JP5007778B2

JP5007778B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP5007778B2
Application number: JP2004365161A
Authority: JP
Inventors: 敬一広瀬; 憲二加藤
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2004-12-16
Filing date: 2004-12-16
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2024-12-16
Also published as: JP2006172953A

Description

本発明は、燃料電池システムにかかり、より詳細には、燃料室へのガスの供給、排出を行うガス供給系統における異常を検出する燃料電池システムに関する。

従来、電解質層である高分子電解質膜を使用した燃料電池では、電解質膜を挟んで両側に燃料室及び酸素室が存在し、燃料室における燃料ガスが燃料極を介し、或いは、酸素室における酸化ガス（主として外気）が酸素極を介し、イオン化し、そのイオンを、電解質膜を介して取り出して電力を得ている。

燃料室の燃料ガス排出口は、燃料室に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路に接続された循環流路に接続され、循環流路には水素循環電磁弁及び循環ポンプが設けられている。燃料室の燃料ガスは、酸化ガスと反応した後、水素循環電磁弁が開放された状態で、循環ポンプにより吸引され、燃料ガス排出口を介して循環流路に排出され、更に循環ポンプにより燃料ガス供給流路に流入し、再度、燃料室に流入される。

このように、定常発電時、水素循環電磁弁を関き、循環ポンプの吸引動作により、循環路内に水素ガスの循環流を起こし、燃料電池内への安定な水素供給の確保、発電反応に使用しなかった水素の再利用、また、反応によって生じた生成水を燃料電池スタック外に排出するといった機能が発揮される。
特開２００３−３１７７６９公報。

燃料電池スタックから排出された生成水を排出するために、排水タンクが燃料電池スタックの排出側に設けられる。そして、排水タンクに溜められた排水は、適宜排出する必要が生じする。水素循環路内は、外気よりも高いガス圧に設定されているので、排水のために排出用開閉弁を開けると、燃料ガスとともに水が排出される。
このような構成において、水の排出路に設けられた排出用開閉弁が故障した場合には、次のような不都合が生じる。例えば、排出用開閉弁が閉じたまま、開放されない場合には、水が排水タンクから溢れ出し、循環ポンプに到達する。

循環ポンプに水が浸入すると、燃料ガスの循環流を維持できなくなり、水素の再利用が効率よくできなくなり、或は、循環ポンプ自体の故障を誘発する原因となる。また、溢れた水が燃料電池スタックに侵入すれば、発電性能を著しく低下させるとともに、燃料ガスの循環の妨げとなり、燃料室内のガスの偏在を助長し、電極の劣化など、トラブル発生の原因となる。
一方、排水の後、故障によって、排出用開閉弁が開放されたまま閉じられない場合には、燃料ガスが外部に放出される状態が維持され、燃料ガスが引火する危険が生じるとともに、燃料ガスが無駄に排出されることとなる。

本発明は、排出用開閉弁の状態を簡易に検知することの可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

以上のような問題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
（１）燃料ガスが流入される燃料室と、該燃料ガスと反応可能な酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池のガス取入口に接続され、燃料ガスを供給するための供給流路と、
一端が前記燃料電池のガス排出口に、他端が前記供給流路に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給流路を介して前記燃料室に循環するための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給流路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料室と前記循環ポンプの間の循環路に設けられ、前記燃料室からの排出水を溜める排水タンクと、
前記排水タンクの水を燃料ガスとともに排出する排出路に設けられた排出用開閉弁と、
前記供給流路内のガス圧を検出するガス圧検出手段と、
前記循環ポンプの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ガス圧検出手段で検出されたガス圧値が所定の閾値より小さく、かつ前記電流検出手段で検出された電流値が上昇した場合にカウントし、所定回数に達した場合、前記排出用開閉弁に異常ありと判断する判断手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。

（２）前記判断手段は、検出されたガス圧値が所定値以下であり、検出された駆動電流値が所定値以上である場合に、排出用開閉弁が異常であると判断する上記（1）に記載の燃料電池システム。

請求項１に記載の発明によれば、排出用開閉弁の異常を検出できるので、異常の結果、燃料電池システムに生じる不都合を未然に防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、排出用開閉弁が開いたまま閉じないといった異常を検出できるので、燃料ガスが多量に外部に排出される危険を抑制することができる。

次にこの発明の好適実施形態について説明する。この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は燃料電池スタック１００、水素貯蔵タンク１１を含む燃料供給系１０、空気供給系１２、水供給系５０、負荷系７とに大略構成される。

この燃料電池スタック１００の構成について説明する。燃料電池スタック１００は、燃料電池単位セル１５と燃料電池セパレータ１３とを交互に積層して構成されている。図２は、燃料電池用セパレータ１３を示す全体正面図、図３は、燃料電池セパレータ１３で構成された燃料電池スタック１００の部分断面平面図（図２におけるＡ‐Ａ断面図）、図４は、同じく部分断面側面図（図２及び図３におけるＢ−Ｂ断面図）、図５は、燃料電池セパレータ１３の部分断面側面図（図２及び図３におけるＣ−Ｃ断面図）、図６は、燃料電池用セパレータ１３の全体背面図である。

セパレータ１３は、単位セル１５の電極に接触して電流を外部に取り出すための集電部材３、４と、各集電部材３、４の周端部に外装される枠体８、９とを備えている。集電板である集電部材３、４は金属で構成されている。構成金属は、導電性と耐食性を備えた金属で、例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。

集電部材３は、単位セル１５の燃料極に接触し、集電部材４は酸素極に接触する。集電部材３には、プレス加工によって、突出形成された複数の凸状部３２が形成されている。
凸状部３２は、板材の長辺とに沿って短辺方向へ向けて、等間隔で配列されている。長辺に沿って（図２における横方向）配置された凸状部３２の間に形成された溝によって、凸状部３２の間には水素流路３０１が形成され、凸状部３２の裏側に形成された溝３３によって、水素流路３０２が形成されている。この凸状部３２の頂点部分の面は、燃料極が接触する当接部３２１となっている。集電部材３が網体であるため、当接部３２１が接触する部分においても、孔３２０を介して、燃料極は燃料ガスを供給することができる。また、水素流路３０１と水素流路３０２の間も、孔３２０を通して、水素ガスが相互に流通可能となる。

集電部材３の両端部には、流通孔３５が形成され、セパレータ１３を積層した場合に、この流通孔３５によって水素供給路が構成される。
集電部材４は、矩形の板材から成り、プレス加工によって、複数の凸状部４２が形成されている。凸状部４２は、板材の短辺と平行に、かつ直線状に連続して形成されており、等間隔で配置されている。凸状部４２の間には、溝が形成されて、空気が流通する空気流路４０が形成されている。この凸状部４２の頂点部分の面は、酸素極が接触する当接部４２１となっている。また、凸状部４２の裏側は溝状の中空部４１となっており、中空部４１の両端は、閉鎖されている。

以上のような集電部材３、４は、各凸状部３２と凸状部４２が外側となるように重ね合わされて固定される。このとき、集電部材３の裏側面３４と空気流路４０の裏側面４０３が当接した状態となり、相互に通電可能な状態となる。また、空気流路４０は、図３及び図５に示されているように、単位セル１５に重ね合わされ、溝の開口部４００を閉鎖することにより、管状の流路が構成され、空気流路４０の内壁の一部が酸素極で構成される。この空気流路４０から、単位セル１５の酸素極に酸素と水が供給される。酸素極に供給される酸素は、空気流路４０を通過する空気中に含有される酸素である。

空気流路４０の一端側開口部は、空気と水が流入する導入口４３となり、他端の開口部は、空気と水が流出する導出口４４となっている。この導入口４３から導出口４４までの空気流路４０及びその集合体が、固体電解質膜に酸素を供給する酸素室（空気室）として機能する。

また、中空部４１の一端側開口部は、空気と水が流入する流入開放口４５となり、他端の開口部は、空気と水が流出する流出開放口４６となっている。以上のような構成において、空気流路４０と中空部４１は、交互に平行に配置され、相互に側壁４７を挟んで隣接した構成となっている。

集電部材３、４には、枠体８、９がそれぞれ重ねられる。図２に示されているように、集電部材３に重ねられる枠体８は、集電部材３と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部３２を収納する窓８１が形成されている。また、両端部近傍には、集電部材３の流通孔３５に合致する位置に孔８３が形成されており、この孔８３と窓８１との間には、集電部材３に接触する側の平面に凹部が形成され、水素流通経路８４が設けられている。また、集電部材３に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓８１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部８２が設けられている。この収納部８２に収納された単位セル１５の燃料極表面と、水素流路３０１、３０２と、窓８１とによって、燃料室３０が画成される。このように、燃料室は、燃料極に隣接して設けられ、酸素室は酸素極に隣接して設けられている。

集電部材４に重ねられる枠体９は、枠体８と同じ大きさに構成され、中央には、凸状部４２を収納する窓９１が形成されている。また、両端部近傍には、枠体８の孔８３に合致する位置に孔９３が形成されている。枠体８の集電部材４が重ねられる側の面には、枠体８の対向する一対の長辺に沿って溝が形成され、集電部材３、４に重ねることによって、空気流通路９４、９５が構成される構造となっている。空気流通路９４の一端は、枠体８の長辺側の端面に形成された開口９４１に接続され、他端は空気流路４０の導入口４３に接続されている。

上流側の空気流通路９４は、開口９４１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９４２となっており、後述する空気マニホールド５４から噴射される霧状水の取り入れを容易としている。一方、下流側の空気流通路９５の一端は、空気流路４０の導出口４４に接続され、他端は、枠体８の長辺側端面に形成された開口９５１に接続されている。空気流通路９５は、開口９５１側から空気流路４０側へ向けて横断面積が漸減するように、端部内壁がテーパー面９５２となっている。燃料電池スタック１００が傾いた際にも、このテーパー面９５２によって、水の排出が維持される。また、枠体９の、集電部材４に接触する面に対して、反対側の平面には、輪郭が窓９１に沿って形成された凹部が形成され、単位セル１５が収納される収納部９２が設けられている。

図７は単位セル１５の拡大断面図である。単位セル１５は、電解質層としての固体高分子電解質膜１５ａと、該固体高分子電解質膜1５ａの両側面にそれぞれ重ねられた酸化剤極である酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとを備えていて、固体高分子電解質膜１５ａは、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃとで挟持されている。固体高分子電解質膜1５ａは、収納部８２、９２に合致した大きさに形成され、酸素極１５ｂと燃料極１５ｃは、窓９１、８１に合致した大きさに形成されている。単位セル１５の厚さは、枠体８、９や集電部材３、４の厚さに比べると極めて薄いので、図面では、一体の部材として表示している。

空気流路４０の内壁には、親水性処理が施されている。内壁表面と水の接触角が４０°以下、好ましくは３０°以下となるように表面処理が施されているとよい。処理方法としては、親水処理剤を、表面に塗布する方法が取られる。塗布される処理剤としては、ポリアクリルアミド、ポリウレタン系樹脂、酸化チタン（ＴｉＯ₂）等が挙げられる。

以上のように構成された枠体８、９によって集電部材３、４を保持してセパレータ１３が構成され、セパレータ１３と単位セル１５を交互に積層して、燃料電池スタック１００が構成される。図８は燃料電池スタック１００の部分平面図である。燃料電池スタック１００の上面には、多数の導入口４３が開口し、この導入口４３に、後述するように、空気マニホールド５４から空気が流入するとともに、空気マニホールド５４内で、水噴射手段であるノズル５５から噴射された水が同時に流入する。導入口４３から流入した空気と水は、潜熱冷却により集電部材３、４を冷却する。

以上説明したように、燃料室３０は、燃料極１５ｃの表面積を広く取り、かつセパレータと燃料極１５ｃとの間隔（燃料室３０の幅）は、狭く構成されている。このような燃料室３０内に生成水が溜まると、例え少量であっても電極表面が高い割合で覆われることとなり、燃料電池スタック１００の出力に悪影響が出る。

次に、図１に示されている燃料電池システムの構成について説明する。
燃料供給系１０の構成について、説明する。燃料ガスボンベである水素貯蔵タンク１１は、燃料ガス供給流路２０１Ａ、２０１Ｂを介して燃料電池スタック１００のガス取入口２０１ＢＩＮに接続されている。燃料ガス供給流路２０１Ａには、水素元電磁弁１８、一次センサＳ０、レギュレータ１９、二次圧センサＳ１、並列接続された水素起動電磁弁２０及び水素調圧弁２１、ガス供給弁２２、三次圧センサＳ２が順に設けられ、この燃料ガス供給流路２０１Ａは、燃料ガス供給流路２０１Ｂに接続している。燃料ガス供給流路２０１Ｂには、リリーフ弁３１が設けられ、燃料ガス供給流路２０１Ｂは、燃料電池スタック１００の上記ガス取入口２０１ＢＩＮに接続されている。燃料電池スタック１００のガス排出口２０２ＯＵＴには、ガス排出流路２０２の一端が接続され、その他端は、レベルセンサＳ１１が取り付けられたトラップ２４に接続されている。排水タンクであるトラップ２４には、循環流路２０４の一端と、ガス導出路２０３の一端がそれぞれ接続されている。ガス導出路２０３の他端は、減圧排出路２０５に接続され、最終的には後述する空気排出路１２４に接続されている。ガス導出路２０３には、排出用開閉弁としての排気電磁弁２７が設けられている。レベルセンサＳ１１は、トラップ２４に溜められた生成水の水量（水位）を検出する。

燃料電池スタック１００において発電の際に生成された水は、ガス排出口２０２ＯＵＴから、水素ガスとともに排出され、ガス排出流路２０２を通ってトラップ２４に貯留される。生成水は、トラップ２４において、水素ガスと分離され、水素ガスは、循環ポンプ２５へ吸引される。

循環流路２０４の他端は、外気流入路２０６に接続されている。循環流路２０４には、循環ポンプ２５と、循環電磁弁２６が設けられており、循環ポンプ２５と循環電磁弁２６の間には、減圧排出路２０５の一端が接続されている。減圧排出路２０５の他端は、空気排出路１２４に開口し、減圧排出路２０５には、減圧電磁弁２３が設けられている。外気流入路２０６の他端は、外部に開口し、開口側からフィルタ２９、外気導入電磁弁２８の順に設けられている。循環ポンプ２５には、循環ポンプの駆動電流を検出する駆動電流検出センサＳ１０が設けられている。燃料ガス供給流路２０１、ガス排出流路２０２、循環流路２０４、外気流入路２０６により、ガスの循環経路が形成される。

次に空気供給系１２について説明する。空気供給系１２は、空気導入路１２３と、空気マニホールド５４と、空気排出路１２４とを備えている。空気導入路１２３には、フィルタ１２１、外気温度センサＳ６、空気ファン１２２、ヒータＨ、空気入口温度センサＳ５、空気マニホールド５４の順で流入方向に沿って設けられている。空気マニホールド５４内には、冷却水を噴射するノズル５５が設けられている。空気マニホールド５４は、燃料電池スタック１００の導入口４３に空気を分割して流入させる。

空気排出路１２４は、燃料電池スタック１００の導出口４４に接続され、導出口４４から流出した空気を合流させ、外部へ導流する。空気排出路１２４には、熱交換を促進するファンが取り付けられた凝縮器５１及び凝縮器排気温センサＳ１０が設けられ、続いてフィルタ１２５が接続されている。凝縮器５１は、空気と水分を分離する。また、ノズル５５から供給された水も、ここで、回収される。空気排出路１２４には、排気温度センサＳ９が設けられ、燃料電池スタック１００の温度が間接的に検出される。

次に、水供給系について説明する。水供給系５０は、貯水手段である水タンク５３と、凝縮器５１で回収した水を水タンク５３へ導く導水路５２と、水タンク５３の水をノズル５５へ導く給水路５６とを有する。導水路５２には、回収ポンプ６２が設けられている。給水路５６には、フィルタ６４、水供給手段である供給ポンプ６１、水供給電磁弁６３が順に設けられている。給水路５６には、外気取入路５４が接続され、該導入路５４には、外気取入電磁弁６５が設けられている。水タンク５３には、水温センサＳ７と、貯水量検出手段であるタンク水位センサＳ８が設けられている。凝縮器５１と、導水路５２と、回収ポンプ６２とによって、水回収手段が構成される。

水回収手段は、これに加えて、燃料電池スタック１００の下側に設けられ、ノズル５５から噴射された水や、燃料電池スタック１００の生成水等を受ける水受回収手段としての水受トレーに溜まった水を回収する構成を加えてもよく、凝縮器５１が設けられていない場合には、水受トレーにより水の回収が行われる。また、凝縮器５１や水受トレー等を、水タンク５３よりも、鉛直方向において、上方に配置することにより、水の回収を重力により行う構成とすることが可能となる。この場合には、回収ポンプ６２は不要となるが、切換手段による水の回収動作を制御するために、回収ポンプの代りに電磁開閉弁を設ける。

燃料電池スタック１００には、負荷系７が接続されており、燃料電池スタック１００で出力される電力は、この負荷系７に供給される。燃料電池スタック１００の電極は、配線７１を介してリレー７２、７２に接続され、さらに、リレー７２、７２は、インバータ７３を介してモータ７４に接続されている。また、インバータ７３には、出力制御装置７５を介して補助電源７６が接続されている。この負荷系７には、燃料電池スタック１００の出力電圧を検出する電圧センサＳ４と、同じく出力電流を検出する電流センサＳ３が設けられている。

図９に示すように、燃料電池システム１の制御系は、各センサＳ０〜Ｓ１１の検出値が入力され、レギュレータ１９、各電磁弁１８、２０、２２〜２４、２６〜２８、６３、６５、各ポンプ２５、６２、６１、ノズル５５、ファン１２２、ヒータＨ、インバータ７３、出力制御装置７５を制御する制御装置（ＥＣＵ）２００を備えている。この制御装置２００には、図示しないイグニッションスイッチが接続され、モータ７４の駆動や停止の指示信号が入力される。

次に、本実施の形態における、排気電磁弁２７の状態を検知する原理を説明する。
水素循環ポンプ２５の動作能力を示す駆動電流の定常負荷に対する時間変化を図１０に示す。なお、本実施の形態では、定格１２Ｖの水素循環ポンプ２５の駆動電流（負荷電流）Ｉをサンプリングした。図１０に示すように、定常負荷時の場合には、燃料ガス供給流路２０１Ａ内の圧力（二次圧センサＳ１の出力（二次圧力Ｍ）、及び、三次圧力センサＳ２の出力（三次圧力Ｕ））は、時間変化に対して安定であることがわかる。

一方、時間ｔ＝ｔ1（＝２０（秒）近傍）で、排気電磁弁２７の開放を開始し、排気電磁弁２７を擬似的に開放状態とし、時間ｔ＝ｔ２（＝４０（秒）近傍）で全開状態とする。この状態を１０秒間維持し、時間ｔ＝ｔ３（＝５０（秒）近傍）から、排気電磁弁２７を徐々に閉じ始め、時間ｔ＝ｔ４（＝７５（秒）近傍）で完全に閉じた。

排気電磁弁２７が開放された状態では、２次圧Ｐ２、３次圧Ｐ３ともに減少し、循環ポンプ２５の駆動電流も著しく上昇している。循環ポンプ２５の駆動電流の上昇は、排気電磁弁２７の開放によって、循環ポンプ２５の吸引側の圧力が著しく下がることにより、吸引側と吐出側で圧力差が大きくなり、ポンプの仕事量が増加した為である。
このように、循環ポンプ２５の駆動電流が上昇した場合に、排気電磁弁２７が開放された状態であると判定することができる。

これに対し、排気電磁弁２７が閉じられたまま開かない状態であると判断するには、トラップ２４の水位をセンサＳ１１でモニタし、排気電磁弁２７を開放する制御を行った場合のトラップ２４内の水量変化を見ればよい。即ち、排気電磁弁２７が開放されれば、水が排出されるので、水量が減るはずであり、水量が減少しない場合には、排気電磁弁２７は、開放制御をしたにもかかわらず、開放されなかったことを示し、排気電磁弁２７に異常があることを示している。

次に、制御装置２００における、排気電磁弁２７の状態を検知する処理を、図１１に示す、排気電磁弁２７の開放不可状態検知処理プログラムのフローチャートを参照して具体的に説明する。このフローチャートは、排気電磁弁２７が閉じられたまま開放されない状態であることを検出する処理である。

本排気電磁弁の開放不可状態検知処理プログラムがスタートすると、ステップ５０２で、トラップ２４の水位をレベルセンサＳ１１により検出する。次にステップ５０４で、検出した値Ｌが、所定値より大きいか否かを判断する。ここで判断基準となる所定値Ｑｈは、トラップ２４内に、生成水（燃料電池スタック１００から排出された生成水（排水））が、排出が必要な程度にまで溜まっていることを示す値である。

所定値Ｑｈよりも検出値Ｌが小さい場合には、その後の処理は実行されず、この処理は終了する。所定値Ｑｈよりも検出値Ｌが大きい場合には、排水が必要であることを意味するので、次のステップ５０６において、排気電磁弁２７を開放する。これにより、トラップ２４に溜められていた排水は、ガス導出路２０３を通って空気排出路１２４内に排出される。燃料供給系１０内のガス圧は、外気圧よりも高い圧力であるため、排気電磁弁２７の開放時には、燃料供給系１０内のガス圧に押し出されるようにして、溜められていた水が排出され、同時に燃料供給系１０内の燃料ガスも排出される。ステップ５０８で、再度ラップ２４内の水位Ｌを検出し、次のステップ５１０で、検出された値Ｌが所定値Ｑｌより小さいか判断する。所定値Ｑｌは、水が確実に排出されているか否かを判断する閾値であり、少なくともＱｈ＞Ｑｌの関係となる。Ｑｌは、任意に設定することができ、例えば、トラップ２４において水収容容積の１０〜５０％程度以下に設定することができる。

検出された値Ｌが所定値Ｑｌより小さくなっていない場合には、水は排出されていないか、又は十分に排出されていないものと判断し、排気電磁弁２７が十分に開かないか、又は全く開かない状態であることを意味する。このため、ステップ５１４に進み、異常停止モードを実行する。
検出された値Ｌが所定値Ｑｌより小さくなっている場合には、水は十分に排出され、排気電磁弁２７は、開放されたことを意味するので、ステップ５１２に進み、排気動作を終了する。即ち、排気電磁弁２７を閉じる。

次に、制御装置２００における、排気電磁弁２７の状態を検知する処理を、図１２に示す、排気電磁弁２７の閉不可状態検知処理プログラムのフローチャートを参照して具体的に説明する。このフローチャートは、排気電磁弁２７が開放されたまま閉じられない状態であることを検出する処理である。

本排気電磁弁の閉不可状態検知処理プログラムがスタートすると、カウント数Ｋを初期化（＝０）し、ステップ６０２で排気電磁弁２７の開閉操作が終了したか判断する。つまり、図１１に示されている排水処理が実行されたか、を判断する。実行されている場合には、次にステップ６０４において、その処理が所定時間経過したかを判断する。この時間は、排水処理が行われる間隔よりも短い時間に設定されており、排水処理と、次に行われる排水処理の間に、必ず１回このプログラムが実行されるように設定されている。また、経過時間の起算時刻を排水処理を実行した時刻として、排水処理が行われる毎に、経過時間の起算時刻が初期化される構成としてもよい。また、開閉弁の不具合は、何らかの動作が実行され場合に、これをきっかけとして、生じる場合が多いので、所定時間を０〜数秒として、排気電磁弁２７の開閉操作が終了した直後に、このフローチャートを実行する構成としてもよい。

所定時間経過した場合には、ステップ６１０に進み、循環ポンプの駆動電流値Ｉを、センサＳ１０により検出する。そして、ステップ６１２により、検出した電流値Ｉが所定値Ｉ0より大きいか否か判断する。所定値Ｉ0は、駆動電流Ｉが正常運転状態よりも大きくなったかを判断する閾値であり、通常運転状態における電流値よりも大きな値である。
電流値Ｉが所定値Ｉ0より小さい場合には、燃料ガスのリークなしと判断し、排気電磁弁２７は閉じていることを意味するので、このフローチャートを終了する。

電流値Ｉが所定値Ｉ0より大きい場合には、ステップ６１４で、カウント数Ｋをインクリメントし、ステップ６１６で、所定回数Ｋｎに達したか判断する。所定回数に達していない場合には、ステップ６０６にリターンされ、ステップ６０６〜６１６を再度実行する。

カウント数Ｋが所定回数Ｋｎに達した場合には、燃料ガスのリークがあり、排気電磁弁２７は開放されたままで閉じられていないことを意味するので、ステップ６１８で異常停止モードを実行する。所定回数Ｋｎ回、燃料ガスのリークを判断するのは、回路のノイズによる検出値のバラツキにより、誤って異常ありと検出することを防止するためである。

同じ理由で、ステップ６１４、６１６の構成を、ステップ６１２でＮｏと判断された後、フローチャートを終了させるまでの間にも設けてもよい。つまり、カウント数Ｊが、所定回数Ｊｎに到達するまで、フローチャートにおいて、異常なしとは判定されない。センサＳ１０による検出値のバラツキによって、誤って異常なしと検出することを防止するためである。
上記した実施形態では、異常を検知した場合には、上記異常停止モードを実行すると共に、警告表示するようにしてもよい。これにより利用者等に注意を促すことができる。
本明細書の以下の事項を開示する。
（１）燃料ガスが流入される燃料室と、該燃料ガスと反応可能な酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池のガス取入口に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記燃料電池のガス排出口に、他端が前記供給路に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室に循環するための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記第１の供給路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料室と前記循環ポンプの間の循環路に設けられ、前記燃料室からの排出水を溜める排水タンクと、
前記排水タンクの水を排出する排出路に設けられた排出用開閉弁と、
前記排水タンクが溜めている水量を検出する水量検出手段と、
前記排出用開閉弁の排出動作後に、前記検出手段により検出された水量に基づいて、前記開閉弁の状態を判断する判断手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
上記（１）の記載事項によれば、排出用開閉弁の異常を検出できるので、異常の結果、燃料電池システムに生じる不都合を未然に防止することができる。
（２）前記判断手段は、検出された水量が所定値以上である場合には、排出用開閉弁に異常があると判断する上記（１）に記載の燃料電池システム。
上記（２）の記載事項によれば、排出用開閉弁が閉じたまま開かないといった異常を検出できるので、排水のオーバーフローによる循環ポンプの故障や燃料電池の出力低下を未然に防止することができる。
（３）燃料ガスが流入される燃料室と、該燃料ガスと反応可能な酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池のガス取入口に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記燃料電池のガス排出口に、他端が前記供給路に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室に循環するための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記第１の供給路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料室と前記循環ポンプの間の循環路に設けられ、前記燃料室からの排出水を溜める排水タンクと、
前記排水タンクの水を排出する排出路に設けられた排出用開閉弁とを有する燃料電池システムにおける開閉弁の状態を検出する方法であって、
排出用開閉弁を開放し排水タンク内の水を排出した後、排水タンク内の水量を検出し、検出された水量に基づいて排出用開閉弁の状態を判断することを特徴とする燃料電池システムの異常検出方法。
（４）燃料ガスが流入される燃料室と、該燃料ガスと反応可能な酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池のガス取入口に接続され、燃料ガスを供給するための供給路と、
一端が前記燃料電池のガス排出口に、他端が前記供給路に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給路を介して前記燃料室に循環するための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記第１の供給路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料室と前記循環ポンプの間の循環路に設けられ、前記燃料室からの排出水を溜める排水タンクと、
前記排水タンクの水を燃料ガスとともに排出する排出路に設けられた排出用開閉弁とを有する燃料電池システムにおける開閉弁の状態を検出する方法であって、
供給路内のガス圧値と、循環ポンプの駆動電流値とをそれぞれ検出し、検出されたガス圧値と駆動電流値とに基づき排出用開閉弁の状態を判断することを特徴とする燃料電池システムの異常検出方法。
上記（３）（４）の記載事項によれば、排出用開閉弁の異常を検出できるので、異常の結果、燃料電池システムに生じる不都合を未然に防止することができる。

この発明の燃料電池システム１を示すブロック図である。燃料電池用セパレータを示す全体正面図である。燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面平面図（Ａ‐Ａ断面図）である。燃料電池セパレータで構成された燃料電池スタックの部分断面側面図（Ｂ‐Ｂ断面図）である。燃料電池セパレータの部分断面側面図（Ｃ‐Ｃ断面図）である。燃料電池用セパレータの全体背面図である。単位セルの断面図である。燃料電池スタックの部分平面図である。燃料電池システム１の制御系のブロック図である。排気電磁弁が閉じなかった場合を擬似的に発生させたときの循環ポンプの駆動電流を、二次圧センサ及び三次圧センサの出力電流と対比させて示すグラフである。燃料電池スタックの排気電磁弁の開放不可状態検知処理プログラムを示すフローチャートである。燃料電池スタックの排気電磁弁の閉不可状態検知処理プログラムを示すフローチャートである。

符号の説明

１燃料電池システム
１１水素貯蔵タンク（供給手段）
１００燃料電池スタック（燃料電池）
２０１Ａ、２０１Ｂ燃料ガス供給流路（供給路）
２０４循環流路（循環路）
２５循環ポンプ
２７排気電磁弁（開閉弁）
Ｓ１０駆動電流検出センサ（検出手段）
Ｓ１１レベルセンサ
２００制御装置（判断手段）

Claims

燃料ガスが流入される燃料室と、該燃料ガスと反応可能な酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質層を介して隣接させ、燃料ガスと酸化ガスとの反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池のガス取入口に接続され、燃料ガスを供給するための供給流路と、
一端が前記燃料電池のガス排出口に、他端が前記供給流路に接続され、前記燃料室の燃料ガスを、前記供給流路を介して前記燃料室に循環するための循環路と、
前記循環路に設けられ、前記燃料室の燃料ガスを、前記循環路を介して前記供給流路に循環させる循環ポンプと、
前記燃料室と前記循環ポンプの間の循環路に設けられ、前記燃料室からの排出水を溜める排水タンクと、
前記排水タンクの水を燃料ガスとともに排出する排出路に設けられた排出用開閉弁と、
前記供給流路内のガス圧を検出するガス圧検出手段と、
前記循環ポンプの駆動電流を検出する電流検出手段と、
前記ガス圧検出手段で検出されたガス圧値が所定の閾値より小さく、かつ前記電流検出手段で検出された電流値が上昇した場合にカウントし、所定回数に達した場合、前記排出用開閉弁に異常ありと判断する判断手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
前記判断手段は、検出されたガス圧値が所定値以下であり、検出された駆動電流値が所定値以上である場合に、排出用開閉弁が異常であると判断する請求項１に記載の燃料電池システム。