JP5151010B2 - 燃料電池システム及び該燃料電池システムのガス漏れ検出方法 - Google Patents
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Description
請求項1に記載の発明は、水素ガス供給源と、燃料電池及び当該燃料電池に連結される水素ガス流路と、水素ガス流路内の圧力を検出すべき圧力検出手段と、水素ガス流路内の圧力を調節すべき調圧弁と、調圧弁の動作を制御すべき制御手段とを備える燃料電池システムであって、ガス漏れ検出実行決定時における燃料電池の発電電流をE、通常運転時の発電電流がEである場合に、調圧弁によって設定される水素ガス圧をX、ガス漏れ検出の実行開始時に調圧弁によって設定されている水素ガス圧をY、とするとき、Y>Xであり、水素ガス流路内の水素ガス流量を測定すべき水素流量計をさらに備え、ガス漏れ検出が、圧力検出手段によって水素ガス流路内の水素圧を検出して水素ガス流路内の水素量を算出した結果、及び、水素流量計が水素供給手段から供給される水素量を計測した結果、並びに、ガス漏れが生じていない場合における水素ガス流路内の水素量を用いて行われることを特徴とする、燃料電池システムにより、上記課題を解決する。
なお、本発明において、ガス漏れの有無は、例えば、ガス漏れが発生していない時の水素ガス圧状態及び水素ガス流量状態を基に、制御手段における処理を介して判別される。
1.1.第1実施形態
図1は、第1実施形態にかかる本発明の燃料電池システムの一部を示す概略図である。図示のように、第1実施形態にかかる燃料電池システム100は、水素ガス供給源としての水素タンク1と、調圧弁20と、封止弁40と、圧力検出手段10と、スタック形態のPEFC(以下において、「FCスタック」と記述する。)2と、これらに連結されるとともにFCスタック2へ供給される水素を流すべき水素ガス供給路90aと、気液分離器3及び水抜きバルブ4と、水素ポンプ5と、これらに連結され、FCスタック2から排出される水素等が流れるとともに水素ガス供給路90aへと接続される水素ガス排出路90bと、制御手段30とを備えている。そして、水素ガス流路90は水素ガス供給路90a及び水素ガス排出路90bを備えており、FCスタック2から排出された水は、気液分離器3で分離され、水抜きバルブ4を介して排出される。なお、図1では、水素ガス漏れ検出に関連する部位のみを概略的に示しており、空気供給路等は省略している。以下、図1を適宜参照しつつ、本発明について説明する。
なお、圧力降下法によりガス漏れを検出する場合、封止された水素ガス流路内に存在する水素は、FCスタック2内で発電用に使用される。そのため、ガス漏れが生じていない場合であっても、FCスタック2の出力がゼロでない限り、圧力は降下し得る。したがって、圧力降下法によるガス漏れ検出は、ガス漏れが生じていない場合の圧力状態と、実際に検出された圧力検出結果とを比較する等の方法により、行われる。
上述のように、圧力降下法によるガス漏れ検出は、通常、低出力時に行われる。当該ガス漏れ検出が実施される際の発電電流をE(A/cm2)とすると、低出力時にFCスタック2へと送られる水素量は少ないため、通常運転時の発電電流がEである場合の設定水素圧は、X(Pa)と低い。これに対し、本発明では、ガス漏れ検出前に、水素を昇圧し、ガス漏れ検出開始時の設定水素圧を、上記Xよりも高圧のY(Pa)とする。このように、ガス漏れ検出が実施される発電電流Eの場合における水素圧を、XからYへと昇圧することで、漏洩箇所から漏れる水素流量を増加することが可能になり、ガス漏れ検出の精度を向上させることが可能になる。
図4は、第2実施形態にかかる本発明の燃料電池システムの一部を示す概略図である。図示のように、第2実施形態にかかる燃料電池システム200は、水素ガス供給源としての水素タンク1と、水素流量計50と、調圧弁20と、圧力検出手段10と、FCスタック2と、これらに連結されるとともにFCスタック2へ供給される水素を流すべき水素ガス供給路90aと、気液分離器3及び水抜きバルブ4と、水素ポンプ5と、これらに連結され、FCスタック2から排出される水素等が流れるとともに水素ガス供給路90aへと接続される水素ガス排出路90bと、制御手段30とを備えている。なお、図4において、図1に示す燃料電池システムの構成部位と略同様の構成を採る部位には、図1で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。また、図4は、図1と同様に、水素ガス漏れ検出に関連する部位のみを概略的に示しており、空気供給路等は省略している。以下、図4を適宜参照しつつ、本発明について説明する。
以下、本発明の燃料電池システムのガス漏れ検出方法について、図6、図7に示すフローチャートを参照しつつ説明する。図6は、圧力降下法によるガス漏れ検出を行う場合のガス漏れ検出方法の流れを簡略化して示すフローチャートであり、図7は、流量差法によるガス漏れ検出を行う場合のガス漏れ検出方法を簡略化して示すフローチャートである。
本発明の燃料電池システムのガス漏れ検出方法(以下において、単に「検出方法」と記述する。)は、ガス漏れ検出実行前に、水素ガス流路内を流れる水素の圧力を増す点に特徴を有する。
図6に示すように、第1実施形態にかかる圧力降下法による検出方法では、まず、ガス漏れ検出を実行するタイミングであるかどうかが判断される(ステップS11)。ステップS11において、肯定判断された場合には、水素圧を上記XからYへと変更すべく、制御手段のCPUから調圧弁へ動作指令が送られることにより水素圧Yへと昇圧され(ステップS12)、さらに、CPUからの動作指令に基づいて封止弁が作動することにより水素ガス流路が封止され(ステップS13)、ガス漏れ検出が実行される(ステップS14)。そして、ガス漏れ検出が終了すると、CPUからの動作指令に基づいて封止弁が作動することにより水素ガス流路の封止が解除され(ステップS15)、さらに、調圧弁へ動作指令が送られることにより、水素圧がYからXへと戻され(ステップS16)、処理が終了する。一方、ステップS11において、否定判断された場合には、水素圧は通常運転時の設定圧力Xに維持され(ステップS17)、処理が終了する。
図7に示すように、第2実施形態にかかる流量差法による検出方法では、まず、ガス漏れ検出を実行するタイミングであるかどうかが判断される(ステップS21)。ステップS21において、肯定判断された場合には、水素圧を上記XからYへと変更すべく、制御手段のCPUから調圧弁へ動作指令が送られることにより水素圧Yに昇圧され(ステップS22)、ガス漏れ検出が実行される(ステップS23)。そして、ガス漏れ検出が終了すると、CPUからの動作指令に基づいて調圧弁が作動することにより水素圧がYからXへと戻され(ステップS24)、処理が終了する。一方、ステップS21において、否定判断された場合には、水素圧は通常運転時の設定圧力Xに維持され(ステップS25)、処理が終了する。
2 燃料電池(FCスタック)
10 圧力検出手段
20 調圧弁
30、80 制御手段
40 封止弁
50 水素流量計
90 水素ガス流路
100、200 燃料電池システム
Claims (2)
- 水素ガス供給源と、燃料電池及び該燃料電池に連結される水素ガス流路と、前記水素ガス流路内の圧力を検出すべき圧力検出手段と、前記水素ガス流路内の圧力を調節すべき調圧弁と、該調圧弁の動作を制御すべき制御手段とを備える燃料電池システムであって、
ガス漏れ検出実行決定時における前記燃料電池の発電電流をE、
通常運転時の前記発電電流がEである場合に、前記調圧弁によって設定される水素ガス圧をX、
前記ガス漏れ検出の実行開始時に前記調圧弁によって設定されている水素ガス圧をY、とするとき、Y>Xであり、
前記水素ガス流路内の水素ガス流量を測定すべき水素流量計をさらに備え、
前記ガス漏れ検出が、前記圧力検出手段によって前記水素ガス流路内の水素圧を検出して前記水素ガス流路内の水素量を算出した結果、及び、前記水素流量計が前記水素供給手段から供給される水素量を計測した結果、並びに、ガス漏れが生じていない場合における前記水素ガス流路内の水素量を用いて行われることを特徴とする、燃料電池システム。 - 燃料電池及び該燃料電池に連結される水素ガス流路と、前記水素ガス流路内の圧力を検出すべき圧力検出手段と、前記水素ガス流路内の圧力を調節すべき調圧弁と、該調圧弁の設定圧力を制御すべき制御手段と、を備える燃料電池システムの水素ガス漏れ検出方法であって、
ガス漏れ検出実行決定時における前記燃料電池の発電電流をE、
通常運転時の前記発電電流がEである場合に、前記調圧弁によって設定される水素ガス圧をX、
前記ガス漏れ検出の実行開始時に前記調圧弁によって設定されている水素ガス圧をY、とするとき、Y>Xとする工程を含み、
水素流量計によって前記水素ガス流路内の水素ガス流量を測定する工程をさらに備え、
前記ガス漏れ検出が、前記圧力検出手段によって前記水素ガス流路内の水素圧を検出して前記水素ガス流路内の水素量を算出した結果、及び、前記水素流量計が前記水素供給手段から供給される水素量を計測した結果、並びに、ガス漏れが生じていない場合における前記水素ガス流路内の水素量を用いて行われることを特徴とする、燃料電池システムの水素ガス漏れ検出方法。
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