WO2015098140A1 - 燃料電池システム及び制御方法 - Google Patents

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WO2015098140A1
WO2015098140A1 PCT/JP2014/059147 JP2014059147W WO2015098140A1 WO 2015098140 A1 WO2015098140 A1 WO 2015098140A1 JP 2014059147 W JP2014059147 W JP 2014059147W WO 2015098140 A1 WO2015098140 A1 WO 2015098140A1
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fuel cell
control
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芳紀 三井
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ブラザー工業株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to a fuel cell system that inspects an abnormality in the opening / closing operation of a purge valve for discharging water and impurities from a fuel gas flow path.
  • the fuel cell system includes a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked.
  • the cell includes a membrane / electrode assembly (MEA) and a pair of separators that are in contact with one surface and the other surface of the MEA.
  • the MEA includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane, a cathode electrode that contacts one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and an anode electrode that contacts the other surface of the solid polymer electrolyte membrane.
  • the fuel cell system is, for example, a solid polymer fuel cell system including a solid polymer electrolyte membrane.
  • the fuel cell system generates electric power and water by a reaction between a fuel gas (for example, hydrogen) supplied to the anode electrode in each cell of the fuel cell stack and an oxidizing gas (for example, air) supplied to the cathode electrode. .
  • the fuel gas contains impurities such as carbon monoxide in addition to the fuel gas.
  • Conventional fuel cell systems include a purge valve in the fuel gas flow path.
  • the purge valve is provided downstream of the fuel cell stack.
  • the purge valve is provided in a pipe through which the fuel gas discharged from the fuel cell stack passes. Water and impurities accumulated in the fuel gas flow path are discharged to the outside by opening the purge valve.
  • Such a fuel cell system has a function of inspecting abnormality of the purge valve.
  • the abnormality of the valve includes an abnormality of the opening operation and an abnormality of the closing operation.
  • the valve is opened (that is, switched from the closed state to the open state) when the valve receives an opening operation command.
  • valve opening operation when the valve opening operation is abnormal, the valve is not opened and the closed state is maintained when the valve receives the opening operation command.
  • the valve When the valve is normal, the valve is closed (that is, switched from the open state to the closed state) when the valve receives a close operation command.
  • the valve closing operation when the valve receives a closing operation command, the valve is not closed and the open state is maintained.
  • Patent Document 1 discloses a fuel cell system that inspects abnormality of a purge valve based on the hydrogen pressure in a hydrogen circulation channel and the presence or absence of a hydrogen purge command during power generation of the fuel cell. . This fuel cell system determines that the purge valve is closed abnormally when the hydrogen pressure measured when there is no hydrogen purge command is smaller than the threshold value. Further, this fuel cell system determines that the purge valve opening operation is abnormal when the hydrogen pressure measured when the hydrogen purge command is issued is larger than the threshold value.
  • This disclosure is intended to provide a fuel cell system capable of inspecting a purge valve for normality or abnormality using an oxidizing gas.
  • one aspect of the present disclosure is a fuel cell system that generates power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to an anode electrode and a cathode electrode of a membrane / electrode assembly, respectively.
  • a fuel cell stack in which a membrane / electrode assembly and a plurality of separators are stacked; a fuel gas flow path member in which the fuel cell stack is disposed in the middle; and a fuel gas supply source is connected to one end;
  • a replacement flow path member connecting the first position between the first fuel cell stack and the second position between the fuel cell stack of the oxidizing gas flow path member and the oxidizing gas supply source; and the first position and the fuel gas.
  • a second valve disposed and switchable between an open state and a closed state; and disposed in the oxidizing gas flow path member on the opposite side of the oxidizing gas supply source with respect to the fuel cell stack,
  • a third valve that can be switched, a fourth valve that is arranged in the replacement flow path member and can be switched between an open state and a closed state, and the oxidizing gas between the oxidizing gas supply source and the second position Arranged in any one of the flow path member, the replacement flow path member, and the fuel gas flow path member on the opposite side from the first position to the first valve, and detects the flow of the oxidizing gas Control at least the following a) to d) at any timing.
  • a control unit a fuel cell system comprising a. a) Control for transmitting a command to perform a closing operation for switching from the open state to the closed state to the first valve and the third valve. b) For the fourth valve, from the closed state to the open state. C) control for transmitting a command for performing an opening operation for switching to a state c) control for transmitting a command for supplying the oxidizing gas to the oxidizing gas supply source d) the second valve based on a detection result of the detection unit Control for determining normal or abnormal of the opening operation or the closing operation
  • Another aspect of the present disclosure is a fuel cell system that generates power by supplying a fuel gas and an oxidizing gas to an anode electrode and a cathode electrode of a membrane / electrode assembly, respectively, and a plurality of the membrane / electrode assemblies
  • a fuel cell stack in which a plurality of separators are stacked; a fuel gas flow path member in which the fuel cell stack is disposed in the middle; and a fuel gas supply source is connected to one end; and the fuel cell stack is disposed in the middle.
  • An oxidizing gas channel member, an oxidizing gas supply source connected to one end of the oxidizing gas channel member, and a first between the fuel cell stack and the fuel gas supply source of the previous fuel gas channel member A replacement flow path member connecting a position and a second position of the oxidizing gas flow path member between the fuel cell stack and the oxidizing gas supply source; and between the first position and the fuel gas supply source
  • the fourth valve which is in the closed state in the initial state, the oxidizing gas channel member between the oxidizing gas supply source and the second position, the replacement channel member, and the first position to the first valve Arranged on any one of the fuel gas flow path members on the opposite side to the valve,
  • a detector for detecting a flow of oxidizing gas a first transmitter for transmitting an instruction for performing an opening operation for switching from the closed state to the open state for the fourth valve, and a command by the first transmitter In response to the transmission, based on the detection result of the second transmission means for transmitting the command to supply the oxidizing gas to the oxidizing gas supply source, and the detection unit in response to the transmission of the command by the second transmission means
  • a first determination means for determining normality or abnormality of the opening operation or the closing operation of the second valve.
  • a fuel cell stack in which a plurality of membrane / electrode assemblies and a plurality of separators are stacked, the fuel cell stack is disposed in the middle, and a fuel gas supply source is connected to one end.
  • a fuel gas flow path member, an oxidizing gas flow path member in which the fuel cell stack is disposed in the middle, an oxidizing gas supply source connected to one end of the oxidizing gas flow path member, and a fuel gas flow path member A replacement flow path for connecting a first position between the fuel cell stack and the fuel gas supply source and a second position of the oxidation gas flow path member between the fuel cell stack and the oxidation gas supply source.
  • the fuel gas on the opposite side of the valve A second valve disposed on the road member and capable of switching between an open state and a closed state; and disposed on the oxidizing gas flow path member on the side opposite to the oxidizing gas supply source with respect to the fuel cell stack, A third valve that can be switched between a closed state, a fourth valve that is disposed in the replacement flow path member and can be switched between an open state and a closed state, and between the oxidizing gas supply source and the second position.
  • the oxidant gas flow path member, the replacement flow path member, and the fuel gas flow path member opposite to the first valve from the first position are disposed on one side of the oxidant gas.
  • a control method that is executed in a fuel cell system including a detection unit that detects a flow, and performs a closing operation for switching the first valve and the third valve from the open state to the closed state.
  • a step of transmitting a command and the fourth valve from the closed state to the front A step of transmitting an instruction to perform an opening operation for switching to an open state; a step of transmitting an instruction to supply the oxidizing gas to the oxidizing gas supply source; and a second result based on a detection result of the detection unit. Determining whether the opening operation or the closing operation of the valve is normal or abnormal.
  • normality or abnormality of the purge valve can be inspected using the oxidizing gas.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a fuel cell stack included in the fuel cell system.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the fuel cell stack.
  • FIG. 4A is a plan view showing the surface of the separator constituting the cell.
  • FIG. 4B is a plan view showing the back surface of the separator constituting the cell.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the cell.
  • FIG. 6 is a block diagram showing an electrical configuration of the fuel cell system of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a valve inspection control process according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a control process for valve inspection according to the second embodiment of the present disclosure.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment includes a fuel cell stack 100, a fuel gas channel member 10, an oxidizing gas channel member 20, and a replacement channel member 30.
  • the fuel gas flow path member 10 is connected to the anode-side inlet / outlet of the fuel cell stack 100.
  • the oxidizing gas flow path member 20 is connected to the cathode side entrance / exit of the fuel cell stack 100. That is, the fuel cell stack 100 is disposed in the middle of the fuel gas channel member 10 and the oxidizing gas channel member 20.
  • the replacement flow path member 30 includes a position between the fuel cell stack 100 of the fuel gas flow path member 10 and the hydrogen supply source 11, and a position between the fuel cell stack 100 of the oxidation gas flow path member 20 and the air pump 21. And connect.
  • the fuel cell system 1 may be a polymer electrolyte fuel cell system.
  • the fuel cell stack 100 includes a plurality of cells 101a and two end plates 101B.
  • the plurality of cells 101a constitute a cell group 101A stacked in series.
  • One of the two end plates 101B is disposed at one end of the cell group 101A.
  • the other of the two end plates 101B is disposed at the other end of the cell group 101A.
  • the plurality of bolts 101C penetrate the plurality of cells 101a and the two end plates 101B, and fix the plurality of cells 101a and the two end plates 1B to each other.
  • One end plate 101B is formed with an air inflow hole 101D and a hydrogen inflow hole 101E.
  • the air inflow hole 101D communicates with a first through hole 112 of the separator 110 described later.
  • the oxidizing gas channel member 20 is connected to the air inflow hole 101D.
  • the hydrogen inflow hole 101E communicates with a third through hole 114 of the separator 110 described later.
  • the fuel gas channel member 10 is connected to the hydrogen inflow hole 101E.
  • An air discharge hole (not shown) and a hydrogen discharge hole (not shown) are formed in the other end plate 101B.
  • the air discharge hole communicates with a second through hole 113 of the separator 110 described later.
  • the oxidizing gas flow path member 20 is connected to the air discharge hole.
  • the hydrogen discharge hole communicates with a fourth through hole 115 of the separator 110 described later.
  • a fuel gas flow path member 10 is connected to the hydrogen discharge hole.
  • a current collecting plate 101F is provided between one end plate 101B and the cell group 101A.
  • a current collecting plate 101G is provided between the other end plate 101B and the cell group 101A.
  • An external electrical load (for example, an electrical appliance or the like) is electrically connected between the current collector plate 101F and the current collector plate 101G via a predetermined voltage conversion circuit to generate the fuel cell stack 100. Electric power can be supplied to an external electrical load.
  • each cell 101a constituting the fuel cell stack 100 has a membrane / electrode assembly 130, two gaskets 120a and 120b, and two separators 110.
  • the two gaskets 120a and 120b are provided on the peripheral edge of the membrane / electrode assembly 130, respectively.
  • One of the two separators 110 contacts one surface of the membrane / electrode assembly 130 via the gasket 120a.
  • the other of the two separators 110 contacts the other surface of the membrane / electrode assembly 130 via the gasket 120b.
  • the membrane / electrode assembly 130 includes a solid polymer electrolyte membrane 131, a cathode electrode 132, and an anode electrode 133.
  • the solid polymer electrolyte membrane 131 has proton conductivity.
  • the solid polymer electrolyte membrane 131 selectively transports protons in a water-containing state.
  • the solid polymer electrolyte membrane 131 is made of a fluorine-based polymer having a sulfonic acid group, such as Nafion (registered trademark).
  • the anode electrode 133 is in contact with one surface of the membrane / electrode assembly 130.
  • the anode electrode 133 includes a catalyst layer 133a and a gas diffusion layer 133b.
  • the gas diffusion layer 133b has both conductivity and fuel gas permeability.
  • hydrogen is used as an example of the fuel gas.
  • the fuel gas may be a gas containing hydrogen.
  • the gas diffusion layer 133b is made of, for example, carbon paper.
  • the catalyst layer 133a is provided between one surface of the membrane / electrode assembly 130 and the gas diffusion layer 133b.
  • the catalyst layer 133a includes a catalyst mainly composed of carbon powder carrying a platinum-based metal catalyst.
  • the catalyst layer 133a is formed, for example, by applying a paste in which a catalyst is dispersed in an organic solvent to carbon paper constituting the gas diffusion layer 133b.
  • the cathode electrode 132 is in contact with the other surface of the membrane / electrode assembly 130.
  • the cathode electrode 132 includes a catalyst layer 132a and a gas diffusion layer 132b.
  • the gas diffusion layer 132b has both conductivity and oxidant gas permeability. In the present embodiment, air is used as an example of the oxidizing gas. However, the oxidizing gas may be a gas containing oxygen.
  • the gas diffusion layer 132b is made of, for example, carbon paper.
  • the catalyst layer 132a is provided between the other surface of the membrane / electrode assembly 130 and the gas diffusion layer 132b.
  • the catalyst layer 132a includes a catalyst mainly composed of carbon powder supporting a platinum-based metal catalyst.
  • the catalyst layer 132a is formed, for example, by applying a paste in which a catalyst is dispersed in an organic solvent to carbon paper constituting the gas diffusion layer 132b.
  • the separator 110 is a rectangular flat plate member.
  • the separator 110 is made of a conductive material such as stainless steel, aluminum, or carbon.
  • the separator 110 includes a plurality of first flow path walls 111, a plurality of second flow path walls 117, two first through holes 112, two second through holes 113, and two third through holes 114. And two fourth through holes 115 are formed.
  • a plurality of first flow path walls 111 are formed in parallel at intervals in the center of one surface (for example, the surface) of the separator 110.
  • the first flow path wall 111 is, for example, a groove formed on the surface of the separator 110.
  • a substantially rectangular region including all the first flow path walls 111 corresponds to the outer shape of the cathode electrode 132 of the membrane / electrode assembly 130.
  • a plurality of first flow paths 111 a in the fuel cell stack 100 are formed by each first flow path wall 111 and the cathode electrode 132 that contacts the apex of the convex portion between two adjacent first flow path walls 111.
  • the Two first through holes 112 are provided at one end of these first flow paths 111 a along the short side of the separator 110.
  • two second through holes 113 are provided along the short sides of the separator 110 at the other end of the first flow paths 111a.
  • the air that has passed through the first through hole 112 is supplied to the cathode electrode 132 by flowing through the first flow path 111a.
  • the air that has flowed through the first flow path 111 a passes through the second through hole 113 together with water generated by power generation at the cathode electrode 132.
  • a gasket line 37A protruding in the thickness direction is formed on the surface of the separator 110.
  • the gasket line 37A surrounds the outer circumferences of the plurality of first flow path walls 111, the two first through holes 112, and the two second through holes 113 without any gaps.
  • a plurality of second flow path walls 117 are provided in parallel at intervals in the center of the other surface (for example, the back surface) of the separator 110, similarly to the front surface.
  • the second flow path wall 117 is a groove formed on the back surface of the separator 110, for example.
  • the plurality of second channel walls 117 have a serpentine type in which both ends are bent at right angles toward the third through hole 114 and the fourth through hole 115.
  • a substantially rectangular region including the plurality of second flow path walls 117 corresponds to the outer shape of the anode electrode 133 of the membrane / electrode assembly 130.
  • a plurality of second flow paths 117 a in the fuel cell stack 100 are formed by each second flow path wall 117 and the anode electrode 133 that contacts the apex of the convex portion between two adjacent second flow path walls 117.
  • the hydrogen that has passed through the third through hole 114 is supplied to the anode electrode 133 by flowing through the second flow path 117a.
  • the hydrogen flowing through the second flow path 117a passes through the fourth through hole 115.
  • a gasket line 37B protruding in the thickness direction is formed on the back surface of the separator 110.
  • the gasket line 37B surrounds the outer circumferences of the plurality of second flow paths 117a, the two third through holes 114, and the two fourth through holes 115 without any gaps.
  • a plurality of through holes 116 are provided at equal intervals.
  • the third through hole 114 and the fourth through hole 115 are provided in a region between two adjacent through holes 116.
  • the gaskets 120 a and 120 b are made of a rectangular sheet material having substantially the same dimensions as the separator 110.
  • the gaskets 120a and 120b have through holes 121 to 126.
  • As the sheet material for forming the gaskets 120a and 120b for example, an elastic body such as silicon rubber or elastomer processed extremely thin can be used.
  • the largest rectangular through-hole 121 is provided in the center of the gaskets 120a and 120b.
  • the outer shape and position of the through-hole 121 are substantially rectangular including a plurality of first flow path walls 111 formed on the surface of the separator 110 and a plurality of second flow path walls 117 formed on the back surface of the separator 110. Corresponds to the area.
  • the outer shape of the through hole 121 also corresponds to the cathode electrode 132 and the anode electrode 133 provided on both surfaces of the membrane / electrode assembly 130.
  • Two through holes 122 and two through holes 123 are provided in the vicinity of the short sides facing each other of the gaskets 120a and 120b and at both ends of the rectangular through hole 121, respectively.
  • the external shape and position of the two through holes 122 correspond to the two first through holes 112 of the separator 110, respectively.
  • the outer shape and the position of the two through holes 123 correspond to the two second through holes 113 of the separator 110, respectively.
  • two through holes 124 and two through holes 125 are provided with a gap therebetween.
  • the outer shapes and positions of the two through holes 124 correspond to the two third through holes 114 of the separator 110, respectively. Further, the outer shape and the position of the two through holes 125 correspond to the two fourth through holes 115 of the separator 110, respectively.
  • a plurality of through holes 126 are provided at equal intervals in the vicinity of the opposing long sides of the gaskets 120a and 120b.
  • the outer shape and position of these through holes 126 correspond to the respective through holes 116 of the separator 110.
  • the gasket 120 a is adjacent to the outer periphery of the anode electrode 133 and is in contact with one surface of the solid polymer electrolyte membrane 131.
  • the gasket 120 a is pressed by a gasket line 37 ⁇ / b> B formed on the back surface of the separator 110.
  • the gasket 120a prevents hydrogen flowing through the second flow path 117a from leaking outside from the cell 101a.
  • the gasket 120 b is adjacent to the outer periphery of the cathode electrode 132 and contacts the other surface of the solid polymer electrolyte membrane 131.
  • the gasket 120b is pressed by a gasket line 37A formed on the surface of the separator 110.
  • the gasket 120b prevents the air flowing through the first flow path 111a from leaking outside from the cell 101a.
  • the first through hole 112 and the through hole 122 are aligned in a straight line.
  • the third through hole 114 and the through hole 124, the second through hole 113 and the through hole 123, and the fourth through hole 115 and the through hole 125 are also aligned in a straight line.
  • the hydrogen inflow hole 101E of one end plate 101B communicates with the third through hole 114 and the through hole 124 aligned in a straight line.
  • the air inflow hole 101D of one end plate 101B communicates with the first through hole 112 and the through hole 122 aligned in a straight line.
  • the hydrogen discharge hole (not shown) of the other end plate 101B communicates with the fourth through hole 115 and the through hole 125 aligned in a straight line.
  • An air discharge hole (not shown) of the other end plate 101B communicates with the second through hole 113 and the through hole 123 aligned in a straight line.
  • the hydrogen that has flowed into the second flow path 117 a is diffused in the surface direction of the membrane / electrode assembly 130 by the diffusion layer 133 b of the anode electrode 133 and contacts the catalyst layer 133 a of the anode electrode 133.
  • the hydrogen in contact with the catalyst layer 133a is separated into hydrogen ions and electrons by the catalyst contained in the catalyst layer 133a.
  • the hydrogen ions are conducted through the solid polymer film 131 and reach the catalyst layer 132 a of the cathode electrode 132. On the other hand, electrons are taken out from the current collector plate 101F.
  • the hydrogen gas that has contacted the anode electrode 133 reaches the fourth through hole 115 along the second flow path 117a, and is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through a hydrogen discharge hole (not shown).
  • the air flowing into the first flow path 111 a is diffused in the surface direction of the membrane / electrode assembly 130 by the diffusion layer 132 b of the cathode electrode 132 and comes into contact with the catalyst layer 132 a of the cathode electrode 132.
  • Oxygen contained in the air is extracted from the hydrogen ions that have been conducted through the solid polymer film 131 and the current collector plate 101F by the catalyst contained in the catalyst layer 132a, and is conducted from the current collector plate 101G via an electrical load. Reacts with electrons to produce water.
  • Electricity is generated by the movement of the electrons.
  • the air in contact with the cathode electrode 132 reaches the second through hole 113 along the first flow path 111a together with the generated water, and is discharged to the outside of the fuel cell stack 100 through the air discharge hole (not shown). Is done.
  • the fuel gas channel member 10 defines a channel for hydrogen, which is a fuel gas, outside the fuel cell stack 100.
  • the configuration of the fuel gas flow path member 10 is not particularly limited as long as it can define a hydrogen flow path.
  • a hard or soft pipe or tube can be used as the fuel gas flow path member 10.
  • the material of the hard pipe or tube may be a metal such as stainless steel, for example.
  • the material of the soft pipe or tube may be various engineering plastics or synthetic resins such as polypropylene.
  • the fuel gas passage member 10 includes a hydrogen supply source 11 as a fuel gas supply source, a first valve 12, a seventh valve 13, in order from the upstream side in the hydrogen flow direction.
  • the fuel cell stack 100 and the second valve 14 are disposed.
  • the first valve 12, the seventh valve 13, and the second valve 14 are configured by solenoid valves that can be switched between an open state and a closed state based on a command (signal) from the control unit 40 shown in FIG. Is done.
  • the signal from the control part 40 is the state of the electric current supplied with respect to each valve, for example.
  • the state where the signal for switching to the open state is received is a state where a predetermined current for driving the solenoid is supplied to each valve.
  • the state in which the signal for switching to the closed state is received is a state in which a predetermined current for driving the solenoid is not supplied to each valve. That is, the first valve 12, the seventh valve 13, and the second valve 14 are solenoid valves that are closed in an initial state and opened in response to supply of current. However, the first valve 12, the seventh valve 13, and the second valve 14 may be solenoid valves that are opened in the initial state and closed in response to supply of current. Moreover, the 1st valve 12, the 7th valve 13, and the 2nd valve 14 used for implementation of this indication are not limited to a solenoid valve. For the implementation of the present disclosure, for example, an electric valve capable of adjusting the open state by a motor may be used instead of the solenoid valve.
  • the hydrogen supply source 11 is disposed or connected at the most upstream position of the fuel gas flow path member 10. That is, the hydrogen supply source 11 is disposed or connected to one end on the upstream side of the fuel gas flow path member 10.
  • the hydrogen supply source 11 supplies hydrogen, which is a fuel gas, to the fuel gas flow path member 10.
  • the configuration of the hydrogen supply source 11 is not particularly limited, and for example, a high-pressure tank storing gas or liquid hydrogen or a low-pressure tank containing a hydrogen storage alloy can be used.
  • the first valve 12 is disposed in the fuel gas flow path member 10 at a position between the hydrogen supply source 11 and the replacement flow path member 30 (specifically, a first position P1 described later).
  • the first valve 12 is opened when the fuel cell system 1 is activated, and causes the hydrogen supplied from the hydrogen supply source 11 to the fuel cell stack 100 to flow to the fuel gas flow path member 10.
  • the first valve 12 is closed when the fuel cell system 1 ends, and shuts off hydrogen supplied from the hydrogen supply source 11 to the fuel cell stack 100.
  • the first valve 12 is closed when an abnormality occurs in the closing operation of the second valve 14, and shuts off the supply of hydrogen to the fuel cell stack 100.
  • the seventh valve 13 is disposed in the fuel gas flow path member 10 at a position between the replacement flow path member 30 and the fuel cell stack 100.
  • the seventh valve 13 is opened when the fuel cell system 1 is activated, and causes the hydrogen supplied from the hydrogen supply source 11 to the fuel cell stack 100 to flow to the fuel gas flow path member 10.
  • the seventh valve 13 is closed when the fuel cell system 1 is finished, and shuts off the hydrogen supplied from the hydrogen supply source 11 to the fuel cell stack 100.
  • the seventh valve 13 is closed when an abnormality occurs in the closing operation of the second valve 14, and shuts off the supply of hydrogen to the fuel cell stack 100. That is, the first valve 12 and the seventh valve 13 doubly prevent hydrogen leakage due to abnormal closing operation of the second valve 14.
  • the second valve 14 is disposed in the fuel gas flow path member 10 connected downstream from the fuel cell stack 100.
  • the second valve 14 is disposed in the fuel gas flow path member 10 on the side opposite to the first valve 12 with respect to the fuel cell stack 100.
  • water generated in the fuel cell stack 100 and impurities whose concentration has increased with power generation stay inside the fuel gas flow path member 10 connected downstream from the fuel cell stack 100.
  • the second valve 14 When the second valve 14 is in the open state, the water and impurities accumulated in the fuel gas flow path member 10 are discharged to the outside together with hydrogen. That is, the second valve 14 functions as a purge valve for purging hydrogen. If an abnormality occurs in the opening operation of the second valve 14, water and impurities cannot be discharged to the outside.
  • the fuel cell system 1 of this embodiment inspects the abnormality of a plurality of valves including the second valve 14 at the time of starting the system (see FIGS. 7 and 8).
  • the oxidizing gas flow path member 20 defines a flow path of air that is an oxidizing gas.
  • the configuration of the oxidizing gas channel member 20 is not particularly limited as long as it can define the air channel.
  • a hard or soft pipe, tube, or the like can be used as the oxidizing gas channel member 20, for example.
  • the material of the hard pipe or tube may be a metal such as stainless steel, for example.
  • the material of the soft pipe or tube may be various engineering plastics or synthetic resins such as polypropylene.
  • the oxidizing gas flow path member 20 includes an air pump 21, a flow meter 22, a sixth valve 23, and a third valve 24 in order from the upstream side in the air flow direction. Is done.
  • the air pump 21 is disposed or connected at the most upstream position of the oxidizing gas flow path member 20. That is, the air pump 21 is disposed or connected to one end on the upstream side of the oxidizing gas flow path member 20.
  • the air pump 21 supplies air, which is an oxidizing gas, to the oxidizing gas flow path member 20.
  • the air pump 21 includes an operation state in which air is sent to the oxidizing gas channel member 20 based on a command (for example, a signal) from the control unit 40, and an oxidizing gas channel. It is controlled to be in one of the stopped states in which no air is sent to the member 20.
  • the flow meter 22 is disposed in the oxidizing gas flow path member 20 at a position between the air pump 21 and the replacement flow path member 30.
  • the flow meter 22 is an example of a detection unit that detects the flow of air. Specifically, the flow meter 22 detects the flow rate of the air supplied to the oxidizing gas flow path member 20.
  • the configuration of the flow meter 22 is not particularly limited, and for example, a flow meter such as a thermal type, a differential pressure type, an area type, and an ultrasonic type can be used.
  • the flow meter 22 of the present embodiment is a thermal flow meter using a thermistor. As shown in FIG.
  • the flow meter 22 detects the flow rate of the air supplied to the oxidizing gas flow path member 20 and transmits the detection result to the control unit 40.
  • the flow meter 22 continues to transmit the detection result to the control unit during operation of the fuel cell, that is, at least while the processing shown in FIGS. 7 and 8 is being performed.
  • the sixth valve 23 allows a flow from one side of the oxidizing gas flow path member 20 to the other side and restricts a flow from the other side to the other side.
  • the sixth valve 23 allows the flow from the upstream side to the downstream side of the oxidizing gas flow path member 20, that is, from the air pump 21 side to the fuel cell stack 100 side.
  • the sixth valve 23 blocks the flow from the downstream side to the upstream side of the oxidizing gas flow path member 20, that is, from the fuel cell stack 100 side to the air pump 21 side.
  • any type of check valve such as a poppet type, a swing type, a wafer type, a lift type, a ball type, and a foot type may be used.
  • an electromagnetic valve may be used instead of the check valve.
  • the third valve 24 is disposed in the oxidizing gas flow path member 20 connected downstream from the fuel cell stack 100.
  • the third valve 24 is disposed in the oxidizing gas flow path member 20 on the side opposite to the air pump 21 with respect to the fuel cell stack 100.
  • the third valve 24 is in the open state, the water generated on the cathode side of the fuel cell stack 100 is discharged to the outside together with air.
  • the third valve 24 is closed, and the discharge of air from the oxidizing gas flow path member 20 to the outside is blocked. As shown in FIG.
  • the third valve 24 is configured by, for example, a solenoid valve that can be switched between an open state and a closed state based on a command (signal) from the control unit 40. Similar to the first valve 12, the seventh valve 13, and the second valve 14, the third valve 24 is a solenoid valve that is closed in the initial state and opened in response to current supply. However, the third valve 24 may be a solenoid valve that is opened in the initial state and closed in response to supply of current. Further, the third valve 24 used for carrying out the present disclosure is not limited to a solenoid valve. For the implementation of the present disclosure, for example, an electric valve capable of adjusting the open state by a motor may be used instead of the solenoid valve.
  • the replacement flow path member 30 is for circulating air from the oxidizing gas flow path member 20 to the fuel gas flow path member 10.
  • the configuration of the replacement flow path member 30 is not particularly limited as long as it can define a replacement flow path through which air flows.
  • the replacement flow path member 30 includes a first position P ⁇ b> 1 between the fuel cell stack 100 of the fuel gas flow path member 10 and the hydrogen supply source 11, and a fuel cell of the oxidizing gas flow path member 20.
  • the second position P2 between the stack 100 and the air pump 21 is connected.
  • the first position P1 of the gas flow path member 10 is located between the first valve 12 and the seventh valve 13.
  • the second position P ⁇ b> 2 of the oxidizing gas flow path member 20 is located between the flow meter 22 and the sixth valve 23.
  • a fourth valve 31 is arranged on the oxidant gas channel member 20 side of the replacement channel member 30.
  • a fifth valve 32 is disposed on the replacement flow path member 30 on the fuel gas flow path member 10 side.
  • the material of the hard pipe or tube may be a metal such as stainless steel, for example.
  • the material of the soft pipe or tube may be various engineering plastics or synthetic resins such as polypropylene.
  • the fourth valve 31 is for circulating or blocking the fuel gas channel member 10 and the oxidizing gas channel member 20.
  • the fourth valve 31 is configured by a solenoid valve that can be switched between an open state and a closed state based on a command (signal) from the control unit 40, for example.
  • the fourth valve 31 is a solenoid valve that is closed in the initial state and opened in response to supply of current.
  • the fourth valve 31 may be a solenoid valve that is opened in the initial state and closed in response to supply of current.
  • the 4th valve 31 used for implementation of this indication is not limited to a solenoid valve.
  • an electric valve capable of adjusting the open state by a motor may be used instead of the solenoid valve.
  • the fourth valve 31 is opened in accordance with a command from the control unit 40, and the fuel gas passage member 10, the oxidizing gas passage member 20, Circulate.
  • the inspection route passing through the oxidizing gas flow path member 20, the replacement flow path member 30, and the fuel gas flow path member 10 is defined.
  • the inspection route includes the oxidizing gas flow path member 20 between the air pump 21 and the second position P2, the replacement flow path member 30, and the opposite side of the first valve 12 from the first position P1. Defined by the fuel gas flow path member 10.
  • the air supplied from the air pump 21 flows from the oxidizing gas channel member 20 to the fuel gas channel member 10 via the replacement channel member 30.
  • the fourth valve 31 is closed in accordance with a command from the control unit 40 and shuts off the fuel gas passage member 10 and the oxidizing gas passage member 20. As a result, the air supplied from the air pump 21 flows to the cathode side of the fuel cell stack 100 through the oxidizing gas flow path member 20.
  • the fifth valve 32 allows the flow from one side of the replacement flow path member 30 to the other and restricts the flow from the other side to the other side. That is, the fifth valve 32 allows the air flow from the oxidizing gas flow path member 20 to the fuel gas flow path member 10.
  • the fifth valve 32 blocks the flow of hydrogen from the fuel gas channel member 10 to the oxidizing gas channel member 20.
  • any type of check valve such as a poppet type, a swing type, a wafer type, a lift type, a ball type, and a foot type may be used.
  • an electromagnetic valve may be used instead of the check valve.
  • the control unit 40 shown in FIG. 6 is electrically connected to the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the third valve 24, the fourth valve 31, the air pump 21, and the flow meter 22.
  • the control unit 40 controls the opening / closing operation of the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the third valve 24 and the fourth valve 31 by transmitting a command.
  • the control part 40 controls operation
  • the control unit 40 receives the detection result from the flow meter 22. Based on the detection result received from the flow meter 22, the control unit 40 performs a process for inspecting the abnormality of the plurality of valves including the second valve 14.
  • the control unit 40 is, for example, a circuit board including a microcomputer including a CPU and a storage unit, and various electric circuits.
  • the various electric circuits are, for example, a driver circuit that drives the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the third valve 24, the fourth valve 31, and the air pump 21, and an analog signal from the flow meter 22. Includes conversion circuits that convert and input to the microcomputer.
  • the storage unit stores a dedicated program for executing the control processing of FIGS. 7 and 8 described later. Examples of the storage unit include a ROM and a RAM.
  • the control unit 40 may include a dedicated electronic circuit (for example, ASIC) for executing the control processing of FIGS. 7 and 8 instead of or in addition to the microcomputer.
  • one control unit 40 controls the opening and closing operations of the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the third valve 24, and the fourth valve 31, and the second valve.
  • the fuel cell system of the present disclosure is not limited to a configuration including one control unit 40.
  • the fuel cell system according to the present disclosure may be configured such that a plurality of control units perform valve opening / closing control and valve abnormality inspection.
  • control process of the valve inspection according to the first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment inspects the opening / closing operation of the second valve 14 using the air supplied from the air pump 21.
  • the control process of the valve inspection can be executed at an arbitrary timing such as when the fuel cell system 1 is started or during operation.
  • Steps S1 to S19 shown in FIG. 7 are executed by the control unit 40 shown in FIG. As described above, steps S1 to S19 shown in FIG. 7 may be executed by a plurality of control units.
  • steps S1 to S4 shown in FIG. 7 the closing operation of a plurality of valves included in the fuel cell system 1 is inspected. If no abnormality is detected in this inspection, the opening / closing operation of the second valve 14 and the opening operation of the seventh valve 13 and the fourth valve 31 are inspected in steps S5 to S11. If no abnormality is detected in this inspection, the closing operation of the seventh valve 13 is inspected in steps S12 to S15. If no abnormality is detected in this inspection, the closing operation of the fourth valve 31 is inspected. If no abnormality is detected in this inspection, it means that the plurality of valves included in the fuel cell system 1 have normally opened and closed. If any valve abnormality is detected, the valve inspection control process is terminated at that time.
  • the control unit 40 first detects an abnormality in the closing operation of the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24. inspect. In a fuel cell system, it is extremely important to prevent leakage of flammable hydrogen. For this reason, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, first, abnormality of the closing operation of the plurality of valves including the second valve 14 is inspected.
  • step S ⁇ b> 1 the control unit 40 transmits a command for closing the operation to all of the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24.
  • step S1 when the control process for the valve inspection is executed when the fuel cell system 1 is started, step S1 may be omitted.
  • step S2 the control unit 40 shifts the control process to step S2.
  • step S ⁇ b> 2 the control unit 40 transmits a command to the air pump 21 to supply air to the oxidizing gas flow path member 20. The flow rate of this air is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 3 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • a value slightly exceeding 0 [liter / minute] is set as the threshold value in step S3. That is, if the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24 are normally closed in step S ⁇ b> 1, no air flows into the oxidizing gas flow path member 20. Therefore, the air flow rate should ideally be 0 liter / minute. If the flow rate of air exceeds 0 [liter / min], it means that air is flowing through the oxidizing gas flow path member 20.
  • the third valve 24 has not been normally closed or the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 are normally closed. It means that it didn't work.
  • the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24 are about 0.01 [liter / minute] or less even in a normal state. The amount of leakage. Therefore, a value of 0 + ⁇ [liter / minute] (for example, 0.1 [liter / minute]) is set as the threshold value in step S3 in consideration of the normal leakage amount of these valves.
  • step S3 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control process is shifted to step S4.
  • step S4 the control unit 40 determines whether the third valve 24 has not been normally closed or the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 have not been normally closed. It is determined that The control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S3 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process proceeds to step S5.
  • step S ⁇ b> 5 the control unit 40 transmits a command to open the seventh valve 13 and the fourth valve 31. If the seventh valve 13 and the fourth valve 31 are normally opened, an inspection route that passes through the oxidizing gas channel member 20, the replacement channel member 30, and the fuel gas channel member 10 should be formed. . The flow rate of air flowing through this inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 6 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S6 is also set to the same value as in step S3. That is, if the second valve 14 is normally closed in step S1, the air flow rate is smaller than 0.1 [liter / min].
  • step S6 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control process is shifted to step S7.
  • the seventh valve 13 and the fourth valve 31 are opened by the process of step S5.
  • the 2nd valve 14 is made into the closed state by the control processing of Step S1. If the air flow rate is larger than the threshold value in this state, it means that the second valve 14 is not normally closed in step S1. Therefore, in step S7, the control unit 40 determines that the closing operation of the second valve 14 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S6 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process proceeds to step S8.
  • step S ⁇ b> 8 the control unit 40 transmits a command to open the second valve 14. If the second valve 14 opens normally, the air supplied from the air pump 21 passes through the oxidizing gas passage member 20, the replacement passage member 30, and the fuel gas passage member 10 (inspection route). Should be discharged to the outside. The flow rate of air flowing through this inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 9 the control unit 40 determines whether the air flow rate is greater than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S9 is also set to the same value as in steps S3 and S6. That is, in step S5, if each of the seventh valve 13 and the fourth valve 31 and the second valve 14 in step S8 are normally opened, the air flow rate is greater than 0.1 [liter / min]. Because it becomes.
  • step S9 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (NO), the control process is shifted to step S10.
  • the second valve 14 is opened by the control process in step S8.
  • the seventh valve 13 and the fourth valve 31 are also opened by the control process of step S5. If the air flow rate is smaller than the threshold value in this state, it means that at least one valve is not normally opened. Therefore, in step S10, the control unit 40 determines that any of the opening operations of the seventh valve 13, the fourth valve 31, or the second valve 14 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S9 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (YES), the control process proceeds to step S11.
  • step S11 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the second valve 14 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40.
  • step S9 determines whether the opening operation of the seventh valve 13 and the fourth valve 31 in step S5 is normal.
  • the control part 40 performs the following control processes for test
  • step S ⁇ b> 12 the control unit 40 transmits a command for closing the seventh valve 13. If the seventh valve 13 is normally closed, the fuel gas flow path member 10 is blocked upstream of the fuel cell stack 100. As a result, air should not flow through the inspection route. The flow rate of air flowing through the inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 13 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S13 is also set to the same value as in steps S3, S6, and S9. That is, if the seventh valve 13 is normally closed in step S12, the air flow rate is smaller than 0.1 [liter / min].
  • step S13 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control process is shifted to step S14.
  • step S14 the control unit 40 determines that the closing operation of the seventh valve 13 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S13 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process proceeds to step S15.
  • step S15 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the seventh valve 13 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40.
  • step S ⁇ b> 16 the control unit 40 transmits an instruction to open the seventh valve 13 and transmits an instruction to close the fourth valve 31. If the fourth valve 31 is normally closed, the replacement flow path member 30 is blocked in the middle. As a result, air should not flow through the inspection route. The flow rate of air flowing through the inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 17 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S17 is also set to the same value as in steps S3, S6, S9, and S13. That is, if the fourth valve 31 is normally closed in step S16, the air flow rate is smaller than 0.1 [liter / min].
  • step S17 when the control unit 40 determines that the air flow rate is greater than the threshold value (NO), the control process proceeds to step S18.
  • step S18 the control unit 40 determines that the closing operation of the fourth valve 31 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S17 when the control unit 40 determines in step S17 that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process is shifted to step S19.
  • step S19 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the fourth valve 31 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • control processing for valve inspection according to the second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG. Similar to the first embodiment described above, the fuel cell system 1 according to the second embodiment inspects the opening / closing operation of the second valve 14 using the air supplied from the air pump 21.
  • Steps S21 to S39 shown in FIG. 8 are executed by the control unit 40 shown in FIG. As described above, steps S21 to S39 shown in FIG. 8 may be executed by a plurality of control units.
  • the closing operation of the second valve 14 is inspected first (steps S5 to S7 in FIG. 7), and the opening operation of the second valve 14 is inspected later (step S8 in FIG. 7). To S11).
  • the opening operation of the second valve 14 is inspected first (steps S25 to S27 in FIG. 8), and the closing operation of the second valve 14 is inspected later (in FIG. 8). Steps S28 to S31).
  • Steps S21 to S24 in FIG. 8 are the same control processing as steps S1 to S4 in FIG. 7 of the first embodiment.
  • the control unit 40 first transmits a command to perform the closing operation to all of the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24.
  • the control unit 40 transmits a command to the air pump 21 to supply air to the oxidizing gas flow path member 20.
  • the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S23 is 0.1 [liter / minute] as in the first embodiment.
  • step S23 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control unit 40 shifts the control process to step S24.
  • the first valve 12, the seventh valve 13, the second valve 14, the fourth valve 31, and the third valve 24 are all closed by the control process in step S21. If the air flow rate is larger than the threshold value in this state, it means that any of the plurality of valves is not normally closed in step S21. Therefore, in step S24, the control unit 40 determines whether the third valve 24 has not been normally closed, or has the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 have not been normally closed. It is determined that it is either.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S23 determines in step S23 that the air flow rate is smaller than the threshold value (YES)
  • the control process proceeds to step S25.
  • step S ⁇ b> 25 the control unit 40 transmits a command to open the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31. If the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 are normally opened, an inspection route that passes through the oxidizing gas flow path member 20, the replacement flow path member 30, and the fuel gas flow path member 10 is formed. Should be done. The flow rate of air flowing through the inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 26 the control unit 40 determines whether the air flow rate is larger than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S6 is also set to the same value as in step S23. That is, if the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 are normally opened in step S25, the air flow rate becomes larger than 0.1 [liter / min].
  • step S26 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold value (NO), the control process proceeds to step S27.
  • step S27 the control unit 40 determines that any of the opening operations of the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S26 if the control unit 40 determines in step S26 that the air flow rate is greater than the threshold value (YES), the control process proceeds to step S28.
  • the determination result in step S26 is “YES”, it means that the opening operation of the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 in step S25 is normal.
  • step S28 the control unit 40 transmits a command for closing the second valve 14. If the second valve 14 is normally closed, the fuel gas flow path member 10 is blocked downstream of the fuel cell stack 100. As a result, air should not flow through the inspection route. The flow rate of air flowing through the inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 29 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S29 is also set to the same value as in steps S23 and S26. That is, if the second valve 14 is normally closed in step S28, the air flow rate is smaller than 0.1 [liter / min].
  • step S29 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control process is shifted to step S30.
  • step S30 the control unit 40 determines that the closing operation of the second valve 14 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S29 when the control unit 40 determines in step S29 that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process is shifted to step S31.
  • step S31 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the second valve 14 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40.
  • step S26 determines whether the opening operation of the seventh valve 13, the second valve 14, and the fourth valve 31 in step S25 is normal.
  • the control unit 40 executes the following control process for inspecting the closing operation of the seventh valve 13 and the fourth valve 31 following step S31.
  • Steps S32 to S34 in FIG. 8 are the same control processes as steps S12 to S14 in FIG. 7 of the first embodiment except that the second valve 14 is opened in step S32.
  • the control unit 40 shifts the control process to step S32.
  • step S ⁇ b> 32 the control unit 40 transmits an instruction to open the second valve 14 and transmits an instruction to close the seventh valve 13. If the seventh valve 13 is normally closed, the fuel gas flow path member 10 is blocked upstream of the fuel cell stack 100. As a result, air should not flow through the inspection route. The flow rate of air flowing through the inspection route is detected by the flow meter 22. The control unit 40 receives the detection result of the flow meter 22.
  • step S ⁇ b> 33 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S33 is also set to the same value as in steps S23, S26, and S29. That is, if the seventh valve 13 is normally closed in step S32, the air flow rate is smaller than 0.1 [liter / minute].
  • Step S33 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold (NO), the control process is shifted to Step S34.
  • step S34 the control unit 40 determines that the closing operation of the seventh valve 13 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S33 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process proceeds to step S35.
  • step S35 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the seventh valve 13 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40.
  • Steps S36 to S39 in FIG. 8 are the same control processing as steps S16 to S19 in FIG. 7 of the first embodiment.
  • step S ⁇ b> 36 the control unit 40 transmits an instruction to open the seventh valve 13 and transmits an instruction to close the fourth valve 31.
  • step S ⁇ b> 37 the control unit 40 determines whether the air flow rate is smaller than the threshold based on the detection result received from the flow meter 22.
  • the threshold value in step S37 is also 0.1 [liter / minute], as in steps S23, S26, S29, and S33.
  • step S37 when the control unit 40 determines that the air flow rate is larger than the threshold value (NO), the control process is shifted to step S38.
  • step S38 the control unit 40 determines that the closing operation of the fourth valve 31 is abnormal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40 or notifies the determination result via a predetermined notification unit. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • step S37 when the control unit 40 determines that the air flow rate is smaller than the threshold (YES), the control process proceeds to step S39.
  • step S39 the control unit 40 determines that the opening / closing operation of the fourth valve 31 is normal.
  • the control unit 40 stores the determination result in the storage unit of the control unit 40. Thereafter, the control unit 40 ends the control process.
  • the fuel cell system 1 of the present embodiment can inspect the abnormality of the second valve 14 using an oxidizing gas. Thereby, even when there is an abnormality in the closing operation of the second valve 14, the possibility that hydrogen is discharged to the outside by performing the inspection can be reduced. Moreover, according to the control process of the valve inspection according to the first and second embodiments, the opening / closing operations of a plurality of valves on the fuel gas flow path member 10 including the second valve 14 can be inspected. In particular, according to the control processing of the valve inspection according to the first embodiment, the most important abnormality in the closing operation of the second valve 14 can be detected quickly. Therefore, the safer fuel cell system 1 can be provided.
  • the flow meter 22 is disposed in the oxidizing gas flow path member 20 at a position between the air pump 21 and the replacement flow path member 30.
  • the flow meter 22 may be disposed anywhere as long as the air flowing through the inspection route can be detected.
  • the flow meter 22 may be disposed in the oxidizing gas flow path member 20 between the air pump 21 and the second position P2.
  • the flow meter 22 may be disposed in the replacement flow path member 30.
  • the flow meter 22 may be disposed in the fuel gas flow path member 10 on the opposite side to the first valve 12 from the first position P1. That is, the flow meter 22 may be disposed on any of the inspection routes.
  • the flow meter 22 is used as an example of a detection unit that detects the air flow.
  • a sensor that detects the flow velocity or pressure of air may be used instead of the flow meter.
  • the flow velocity of air may be detected using a sensor having the same configuration as that of the flow meter 22, for example. Whether the detection result of the sensor is handled as a flow rate or a flow rate may be appropriately selected.
  • the air pressure may be detected by, for example, a diaphragm pressure sensor.
  • Fuel cell system 100 Fuel cell stack 101a Cell 10 Fuel gas flow path member 20 Oxidation gas flow path member 30 Replacement flow path member 11 Hydrogen supply source 12 1st valve 13 7th valve 14 2nd valve 21 Air pump 22 Flowmeter 23 6th valve 24 3rd valve 31 4th valve 32 5th valve 40 Control part

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Abstract

　燃料ガスを用いずにパージ弁の異常を検査することができる、燃料電池システムを提供する。本開示の燃料電池システムは、燃料ガス流路部材と酸化ガス流路部材とに接続された置換流路部材を備える。置換流路部材の途中には、弁が接続される。制御部は、弁を開くことで、酸化ガス流路部材、置換流路部材及び燃料ガス流路部材を通る検査ルートを形成する。制御部は、エアーポンプから検査ルートに供給される酸化ガスを用いて、パージ弁などの開閉動作の正常又は異常を検査する。

Description

燃料電池システム及び制御方法
　本開示は、燃料ガス流路から水や不純物を排出するためのパージ弁の開閉動作の異常を検査する燃料電池システムに関する。
　燃料電池システムは、セルを複数積層した燃料電池スタックを備える。セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ）と、ＭＥＡの一方の面と他方の面とにそれぞれ接触する一対のセパレータとを有する。ＭＥＡは、例えば、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一方の面に接触するカソード電極と、固体高分子電解質膜の他方の面に接触するアノード電極とを有する。燃料電池システムは、例えば、固体高分子電解質膜を備えた固体高分子型燃料電池システムである。燃料電池システムは、燃料電池スタックの個々のセルにおけるアノード電極に供給された燃料ガス（例えば水素）と、カソード電極に供給された酸化ガス（例えば空気）との反応により電力と水とを生成する。
　水素イオンが固体高分子電解質膜を通してアノード電極からカソード電極に移動するため、水は、個々のセルのカソード電極で生成される。生成された水の一部は、固体高分子電解質膜を通してカソード電極からアノード電極に逆拡散する。水が燃料ガス流路に溜まると、燃料電池スタックへの燃料ガスの供給が妨げられる。この結果、燃料電池システムの発電効率が低下してしまう。また、燃料ガスには、燃料ガス以外にも、一酸化炭素などの不純物が含まれている。燃料ガスの燃焼に伴い、燃料電池スタック内のアノード周囲における不純物の濃度が上昇すると、相対的に燃料ガスの分圧が下がることにより、発電量が低下してしまう。
　従来の燃料電池システムは、燃料ガス流路にパージ弁を備える。例えば、デッドエンド式の燃料電池の場合、パージ弁は、燃料電池スタックよりも下流に備えられる。具体的には、パージ弁は、燃料電池スタックから排出される燃料ガスが通過する配管に設けられる。燃料ガス流路に溜まった水や不純物は、パージ弁を開くことで外部に排出される。このような燃料電池システムは、パージ弁の異常を検査する機能を備える。ここで、弁の異常には、開動作の異常と、閉動作の異常とが含まれる。弁が正常な場合、弁が開動作の指令を受信したときに、弁は開動作（即ち、閉状態から開状態に切替）する。しかし、弁の開動作が異常の場合、弁が開動作の指令を受信したときに、弁が開かずに閉状態が維持される。弁が正常な場合、弁が閉動作の指令を受信したときに、弁は閉動作（即ち、開状態から閉状態に切替）する。しかし、弁の閉動作が異常の場合、弁が閉動作の指令を受信したときに、弁が閉じずに開状態が維持される。
　例えば、特許文献１には、燃料電池の発電中における、水素循環流路の水素圧力と、水素のパージ指令の有無とに基づいて、パージ弁の異常を検査する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、水素パージ指令がないときに測定された水素圧力が閾値より小さい場合に、パージ弁の閉動作の異常と判断する。また、この燃料電池システムは、水素パージ指令があったときに測定された水素圧力が閾値より大きい場合に、パージ弁の開動作の異常と判断する。
特開２００３－９２１２５号公報
　従来の燃料電池システムでは、パージ弁の異常を検査するために、水素循環流路に水素を供給しなければならなかった。仮に、パージ弁の閉動作に異常がある場合、故障していることは判断出来るが、水素循環流路に水素が供給されているため、検査の実施によって水素が外部に排出される可能性があった。
　本開示は、酸化ガスを用いてパージ弁の正常又は異常を検査することができる燃料電池システムの提供を目的とする。
　上記目的を達成するため、本開示の一側面は、膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う燃料電池システムであって、複数の前記膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第１弁と、前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第２弁と、前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第３弁と、前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第４弁と、前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、いずれかのタイミングで、少なくとも下記ａ）～ｄ）の制御を行う制御部と、を備える燃料電池システムである。
　ａ）前記第１弁及び前記第３弁に対して、前記開状態から前記閉状態に切替る閉動作を行う指令を送信する制御
　ｂ）前記第４弁に対して、前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信する制御
　ｃ）前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信する制御
　ｄ）前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定する制御
　本開示の他の側面は、膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う燃料電池システムであって、複数の前記膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、前前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第１弁と、前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第２弁と、前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第３弁と、前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第４弁と、前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、前記第４弁に対して前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信する第１送信手段と、前記第１送信手段による指令の送信に応じて、前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信する第２送信手段と、前記第２送信手段による指令の送信に応じた前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定する第１決定手段と、を備える燃料電池システムである。
　本開示のさらに他の側面は、複数の膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第１弁と、前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第２弁と、前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第３弁と、前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第４弁と、前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、を備える燃料電池システムにおいて実行される制御方法であって、前記第１弁及び前記第３弁に対して、前記開状態から前記閉状態に切替る閉動作を行う指令を送信するステップと、前記第４弁に対して、前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信するステップと、前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信するステップと、前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定するステップと、を備える制御方法である。
　本開示の燃料電池システムによれば、酸化ガスを用いてパージ弁の正常又は異常を検査することができる。
図１は、燃料電池システムの構成を示す概要図である。 図２は、上記燃料電池システムに含まれる燃料電池スタックを示す斜視図である。 図３は、上記燃料電池スタックの構成を示す分解斜視図である。 図４Ａは、セルを構成するセパレータの表面を示す平面図である。 図４Ｂは、セルを構成するセパレータの裏面を示す平面図である。 図５は、上記セルの構成を示す部分断面図である。 図６は、本開示の燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。 図７は、本開示の第１実施形態に係る弁検査の制御処理を示すフローチャートである。 図８は、本開示の第２実施形態に係る弁検査の制御処理を示すフローチャートである。
＜システムの全体構成＞
　図１において、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池スタック１００と、燃料ガス流路部材１０と、酸化ガス流路部材２０と、置換流路部材３０とを含む。燃料ガス流路部材１０は、燃料電池スタック１００のアノード側の出入口に接続される。酸化ガス流路部材２０は、燃料電池スタック１００のカソード側の出入口に接続される。即ち、燃料電池スタック１００は、燃料ガス流路部材１０及び酸化ガス流路部材２０の途中に配置されている。置換流路部材３０は、燃料ガス流路部材１０の燃料電池スタック１００と水素供給源１１との間の位置と、酸化ガス流路部材２０の燃料電池スタック１００とエアーポンプ２１との間の位置とを接続する。なお、燃料電池システム１は、固体高分子型燃料電池システムであってよい。
＜＜燃料電池スタックに関連する構成＞＞
　図２及び図３に示されるように、燃料電池スタック１００は、複数のセル１０１ａと、２つのエンドプレート１０１Ｂとを備える。複数のセル１０１ａは、直列に積層されたセル群１０１Ａを構成する。２つのエンドプレート１０１Ｂの一方は、セル群１０１Ａの一端に配置される。２つのエンドプレート１０１Ｂの他方は、セル群１０１Ａの他端に配置される。複数本のボルト１０１Ｃは、複数のセル１０１ａ及び２つのエンドプレート１０１Ｂを貫通し、複数のセル１０１ａ及び２つのエンドプレート１Ｂを互いに固定する。一方のエンドプレート１０１Ｂには、空気流入孔１０１Ｄと、水素流入孔１０１Ｅとが形成される。空気流入孔１０１Ｄは、後述するセパレータ１１０の第１貫通孔１１２に連通する。空気流入孔１０１Ｄには、酸化ガス流路部材２０が接続される。水素流入孔１０１Ｅは、後述するセパレータ１１０の第３貫通孔１１４に連通する。水素流入孔１０１Ｅには、燃料ガス流路部材１０が接続される。他方のエンドプレート１０１Ｂには、空気排出孔（非図示）と、水素排出孔（非図示）とが形成される。空気排出孔は、後述するセパレータ１１０の第２貫通孔１１３に連通する。空気排出孔には、酸化ガス流路部材２０が接続される。水素排出孔は、後述するセパレータ１１０の第４貫通孔１１５貫通孔に連通する。水素排出孔には、燃料ガス流路部材１０が接続される。一方のエンドプレート１０１Ｂとセル群１０１Ａとの間には、集電板１０１Ｆが設けられる。他方のエンドプレート１０１Ｂとセル群１０１Ａとの間には、集電板１０１Ｇが設けられる。集電板１０１Ｆと集電板１０１Ｇとの間に外部の電気負荷（例えば、電化製品など）を、所定の電圧変換回路を介して電気的に接続することで、燃料電池スタック１００で生成された電力を外部の電気負荷に供給することができる。
　図３～図５に示されるように、燃料電池スタック１００を構成する各セル１０１ａは、膜／電極接合体１３０と、２つのガスケット１２０ａ、１２０ｂと、２つのセパレータ１１０とを有する。２つのガスケット１２０ａ、１２０ｂは、膜／電極接合体１３０の周縁部にそれぞれ設けられる。２つのセパレータ１１０の一方は、ガスケット１２０ａを介して、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触する。２つのセパレータ１１０の他方は、ガスケット１２０ｂを介して、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する。
＜＜＜膜／電極接合体＞＞＞
　図５に示されるように、膜／電極接合体１３０は、固体高分子電解質膜１３１、カソード電極１３２及びアノード電極１３３を有する。固体高分子電解質膜１３１は、プロトンの導電性を有する。固体高分子電解質膜１３１は、含水状態においてプロトンを選択的に輸送する。固体高分子電解質膜１３１は、例えばナフィオン（登録商標）などの、スルホン酸基を持ったフッ素系ポリマーで構成される。
　アノード電極１３３は、膜／電極接合体１３０の一方の面に接触する。アノード電極１３３は、触媒層１３３ａと、ガス拡散層１３３ｂとを有する。ガス拡散層１３３ｂは、導電性と、燃料ガスの通気性とを兼ね備える。本実施形態において、燃料ガスの一例として、水素が用いられる。しかし、燃料ガスは、水素を含む気体であればよい。ガス拡散層１３３ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３３ａは、膜／電極接合体１３０の一方の面とガス拡散層１３３ｂとの間に設けられる。触媒層１３３ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３３ａは、例えば、ガス拡散層１３３ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。
　カソード電極１３２は、膜／電極接合体１３０の他方の面に接触する。カソード電極１３２は、触媒層１３２ａとガス拡散層１３２ｂとを有する。ガス拡散層１３２ｂは、導電性と、酸化ガスの通気性とを兼ね備える。本実施形態において、酸化ガスの一例として、空気が用いられる。しかし、酸化ガスは、酸素を含む気体であればよい。ガス拡散層１３２ｂは、例えば、カーボンペーパーなどによって構成される。触媒層１３２ａは、膜／電極接合体１３０の他方の面とガス拡散層１３２ｂとの間に設けられる。触媒層１３２ａは、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒を含む。触媒層１３２ａは、例えば、ガス拡散層１３２ｂを構成するカーボンペーパーに対して、触媒を有機溶媒に分散させたペーストを塗布することで形成される。
＜＜＜セパレータ＞＞＞
　セパレータ１１０は、長方形の平板状の部材である。セパレータ１１０は、例えば、ステンレス、アルミニウム、カーボンなどの導電性材料で構成される。セパレータ１１０には、複数の第１流路壁１１１と、複数の第２流路壁１１７と、２つの第１貫通孔１１２と、２つの第２貫通孔１１３と、２つの第３貫通孔１１４と、２つの第４貫通孔１１５とが形成される。
　図３及び図４に示されるように、セパレータ１１０の一方の面（例えば、表面）における中央には、複数の第１流路壁１１１が間隔をあけて平行に形成される。第１流路壁１１１は、例えば、セパレータ１１０の表面に形成された溝である。全ての第１流路壁１１１を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０のカソード電極１３２の外形に対応する。各第１流路壁１１１と、隣り合う２つの第１流路壁１１１の間の凸部における頂点に接触するカソード電極１３２とによって、燃料電池スタック１００における複数の第１流路１１１ａが形成される。これら第１流路１１１ａの一端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、２つの第１貫通孔１１２が設けられる。また、これら第１流路１１１ａの他端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、２つの第２貫通孔１１３が設けられる。第１貫通孔１１２を通過した空気は、第１流路１１１ａを流れることで、カソード電極１３２に供給される。第１流路１１１ａを流れた空気は、カソード電極１３２で発電によって生成された水とともに、第２貫通孔１１３を通過する。セパレータ１１０の表面には、厚み方向に突出するガスケットライン３７Ａが形成される。ガスケットライン３７Ａは、複数の第１流路壁１１１と、２つの第１貫通孔１１２と、２つの第２貫通孔１１３との外周を隙間なく取り囲む。
　また、セパレータ１１０の他方の面（例えば、裏面）における中央には、表面と同様に、複数の第２流路壁１１７が間隔をあけて平行に設けられる。第２流路壁１１７は、例えば、セパレータ１１０の裏面に形成された溝である。複数の第２流路壁１１７は、表面のストレート型の流路壁１１１と異なり、その両端が第３貫通孔１１４及び第４貫通孔１１５に向かってそれぞれ直角に曲折したサーペンタイン型となっている。複数の第２流路壁１１７を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０のアノード電極１３３の外形に対応する。各第２流路壁１１７と、隣り合う２つの第２流路壁１１７の間の凸部における頂点に接触するアノード電極１３３とによって、燃料電池スタック１００における複数の第２流路１１７ａが形成される。第３貫通孔１１４を通過した水素は、第２流路１１７ａを流れることで、アノード電極１３３に供給される。第２流路１１７ａを流れた水素は、第４貫通孔１１５を通過する。セパレータ１１０の裏面には、表面と同様に、厚み方向に突出するガスケットライン３７Ｂが形成される。ガスケットライン３７Ｂは、複数の第２流路１１７ａと、２つの第３貫通孔１１４と、２つの第４貫通孔１１５との外周を隙間なく取り囲む。
　セパレータ１１０の互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の貫通孔１１６が等間隔で設けられる。本実施形態では、セパレータ１１０の強度を向上させるため、第３貫通孔１１４及び第４貫通孔１１５が、隣接する２つの貫通孔１１６の間の領域に設けられる。
＜＜＜ガスケット＞＞＞
　ガスケット１２０ａ、１２０ｂは、セパレータ１１０とほぼ同一寸法の長方形のシート材からなる。ガスケット１２０ａ、１２０ｂは、貫通孔１２１～１２６を有する。ガスケット１２０ａ、１２０ｂを形成するシート材としては、例えば、極めて薄く加工したシリコンゴム又はエラストマーなどの弾性体を用いることができる。ガスケット１２０ａ、１２０ｂの中央には、最も大きな長方形の貫通孔１２１が設けられる。この貫通孔１２１の外形及び位置は、セパレータ１１０の表面に形成された複数の第１流路壁１１１と、セパレータ１１０の裏面に形成された複数の第２流路壁１１７とを含む、略長方形の領域に対応する。また、貫通孔１２１の外形は、膜／電極接合体１３０の両面に設けたカソード電極１３２及びアノード電極１３３にも対応する。
　ガスケット１２０ａ、１２０ｂの互いに対向する短辺の近傍で、かつ長方形の貫通孔１２１の両端には、それぞれ２つの貫通孔１２２と、２つの貫通孔１２３とが設けられる。２つの貫通孔１２２の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第１貫通孔１１２にそれぞれ対応する。また、２つの貫通孔１２３の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第２貫通孔１１３にそれぞれ対応する。
　ガスケット１２０ａ、１２０ｂの一の長辺の近傍には、２つの貫通孔１２４と、２つの貫通孔１２５とが間隔をあけて設けられる。２つの貫通孔１２４の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第３貫通孔１１４にそれぞれ対応する。また、２つの貫通孔１２５の外形及び位置は、セパレータ１１０の２つの第４貫通孔１１５にそれぞれ対応する。
　ガスケット１２０ａ、１２０ｂの互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の貫通孔１２６が等間隔で設けてある。これら貫通孔１２６の外形及び位置は、セパレータ１１０の各貫通孔１１６にそれぞれ対応する。
　図３及び図５に示されるように、ガスケット１２０ａは、アノード電極１３３の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の一方の面に接触する。ガスケット１２０ａは、セパレータ１１０の裏面に形成されたガスケットライン３７Ｂによって押さえられる。ガスケット１２０ａは、第２流路１１７ａを流れる水素が、セル１０１ａから外部に漏れることを防止する。ガスケット１２０ｂは、カソード電極１３２の外周に隣接し、固体高分子電解質膜１３１の他方の面に接触する。ガスケット１２０ｂは、セパレータ１１０の表面に形成されたガスケットライン３７Ａによって押さえられる。ガスケット１２０ｂは、第１流路１１１ａを流れる空気が、セル１０１ａから外部に漏れることを防止する。
　図２及び図３において、複数のセル１０１ａが直接に積層されるので、第１貫通孔１１２及び貫通孔１２２が一直線に整列する。第３貫通孔１１４及び貫通孔１２４と、第２貫通孔１１３及び貫通孔１２３と、第４貫通孔１１５及び貫通孔１２５も、同様に、それぞれ一直線に整列する。一方のエンドプレート１０１Ｂの水素流入孔１０１Ｅは、一直線に整列した第３貫通孔１１４及び貫通孔１２４に連通する。一方のエンドプレート１０１Ｂの空気流入孔１０１Ｄは、一直線に整列した第１貫通孔１１２及び貫通孔１２２に連通する。他方のエンドプレート１０１Ｂの水素排出孔（非図示）は、一直線に整列した第４貫通孔１１５及び貫通孔１２５に連通する。他方のエンドプレート１０１Ｂの空気排出孔（非図示）は、一直線に整列した第２貫通孔１１３及び貫通孔１２３に連通する。
＜＜燃料電池の動作＞＞
　水素流入孔１０１Ｅから燃料電池スタック１００の内部に供給された水素は、積層方向に一直線に整列した第３貫通孔１１４に流入する。水素は、第３貫通孔１１４から第２流路１１７ａに流入する。第２流路１１７ａに流入した水素は、アノード電極１３３の拡散層１３３ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向に拡散され、アノード電極１３３の触媒層１３３ａに接触する。触媒層１３３ａに接触した水素は、触媒層１３３ａに含まれる触媒によって、水素イオンと電子とに乖離する。水素イオンは、固体高分子膜１３１を伝導し、カソード電極１３２の触媒層１３２ａに到達する。一方、電子は、集電板１０１Ｆから、外部に取り出される。アノード電極１３３に接触した水素ガスは、第２流路１１７ａに沿って第４貫通孔１１５に到達し、水素排出孔（非図示）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
　空気導入口１０１Ｄから燃料電池スタック１００の内部に供給された空気は、積層方向に一直線に整列した第１貫通孔１１２に流入する。空気は、第１貫通孔１１２から第１流路１１１ａに流入する。第１流路１１１ａに流入した空気は、カソード電極１３２の拡散層１３２ｂによって膜／電極接合体１３０の面方向に拡散され、カソード電極１３２の触媒層１３２ａに接触する。空気に含まれる酸素は、触媒層１３２ａに含まれる触媒によって、固体高分子膜１３１を伝導してきた水素イオンと、集電板１０１Ｆから取り出され、電気負荷を介して集電板１０１Ｇから伝導される電子と反応することで、水を生成する。この電子の移動によって、電力が発生する。カソード電極１３２に接触した空気は、生成された水とともに、第１流路１１１ａに沿って第２貫通孔１１３に到達し、空気排出孔（非図示）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
＜＜燃料ガス流路部材に関連する構成＞＞
　燃料ガス流路部材１０は、燃料電池スタック１００の外部で、燃料ガスである水素の流路を規定する。燃料ガス流路部材１０の構成は、水素の流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。燃料ガス流路部材１０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。硬質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
　図１に示されるように、燃料ガス流路部材１０には、水素の流れる方向における上流側から順に、燃料ガス供給源としての水素供給源１１と、第１弁１２と、第７弁１３と、燃料電池スタック１００と、第２弁１４とが配置される。第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４は、例えば、図６に示される制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態とを切替可能なソレノイド弁によって構成される。なお、制御部４０からの信号とは、例えば、各弁に対して供給される電流の状態である。例えば、開状態に切替る信号が受信されている状態とは、ソレノイドを駆動する所定の電流が各弁に供給されている状態である。また、閉状態に切替る信号が受信されている状態とは、ソレノイドを駆動する所定の電流が各弁に供給されていない状態である。即ち、第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４は、初期状態では閉状態となり、電流の供給に応じて開状態となるソレノイド弁である。但し、第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４は、初期状態で開状態となり、電流の供給に応じて閉状態となるソレノイド弁であってもよい。また、本開示の実施に用いられる第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本開示の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
　水素供給源１１は、燃料ガス流路部材１０の最も上流の位置に配置又は接続される。即ち、水素供給源１１は、燃料ガス流路部材１０の上流側の一端に配置又は接続される。水素供給源１１は、燃料ガス流路部材１０に燃料ガスである水素を供給する。水素供給源１１の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、気体又は液体水素が貯蔵された高圧タンク、水素吸蔵合金が内蔵された低圧タンクを用いることができる。
　第１弁１２は、水素供給源１１と置換流路部材３０（具体的には、後記する第１位置Ｐ１）との間の位置で、燃料ガス流路部材１０に配置される。第１弁１２は、燃料電池システム１の起動時に開状態となり、水素供給源１１から燃料電池スタック１００に対して供給される水素を燃料ガス流路部材１０へ流通させる。また、第１弁１２は、燃料電池システム１の終了時に閉状態となり、水素供給源１１から燃料電池スタック１００に対して供給される水素を遮断する。第１弁１２は、第２弁１４の閉動作の異常が生じた場合に閉状態となり、燃料電池スタック１００への水素の供給を遮断する。
　第７弁１３は、置換流路部材３０と燃料電池スタック１００との間の位置で、燃料ガス流路部材１０に配置される。第７弁１３は、燃料電池システム１の起動時に開状態となり、水素供給源１１から燃料電池スタック１００に対して供給される水素を燃料ガス流路部材１０へ流通させる。また、第７弁１３は、燃料電池システム１の終了時に閉状態となり、水素供給原１１から燃料電池スタック１００に対して供給される水素を遮断する。第７弁１３は、第２弁１４の閉動作に異常が生じた場合に、閉状態となり、燃料電池スタック１００への水素の供給を遮断する。すなわち、第１弁１２及び第７弁１３は、第２弁１４の閉動作の異常による水素の漏れを二重に防止する。
　第２弁１４は、燃料電池スタック１００より下流に接続された燃料ガス流路部材１０に配置される。換言すれば、第２弁１４は、燃料電池スタック１００に対して、第１弁１２と反対側において燃料ガス流路部材１０に配置される。燃料電池スタック１００より下流に接続された燃料ガス流路部材１０の内部には、燃料電池スタック１００で生成された水や、発電に伴って濃度が高くなった不純物が滞留する。第２弁１４は、開状態となったときに、燃料ガス流路部材１０に溜まった水や不純物を、水素とともに外部に排出する。即ち、第２弁１４は、水素をパージするパージ弁として機能する。第２弁１４の開動作に異常が生じた場合は、水や不純物を外部に排出することができなくなる。また、第２弁１４の閉動作に異常が生じた場合は、水素が外部に漏れてしまう。このため、本実施形態の燃料電池システム１は、システムの起動時に、第２弁１４を含む複数の弁の異常を検査する（図７及び図８を参照）。
＜＜酸化ガス流路部材に関連する構成＞＞
　酸化ガス流路部材２０は、酸化ガスである空気の流路を規定する。酸化ガス流路部材２０の構成は、空気の流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。酸化ガス流路部材２０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。硬質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
　図１に示されるように、酸化ガス流路部材２０には、空気の流れる方向における上流側から順に、エアーポンプ２１と、流量計２２と、第６弁２３と、第３弁２４とが配置される。
　エアーポンプ２１は、酸化ガス流路部材２０の最も上流の位置に配置又は接続される。即ち、エアーポンプ２１は、酸化ガス流路部材２０の上流側の一端に配置又は接続されている。エアーポンプ２１は、酸化ガス流路部材２０に酸化ガスである空気を供給する。図６に示されるように、エアーポンプ２１は、例えば、制御部４０からの指令（例えば、信号）に基づいて、酸化ガス流路部材２０に対して空気を送る動作状態と、酸化ガス流路部材２０に対して空気を送らない停止状態との、何れか一方の状態であるように制御される。
　流量計２２は、エアーポンプ２１と置換流路部材３０との間の位置で、酸化ガス流路部材２０に配置される。流量計２２は、空気の流れを検出する検出部の一例である。具体的に、流量計２２は、酸化ガス流路部材２０に供給される空気の流量を検出する。流量計２２の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、熱式、差圧式、面積式、超音波式などの流量計を用いることができる。本実施形態の流量計２２は、サーミスタを用いた熱式の流量計である。図６に示されるように、流量計２２は、酸化ガス流路部材２０へ供給される空気の流量を検出し、検出結果を制御部４０に送信する。流量計２２は、燃料電池の動作中、即ち、少なくとも図７及び図８に示される処理が実行されている間は、検出結果を制御部に送信し続ける。
　第６弁２３は、酸化ガス流路部材２０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。本実施形態において、第６弁２３は、酸化ガス流路部材２０の上流から下流、すなわち、エアーポンプ２１側から燃料電池スタック１００側への流れを許容する。第６弁２３は、酸化ガス流路部材２０の下流から上流、すなわち、燃料電池スタック１００側からエアーポンプ２１側への流れを遮断する。第６弁２３としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、第６弁２３として、逆止弁の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
　第３弁２４は、燃料電池スタック１００より下流に接続された酸化ガス流路部材２０に配置される。換言すれば、第３弁２４は、燃料電池スタック１００に対して、エアーポンプ２１と反対側において酸化ガス流路部材２０に配置される。第３弁２４は、開状態となったときに、燃料電池スタック１００のカソード側で生成された水を、空気とともに外部へ排出する。ここで、上述した第２弁１４を含む複数の弁の異常を検査するときに、第３弁２４は、閉状態となり、酸化ガス流路部材２０から外部への空気の排出を遮断する。図６に示されるように、第３弁２４は、例えば、制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態を切替可能なソレノイド弁によって構成される。第３弁２４は、第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４と同様に、初期状態では閉状態となり、電流の供給に応じて開状態となるソレノイド弁である。但し、第３弁２４は、初期状態で開状態となり、電流の供給に応じて閉状態となるソレノイド弁であってもよい。また、本開示の実施に用いられる第３弁２４は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本開示の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
＜＜置換流路部材に関連する構成＞＞
　置換流路部材３０は、酸化ガス流路部材２０から燃料ガス流路部材１０へ空気を流通させるためのものである。置換流路部材３０の構成は、空気が流れる置換流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。置換流路部材３０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。
　図１に示されるように、置換流路部材３０は、燃料ガス流路部材１０の燃料電池スタック１００と水素供給源１１との間の第１位置Ｐ１と、酸化ガス流路部材２０の燃料電池スタック１００とエアーポンプ２１との間の第２位置Ｐ２とを接続する。具体的には、ガス流路部材１０の第１位置Ｐ１は、第１弁１２と第７弁１３との間に位置する。酸化ガス流路部材２０の第２位置Ｐ２は、流量計２２と第６弁２３との間に位置する。置換流路部材３０の酸化ガス流路部材２０側には、第４弁３１が配置される。置換流路部材３０の燃料ガス流路部材１０側には、第５弁３２が配置される。硬質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ステンレスなどの金属であってよい。軟質のパイプ、チューブの材質は、例えば、ポリプロピレンなど、各種エンジニアリングプラスチックや合成樹脂であってよい。
　第４弁３１は、燃料ガス流路部材１０と酸化ガス流路部材２０とを流通又は遮断させるためのものである。図６に示されるように、第４弁３１は、例えば、制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態を切替可能なソレノイド弁によって構成される。第４弁３１は、第１弁１２、第７弁１３、及び第２弁１４と同様に、初期状態では閉状態となり、電流の供給に応じて開状態となるソレノイド弁である。但し、第４弁３１は、初期状態で開状態となり、電流の供給に応じて閉状態となるソレノイド弁であってもよい。また、本開示の実施に用いられる第４弁３１は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本開示の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
　上述した第２弁１４を含む複数の弁の異常を検査するときに、第４弁３１は、制御部４０からの指令に従って開状態となり、燃料ガス流路部材１０と酸化ガス流路部材２０とを流通させる。これにより、酸化ガス流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが定義される。具体的に、検査ルートは、エアーポンプ２１と第２位置Ｐ２との間の酸化ガス流路部材２０と、置換流路部材３０と、第１位置Ｐ１から第１弁１２に対して反対側の燃料ガス流路部材１０とによって定義される。このとき、エアーポンプ２１から供給される空気は、置換流路部材３０を介して、酸化ガス流路部材２０から燃料ガス流路部材１０へ流れる。第４弁３１は、制御部４０からの指令に従って閉状態となり、燃料ガス流路部材１０と酸化ガス流路部材２０とを遮断させる。これにより、エアーポンプ２１から供給される空気は、酸化ガス流路部材２０を通って燃料電池スタック１００のカソード側に流れる。
　第５弁３２は、置換流路部材３０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。すなわち、第５弁３２は、酸化ガス流路部材２０から燃料ガス流路部材１０への空気の流れを許容する。第５弁３２は、燃料ガス流路部材１０から酸化ガス流路部材２０への水素の流れを遮断する。第５弁３２としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、第５弁３２として、逆止弁の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
＜＜制御部＞＞
　図６に示す制御部４０は、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第３弁２４、第４弁３１、エアーポンプ２１及び流量計２２に電気的に接続される。制御部４０は、指令を送信することにより、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第３弁２４及び第４弁３１の開閉動作を制御する。また、制御部４０は、指令を送信することによりエアーポンプ２１の動作を制御する。さらに、制御部４０は、流量計２２から、検出結果を受信する。制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、第２弁１４を含む複数の弁の異常を検査するための処理を実行する。制御部４０は、例えば、ＣＰＵと、記憶部とを含むマイコンと、各種電気回路とを含む回路基板である。各種電気回路は、例えば、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第３弁２４、第４弁３１及びエアーポンプ２１を駆動するドライバ回路や、流量計２２からのアナログ信号を変換してマイコンに入力する変換回路などを含む。記憶部には、後述する図７及び図８の制御処理を実行するための専用のプログラムが記憶されている。記憶部としては、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭなどである。なお、制御部４０には、マイコンの代わりに、又は加えて、図７及び図８の制御処理を実行するための専用の電子回路（例えば、ＡＳＩＣ）が含まれても良い。
　ここで、本実施形態では、１つの制御部４０が、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第３弁２４、第４弁３１の開閉動作を制御し、かつ第２弁１４を含む複数の弁の異常を検査する。しかし、本開示の燃料電池システムは、１つの制御部４０を備えた構成に限定されるものではない。本開示の燃料電池システムは、弁の開閉制御と、弁の異常検査とを、複数の制御部が行う構成とすることができる。
＜第１実施形態に係る弁検査の制御処理＞
　次に、本開示の第１実施形態に係る弁検査の制御処理について、図７を参照しつつ説明する。以下に説明するとおり、本実施形態の燃料電池システム１は、エアーポンプ２１から供給される空気を用いて、第２弁１４の開閉動作を検査する。弁検査の制御処理は、燃料電池システム１の起動時や、運転時など、任意のタイミングで実行が可能である。
　図７に示すステップＳ１～Ｓ１９は、図６に示す制御部４０により実行される。なお、図７に示すステップＳ１～Ｓ１９が、複数の制御部により実行される構成としてもよいことは、上述のとおりである。
＜＜弁検査の制御処理の概要＞＞
　本実施形態に係る弁検査の制御処理の流れについて簡単に説明する。図７に示すステップＳ１～Ｓ４では、燃料電池システム１に含まれる複数弁の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、ステップＳ５～Ｓ１１で、第２弁１４の開閉動作、第７弁１３及び第４弁３１の開動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、ステップＳ１２～Ｓ１５で、第７弁１３の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、第４弁３１の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、燃料電池システム１に含まれる複数弁が正常に開閉動作したことになる。いずれかの弁の異常が検出された場合には、その時点で弁検査の制御処理は終了される。
＜＜複数弁の閉動作の検査＞＞
　図７のステップＳ１～Ｓ４に示すように、制御部４０は、最初に、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４の閉動作の異常を検査する。燃料電池システムにおいて、可燃性を有する水素の漏れを防止することは、極めて重要である。このため、本実施形態の燃料電池システム１では、最初に、第２弁１４を含む複数の弁の閉動作の異常が検査される。
　ステップＳ１において、制御部４０は、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４の全てに対して、閉動作させる指令を送信する。なお、燃料電池システム１の起動時に弁検査の制御処理が実行される場合、全ての弁は予め閉状態となっていることが期待される。そのため、燃料電池システム１の起動時に弁検査の制御処理が実行される場合、ステップＳ１は省略されてもよい。次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２に移行させる。ステップＳ２において、制御部４０は、エアーポンプ２１に対して指令を送信し、酸化ガス流路部材２０に空気を供給させる。この空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ３に移行させる。ステップＳ３において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。ここで、ステップＳ３の閾値としては、０［リットル／分］を少しだけ超える値が設定される。すなわち、ステップＳ１において、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４が正常に閉動作したならば、酸化ガス流路部材２０に空気が流れないため、空気の流量は、理想的には０リットル／分となるはずである。仮に、空気の流量が０［リットル／分］を超えるならば、酸化ガス流路部材２０に空気が流れていることを意味する。すなわち、空気の流量が０［リットル／分］を超える場合は、第３弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１が正常に閉動作しなかったか、何れかを意味する。但し、実際には、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４は、正常な状態であっても、約０．０１［リットル／分］以下の漏れ量を有している。このため、ステップＳ３の閾値としては、これら弁の正常な漏れ量を考慮した、０＋α［リットル／分］の値（例えば、０．１［リットル／分］）が設定される。
　ステップＳ３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ４に移行させる。ステップＳ４において、制御部４０は、第３弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１及が正常に閉動作しなかったか、何れかであると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜＜第２弁の閉動作の検査＞＞
　一方、ステップＳ３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ５に移行させる。ステップＳ５において、制御部４０は、第７弁１３及び第４弁３１に対して、開動作させる指令を送信する。仮に、第７弁１３及び第４弁３１が正常に開動作したならば、酸化ガス流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが形成されるはずである。この検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ６に移行させる。ステップＳ６において、制御部４０は、流量計２２から受信された検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ６の閾値も、ステップＳ３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１において、第２弁１４が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも小さくなるからである。
　ステップＳ６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ７に移行させる。ステップＳ５の処理によって、第７弁１３及び第４弁３１は開状態にされている。一方で、第２弁１４は、ステップＳ１の制御処理によって閉状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より大きいことは、ステップＳ１において第２弁１４が正常に閉動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ７において、制御部４０は、第２弁１４の閉動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜＜第２弁の開動作の検査＞＞
　一方、ステップＳ６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ８に移行させる。ステップＳ８において、制御部４０は、第２弁１４に対して、開動作させる指令を送信する。仮に、第２弁１４が正常に開動作したならば、エアーポンプ２１から供給される空気が、酸化ガス流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０（検査ルート）を通って外部に排出されるはずである。この検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ９に移行させる。ステップＳ９において、制御部４０は、流量計２２から受信された検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも大きいかを判断する。このステップＳ９の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ５において、第７弁１３及び第４弁３１、ステップＳ８における第２弁１４のそれぞれが正常に開動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも大きくなるからである。
　ステップＳ９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１０に移行させる。ステップＳ８の制御処理によって、第２弁１４は、開状態にされている。一方、ステップＳ５の制御処理によって、第７弁１３及び第４弁３１も開状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より小さいことは、少なくとも一つの弁が、正常に開動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ１０において、制御部４０は、第７弁１３、第４弁３１又は第２弁１４の、いずれかの開動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１１に移行させる。ステップＳ１１において、制御部４０は、第２弁１４の開閉動作が正常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。
　また、ステップＳ９の判断の結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ５における第７弁１３及び第４弁３１の開動作が正常であることを意味する。しかし、ステップＳ１～１１までの制御処理では、第７弁１３及び第４弁３１の閉動作が正常か異常か特定できない。そこで、制御部４０は、ステップＳ１１に引き続き、第７弁１３及び第４弁３１の閉動作を検査するための、以下の制御処理を実行する。
＜＜第７弁の閉動作の検査＞＞
　制御部４０は、制御処理をステップＳ１２に移行させる。ステップＳ１２において、制御部４０は、第７弁１３に対して、閉動作させる指令を送信する。仮に、第７弁１３が正常に閉動作したならば、燃料ガス流路部材１０は、燃料電池スタック１００の上流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ１３に移行させる。ステップＳ１３において、制御部４０は、流量計２２から受信された検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ１３の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ９と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１２において、第７弁１３が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも小さくなるからである。
　ステップＳ１３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１４に移行させる。ステップＳ１４において、制御部４０は、第７弁１３の閉動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ１３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１５に移行させる。ステップＳ１５において、制御部４０は、第７弁１３の開閉動作が正常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。
＜＜第４弁の閉動作の検査＞＞
　制御部４０は、制御処理をステップＳ１６に移行させる。ステップＳ１６において、制御部４０は、第７弁１３に対して、開動作させる指令を送信し、かつ第４弁３１に対して、閉動作させる指令を送信する。仮に、第４弁３１が正常に閉動作したならば、置換流路部材３０は、その途中で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ１７に移行させる。ステップＳ１７において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ１７の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１６において、第４弁３１が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも小さくなるからである。
　ステップＳ１７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１８に移行させる。ステップＳ１８において、制御部４０は、第４弁３１の閉動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ１７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１９に移行させる。ステップＳ１９において、制御部４０は、第４弁３１の開閉動作が正常であると判断する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜第２実施形態に係る弁検査の制御処理＞
　次に、本開示の第２実施形態に係る弁検査の制御処理について、図８を参照しつつ説明する。上述した第１実施形態と同様に、第２実施形態の燃料電池システム１は、エアーポンプ２１から供給される空気を用いて、第２弁１４の開閉動作を検査する。
　図８に示すステップＳ２１～Ｓ３９は、図６に示す制御部４０により実行される。なお、図８に示すステップＳ２１～Ｓ３９が、複数の制御部により実行される構成としてもよいことは、上述のとおりである。
　上述した第１実施形態の制御処理は、第２弁１４の閉動作を先に検査し（図７のステップＳ５～Ｓ７）、第２弁１４の開動作を後に検査する（図７のステップＳ８～Ｓ１１）。これに対し、第２実施形態の制御処理は、第２弁１４の開動作を先に検査し（図８のステップＳ２５～Ｓ２７）、第２弁１４の閉動作を後に検査する（図８のステップＳ２８～Ｓ３１）。
＜＜複数弁の閉動作の検査＞＞
　図８のステップＳ２１～Ｓ２４は、第１実施形態の図７のステップＳ１～Ｓ４と同一の制御処理である。ステップＳ２１において、制御部４０は、最初に、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４の全てに対して、閉動作させる指令を送信する。ステップＳ２２において、制御部４０は、エアーポンプ２１に対して指令を送信し、酸化ガス流路部材２０に空気を供給させる。ステップＳ２３において、制御部４０は、流量計２２にから受信された検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。ステップＳ２３における閾値は、第１実施形態と同様に、０．１［リットル／分］である。
　ステップＳ２３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ２４に移行させる。ステップＳ２１の制御処理によって、第１弁１２、第７弁１３、第２弁１４、第４弁３１及び第３弁２４はいずれも閉状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より大きいことは、ステップＳ２１において複数弁のいずれかが正常に閉動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ２４において、制御部４０は、第３弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１及が正常に閉動作しなかったか、何れかであると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜＜第２弁の開動作の検査＞＞
　一方、ステップＳ２３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ２５に移行させる。ステップＳ２５において、制御部４０は、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１に対して、開動作させる指令を送信する。仮に、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１が正常に開動作したならば、酸化ガス流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが形成されるはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２６に移行させる。ステップＳ２６において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも大きいかを判断する。このステップＳ６の閾値も、ステップＳ２３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ２５において、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１が正常に開動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも大きくなるからである。
　ステップＳ２６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ２７に移行させる。ステップＳ２７において、制御部４０は、第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１の、いずれかの開動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜＜第２弁の閉動作の検査＞＞
　一方、ステップＳ２６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ２８に移行させる。ここで、ステップＳ２６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ２５における第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１の開動作が正常であることを意味する。
　ステップＳ２８において、制御部４０は、第２弁１４に対して、閉動作させる指令を送信する。仮に、第２弁１４が正常に閉動作したならば、燃料ガス流路部材１０は、燃料電池スタック１００の下流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２９に移行させる。ステップＳ２９において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ２９の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ２８において、第２弁１４が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも小さくなるからである。
　ステップＳ２９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３０に移行させる。ステップＳ３０において、制御部４０は、第２弁１４の閉動作が異常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ２９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３１に移行させる。ステップＳ３１において、制御部４０は、第２弁１４の開閉動作が正常であると決定する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。
　上述のとおり、ステップＳ２６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ２５における第７弁１３、第２弁１４及び第４弁３１の開動作が正常であることを意味する。しかし、ステップＳ２１～３１までの制御処理では、第７弁１３及び第４弁３１の閉動作が正常か異常か特定できない。そこで、第１実施形態と同様に、制御部４０は、ステップＳ３１に引き続き、第７弁１３及び第４弁３１の閉動作を検査するための、以下の制御処理を実行する。
＜＜第７弁の閉動作の検査＞＞
　図８のステップＳ３２～Ｓ３４は、ステップＳ３２で第２弁１４を開動作させることを除き、第１実施形態の図７のステップＳ１２～Ｓ１４と同一の制御処理である。
　制御部４０は、制御処理をステップＳ３２に移行させる。ステップＳ３２において、制御部４０は、第２弁１４に対して、開動作させる指令を送信し、かつ第７弁１３に対して、閉動作させる指令を送信する。仮に、第７弁１３が正常に閉動作したならば、燃料ガス流路部材１０は、燃料電池スタック１００の上流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。制御部４０は、流量計２２の検出結果を受信する。
　次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ３３に移行させる。ステップＳ３３において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ３３の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２９と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ３２において、第７弁１３が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０．１［リットル／分］よりも小さくなるからである。
　ステップＳ３３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３４に移行させる。ステップＳ３４において、制御部４０は、第７弁１３の閉動作が異常であると判断する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ３３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３５に移行させる。ステップＳ３５において、制御部４０は、第７弁１３の開閉動作が正常であると判断する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。
＜＜第４弁の閉動作の検査＞＞
　図８のステップＳ３６～Ｓ３９は、第１実施形態の図７のステップＳ１６～Ｓ１９と同一の制御処理である。
　ステップＳ３６において、制御部４０は、第７弁１３に対して、開動作させる指令を送信し、かつ第４弁３１に対して、閉動作させる指令を送信する。ステップＳ３７において、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、空気の流量が閾値よりも小さいかを判断する。このステップＳ３７の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２９、Ｓ３３と同様に、０．１［リットル／分］である。
　ステップＳ３７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判断した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３８に移行させる。ステップＳ３８において、制御部４０は、第４弁３１の閉動作が異常であると判断する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存したり、所定の報知部を介して報知したりする。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
　一方、ステップＳ３７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判断した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３９に移行させる。ステップＳ３９において、制御部４０は、第４弁３１の開閉動作が正常であると判断する。制御部４０は、この決定結果を、制御部４０の記憶部に保存する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
＜作用効果＞
　本実施形態の燃料電池システム１は、酸化ガスを用いて第２弁１４の異常を検査することができる。これにより、第２弁１４の閉動作に異常がある場合であっても、検査の実施によって水素が外部へ排出される可能性を低減できる。また、第１及び第２実施形態に係る弁検査の制御処理によれば、第２弁１４を含む、燃料ガス流路部材１０上の複数の弁の開閉動作を検査することができる。特に、第１実施形態に係る弁検査の制御処理によれば、最も重要な第２弁１４の閉動作の異常を、迅速に検出することができる。したがって、より安全な燃料電池システム１の提供が可能となる。
＜変形例＞
　前記した実施形態において、流量計２２は、エアーポンプ２１と置換流路部材３０との間の位置で、酸化ガス流路部材２０に配置される。しかし、流量計２２は、検査ルートを流れる空気を検出可能な場所であれば、どこに配置されてもよい。例えば、流量計２２は、エアーポンプ２１と第２位置Ｐ２との間の酸化ガス流路部材２０に配置されてもよい。流量計２２は、置換流路部材３０に配置されてもよい。流量計２２は、第１位置Ｐ１から第１弁１２に対して反対側の燃料ガス流路部材１０に配置されてよい。即ち、流量計２２は、検査ルートの何れかに配置されればよい。
　本実施形態において、空気の流れを検出する検出部の一例として、流量計２２が用いられた。しかし、流量計の代わりに、空気の流速や圧力を検出するセンサが用いられてもよい。空気の流速は、例えば、流量計２２と同様の構成のセンサを用いて検出されてよい。センサの検出結果を流量として取り扱うか、流速として取り扱うかは、適宜選択されてよい。空気の圧力は、例えば、ダイアフラム圧力センサなどで検出されてよい。
　以上において、本開示を実施例に即して説明したが、本開示は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。
　１　燃料電池システム
　１００　燃料電池スタック
　１０１ａ　セル
　１０　燃料ガス流路部材
　２０　酸化ガス流路部材
　３０　置換流路部材
　１１　水素供給源
　１２　第１弁
　１３　第７弁
　１４　第２弁
　２１　エアーポンプ
　２２　流量計
　２３　第６弁
　２４　第３弁
　３１　第４弁
　３２　第５弁
　４０　制御部

Claims (13)

  1. 　膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う燃料電池システムであって、
    　複数の前記膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、
    　前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、
    　前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、
    　前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第１弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第２弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第３弁と、
    　前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第４弁と、
    　前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、
    　いずれかのタイミングで、少なくとも下記ａ）～ｄ）の制御を行う制御部と、を備える燃料電池システム。
    　ａ）前記第１弁及び前記第３弁に対して、前記開状態から前記閉状態に切替る閉動作を行う指令を送信する制御
    　ｂ）前記第４弁に対して、前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信する制御
    　ｃ）前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信する制御
    　ｄ）前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定する制御
  2. 　前記制御部が、下記ｅ）、ｆ）の制御を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
    　ｅ）前記ａ）の制御において、さらに、前記第４弁及び前記第２弁に対して、前記閉動作を行う指令を送信する制御
    　ｆ）前記ｅ）及び前記ｃ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記第１弁、前記第３弁、前記第４弁及び前記第２弁のいずれかの前記閉動作が異常であると決定する制御
  3. 　前記制御部が、下記ｇ）、ｈ）の制御を行う、請求項２に記載の燃料電池システム。
    　ｇ）前記ｅ）及び前記ｃ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記第４弁に対して、前記開動作を行う指令を送信する制御
    　ｈ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記第２弁の前記閉動作が異常であると決定する制御
  4. 　前記制御部が、下記ｉ）、ｊ）の制御を実行する、請求項３に記載の燃料電池システム。
    　ｉ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記第２弁に対して、前記開動作を行う指令を送信する制御
    　ｊ）前記ｉ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記第４弁又は前記第２弁の前記開動作が異常であると決定する制御
  5. 　前記制御部が、下記ｋ）、ｌ）の制御を実行する、請求項４に記載の固体高分子型燃料電池システム。
    　ｋ）前記ｊ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記第４弁に対して、前記閉動作を行う指令を送信する制御
    　ｌ）前記ｋ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記第４弁の前記閉動作が異常であると決定する制御
  6. 　前記制御部が、下記ｍ）、ｎ）の制御を実行する、請求項２に記載の燃料電池システム。
    　ｍ）前記ｅ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記第４弁及び前記第２弁に対して、前記開動作を行う指令を送信する制御
    　ｎ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記第４弁又は前記第２弁の前記開動作が異常であると決定する制御
  7. 　前記制御部が、下記ｏ）、ｐ）の制御を実行する、請求項６に記載の燃料電池システム。
    　ｏ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記第２弁に対して、前記閉動作を行う指令を送信する制御
    　ｐ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記第２弁の前記閉動作が異常であると決定する制御
  8. 　前記制御部が、下記ｑ）、ｒ）の制御を実行する、請求項７に記載の燃料電池システム。
    　ｑ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合は、前記第４弁に対して、前記閉動作を行う指令を送信する制御
    　ｒ）前記ｑ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記第４弁の前記閉動作が異常であると決定する制御
  9. 　前記置換流路部材に配置され、前記燃料ガス流路部材から前記酸化ガス流路部材への流体流れを遮断可能、且つ、前記酸化ガス流路部材から前記燃料ガス流路部材への流体の流れを許容可能に構成される第５弁を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  10. 　前記第２位置と前記燃料電池スタックとの間の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置され、前記燃料電池スタックから前記第２位置への流体流れを遮断可能、且つ、前記第２位置から前記燃料電池スタックへの流体の流れを許容可能に構成される第６弁を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  11. 　前記第１位置と前記燃料電池スタックとの間の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された第７弁を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  12. 　膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う燃料電池システムであって、
    　複数の前記膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、
    　前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、
    　前前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、
    　前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第１弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第２弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第３弁と、
    　前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能で、初期状態で前記閉状態となる第４弁と、
    　前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、
    　前記第４弁に対して前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信する第１送信手段と、
    　前記第１送信手段による指令の送信に応じて、前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信する第２送信手段と、
    　前記第２送信手段による指令の送信に応じた前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定する第１決定手段と、
    を備える燃料電池システム。
  13. 　複数の膜／電極接合体と、複数のセパレータとが積層された燃料電池スタックと、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置され、燃料ガス供給源が一端に接続される燃料ガス流路部材と、
    　途中に前記燃料電池スタックが配置される酸化ガス流路部材と、
    　前記酸化ガス流路部材の一端に接続される酸化ガス供給源と、
    　前記燃料ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記燃料ガス供給源との間の第１位置と、前記酸化ガス流路部材の前記燃料電池スタックと前記酸化ガス供給源との間の第２位置とを接続する置換流路部材と、
    　前記第１位置と前記燃料ガス供給源との間で前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第１弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して第１弁と反対側において前記燃料ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第２弁と、
    　前記燃料電池スタックに対して前記酸化ガス供給源と反対側において前記酸化ガス流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第３弁と、
    　前記置換流路部材に配置され、開状態と閉状態とを切替可能な第４弁と、
    　前記酸化ガス供給源と前記第２位置との間の前記酸化ガス流路部材と、前記置換流路部材と、前記第１位置から前記第１弁に対して反対側の前記燃料ガス流路部材との何れか１つに配置され、前記酸化ガスの流れを検出する検出部と、
    を備える燃料電池システムにおいて実行される制御方法であって、
    　前記第１弁及び前記第３弁に対して、前記開状態から前記閉状態に切替る閉動作を行う指令を送信するステップと、
    　前記第４弁に対して、前記閉状態から前記開状態に切替る開動作を行う指令を送信するステップと、
    　前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指令を送信するステップと、
    　前記検出部の検出結果に基づき、前記第２弁の前記開動作又は前記閉動作の正常又は異常を決定するステップと、
    を備える制御方法。
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