WO2007013667A1

WO2007013667A1 - 燃料電池システムおよびガス漏れ検知装置

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Publication number: WO2007013667A1
Application number: PCT/JP2006/315257
Authority: WO
Inventors: Koji Katano; Keigo Suematsu; Nobuhiro Tomosada
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-07-27
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-02-01
Also published as: DE112006001940T5; DE112006001940B4; US8563191B2; US20100151343A1; JP2007035446A; CN101233641B; CN101233641A; JP5070685B2

Abstract

　本発明の燃料電池システムは、通常モードとガス漏れ検知モードとを有し、燃料電池と、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、燃料ガス供給部から供給される燃料ガスを燃料電池に導く流路に設けられ、燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、遮断弁と燃料電池との間の流路に設けられ、燃料ガスの供給方向に対して下流側の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、を備える。この燃料電池システムでは、通常モードにおいて、可変調圧弁の調圧値を通常発電を行うための通常発電用調圧値に設定し、ガス漏れ検知モードにおいて、遮断弁を閉弁し、可変調圧弁の調圧値を、通常モードの終了時の通常発電用調圧値よりも高く設定し、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知を行う。可変調圧弁の調圧値を、このように設定することにより、遮断弁と可変調圧弁との間の流路内における燃料ガスの圧力を、迅速に減圧することができる。

Description

明細書燃料電池システムおよびガス漏れ検知装置技術分野

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、その遮断弁からの燃料ガスの漏れを検知する技術に関する。背景技術

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ユレータ（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に位置するレギユレータの中で、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ユレータから下流側の所定区間の流路（以下、漏れ検知用流路とも呼ぶ。）を減圧処理した後、漏れ検知用流路内であって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、高圧レギユレータの上流側の圧力を、高圧レギユ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、高圧レギユレ一夕の上流側に設けられる圧力センサを用いず、高圧レギユ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、高圧レギユ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、特開 2 0 0 3— 3 0 8 8 6 8号公報に言己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。

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、高圧レギユレ一夕の上流側の圧力を、高圧レギユ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、上記公報に記載ざれる技術のように、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.ことになリ、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。発明の開示

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達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、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^^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、前記通常発電用調圧値よリも高く設定する第 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 i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。

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で、前記燃料電池に減圧発電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。従つて、遮断弁からの燃料ガスの漏れ検知かかる時間をよリ短縮することができる。上記燃料電池システムにおいて、

前記流路において、前記可変調圧弁よリ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、 l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リ低くなつた場-合に、—前記圧力、測定部によ—つて測定され.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ようにしてもよい。

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、

前記流路において、前記可変調圧弁よリ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:う高圧調圧弁を備え、

前記可変調圧弁と前記高圧調圧弁とは、一体に形成するようにして.も-よい。- このようにすれば、流路において、可変調圧弁と高圧調圧弁とで形成される区間に対して、可変調圧弁より下流側の区間の体積比率を大きくすることができるの—で、流路における可変調圧弁と高圧調圧弁との間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、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、前記通常発電用調圧値よリも高く設定する第 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爵れ検知を行うガス漏れ検知実行部と、

を備え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。

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、そのようなコンビュタプロダ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 lL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いし、本発明の機能を果たす部分みを構成するものとしてもよい。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施例における燃料電池シス—テム 1 0 0の構成を示すブロック - . 図である。

図 2は、図 1の燃料電池システム 1 0. 0の通常発電時において可変低圧レギユレ一タ 2 2 0の調圧値を推移させた場合の.低圧部圧力値 P k 3と発電電流 Iとの関译を表わすグラフである。

図 3は、図 1の燃料電池システム 1 P 0における水素漏れ検知処理を示すフロチヤー卜である。

図 4は、図 3のステップ S 3 0の処理において可変低圧レギユレ一夕 2 2 0の調圧値を漏れ検知設定値に設定した場合の低圧部圧力値 P k 3を表わすグラフである。発明の実施するための最良の形態

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： ' A 1 . 装置全体の説明：

A 2 . 水素漏れ検知処理：

B . 変形例：に実施例：

A 1 . 装置全体の説明：

図 1は、本発明の一実施例における燃料電池システム 1 0 0の構成を示すブロック図である。この燃料電池システム 1 0 0は、主に燃料電池 1 0と、水素タンク 2 0と、遮断弁 2 0 0と、高圧レギュレータ 2 1 0と、—-可変低圧レギュレータ 2 2 0と、圧力センサ P 1， P 2 , P 3と、電流センサ 3 2 0と、ブロワ 3 0と、制御部 4 0 0と、加湿器 6 0と、循環ポンプ 2 5 0とを備えている。

本実施例の燃料電池システム O Oは、燃料電池 1 0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 1 0 0の運転を停止す—る際に遮断弁 2 . 0 0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 2 0 0を閉弁させて、遮断弁 2 0 ,0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 ό_

燃料電池 1 0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、力ソードと呼ぷ。）とを配置した構成となっている。燃料電池 1 0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、力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 1 0は、..生じた電力を燃料電池 1 0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 1 0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 1 0のアノードガスが流れる流路をァノード流路 2 5と呼ぷ。

燃料電池 1 0のァノード流路 2 5は、ァノード排ガス流路 2 6と接続され、このァノード排ガス流路 2 6上には < パージ弁 2 4 0が設けられている。燃料電池システム 1 0 0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 2 6を介し、パージ弁 2 4 0から外部へ排出（パージ）される。 - .

アノード排ガス流路 2 6において、パージ弁 2 4ひ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 2 4へ接続されるガス循環流路 2 8が設けられている。このガス循環流路 2 8上には、循環ポンプ 2 5 0が設けられる。このガス循環流路 2 8は、循環ポンプ 2 5 0によって勢いをつけて送りだされたァノード排ガスを、ァノ- ドガス供給流路 2 に導ぐ。このように:ガス循環 - - 流路 2 8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、ァノード排ガスに含まれる水素ガスは、循環じて、アノードガスとして再び発電に使用される。

ブロワ 3 0は、酸化ガスとしての空気を燃料電池 1—0のカソ一ド側供給するための装置である。ブロワ 3 0は、.力ソードガス供給流路 3 4を介して燃料電池 1 0の力一ソード側に接続されている。力ソードガス供給流路 3 4には、加湿器 6 0が設けられている。ブロワ 3 0で圧縮された空気は、加湿器 6 0によって加湿された後に燃料電池 1 0に供給される。燃料電池 1 0には、力ソード排ガス流路 3 6が配されておし丄、電気化学反応に供された後の力ソー (^からの排ガスは、カソード排ガス流路 3 6を通じて外部に排出される。 . . — .

水素タンク 2 0は、高圧の水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、ァノードガス供給流路 2 4 -を介して燃料電池 1- 0の-ァノード流路 2 5に接続されている。.ァノードガス供給流路 2 4上において、水素タンク 2 0から近い順番に、遮断弁 2 0 0と、高圧レギュレータ 2 1 0と、可変低圧レギュレータ 2 2 0とが設けられている。

遮断弁 2 0 0は、閉弁時には水素タンク 2 0からアノードガス供給流路 2 4へ水素ガスの供給を遮断し、開弁時には水素タンク 2 0からアノードガス供給流路 2 4へ水素ガスを供給する。

高圧レギユレータ 2 1 0は、水素タンク 2 0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 1 0 0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ユレータ 2 2 0は、高圧レギユレータ 2 1 0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つている。この場合、後述する制御部 4 0 Gが、この可変低圧レギュレー-タ 2 2ひを制御して、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 2 4において、遮断弁 2 0 0と高圧レギュレ ^タ 2 0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 "I ) とも呼ぷ。アノードガス供給流路 2 4において、高圧レギュレータ 2 1 0と可変低圧レギュレー - タ 2 2 0に挟まれた流路を中圧部（図 1 ) とも呼ぶ。この中圧部は、高圧レギユレ一タ 2 1 0の下流にあるめ、高圧部よりも圧力が^ (氐くなつている。：ァドガス供給流路 2 4において、可変低圧レギユレータ 2 2 0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。の低圧部は、可変低圧レギユレダ 2 2 0の下流にあるため中圧部よりも圧力が低くなつている。

また、アノードガス供給流路 2 4において、図に示すように、高圧部、中圧部、 . および、低圧部に、それ—ぞれ圧力センサ!³ 1 , P 2 , P 3が設けられている。後述する漏れ検知実行部 4 1 0は、これら圧力センサ P 1 , P 2 , P 3からそれぞれ圧力値 ( P a :パスカル）を検出する。この場合、圧力センサ P 1 , P 2 , P 3で検出される圧力値を、それぞれ高圧部圧力値 P k. 1、中圧部圧力値 P k 2、および、低圧部圧力値 P k 3と呼ぶ。なお、高圧部圧力値 P k 1、中圧部圧力値 P k 2、低圧部圧力値 P k 3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 P 1が設置される高圧部は、非常に圧力が高くなリ、そのため、圧力センサ P 1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、あまリ良くない。一方、圧力センサ P 2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 P 1ほどの耐圧仕様とする必要がないので、圧力センサ P 1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 1 0には、電流センサ 3 2 0が設けられている。後述する制御部 4 0 0は、この電流センサ 3 2 0から、燃料電池 1 0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と呼ぷ。） -を検出する。 '-- - 制御部 4 0 0は、マイクロ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 C P U (図示せず）と、 C P U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 R O M (図示せず h—と、同じく C P U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 R A-TVI (図示せず）と、各镡信号を入出力する入出力ポート（図示せず) .等.を備える。制御部 4 0-ひは、通常発電時 (通常モード）では、第 1の可変調 |Ξ弁制御部 4 Q 2として機能.し、'水素漏れ検知処理時（ガス漏れ検知モード）では、 .第 2の可変調！ ¾弁制御部 4 0 4 , 遮断弁制御部 4 0 6，減圧発電制御部 4 0 8 , ガス漏れ検知実行部 4 1 0として機能する。

燃料電池システム 1 0 0が通常発電時（通常モード）の場合に、第 1の可変調圧弁 · 制御部 4 0 2は、外部からの負荷要求（発電要求）に対応させて、可変低圧レギユレータ 2 2 0の調圧値を適宜調整する。.例えば、第 1の可変調圧弁制御部 4 0 2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 Lレータ 2 2 0の調圧値を高く調整し、すなわち、アノードガス供給流路 2 4の低圧部に流れる水素ガス流量を多くする。

図 2は、図 1の燃料電池システム 1 0 0の通常発電時において可変低圧レギユレ一タ 2 2 0の調圧値を推移させた場合の低圧部圧力値 P k 3と発電電流 Iとの関係を表わすグラフである。第 1の可変調圧弁制御部 4 0 2によって、可変低圧レギユレータ 2 2 0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 P k 3 が変動し、それに略比例して発電電流- 1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 I m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 2 2 0の調圧値を、通常最大圧力値 P mとも呼ぶ。

なお、燃料電池 1 0の通常発電の終了畤における可変低圧レギュレータ 2 2 0の調圧値を調圧値 P xとする。従って、撚料電池 1 0の通常発電終了時において、低圧部圧力値 P k 3は、調圧値 P xとなっている。

ま、制御部 4 0 0は、通常発電時（通常モード）において、第 1の可変調圧弁制御部 4 0 2として機能して、可変低圧レギレタ 2 2 0を可変調整する他、燃料電 -- - 池システム 1 0 0を構成する各部、—すなわち、プロ.ヮ 3 0 ; 加湿器- 6 0、 _遮断弁 2 0 0、循環ポンプ 2 5 0、および、パージ弁 2 4 0等に駆動信号を出力し、燃料電池システム 1 0 0全体の運転状態を勘案-して、——ごれらの制御も行う。

ところで、制御部 4 0 0は、水素漏れ検知処理時- (ガス漏れ検知モード>では、前 - 述したとおり、第 2の可変調圧弁制御部 4 0 4 , 遮断弁制御部 4·Θ 6 -, 減圧発電制御. 部 4 0 8 , ガス漏れ検知実行部 4 ί θとして機能する。これら第 2の可変調圧弁制御 - 部 4 0 4 , 遮断弁制御部 4. 0 6 , 減圧発電制御部 4 0 8 , ガス漏れ検知実行部 4 1 0 は、燃料電池システム 1 0 0を構成する各部を制御し、ます )Ξ力センサ P -1 , Ρ 2 , Ρ 3から、それぞれ、圧力値を検出し、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知処理を行う。

A 2. 水素漏れ検知処理：

図 3は、図 1の燃料電池システム 1 Ό 0における水素漏れ検知処理を示すフローチヤー卜である。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 1 0 0が通常発電を行った後、運転を停止する場合に、遮断弁 2 0 0を閉弁させ、遮断弁 2 0 0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、遮断弁制御部 4 0 6は、遮断弁 2 0 0を閉弁させる（ステップ S 1 0 ) 。

次に、減圧発電制御部 4 0 8は、燃料電池システム 1 0 0の各部を制御して、燃料電池 1 0において発電を開始する（ステップ S 2 Q ) 。このようにすれば、アノードガス供給流路 2 4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、第 2の可変調圧弁制御部 4 0 4.は、可変低圧レ-ギユレタ 2 2 0の調圧値を、設定値 P n . (以下、漏れ検知設定値 P nとも呼ぷ。）に設定する（ステップ S—3 0 ) 。

図 4は、図 3のステップ S 3 0の処理において可変低圧レギュレ一タ 2 2 0の調圧値を漏れ検知設定値に設定した場合の低圧部圧力値 P k 3を表わすグラフである。図 3のステップ S 3 0の処理において、漏れ検知設定値 P nは、通常発電の終了時における可変低圧レギユレータ 2 2 0の調圧値 P Xより高い値に設定される。従って、第 2の可変調圧弁制御部 4 0 4によって、可変低圧レギュータ 2 2 Qの調圧値が漏れ検知設定値 P nに設定されると、図 4に示すように、低圧部圧力値- P k 3は、通常発電の終了時における調圧値 P X .よりも上昇する。

次に、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、圧力センサ P 2から中圧部圧力値 P k 2を検出する。そして、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、検出した中圧部圧力値 P k 2が、高圧レギユレータ 2 1 0の調圧値 Qより低ぐなつたか否かを判断する（ステップ >S 4 0 ) 。この場合、 if 出した中圧部圧力値 P k 2力高圧レギユレ一タ 2 Ί 0の調圧値 Qよりも低くなつたということは、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。

" ス漏れ検知実行部 4 1 0は、検出した中圧部圧力値 P 2が、高圧レギユレータ 2 1 0の調圧値 Qより低くなつていない場合（ステップ S 4 0 ： N O、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 P k 2が高圧レギユレータ 2 1 0の調圧値 Qより低-くなるまで待機する。

一方、ガス漏れ検知実行部 4 1では、検出した中圧部圧力値 P k 2が、高圧レギュレ一タ 2 1 0の調圧値 Qより低くなつた場合（ステップ S 4 0 ： Y E S , 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）卜こは、燃料電池システム 1 0 0の各部を制御して、燃料電池 1 0において減圧発電を停止する（ステップ S 5 0 ) 。

そして、高圧部と中圧部の圧力が、略同程度になった後、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、圧力センサ P 2から検出される中圧部圧力値 R k_2を参照して、 -遮断弁 2 0 0 の水素漏れ検知を行う（ステップ S 6 0 ) 。この場合、アノード流路 2 5は、非常に圧力損失が高いので、アノードガス供給流路 2 4 (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。すわち、-ガス漏れ検知実行部 4 1 0ほ、減圧発電停止後、まず、圧力センサ P 2から中圧部圧力値 P k 2-を検出し、所定時間待機する。所定時間待機後、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、再度、圧力センサ P 2から中圧部圧力値 P k 2—を検出する。，そ-して、ガス漏れ検知実行部 4 1 0- は、'最初に検出した中圧部圧力値 P k 2と、所定時間経過後に検出した中圧部圧力値 P k 2との差の絶対値を算出するガス漏れ検知実行部.4 1 0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 2 0 0から水素ガス漏れが発生している、すなわち、遮断弁 2 0 0に異常があると判断する。この場合、遮断弁 2 - 0 0からの水素ガス漏れには、水素.タンク 2 0からの水素ガスを遮断しきれず、水素タンク 2 0からァノードガス供給流路 2 4へ水素ガスが漏れている場合や、遮断弁 2 0 0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、ガス漏れ検知実 . 行部 4 1 0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 2 0 0から水素ガス漏れが発生しておらず、すなわち、遮断弁 2 0 0に異常がないと判断する。 .そして、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、この水素漏れ検知処理を終了する。

なお、上記した説明では、図 3のステップ S 3 0において、第 2の可変調圧弁制御部 4 0 4が、可変低圧レギュレータ 2 2 0の調圧値（低圧部圧力値） P k 3を、漏れ検知設定値 P nに設定する際、その漏れ椟知設定値 P nは、通常発電の終了時における可変低圧レギユレータ— 2 2 0の調圧値 P X .より高い値に設定されているものとして- 説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。通常発電時に可変低圧レギユレータ 2 2 0が調圧する基準の調圧レンジが、 P I_ < P k 3 < P H ( Pし-基準下限調圧値， P H =基準上限調圧値）であるとした場合、水素漏れ検知時では、上記の漏れ検知設定値 P nを基準上限調圧値 P Hよ高い値に設定するという構成であってもよい。

' 以上のように本実施例の燃料電池システム 1 0 0では、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知処理（図 3 ) において、遮断弁 2—0 0を閉弁後可変低圧レギユレ一タ 2^2.0の調圧値を、通常発電終了時の調圧値 P Xよりも高い値に設定し、低圧部圧力値 P k 3を調圧値 P Xより上昇させるようにしている。： Lのようにすれば、アノードガス供給流路 2 4における中圧部および高圧部の水素ガスの圧を、-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 P 2を、高圧.レギユレ一夕 2 1 0の調圧値よ . リも、素早く低ぐすることができ、遮断弁 2. Q 0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 1 0 0では、.遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知処理 (図 3 ) において、可変低圧レギユレータ 2 2 0の調圧値を、通常発電終了時の調圧値 Ρ Xよりも高い値に設定し、低圧部圧力値 P k 3を調圧値 P Xよリ上昇させると共に Γ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 2 4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 P k 2を、高圧レギユレータ 2 1 0の調圧値 Qよりも、素早く低くすることができ、遮断弁 2 0 0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 1 0 0では、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知処理（図 3 ) において、圧力センサ P 1から検出した高圧部圧力値 P k 1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 P-2から検出した中圧部圧力値 P k 2を参照して、遮断弁 2 0 0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 P 1よりも精度のいい圧力センサ P 2を用いて、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知（図 3、ステップ S 6 0 )·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。

B 1 . 変形例 1 ：

上記実施例の燃料電池システム 1 0 .0では、高圧レギュレータ 2 1 0と可変低圧レギユレータ 2 2 0の 2つのレギユレ-一タを用いているが、 .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 2 1 0と可変低圧レギュレー—タ 2 2 0とを一体化させた一つのレギュレータ Z Zを用いるようにしてもよい。この場合、'レギュレータ Z Z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、レギユレータ Z Z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 1 0 0において、-高圧レギユレータ 2 1 0と可変低圧レギユレータ 2 2 0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、ょリ迅速に減圧することができる。

B 2. 変形例 2 _:

上記実施例の燃料電池システム 1 0 0では、水素ガスの供給源として、水素タンク 2 0を使用しているが、本発明は、これ限られるものではない。例えば、水素タン - ク 2 0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つて水素を生成し、それを、遮断弁 2 0 0等を介して燃料電池 1 0のアノード流路 2 5へ供給するものとしてもよい。

B 3 . 変形例 3 _:

上記実施例の燃料電池システム 1 0 0のアノードガス供給流路 2 4 (図 1 ) において、圧力センサ P 2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 Y Y (図示せず). を配設するようにしても rよい。- この場合、水素漏れ検知処理（図 3 ) において、ステップ S 5 0の処理後、-遮断弁 Y Yを閉弁させ、その後、ステツプ S 6 0の処理で、 Jg断弁 2ひ0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 2 4において、遮断弁 Y Y .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 1 . 0の內 - 部等から水素ガスの漏れが生じていても、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知の結果に、影響しないので、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知を精度よく行うことができる。

B 4 . 変形例 4 ：

上記実施例の燃料電池システム 1 0 0では、 ·水素ガスのガス圧を調整するレギユレ . ータは、高圧レギュレータ 2 1 0および可変低圧レギュレータ 2 2 0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以上のレギユレ一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 2 4の低圧部にレギユ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 1 0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。

B 5 . 変形例 5 ：

上記実施例の燃料電池システム 1 0 0において、第 1及び第 2の可変調圧弁制御部 4 0 2 , 4 0 4は、可変低圧レギユレ一夕 2 2 0を空気圧により制御するようにしてもよい。この場合、第 1及び第 2の可変調圧弁制御部 4 0 2 , 4 0 4は、可変低圧レギュレータ 2 2 0に送る空気圧を調整することによリ、-可変低圧-レギュレータ 2 2 0 の調圧値を調整する。

B 6 . 変形例 6 ：

上記実施例の燃料電池システム 1 0 0では、.水素漏れ検知処理（図 3 ) において、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、圧力センサ P 2から検出した中圧部圧力値 P k 2を参照して、遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知をうようにし-ているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、ガス漏れ検知実行部 4 1 0は、水素漏れ検知処理（図 3 ) のステップ S 4 0の処理に代えて、圧力センサ P 3から低圧部圧値 P. k 3 -を検出し、その低圧部圧力値 P k 3力可変低圧.レギユレータ 2 2 0の調圧値 P ηより低くなつた場合、すなわち、低圧部、中圧部、および、高圧部の圧力が、そ—れぞれ等しぐなづた場合に、減圧発電を停止させて- (ステップ S 5ひ）、低圧部圧力値 P k 3を参照して、遮断弁 2 0 0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 P 2を用いずとも、圧力センサ P 2より低圧用の圧力センサ P 3を用いて、遮断弁 2 0 0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。

B 7 . 変形例 7 ：

上記実施例の燃料電池システム 1 .0 0において、高圧レギユレータ 2 1 0は、水素タンク 2 0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 "^明は、これに限られるものではない。例えば、高圧レギユレータ 2 1 0 を可変低圧レギユレ一夕 2 2 0.と同じく、可変レギユレ一タとしてもよい。これを可変高圧レギユレータ P Pと呼ぷ。この場合、水素漏れ検知処理（図 3 ) において、第 2の可変調圧弁制御部 4 0 4は、例えば、ステップ S 3 0の処理後、可変高圧レギュレ一タ P P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-つて、より遮断弁 2 0 0の水素漏れ検知にかかる時間を短縮することができる。

B 8 . 変形例 8 ：

上記実施例において、制御部 4 0 0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、ハードウエ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ラにしてもよい。. - B 9 . 変形例 9：.

上記実施例の水素漏れ検知処理のステップ— S 3 0の処理.において、-漏れ検知設定値 P nを、通常最大圧—力値 P m (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 2 4における中庄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:？て、中圧部の中圧部圧力値 P k 2を、高圧レギユレータ 2 1 0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 2 0 0の水素漏れ椟知にかかる時間をより短縮することができる。

B 1 0 . 変形例 1 0 ：

上記実施例では、可変調圧弁として可変レギユレータを用いるようにしたが、可変レギユレ一夕に代えて、インジェクタを用いるようにしてもよい。

上述したとおり、可変レギユレータは、一次側から供給されているガスの圧力を減圧させるための減圧弁である。具体的は、レギユレ一タは弁体が連結されたダイヤフラムによって二つの空間に仕切られており、一方の空間は調圧対象のガス（例えば、アノードガス）がー次側から二次側へと流通可能な流路として構成され、他方の空間はダイヤフラムを駆動するための駆動ガス（例えば、空気）が導入口から導入される調圧室として構成され、駆動ガスの供給圧を変更することにより、調圧対象のガスの調圧値を変更することができる。

また、インジ：クタは、開閉式の電磁弁であって、例えば、通電される制御パルスのデューティ比により開閉の制御が行われる弁である。 ·

Claims

請求の範囲 1 . 燃料電池を備える燃料電池システムであって、

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、

を備えることを特徴とする燃料電池システム。

2 . 請求の範囲第 1項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、前記燃料電池に減圧発電させる減圧発電制御部をさらに備えることを特徴とする燃料電池システム。

3. 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の燃料電池システムにおいて、前記流路において、前記可変調圧弁よリ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、

をさらに備え、

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つた場合に、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徵とする燃料電池システム。

4. 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の燃料電池システムにおいて、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をさらに備え

前記可変調圧弁と前記高圧 11圧弁とは、.一体に形成されていることを特徴とする燃料電池システム。

5 . 請求の範囲第 1項または第 2項に記载の燃料電池システムにおいて、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、前記可変調圧弁の下流側の压カを測定する圧力測定部と、をさらに備え、

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、前記可変調圧弁の調圧値より低く,なった場合に、前記カ測享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。

6. 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の燃料電池システムにおいて、前記遮断弁と前記燃料電池との間の前記路に、前記可変調圧弁を複数設けると共前記第 1の可変調圧弁制御部は、各可変調圧弁毎に、それぞれ、 _その調圧値を、—対応する通常発電用調圧値に設定し、 -.

前記第 2の可変調圧弁制御部は前記遮断弁の閉弁後に、前記各可変調圧弁毎に、それぞれ、その調圧値を、対応する通常発電用調圧値よりも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。

7 . . 請求の範囲第 1項ないし第 6項のちの任意の 1·つに記載の燃料電池シス::テムにおいて、

前記第 2の可変調圧弁制御部は、前記遮断弁の閉弁後に、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リも高く設定することを特徴とする燃料電池システム。

8. 請求の範囲第 1項ないし第 6項のうちの任意の 1つに記載の燃料電池システムにおいて、

前記第 2の可変調圧弁制御部は、前記遮断弁の閉弁後に、前記可変調圧弁の前記調圧値を、前記可変調圧弁における通常最大圧力値よりも高く設定する設定することを特徴とする燃料電池システム。

9 . 請求の範囲第 1項ないし第 8項のうちの任意の 1つに記載の燃料電池システムにおいて、

前記可変調圧弁は、可変レギユレータまたはインジェクタの少なくとも一つであることを特徴とする燃料電池システム。

1 0 . ガス漏れを検知するガス漏れ検知装置であって、

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充路に設けられ、前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、 ·

前記 ¾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、を備えることを特徴とするガス漏れ検知装置。

1 1 . 請求の範囲第 1 0項に記載のガス漏れ検知装置において、 - >

前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記燃料電池に減圧発電させる減圧発電制御部をさらに備えることを特徴とするガス漏れ検知装置。

1 2 . 請求の範囲第 1 0項または第 1 1項に記載のガス漏れ検知装置におし、て、前記燃料電池システムは、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、 -前記高圧諷圧弁との間の圧力を測定する圧 —力測定部と、

をさらに備え、

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、前記任力測定部によリ測定された圧力値が、前記高圧調圧弁の調圧値よリ低くなつた場合に、前記圧力測定部によ-つて測定: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。

1 3 . 請求の範囲第 1 0項ないし第 1 2項のうちの任意の 1つに記載のガス漏れ. 検知装置において、

前記第 2の可変調圧弁制御部は、前記遮断弁の閉弁後に、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リも高く設定することを特徴とするガス漏れ検知装置。

1 4. ガス漏れを検知するガス漏れ検知方法であって、

5 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 10 調整可能な可変調圧弁と、

- 前記通常モードにおいて、前記可変調压弁の前記調圧値.を前記通常発電を行ゔため - の通常発電用調庄値に設定ずる第 1の可変調圧弁制御部と、

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、

15 ( a ) 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、：

( b ) 閉弁後、前記可変調圧弁の前記調圧値を、一前記通常発電用調圧値よも高く一設定する工程と、

( c ) 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 ― 工程と、

20 を備えることを特徴とするガス漏れ検知方法。

1 5 . 請求の範囲第 1 4項に記載のガス漏れ検知方法において、

( d ) 前記ガス漏れ検知モードにおいて、前記燃料電池に減圧発電させる工程をさらに備えると共に、

25 前記工程（c ) では、前記調圧値を高く設定後であって、前記減圧発電の停止後に、前記遮断弁からの前記燃料ガスの漏れ検知を行うことを特徴とするガス漏れ検知方法。

1 6 . 請求の範囲第 1 4項または第 1 5項に記載のガス漏れ検知方法において、前記燃料電池システムは、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、

をさらに備え、

前言 Ξ 程（c ). では、前記調圧値を高く設定後、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つた場合に、前記圧力測定部によ:づて：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行うことを特徴とするガス漏れ検知方法。

1 7 . 請求の範囲第 1 4項ないし第 1 6項のうちの任意の 1つに記載のガス-漏れ検知方法において、

前記工程（b ) では、前記遮断弁の閉弁後に、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ぐ設定する::-とを特徴とするガス漏れ検知方法。