JP6696463B2 - 燃料電池、異常判断方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池、異常判断方法及びコンピュータプログラムに関する。

近年、燃料電池を、パーソナルコンピュータ、携帯電話機等のデジタル家電製品、電気自動車、鉄道、携帯電話の基地局、発電所等の種々の用途に使用することが検討されている。燃料電池は、外部から供給される水素及び酸素を化学反応させることにより発電する発電部としてのスタックと、該スタックに水素を供給する水素供給部とを備える。

スタックにおいては、複数積層されたセルがパッケージ化されている。セルにおいては、負極、固体高分子膜、および正極が貼り合わされて一体化され、導電板で挟み込まれている。水素供給部としては、例えば、水素吸蔵合金を充填したＭＨ（Metal Hydride ）ボンベが使用される。

水素吸蔵合金が水素を放出する際の反応は吸熱反応であるので、水素の供給は、ＭＨボンベを加熱して行われる。ＭＨボンベの加熱は、例えば、水等の熱媒体が循環する熱媒体流路を使用して行われる（特許文献１参照）。熱媒体流路は、配管により形成され、熱媒体を介して発電において発生した熱をＭＨボンベに伝導してＭＨボンベを加熱する。また、ＭＨボンベをヒータにより加熱する場合がある（特許文献２参照）。

熱媒体流路による加熱においては、発電部の発電開始の際において発熱量が少ない場合、燃料電池の周囲の気温が低い場合等には、ヒータによる熱媒体の加熱を組み合わせることにより、ＭＨボンベを加熱することが考えられる。

特開２００５−０６３７０３号公報 特開２０１６−１５７５２２号公報

しかしながら、熱媒体流路による加熱と、ヒータによる熱媒体の加熱とを組み合わせた場合、熱媒体流路において閉塞が生じたときに熱媒体が圧縮されて滞留し、ヒータ付近の熱媒体が過熱された状態となり、熱媒体流路を形成する配管等が破損する虞がある。

本開示は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、容易に熱媒体流路の異常を検知することができる燃料電池、異常判断方法及びコンピュータプログラムを提供することにある。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路と、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータと、該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器と、前記ヒータ及び前記ポンプを所定時間駆動させた後、前記ポンプを停止させ、前記温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する判断部とを備えることを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、判断部はポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の検知を行うことができる。

本開示の一実施形態に係る異常判断方法は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池の前記熱媒体流路の異常を検知する異常検知方法において、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の検知を行うことができる。

本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池を制御するコンピュータに、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する処理を実行させることを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の検知を行うことができる。

本開示によれば、容易に熱媒体流路の異常を判断することができる。

実施の形態１に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。 燃料電池の制御構成を示すブロック図である。 異常の判断に係る制御部の動作を示すフローチャートである。 加熱液の通流を説明する模式図である。 加熱液の通流を説明する模式図である。 加熱液の通流を説明する模式図である。 第２温度センサが検出する温度を示すグラフである。 第２温度センサが検出する温度を示すグラフである。 第２温度センサが検出する温度を示すグラフである。 第２温度センサが検出する温度を示すグラフである。 実施の形態２に係る異常の判断に係る制御部の動作を示すフローチャートである。

以下、本開示をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池の概略構成を示すブロック図である。図示の如く、１００は燃料電池であり、燃料電池１００は、電池本体１及び水素供給装置２を備える。電池本体１は、水素及び酸素により発電するスタック１０を備える。

電池本体１は、空気流路３及びエアポンプ３０を備える。空気流路３は、エアポンプ３０の作動により送出される空気がスタック１０を通流し、電池本体１の外部に排出されるように形成されている。空気流路３において、スタック１０の空気流入側には第１空気遮断弁３１が設けられており、スタック１０の空気流出側には、第２空気遮断弁３２が設けられている。第１空気遮断弁３１及び第２空気遮断弁３２の開放により、エアポンプ３０からスタック１０に空気が流入し、酸素が供給される。

水素供給装置２は、水素を供給する複数のＭＨユニット２０，２０，（図では２個）を備える。各ＭＨユニット２０は、水素吸蔵合金を充填し、水素を貯蔵する複数のＭＨボンベ２０ａを有する。各ＭＨボンベ２０ａは、水素供給路２ａに交換可能に接続されている。

水素供給路２ａは、電池本体１及び水素供給装置２に跨って形成され、水素循環路２ｂは、電池本体１に形成されている。水素供給路２ａ及び水素循環路２ｂは、各ＭＨボンベ２０ａから送出される水素が、水素供給路２ａを通流して水素循環路２ｂに流入した後、水素循環路２ｂを通流してスタック１０に供給されるように形成されている。

水素供給路２ａには、ＭＨユニット２０，２０及び水素循環路２ｂの間において、ＭＨユニット２０，２０側から、第１水素遮断弁２１、レギュレータ２２、圧力センサ２３、第２水素遮断弁２４、第３水素遮断弁２５、及び逆止弁２６が設けられている。第１水素遮断弁２１及びレギュレータ２２は、水素供給装置２側に設けられ、圧力センサ２３、第２水素遮断弁２４、第３水素遮断弁２５、及び逆止弁２６は、電池本体１側に設けられている。

水素循環路２ｂには、水素循環ポンプ２７及び気液分離器２８が設けられている。水素循環路２ｂは、水素循環ポンプ２７から送出されたガスが、スタック１０を通流した後、気液分離器２８を経て、水素循環ポンプ２７に戻るように形成されている。スタック１０を通流することにより、水素循環路２ｂを通流する水素には、窒素及び水等の不純物が含まれることとなる。水素供給路２ａを通流した水素は、水素循環ポンプ２７と、スタック１０への水素流入側との間において、水素循環ポンプ２７が送出したガスに合流する。

気液分離器２８は、水素循環路２ｂ内を通流するガス及び水を分離させ、分離した水を、排出弁（不図示）が設けられた排出路を介して、電池本体１の外部に定期的に排出する。また、水素循環路２ｂは、定期的に内部のガスを排出する排出路を備え、ガスの排出により水素循環路２ｂ内の水素濃度の低下を防止している。

燃料電池１００は、更に、冷却水流路４、放熱液流路５及び加熱液流路６と、第１熱交換器７０及び第２熱交換器７１とを備える。

冷却水流路４には、冷却ポンプ４０及びイオン交換樹脂４３が設けられている。冷却水流路４は、冷却ポンプ４０から送出された冷却水が、第１熱交換器７０、第２熱交換器７１、イオン交換樹脂４３内、スタック１０を順に通流し、冷却ポンプ４０に戻って循環するように、例えば、配管を用いて形成されている。冷却水は熱媒体として機能し、冷却水流路４は、冷却水の循環によりスタック１０を冷却する。

スタック１０とイオン交換樹脂４３との間に導電率計４４が設けられており、冷却水の導電率が測定される。また、冷却水流路４において、第１熱交換器７０と第２熱交換器７１との間において、第２熱交換器７１側に第１ヒータ４５が設けられ、第１熱交換器７０側に第１温度センサ４６が設けられている。第１ヒータ４５の作動により、冷却水の凍結が防止される。

放熱液流路５には、放熱ポンプ５０及びラジエータ５１が設けられている。また、ラジエータ５１に近接して、ファン５２が設けられている。放熱液流路５は、放熱ポンプ５０から送出された放熱液が第１熱交換器７０を通流した後、ラジエータ５１を通流し、放熱ポンプ５０に戻るように、例えば、配管を用いて形成されている。放熱液は、例えば、エチレングリコールを主成分とする不凍液であり、熱媒体として機能する。放熱液は、第１熱交換器７０において、冷却水と熱交換を行う。ラジエータ５１は、循環する放熱液の放熱を行い、ファン５２はラジエータ５１による放熱を促進する。

加熱液流路６には、電池本体１側に加熱ポンプ６０が設けられており、水素供給装置２側に第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２が設けられている。加熱液流路６は、加熱ポンプ６０から送出された加熱液が、第２熱交換器７１を通流した後、第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２を通流し、加熱ポンプ６０に戻るように形成されている。加熱液流路６は、加熱液の循環によりＭＨボンベ２０ａ，２０ａの加熱を行う。加熱液は、例えば、エチレングリコールを主成分とする不凍液である。

加熱液流路６は、具体的には、加熱ポンプ６０の送出側及び吸引側を、第２熱交換器７１を介して連結する配管により形成されている。加熱液流路６は、加熱ポンプ６０から送出された加熱液が第２熱交換器７１を通流した後、水素供給装置２を通流し、加熱ポンプ６０に戻るように形成されている。

加熱液流路６において、電池本体１と水素供給装置２との間の配管部分は、弁付きカプラ６００により、着脱可能に形成されている。弁付きカプラ６００は、互いに着脱可能に接続されるプラグ及びソケットにより形成され、プラグ及びソケットは夫々、いわゆる自動開閉式の弁を内蔵している。該弁は、プラグ及びソケットが接続された場合に開き、これにより、弁付きカプラ６００内を加熱液が通流する。一方、前記弁は、プラグ及びソケットが分離した場合に閉じる。したがって、プラグ及びソケットが分離した場合であっても、加熱液流路６において、加熱液が外部に流出しない。また、加熱液流路６において、加熱ポンプ６０の吸引側には、第２温度センサ６１及び第２ヒータ６２が設けられている。第２温度センサ６１は、第２ヒータ６２よりも、上流側に設けられている。

第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２の中途には夫々、ＭＨボンベ２０ａを加熱すべく、各ＭＨユニット２０のＭＨボンベ２０ａに近接している加熱部２０ｂが設けられている。加熱部２０ｂを通流する加熱液から放出される熱により、近接するＭＨボンベ２０ａが加熱される。加熱部２０ｂを形成する配管部分は、上流及び下流夫々に設けられている弁付きカプラ６０１，６０２を介して第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２に接続され、その一部を構成している。弁付きカプラ６０１，６０２は、弁付きカプラ６００と同様の構成をなす。着脱可能に連結する加熱部２０ｂは、ＭＨボンベ２０ａの着脱と同時に着脱可能であり、ＭＨユニット２０の一部をなす。

第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２には、加熱部２０ｂよりも上流側に第１切換弁６４１，第２切換弁６４２が設けられている。第１切換弁６４１，第２切換弁６４２は、第１分岐流路６３１，第２分岐流路６３２を開閉する。

第１熱交換器７０は、冷却水流路４の冷却水と、放熱液流路５の放熱液との熱交換を行う。また、第２熱交換器７１は、冷却水流路４の冷却水と、加熱液流路５の加熱液との熱交換を行う。

加熱液流路６において、加熱部２０ｂを形成している部分以外は、配管が断熱部材に覆われている。また、冷却水流路４においても、配管は、断熱部材に覆われている。断熱部材が配されている部分は、図１において太線で模式的に示している。

電池本体１は更に制御装置８を有する。図２は、燃料電池１００の制御構成を示すブロック図である。以下、図２を参照して燃料電池１００の制御構成について説明する。制御装置８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）又はＭＰＵ（Micro-Processing Unit ）等の制御部８０と、ＲＯＭ（Read-Only Memory）等の記憶部８１と、ＲＡＭ（Random-Access Memory）８２と、入力部８４及び出力部８３と、計時部８５とを有する。記憶部８１は、燃料電池１００の運転に係る運転プログラム８１ａと、加熱液流路６及び冷却水流路４の異常を判断する異常判断プログラム８１ｂとを記憶している。制御部８０は、記憶部８１から、運転プログラム８１ａを読み出して発電を実行し、異常判断プログラム８１ｂを読み出して異常の判断を実行する。ＲＡＭ８２には制御部８０による演算結果等が一時的に記憶される。

出力部８３には、第１水素遮断弁２１、第２水素遮断弁２４、第３水素遮断弁２５、水素循環ポンプ２７、エアポンプ３０、第１空気遮断弁３１、第２空気遮断弁３２、冷却ポンプ４０、第１ヒータ４５、放熱ポンプ５０、ファン５２、加熱ポンプ６０、第２ヒータ６２及び第１切換弁６４１，第２切換弁６４２が接続されている。また、出力部８３には、報知部９が接続されている。報知部９は、照明又はアラーム等であり、図１においては、報知部９の図示は省略している。制御部８０は、出力部８３を介して、作動命令に係る信号を出力し、上記各部の動作を制御する。

入力部８４には、圧力センサ２３、導電率計４４、第１温度センサ４６及び第２温度センサ６１が接続されており、夫々が検出した値が入力部８４を介して制御部８０に入力される。

上記の構成の燃料電池１００は、制御部８０が運転プログラム８１ａを読み出して以下の動作を実行することにより、発電を行う。制御部８０は、第１空気遮断弁３１、第２空気遮断弁３２を開放し、エアポンプ３０を作動させる。これにより、空気流路３を介して、スタック１０に空気が流入し、酸素が供給される。スタック１０に通流した空気は、電池本体１の外部に排出される。

制御部８０は、第１水素遮断弁２１、第２水素遮断弁２４、第３水素遮断弁２５を開放する。これにより、後述の如く加熱された加熱液により加熱されたＭＨボンベ２０ａから放出される水素が、水素供給路２ａを介して水素循環路２ｂに流入する。このとき、レギュレータ２２により供給する水素の圧力が調整される。また、水素循環路２ｂには、スタック１０から水素及び不純物を含むガスが流入するが、逆止弁２６により、水素循環路２ｂから、前記ガスが水素供給路２ａを通って逆流することが防止される。

ここで、ＭＨボンベ２０ａ，２０ａは、各ＭＨボンベ２０ａに設けられた図示しない開閉弁を制御部８０が開閉することにより、順次使用される。制御部８０は、各分岐流路が有する第１切換弁６４１，第２切換弁６４２の内、ＭＨボンベ２０ａに対応する加熱部２０ｂに係る切換弁を開放する。

更に、制御部８０は、水素循環ポンプ２７を作動させる。これにより、スタック１０を通流した未反応の水素が水素循環路２ｂを循環し、再度スタック１０に流入する。水素が水素循環路２ｂを循環している間、水素及び不純物を含むガスと、水とが気液分離器において分離する。気液分離器２８内の水は、制御部８０が、前記排出弁を作動させることにより、電池本体１の外部に定期的に排出される。また、水素循環路２ｂを通流するガスは、上述の如く定期的に電池本体１の外部に排出される。

また、制御部８０は、冷却ポンプ４０、放熱ポンプ５０、加熱ポンプ６０、第１ヒータ４５及び第２ヒータ６２を作動させる。これにより、冷却水は冷却水流路４を循環し、放熱液は放熱液流路５を循環し、加熱液は加熱液流路６を循環する。ここで、第１温度センサ４６が検出する温度に応じて、第１ヒータ４５の作動及び停止が制御され、冷却水の凍結が防止される。

スタック１０における発電により発生した熱は、スタック１０を通流する冷却水流路４の冷却水に伝導される。熱を伝導された冷却水は、第１熱交換器７０により、放熱液流路５の放熱液に熱を伝導する。熱を伝導された放熱液は、ラジエータ５１を通流することにより放熱し、ファン５２により放熱が促進される。

第１熱交換器７０を通過した冷却水は、更に第２熱交換器７１において、加熱液流路６の加熱液に熱を伝導する。また、第２ヒータ６２の作動により加熱液が加熱される。加熱された加熱液は、加熱部２０ｂにより使用されるＭＨボンベ２０ａに熱を伝導する。熱を伝導されたＭＨボンベ２０ａは、水素の供給に適した温度となり、水素吸蔵合金から水素が放出される。なお、第２ヒータ６２は、圧力センサ２３が検出する圧力又は第２温度センサ６１が検出する温度に応じて適宜作動及び停止が制御される。

上記の動作によりスタック１０は発電を行い、冷却され、ＭＨボンベ２０ａ，２０ａ，は加熱される。ここで、燃料電池１００において弁付きカプラ６００〜６０２のプラグ及びソケットが接続されていない場合、又は接続が不十分である場合、自動開閉式の弁により閉塞が生じ、また、配管が凍結している場合等に、加熱液流路６を形成する配管において閉塞が生じる。

したがって、制御部８０は、燃料電池１００を駆動した場合、ＭＨユニット２０を交換した場合等に、異常判断プログラム８１ｂを読み出し、下記の異常の判断に係る処理を実行する。図３は、異常の判断に係る制御部８０の動作を示すフローチャートである。以下においては、第１分岐流路６３１に係るＭＨユニット２０を交換した場合について説明する。

制御部８０は、第１切換弁６４１を開放し、第２切換弁６４２を閉止する（Ｓ１）。制御部８０は、加熱ポンプ６０を作動させ、第２ヒータ６２を作動させる（Ｓ２）。制御部８０は、第２温度センサ６１が検出する温度Ｔ１の取得を開始し、また、計時部８５に計時を開始させる（Ｓ３）。制御部８０は、計時部８５が計時した時間が所定時間Ｘ（例えば、３０秒）を経過したか否かを判定する（Ｓ４）。制御部８０は、所定時間Ｘを経過していないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）、処理をステップＳ４に戻す。制御部８０は、所定時間Ｘを経過したと判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、温度Ｔ１の取得を終了し、計時部８５の計時を終了する（Ｓ５）。このとき、制御部８０は、所定周期ごとに温度Ｔ１を取得し、取得した温度Ｔ１をＲＡＭ８２に記憶させる。

その後、制御部８０は、ＲＡＭ８２に記憶させた所定時間Ｘの間における温度Ｔ１の内、最も高い温度を最高温度Ｔｍａｘとして、ＲＡＭ８２に記憶させる（Ｓ６）。その後、制御部８０は、加熱ポンプ６０を停止し、第２ヒータ６２を停止させる（Ｓ７）。制御部８０は、計時部８５に計時を開始させ（Ｓ８）、第２温度センサ６１が検出する現在の温度Ｔ１を取得する（Ｓ９）。

その後、制御部８０は、取得した現在の温度Ｔ１及びＴｍａｘの差の絶対値ΔＴを算出し、算出した値ΔＴが所定値Ｄ（例えば、Ｄ＝２０）以上か否かを判定する（Ｓ１０）。

制御部８０は、ΔＴがＤ以上でないと判定した場合（Ｓ１０：ＮＯ）、計時部８５が計時した時間が所定時間Ｙ（例えば、１０秒）を経過したか否かを判定する（Ｓ１１）。制御部８０は、所定時間Ｙを経過していないと判定した場合（Ｓ１１：ＮＯ）、処理をステップＳ９に戻す。制御部８０は、所定時間Ｙを経過したと判定した場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、正常を示す正常信号を、出力部８３を介して報知部９に出力し、計時部８５の計時を終了し（Ｓ１２）、第１切換弁６４１を閉止して（Ｓ１３）、異常の判断に係る処理を終了する。

制御部８０は、ΔＴがＤ以上であると判定した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、異常を示す異常信号を、出力部８３を介して出力し、計時部８５の計時を終了し（Ｓ１４）、第１切換弁６４１を閉止して（Ｓ１３）、異常の判断に係る処理を終了する。

正常信号又は異常信号が入力された報知部９は、例えば、異なる色での発光、異なるアラーム音を出す等、各信号に応じて異なる動作を行い、加熱液流路６が正常であること又は異常であることを外部に報知する。なお、報知部９は、正常信号又は異常信号の何れかが入力された場合のみ外部に報知することとしてもよい。

制御部８０は、燃料電池１００を駆動した場合に異常の判断を行う場合、第１切換弁６４１及び第２切換弁６４２は、閉止された状態であるため、ステップ１において、第２切換弁６４２の閉止動作は行わない。上記の異常の判断を行った後、第２切換弁６４２を開放して、ステップＳ２からＳ１２及びＳ１４に係る動作を行い、第２切換弁６４２を閉止して、異常の判断を行う。これにより、各分岐流路に関して順次異常の判断を行うことができる。

また、第２分岐流路６３２に係るＭＨユニット２０を交換した場合においては、ステップＳ１において、第２切換弁６４２を開放し、第１切換弁６４１を閉止し、ステップＳ１３において、第２切換弁６４２を閉止して異常の判断を行う。

以下、制御部８０が異常信号を出力した場合の具体的な異常の内容について説明する。図４〜図６は、加熱液の通流を説明する模式図である。図４は、加熱液流路６において、閉塞が生じていない場合、図５及び図６は、閉塞が生じている場合を示す。また、図５は、加熱ポンプ６０及び第２ヒータ６２を作動させている場合、図６は、その後、加熱ポンプ６０及び第２ヒータ６２を停止させたときを示している。

加熱液流路６において、閉塞が生じていない場合、図４の白抜き矢印に示すように、加熱液は、配管により形成され、ヒータ６２が収容されているケース部６２０を通って、加熱液流路６を通流している。

一方、加熱液流路６において閉塞６ａ（図中白抜きの×印）が生じている場合であって、加熱ポンプ６０が作動しているとき、図５の白抜き矢印に示すように、ケース部６２０を通って加熱液は通流するが、閉塞部分６ａから先には通流しない。したがって、閉塞部分６ａまでにおけるケース部６２０等の配管内部において、加熱液が圧縮され、滞留することとなる。このとき、第２ヒータ６２の周辺、特にケース部６２０内の加熱液は高温となる。

ここで、加熱ポンプ６０を停止した場合、圧縮されて滞留していた加熱液は、図６の白抜き矢印に示すように逆流する。したがって、第２ヒータ６２周辺の高温の加熱液が、逆流することにより、第２ヒータ６２の上流側に位置する第２温度センサ６１が検出する温度が急激に上昇する。

図７〜図１０は、第２温度センサ６１が検出する温度を示すグラフである。図７〜図１０においては、加熱ポンプ６０及び第２ヒータ６２を作動開始させ、所定時間Ｘ経過後に加熱ポンプ６０を停止した場合の温度挙動を示している。図７及び図８は、加熱液流路６に閉塞が生じていない場合、図９及び図１０は、加熱液流路６に閉塞が生じている場合を示す。図７及び図９は、加熱ポンプ６０の停止と共に第２ヒータ６２を停止した場合、図８及び図１０は、第２ヒータ６２は作動させている場合を示している。

図７に示すように、加熱ポンプ６０及び第２ヒータ６２を停止する場合には、第２温度センサ６１が検出する温度は停止前後で略一定となる。また、図８に示すように所定時間Ｘ経過後、第２ヒータ６２を作動させ続けている場合は、加熱液が循環していないので、第２ヒータ６２の周辺の加熱液の温度が上昇し、第２温度センサ６１が検出する温度が緩やかに上昇する。

一方、加熱液流路６に閉塞が生じている場合、図９及び図１０に示すように、所定時間Ｘの経過前から温度が緩やかに上昇している。閉塞により、上述の如く、加熱液の滞留が生じ、滞留した加熱液が、第２ヒータ６２に加熱されることにより、温度が上昇する。また、所定時間Ｘ経過後に、加熱ポンプ６０を停止したとき、第２温度センサ６１付近よりも加熱された第２ヒータ６２付近に滞留している加熱液が逆流することにより、図７及び図８と異なり、急激な温度上昇が生じている。

また、図１０に示すように、第２ヒータ６２を作動させ続けている場合は、加熱液が循環していないので、第２ヒータ６２を中心として、加熱液の温度が上昇するため、逆流による急激な温度上昇後も、第２温度センサ６１が検出する温度が上昇する。

加熱液流路６に閉塞が生じている場合、上記の異常の判断において、加熱ポンプ６０の作動及び停止により、図６及び図７に示すような、加熱液の滞留、逆流が生じ、図９又は図１０に示すような温度変化が生じる。したがって、第２温度センサ６１が検出する温度において急激な温度上昇が生じる。したがって、上記異常の判断の処理により、ΔＴが所定値Ｄよりも大きいと判断した場合、加熱液流路６に閉塞が生じていることとなる。これにより、制御部８０は、異常を検知することができる。また、制御部８０は、異常信号又は正常信号を出力し、報知部９を作動させるので、外部に加熱液流路６に異常が生じたこと及び正常であることを報知できる。

以上の構成によれば、制御部８０は、加熱ポンプ６０の停止前後に検出した温度の差ΔＴに基づいて異常を判断する。したがって、加熱液流路６に閉塞が生じているか否かを検知することができ、弁付きカプラ６００〜６０２のプラグ及びソケットが接続されていないか、接続が不十分であるとき、又は配管に凍結が生じている等の加熱液流路６の異常の検知を容易に行うことができる。ＭＨボンベ２０ａを加熱する加熱部２０ｂにおいて、閉塞が生じた場合にも異常を容易に検知できる。

制御部８０が異常信号を出力することにより、閉塞が生じていることを検知し、外部に通知することができる。また、制御部８０が正常信号を出力することにより、閉塞が生じていないことを検知し、外部に通知することができる。

制御部８０が判断をする場合、第２ヒータ６２を停止するので、ΔＴが所定値Ｄ以上であるか否かを判定するときに、温度が変化することを防止できる。したがって、制御部８０の異常の判断のときに、温度変化の差が顕著となり、異常の検知をより容易に行うことができる。

異常の判断に係る処理を制御部８０が、発電の開始時に行うことにより、燃料電池１００の設置又は運転開始時における異常を検知できる。複数のＭＨユニット２０の内、一のＭＨユニット２０を交換した場合に、異常を検知することができる。

なお、所定時間Ｘ及びＹは、３０秒及び１０秒に限られず、燃料電池１００の設計又は設置環境等に従って適宜変更してもよい。また、所定値Ｄは、２０に限られず、燃料電池１００の設計又は設置環境等に従って適宜変更してもよい。

また、異常判断プログラム８１ｂは、コンピュータで読み取り可能に記録された可搬式メディアであるＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体に記録されており、制御部８０が記録媒体から、異常判断プログラム８１ｂを読み出し、ＲＡＭ８２に記憶させてもよい。さらに、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本実施形態における異常判断プログラム８１ｂを取得し、ＲＡＭ８２に記憶させることにしてもよい。

更に、加熱液は、熱媒体であればよく、エチレングリコールを主成分とする不凍液に限られず、例えば、水であってもよい。また、ＭＨユニット２０の数は、１つでもよく、３つ以上であってもよい。この場合、分岐流路、切換弁及び加熱部は、ＭＨボンベの数に合わせて設ければよく、異常の判断においては、各切換弁を順次開閉することにより行えばよい。また、圧力センサ２３は、水素供給路２ａにおいて、ＭＨユニット２０，２０と第１水素遮断弁２１との間に設けられていてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、制御部８０は、冷却水流路の異常を判断する。図１１は、実施の形態２に係る異常の判断に係る制御部８０の動作を示すフローチャートである。実施の形態２に係る燃料電池の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

制御部８０は、冷却ポンプ４０を作動させ、第１ヒータ４５を作動させる（Ｓ２１）。制御部８０は、第１温度センサ４６が検出する温度Ｔ２の取得を開始し、また、計時部８５に計時を開始させる（Ｓ２２）。制御部８０は、計時部８５が計時した時間が、所定時間Ｘが経過したか否かを判定する（Ｓ２３）。制御部８０は、所定時間Ｘを経過していないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、処理をステップＳ２３に戻す。制御部８０は、所定時間Ｘを経過したと判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、温度Ｔ２の取得を終了し、計時部８５の計時を終了する（Ｓ２４）。このとき、制御部８０は、所定の周期で、温度Ｔ２を取得し、取得した温度Ｔ２をＲＡＭ８２に記憶させる。

その後、制御部８０は、ＲＡＭ８２に記憶させた所定時間Ｘの間における温度Ｔ２の内、最も高い温度を最高温度Ｔｍａｘとして、ＲＡＭ８２に記憶させる（Ｓ２５）。その後、制御部８０は、冷却ポンプ４０を停止し、第１ヒータ４５を停止させる（Ｓ２６）。制御部８０は、計時部８５に計時を開始させ（Ｓ２７）、第１温度センサ４６が検出する現在の温度Ｔ２を取得する（Ｓ２８）。

その後、制御部８０は、現在の温度Ｔ２及びＴｍａｘの差の絶対値ΔＴを算出し、算出したΔＴが所定値Ｄ以上か否かを判定する（Ｓ２９）。

制御部８０は、ΔＴがＤ以上でないと判定した場合（Ｓ２９：ＮＯ）、計時部８５が計時した時間が所定時間Ｙを経過したか否かを判定する（Ｓ３０）。制御部８０は、所定時間Ｙを経過していないと判定した場合（Ｓ３０：ＮＯ）、処理をステップＳ２８に戻す。制御部８０は、所定時間Ｙを経過したと判定した場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、出力部８３を介して正常を示す正常信号を出力し、計時を終了し（Ｓ３１）、異常の判断に係る処理を終了する。

制御部８０は、ΔＴがＤ以上であると判定した場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、出力部８３を介して異常を示す異常信号を出力し、計時を終了し（Ｓ３２）、異常の判断に係る処理を終了する。

実施の形態２においては、冷却水流路４に閉塞が生じた場合に、実施の形態１と同様に容易に異常を検知することができる。

なお、実施の形態１及び実施の形態２において、制御部８０は、第２ヒータ６２及び第１ヒータ４６を作動させる度に、異常の判断を行ってもよい。これにより、燃料電池１００の通常運転中に何らかの原因により配管が外れた場合又は、配管が凍結した場合に異常を検知することができる。また、制御部８０は、実施の形態１に係る加熱液流路６の異常の判断と、実施の形態２に係る冷却水流路４の異常の判断の両方を行ってもよい。

以上のように、本開示の一実施形態に係る燃料電池は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路と、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータと、該ヒータの上流側に設けられた温度検出器と、前記ヒータ及び前記ポンプを所定時間駆動させた後、前記ポンプを停止させ、前記温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する判断部とを備えることを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、判断部はポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の検知を行うことができる。

例えば、熱媒体流路に閉塞が生じた場合、熱媒体が滞留し、圧縮されることとなるが、ヒータを作動させている状態では加熱され、温度が上昇する。その後ポンプを停止することにより、圧縮され、加熱された熱媒体が逆流するので、温度検出器が検出する温度は、急激に変化する。したがって、上記のようにポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、熱媒体流路の閉塞の判断を行うことができる。したがって、熱媒体流路に設けられたカプラのプラグ及びソケットが接続されていない、又は接続が不十分である等の異常を検知できる。これにより、熱媒体の過熱による配管等の部品の破損を防止することができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、水素吸蔵合金を有し、水素を前記発電部に供給する水素供給部を備え、前記熱媒体流路は、前記水素供給部を加熱する加熱部を有することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、水素供給部を加熱する加熱部における異常を容易に判断できる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記判断部は、前記差が所定値以上であるか否かを判定し、前記差が所定値以上であると判定した場合、前記熱媒体流路が異常であることを示す異常情報を出力することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、熱媒体流路に閉塞が生じていることを検知し、外部に通知することができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記判断部は、前記差が所定値以上であるか否かを判定し、前記差が所定値以上でないと判定した場合、前記熱媒体流路が正常であることを示す正常情報を出力することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、熱媒体流路が正常であることを検知し、外部に通知することができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記判断部は、前記ポンプの停止と共に前記ヒータを停止させた後、前記熱媒体流路の異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、異常の判断において、ポンプを停止した後に、ヒータの作動による温度上昇を防止することができる。したがって、ポンプ停止前後の温度変化の差が顕著となり、異常の検知をより容易に行うことができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記判断部は、前記発電部が発電を開始した場合に異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、燃料電池の設置又は運転開始の際における異常を検知できる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記水素供給部は、交換可能であり、前記加熱部は、前記熱媒体流路の中途にカプラを介して設けられ、前記水素供給部の交換に伴って着脱可能であり、前記判断部は、前記水素供給部を交換した場合、異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、カプラのプラグ及びソケットが接続されていない、又は接続が不十分であることにより熱媒体流路に閉塞が生じた場合に、異常を検知することができる。

本開示の一実施形態に係る燃料電池は、前記水素供給部は、複数有り、前記熱媒体流路は、前記複数の水素供給部ごとに分岐している分岐流路と、該分岐流路夫々を開閉する開閉弁とを有し、前記加熱部は、前記分岐流路夫々に設けられ、前記開閉弁が一の水素供給部に係る前記分岐流路を開き、該一の前記水素供給部が水素を前記発電部に供給している場合において、他の前記水素供給部が交換されたとき、前記開閉弁は、前記一の水素供給部に係る前記分岐流路を閉じ、交換した前記水素供給部に係る分岐流路を開き、前記判断部は、異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、複数の水素供給部の内、一の水素供給部を交換した場合に、異常を検知することができる。

本開示の一実施形態に係る異常判断方法は、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池の前記熱媒体流路の異常を検知する異常判断方法において、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、該ヒータの上流側に設けられた温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断することを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の判断を行うことができる。

本開示の一実施形態に係るコンピュータプログラムは、水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池を制御するコンピュータに、該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、該ヒータの上流側に設けられた温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する処理を実行させることを特徴とする。

本開示の一実施形態によれば、ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて異常を判断する。したがって、容易に熱媒体流路の異常の判断を行うことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０ スタック（発電部）
２０ａ ＭＨボンベ（水素供給部）
２０ｂ 加熱部
４ 冷却水流路（熱媒体流路）
４０ 冷却ポンプ
４５ 第１ヒータ
４６ 第１温度センサ（温度検出部）
６ 加熱液流路（熱媒体流路）
６０ 加熱ポンプ
６１ 第２温度センサ（温度検出部）
６２ 第２ヒータ
６３１ 第１分岐流路
６３２ 第２分岐流路
６４１ 第１切換弁（開閉弁）
６４２ 第２切換弁（開閉弁）
６００，６０１，６０２ 弁付きカプラ（カプラ）
８０ 制御部（判断部）
８１ｂ 異常判断プログラム（コンピュータプログラム）
１００ 燃料電池
ΔＴ 温度差
Ｄ 所定値
Ｘ 所定時間

Claims (10)

1. 水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路と、
   該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、
   前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータと、
   該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器と、
   前記ヒータ及び前記ポンプを所定時間駆動させた後、前記ポンプを停止させ、前記温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する判断部と
   を備えることを特徴とする燃料電池。
2. 水素吸蔵合金を有し、水素を前記発電部に供給する水素供給部を備え、
   前記熱媒体流路は、前記水素供給部を加熱する加熱部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記判断部は、
   前記差が所定値以上であるか否かを判定し、
   前記差が所定値以上であると判定した場合、前記熱媒体流路が異常であることを示す異常情報を出力する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記判断部は、
   前記差が所定値以上であるか否かを判定し、
   前記差が所定値以上でないと判定した場合、前記熱媒体流路が正常であることを示す正常情報を出力する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の燃料電池。
5. 前記判断部は、前記ポンプの停止と共に前記ヒータを停止させた後、前記熱媒体流路の異常を判断する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載の燃料電池。
6. 前記判断部は、前記発電部が発電を開始した場合に異常を判断する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一つに記載の燃料電池。
7. 前記水素供給部は、交換可能であり、
   前記加熱部は、前記熱媒体流路の中途にカプラを介して設けられ、前記水素供給部の交換に伴って着脱可能であり、
   前記判断部は、前記水素供給部を交換した場合、異常を判断する
   ことを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれか一つに記載の燃料電池。
8. 前記水素供給部は、複数有り、
   前記熱媒体流路は、前記複数の水素供給部ごとに分岐している分岐流路と、該分岐流路夫々を開閉する開閉弁とを有し、
   前記加熱部は、前記分岐流路夫々に設けられ、
   前記開閉弁が一の水素供給部に係る前記分岐流路を開き、該一の前記水素供給部が水素を前記発電部に供給している場合において、他の前記水素供給部が交換されたとき、
   前記開閉弁は、前記一の水素供給部に係る前記分岐流路を閉じ、交換した前記水素供給部に係る分岐流路を開き、
   前記判断部は、異常を判断する
   ことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
9. 水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池の前記熱媒体流路の異常を検知する異常検知方法において、
   該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、
   前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、
   該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断することを特徴とする異常判断方法。
10. 水素及び酸素を反応させて発電する発電部に対して熱媒体の循環により熱交換を行う熱媒体流路を備える燃料電池を制御するコンピュータに、
    該熱媒体流路に設けられ、熱媒体を循環するポンプと、前記熱媒体流路に設けられ、熱媒体の加熱を行うヒータとを所定時間駆動し、
    前記ヒータ及び前記ポンプを停止し、
    該ヒータの上流側に設けられ、熱媒体の温度を検出する温度検出器が前記ポンプの停止前後に検出した温度の差に基づいて、前記熱媒体流路の異常を判断する
    処理を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

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