(57)【要約】【課題】  調圧弁の圧力調整状態に影響を受けることのない検査を可能にすることで、燃料漏れ検知精度の向上を図る。【解決手段】  燃料系に設けられた調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３と、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の上流側と下流側とに設けられた圧力センサＰ１〜Ｐ４とを備え、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の上流側と下流側とに形成される検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４の燃料漏れ検知が可能な燃料電池システムにおいて、圧力センサＰ１〜Ｐ４からの圧力の変化量Δｐを用いて算出される、隣り合う検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４の水素ガス変化量の総和Ｑに基づいて、燃料漏れを検知する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた調圧弁と、該調圧弁の少なくとも上流側に設けられた圧力センサと、前記反応ガス系に形成される閉空間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサにより検出された調圧弁上流の圧力に基づいて、前記調圧弁を含む閉空間のガス漏れ判定を行う燃料電池システム。
【請求項２】
前記ガス漏れ判定部は、前記調圧弁上流の圧力の経時変化に基づいて、前記ガス漏れ判定を行う請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定中に前記調圧弁上流の圧力が前記調圧弁の設定圧力以下となった場合には、当該ガス漏れ判定を終了する請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記調圧弁の上流側と下流側とに圧力センサを備え、
前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサからの圧力の変化量を用いて算出される、隣り合う閉区間のガス変化量の和に基づいて、前記ガス漏れ判定を行う請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた調圧弁と、該調圧弁の上流側と下流側とに設けられた圧力センサとを備え、前記調圧弁の上流側と下流側とに形成される閉空間のガス漏れ検知が可能な燃料電池システムにおいて、
前記圧力センサからの圧力の変化量を用いて算出される、隣り合う閉区間のガス変化量の和に基づいて、ガス漏れを検知する燃料電池システム。
【請求項６】
調圧弁を備えた反応ガス系に形成される閉空間のガス漏れを検知する、燃料電池システムのガス漏れ検知方法において、
前記調圧弁を含む閉空間のガス漏れ判定を調圧弁上流の圧力に基づいて行う、燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
【請求項７】
前記ガス漏れ判定を隣り合う閉空間のガス変化量の和に基づいて行う、請求項６に記載の燃料電池システムのガス漏れ検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムとそのガス漏れ検知方法に関し、反応ガス系のガス漏れ判定、特に燃料系の燃料漏れ判定を精度良く行うための改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいては、燃料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、燃料電池を含む燃料ガス循環供給系（以下、燃料系）に配した遮断弁等により複数の閉空間を形成し、閉空間毎の圧力降下速度や各遮断弁等の前後差圧を検出することで、燃料ガス漏れを検知する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、この特許文献１では、漏れ箇所を特定する技術も提案されている。
【特許文献１】特開２００３−３０８８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この特許文献１に記載の技術は、遮断機能を有する調圧弁を用いて閉空間を形成し、該閉空間の圧力変化に基づいてガス漏れ検知を行うものであるが、調圧弁の下流側にのみ圧力センサが設けられているので、調圧弁を含む閉空間に対してガス漏れ検査を行う際、調圧弁上流側でのガス漏れを検知することができない。
【０００４】
また、この特許文献１に提案の技術では、漏れ検知を最も圧力降下速度の速い１箇所だけで行っているため、燃料系に配設された調圧弁の特性／動作によっては、燃料ガス漏れを検知することができなかったり、燃料ガス漏れが生じていないにもかかわらず、生じていると誤検知するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、調圧弁の上流および下流の漏れを検知可能にすることで、上記課題を解決することを目的とする。また、本発明は、調圧弁の圧力調整状態に影響を受けることのない検査を可能にすることで、上記他の課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた調圧弁と、該調圧弁の少なくとも上流側に設けられた圧力センサと、前記反応ガス系に形成される閉空間のガス漏れを判定するガス漏れ判定部とを備えた燃料電池システムにおいて、前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサにより検出された調圧弁上流の圧力に基づいて、前記調圧弁を含む閉空間のガス漏れ判定を行う。
【０００７】
このような構成によれば、調圧弁を含む閉空間のうち該調圧弁の上流及び下流のいずれでガス漏れが発生しても、その影響が調圧弁上流側の圧力変化に現れることから、調圧弁の上流および下流のガス漏れが検知可能となる。
【０００８】
前記ガス漏れ判定部は、前記調圧弁上流の圧力の経時変化に基づいて、前記ガス漏れ判定を行ってもよい。
【０００９】
このような構成によれば、ガス漏れ以外の要因による圧力降下（経時変化）と、ガス漏れによる圧力降下（経時変化）とを区別し得て、より高精度にガス漏れを検知することが可能になる。
【００１０】
例えば、運転停止中のクロスリークにより、燃料電池内の電解質膜を透過してカソード側の残存空気がアノード側に流入し、このアノード側に流入した空気中の酸素と、ガス漏れ検知処理のためにアノード側に供給された水素ガスとによって、アノード触媒で燃焼反応が起きると、該燃焼反応によって水素ガスが消費される。すると、水素ガス漏れが発生していないにもかかわらず圧力降下が検出されるので、これをガス漏れと誤判定する虞があるが、上記構成によれば、かかる誤判定を回避することが可能となる。
【００１１】
前記ガス漏れ判定部は、前記ガス漏れ判定中に前記調圧弁上流の圧力が前記調圧弁の設定圧力以下となった場合には、当該ガス漏れ判定を終了してもよい。
【００１２】
このような構成によれば、調圧弁の上流圧力が設定圧力以下になると、ガス漏れによる単位時間当たりの圧力降下量は小さくなるため、ガス漏れが生じているにもかかわらず、正常と誤判定する虞があるところ、かかる誤判定を回避することが可能となる。
【００１３】
前記調圧弁の上流側と下流側とに圧力センサを備え、前記ガス漏れ判定部は、前記圧力センサからの圧力の変化量を用いて算出される、隣り合う閉区間のガス変化量の和に基づいて、前記ガス漏れ判定を行ってもよい。
【００１４】
このような構成によれば、例えば隣り合う閉区間におけるガス変化量の総和を算出し、この算出結果に基づいてガス漏れの有無を判断することにより、調圧弁の圧力調整状態に影響を受けない検査が可能となる。
【００１５】
また、本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを給排する反応ガス系と、該反応ガス系に設けられた調圧弁と、該調圧弁の上流側と下流側とに設けられた圧力センサとを備え、前記調圧弁の上流側と下流側とに形成される閉空間のガス漏れ検知が可能な燃料電池システムにおいて、前記圧力センサからの圧力の変化量を用いて算出される、隣り合う閉区間のガス変化量の和に基づいて、ガス漏れを検知することを特徴とする。
【００１６】
一般的な構造の調圧弁は、そのヒステリシス特性により、二次側（下流側）の圧力が規定圧力に達した後は、二次側圧力が或る一定以上降下しないと、閉止状態のまま作動しない。したがって、調圧弁よりも上流側（一次側）の１箇所でしか圧力降下速度を監視していないと、例えばシステム起動時にガス（例えば燃料）漏れ検査を行う際に、以下の問題が生ずる。
【００１７】
まず、ガス漏れ検査を開始した際に、調圧弁による圧力調整が既に終了している場合、つまり、二次側圧力が規定圧力に達している場合は、調圧弁の下流側（二次側）でガス漏れが発生していたとしても、調圧弁二次側の圧力が一定以上降下するまでは、閉止状態が保持されるので、調圧弁上流側の圧力監視点では圧力降下を検知できない。このため、ガス漏れを検知することができないことがある。
【００１８】
これに対し、本発明の上記構成によれば、調圧弁下流側でガス漏れが発生していれば、調圧弁上流側及び下流側のガス変化量の総和が負数（マイナス）になるので、ガス漏れの発生を検知することができる。つまり、ガス漏れが発生していなければ、調圧弁上流側における下流側への流出分と、調圧弁下流側における上流側からの流入分とが相殺されて、ガス変化量の総和は計算上ゼロになるはずであるが、それが負数になるということは、調圧弁上流側から下流側への流出分がそのまま調圧弁下流側への流入分となっていないということであり、これはガス漏れが発生していることを意味する。
【００１９】
なお、ガス変化量の総和に基づいてガス漏れの有無を判断する際に、ガス変化量の総和がゼロであるか負数であるかを基準に判断すると、圧力センサの計測能や計測誤差等に起因して、誤検知を生ずるおそれがある。
【００２０】
そこで、ガス漏れの有無を判断するための閾値に一定の幅をもたせておき、ガス変化量の総和の絶対値が所定の閾値以下であるときはガス漏れがないと判断し、この閾値を超えたときはガス漏れがあると判断するのが好ましい。
【００２１】
次に、ガス漏れ検査を開始した際に、調圧弁が圧力調整中である場合、つまり、二次側圧力が未だ規定圧力に達していない場合は、調圧弁が閉止状態になっていないので、調圧弁上流側から下流側へのガスの流れ込みが有り、これにより、調圧弁上流側の圧力監視点では圧力降下が検知される。このため、ガス漏れが発生していないにもかかわらず、ガス漏れが発生していると誤検知することがある。
【００２２】
これに対し、本発明の上記構成によれば、調圧弁上流側から下流側へのガスの流れ込みに起因する調圧弁上流側での圧力降下が検知されても、ガス漏れが発生していなければ、調圧弁上流側における下流側への流出分と、調圧弁下流側における上流側からの流入分とが相殺されて、ガス変化量の総和が計算上ゼロになるので、ガス漏れが発生していると誤検知することはない。なお、調圧弁の圧力調整中にガス漏れが生じているときは、記述のとおり、ガス変化量の総和が負数（マイナス）あるいは所定の閾値を超えるので、ガス漏れを検知することができる。
【００２３】
本発明は、調圧弁を備えた反応ガス系に形成される閉空間のガス漏れを検知する、燃料電池システムのガス漏れ検知方法において、前記調圧弁を含む閉空間のガス漏れ判定を調圧弁上流の圧力に基づいて行う。
【００２４】
このような構成によれば、調圧弁を含む閉空間のうち該調圧弁の上流及び下流のいずれでガス漏れが発生しても、その影響が調圧弁上流側の圧力変化に現れることから、調圧弁の上流および下流のガス漏れが検知可能となる。
【００２５】
前記ガス漏れ判定は、隣り合う閉空間のガス変化量の和に基づいて行ってもよい。
【００２６】
このような構成によれば、例えば隣り合う閉区間におけるガス変化量の総和を算出し、この算出結果に基づいてガス漏れの有無を判断することにより、調圧弁の圧力調整状態に影響を受けない検査が可能となる。
【００２７】
また、本発明は、燃料系に設けられた調圧弁と、調圧弁の上流側と下流側とに設けられた圧力センサとを備え、前記調圧弁の上流側と下流側とに形成される閉空間の燃料漏れ検知が可能な燃料電池システムにおいて、前記圧力センサからの圧力の変化量を用いて算出される、隣り合う閉区間の燃料変化量の和に基づいて、燃料漏れを検知する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、調圧弁を含む閉空間のうち該調圧弁の上流及び下流のいずれでガス漏れが発生しても、その影響が調圧弁上流側の圧力変化に現れることから、調圧弁の上流および下流のガス漏れが検知可能となり、ガス漏れ検知精度が向上する。
【００２９】
また、隣り合う閉区間に配設した各圧力センサからの圧力の変化量を用いて全閉区間におけるガス変化量の総和を算出し、この算出結果に基づいてガス漏れの有無を判断するので、調圧弁の圧力調整状態に影響を受けない検査が可能となり、ガス漏れの検知精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。以下に説明する実施形態は、電気自動車等の移動体に搭載する燃料電池システムであるが、本発明の一形態に過ぎず、その他の燃料電池システムに適用可能である。また、本発明の漏れ判定の対象となる反応ガスとしては、水素ガスの場合を例示してある。
【００３１】
＜第１の実施形態＞
図１に本燃料電池システムのシステム構成図を示す。この図に示すように、当該燃料電池システムは、燃料電池スタック１０に燃料である水素ガス（反応ガス）を供給するための系統（以下、燃料系（反応ガス系）１）、空気（反応ガス）を供給するための系統（反応ガス系）２、及び燃料電池スタック１０を冷却するための系統（不図示）を備えて構成されている。
【００３２】
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。なお、セパレータは、例えば金属を基材とする導通体であり、互いに隣接するセルに供給される異種流体の混合を遮断する役割を果たすものである。
【００３３】
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１は、水素ガスの供給源から順に、水素タンク１１、主止弁ＳＶ１、圧力センサＰ１、調圧弁ＲＧ１、圧力センサＰ２、調圧弁ＲＧ２、圧力センサＰ３、調圧弁ＲＧ３、圧力センサＰ４、燃料電池スタック１０を経て水素ポンプ１３を備えている。
【００３４】
圧力センサＰ１は主止弁ＳＶ１−調圧弁ＲＧ１間（以下、検査対象区間Ｃ１）、圧力センサＰ２は調圧弁ＲＧ１−調圧弁ＲＧ２間（以下、検査対象区間Ｃ２）、圧力センサＰ３は調圧弁ＲＧ２−調圧弁ＲＧ３間（以下、検査対象区間Ｃ３）、圧力センサＰ４は調圧弁ＲＧ３−燃料電池スタック１０−水素ポンプ１３−合流部１５間（以下、検査対象区間Ｃ４）の圧力をそれぞれ検出する。
【００３５】
水素タンク１１は、高圧水素タンクであるが、高圧水素タンクに代えて、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンクから水素を供給するタンク、液化ガス燃料を貯蔵するタンク等を適用可能である。
【００３６】
主止弁ＳＶ１は、水素タンク１１からの水素ガス供給の有無を制御する。調圧弁ＲＧ１は高圧に圧縮された水素ガスを中圧に減圧する減圧弁、調圧弁ＲＧ２は中圧に減圧された水素ガスを低圧に減圧する減圧弁、調圧弁ＲＧ３は低圧に減圧された水素ガスを更に所定圧に減圧する減圧弁である。水素ポンプ１３は、燃料電池スタック１０及び水素ポンプ１３を経て合流部１５に至る水素ガスの循環経路において水素ガスを強制循環させる。
【００３７】
燃料電池スタック１０に空気を供給する系統２は、図１では図示を省略しているが、外気を浄化して燃料電池システムに取り入れるエアクリーナ、取り入れられた空気を制御部２０の制御に従って圧縮し供給する空気量や空気圧を変更するコンプレッサ、圧縮された空気に対し、空気オフガスと水分の交換を行って適度な湿度を加える加湿器等を備えており、燃料電池スタック１０の冷却系は、ラジエタ、ファン、及び冷却ポンプを備えている。
【００３８】
制御部２０はＥＣＵ等の公知のコンピュータシステムであり、複数のコンピュータの相互通信によって構成されていてもよい。これらコンピュータは、内蔵ＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを順次実行することにより、この燃料電池システムにおいて水素ガスの漏れ検知処理を行うことが可能になっている。
【００３９】
すなわち、制御部２０は、後に説明する手順（図２）によって、各弁ＳＶ１及びＲＧ１〜ＲＧ４の開閉を制御する制御信号及び水素ポンプ１３やコンプレッサの駆動量を決定する制御信号を出力し、圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号に基づいてガス漏れ検知を実行するようになっている。
【００４０】
次に、図２のフローチャートを参照しながら、この燃料電池システムで実施されるガス漏れ検知処理について説明する。このフローチャートにおけるガス漏れ検知処理は単なる例示であり、例えば燃料電池システムの起動時に実行される。
【００４１】
まず、例えば運転者がイグニッションキーをＯＮにすると、制御部２０が主止弁ＳＶ１に対して開弁制御信号を出力し、主止弁ＳＶ１を開放する（ステップＳ１）。主止弁ＳＶ１が開放されてから所定時間が経過するまでは、主止弁ＳＶ１の開放状態は維持され（ステップＳ３：ＮＯ）、所定時間が経過すると（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御部２０は主止弁ＳＶ１に対して閉弁制御信号を出力し、主止弁ＳＶ１を閉鎖する（ステップＳ５）。ここでの所定時間は、燃料電池システム毎に予め設定しておき、タイマ等で計時される。
【００４２】
主止弁ＳＶ１が閉鎖されると、その下流に位置する調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の応答特性に応じて水素タンク１１から燃料電池スタック１０へのガス供給が次第に絞られていき、各調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の一次（上流）側の圧力が下がり始める一方、二次（下流）側の圧力が上昇していく。そして、二次側圧力が規定圧力に達すると、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３が閉止し、主止弁ＳＶ１と調圧弁ＲＧ１との間（検査対象区間Ｃ１）、調圧弁ＲＧ１と調圧弁ＲＧ２との間（検査対象区間Ｃ２）、調圧弁ＲＧ２と調圧弁ＲＧ３との間（検査対象区間Ｃ３）、調圧弁ＲＧ３から燃料電池スタック１０及び水素ポンプ１３を経て合流部１５に至るまでの間（検査対象区間Ｃ４）に、閉区間が形成される。
【００４３】
このとき、各調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の応答特性によっては、閉止状態に至っていないこともある。なお、閉止状態とは、完全な遮断状態をいうものではなく、弁二次側の圧力調整が終了した状態をいい、閉止状態に至っていない状態とは、未だ圧力調整中であることをいう。
【００４４】
次に制御部２０は、圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号を参照して、検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４の圧力ｐ１〜ｐ４、言い換えれば、各調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ４の上流側と下流側とに形成される閉空間の圧力ｐ１〜ｐ４を所定のサンプリング間隔で検出する（ステップＳ７）。そして、前回検出された圧力ｐ１’〜ｐ４‘と今回検出された圧力ｐ１〜ｐ４との差分を計算して所定時間の圧力降下量Δｐ１〜Δｐ４を演算し、さらに下記演算式を用いて、全検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４での水素ガス変化量（燃料変化量）の総和Ｑを演算する（ステップＳ９）。
【００４５】
Ｑ ＝（Δｐ１×ｖ１＋Δｐ２×ｖ２＋Δｐ３×ｖ３＋Δｐ４×ｖ４）÷ｔ×Ｎ
ここで、ｖ１〜ｖ４：検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４の配管容積、ｔ：圧力ｐの測定間隔、Ｎ：単位換算係数である。この演算式は、容積ｖの配管内における所定時間ｔ内での圧力降下量がΔｐである場合に、この配管内での水素ガス変化量ΔＱが「ΔＱ ＝ Δｐ×ｖ÷ｔ×Ｎ」で求められることに基づく。
【００４６】
上記の演算式によれば、仮に検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４のいずれかで水素ガス漏れが発生しているならば、これら検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４の水素ガス変化量の総和Ｑが計算上負数（マイナス）になるので、水素ガス漏れの発生を検知することができる。
【００４７】
つまり、水素ガス漏れが発生していなければ、仮に調圧弁ＲＧ１が未だ圧力調整中であるために検査対象区間Ｃ１から検査対象区間Ｃ２への水素ガス流出がある場合においても、検査対象区間Ｃ１からの水素ガス流出分と、検査対象区間Ｃ２での水素ガス流入分との和をとれば、これら流出分と流入分とが相殺されて、水素ガス変化量の総和は計算上ゼロになるはずである。
【００４８】
したがって、全検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４における水素ガス変化量の総和Ｑをとれば、全ての調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ４の圧力調整状態の如何にかかわらず、それが負数になったときには、全検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４での総流出分と総流入分との収支が合っていないということであり、水素ガス漏れが発生していると判断することができる。
【００４９】
なお、水素ガス変化量の総和Ｑに基づいて水素ガス漏れの有無を判断するにあたっては、水素ガス変化量の総和Ｑがゼロであるか負数であるかを基準に判断すると、圧力センサＰ１〜Ｐ４の計測能や計測誤差等に起因する誤検知のおそれがある。
【００５０】
そこで、この実施形態では、水素ガス漏れの有無を判断するための閾値に一定の幅をもたせておき、水素ガス変化量の総和Ｑの絶対値（以下、単に総和Ｑという）が所定の閾値Ｑｔｈ以下であるときは水素ガス漏れがないと判断し、この閾値Ｑｔｈを超えたときは燃料漏れがあると判断している。
【００５１】
ステップＳ９での演算の結果、水素ガス変化量の総和Ｑが閾値Ｑｔｈを超えていた場合には（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、上述したとおり、検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４のいずれかにおいて水素ガス漏れが生じていることを意味する。
【００５２】
そこで、制御部２０は、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「１」をセットし（ステップＳ１３）、このガス漏れ検知処理は終了する。この閾値Ｑｔｈは、ガス漏れ判定を行っても誤検出の無い程度の値に設定されている。
【００５３】
他方、ステップＳ９での演算の結果、水素ガス変化量の総和Ｑが所定の閾値Ｑｔｈ以下である場合には（ステップＳ１１：ＮＯ）、検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４のいずれにおいても水素ガス漏れが生じていないことを意味する。
【００５４】
そこで、制御部２０は、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「０」をセットし（ステップＳ１５）、このガス漏れ検知処理は終了する。
【００５５】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、隣り合う検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４に配設した各圧力センサＰ１〜Ｐ４からの圧力の変化量Δｐ１〜Δｐ４を用いて、全検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４における水素ガス燃料変化量の総和Ｑを算出し、この算出結果に基づいて水素ガス漏れの有無を判断するようにしているので、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の圧力調整状態の如何にかかわらず、つまり、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３のいずれか或いは全ての圧力調整が既に終了して閉止状態であろうと、未だ圧力調整中で閉止状態になかろうとも、漏れ検知を的確に行うことが可能になる。
【００５６】
したがって、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の特性／動作によって水素ガス漏れを検知することができないことがあったり、水素ガス漏れが生じていないにもかかわらず、生じていると誤検知するおそれを低減し得て、漏れ検知精度の向上を図ることができる。
【００５７】
＜第２実施形態＞
次に、図３のフローチャートを参照しながら、本発明の第２の実施形態に係るガス漏れ検知処理について説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、第１の実施形態に係る燃料電池システムと同様のシステムの適用が可能である。
【００５８】
また、本実施形態においては、図３のフローチャートに示す処理に先だち、予め図２のステップＳ１〜ステップＳ５の処理に対応する処理が実行されているものとし、以下の説明において図２のフローチャートと同様の処理を行う場合には、図２のフローチャートに示した参照ステップ番号を適宜使用するものとする。
【００５９】
制御部（ガス漏れ判定部）２０は、圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号を参照して、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の各上下流圧力を基準圧力Ｐ１〜Ｐ４として検出すると共に、後述する監視時間ｔの計時を開始する（ステップＳ２１）。そして、前記監視時間ｔの計時開始から所定時間経過したら、再び圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号を参照し、検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４における現在の圧力ｐ１〜ｐ４を検出する（ステップＳ２３）。
【００６０】
次に、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が所定の規定圧力（調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の設定圧力）よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２５）、その判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が各規定圧力以下である場合には、異常時処理を行う（ステップＳ４３）。この異常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「１」をセットする。その後、図３のガス漏れ検知処理は終了する。
【００６１】
調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の上流圧力が前記所定の規定圧力以下になると、ガス漏れによる単位時間当たりの圧力降下量は小さくなるため、ガス漏れが生じているにもかかわらず、正常と誤判定する虞があるところ、本実施形態においては、ステップＳ２５の判定結果が「ＮＯ」である場合には、異常時処理（ステップＳ４３）を行うようにしているので、かかる誤判定を回避することが可能となる。
【００６２】
一方、ステップＳ２５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が前記所定の規定圧力よりも大きい場合には、現在の圧力ｐ１〜ｐ４から基準圧力Ｐ１〜Ｐ４を減算して所定時間での圧力降下量Δｐ１〜Δｐ４を求め（ステップＳ２７）、この圧力降下量Δｐ１〜Δｐ４に基づき、下記演算式を用いて、各検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４での水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４を演算する（ステップＳ２９）。
【００６３】
Ｑｎ ＝（Δｐn×ｖn）÷ｔ×Ｎ
ここで、ｖn：検査対象区間Ｃnの配管容積、ｔ：現在の圧力ｐnの測定間隔、Ｎ：単位換算係数、ｎ：１〜４の自然数、である。
【００６４】
次に、前記監視時間ｔが所定の規定時間に達していないか否かを判定し（ステップＳ３１)、その判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、未だ前記監視時間ｔが規定時間以下である場合には、処理はステップＳ２３に戻る。一方、ステップＳ３１の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、既に前記監視時間ｔが規定時間を超えている場合には、ステップＳ２９で計算した水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が所定の漏れ閾値未満であるかを判定する（ステップＳ３３）。
【００６５】
ステップＳ３３の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が前記漏れ閾値未満である場合には、正常時処理を行う。この正常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「０」をセットする。これにより、図３のガス漏れ検知処理は終了する。
【００６６】
一方、ステップＳ３３の判定結果が「ＮＯ」場合、すなわち、水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が前記漏れ閾値以上である場合には、前記規定時間を所定時間延長（ステップＳ４１）した後、処理はステップＳ２３に戻る。
【００６７】
このように、本実施形態では、ステップＳ３３の判定時に「水素ガス漏れ量 ≧ 所定の漏れ閾値」だからといって、直ちに水素ガス漏れが生じていると判定するのではなく、かかる場合であっても、ステップＳ４１で監視時間ｔを延長した上で、ステップＳ２３以降の処理を再び繰り返すことにより、ガス漏れ検知の最終判定を遅延させている。
【００６８】
したがって、例えば運転停止中のクロスリークにより電解質膜を透過してアノード側に流入した空気中の酸素と、ガス漏れ検知処理のためにアノード側に供給された水素ガスとによってアノード触媒で燃焼反応が起き、該燃焼反応によって水素ガスが消費される結果、燃料系１からは水素ガス漏れが発生していないにもかかわらず圧力降下が生じていても、本実施形態によれば、このような水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下とを区別して、より高精度にガス漏れを検知することが可能になる。
【００６９】
図４は、運転停止中のクロスリークに起因して生じるアノード触媒での燃焼反応（水素ガス漏れ以外の要因）による圧力降下（実線）と、水素ガス漏れによる圧力降下（破線）とが、本実施形態によって区別可能であることを示す説明図である。この図において、ｐ１，Ｐ１はガス漏れ検知処理を開始した時の計測圧力と基準圧力、ｐ２，Ｐ２はその時から所定の監視時間ｔを経過した時の計測圧力と基準圧力、ｐ３，Ｐ３はその時から更に所定時間延長した時の計測圧力と基準圧力である。
【００７０】
ここでの計測圧力ｐ１〜ｐ３は、上記ステップＳ２３の処理にて取得した圧力である。また、ここでの基準圧力Ｐ１〜Ｐ３のうち、基準圧力Ｐ１は上記ステップＳ２１の処理にて取得した圧力であり、基準圧力Ｐ２，Ｐ３は水素ガス漏れが生じていると仮定した場合に、基準圧力Ｐ１からの時間経過に伴い次第に降下すると予想される圧力である。
【００７１】
同図に示すように、監視時間ｔを経過した時点で、かりに計測圧力の圧力降下量Δｐ12（Δｐ12＝ｐ１〜ｐ２）と、水素ガス漏れによる圧力降下量ΔＰ12（ΔＰ12＝Ｐ１〜Ｐ２）とが等しい場合が生じたとすると、実際には計測圧力の降下の原因が前記燃焼反応である場合においても、該燃焼反応による圧力降下を水素ガス漏れによる圧力降下と誤判定してしまう可能性がある。
【００７２】
しかしながら、監視時間ｔを更にｔ’だけ時間延長すると、当該圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合には、図４中の破線で示すように、監視時間ｔの間と同一勾配で圧力が降下するのに対し、当該圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合には、図４中の実線で示すように、燃焼反応が進行するに従い水素ガス消費も減少するので、監視時間ｔの間よりも緩い勾配で圧力が降下し、最終的には時間延長ｔ’後の状態で示されているように、圧力降下は停止する。
【００７３】
すなわち、図４から明らかなように、圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合における監視時間ｔの計時開始から時間延長ｔ’までの圧力降下量Δｐ13は、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合の圧力降下量ΔＰ13よりも小さくなる。よって、かりに監視時間ｔを経過した時の圧力降下量Δｐ12が水素ガス漏れによる圧力降下量ΔＰ12と等しい場合であっても、ガス漏れ検知の判定を時間延長ｔ’だけ遅延させることにより、前記燃焼反応による圧力降下と区別して、水素ガス漏れによる圧力降下を判定することができる。
【００７４】
＜第３実施形態＞
次に、図５のフローチャートを参照しながら、本発明の第３の実施形態に係るガス漏れ検知処理について説明する。なお、本実施形態に係る燃料電池システムは、第１の実施形態に係る燃料電池システムと同様のシステムの適用が可能である。
【００７５】
また、本実施形態においては、図５のフローチャートに示す処理に先だち、予め図２のステップＳ１〜ステップＳ５の処理に対応する処理が実行されているものとし、以下の説明において図２のフローチャートと同様の処理を行う場合には、図２のフローチャートに示した参照ステップ番号を適宜使用するものとする。
【００７６】
制御部（ガス漏れ判定部）２０は、圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号を参照して、調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の各上下流圧力を基準圧力Ｐ１〜Ｐ４として検出すると共に、後述する監視時間ｔの計時を開始する（ステップＳ２１）。そして、前記監視時間ｔの計時開始から所定時間経過したら、再び圧力センサＰ１〜Ｐ４からの検出信号を参照し、検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４における現在の圧力ｐ１〜ｐ４を検出する（ステップＳ２３）。
【００７７】
次に、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が所定の規定圧力（調圧弁ＲＧ１〜ＲＧ３の設定圧力）よりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２５）、その判定結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が各規定圧力以下である場合には、異常時処理を行う（ステップＳ４３）。この異常時処理では、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知したことを示す「１」をセットする。その後、図５のガス漏れ検知処理は終了する。
【００７８】
一方、ステップＳ２５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、すなわち、現在の圧力ｐ１〜ｐ３が前記所定の規定圧力よりも大きい場合には、現在の圧力ｐ１〜ｐ４から基準圧力Ｐ１〜Ｐ４を減算して所定時間での圧力降下量Δｐ１〜Δｐ４を求め（ステップＳ２７）、この圧力降下量Δｐ１〜Δｐ４に基づき、下記演算式を用いて、各検査対象区間Ｃ１〜Ｃ４での水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４を演算する（ステップＳ２９）。
【００７９】
Ｑｎ ＝（Δｐn×ｖn）÷ｔ×Ｎ
ここで、ｖn：検査対象区間Ｃnの配管容積、ｔ：現在の圧力ｐnの測定間隔、Ｎ：単位換算係数、ｎ：１〜４の自然数、である。
【００８０】
次に、前記監視時間ｔが所定の規定時間に達していないか否かを判定し（ステップＳ３１)、その判定結果が「ＮＯ」の場合、つまり、未だ前記監視時間ｔが規定時間以下である場合には、処理はステップＳ２３に戻る。一方、ステップＳ３１の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、既に前記監視時間ｔが規定時間を超えている場合には、ステップＳ２９で計算した水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が所定の漏れ閾値未満であるかを判定する（ステップＳ３３）。
【００８１】
ステップＳ３３の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり、水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が前記漏れ閾値未満である場合には、正常時処理を行う。この正常時処理は、例えば、漏れ検知フラグに水素ガス漏れを検知しなかったことを示す「０」をセットする。これにより、図５のガス漏れ検知処理は終了する。
【００８２】
一方、ステップＳ３３の判定結果が「ＮＯ」場合、すなわち、水素ガス漏れ量Ｑ１〜Ｑ４が前記漏れ閾値以上である場合には、当該図５のフローチャートに示したガス漏れ検知処理の開始時に計時を開始した監視時間ｔをリセット（ステップＳ５１）した後、処理はステップＳ２１に戻る。
【００８３】
このように、本実施形態では、ステップＳ３３の判定時に「水素ガス漏れ量 ≧ 所定の漏れ閾値」だからといって、直ちに水素ガス漏れが生じていると判定するのではなく、かかる場合であっても、それまで計時していた監視時間ｔをステップＳ５１でリセットした上で、ステップＳ２１以降の処理を再び繰り返すことにより、ガス漏れ検知の最終判定を遅延させている。
【００８４】
つまり、水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下との区別を、第２実施形態ではガス漏れ検知処理開始後の全圧力降下量に基づき行っていたのに対し、本実施形態では監視時間ｔリセット後の圧力降下量に基づき行っている点で相違するが、かかる構成によっても、水素ガス漏れ以外の要因による圧力降下と、水素ガス漏れによる圧力降下とを区別して、より高精度にガス漏れを検知することが可能である。
【００８５】
図６は、運転停止中のクロスリークに起因して生じるアノード触媒での燃焼反応（水素ガス漏れ以外の要因）による圧力降下（実線）と、水素ガス漏れによる圧力降下（破線）とが、本実施形態によって区別可能であることを示す説明図である。この図において、ｐ１，Ｐ１はガス漏れ検知処理を開始した時の計測圧力と基準圧力、ｐ２，Ｐ２はその時から所定の監視時間ｔを経過した時の計測圧力と基準圧力、ｐ３，Ｐ３はその時から同じ監視時間ｔを経過した時の計測圧力と基準圧力である。
【００８６】
上記第２実施形態の場合と同様に、ここでの計測圧力ｐ１〜ｐ３は、上記ステップＳ２３の処理にて取得した圧力である。また、ここでの基準圧力Ｐ１〜Ｐ３のうち、基準圧力Ｐ１は上記ステップＳ２１の処理にて取得した圧力であり、基準圧力Ｐ２，Ｐ３は水素ガス漏れが生じていると仮定した場合に、基準圧力Ｐ１からの時間経過に伴い次第に降下すると予想される圧力である。
【００８７】
本実施形態においても、監視時間ｔの経過後に再度同じ監視時間ｔだけ待ってからガス漏れ判定を繰り返し行うので、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合には、図６中の破線で示すように、再監視時間ｔの間も監視時間ｔの間と同一勾配で圧力が降下するのに対し、当該圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合には、図６中の実線で示すように、燃焼反応が進行するに従い水素ガス消費も減少するので、再監視時間ｔの間は監視時間ｔの間よりも緩い勾配で圧力が降下する。
【００８８】
すなわち、図６から明らかなように、圧力降下の原因が前記燃焼反応である場合における再監視時間ｔの間の圧力降下量Δｐ23（Δｐ23＝Δｐ２−Δｐ３）は、圧力降下の原因が水素ガス漏れである場合の圧力降下量ΔＰ23（ΔＰ23＝ΔＰ２−ΔＰ３）よりも小さくなる。よって、かりに監視時間ｔを経過した時の圧力降下量Δｐ12が水素ガス漏れによる圧力降下量ΔＰ12と等しい場合であっても、ガス漏れ検知の判定を再監視時間ｔだけ遅延させることにより、前記燃焼反応による圧力降下と区別して、水素ガス漏れによる圧力降下を判定することができる。
【００８９】
＜その他の実施形態＞
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。例えば、燃料系１の燃料電池スタック１０の入口上流側に燃料電池入口遮断弁を設けたり、燃料系１の燃料電池スタック１０の出口下流側に燃料電池出口遮断弁、燃料電池スタック１０の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去する気液分離器及び遮断弁、水素ガスの逆流を防止する逆止弁、水素ポンプ１３−逆止弁間から分岐して水素オフガスを排出するパージ流路、及びパージ流路に配設されてパージ時に開放されるパージ遮断弁を設けた構成としてもよい。
【００９０】
かかる構成では、各弁間に閉空間を形成することが可能となるから、これら閉空間毎に圧力センサを配設し、実際の検査に際して形成した全閉空間の燃料変化量の総和に基づいて漏れ検知を行う。実際の検査に際しては、必ずしも全ての弁間に閉区間を形成する必要はなく、検査したい区間に対応させて遮断弁を開又は閉状態に設定しておくことによって、検査対象区間の選択的な調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムのシステム構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態に係るガス漏れ検知処理を説明するフローチャートである。
【図３】第２の実施形態に係るガス漏れ検知処理を説明するフローチャートである。
【図４】同実施形態により、ガス漏れと以外の要因による圧力降下とを区別することが可能であることを示す説明図である。
【図５】第３の実施形態に係るガス漏れ検知処理を説明するフローチャートである。
【図６】同実施形態により、ガス漏れと以外の要因による圧力降下とを区別することが可能であることを示す説明図である。
【符号の説明】
【００９２】
１…燃料系、１０…燃料電池スタック、２０…制御部（ガス漏れ判定部）、Ｃ１〜Ｃ４…検査対象区間（閉区間）、Ｐ１〜Ｐ４…圧力センサ、ＲＧ１〜ＲＧ４…調圧弁
【図１】
2006134861.tif 000003
【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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