JP3846354B2 - 燃料電池システムのガス漏れ検知方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムのガス漏れ検知方法及び装置に関し、詳しくは、燃料ガスの漏れを燃料電池システム内部で検知する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池システムにおいて、水素含有燃料ガスの漏れを検知する方法として、特開平１１−２２４６８１号公報や特開平８−３２９９６５号公報に開示される方法があった。
前記特開平１１−２２４６８１号公報に開示される方法は、燃料電池の出力電流値に基づいて、燃料電池における燃料ガスの使用量を算出し、この燃料ガス使用量から燃料ガスボンベ内の燃料ガス圧力を算出して、この算出圧力と実際に圧力センサで検出した圧力値とを比較することにより、燃料ガスの漏洩を判断するものである。
【０００３】
また、特開平８−３２９９６５号公報に開示される方法は、燃料電池の上流部と下流部に各々弁を設けて、発電運転前に前記弁を閉じることで燃料ガスを封入し、その圧力変化を圧力検知手段で検知して、封入圧力の低下に基づいて燃料ガスの漏洩を検知するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１１−２２４６８１号公報に開示される方法では、パージ制御による燃料ガスの消費を、漏れとして誤検出する可能性があるという問題があった。
燃料電池システムでは、燃料電池に供給される加湿水素含有燃料ガスに含まれる水蒸気が燃料極の周りで水となり、水が排出経路に充満するほどになると燃料電池の出力低下に至るフラッディング現象が生じる。
【０００５】
上記フラッディング現象の対策として、例えば燃料電池の出力低下に基づいて水の充満を判断すると、燃料ガスを用いて水をパージさせるようにしている。
ここで、パージのために使われた燃料ガスは燃料電池の出力にはほとんど寄与しないので、パージのために使われた燃料ガスが漏れ分として算出されることになり、漏れを高精度に検出させようとすると、パージ実行時に漏れの発生が誤検出されるという問題が生じることになる。
【０００６】
また、特開平８−３２９９６５号公報に開示される方法は、圧力計の値を監視することで燃料ガス漏れの有無を判断できるため低廉な検知方法ではあるが、始動前に漏れを検出する方法であるため、運転開始後の漏れ発生は、再度始動されるまでの間検出されないという欠点があった。
特に車両用の燃料電池システムでは、走行に伴って生じる機械的な振動や衝撃の入力、更には、熱的な変化を大きく受けて熱変形するなど、漏れが生じる可能性は圧倒的に走行中に多い。
【０００７】
従って、従来例のように始動前でしか検出できない漏れ検出方法では、車両用の燃料電池システムに対して必要な検出性能を確保できないという問題が生じることになる。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料ガスの漏れを運転中でも検出でき、然も低廉な、燃料電池システムのガス漏れ検知方法及び装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１，４記載の発明に係る検知方法及び装置では、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに燃料電池の出力電流を遮断し、このときの燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間における圧力状態に基づいて、前記閉空間における燃料ガス漏れを検知する構成とした。
【０００９】
上記構成によると、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さく、燃料電池の発電を止めることができる状態になると、燃料電池の出力電流を遮断することで燃料電池の発電を止める。
発電を止めると、燃料電池で燃料ガスが消費されない状態になり、燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間における圧力状態が、漏れのみに影響されるようになるから、圧力状態から燃料ガス漏れの有無を検知する。
【００１０】
請求項２，５記載の発明に係る検知方法及び装置では、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに燃料電池の出力電流を遮断すると共に、前記閉空間への燃料供給源からの燃料ガスの供給を強制的に遮断し、このときの閉空間における圧力降下速度に基づいて燃料ガス漏れを検知する構成とした。
上記構成によると、燃料供給源からの燃料ガスの供給が遮断される閉空間では、漏れによって燃料ガスが外部に流出すると、閉空間内の圧力が、漏れがないときに比べて急激に低下することになるから、圧力降下速度が漏れの発生を示す程度に大きいか否かに基づいて漏れの発生を検知する。
【００１１】
請求項３，９記載の発明に係る検知方法及び装置では、前記閉空間内の圧力損失部の前後差圧を検出し、この前後差圧に基づいて燃料ガス漏れを検知する構成とした。
上記構成によると、閉空間からの漏れが発生すると、閉空間内に燃料ガスの流れが発生し、該流れによって圧力損失部の前後に差圧が生じることになるので、圧力損失部の前後差圧に基づいて燃料ガスの流れの発生を検知し、以って、燃料ガス漏れの有無を検知する。
【００１２】
請求項６記載の発明に係る検知装置では、前記閉空間内の圧力降下速度に基づいて燃料ガス漏れを検知する構成において、出力電流の遮断によって漏れの検知を行わせるときに、燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間を複数の閉空間に遮断し、かつ、該複数の閉空間それぞれの圧力を検出するよう構成し、前記複数の閉空間毎の圧力降下速度に基づいて、燃料ガス漏れの有無及び燃料ガス漏れの発生箇所を判断する構成とした。
【００１３】
上記構成によると、燃料供給源からの燃料ガスの供給が遮断される閉空間を、複数に遮断し、該複数の閉空間毎に圧力を検出させることで、燃料ガス漏れの発生箇所を、前記複数の閉空間のいずれかに特定する。
請求項７記載の発明に係る検知装置では、前記閉空間内の圧力降下速度に基づいて燃料ガス漏れを検知する構成において、前記閉空間内の圧力損失部の間における圧力を複数箇所でそれぞれに検出し、それぞれの検出部位における圧力降下速度に基づいて、燃料ガス漏れの有無及び燃料ガス漏れの発生箇所を判断する構成とした。
【００１４】
上記構成によると、圧力損失部を境界とする擬似的な閉空間を複数設定し、該擬似閉空間毎の圧力降下速度から、燃料ガス漏れの発生箇所を、前記擬似閉空間のいずれかに特定する。
請求項８記載の発明に係る検知装置では、請求項７の構成において、それぞれの検出部位における圧力降下速度のうちの最も大きな圧力降下速度が閾値よりも大きいときに、最も大きな降下速度を示した検出部位での燃料ガス漏れの発生を判断する構成とした。
【００１５】
上記構成によると、一箇所での燃料ガス漏れが圧力損失部を介して他の検出圧力に影響を与えることになるが、燃料ガス漏れの発生箇所での圧力降下が最も大きくなるから、最も大きな降下速度を示した検出部位を燃料ガス漏れの発生箇所として特定する。
請求項１０記載の発明に係る検知装置では、前記閉空間内の圧力損失部の前後差圧に基づいて燃料ガス漏れを検知する構成において、前記閉空間内における複数の圧力損失部の前後差圧をそれぞれに検出し、前記前後差圧が閾値よりも大きいときに燃料ガス漏れの発生を判断すると共に、隣接する検出部それぞれでの差圧の方向に基づいて燃料ガス漏れの発生箇所を判断する構成とした。
【００１６】
上記構成によると、圧力損失部の前後差圧の方向から、燃料ガスの流れ方向を特定でき、これに基づいて燃料ガス漏れの発生箇所を特定する。
請求項１１記載の発明に係る検知装置では、燃料ガス漏れの有無を判断させるときに、パージ手段による循環系からのパージを強制的に遮断して前記閉空間を形成させる構成とした。
【００１７】
上記構成によると、燃料ガス循環供給系を閉空間として漏れ検出を行わせることができるように、パージを強制的に遮断する。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１，４記載の発明によると、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに燃料電池の出力電流を遮断して、燃料ガスが消費されない閉空間を形成させるから、例えば、車両用燃料電池システムでは、減速エネルギーの回生が行われるときなど、燃料電池の出力電流が小さい、或いは、出力電流の必要がないときに、燃料漏れの検知を行わせることができ、運転途中に比較的低廉な圧力計によって燃料ガス漏れの検知が行えるという効果がある。
【００１９】
請求項２，５記載の発明によると、燃料供給源からの燃料ガスの供給が遮断される閉空間内の圧力降下に基づいて漏れの検知を行わせるから、簡便な構成で運転途中に燃料ガス漏れの検知が行えるという効果がある。
請求項３，９記載の発明によると、閉空間内の圧力損失部の前後差圧に基づいて、燃料ガス漏れによって生じる燃料ガスの流れを検出させるので、閉空間内の絶対圧に影響されることなく、然も、高精度に燃料ガス漏れの発生を検知することができるという効果がある。
【００２０】
請求項６記載の発明によると、複数に遮断される閉空間毎の圧力降下に基づいて、燃料ガス漏れの発生箇所を、精度良く特定することができるという効果がある。
請求項７記載の発明によると、燃料ガス循環供給系を、弁などを用いて複数に区分することなしに、燃料ガス漏れの発生箇所を特定することができ、漏れ箇所の特定を簡便な構成で行わせることができるという効果がある。
【００２１】
請求項８記載の発明によると、燃料ガス漏れの影響が、圧力損失部を介して他の圧力検出部位に影響を与えても、燃料ガス漏れの発生箇所を圧力降下速度から精度良く特定することができるという効果がある。
請求項１０記載の発明によると、圧力損失部の前後差圧から、燃料ガス漏れに伴う燃料ガスの流れ方向を特定して、燃料ガス漏れの発生箇所を精度良く特定することができるという効果がある。
【００２２】
請求項１１記載の発明によると、燃料ガス漏れの検出に必要な閉空間を、確実に形成させて、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに確実に燃料ガス漏れの検知を行わせることができるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、第１の実施形態における車両用燃料電池システムを示す図である。
この図１において、水素ガス供給源１（燃料供給源）からの燃料ガスは、燃料ガス供給ライン２，減圧調整弁３，燃料ガス供給ライン４，エジェクタ５，燃料ガス供給ライン６を介して、燃料電池１０の燃料極（図示省略）に導入され、燃料電池１０にて消費されなかった燃料ガスは、燃料ガス排出ライン１１及び燃料ガス循環ライン１２を介し、前記エジェクタ５によって燃料ガス供給ライン６に還流される。
【００２４】
上記燃料ガス供給ライン２，減圧調整弁３（供給源遮断手段），燃料ガス供給ライン４，エジェクタ５，燃料ガス供給ライン６，燃料ガス排出ライン１１及び燃料ガス循環ライン１２によって、燃料ガス循環供給系が構成される。
前記燃料ガス排出ライン１１には、パージ弁１３が介装されるパージライン１４が接続されている。
【００２５】
上記パージ弁１３及びパージライン１４によってパージ手段が構成される。
前記パージ弁１３は、燃料ガス排出ライン１１に溜まった水を燃料ガスと共に排出させるときに開制御される。
一方、燃料電池１０の空気極（図示省略）には、酸化ガス供給源２０からの酸化ガス（空気）がガス供給ライン２１を介して供給され、燃料電池１０にて消費されなかった酸化ガスは、排出ライン２２を介して排出される。
【００２６】
また、前記燃料電池１０の出力電流ｉを出力する出力配線３２には、出力電流ｉを検出する電流計３１、及び、前記出力電流ｉを遮断する出力電流遮断器３０（出力電流遮断手段）が介装される。
更に、前記燃料ガス供給ライン６内の圧力を検出する圧力計７（圧力状態検出手段，圧力検出手段）が設けられている。
【００２７】
前記電流計３１及び圧力計７の検出出力が入力される信号処理装置４０は、前記パージ弁１３及び出力電流遮断器３０の開閉動作を制御すると共に、減圧調整弁３を強制的に遮断させる機能を有している。
上記構成において、水素ガス供給源１から燃料ガス流量Ｑ０が供給され、エジェクタ５で還流ガス流量Ｑ２を加えた流量Ｑ１（＝Ｑ０＋Ｑ２）が燃料電池１０の燃料極に導かれる。
【００２８】
燃料電池１０では、出力電流ｉに見合ったΔＱの流量が消費され、残った燃料ガスＱ２が循環し、燃料ガス供給ライン６に還流されるようになっている。
即ち、燃料電池１０の燃料極に供給される燃料ガス流量は、
ΔＱ＝Ｑ１−Ｑ２＝Ｑ０
の関係があり、前記減圧調整弁３は、燃料電池１０における消費燃料量（燃料ガス循環供給ラインの圧力低下）に見合った燃料ガスを供給する。
【００２９】
ここで、車両で要求される電気負荷、即ち、出力電流ｉは、非常に大きく変動し得る値であり、例えば車両制動時（減速時）に、車両慣性エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制動装置を備える場合には、電気エネルギーが回生制動によって供給され得るために、燃料電池１０からの出力電流ｉが不要、或いは、極めて小さな値になり、このとき減圧調整弁３は燃料ガスの流れを遮断するか供給量Ｑ０を微小に絞ることになる。
【００３０】
そして、回生制動が終了すれば出力電流をゼロ（又は微小値）にする条件が解除されるため、車両電気負荷に対応する要求電流ｉに見合った燃料ガス消費流量が再現されて、燃料供給流量Ｑ０も流れ出すようになる。
このように、車両用の燃料電池システムにおいては、常時燃料電池１０の発電が要求されるものではなく、燃料電池１０の発電を停止させることができる状態が運転中に発生する。
【００３１】
燃料電池１０の発電が停止される状態では、燃料ガスが燃料電池１０で消費されないから、パージ弁１３が閉じていて閉空間を形成する状態であれば、燃料ガスが閉空間内に閉じ込められることになって大きな圧力変化は発生しない。
ここで、水素ガス供給源１からの燃料ガスの供給が遮断されていれば、閉空間からの燃料ガスの漏れが発生したときに、前記閉空間の圧力が降下することになり、係る圧力降下に基づいて燃料ガス漏れの発生を推定することができる。
【００３２】
そこで、前記信号処理装置４０は、図２のフローチャートに示すような手順によって燃料ガス漏れの有無を検知する。
尚、前記信号処理装置４０は、図２のフローチャートに示すように、電気負荷判別手段，遮断制御手段，燃料ガス漏れ判断手段，パージ遮断手段としての機能を備えている。
【００３３】
まず、ステップＳ１では、出力電流ｉ（電気負荷）が閾値ｉ０よりも小さいか否かを判別する。
そして、出力電流ｉ（電気負荷）が閾値ｉ０よりも小さいときには、ステップＳ２へ進み、パージ弁１３を強制的に閉状態に保持し、次のステップＳ３では、減圧調整弁３を強制的に閉状態に保持させるようにする。
【００３４】
尚、減圧調整弁３の上流側又は下流側に遮断弁を設けて、水素ガス供給源１からの燃料ガスの供給を強制的に遮断させる構成としても良い。
更に、ステップＳ４では、前記出力電流遮断器３０によって出力電流ｉの出力を遮断し、燃料電池１０の発電（燃料ガスの消費）を止める。
上記処理によって、水素ガス供給源１からの燃料ガスの供給が遮断される燃料電池１０を含む閉空間が機械的に形成される一方、燃料電池１０における燃料ガスの消費が０になり、前記閉空間からの燃料ガスの漏れがない場合には、前記圧力計７で検出される圧力が大きな変化を示すことはない。
【００３５】
ステップＳ５では、前記閉空間内における圧力降下速度を示す、前記圧力計７による検出圧力Ｐの単位時間Δｔ当たりの変化量ΔＰ／Δｔを演算する。
尚、前記変化量ΔＰ／Δｔは、圧力Ｐの減少変化に対してプラスの値に算出されるものとする。
そして、ステップＳ６では、前記変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａよりも大きいか否かを判別する。
【００３６】
前記変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａを超え、圧力Ｐの減少速度が基準値を超えていると判断されるときには、閉空間からの燃料ガスの漏れによって所定以上の速度で圧力降下しているものと判断し、ステップＳ７へ進んで、漏れ検知信号の出力及び漏れ検知表示出力を行う。
前記漏れ検知表示出力は、例えば車両の運転席付近に設けた警告灯の点灯などを行う制御信号である。
【００３７】
上記実施形態による燃料ガス漏れ検知では、運転中に出力電流ｉ（電気負荷）が閾値ｉ０よりも小さくなる毎（例えば減速運転毎）に、燃料ガス漏れの有無を判断させることができるため、燃料ガス漏れの発生を応答良く検知できると共に、比較的低廉な圧力計７を用いるため、低コストで漏れ検知装置を構成できる。ところで、上記実施形態では、減圧調整弁３，燃料ガス供給ライン４，エジェクタ５，燃料ガス供給ライン６，燃料電池１０，燃料ガス排出ライン１１及び燃料ガス循環ライン１２を含んでなる燃料ガス循環供給系の閉空間に対して、１つの圧力計７を設ける構成であるため、閉空間のいずれかで燃料ガス漏れが発生していることを検知できるものの、漏れ発生箇所を限定することができない。
【００３８】
そこで、図３に示す第２の実施形態に示すように、燃料ガス循環供給系の閉空間を、更に２つの閉空間に分割遮断する遮断弁８，１５（閉空間分割手段）を設けると共に、該遮断弁８，１５で遮断される閉空間毎に圧力計７，９を設けるようにして、いずれの圧力検出値が、所定以上の圧力降下速度を示すかによって、燃料ガス漏れの箇所を前記２つの閉空間のいずれかに特定することができる。
【００３９】
具体的には、燃料ガス供給ライン６の途中に第１遮断弁８を介装し、かつ、燃料ガス排出ライン１１の途中に第２遮断弁１５を介装する一方、第１遮断弁８とエジェクタ５との間の燃料ガス供給ライン６内の圧力を検出するように圧力計７を設け、第２遮断弁１５と燃料電池１０との間の燃料ガス排出ライン１１内の圧力を検出するように圧力計９を設けてある。
【００４０】
そして、第２の実施形態では、図４のフローチャートに示すようにして漏れ検知を行う。
図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１１〜ステップＳ１３では、前記ステップＳ１〜ステップＳ３と同様に、燃料電池１０の出力電流ｉが閾値ｉ０よりも小さいことを条件に、パージ弁１３及び減圧調整弁３を強制的に閉状態に保持する処理を行う。
【００４１】
更に、次のステップＳ１４で前記遮断弁８，１５を閉じることで、燃料ガス循環供給系の閉空間を２つに分割遮断する。
そして、ステップＳ１５では、前記出力電流遮断器３０によって出力電流ｉの出力を遮断し、燃料電池１０の発電（燃料ガスの消費）を止める。
上記処理により、燃料ガスの漏れがない場合には圧力が急激な低下を示すことのない２つの閉空間が形成される。
【００４２】
ステップＳ１６では、圧力計７の検出圧力Ｐ１に基づいて、変化量ΔＰ１／Δｔ（圧力低下速度）を演算し、ステップＳ１７では、圧力計９の検出圧力Ｐ２に基づいて、変化量ΔＰ２／Δｔ（圧力低下速度）を演算する。
ステップＳ１８では、ステップＳ１６，１７で算出した変化量ΔＰ１／Δｔ，ΔＰ２／Δｔのうちの大きい方（降下速度が速い方）を選択し、ステップＳ１９では、ステップＳ１８で選択した変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａよりも大きいか否かを判別する。
【００４３】
そして、変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａよりも大きいときには、ステップＳ２０へ進み、漏れ検知信号の出力及び漏れ検知表示出力を行うと共に、ステップＳ２１へ進んで、例えば漏れ発生を検知した圧力計７，９を記憶することで、燃料ガス漏れ発生部位を記憶させる。
漏れ発生箇所を記憶することで、例えば漏れが一時的に発生し、その後漏れ部が塞がって警報が出力されなくなっても、漏れの履歴及び漏れ発生箇所を後から知ることができる。
【００４４】
尚、漏れ発生箇所の記憶は、前記信号処理装置４０内のメモリ等を用いても良いし、個別に設けた記憶装置に記憶させても良い。
本実施形態では、閉空間を遮断弁８，１５によって２つに分割遮断したから、例えば、圧力計７の検出圧力の降下速度が他方よりも大きく、かつ、閾値Ａを超える値を示した場合には、遮断弁１５から燃料ガス循環ライン１２，エジェクタ５を経由して遮断弁８に至る閉空間のいずれかで燃料ガス漏れが発生していることになり、逆に、圧力計９の検出圧力の降下速度が他方よりも大きく、かつ、閾値Ａを超える値を示した場合には、遮断弁８から燃料電池１０，燃料ガス排出ライン１１を経由して遮断弁１５に至る閉空間のいずれかで燃料ガス漏れが発生していることになる。
【００４５】
尚、上記実施形態では、閉空間を２つに分割遮断してそれぞれに圧力計を設けることで、２つの閉空間のいずれか一方に漏れ発生箇所を特定できる構成としたが、分割遮断する閉空間の数を３つ以上とし、それぞれに圧力計を備えるようにすれば、より細かく燃料ガス漏れ箇所を特定することができる。
但し、実用上は燃料ガス供給システムの規模や配管構造等により必要数を決定すれば良い。
【００４６】
また、上記第２実施形態では、遮断弁８，１５によって閉空間を機械的に遮断し、相互に独立した２つの閉空間を形成する構成としたが、燃料ガス循環供給ラインに介装されるエジェクタ５，燃料電池１０は圧力損失部を構成し、燃料漏れの箇所での圧力降下が閉空間の全てに影響するものの、その影響度合いは、前記圧力損失部により制限される。
【００４７】
即ち、燃料ガス供給ライン６での圧力降下速度と、燃料ガス排出ライン１１及び燃料ガス循環ライン１２での圧力降下速度とは、燃料漏れが発生している方の圧力降下速度がより大きくなる。
従って、遮断弁８，１５を設けることなく、燃料ガス漏れの発生箇所を特定することが可能であり、係る構成とした第３の実施形態を以下に示す。
【００４８】
図５は第３の実施形態の燃料電池システムを示すものであり、第１の実施形態を示す図１のシステム構成図に対して、燃料ガス排出ライン１１に圧力計９を追加して、該圧力計９と燃料ガス供給ライン６に設けられる圧力計７とによって、それぞれに圧力を検出する。
そして、前記圧力計７，９を用いた燃料ガス漏れの検知は、図６のフローチャートに示す手順で行われる。
【００４９】
図６のフローチャートにおいて、ステップＳ３１〜ステップＳ３３では、前記ステップＳ１〜ステップＳ３と同様に、燃料電池１０の出力電流ｉが閾値ｉ０よりも小さいことを条件に、パージ弁１３及び減圧調整弁３を強制的に閉状態に保持する処理を行う。
ここで、燃料ガス循環供給系の閉空間に介装されるエジェクタ５，燃料電池１０が圧力損失部となるため、擬似的に、燃料ガス供給ライン６と、燃料ガス排出ライン１１及び燃料ガス循環ライン１２との２つの閉空間に分けられることになる。
【００５０】
ステップＳ３４では、前記出力電流遮断器３０によって出力電流ｉの出力を遮断し、燃料電池１０の発電（燃料ガスの消費）を止める。
上記処理により、燃料ガスの漏れがない場合には圧力が急激な低下を示すことのない２つの閉空間が擬似的に形成される。
ステップＳ３５では、圧力計７の検出圧力Ｐ１に基づいて、変化量ΔＰ１／Δｔ（圧力低下速度）を演算し、ステップＳ３６では、圧力計９の検出圧力Ｐ２に基づいて、変化量ΔＰ２／Δｔ（圧力低下速度）を演算する。
【００５１】
ステップＳ３７では、ステップＳ３５，３６で算出した変化量ΔＰ１／Δｔ，ΔＰ２／Δｔのうちの大きい方（降下速度が速い方）を選択し、ステップＳ３８では、ステップＳ３７で選択した変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａよりも大きいか否かを判別する。
そして、変化量ΔＰ／Δｔが閾値Ａよりも大きいときには、ステップＳ３９へ進み、漏れ検知信号の出力及び漏れ検知表示出力を行うと共に、ステップＳ４０へ進んで、例えば漏れ発生を検知した圧力計７，９を記憶することで、燃料ガス漏れ発生部位を記憶させる。
【００５２】
上記第１〜第３実施形態では、燃料ガスの供給が遮断され、かつ、発電が止められた燃料電池１０を含む燃料ガス循環供給系の閉空間における圧力降下に基づいて、燃料ガスの漏れを検知する構成としたが、燃料ガスの漏れが発生すると、燃料電池１０での燃料の消費がないにも関わらずに、閉空間内に燃料ガスの流れが発生し、エジェクタ５，燃料電池１０，減圧調整弁３などの圧力損失部に前後差圧を生じることになる。
【００５３】
そこで、以下に示す第４の実施形態では、前記前後差圧に基づいて燃料ガス漏れの検知を行う。
図７は第４の実施形態の燃料電池システムを示すものであり、減圧調整弁３前後の燃料ガス供給ライン２と燃料ガス供給ライン４との差圧を検出する第１差圧計１６、エジェクタ５前後の燃料ガス供給ライン４と燃料ガス供給ライン６との差圧を検出する第２差圧計１７、エジェクタ５前後の燃料ガス循環ライン１２と燃料ガス供給ライン６との差圧を検出する第３差圧計１８、燃料電池１０前後の燃料ガス供給ライン６と燃料ガス排出ライン１１との差圧を検出する第４差圧計１９が設けられている。
【００５４】
ここで、各差圧計１６〜１９（圧力状態検出手段，差圧検出手段）の差圧出力値を、ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４とし、かつ、各差圧計１６〜１９の感圧極性は、図７にプラス記号で示す側の圧力が相対的に高いときに、前記差圧出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４としてプラスの値が出力されるものとする。そして、前記差圧計１６〜１９を用いた燃料ガス漏れの検知は、図８のフローチャートに示す手順で行われる。
【００５５】
まず、ステップＳ５１では、出力電流ｉ（電気負荷）が閾値ｉ０よりも小さいか否かを判別する。
そして、出力電流ｉ（電気負荷）が閾値ｉ０よりも小さいときには、ステップＳ５２へ進み、パージ弁１３を強制的に閉状態に保持し、次のステップＳ５３では、前記出力電流遮断器３０によって出力電流ｉの出力を遮断し、燃料電池１０の発電（燃料ガスの消費）を止める。
【００５６】
ステップＳ５４では、各差圧計１６〜１９の出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４を読み込む。
ステップＳ５５では、読み込んだ出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４が、電気信号ノイズ、又は、燃料電池システムの設計値以内の微小圧力変動値より大きいか否かを、各出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４の絶対値と予め定めた閾値Ａとを比較して判定する。
【００５７】
ここで、全ての出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４が閾値Ａ以下であるときには、ステップＳ５６へ進み、全ての差圧計１６〜１９の検出差圧を０と見なし、次のステップＳ５７では、燃料ガス漏れなしの判定を下す。
全ての検出差圧が０の場合は、燃料ガス循環供給ライン４，６，１１，１２における燃料ガスの流れが止まっていることを示し、これは、燃料電池１０の発電を止めたために燃料ガスが消費されないで配管内に留まっている状態と合致することから、燃料ガス漏れは発生していないと判断される。
【００５８】
一方、ステップＳ５５で、出力値ΔＰ１，ΔＰ２，ΔＰ３，ΔＰ４の中で閾値Ａを超えるものがあると判断されると、ステップＳ５８へ進む。
ステップＳ５８では、差圧計１６〜１９の出力値のうちでその絶対値が閾値Ａ以下であるものについては０と見なし、閾値Ａを超えるものについては差圧の方向のみをプラス，マイナスで保存する。
【００５９】
そして、ステップＳ５９では、図９に示すような判定マップと、実際の差圧検出パターンとの比較に基づいて、燃料ガス漏れの発生箇所の特定を行う。
例えば、第１差圧計１６の検出結果がプラスであるのに対し、第２差圧計１７の検出結果が０又はマイナスであるときには、燃料ガス供給ライン４（Ｑ０配管）において燃料ガスが漏れているものと判定する。
【００６０】
即ち、第１差圧計１６の検出結果がプラスであるということは、減圧調整弁３の上流側よりも下流側の圧力が低く、減圧調整弁３において燃料電池１０側に向かう燃料ガスの流れが発生していることになる一方、第２差圧計１７の検出結果が０又はマイナスであるときには、エジェクタ５では流れがないか、燃料ガス供給ライン６側から燃料ガス供給ライン４側に向かう流れが生じていることになり、これは、燃料ガス供給ライン４における燃料ガス漏れの発生を示すことになる。
【００６１】
また、第３差圧計１８及び第４差圧計１９の検出差圧が共にマイナスであった場合には、燃料ガス排出ライン１１，燃料ガス循環ライン１２よりも燃料ガス供給ライン６の圧力が低いことになり、これは、燃料ガス排出ライン１１から燃料電池１０を介して燃料ガス供給ライン６側に流れ込む流れが発生し、同時に、燃料ガス循環ライン１２からエジェクタ５を介して燃料ガス供給ライン６側に流れ込む流れが発生していることになり、これは、燃料ガス供給ライン６（Ｑ１配管）における燃料ガス漏れの発生を示すことになる。
【００６２】
逆に、第３差圧計１８及び第４差圧計１９の検出差圧が共にプラスであった場合には、燃料ガス供給ライン６よりも燃料ガス排出ライン１１，燃料ガス循環ライン１２の圧力が低いことになり、これは、燃料ガス供給ライン６から燃料電池１０を介して燃料ガス排出ライン１１側に流れ込む流れが発生し、同時に、燃料ガス供給ライン６からエジェクタ５を介して燃料ガス循環ライン１２側に流れ込む流れが発生していることになり、これは、燃料ガス排出ライン１１，燃料ガス循環ライン１２（Ｑ２配管）における燃料ガス漏れの発生を示すことになる。
【００６３】
尚、図９中の網掛け表示は、漏れ箇所判定に必要な最小の組み合わせを示し、網掛け部分の組み合わせのみで漏れ箇所を特定することができる。
但し、全ての差圧出力から判定することも可能であり、その際には、図９に記載されない条件が検出された場合、燃料電池システム全体が何らかの不具合を起こしていると判断し、緊急停止など重要な警報を出力するようにしても良い。
【００６４】
ステップＳ５９で漏れ発生箇所の特定を行うと、ステップＳ６０では、判定結果をその後の修理作業等に備えて履歴情報として記憶し、次のステップＳ６１では、運転者に対しては、漏れ発生を警報または表示にて知らせ、安全確保のための操作を促す。
上記のように差圧に基づいて、燃料漏れに伴う燃料ガスの流れの発生を検出する構成であれば、配管内の絶対圧に左右されずに高い検出感度を得ることができ、これによって微少な燃料ガス漏れの検知を行え、またコストも安くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における燃料電池システムのブロック図。
【図２】第１の実施形態における漏れ検知の手順を示すフローチャート。
【図３】第２の実施形態における燃料電池システムのブロック図。
【図４】第２の実施形態における漏れ検知の手順を示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態における燃料電池システムのブロック図。
【図６】第３の実施形態における漏れ検知の手順を示すフローチャート。
【図７】第４の実施形態における燃料電池システムのブロック図。
【図８】第４の実施形態における漏れ検知の手順を示すフローチャート。
【図９】第４の実施形態で漏れ箇所判定に用いる判定マップを示す図。
【符号の説明】
１…水素ガス供給源
２…燃料ガス供給ライン
３…減圧調整弁
４…燃料ガス供給ライン
５…エジェクタ
６…燃料ガス供給ライン
７，９…圧力計
８，１５…遮断弁
１０…燃料電池
１１…燃料ガス排出ライン
１２…燃料ガス循環ライン
１３…パージ弁
１４…パージライン
１６〜１９…差圧計
２０…酸化剤ガス供給源
２１…ガス供給ライン
２２…排出ライン
３０…出力電流遮断器
３１…電流計
３２…出力配線
４０…信号処理装置

Claims (11)

1. 燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに、前記燃料電池の出力電流を遮断し、このときの前記燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間における圧力状態に基づいて、前記閉空間における燃料ガス漏れを検知することを特徴とする燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
2. 前記閉空間への燃料供給源からの燃料ガスの供給を強制的に遮断し、該閉空間における圧力降下速度に基づいて燃料ガス漏れを検知することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
3. 前記閉空間内の圧力損失部の前後差圧に基づいて燃料ガス漏れを検知することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
4. 燃料電池，燃料供給源，燃料ガス循環供給系を含んで構成される燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の出力電流を遮断する出力電流遮断手段と、
   前記燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間内の圧力状態を検出する圧力状態検出手段と、
   前記燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さい状態を判別する電気負荷判別手段と、
   該電気負荷判別手段で燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいと判別されたときに、前記出力電流遮断手段により燃料電池の出力電流を遮断する遮断制御手段と、
   該遮断制御手段により出力電流の遮断が行われているときに、前記圧力状態検出手段で検出される圧力状態に基づいて、前記閉空間からの燃料ガス漏れの有無を判断する燃料ガス漏れ判断手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
5. 燃料電池，燃料供給源，燃料ガス循環供給系を含んで構成される燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の出力電流を遮断する出力電流遮断手段と、
   前記燃料ガス循環供給系への燃料供給源からの燃料ガスの供給を強制的に遮断する供給源遮断手段と、
   前記燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間内における圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さい状態を判別する電気負荷判別手段と、
   該電気負荷判別手段で燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいと判別されたときに、前記出力電流遮断手段により燃料電池の出力電流を遮断すると共に、前記供給源遮断手段により燃料供給源からの燃料ガスの供給を強制的に遮断させる遮断制御手段と、
   該遮断制御手段により出力電流の遮断及び前記燃料供給源からの燃料ガスの供給が強制的に遮断されるときに、前記圧力検出手段で検出される圧力の降下速度に基づいて、前記閉空間からの燃料ガス漏れの有無を判断する燃料ガス漏れ判断手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
6. 前記燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間を複数の閉空間に遮断する閉空間分割手段を備えると共に、前記圧力検出手段が前記複数の閉空間それぞれの圧力を検出するよう構成し、前記燃料ガス漏れ判断手段が、前記複数の閉空間毎の圧力降下速度に基づいて、燃料ガス漏れの有無及び燃料ガス漏れの発生箇所を判断することを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
7. 前記圧力検出手段が、前記閉空間内の圧力損失部の間における圧力を複数箇所でそれぞれに検出し、前記燃料ガス漏れ判断手段が、それぞれの検出部位における圧力降下速度に基づいて、燃料ガス漏れの有無及び燃料ガス漏れの発生箇所を判断することを特徴とする請求項５記載の燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
8. 前記燃料ガス漏れ判断手段が、前記それぞれの検出部位における圧力降下速度のうちの最も大きな圧力降下速度が閾値よりも大きいときに、最も大きな降下速度を示した検出部位での燃料ガス漏れの発生を判断することを特徴とする請求項７記載の燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
9. 燃料電池，燃料供給源，燃料ガス循環供給系を含んで構成される燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池の出力電流を遮断する出力電流遮断手段と、
   前記燃料電池を含む燃料ガス循環供給系の閉空間における少なくとも１つの圧力損失部の前後差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さい状態を判別する電気負荷判別手段と、
   該電気負荷判別手段で燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいと判別されたときに、前記出力電流遮断手段により燃料電池の出力電流を遮断する遮断制御手段と、
   該遮断制御手段により出力電流の遮断が行われているときに、前記差圧検出手段で検出される差圧に基づいて、前記閉空間からの燃料ガス漏れの有無を判断する燃料ガス漏れ判断手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
10. 前記差圧検出手段が、前記閉空間内における複数の圧力損失部の前後差圧をそれぞれに検出し、前記燃料ガス漏れ判断手段が、前記前後差圧が閾値よりも大きいときに、燃料ガス漏れの発生を判断すると共に、隣接する検出部それぞれでの差圧の方向に基づいて燃料ガス漏れの発生箇所を判断することを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムのガス漏れ検知装置。
11. 前記燃料電池システムが、燃料ガス循環供給系の循環系からのパージを制御するパージ手段を含んで構成され、
    前記燃料ガス漏れ判断手段による燃料ガス漏れの判断を行わせるときに、前記パージ手段によるパージを強制的に遮断して前記閉空間を形成させるパージ遮断手段を設けたことを特徴とする請求項４〜１０のいずれか１つに記載の燃料電池システムのガス漏れ検知装置。

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