JP4085793B2 - 流体の漏れの検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を流す配管と、配管の途中に設けられた複数の弁とを有する系において、流体の漏れを検出する検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体の供給に、配管と、配管の途中に設けられた複数の弁とを有する系が利用されている。例えば、燃料電池システムでは、燃料電池に水素や酸素を供給する系が利用されている。配管の途中に設けられた弁は、弁閉することで流体の流れを遮断することができる。
【０００３】
また、かかる系において、流体の漏れを検出する検出装置が実用となっている。例えば、１つの弁の両側の空間に圧力差を設け、その弁を弁閉しつつ両側の空間の圧力変化を調べる方法がある。圧力変化がある場合には、その弁で流体の漏れがあることが認定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１７６４４０
【特許文献２】
特開２００１−１５９３７５
【特許文献３】
特開２００２−２２７７２７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、一度に１つの弁の漏れ検出しかできなかった。したがって、漏れを検出する対象の弁が多数ある場合、流体の漏れを検出する作業は煩雑なものとなっていた。多数の弁について、各々、圧力の調整と圧力変化の検知を繰り返さなくてはならないためである。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、配管及び弁を有する系において、流体の漏れを容易・迅速に検出する技術の確立を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の構成を適用した。
高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する検出装置であって、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する検知部と、
前記第１及び第２の弁の弁閉及び弁開を行わせることにより、前記検査領域内の圧力を所定の基準圧力に、前記第１の弁上流側の圧力を前記基準圧力より大きい所定の圧力に、前記第２の弁下流側の圧力を前記基準圧力より小さい所定の圧力に各々調整する調整部と、
前記検知部によって測定される圧力の変化に基づいて、前記漏れがあると判断する検出部とを備えることを要旨とする。
【０００８】
このようにすることで、２つの弁及び、検査領域内の配管における流体の漏れを一括して検出することができる。
【０００９】
なお、検査領域内の配管における流体の漏れは、例えば配管のひび割れに基づいて生じることがある。また、検出装置は、第１、第２の弁における漏れのみを検出するものとしてもよいし、第１の弁及び配管における漏れのみを検出するものとしてもよい。
【００１０】
流体は、配管を流れる流体であれば種々のものを適用することができる。例えば、プロパンガスや水素、酸素等の気体であってもよいし、ガソリンや石油、上下水その他の水等の液体であってもよい。
【００１１】
また、配管及び弁を有する系は、燃料電池に水素や酸素を供給する系であってもよいし、冷却水を循環させる系であってもよい。また、燃料電池における系に限らず、種々の装置における系であってよい。例えば、燃料や洗浄液、潤滑油を供給する系であってもよい。
【００１２】
検出装置は、３つ以上の弁における漏れを一括して検出するものとしてもよい。例えば、配管上に３つ以上の弁が直列的に設けられた系において、連続するいずれの２つの弁を選んでも、その間の検査領域、上流側、下流側の圧力が上述の関係を保つよう各部位の圧力を設定することによって、３つ以上の弁における漏れの一括検出を実現することができる。
【００１３】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記検査領域内の圧力が、前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、第１の弁における流体の漏れを、第２の弁及び、検査領域内の配管における漏れと一括して検出することができる。例えば、検査領域内の圧力から基準圧力を引いた値が所定量以上となったときに「増大」と判断することができる。また、検査領域内の圧力の増加率が所定値以上のときや、減少率が所定値以下のときに「増大」と判断してもよい。
【００１５】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記検査領域内の圧力が、前記基準圧力よりも低減したときに、前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００１６】
このようにすることで、第２の弁又は検査領域内の配管における流体の漏れを、第１の弁における漏れと一括して検出することができる。例えば、基準圧力から検査領域内の圧力を引いた値が所定量以上となったときに「低減」と判断することができる。また、検査領域内の圧力の低減率が所定値以上のときや、増加率が所定値以下のときに「低減」と判断してもよい。
【００１７】
なお、上述の所定量・所定値は、例えば、第１又は第２の弁で流体の漏れがある場合に、検査領域内の圧力に生じ得る変化量に基づいて設定することができる。
【００１８】
ここで、検査領域内の圧力と第１の弁上流の圧力と第２の弁下流の圧力とを所定の圧力に調整する、調整部の圧力調整の態様については、種々のものを利用することができる。以下で示すものはその一部である。
【００１９】
本発明の検出装置において、
前記調整部は、前記第１、第２の弁が開いた状態から前記第１の弁を閉じた後、前記第２の弁を閉じるものとしてもよい。
【００２０】
このようにすることで、圧力調整を、簡単な構成の装置で行うことができる。第１の弁の弁閉と第２の弁の弁閉とのタイミングをずらせることで、所望の圧力調整を実現させることができる。
【００２１】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記第１の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の弁閉までに、前記検知部によって測定される圧力が所定の圧力よりも大きいときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００２２】
このようにすることで、圧力調整を完了させるまでなく、第１の弁における漏れを迅速に検出することができる。所定の圧力は、第１の弁上流側の圧力と、基準圧力の間で設定可能である。
【００２３】
本発明の検出装置において、
前記調整部は、
前記第２の弁の弁閉の後、前記第１の弁を弁閉させ、
前記第１の弁の弁閉の後、前記弁閉された第２の弁を、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力となるよう開閉させるものとしてもよい。
【００２４】
このようにすることで、第２の弁の下流と検査領域との圧力が、瞬間的に均一化されてしまうような構成の系であっても、圧力調整を実現することができる。かかる系としては、例えば、管路断面積が小さい管の途中に第２の弁が設けられている場合や、検査領域の容積が小さい場合が挙げられる。もっとも、上述の方法による圧力調整は、かかる系に限らず適用可能である。
【００２５】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記第２の弁の弁閉の後であって、前記第２の弁の開閉までに、前記検知部によって測定される圧力が所定の圧力よりも小さいときに、前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００２６】
このようにすることで、圧力調整を完了させるまでなく、第２の弁における漏れを迅速に検出することができる。所定の圧力は、第１の弁上流側の圧力と基準圧力との間で設定可能である。
【００２７】
本発明の検出装置において、
前記系は、前記第２の弁の下流に、前記流体を利用して動作する流体利用機構を備え
前記調整部は、前記流体利用機構を動作させることで、前記第２の弁下流側の圧力を減少させるものとしてもよい。
【００２８】
このようにすることで、圧力調整を容易に実現することができる。また、圧力調整において前記流体が無駄になることを防ぎ得る場合がある。さらに、流体が水素等の環境に好ましくないものである場合、流体利用機構を動作させることで、流体がそのまま大気中に放出されることを防ぐことができる場合がある。
【００２９】
なお、流体利用機構は、例えば、流体を消費し、蓄積し、吸収し、又は放出する種々のものを適用することができる。例えば、燃料電池等の装置であってもよいし、プロパン等のガスを燃焼消費する燃焼装置であってもよいし、流体を蓄積するタンクであってもよいし、例えばMetal Hydride（水素吸蔵合金）のように流体を吸収する液体・気体・固体等であってもよいし、単に流体を大気中等に排出する排出装置であってもよい。
【００３０】
本発明の検出装置において、
前記流体利用機構は燃料電池であり、
前記流体は水素であるものとしてもよい。
【００３１】
本発明の検出装置において、
前記検査領域には、該検査領域へ前記流体を供給する配管たる供給配管が接続し、
該供給配管には、前記検査領域から前記供給配管側への前記流体の逆流を防止する逆止弁が設けられ、
前記漏れの検出に先立って、前記供給配管の前記流体の圧力を低減させる逆流防止部を備えるものとしてもよい。
【００３２】
このようにすることで、圧力調整を実現することができる。また、供給配管からの流体の流入による、検査領域の圧力変動が回避されることで、漏れ検出を精度よく実行することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．構成：
Ｂ．処理：
Ｃ．変形例１：
Ｄ．変形例２：
【００３４】
Ａ．構成：
図１は、燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、発電系１２０と、発電系１２０に対して水素及び酸素の供給・排出を行うパイプ系２００と、発電系１２０及びパイプ系２００を制御する制御装置１１０とからなる。実施例の燃料電池システム１００は、パイプ系２００における水素の漏れを検出する機能を有する。なお、本発明の燃料電池システム１００は、電気自動車に利用することができる。
【００３５】
発電系１２０は、ＦＣスタック１２１と、モータ１２２と、蓄電池１２３とを有する。
ＦＣスタック１２１は、パイプ系２００から水素及び酸素の供給を受け、これらを化学反応させることで発電を行う。ＦＣスタック１２１は、管２０５から水素の供給を受け、管２２１から酸素を含むガスとして空気の供給を受ける。また、管２２２からはカソードオフガスを排出し、管２２０からはアノードオフガスを排出する。ＦＣスタック１２１に供給された水素のうち発電に利用されなかった分は、アノードオフガスに含まれて管２２０から排出される。化学反応により生じる水は、主に管２２２から排出される。
【００３６】
ＦＣスタック１２１により発電された電力は、モータ１２２又は蓄電池１２３に供給される。蓄電池１２３は、ＦＣスタック１２１が発電した電力を一時的に蓄電する。モータ１２２は、ＦＣスタック１２１が発電した電力、又は蓄電池１２３に蓄電された電力によって動力を発生する。
【００３７】
パイプ系２００において、吸気口２０１は、フィルタを有し、大気をパイプ系２００内部に吸気する。吸気された空気はコンプレッサ２０２により圧縮される。圧縮された空気は加湿器２０３により加湿された後にＦＣスタック１２１に供給される。
【００３８】
ＦＣスタック１２１の管２２２より排出される空気は、マフラ２１３を経て大気中に排出される。
【００３９】
水素タンク２４０は高圧水素を蓄積する。蓄積された水素は、管２０７，２０５を介してＦＣスタック１２１に供給される。水素タンク２４０は、元弁２１１を介して管２０７に接続する。また、管２０７，２０５の間には弁２０６が設けられている。弁２１１，２０６は、それぞれ、弁閉することで水素流を遮断することができる。弁２１１，２０６が全て弁開されることで、水素タンク２４０からＦＣスタック１２１に水素が供給される。なお、管２０７には、管２０７内部の水素の圧力を計測可能な圧力計２１０が設けられている。
【００４０】
管２２０より排出される水素は、ポンプ２１３により、逆止弁２１２を介して管２０７に循環再利用される。ここで、逆止弁２１２は、管２０７から管２２３への水素の逆流を防止する機能を奏する。逆止弁２１２は、管２２３と管２０７との内部の圧力差に応じて自動的に弁開・弁閉する。ポンプ２１３が管２２３内部の水素に圧力を加えていない場合、逆止弁２１２は弁閉している。
【００４１】
また、管２２３には弁２１４が接続する。弁２１４が弁開された場合、管２２０より排出される水素は希釈器２１５を経て大気中に排出される。希釈器２１５は、管２２３からの水素に、管２２２より排出される空気を混合・希釈することで、大気中に排出される水素の濃度を低くする効果を奏する。
【００４２】
制御装置１１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータとして構成され、燃料電池システム１００全体の動作を統合制御する機能を有する。図１には、制御装置１１０が実現する機能ブロック構成について併せて示した。図示する各機能ブロックは、制御装置１１０が有するＲＯＭ又はＲＡＭに記憶された制御プログラムによりソフトウェア的に実現される。なお、各機能ブロックの一部又は全部はハードウェア的に実現されるものとしてもよい。
【００４３】
ここで、実施例における燃料電池システム１００が有する制御装置１１０は、図示する各機能ブロックの機能により、弁２０６，２１１における水素の漏れを検出することができる。制御装置１１０は、漏れを検出するため、弁２０６，２１１，２１４その他の弁の弁開・弁閉等を制御する。また、制御装置１１０は、発電系１２０の動作を制御する。なお、以下では、弁２０６及び弁２１１を各々流出弁２０６及び流入弁２１１と呼ぶ。
【００４４】
調整部１１１は、流出弁２０６及び流入弁２１１の弁開・弁閉と、発電系１２０の動作とを制御する。当該制御により調整部１１１は、管２０５，２０７における水素の圧力を所定の状態に調整したうえで、流出弁２０６及び流入弁２１１を弁閉する。調整部１１１が行う圧力調整は、具体的には、管２０７の内部の圧力を水素タンク２４０の内部よりも低く、管２０５の内部の圧力を管２０７の内部の圧力よりもさらに低くする状態への調整である。
【００４５】
具体的には、調整部１１１は、まず、ポンプ２１３を停止するとともに弁２１４を弁開し、管２２３内部の圧力を低下させる。以後の圧力調整過程で逆止弁２１２が開弁することを防ぐためである。この後、ＦＣスタック１２１に管２０５内部の水素を消費させつつ、流出弁２０６及び流入弁２１１を操作して、上記の圧力調整を行う。調整部１１１が行う圧力調整の態様については、後で詳述する。
【００４６】
検知部１１２は、圧力計２１０を利用して、管２０７内部の水素の圧力を検知する。調整部１１１が行う前述の圧力調整は、検知部１１２が計測した管２０７内部の圧力に基づいて行うことが可能である。
【００４７】
検出部１１３は、検知部１１２による圧力検知を利用しつつ、流出弁２０６及び流入弁２１１における水素の漏れを検出する。このとき、調整部１１１の前述の圧力調整を利用する。具体的には、管２０５，２０７内部の圧力を調整部１１１に圧力調整させた状態で、管２０７内部の圧力変化を調べる。管２０７内部の圧力が上昇してゆく場合には流入弁２１１に漏れがあると認定し、管２０７内部の圧力が低下する場合には流出弁２０６に漏れがあると認定する。
【００４８】
Ｂ．処理：
図２は、漏れ検出処理の前半部を示すフローチャートである。図３は、漏れ検出処理の後半部を示すフローチャートである。図４は、漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。図２〜４に示す処理により、検出部１１３は、流出弁２０６及び流入弁２１１における水素の漏れを検出する。なお、実施例で漏れ検出処理は、燃料電池システム１００が本来の動作を停止しているときに行われるものとする。このようにすることで、燃料電池システム１００本来の動作に影響を与えないようにできる。
【００４９】
ステップＳａ０１では検出部１１３の指示に基づいて、調整部１１１が、ポンプ２１３を停止するとともに弁２１４を弁開し、管２２３内部の圧力を低下させる。以後の圧力調整の過程で逆止弁２１２が開弁するのを防ぐためである。
【００５０】
ステップＳａ０２で調整部１１１は、流出弁２０６及び流入弁２１１を弁開させるとともに、発電系１２０に発電を開始させる。管２０５よりＦＣスタック１２１への水素の供給が開始される。図４のタイミングＳｃ１は、ステップＳａ０２の処理を行ったタイミングを示すものである。
【００５１】
なお、前述のように実施例の漏れ検出処理は、燃料電池システム１００が発電を停止しているときに行われるため、ＦＣスタック１２１により発電された電力は、モータ１２２ではなく蓄電池１２３に供給される。蓄電池１２３に供給された電力は、漏れ検出処理を終えた後に、モータ１２２を起動させるために利用することができる。
【００５２】
ステップＳａ０３で調整部１１１は、流入弁２１１を弁閉する。これにより、水素タンク２４０から管２０７への水素の流出が停止するとともに、管２０７，２０５内部の圧力が低下し始める。ステップＳａ０３では、管２０７内部等の圧力が適切な時間で低下するよう水素の消費量を調整するため、ＦＣスタック１２１での発電電力の調整も行う。図４のタイミングＳｃ２は、ステップＳａ０３における処理を行ったタイミングを示すものである。図４のタイミングＳｃ２の場合、発電量を低下させる場合について示した。ただし、かかる場合に限定されることはない。例えば、一定の発電量のままであるものとしてもよいし、発電量を増加させてもよい。
【００５３】
流入弁２１１の弁閉から所定時間経過した後、ステップＳａ０４で流出弁２０６が弁閉される。ここに所定時間は、管２０７内部の圧力が、大気圧よりも十分大きいが、水素タンク２４０内部の圧力よりも十分小さいものとなるだけの時間である。図４のタイミングＳｃ３は、ステップＳａ０４の処理を行ったタイミングを示すものである。
【００５４】
検出部１１３は、流出弁２０６の弁閉と同時に、ステップＳａ０５で、検知部１１２を介して管２０７の圧力を検知する。流入弁２１１で水素の漏れがある場合、タイミングＳｃ２〜Ｓｃ３における管２０７の圧力減少は、漏れがない場合よりも少ないものとなる。漏れがあるために、管２０７内部への水素供給が継続するためである。
【００５５】
ステップＳａ０６では、管２０７内部の圧力が、所定の基準圧力を超えるものであるか否かを調べる。管２０７内部の圧力が基準圧力を超えることが判った場合、発電系１２０での発電を停止する（ステップＳａ１１）とともに、ステップＳｂ３１（図３）で流入弁２１１に漏れがあるものと認定する。なお、ここに基準圧力は、流入弁２１１に漏れがない場合にステップＳａ０５で測定されるべき管２０７内部の圧力の範囲を超えるものが設定されている。
【００５６】
なお、ステップＳａ０５，０６等に基づく漏れの検出は、ステップＳａ０４における流出弁２０６の弁閉以前に行うことも可能である。
【００５７】
ステップＳａ０６で、管２０７内部の圧力が基準圧力を超えないことが判定された場合、ステップＳａ０７で、所定時間ｔの経過を待つ。この間、管２０５内部の圧力が、ＦＣスタック１２１での水素消費により減少する。なお、ここに所定時間ｔは、管２０５内部の圧力が、管２０７内部の圧力より十分小さくなるだけの時間である。例えば、大気圧に十分近づくだけの時間である。
【００５８】
以上の処理により、管２０７の内部の圧力は水素タンク２４０での圧力よりも低く、管２０５の内部の圧力は管２０７の内部の圧力よりもさらに低い状態になり、圧力調整が完了した。ステップＳａ１２では，発電系１２０での発電を停止する。発電を停止したタイミングが図４のタイミングＳｃ４である。
【００５９】
図３のステップＳｂ１では、管２０７内部の圧力変化を検知する。圧力変化の検知は、タイミングＳｃ４から所定時間ｓが経過した後のタイミングＳｃ５に行う。具体的には、タイミングＳｃ４〜Ｓｃ５における管２０７内部の圧力の変化量を検知する。
【００６０】
ステップＳｂ２では、タイミングＳｃ４〜Ｓｃ５における圧力変化量を、所定の基準変化量ｖと比較する。圧力変化量の絶対値が基準変化量ｖ以内であれば、ステップＳｂ３２で、流出弁２０６及び流入弁２１１の両者に漏れがないことを認定する。圧力変化量の絶対値が基準変化量ｖを超える場合、ステップＳｂ３１又はＳｂ３３で、各々、流出弁２０６又は流入弁２１１における漏れが認定される。管２０７内部の圧力が増加して基準変化量ｖを超えた場合には流入弁２１１における漏れを認定し、減少により基準変化量ｖを超えた場合には流出弁２０６における漏れを認定する。
【００６１】
なお、前記の所定時間ｓは、流入弁２１１又は流出弁２０６に漏れがある場合に、管２０７内部の圧力が基準変化量ｖ以上変化するような時間が設定される。
【００６２】
以上説明した燃料電池システム１００によれば、流入弁２１１及び流出弁２０６における水素の漏れを一括して迅速・簡易に検出することができる。また、図２〜３で説明した管２０５，２０７内部の圧力調整方法によれば、所望の圧力調整を、簡単な構成で容易・迅速に実現することができる。さらに、ＦＣスタック１２１に管２０５の水素を消費させるため、水素の無駄発生の防止と、水素がそのまま大気中に放出されることの防止とを実現することができる。
【００６３】
なお、実施例では、管２０５内部の水素は、ＦＣスタック１２１により消費されるものとしたが、かかる場合に限定されることはない。管２０５にはＦＣスタック１２１に代えて水素タンクや、Metal Hydride（水素吸蔵合金）が接続されているものとしてもよい。管２０５内部の水素は、水素タンクやMetal Hydride等に消費・蓄積・吸収等されるものとしてもよい。
【００６４】
また、流体は、水素に限らず、種々のシステムにおける種々の流体について、上述の技術を適用することができる。例えば流体は、プロパンガスや酸素等の気体であってもよいし、ガソリン・石油・洗浄液や、上下水その他の水等の液体であってもよい。
【００６５】
さらに、実施例では、２つの弁における漏れを一括して検出する場合について例示したが、３つ以上の弁における漏れを一括して検出するものとしてもよい。例えば、管２０７に水素を流入させる弁と、管２０７から水素を流出させる弁とが各々複数ある場合に、それら全てにおける漏れを一括して検出するものとしてもよい。
【００６６】
Ｃ．変形例１：
図５は、変形例に係る漏れ検出処理を示すフローチャートである。また、図６は、変形例に係る漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【００６７】
図５のステップＳａ０１，Ｓａ０２における処理は、実施例における場合（図２ステップＳａ０１，Ｓａ０２）と同様である。管２２３内部の圧力が低下されるとともに、発電系１２０が発電を開始する。
【００６８】
ステップＳｄ０３では、調整部１１１が流出弁２０６を弁閉する（タイミングＳｅ２）。これにより、流出弁２０６の上流の管２０７内部は高圧に保たれつつ、管２０５内部の圧力が低下し始める。
【００６９】
ステップＳｄ０４では、流入弁２１１が弁閉される（タイミングＳｅ３）。また、ステップＳｄ０５では、流出弁２０６が弁開される（タイミングＳｅ４）これにより、管２０７内部の圧力が低下し始める。管２０７内部の圧力が、所定の圧力まで低下した後、ステップＳｄ０６で流出弁２０６が弁閉される（タイミングＳｅ５）。なお、ここに所定の圧力は、大気圧よりも十分大きいが、水素タンク２４０内部の圧力よりも十分小さい圧力である。
【００７０】
この後、ステップＳａ０７において所定時間ｍの経過を待つことで、管２０５，２０７内部の圧力を所望の状態に調整することが完了する（タイミングＳｅ６）。ステップＳａ１２は図２におけるものと同様であり、発電系１２０での発電が停止される。ステップＳａ１２に続けて、図３におけるステップＳｂ１以下の処理が行われる。なお、ここに所定時間ｍは、管２０５内部の圧力が、管２０７内部の圧力より十分小さくなるだけの時間である。例えば、大気圧に十分近づくだけの時間である。
【００７１】
以上説明した、変形例に係る漏れ検出処理によれば、管２０５内部と管２０７内部との圧力が、瞬間的に均一化されてしまうようなパイプ系２００の構成であっても、所望の圧力調整を容易に実現することができる。例えば、管２０７の管路容積や断面積が小さい場合である。
【００７２】
なお、図５のステップＳｄ０３で流出弁２０６を弁閉した後、ステップＳｄ０５で再び弁開するまでに、管２０７内部の圧力が減少する場合には、流出弁２０６における漏れが認定されるものとしてもよい。
【００７３】
なお、管２０５，２０７内部の圧力の圧力調整の態様については、上述した場合以外にも種々の態様をとることができる。例えば、図２の場合について、管２０５，２０７内部の圧力は大気圧に近く、水素タンク２４０内部の圧力のみが高圧な状態から、流入弁２１１及び流出弁２０６の操作で圧力調整を行うものとしてもよい。
【００７４】
Ｄ．変形例２：
図３のステップＳｂ３３では、流出弁２０６における漏れが検出されるものとした。しかし、図３ステップＳｂ３３では、ひび割れ等による管２０７での漏れが検出されるものとしてもよい。かかる検出を行うことで、管２０７における漏れを、流入弁２１１等における漏れと併せて迅速に検出することができる。なお、ステップＳｂ３３での漏れ検出は、管２０７での漏れのみを検出するものでもよいし、流出弁２０６における漏れと併せて検出するものでもよい。
【００７５】
図７は、管２０７の途中にレギュレータ９００が設けられた燃料電池システム１００ａの概略構成を示す説明図である。図７では、ＦＣスタック１２１に水素を供給する系のみを示したが、その他の構成は実施例（図１）と同様である。レギュレータ９００は、レギュレータ９００下流側の圧力を所定の設定圧力に保つよう作動する。即ち、レギュレータ９００は、レギュレータ９００と流出弁２０６との間における圧力を一定にするように作動する。
【００７６】
図７の構成の場合において、圧力計２１０は、レギュレータ９００の上流側、即ち、レギュレータ９００と水素タンク２４０の間に設けられることが望ましい。
【００７７】
この状態で流入弁２１１、流出弁２０６を開閉し、実施例で説明した圧力状態を作る。検査領域の基準圧力は、レギュレータ９００の下流側の設定圧力以上にすることが好ましい。流入弁２１１、流出弁２０６、又は両者間の管２０７における漏れがある場合、レギュレータ９００による圧力調節作用の下でも、実施例と同様の圧力変化が圧力計２１０によって検出可能である。したがって、これらの漏れが検出できる。
【００７８】
ここで、上記の技術は、水素タンクが複数存在する場合にも同様に適用可能である。図８は、第２の水素タンク２４０ａを有する燃料電池システム１００ｂの概略構成を示す説明図である。第２の水素タンク２４０ａは、第１の水素タンク２４０と同様に高圧水素を蓄積する。第２の水素タンク２４０ａは、弁２１１ａを介して管２０７に水素を供給する。制御装置１１０は、前述の圧力調整のため、第１の水素タンク２４０の弁２１１の他に、第２の水素タンク２４０ａの弁２１１ａの弁開・弁閉を制御する。
【００７９】
図８の構成の場合、圧力調整は種々の態様を適用することができる。例えば弁２１１，２１１ａは、同時弁開、同時弁閉されるものとしてもよいし、各々異なるタイミングで弁開等されるものとしてもよい。また、弁２１１，２１１ａのいずれか一方の弁開・弁閉のみが利用され、他方は終始弁閉等されているものとしてもよい。
【００８０】
図８のシステムでは、弁２１１，２１１ａの少なくとも一方に漏れがある場合、実施例において、流入弁２１１が漏れがあるときと同様の圧力変化が検出される。従って、図８の弁２１１，２１１ａの少なくとも一方に漏れが存在することが検出可能である。かかる検出は、流出弁２０６又は管２０７における漏れと一括して検出される。
【００８１】
以上、実施例に基づき本発明にかかる検出装置、検出方法を説明してきたが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】 漏れ検出処理の前半部を示すフローチャートである。
【図３】 漏れ検出処理の後半部を示すフローチャートである。
【図４】 漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【図５】 変形例に係る漏れ検出処理を示すフローチャートである。
【図６】 変形例に係る漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【図７】 管２０７の途中にレギュレータ９００が設けられた燃料電池システム１００ａの概略構成を示す説明図である。
【図８】 第２の水素タンク２４０ａを有する燃料電池システム１００ｂの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…燃料電池システム
１２０…発電系
１２１…ＦＣスタック
１２２…モータ
１２３…蓄電池
２００…パイプ系
２２１，２２２…管
２０１…吸気口
２０２…コンプレッサ
２０３…加湿器
２１３…マフラ
２４０…水素タンク
２１１…元弁（流入弁）
２０５，２０７…管
２０６…流出弁
２１０…圧力計
２２０…管
２１３…ポンプ
２１２…逆止弁
２１４…弁
２１５…希釈器
２２３…管
１１０…制御装置
１１１…調整部
１１２…検知部
１１３…検出部
１００ａ…燃料電池システム
９００…レギュレータ
１００ｂ…燃料電池システム
２４０ａ…第２の水素タンク
２１１ａ…第２の元弁（第２の流入弁）
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を流す配管と、配管の途中に設けられた複数の弁とを有する系において、流体の漏れを検出する検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体の供給に、配管と、配管の途中に設けられた複数の弁とを有する系が利用されている。例えば、燃料電池システムでは、燃料電池に水素や酸素を供給する系が利用されている。配管の途中に設けられた弁は、弁閉することで流体の流れを遮断することができる。
【０００３】
また、かかる系において、流体の漏れを検出する検出装置が実用となっている。例えば、１つの弁の両側の空間に圧力差を設け、その弁を弁閉しつつ両側の空間の圧力変化を調べる方法がある。圧力変化がある場合には、その弁で流体の漏れがあることが認定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１７６４４０
【特許文献２】
特開２００１−１５９３７５
【特許文献３】
特開２００２−２２７７２７
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、一度に１つの弁の漏れ検出しかできなかった。したがって、漏れを検出する対象の弁が多数ある場合、流体の漏れを検出する作業は煩雑なものとなっていた。多数の弁について、各々、圧力の調整と圧力変化の検知を繰り返さなくてはならないためである。
【０００６】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、配管及び弁を有する系において、流体の漏れを容易・迅速に検出する技術の確立を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では、次の構成を適用した。
高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する検出装置であって、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する検知部と、
前記第１及び第２の弁の弁閉及び弁開を行わせることにより、前記検査領域内の圧力を所定の基準圧力に、前記第１の弁上流側の圧力を前記基準圧力より大きい所定の圧力に、前記第２の弁下流側の圧力を前記基準圧力より小さい所定の圧力に各々調整する調整部と、
前記検知部によって測定される圧力の変化に基づいて、前記漏れがあると判断する検出部とを備えることを要旨とする。
【０００８】
このようにすることで、２つの弁及び、検査領域内の配管における流体の漏れを一括して検出することができる。
【０００９】
なお、検査領域内の配管における流体の漏れは、例えば配管のひび割れに基づいて生じることがある。また、検出装置は、第１、第２の弁における漏れのみを検出するものとしてもよいし、第１の弁及び配管における漏れのみを検出するものとしてもよい。
【００１０】
流体は、配管を流れる流体であれば種々のものを適用することができる。例えば、プロパンガスや水素、酸素等の気体であってもよいし、ガソリンや石油、上下水その他の水等の液体であってもよい。
【００１１】
また、配管及び弁を有する系は、燃料電池に水素や酸素を供給する系であってもよいし、冷却水を循環させる系であってもよい。また、燃料電池における系に限らず、種々の装置における系であってよい。例えば、燃料や洗浄液、潤滑油を供給する系であってもよい。
【００１２】
検出装置は、３つ以上の弁における漏れを一括して検出するものとしてもよい。例えば、配管上に３つ以上の弁が直列的に設けられた系において、連続するいずれの２つの弁を選んでも、その間の検査領域、上流側、下流側の圧力が上述の関係を保つよう各部位の圧力を設定することによって、３つ以上の弁における漏れの一括検出を実現することができる。
【００１３】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記検査領域内の圧力が、前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００１４】
このようにすることで、第１の弁における流体の漏れを、第２の弁及び、検査領域内の配管における漏れと一括して検出することができる。例えば、検査領域内の圧力から基準圧力を引いた値が所定量以上となったときに「増大」と判断することができる。また、検査領域内の圧力の増加率が所定値以上のときや、減少率が所定値以下のときに「増大」と判断してもよい。
【００１５】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記検査領域内の圧力が、前記基準圧力よりも低減したときに、前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００１６】
このようにすることで、第２の弁又は検査領域内の配管における流体の漏れを、第１の弁における漏れと一括して検出することができる。例えば、基準圧力から検査領域内の圧力を引いた値が所定量以上となったときに「低減」と判断することができる。また、検査領域内の圧力の低減率が所定値以上のときや、増加率が所定値以下のときに「低減」と判断してもよい。
【００１７】
なお、上述の所定量・所定値は、例えば、第１又は第２の弁で流体の漏れがある場合に、検査領域内の圧力に生じ得る変化量に基づいて設定することができる。
【００１８】
ここで、検査領域内の圧力と第１の弁上流の圧力と第２の弁下流の圧力とを所定の圧力に調整する、調整部の圧力調整の態様については、種々のものを利用することができる。以下で示すものはその一部である。
【００１９】
本発明の検出装置において、
前記調整部は、前記第１、第２の弁が開いた状態から前記第１の弁を閉じた後、前記第２の弁を閉じるものとしてもよい。
【００２０】
このようにすることで、圧力調整を、簡単な構成の装置で行うことができる。第１の弁の弁閉と第２の弁の弁閉とのタイミングをずらせることで、所望の圧力調整を実現させることができる。
【００２１】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記第１の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の弁閉までに、前記検知部によって測定される圧力が所定の圧力よりも大きいときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００２２】
このようにすることで、圧力調整を完了させるまでなく、第１の弁における漏れを迅速に検出することができる。所定の圧力は、第１の弁上流側の圧力と、基準圧力の間で設定可能である。
【００２３】
本発明の検出装置において、
前記調整部は、
前記第２の弁の弁閉の後、前記第１の弁を弁閉させ、
前記第１の弁の弁閉の後、前記弁閉された第２の弁を、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力となるよう開閉させるものとしてもよい。
【００２４】
このようにすることで、第２の弁の下流と検査領域との圧力が、瞬間的に均一化されてしまうような構成の系であっても、圧力調整を実現することができる。かかる系としては、例えば、管路断面積が小さい管の途中に第２の弁が設けられている場合や、検査領域の容積が小さい場合が挙げられる。もっとも、上述の方法による圧力調整は、かかる系に限らず適用可能である。
【００２５】
本発明の検出装置において、
前記検出部は、前記第２の弁の弁閉の後であって、前記第２の弁の開閉までに、前記検知部によって測定される圧力が所定の圧力よりも小さいときに、前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあると判断するものとしてもよい。
【００２６】
このようにすることで、圧力調整を完了させるまでなく、第２の弁における漏れを迅速に検出することができる。所定の圧力は、第１の弁上流側の圧力と基準圧力との間で設定可能である。
【００２７】
本発明の検出装置において、
前記系は、前記第２の弁の下流に、前記流体を利用して動作する流体利用機構を備え
前記調整部は、前記流体利用機構を動作させることで、前記第２の弁下流側の圧力を減少させるものとしてもよい。
【００２８】
このようにすることで、圧力調整を容易に実現することができる。また、圧力調整において前記流体が無駄になることを防ぎ得る場合がある。さらに、流体が水素等の環境に好ましくないものである場合、流体利用機構を動作させることで、流体がそのまま大気中に放出されることを防ぐことができる場合がある。
【００２９】
なお、流体利用機構は、例えば、流体を消費し、蓄積し、吸収し、又は放出する種々のものを適用することができる。例えば、燃料電池等の装置であってもよいし、プロパン等のガスを燃焼消費する燃焼装置であってもよいし、流体を蓄積するタンクであってもよいし、例えばMetal Hydride（水素吸蔵合金）のように流体を吸収する液体・気体・固体等であってもよいし、単に流体を大気中等に排出する排出装置であってもよい。
【００３０】
本発明の検出装置において、
前記流体利用機構は燃料電池であり、
前記流体は水素であるものとしてもよい。
【００３１】
本発明の検出装置において、
前記検査領域には、該検査領域へ前記流体を供給する配管たる供給配管が接続し、
該供給配管には、前記検査領域から前記供給配管側への前記流体の逆流を防止する逆止弁が設けられ、
前記漏れの検出に先立って、前記供給配管の前記流体の圧力を低減させる逆流防止部を備えるものとしてもよい。
【００３２】
このようにすることで、圧力調整を実現することができる。また、供給配管からの流体の流入による、検査領域の圧力変動が回避されることで、漏れ検出を精度よく実行することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．構成：
Ｂ．処理：
Ｃ．変形例１：
Ｄ．変形例２：
【００３４】
Ａ．構成：
図１は、燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１００は、発電系１２０と、発電系１２０に対して水素及び酸素の供給・排出を行うパイプ系２００と、発電系１２０及びパイプ系２００を制御する制御装置１１０とからなる。実施例の燃料電池システム１００は、パイプ系２００における水素の漏れを検出する機能を有する。なお、本発明の燃料電池システム１００は、電気自動車に利用することができる。
【００３５】
発電系１２０は、ＦＣスタック１２１と、モータ１２２と、蓄電池１２３とを有する。
ＦＣスタック１２１は、パイプ系２００から水素及び酸素の供給を受け、これらを化学反応させることで発電を行う。ＦＣスタック１２１は、管２０５から水素の供給を受け、管２２１から酸素を含むガスとして空気の供給を受ける。また、管２２２からはカソードオフガスを排出し、管２２０からはアノードオフガスを排出する。ＦＣスタック１２１に供給された水素のうち発電に利用されなかった分は、アノードオフガスに含まれて管２２０から排出される。化学反応により生じる水は、主に管２２２から排出される。
【００３６】
ＦＣスタック１２１により発電された電力は、モータ１２２又は蓄電池１２３に供給される。蓄電池１２３は、ＦＣスタック１２１が発電した電力を一時的に蓄電する。モータ１２２は、ＦＣスタック１２１が発電した電力、又は蓄電池１２３に蓄電された電力によって動力を発生する。
【００３７】
パイプ系２００において、吸気口２０１は、フィルタを有し、大気をパイプ系２００内部に吸気する。吸気された空気はコンプレッサ２０２により圧縮される。圧縮された空気は加湿器２０３により加湿された後にＦＣスタック１２１に供給される。
【００３８】
ＦＣスタック１２１の管２２２より排出される空気は、マフラ２１３を経て大気中に排出される。
【００３９】
水素タンク２４０は高圧水素を蓄積する。蓄積された水素は、管２０７，２０５を介してＦＣスタック１２１に供給される。水素タンク２４０は、元弁２１１を介して管２０７に接続する。また、管２０７，２０５の間には弁２０６が設けられている。弁２１１，２０６は、それぞれ、弁閉することで水素流を遮断することができる。弁２１１，２０６が全て弁開されることで、水素タンク２４０からＦＣスタック１２１に水素が供給される。なお、管２０７には、管２０７内部の水素の圧力を計測可能な圧力計２１０が設けられている。
【００４０】
管２２０より排出される水素は、ポンプ２１３により、逆止弁２１２を介して管２０７に循環再利用される。ここで、逆止弁２１２は、管２０７から管２２３への水素の逆流を防止する機能を奏する。逆止弁２１２は、管２２３と管２０７との内部の圧力差に応じて自動的に弁開・弁閉する。ポンプ２１３が管２２３内部の水素に圧力を加えていない場合、逆止弁２１２は弁閉している。
【００４１】
また、管２２３には弁２１４が接続する。弁２１４が弁開された場合、管２２０より排出される水素は希釈器２１５を経て大気中に排出される。希釈器２１５は、管２２３からの水素に、管２２２より排出される空気を混合・希釈することで、大気中に排出される水素の濃度を低くする効果を奏する。
【００４２】
制御装置１１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えるマイクロコンピュータとして構成され、燃料電池システム１００全体の動作を統合制御する機能を有する。図１には、制御装置１１０が実現する機能ブロック構成について併せて示した。図示する各機能ブロックは、制御装置１１０が有するＲＯＭ又はＲＡＭに記憶された制御プログラムによりソフトウェア的に実現される。なお、各機能ブロックの一部又は全部はハードウェア的に実現されるものとしてもよい。
【００４３】
ここで、実施例における燃料電池システム１００が有する制御装置１１０は、図示する各機能ブロックの機能により、弁２０６，２１１における水素の漏れを検出することができる。制御装置１１０は、漏れを検出するため、弁２０６，２１１，２１４その他の弁の弁開・弁閉等を制御する。また、制御装置１１０は、発電系１２０の動作を制御する。なお、以下では、弁２０６及び弁２１１を各々流出弁２０６及び流入弁２１１と呼ぶ。
【００４４】
調整部１１１は、流出弁２０６及び流入弁２１１の弁開・弁閉と、発電系１２０の動作とを制御する。当該制御により調整部１１１は、管２０５，２０７における水素の圧力を所定の状態に調整したうえで、流出弁２０６及び流入弁２１１を弁閉する。調整部１１１が行う圧力調整は、具体的には、管２０７の内部の圧力を水素タンク２４０の内部よりも低く、管２０５の内部の圧力を管２０７の内部の圧力よりもさらに低くする状態への調整である。
【００４５】
具体的には、調整部１１１は、まず、ポンプ２１３を停止するとともに弁２１４を弁開し、管２２３内部の圧力を低下させる。以後の圧力調整過程で逆止弁２１２が開弁することを防ぐためである。この後、ＦＣスタック１２１に管２０５内部の水素を消費させつつ、流出弁２０６及び流入弁２１１を操作して、上記の圧力調整を行う。調整部１１１が行う圧力調整の態様については、後で詳述する。
【００４６】
検知部１１２は、圧力計２１０を利用して、管２０７内部の水素の圧力を検知する。調整部１１１が行う前述の圧力調整は、検知部１１２が計測した管２０７内部の圧力に基づいて行うことが可能である。
【００４７】
検出部１１３は、検知部１１２による圧力検知を利用しつつ、流出弁２０６及び流入弁２１１における水素の漏れを検出する。このとき、調整部１１１の前述の圧力調整を利用する。具体的には、管２０５，２０７内部の圧力を調整部１１１に圧力調整させた状態で、管２０７内部の圧力変化を調べる。管２０７内部の圧力が上昇してゆく場合には流入弁２１１に漏れがあると認定し、管２０７内部の圧力が低下する場合には流出弁２０６に漏れがあると認定する。
【００４８】
Ｂ．処理：
図２は、漏れ検出処理の前半部を示すフローチャートである。図３は、漏れ検出処理の後半部を示すフローチャートである。図４は、漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。図２〜４に示す処理により、検出部１１３は、流出弁２０６及び流入弁２１１における水素の漏れを検出する。なお、実施例で漏れ検出処理は、燃料電池システム１００が本来の動作を停止しているときに行われるものとする。このようにすることで、燃料電池システム１００本来の動作に影響を与えないようにできる。
【００４９】
ステップＳａ０１では検出部１１３の指示に基づいて、調整部１１１が、ポンプ２１３を停止するとともに弁２１４を弁開し、管２２３内部の圧力を低下させる。以後の圧力調整の過程で逆止弁２１２が開弁するのを防ぐためである。
【００５０】
ステップＳａ０２で調整部１１１は、流出弁２０６及び流入弁２１１を弁開させるとともに、発電系１２０に発電を開始させる。管２０５よりＦＣスタック１２１への水素の供給が開始される。図４のタイミングＳｃ１は、ステップＳａ０２の処理を行ったタイミングを示すものである。
【００５１】
なお、前述のように実施例の漏れ検出処理は、燃料電池システム１００が発電を停止しているときに行われるため、ＦＣスタック１２１により発電された電力は、モータ１２２ではなく蓄電池１２３に供給される。蓄電池１２３に供給された電力は、漏れ検出処理を終えた後に、モータ１２２を起動させるために利用することができる。
【００５２】
ステップＳａ０３で調整部１１１は、流入弁２１１を弁閉する。これにより、水素タンク２４０から管２０７への水素の流出が停止するとともに、管２０７，２０５内部の圧力が低下し始める。ステップＳａ０３では、管２０７内部等の圧力が適切な時間で低下するよう水素の消費量を調整するため、ＦＣスタック１２１での発電電力の調整も行う。図４のタイミングＳｃ２は、ステップＳａ０３における処理を行ったタイミングを示すものである。図４のタイミングＳｃ２の場合、発電量を低下させる場合について示した。ただし、かかる場合に限定されることはない。例えば、一定の発電量のままであるものとしてもよいし、発電量を増加させてもよい。
【００５３】
流入弁２１１の弁閉から所定時間経過した後、ステップＳａ０４で流出弁２０６が弁閉される。ここに所定時間は、管２０７内部の圧力が、大気圧よりも十分大きいが、水素タンク２４０内部の圧力よりも十分小さいものとなるだけの時間である。図４のタイミングＳｃ３は、ステップＳａ０４の処理を行ったタイミングを示すものである。
【００５４】
検出部１１３は、流出弁２０６の弁閉と同時に、ステップＳａ０５で、検知部１１２を介して管２０７の圧力を検知する。流入弁２１１で水素の漏れがある場合、タイミングＳｃ２〜Ｓｃ３における管２０７の圧力減少は、漏れがない場合よりも少ないものとなる。漏れがあるために、管２０７内部への水素供給が継続するためである。
【００５５】
ステップＳａ０６では、管２０７内部の圧力が、所定の基準圧力を超えるものであるか否かを調べる。管２０７内部の圧力が基準圧力を超えることが判った場合、発電系１２０での発電を停止する（ステップＳａ１１）とともに、ステップＳｂ３１（図３）で流入弁２１１に漏れがあるものと認定する。なお、ここに基準圧力は、流入弁２１１に漏れがない場合にステップＳａ０５で測定されるべき管２０７内部の圧力の範囲を超えるものが設定されている。
【００５６】
なお、ステップＳａ０５，０６等に基づく漏れの検出は、ステップＳａ０４における流出弁２０６の弁閉以前に行うことも可能である。
【００５７】
ステップＳａ０６で、管２０７内部の圧力が基準圧力を超えないことが判定された場合、ステップＳａ０７で、所定時間ｔの経過を待つ。この間、管２０５内部の圧力が、ＦＣスタック１２１での水素消費により減少する。なお、ここに所定時間ｔは、管２０５内部の圧力が、管２０７内部の圧力より十分小さくなるだけの時間である。例えば、大気圧に十分近づくだけの時間である。
【００５８】
以上の処理により、管２０７の内部の圧力は水素タンク２４０での圧力よりも低く、管２０５の内部の圧力は管２０７の内部の圧力よりもさらに低い状態になり、圧力調整が完了した。ステップＳａ１２では，発電系１２０での発電を停止する。発電を停止したタイミングが図４のタイミングＳｃ４である。
【００５９】
図３のステップＳｂ１では、管２０７内部の圧力変化を検知する。圧力変化の検知は、タイミングＳｃ４から所定時間ｓが経過した後のタイミングＳｃ５に行う。具体的には、タイミングＳｃ４〜Ｓｃ５における管２０７内部の圧力の変化量を検知する。
【００６０】
ステップＳｂ２では、タイミングＳｃ４〜Ｓｃ５における圧力変化量を、所定の基準変化量ｖと比較する。圧力変化量の絶対値が基準変化量ｖ以内であれば、ステップＳｂ３２で、流出弁２０６及び流入弁２１１の両者に漏れがないことを認定する。圧力変化量の絶対値が基準変化量ｖを超える場合、ステップＳｂ３１又はＳｂ３３で、各々、流出弁２０６又は流入弁２１１における漏れが認定される。管２０７内部の圧力が増加して基準変化量ｖを超えた場合には流入弁２１１における漏れを認定し、減少により基準変化量ｖを超えた場合には流出弁２０６における漏れを認定する。
【００６１】
なお、前記の所定時間ｓは、流入弁２１１又は流出弁２０６に漏れがある場合に、管２０７内部の圧力が基準変化量ｖ以上変化するような時間が設定される。
【００６２】
以上説明した燃料電池システム１００によれば、流入弁２１１及び流出弁２０６における水素の漏れを一括して迅速・簡易に検出することができる。また、図２〜３で説明した管２０５，２０７内部の圧力調整方法によれば、所望の圧力調整を、簡単な構成で容易・迅速に実現することができる。さらに、ＦＣスタック１２１に管２０５の水素を消費させるため、水素の無駄発生の防止と、水素がそのまま大気中に放出されることの防止とを実現することができる。
【００６３】
なお、実施例では、管２０５内部の水素は、ＦＣスタック１２１により消費されるものとしたが、かかる場合に限定されることはない。管２０５にはＦＣスタック１２１に代えて水素タンクや、Metal Hydride（水素吸蔵合金）が接続されているものとしてもよい。管２０５内部の水素は、水素タンクやMetal Hydride等に消費・蓄積・吸収等されるものとしてもよい。
【００６４】
また、流体は、水素に限らず、種々のシステムにおける種々の流体について、上述の技術を適用することができる。例えば流体は、プロパンガスや酸素等の気体であってもよいし、ガソリン・石油・洗浄液や、上下水その他の水等の液体であってもよい。
【００６５】
さらに、実施例では、２つの弁における漏れを一括して検出する場合について例示したが、３つ以上の弁における漏れを一括して検出するものとしてもよい。例えば、管２０７に水素を流入させる弁と、管２０７から水素を流出させる弁とが各々複数ある場合に、それら全てにおける漏れを一括して検出するものとしてもよい。
【００６６】
Ｃ．変形例１：
図５は、変形例に係る漏れ検出処理を示すフローチャートである。また、図６は、変形例に係る漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【００６７】
図５のステップＳａ０１，Ｓａ０２における処理は、実施例における場合（図２ステップＳａ０１，Ｓａ０２）と同様である。管２２３内部の圧力が低下されるとともに、発電系１２０が発電を開始する。
【００６８】
ステップＳｄ０３では、調整部１１１が流出弁２０６を弁閉する（タイミングＳｅ２）。これにより、流出弁２０６の上流の管２０７内部は高圧に保たれつつ、管２０５内部の圧力が低下し始める。
【００６９】
ステップＳｄ０４では、流入弁２１１が弁閉される（タイミングＳｅ３）。また、ステップＳｄ０５では、流出弁２０６が弁開される（タイミングＳｅ４）これにより、管２０７内部の圧力が低下し始める。管２０７内部の圧力が、所定の圧力まで低下した後、ステップＳｄ０６で流出弁２０６が弁閉される（タイミングＳｅ５）。なお、ここに所定の圧力は、大気圧よりも十分大きいが、水素タンク２４０内部の圧力よりも十分小さい圧力である。
【００７０】
この後、ステップＳａ０７において所定時間ｍの経過を待つことで、管２０５，２０７内部の圧力を所望の状態に調整することが完了する（タイミングＳｅ６）。ステップＳａ１２は図２におけるものと同様であり、発電系１２０での発電が停止される。ステップＳａ１２に続けて、図３におけるステップＳｂ１以下の処理が行われる。なお、ここに所定時間ｍは、管２０５内部の圧力が、管２０７内部の圧力より十分小さくなるだけの時間である。例えば、大気圧に十分近づくだけの時間である。
【００７１】
以上説明した、変形例に係る漏れ検出処理によれば、管２０５内部と管２０７内部との圧力が、瞬間的に均一化されてしまうようなパイプ系２００の構成であっても、所望の圧力調整を容易に実現することができる。例えば、管２０７の管路容積や断面積が小さい場合である。
【００７２】
なお、図５のステップＳｄ０３で流出弁２０６を弁閉した後、ステップＳｄ０５で再び弁開するまでに、管２０７内部の圧力が減少する場合には、流出弁２０６における漏れが認定されるものとしてもよい。
【００７３】
なお、管２０５，２０７内部の圧力の圧力調整の態様については、上述した場合以外にも種々の態様をとることができる。例えば、図２の場合について、管２０５，２０７内部の圧力は大気圧に近く、水素タンク２４０内部の圧力のみが高圧な状態から、流入弁２１１及び流出弁２０６の操作で圧力調整を行うものとしてもよい。
【００７４】
Ｄ．変形例２：
図３のステップＳｂ３３では、流出弁２０６における漏れが検出されるものとした。しかし、図３ステップＳｂ３３では、ひび割れ等による管２０７での漏れが検出されるものとしてもよい。かかる検出を行うことで、管２０７における漏れを、流入弁２１１等における漏れと併せて迅速に検出することができる。なお、ステップＳｂ３３での漏れ検出は、管２０７での漏れのみを検出するものでもよいし、流出弁２０６における漏れと併せて検出するものでもよい。
【００７５】
図７は、管２０７の途中にレギュレータ９００が設けられた燃料電池システム１００ａの概略構成を示す説明図である。図７では、ＦＣスタック１２１に水素を供給する系のみを示したが、その他の構成は実施例（図１）と同様である。レギュレータ９００は、レギュレータ９００下流側の圧力を所定の設定圧力に保つよう作動する。即ち、レギュレータ９００は、レギュレータ９００と流出弁２０６との間における圧力を一定にするように作動する。
【００７６】
図７の構成の場合において、圧力計２１０は、レギュレータ９００の上流側、即ち、レギュレータ９００と水素タンク２４０の間に設けられることが望ましい。
【００７７】
この状態で流入弁２１１、流出弁２０６を開閉し、実施例で説明した圧力状態を作る。検査領域の基準圧力は、レギュレータ９００の下流側の設定圧力以上にすることが好ましい。流入弁２１１、流出弁２０６、又は両者間の管２０７における漏れがある場合、レギュレータ９００による圧力調節作用の下でも、実施例と同様の圧力変化が圧力計２１０によって検出可能である。したがって、これらの漏れが検出できる。
【００７８】
ここで、上記の技術は、水素タンクが複数存在する場合にも同様に適用可能である。図８は、第２の水素タンク２４０ａを有する燃料電池システム１００ｂの概略構成を示す説明図である。第２の水素タンク２４０ａは、第１の水素タンク２４０と同様に高圧水素を蓄積する。第２の水素タンク２４０ａは、弁２１１ａを介して管２０７に水素を供給する。制御装置１１０は、前述の圧力調整のため、第１の水素タンク２４０の弁２１１の他に、第２の水素タンク２４０ａの弁２１１ａの弁開・弁閉を制御する。
【００７９】
図８の構成の場合、圧力調整は種々の態様を適用することができる。例えば弁２１１，２１１ａは、同時弁開、同時弁閉されるものとしてもよいし、各々異なるタイミングで弁開等されるものとしてもよい。また、弁２１１，２１１ａのいずれか一方の弁開・弁閉のみが利用され、他方は終始弁閉等されているものとしてもよい。
【００８０】
図８のシステムでは、弁２１１，２１１ａの少なくとも一方に漏れがある場合、実施例において、流入弁２１１が漏れがあるときと同様の圧力変化が検出される。従って、図８の弁２１１，２１１ａの少なくとも一方に漏れが存在することが検出可能である。かかる検出は、流出弁２０６又は管２０７における漏れと一括して検出される。
【００８１】
以上、実施例に基づき本発明にかかる検出装置、検出方法を説明してきたが、上述した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。
【図２】 漏れ検出処理の前半部を示すフローチャートである。
【図３】 漏れ検出処理の後半部を示すフローチャートである。
【図４】 漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【図５】 変形例に係る漏れ検出処理を示すフローチャートである。
【図６】 変形例に係る漏れ検出処理を示すタイミングチャートである。
【図７】 管２０７の途中にレギュレータ９００が設けられた燃料電池システム１００ａの概略構成を示す説明図である。
【図８】 第２の水素タンク２４０ａを有する燃料電池システム１００ｂの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…燃料電池システム
１２０…発電系
１２１…ＦＣスタック
１２２…モータ
１２３…蓄電池
２００…パイプ系
２２１，２２２…管
２０１…吸気口
２０２…コンプレッサ
２０３…加湿器
２１３…マフラ
２４０…水素タンク
２１１…元弁（流入弁）
２０５，２０７…管
２０６…流出弁
２１０…圧力計
２２０…管
２１３…ポンプ
２１２…逆止弁
２１４…弁
２１５…希釈器
２２３…管
１１０…制御装置
１１１…調整部
１１２…検知部
１１３…検出部
１００ａ…燃料電池システム
９００…レギュレータ
１００ｂ…燃料電池システム
２４０ａ…第２の水素タンク
２１１ａ…第２の元弁（第２の流入弁）
Claims (14)
- 高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する検出装置であって、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する検知部と、
前記第１の弁の上流側の圧力より小さく、かつ、前記第２の弁の下流側の圧力より大きな所定の基準圧力に前記検査領域内の圧力を設定するために、前記第１、第２の弁が開いた状態から前記第１の弁を閉じ、前記第１の閉弁後の所定時間経過後に前記第２の弁を閉じて前記第１及び第２の弁を閉状態とする調整部と、
前記第１の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の弁閉までに、前記検知部によって測定される圧力が前記所定の基準圧力を超える所定の圧力よりも大きいときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断し、前記第２の弁の弁閉後において、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあるとの判断と、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも低減したときに前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあるとの判断の少なくとも一方を行う検出部と、
を備える検出装置。 - 高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する検出装置であって、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する検知部と、
前記第１の弁の上流側の圧力より小さく、かつ、前記第２の弁の下流側の圧力より大きな所定の基準圧力に前記検査領域内の圧力を設定するために、前記第２の弁の弁閉の後、前記第１の弁を弁閉させ、前記第１の弁の弁閉の後の所定時間経過後に前記弁閉された第２の弁を、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力となるよう開閉させた後に、前記第１及び第２の弁を閉状態とする調整部と、
前記第２の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の開閉までに、前記検知部によって測定される圧力が前記所定の基準圧力より小さな所定の圧力よりも小さいときに、前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあると判断する検出部とを備える検出装置。 - 請求項２記載の検出装置であって、
前記検出部は、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあるとの判断と、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも低減したときに前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあるとの判断の少なくとも一方を行う検出装置。 - 請求項１ないし３のいずれかに記載の検出装置であって、
前記系は、前記第２の弁の下流に、前記流体を利用して動作する流体利用機構を備え、
前記調整部は、前記流体利用機構を動作させることで、前記第２の弁下流側の圧力を減少させる検出装置。 - 請求項４記載の検出装置であって、
前記流体利用機構は燃料電池であり、
前記流体は水素である検出装置。 - 請求項１または２に記載の検出装置であって、
前記検査領域には、該検査領域へ前記流体を供給する配管たる供給配管が接続し、
該供給配管には、前記検査領域から前記供給配管側への前記流体の逆流を防止する逆止弁が設けられ、
前記漏れの検出に先立って、前記供給配管の前記流体の圧力を低減させる逆流防止部を備える検出装置。 - 高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する検出方法であって、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する工程と、
前記第１の弁の上流側の圧力より小さく、かつ、前記第２の弁の下流側の圧力より大きな所定の基準圧力に前記検査領域内の圧力を設定するために、前記第１、第２の弁が開いた状態から前記第１の弁を閉じ、前記第１の閉弁後の所定時間経過後に前記第２の弁を閉じて前記第１及び第２の弁を閉状態とする工程と、
前記第１の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の弁閉までに、前記流体の圧力を測定する工程によって測定される圧力が所定の圧力よりも大きいときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断し、前記第２の弁の弁閉後において、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあるとの判断と、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも低減したときに前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあるとの判断の少なくとも一方を行う工程と、
を備える検出方法。 - 高圧の流体源と、該流体源を上流側、他端を下流側として上流側から流体を流す配管と、該配管の途中で前記上流側から設けられた第１、第２の弁とを有する系において、前記流体の漏れを検出する燃料電池システムであって、
前記高圧の流体源よりも下流側に接続された燃料電池と、
前記２つの弁で挟まれた検査領域内における前記流体の圧力を測定する検知部と、
前記第１の弁の上流側の圧力より小さく、かつ、前記第２の弁の下流側の圧力より大きな所定の基準圧力に前記検査領域内の圧力を設定するために、前記第１、第２の弁が開いた状態から前記第１の弁を閉じ、前記第１の閉弁後の所定時間経過後に前記第２の弁を閉じて前記第１及び第２の弁を閉状態とする調整部と、
前記第１の弁の弁閉の後であって前記第２の弁の弁閉までに、前記検知部によって測定される圧力が所定の圧力よりも大きいときに前記第１の弁における前記漏れがあると判断し、前記第２の弁の弁閉後において、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも増大したときに前記第１の弁における前記漏れがあるとの判断と、前記検査領域内の圧力が前記基準圧力よりも低減したときに前記第２の弁又は前記検査領域内の配管における前記漏れがあるとの判断の少なくとも一方を行う燃料電池システム。 - 請求項８記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、前記所定時間における前記燃料電池の発電によって前記検査領域内の圧力を前記所定の基準圧力とする燃料電池システム。 - 請求項９記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電量を調整することによって、前記検査領域内の圧力変動速度を制御する燃料電池システム。 - 請求項９記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電量を略一定とする燃料電池システム。 - 請求項９ないし１１のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、さらに、前記発電によって得られた電力を充電する蓄電池を有する燃料電池システム。 - 請求項８ないし１０のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムは、前記検査領域内に圧力計と調整弁とを有し、該圧力計は該調整弁よりも前記高圧の流体源に近い側に配置されている燃料電池システム。 - 請求項８記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、前記第２の弁よりも下流側に接続されている燃料電池システム。
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