的範囲は、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせた実施形態も含む。
１ 燃料電池システム
２ 筐体
３ 燃料電池本体
４ 換気入口
５ 換気出口
６ 換気ファン
７ 換気フィルタ
８ 希釈室
９ アノードオフガス配管
１０ 開閉弁
１１ アノードオフガス出口
１２ 水素センサ
２０ 制御部
２２ ＣＰＵ
２７ 異常検知プログラム
６０ 換気ユニット
２ 筐体
３ 燃料電池本体
４ 換気入口
５ 換気出口
６ 換気ファン
７ 換気フィルタ
８ 希釈室
９ アノードオフガス配管
１０ 開閉弁
１１ アノードオフガス出口
１２ 水素センサ
２０ 制御部
２２ ＣＰＵ
２７ 異常検知プログラム
６０ 換気ユニット
Claims (9)
- 燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、
前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、
前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、
前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、
前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する異常検知処理を実行するように構成されており、
前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間である
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記異常検知処理において、前記濃度検出時間を計測する計時処理を実行するように構成され、
前記制御部は、前記計時処理において計測した時間が時間閾値以上である場合、前記換気ユニットの異常と判断することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、前記異常検知処理において、前記開閉弁が開放されたときから所定時間が経過するまでの間に、前記水素センサが前記第１濃度閾値以上であることを検出しない場合、前記水素センサの異常と判断することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
- 前記制御部は、前記異常検知処理において、前記水素濃度が前記第１濃度閾値以上となったときから前記第１濃度閾値未満となるまでの時間が前記時間閾値未満である場合、前記水素センサ及び前記換気ユニットは正常であると判断することを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。
- 前記換気ユニットは換気フィルタを更に含み、
前記制御部は、
前記換気ファンの回転数に対応した回転信号を取得する取得処理を実行するように構成され、
前記制御部が前記異常検知処理において前記換気ユニットの異常であると判断するときに、前記取得処理により取得される前記回転信号に対応した回転数が所定の範囲内である場合、前記制御部は、前記換気ユニットの異常のうちの前記換気フィルタの異常であると判断する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 前記制御部は、
前記水素センサにより検出される前記水素濃度が前記第１濃度閾値以上である場合に前記筐体内で水素が漏洩していると判断する判断処理と、
前記異常検知処理を実行している間は前記判断処理を実行することを禁止し、前記異常検知処理を実行していないときは前記判断処理を実行することを許容する、判断制御処理と
を実行することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 前記水素センサは、
検出される水素濃度が前記第１濃度閾値以上である場合に前記制御部に第１の信号を送信し、
検出される水素濃度が前記第１濃度閾値よりも大きい第２濃度閾値以上である場合に前記制御部に第２の信号を送信し、
前記制御部は、前記水素センサから前記第２の信号を受信した場合に、前記筐体内で水素が漏洩していると判断することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 - 燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、
前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、
前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、
前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、
前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、
を備える燃料電池システムの異常検知方法であって、
前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断し、
前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間である
ことを特徴とする燃料電池システムの異常検知方法。 - 燃料電池本体と、
前記燃料電池本体を収納し、換気出口を有する筐体と、
前記燃料電池本体から排出されるアノードオフガスを前記換気出口に向けて送出し、アノードオフガス出口を有するアノードオフガス配管と、
前記アノードオフガス配管を開閉する開閉弁と、
前記開閉弁が開放されることにより前記アノードオフガス配管により送出されるアノードオフガスを前記換気出口から前記筐体の外部へ排出する換気ユニットであって、少なくとも換気ファンを含む換気ユニットと、
前記アノードオフガス出口と前記換気出口との間に配置され、前記筐体内の水素濃度を検出する水素センサと、
前記開閉弁と、前記換気ファンとを制御する制御部と、
を備える燃料電池システムを制御するコンピュータに、
前記開閉弁が開放される際に、前記水素濃度、または前記水素センサからの検出信号によって定められる濃度検出時間に基づき、前記水素センサに異常が発生しているか否かを判断すると共に、前記換気ユニットに異常が発生しているか否かを判断する処理を実行させ、
前記濃度検出時間は、前記水素濃度が第１濃度閾値以上である時間である
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
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