(57)【要約】【課題】燃料電池スタック３から排出される燃料ガスの排出異常診断が容易な燃料電池システムを提供する。【解決手段】水素を含有する燃料ガス及び酸素を含有する酸化剤ガスが供給され、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３から排出された燃料ガスを再び燃料電池スタックへ供給するための燃料ガス循環路９と、燃料ガス循環路９内の燃料ガスを外部へ排出する流量制御弁１１と、流量制御弁１１の下流に接続された燃料ガス排出流路１０と、燃料ガス排出流路１０内の圧力を検出する圧力検出部１９と、流量制御弁１１の開閉状態を制御する開度指令値を流量制御弁１１へ転送する開度制御部２３と、開度指令値に基づいて燃料ガス排出流路１０内の圧力を推定する圧力推定部２４と、圧力検出部１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力とに基づいて燃料ガスの排出異常を検出する異常検出部２５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】
水素を含有する燃料ガス及び酸素を含有する酸化剤ガスが供給され、前記水素と前記酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックから排出された前記燃料ガスを再び前記燃料電池スタックへ供給するための燃料ガス循環路と、
前記燃料ガス循環路内の前記燃料ガスを外部へ排出する流量制御弁と、
前記流量制御弁の下流に接続された燃料ガス排出流路と、
前記燃料ガス排出流路内の圧力を検出する圧力検出部と、
前記流量制御弁の開閉状態を制御する開度指令値を前記流量制御弁へ転送する開度制御部と、
前記開度指令値に基づいて前記燃料ガス排出流路内の圧力を推定する圧力推定部と、
前記圧力検出部が検出する圧力と前記圧力推定部が推定する圧力とに基づいて前記燃料ガスの排出異常を検出する異常検出部
とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記異常検出部が前記燃料ガスの排出異常を検出した時、警報を発する警報発生装置を更に備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記開度制御部は、前記流量制御弁を全閉状態に制御する全閉指令を全閉所定時間だけ転送し、前記流量制御弁を第１の開度状態に制御する第１の開度指令を第１の所定時間だけ転送し、
前記全閉指令と前記第１の開度指令は順番に周期的に転送され、
前記全閉所定時間は、前記異常検出部が前記燃料ガスの排出異常を検出するために必要な時間以上に設定され、
前記第１の所定時間は、前記流量制御弁が前記全閉状態に制御されている間に前記燃料ガス循環路内に蓄積された、前記燃料電池スタックによる発電に寄与しないガスの量又は濃度を前記燃料電池スタックが発電するための許容量又は許容濃度に下げるために必要な時間以上に設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記開度制御部は、更に、前記流量制御弁を第２の開度状態に制御する第２の開度指令を第２の所定時間だけ転送し、
前記開度制御部は、前記全閉指令と前記第２の開度指令と前記第１の開度指令を順番に周期的に転送し、
前記流量制御弁が前記第２の開度状態に制御されることにより、前記流量制御弁が前記全閉状態に制御されている間に前記燃料ガス循環路内に蓄積された、前記燃料電池スタックによる発電に寄与しないガスの量又は濃度が維持されることを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記異常検出部は、前記開度制御部が前記全閉指令を転送している間に、前記圧力検出部が検出する圧力と前記圧力推定部が推定する圧力とを比較して前記燃料ガスの排出異常を検出することを特徴とする請求項３又は４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記異常検出部が前記燃料ガスの排出異常を検出した時、前記燃料電池スタックに供給される前記燃料ガスの圧力を変化させるアノード運転圧力制御部を更に備え、
前記圧力検出部が検出する圧力が前記アノード運転圧力制御部による前記燃料ガスの圧力の変化に応じて変化しない場合、前記異常検出部は、前記燃料ガスの排出異常が前記燃料ガス排出流路の閉塞であると判定することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記圧力検出部が検出する圧力が前記アノード運転圧力制御部による前記燃料ガスの圧力の変化に応じて変化する場合、前記異常検出部は、前記燃料ガスの排出異常が前記流量制御弁の開固着故障であると判定することを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記異常検出部は、前記開度制御部が前記第２の開度指令を転送している間に、前記圧力検出部が検出する圧力と前記圧力推定部が推定する圧力とを比較して前記流量制御弁の閉固着故障を検出する全閉固着故障判定部を有することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記異常検出部は、前記開度制御部が前記第１の開度指令を転送している間に、前記圧力検出部が検出する圧力と前記圧力推定部が推定する圧力とを比較して前記流量制御弁の中間開度の閉固着故障を検出する中間開度閉固着故障判定部を有することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記異常検出部が前記燃料ガスの排出異常を検出した時、燃料電池システムを停止することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【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に関し、特に、燃料ガスの循環系を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、天然ガス等の燃料を改質して得られる水素と空気中の酸素とを電気化学的に反応させて直接発電する燃料電池スタックを備え、燃料の持つ化学エネルギーを有効に利用することが出来、環境にもやさしい特性を有しているため、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
従来から、燃料電池スタックの発電出力変動が規定範囲内であるかを判定する過渡状態判定手段と、燃料電池システム内の水素ガスを外部へ排出する水素パージバルブのパージ指令の有無を検知する水素パージ指令検知部と、水素ガスの目標圧力値と実際値とを比較して水素パージバルブの開故障及び閉故障を判定する故障判定部と、当該故障判定部の判定結果に応じた警報信号を発生する警報発生手段とを備える燃料電池制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−９２１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された燃料電池制御装置では、燃料電池スタックが定常状態である時に水素パージバルブの開閉動作を行った場合、この開閉動作に応じた燃料電池システム（水素極）内の運転圧力の変動から水素パージバルブの故障診断を行っている。したがって、燃料電池スタックが過渡状態である時、及び水素パージバルブの開閉動作に関わらず運転圧力を一定に制御する燃料電池システムでは水素パージバルブの故障診断ができない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の特徴は、水素を含有する燃料ガス及び酸素を含有する酸化剤ガスが供給され、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池スタックと、燃料電池スタックから排出された燃料ガスを再び燃料電池スタックへ供給するための燃料ガス循環路と、燃料ガス循環路内の燃料ガスを外部へ排出する流量制御弁と、流量制御弁の下流に接続された燃料ガス排出流路と、燃料ガス排出流路内の圧力を検出する圧力検出部と、流量制御弁の開閉状態を制御する開度指令値を流量制御弁へ転送する開度制御部と、開度指令値に基づいて燃料ガス排出流路内の圧力を推定する圧力推定部と、圧力検出部が検出する圧力と圧力推定部が推定する圧力とに基づいて燃料ガスの排出異常を検出する異常検出部とを備える燃料電池システムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、圧力検出部が検出する燃料ガス排出流路の圧力と圧力推定部が推定する燃料ガス排出流路の圧力とに基づいて燃料ガスの排出異常を検出することにより、燃料電池スタックから排出される燃料ガスの排出異常診断が正確且つ容易な燃料電池システムを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【０００８】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池システムは、水素を含有する燃料ガス（例えば、水素ガス）及び酸素を含有する酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されて、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電する燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３から排出された水素ガスを再び燃料電池スタック３へ供給するための燃料ガス循環路９（水素ガス循環流路）と、水素ガス循環流路９内の水素ガスを外部へ排出する流量制御弁１１（パージ弁）と、パージ弁１１の下流に接続された燃料ガス排出流路１０（水素ガス排出流路）と、水素ガス排出流路１０内の圧力を検出する圧力検出部１９（圧力センサ）と、定期的にパージ弁１１の閉指令を出力し、閉指令を出力している間に、圧力センサ１９の検出値が所定値以下に低下しない場合にはパージ性能の低下を検知するシステム制御装置２２と、システム制御装置２２が水素ガスの排出異常を検出した時、警報を発する警報発生装置２６と、燃料電池スタック３へ供給する水素ガスを高圧状態で保持する水素ガス供給装置１と、水素ガス供給装置１から供給される水素ガスの圧力を調整する圧力調整弁６と、燃料電池スタックから排出された水素ガスを水素ガス循環流路９に循環させるガス循環装置８と、燃料電池スタック３へ空気を圧縮して供給する空気コンプレッサ２と、空気コンプレッサ２で圧送された空気を冷却するアフタークーラ１４と、燃料電池スタック３から排出される空気（排空気）から燃料電池スタック３へ供給される空気（供給空気）へ水分を移動する加湿器１５と、燃料電池スタック３から排出される空気の圧力を調整する圧力調整弁１８とを備える。
【０００９】
燃料電池スタック３は、水素ガスが供給されるアノード（燃料極）４と、空気が供給されるカソード（酸化剤極）５と、アノード４とカソード５の間に挟持された電解質膜とを備える単電池を積層させて構成される。電解質膜は、加湿器１５により加湿された供給空気が供給されることにより湿潤状態に保され、効率的な発電を行うことができる。
【００１０】
空気コンプレッサ２から吐出される空気は、空気供給配管１６を流れてカソード５へ供給され、カソード５から排出される空気は、空気排出流路１７を流れて装置外部へ排出される。空気コンプレッサ２から流出する空気は、アフタークーラ１４により燃料電池スタック３での電気化学的反応に適した温度まで冷却される。カソード５から排出される空気は、一部の酸素が消費され且つ発電により生成した水分を含んだカソードオフガスとなる。加湿器１５は、カソードオフガスに含まれる水分を用いて燃料電池スタック３へ供給される空気を加湿する。加湿器１５よりも下流の空気供給配管１６上には、空気の圧力（カソード運転圧力）を検出する圧力センサ２１が配置されている。カソード運転圧力は、アノード運転圧力に応じて圧力調整弁１８により調整される。
【００１１】
水素ガス供給装置１から流出する水素ガスは、水素ガス供給配管７を流れてアノード４へ供給される。圧力調整弁６は、水素ガス供給配管７上に配置され、水素ガス供給装置１から流出する高圧状態の水素ガスをアノード４内において適切な圧力（アノード運転圧力）及び流量に調整する。圧力調整弁６よりも下流の水素ガス供給配管７上には、水素ガスの圧力（アノード運転圧力）を検出する圧力センサ２０が配置されている。アノード運転圧力は、圧力調整弁６により調整される。
【００１２】
アノード４の水素ガス排出口は、水素ガス循環流路９と水素ガス排出流路１０とに分岐している。水素ガス循環流路９は、アノード４の水素ガス排出口と水素ガス供給配管７との間を接続し、ガス循環装置８は未反応のまま排出された水素ガスを水素ガス循環流路９を介してアノード４へ再び循環させている。
【００１３】
パージ弁１１は水素ガス排出流路１０上に配置され、パージ弁１１の開度を調整することで水素ガス排出流路１０から排出される水素ガス（アノードオフガス）の排出流量が調整される。パージ弁１１の下流側の水素ガス排出流路１０には圧力センサ１９が配置され、圧力センサ１９の更に下流側の水素ガス排出流路１０にオリフィス１２が配置されている。オリフィス１２の下流には、排気配管１３が接続されている。圧力センサ１９は、アノードオフガスの排出流量に応じた水素ガス排出流路１０内の圧力を測定する。
【００１４】
通常発電時には、カソード５内に存在する燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス（例えば、窒素）が、カソード５とアノード４の窒素分圧差に応じて、カソード５からアノード４へ電解質膜を介して透過してくる。ガス循環装置８の循環流量には、ガス循環装置８のガス循環性能、及びアノード４の圧力損失と水素ガス循環流路９の圧力損失に基づいた限界値が存在する。そのため、燃料電池スタック３の発電に応じて要求される水素流量に基づいた水素ガス循環流路９に許容できる窒素濃度の限界値（上限許容窒素濃度）が存在する。水素ガス循環流路９の窒素濃度を上限許容窒素濃度以下に調整するため、カソード５からの透過窒素を外部へ排出する必要がある。カソード５からの透過窒素は、アノードオフガスとともに水素ガス排出流路１０から外部へ排出することができるために、パージ弁１１の開度を調整することで水素ガス循環流路９の窒素濃度を調整できる。
【００１５】
システム制御装置２２には、燃料電池スタック３が電気的に接続し、燃料電池スタック３における各燃料電池セルの電流値や電圧値、燃料電池スタック３全体での電流値や電圧値が入力され、さらに、圧力調整弁６や圧力調整弁１８、パージ弁１１が電気的に接続され、各圧力センサのセンサ値なども入力される。
【００１６】
システム制御装置２２は、パージ弁１１の開閉状態を制御する開度指令値をパージ弁１１へ転送する開度制御部２３と、開度指令値に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する圧力推定部２４と、圧力センサ１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力とに基づいて水素ガスの排出異常を検出する異常検出部２５と、異常検出部２５が水素ガスの排出異常を検出した時、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を変化させるアノード運転圧力制御部２７とを備える。
【００１７】
このように、システム制御装置２２は、常時、圧力センサ１９のセンサ値を読み込むとともに圧力センサ１９の推定値を算出し、圧力センサ１９のセンサ値と推定値を比較して、パージ弁１１からのアノードオフガスの排出流量の異常診断を行う。なお、圧力センサ１９の推定値は、アノード運転圧力が一定である場合、パージ弁１１の開度が増大するに従って単調増加する特性に基づき算出される。また、システム制御装置２２は、パージ弁１１からのアノードオフガスの排出流量の異常を判断した場合には、警報を発生する警報発生装置２６へ信号を送信する。
【００１８】
図２に示すように、図１の異常検出部２５は、排出流路閉塞判定部２８と、開固着故障判定部２９と、全閉固着故障判定部３０と、中間開度閉固着故障判定部３１とを備える。排出流路閉塞判定部２８は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力（アノード運転圧力）の変化に応じて変化しない場合、水素ガスの排出異常が水素ガス排出流路１０の閉塞であると判定する。開固着故障判定部２９は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力（アノード運転圧力）の変化に応じて変化する場合、水素ガスの排出異常がパージ弁１１の開固着故障であると判定する。全閉固着故障判定部３０は、開度制御部２３が「第２の開度指令」を転送している間に、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とを比較してパージ弁１１の閉固着故障を検出する。中間開度閉固着故障判定部３１は、開度制御部２３が「第１の開度指令」を転送している間に、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とを比較してパージ弁１１の中間開度の閉固着故障を検出する。
【００１９】
なお、「第１の開度指令」は開度制御部２３によりパージ弁１１へ第１の所定時間だけ転送される指令であって、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する指令である。「第２の開度指令」は開度制御部２３によりパージ弁１１へ第２の所定時間だけ転送される指令であって、パージ弁１１を第２の開度状態に制御する指令である。詳細については、後述する。
【００２０】
図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して、正常運転時における図１の燃料電池システムの動作について説明する。図３（ａ）に示すように、アノード運転圧力は、時間経過にかかわらず一定に保たれている。これに対して、図３（ｂ）に示すように、開度制御部２３がパージ弁１１へ転送する開度指令値は、第１の開度指令と全閉指令とが順番に周期的に転送される。「全閉指令」とは、パージ弁１１を全閉状態に制御する指令であり、「第１の開度指令」とは、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する指令である。「全閉状態」とは、パージ弁１１が完全に閉じている状態を示し、「第１の開度状態」とは全閉状態とは異なりある程度開いた状態又は完全に開いた状態を示す。
【００２１】
開度制御部２３は、パージ弁１１を全閉状態に制御する全閉指令を全閉所定時間ｔ0だけ転送し、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する第１の開度指令を第１の所定時間ｔAだけ転送する。よって、信号の周期ｔは、ｔ＝ｔ0＋ｔAとなる。「全閉所定時間」は異常検出部２５が水素ガスの排出異常を検出するために必要な時間以上に設定され、「第１の所定時間」はパージ弁１１が全閉状態に制御されている間に水素ガス循環流路９内に蓄積された燃料電池スタック３による発電に寄与しないガスの量又は濃度を燃料電池スタック３が発電するための許容量又は許容濃度に下げるために必要な時間以上に設定される。
【００２２】
なぜなら、パージ弁１１を全閉している全閉所定時間ｔ0の間に、カソード５からアノード４への窒素透過により、水素ガス循環流路９の窒素量が増大し窒素濃度が増大する。全閉所定時間ｔ0経過した後の窒素濃度を上限許容窒素濃度以下に抑制するためには、全閉所定時間ｔ0の間に増大する窒素量を予め第１の所定時間ｔAの間に外部へ排出する必要がある。そこで、第１の開度指令が転送されている時間ｔＡは、全閉指令時間ｔ0の間に増大した窒素量を排出できる開度として選定している。
【００２３】
従って、図３（ａ）に示すようにアノード運転圧力を一定圧力に制御している場合、図３（ｃ）に示すように水素ガス循環流路９の窒素濃度には上限値と下限値が存在し、それぞれ周期ｔで繰り返される。上限値は、上限許容窒素濃度以下に抑制される。全閉所定時間ｔ0では窒素濃度は時間の経過ともに下限値から上限値まで単調に増大し、第１の所定時間ｔＡでは窒素濃度は時間の経過ともに上限値から単調に減少する。また、図３（ｄ）に示すように、全閉所定時間ｔ0では、圧力センサ１９のセンサ値は水素ガス排出流路１０の圧力へ減少する。第１の所定時間ｔＡでは、圧力センサ１９のセンサ値はアノード運転圧力、開度指令値、排気配管１３の圧力に基づく圧力へ増大する。
【００２４】
この結果、システム制御装置２２は、全閉指令を出力する前段階において、パージ弁１１の第１の開度指令を転送することで、水素ガス循環流路９内の窒素を外部へ排出することが可能となり、パージ弁１１に対して全閉指令を転送している間に増大する窒素濃度を上限許容窒素濃度以下に抑制することができる。そのため、アノードオフガスの排出異常を診断するためのパージ弁１１の全閉時間ｔ0を確保することができる。
【００２５】
図４（ａ）乃至図４（ｄ）を参照して、アノードオフガスの排出異常時における図１の燃料電池システムの動作について説明する。図４（ａ）に示すように、アノード運転圧力は、時間経過にかかわらず一定に保たれ、図４（ｂ）に示すように、開度制御部２３がパージ弁１１へ転送する開度指令値は、第１の開度指令と全閉指令とが順番に周期的に転送される。開度制御部２３は、パージ弁１１を全閉状態に制御する全閉指令を全閉所定時間ｔ0だけ転送し、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する第１の開度指令を第１の所定時間ｔAだけ転送する。
【００２６】
開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図４（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は排気配管１３の圧力に減少しない。ところで、圧力センサ１９のセンサ値が減少しないことは、アノードオフガス排出流路１０の閉塞、あるいはパージ弁１１の開固着故障のいずれかによる。そのため、開度制御部２３が全閉指令を転送しているにもかかわらず、圧力センサ１９のセンサ値が排気配管１３の圧力に減少しない場合には、アノードオフガスの排出異常と判断できる。アノードオフガスの排出異常には、水素ガス排出流路１０の閉塞と、パージ弁１１の開固着故障とが含まれる。アノードオフガスの排出異常において、水素ガス排出流路１０が閉塞した場合には、図４（ｃ）に示すように、水素ガス循環流路９の窒素濃度は上限許容窒素濃度より増大する。一方、パージ弁１１の開固着故障である場合には、水素ガス循環流路９の窒素濃度はカソード５からの窒素透過流量とパージ弁１１から排出され窒素流量が平衡する濃度まで減少する。
【００２７】
そこで、圧力推定部２４は、開度制御部２３が転送する開度指令値に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力を推定し、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を検出する。
【００２８】
具体的には、異常検出部２５は、開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送している全閉所定時間ｔ0に、圧力センサ１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力とを比較して燃料ガスの排出異常を診断する。異常検出部２５は、図４（ｄ）に示すように、全閉所定時間ｔ0の間、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合、アノードオフガスの排出異常と判断する。ここで、圧力センサ１９の推定値Ｐ0は、開度制御部２３が全閉指令を出力しているため、水素ガス排出流路１０内の圧力はアノードオフガスの排気配管１３の圧力となるが、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0との比較において、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するため、アノードオフガスの排気配管１３の圧力に圧力センサ１９の検出精度誤差を加算した値として選定することが望ましい。
【００２９】
この結果、異常検出部２５は、パージ弁１１へ全閉指令を出力している全閉所定時間ｔ0だけ、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合には、アノードオフガスの排出異常を判断することができる。
【００３０】
図５（ａ）乃至図５（ｄ）は、燃料電池スタック３の過渡状態において、アノードオフガスの排出異常が生じた場合でのアノード運転圧力センサのセンサ値、パージ弁１１の開度指令値、水素ガス循環流路９内の燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度、圧力センサ１９のセンサ値の時系列である。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、アノード運転圧力センサ２０のセンサ値は、時間経過と共に単調に増加する。図５（ｂ）に示すように、開度制御部２３がパージ弁１１へ転送する開度指令値は、第１の開度指令と全閉指令とが順番に周期的に転送される。開度制御部２３は、パージ弁１１を全閉状態に制御する全閉指令を全閉所定時間ｔ0だけ転送し、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する第１の開度指令を第１の所定時間ｔAだけ転送する。
【００３２】
したがって、正常時においては、図５（ｃ）に示すように、周期ｔ内で、水素ガス循環流路９の燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度には上限値と下限値が存在し、燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度の上限値は上限許容窒素濃度以下に抑制される。全閉所定時間ｔ0では、燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度は時間の経過ともに下限値から上限値まで単調に増大する。第１の所定時間ｔAでは、燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度は時間の経過ともに上限値から単調に減少する。また、図５（ｄ）に示すように、全閉所定時間ｔ0では、圧力センサ１９のセンサ値は排気配管１３の圧力へ減少する。第１の所定時間ｔAでは圧力センサ１９のセンサ値は、アノード運転圧力、開度指令Ａの開度指令値、排気配管１３の圧力に基づく圧力へ増大し、時間の経過ともに単調に増大する。
【００３３】
一方、異常時においては、図５（ｄ）に示すように、開度制御部２３が全閉指令を出力しているにもかかわらず、圧力センサ１９のセンサ値は排気配管１３の圧力に減少しない。圧力センサ１９のセンサ値が減少しないことは、水素ガス排出流路１０の閉塞、あるいはパージ弁１１の開固着故障のいずれかによる。そのため、開度制御部２３が全閉指令を出力しているにもかかわらず、圧力センサ１９のセンサ値は排気配管１３の圧力に減少しない場合には、アノードオフガスの排出異常と判断できる。アノードオフガスの排出異常において、水素ガス排出流路１０が閉塞した場合には、圧力センサ１９のセンサ値は開度制御部２３が第１の開度指令を出力していたときの圧力が保たれたままであり、水素ガス循環流路９の燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度は上限許容窒素濃度より増大する。一方、パージ弁１１の開固着故障である場合には、圧力センサ１９のセンサ値は図５（ａ）のアノード運転圧力の増大ともに増大し、水素ガス循環流路９の燃料電池スタック３の発電に寄与することのないガス濃度はカソード５からの窒素透過流量とパージ弁１１から排出され窒素流量が平衡する濃度まで減少する。
【００３４】
この結果、燃料電池スタック３が過渡状態であっても、図４（ａ）乃至図４（ｄ）で説明した定常状態でのアノードオフガスの排出異常診断を同様に行うことができる。したがって、過渡状態においても、開度制御部２３は、パージ弁１１へ全閉指令を出力している全閉時間ｔ0に、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較することで、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合には、アノードオフガスの排出異常を判断することができる。
【００３５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して、第１の実施の形態に係わる、アノードオフガスの排出異常診断方法について説明する。
【００３６】
（イ）先ずＳ０１段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ全閉指令を出力する。Ｓ０２段階において、開度制御部２３は全閉指令を出力している時間Ｔ0をカウントアップするとともに、時間Ｔ0を全閉所定時間ｔ0と比較する。時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0より大きいならば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）、Ｓ０５段階に進み、時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0以下であれば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）Ｓ１１０段階に進む。ところで、Ｓ１１０段階以降ではアノードオフガスの排出異常診断を行う。そこで、全閉所定時間ｔ0は、アノードオフガス排出異常診断に必要な時間として選定されている。
【００３７】
（ロ）Ｓ０５段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第１の開度指令を出力する。ところで、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示したように、第１の開度指令はＳ０６段階で説明するように第１の所定時間ｔAだけ出力される。パージ弁１１を全閉している全閉所定時間ｔ0の間に、カソード５からアノード４への窒素透過により、水素ガス循環流路９の窒素量が増大し窒素濃度が増大する。よって、全閉所定時間ｔ0だけ経過した後の窒素濃度を上限許容窒素濃度以下に抑制するためには、全閉所定時間ｔ0の間に増大した窒素量を、第１の所定時間ｔAで排出する必要がある。そこで、第１の開度指令の開度指令値は、第１の所定時間ｔAで、全閉所定時間ｔ0の間に増大した窒素量を排出できる開度として選定される。
【００３８】
（ハ）Ｓ０６段階において、開度制御部２３は第１の開度指令を出力している時間ＴAをカウントアップするともに、時間ＴAを第１の所定時間ｔAとを比較する。時間ＴAが第１の所定時間ｔA以下であれば（Ｓ０６段階においてＮＯ）次の段階への移行が禁止される。時間ＴAが第１の所定時間ｔAより大きいなれば（Ｓ０６段階においてＹＥＳ）Ｓ０１段階に戻る。
【００３９】
（ニ）Ｓ１１０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ２０を用いてアノード運転圧力のセンサ値を読み込む。Ｓ１２０段階において、システム制御装置２２は全閉指令時の開度指令値を読み込む。ここで、全閉指令時の開度指令値は開度０である。
【００４０】
（ホ）Ｓ１３０段階において、圧力推定部２４は圧力センサ２０のセンサ値と全閉指令時の開度指令値とから図７に示すマップを参照して、圧力センサ１９の推定値を読み込む、つまり水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する。
【００４１】
（ヘ）Ｓ１４０段階において、圧力推定部２４はＳ１３０段階での圧力センサ１９の推定値に補正値を加算した値を、新たな圧力センサ１９の推定値として読み込む。ここで、補正値はアノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定される。
【００４２】
（ト）Ｓ１５０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ１９のセンサ値を読み込み、Ｓ１６０段階において、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を診断する。具体的には、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）よりも小さければ（Ｓ１６０段階においてＹＥＳ）Ｓ１１０段階に戻り、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）以上であれば（Ｓ１６０段階においてＮＯ）燃料電池システムは終了する。具体的には、異常検出部２５は、アノードオフガスの排出異常があると判断するため、警報発生装置２６を用いて異常警報を発生するともに燃料電池システムを停止する。
【００４３】
なお、図７のマップは、アノード運転圧力が一定である場合、パージ弁１１の下流圧力がパージ弁１１の開度が増大するに従い単調に増加する特性に基づいて算出してある。つまり、開度制御部２３が転送する開度指令値が全閉〜全開に向かって変化すると、水素ガス排出流路１０内の推定圧力は単調に増加し、開度指令値に対する推定圧力の増加率は、アノード運転圧力の上昇とともに高くなる。
【００４４】
以上説明したように、パージ弁１１を閉じている間に窒素濃度が上限値以上とならないように、パージ弁１１を開いている間は常時パージ弁１１の開度を開き方向に制御することにより、パージ弁１１の開閉周期において、パージ性能低下の診断に必要な時間をパージ弁１１の閉時間とし、パージ弁１１を閉じている間に窒素濃度が上限値以下となるように、パージ弁１１の開時間と閉時間を割り付ける。
【００４５】
パージ弁１１を閉じる直前のパージ弁１１の開度を開き方向に制御することにより、パージ弁１１の開閉周期において、パージ弁１１の閉指令の出力終了から所定時間は、窒素濃度が上限値以下となるように開度指令を出力し、残りの時間で、パージ弁１１を閉じている間に窒素が上限値以下となるように、パージ弁の開時間と閉時間を割り付ける。
【００４６】
本発明の第１の実施の形態によれば、アノードオフガスの排出異常診断を行う前に、第１の所定時間ｔAの間、パージ弁１１を開いてアノードオフガスの排出流量を多くし、水素ガス循環流路９に蓄積される窒素等の燃料電池スタック３での発電に寄与しないガス濃度を低減することにより、アノードオフガスの排出異常診断を行うために必要なパージ弁１１の全閉時間ｔ0を確保することが可能となり、アノードオフガスの排出異常診断を容易にすることができる。
【００４７】
開度制御部２３がパージ弁１１の全閉指令を出力したにもかかわらず、圧力センサ１９のセンサ値がパージ弁１１を全閉した場合での圧力センサ１９の推定値以下に減少しないことが検出したならば、アノードオフガスの排出異常と判断できる。また、パージ弁１１を開放から全閉に変化させることで、圧力センサ１９のセンサ値の時間変化率が急嵯に増大するためにアノードオフガスの排出異常を容易に行うことができる。
【００４８】
異常検出部２５がパージ弁１１からのアノードオフガスの排出異常を検出し、燃料電池システムを停止すること可能となるので、燃料電池スタック３の発電に寄与しないガスの量あるいは濃度の増大により生じる燃料電池スタック３への水素供給不足による燃料電池スタック３構成部品の劣化を抑制することができる。
【００４９】
本発明の第１の実施の形態による作用効果は、アノード運転圧力が一定である定常状態であっても一定でない過渡状態であっても、同様に奏される。
【００５０】
なお、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、Ｓ１５０段階において、圧力センサ１９のセンサ値の代わりとして、圧力センサ１９のセンサ値の時間移動平均値を用いても構わない。
【００５１】
また、異常検出部２５が、オリフィス（絞り）１２での一時的な水詰まりを、アノードオフガスの排出異常であると誤って診断することを防止するために、Ｓ１６０段階において、オリフィス１２での水詰まりを解消する為の「所要時間」を設定し、Ｓ１６０段階での圧力センサ１９のセンサ値と推定値との比較において、「所要時間」のうちにセンサ値が推定値より小さくなるときがあればＳ１１０段階に戻り、「所要時間」継続してセンサ値が推定値以上であれば燃料電池システムを終了するようにしても構わない。
【００５２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図１及び図２に示した燃料電池システムと同じ構成を有するため、図示及び説明を省略する。
【００５３】
図８（ａ）乃至図８（ｄ）を参照して、第２の実施の形態に係わる、アノードオフガスの排出異常時における図１の燃料電池システムの動作について説明する。図８（ａ）に示すように、アノード運転圧力は、時間経過にかかわらず一定に保たれ、図８（ｂ）に示すように、開度制御部２３がパージ弁１１へ転送する開度指令値は、全閉指令と第２の開度指令と第１の開度指令とが順番に周期的に転送される。開度制御部２３は、パージ弁１１を全閉状態に制御する全閉指令を全閉所定時間ｔ0だけ転送し、パージ弁１１を第２の開度状態に制御する第２の開度指令を第２の所定時間ｔBだけ転送し、パージ弁１１を第１の開度状態に制御する第１の開度指令を第１の所定時間ｔAだけ転送する。したがって、信号周期ｔはｔ＝ｔ0+ｔB+ｔAとなる。
【００５４】
「全閉所定時間」は異常検出部２５が水素ガスの排出異常を検出するために必要な時間以上に設定され、「第１の所定時間」はパージ弁１１が全閉状態に制御されている間に水素ガス循環流路９内に蓄積された燃料電池スタック３による発電に寄与しないガスの量又は濃度を燃料電池スタック３が発電するための許容量又は許容濃度に下げるために必要な時間以上に設定される。パージ弁１１が第２の開度状態に制御されることにより、パージ弁１１が全閉状態に制御されている間に水素ガス循環流路９内に蓄積された、燃料電池スタック３による発電に寄与しないガスの量又は濃度が維持される。全閉所定時間ｔ0経過した後に達した窒素濃度を第２の所定時間ｔBの間で維持するためには、カソード５からアノード４への時間当たりの窒素透過量と同じ量を外部へ排出する必要がある。そこで、第２の開度指令の開度指令値は、カソード５からアノード４への時間当たりの窒素透過量を同じだけ外部へ排出する開度として選定している。ここで、「第２の開度状態」は第１の開度状態に比べてその開度は小さい。
【００５５】
従って、図８（ａ）に示すようにアノード運転圧力を一定圧力に制御している場合、図８（ｃ）に示すように水素ガス循環流路９の窒素濃度には上限値と下限値が存在し、それぞれ周期ｔで繰り返される。上限値は、上限許容窒素濃度以下に抑制される。全閉所定時間ｔ0では窒素濃度は時間の経過ともに下限値から上限値まで単調に増大し、第２の所定時間ｔBでは窒素濃度は上限値に維持され、第１の所定時間ｔAでは窒素濃度は時間の経過ともに上限値から単調に減少する。また、図８（ｄ）に示すように、全閉所定時間ｔ0では、圧力センサ１９のセンサ値は水素ガス排出流路１０の圧力へ減少する。第２の所定時間ｔB及び第１の所定時間ｔAでは、圧力センサ１９のセンサ値はアノード運転圧力、開度指令値、排気配管１３の圧力に基づく圧力へそれぞれ増大する。
【００５６】
この結果、システム制御装置２２は、全閉指令を出力する前段階において、パージ弁１１の第２の開度指令及び第１の開度指令をそれぞれ転送することで、水素ガス循環流路９内の窒素を外部へ排出することが可能となり、パージ弁１１に対して全閉指令を転送している間に増大する窒素濃度を上限許容窒素濃度以下に抑制することができる。そのため、アノードオフガスの排出異常を診断するためのパージ弁１１の全閉時間ｔ0を確保することができる。
【００５７】
しかし、異常時においては、開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図８（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は排気配管１３の圧力に減少しない。圧力センサ１９のセンサ値が減少しないことは、水素ガス排出流路１０の閉塞、あるいはパージ弁１１の開固着故障のいずれかの原因によるアノードオフガスの排出異常であると判断できる。アノードオフガスの排出異常において、水素ガス排出流路１０が閉塞した場合には、図８（ｃ）に示すように、水素ガス循環流路９の窒素濃度は上限許容窒素濃度より増大する。一方、パージ弁１１の開固着故障である場合には、水素ガス循環流路９の窒素濃度はカソード５からの窒素透過流量とパージ弁１１から排出され窒素流量が平衡する濃度まで減少する。
【００５８】
そこで、圧力推定部２４は、図７のマップから開度制御部２３が転送する開度指令値に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力を推定し、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を検出する。
【００５９】
具体的には、異常検出部２５は、開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送している全閉所定時間ｔ0に、圧力センサ１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力とを比較して燃料ガスの排出異常を診断する。異常検出部２５は、図８（ｄ）に示すように、全閉所定時間ｔ0の間、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合、アノードオフガスの排出異常と判断する。ここで、圧力センサ１９の推定値Ｐ0は、開度制御部２３が全閉指令を出力しているためアノードオフガスの排気配管１３の圧力となるが、アノードオフガスの排気配管１３の圧力に圧力センサ１９の検出精度誤差を加算した値として選定することが望ましい。この場合、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止することができる。
【００６０】
この結果、異常検出部２５は、パージ弁１１へ全閉指令を出力している全閉所定時間ｔ0だけ、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合には、アノードオフガスの排出異常を判断することができる。
【００６１】
なお、図５（ａ）に示したように燃料電池スタック３が過渡状態であっても、図８（ａ）乃至図８（ｄ）で説明した定常状態でのアノードオフガスの排出異常診断を同様に行うことができる。つまり、過渡状態においても、開度制御部２３は、パージ弁１１へ全閉指令を出力している全閉時間ｔ0に、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較することで、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合には、アノードオフガスの排出異常を判断することができる。
【００６２】
図９（ｂ）は図３（ｃ）で示した第１の実施の形態での水素ガス循環流路９内での窒素濃度の時間変化及び窒素濃度の時間平均値を示し、図９（ｃ）は図８（ｃ）で示した第２の実施の形態での水素ガス循環流路９内での窒素濃度の時間変化及び窒素濃度の時間平均値を示す。図９（ｂ）と図９（ｃ）とを比較すると、水素ガス循環流路９の窒素濃度には共に上限値と下限値が存在し、上限値ｎは同じ値である。しかし、図９（ｂ）では、第２の開度指令が存在しないため、水素ガス循環流路９の窒素濃度が上限値で維持される第２の所定時間ｔBが存在しない。したがって、第２の実施の形態においては、パージ弁１１への第２の開度指令を追加したことで、水素ガス循環流路９内での窒素濃度の時間平均値（平均窒素濃度）が第１の実施の形態での平均窒素濃度より増大する。この結果、第２の実施の形態は第１の実施の形態に対してアノードオフガスの平均排出流量が減少し、水素ガスの平均排出流量が減少する。そのため、燃費の向上を図ることができる。
【００６３】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）を参照して、第２の実施の形態に係わる、アノードオフガスの排出異常診断方法について説明する。
【００６４】
（イ）先ずＳ０１段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ全閉指令を出力する。Ｓ０２段階において、開度制御部２３は全閉指令を出力している時間Ｔ0をカウントアップするとともに、時間Ｔ0を全閉所定時間ｔ0と比較する。時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0より大きいならば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）、Ｓ０３段階に進み、時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0以下であれば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）Ｓ２１０段階に進む。ところで、Ｓ２１０段階以降ではアノードオフガスの排出異常診断を行う。そこで、全閉所定時間ｔ0は、アノードオフガス排出異常診断に必要な時間として選定されている。
【００６５】
（ロ）Ｓ０３段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第２の開度指令を出力する。ところで、図８（ｂ）に示したように、第２の開度指令はＳ０４段階で説明するように第２の所定時間ｔBだけ出力される。パージ弁１１を全閉している全閉所定時間ｔ0の間に、カソード５からアノード４への窒素透過により、水素ガス循環流路９の窒素量が増大し窒素濃度が増大する。よって、全閉所定時間ｔ0だけ経過した後の窒素濃度を維持するために、第２の開度指令の開度指令値は、カソード５からアノード４への時間当たりの窒素透過量を外部へ排出する開度として選定している。
【００６６】
（ハ）Ｓ０４段階において、開度制御部２３は第２の開度指令を出力している時間ＴBをカウントアップするともに、時間ＴBを第２の所定時間ｔBとを比較する。時間ＴBが第２の所定時間ｔB以下であれば（Ｓ０４段階においてＮＯ）次の段階への移行が禁止される。時間ＴBが第２の所定時間ｔBより大きいなれば（Ｓ０４段階においてＹＥＳ）Ｓ０５段階に進む。
【００６７】
（ニ）Ｓ０５段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第１の開度指令を出力する。Ｓ０６段階において、開度制御部２３は第１の開度指令を出力している時間ＴAをカウントアップするともに、時間ＴAを第１の所定時間ｔAとを比較する。時間ＴAが第１の所定時間ｔA以下であれば（Ｓ０６段階においてＮＯ）次の段階への移行が禁止される。時間ＴAが第１の所定時間ｔAより大きいなれば（Ｓ０６段階においてＹＥＳ）Ｓ０１段階に戻る。
【００６８】
（ホ）Ｓ２１０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ２０を用いてアノード運転圧力のセンサ値を読み込む。Ｓ２２０段階において、システム制御装置２２は全閉指令時の開度指令値を読み込む。Ｓ２３０段階において、圧力推定部２４は圧力センサ２０のセンサ値と全閉指令時の開度指令値とから図７に示すマップを参照して、圧力センサ１９の推定値を読み込む、つまり水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する。
【００６９】
（ヘ）Ｓ２４０段階において、圧力推定部２４はＳ２３０段階での圧力センサ１９の推定値に補正値を加算した値を、新たな圧力センサ１９の推定値として読み込む。ここで、補正値はアノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定される。
【００７０】
（ト）Ｓ２５０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ１９のセンサ値を読み込み、Ｓ２６０段階において、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を診断する。具体的には、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）よりも小さければ（Ｓ２６０段階においてＹＥＳ）Ｓ２１０段階に戻り、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）以上であれば（Ｓ２６０段階においてＮＯ）燃料電池システムは終了する。具体的には、異常検出部２５は、アノードオフガスの排出異常があると判断するため、警報発生装置２６を用いて異常警報を発生するともに燃料電池システムを停止する。
【００７１】
本発明の第２の実施の形態によれば、開度指令Ａを出力している間は、パージ弁１１の開度を第２の開度状態に制御することで、水素ガス循環流路９内での窒素濃度を、パージ弁１１を全閉所定時間ｔ0だけ全閉した後の窒素濃度に維持することが可能となるので、水素ガス循環流路９の平均窒素濃度が増大し、アノードオフガスの平均排出流量が減少するために、水素ガスの排出流量が減少し燃費の向上を図ることができる。
【００７２】
アノードオフガスの排出異常診断を行う前に、第１の所定時間ｔAの間、パージ弁１１を開いてアノードオフガスの排出流量を多くし、水素ガス循環流路９に蓄積される窒素等の燃料電池スタック３での発電に寄与しないガス濃度を低減することにより、アノードオフガスの排出異常診断を行うために必要なパージ弁１１の全閉時間ｔ0を確保することが可能となり、アノードオフガスの排出異常診断を容易にすることができる。
【００７３】
開度制御部２３がパージ弁１１の全閉指令を出力したにもかかわらず、圧力センサ１９のセンサ値がパージ弁１１を全閉した場合での圧力センサ１９の推定値以下に減少しないことが検出したならば、アノードオフガスの排出異常と判断できる。また、パージ弁１１を開放から全閉に変化させることで、圧力センサ１９のセンサ値の時間変化率が急嵯に増大するためにアノードオフガスの排出異常を容易に行うことができる。
【００７４】
異常検出部２５がパージ弁１１からのアノードオフガスの排出異常を検出し、燃料電池システムを停止すること可能となるので、燃料電池スタック３の発電に寄与しないガスの量あるいは濃度の増大により生じる燃料電池スタック３への水素供給不足による燃料電池スタック３構成部品の劣化を抑制することができる。
【００７５】
本発明の第２の実施の形態による作用効果は、アノード運転圧力が一定である定常状態であっても一定でない過渡状態であっても、同様に奏される。
【００７６】
なお、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、Ｓ２５０段階において、圧力センサ１９のセンサ値の代わりとして、圧力センサ１９のセンサ値の時間移動平均値を用いても構わない。
【００７７】
また、異常検出部２５が、オリフィス（絞り）１２での一時的な水詰まりを、アノードオフガスの排出異常であると誤って診断することを防止するために、Ｓ２６０段階において、オリフィス１２での水詰まりを解消する為の「所要時間」を設定し、Ｓ２６０段階での圧力センサ１９のセンサ値と推定値との比較において、「所要時間」のうちにセンサ値が推定値より小さくなるときがあればＳ２１０段階に戻り、「所要時間」継続してセンサ値が推定値以上であれば燃料電池システムを終了するようにしても構わない。
【００７８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図１及び図２に示した燃料電池システムと同じ構成を有するため、図示及び説明を省略する。
【００７９】
図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）を参照して、第３の実施の形態に係わる、水素ガス排出流路１０の閉塞時における第３の実施の形態に係わる燃料電池システムの動作について説明する。
【００８０】
正常時における燃料電池システムの動作は、図３（ａ）乃至図３（ｄ）を参照して説明した第１の実施の形態と同じであり、説明を省略する。
【００８１】
異常時においては、開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図８（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は排気配管１３の圧力に減少しない。圧力センサ１９のセンサ値が減少しないことは、水素ガス排出流路１０の閉塞、あるいはパージ弁１１の開固着故障のいずれかの原因によるアノードオフガスの排出異常であると判断できる。
【００８２】
そこで、圧力推定部２４は、図７のマップから開度制御部２３が転送する開度指令値に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力を推定し、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を検出する。具体的には、異常検出部２５は、パージ弁１１へ全閉指令を出力している全閉所定時間ｔ0だけ、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値Ｐ0とを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値Ｐ0より大きいと判断した場合には、アノードオフガスの排出異常を判断することができる。
【００８３】
第３の実施の形態では、更に、異常検出部２５がアノードオフガスの排出異常を検出した時、図１１（ａ）に示すように、アノード運転圧力制御部２７が、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を変化させる。そして、図１１（ｄ）に示すように、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力の変化に応じて変化しない場合、異常検出部２５は、アノードオフガスの排出異常が水素ガス排出流路１０の閉塞であると判定する。
【００８４】
具体的には、異常検出部２５がアノードオフガスの排出異常を検出した時、図１１（ａ）に示すように、アノード運転圧力制御部２７は、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を下げる。図１１（ｄ）に示すように、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力の低下に応じて下がらない場合、図２の排出流路閉塞判定部２８は、オリフィス１２の水詰まりなどの水素ガス排出流路１０の閉塞が、アノードオフガスの排出異常の原因であると判定する。
【００８５】
アノードオフガスの排出異常において、水素ガス排出流路１０が閉塞した場合には、図１１（ｃ）に示すように、水素ガス循環流路９の窒素濃度は上限許容窒素濃度より増大する。
【００８６】
なお、図５（ａ）に示したように燃料電池スタック３が過渡状態であっても、圧力センサ１９のセンサ値がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力の変化に応じて変化しない場合、異常検出部２５は、水素ガス排出流路１０の閉塞を検出することが出来る。
【００８７】
図１２（ａ）乃至図１２（ｄ）を参照して、第３の実施の形態に係わる、パージ弁１１の開固着故障時における第３の実施の形態に係わる燃料電池システムの動作について説明する。
【００８８】
異常時においては、開度制御部２３が全閉指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図８（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は排気配管１３の圧力に減少しない。圧力センサ１９のセンサ値が減少しないことは、水素ガス排出流路１０の閉塞、あるいはパージ弁１１の開固着故障のいずれかの原因によるアノードオフガスの排出異常であると判断できる。
【００８９】
異常検出部２５がアノードオフガスの排出異常を検出した時、図１２（ａ）に示すように、アノード運転圧力制御部２７が、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を変化させる。そして、図１２（ｄ）に示すように、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力の変化に応じて変化する場合、異常検出部２５は、アノードオフガスの排出異常が水素ガス排出流路１０の閉塞であると判定する。
【００９０】
具体的には、異常検出部２５がアノードオフガスの排出異常を検出した時、図１２（ａ）に示すように、アノード運転圧力制御部２７は、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を下げる。図１２（ｄ）に示すように、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）がアノード運転圧力制御部２７による水素ガスの圧力の低下に応じて下がる場合、図２の開固着故障判定部２９は、パージ弁１１が開いたまま閉じることが出来ない開固着故障が、アノードオフガスの排出異常の原因であると判定する。
【００９１】
パージ弁１１の開固着故障である場合には、水素ガス循環流路９の窒素濃度はカソード５からの窒素透過流量とパージ弁１１から排出され窒素流量が平衡する濃度まで減少する。
【００９２】
このように、システム制御装置２２は、アノードオフガスの排出異常を判断した場合にアノード運転圧力を変動させることで、アノード運転圧力の変動に応じて圧力センサ１９のセンサ値が変動しないならば、オリフィス１２の詰まりなどによる水素ガス排出流路１０の閉塞故障と判断できる。一方、アノード運転圧力の変動に応じて圧力センサ１９のセンサ値が変動するならば、パージ弁１１の開固着故障と判断できる。
【００９３】
図１３を参照して、第３の実施の形態に係わるアノードオフガスの排出異常診断方法について説明する。なお、第３の実施の形態に係わるＳ０１乃至Ｓ０６段階は、図６（ａ）又は図１０（ａ）と同じであり、図示及び説明を省略する。
【００９４】
（イ）図６（ａ）又は図１０（ａ）のＳ０２段階において、全閉指令を出力している時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0以下であれば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）Ｓ３１０段階に進む。Ｓ３１０段階以降では、アノードオフガスの排出異常診断、更には水素ガス排出流路１０の閉塞故障或いはパージ弁１１の開固着故障の判定を行う。そこで、全閉所定時間ｔ0は、これらの診断及び判定に必要な時間として選定されている。
【００９５】
（ロ）Ｓ３１０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ２０を用いてアノード運転圧力のセンサ値を読み込む。Ｓ３２０段階において、システム制御装置２２は全閉指令時の開度指令値を読み込む。Ｓ３３０段階において、圧力推定部２４は圧力センサ２０のセンサ値と全閉指令時の開度指令値とから図７に示すマップを参照して、圧力センサ１９の推定値を読み込む、つまり水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する。
【００９６】
（ハ）Ｓ３４０段階において、圧力推定部２４はＳ３３０段階での圧力センサ１９の推定値に補正値を加算した値を、新たな圧力センサ１９の推定値として読み込む。ここで、補正値はアノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定される。
【００９７】
（ニ）Ｓ３５０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ１９のセンサ値Pkを読み込み、Ｓ３６０段階において、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいて水素ガスの排出異常を診断する。具体的には、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）よりも小さければ（Ｓ３６０段階においてＹＥＳ）異常検出部２５は水素ガスの排出が正常に行われていると判断してＳ３１０段階に戻る。圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）以上であれば（Ｓ３６０段階においてＮＯ）異常検出部２５は水素ガスの排出異常を検出してＳ３７０段階に進む。
【００９８】
（ホ）Ｓ３７０段階において、アノード運転圧力制御部２７は、燃料電池スタック３に供給される水素ガスの圧力を変化させる。具体的には、圧力調整弁６を操作してアノード運転圧力を下げる。Ｓ３８０段階において、システム制御装置２２は、アノード運転圧力を下げた後の圧力センサ１９のセンサ値Pk+1を読み込む。
【００９９】
（へ）Ｓ３９０段階において、異常検出部２５は、アノード運転圧力を下げた後の圧力センサ１９のセンサ値Pk+1とアノード運転圧力を下げる前の圧力センサ１９のセンサ値Pkとの差が所定値よりも大きいか否かを判断する。これにより、異常検出部２５は、アノードオフガスの排出異常の要因が、水素ガス排出流路１０の閉塞故障であるか、あるいは、パージ弁１１の開固着故障であるかを判断することができる。
【０１００】
（ト）センサ値Pk+1とセンサ値Pkとの差が所定値よりも大きい場合（Ｓ３９０段階においてＹＥＳ）Ｓ３８０段階に戻り、センサ値Pk+1とセンサ値Pkとの差が所定値以下である場合（Ｓ３９０段階においてＮＯ）燃料電池システムは終了する。具体的には、異常検出部２５は、警報発生装置２６を用いて異常警報を発生するともに燃料電池システムを停止する。なお、所定値は、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定している。
【０１０１】
以上説明したように、パージ性能の低下を検知した場合、運転圧力を変化させ、圧力センサ値が運転圧力の変化に追随しない場合、パージラインの閉塞（オリフィス１２詰り等）と判断して燃料電池システムを停止する。一方、パージ性能の低下を検知した場合、運転圧力を変化させ、圧力センサ値が運転圧力の変化に追随する場合、パージ弁１１の開固着と判断し、圧力センサ値に応じた希釈流量を確保しつつ運転を継続する。
【０１０２】
本発明の第３の実施の形態によれば、パージ弁１１からのアノードオフガスの排出に異常が検出された時に、アノード運転圧力制御部２７がアノード運転圧力を変化させ、アノード運転圧力の変化に対する圧力センサ１９のセンサ値が変化しない場合には、水素ガス排出流路１０の閉塞が発生していると判断することが出来る。一方、アノード運転圧力の変化に対する圧力センサ１９のセンサ値が変化する場合には、パージ弁１１の開固着故障が発生していると判断することが出来る。
【０１０３】
異常検出部２５が水素ガス排出流路１０の閉塞故障を検出した場合には、燃料電池システムを停止することで、燃料電池スタック３の発電に寄与しないガスの量あるいは濃度の増大により生じる燃料電池スタック３への水素供給不足による燃料電池スタック３の構成部品の劣化を抑制することができる。一方、異常検出部２５がパージ弁１１の開固着故障を検出した場合には、燃料電池スタック３の発電に寄与しないガスの量あるいは濃度の増大が懸念されないために燃料電池システムの運転を継続することができる。
【０１０４】
本発明の第３の実施の形態による作用効果は、アノード運転圧力が一定である定常状態であっても一定でない過渡状態であっても、同様に奏される。
【０１０５】
なお、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、Ｓ３８０段階において、圧力センサ１９のセンサ値Pk+1の代わりとして、圧力センサ１９のセンサ値の時間移動平均値を用いても構わない。
【０１０６】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図１及び図２に示した燃料電池システムと同じ構成を有するため、図示及び説明を省略する。
【０１０７】
図１４（ａ）乃至図１４（ｄ）を参照して、第４の実施の形態に係わる、パージ弁１１の全閉固着故障時における第４の実施の形態に係わる燃料電池システムの動作について説明する。
【０１０８】
正常時における燃料電池システムの動作は、図８（ａ）乃至図８（ｄ）を参照して説明した第２の実施の形態と同じであり、説明を省略する。
【０１０９】
異常時においては、開度制御部２３が第２の開度指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図１４（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は増大しない。圧力センサ１９のセンサ値が増大しないことは、パージ弁１１の全閉状態での閉固着故障の原因によるアノードオフガスの排出異常であると判断できる。アノードオフガスの排出異常において、パージ弁１１の全閉固着故障が原因の場合には、図１４（ｃ）に示すように、水素ガス循環流路９の窒素濃度は上限許容窒素濃度より増大する。
【０１１０】
そこで、圧力推定部２４は、図７のマップから開度制御部２３が転送する開度指令値（第２の開度指令）に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力（ＰB）を推定し、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）ＰBとに基づいて水素ガスの排出異常を検出する。
【０１１１】
具体的には、異常検出部２５は、開度制御部２３が第２の開度指令をパージ弁１１へ転送している第２の所定時間ｔBに、圧力センサ１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力ＰBとを比較して水素ガスの排出異常及びパージ弁１１の全閉固着故障を診断する。異常検出部２５は、図１４（ｄ）に示すように、第２の所定時間ｔBの間、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰBとを比較し、圧力センサ１９の推定値ＰBがセンサ値より大きいと判断した場合、パージ弁１１の全閉固着故障と判断する。ここで、圧力センサ１９の推定値ＰBは、圧力センサ１９の検出精度誤差を加算した値として選定することが望ましい。この場合、パージ弁１１の全閉固着故障の誤診断を防止することができる。
【０１１２】
この結果、異常検出部２５は、パージ弁１１へ第２の開度指令を出力している第２の所定時間ｔBだけ、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰBとを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値ＰBより小さいと判断した場合には、パージ弁１１の全閉固着故障を判断することができる。
【０１１３】
なお、図５（ａ）に示したように燃料電池スタック３が過渡状態であっても、図１４（ａ）乃至図１４（ｄ）で説明した定常状態でのパージ弁１１の全閉固着故障診断を同様に行うことができる。つまり、過渡状態においても、開度制御部２３は、パージ弁１１へ第２の開度指令を出力している第２の所定時間ｔBに、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰBとを比較することで、圧力センサ１９のセンサ値が推定値ＰBより小さいと判断した場合には、パージ弁１１の全閉固着故障を判断することができる。
【０１１４】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）を参照して、第４の実施の形態に係わる、アノードオフガスの排出異常診断方法について説明する。
【０１１５】
（イ）先ずＳ０１段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ全閉指令を出力する。Ｓ０２段階において、開度制御部２３は全閉指令を出力している時間Ｔ0をカウントアップするとともに、時間Ｔ0を全閉所定時間ｔ0と比較する。時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0より大きいならば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）、Ｓ０３段階に進み、時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0以下であれば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）図６（ｂ）のＳ１１０段階、図１０（ｂ）のＳ２１０段階、又は図１３のＳ３１０段階の何れかに進む。Ｓ１１０段階、Ｓ２１０段階、Ｓ３１０段階以降ではアノードオフガスの排出異常診断を行うが、ここでは説明を省略する。
【０１１６】
（ロ）Ｓ０３段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第２の開度指令を出力する。
【０１１７】
（ハ）Ｓ０４段階において、開度制御部２３は第２の開度指令を出力している時間ＴBをカウントアップするともに、時間ＴBを第２の所定時間ｔBとを比較する。時間ＴBが第２の所定時間ｔB以下であれば（Ｓ０４段階においてＮＯ）Ｓ４１０段階に進む。時間ＴBが第２の所定時間ｔBより大きいなれば（Ｓ０４段階においてＹＥＳ）Ｓ０５段階に進む。
【０１１８】
（ニ）Ｓ０５段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第１の開度指令を出力する。Ｓ０６段階において、開度制御部２３は第１の開度指令を出力している時間ＴAをカウントアップするともに、時間ＴAを第１の所定時間ｔAとを比較する。時間ＴAが第１の所定時間ｔA以下であれば（Ｓ０６段階においてＮＯ）次の段階への移行が禁止される。時間ＴAが第１の所定時間ｔAより大きいなれば（Ｓ０６段階においてＹＥＳ）Ｓ０１段階に戻る。
【０１１９】
（ホ）Ｓ４１０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ２０を用いてアノード運転圧力のセンサ値を読み込む。Ｓ４２０段階において、システム制御装置２２は第２の開度指令時の開度指令値を読み込む。Ｓ４３０段階において、圧力推定部２４は圧力センサ２０のセンサ値と第２の開度指令時の開度指令値とから図７に示すマップを参照して、圧力センサ１９の推定値を読み込む、つまり水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する。
【０１２０】
（ヘ）Ｓ４４０段階において、圧力推定部２４はＳ４３０段階での圧力センサ１９の推定値に補正値を加算した値を、新たな圧力センサ１９の推定値として読み込む。ここで、補正値はパージ弁１１の全閉固着故障診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定される。
【０１２１】
（ト）Ｓ４５０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ１９のセンサ値を読み込み、Ｓ４６０段階において、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいてパージ弁１１の全閉固着故障を診断する。具体的には、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）よりも大きければ（Ｓ４６０段階においてＹＥＳ）パージ弁１１は正常であると判断してＳ４１０段階に戻り、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）以下であれば（Ｓ４６０段階においてＮＯ）パージ弁１１の全閉固着故障を診断して燃料電池システムは終了する。具体的には、異常検出部２５は、パージ弁１１の全閉固着故障があると判断するため、警報発生装置２６を用いて異常警報を発生するともに燃料電池システムを停止する。
【０１２２】
第４の実施の形態によれば、開度制御部２３は全閉指令の後に第２の開度指令を出力し、圧力センサ１９のセンサ値が増大しないことを検出することで、パージ弁１１の閉固着故障診断を行うことが可能となる。また、閉固着故障と判断した場合に燃料電池システムを停止することでアノード４への水素供給不足による燃料電池スタック３の構成部品の劣化を抑制することができる。
【０１２３】
本発明の第４の実施の形態による作用効果は、アノード運転圧力が一定である定常状態であっても一定でない過渡状態であっても、同様に奏される。
【０１２４】
なお、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、Ｓ４５０段階において、圧力センサ１９のセンサ値の代わりとして、圧力センサ１９のセンサ値の時間移動平均値を用いても構わない。
【０１２５】
また、異常検出部２５が、オリフィス（絞り）１２での一時的な水詰まりを、アノードオフガスの排出異常であると誤って診断することを防止するために、Ｓ４６０段階において、オリフィス１２での水詰まりを解消する為の「所要時間」を設定し、Ｓ４６０段階での圧力センサ１９のセンサ値と推定値との比較において、「所要時間」のうちにセンサ値が推定値より大きくなるときがあればＳ４１０段階に戻り、「所要時間」継続してセンサ値が推定値以下であれば燃料電池システムを終了するようにしても構わない。
【０１２６】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係わる燃料電池システムは、図１及び図２に示した燃料電池システムと同じ構成を有するため、図示及び説明を省略する。
【０１２７】
図１６（ａ）乃至図１６（ｄ）を参照して、第５の実施の形態に係わる、パージ弁１１の中間開度閉固着故障時における第５の実施の形態に係わる燃料電池システムの動作について説明する。
【０１２８】
正常時における燃料電池システムの動作は、図８（ａ）乃至図８（ｄ）を参照して説明した第２の実施の形態と同じであり、説明を省略する。
【０１２９】
異常時においては、開度制御部２３が第１の開度指令をパージ弁１１へ転送しているにもかかわらず、図１６（ｄ）の圧力センサ１９のセンサ値（水素ガス排出流路１０内の圧力）は増大しない。圧力センサ１９のセンサ値が増大しないことは、パージ弁１１が第１の開度状態で閉固着故障（中間開度閉固着故障）を起こしていることによるアノードオフガスの排出異常であると判断できる。パージ弁１１の中間開度閉固着故障が原因の場合には、図１６（ｃ）に示すように、水素ガス循環流路９の窒素濃度は、第２の開度指令の窒素濃度に維持されたままであり、その後、全閉指令の出力時にパージ弁１１が全閉状態になった場合には、上限許容窒素濃度を超えて増大する。
【０１３０】
そこで、圧力推定部２４は、図７のマップから開度制御部２３が転送する開度指令値（第１の開度指令）に基づいて水素ガス排出流路１０内の圧力（ＰA）を推定し、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）ＰAとに基づいてパージ弁１１の中間開度閉固着故障を検出する。
【０１３１】
具体的には、異常検出部２５は、開度制御部２３が第１の開度指令をパージ弁１１へ転送している第１の所定時間ｔAに、圧力センサ１９が検出する圧力と圧力推定部２４が推定する圧力ＰAとを比較して水素ガスの排出異常及びパージ弁１１の中間開度閉固着故障を診断する。異常検出部２５は、図１６（ｄ）に示すように、第１の所定時間ｔAの間、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰAとを比較し、圧力センサ１９の推定値ＰAがセンサ値より大きいと判断した場合、パージ弁１１の中間開度閉固着故障と判断する。ここで、圧力センサ１９の推定値ＰAは、圧力センサ１９の検出精度誤差を加算した値として選定することが望ましい。この場合、パージ弁１１の中間開度閉固着故障の誤診断を防止することができる。
【０１３２】
この結果、異常検出部２５は、パージ弁１１へ第１の開度指令を出力している第１の所定時間ｔAだけ、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰAとを比較し、圧力センサ１９のセンサ値が推定値ＰAより小さいと判断した場合には、パージ弁１１の中間開度閉固着故障を判断することができる。
【０１３３】
なお、図５（ａ）に示したように燃料電池スタック３が過渡状態であっても、図１４（ａ）乃至図１４（ｄ）で説明した定常状態でのパージ弁１１の中間開度閉固着故障診断を同様に行うことができる。つまり、過渡状態においても、開度制御部２３は、パージ弁１１へ第１の開度指令を出力している第１の所定時間ｔAに、常時、圧力センサ１９のセンサ値と推定値ＰAとを比較することで、圧力センサ１９のセンサ値が推定値ＰAより小さいと判断した場合には、パージ弁１１の中間開度閉固着故障を判断することができる。
【０１３４】
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）を参照して、第５の実施の形態に係わる、アノードオフガスの排出異常診断方法について説明する。
【０１３５】
（イ）先ずＳ０１段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ全閉指令を出力する。Ｓ０２段階において、開度制御部２３は全閉指令を出力している時間Ｔ0をカウントアップするとともに、時間Ｔ0を全閉所定時間ｔ0と比較する。時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0より大きいならば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）、Ｓ０３段階に進み、時間Ｔ0が全閉所定時間ｔ0以下であれば（Ｓ０２段階においてＹＥＳ）図６（ｂ）のＳ１１０段階、図１０（ｂ）のＳ２１０段階、又は図１３のＳ３１０段階の何れかに進む。Ｓ１１０段階、Ｓ２１０段階、Ｓ３１０段階以降ではアノードオフガスの排出異常診断を行うが、ここでは説明を省略する。
【０１３６】
（ロ）Ｓ０３段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第２の開度指令を出力する。
【０１３７】
（ハ）Ｓ０４段階において、開度制御部２３は第２の開度指令を出力している時間ＴBをカウントアップするともに、時間ＴBを第２の所定時間ｔBとを比較する。時間ＴBが第２の所定時間ｔB以下であれば（Ｓ０４段階においてＮＯ）Ｓ４１０段階に進む。時間ＴBが第２の所定時間ｔBより大きいなれば（Ｓ０４段階においてＹＥＳ）Ｓ０５段階に進む。Ｓ４１０段階以降ではアノードオフガスの排出異常診断を行うが、ここでは説明を省略する。
【０１３８】
（ニ）Ｓ０５段階において、開度制御部２３はパージ弁１１へ第１の開度指令を出力する。Ｓ０６段階において、開度制御部２３は第１の開度指令を出力している時間ＴAをカウントアップするともに、時間ＴAを第１の所定時間ｔAとを比較する。時間ＴAが第１の所定時間ｔA以下であれば（Ｓ０６段階においてＮＯ）Ｓ５１０段階に進む。時間ＴAが第１の所定時間ｔAより大きいなれば（Ｓ０６段階においてＹＥＳ）Ｓ０１段階に戻る。
【０１３９】
（ホ）Ｓ５１０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ２０を用いてアノード運転圧力のセンサ値を読み込む。Ｓ５２０段階において、システム制御装置２２は第１の開度指令時の開度指令値を読み込む。Ｓ５３０段階において、圧力推定部２４は圧力センサ２０のセンサ値と第１の開度指令時の開度指令値とから図７に示すマップを参照して、圧力センサ１９の推定値を読み込む、つまり水素ガス排出流路１０内の圧力を推定する。
【０１４０】
（ヘ）Ｓ５４０段階において、圧力推定部２４はＳ５３０段階での圧力センサ１９の推定値に補正値を加算した値を、新たな圧力センサ１９の推定値として読み込む。ここで、補正値はパージ弁１１の中間開度閉固着故障診断の誤診断を防止するために、圧力センサ１９の検出精度誤差を考慮した値として選定される。
【０１４１】
（ト）Ｓ５５０段階において、システム制御装置２２は圧力センサ１９のセンサ値を読み込み、Ｓ５６０段階において、異常検出部２５は、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）と圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）とに基づいてパージ弁１１の中間開度閉固着故障を診断する。具体的には、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）よりも大きければ（Ｓ５６０段階においてＹＥＳ）パージ弁１１は正常であると判断してＳ５１０段階に戻り、圧力センサ１９が検出する圧力（センサ値）が圧力推定部２４が推定する圧力（推定値）以下であれば（Ｓ５６０段階においてＮＯ）パージ弁１１の中間開度閉固着故障を診断して燃料電池システムは終了する。具体的には、異常検出部２５は、パージ弁１１の中間開度閉固着故障があると判断するため、警報発生装置２６を用いて異常警報を発生するともに燃料電池システムを停止する。
【０１４２】
第５の実施の形態によれば、開度制御部２３は第２の開度指令の後に第１の開度指令を出力し、圧力センサ１９のセンサ値が増大しないことを検出することで、パージ弁１１の中間開度閉固着故障診断を行うことが可能となる。また、中間開度閉固着故障と判断した場合に燃料電池システムを停止することでアノード４への水素供給不足による燃料電池スタック３の構成部品の劣化を抑制することができる。
【０１４３】
本発明の第５の実施の形態による作用効果は、アノード運転圧力が一定である定常状態であっても一定でない過渡状態であっても、同様に奏される。
【０１４４】
なお、アノードオフガスの排出異常診断の誤診断を防止するために、Ｓ５５０段階において、圧力センサ１９のセンサ値の代わりとして、圧力センサ１９のセンサ値の時間移動平均値を用いても構わない。
【０１４５】
また、異常検出部２５が、オリフィス（絞り）１２での一時的な水詰まりを、パージ弁１１の中間開度閉固着故障であると誤って診断することを防止するために、Ｓ５６０段階において、オリフィス１２での水詰まりを解消する為の「所要時間」を設定し、Ｓ５６０段階での圧力センサ１９のセンサ値と推定値との比較において、「所要時間」のうちにセンサ値が推定値より大きくなるときがあればＳ５１０段階に戻り、「所要時間」継続してセンサ値が推定値以下であれば燃料電池システムを終了するようにしても構わない。
【０１４６】
上記のように、本発明は、第１乃至第５の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図１の異常検出部の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図３（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図３（ｃ）は正常時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図３（ｄ）は正常時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図４】図４（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図４（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図４（ｃ）はアノードオフガスの排出異常時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図４（ｄ）はアノードオフガスの排出異常時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図５】図５（ａ）は過渡状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図５（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図５（ｃ）はアノードオフガスの排出異常時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図５（ｄ）はアノードオフガスの排出異常時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図１の燃料電システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図７】アノード運転圧力が一定である場合にパージ弁の下流圧力がパージ弁の開度が増大するに従い単調に増加する特性を示すマップである。
【図８】図８（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図８（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図８（ｃ）はアノードオフガスの排出異常時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図８（ｄ）はアノードオフガスの排出異常時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図９】図９（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図９（ｂ）は第１の実施の形態に係わる水素ガス循環流路内での窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図９（ｃ）は第２の実施の形態に係わる水素ガス循環流路内での窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、第２の実施の形態に係わる燃料電システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１（ａ）は第３の実施の形態での定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図１１（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図１１（ｃ）は水素ガス排出流路の閉塞時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図１１（ｄ）は水素ガス排出流路の閉塞時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２（ａ）は第３の実施の形態での定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図１２（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図１２（ｃ）はパージ弁の開固着故障時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図１２（ｄ）はパージ弁の開固着故障時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係わる燃料電システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１４】図１４（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図１４（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図１４（ｃ）はパージ弁の全閉固着故障時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図１４（ｄ）はパージ弁の全閉固着故障時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１５】図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第４の実施の形態に係わる燃料電システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図１６】図１６（ａ）は定常状態におけるアノード運転圧力の時間変化を示すタイムチャートであり、図１６（ｂ）は開度制御部がパージ弁へ転送する開度指令値の時間変化を示すタイムチャートであり、図１６（ｃ）はパージ弁の中間開度閉固着故障時における水素ガス循環流路内での燃料電池スタックの発電に寄与することのないガスの一例としての窒素濃度の時間変化を示すタイムチャートであり、図１６（ｄ）はパージ弁の中間開度閉固着故障時における圧力センサが検出するセンサ値の時間変化を示すタイムチャートである。
【図１７】図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、第５の実施の形態に係わる燃料電システムの制御方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４８】
１…水素ガス供給装置
２…空気コンプレッサ
３…燃料電池スタック
４…アノード
５…カソード
６、１８…圧力調整弁
７…水素ガス供給配管
８…ガス循環装置
９…燃料ガス循環路（水素ガス循環流路）
１０…燃料ガス排出流路（水素ガス排出流路）
１１…流量制御弁（パージ弁）
１２…オリフィス（絞り）
１３…排気配管
１４…アフタークーラ
１５…加湿器
１６…空気供給配管
１７…空気排出流路
１９…圧力検出部（圧力センサ）
２０、２１…圧力センサ
２２…システム制御装置
２３…開度制御部
２４…圧力推定部
２５…異常検出部
２６…警報発生装置
２７…アノード運転圧力制御部
２８…排出流路閉塞判定部
２９…開固着故障判定部
３０…全閉固着故障判定部
３１…中間開度閉固着故障判定部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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