JP5070685B2

JP5070685B2 - 燃料電池システム、ガス漏れ検知装置およびガス漏れ検知方法

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Publication number: JP5070685B2
Application number: JP2005217129A
Authority: JP
Inventors: 剛司片野; 啓吾末松; 伸浩友定
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2025-07-27
Also published as: US8563191B2; WO2007013667A1; DE112006001940B4; DE112006001940T5; JP2007035446A; CN101233641A; CN101233641B; US20100151343A1

Description

本発明は、燃料電池システムにおいて、ガス供給部から供給される燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁であって、遮断弁からの燃料ガスの漏れを検知する技術に関する。

近年、新しいエネルギ源として、水素などの燃料ガス（以下、アノードガスとも呼ぶ。）と酸素とを用いて発電を行う燃料電池が注目されつつある。この燃料電池の燃料電池システムでは、例えば、高圧のアノードガスを有するガス供給部（例えば、水素タンク。）からアノードガスを供給すると共に、供給したアノードガスの圧力をレギュレータ（調圧弁）により適宜低下させた後、アノードガスを燃料電池に供給するシステムが知られている。このガス供給部には、アノードガスの供給を行ったり、その供給を停止したりするために、遮断弁（以下では、供給部遮断弁とも呼ぶ。）が設けられている。なお、ガス供給部から燃料電池にアノードガスを供給するための流路を、以下では、アノードガス供給流路とも呼ぶ。また、このアノードガス供給流路において、ガス供給部側を上流側、燃料電池側を下流側とする。アノードガス供給流路において、供給部遮断弁より下流側であり、レギュレータの中で最も上流側に位置するレギュレータを高圧レギュレータと呼ぶ。

従来、安全対策等のため、上述の供給部遮断弁からアノードガスが漏れているか否かを検知するガス漏れ検知が行われている。このガス漏れ検知は、例えば、アノードガス供給流路において、供給部遮断弁および高圧レギュレータから下流の所定区間の流路（以下、漏れ検知用流路とも呼ぶ。）を減圧処理した後、漏れ検知流路内であり高圧レギュレータの下流側に設けられる圧力センサを用いて行われる。この場合、減圧処理は、漏れ検知用流路において、高圧レギュレータの上流側の圧力を、高圧レギュレータの下流側の圧力と略等しくなる程度まで行う必要がある。なお、このガス漏れ検知で、高圧レギュレータの上流側に設けられる圧力センサを用いず、高圧レギュレータの下流側に設けられる圧力センサを用いているのは、高圧レギュレータの上流側に設けられる圧力センサは、高耐圧仕様とする必要があり、圧力検知精度があまりよくないからである。

ところで、このガス漏れ検知における減圧処理は、例えば、下記特許文献１に記載される技術のごとく、供給部遮断弁を閉じた後、燃料電池を発電させて、アノードガスを消費させることにより行われていた。

特開２００３−３０８８６８号公報

しかしながら、例えば、上述のように漏れ検知用流路において、高圧レギュレータの上流側の圧力を、高圧レギュレータの下流側の圧力と略等しくなる程度まで減圧する場合には、減圧するアノードガス量が多いため、上記特許文献１に記載される技術のように、燃料電池をただ発電させて、アノードガスを消費させる方法では、時間がかかるという問題があった。これを解決するために、燃料電池に高負荷で発電させて、漏れ検知用流路内のアノードガスを消費させ、すばやく減圧処理を行う方法も考えられるが、発電電力の消費先である二次電池等に大電力を供給することになり、供給先の二次電池等の耐久性が劣化するという新たな問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池システムにおいて、供給部遮断弁のガス漏れ検知を行う際に、漏れ検知用流路の減圧処理を適切で迅速に行う技術を提供することを目的とする。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の燃料電池システムは、
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
少なくとも、前記燃料電池の通常の発電を行う通常モードと、該通常モード後に燃料ガスの漏れを検知するガス漏れ検知モードとを有し、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池に導く流路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路に設けられ、前記燃料ガスの供給方向に対して下流側の前記燃料ガスの圧力が調圧値になるように調圧を行い、該調圧値を調整可能な可変調圧弁と、
前記通常モードにおいて、前記可変調圧弁の前記調圧値を前記通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定する第１の可変調圧弁制御部と、
を備え、さらに、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記通常モードの終了時の前記通常発電用調圧値よりも高く設定する第２の可変調圧弁制御部と、
前記調圧値を高く設定後、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うガス漏れ検知実行部と、
前記流路において、前記可変調圧弁よりも前記燃料ガスの供給方向に対して上流に設けられ、供給される前記燃料ガスの調圧を行う高圧調圧弁と、
前記流路において、前記可変調圧弁と、前記高圧調圧弁との間の圧力を測定する圧力測定部と、
を備え、
前記ガス漏れ検知実行部は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記第２の可変調圧弁制御部が前記可変調圧弁の前記調圧値を高く調圧した後、前記圧力測定部により測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値より低くなった場合に、前記圧力測定部によって測定される前記圧力値を参照して、前記遮断弁からの前記燃料ガスの前記漏れ検知を実行することを要旨とする。

上記構成の燃料電池システムによれば、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を行うために、流路において、可変調圧弁が設けられた位置から、燃料ガスの供給方向に対して上流の流路内の燃料ガスの圧力を、迅速に減圧することができる。従って、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。また、このようにすれば、上記圧力測定部を用いて、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を実行することができる。

上記燃料電池システムにおいて、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁した後に、前記燃料電池に発電させ、前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路を減圧させる減圧発電制御部を備えるようにしてもよい。

このようにすれば、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を行うために、減圧発電を行うことにより、流路において、可変調圧弁が設けられた位置から、燃料ガスの供給方向に対して上流の流路内の燃料ガスの圧力を、より迅速に減圧することができる。従って、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知にかかる時間をより短縮することができる。

上記目的の少なくとも一部を達成するために、本発明のガス漏れ検知装置は、
ガス漏れを検知するガス漏れ検知装置であって、
少なくとも、燃料電池の通常の発電を行う通常モードと、該通常モード後に燃料ガスの漏れを検知するガス漏れ検知モードとを有し、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池に導く流路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路に設けられ、前記燃料ガスの供給方向に対して下流側の前記燃料ガスの圧力が調圧値になるように調圧を行い、該調圧値を調整可能な可変調圧弁と、
前記通常モードにおいて、前記可変調圧弁の前記調圧値を前記通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定する第１の可変調圧弁制御部と、
前記流路において、前記可変調圧弁よりも前記燃料ガスの供給方向に対して上流に設けられ、供給される前記燃料ガスの調圧を行う高圧調圧弁と、
前記流路において、前記可変調圧弁と、前記高圧調圧弁との間の圧力を測定する圧力測定部と、
を備えた燃料電池システムに用いられ、
前記ガス漏れ検知装置は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記通常モードの終了時の前記通常発電用調圧値よりも高く設定する第２の可変調圧弁制御部と、
前記調圧値を高く設定後、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うガス漏れ検知実行部と、
を備え、
前記ガス漏れ検知実行部は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記第２の可変調圧弁制御部が前記可変調圧弁の前記調圧値を高く調圧した後、前記圧力測定部により測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値より低くなった場合に、前記圧力測定部によって測定される前記圧力値を参照して、前記遮断弁からの前記燃料ガスの前記漏れ検知を実行することを要旨とする。

上記構成のガス漏れ検知装置によれば、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を行うために、流路において、可変調圧弁が設けられた位置から、燃料ガスの供給方向に対して上流の流路内の燃料ガスの圧力を、迅速に減圧することができる。従って、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。また、このようにすれば、上記圧力測定部を用いて、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を実行することができる。

なお、本発明は、上記した燃料電池システムやガス漏れ検知装置などの装置発明の態様に限ることなく、ガス漏れ検知方法や燃料電池システムの制御方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．装置全体の説明：
Ａ２．水素漏れ検知処理：
Ｂ．変形例：

Ａ．実施例：
Ａ１．装置全体の説明：
図１は、本発明の実施例における燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１００は、主に燃料電池１０と、水素タンク２０と、遮断弁２００と、高圧レギュレータ２１０と、可変低圧レギュレータ２２０と、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３と、電流センサ３２０と、ブロワ３０と、制御部４００と、加湿器６０と、循環ポンプ２５０とを備えている。

本実施例の燃料電池システム１００は、燃料電池１０で通常の発電（以下、通常発電と呼ぶ。）を行った後、燃料電池システム１００の運転を停止する際に、遮断弁２００に異常がないかどうかを検知する処理を行う。この処理は、言い換えれば、遮断弁２００を閉弁させて、遮断弁２００から水素漏れが生じているか否かを検知する処理であり、以下では、水素漏れ検知処理と呼ぶ。

燃料電池１０は、固体高分子型の燃料電池であり、構成単位である単セル（図示せず）を複数積層したスタック構造を有している。各単セルは、電解質膜（図示せず）を挟んで水素極（図示せず）（以下、アノードと呼ぶ。）と酸素極（図示せず）（以下、カソードと呼ぶ。）とを配置した構成となっている。燃料電池１０は、各々の単セルのアノード側に水素を含有する燃料ガス（以下、アノードガスと呼ぶ。）を供給し、カソード側に酸素を含有する酸化ガスを供給することで、電気化学反応が進行し、起電力を生じる。燃料電池１０は、生じた電力を燃料電池１０に接続される所定の負荷（例えば、モータや蓄電池。）に供給する。なお、燃料電池１０としては、上記した固体高分子型燃料電池の他、水素分離膜型燃料電池や、アルカリ水溶液電解質型や、リン酸電解質型や、あるいは溶融炭酸塩電解質型等、種々のタイプの燃料電池を用いることができる。また、燃料電池１０のアノードガスが流れる流路をアノード流路２５と呼ぶ。

燃料電池１０のアノード流路２５は、アノード排ガス流路２６と接続され、このアノード排ガス流路２６上には、パージ弁２４０が設けられている。燃料電池システム１００の運転中において、電気化学反応に供された後のアノードからの排ガス（以下、アノード排ガスと呼ぶ。）は、定期的に、アノード排ガス流路２６を介し、パージ弁２４０から外部へ排出（パージ）される。

アノード排ガス流路２６において、パージ弁２４０よりもアノード排ガスを排出する流れ方向に対して上流側の位置から、アノードガス供給流路２４へ接続されるガス循環流路２８が設けられている。このガス循環流路２８上には、循環ポンプ２５０が設けられる。このガス循環流路２８は、循環ポンプ２５０によって勢いをつけて送りだされたアノード排ガスを、アノードガス供給流路２４に導く。このようにガス循環流路２８は、アノード排ガスを循環する役割を担っている。このようにして、アノード排ガスに含まれる水素ガスは、循環して、アノードガスとして再び発電に使用される。

ブロワ３０は、酸化ガスとしての空気を燃料電池１０のカソード側に供給するための装置である。ブロワ３０は、カソードガス供給流路３４を介して燃料電池１０のカソード側に接続されている。カソードガス供給流路３４には、加湿器６０が設けられている。ブロワ３０で圧縮された空気は、加湿器６０によって加湿された後に燃料電池１０に供給される。燃料電池１０には、カソード排ガス流路３６が配されており、電気化学反応に供された後のカソードからの排ガスは、カソード排ガス流路３６を通じて外部に排出される。

水素タンク２０は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、アノードガス供給流路２４を介して燃料電池１０のアノード流路２５に接続されている。アノードガス供給流路２４上において、水素タンク２０から近い順番に、遮断弁２００と、高圧レギュレータ２１０と、可変低圧レギュレータ２２０とが設けられている。

遮断弁２００は、閉弁時には水素タンク２０からアノードガス供給流路２４へ水素ガスの供給を遮断し、開弁時には水素タンク２０からアノードガス供給流路２４へ水素ガスを供給する。

高圧レギュレータ２１０は、水素タンク２０から供給された高圧の水素ガスを、予め設定された調圧値（以下、調圧値Ｑと呼ぶ。）となるように、調圧する。この調圧値Ｑは、燃料電池システム１００の設計に応じて適宜設定される。

また、本実施例の可変低圧レギュレータ２２０は、高圧レギュレータ２１０で調圧された水素ガスをさらに調圧するが、水素ガスの調圧値を可変調整できるようになっている。この場合、後述する制御部４００または漏れ検知実行部４１０が、この可変低圧レギュレータ２２０を制御して、調圧値の可変調整を行う。この可変調整についての詳細は、後述する。

なお、アノードガス供給流路２４において、遮断弁２００と高圧レギュレータ２１０との間の流路は、アノード系流路内において高圧なので高圧部（図１）とも呼ぶ。アノードガス供給流路２４において、高圧レギュレータ２１０と可変低圧レギュレータ２２０に挟まれた流路を中圧部（図１）とも呼ぶ。この中圧部は、高圧レギュレータ２１０の下流にあるため、高圧部よりも圧力が低くなっている。アノードガス供給流路２４において、可変低圧レギュレータ２２０よりも水素ガスの供給方向に対して下流側の流路を低圧部（図１）とも呼ぶ。この低圧部は、可変低圧レギュレータ２２０の下流にあるため中圧部よりも圧力が低くなっている。

また、アノードガス供給流路２４において、図１に示すように、高圧部、中圧部、および、低圧部に、それぞれ圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられている。後述する漏れ検知実行部４１０は、これら圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３からそれぞれ圧力値（Ｐａ：パスカル）を検出する。この場合、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３で検出される圧力値を、それぞれ高圧部圧力値Ｐｋ１、中圧部圧力値Ｐｋ２、および、低圧部圧力値Ｐｋ３と呼ぶ。なお、高圧部圧力値Ｐｋ１、中圧部圧力値Ｐｋ２、低圧部圧力値Ｐｋ３は、それぞれ、高圧部、中圧部、および、低圧部をそれぞれ代表する圧力値とみなす。

なお、圧力センサＰ１が設置される高圧部は、非常に圧力が高くなり、そのため、圧力センサＰ１は、高耐圧仕様に設計されており、その結果、圧力検知精度は、あまり良くない。一方、圧力センサＰ２は、高圧部より低圧の中圧部に設置されており、圧力センサＰ１ほどの耐圧仕様とする必要がないので、圧力センサＰ１よりも圧力検知精度がよいものを用いている。

さらに、燃料電池１０には、電流センサ３２０が設けられている。後述する制御部４００は、この電流センサ３２０から、燃料電池１０の発電に伴い生じる電流値Ｉ（Ａ：アンペア、以下、発電電流Ｉと呼ぶ。）を検出する。

制御部４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。燃料電池システム１００が通常発電時の場合に、制御部４００は、外部からの負荷要求（発電要求）に対応させて、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を適宜調整する。例えば、制御部４００は、発電要求が、発電電力（発電電流）の出力アップを要求するものである場合には、その要求に対応させて、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を高く調整し、すなわち、アノードガス供給流路２４の低圧部に流れる水素ガス流量を多くする。

図２は、燃料電池システム１００の通常発電時において可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を推移させた場合の低圧部圧力値Ｐｋ３と発電電流Ｉとの関係を表わす図である。制御部４００によって、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値が調整されると、図２に示すように、それに伴い低圧部圧力値Ｐｋ３が変動し、それに略比例して発電電流Ｉも変動する。なお、この通常発電時において、最大の発電電流を最大発電電流Ｉｍと呼ぶ。そして、最大発電電流となる場合の可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を、通常最大圧力値Ｐｍとも呼ぶ。

なお、燃料電池１０の通常発電の終了時における可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を調圧値Ｐｘとする。従って、燃料電池１０の通常発電終了時において、低圧部圧力値Ｐｋ３は、調圧値Ｐｘとなっている。

また、制御部４００は、通常発電時において、可変低圧レギュレータ２２０を可変調整する他、燃料電池システム１００を構成する各部、すなわち、ブロワ３０、加湿器６０、遮断弁２００、循環ポンプ２５０、および、パージ弁２４０等に駆動信号を出力し、燃料電池システム１００全体の運転状態を勘案して、これらの制御も行う。

ところで、制御部４００は、漏れ検知実行部４１０としても機能する。この漏れ検知実行部４１０は、燃料電池システム１００を構成する各部を制御し、また、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３から、それぞれ、圧力値を検出し、遮断弁２００の水素漏れ検知処理を行う。

Ａ２．水素漏れ検知処理：
図３は、本実施例における水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。本実施例の水素漏れ検知処理は、上述したように、燃料電池システム１００が通常発電を行った後、運転を停止する場合に、遮断弁２００を閉弁させ、遮断弁２００から水素漏れが生じているか否かを検知する処理である。

この水素漏れ検知処理（図３）において、まず、漏れ検知実行部４１０は、遮断弁２００を閉弁させる（ステップＳ１０）。

次に、漏れ検知実行部４１０は、燃料電池システム１００の各部を制御して、燃料電池１０において発電を開始する（ステップＳ２０）。このようにすれば、アノードガス供給流路２４における中圧部および高圧部の水素ガス圧を減圧させることができる。従って、この発電を、以下では、減圧発電と呼ぶ。

続いて、漏れ検知実行部４１０は、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を、設定値Ｐｎ（以下、漏れ検設定値Ｐｎとも呼ぶ。）に設定する（ステップＳ３０）。

図４は、図３のステップＳ３０の処理において可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を漏れ検設定値に設定した場合の低圧部圧力値Ｐｋ３を表わす図である。図３のステップＳ３０の処理において、漏れ検設定値Ｐｎは、通常発電の終了時における可変低圧レギュレータ２２０の調圧値Ｐｘより高い値に設定される。従って、漏れ検知実行部４１０によって、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値が漏れ検設定値Ｐｎに設定されると、図４に示すように、低圧部圧力値Ｐｋ３は、通常発電の終了時における調圧値Ｐｘよりも上昇する。

次に、漏れ検知実行部４１０は、圧力センサＰ２から中圧部圧力値Ｐｋ２を検出する。そして、漏れ検知実行部４１０は、検出した中圧部圧力値Ｐｋ２が、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑより低くなったか否かを判断する（ステップＳ４０）。この場合、検出した中圧部圧力値Ｐｋ２が、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑよりも低くなったということは、高圧部と中圧部の圧力が、略同程度になったことを表わす。

漏れ検知実行部４１０は、検出した中圧部圧力値Ｐｋ２が、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑより低くなっていない場合（ステップＳ４０：ＮＯ、すなわち、高圧部の圧力が、中圧部の圧力より高い状態の場合）には、中圧部圧力値Ｐｋ２が高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑより低くなるまで待機する。

一方、漏れ検知実行部４１０は、検出した中圧部圧力値Ｐｋ２が、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑより低くなった場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ、すなわち、高圧部と中圧部の圧力が、略同程度になった場合）には、燃料電池システム１００の各部を制御して、燃料電池１０において減圧発電を停止する（ステップＳ５０）。

そして、高圧部と中圧部の圧力が、略同程度になった後、漏れ検知実行部４１０は、圧力センサＰ２から検出される中圧部圧力値Ｐｋ２を参照して、遮断弁２００の水素漏れ検知を行う（ステップＳ６０）。この場合、アノード流路２５は、非常に圧力損失が高いので、アノードガス供給流路２４（高圧部、中圧部、および、低圧部）を閉空間とみなすことができる。

この水素漏れ検知の工程を以下に具体的に説明する。すなわち、漏れ検知実行部４１０は、減圧発電停止後、まず、圧力センサＰ２から中圧部圧力値Ｐｋ２を検出し、所定時間待機する。所定時間待機後、漏れ検知実行部４１０は、再度、圧力センサＰ２から中圧部圧力値Ｐｋ２を検出する。そして、漏れ検知実行部４１０は、最初に検出した中圧部圧力値Ｐｋ２と、所定時間経過後に検出した中圧部圧力値Ｐｋ２との差の絶対値を算出する。漏れ検知実行部４１０は、算出した絶対値が、予め定められる所定の閾値より大きい場合には、遮断弁２００から水素ガス漏れが発生している、すなわち、遮断弁２００に異常があると判断する。この場合、遮断弁２００からの水素ガス漏れには、水素タンク２０からの水素ガスを遮断しきれず、水素タンク２０からアノードガス供給流路２４へ水素ガスが漏れている場合や、遮断弁２００から外部へ水素ガスが漏れている場合などが考えられる。一方、漏れ検知実行部４１０は、算出した絶対値が、予め定められる所定の閾値以下の場合には、遮断弁２００から水素ガス漏れが発生しておらず、すなわち、遮断弁２００に異常がないと判断する。そして、漏れ検知実行部４１０は、この水素漏れ検知処理を終了する。

以上のように本実施例の燃料電池システム１００では、遮断弁２００の水素漏れ検知処理（図３）において、遮断弁２００を閉弁後、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を、通常発電終了時の調圧値Ｐｘよりも高い値に設定し、低圧部圧力値Ｐｋ３を調圧値Ｐｘより上昇させるようにしている。このようにすれば、アノードガス供給流路２４における中圧部および高圧部の水素ガスの圧力を、迅速に減圧することができる。従って、中圧部の中圧部圧力値Ｐｋ２を、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑよりも、素早く低くすることができ、遮断弁２００の水素漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。また、この場合、低圧部が高圧になるので、低圧部の水素漏れ検知も容易に行うことができる。

また、本実施例の燃料電池システム１００では、遮断弁２００の水素漏れ検知処理（図３）において、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を、通常発電終了時の調圧値Ｐｘよりも高い値に設定し、低圧部圧力値Ｐｋ３を調圧値Ｐｘより上昇させると共に、減圧発電を行っている。このようにすれば、減圧発電によって、アノードガス供給流路２４における中圧部および高圧部の水素ガスの圧力を、迅速に減圧することができる。従って、中圧部の中圧部圧力値Ｐｋ２を、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑよりも、素早く低くすることができ、遮断弁２００の水素漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。

さらに、本実施例の燃料電池システム１００では、遮断弁２００の水素漏れ検知処理（図３）において、圧力センサＰ１から検出した高圧部圧力値Ｐｋ１を用いずに、中圧部と高圧部の圧力を略同程度とした後に、圧力センサＰ２から検出した中圧部圧力値Ｐｋ２を参照して、遮断弁２００の水素漏れ検知を行うようにしている。このようにすれば、圧力センサＰ１よりも精度のいい圧力センサＰ２を用いて、遮断弁２００の水素漏れ検知（図３、ステップＳ６０）を行うことができるので、水素漏れ検知の精度を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

Ｂ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池システム１００では、高圧レギュレータ２１０と可変低圧レギュレータ２２０の２つのレギュレータを用いているが、本発明は、これに限られるものではなく、高圧レギュレータ２１０と可変低圧レギュレータ２２０とを一体化させた一つのレギュレータＺＺを用いるようにしてもよい。この場合、レギュレータＺＺは、上述の中圧部（図１）に対応する区間（以下、中圧部区間と呼ぶ。）を自身の内部に持つ。従って、レギュレータＺＺが持つ中圧部区間に対する上述の低圧部の体積比率を大きくすることができる。その結果、このようにすれば、水素漏れ検知処理（図３）において、中圧部区間および高圧部から水素ガスの圧力を、より迅速に減圧することができる。

また、上記実施例の燃料電池システム１００において、高圧レギュレータ２１０と可変低圧レギュレータ２２０とを併設するようにしてもよい。このようにしても、この中圧部に対する上述の低圧部の体積比率を大きくすることができ、その結果、水素漏れ検知処理（図３）において、中圧部および高圧部から水素ガスの圧力を、より迅速に減圧することができる。

Ｂ２．変形例２：
上記実施例の燃料電池システム１００では、水素ガスの供給源として、水素タンク２０を使用しているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、水素タンク２０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、それを、遮断弁２００等を介して燃料電池１０のアノード流路２５へ供給するものとしてもよい。

Ｂ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システム１００のアノードガス供給流路２４（図１）において、圧力センサＰ２が設置された位置から、水素ガスの供給方向に対して下流側のいずれかの位置に、遮断弁ＹＹ（図示せず）を配設するようにしてもよい。この場合、水素漏れ検知処理（図３）において、ステップＳ５０の処理後、遮断弁ＹＹを閉弁させ、その後、ステップＳ６０の処理で、遮断弁２００の水素漏れ検知を行うようにする。このようにすれば、アノードガス供給流路２４において、遮断弁ＹＹを配設した位置から水素ガスの供給方向に対して下流側のいずれかの場所や、燃料電池１０の内部等から水素ガスの漏れが生じていても、遮断弁２００の水素漏れ検知の結果に、影響しないので、遮断弁２００の水素漏れ検知を精度よく行うことができる。

Ｂ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池システム１００では、水素ガスのガス圧を調整するレギュレータは、高圧レギュレータ２１０および可変低圧レギュレータ２２０の２つのみ用いているが、本発明は、これに限られることなく、３以上のレギュレータを用いることも可能である。例えば、アノードガス供給流路２４の低圧部にレギュレータを一つ追加してもよい。このようにすれば、燃料電池１０に供給する水素ガスの圧力調整を、より容易に行うことができる。

Ｂ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池システム１００において、漏れ検知実行部４１０は、可変低圧レギュレータ２２０を空気圧により制御するようにしてもよい。この場合、漏れ検知実行部４１０は、可変低圧レギュレータ２２０に送る空気圧を調整することにより、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を調整する。

Ｂ６．変形例６：
上記実施例の燃料電池システム１００では、水素漏れ検知処理（図３）において、漏れ検知実行部４１０は、圧力センサＰ２から検出した中圧部圧力値Ｐｋ２を参照して、遮断弁２００の水素漏れ検知を行うようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、漏れ検知実行部４１０は、水素漏れ検知処理（図３）のステップＳ４０の処理に代えて、圧力センサＰ３から低圧部圧力値Ｐｋ３を検出し、その低圧部圧力値Ｐｋ３が、可変低圧レギュレータ２２０の調圧値Ｐｎより低くなった場合、すなわち、低圧部、中圧部、および、高圧部の圧力が、それぞれ等しくなった場合に、減圧発電を停止させて（ステップＳ５０）、低圧部圧力値Ｐｋ３を参照して、遮断弁２００の水素漏れ検知を行うようにしてもよい。このようにすれば、圧力センサＰ２を用いずとも、圧力センサＰ２より低圧用の圧力センサＰ３を用いて、遮断弁２００の水素漏れ検知を行うことができる。従って、この水素漏れ検知の精度を向上することができる。

Ｂ７．変形例７：
上記実施例の燃料電池システム１００において、高圧レギュレータ２１０は、水素タンク２０から供給される水素ガスを、固定値である調圧値Ｑに調圧するようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、高圧レギュレータ２１０を可変低圧レギュレータ２２０と同じく、可変レギュレータとしてもよい。これを可変高圧レギュレータＰＰと呼ぶ。この場合、水素漏れ検知処理（図３）において、漏れ検知実行部４１０は、例えば、ステップＳ３０の処理後、可変高圧レギュレータＰＰの調圧値を、上述の調圧値Ｑよりも大きい調圧値に設定する。このようにすれば、高圧部の水素ガスの減圧を、迅速に行うことができる。従って、より遮断弁２００の水素漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。

Ｂ８．変形例８：
上記実施例において、制御部４００は、ソフトウェア的に構成されているものを、ハードウェア的に構成するようにしてもよいし、ハードウェア的に構成されているものを、ソフトウェア的に構成するようにしてもよい。

Ｂ９．変形例９：
上記実施例の水素漏れ検知処理のステップＳ３０の処理において、漏れ検設定値Ｐｎを、通常最大圧力値Ｐｍ（図２）よりも高い値に設定するようにしてもよい。このようにすれば、上記実施例の場合と比べて、アノードガス供給流路２４における中圧部および高圧部の水素ガスの圧力を、より迅速に減圧することができる。従って、中圧部の中圧部圧力値Ｐｋ２を、高圧レギュレータ２１０の調圧値Ｑよりも、より素早く低くすることができ、遮断弁２００の水素漏れ検知にかかる時間をより短縮することができる。

本発明の実施例における燃料電池システム１００の構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００の通常発電時において可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を推移させた場合の低圧部圧力値Ｐｋ３と発電電流Ｉとの関係を表わす図である。本実施例における水素漏れ検知処理を示すフローチャートである。図３のステップＳ３０の処理において可変低圧レギュレータ２２０の調圧値を漏れ検設定値に設定した場合の低圧部圧力値Ｐｋ３を表わす図である。

符号の説明

１０...燃料電池
２０...水素タンク
２４...アノードガス供給流路
２５...アノード流路
２６...アノード排ガス流路
２８...ガス循環流路
３０...ブロワ
３４...カソードガス供給流路
３６...カソード排ガス流路
６０...加湿器
１００...燃料電池システム
２００...遮断弁
２１０...レギュレータ
２１０...高圧レギュレータ
２２０...可変低圧レギュレータ
２４０...パージ弁
２５０...循環ポンプ
３２０...電流センサ
４００...制御部
４１０...漏れ検知実行部

Claims

燃料電池を備える燃料電池システムであって、
少なくとも、前記燃料電池の通常の発電を行う通常モードと、該通常モード後に燃料ガスの漏れを検知するガス漏れ検知モードとを有し、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池に導く流路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路に設けられ、前記燃料ガスの供給方向に対して下流側の前記燃料ガスの圧力が調圧値になるように調圧を行い、該調圧値を調整可能な可変調圧弁と、
前記通常モードにおいて、前記可変調圧弁の前記調圧値を前記通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定する第１の可変調圧弁制御部と、
を備え、さらに、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記通常モードの終了時の前記通常発電用調圧値よりも高く設定する第２の可変調圧弁制御部と、
前記調圧値を高く設定後、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うガス漏れ検知実行部と、
前記流路において、前記可変調圧弁よりも前記燃料ガスの供給方向に対して上流に設けられ、供給される前記燃料ガスの調圧を行う高圧調圧弁と、
前記流路において、前記可変調圧弁と、前記高圧調圧弁との間の圧力を測定する圧力測定部と、
を備え、
前記ガス漏れ検知実行部は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記第２の可変調圧弁制御部が前記可変調圧弁の前記調圧値を高く調圧した後、前記圧力測定部により測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値より低くなった場合に、前記圧力測定部によって測定される前記圧力値を参照して、前記遮断弁からの前記燃料ガスの前記漏れ検知を実行することを特徴とする燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁した後に、前記燃料電池に発電させ、前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路を減圧させる減圧発電制御部を備えることを特徴とする燃料電池システム。
ガス漏れを検知するガス漏れ検知装置であって、
少なくとも、燃料電池の通常の発電を行う通常モードと、該通常モード後に燃料ガスの漏れを検知するガス漏れ検知モードとを有し、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池に導く流路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路に設けられ、前記燃料ガスの供給方向に対して下流側の前記燃料ガスの圧力が調圧値になるように調圧を行い、該調圧値を調整可能な可変調圧弁と、
前記通常モードにおいて、前記可変調圧弁の前記調圧値を前記通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定する第１の可変調圧弁制御部と、
前記流路において、前記可変調圧弁よりも前記燃料ガスの供給方向に対して上流に設けられ、供給される前記燃料ガスの調圧を行う高圧調圧弁と、
前記流路において、前記可変調圧弁と、前記高圧調圧弁との間の圧力を測定する圧力測定部と、
を備えた燃料電池システムに用いられ、
前記ガス漏れ検知装置は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁させる遮断弁制御部と、
閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記通常モードの終了時の前記通常発電用調圧値よりも高く設定する第２の可変調圧弁制御部と、
前記調圧値を高く設定後、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うガス漏れ検知実行部と、
を備え、
前記ガス漏れ検知実行部は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記第２の可変調圧弁制御部が前記可変調圧弁の前記調圧値を高く調圧した後、前記圧力測定部により測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値より低くなった場合に、前記圧力測定部によって測定される前記圧力値を参照して、前記遮断弁からの前記燃料ガスの前記漏れ検知を実行することを特徴とするガス漏れ検知装置。
ガス漏れを検知するガス漏れ検知方法であって、
少なくとも、燃料電池の通常の発電を行う通常モードと、該通常モード後に燃料ガスの漏れを検知するガス漏れ検知モードとを有し、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給部と、
前記燃料ガス供給部から供給される前記燃料ガスを前記燃料電池に導く流路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記流路に設けられ、前記燃料ガスの供給方向に対して下流側の前記燃料ガスの圧力が調圧値になるように調圧を行い、該調圧値を調整可能な可変調圧弁と、
前記通常モードにおいて、前記可変調圧弁の前記調圧値を前記通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定する第１の可変調圧弁制御部と、
前記流路において、前記可変調圧弁よりも前記燃料ガスの供給方向に対して上流に設けられ、供給される前記燃料ガスの調圧を行う高圧調圧弁と、
前記流路において、前記可変調圧弁と、前記高圧調圧弁との間の圧力を測定する圧力測定部と、
を備えた燃料電池システムに用いられ、
前記ガス漏れ検知方法は、
前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記遮断弁を閉弁させる工程と、
閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記通常モードの終了時の前記通常発電用調圧値よりも高く設定する圧力設定工程と、
前記調圧値を高く設定後、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うガス漏れ検知工程と、
を備え、
前記ガス漏れ検知工程は、前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記圧力設定工程で前記可変調圧弁の前記調圧値を高く調圧した後、前記圧力測定部により測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値より低くなった場合に、前記圧力測定部によって測定される前記圧力値を参照して、前記遮断弁からの前記燃料ガスの前記漏れ検知を実行する工程であることを特徴とするガス漏れ検知方法。