JP4506644B2 - Fuel gas consumption system and gas leak detection method of fuel gas consumption system - Google Patents

Fuel gas consumption system and gas leak detection method of fuel gas consumption system Download PDF

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Description

本発明は、燃料ガス消費システム、および燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、特に車両等の移動体に搭載される燃料電池システム等の燃料ガス消費システムにおけるガス漏れ検出手法の改良に関する。   The present invention relates to a fuel gas consumption system and a gas leak detection method for the fuel gas consumption system. More specifically, the present invention relates to an improvement in a gas leak detection method in a fuel gas consumption system such as a fuel cell system mounted on a moving body such as a vehicle.

例えば固体高分子形の燃料電池であれば、膜−電極アッセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly ）とセパレータとからなるセルが積層されて構成されている。このようなＭＥＡに対し、アノード側電極に水素（燃料ガス）が供給され、カソード側電極に酸素（酸化ガス）が供給されることで、発電反応が行われる。   For example, in the case of a polymer electrolyte fuel cell, a cell composed of a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator is laminated. For such an MEA, a power generation reaction is performed by supplying hydrogen (fuel gas) to the anode side electrode and supplying oxygen (oxidizing gas) to the cathode side electrode.

このような燃料電池においては燃料ガスとして水素が用いられているため、取り扱いについては安全性を十分に考慮する必要がある。そこで、従来、燃料ガス漏れを検出するための技術として、水素タンクから燃料電池までの間に弁を設けておき、所定配管領域毎に所定圧となるように燃料ガス（水素）を封入し、その圧力変化から漏れ故障を判断するというものがある。この場合、上述の弁を開閉して例えば高圧の配管部分を３５ＭＰａから２ＭＰａ程度にまで減圧し、それから配管内の圧力に変動が生じないかどうか監視を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１７０３２１号公報 In such a fuel cell, since hydrogen is used as a fuel gas, it is necessary to sufficiently consider safety in handling. Therefore, conventionally, as a technique for detecting fuel gas leakage, a valve is provided between the hydrogen tank and the fuel cell, and fuel gas (hydrogen) is sealed so as to have a predetermined pressure for each predetermined piping region. There is a method of judging a leakage failure from the pressure change. In this case, the above-described valve is opened and closed, for example, the pressure of the high-pressure pipe portion is reduced from about 35 MPa to about 2 MPa, and then monitoring is performed to determine whether or not the pressure in the pipe is changed (see, for example, Patent Document 1). .
JP 2004-170321 A

しかしながら、上記のような従来の技術では、例えば３５ＭＰａから２ＭＰａまで減圧するのに時間がかかるため、漏れ検出の判断がその分だけ遅れることがある。しかも、タンクや配管内の水素量を増加させるべく高圧タンクの高圧化（例えば３５ＭＰａ→７０ＭＰａ）が図られた場合であれば、このような時間の遅れがより顕著となる。また、複数タンク設置時における減圧装置の共通化により、タンクの主止弁から減圧装置までの配管容積が大きくなる場合にはさらに時間がかかることになり、同様に時間の遅れが顕著となる。   However, in the conventional technique as described above, for example, since it takes time to reduce the pressure from 35 MPa to 2 MPa, the determination of leak detection may be delayed by that much. In addition, when the pressure of the high-pressure tank is increased (for example, 35 MPa → 70 MPa) in order to increase the amount of hydrogen in the tank or piping, such a time delay becomes more prominent. In addition, when a plurality of tanks are installed and the pressure reducing device is made common, if the pipe volume from the main stop valve of the tank to the pressure reducing device is increased, it takes more time, and similarly, the time delay becomes remarkable.

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、システム停止までの時間を短縮化して迅速に漏れ判定を行うことができるようにした燃料電池システム等の燃料ガス消費システム、および燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a fuel gas consumption system such as a fuel cell system capable of performing a leak judgment quickly by shortening the time until the system stops, and fuel gas consumption An object of the present invention is to provide a gas leak detection method for a system.

上記の課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行い、その結果、減圧に要する時間を短縮しうる技術を知見するに至った。本発明はかかる知見に基づくもので、請求項１に記載の発明は、燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス消費源に供給する供給路に複数の開閉弁と圧力センサを設け、前記開閉弁で区切られる領域ごとの圧力を所定圧に減圧し、減圧後の圧力変化に基づいてガス漏れを判断する燃料ガス消費システムにおいて、前記所定圧に減圧する際の減圧幅を、前記燃料ガス供給源の内部圧力と同程度の圧力を検出する高圧圧力センサの検出能力の範囲に対応して設定していることを特徴とするものである。   In order to solve the above problems, the present inventor has made various studies, and as a result, has come to find a technique that can shorten the time required for decompression. The present invention is based on such knowledge, and the invention according to claim 1 is provided with a plurality of on-off valves and pressure sensors in a supply path for supplying fuel gas from a fuel gas supply source to a fuel gas consumption source. In the fuel gas consumption system that reduces the pressure in each region divided by the valve to a predetermined pressure and determines gas leakage based on the pressure change after the pressure reduction, the pressure reduction range when the pressure is reduced to the predetermined pressure is the fuel gas supply It is characterized in that it is set corresponding to the range of detection capability of a high-pressure sensor that detects a pressure comparable to the internal pressure of the source.

従来のように弁を開閉して高圧の配管部分を減圧し、それから配管内の圧力に変動が生じないかどうか圧力センサを使って検出する手法の場合、減圧するまでに長い時間を要していたのに対し、本発明においては、高圧圧力センサの検出能力の範囲に対応した減圧幅に設定しているため、従来よりも減圧量が少なくて済む。このため、減圧するまでに要する時間が従来よりも短い。高圧圧力センサの検出能力の範囲に対応した減圧幅に設定することには、例えば、減圧幅（減圧する際の減圧の程度）を、検出能力範囲を僅かに超える程度に設定することが該当する。   In the conventional method, when a valve is opened and closed to depressurize the high-pressure pipe, and then the pressure sensor is used to detect whether the pressure in the pipe fluctuates, it takes a long time to depressurize. On the other hand, in the present invention, since the pressure reduction width corresponding to the range of the detection capability of the high pressure sensor is set, the amount of pressure reduction can be smaller than that in the prior art. For this reason, the time required for pressure reduction is shorter than before. Setting the pressure reduction range corresponding to the detection capability range of the high-pressure sensor corresponds to, for example, setting the pressure reduction range (the degree of pressure reduction when reducing pressure) slightly beyond the detection capability range. .

この場合における高圧圧力センサは、請求項２に記載のように、前記燃料ガス供給源の開閉弁とその下流の減圧弁との間に配置されていることが好ましい。   The high pressure sensor in this case is preferably arranged between the on-off valve of the fuel gas supply source and a pressure reducing valve downstream thereof, as described in claim 2.

また、前記燃料ガス供給源が複数設けられているとともに、これら複数の燃料ガス供給源の合流通路に一次減圧弁が設けられていることも好ましい。   It is also preferable that a plurality of the fuel gas supply sources are provided, and a primary pressure reducing valve is provided in a confluence passage of the plurality of fuel gas supply sources.

さらに、請求項４に記載の発明は、燃料ガス消費源と、該燃料ガス消費源に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、該燃料ガス供給源から前記燃料ガス消費源に至る燃料ガス供給路に設けられた圧力センサとを備えた燃料ガス消費システムにおいて、前記圧力センサを含んだ前記燃料ガス供給路の少なくとも一部の領域を封止すると共に、減圧幅が前記圧力センサの圧力検出能力の限界値近傍となるまで前記一部の領域の圧力を下げ、その後前記圧力センサにより前記一部の領域の圧力を監視することでガス漏れを判定する制御部を備えたことを特徴とするものである。   Furthermore, the invention described in claim 4 is a fuel gas consumption source, a fuel gas supply source for supplying fuel gas to the fuel gas consumption source, and a fuel gas supply from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source A fuel gas consumption system including a pressure sensor provided in a passage, wherein at least a part of the fuel gas supply passage including the pressure sensor is sealed, and a pressure reduction width is a pressure detection capability of the pressure sensor. A control unit that determines a gas leak by lowering the pressure in the partial area until it reaches the limit value of the gas, and then monitoring the pressure in the partial area by the pressure sensor. It is.

本発明によれば、燃料ガス供給路の減圧幅を圧力センサのセンシング能力最小幅（例えば２〜３ＭＰａ）に抑えることで、停止処理時間（例えば燃料電池システムの運転終了時に行う燃料ガス漏れ検出等に要する処理時間）を短縮する。すなわち、減圧幅が大きいとその分だけ減圧処理に時間がかかるが、本発明のように減圧幅を小さくすることで、システム停止処理に要する時間が短縮される。   According to the present invention, by suppressing the pressure reduction width of the fuel gas supply path to the minimum sensing capacity of the pressure sensor (for example, 2 to 3 MPa), the stop processing time (for example, fuel gas leak detection performed at the end of the operation of the fuel cell system) Processing time). That is, if the decompression width is large, the decompression process takes time correspondingly, but reducing the decompression width as in the present invention reduces the time required for the system stop process.

また、上記のごとき燃料ガス消費システムにおいては、燃料ガス供給路の減圧後に、圧力センサによって燃料ガス供給路の圧力を監視し、該圧力が上昇する場合には、ガス封止不良と判定することができる。また、圧力が下降する場合には、燃料ガス供給路から外部への燃料ガス漏洩が発生していると判定することができる。   In the fuel gas consumption system as described above, after the fuel gas supply path is depressurized, the pressure in the fuel gas supply path is monitored by a pressure sensor, and if the pressure increases, it is determined that the gas sealing is defective. Can do. When the pressure decreases, it can be determined that fuel gas leakage from the fuel gas supply path to the outside has occurred.

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の燃料ガス消費システムにおいて、前記燃料ガス供給源には前記燃料ガス供給路に対する連通・遮断を切り換える主止弁が設けられ、前記燃料ガス供給路には、前記燃料ガス供給源から燃料ガス消費源に対して供給される燃料ガスを減圧する減圧弁と、当該燃料ガス供給路からのガス供給の連通・遮断を切り換えるガス供給弁と、が設けられ、前記制御部は、前記主止弁から前記ガス供給弁までの間を封止し、この領域のガス漏れを判定することを特徴としている。   According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel gas consumption system according to the fourth aspect, the fuel gas supply source is provided with a main stop valve for switching between communication and cutoff with respect to the fuel gas supply path, and the fuel gas supply The passage includes a pressure reducing valve for reducing the pressure of the fuel gas supplied from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source, and a gas supply valve for switching communication / interruption of gas supply from the fuel gas supply passage. It is provided, and the said control part seals between the said main stop valve and the said gas supply valve, It is characterized by determining the gas leak of this area | region.

本発明によれば、制御部によって燃料ガス供給路の前記主止弁から前記ガス供給弁の間を減圧し、その後に、圧力センサによって燃料ガス供給路の圧力を監視し、該圧力が上昇する場合には、主止弁のガス封止不良と判定することができる。また、圧力が下降する場合には、燃料ガス供給路から外部への燃料ガス漏洩が発生していると判定することができる。   According to the present invention, the pressure between the main stop valve of the fuel gas supply path and the gas supply valve is reduced by the control unit, and then the pressure of the fuel gas supply path is monitored by the pressure sensor, and the pressure increases. In this case, it can be determined that the main stop valve is not properly sealed. When the pressure decreases, it can be determined that fuel gas leakage from the fuel gas supply path to the outside has occurred.

請求項６に記載の発明は、燃料ガス消費源と、該燃料ガス消費源に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、該燃料ガス供給源から前記燃料ガス消費源に至る燃料ガス供給路に設けられた圧力センサとを備えた燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法において、前記圧力センサを含んだ前記燃料ガス供給路の少なくとも一部の領域を封止すると共に、減圧幅が前記圧力センサの圧力検出能力の限界値近傍となるまで前記一部の領域の圧力を下げ、その後前記圧力センサにより前記一部の領域の圧力を監視することでガス漏れを判定することを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, a fuel gas consumption source, a fuel gas supply source for supplying fuel gas to the fuel gas consumption source, and a fuel gas supply path from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source are provided. In the gas leak detection method for a fuel gas consumption system comprising a pressure sensor provided, at least a partial region of the fuel gas supply path including the pressure sensor is sealed, and the pressure reduction width is the pressure sensor. The pressure in the partial region is lowered until the pressure detection capability reaches a limit value, and then the gas leakage is determined by monitoring the pressure in the partial region by the pressure sensor.

本発明によれば、燃料ガス供給路における減圧幅を圧力センサのセンシング能力最小幅に抑えることで、停止処理時間を短縮する。   According to the present invention, the stop processing time is shortened by suppressing the pressure reduction width in the fuel gas supply path to the minimum sensing capability width of the pressure sensor.

燃料ガス供給路の減圧後に、圧力センサによって燃料ガス供給路の圧力を監視し、該圧力が上昇する場合には、ガス封止不良と判定することができる。また、圧力が下降する場合には、燃料ガス供給路から外部への燃料ガス漏洩が発生していると判定することができる。   After the fuel gas supply path is depressurized, the pressure in the fuel gas supply path is monitored by a pressure sensor, and when the pressure increases, it can be determined that the gas sealing is defective. When the pressure decreases, it can be determined that fuel gas leakage from the fuel gas supply path to the outside has occurred.

本発明においては、燃料電池システム等の燃料ガス消費システムの停止処理に要する時間を短縮化することができ、迅速に漏れ判定を行うことができる。   In the present invention, the time required for stopping the fuel gas consumption system such as the fuel cell system can be shortened, and the leak determination can be performed quickly.

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

図１〜図３に本発明にかかる燃料ガス消費システムおよび燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法を燃料電池システム１に適用した場合の一実施形態を示す。ここで説明する燃料電池システム１は、燃料ガス供給源である高圧ガスタンク３０からの燃料ガスを消費する燃料ガス消費源の一例として示すものである。本実施形態においてはこの燃料電池システム１を燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。   1 to 3 show an embodiment in which the fuel gas consumption system and the gas leak detection method of the fuel gas consumption system according to the present invention are applied to the fuel cell system 1. The fuel cell system 1 described here is shown as an example of a fuel gas consumption source that consumes fuel gas from the high-pressure gas tank 30 that is a fuel gas supply source. In the present embodiment, the case where the fuel cell system 1 is applied to an in-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle will be described. However, the present invention is not limited to such an application example. For example, the fuel cell is a building (a house, a building, etc.). It is also possible to apply to a stationary power generation system used as a power generation facility.

この燃料電池システム１においては、燃料ガス供給路７４に複数の開閉弁と圧力センサとが設けられ、これら開閉弁で区切られる領域ごとの圧力を所定圧に減圧し、減圧後における圧力変化に基づいてガス漏れを判断することとしている。ここで、本実施形態においては、上記のように所定圧に減圧する際の減圧幅を、高圧ガスタンク３０の内部圧力と同程度の圧力を検出する高圧圧力センサＰ６の検出能力の範囲に対応して設定するようにし、これにより、従来よりも減圧量を減少させている。なお、本実施形態でいう同程度とは、例えば、高圧ガスタンク（燃料ガス供給源）３０の開閉弁たる主止弁（遮断弁）Ｈ１００（図１、図２参照）を開弁したときに、当該高圧ガスタンク３０の内圧変化が、対象の圧力センサで検出できることを前提とした意味を含めるものである。以下、まず、このような燃料電池システム１の概要から説明することとする。   In this fuel cell system 1, a plurality of on-off valves and pressure sensors are provided in the fuel gas supply path 74, and the pressure for each region divided by these on-off valves is reduced to a predetermined pressure, and based on the pressure change after the pressure reduction. Judging gas leaks. Here, in the present embodiment, the pressure reduction width when the pressure is reduced to the predetermined pressure as described above corresponds to the detection capability range of the high-pressure sensor P6 that detects a pressure comparable to the internal pressure of the high-pressure gas tank 30. Thus, the amount of reduced pressure is reduced as compared with the prior art. The same level as used in the present embodiment means, for example, when the main stop valve (shutoff valve) H100 (see FIGS. 1 and 2), which is an on-off valve of the high-pressure gas tank (fuel gas supply source) 30, is opened. The meaning on the assumption that the internal pressure change of the high-pressure gas tank 30 can be detected by the target pressure sensor is included. Hereinafter, first, the outline of the fuel cell system 1 will be described.

図１に示すように、酸化ガスとしての空気（外気）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、供給空気圧を検出する圧力センサＰ４、及び空気を加湿する加湿器Ａ２１が設けられている。コンプレッサＡ３は、モータ（補機）によって駆動される。モータは、後述の制御部５０によって駆動制御される。なお、エアフィルタＡ１には、空気流量を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられている。   As shown in FIG. 1, air (outside air) as an oxidizing gas is supplied to an air supply port of the fuel cell 20 via an air supply path 71. The air supply path 71 is provided with an air filter A1 that removes particulates from the air, a compressor A3 that pressurizes the air, a pressure sensor P4 that detects the supply air pressure, and a humidifier A21 that humidifies the air. The compressor A3 is driven by a motor (auxiliary machine). The motor is driven and controlled by a control unit 50 described later. The air filter A1 is provided with an air flow meter (flow meter) (not shown) that detects the air flow rate.

燃料電池２０から排出される空気オフガスは、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサＰ１、圧力調整弁Ａ４、及び上述の加湿器Ａ２１の熱交換器が設けられている。圧力センサＰ１は、燃料電池２０の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁（減圧弁）Ａ４は、燃料電池２０への供給空気の圧力（空気圧）を設定する調圧器として機能する。   The air off gas discharged from the fuel cell 20 is discharged to the outside through the exhaust path 72. The exhaust path 72 is provided with a pressure sensor P1 that detects exhaust pressure, a pressure adjustment valve A4, and a heat exchanger for the humidifier A21 described above. The pressure sensor P <b> 1 is provided in the vicinity of the air exhaust port of the fuel cell 20. The pressure regulating valve (pressure reducing valve) A4 functions as a pressure regulator that sets the pressure (air pressure) of the supply air to the fuel cell 20.

圧力センサＰ４，Ｐ１の検出信号は、制御部５０に送られる。制御部５０は、コンプレッサＡ３及び圧力調整弁Ａ４を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。   Detection signals from the pressure sensors P4 and P1 are sent to the control unit 50. The controller 50 sets the supply air pressure and the supply air flow rate to the fuel cell 20 by adjusting the compressor A3 and the pressure adjustment valve A4.

続いて、燃料ガスの供給系について説明する。なお、本実施形態では、以下に説明する燃料ガスの供給系を「燃料ガス供給部」といい、符号２で表す（図１、図２参照）。燃料ガスとしての水素ガスは、複数の高圧ガスタンク（燃料ガス供給源）３０から燃料ガス供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。高圧ガスタンク３０は、高圧圧縮ガスが封入されたタンクであり、例えば本実施形態においてはその内部圧力を７０ＭＰａとしている（図２参照）。   Next, the fuel gas supply system will be described. In the present embodiment, the fuel gas supply system described below is referred to as a “fuel gas supply unit” and is denoted by reference numeral 2 (see FIGS. 1 and 2). Hydrogen gas as fuel gas is supplied from a plurality of high-pressure gas tanks (fuel gas supply sources) 30 to a hydrogen supply port of the fuel cell 20 via a fuel gas supply path 74. The high-pressure gas tank 30 is a tank filled with high-pressure compressed gas. For example, in this embodiment, the internal pressure is set to 70 MPa (see FIG. 2).

燃料ガス供給路７４には、各高圧ガスタンク３０から水素を供給しあるいは供給を停止する主止弁（遮断弁）Ｈ１００、高圧ガスタンク３０からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサ（高圧圧力センサ）Ｐ６、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する一次減圧装置Ｈ９、一次減圧装置Ｈ９の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサ（中圧圧力センサ）Ｐ９、水素ガスを更に減圧する二次減圧装置Ｈ１０、二次減圧装置Ｈ１０の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサ（低圧圧力センサ）Ｐ１０、燃料電池２０の水素供給口と燃料ガス供給路７４間を開閉するガス供給弁（遮断弁）Ｈ２１、及び水素ガスの燃料電池２０の入口圧力を検出する圧力センサＰ５が設けられている。また、高圧ガスタンク３０から一次減圧装置Ｈ９までは高圧配管７４ａとなっている。   The fuel gas supply path 74 is provided with a main stop valve (shutoff valve) H100 that supplies or stops supplying hydrogen from each high-pressure gas tank 30, and a pressure sensor that detects the supply pressure of hydrogen gas from the high-pressure gas tank 30 (high-pressure sensor). ) P6, a primary pressure reducing device H9 for reducing and adjusting the supply pressure of hydrogen gas to the fuel cell 20, a pressure sensor (intermediate pressure sensor) P9 for detecting the hydrogen gas pressure downstream of the primary pressure reducing device H9, Further, the secondary pressure reducing device H10 for reducing pressure, the pressure sensor (low pressure sensor) P10 for detecting the hydrogen gas pressure downstream of the secondary pressure reducing device H10, and the gas for opening and closing between the hydrogen supply port of the fuel cell 20 and the fuel gas supply path 74. A supply valve (shutoff valve) H21 and a pressure sensor P5 for detecting the inlet pressure of the hydrogen gas fuel cell 20 are provided. A high pressure pipe 74a is provided from the high pressure gas tank 30 to the primary pressure reducing device H9.

なお、一次減圧装置Ｈ９および二次減圧装置Ｈ１０としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニア（あるいは連続的）に調整される弁であっても良い。圧力センサＰ５，Ｐ６，Ｐ９，Ｐ１０の検出信号は、制御部５０に送信される。   As the primary pressure reducing device H9 and the secondary pressure reducing device H10, for example, a pressure regulating valve that performs mechanical pressure reduction can be used, but the valve opening degree is adjusted linearly (or continuously) by a pulse motor. May be. Detection signals from the pressure sensors P5, P6, P9, and P10 are transmitted to the control unit 50.

ここで、上述した燃料ガス供給部２においては、図１および図２中にて破線で囲まれた範囲、つまり主止弁（遮断弁）Ｈ１００からガス供給弁（遮断弁）Ｈ２１に至るまでの範囲がガス漏れ検知可能範囲である（図１、図２参照）。   Here, in the fuel gas supply unit 2 described above, the range surrounded by the broken line in FIGS. 1 and 2, that is, from the main stop valve (shutoff valve) H100 to the gas supply valve (shutoff valve) H21. The range is a gas leak detectable range (see FIGS. 1 and 2).

燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、燃料ガス供給路７４の二次減圧装置Ｈ１０の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスの温度を検出する温度センサＴ３１、燃料電池２０と循環路７５を連通／遮断する遮断弁（ＦＣ出口弁）Ｈ２２、水素オフガスから水分を回収する気液分離器Ｈ４２、回収した生成水を循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０、この水素ポンプＨ５０の上流側における循環路７５内のガス圧を検出する圧力センサＰ２１、水素ポンプＨ５０の下流側における循環路７５内のガス圧を検出する圧力センサＰ７、及び逆流阻止弁（逆止弁）Ｈ５２が設けられている。   The hydrogen gas that has not been consumed in the fuel cell 20 is discharged to the hydrogen circulation path 75 as a hydrogen off-gas and returned to the downstream side of the secondary decompression device H10 in the fuel gas supply path 74. The hydrogen circulation path 75 includes a temperature sensor T31 that detects the temperature of the hydrogen off-gas, a shutoff valve (FC outlet valve) H22 that communicates / blocks the fuel cell 20 and the circulation path 75, and a gas-liquid separator that recovers moisture from the hydrogen off-gas. H42, a drain valve H41 that collects the recovered product water in a tank (not shown) outside the circulation path 75, a hydrogen pump H50 that pressurizes the hydrogen off-gas, and a gas pressure in the circulation path 75 upstream of the hydrogen pump H50. A pressure sensor P21, a pressure sensor P7 for detecting the gas pressure in the circulation path 75 on the downstream side of the hydrogen pump H50, and a backflow check valve (check valve) H52 are provided.

遮断弁Ｈ２１，Ｈ２２は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。温度センサＴ３１の検出信号は、制御部５０に送信される。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によってその動作が制御される。水素オフガスは、燃料ガス供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。逆流阻止弁Ｈ５２は、燃料ガス供給路７４の水素ガスが水素循環路７５側に逆流することを防止する。遮断弁Ｈ１００，Ｈ２１，Ｈ２２の各動作は、制御部５０からの信号で制御される。   The shutoff valves H21 and H22 close the anode side of the fuel cell 20. The detection signal of the temperature sensor T31 is transmitted to the control unit 50. The operation of the hydrogen pump H50 is controlled by the control unit 50. The hydrogen off gas merges with the hydrogen gas in the fuel gas supply path 74 and is supplied to the fuel cell 20 for reuse. The backflow prevention valve H52 prevents the hydrogen gas in the fuel gas supply path 74 from flowing back to the hydrogen circulation path 75 side. Each operation of the shutoff valves H100, H21, and H22 is controlled by a signal from the control unit 50.

水素循環路７５は、排出制御弁（パージ弁）Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって排気路７２に接続されている。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増すこと、セル電圧が低下することを防止することができる。   The hydrogen circulation path 75 is connected to the exhaust path 72 by a purge flow path 76 via a discharge control valve (purge valve) H51. The discharge control valve H51 is an electromagnetic shut-off valve, and discharges (purges) hydrogen off-gas to the outside by operating according to a command from the control unit 50. By intermittently performing this purging operation, it is possible to prevent the hydrogen off-gas circulation from being repeated, thereby increasing the impurity concentration of the hydrogen gas on the fuel electrode side and reducing the cell voltage.

更に、燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられている。冷却路７３には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１、冷却水が有する熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１、及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。   Further, a cooling passage 73 for circulating the cooling water is provided at the cooling water inlet / outlet of the fuel cell 20. In the cooling path 73, a temperature sensor T1 for detecting the temperature of the cooling water discharged from the fuel cell 20, a radiator (heat exchanger) C2 for radiating the heat of the cooling water to the outside, and the cooling water is pressurized and circulated. A temperature sensor T2 that detects the temperature of the cooling water supplied to the pump C1 and the fuel cell 20 is provided. The radiator C2 is provided with a cooling fan C13 that is rotationally driven by a motor.

燃料電池２０は、燃料電池セル（単セル）を所定数積層した燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに交流電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に交流電力を供給するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。   The fuel cell 20 is configured as a fuel cell stack in which a predetermined number of fuel cells (single cells) are stacked. The electric power generated by the fuel cell 20 is supplied to a power control unit (not shown). The power control unit consists of an inverter that supplies AC power to the drive motor of the vehicle, an inverter that supplies AC power to various auxiliary equipment such as a compressor motor and a hydrogen pump motor, and charging and secondary battery charging. A DC-DC converter or the like that supplies power from the battery to the motors is provided.

制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。   The control unit 50 receives control information from a requested load such as an accelerator signal of a vehicle (not shown) and sensors (pressure sensor, temperature sensor, flow rate sensor, output ammeter, output voltmeter, etc.) of each part of the fuel cell system 1, Control the operation of valves and motors in each part.

なお、制御部５０は、図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。この制御コンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知の構成から成り、市販されている制御用コンピュータシステムによって構成される。   The control unit 50 is configured by a control computer system (not shown). This control computer system has a known configuration such as a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, and display, and is configured by a commercially available control computer system.

次に、制御部５０によるシステム終了処理動作について説明する。   Next, the system end processing operation by the control unit 50 will be described.

制御部５０は、図示しない主制御プログラムにおいてユーザによるシステム終了指令を受けたことを判別すると、図３に示すフローにしたがってシステム終了処理動作を行う。以下、詳細な動作を順に説明する。なお、以下に示す（Ａ）〜（Ｆ）は図３中に示す（Ａ）〜（Ｆ）にそれぞれ対応しているものである。   When it is determined that the user has received a system termination command from a main control program (not shown), the control unit 50 performs a system termination processing operation according to the flow shown in FIG. Hereinafter, detailed operations will be described in order. The following (A) to (F) correspond to (A) to (F) shown in FIG.

（Ａ）まず、ユーザによるシステム終了指令（例えば、イグニッションキーをオフする動作）を受けると（ＩＧ／ＯＦＦ）、制御部（ＣＰＵ）５０はシステム終了処理（より詳細には、図３における（Ｂ）以降の処理）を開始する（ステップＳＴ１）。   (A) First, upon receiving a system termination command (for example, an operation for turning off the ignition key) by the user (IG / OFF), the control unit (CPU) 50 performs system termination processing (more specifically, (B ) Subsequent processing) is started (step ST1).

（Ｂ）終了処理開始後、高圧ガスタンク３０の主止弁Ｈ１００を閉じる（ステップＳＴ２）。また、このときの高圧圧力センサＰ６の圧力、つまり高圧配管７４ａのガス圧を記憶する（ステップＳＴ３）。   (B) After starting the end process, the main stop valve H100 of the high-pressure gas tank 30 is closed (step ST2). Further, the pressure of the high pressure sensor P6 at this time, that is, the gas pressure of the high pressure pipe 74a is stored (step ST3).

（Ｃ）高圧配管７４ａのガス圧を減圧する（ステップＳＴ４）。より詳しくは、燃料電池２０による発電により燃料ガスを消費する、もしくは、排気制御弁Ｈ５１により燃料オフガスを放出することでガス圧を減圧させる（ステップＳＴ５）。このとき、ステップＳＴ３で記憶した圧力記憶値と高圧圧力センサＰ６の検出値とを比較し、減圧幅が当該高圧圧力センサＰ６の圧力検出能力の限界値近傍となるまで（一例として、高圧圧力センサＰ６の圧力検出能力（検出性能ΔＰ、例えば２〜３ＭＰａ）を超えるまで）減圧処理する（ステップＳＴ６）。つまり、ガス圧を徐々に下げていったとき、その時点でのガス圧（圧力記憶値よりも低くなったガス圧値）を「圧力減圧値」とするならば、上述の「圧力記憶値」からこの「圧力減圧値」を引いた「圧力記憶値−圧力減圧値」の値がその時点での減圧幅ということになるが、この減圧幅が上述のΔＰの値を超えたところで減圧を終えることとする。したがって、検出性能ΔＰが２〜３ＭＰａ程度であれば、これと同程度、あるいはこれを少し上回る程度の減圧幅で済むということになる。   (C) The gas pressure in the high pressure pipe 74a is reduced (step ST4). More specifically, the fuel gas is consumed by the power generation by the fuel cell 20, or the gas pressure is reduced by discharging the fuel off-gas by the exhaust control valve H51 (step ST5). At this time, the pressure memorized value stored in step ST3 is compared with the detected value of the high pressure sensor P6 until the pressure reduction width is close to the limit value of the pressure detecting capability of the high pressure sensor P6 (for example, the high pressure sensor A pressure reduction process is performed (until the detection performance ΔP exceeds P6, for example, 2 to 3 MPa) (step ST6). In other words, when the gas pressure is gradually lowered, if the gas pressure at that time (the gas pressure value lower than the pressure memory value) is set to the “pressure reduction value”, the above “pressure memory value” The value of “pressure memory value−pressure decompression value” obtained by subtracting this “pressure decompression value” is the decompression width at that time, and the decompression ends when the decompression width exceeds the value of ΔP described above. I will do it. Therefore, if the detection performance ΔP is about 2 to 3 MPa, a reduced pressure width that is about the same or slightly higher than this is sufficient.

このように、減圧幅をΔＰ、つまり、高圧圧力センサＰ６のセンシング能力最小幅に抑えることで、停止処理時間を短縮する。すなわち、減圧幅が大きいと減圧処理に時間がかかるが、上記のように減圧幅を小さくすることで、システムの停止時間（停止処理の所要時間）を短縮することができる。   In this way, the decompression width is suppressed to ΔP, that is, the sensing capacity minimum width of the high pressure sensor P6, thereby shortening the stop processing time. That is, if the decompression width is large, the decompression process takes time. However, by reducing the decompression width as described above, the system stop time (time required for the stop process) can be shortened.

（Ｄ）減圧処理終了後、燃料電池２０へのガス供給弁Ｈ２１を閉じる。すなわち主止弁Ｈ１００からガス供給弁Ｈ２１までを封止する（ステップＳＴ７）。   (D) After completion of the decompression process, the gas supply valve H21 to the fuel cell 20 is closed. That is, the main stop valve H100 to the gas supply valve H21 are sealed (step ST7).

（Ｅ）燃料電池システム１を終了する（ステップＳＴ８）。   (E) The fuel cell system 1 is terminated (step ST8).

（Ｆ）システム終了後は、制御部５０、および高圧圧力センサＰ６、中圧圧力センサＰ９、低圧圧力センサＰ１０によって高圧圧力センサＰ６による検出値の変動を監視する（ステップＳＴ９）。監視中、圧力がΔＰ以上上昇した場合には、高圧ガスタンク３０の主止弁Ｈ１００のガス封止不良と判定する（ステップＳＴ１０、ＳＴ１１、ＳＴ１２）。この場合には、主止弁Ｈ１００からガス漏れ検知可能範囲（図１、図２において破線で囲んだ範囲）へと燃料ガスが漏れていると判定することができる。また、圧力がΔＰ以上下降する場合には、燃料ガス供給部２からシステム外部への燃料ガス漏洩が発生している、つまり、上述の漏れ検知可能範囲からその外へと燃料ガスが漏れていると判定する（ステップＳＴ１０、ＳＴ１３、ＳＴ１４）。以上のようにガス漏れが発生していると判定した場合には、次回の起動時にユーザに通知するようにする。   (F) After completion of the system, the control unit 50, the high pressure sensor P6, the intermediate pressure sensor P9, and the low pressure sensor P10 monitor the fluctuation of the detected value by the high pressure sensor P6 (step ST9). If the pressure rises by ΔP or more during monitoring, it is determined that the main stop valve H100 of the high-pressure gas tank 30 has a gas sealing failure (steps ST10, ST11, ST12). In this case, it can be determined that the fuel gas is leaking from the main stop valve H100 to a gas leak detectable range (a range surrounded by a broken line in FIGS. 1 and 2). Further, when the pressure drops by ΔP or more, fuel gas leaks from the fuel gas supply unit 2 to the outside of the system, that is, the fuel gas leaks out of the above-described leak detectable range. (Steps ST10, ST13, ST14). As described above, when it is determined that a gas leak has occurred, the user is notified at the next startup.

一方で、圧力変動（上昇または下降）の幅がΔＰ以上とならなかった場合には、上記した圧力変動の監視を終了する（ステップＳＴ１５）。   On the other hand, when the width of the pressure fluctuation (rise or fall) does not become ΔP or more, the monitoring of the pressure fluctuation is finished (step ST15).

このように構成された本実施形態の燃料電池システム１及び燃料電池システム１のガス漏れ検出方法によれば、主止弁Ｈ１００からガス供給弁Ｈ２１の間の領域（図１の破線部）のガス漏れ検出を迅速に行うことが可能となる。特に、高圧ガス配管７４ａを高圧化（例えば３５ＭＰａから７０ＭＰａへと変更）する場合、および、本実施形態のように一次減圧弁Ｈ９が共通化されて高圧配管７４ａの容積が大きい場合でも、減圧に時間をかけることなく燃料電池システム１の終了処理を従来よりも迅速に行うことができる。また、減圧弁を共通化することによるシステム簡素化・軽量化を図るに際し、減圧に時間を要していたという課題が解決するから、システムを低コスト化することが実現できることとなる。   According to the fuel cell system 1 and the gas leak detection method of the fuel cell system 1 configured as described above, the gas in the region between the main stop valve H100 and the gas supply valve H21 (the broken line portion in FIG. 1). Leak detection can be performed quickly. In particular, when the pressure of the high pressure gas pipe 74a is increased (for example, changed from 35 MPa to 70 MPa), and even when the primary pressure reducing valve H9 is shared and the volume of the high pressure pipe 74a is large as in this embodiment, the pressure is reduced. The termination process of the fuel cell system 1 can be performed more quickly than before without taking time. In addition, when the system is simplified and reduced in weight by using a common pressure reducing valve, the problem that time is required for pressure reduction is solved, so that the cost of the system can be reduced.

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では燃料ガスを消費する燃料ガス消費源の一例としての燃料電池システム１に本発明を適用した場合について説明したが、これは好適な一例に過ぎず、この他の燃料ガス消費源として例えばガスエンジンが用いられているシステム等においても適用することが可能である。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where the present invention is applied to the fuel cell system 1 as an example of the fuel gas consumption source that consumes the fuel gas has been described, but this is only a preferred example, and other fuel gas consumption For example, the present invention can be applied to a system in which a gas engine is used as a source.

本発明の一実施形態として示した燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system shown as one Embodiment of this invention. 本実施形態の燃料電池システムのうち、高圧ガスタンクから燃料電池に至るまでの燃料ガス供給部について示す概略図である。It is the schematic shown about the fuel gas supply part from a high pressure gas tank to a fuel cell among the fuel cell systems of this embodiment. 同燃料電池システムの制御部によるシステム終了処理動作について示したフロー図である。It is the flowchart shown about the system completion | finish processing operation | movement by the control part of the fuel cell system.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池システム（燃料ガス消費システム）、２０…燃料電池、３０…高圧ガスタンク（燃料ガス供給源）、５０…制御部、７１…空気供給路、７２…排気路、７４…燃料ガス供給路、７４ａ…高圧配管、７５…水素循環路、Ｈ９…一次減圧装置、Ｈ１０…二次減圧装置、Ｈ２１…ガス供給弁、Ｈ２２…燃料電池出口弁、Ｈ５１…排気制御弁（パージ弁）、Ｈ５２…逆止弁、Ｈ１００…主止弁、Ｐ１〜Ｐ１０…圧力センサ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system (fuel gas consumption system), 20 ... Fuel cell, 30 ... High pressure gas tank (fuel gas supply source), 50 ... Control part, 71 ... Air supply path, 72 ... Exhaust path, 74 ... Fuel gas supply path 74a ... high pressure piping, 75 ... hydrogen circulation path, H9 ... primary decompression device, H10 ... secondary decompression device, H21 ... gas supply valve, H22 ... fuel cell outlet valve, H51 ... exhaust control valve (purge valve), H52 ... Check valve, H100 ... main stop valve, P1-P10 ... pressure sensor

Claims (6)

燃料ガス供給源からの燃料ガスを燃料ガス消費源に供給する供給路に複数の開閉弁と圧力センサを設け、前記開閉弁で区切られる領域ごとの圧力を所定圧に減圧し、減圧後の圧力変化に基づいてガス漏れを判断する燃料ガス消費システムにおいて、
前記所定圧に減圧する際の減圧幅を、前記燃料ガス供給源の内部圧力と同程度の圧力を検出する高圧圧力センサの検出能力の範囲に対応して設定していることを特徴とする燃料ガス消費システム。 A supply path for supplying fuel gas from a fuel gas supply source to a fuel gas consumption source is provided with a plurality of on-off valves and pressure sensors, and the pressure in each region divided by the on-off valves is reduced to a predetermined pressure. In a fuel gas consumption system that judges gas leaks based on changes,
The fuel is characterized in that the pressure reduction range when the pressure is reduced to the predetermined pressure is set corresponding to the range of detection capability of a high pressure sensor that detects a pressure comparable to the internal pressure of the fuel gas supply source. Gas consumption system. 前記高圧圧力センサは、前記燃料ガス供給源の開閉弁とその下流の減圧弁との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス消費システム。   2. The fuel gas consumption system according to claim 1, wherein the high-pressure sensor is disposed between an opening / closing valve of the fuel gas supply source and a pressure reducing valve downstream thereof. 前記燃料ガス供給源が複数設けられているとともに、これら複数の燃料ガス供給源の合流通路に一次減圧弁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ガス消費システム。   2. The fuel gas consumption system according to claim 1, wherein a plurality of the fuel gas supply sources are provided, and a primary pressure reducing valve is provided in a joining passage of the plurality of fuel gas supply sources. 燃料ガス消費源と、該燃料ガス消費源に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、該燃料ガス供給源から前記燃料ガス消費源に至る燃料ガス供給路に設けられた圧力センサとを備えた燃料ガス消費システムにおいて、
前記圧力センサを含んだ前記燃料ガス供給路の少なくとも一部の領域を封止すると共に、減圧幅が前記圧力センサの圧力検出能力の限界値近傍となるまで前記一部の領域の圧力を下げ、その後前記圧力センサにより前記一部の領域の圧力を監視することでガス漏れを判定する制御部を備えたことを特徴とする燃料ガス消費システム。 A fuel gas consumption source, a fuel gas supply source for supplying fuel gas to the fuel gas consumption source, and a pressure sensor provided in a fuel gas supply path from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source In the fuel gas consumption system,
Sealing at least a part of the fuel gas supply path including the pressure sensor, and lowering the pressure in the part of the area until the pressure reduction width is close to the limit value of the pressure detection capability of the pressure sensor, A fuel gas consumption system comprising a control unit that determines gas leakage by monitoring the pressure in the partial area by the pressure sensor. 前記燃料ガス供給源には前記燃料ガス供給路に対する連通・遮断を切り換える主止弁が設けられ、
前記燃料ガス供給路には、前記燃料ガス供給源から燃料ガス消費源に対して供給される燃料ガスを減圧する減圧弁と、
当該燃料ガス供給路からのガス供給の連通・遮断を切り換えるガス供給弁と、が設けられ、
前記制御部は、前記主止弁から前記ガス供給弁までの間を封止し、この領域のガス漏れを判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料ガス消費システム。 The fuel gas supply source is provided with a main stop valve for switching between communication and blocking with respect to the fuel gas supply path,
In the fuel gas supply path, a pressure reducing valve that depressurizes the fuel gas supplied from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source;
A gas supply valve for switching communication / interruption of gas supply from the fuel gas supply path, and
The fuel gas consumption system according to claim 4, wherein the control unit seals a space between the main stop valve and the gas supply valve, and determines a gas leak in this region. 燃料ガス消費源と、該燃料ガス消費源に燃料ガスを供給する燃料ガス供給源と、該燃料ガス供給源から前記燃料ガス消費源に至る燃料ガス供給路に設けられた圧力センサとを備えた燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法において、
前記圧力センサを含んだ前記燃料ガス供給路の少なくとも一部の領域を封止すると共に、減圧幅が前記圧力センサの圧力検出能力の限界値近傍となるまで前記一部の領域の圧力を下げ、その後前記圧力センサにより前記一部の領域の圧力を監視することでガス漏れを判定することを特徴とする燃料ガス消費システムのガス漏れ検出方法。

A fuel gas consumption source, a fuel gas supply source for supplying fuel gas to the fuel gas consumption source, and a pressure sensor provided in a fuel gas supply path from the fuel gas supply source to the fuel gas consumption source In the gas leak detection method of the fuel gas consumption system,
Sealing at least a part of the fuel gas supply path including the pressure sensor, and lowering the pressure in the part of the area until the pressure reduction width is close to the limit value of the pressure detection capability of the pressure sensor, A gas leak detection method for a fuel gas consumption system, wherein gas leak is determined by monitoring the pressure in the partial area by the pressure sensor.

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