JP5483130B2 - Fuel cell system and gas leak detection method - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムとそのガス漏れ検知方法に関し、反応ガス系のガス漏れ判定、特に燃料系の燃料漏れ判定を精度良く行うための改良技術に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a gas leak detection method thereof, and relates to an improved technique for accurately performing a gas leak judgment of a reaction gas system, particularly a fuel leak judgment of a fuel system.

燃料電池システムにおいては、燃料ガスの漏れを正確に検知することが非常に重要である。かかる要請に応えるべく、燃料電池を含む燃料ガス循環供給系(以下、燃料系)に配した遮断弁等により複数の閉空間を形成し、閉空間毎の圧力降下速度や各遮断弁等の前後差圧を検出することで、燃料ガス漏れを検知する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、この特許文献1では、漏れ箇所を特定する技術も提案されている。   In a fuel cell system, it is very important to accurately detect leakage of fuel gas. In order to meet such demands, a plurality of closed spaces are formed by shutoff valves arranged in a fuel gas circulation supply system (hereinafter referred to as fuel system) including a fuel cell, and the pressure drop speed in each closed space and the front and rear of each shutoff valve etc. A technique for detecting a fuel gas leak by detecting a differential pressure has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Moreover, in this patent document 1, the technique which specifies a leak location is also proposed.

特開2003−308866号公報JP 2003-308866 A

ところで、運転停止中のクロスリークにより、燃料電池内の電解質膜を透過してカソード側の残存空気がアノード側に流入し、このアノード側に流入した空気中の酸素と、ガス漏れ検知処理のためにアノード側に供給された水素ガスとによって、アノード触媒で燃焼反応が起きると、該燃焼反応によって水素ガスが消費される。すると、水素ガス漏れが発生していないにもかかわらず圧力降下が検出されるので、これをガス漏れと誤判定する虞がある。  By the way, due to cross-leakage during shutdown, residual air on the cathode side passes through the electrolyte membrane in the fuel cell and flows into the anode side. When a combustion reaction occurs in the anode catalyst due to the hydrogen gas supplied to the anode side, the hydrogen gas is consumed by the combustion reaction. Then, since a pressure drop is detected even though no hydrogen gas leak has occurred, this may be erroneously determined as a gas leak.

そこで、本発明は、ガス漏れ判定の精度を上げることで、上記課題を解決することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to solve the above problem by increasing the accuracy of gas leak determination .

上記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた複数の調圧弁と、隣り合う前記調圧弁間に設定される検査対象区間と最上流に位置する前記調圧弁の上流側に設定される検査対象区間と最下流に位置する前記調圧弁の下流側に設定される前記燃料電池を含む検査対象区間にそれぞれ設けられた圧力センサと、前記検査対象区間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記調圧弁は、その下流側の圧力が規定圧力に達した後は、当該下流側の圧力が一定以上降下しないと閉止状態のまま作動しないものであり、前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサからの圧力の変化量及び前記検査対象区間の容積を用いて算出される前記検査対象区間のガス変化量が所定の閾値以上である場合には、ガス漏れの最終判定を遅延させ、前記遅延させた時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合にガス漏れと判定する。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power upon receiving a reaction gas, a reaction gas system that supplies and discharges the reaction gas to the fuel cell, and a reaction gas system that is provided in the reaction gas system. A plurality of pressure regulating valves, a test target section set between adjacent pressure control valves, a test target section set upstream of the pressure control valve positioned upstream, and a pressure control valve positioned downstream In the fuel cell system comprising: a pressure sensor provided in each inspection target section including the fuel cell set on the downstream side; and a gas leakage determination unit that determines gas leakage in the inspection target section. After the downstream side pressure reaches the specified pressure, the downstream side pressure does not operate in a closed state unless the pressure falls below a certain level. the amount of change If the gas change amount of the inspection target section is calculated using the volume of fine the inspection target section is above a predetermined threshold value, the gas change when delaying the final determination of gas leakage was the delayed When the amount is equal to or greater than a predetermined threshold, it is determined that there is a gas leak.

上記構成の燃料電池システムにおいては、前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記判定時間を所定時間延長させることで前記最終判定を遅らせるものでもよい。  In the fuel cell system having the above-described configuration, the gas leakage determination unit determines the determination when the amount of change in gas when a specified time elapses as a determination time for the gas leakage determination is equal to or greater than a predetermined threshold. The final determination may be delayed by extending the time by a predetermined time.

上記構成の燃料電池システムにおいては、前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記ガス漏れ判定を再度繰り返すことで前記最終判定を遅延させるものでもよい。  In the fuel cell system having the above-described configuration, the gas leakage determination unit is configured to perform the gas leakage when the gas change amount when a specified time elapses as a determination time for the gas leakage determination is equal to or greater than a predetermined threshold. The final determination may be delayed by repeating the leak determination again.

また、本発明に係る燃料電池システムのガス漏れ検知方法は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた複数の調圧弁と、隣り合う前記調圧弁間に設定される検査対象区間と最上流に位置する前記調圧弁の上流側に設定される検査対象区間と最下流に位置する前記調圧弁の下流側に設定される前記燃料電池を含む検査対象区間にそれぞれ設けられた圧力センサと、前記検査対象区間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部と、を備え、前記調圧弁がその下流側の圧力が規定圧力に達した後は当該下流側の圧力が一定以上降下しないと閉止状態のまま作動しないものである燃料電池システムのガス漏れ検知方法において、前記ガス漏れの判定に際し、前記圧力センサからの圧力の変化量及び前記検査対象区間の容積を用いて算出される前記検査対象区間のガス変化量が所定の閾値以上である場合に、ガス漏れの最終判定を遅延させ、前記遅延させた時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合にガス漏れと判定する。 In addition, a gas leak detection method for a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power upon receiving a reaction gas, a reaction gas system that supplies and discharges the reaction gas to the fuel cell, and a reaction gas system that is provided in the reaction gas system. A plurality of pressure regulating valves, a test target section set between adjacent pressure control valves, a test target section set upstream of the pressure control valve positioned upstream, and a pressure control valve positioned downstream A pressure sensor provided in each inspection target section including the fuel cell set on the downstream side, and a gas leak determination unit for determining a gas leak in the inspection target section, and the pressure regulating valve on the downstream side In the gas leak detection method for a fuel cell system, after the pressure reaches a specified pressure, if the downstream pressure does not drop more than a certain level, it does not operate in a closed state. If the gas change amount of the inspection target section is calculated using the volume of al of the pressure variation and the inspection target section is greater than a predetermined threshold value, delays the final decision of the gas leak, was the delayed When the gas change amount at the time is equal to or greater than a predetermined threshold, it is determined that the gas leaks.

上記構成のガス漏れ検知方法において、前記ガス漏れの判定に際し、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記判定時間を所定時間延長させることで前記最終判定を遅らせる In the gas leak detection method having the above configuration, when the gas leak is determined, the determination is performed when the amount of gas change when a predetermined time elapses as a determination time for the gas leak determination is equal to or greater than a predetermined threshold. The final determination is delayed by extending the time by a predetermined time .

上記構成のガス漏れ検知方法において、前記ガス漏れの判定に際し、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記ガス漏れ判定を再度繰り返すことで前記最終判定を遅延させる In the gas leak detection method of the above configuration, when the gas leak is determined, the gas change amount when a specified time elapses as a determination time for the gas leak determination is equal to or greater than a predetermined threshold, the gas The final determination is delayed by repeating the leak determination again .

本発明によれば、ガス変化量が所定の閾値以上だからといって直ちにガス漏れが生じていると判定するのではないので、ガス漏れ検知精度が向上する。 According to the present invention, just because the amount of gas change is equal to or greater than the predetermined threshold value does not immediately determine that a gas leak has occurred, the gas leak detection accuracy is improved.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a system configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 燃料電池システムを用いたガス漏れ検知処理の一参考例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining one reference example of the gas leak detection process using the fuel cell system . 本発明の実施形態に係るガス漏れ検知処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the gas leak detection process which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態により、ガス漏れと以外の要因による圧力降下とを区別することが可能であることを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the pressure drop by factors other than gas leakage can be distinguished by the embodiment. 本発明の他の実施形態に係るガス漏れ検知処理を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the gas leak detection process which concerns on other embodiment of this invention . 同実施形態により、ガス漏れと以外の要因による圧力降下とを区別することが可能であることを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows that the pressure drop by factors other than gas leakage can be distinguished by the embodiment.

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施形態は、電気自動車等の移動体に搭載する燃料電池システムであるが、本発明の一形態に過ぎず、その他の燃料電池システムに適用可能である。また、本発明の漏れ判定の対象となる反応ガスとしては、水素ガスの場合を例示してある。   Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment described below is a fuel cell system mounted on a moving body such as an electric vehicle, but is only one embodiment of the present invention and can be applied to other fuel cell systems. Moreover, the case of hydrogen gas is illustrated as a reaction gas which is a target of leakage determination according to the present invention.

図1に本燃料電池システムのシステム構成図を示す。この図に示すように、当該燃料電池システムは、燃料電池スタック10に燃料である水素ガス(反応ガス)を供給するための系統(以下、燃料系(反応ガス系)1)、空気(反応ガス)を供給するための系統(反応ガス系)2、及び燃料電池スタック10を冷却するための系統(不図示)を備えて構成されている。   FIG. 1 shows a system configuration diagram of the fuel cell system. As shown in this figure, the fuel cell system includes a system for supplying hydrogen gas (reactive gas) as a fuel to the fuel cell stack 10 (hereinafter referred to as fuel system (reactive gas system) 1), air (reactive gas). ) And a system (not shown) for cooling the fuel cell stack 10.

燃料電池スタック10は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたMEA(Membrane Electrode Assembly)とから構成されるセルとを複数積層したスタック構造を備えている。なお、セパレータは、例えば金属を基材とする導通体であり、互いに隣接するセルに供給される異種流体の混合を遮断する役割を果たすものである。   The fuel cell stack 10 includes a stack structure in which a plurality of cells including a separator having a flow path of hydrogen gas, air, and cooling water and a MEA (Membrane Electrode Assembly) sandwiched between a pair of separators are stacked. Yes. The separator is, for example, a conductive body having a metal as a base material, and plays a role of blocking mixing of different fluids supplied to adjacent cells.

燃料電池スタック10に水素ガスを供給するための燃料系1は、水素ガスの供給源から順に、水素タンク11、主止弁SV1、圧力センサP1、調圧弁RG1、圧力センサP2、調圧弁RG2、圧力センサP3、調圧弁RG3、圧力センサP4、燃料電池スタック10を経て水素ポンプ13を備えている。   The fuel system 1 for supplying hydrogen gas to the fuel cell stack 10 includes, in order from the hydrogen gas supply source, a hydrogen tank 11, a main stop valve SV1, a pressure sensor P1, a pressure regulating valve RG1, a pressure sensor P2, a pressure regulating valve RG2, A hydrogen pump 13 is provided via the pressure sensor P3, the pressure regulating valve RG3, the pressure sensor P4, and the fuel cell stack 10.

圧力センサP1は主止弁SV1−調圧弁RG1間(以下、検査対象区間C1)、圧力センサP2は調圧弁RG1−調圧弁RG2間(以下、検査対象区間C2)、圧力センサP3は調圧弁RG2−調圧弁RG3間(以下、検査対象区間C3)、圧力センサP4は調圧弁RG3−燃料電池スタック10−水素ポンプ13−合流部15間(以下、検査対象区間C4)の圧力をそれぞれ検出する。   The pressure sensor P1 is between the main stop valve SV1 and the pressure regulating valve RG1 (hereinafter referred to as the inspection target section C1), the pressure sensor P2 is between the pressure regulating valve RG1 and the pressure regulating valve RG2 (hereinafter referred to as the inspection target section C2), and the pressure sensor P3 is the pressure regulating valve RG2. The pressure sensor P4 detects the pressure between the pressure regulating valve RG3, the fuel cell stack 10, the hydrogen pump 13 and the junction 15 (hereinafter referred to as the inspection target section C4), between the pressure regulating valves RG3 (hereinafter referred to as the inspection target section C3).

水素タンク11は、高圧水素タンクであるが、高圧水素タンクに代えて、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンクから水素を供給するタンク、液化ガス燃料を貯蔵するタンク等を適用可能である。   The hydrogen tank 11 is a high-pressure hydrogen tank. Instead of the high-pressure hydrogen tank, a hydrogen tank using a hydrogen storage alloy, a hydrogen supply mechanism using a reformed gas, a tank for supplying hydrogen from a liquid hydrogen tank, a liquefied gas fuel A storage tank or the like is applicable.

主止弁SV1は、水素タンク11からの水素ガス供給の有無を制御する。調圧弁RG1は高圧に圧縮された水素ガスを中圧に減圧する減圧弁、調圧弁RG2は中圧に減圧された水素ガスを低圧に減圧する減圧弁、調圧弁RG3は低圧に減圧された水素ガスを更に所定圧に減圧する減圧弁である。水素ポンプ13は、燃料電池スタック10及び水素ポンプ13を経て合流部15に至る水素ガスの循環経路において水素ガスを強制循環させる。   The main stop valve SV1 controls whether hydrogen gas is supplied from the hydrogen tank 11. The pressure regulating valve RG1 is a pressure reducing valve for reducing the hydrogen gas compressed to a high pressure to a medium pressure, the pressure adjusting valve RG2 is a pressure reducing valve for reducing the hydrogen gas reduced to a medium pressure to a low pressure, and the pressure adjusting valve RG3 is a hydrogen pressure reduced to a low pressure. This is a pressure reducing valve that further reduces the gas to a predetermined pressure. The hydrogen pump 13 forcibly circulates hydrogen gas in a hydrogen gas circulation path that reaches the junction 15 via the fuel cell stack 10 and the hydrogen pump 13.

燃料電池スタック10に空気を供給する系統2は、図1では図示を省略しているが、外気を浄化して燃料電池システムに取り入れるエアクリーナ、取り入れられた空気を制御部20の制御に従って圧縮し供給する空気量や空気圧を変更するコンプレッサ、圧縮された空気に対し、空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加える加湿器等を備えており、燃料電池スタック10の冷却系は、ラジエタ、ファン、及び冷却ポンプを備えている。   The system 2 for supplying air to the fuel cell stack 10 is not shown in FIG. 1, but is an air cleaner that purifies the outside air and takes it into the fuel cell system, and compresses and supplies the taken-in air according to the control of the control unit 20. A compressor that changes the amount of air and air pressure, a humidifier that adds air to the compressed air by exchanging air off-gas and moisture, and the cooling system of the fuel cell stack 10 includes a radiator, A fan and a cooling pump are provided.

制御部20はECU等の公知のコンピュータシステムであり、複数のコンピュータの相互通信によって構成されていてもよい。これらコンピュータは、内蔵ROM等に格納されているソフトウェアプログラムを順次実行することにより、この燃料電池システムにおいて水素ガスの漏れ検知処理を行うことが可能になっている。   The control unit 20 is a known computer system such as an ECU, and may be configured by mutual communication of a plurality of computers. These computers are capable of performing hydrogen gas leak detection processing in this fuel cell system by sequentially executing software programs stored in a built-in ROM or the like.

すなわち、制御部20は、後に説明する手順(図2)によって、各弁SV1及びRG1〜RG4の開閉を制御する制御信号及び水素ポンプ13やコンプレッサの駆動量を決定する制御信号を出力し、圧力センサP1〜P4からの検出信号に基づいてガス漏れ検知を実行するようになっている。   That is, the control unit 20 outputs a control signal for controlling the opening and closing of the valves SV1 and RG1 to RG4 and a control signal for determining the driving amount of the hydrogen pump 13 and the compressor according to the procedure described later (FIG. 2). Gas leak detection is executed based on detection signals from the sensors P1 to P4.

<参考例>
次に、図2のフローチャートを参照しながら、この燃料電池システムを用いて実施されるガス漏れ検知処理の一参考例について説明する。このフローチャートにおけるガス漏れ検知処理は単なる例示であり、例えば燃料電池システムの起動時に実行される。
<Reference example>
Next, a reference example of a gas leak detection process performed using this fuel cell system will be described with reference to the flowchart of FIG. The gas leak detection process in this flowchart is merely an example, and is executed, for example, when the fuel cell system is started.

まず、例えば運転者がイグニッションキーをONにすると、制御部20が主止弁SV1に対して開弁制御信号を出力し、主止弁SV1を開放する(ステップS1)。主止弁SV1が開放されてから所定時間が経過するまでは、主止弁SV1の開放状態は維持され(ステップS3:NO)、所定時間が経過すると(ステップS3:YES)、制御部20は主止弁SV1に対して閉弁制御信号を出力し、主止弁SV1を閉鎖する(ステップS5)。ここでの所定時間は、燃料電池システム毎に予め設定しておき、タイマ等で計時される。   First, for example, when the driver turns on the ignition key, the control unit 20 outputs a valve opening control signal to the main stop valve SV1, and opens the main stop valve SV1 (step S1). Until the predetermined time elapses after the main stop valve SV1 is opened, the open state of the main stop valve SV1 is maintained (step S3: NO), and when the predetermined time elapses (step S3: YES), the control unit 20 A valve closing control signal is output to the main stop valve SV1, and the main stop valve SV1 is closed (step S5). The predetermined time here is set in advance for each fuel cell system, and timed by a timer or the like.

主止弁SV1が閉鎖されると、その下流に位置する調圧弁RG1〜RG3の応答特性に応じて水素タンク11から燃料電池スタック10へのガス供給が次第に絞られていき、各調圧弁RG1〜RG3の一次(上流)側の圧力が下がり始める一方、二次(下流)側の圧力が上昇していく。そして、二次側圧力が規定圧力に達すると、調圧弁RG1〜RG3が閉止し、主止弁SV1と調圧弁RG1との間(検査対象区間C1)、調圧弁RG1と調圧弁RG2との間(検査対象区間C2)、調圧弁RG2と調圧弁RG3との間(検査対象区間C3)、調圧弁RG3から燃料電池スタック10及び水素ポンプ13を経て合流部15に至るまでの間(検査対象区間C4)に、閉区間が形成される。   When the main stop valve SV1 is closed, the gas supply from the hydrogen tank 11 to the fuel cell stack 10 is gradually reduced according to the response characteristics of the pressure regulating valves RG1 to RG3 located downstream thereof, and the pressure regulating valves RG1 to RG1 While the pressure on the primary (upstream) side of RG3 starts to decrease, the pressure on the secondary (downstream) side increases. When the secondary pressure reaches the specified pressure, the pressure regulating valves RG1 to RG3 are closed, between the main stop valve SV1 and the pressure regulating valve RG1 (inspection target section C1), and between the pressure regulating valve RG1 and the pressure regulating valve RG2. (Inspection target section C2), between the pressure regulating valve RG2 and the pressure regulating valve RG3 (inspection target section C3), and from the pressure regulating valve RG3 to the junction 15 through the fuel cell stack 10 and the hydrogen pump 13 (inspection target section) A closed section is formed at C4).

このとき、各調圧弁RG1〜RG3の応答特性によっては、閉止状態に至っていないこともある。なお、閉止状態とは、完全な遮断状態をいうものではなく、弁二次側の圧力調整が終了した状態をいい、閉止状態に至っていない状態とは、未だ圧力調整中であることをいう。   At this time, depending on the response characteristics of the pressure regulating valves RG1 to RG3, the closed state may not be reached. The closed state does not mean a complete shut-off state, but means a state where pressure adjustment on the secondary side of the valve has been completed, and a state where the closed state has not been reached means that pressure is still being adjusted.

次に制御部20は、圧力センサP1〜P4からの検出信号を参照して、検査対象区間C1〜C4の圧力p1〜p4、言い換えれば、各調圧弁RG1〜RG4の上流側と下流側とに形成される閉空間の圧力p1〜p4を所定のサンプリング間隔で検出する(ステップS7)。そして、前回検出された圧力p1’〜p4‘と今回検出された圧力p1〜p4との差分を計算して所定時間の圧力降下量Δp1〜Δp4を演算し、さらに下記演算式を用いて、全検査対象区間C1〜C4での水素ガス変化量(燃料変化量)の総和Qを演算する(ステップS9)。   Next, the control unit 20 refers to the detection signals from the pressure sensors P1 to P4 and applies pressures p1 to p4 in the inspection target sections C1 to C4, in other words, upstream and downstream of the pressure regulating valves RG1 to RG4. The pressures p1 to p4 in the closed space to be formed are detected at a predetermined sampling interval (step S7). Then, the difference between the pressures p1 ′ to p4 ′ detected last time and the pressures p1 to p4 detected this time is calculated to calculate the pressure drop amounts Δp1 to Δp4 for a predetermined time. A total sum Q of hydrogen gas change amounts (fuel change amounts) in the inspection target sections C1 to C4 is calculated (step S9).

Q =(Δp1×v1+Δp2×v2+Δp3×v3+Δp4×v4)÷t×N   Q = (Δp1 × v1 + Δp2 × v2 + Δp3 × v3 + Δp4 × v4) ÷ t × N

ここで、v1〜v4:検査対象区間C1〜C4の配管容積、t:圧力pの測定間隔、N:単位換算係数である。この演算式は、容積vの配管内における所定時間t内での圧力降下量がΔpである場合に、この配管内での水素ガス変化量ΔQが「ΔQ = Δp×v÷t×N」で求められることに基づく。   Here, v1 to v4 are piping volumes of the inspection target sections C1 to C4, t is a measurement interval of the pressure p, and N is a unit conversion coefficient. When the pressure drop amount within a predetermined time t in a pipe having a volume v is Δp, this calculation formula indicates that the hydrogen gas change amount ΔQ in this pipe is “ΔQ = Δp × v ÷ t × N”. Based on what is required.

上記の演算式によれば、仮に検査対象区間C1〜C4のいずれかで水素ガス漏れが発生しているならば、これら検査対象区間C1〜C4の水素ガス変化量の総和Qが計算上負数(マイナス)になるので、水素ガス漏れの発生を検知することができる。   According to the above arithmetic expression, if hydrogen gas leakage occurs in any of the inspection target sections C1 to C4, the sum Q of the hydrogen gas change amounts in these inspection target sections C1 to C4 is calculated as a negative number ( Therefore, the occurrence of hydrogen gas leakage can be detected.

つまり、水素ガス漏れが発生していなければ、仮に調圧弁RG1が未だ圧力調整中であるために検査対象区間C1から検査対象区間C2への水素ガス流出がある場合においても、検査対象区間C1からの水素ガス流出分と、検査対象区間C2での水素ガス流入分との和をとれば、これら流出分と流入分とが相殺されて、水素ガス変化量の総和は計算上ゼロになるはずである。   That is, if no hydrogen gas leak occurs, even if there is a hydrogen gas outflow from the inspection target section C1 to the inspection target section C2 because the pressure regulating valve RG1 is still adjusting the pressure, the inspection target section C1 If the sum of the hydrogen gas outflow and the hydrogen gas inflow in the section C2 to be inspected is taken, the outflow and inflow will be offset, and the total amount of hydrogen gas change should be zero in the calculation. is there.

したがって、全検査対象区間C1〜C4における水素ガス変化量の総和Qをとれば、全ての調圧弁RG1〜RG4の圧力調整状態の如何にかかわらず、それが負数になったときには、全検査対象区間C1〜C4での総流出分と総流入分との収支が合っていないということであり、水素ガス漏れが発生していると判断することができる。   Therefore, if the sum Q of the amount of change in the hydrogen gas in all the inspection target sections C1 to C4 is taken, regardless of the pressure adjustment state of all the pressure regulating valves RG1 to RG4, when it becomes a negative number, all the inspection target sections This means that the balance between the total outflow and the total inflow at C1 to C4 does not match, and it can be determined that hydrogen gas leakage has occurred.

なお、水素ガス変化量の総和Qに基づいて水素ガス漏れの有無を判断するにあたっては、水素ガス変化量の総和Qがゼロであるか負数であるかを基準に判断すると、圧力センサP1〜P4の計測能や計測誤差等に起因する誤検知のおそれがある。   In determining whether or not hydrogen gas leaks based on the total amount Q of hydrogen gas change, pressure sensors P1 to P4 are determined based on whether the total amount Q of hydrogen gas change is zero or a negative number. There is a risk of false detection due to the measurement ability or measurement error.

そこで、この参考例では、水素ガス漏れの有無を判断するための閾値に一定の幅をもたせておき、水素ガス変化量の総和Qの絶対値(以下、単に総和Qという)が所定の閾値Qth以下であるときは水素ガス漏れがないと判断し、この閾値Qthを超えたときは燃料漏れがあると判断している。 Therefore, in this reference example , the threshold value for determining the presence or absence of hydrogen gas leakage has a certain width, and the absolute value of the total amount Q of hydrogen gas variation (hereinafter simply referred to as the total sum Q) is a predetermined threshold value Qth. When it is below, it is determined that there is no hydrogen gas leakage, and when this threshold value Qth is exceeded, it is determined that there is fuel leakage.

ステップS9での演算の結果、水素ガス変化量の総和Qが閾値Qthを超えていた場合には(ステップS11:YES)、上述したとおり、検査対象区間C1〜C4のいずれかにおいて水素ガス漏れが生じていることを意味する。   As a result of the calculation in step S9, when the sum Q of the hydrogen gas change amounts exceeds the threshold value Qth (step S11: YES), as described above, hydrogen gas leaks in any of the inspection target sections C1 to C4. It means that it has occurred.

そこで、制御部20は、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「1」をセットし(ステップS13)、このガス漏れ検知処理は終了する。この閾値Qthは、ガス漏れ判定を行っても誤検出の無い程度の値に設定されている。   Therefore, the control unit 20 sets “1” indicating that hydrogen gas leak has been detected in the leak detection flag (step S13), and the gas leak detection process ends. This threshold value Qth is set to a value that does not cause erroneous detection even if the gas leak determination is performed.

他方、ステップS9での演算の結果、水素ガス変化量の総和Qが所定の閾値Qth以下である場合には(ステップS11:NO)、検査対象区間C1〜C4のいずれにおいても水素ガス漏れが生じていないことを意味する。   On the other hand, as a result of the calculation in step S9, when the sum Q of the hydrogen gas change amounts is equal to or less than the predetermined threshold value Qth (step S11: NO), hydrogen gas leakage occurs in any of the inspection target sections C1 to C4. Means not.

そこで、制御部20は、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「0」をセットし(ステップS15)、このガス漏れ検知処理は終了する。   Therefore, the control unit 20 sets “0” indicating that no hydrogen gas leak has been detected in the leak detection flag (step S15), and the gas leak detection process ends.

以上説明したとおり、本参考例によれば、隣り合う検査対象区間C1〜C4に配設した各圧力センサP1〜P4からの圧力の変化量Δp1〜Δp4を用いて、全検査対象区間C1〜C4における水素ガス燃料変化量の総和Qを算出し、この算出結果に基づいて水素ガス漏れの有無を判断するようにしているので、調圧弁RG1〜RG3の圧力調整状態の如何にかかわらず、つまり、調圧弁RG1〜RG3のいずれか或いは全ての圧力調整が既に終了して閉止状態であろうと、未だ圧力調整中で閉止状態になかろうとも、漏れ検知を的確に行うことが可能になる。   As described above, according to the present reference example, using all the pressure change amounts Δp1 to Δp4 from the pressure sensors P1 to P4 disposed in the adjacent inspection target sections C1 to C4, all the inspection target sections C1 to C4 are used. Since the sum Q of the hydrogen gas fuel change amount in the engine is calculated and the presence or absence of hydrogen gas leakage is determined based on the calculation result, regardless of the pressure adjustment state of the pressure regulating valves RG1 to RG3, that is, Whether or not any or all of the pressure regulating valves RG1 to RG3 are already closed and in the closed state, whether or not the pressure adjustment is still in progress and the closed state can be detected accurately.

したがって、調圧弁RG1〜RG3の特性/動作によって水素ガス漏れを検知することができないことがあったり、水素ガス漏れが生じていないにもかかわらず、生じていると誤検知するおそれを低減し得て、漏れ検知精度の向上を図ることができる。   Therefore, there is a possibility that hydrogen gas leakage may not be detected depending on the characteristics / operations of the pressure control valves RG1 to RG3, or the possibility of erroneous detection that hydrogen gas leakage has not occurred may be reduced. Thus, the accuracy of leak detection can be improved.

次に、図3のフローチャートを参照しながら、本発明の実施形態に係るガス漏れ検知処理について説明する。 Next, a gas leak detection process according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.

また、本実施形態においては、図3のフローチャートに示す処理に先だち、予め図2のステップS1〜ステップS5の処理に対応する処理が実行されているものとし、以下の説明において図2のフローチャートと同様の処理を行う場合には、図2のフローチャートに示した参照ステップ番号を適宜使用するものとする。   Further, in the present embodiment, it is assumed that processing corresponding to the processing in steps S1 to S5 in FIG. 2 is executed in advance prior to the processing shown in the flowchart in FIG. When the same processing is performed, the reference step numbers shown in the flowchart of FIG. 2 are appropriately used.

制御部(ガス漏れ判定部)20は、圧力センサP1〜P4からの検出信号を参照して、調圧弁RG1〜RG3の各上下流圧力を基準圧力P1〜P4として検出すると共に、後述する監視時間tの計時を開始する(ステップS21)。そして、前記監視時間tの計時開始から所定時間経過したら、再び圧力センサP1〜P4からの検出信号を参照し、検査対象区間C1〜C4における現在の圧力p1〜p4を検出する(ステップS23)。   The control unit (gas leakage determination unit) 20 refers to the detection signals from the pressure sensors P1 to P4, detects the upstream and downstream pressures of the pressure regulating valves RG1 to RG3 as reference pressures P1 to P4, and monitors the time described later. The timing of t is started (step S21). Then, when a predetermined time has elapsed from the start of the monitoring time t, the detection signals from the pressure sensors P1 to P4 are referred to again to detect the current pressures p1 to p4 in the inspection target sections C1 to C4 (step S23).

次に、現在の圧力p1〜p3が所定の規定圧力(調圧弁RG1〜RG3の設定圧力)よりも大きいか否かを判定し(ステップS25)、その判定結果が「NO」の場合、すなわち、現在の圧力p1〜p3が各規定圧力以下である場合には、異常時処理を行う(ステップS43)。この異常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「1」をセットする。その後、図3のガス漏れ検知処理は終了する。   Next, it is determined whether or not the current pressures p1 to p3 are larger than a predetermined specified pressure (set pressure of the pressure regulating valves RG1 to RG3) (step S25). If the determination result is “NO”, that is, When the current pressures p1 to p3 are equal to or less than the specified pressures, an abnormal process is performed (step S43). In this abnormal process, for example, “1” indicating that a hydrogen gas leak has been detected is set in the leak detection flag. Thereafter, the gas leak detection process of FIG. 3 ends.

調圧弁RG1〜RG3の上流圧力が前記所定の規定圧力以下になると、ガス漏れによる単位時間当たりの圧力降下量は小さくなるため、ガス漏れが生じているにもかかわらず、正常と誤判定する虞があるところ、本実施形態においては、ステップS25の判定結果が「NO」である場合には、異常時処理(ステップS43)を行うようにしているので、かかる誤判定を回避することが可能となる。   When the upstream pressure of the pressure regulating valves RG1 to RG3 becomes equal to or lower than the predetermined specified pressure, the amount of pressure drop per unit time due to gas leakage becomes small. However, in the present embodiment, when the determination result in step S25 is “NO”, the process at the time of abnormality (step S43) is performed, so that such erroneous determination can be avoided. Become.

一方、ステップS25の判定結果が「YES」の場合、すなわち、現在の圧力p1〜p3が前記所定の規定圧力よりも大きい場合には、現在の圧力p1〜p4から基準圧力P1〜P4を減算して所定時間での圧力降下量Δp1〜Δp4を求め(ステップS27)、この圧力降下量Δp1〜Δp4に基づき、下記演算式を用いて、各検査対象区間C1〜C4での水素ガス漏れ量Q1〜Q4を演算する(ステップS29)。   On the other hand, if the determination result in step S25 is “YES”, that is, if the current pressures p1 to p3 are greater than the predetermined specified pressure, the reference pressures P1 to P4 are subtracted from the current pressures p1 to p4. Then, the pressure drop amounts Δp1 to Δp4 in a predetermined time are obtained (step S27), and based on the pressure drop amounts Δp1 to Δp4, the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q1 in the inspection target sections C1 to C4 are calculated using the following arithmetic expressions. Q4 is calculated (step S29).

Qn =(Δpn×vn)÷t×N Qn = (Δp n × v n ) ÷ t × N

ここで、vn:検査対象区間Cnの配管容積、t:現在の圧力pnの測定間隔、N:単位換算係数、n:1〜4の自然数、である。 Here, v n: pipe volume of the inspection target section C n, t: measurement interval of the current pressure p n, N: unit conversion coefficient, n: natural number of 1 to 4, which is.

次に、前記監視時間tが所定の規定時間に達していないか否かを判定し(ステップS31)、その判定結果が「NO」の場合、つまり、未だ前記監視時間tが規定時間以下である場合には、処理はステップS23に戻る。一方、ステップS31の判定結果が「YES」の場合、つまり、既に前記監視時間tが規定時間を超えている場合には、ステップS29で計算した水素ガス漏れ量Q1〜Q4が所定の漏れ閾値未満であるかを判定する(ステップS33)。   Next, it is determined whether or not the monitoring time t has reached a predetermined specified time (step S31). If the determination result is “NO”, that is, the monitoring time t is still below the specified time. In the case, the process returns to step S23. On the other hand, if the determination result in step S31 is “YES”, that is, if the monitoring time t has already exceeded the specified time, the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q4 calculated in step S29 are less than a predetermined leakage threshold. (Step S33).

ステップS33の判定結果が「YES」の場合、つまり、水素ガス漏れ量Q1〜Q4が前記漏れ閾値未満である場合には、正常時処理を行う。この正常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「0」をセットする。これにより、図3のガス漏れ検知処理は終了する。   If the determination result in step S33 is “YES”, that is, if the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q4 are less than the leakage threshold, normal processing is performed. In this normal processing, for example, “0” indicating that no hydrogen gas leak has been detected is set in the leak detection flag. Thereby, the gas leak detection process of FIG. 3 is complete | finished.

一方、ステップS33の判定結果が「NO」場合、すなわち、水素ガス漏れ量Q1〜Q4が前記漏れ閾値以上である場合には、前記規定時間を所定時間延長(ステップS41)した後、処理はステップS23に戻る。   On the other hand, if the determination result in step S33 is “NO”, that is, if the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q4 are greater than or equal to the leakage threshold value, the specified time is extended by a predetermined time (step S41), and then the process is step. Return to S23.

このように、本実施形態では、ステップS33の判定時に「水素ガス漏れ量 ≧ 所定の漏れ閾値」だからといって、直ちに水素ガス漏れが生じていると判定するのではなく、かかる場合であっても、ステップS41で監視時間tを延長した上で、ステップS23以降の処理を再び繰り返すことにより、ガス漏れ検知の最終判定を遅延させている。   As described above, in the present embodiment, it is not determined that hydrogen gas leakage has occurred immediately because “hydrogen gas leakage amount ≧ predetermined leakage threshold” at the time of determination in step S33. After extending the monitoring time t in S41, the process after step S23 is repeated again to delay the final determination of gas leak detection.

したがって、例えば運転停止中のクロスリークにより電解質膜を透過してアノード側に流入した空気中の酸素と、ガス漏れ検知処理のためにアノード側に供給された水素ガスとによってアノード触媒で燃焼反応が起き、該燃焼反応によって水素ガスが消費される結果、燃料系1からは水素ガス漏れが発生していないにもかかわらず圧力降下が生じていても、本実施形態によれば、このような水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下とを区別して、より高精度にガス漏れを検知することが可能になる。   Therefore, for example, the combustion reaction in the anode catalyst is caused by oxygen in the air that has permeated the electrolyte membrane due to cross leakage during shutdown and flowed into the anode side, and hydrogen gas supplied to the anode side for gas leak detection processing. Even if no hydrogen gas leaks from the fuel system 1 as a result of the occurrence and consumption of hydrogen gas due to the combustion reaction, such a hydrogen gas is produced according to this embodiment. It is possible to detect a gas leak with higher accuracy by distinguishing between a pressure drop due to factors other than gas leak and a pressure drop due to hydrogen gas leak.

図4は、運転停止中のクロスリークに起因して生じるアノード触媒での燃焼反応(水素ガス漏れ以外の要因)による圧力降下(実線)と、水素ガス漏れによる圧力降下(破線)とが、本実施形態によって区別可能であることを示す説明図である。この図において、p1,P1はガス漏れ検知処理を開始した時の計測圧力と基準圧力、p2,P2はその時から所定の監視時間tを経過した時の計測圧力と基準圧力、p3,P3はその時から更に所定時間延長した時の計測圧力と基準圧力である。   FIG. 4 shows that a pressure drop (solid line) due to a combustion reaction (a factor other than hydrogen gas leak) in the anode catalyst caused by cross leak during shutdown and a pressure drop (broken line) due to hydrogen gas leak are shown in FIG. It is explanatory drawing which shows that it can distinguish with embodiment. In this figure, p1 and P1 are measured pressure and reference pressure when the gas leak detection process is started, p2 and P2 are measured pressure and reference pressure when a predetermined monitoring time t has elapsed from that time, and p3 and P3 are at that time. The measured pressure and the reference pressure when it is further extended for a predetermined time.

ここでの計測圧力p1〜p3は、上記ステップS23の処理にて取得した圧力である。また、ここでの基準圧力P1〜P3のうち、基準圧力P1は上記ステップS21の処理にて取得した圧力であり、基準圧力P2,P3は水素ガス漏れが生じていると仮定した場合に、基準圧力P1からの時間経過に伴い次第に降下すると予想される圧力である。   The measured pressures p1 to p3 here are the pressures acquired in the process of step S23. Of the reference pressures P1 to P3 here, the reference pressure P1 is the pressure obtained in the process of step S21, and the reference pressures P2 and P3 are the reference values when it is assumed that hydrogen gas leaks. The pressure is expected to gradually decrease with the passage of time from the pressure P1.

同図に示すように、監視時間tを経過した時点で、かりに計測圧力の圧力降下量Δp12(Δp12=p1〜p2)と、水素ガス漏れによる圧力降下量ΔP12(ΔP12=P1〜P2)とが等しい場合が生じたとすると、実際には計測圧力の降下の原因が前記燃焼反応である場合においても、該燃焼反応による圧力降下を水素ガス漏れによる圧力降下と誤判定してしまう可能性がある。 As shown in the figure, when the monitoring time t elapses, the measured pressure drop Δp 12 (Δp 12 = p1 to p2) and the pressure drop ΔP 12 (ΔP 12 = P1 due to hydrogen gas leak) Assuming that the case where P2) is equal occurs, even if the cause of the drop in the measured pressure is actually the combustion reaction, the pressure drop due to the combustion reaction may be erroneously determined as a pressure drop due to hydrogen gas leakage. There is sex.

しかしながら、監視時間tを更にt’だけ時間延長すると、当該圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合には、図4中の破線で示すように、監視時間tの間と同一勾配で圧力が降下するのに対し、当該圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合には、図4中の実線で示すように、燃焼反応が進行するに従い水素ガス消費も減少するので、監視時間tの間よりも緩い勾配で圧力が降下し、最終的には時間延長t’後の状態で示されているように、圧力降下は停止する。   However, when the monitoring time t is further extended by t ′, if the cause of the pressure drop is a hydrogen gas leak, the pressure is maintained at the same gradient as during the monitoring time t as shown by the broken line in FIG. In contrast, when the cause of the pressure drop is the combustion reaction, as shown by the solid line in FIG. 4, the hydrogen gas consumption decreases as the combustion reaction progresses. The pressure drops with a gentler slope, and eventually the pressure drop stops as shown after time extension t ′.

すなわち、図4から明らかなように、圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合における監視時間tの計時開始から時間延長t’までの圧力降下量Δp13は、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合の圧力降下量ΔP13よりも小さくなる。よって、かりに監視時間tを経過した時の圧力降下量Δp12が水素ガス漏れによる圧力降下量ΔP12と等しい場合であっても、ガス漏れ検知の判定を時間延長t’だけ遅延させることにより、前記燃焼反応による圧力降下と区別して、水素ガス漏れによる圧力降下を判定することができる。 That is, as apparent from FIG. 4, when the cause of the pressure drop is the combustion reaction, the pressure drop amount Δp 13 from the start of the monitoring time t to the time extension t ′ indicates that the cause of the pressure drop is a hydrogen gas leak It becomes smaller than the pressure drop amount ΔP 13 in the case of. Therefore, even when the pressure drop amount Δp 12 when the monitoring time t elapses is equal to the pressure drop amount ΔP 12 due to hydrogen gas leak, by delaying the gas leak detection determination by the time extension t ′, Differentiating from the pressure drop due to the combustion reaction, the pressure drop due to hydrogen gas leakage can be determined.

次に、図5のフローチャートを参照しながら、本発明のの実施形態に係るガス漏れ検知処理について説明する。 Next, a gas leak detection process according to another embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG.

また、本実施形態においては、図5のフローチャートに示す処理に先だち、予め図2のステップS1〜ステップS5の処理に対応する処理が実行されているものとし、以下の説明において図2のフローチャートと同様の処理を行う場合には、図2のフローチャートに示した参照ステップ番号を適宜使用するものとする。   Further, in the present embodiment, it is assumed that processing corresponding to the processing in steps S1 to S5 in FIG. 2 is executed in advance prior to the processing shown in the flowchart in FIG. When the same processing is performed, the reference step numbers shown in the flowchart of FIG. 2 are appropriately used.

制御部(ガス漏れ判定部)20は、圧力センサP1〜P4からの検出信号を参照して、調圧弁RG1〜RG3の各上下流圧力を基準圧力P1〜P4として検出すると共に、後述する監視時間tの計時を開始する(ステップS21)。そして、前記監視時間tの計時開始から所定時間経過したら、再び圧力センサP1〜P4からの検出信号を参照し、検査対象区間C1〜C4における現在の圧力p1〜p4を検出する(ステップS23)。   The control unit (gas leakage determination unit) 20 refers to the detection signals from the pressure sensors P1 to P4, detects the upstream and downstream pressures of the pressure regulating valves RG1 to RG3 as reference pressures P1 to P4, and monitors the time described later. The timing of t is started (step S21). Then, when a predetermined time has elapsed from the start of the monitoring time t, the detection signals from the pressure sensors P1 to P4 are referred to again to detect the current pressures p1 to p4 in the inspection target sections C1 to C4 (step S23).

次に、現在の圧力p1〜p3が所定の規定圧力(調圧弁RG1〜RG3の設定圧力)よりも大きいか否かを判定し(ステップS25)、その判定結果が「NO」の場合、すなわち、現在の圧力p1〜p3が各規定圧力以下である場合には、異常時処理を行う(ステップS43)。この異常時処理では、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「1」をセットする。その後、図5のガス漏れ検知処理は終了する。   Next, it is determined whether or not the current pressures p1 to p3 are larger than a predetermined specified pressure (set pressure of the pressure regulating valves RG1 to RG3) (step S25). If the determination result is “NO”, that is, When the current pressures p1 to p3 are equal to or less than the specified pressures, an abnormal process is performed (step S43). In this abnormal process, for example, “1” indicating that a hydrogen gas leak has been detected is set in the leak detection flag. Thereafter, the gas leak detection process in FIG. 5 ends.

一方、ステップS25の判定結果が「YES」の場合、すなわち、現在の圧力p1〜p3が前記所定の規定圧力よりも大きい場合には、現在の圧力p1〜p4から基準圧力P1〜P4を減算して所定時間での圧力降下量Δp1〜Δp4を求め(ステップS27)、この圧力降下量Δp1〜Δp4に基づき、下記演算式を用いて、各検査対象区間C1〜C4での水素ガス漏れ量Q1〜Q4を演算する(ステップS29)。   On the other hand, if the determination result in step S25 is “YES”, that is, if the current pressures p1 to p3 are greater than the predetermined specified pressure, the reference pressures P1 to P4 are subtracted from the current pressures p1 to p4. Then, the pressure drop amounts Δp1 to Δp4 in a predetermined time are obtained (step S27), and based on the pressure drop amounts Δp1 to Δp4, the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q1 in the inspection target sections C1 to C4 are calculated using the following arithmetic expressions. Q4 is calculated (step S29).

Qn =(Δpn×vn)÷t×N Qn = (Δp n × v n ) ÷ t × N

ここで、vn:検査対象区間Cnの配管容積、t:現在の圧力pnの測定間隔、N:単位換算係数、n:1〜4の自然数、である。 Here, v n: pipe volume of the inspection target section C n, t: measurement interval of the current pressure p n, N: unit conversion coefficient, n: natural number of 1 to 4, which is.

次に、前記監視時間tが所定の規定時間に達していないか否かを判定し(ステップS31)、その判定結果が「NO」の場合、つまり、未だ前記監視時間tが規定時間以下である場合には、処理はステップS23に戻る。一方、ステップS31の判定結果が「YES」の場合、つまり、既に前記監視時間tが規定時間を超えている場合には、ステップS29で計算した水素ガス漏れ量Q1〜Q4が所定の漏れ閾値未満であるかを判定する(ステップS33)。   Next, it is determined whether or not the monitoring time t has reached a predetermined specified time (step S31). If the determination result is “NO”, that is, the monitoring time t is still below the specified time. In the case, the process returns to step S23. On the other hand, if the determination result in step S31 is “YES”, that is, if the monitoring time t has already exceeded the specified time, the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q4 calculated in step S29 are less than a predetermined leakage threshold. (Step S33).

ステップS33の判定結果が「YES」の場合、つまり、水素ガス漏れ量Q1〜Q4が前記漏れ閾値未満である場合には、正常時処理を行う。この正常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「0」をセットする。これにより、図5のガス漏れ検知処理は終了する。   If the determination result in step S33 is “YES”, that is, if the hydrogen gas leakage amounts Q1 to Q4 are less than the leakage threshold, normal processing is performed. In this normal processing, for example, “0” indicating that no hydrogen gas leak has been detected is set in the leak detection flag. Thereby, the gas leak detection process of FIG. 5 is complete | finished.

一方、ステップS33の判定結果が「NO」場合、すなわち、水素ガス漏れ量Q1〜Q4が前記漏れ閾値以上である場合には、当該図5のフローチャートに示したガス漏れ検知処理の開始時に計時を開始した監視時間tをリセット(ステップS51)した後、処理はステップS21に戻る。   On the other hand, if the determination result in step S33 is “NO”, that is, if the hydrogen gas leak amounts Q1 to Q4 are equal to or greater than the leak threshold, the time is measured at the start of the gas leak detection process shown in the flowchart of FIG. After the started monitoring time t is reset (step S51), the process returns to step S21.

このように、本実施形態では、ステップS33の判定時に「水素ガス漏れ量 ≧ 所定の漏れ閾値」だからといって、直ちに水素ガス漏れが生じていると判定するのではなく、かかる場合であっても、それまで計時していた監視時間tをステップS51でリセットした上で、ステップS21以降の処理を再び繰り返すことにより、ガス漏れ検知の最終判定を遅延させている。   As described above, in the present embodiment, it is not determined that hydrogen gas leakage has occurred immediately because “hydrogen gas leakage amount ≧ predetermined leakage threshold” at the time of determination in step S33. After resetting the monitoring time t that has been counted until step S51, the process after step S21 is repeated again to delay the final determination of gas leak detection.

つまり、水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下との区別を、上記図3に係る実施形態ではガス漏れ検知処理開始後の全圧力降下量に基づき行っていたのに対し、本実施形態では監視時間tリセット後の圧力降下量に基づき行っている点で相違するが、かかる構成によっても、水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下とを区別して、より高精度にガス漏れを検知することが可能である。 That is, the pressure drop due to factors other than hydrogen gas leak and the pressure drop due to hydrogen gas leak are distinguished based on the total pressure drop after the start of the gas leak detection process in the embodiment according to FIG. On the other hand, in the present embodiment, it is different in that it is based on the pressure drop after the monitoring time t is reset, but even with such a configuration, the pressure drop due to factors other than hydrogen gas leak and the pressure drop due to hydrogen gas leak are different. It is possible to distinguish and detect a gas leak with higher accuracy.

図6は、運転停止中のクロスリークに起因して生じるアノード触媒での燃焼反応(水素ガス漏れ以外の要因)による圧力降下(実線)と、水素ガス漏れによる圧力降下(破線)とが、本実施形態によって区別可能であることを示す説明図である。この図において、p1,P1はガス漏れ検知処理を開始した時の計測圧力と基準圧力、p2,P2はその時から所定の監視時間tを経過した時の計測圧力と基準圧力、p3,P3はその時から同じ監視時間tを経過した時の計測圧力と基準圧力である。   FIG. 6 shows a pressure drop (solid line) due to a combustion reaction (a factor other than hydrogen gas leak) in the anode catalyst caused by cross leak during shutdown, and a pressure drop (broken line) due to hydrogen gas leak. It is explanatory drawing which shows that it can distinguish with embodiment. In this figure, p1 and P1 are measured pressure and reference pressure when the gas leak detection process is started, p2 and P2 are measured pressure and reference pressure when a predetermined monitoring time t has elapsed from that time, and p3 and P3 are at that time. Measured pressure and reference pressure when the same monitoring time t elapses.

上記図3に係る実施形態の場合と同様に、ここでの計測圧力p1〜p3は、上記ステップS23の処理にて取得した圧力である。また、ここでの基準圧力P1〜P3のうち、基準圧力P1は上記ステップS21の処理にて取得した圧力であり、基準圧力P2,P3は水素ガス漏れが生じていると仮定した場合に、基準圧力P1からの時間経過に伴い次第に降下すると予想される圧力である。 As in the case of the embodiment according to FIG. 3 , the measured pressures p1 to p3 here are the pressures acquired in the process of step S23. Of the reference pressures P1 to P3 here, the reference pressure P1 is the pressure obtained in the process of step S21, and the reference pressures P2 and P3 are the reference values when it is assumed that hydrogen gas leaks. The pressure is expected to gradually decrease with the passage of time from the pressure P1.

本実施形態においても、監視時間tの経過後に再度同じ監視時間tだけ待ってからガス漏れ判定を繰り返し行うので、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合には、図6中の破線で示すように、再監視時間tの間も監視時間tの間と同一勾配で圧力が降下するのに対し、当該圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合には、図6中の実線で示すように、燃焼反応が進行するに従い水素ガス消費も減少するので、再監視時間tの間は監視時間tの間よりも緩い勾配で圧力が降下する。   Also in the present embodiment, the gas leak determination is repeated after waiting for the same monitoring time t again after the lapse of the monitoring time t. Therefore, when the cause of the pressure drop is hydrogen gas leakage, it is indicated by a broken line in FIG. Thus, the pressure drops during the re-monitoring time t with the same gradient as during the monitoring time t, whereas when the cause of the pressure drop is the combustion reaction, as shown by the solid line in FIG. In addition, since the consumption of hydrogen gas decreases as the combustion reaction proceeds, the pressure drops with a gentler slope during the remonitoring time t than during the monitoring time t.

すなわち、図6から明らかなように、圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合における再監視時間tの間の圧力降下量Δp23(Δp23=Δp2−Δp3)は、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合の圧力降下量ΔP23(ΔP23=ΔP2−ΔP3)よりも小さくなる。よって、かりに監視時間tを経過した時の圧力降下量Δp12が水素ガス漏れによる圧力降下量ΔP12と等しい場合であっても、ガス漏れ検知の判定を再監視時間tだけ遅延させることにより、前記燃焼反応による圧力降下と区別して、水素ガス漏れによる圧力降下を判定することができる。 That is, as apparent from FIG. 6, the pressure drop amount Δp 23 (Δp 23 = Δp2−Δp3) during the remonitoring time t when the cause of the pressure drop is the combustion reaction is that the cause of the pressure drop is hydrogen. It becomes smaller than the pressure drop amount ΔP 23 (ΔP 23 = ΔP2−ΔP3) in the case of gas leakage. Therefore, even when the pressure drop amount Δp 12 when the monitoring time t has elapsed is equal to the pressure drop amount ΔP 12 due to hydrogen gas leak, by delaying the determination of gas leak detection by the re-monitoring time t, Differentiating from the pressure drop due to the combustion reaction, the pressure drop due to hydrogen gas leakage can be determined.

本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、燃料系1の燃料電池スタック10の入口上流側に燃料電池入口遮断弁を設けたり、燃料系1の燃料電池スタック10の出口下流側に燃料電池出口遮断弁、燃料電池スタック10の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去する気液分離器及び遮断弁、水素ガスの逆流を防止する逆止弁、水素ポンプ13−逆止弁間から分岐して水素オフガスを排出するパージ流路、及びパージ流路に配設されてパージ時に開放されるパージ遮断弁を設けた構成としてもよい。   The present invention can be applied with various modifications other than the above embodiment. For example, a fuel cell inlet shut-off valve is provided on the upstream side of the inlet of the fuel cell stack 10 of the fuel system 1, or the fuel cell outlet shut-off valve is provided on the downstream side of the outlet of the fuel cell stack 10 of the fuel system 1. A gas-liquid separator and shutoff valve for removing moisture and other impurities generated by the reaction from the hydrogen offgas, a check valve for preventing the backflow of hydrogen gas, and a branch from between the hydrogen pump 13 and the check valve to discharge the hydrogen offgas. And a purge shut-off valve that is disposed in the purge flow path and is opened at the time of purging may be provided.

1…燃料系、10…燃料電池スタック、20…制御部(ガス漏れ判定部)、C1〜C4…検査対象区間(閉区間)、P1〜P4…圧力センサ、RG1〜RG4…調圧弁   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel system, 10 ... Fuel cell stack, 20 ... Control part (gas leak determination part), C1-C4 ... Test object area (closed area), P1-P4 ... Pressure sensor, RG1-RG4 ... Pressure regulating valve

Claims (6)

反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた複数の調圧弁と、隣り合う前記調圧弁間に設定される検査対象区間と最上流に位置する前記調圧弁の上流側に設定される検査対象区間と最下流に位置する前記調圧弁の下流側に設定される前記燃料電池を含む検査対象区間にそれぞれ設けられた圧力センサと、前記検査対象区間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記調圧弁は、その下流側の圧力が規定圧力に達した後は、当該下流側の圧力が一定以上降下しないと閉止状態のまま作動しないものであり、
前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサからの圧力の変化量及び前記検査対象区間の容積を用いて算出される前記検査対象区間のガス変化量が所定の閾値以上である場合には、ガス漏れの最終判定を遅延させ
前記遅延させた時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合にガス漏れと判定する燃料電池システム。
A fuel cell that generates power upon receiving the supply of a reaction gas, a reaction gas system that supplies and discharges the reaction gas to and from the fuel cell, a plurality of pressure regulating valves provided in the reaction gas system, and a setting between adjacent pressure regulating valves An inspection target section set on the upstream side of the pressure regulating valve located upstream and an inspection target section including the fuel cell set on the downstream side of the pressure regulating valve located downstream. In a fuel cell system comprising: a pressure sensor provided; and a gas leakage determination unit that determines gas leakage in the inspection target section.
After the pressure on the downstream side reaches the specified pressure, the pressure regulating valve does not operate in a closed state unless the pressure on the downstream side falls below a certain level.
The gas leak determination unit is configured to detect a gas leak when a gas change amount in the inspection target section calculated using a pressure change amount from the pressure sensor and a volume of the inspection target section is equal to or greater than a predetermined threshold. the final decision is delayed, the
A fuel cell system that determines a gas leak when the amount of gas change at the time of delay is equal to or greater than a predetermined threshold .
前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記判定時間を所定時間延長させることで前記最終判定を遅らせる請求項1に記載の燃料電池システム。   The gas leak determination unit extends the determination time by a predetermined time when the gas change amount when a specified time elapses as a determination time for the gas leak determination is equal to or greater than a predetermined threshold. The fuel cell system according to claim 1, wherein the final determination is delayed. 前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記ガス漏れ判定を再度繰り返すことで前記最終判定を遅延させる請求項1に記載の燃料電池システム。   The gas leak determination unit repeats the gas leak determination again when the gas change amount at the elapse of a specified time set as a determination time of the gas leak determination is equal to or greater than a predetermined threshold value, thereby repeating the final determination. The fuel cell system according to claim 1, wherein the determination is delayed. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた複数の調圧弁と、隣り合う前記調圧弁間に設定される検査対象区間と最上流に位置する前記調圧弁の上流側に設定される検査対象区間と最下流に位置する前記調圧弁の下流側に設定される前記燃料電池を含む検査対象区間にそれぞれ設けられた圧力センサと、前記検査対象区間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部と、を備え、前記調圧弁がその下流側の圧力が規定圧力に達した後は当該下流側の圧力が一定以上降下しないと閉止状態のまま作動しないものである燃料電池システムのガス漏れ検知方法において、
前記ガス漏れの判定に際し、前記圧力センサからの圧力の変化量及び前記検査対象区間の容積を用いて算出される前記検査対象区間のガス変化量が所定の閾値以上である場合に、ガス漏れの最終判定を遅延させ、前記遅延させた時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合にガス漏れと判定する燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
A fuel cell that generates power upon receiving the supply of a reaction gas, a reaction gas system that supplies and discharges the reaction gas to and from the fuel cell, a plurality of pressure regulating valves provided in the reaction gas system, and a setting between adjacent pressure regulating valves An inspection target section set on the upstream side of the pressure regulating valve located upstream and an inspection target section including the fuel cell set on the downstream side of the pressure regulating valve located downstream. A pressure sensor provided, and a gas leakage determination unit for determining gas leakage in the inspection target section, and after the pressure regulating valve reaches a specified pressure on the downstream side, the downstream pressure is constant. In a gas leak detection method for a fuel cell system that does not operate in a closed state unless it is lowered further,
When determining the gas leakage, if the amount of gas change in the inspection target section calculated using the amount of change in pressure from the pressure sensor and the volume of the inspection target section is equal to or greater than a predetermined threshold, A gas leak detection method for a fuel cell system, in which a final determination is delayed and a gas leak is determined when the gas change amount at the time of the delay is equal to or greater than a predetermined threshold .
前記ガス漏れの判定に際し、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記判定時間を所定時間延長させることで前記最終判定を遅らせる請求項4に記載の燃料電池システムのガス漏れ検知方法。   In determining the gas leakage, when the gas change amount at the time when a predetermined time that is set in advance as the determination time of the gas leakage determination is equal to or greater than a predetermined threshold, the determination time is extended by a predetermined time. The gas leak detection method for a fuel cell system according to claim 4, wherein the final determination is delayed. 前記ガス漏れの判定に際し、前記ガス漏れ判定の判定時間として予め設定されている規定時間経過時の前記ガス変化量が所定の閾値以上である場合に、前記ガス漏れ判定を再度繰り返すことで前記最終判定を遅延させる請求項4に記載の燃料電池システムのガス漏れ検知方法。   When determining the gas leak, when the gas change amount at the elapse of a specified time that is set in advance as a determination time of the gas leak determination is equal to or greater than a predetermined threshold, the gas leak determination is repeated again to determine the final value. The gas leak detection method for a fuel cell system according to claim 4, wherein the determination is delayed.
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