(57)【要約】【課題】アノード掃気処理後に燃料ガス経路における圧縮空気の漏洩を検知する。【解決手段】イグニッションスイッチ７６のオフ時に、水素供給弁４４を閉じ、コンプレッサ３６の駆動を継続して、空気導入弁５４、空気排出弁５６を開き、水素供給口２０から圧縮空気を燃料電池１４内に導入し、空気排出弁５６、ドレイン弁５０、水素パージ弁３０を通じて、燃料ガス経路４９に残る燃料ガス及び水分等を除去するアノード掃気処理を行った後、燃料ガス経路４９に連通する全ての弁３０、５０、５４、５６を閉じる。閉じた時点の圧力と、この閉じた時点から僅かな時間経過後の圧力とを圧力センサ２１で測定することにより、この圧力差から燃料ガス経路４９の漏洩による故障を検知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給流路から供給される燃料ガスと酸化剤供給流路から供給される酸化剤ガスの反応により発電し、発電に使用した燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ燃料排出流路及び酸化剤排出流路へ排出する燃料電池と、
前記燃料供給流路、前記燃料電池内流路、及び前記燃料排出流路からなる燃料ガス経路から前記燃料ガスを掃気するために、前記燃料供給流路から前記燃料ガスに代替して前記酸化剤ガスを前記燃料電池内流路に導入し、導入した酸化剤ガスを前記燃料排出流路を通じて排出する掃気手段と、
前記掃気手段による掃気後に、前記燃料ガス経路に前記酸化剤ガスを封じ込める封じ込め手段と、
前記燃料ガス経路に設けられた圧力検知手段と、
前記圧力検知手段により検知された、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力が所定値以下の圧力である場合に故障と判定する故障判定手段と
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、使用した前記燃料ガスを前記燃料排出流路から前記燃料供給流路へ循環させる燃料循環流路を設けて連通させ、前記燃料循環流路を含む前記燃料ガス経路に複数の弁が設けられているとき、
前記故障判定手段は、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力の低下の仕方に応じて、前記複数の弁中、故障している弁を特定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
燃料供給流路から供給される燃料ガスと酸化剤供給流路から供給される酸化剤ガスの反応により発電し、発電に使用した燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ燃料排出流路及び酸化剤排出流路へ排出する燃料電池における前記燃料供給流路、前記燃料電池内流路、及び前記燃料排出流路からなる燃料ガス経路の故障を検知する方法であって、
前記燃料供給流路から前記燃料ガスに代替して前記酸化剤ガスを前記燃料電池内流路に導入し、導入した酸化剤ガスを前記燃料排出流路を通じて排出することで、前記燃料ガス経路を掃気する掃気工程と、
前記掃気工程後に、前記燃料ガス経路に前記酸化剤ガスを封じ込めるために前記燃料ガス経路に設けられた弁を閉じる封じ込め工程と、
前記燃料ガス経路に封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力を検知する圧力検知工程と、
検知された、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力が所定値以下の圧力となった場合に故障と判定する故障判定工程と
を備える燃料電池システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法。
【請求項４】
請求項３記載の故障検知方法おいて、
前記封じ込め工程では、前記燃料ガス経路に封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力を所定値に調整する封じ込め圧力調整工程
を備える燃料電池システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法。
【請求項５】
請求項４記載の故障検知方法において、
前記故障判定工程では、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力の低下の仕方に応じて、故障している箇所を判定する
ことを特徴とする燃料電池システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料ガス経路の漏洩に係る故障を検知する技術が適用された燃料電池システム及び該システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極（燃料極）及びカソード電極（酸化剤極）を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤流路が形成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池において、燃料ガス流路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
【０００４】
この燃料電池は、その反応の際に、カソード電極には、酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。水分は、カソード側からの逆拡散あるいは燃料ガスの高湿化等を原因としてアノード電極にも貯留される。
【０００５】
そして、アノード電極に水分が過多状態になると、水詰まり状態を起こすことがあり、この水詰まりを解消する必要がある。
【０００６】
そのため従来は、燃料電池システムの燃料経路に水等の不純物が溜まった場合には、燃料経路に設けられたパージ弁を開放して、燃料ガスを外部に捨てて燃料ガスの流量を増加することで不純物を吹き飛ばして除去するパージ処理が行われている。
【０００７】
そして、このような燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの運転終了時に、燃料ガス経路の遮断弁を閉じることで燃料電池内の燃料ガスの流路を含む燃料ガス経路に一定圧力値以上の燃料ガスを封じ込めて発電を終了する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
そして、この特許文献１には、図７に示すように、終了時点である燃料ガスの封じ込め時点から燃料ガス経路の圧力値の低下を監視し、圧力の低下率曲線が正常範囲内にあるか異常範囲内にあるかを判定し、次の起動時に前記正常範囲内にある場合には、燃料電池システムの起動を許可し、異常な範囲内にある場合には、燃料電池システムの起動を不許可とする技術が開示されている。
【０００９】
この技術では、燃料ガス経路に設けられた遮断弁の故障を検知することができるとされている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１９２９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術によれば、図７に示したように、正常時においても、封じ込められた燃料ガスが電解質膜を通じてカソード電極側に流れることを原因として、圧力低下率がシステム停止の開始時点である運転終了時点を１００［％］として、徐々に下がってくる。
【００１２】
このため、正常か異常かを判定するのに、運転終了時点からの判定時間が長くかかるという問題がある。また、燃料ガスがどの程度低下するかは、封じ込め圧力、電解質膜の成分、形状、含水状況、セパレータ流路形状等によって異なることから、燃料電池システム毎に、図７に示すような圧力低下率の閾値曲線を作成して記憶しておく必要があり、設計上の繁雑さもある。そのため、この従来技術によれば、判定処理が繁雑である。
【００１３】
また、上記従来技術によれば、燃料電池の各極に燃料ガスと酸化剤ガスが混在する可能性があり、性能を低下させるおそれもある。
【００１４】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、燃料電池システムの運転終了時における燃料ガス経路の故障を容易に、かつ短時間に判定することを可能とする燃料電池システム及び該システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法を提供することを目的とする。
【００１５】
なお、この発明を適用するとき、特開２００３−３３１８９３号公報に記載された、いわゆるアノード掃気処理技術が適用される。このアノード処理技術では、前記した水分がいずれかの電極において過多状態になると、水詰まり状態を起こすことがあり、燃料電池システムの運転終了時に、カソード電極ばかりではなくアノード電極にも酸化剤ガスを流通させ、燃料電池内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を除去する。この従来技術に係るアノード掃気技術では、アノード掃気処理後の燃料ガス経路の圧力及び酸化剤経路の圧力は大気圧に連通されるように構成されている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１７】
この発明に係る燃料電池システムは、燃料供給流路（２８）から供給される燃料ガスと酸化剤供給流路（３４）から供給される酸化剤ガスの反応により発電し、発電に使用した燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ燃料排出流路（２３）及び酸化剤排出流路（４０）へ排出する燃料電池（１４）と、前記燃料供給流路、前記燃料電池内流路、及び前記燃料排出流路からなる燃料ガス経路（４９）、（４９Ａ）から前記燃料ガスを掃気するために、前記燃料供給流路から前記燃料ガスに代替して前記酸化剤ガスを前記燃料電池内流路に導入し、導入した酸化剤ガスを前記燃料排出流路を通じて排出する掃気手段（３６、５４、５６、７０）と、前記掃気手段による掃気後に、前記燃料ガス経路に前記酸化剤ガスを封じ込める封じ込め手段（５４、５６、３０、５０、４４、５７）と、前記燃料ガス経路に設けられた圧力検知手段（２１）と、前記圧力検知手段により検知された、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力が所定値以下の圧力である場合に故障と判定する故障判定手段（７０）とを備える。
【００１８】
この発明によれば、燃料電池システムの運転終了時に、燃料ガス経路に、カソード電極側に透過しない酸化剤ガスを封じ込めるようにしているので、封じ込め後の圧力の低下を検知することで、燃料ガス経路の故障を容易に、かつ短時間に判定することができる。また、この発明によれば、燃料ガス経路に酸化剤ガスを封じ込めた後には、アノード電極とカソード電極には酸化剤ガスが存在するだけになるので、発電停止時において、従来技術のような酸化剤ガスと燃料ガスとの混入による性能の低下を未然に回避することができる。
【００１９】
この場合、使用した前記燃料ガスを前記燃料排出流路から前記燃料供給流路へ循環させる燃料循環流路（４６）を設けて連通させ、前記燃料循環流路を含む前記燃料ガス経路に複数の弁（５４、５６、３０、５０）が設けられているとき、前記故障判定手段は、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力の低下の仕方に応じて、前記複数の弁（例えば、弁径が異なる弁）中、故障している弁を特定することができる。
【００２０】
また、この発明に係る燃料電池システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法は、燃料供給流路（２８）から供給される燃料ガスと酸化剤供給流路（３４）から供給される酸化剤ガスの反応により発電し、発電に使用した燃料ガス及び酸化剤ガスをそれぞれ燃料排出流路（２３）及び酸化剤排出流路（４０）へ排出する燃料電池（１４）における前記燃料供給流路、前記燃料電池内流路、及び前記燃料排出流路からなる燃料ガス経路（４９）、（４９Ａ）の故障を検知する方法であって、前記燃料供給流路から前記燃料ガスに代替して前記酸化剤ガスを前記燃料電池内流路に導入し、導入した酸化剤ガスを前記燃料排出流路を通じて排出することで、前記燃料ガス経路を掃気する掃気工程（ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７）と、前記掃気工程後に、前記燃料ガス経路に前記酸化剤ガスを封じ込めるために前記燃料ガス経路に設けられた弁を閉じる封じ込め工程（ステップＳ８、Ｓ１０）と、前記燃料ガス経路に封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力を検知する圧力検知工程（ステップＳ１１）と、検知された、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力が所定値以下の圧力となった場合に故障と判定する故障判定工程（ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７）とを備える。
【００２１】
この発明によれば、燃料電池システムの運転終了時に、燃料ガス経路に、酸化剤ガス流路に透過しない酸化剤ガスを、所定値以上の圧力で封じ込めるようにしているので、封じ込め後の圧力の低下を検知することで、燃料ガス経路の漏洩に係る故障を容易に、かつ短時間に判定することができる。
【００２２】
この場合、前記封じ込め工程では、前記燃料ガス経路に封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力を所定値（ＰＨＳＴＯＰ）に調整する封じ込め圧力調整工程（ステップＳ９）を備えることで、圧力低下の度合いで故障を検知することができる。
【００２３】
具体的に、前記故障判定工程では、封じ込められた前記酸化剤ガスの圧力の低下の仕方に応じて、故障している箇所を特定して判定することができる。
【００２４】
なお、上記した各発明において、故障を検知した場合には、燃料電池システムの再起動を禁止することや警報を発生することにより、燃料電池の性能の低下を未然に防止することが可能となり、かつ外部への燃料ガスの漏洩を最小限に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、燃料電池システムの運転終了時に、大気圧より高圧とされた酸化剤ガスによりアノード掃気処理を行い、燃料ガス経路の燃料ガスを酸化剤ガスに代替し、高圧の酸化剤ガスが流通している状態で、燃料ガス経路を遮断して高圧の酸化剤ガスを封じ込める。
【００２６】
酸化剤ガスは、電解質膜を透過しないので、酸化剤ガスが弁を介して封じ込められた燃料ガス経路が気密であれば、圧力の低下が発生しない。このため、燃料ガス経路の圧力を検知することで、直ちに、燃料ガス経路の漏洩に係る故障が発生しているかどうかを判定することができる。
【００２７】
また、この発明によれば、発電停止時に、燃料ガス経路に酸化剤ガスを封じ込めた後には、アノード電極とカソード電極には酸化剤ガスが存在するだけになるので、発電停止中、従来技術のような酸化剤ガスと燃料ガスとの混入による性能の低下を未然に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２９】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム１０の概略構成図である。
【００３０】
この燃料電池システム１０は、基本的には、燃料電池１４と、この燃料電池１４に燃料ガスである水素（Ｈ2）ガスを供給する水素タンク４２と、この燃料電池１４に酸化剤ガス、例えば酸素（Ｏ2）を含む圧縮された空気を供給するコンプレッサ（エアコンプレッサ）３６とから構成されている。
【００３１】
燃料電池１４は、固体高分子電解質膜の両側にそれぞれアノード電極とカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路を形成する一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤ガス流路を形成して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。
【００３２】
燃料電池１４には、この燃料電池１４の前記燃料ガス流路に、水素ガスを供給するための水素供給口２０と、燃料電池１４の前記燃料ガス流路から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口２２と、燃料電池１４の前記酸化剤ガス流路に、圧縮空気を供給するための空気供給口２４と、未使用の酸素を含む空気を燃料電池１４の前記酸化剤ガス流路から排出するための空気排出口２６とが設けられている。
【００３３】
水素供給口２０には、圧力検知手段としての圧力センサ２１が設けられた水素供給流路２８が連通される。この水素供給流路２８には、エゼクタ４８が設けられ、このエゼクタ４８は、高圧水素を貯留する水素タンク４２から水素供給弁４４を通じて供給される水素ガスを、水素供給流路２８及び水素供給口２０を通じて燃料電池１４内の燃料ガス流路に供給するとともに、燃料電池１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを水素排出口２２に設けられた水素排出流路２３に連通する水素循環流路４６から吸引して燃料電池１４に再供給する。
【００３４】
この場合、水素排出流路２３と水素循環流路４６との間には、水とガスとを分離する気液分離器４７が設けられる。気液分離器４７に溜まった水は、ドレイン弁５０及び水排出流路５２を通じて大気に排出される。
【００３５】
水素循環流路４６には、カソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを水素パージ流路３２及び図示しない希釈ボックスを介して外部に排出して発電安定性を確保するため、通常発電運転時に適宜開放される水素パージ弁３０が設けられる。
【００３６】
さらに、水素排出流路２３には、アノード電極やセパレータに留まる水や残留燃料ガスをアノード掃気処理時に水素供給口２０から取り入れた圧縮空気とともに水素排出口２２から空気排出流路４０を通じて外気に排出するために開放される空気排出弁５６が設けられている。
【００３７】
なお、空気排出弁５６及び後述する空気導入弁５４は比較的に大流量用のオンオフ弁であり、水素パージ弁３０は比較的に中容量のオンオフ弁であり、ドレイン弁５０は比較的に小容量のオンオフ弁である。
【００３８】
一方、空気供給口２４には、空気供給流路３４が連通され、この空気供給流路３４には、大気からの空気を圧縮して供給するコンプレッサ用モータと一体となったコンプレッサ（エアコンプレッサ）３６が接続される。
【００３９】
また、空気排出口２６は、コンプレッサ３６から空気供給流路３４及び空気供給口２４を通じて燃料電池１４内の酸化剤ガス流路に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁３８が設けられ、燃料電池１４の空気排出口２６は、この背圧制御弁３８を介し空気排出流路４０を通じて大気に連通している。
【００４０】
さらに、燃料電池１４の水素供給流路２８と空気供給流路３４との間には、空気導入流路５３を介して水素供給口２０に圧縮空気を導入する、いわゆるアノード掃気処理時に開放される空気導入弁５４が設けられる。
【００４１】
さらにまた、燃料電池システム１０には、制御装置７０が設けられ、この制御装置７０により、燃料電池システム１０の全ての動作が制御される。この制御装置７０には、故障発生時に警告を音声あるいは画面表示等で出力する警告装置７２が接続されている。警告装置７２は、ナビゲーション装置の音声・画面表示を利用することができる。
【００４２】
制御装置７０は、ＣＰＵ、メモリ、タイマ等からなるコンピュータにより構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段としても動作する。この実施形態において、制御装置７０は、コンプレッサ３６や空気導入弁５４及び空気排出弁５６と協働して掃気手段として動作し、さらに、各種弁５４、５６、４４、３０、５０を閉じこめることにより封じ込め手段として動作し、その他、圧力センサ２１で検知された封じ込められた酸化剤ガスの圧力値ＰＨと所定値を比較することで燃料ガス経路４９に係る故障を判定する故障判定手段の他、所定の時間を計時するタイマ等の計時手段等として機能する。なお、図１において、点線は制御線等の信号線を示し、二重線は、配管を示している。
【００４３】
燃料電池システム１０の通常発電運転時には、制御装置７０による弁制御により、基本的には、水素供給弁４４は開放され背圧制御弁３８が適量に開いた状態になっており、水素パージ弁３０及びドレイン弁５０は適宜開かれるが通常は閉じた状態となっており、さらに、アノード掃気処理に係る空気導入弁５４及び空気排出弁５６は、閉じた状態になっている。
【００４４】
この通常発電運転時において、燃料電池１４のカソード電極にコンプレッサ３６から空気（酸素）が供給される一方、アノード電極に高圧水素タンク４２から水素ガスが供給されると、アノード電極側で水素がイオン化され、水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソード電極の方に移動する。この間に発生した電子が外部回路（不図示）に発電電流として取り出され、負荷（燃料電池システム１０が車両に搭載された燃料電池車両においては、駆動用モータ等）に供給される。なお、発電電流の一部は、燃料電池システム１０の起動時や停止時等に各種の弁制御やコンプレッサ３６等を駆動して行われる、燃料電池システム１０の起動処理やアノード掃気処理等を含む燃料電池システム１０の停止・終了処理を行う際に、コンプレッサ３６等に電力を供給するキャパシタあるいはバッテリ等の蓄電装置を充電するエネルギとして利用される。
【００４５】
さらに、制御装置７０には、燃料電池システム１０の起動信号（始動信号）及び停止信号を出力するイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）７６が接続されている。
【００４６】
基本的には、以上のように構成され、かつ動作する燃料電池システム１０の水素供給流路（燃料供給流路）２８、燃料電池１４内の燃料ガス流路、水素排出流路（水素排出流路）２３及び水素循環流路４６からなる燃料ガス経路４９からのガスの漏洩を故障として検知する動作について、以下、図２のフローチャート及び図３のタイムチャート（マップ）を参照して説明する。
【００４７】
ステップＳ１において、制御装置７０が燃料電池システム１０の起動信号であるイグニッションスイッチ７６のオン信号（オフからオンに遷移する信号）を検出したとき、ステップＳ２において、上述した燃料電池１４の通常発電動作が実施される。
【００４８】
次に、ステップＳ３において、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたかどうかが判定される。
【００４９】
ステップＳ３において、イグニッションスイッチ７６がオン状態のままである場合にはステップＳ２の発電運転が継続される。その一方、ステップＳ３において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられたことが確認されたとき、システムの停止処理が開始され、まず、ステップＳ４において、コンプレッサ３６の作動が、燃料電池１４による駆動から図示しない蓄電装置による駆動に切り替えられ、さらに水素供給弁４４が閉じられて燃料電池１４に対する燃料ガスである水素の供給が停止される。その後、ステップＳ５〜Ｓ８に示すアノード掃気処理が行われる。
【００５０】
このアノード掃気処理では、時点ｔ０（図３参照）において、まず、空気導入弁５４が開放され、水素パージ弁３０及びドレイン弁５０が所定時間開放されて、コンプレッサ３６からの圧縮空気が、空気導入弁５４から水素供給流路２８、水素供給口２０を通じて燃料電池１４の燃料ガス流路に流通され、さらに水素排出口２２、水素排出流路２３、気液分離器４７内、水素循環流路４６、水素パージ弁３０及び水素パージ流路３２に通流され、図示しない希釈ボックスを通じて外気に排気される。
【００５１】
次いで、ステップＳ６において、空気排出弁５６も開放される。そして、ステップＳ７において、さらに所定時間、コンプレッサ３６から空気導入弁５４を介して、圧縮空気が供給され、水素供給流路２８、燃料電池１４内の燃料ガス流路、水素排出口２２、水素排出流路２３、空気排出弁５６及び空気排出流路４０を通じて掃気される一方、水素排出口２２、水素排出流路２３、気液分離器４７、水素循環流路４６、及び水素パージ弁３０を通じて掃気される。このようにして、水素供給流路２８、燃料電池１４内の燃料ガス流路、水素排出流路２３、水素循環流路４６からなる燃料ガス経路が掃気される。なお、同時に、空気供給流路３４、空気供給口２４、燃料電池１４内の酸化剤ガス流路、空気排出口２６、開放とされた背圧制御弁３８及び空気排出流路４０を通じて酸化剤ガス経路が掃気される。
【００５２】
このアノード掃気処理後に、ステップＳ８において、空気導入弁５４、水素パージ弁３０及びドレイン弁５０が閉じられるとともに、コンプレッサ３６の駆動が停止される（時点ｔ１参照）。
【００５３】
次に、ステップＳ９において、圧力センサ２１により、水素供給流路２８、燃料電池１４内の燃料ガス流路、水素排出流路２３、水素循環流路４６からなる燃料ガス経路４９に存在する圧縮空気の圧力を、圧力センサ２１で連続的に検出し、その圧力値ＰＨが、停止目標圧力値ＰＨＳＴＯＰになるまで監視する。なお、時点ｔ１以降において、図３に示すように、空気排出弁５６及び空気排出流路４０を通じて、圧縮空気が徐々に排出されるので燃料ガス経路４９の圧力が徐々に低下する。
【００５４】
このようにして、圧力値ＰＨが、停止目標圧力値ＰＨＳＴＯＰになったとき、ステップＳ１０において、空気排出弁５６を閉じて、燃料ガス経路４９に酸化剤ガスである圧縮空気を封じ込める（時点ｔ１２）。
【００５５】
次に、その時点ｔ２におけるステップＳ１１では、封じ込めたときの圧力値ＰＨを、所定圧力値ＰＨ１（ＰＨ＝ＰＨ１）として、メモリに記憶する。
【００５６】
次いで、ステップＳ１２において、時点ｔ２から、特許文献１に係る従来技術に比較して、タイマによる計時時間ＴＭがきわめて短い所定時間ＴＭＰＨの計時の経過を待つ。
【００５７】
ステップＳ１３において、ステップＳ１２の判定が成立するＴＭ＞ＴＭＰＨとなった時点ｔ３での圧力値ＰＨを計測圧力値ＰＨ２としてメモリに記憶する。
【００５８】
次に、ステップＳ１４以降の故障判定処理を行う。まず、ステップＳ１４において、圧力降下値ΔＰＨを、ΔＰＨ＝ＰＨ１−ＰＨ２（ＰＨ１：封じ込め時点ｔ１での所定圧力値、ＰＨ２：確認時点ｔ３での計測圧力値）として計算する。
【００５９】
次いで、ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７において、時点ｔ３における圧力降下値ΔＰＨが、それぞれ、アノード掃気用の大径の弁を有する空気排出弁５６（及び空気導入弁５４）が故障したときの所定時間ＴＭＰＨにおける圧力降下値ＰＨＦＡＩＬ１超える値（ΔＰＨ＞ＰＨＦＡＩＬ１）であるか、中径の弁を有する水素パージ弁３０が故障したときの所定時間ＴＭＰＨにおける圧力降下値ＰＨＦＡＩＬ２を超える値（ΔＰＨ＞ＰＨＦＡＩＬ２）であるか、小径の弁を有するドレイン弁５０や弁シートが故障したときの所定時間ＴＭＰＨにおける微小漏れに係わる圧力降下値ＰＨＦＡＩＬ３超える値で（ΔＰＨ＞ＰＨＦＡＩＬ３）あるかどうかを判定する。
【００６０】
ステップＳ１５〜Ｓ１７の判定が全て否定的となった場合には、圧力降下値ΔＰＨは０または０近傍の値であるので、ステップＳ１８において、燃料ガス経路４９に漏洩が発生しておらず、アノード掃気用の大径の弁を有する空気排出弁５６（及び空気導入弁５４）、中径の弁を有する水素パージ弁３０及び小径の弁を有するドレイン弁５０あるいはバルブシート等のいずれも故障していないもの、すなわち弁等の故障のない正常状態と判定してアノード掃気後の停止圧力制御処理を終了する。
【００６１】
その一方、ステップＳ１５〜Ｓ１７の判定のうち、いずれかの判定が肯定的になった場合には、燃料ガス経路４９に漏洩が発生しており、ステップＳ１９では、アノード掃気用の大径の弁を有する空気排出弁５６（及び空気導入弁５４）が、ステップＳ２０では、中径の弁を有する水素パージ弁３０が、及びステップＳ２１では小径の弁を有するドレイン弁５０（この場合には、各弁のバルブシートの不良等の微小漏洩に係る故障も検知される。）が、それぞれ故障していると判定し、ステップＳ２３において、その旨の警告を警告装置７２上での表示、警報音あるいは音声で行う。
【００６２】
故障と判定されたときには、イグニッションスイッチ７６が再びオン状態とされても、燃料電池システム１０を起動させないように制御される。なお、イグニッションスイッチ７６が再びオン状態にされたときにも警告装置７２上でのその旨の警告表示、警報音あるいは音声での警告を行うことが好ましい。
【００６３】
なお、上述した実施形態では、燃料ガス経路４９に接続される全ての弁３０、５０、５４、５６の故障を区分けして検知できるように構成しているが、図５、図６に示すように、最も小径の弁であるドレイン弁５０や弁シート等の微小な漏洩を検知するための図６のマップを利用し、いずれの弁３０、５０、５４、５６の故障をも図５のステップＳ１５´及びステップＳ１９´の１度の判定で検知するように構成を変更することもできる。なお、図５において、ステップＳ１５´、Ｓ１９´以外の処理は、図２に示した処理と同等乃至類似の処理が行われる。
【００６４】
この場合、図５、図６に示すフローチャート及びマップは、図４に示すように、図１例の燃料電池システム１０における燃料ガス経路４９から水素パージ弁３０、エゼクタ４８、気液分離器４７、及びドレイン弁５０を取り去って水素排出弁５７を設け、空気排出弁５６と空気導入弁５４を残した燃料電池システム１０Ａの構成であっても適用することができる。この図４例の燃料電池システム１０Ａにおいては、水素供給弁４４、空気排出弁５６、空気導入弁５４、水素排出弁５７及び燃料電池１４内の燃料ガス流路からなる燃料ガス経路４９Ａの故障を検知することができる。なお、水素排出弁５７は、通常発電時には、制御装置７０により、適宜開閉され、ステップＳ７のアノード掃気処理の直前に閉じられる。
【００６５】
以上説明したように、上述した図１、図４の実施形態によれば、燃料電池１４の通常発電中に、燃料電池システム１０、１０Ａのシステム停止を行うためにイグニッションスイッチ７６がオフされた時に、水素供給弁４４を閉じ、コンプレッサ３６の駆動を継続して、空気導入弁５４、空気排出弁５６を開き、水素供給口２０から圧縮空気を燃料電池１４内に導入し、空気排出弁５６、ドレイン弁５０、水素パージ弁３０を通じて、燃料ガス経路４９に残る燃料ガス及び水分等を除去するアノード掃気処理を行った後、コンプレッサ３６の駆動を停止するとともに、時点ｔ１において、ドレイン弁５０、水素パージ弁３０及び空気導入弁５４を閉じる。
【００６６】
その後、燃料ガス経路４９の圧力値ＰＨが所定圧力値ＰＨＳＴＯＰ以下となった時点ｔ２で、燃料ガス経路４９、４９Ａに連通する最後の弁である空気排出弁５６を閉じる。この時点ｔ２における、燃料ガス経路４９、４９Ａに封じ込められた酸化剤ガスの封じ込め所定圧力値ＰＨ１（≒ＰＨＳＴＯＰ）と、この封じ込め時点ｔ２から僅かな時間経過後の時点ｔ３において圧力値ＰＨ２を測定し、圧力差ΔＰＨ（ΔＰＨ＝ＰＨ１−ＰＨ２）を算出することにより、この圧力差ΔＰＨに基づき、燃料ガス経路４９の漏洩による故障状態、あるいは正常状態を検知することができる。その際、漏洩の度合いにより、故障した弁を特定して検知することができる。
【００６７】
このように、この実施形態によれば、特開２００４−１９２９１９号公報に開示された技術のように、燃料ガス経路４９、４９Ａに燃料ガスである水素を封じ込めるのではなく、酸化剤ガスである空気を封じ込めるようにしているので、いわゆる膜透過の影響がなく、故障を容易に、かつ短時間で検知することができる。また、燃料ガス経路４９、４９Ａに空気を封じ込めた後には、アノード電極とカソード電極には空気が存在するだけになるので、発電停止時において、上記公報に開示された技術のような酸化剤ガスと燃料ガスとの混入による燃料電池１４の性能の低下を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】この発明の一実施形態が適用された燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】アノード掃気処理後における燃料ガス経路の故障検知処理の動作説明に供されるフローチャートである。
【図３】アノード掃気処理後における燃料ガス経路の故障検知処理の動作説明に供されるタイムチャート（マップ）である。
【図４】この発明の他の実施形態が適用された燃料電池システムの概略構成図である。
【図５】アノード掃気処理後における燃料ガス経路の故障検知処理の他の実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。
【図６】アノード掃気処理後における燃料ガス経路の故障検知処理の他の実施形態の動作説明に供されるタイムチャートである。
【図７】従来技術に係る燃料ガス経路の故障検知処理の動作説明に供されるタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１０、１０Ａ…燃料電池システム        １４…燃料電池
２１…圧力センサ                      ２３…水素排出流路
２８…水素供給流路                    ３０…水素パージ弁
３６…コンプレッサ                    ５０…ドレイン弁
５４…空気導入弁                      ５６…空気排出弁
７０…制御装置                        ７２…警告装置
７６…イグニッションスイッチ
【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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