JP4925594B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

この発明は、燃料ガスを用いた電気化学反応による起電力を発生する燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that generates an electromotive force by an electrochemical reaction using a fuel gas.

たとえば、固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、固体高分子膜を両側から挟むように、アノードとカソードとを配置した構成を有している。アノードおよびカソードには、それぞれ水素ガス流路および空気流路が設けられており、水素ガス流路を水素ガスが流れると、アノードにおいて、その水素ガス中の水素の酸化反応によって、プロトン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とが生成される。そして、そのプロトンが固体高分子膜を透過してカソードに到達すると、カソードにおいて、プロトンと空気流路を流れる空気中の酸素とから水を生成する反応が生じ、その結果として発電が行われる。 For example, a fuel cell of a solid polymer fuel cell has a configuration in which an anode and a cathode are arranged so as to sandwich a solid polymer membrane from both sides. The anode and the cathode are provided with a hydrogen gas channel and an air channel, respectively. When hydrogen gas flows through the hydrogen gas channel, protons (H +) are generated at the anode by an oxidation reaction of hydrogen in the hydrogen gas. ) And electrons (e − ) are generated. When the protons pass through the solid polymer membrane and reach the cathode, a reaction occurs in the cathode to generate water from the protons and oxygen in the air flowing through the air flow path. As a result, power generation is performed.

このような燃料電池セルでは、空気流路を流れる空気中の窒素が、固体高分子膜を透過してアノード側に移動する。このアノード側に移動した窒素は、反応に寄与せず、水素ガス流路に滞留する。また、固体高分子膜のアノード側はカソード側よりもドライな状態であるため、カソードで生成される水の一部が、固体高分子膜を浸透してアノード側に移動し、水素ガス流路に滞留する。   In such a fuel cell, nitrogen in the air flowing through the air flow path passes through the solid polymer membrane and moves to the anode side. The nitrogen moved to the anode side does not contribute to the reaction and stays in the hydrogen gas flow path. Also, since the anode side of the solid polymer membrane is in a dry state than the cathode side, a part of the water generated at the cathode permeates the solid polymer membrane and moves to the anode side, and the hydrogen gas flow path Stays on.

水素ガス流路に窒素や水などの不純物が滞留すると、水素ガスの流れが悪くなって、出力電圧が低下する。そのため、水素ガス流路には、水素ガスの流通方向におけるアノードの下流側に排出管が分岐して接続されており、一定期間ごとに、その排出管に介装されているパージ弁を開いて、水素ガス流路に滞留した不純物を水素ガスとともに排除すること（パージ）が行われる。   If impurities such as nitrogen and water stay in the hydrogen gas flow path, the flow of hydrogen gas becomes worse and the output voltage decreases. For this reason, a discharge pipe is branched and connected to the downstream side of the anode in the hydrogen gas flow direction in the hydrogen gas flow path, and a purge valve interposed in the discharge pipe is opened at regular intervals. Then, the impurities staying in the hydrogen gas flow path are removed together with the hydrogen gas (purge).

しかしながら、パージ弁が必ずしも正常に動作するとは限らない。パージ弁に故障が生じていると、たとえば、パージ弁が開かないために、水素ガス流路における不純物の滞留が進み、場合によっては、燃料電池セルが発電むら（水素ガスの局所的な供給）による著しいダメージを受けてしまう。そのため、水素ガス流路に水素ガスを供給するための供給路に圧力センサを設け、この圧力センサによって検出される供給路内の水素ガスの圧力の変動に基づいて、パージ弁に故障が生じているか否かを判定することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−９１６２０号公報 However, the purge valve does not always operate normally. If a failure occurs in the purge valve, for example, since the purge valve does not open, impurities stay in the hydrogen gas flow path, and in some cases, the fuel cell does not generate electricity (local supply of hydrogen gas). You will receive significant damage. For this reason, a pressure sensor is provided in the supply path for supplying hydrogen gas to the hydrogen gas flow path, and a failure occurs in the purge valve based on fluctuations in the pressure of hydrogen gas in the supply path detected by the pressure sensor. It has been proposed to determine whether or not (see, for example, Patent Document 1).
JP 2003-91620 A

燃料電池に備えられているパージ弁が１つだけであれば、そのパージ弁の開閉に伴って、供給路内の水素ガスの圧力が大きく変動するので、パージ弁に開信号（パージ弁の開を指示する信号）または閉信号（パージ弁の閉を指示する信号）が入力される前後における水素ガスの圧力の変動量に基づいて、パージ弁に故障が生じているか否かを判定することができる。   If the fuel cell has only one purge valve, the pressure of the hydrogen gas in the supply path varies greatly as the purge valve is opened and closed. Or a closing signal (a signal for instructing the closing of the purge valve) to determine whether or not a failure has occurred in the purge valve based on the amount of change in the pressure of the hydrogen gas before and after the input it can.

ところが、複数の燃料電池セルまたはスタックの水素ガス流路に共通の供給路から水素ガスが供給される構成の燃料電池において、１つまたは複数の燃料電池セルまたはスタックごとにパージ弁を設けることによって、不純物が滞留したセルまたはスタック部のみパージできるので、燃料の利用率が高くシステムの効率は良いが、多数のパージ弁が備えられるため、１つのパージ弁の開閉による供給路内の水素ガスの圧力の変動量は小さく、上記の提案に係る構成では、パージ弁に故障が生じているか否かを正確に判定することができない。   However, in a fuel cell having a configuration in which hydrogen gas is supplied from a common supply path to the hydrogen gas flow paths of a plurality of fuel cells or stacks, a purge valve is provided for each one or more fuel cells or stacks. Since only the cells or stacks where impurities have accumulated can be purged, the fuel utilization rate is high and the system efficiency is good. However, since a large number of purge valves are provided, the hydrogen gas in the supply path is opened and closed by opening and closing one purge valve. The amount of pressure fluctuation is small, and the configuration according to the above proposal cannot accurately determine whether or not the purge valve has failed.

そこで、１つのパージ弁の開閉に伴って水素ガスの圧力が大きく変動する各水素ガス流路に圧力センサを設け、パージ弁に開信号または閉信号が入力される前後において、各圧力センサによって検出される圧力の変動量に基づいて、パージ弁に故障が生じているか否かを判定することが考えられる。しかしながら、上記提案に係る構成では、燃料電池の動作圧力の計測に必要な圧力センサは１つで良いのにもかかわらず、すべての水素ガス流路に圧力センサを設けるとなると、大幅なコストアップを余儀なくされる。   Therefore, a pressure sensor is provided in each hydrogen gas flow path where the hydrogen gas pressure varies greatly with the opening and closing of one purge valve, and is detected by each pressure sensor before and after an open signal or a close signal is input to the purge valve. It is conceivable to determine whether or not a failure has occurred in the purge valve on the basis of the amount of pressure fluctuation. However, in the configuration according to the above proposal, although only one pressure sensor is required for measuring the operating pressure of the fuel cell, if pressure sensors are provided in all the hydrogen gas flow paths, the cost is greatly increased. Will be forced.

この発明は、上述のような背景の下になされたものであり、その目的は、排気手段に故障が生じているか否かを正確に判定することができる燃料電池装置を提供することである。   The present invention has been made under the background as described above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell device that can accurately determine whether or not a failure has occurred in the exhaust means.

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、燃料電池装置において、燃料ガス供給源と、燃料ガスを用いた電気化学反応により電圧を発生する複数の発電部と、各前記発電部に設けられ、燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、各前記燃料ガス流路に共通に接続され、前記燃料ガス供給源からの燃料ガスを各前記燃料ガス流路に分配して供給するための供給路と、各前記発電部のそれぞれに接続され、前記燃料ガス流路から流出する燃料ガスが流通するとともに、各前記発電部の燃料ガスの流通方向の下流側において１つに合流される複数の燃料ガス外流路と、複数の前記燃料ガス外流路の合流点よりも下流側に介装され、前記燃料ガス流路から燃料ガスを排気し、開信号の入力に応じて開き、閉信号の入力に応じて閉じるパージ弁を含む排気手段と、各前記発電部に対応して設けられ、各前記発電部が発生する電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、各前記電圧検出手段によって検出される、前記パージ弁の開閉による電圧の変動量に基づいて、前記排気手段に故障が生じているか否かを判定する故障判定手段とを備え、前記故障判定手段は、前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、すべての前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下した場合には、前記排気手段に故障が生じていないと判断し、前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、すべての前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下しない場合には、前記排気手段に故障が生じていると判断し、前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、いずれかの前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下しない場合には、前記発電部に故障が生じていると判断することを特徴としている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a fuel cell device, wherein a fuel gas supply source, a plurality of power generation units that generate a voltage by an electrochemical reaction using fuel gas, and each of the power generation units A fuel gas flow path through which the fuel gas flows, and is connected in common to each of the fuel gas flow paths, and distributes and supplies the fuel gas from the fuel gas supply source to the fuel gas flow paths The fuel gas flowing out from the fuel gas flow path is circulated and merged into one on the downstream side of the fuel gas flow direction of each power generation section. A plurality of fuel gas outer flow paths and a plurality of the fuel gas outer flow paths are interposed downstream from the junction point , exhaust the fuel gas from the fuel gas flow paths, open in response to an input of an open signal, and a closed signal A purge valve that closes according to the input of Exhaust means, voltage detection means provided corresponding to each of the power generation units and detecting the voltage generated by each of the power generation units, and voltage detected by each of the voltage detection units due to opening and closing of the purge valve Failure determination means for determining whether or not a failure has occurred in the exhaust means based on the fluctuation amount of the exhaust gas, and the failure determination means before and after the input of the close signal to the purge valve When the generated voltage of the power generation unit falls below a predetermined voltage, it is determined that no failure has occurred in the exhaust means, and the generated voltage of all the power generation units before and after the closing signal is input to the purge valve. Is not lower than a predetermined voltage, it is determined that a failure has occurred in the exhaust means, and before and after the closing signal is input to the purge valve, the generated voltage of any of the power generation units is higher than the predetermined voltage. If no decrease is characterized in that it is determined that the failure to the power generation unit has occurred.

請求項１記載の発明によれば、各発電部から発生される電圧が電圧検出手段によって検出され、その電圧検出手段によって検出される電圧の変動量に基づいて、排気手段に故障が生じているか否かが判定される。各発電部の燃料ガス供給路から燃料ガスとともに不純物を排除するためのパージ時において、排気手段が正常に動作してれば、燃料ガス供給路における燃料ガスの圧力の急激な低下に伴って、各発電部の発生電圧が急激に低下する。一方、排気手段に故障が生じているために、排気手段による排気が行われない場合には、燃料ガス供給路における燃料ガスの圧力が低下せず、各発電部の発生電圧の急激な低下も生じない。そのため、パージの開始前後または終了前後において、各電圧検出手段によって検出される電圧の変動量に基づいて、排気手段に故障が生じているか否かを正確に判定することができる。   According to the first aspect of the present invention, whether the voltage generated from each power generation unit is detected by the voltage detection means, and whether a failure has occurred in the exhaust means based on the fluctuation amount of the voltage detected by the voltage detection means. It is determined whether or not. At the time of purging to remove impurities together with the fuel gas from the fuel gas supply path of each power generation unit, if the exhaust means operates normally, along with the rapid decrease in the pressure of the fuel gas in the fuel gas supply path, The generated voltage of each power generation unit drops rapidly. On the other hand, when exhaust by the exhaust means is not performed due to a failure in the exhaust means, the pressure of the fuel gas in the fuel gas supply path does not decrease, and the generated voltage of each power generation unit also decreases rapidly. Does not occur. Therefore, it is possible to accurately determine whether or not a failure has occurred in the exhaust means based on the amount of voltage fluctuation detected by each voltage detection means before and after the start or end of the purge.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池装置を図解的に示す全体構成図である。この燃料電池装置は、３つの発電部としての燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３と、これらの燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３に供給される燃料ガスとしての水素ガスを貯留する燃料ガス供給源としての燃料タンク１１と、燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３に空気を供給するためのエアコンプレッサ１２と、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを備えるマイクロコンピュータを含む構成の供給適否判定手段および故障判定手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１３とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram schematically showing a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. This fuel cell device is a fuel gas supply source that stores fuel cells FC1, FC2, FC3 as three power generation units and hydrogen gas as a fuel gas supplied to these fuel cells FC1, FC2, FC3. An electronic control unit (supply control determination unit and failure determination unit) including a tank 11, an air compressor 12 for supplying air to the fuel cells FC1, FC2, and FC3, and a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM. ECU) 13.

各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３は、たとえば、燃料電池セル１４（図２参照）を複数積み重ねたスタック構造をなしている。
燃料電池セル１４は、図２に示すように、パーフルオロスルホン酸膜などのプロトン導電性の固体高分子膜１５と、白金などの貴金属の触媒が担持されるカーボンなどの多孔質電極からなるアノード１６およびカソード１７と、ガス不透過の導電性材料からなるセパレータ１８，１９と、カーボンペーパなどのガス透過性材料からなる集電体２０とを備えている。 Each fuel cell FC1, FC2, FC3 has, for example, a stack structure in which a plurality of fuel cells 14 (see FIG. 2) are stacked.
As shown in FIG. 2, the fuel cell 14 includes an anode composed of a proton conductive solid polymer membrane 15 such as a perfluorosulfonic acid membrane and a porous electrode such as carbon on which a catalyst of a noble metal such as platinum is supported. 16 and a cathode 17, separators 18 and 19 made of a gas-impermeable conductive material, and a current collector 20 made of a gas-permeable material such as carbon paper.

アノード１６およびカソード１７は、固体高分子膜１５を、その両側から挟むようにして配置されており、セパレータ１８，１９は、これらアノード１６およびカソード１７を、さらにその両側から挟むようにして配置されている。そして、アノード１６とセパレータ１８との間およびカソード１７とセパレータ１９との間に、それぞれ集電体２０が介在されている。   The anode 16 and the cathode 17 are disposed so as to sandwich the solid polymer film 15 from both sides thereof, and the separators 18 and 19 are disposed so as to sandwich these anode 16 and cathode 17 from both sides thereof. A current collector 20 is interposed between the anode 16 and the separator 18 and between the cathode 17 and the separator 19.

セパレータ１８のアノード１６に対向する側の面には、葛折状の燃料ガス流路としての水素ガス内流路２１が形成されている。また、セパレータ１９のカソード１７に対向する側の面には、葛折状の空気流路２２が形成されている。
そして、水素ガス内流路２１に水素ガスが供給されるとともに、空気流路２２に空気が供給されると、電気化学反応が生じ、アノード１６とカソード１７との間に電圧（起電力）が発生する。 On the surface of the separator 18 on the side facing the anode 16, an in-hydrogen gas flow path 21 is formed as a twisted fuel gas flow path. Further, a distorted air flow path 22 is formed on the surface of the separator 19 facing the cathode 17.
When hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas flow path 21 and air is supplied to the air flow path 22, an electrochemical reaction occurs, and a voltage (electromotive force) is generated between the anode 16 and the cathode 17. appear.

具体的には、水素ガス内流路２１に水素ガスが供給されると、その水素ガスがアノード１６の全面に供給され、アノード１６において、下記式（１）で示されるように、水素ガス中の水素の酸化反応が生じ、プロトン（Ｈ+）と電子（ｅ-）とが生成される。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- ・・・（１）
この酸化反応によって生成されるプロトンは、固体高分子膜１５を透過して、カソード１７に向かう。そして、そのプロトンがカソード１７に到達すると、カソード１７において、下記式（２）で示されるように、プロトンと空気流路２２を流れる空気中の酸素とから水を生成する反応が生じる。 Specifically, when hydrogen gas is supplied to the hydrogen gas internal flow path 21, the hydrogen gas is supplied to the entire surface of the anode 16. In the anode 16, as shown by the following formula (1), Oxidation reaction of hydrogen occurs, and protons (H + ) and electrons (e − ) are generated.
H 2 → 2H + + 2e − (1)
Protons generated by this oxidation reaction pass through the solid polymer membrane 15 and travel toward the cathode 17. Then, when the proton reaches the cathode 17, a reaction for generating water from the proton and oxygen in the air flowing through the air flow path 22 occurs at the cathode 17 as represented by the following formula (2).

（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ ・・・（２）
この結果、アノード１６で生成される電子が外部回路（図示せず）を介してカソード１７に移動し、アノード１６とカソード１７との間に電圧が発生する。
図１を参照して、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３には、それぞれ水素ガス分配路２３，２４，２５を介して、燃料タンク１１から水素ガスが供給される供給路としての水素ガス供給路２６が接続されている。この水素ガス供給路２６上には、水素ガスの流通方向に順に、水素ガス供給路２６を流れる水素ガスの流量を調節する水素ガス流量調節弁２７と、水素ガス供給路２６における水素ガスの圧力を検出するための圧力検出手段としての圧力センサ２８とが設けられている。 (1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
As a result, electrons generated at the anode 16 move to the cathode 17 via an external circuit (not shown), and a voltage is generated between the anode 16 and the cathode 17.
Referring to FIG. 1, a hydrogen gas supply path as a supply path through which hydrogen gas is supplied from fuel tank 11 to each fuel cell FC1, FC2, FC3 via hydrogen gas distribution paths 23, 24, 25, respectively. 26 is connected. On the hydrogen gas supply path 26, a hydrogen gas flow rate adjusting valve 27 that adjusts the flow rate of the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas supply path 26 in order in the direction of hydrogen gas flow, and the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas supply path 26 And a pressure sensor 28 as a pressure detecting means for detecting.

燃料タンク１１から水素ガス供給路２６に供給される水素ガスは、各水素ガス分配路２３，２４，２５を介して、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３に供給され、さらに各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３において各燃料電池セル１４の水素ガス内流路２１に並列に供給される。
また、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３には、それぞれ水素ガス内流路２１から流出する水素ガスが流通する水素ガス外流路２９，３０，３１が接続されている。各水素ガス外流路２９，３０，３１には、それぞれ帰還路３２，３３，３４が途中部から分岐して接続されている。そして、各帰還路３２，３３，３４の先端は、水素ガス供給路２６の途中部であって、水素ガス流量調節弁２７と圧力センサ２８との間に接続されている。さらに、各水素ガス外流路２９，３０，３１には、それぞれ帰還路３２，３３，３４の分岐点よりも水素ガスの流通方向の下流側に、各水素ガス外流路２９，３０，３１を開閉するための排気手段としてのパージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が介装されている。 Hydrogen gas supplied from the fuel tank 11 to the hydrogen gas supply path 26 is supplied to the fuel cells FC1, FC2, FC3 via the hydrogen gas distribution paths 23, 24, 25, and further to the fuel cells FC1, FC2. , FC3 is supplied in parallel to the hydrogen gas flow path 21 of each fuel cell 14.
In addition, hydrogen gas outer flow paths 29, 30, and 31 through which hydrogen gas flowing out from the hydrogen gas flow path 21 flows are connected to the fuel cells FC1, FC2, and FC3, respectively. Return paths 32, 33, and 34 are connected to the hydrogen gas outer channels 29, 30, and 31, respectively, branched from the middle portion. The tips of the return paths 32, 33, and 34 are in the middle of the hydrogen gas supply path 26 and are connected between the hydrogen gas flow control valve 27 and the pressure sensor 28. Further, the hydrogen gas outer channels 29, 30, and 31 are opened and closed on the downstream side in the hydrogen gas flow direction from the branch points of the return channels 32, 33, and 34, respectively. For this purpose, purge valves SV1, SV2, SV3 are provided as exhaust means.

各パージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が閉じられた状態では、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３の水素ガス内流路２１を流れる水素ガスは、各水素ガス外流路２９，３０，３１を流れ、各帰還路３２，３３，３４を通して水素ガス供給路２６に戻される。すなわち、各パージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が閉じられた状態では、水素ガス供給路２６、水素ガス分配路２３，２４，２５、水素ガス内流路２１、水素ガス外流路２９，３０，３１および帰還路３２，３３，３４からなる循環路を水素ガスが循環する。   In a state where the purge valves SV1, SV2, SV3 are closed, the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas inner flow paths 21 of the fuel cells FC1, FC2, FC3 flows through the hydrogen gas outer flow paths 29, 30, 31, The gas is returned to the hydrogen gas supply path 26 through the return paths 32, 33, and 34. That is, in a state where the purge valves SV1, SV2, SV3 are closed, the hydrogen gas supply passage 26, the hydrogen gas distribution passages 23, 24, 25, the hydrogen gas inner passage 21, the hydrogen gas outer passages 29, 30, 31, and Hydrogen gas circulates in a circulation path composed of the return paths 32, 33, and 34.

一方、各パージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が開かれると、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３の水素ガス内流路２１を流れる水素ガスは、各水素ガス外流路２９，３０，３１を通して排出される（パージ）。これにより、水素ガス内流路２１などに滞留した窒素ガスや水などの不純物が水素ガスとともに排除される。
また、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３には、それぞれ空気分配路３８，３９，４０を介して、エアコンプレッサ１２から空気が供給される空気供給路４１が接続されている。この空気供給路４１上には、各空気分配路３８，３９，４０よりも空気の流通方向の上流側に、空気供給路４１を流れる空気の流量を調節する空気流量調節弁４２が介装されている。さらに、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３には、それぞれ空気流路２２を流れる空気を排出するための空気排出路４３，４４，４５が接続されている。 On the other hand, when the purge valves SV1, SV2, and SV3 are opened, the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas inner flow paths 21 of the fuel cells FC1, FC2, and FC3 is discharged through the hydrogen gas outer flow paths 29, 30, and 31, respectively. (purge). Thereby, impurities such as nitrogen gas and water staying in the hydrogen gas flow path 21 and the like are removed together with the hydrogen gas.
Each fuel cell FC1, FC2, FC3 is connected to an air supply path 41 through which air is supplied from the air compressor 12 via air distribution paths 38, 39, 40, respectively. On the air supply path 41, an air flow rate adjustment valve 42 that adjusts the flow rate of air flowing through the air supply path 41 is interposed upstream of the air distribution paths 38, 39, and 40 in the air flow direction. ing. Furthermore, air discharge paths 43, 44, and 45 for discharging the air flowing through the air flow path 22 are connected to the fuel cells FC1, FC2, and FC3, respectively.

エアコンプレッサ１２から空気供給路４１に供給される空気は、各空気分配路３８，３９，４０を介して、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３に供給され、さらに各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３において各燃料電池セル１４の空気流路２２に並列に供給される。そして、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３の空気流路２２を流れる空気は、カソード１７で生成される水とともに、各空気排出路４３，４４，４５を通して排出される。   The air supplied from the air compressor 12 to the air supply path 41 is supplied to the fuel cells FC1, FC2, and FC3 via the air distribution paths 38, 39, and 40, and further in each fuel cell FC1, FC2, and FC3. It is supplied in parallel to the air flow path 22 of each fuel cell 14. And the air which flows through the air flow path 22 of each fuel cell FC1, FC2, FC3 is discharged | emitted through each air discharge path 43,44,45 with the water produced | generated by the cathode 17. FIG.

さらに、この燃料電池装置では、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３の発生電圧をそれぞれ検出するための電圧検出手段としての電圧検出回路４６，４７，４８が備えられている。各電圧検出回路４６，４７，４８は、電子制御ユニット１３に接続されており、電子制御ユニット１３では、各電圧検出回路４６，４７，４８から入力される信号に基づいて、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３が発生する電圧を検知することができる。また、電子制御ユニット１３には、圧力センサ２８が接続されるとともに、水素ガス流量調節弁２７、空気流量調節弁４２およびパージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３が制御対象として接続されている。   Further, this fuel cell apparatus is provided with voltage detection circuits 46, 47, 48 as voltage detection means for detecting the generated voltages of the fuel cells FC1, FC2, FC3, respectively. Each voltage detection circuit 46, 47, 48 is connected to the electronic control unit 13, and in the electronic control unit 13, each fuel cell FC 1, 1 is based on a signal input from each voltage detection circuit 46, 47, 48. The voltage generated by FC2 and FC3 can be detected. In addition, a pressure sensor 28 is connected to the electronic control unit 13, and a hydrogen gas flow rate adjustment valve 27, an air flow rate adjustment valve 42, and purge valves SV1, SV2, and SV3 are connected as control targets.

電子制御ユニット１３は、水素ガス流量調節弁２７、空気流量調節弁４２およびパージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の開閉を制御する。また、圧力センサ２８からの入力信号に基づいて、燃料タンク１１から水素ガス供給路２６への水素ガスの供給が適正に行われているか否かを判定する。具体的には、圧力センサ２８によって検出される水素ガスの圧力が予め定める範囲内であれば、燃料タンク１１から水素ガス供給路２６への水素ガスの供給が適正に行われていると判定し、圧力センサ２８によって検出される水素ガスの圧力が予め定める範囲を逸脱していれば、燃料タンク１１から水素ガス供給路２６への水素ガスの供給が適正に行われていないと判定する。さらに、電圧検出回路４６，４７，４８からの入力信号に基づいて、パージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３に故障が生じているか否かを判定する。   The electronic control unit 13 controls the opening and closing of the hydrogen gas flow rate adjustment valve 27, the air flow rate adjustment valve 42, and the purge valves SV1, SV2, SV3. Further, based on the input signal from the pressure sensor 28, it is determined whether or not the hydrogen gas is properly supplied from the fuel tank 11 to the hydrogen gas supply path 26. Specifically, if the pressure of the hydrogen gas detected by the pressure sensor 28 is within a predetermined range, it is determined that the supply of hydrogen gas from the fuel tank 11 to the hydrogen gas supply path 26 is properly performed. If the pressure of the hydrogen gas detected by the pressure sensor 28 deviates from the predetermined range, it is determined that the hydrogen gas is not properly supplied from the fuel tank 11 to the hydrogen gas supply path 26. Further, based on the input signals from the voltage detection circuits 46, 47, 48, it is determined whether or not a failure has occurred in the purge valves SV1, SV2, SV3.

図３は、電子制御ユニット１３において実行されるパージ弁故障判定処理の流れを示すフローチャートである。このパージ弁故障判定処理は、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３に対するパージ（水素ガス内流路２１などに滞留した窒素ガスや水などの不純物を水素ガスとともに排除する動作）と並行して実行される。
なお、以下の説明において、燃料電池ＦＣ１に対するパージと並行して実行されるパージ弁故障判定処理については「ｎ」を１と読み替え、燃料電池ＦＣ２に対するパージと並行して実行されるパージ弁故障判定処理については「ｎ」を２と読み替え、燃料電池ＦＣ３に対するパージと並行して実行されるパージ弁故障判定処理については「ｎ」を３と読み替えることとする。 FIG. 3 is a flowchart showing a purge valve failure determination process executed in the electronic control unit 13. This purge valve failure determination process is executed in parallel with the purge for each fuel cell FC1, FC2, FC3 (operation to remove impurities such as nitrogen gas and water staying in the hydrogen gas internal passage 21 together with the hydrogen gas). The
In the following description, for the purge valve failure determination process executed in parallel with the purge for the fuel cell FC1, “n” is replaced with 1 and the purge valve failure determination executed in parallel with the purge for the fuel cell FC2. “N” is read as 2 for the process, and “n” is read as 3 for the purge valve failure determination process executed in parallel with the purge for the fuel cell FC3.

燃料電池ＦＣｎに対するパージを行うべきタイミング（たとえば、一定期間ごと）になると、そのパージの開始前、つまりパージ弁ＳＶｎが開かれる前に、燃料電池ＦＣｎの発生電圧Ｖｎ’が検知される（ステップＳ１）。その後、パージを開始するタイミングになると（ステップＳ２のＹＥＳ）、パージ弁ＳＶｎに対して開信号（パージ弁ＳＶｎの開を指示する信号）が出力される（ステップＳ３）。   When the timing for purging the fuel cell FCn is reached (for example, at regular intervals), the generated voltage Vn ′ of the fuel cell FCn is detected before the purge is started, that is, before the purge valve SVn is opened (step S1). ). Thereafter, when it is time to start purging (YES in step S2), an open signal (a signal for instructing opening of the purge valve SVn) is output to the purge valve SVn (step S3).

つづいて、燃料電池ＦＣｎの発生電圧Ｖｎが検知される（ステップＳ４）。そして、このパージ弁ＳＶｎに対して開信号が出力された後の発生電圧Ｖｎが、パージ開始前における燃料電池ＦＣｎの発生電圧Ｖｎ’から所定電圧Ｘだけ低下した電圧よりも低いか否かが判断される（ステップＳ５）。
パージ弁ＳＶｎに故障が生じておらず、パージ弁ＳＶｎが開信号の入力に応答して正常に開かれた場合、水素ガスが排出されることによって、図４に示すように、燃料電池ＦＣｎの各燃料電池セル１４の水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力が急激に低下するとともに、それに伴って、燃料電池ＦＣｎの発生電圧が急激に低下する。一方、パージ弁ＳＶｎに故障が生じており、パージ弁ＳＶｎが開信号の入力にもかかわらず閉じられたままである場合には、水素ガスが排出されないので、燃料電池ＦＣｎの各燃料電池セル１４の水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力が低下せず、燃料電池ＦＣｎの発生電圧の急激な低下も生じない。 Subsequently, the generated voltage Vn of the fuel cell FCn is detected (step S4). Then, it is determined whether or not the generated voltage Vn after the opening signal is output to the purge valve SVn is lower than a voltage that is lowered by a predetermined voltage X from the generated voltage Vn ′ of the fuel cell FCn before the purge is started. (Step S5).
When the purge valve SVn has not failed and the purge valve SVn is normally opened in response to the input of the open signal, the hydrogen gas is discharged, and as shown in FIG. While the pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas flow path 21 of each fuel cell 14 rapidly decreases, the generated voltage of the fuel cell FCn rapidly decreases accordingly. On the other hand, if the purge valve SVn has a failure and the purge valve SVn remains closed despite the input of the open signal, hydrogen gas is not discharged, so that each fuel cell 14 of the fuel cell FCn The pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas flow path 21 does not decrease, and the generated voltage of the fuel cell FCn does not rapidly decrease.

そこで、ステップＳ５の判断が肯定された場合、つまりパージの開始前後で燃料電池ＦＣｎの発生電圧が所定電圧Ｘよりも大きく低下した場合には、パージ弁ＳＶｎに故障が生じていないと判断されて、パージ弁ＳＶｎに閉信号（パージ弁の閉を指示する信号）が入力されて、燃料電池ＦＣｎに対するパージが終了されるとともに（ステップＳ６）、このパージ弁故障判定処理が終了される。   Therefore, if the determination in step S5 is affirmative, that is, if the generated voltage of the fuel cell FCn has dropped below the predetermined voltage X before and after the start of purging, it is determined that no failure has occurred in the purge valve SVn. Then, a close signal (a signal for instructing closing of the purge valve) is input to the purge valve SVn, the purge for the fuel cell FCn is completed (step S6), and the purge valve failure determination process is terminated.

一方、ステップＳ５の判断が否定された場合、つまりパージの開始前後で燃料電池ＦＣｎの発生電圧が所定電圧Ｘよりも大きく低下しない場合（低下量がＸ以下である場合）には、パージ弁ＳＶｎに故障が生じていると判断されて（ステップＳ７）、この燃料電池装置の動作が停止された後（ステップＳ８）、このパージ弁故障判定処理が終了される。
以上のように、燃料電池ＦＣｎから発生される電圧が検知され、その検知された電圧に基づいて、パージ弁ＳＶｎに故障が生じているか否かが判定される。 On the other hand, if the determination in step S5 is negative, that is, if the generated voltage of the fuel cell FCn does not decrease more than the predetermined voltage X before and after the start of purge (when the decrease amount is X or less), the purge valve SVn In step S7, the operation of the fuel cell device is stopped (step S8), and the purge valve failure determination process is terminated.
As described above, the voltage generated from the fuel cell FCn is detected, and it is determined based on the detected voltage whether or not a failure has occurred in the purge valve SVn.

燃料電池ＦＣｎに対するパージ時において、パージ弁ＳＶｎが正常に開けば、水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力の急激な低下に伴って、燃料電池ＦＣｎの発生電圧が急激に低下する。一方、パージ弁ＳＶｎに故障が生じているために、パージ弁ＳＶｎが開かない場合には、水素ガスの圧力が低下せず、燃料電池ＦＣｎの発生電圧の急激な低下も生じない。そのため、パージの開始前後において、燃料電池ＦＣｎの発生電圧を検知し、その発生電圧の変動量が所定電圧Ｘよりも大きいか否かを調べることによって、パージ弁ＳＶｎに故障が生じているか否かを正確に判定することができる。   If the purge valve SVn is normally opened at the time of purging the fuel cell FCn, the generated voltage of the fuel cell FCn rapidly decreases as the hydrogen gas pressure in the hydrogen gas flow path 21 decreases rapidly. On the other hand, when the purge valve SVn is not opened due to a failure in the purge valve SVn, the pressure of the hydrogen gas does not decrease, and the generated voltage of the fuel cell FCn does not rapidly decrease. Therefore, whether or not a failure has occurred in the purge valve SVn by detecting the generated voltage of the fuel cell FCn before and after the start of purging and checking whether or not the fluctuation amount of the generated voltage is larger than the predetermined voltage X. Can be accurately determined.

また、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３の発生電圧を検出するための電圧検出回路４６，４７，４８は、各燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３における発電を制御するために不可欠なものであり、燃料電池装置には当然に備えられているので、各電圧検出回路４６，４７，４８によって検出される電圧に基づいて各パージ弁ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３の故障の有無を判定する構成を採用したことによって、燃料電池装置のコストアップを招くことはない。   The voltage detection circuits 46, 47, 48 for detecting the generated voltages of the fuel cells FC1, FC2, FC3 are indispensable for controlling the power generation in the fuel cells FC1, FC2, FC3. Since the battery device is naturally provided, by adopting a configuration for determining the presence or absence of failure of each purge valve SV1, SV2, SV3 based on the voltage detected by each voltage detection circuit 46, 47, 48. The cost of the fuel cell device is not increased.

図５は、この発明の他の実施形態に係る燃料電池装置を図解的に示す全体構成図である。この図５において、図１に示す各部と同等な部分には、図１の場合と同一の参照符号を付している。また、以下では、その図５において図１の場合と同一の参照符号を付した各部についての説明を省略する。
この図５に示す燃料電池装置では、１つの燃料電池ＦＣのみが備えられている。そして、この燃料電池ＦＣは、３つの発電部としての燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３を積み重ねたスタック構造をなしている。各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、図２に示す燃料電池セル１４と同様な構成を有している。 FIG. 5 is an overall configuration diagram schematically showing a fuel cell device according to another embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same reference numerals as those in FIG. 1 are assigned to the same parts as those shown in FIG. Further, in the following, the description of the respective parts denoted by the same reference numerals in FIG. 5 as those in FIG. 1 is omitted.
In the fuel cell apparatus shown in FIG. 5, only one fuel cell FC is provided. The fuel cell FC has a stack structure in which fuel cells C1, C2, and C3 as three power generation units are stacked. Each fuel cell C1, C2, C3 has the same configuration as the fuel cell 14 shown in FIG.

また、水素ガス外流路３０，３１は、水素ガス外流路２９の途中部に接続されており、各水素ガス外流路３０，３１を流れる水素ガスは、水素ガス外流路２９を流れる水素ガスと合流するようになっている。そして、水素ガス外流路２９の途中部であって、水素ガス外流路３０，３１の合流点よりも水素ガスの流通方向の下流側には、帰還路５１が分岐して接続されており、その分岐点よりもさらに下流側には、排気手段としてのパージ弁ＳＶが介装されている。   The hydrogen gas outer flow paths 30, 31 are connected to the middle part of the hydrogen gas outer flow path 29, and the hydrogen gas flowing through each hydrogen gas outer flow path 30, 31 merges with the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas outer flow path 29. It is supposed to be. A return path 51 is branched and connected to the intermediate portion of the hydrogen gas outer flow path 29 and downstream of the hydrogen gas outer flow paths 30 and 31 in the hydrogen gas flow direction. A purge valve SV as an exhaust means is interposed further downstream from the branch point.

パージ弁ＳＶが閉じられた状態では、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の水素ガス内流路２１を流れる水素ガスは、各水素ガス外流路２９，３０，３１を流れ、帰還路５１を通して水素ガス供給路２６に戻される。一方、各パージ弁ＳＶが開かれると、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の水素ガス内流路２１を流れる水素ガスは、各水素ガス外流路２９，３０，３１を通して排出される（パージ）。   In a state where the purge valve SV is closed, the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas inner flow paths 21 of the fuel cells C1, C2, C3 flows through the hydrogen gas outer flow paths 29, 30, 31 and passes through the return path 51 to generate hydrogen. It is returned to the gas supply path 26. On the other hand, when each purge valve SV is opened, the hydrogen gas flowing through the hydrogen gas inner passages 21 of the fuel cells C1, C2, C3 is discharged through the hydrogen gas outer passages 29, 30, 31 (purging). .

さらに、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧をそれぞれ検出するための電圧検出手段としての電圧検出回路５２，５３，５４が備えられている。各電圧検出回路５２，５３，５４は、電子制御ユニット１３に接続されており、電子制御ユニット１３では、各電圧検出回路５２，５３，５４から入力される信号に基づいて、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３が発生する電圧を検知することができる。また、電子制御ユニット１３には、圧力センサ２８が接続されるとともに、水素ガス流量調節弁２７、空気流量調節弁４２およびパージ弁ＳＶが制御対象として接続されている。   Furthermore, voltage detection circuits 52, 53, and 54 are provided as voltage detection means for detecting the generated voltages of the fuel cells C1, C2, and C3, respectively. Each voltage detection circuit 52, 53, 54 is connected to the electronic control unit 13. In the electronic control unit 13, each fuel cell C1 is based on a signal input from each voltage detection circuit 52, 53, 54. , C2 and C3 can be detected. In addition, a pressure sensor 28 is connected to the electronic control unit 13, and a hydrogen gas flow rate adjustment valve 27, an air flow rate adjustment valve 42, and a purge valve SV are connected as control targets.

電子制御ユニット１３は、水素ガス流量調節弁２７、空気流量調節弁４２およびパージ弁ＳＶの開閉を制御する。また、圧力センサ２８からの入力信号に基づいて、燃料タンク１１から水素ガス供給路２６への水素ガスの供給が適正に行われているか否かを判定する。さらに、電圧検出回路５２，５３，５４からの入力信号に基づいて、パージ弁ＳＶに故障が生じているか否かを判定する。   The electronic control unit 13 controls the opening and closing of the hydrogen gas flow rate adjustment valve 27, the air flow rate adjustment valve 42, and the purge valve SV. Further, based on the input signal from the pressure sensor 28, it is determined whether or not the hydrogen gas is properly supplied from the fuel tank 11 to the hydrogen gas supply path 26. Further, based on input signals from the voltage detection circuits 52, 53, and 54, it is determined whether or not a failure has occurred in the purge valve SV.

図６は、電子制御ユニット１３において実行されるパージ弁故障判定処理の流れを示すフローチャートである。このパージ弁故障判定処理は、燃料電池ＦＣ（燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３）に対するパージと並行して実行される。
燃料電池ＦＣに対するパージを行うべきタイミング（たとえば、一定期間ごと）になると、そのパージの開始前、つまりパージ弁ＳＶが開かれる前に、燃料電池セルＣ１の発生電圧Ｖ１’、燃料電池セルＣ２の発生電圧Ｖ２’および燃料電池セルＣ３の発生電圧Ｖ３’が検知される（ステップＳ１１）。その後、パージを開始するタイミングになると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、パージ弁ＳＶに対して開信号（パージ弁ＳＶの開を指示する信号）が出力される（ステップＳ１３）。 FIG. 6 is a flowchart showing a purge valve failure determination process executed in the electronic control unit 13. This purge valve failure determination process is executed in parallel with the purge for the fuel cell FC (fuel cell C1, C2, C3).
When the timing for purging the fuel cell FC (for example, every predetermined period) is reached, before the purge is started, that is, before the purge valve SV is opened, the generated voltage V1 ′ of the fuel cell C1 and the fuel cell C2 The generated voltage V2 ′ and the generated voltage V3 ′ of the fuel cell C3 are detected (step S11). Thereafter, when it is time to start purging (YES in step S12), an open signal (signal for instructing opening of the purge valve SV) is output to the purge valve SV (step S13).

つづいて、燃料電池セルＣ１の発生電圧Ｖ１、燃料電池セルＣ２の発生電圧Ｖ２および燃料電池セルＣ３の発生電圧Ｖ３が検知される（ステップＳ１４）。そして、このパージ弁ＳＶに対して開信号が出力された後の発生電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が、それぞれパージ開始前における発生電圧Ｖ１’，Ｖ２’，Ｖ３’から所定電圧Ｘだけ低下した電圧よりも低いか否かが判断される（ステップＳ１５）。   Subsequently, the generated voltage V1 of the fuel cell C1, the generated voltage V2 of the fuel cell C2, and the generated voltage V3 of the fuel cell C3 are detected (step S14). The generated voltages V1, V2, and V3 after the opening signal is output to the purge valve SV are lower than the generated voltages V1 ′, V2 ′, and V3 ′ before the purge start by a predetermined voltage X, respectively. It is determined whether or not the value is lower (step S15).

パージ弁ＳＶｎに故障が生じておらず、かつ、燃料電池ＦＣ自体にも故障が生じていなければ、パージ弁ＳＶが開信号の入力に応答して正常に開かれると、水素ガスが排出されることによって、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力が急激に低下し、それに伴って、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧が急激に低下する。一方、パージ弁ＳＶに故障が生じており、パージ弁ＳＶが開信号の入力にもかかわらず閉じられたままである場合には、水素ガスが排出されないので、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力が低下せず、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧の急激な低下は生じない。   If there is no failure in the purge valve SVn and there is no failure in the fuel cell FC itself, hydrogen gas is discharged when the purge valve SV is normally opened in response to the input of the open signal. As a result, the hydrogen gas pressure in the hydrogen gas flow passage 21 of each of the fuel cells C1, C2, and C3 rapidly decreases, and the generated voltage of each of the fuel cells C1, C2, and C3 rapidly decreases accordingly. To do. On the other hand, if the purge valve SV is faulty and the purge valve SV remains closed despite the input of the open signal, hydrogen gas is not discharged, so that each of the fuel cells C1, C2, C3 The pressure of the hydrogen gas in the hydrogen gas flow path 21 does not decrease, and the generated voltage of each fuel cell C1, C2, C3 does not rapidly decrease.

そこで、ステップＳ１５の各判断がすべて肯定された場合、つまりパージの開始前後で、すべての燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧が所定電圧Ｘよりも大きく低下した場合には、パージ弁ＳＶに故障が生じていないと判断されて、パージ弁ＳＶに閉信号（パージ弁の閉を指示する信号）が入力されて、燃料電池ＦＣに対するパージが終了されるとともに（ステップＳ１６）、このパージ弁故障判定処理が終了される。   Therefore, if all the determinations in step S15 are affirmed, that is, if the generated voltages of all the fuel cells C1, C2, C3 are greatly lower than the predetermined voltage X before and after the start of the purge, the purge valve SV It is determined that no failure has occurred, and a purge signal is input to the purge valve SV to complete the purge of the fuel cell FC (step S16). The failure determination process is terminated.

一方、ステップＳ１５の判断が１つでも否定された場合、つまりパージの開始前後で少なくとも１つの燃料電池セルの発生電圧が所定電圧Ｘよりも大きく低下しなかった場合（低下量がＸ以下である場合）には、つづいて、パージ弁ＳＶに対して開信号が出力された後の発生電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のうちの少なくとも１つが、それぞれパージ開始前における発生電圧Ｖ１’，Ｖ２’，Ｖ３’から所定電圧Ｘだけ低下した電圧よりも高いか否かが判断される（ステップＳ１７）。   On the other hand, when even one determination in step S15 is negative, that is, when the generated voltage of at least one fuel cell does not decrease more than the predetermined voltage X before and after the start of purging (the amount of decrease is X or less). In this case, at least one of the generated voltages V1, V2, and V3 after the opening signal is output to the purge valve SV is generated voltages V1 ′, V2 ′, and V3 before starting the purge, respectively. It is determined whether or not the voltage is higher than the voltage decreased by a predetermined voltage X from '(step S17).

パージ弁ＳＶに故障が生じており、パージ弁ＳＶが閉じられたままである場合、水素ガスの排出が行われないので、すべての燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧に急激な低下は生じない。これに対し、パージ弁ＳＶは正常であるが、燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３のうちの１つまたは２つが異常である場合には、正常な燃料電池セルの水素ガス内流路２１における水素ガスの圧力は急激に低下し、それに伴って、その正常な燃料電池セルの発生電圧のみが急激に低下する。   If the purge valve SV is faulty and the purge valve SV remains closed, the hydrogen gas is not discharged, so that a rapid decrease occurs in the generated voltage of all the fuel cells C1, C2, C3. Absent. On the other hand, when the purge valve SV is normal but one or two of the fuel cells C1, C2, C3 are abnormal, the hydrogen in the hydrogen gas internal flow path 21 of the normal fuel cell The gas pressure rapidly decreases, and only the generated voltage of the normal fuel battery cell rapidly decreases accordingly.

そこで、ステップＳ１７の各判断が１つまたは２つ肯定された場合、つまり１つまたは２つの燃料電池セルの発生電圧が急激に低下した場合には、パージ弁ＳＶの故障ではなく、燃料電池ＦＣに故障が生じている（異常である）と判断されて（ステップＳ１８）、この燃料電池装置の動作が停止された後（ステップＳ２０）、このパージ弁故障判定処理が終了される。   Therefore, when one or two determinations in step S17 are affirmed, that is, when the generated voltage of one or two fuel cells rapidly decreases, not the failure of the purge valve SV but the fuel cell FC. (Step S18), the operation of the fuel cell device is stopped (step S20), and the purge valve failure determination process is terminated.

一方、ステップＳ１７の各判断がすべて肯定された場合、つまりすべての燃料電池セルの発生電圧が急激に低下した場合には、パージ弁ＳＶに故障が生じている（異常である）と判断されて（ステップＳ１９）、この燃料電池装置の動作が停止された後（ステップＳ２０）、このパージ弁故障判定処理が終了される。
このように、３つの燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３からなる燃料電池ＦＣを備え、これらの燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３に共通に設けられたパージ弁ＳＶを開くことによって、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３からのパージを達成する構成であっても、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧の変動量に基づいて、パージ弁ＳＶに故障が生じているか否かを正確に判定することができる。 On the other hand, if all the determinations in step S17 are affirmed, that is, if the generated voltage of all the fuel cells has suddenly decreased, it is determined that the purge valve SV has failed (abnormal). (Step S19) After the operation of the fuel cell device is stopped (Step S20), the purge valve failure determination process is terminated.
As described above, each fuel cell is provided by including the fuel cell FC including the three fuel cells C1, C2, and C3, and opening the purge valve SV provided in common to the fuel cells C1, C2, and C3. Even in a configuration in which purging from C1, C2, and C3 is achieved, it is accurately determined whether or not a failure has occurred in the purge valve SV based on the amount of fluctuation in the voltage generated in each fuel cell C1, C2, and C3. Can be determined.

また、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の発生電圧を検出するための電圧検出回路５２，５３，５４は、各燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３における発電を制御するために不可欠なものであり、燃料電池装置には当然に備えられているので、各電圧検出回路５２，５３，５４によって検出される電圧に基づいてパージ弁ＳＶの故障の有無を判定する構成を採用したことによって、燃料電池装置のコストアップを招くことはない。   Further, the voltage detection circuits 52, 53, 54 for detecting the generated voltages of the fuel cells C1, C2, C3 are indispensable for controlling the power generation in the fuel cells C1, C2, C3. Since the fuel cell device is naturally provided, the fuel cell device employs a configuration that determines whether or not the purge valve SV has failed based on the voltages detected by the voltage detection circuits 52, 53, and 54. There is no increase in the cost of the apparatus.

以上、この発明の２つの実施形態を説明したが、この発明は他の形態で実施することもできる。たとえば、図１に示す実施形態では、３つの燃料電池ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３を備える構成の燃料電池装置を取り上げたが、燃料電池装置には、２つの燃料電池が備えられていてもよいし、４つ以上の燃料電池が備えられていてもよい。
また、図５に示す実施形態では、３つの燃料電池セルＣ１，Ｃ２，Ｃ３からなる燃料電池ＦＣを備える構成の燃料電池装置を取り上げたが、燃料電池ＦＣには、２つの燃料電池セルが備えられていてもよいし、４つ以上の燃料電池セルが備えられていてもよい。３つ以上の燃料電池セルが備えられる場合、１つまたは複数の燃料電池セルごとにパージ弁を設けることによって、複数のパージ弁が備えられていてもよく、その場合に、この発明の効果を顕著に発揮することができる。 Although two embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, in the embodiment shown in FIG. 1, a fuel cell device having three fuel cells FC1, FC2, and FC3 is taken up. However, the fuel cell device may be provided with two fuel cells, Four or more fuel cells may be provided.
In the embodiment shown in FIG. 5, the fuel cell device having the configuration including the fuel cell FC including the three fuel cells C1, C2, and C3 is taken up. However, the fuel cell FC includes two fuel cells. It may be provided, or four or more fuel cells may be provided. When three or more fuel cells are provided, a plurality of purge valves may be provided by providing a purge valve for each one or a plurality of fuel cells, in which case the effects of the present invention are achieved. It can be demonstrated remarkably.

さらにまた、パージの開始前後において、燃料電池または燃料電池セルの発生電圧を検知し、その発生電圧の変動量に基づいて、パージ弁に故障が生じているか否かを判定する構成を取り上げたが、パージの終了前後（パージ弁に閉信号が入力される前後）において、燃料電池または燃料電池セルの発生電圧を検知し、その発生電圧の変動量に基づいて、パージ弁に故障が生じているか否かを判定するようにしてもよい。図４から明らかなように、パージの終了前後の方が、パージの開始前後よりも発生電圧の変動率が大きいので、そうすることにより、パージ弁に故障が生じているか否かをより正確に判定することができる。   Furthermore, the configuration has been described in which the generated voltage of the fuel cell or fuel cell is detected before and after the start of the purge, and whether or not the purge valve has failed is determined based on the fluctuation amount of the generated voltage. Before and after the end of purging (before and after the closing signal is input to the purge valve), the generated voltage of the fuel cell or fuel cell is detected, and whether or not the purge valve has failed based on the fluctuation amount of the generated voltage It may be determined whether or not. As is apparent from FIG. 4, the rate of change in the generated voltage is greater before and after the end of the purge than before and after the start of the purge, so that it is possible to more accurately determine whether or not the purge valve has failed. Can be determined.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

この発明の一実施形態に係る燃料電池装置を図解的に示す全体構成図である。1 is an overall configuration diagram schematically showing a fuel cell device according to an embodiment of the present invention. 図１に示す燃料電池に備えられる燃料電池セルの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the fuel battery cell with which the fuel battery shown in FIG. 1 is equipped. 図１に示す電子制御ユニットにおいて実行されるパージ弁故障判定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the purge valve failure determination process performed in the electronic control unit shown in FIG. 図１に示すパージ弁の正常時および異常時における水素ガス圧力および各燃料電池の発生電圧の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the hydrogen gas pressure at the time of the normal of the purge valve shown in FIG. 1, and abnormality, and the generated voltage of each fuel cell. この発明の他の実施形態に係る燃料電池装置を図解的に示す全体構成図である。FIG. 5 is an overall configuration diagram schematically showing a fuel cell device according to another embodiment of the present invention. 図５に示す電子制御ユニットにおいて実行されるパージ弁故障判定処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the purge valve failure determination process performed in the electronic control unit shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１ 燃料タンク
１３ 電子制御ユニット
１４ 燃料電池セル
２１ 水素ガス内流路
２６ 水素ガス供給路
２８ 圧力センサ
４６，４７，４８ 電圧検出回路
５２，５３，５４ 電圧検出回路
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 燃料電池セル
ＦＣ 燃料電池
ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３ 燃料電池
ＳＶ パージ弁
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３ パージ弁 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel tank 13 Electronic control unit 14 Fuel cell 21 Flow path in hydrogen gas 26 Hydrogen gas supply path 28 Pressure sensor 46, 47, 48 Voltage detection circuit 52, 53, 54 Voltage detection circuit C1, C2, C3 Fuel cell FC Fuel cell FC1, FC2, FC3 Fuel cell SV purge valve SV1, SV2, SV3 purge valve

Claims (1)

燃料ガス供給源と、
燃料ガスを用いた電気化学反応により電圧を発生する複数の発電部と、
各前記発電部に設けられ、燃料ガスが流通する燃料ガス流路と、
各前記燃料ガス流路に共通に接続され、前記燃料ガス供給源からの燃料ガスを各前記燃料ガス流路に分配して供給するための供給路と、
各前記発電部のそれぞれに接続され、前記燃料ガス流路から流出する燃料ガスが流通するとともに、各前記発電部の燃料ガスの流通方向の下流側において１つに合流される複数の燃料ガス外流路と、
複数の前記燃料ガス外流路の合流点よりも下流側に介装され、前記燃料ガス流路から燃料ガスを排気し、開信号の入力に応じて開き、閉信号の入力に応じて閉じるパージ弁を含む排気手段と、
各前記発電部に対応して設けられ、各前記発電部が発生する電圧をそれぞれ検出する電圧検出手段と、
各前記電圧検出手段によって検出される、前記パージ弁の開閉による電圧の変動量に基づいて、前記排気手段に故障が生じているか否かを判定する故障判定手段とを備え、
前記故障判定手段は、
前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、すべての前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下した場合には、前記排気手段に故障が生じていないと判断し、
前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、すべての前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下しない場合には、前記排気手段に故障が生じていると判断し、
前記パージ弁への閉信号の入力の前後において、いずれかの前記発電部の発生電圧が所定電圧よりも低下しない場合には、前記発電部に故障が生じていると判断することを特徴とする、燃料電池装置。 A fuel gas supply source;
A plurality of power generation units that generate voltage by an electrochemical reaction using fuel gas;
A fuel gas flow path that is provided in each of the power generation units and through which the fuel gas flows;
A supply path that is commonly connected to each of the fuel gas flow paths, and distributes and supplies the fuel gas from the fuel gas supply source to the fuel gas flow paths;
A plurality of external flows of fuel gas connected to each of the power generation units and circulated through the fuel gas flow path and joined together on the downstream side in the flow direction of the fuel gas of the power generation units Road,
A purge valve interposed downstream of the confluence of the plurality of fuel gas outer flow paths, exhausts the fuel gas from the fuel gas flow path, opens in response to an input of an open signal, and closes in response to an input of a close signal Exhaust means including
Voltage detection means provided corresponding to each of the power generation units, each detecting a voltage generated by each of the power generation units;
Failure determination means for determining whether or not a failure has occurred in the exhaust means based on the amount of voltage fluctuation caused by opening and closing of the purge valve detected by each of the voltage detection means,
The failure determination means includes
Before and after the input of the close signal to the purge valve, if the generated voltage of all the power generation units is lower than a predetermined voltage, it is determined that no failure has occurred in the exhaust means,
Before and after the input of the close signal to the purge valve, if the generated voltage of all the power generation units does not fall below a predetermined voltage, it is determined that a failure has occurred in the exhaust means,
Before and after the closing signal is input to the purge valve, if the generated voltage of any of the power generation units does not drop below a predetermined voltage, it is determined that a failure has occurred in the power generation unit. , fuel cell device.
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