(57)【要約】【課題】  ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池の性能低下を抑制する。【解決手段】  燃料ガスを燃料電池スタック１０に供給する燃料系１を備えた燃料電池システムの漏れ検査方法であって、燃料電池スタック１０を含まない閉空間１２をガス燃料系１に形成する工程と、閉空間１２に設けられた開閉弁ＳＶ３から検査ガスを充填する工程と、検査ガスを閉空間１２から開閉弁ＳＶ３を介して検査ガス排出系３に導入して、燃料電池スタック１０を介さずに外部に放出する工程とを備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスを燃料電池に供給するガス流路を備えた燃料電池システムの漏れ検査方法であって、
燃料電池を含まない閉空間をガス流路に形成する工程と、閉空間内に設けられた検査ガス充填口から検査ガスを充填する工程と、検査ガスを閉空間から燃料電池を介さずに外部に放出する工程とを備える燃料電池システムの漏れ検査方法。
【請求項２】
検査ガス充填口を介して閉空間から検査ガスを排出する請求項１記載の燃料電池システムのガス漏れ検査方法。
【請求項３】
閉空間から排出された検査ガスを所定圧以下に減圧する請求項１又は２記載の燃料電池システムのガス漏れ検査方法。
【請求項４】
閉空間から排出された検査ガスを回収する請求項１又は２記載の燃料電池システムのガス漏れ検査方法。
【請求項５】
閉空間から排出された検査ガスを加圧してタンクに回収する請求項４記載の燃料電池システムのガス漏れ検査方法。
【請求項６】
反応ガスを燃料電池に供給するガス流路を備えた燃料電池システムであって、
前記ガス流路上に設けられた複数の遮断弁と、検査ガスを前記ガス流路に供給および前記ガス流路から排出する検査ガス装置とを備え、
該検査ガス装置は、前記遮断弁に囲まれた区間において前記ガス流路に接続されている燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びそのガス漏れ検査方法に関し、特に、ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池の性能低下抑制に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいては、反応ガス（燃料ガス、酸化剤ガス）の漏れを正確に検知することが非常に重要である。かかる要請に応えるべく、特許文献１には、ヘリウムガスを検査ガスとして燃料ガス流路、酸化剤ガス流路に充填することにより、漏れ量を検出する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３３４７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、検査終了後に、検査ガスを燃料電池システムに組み込まれている燃料ガス（又は酸化剤ガス）排出口から排出すると、燃料ガス（又は酸化剤ガス）とは異なる検査ガスが燃料電池スタックに混入し、燃料電池スタックの性能低下を来たす虞がある。
【０００４】
そこで、本発明は、ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池の性能低下抑制に有効な燃料電池システム及びそのガス漏れ検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、反応ガスを燃料電池に供給するガス流路を備えた燃料電池システムの漏れ検査方法であって、燃料電池を含まない閉空間をガス流路に形成する工程と、閉空間内に設けられた検査ガス充填口から検査ガスを充填する工程と、検査ガスを閉空間から燃料電池を介さずに外部に放出する工程とを備える。
【０００６】
かかる構成によれば、検査ガスは、燃料電池を含まない閉空間に検査ガス充填口を介して直接充填されると共に、閉空間からは燃料電池を介さずに直接外部に放出されるので、燃料電池への検査ガス混入は有効に回避される。
【０００７】
本発明は、検査ガス充填口を介して閉空間から検査ガスを排出する構成としてもよく、かかる構成によれば、検査ガスの充填系と排出系との共用化が可能となる。
【０００８】
本発明は、閉空間から排出された検査ガスを所定圧以下に減圧する構成としてもよく、かかる構成によれば、外部への検査ガス放出圧を低圧にすることが可能になる。
【０００９】
本発明は、閉空間から排出された検査ガスを回収する構成としてもよく、かかる構成によれば、使用した検査ガスを再利用することが可能となる。更に、閉空間から排出された検査ガスを加圧してタンクに回収する構成としてもよく、かかる構成によれば、検査ガス排出系の内圧がタンク内圧よりも低下しても、タンクへの回収が可能となる。
【００１０】
本発明は、反応ガスを燃料電池に供給するガス流路を備えた燃料電池システムであって、前記ガス流路上に設けられた複数の遮断弁と、検査ガスを前記ガス流路に供給および前記ガス流路から排出する検査ガス装置とを備え、該検査ガス装置は、前記遮断弁に囲まれた区間において前記ガス流路に接続されている。
【００１１】
かかる構成においては、遮断弁を閉じれば、ガス流路上に燃料電池を含まない閉空間が形成される。この閉空間には該閉空間に接続された検査ガス装置から検査ガスを直接充填することが可能である。また、検査終了後は、検査ガスを当該閉空間から燃料電池を介さずに直接外部に放出することが可能である。よって、燃料電池への検査ガス混入は有効に回避される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ガス漏れ検査に際して燃料電池に検査ガスが及ぶことがないので、ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池の性能低下を効果的に抑制することが可能となる。また、使用した検査ガスの回収・再利用を可能にしたので、検査費用の削減を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、ガス漏れ検査の対象となる燃料電池システムの一部と、この燃料電池システムに接続されて該燃料電池システムのガス漏れ検査を行う検査ガス制御装置（検査ガス装置）を示すシステム構成図である。なお、この燃料電池システムは、電気自動車等の移動体に搭載する燃料電池システムの他、定置型の燃料電池システム等への適用が可能である。
【００１５】
図１に示すように、燃料電池システムは、燃料電池スタック（燃料電池）１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給するための系統（以下、燃料系１）と、酸化剤ガスとしての空気を供給するための系統（不図示）とを備えて構成されている。燃料電池スタック１０は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルとを複数積層したスタック構造を備えている。
【００１６】
燃料電池スタック１０に水素ガスを供給するための燃料系（ガス流路）１には、水素供給源１１の他に、開閉弁（遮断弁）ＳＶ１及び開閉弁（遮断弁）ＳＶ２が所定の相互間隔をおいて配設されている。また、これら開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２に区画された配管１ａの分岐部Ａから分岐する配管（ガス流路）１３の途中には、開閉弁（遮断弁）ＳＶ３が配設されている。
【００１７】
これら開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ３は、燃料系１の燃料電池スタック１０よりも上流側に、該燃料電池スタック１０を含まない閉空間１２を形成する閉空間形成手段として機能する。また、開閉弁ＳＶ３は、閉空間１２への検査ガスの充填・充填停止および閉空間１２からの検査ガスの排出・排出停止を制御する弁であり、検査ガス充填口および検査ガス排出口として機能する。
【００１８】
配管１３の分岐部Ａと反対側の端部には、コネクタ２０を介して、検査ガス制御装置側の検査ガス充填系２が接続されている。この検査ガス充填系２は、コネクタ２０側から順に、開閉弁ＳＶ１１、一方弁ＣＶ１、及び検査ガス供給源３２等を備えている。一方弁ＣＶ１は、検査ガス供給源３２側から閉空間１２側へのガス流通のみを許容し、逆方向のガス流通を禁止するものであり、例えば逆止弁等の採用が可能である。
【００１９】
また、検査ガス充填系２の途中、より詳細には、開閉弁ＳＶ１１と逆止弁ＣＶ１との間には、検査ガス排出系３が接続されている。この検査ガス排出系３には、接続部Ｂ側から順に、遮断弁ＳＶ１２、及び減圧手段ＰＲＶ１を備えている。減圧手段ＰＲＶ１は、閉空間１２から排出された検査ガスを所定圧以下に減圧する機能を有するものであり、例えばオリフィスや調圧弁等の採用が可能である。
【００２０】
以上のとおり、配管１３は、検査ガス制御装置側からの検査ガスを閉空間１２内に受け入れるための検査ガス充填路の一部と、閉空間１２内の検査ガスを外部へ放出するための検査ガス排出路の一部とを兼ね備えている。
【００２１】
制御部５０は、開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ３、開閉弁ＳＶ１１，ＳＶ１２の開閉、及び検査ガス供給源３２からの検査ガスの供給・供給停止等を制御する。
【００２２】
次に、図２のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係るガス漏れ検査方法を説明する。なお、本説明においては、必要に応じて図３及び図４も参照する。また、開閉弁ＳＶ３，ＳＶ１１，及びＳＶ１２は遮断されているものとする。
【００２３】
まず、開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２を遮断し（ステップＳ１）、燃料系１の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ３に囲まれた区間に、燃料電池スタック１０を含まない閉空間１２を形成する。次に、配管１３の開閉弁ＳＶ３と、検査ガス充填系２の開閉弁ＳＶ１１を開放し（ステップＳ３）、検査ガス供給源３２からの検査ガスを閉空間１２内に導入（充填）する（ステップＳ５）。
【００２４】
すると、図３の実線矢印で示すように、閉空間１２には、該閉区間１２に設けられた開閉弁ＳＶ３（検査ガス充填口）から検査ガスが導入される。しかる後、開閉弁ＳＶ３，ＳＶ１１を遮断し（ステップＳ７）、例えば閉区間１２内に設けられた不図示の圧力センサの検出値を監視する等により、閉区間１２のガス漏れ判定を行う（ステップＳ９）。ガス漏れ判定が終了したら、開閉弁ＳＶ３，ＳＶ１１，ＳＶ１２を開放する（ステップＳ１１）。
【００２５】
すると、閉空間１２の内圧Ｐ１と、検査ガス排出系３の内圧Ｐ２との差圧ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２＞０）により、閉空間１２内に充填された検査ガスは、図４の実線矢印で示すように、開閉弁ＳＶ３（検査ガス充填口）を介して当該閉空間１２より排出されて、検査ガス排出系３を流通し、燃料電池スタック１０を介することなく外部に放出される。このとき、外部に放出される検査ガスは、減圧手段ＰＲＶ１によって低圧・低速に調整されているため、外部への影響は少ない。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、検査ガスは、燃料電池スタック１０を含まない閉空間１２に開閉弁ＳＶ３を介して直接充填されると共に、閉空間１２からは燃料電池スタック１０を介さずに開閉弁ＳＶ３を介して直接外部に放出されるので、燃料電池スタック１０に及ぶことがない。よって、ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池スタック１０の性能低下を効果的に抑制することが可能となる。
【００２７】
また、開閉弁ＳＶ３に、検査ガス充填口としての機能だけでなく、検査ガス排出口としての機能も兼用させたことにより、検査ガスを閉空間１２に充填するための充填系の一部と、検査ガスを閉空間１２から排出するための排出系の一部との共用化が可能になり、システム構成を簡略化することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図５は、第２実施形態によるガス漏れ検査方法に係る燃料電池システムの一部と、これに接続された検査ガス制御装置を示すシステム構成図である。なお、第１実施形態（図１）と共通あるいは類似する構成要素については同一の符号を付してその説明を省略し、以下では、相違部分を中心に説明する。
【００２９】
図５に示すように、検査ガス制御装置側の検査ガス充填系２には、コネクタ２０側から順に、三方弁ＴＷＶ１及び減圧（調圧）弁ＰＲＶ２を備えており、この三方弁ＴＷＶ１に検査ガス排出系３の一端が接続されている。検査ガス排出系３の他端（放出側）には、検査ガスを回収するための貯蔵タンク６０が接続されている。
【００３０】
検査ガス排出系３は、この貯蔵タンク６０に加えて、閉空間１２からの検査ガスを加圧して貯蔵タンク６０に圧送するポンプ６１と、ポンプ６１をバイパスするパイパス系４と、バイパス系４に配設された一方弁ＣＶ２とを備えている。一方弁ＣＶ２は、閉空間１２側から貯蔵タンク６０側へのガス流通のみを許容し、逆方向のガス流通を禁止するものであり、例えば逆止弁等の採用が可能である。
【００３１】
制御部５１は、開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ３、三方弁ＴＷＶ１の開閉、ポンプ６１の回転数、及び検査ガス供給源３２からの検査ガスの供給開始・供給停止等を制御する。
【００３２】
次に、図６のフローチャートを参照しながら、本実施形態に係るガス漏れ検査方法を説明する。
【００３３】
まず、開閉弁ＳＶ１，ＳＶ２を遮断し（ステップＳ１）、燃料系１の開閉弁ＳＶ１〜ＳＶ３に囲まれた区間に、燃料電池スタック１０を含まない閉空間１２を形成する。次に、配管１３における開閉弁ＳＶ３と、検査ガス充填系２における三方弁ＴＷＶ１の検査ガス供給源３２側から閉空間１２側への流路を開放すると共に貯蔵タンク６０側への流路を遮断し（ステップＳ２１）、検査ガス供給源３２からの検査ガスを閉空間１２内に導入（充填）する（ステップＳ５）。
【００３４】
すると、図７の実線矢印で示すように、閉空間１２には、減圧弁ＰＲＶ２にて所定圧に減圧（調圧）された検査ガス供給源３２からの検査ガスが、当該閉区間１２に設けられた開閉弁ＳＶ３（検査ガス充填口）から導入される。しかる後、開閉弁ＳＶ３を遮断し（ステップＳ２３）、例えば閉区間１２内に設けられた不図示の圧力センサの検出値を監視する等により、閉区間１２のガス漏れ判定を行う（ステップＳ９）。
【００３５】
ガス漏れ判定が終了したら、開閉弁ＳＶ３を開放し、かつ、三方弁ＴＷＶ１の閉空間１２側から貯蔵タンク６０側への流路を開放すると共に、検査ガス供給源３２側への流路を遮断する（ステップＳ２５）。すると、閉空間１２の内圧と、検査ガス排出系３の内圧との差圧により、閉空間１２内に充填された検査ガスは、図８の実線矢印で示すように、開閉弁ＳＶ３（検査ガス充填口）を介して当該閉空間１２より排出され、検査ガス排出系３に導入される。
【００３６】
検査ガス排出系３に導入された検査ガスは、バイパス系４を通って貯蔵タンク６０に回収される。つまり、閉空間１２内の検査ガスは、燃料電池スタック１０を介さずに、閉空間１２から排出されて貯蔵タンク６０に回収される。回収が進み、検査ガス排出系３の配管圧が低下してポンプ６１の運転が必要になると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ポンプ６１を起動し（ステップＳ２９）、図８の破線矢印で示すように、検査ガスを加圧して貯蔵タンク６０に回収する。なお、ステップＳ２７の判断は、例えば、検査ガス排出系３の適所に配けられた不図示の圧力センサの検出値に基づき判断する。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態によっても、ガス漏れ検査を実施したことによる燃料電池スタック１０の性能低下を効果的に抑制することが可能になると共に、検査ガスを閉空間１２に充填するための充填系の一部と、検査ガスを閉空間１２から排出するための排出系の一部とを共用化したことによるシステム構成の簡略化を図ることができる。
【００３８】
これらに加え、本実施の形態では、閉空間１２から排出された検査ガスを貯蔵タンク６０に回収しているので、使用した検査ガスを再利用することが可能となる。しかも、検査ガス排出系の内圧がタンク内圧よりも低下しても、ポンプ６１で検査ガスを加圧して貯蔵タンク６０に回収することができるので、回収率が向上し、検査費用の削減を図ることができる。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明の範囲に含まれるものである。例えば、上記実施の形態では、閉空間１２を燃料系１の燃料電池スタック上流側に形成したが、燃料電池スタック１０を内包しない閉空間であれば、燃料系１の他の部分や空気供給系に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガス漏れ検査の対象となる燃料電池システムの一部と、この燃料電池システムに接続されて該燃料電池システムのガス漏れ検査を行う検査ガス制御装置を示す、本発明の第１実施形態に係るシステム構成図。
【図２】図１のシステム構成におけるガス漏れ検査の手順を示すフローチャート。
【図３】閉空間に検査ガスを充填している状態を示す図１の要部拡大図。
【図４】閉空間から検査ガスを排出している状態を示す図１の要部拡大図。
【図５】ガス漏れ検査の対象となる燃料電池システムの一部と、この燃料電池システムに接続されて該燃料電池システムのガス漏れ検査を行う検査ガス制御装置を示す、本発明の第２実施形態に係るシステム構成図。
【図６】図５のシステム構成におけるガス漏れ検査の手順を示すフローチャート。
【図７】閉空間に検査ガスを充填している状態を示す図５の要部拡大図。
【図８】閉空間から検査ガスを排出している状態を示す図５の要部拡大図。
【符号の説明】
【００４１】
１…燃料系（ガス流路）、１０…燃料電池スタック（燃料電池）、１２…閉空間、６０…貯蔵タンク（タンク）、ＳＶ１…開閉弁（検査ガス充填口、遮断弁）、ＳＶ２，ＳＶ３…開閉弁（遮断弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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