JPH0922711A - 燃料電池および燃料電池の故障診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料ガス供給源と燃料電池本体を連通する燃
料ガス供給配管に設けた開閉弁の故障診断を、非常に簡
単な構成で行うことができる燃料電池および燃料電池の
故障診断方法を提供すること。 【構成】 起動時に、第１の開閉弁１７と第２の開閉弁
１８とが閉弁された状態で、水素ガス圧センサ−２０が
検出するガス圧から、第１の開閉弁１７の故障診断を行
い、つづいて、第１の開閉弁１７を所定時間開弁した
後、閉弁し、閉弁から所定時間経過に、水素ガス圧セン
サ−２０が検出するガス圧から、第２の開閉弁１７の故
障診断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガス供給源と電池
本体の間の燃料ガス供給配管に開閉弁を備える燃料電池
およびその故障診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池において、運転停止時は燃料電
池本体へ燃料ガスを供給する必要はないので、燃料ガス
供給源と燃料電池本体の間の燃料ガス供給配管に開閉弁
を設け、燃料ガスの供給を停止させ、かつ、燃料ガスが
燃料電池外部へ漏れないようにしている。

【０００３】ところが、一般に燃料ガスは水素リッチな
可燃性のガスなので、より安全を確保することが要請さ
れ、そのため開閉弁の数を増やすことと開閉弁の速やか
な故障検出を行うこととが必要とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、開閉弁の数を
増やし、夫々の開閉弁についての故障診断を行うには、
故障診断のための部品が別途必要となり、構成の複雑
化、コストアップといった構成面での不利益を招くもの
である。本発明は、上記背景に鑑み、非常に簡便な構成
で、燃料ガス供給源と燃料電池本体の間に設けた２個の
開閉弁の故障診断をおこなうことが可能な燃料電池およ
び燃料電池の故障診断方法を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１記載の燃料電池は、燃料ガスと酸化剤ガス
の供給を受けて電気化学的な反応により発電を行う燃料
電池本体と、燃料ガス供給源からの燃料ガスを前記燃料
電池本体へ導く燃料ガス供給配管と、前記燃料ガス供給
配管に挿設された第１の開閉弁と、前記燃料ガス供給配
管に、燃料ガスの流れに対して、第１の開閉弁より下流
側に挿設された第２の開閉弁と、第１の開閉弁と第２の
開閉弁との間に設けられ、その間の前記燃料ガス供給配
管に存する燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ−とを
備えたことを特徴としている。

【０００６】また、請求項２記載の燃料電池は、請求項
１記載の燃料電池に対して、燃料ガス供給源は燃料タン
クからなり、圧力センサ−は、前記燃料タンクのガス圧
の制御と燃料の残量検知を行うための圧力センサ−を兼
用することをことを特徴としている。また、請求項３記
載の燃料電池は、請求項１または２記載の燃料電池に対
して、起動時に、第１、２の開閉弁が閉弁された状態に
おいて、圧力センサ−の検出値から、第１の開閉弁の故
障判定をおこない、つづいて、第１の開閉弁が開弁され
た後、閉弁された状態において、閉弁から所定時間経過
後に前記圧力センサ−の検出値から、第２の開閉弁の故
障判定をおこなう故障診断部を備えたことを特徴として
いる。

【０００７】また、請求項４記載の燃料電池の故障診断
方法は、燃料ガス供給源から燃料電池本体へ燃料ガスを
供給する配管に、第１の開閉弁と燃料ガスの流れに対し
て第１の開閉弁よりも下流側に第２の開閉弁とを挿設
し、第１の開閉弁と第２の開閉弁との間に、その間の前
記配管に存する燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ−
を設けた燃料電池において、起動時に、第１、２の開閉
弁を閉弁した状態で、前記圧力センサ−が検出する検出
値から、第１の開閉弁の故障診断をおこなうステップ
と、つづいて、第１の開閉弁を開弁した後、閉弁し、閉
弁から所定時間経過後に前記圧力センサ−が検出する検
出値から、第２の開閉弁の故障診断をおこなうステップ
とを有することを特徴としている。

【０００８】

【作用】請求項１記載の燃料電池によれば、起動時に、
第１、２の開閉弁を閉弁した状態で、その間の燃料ガス
供給配管内に存する燃料ガスの圧力を圧力センサ−で検
出することにより、第１の開閉弁の故障判定が行え、第
１の開閉弁を所定時間開弁した後閉弁し、閉弁から所定
時間経過後に前記圧力センサ−で同燃料ガスの圧力を検
出することにより、第２の開閉弁の故障判定が行える。

【０００９】請求項２記載の燃料電池によれば、起動時
には、圧力センサ−により、請求項１記載の燃料電池と
同様の作用が得られ、運転時には、同じセンサ−が用い
られて、燃料タンクのガス圧の制御と燃料の残量検知が
行われる。請求項３記載の燃料電池によれば、起動時
に、故障診断部が、第１、２の開閉弁が閉弁された状態
で、その間の燃料ガス供給配管内に存する燃料ガスの圧
力を検出する圧力センサ−の検出値から、第１の開閉弁
の故障判定を行い、つづいて、第１の開閉弁が開弁され
た後、閉弁された状態において、閉弁から所定時間経過
後の前記圧力センサ−の検出値から、第２の開閉弁の故
障判定を行う。

【００１０】請求項４記載の燃料電池の故障診断方法に
よれば、起動時に、第１、２の開閉弁を閉弁した状態
で、その間の配管内に存する燃料ガスの圧力を圧力セン
サ−で検出することにより、第１の開閉弁の故障診断を
行い、つづいて、第１開閉弁を開弁した後閉弁し、閉弁
から所定時間経過後に前記圧力センサ−で同燃料ガスの
圧力を検出することにより、第２開閉弁の故障診断を行
う。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら具体的に説明する。図１は、本発明の一実施例
に係る燃料電池の概略構成図である。図に示すように、
本燃料電池は、主として、水素吸蔵合金が充填されてい
る燃料タンク１０と、水素と空気の供給を受けて電気化
学的な反応により発電を行う燃料電池本体１２と、燃料
電池を安全に効率良く運転すること等を目的とする制御
（制御内容については後に詳述する）を行う制御部２４
とから構成されており、前記燃料タンク１０と前記燃料
電池本体１２とは、燃料タンク１０から燃料電池本体１
２へ水素を供給するための水素供給配管Ｓで接続されて
いる。

【００１２】そして、空気供給ファン１１は、燃料電池
本体１２へ空気を供給するためのものであり、供給され
燃料電池本体１２で発電に供された空気は排ガスとなっ
て、ダンパ１５に導かれる。また、触媒燃焼器１３は、
燃料電池本体１２から排出される未反応の水素ガスを処
理するものであり、処理された水素ガスは燃焼ガスとな
って排出され前記排ガスと合流して、ダンパ１５に導か
れる。そして、ダンパ１５は、導かれた排ガスと燃焼ガ
スの流路調節をするものであり、ダンパ駆動モ−タ１６
で回動される。

【００１３】また、前記水素供給配管Ｓには、水素の流
れに対して上流側から順に、開閉により水素の給止を行
う第１開閉弁１７と同じく開閉により水素の給止を行う
第２開閉弁１８と燃料電池本体１２内での水素の内圧を
一定に保つように作動する圧力調整弁１９とが挿設され
ている。さらに、前記燃料タンク１０には、当該タンク
内の温度を検出する温度センサ−２１が、第１開閉弁１
７と第２開閉弁１８との間の前記水素供給配管Ｓには、
第１開閉弁１７と第２開閉弁１８の間に存する配管Ｓ内
の水素ガスの圧力を検出する水素ガス圧センサ−２０が
設けられている。

【００１４】そして、前記燃料タンク１０内の水素残量
の表示を行う残量表示計２２と、第１開閉弁故障ラン
プ、第２開閉弁故障ランプ、ＯＫランプの３個のランプ
（図示せず）を備えた故障表示装置２３とが制御部２４
に接続されている。なお、水素ガス圧センサ−２０は、
第１開閉弁が開かれた状態では、実質的に燃料タンク１
０内の水素ガスの圧力を検出していることになる。

【００１５】上記のように構成された本燃料電池の制御
部２４における動作について、１．燃料タンク１０内の
水素残量の演算、２．ダンパ−の回動制御、３．第１、
２開閉弁の故障診断に分けて説明する。 （１．燃料タンク１０内の水素残量の演算）燃料タンク
１０内の水素残量は、水素ガス圧センサ−２０が検出す
るガス圧情報と温度センサ−２１が検出する温度情報と
から水素吸蔵合金のＰＣＴ特性に基づいて演算される。

【００１６】ＰＣＴ特性とは、水素吸蔵合金において、
水素ガスの圧力と温度と水素吸蔵量の間に一定の関係が
ある性質であり、水素吸蔵時と放出時で若干の差が生じ
るが、本実施例で用いるのは、図２に示す放出時のＰＣ
Ｔ特性である。なお、このＰＣＴ特性は予め制御部２４
に記憶されている。制御部２４は、水素ガス圧センサ−
２０が検出するガス圧情報と温度センサ−２１が検出す
る温度情報とから予め記憶されている水素吸蔵合金のＰ
ＣＴ特性に基づいて、燃料タンク１０内の水素ガスの量
を演算し、その結果を残量表示計２２へ出力する。そし
て、燃料タンク１０内の水素ガスの量の情報をうけとっ
た残量表示計２２は、その情報に応じた燃料タンク１０
内の水素ガスの残量を表示する。 （２．ダンパ−の回動制御）ダンパ−の回動制御は、水
素ガス圧センサ−２０が検出するガス圧情報に基づいて
行われる。

【００１７】制御部２４は、水素ガス圧センサ−２０が
検出する燃料タンク内の水素ガスの圧力が、予め定めら
れている所定の圧力Ｐｄ１より小さくなると、ダンパ−
駆動モ−タ１６の駆動によってダンパ−１５を回動さ
せ、燃料電池本体１２からでる排ガスと触媒燃焼器１３
からでる燃焼ガスを燃料タンク１０の周囲へ導き、その
中に充填されている水素吸蔵合金を温めることによっ
て、水素ガスの放出量を増やし、一方、水素ガス圧セン
サ−２０が検出する燃料タンク内の水素ガスの圧力が、
予め定められている所定の圧力Ｐｄ２より大きくなる
と、ダンパ−駆動モ−タ１６の駆動によってダンパ−１
５を回動させ、燃料電池本体１２からでる排ガスと触媒
燃焼器１３からでる燃焼ガスを燃料タンク１０の周囲へ
導くことなく排出する。ここで、Ｐｄ１、Ｐｄ２は、発
電に要する十分な量の水素を燃料電池本体へ安定して送
出することができるような圧力に設定され、Ｐｄ１とＰ
ｄ２の大小関係は、Ｐｄ１＜Ｐｄ２である。以上の制御
により、燃料タンク１０内の水素ガス圧力がほぼＰｄ１
〜Ｐｄ２の間に保たれた状態で、本燃料電池は運転され
ることになる。 （３．第１、２開閉弁の故障診断）第１、２開閉弁の故
障診断は、水素ガス圧センサ−２０が検出するガス圧情
報を利用して行われる。

【００１８】本燃料電池起動時に制御部２４が行う第
１、２開閉弁の故障診断の動作を、図３に示すフローチ
ャートに基づいて説明する。本燃料電池起動時には、第
１、２開閉弁は、共に閉弁されており、この状態で、制
御部２４は、水素ガス圧センサ−２０が検出する水素ガ
ス圧Ｐを読み込む（ステップＳ１０）。読み込んだ水素
ガス圧Ｐと予め設定しておいた圧力Ｐｍ１とを比較し
（ステップＳ１１）、ＰがＰｍ１以上の場合は、故障表
示装置２３の第１開閉弁故障ランプを点灯させて（ステ
ップＳ１２）処理を終了する。ここで、圧力Ｐｍ１は、
後述するステップＳ１６の処理で用いる圧力Ｐｍ２より
やや低めの所定の値に設定されている。なお、圧力Ｐｍ
２は、常温における燃料タンク１０内の水素ガス圧力と
略等しい値に設定されている。したがって、本燃料電池
起動時に、第１開閉弁を閉弁した状態で検出した、配管
Ｓ内の第１開閉弁１７に対して燃料タンク１０の反対側
の圧力Ｐが、燃料タンク１０内の水素ガス圧よりやや低
めに設定した圧力Ｐｍ１以上の値を示した場合には、第
１開閉弁１７に「漏れ」が発生しているということにな
るので、上記の方法で第１開閉弁１７の故障診断を行う
ことができるのである。

【００１９】一方、ステップＳ１１で、検出圧力Ｐが設
定圧力Ｐｍ１より低かった場合は、処理はステップＳ１
３に進み、第１開閉弁１７を一旦開弁し、２秒後に再び
閉弁し（ステップＳ１４）、閉弁から５秒経過後に、水
素ガス圧センサ−２０が検出する水素ガス圧Ｐを読み込
む（ステップＳ１５）。読み込んだ水素ガス圧Ｐと予め
設定しておいた前記圧力Ｐｍ２とを比較し（ステップＳ
１６）、ＰがＰｍ２以下の場合は、故障表示装置２３の
第２開閉弁故障ランプを点灯させて（ステップＳ１７）
処理を終了する。つまり、第２開閉弁１８を閉弁したま
まで、第１開閉弁１７を一旦開弁することにより、配管
Ｓ内の両開閉弁間の圧力を燃料タンク１０内の圧力と略
同等までに高め、再び第１開閉弁１７を閉弁してから５
秒経過後に検出される圧力Ｐが、燃料タンク内の圧力と
略同等の値に設定されている圧力Ｐｍ２より低い値を示
した場合には、第２開閉弁１８に「漏れ」が発生してい
るということになるので、上記の方法で第２開閉弁１８
の故障診断を行うことができるのである。なお、第１開
閉弁１７の開弁時間を２秒としたのは、それが、配管Ｓ
内の両開閉弁間の圧力を燃料タンク１０内の圧力と略同
等までに高めるのに十分な時間であり、それ以上では、
徒に時間を無駄にすることとなり、それ以下では、配管
Ｓ内の両開閉弁間の圧力を燃料タンク１０内の圧力と略
同等までに高められない虞があるからである。また、第
１開閉弁１７の閉弁から圧力検出までの時間を５秒とし
たのは、第２開閉弁に「漏れ」故障が発生していた場合
に、配管Ｓ内の両開閉弁間の圧力低下を生じるのに十分
な時間であり、それ以上では、徒に時間を無駄にするこ
ととなり、それ以下では、故障検出ができる程に十分な
圧力低下が得られない虞があるからである。

【００２０】そして、ステップＳ１６で、検出圧力Ｐが
設定圧力Ｐｍ２以上であった場合は、処理はステップＳ
１８に進み、故障表示装置２３のＯＫランプを点灯させ
て処理を終了する。なお、本実施例で用いた、第１開閉
弁の開弁時間（２秒）や第１開閉弁閉弁後圧力検出する
までの時間（５秒）や水素吸蔵合金のＰＣＴ特性等は、
燃料電池の仕様や水素吸蔵合金の種類に応じて適宜変更
されるものである。

【００２１】また、本実施例では、燃料ガス供給源とし
て、水素吸蔵合金が充填されている燃料タンクを用いた
が、これに限定されるものではなく、例えば、既設の天
然ガスや都市ガス等を用いてもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上、請求項１記載の発明に係る燃料電
池によれば、燃料ガス供給源と燃料電池本体の間の燃料
供給配管に設けた第１、２の開閉弁の故障判定が、前記
開閉弁の間に、前記燃料供給配管に存する燃料ガスの圧
力を検出する圧力センサ−を設けただけのすこぶる簡便
な構成で行え、かつ、同センサ−で燃料ガス供給源の燃
料ガスの圧力を検出することができるといった効果を有
する。

【００２３】また、請求項２記載の発明に係る燃料電池
によれば、第１、２の開閉弁の故障判定の為の圧力セン
サ−は、燃料タンクのガス圧の制御と燃料の残量検知を
行うための圧力センサ−を兼用するので、請求項１記載
の燃料電池の効果に加えて、部品の共有化によるコスト
ダウンが得られると言った効果を有する。また、請求項
３記載の発明に係る燃料電池によれば、起動時に、故障
診断部が、第１、２開閉弁が閉弁された状態において、
圧力センサ−の検出値から、第１の開閉弁の故障判定を
行い、つづいて、第１開閉弁を開弁した後閉弁し、閉弁
から所定時間経過後の前記圧力センサ−の検出値から、
第２の開閉弁の故障診断を行うので、請求項１または２
記載の燃料電池と同様な効果を有する。

【００２４】また、請求項４記載の発明に係る燃料電池
の故障診断方法によれば、燃料ガス供給源と燃料電池本
体の間の燃料ガス供給配管に設けた第１、２の開閉弁の
故障診断が、起動時に、第１、２開閉弁を閉弁した状態
で、その間の配管内に存する燃料ガスの圧力を圧力セン
サ−で検出し、つづいて、第１開閉弁を開弁した後閉弁
し、閉弁から所定時間経過後に前記圧力センサ−で同燃
料ガスの圧力を検出することにより行うといったすこぶ
る簡便な方法によって実施することができるといった効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る燃料電池の概略構成を
示す図である。

【図２】上記実施例における水素吸蔵合金のＰＣＴ特性
を示す図である。

【図３】上記実施例における制御部２４の一処理手順を
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 燃料タンク １２ 燃料電池本体 １７ 第１開閉弁 １８ 第２開閉弁 ２０ 水素ガス圧センサ− ２４ 制御部 Ｓ 水素供給配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷲見 晋吾 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて電
   気化学的な反応により発電を行う燃料電池本体と、 燃料ガス供給源からの燃料ガスを前記燃料電池本体へ導
   く燃料ガス供給配管と、 前記燃料ガス供給配管に挿設された第１の開閉弁と、 前記燃料ガス供給配管に、燃料ガスの流れに対して、第
   １の開閉弁より下流側に挿設された第２の開閉弁と、 第１の開閉弁と第２の開閉弁との間に設けられ、その間
   の前記燃料ガス供給配管に存する燃料ガスの圧力を検出
   する圧力センサ−と、 を備えていることを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 前記燃料ガス供給源は燃料タンクからな
   り、前記圧力センサ−は、前記燃料タンクのガス圧の制
   御と燃料の残量検知を行うための圧力センサ−を兼用す
   ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
3. 【請求項３】 起動時に、 前記第１、２の開閉弁が閉弁された状態において、前記
   圧力センサ−の検出値から、第１の開閉弁の故障判定を
   おこない、 つづいて、第１の開閉弁が開弁された後、閉弁された状
   態において、閉弁から所定時間経過後に前記圧力センサ
   −の検出値から、第２の開閉弁の故障判定をおこなう故
   障診断部を備えたことを特徴とする請求項１または２記
   載の燃料電池。
4. 【請求項４】 燃料ガス供給源から燃料電池本体へ燃料
   ガスを供給する配管に、第１の開閉弁と燃料ガスの流れ
   に対して第１の開閉弁よりも下流側に第２の開閉弁とを
   挿設し、第１の開閉弁と第２の開閉弁との間に、その間
   の前記配管に存する燃料ガスの圧力を検出する圧力セン
   サ−を設けた燃料電池において、 起動時に、 第１、２の開閉弁を閉弁した状態で、前記圧力センサ−
   が検出する検出値から、第１の開閉弁の故障診断をおこ
   なうステップと、 つづいて、第１の開閉弁を開弁した後、閉弁し、閉弁か
   ら所定時間経過後に前記圧力センサ−が検出する検出値
   から、第２の開閉弁の故障診断をおこなうステップと、 を有することを特徴とする燃料電池の故障診断方法。