(57)【要約】【課題】燃料電池に劣化反応を生じ難く、燃料電池の耐久性を損ない難い燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、固体高分子膜型の燃料電池１と、燃料供給手段と制御手段Ｓ１０１〜Ｓ１２３とを備える。配管５２、５３には、配管５３を開閉する供給弁６３と、水素元レギュレータ６１と供給弁６３との間に設けられて燃料ガスの供給圧を調整する水素供給圧レギュレータ６２と、水素元レギュレータ６１と水素供給圧レギュレータ６２との間の供給圧力（第１供給圧Ｐ１）を検出する第１圧力センサ７２と、供給弁６３と供給口２１ａとの間の供給圧力（第２供給圧Ｐ２）を検出する第２圧力センサ７３とが設けられている。制御装置Ｓ１０１〜Ｓ１２３は、燃料電池１の定常発電時に、第１供給圧Ｐ１と第２供給圧Ｐ２との差の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）が所定値よりも大きい場合、供給弁６３が閉じたと判定し、警報を発する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子膜を燃料極と空気極とで挟持し、該燃料極に燃料ガスを供給するための燃料室を有する燃料電池と、
該燃料電池に一端が接続され、該燃料室に該燃料ガスを供給するための供給路、該供給路を開閉する供給弁及び該供給路の他端に接続され、該燃料ガスを供給する燃料供給源を有する燃料供給手段と、
該燃料供給源と該供給弁との間に設けられ、該燃料電池に供給される該燃料ガスの供給圧力を調整する圧力調整手段と、
該燃料供給源と該圧力調整手段との間の供給圧力を検出する第１圧力検出手段と、
該供給弁と該燃料電池との間の供給圧力を検出する第２圧力検出手段と、
該燃料電池の定常発電時に、該第１圧力検出手段と該第２圧力検出手段とにより検出された供給圧力の差の単位時間当たりの変化値が所定値よりも大きい場合、該供給弁が閉じたと判定して警報信号を発する制御手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記警報信号を発した時、前記燃料電池を所定の異常停止動作で停止させるものであ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】
固体高分子膜を燃料極と空気極とで挟持し、該燃料極に燃料ガスを供給するための燃料室を有する燃料電池と、
該燃料電池に一端が接続され、該燃料室に該燃料ガスを供給するための供給路、該供給路を開閉する供給弁及び該供給路の他端に接続され、燃料ガスを供給する燃料供給源を有する燃料供給手段と、
該燃料供給源と該供給弁との間に設けられ、該燃料電池に供給される該燃料ガスの供給圧力を調整する圧力調整手段とを備えた燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池の定常発電時に、前記燃料供給源と前記圧力調整手段との間の供給圧力と、前記供給弁と該燃料電池との間の供給圧力との差を検出し、該差の単位時間当たりの変化値が所定値よりも大きい場合、該供給弁が閉じたと判定して警報信号を発することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に従来の固体高分子膜型の燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cells）を適用した燃料電池システムが開示されている。
【０００３】
この燃料電池システムに適用される燃料電池は、イオン交換樹脂からなる電解質膜である固体高分子膜を燃料極（アノード極、水素極ともいう。）と空気極（カソード極、酸素極ともいう。）とで挟持したものであり、燃料極に燃料ガスを供給するための燃料室を有している。
【０００４】
この燃料電池システムは、上記燃料電池の他に、燃料供給手段及び圧力調整手段を備えている。燃料供給手段は、燃料電池に一端が接続され燃料ガスを供給するための供給路、供給路を開閉する供給弁及び供給路の他端に接続され燃料ガスを供給する燃料供給源を有するものである。圧力調整手段は、供給弁より下流の供給路に設けられて、燃料電池に供給される燃料ガスの供給圧力を調整するものである。供給路には、圧力調整手段と燃料電池との間の供給圧力を検出する圧力センサが設けられている。
【０００５】
また、この燃料電池システムは、排出路により燃料室から排気燃料ガスを排出するための燃料排出手段と、排出路及び供給路を連結する循環路を有し、循環路により供給路に排気燃料ガスを供給するための燃料循環手段とを備えている。
【０００６】
燃料排出手段は、排気弁により排出路を開閉して、燃料室から排気燃料ガスを排出する。燃料循環手段は、燃料循環弁により循環路を開閉して、排気燃料ガスを燃料室に再供給することを可能としている。
【０００７】
さらに、この燃料電池システムは、燃料電池の定常発電時に圧力センサの検出信号等に基づいて燃料排出手段の異常を判定する制御手段を有している。この制御手段は、例えば、燃料排出手段の排気弁の故障により、排出路を開閉することができない異常を判定して、警報信号を発する。
【０００８】
このような構成である従来の燃料電池システムは、燃料電池が発電送電可能な状態である燃料電池の定常発電時において、次のように作動する。まず、燃料ガスが供給弁により開状態とされた供給路により燃料電池の燃料室に供給される。この際、燃料ガスは、圧力調整手段により供給圧力が調整される。同時に、燃料電池の空気極にも酸素を含む空気が供給される。その結果として、燃料電池の燃料極と空気極との間で起電力が生じる。また、燃料室から排出された排気燃料ガスは、燃料循環手段により、再び燃料室に再供給されるようになっており、燃料ガスが再利用される。
【０００９】
また、この制御手段は、圧力調整手段と燃料電池との間の燃料ガスの供給圧力を測定する圧力センサの検出信号等に基づいて、燃料電池の定常発電時において、燃料排出手段の故障等の異常を判定し、警告を発する。
【００１０】
こうして、従来の燃料電池システムは、燃料電池により電力を供給することができるとともに、燃料電池の定常発電時において、燃料排出手段に故障等の異常が生じた場合には、その異常を認知して、その後の適切な処置に移行することができるようになっている。
【００１１】
【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】
【００１２】
しかし、上記特許文献１の燃料電池システムは、燃料電池の定常発電時において燃料排出手段の故障等の異常を判定し、警報を発するものに過ぎないことから、燃料電池の定常発電時において、下記のような事態によって燃料電池に劣化反応を生じ、耐久性が損なわれることを防止できない。
【００１３】
すなわち、燃料電池の定常発電時において、信号ケーブルの断線等の何らかの不具合により供給弁が閉じてしまうと、燃料ガスの供給が完全に停止してしまう。このため、定常発電中の燃料電池には、燃料ガスが供給されなくなってしまう。
【００１４】
このような事態が発生した場合、例えば燃料ガスを消費する燃料室内に燃料ガスを供給できなくなり、燃料極の表面において反応の分布が不均一になる事態が生じる。このため、燃料室内では、局所的な異常発電状態を生じ、燃料電池全体の電圧降下等の性能悪化が生じる（フラッディング現象と称される）。その結果、この燃料電池システムは、燃料電池に劣化反応を生じて、燃料電池の耐久性が損なわれることとなる。
【００１５】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、燃料電池に劣化反応を生じ難く、燃料電池の耐久性を損ない難い燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に係る燃料電池システムは、固体高分子膜を燃料極と空気極とで挟持し、該燃料極に燃料ガスを供給するための燃料室を有する燃料電池と、
該燃料電池に一端が接続され、該燃料室に該燃料ガスを供給するための供給路、該供給路を開閉する供給弁及び該供給路の他端に接続され、該燃料ガスを供給する燃料供給源を有する燃料供給手段と、
該燃料供給源と該供給弁との間に設けられ、該燃料電池に供給される該燃料ガスの供給圧力を調整する圧力調整手段と、
該燃料供給源と該圧力調整手段との間の供給圧力を検出する第１圧力検出手段と、
該供給弁と該燃料電池との間の供給圧力を検出する第２圧力検出手段と、
該燃料電池の定常発電時に、該第１圧力検出手段と該第２圧力検出手段とにより検出された供給圧力の差の単位時間当たりの変化値が所定値よりも大きい場合、該供給弁が閉じたと判定して警報信号を発する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成である本発明の燃料電池システムは、燃料電池の定常発電時において、次のように作動する。
【００１８】
まず、圧力調整手段により供給圧力を調整された燃料ガスが燃料供給手段により燃料電池の燃料室に供給される。同時に、燃料電池の空気極にも酸素を含む空気が供給される。その結果として、燃料電池の燃料極と空気極との間で起電力が生じる。また、燃料電池の燃料室内で燃料ガスが消費されるのに伴って、供給路により燃料室に燃料ガスが供給される。こうして、本発明の燃料電池システムは、燃料電池の定常発電時において、燃料電池により電力を供給することができるようになっている。
【００１９】
ここで、供給路には、供給弁と、圧力調整手段と、第１圧力検出手段と、第２圧力検出手段とが設けられている。供給弁は供給路を開閉し、圧力調整手段は燃料ガスの供給圧力を所定の圧力に調整し、第１圧力検出手段は、燃料供給源と圧力調整手段との間の供給圧力（以下、第１供給圧（Ｐ１）という。）を検出し、第２圧力検出手段は供給弁と燃料電池との間の供給圧力（以下、第２供給圧（Ｐ２）という。）を検出する。
【００２０】
そして、制御手段は、燃料電池の定常発電時において、第１圧力検出手段と第２圧力検出手段とにより検出された供給圧力の差の単位時間当たりの変化値が所定値よりも大きい場合、前記供給弁が閉じたと判定して警報信号を発する。
【００２１】
つまり、燃料電池の定常発電時において、供給弁が正常に開いており、供給路が開状態である場合には、燃料電池の燃料室内で燃料ガスが消費されるのに伴って、供給路により燃料室に燃料ガスが供給される。
【００２２】
この際、例えば、燃料電池システムに接続された負荷の大きさが変動すれば、燃料電池の出力電圧も変動する。このため、燃料電池の出力電圧の変動に応じて、燃料ガスの供給量も変動する。このため、燃料ガスの供給量の変動に応じて、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）も変動する。他方、負荷が所定の大きさで一定であれば、燃料ガスの供給量も所定の流量で一定となり、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）も所定の圧力で一定となる。
【００２３】
このため、負荷の大きさの変動にかかわらず、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、供給弁が正常に開いている場合には、０又はそれに近い値となるのである。
【００２４】
それに対して、燃料電池の定常発電時において、信号ケーブルの断線等の何らかの不具合により、供給弁が閉じてしまう異常が生じた場合には、供給路が閉状態となり、燃料ガスの供給が完全に停止してしまう。このため、定常発電中の燃料電池には、燃料ガスが供給されなくなってしまう。
【００２５】
この際、圧力調整手段よりも上流側である第１供給圧（Ｐ１）は、燃料ガスの流量がなくなるため、より上流からの燃料ガスの供給圧力と同等かそれに近い、ほぼ一定の圧力を保つこととなる。他方、供給弁よりも下流側である第２供給圧（Ｐ２）は、燃料ガスの流量がなくなるとともに、燃料電池の燃料室内で燃料ガスが消費されるため、直ちに減少し始め、その後、継続的に減少することとなる。
【００２６】
このため、この燃料電池システムにおいては、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、供給弁が閉じてしまう異常が生じた場合には、０よりもある程度大きな値となるのである。
【００２７】
このため、上記を勘案して、０よりもある程度高く設定した閾値Ｘと、ｄＰ／ｄｔとを比較し、ｄＰ／ｄｔ≦Ｘの場合には、異常判定手段は、「燃料電池の定常発電時において供給弁が正常に開いている」と判定することができる。その結果、この燃料電池システムは、そのまま燃料電池の定常発電を続行する。
【００２８】
逆に、閾値ＸとｄＰ／ｄｔとを比較し、ｄＰ／ｄｔ＞Ｘの場合には、制御手段は、「燃料電池の定常発電時において供給弁が閉じた」と判定して、直ちに警報信号を発するのである。
【００２９】
このため、燃料電池の定常発電時において、警報信号が発せられているのであれば、燃料室内に燃料ガスを供給できなくなって、燃料室内で局所的な異常発電状態を生じ、その結果として、燃料電池に劣化反応を生じて、燃料電池の耐久性が損なわれるということが明確になる。このため、本発明の燃料電池システムは、そのような燃料電池の劣化と耐久性の低下を最小限で又は未然に防止することを実現するため、燃料電池の異常停止動作等の適切な処置に移行することもできるのである。
【００３０】
したがって、本発明の燃料電池システムは、燃料電池に劣化反応を生じ難く、燃料電池の耐久性を損ない難いのである。
【００３１】
請求項２に係る燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記警報信号を発した時、前記燃料電池を所定の異常停止動作で停止させるものである。
【００３２】
この場合、この燃料電池システムは、燃料電池を確実に発電停止状態にすることができるので、燃料電池システムの安全性を一層高めることができる。
【００３３】
本発明は燃料電池システムの運転方法でもあり得る。請求項３に係る燃料電池システムの運転方法は、固体高分子膜を燃料極と空気極とで挟持し、該燃料極に燃料ガスを供給するための燃料室を有する燃料電池と、
該燃料電池に一端が接続され、該燃料室に該燃料ガスを供給するための供給路、該供給路を開閉する供給弁及び該供給路の他端に接続され、燃料ガスを供給する燃料供給源を有する燃料供給手段と、
該燃料供給源と該供給弁との間に設けられ、該燃料電池に供給される該燃料ガスの供給圧力を調整する圧力調整手段とを備えた燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池の定常発電時に、前記燃料供給源と前記圧力調整手段との間の供給圧力と、前記供給弁と該燃料電池との間の供給圧力との差を検出し、該差の単位時間当たりの変化値が所定値よりも大きい場合、該供給弁が閉じたと判定して警報信号を発することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の燃料電池システムを具体化した実施例１を図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１に示す実施例１の燃料電池システム１００は、図２に示す固体高分子膜型の燃料電池１を適用したものである。
【００３６】
この燃料電池１は、２枚のエンドプレート２０ａ、２０ｂの間に図示しない集電板及び絶縁板を介して積層体１０が挟持されたものである。積層体１０は、図３に示すように、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）１１をセパレータ１２で挟みながら順次積層したものである。ＭＥＡ１１は、イオン交換樹脂からなる電解質膜１１ａと、この電解質膜１１ａの一面に一体に形成されたカーボンからなる燃料極１１ｂと、電解質膜１１ａの他面に一体に形成されたカーボンからなる空気極１１ｃとからなる。全ての燃料極１１ｂは一方の集電板に電気的に接続され、全ての空気極１１ｃは他方の集電板に電気的に接続されており、図２に示すように、両集電板の各端子１ａ、１ｂは燃料電池１から突出されている。
【００３７】
図３に示すように、各セパレータ１２の燃料極１１ｂ側には燃料室１２ａが形成されており、燃料室１２ａによって燃料ガスである水素ガスが燃料極１１ｂに供給されるようになっている。他方、各セパレータ１２の空気極１１ｃ側には空気室１２ｂが形成されており、空気室１２ｂによって酸素を含む空気が空気極１１ｃに供給されるようになっている。燃料室１２ａは水平方向に開口されており、空気室１２ｂは燃料室１２ａと直交する方向である垂直方向に開口されている。なお、積層体１０の両端のセパレータ１２には燃料室１２ａ又は空気室１２ｂだけが形成されている。こうして一枚のＭＥＡ１１と一対のセパレータ１２とによって個々の燃料電池１のセル１０ａが構成されている。各セル１０ａの全ての燃料室１２ａは、図２に示すように、一方のエンドプレート２０ａに形成された供給口２１ａ及び他方のエンドプレート２０ｂに形成された排出口２１ｂに連通している。
【００３８】
そして、この燃料電池１は、図１に示すように、他の構成部品とともに組み付けられて、燃料電池システム１００を構成する。
【００３９】
燃料電池１の燃料室１２ａに設けられた供給口２１ａ及び排出口２１ｂには、次のような各種の構成部品が接続されて、燃料室１２ａ内への水素ガスの供給又は燃料室１２ａからの水素ガスの排出を実施したり、燃料室１２ａ内を外気で置換したりすることが可能とされている。
【００４０】
供給口２１ａの最も上流側には水素タンク５０があり、水素タンク５０から接続点Ａまでには、配管５１が設けられている。配管５１は、水素タンク５０側から、水素元電磁弁６０と、水素元圧力センサ７１と、水素元レギュレータ６１とを有している。
【００４１】
接続点Ａから接続点Ｂまでには配管５２が設けられている。配管５２は、第１圧力センサ７２を有し、その下流に水素供給圧レギュレータ６２を有している。第１圧力センサ７２は、水素元レギュレータ６１と水素供給圧レギュレータ６２との間の水素ガスの供給圧力（第１供給圧（Ｐ１））を検出することが可能とされている。
【００４２】
接続点Ｂから接続点Ｃまでには、配管５３が設けられている。配管５３は、供給弁６３を有し、その下流に第２圧力センサ７３を有している。第２圧力センサ７３は、供給弁６３と供給口２１ａとの間の水素ガスの供給圧力（第２供給圧（Ｐ２））を検出することが可能とされている。
【００４３】
接続点Ｃから供給口２１ａまでには、配管５４が設けられている。配管５４は、配管５４内の圧力が過度に上昇した場合に開放されて、配管５４内の気体を大気に放出するリリーフ弁６４を有している。
【００４４】
排出口２１ｂから接続点Ｄまでには、配管５６が設けられている。配管５６は、水素ポンプ８１を有している。
【００４５】
水素ポンプ８１の下流側の接続点Ｄから後述するダクト９１までには、配管５７が設けられている。配管５７は、水素排気電磁弁６７を有している。
【００４６】
接続点Ｄから接続点Ｅを介して接続点Ｃまでには、配管５８が設けられている。配管５８は、接続点Ｄと接続点Ｅとの間に水素循環電磁弁６８を有している。
【００４７】
接続点Ｅには、他端が開放されている配管５５が設けられている。配管５５は、外気導入電磁弁６５と、開放端に装着されるフィルタ５５ｂとを有している。
【００４８】
水素タンク５０と、配管５１と、水素元電磁弁６０と、水素元圧力センサ７１と、水素元レギュレータ６１とにより燃料供給源が構成されている。配管５２、５３、５４が供給路である。燃料供給源と、供給路と、供給弁６３とにより、燃料供給手段が構成されている。
【００４９】
また、水素供給圧レギュレータ６２が水素ガスの供給圧力を所定の圧力に調整する圧力調整手段である。第１圧力センサ７２が第１圧力検出手段であり、第２圧力センサ７３が第２圧力検出手段である。
【００５０】
さらに、配管５６、５７が排出路である。排出路としての配管５６、５７と、水素ポンプ８１と、水素排気電磁弁６７とによって、排出口２１ｂから排出路を経由して排気水素ガスを排出するための燃料排出手段が構成されている。
【００５１】
また、配管５６、５８、５４が排出口２１ｂと供給口２１ａとを連結する循環路である。循環路としての配管５６、５８、５４と、水素ポンプ８１と、水素循環電磁弁６９とによって、供給口２１ａに排気水素ガスを供給するための燃料循環手段が構成されている。
【００５２】
さらに、配管５５、５８、５４が外気路である。外気路としての配管５５、５８、５４と、フィルタ５５ｂと外気導入電磁弁６５とによって、供給口２１ａに外部の空気を供給し、燃料室１２ａ内を空気で置換する外気置換手段が構成されている。
【００５３】
また、燃料電池１の上方には、空気を取り入れる空気マニホールド４２が設けられている。この空気マニホールド４２には、フィルタ４１ａを有する空気吸入ファン４１が接続されており、空気室１２ｂ内に空気を供給可能とされている。また、空気マニホールド４２には、水噴射ノズル９９が配設されている。この水噴射ノズル９９は、配管９８によりレベルゲージ９７ａが内装された水タンク９７と接続されている。配管９８は、フィルタ９８ａ及び水直噴ポンプ８３を有している。
【００５４】
さらに、燃料電池１の下方には、温度センサ９０ａを有する空気排出経路９０と、凝縮器９２と、凝縮器ファン９３と、排出された空気を空気排出経路９０から凝縮器９２まで導くダクト９１とが設けられて、空気室１２ｂ内から空気を排出可能とされている。凝縮器９２は、空気と水とを分離することが可能であり、分離された空気を大気に排出するための配管９４と、フィルタ９４ａと、温度センサ９４ｂとを有しているとともに、分離された水を水タンク９７に輸送する配管９６と、水回収ポンプ８２とを有している。
【００５５】
燃料供給手段、圧力調整手段、燃料排出手段、燃料循環手段、外気置換手段、第１圧力センサ７２及び第２圧力センサ７３は、コントロールシステム４５と電気的に接続されて、制御可能とされている。また、空気吸入ファン４１、レベルゲージ９７ａ、水直噴ポンプ８３、温度センサ９０ａ、凝縮器ファン９３その他の構成部品も、コントロールシステム４５と電気的に接続されて、制御可能とされている。
【００５６】
また、コントロールシステム４５は、詳細を図４を用いて後述する制御手段Ｓ１０１〜Ｓ１２３を有している。制御手段Ｓ１０１〜Ｓ１２３は、第１圧力センサ７２の検出値に基づく第１供給圧（Ｐ１）と、第２圧力センサ７３の検出値に基づく第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）に基づいて、燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が閉じてしまう異常を判定して、警報信号を発する。また、制御手段は、警報信号した時、燃料電池１の所定の異常停止動作で停止させる。
【００５７】
以上の構成である燃料電池システム１００における動作の概要を説明する。この燃料電池システム１００では、燃料電池１の定常発電時において、空気吸入ファン４１と空気マニホールド４２とにより空気が取り入れられて、図３に示すように、空気室１２ｂ内に空気が供給されるとともに、燃料供給手段により水素タンク５０から供給口２１ａを経て、燃料室１２ａ内に水素ガスが供給される。これにより、空気極１１ｃと燃料極１１ｂとの間で電気化学反応を生じさせ、起電力を得ることができる。
【００５８】
この間、図１に示すように、配管５６、５８、５４と、水素ポンプ８１と、水素循環電磁弁６８とによって、排気水素ガスが排出口２１ｂから供給口２１ａに再供給されたり、配管５６、５７と、水素ポンプ８１と、水素排気電磁弁６７とによって、排気水素ガス及び生成水が燃料室１２ａの排出口２１ｂから間欠的にダクト９１を経て凝縮器９２に移送されたりして、電気化学反応を連続的に生じさせるとともに、水が燃料室１２ａ内に過度に滞留することによる性能の低下を抑制することができている。
【００５９】
また、水タンク９７の水が水直噴ポンプ８３により圧送されて、水噴射ノズル９９から空気マニホールド４２内に噴射される。これにより、空気極１１ｃの乾燥が防止されるとともに、燃料電池１が冷却される。さらに、燃料電池１の空気室１２ｂから排出された水を含む空気は、空気排出経路９０からダクト９１を経て凝縮器９２に移送される。そして、凝縮器９２により分離された空気は、配管９４から大気に排出され、分離された水は、水回収ポンプ８２により水タンク９７に回収される。なお、ダクト９１を経て凝縮器９２に移送された排気水素ガス及び生成水も、同様にして、水素と水とに分離され、水素は空気とともに大気に排出され、水は水タンク９７に回収される。
【００６０】
このように動作する燃料電池システム１００において、図４に示すように、制御手段Ｓ１０１〜Ｓ１２３は、燃料電池１の定常発電時に、何らかの不具合により供給弁６３が閉じてしまう異常が生じた場合に、下記の手順で「燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が閉じた」ことを判定して、警報信号を発する。
【００６１】
まず、この制御手段は、燃料電池１の定常運転時において、継続的に又は比較的短い間隔で定期的に、図４に示すプログラムに従って異常判定処理を実施する。
【００６２】
図４のプログラムが実行されると、最初にステップＳ１０１〜Ｓ１１７において、第１圧力センサ７２の検出値に基づく第１供給圧（Ｐ１）と、第２圧力センサ７３の検出値に基づく第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）と、後で後述する閾値Ｘとが比較される。なお、このプログラムにおいて、ｍは、ｄＰ／ｄｔとＸとの比較回数であり、ｎは、ｄＰ／ｄｔ＞Ｘと連続して判定した回数である。このようにするのは、第１圧力センサ７２及び第２圧力センサ７３のノイズや誤差等を排除するためである。
【００６３】
ここで、閾値Ｘは、燃料電池システム１００に接続される負荷の大きさの変動に伴って生じる第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）の変動も勘案して定められる。
【００６４】
つまり、燃料電池１の定常発電時において、供給弁６３が正常に開いており、配管５３が開状態である場合には、例えば、燃料電池システム１００に接続された負荷の大きさが変動すれば、燃料電池１の出力電圧も変動する。このため、燃料電池１の出力電圧の変動に応じて、水素ガスの供給量も変動する。このため、水素ガスの供給量の変動に応じて、圧力調整手段である水素供給圧レギュレータ６２の上流側である第１供給圧（Ｐ１）及び供給弁６３よりも下流側である第２供給圧（Ｐ２）も変動する。他方、負荷が所定の大きさで一定であれば、水素ガスの供給量も所定の流量で一定となり、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）も所定の圧力で一定となる。
【００６５】
このため、負荷の大きさの変動にかかわらず、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、供給弁６３が正常に開いる場合には、０又はそれに近い値となるのである。
【００６６】
それに対して、燃料電池１の定常発電時において、信号ケーブルの断線等の何らかの不具合により、供給弁６３が閉じてしまう異常が生じた場合には、水素ガスの供給が完全に停止してしまう。このため、定常発電中の燃料電池１には、水素ガスが供給されなくなってしまう。
【００６７】
この際、水素供給圧レギュレータ６２の上流側である第１供給圧（Ｐ１）は、水素ガスの流量がなくなるため、より上流の水素元レギュレータ６１からの水素ガスの供給圧力と同等かそれに近い、ほぼ一定の圧力を保つこととなる。他方、供給弁６３よりも下流側である第２供給圧（Ｐ２）は、水素ガスの流量がなくなるとともに、燃料電池１の燃料室１２ａ内で水素ガスが消費されるため、直ちに減少し始め、その後、継続的に減少することとなる。
【００６８】
このため、この燃料電池システム１００においては、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、供給弁６３が閉じてしまう異常が生じた場合には、０よりもある程度大きな値となるのである。
【００６９】
このため、閾値Ｘは、上記を勘案して、燃料電池システム１００に接続される負荷の大きさの変動に伴うｄＰ／ｄｔの変動を異常と判定しない程度に、０よりもある程度高い値に設定することが好ましい。
【００７０】
そして、上記の通り、ステップＳ１０１〜Ｓ１１７を実施した結果、ｄＰ／ｄｔとＸとの比較回数ｍが規定回数に達した場合には、制御手段は、異常判定処理を終了し、「燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が正常に開いている」と判定する。その結果、この燃料電池システム１００は、そのまま燃料電池１の定常発電を続行する。
【００７１】
他方、ｄＰ／ｄｔ＞Ｘと連続して判定した回数ｎが異常判定回数に達した場合に、制御手段は、ステップＳ１１９において、「燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が閉じた」と判定する。そして、ステップＳ１２１において、制御手段は、「燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が閉じた」との警報信号を発するのである。その結果、燃料電池システム１００は異常を認知し、ステップＳ１２３に移行する。そして、制御手段は、水素元電磁弁６０を開状態から閉状態に切り替えたり、燃料室１２ａ内の水素ガスを外気で置換する等の所定の異常停止動作を実施し、燃料電池１を発電停止させるのである。
【００７２】
このため、この燃料電池システム１００は、燃料室１２ａ内に水素ガスを供給できなくなることに起因する燃料電池１に劣化反応が生じるという事態を最小限で又は未然に防止することができる。
【００７３】
したがって、この燃料電池システム１００は、燃料電池１に劣化反応を生じ難く、燃料電池１の耐久性を損ない難いのである。
【００７４】
また、この燃料電池システム１００は、制御手段は、警報信号を発した時、燃料電池１を直ちに所定の異常停止動作に移行させ、燃料電池１を確実に発電停止状態にすることができているので、燃料電池システム１００の安全性を一層高めることができるのである。
【００７５】
ここで、実施例１の燃料電池システム１００において、下記の通り、供給弁６３の故障を想定した異常判断手段の評価試験を実施した。なお、下記試験の結果を示すグラフに関しては、全てノイズ除去処理を実施している。
【００７６】
基礎試験として、まず、燃料電池１の定常発電時において、燃料電池１に接続された負荷の大きさが変動することに伴って生じる第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）の変動について測定を実施した。
【００７７】
具体的には、図５（ａ）に示すように、燃料電池１に接続された負荷の大きさの変動を想定して、燃料電池システム１００の出力電力をステップ状に変動させた。図５（ａ）において、Ｇ１は燃料電池システム１００の出力電力の時間変化を示す。
【００７８】
この際、図５（ｂ）に示すように、継続的に、第１圧力センサ７２により第１供給圧（Ｐ１）を検出し、第２圧力センサ７３により第２供給圧（Ｐ２）を検出した。図５（ｂ）において、Ｇ２は第１供給圧（Ｐ１）の時間変化を示し、Ｇ３は第２供給圧（Ｐ２）の時間変化を示す。なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）の時間軸は同じスケールである。
【００７９】
その結果、燃料電池１の出力電圧の変動に応じて、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）も変動している。また、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）の変動の傾向はほぼ同様である。これは、燃料電池１の出力電圧の変動に伴って、水素ガスの供給量が変動するためである。また、燃料電池１の出力電力が各段階で一定に保たれている状態では、第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）も所定の圧力で一定となっている。これは、燃料電池１の出力電圧が一定であれば、水素ガスの供給量も所定の流量で一定となるからである。
【００８０】
このため、燃料電池１の出力電力の変動にかかわらず、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、供給弁６３が正常に開いている場合には、０又はそれに近い値となることが解る。
【００８１】
次に、評価試験として、供給弁６３の異常発生の模擬試験を実施した。具体的には、図６に示すように、燃料電池１の定常発電時において、燃料電池１の出力電力を一定に保った状態とした上で、時間（Ｔ0）において制御手段により供給弁６３を開いた状態から閉じた状態に切り替えることにより、供給弁６３が閉じてしまう異常を模擬的に生じさせた。その結果、供給路を構成する配管５３は、閉状態となり、燃料電池１の燃料室１２ａ内には、水素ガスが供給されなくなった。この時点を本評価試験における異常の発生とした。
【００８２】
この際、継続的に、第１圧力センサ７２により第１供給圧（Ｐ１）を検出し、第２圧力センサ７３により第２供給圧（Ｐ２）を検出した。図６において、Ｇ４は第１供給圧（Ｐ１）の時間変化を示し、Ｇ５は第２供給圧（Ｐ２）の時間変化を示し、Ｇ６は第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の時間変化を示す。
【００８３】
その結果、時間（Ｔ0）よりも前の供給弁６３が開状態から閉状態に切り替えられていない段階では、第１供給圧（Ｐ１）、第２供給圧（Ｐ２）、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）は一定となっている。
【００８４】
それに対して、時間（Ｔ0）において、供給弁６３が開状態から閉状態に切り替えられると、配管５３は閉状態となり、燃料電池１の燃料室１２ａ内には、水素ガスが供給されなくなる。
【００８５】
この際、第１供給圧（Ｐ１）は、水素ガスが流れなくなり、より上流の水素元レギュレータ６１からの水素ガスの供給圧力と同等かそれに近い、ほぼ一定の圧力を保っている。
【００８６】
一方、第２供給圧（Ｐ２）は、水素ガスが流れなくなるとともに、燃料電池１の燃料室１２ａ内で水素ガスが消費されるため、直ちに減少し始め、その後、継続的に減少することとなる。しかし、上述の基礎試験の結果から解るように、第２供給圧（Ｐ２）は燃料電池１の定常発電時において、燃料電池１の出力電力の変動に伴って変動するため、第２供給圧（Ｐ２）の絶対値が減少し始めたからといって、すぐには異常と判断できない。この評価試験においては、第２供給圧（Ｐ２）の絶対値が充分に減少した時間（Ｔ1）において、異常と判断することができる。このため、第２供給圧（Ｐ２）の絶対値に基づいて、異常判定をする場合には、所要時間が長くなってしまうことが解る。
【００８７】
また、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の絶対値に基づいて、異常判定をする場合も、上記の場合と同様である。
【００８８】
上記の異常判定手法に対して、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、下記の理由により、速やかに異常と判定することができる。
【００８９】
つまり、図６のＧ６に示すように、時間（Ｔ0）直後に、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）がある程度の傾きを有しながら、増加するため、第１供給圧（Ｐ１）と第２供給圧（Ｐ２）との差（Ｐ１−Ｐ２）の単位時間当たりの変化値（ｄＰ／ｄｔ）は、時間（Ｔ0）直後に、０よりもある程度大きな値になるのである。このため、閾値Ｘを基礎試験における第１供給圧（Ｐ１）及び第２供給圧（Ｐ２）の変動も勘案して設定し、ｄＰ／ｄｔと閾値Ｘとを比較することで、速やかに異常と判定することができるのである。なお、ｄＰ／ｄｔにおける単位時間は、センサ類の検出のノイズ等を拾わない程度に適度に設定することが好ましい。
【００９０】
こうして上述の基礎試験と評価試験との結果から、実施例１の燃料電池システム１００が「燃料電池１の定常発電時において供給弁６３が閉じた」ことを速やかに判定できることが確認できる。
【００９１】
以上において、本発明を実施例１に即して説明したが、本発明は上記実施例１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。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は燃料電池システムに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例１の燃料電池システムに係る模式構成図である。
【図２】実施例１の燃料電池システムに係る燃料電池の分解斜視図である。
【図３】実施例１の燃料電池システムに係る燃料電池の積層体の模式断面図である。
【図４】実施例１の燃料電池システムに係る燃料電池の定常発電時における異常判定処理プログラムのフローチャートである。
【図５】実施例１の燃料電池システムに係り、（ａ）及び（ｂ）は基礎試験の結果を示すグラフである。
【図６】実施例１の燃料電池システムに係り、評価試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９４】
１…燃料電池
１１ａ…固体高分子膜（電解質膜）
１１ｂ…燃料極
１１ｃ…空気極
１２ａ…燃料室
１２ｂ…空気室
５０、５１、６０、７１、７２…燃料供給源（５０…水素タンク、５１…配管、６０…水素元電磁弁、６１…水素元レギュレータ、７１…水素元圧力センサ）
５２、５３、５４…供給路（配管）
５０、５１、５２、５３、５４、６０、６１、７１、６３…燃料供給手段（６３…供給弁）
６２…圧力調整手段（水素供給圧レギュレータ）
７２…第１圧力検出手段（第１圧力センサ）
７３…第２圧力検出手段（第２圧力センサ）
Ｐ１…燃料供給源と圧力調整手段との間の供給圧力（第１供給圧）
Ｐ２…供給弁と燃料電池との間の供給圧力（第２供給圧）
ｄＰ／ｄｔ…第１圧力検出手段と第２圧力検出手段とにより検出された供給圧力の差の単位時間当たりの変化値（ｄＰ＝Ｐ１−Ｐ２）
１００…燃料電池システム
Ｓ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１１、Ｓ１１３、Ｓ１１５、Ｓ１１７、Ｓ１１９、Ｓ１２１、Ｓ１２３…制御手段
【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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