(57)【要約】【課題】燃料ガスが封じされた状態から、燃料ガスを燃料電池の外部へ排出した場合であっても、燃料ガスの漏れを検出可能な燃料電池及び検出方法を提供する。【解決手段】  アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁と、アノード電極からガスを排出するための第２弁と、カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁と、カソード電極からガスを排出するための第４弁と、アノード電極へ酸素を含む第３媒体を供給するための第５弁とを備え、制御部により、第１弁と第３弁と第４弁とを閉状態にさせ、第２弁と第５弁とが開状態にされた後に、電圧測定部により測定された第１電圧値が、特定の条件を満たすかを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする燃料電池である。【選択図】図３
2015092447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、
前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、
前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、
前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、
前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、
前記アノード電極へ酸素を含む第３媒体を供給するための第５弁であって、開状態と流閉状態とを切り替え可能な第５弁と、
前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせる制御部と、
前記制御部により、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とが開状態にされた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧値が、特定の条件を満たすかを判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が、所定値以上の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が、所定値以上の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が、負の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料電池は、さらに、
前記判定部により、前記第１電圧値が前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料電池は、前記燃料電池セルを複数備え、
前記第１弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第１媒体を供給するための前記第１弁であり、
前記第２弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第２弁であり、
前記第３弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記カソード電極へ前記第２媒体を供給するための前記第３弁であり、
前記第４弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第４弁であり、
前記第５弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第３媒体を供給するための前記第５弁であり、
前記電圧測定部は、前記複数の燃料電池セルそれぞれが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定し、
前記判定部は、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすかを判定することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記燃料電池は、さらに、
前記判定部により、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とが閉状態にされた後に、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料電池は、さらに、
前記燃料電池と外部負荷とが電気的に接続された接続状態と、前記燃料電池と前記外部負荷とが電気的に切断された切断状態と、を切り替え可能な切替部を備え、
前記切替部により前記切断状態に切り替えられたことに応じて、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項１２】
アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、
前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、
前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、
前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、
前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、
前記アノード電極へ酸素を含む第３媒体を供給するための第５弁であって、開状態と流閉状態とを切り替え可能な第５弁と、
前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、を備えた燃料電池の検出方法であって、
特定の第１条件を満たしたことに応じて、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁を開状態にさせる制御ステップと、
前記制御ステップにより、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁が開状態にされた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧が、特定の第２条件を満たすかを判定する判定ステップと、
を含む検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス漏れを検出可能な燃料電池及び検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素イオンを透過する高分子膜を挟んでアノードとカソードとを備え、燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応によって起電力を発生する高分子型燃料電池が知られている。
【０００３】
燃料電池の停止後の電圧低下速度に基づいて、燃料ガスの漏れの有無を判定する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３５４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術に記載の燃料電池では、燃料電池を動作させた後、外部負荷を遮断して、燃料ガス及び酸化ガスの供給を止めて、これらのガスを封止した状態における電圧の低下速度が通常よりも速い場合に、燃料ガスの漏れが発生したと判定するようになっている。例えば、緊急事態などで燃料電池の発電動作が停止した場合では、燃料ガスが封じされた状態から、燃料ガスを燃料電池の外部へ排出する場合がある。この場合、従来技術では、燃料ガスの漏れを判定することができなかった。
【０００６】
従って、本願発明の目的は、燃料ガスが封じされた状態から、燃料ガスを燃料電池の外部へ排出した場合であっても、燃料ガスの漏れを検出可能な燃料電池及び検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、前記アノード電極へ酸素を含む第３媒体を供給するための第５弁であって、開状態と流閉状態とを切り替え可能な第５弁と、前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせる制御部と、前記制御部により、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とが開状態にされた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧値が、特定の条件を満たすかを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする燃料電池である。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が、所定値以上の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が、所定値以上の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が、負の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記判定部により、前記第１電圧値が前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明によれば、前記燃料電池は、前記燃料電池セルを複数備え、前記第１弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第１媒体を供給するための前記第１弁であり、前記第２弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第２弁であり、前記第３弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記カソード電極へ前記第２媒体を供給するための前記第３弁であり、前記第４弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第４弁であり、前記第５弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第３媒体を供給するための前記第５弁であり、前記電圧測定部は、前記複数の燃料電池セルそれぞれが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定し、前記判定部は、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすかを判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記判定部により、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明によれば、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とが閉状態にされた後に、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記燃料電池と外部負荷とが電気的に接続された接続状態と、前記燃料電池と前記外部負荷とが電気的に切断された切断状態と、を切り替え可能な切替部を備え、前記切替部により前記切断状態に切り替えられたことに応じて、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明によれば、アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、前記アノード電極へ酸素を含む第３媒体を供給するための第５弁であって、開状態と流閉状態とを切り替え可能な第５弁と、前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、を備えた燃料電池の検出方法であって、特定の第１条件を満たしたことに応じて、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁を開状態にさせる制御ステップと、前記制御ステップにより、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁が開状態にされた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧が、特定の第２条件を満たすかを判定する判定ステップと、を含む検出方法である。
【発明の効果】
【００１９】
上記の発明によれば、燃料ガスが封じされた状態から、燃料ガスを燃料電池の外部へ排出した場合であっても、燃料ガスの漏れを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池２の１つの実施形態を示す構成図である。
【図２】燃料電池２の電気的構成を示す概念図である。
【図３】燃料電池停止時における制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池起動時における制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】燃料ガス漏れの検出における弁の開閉状態を示すタイムチャート及びアノード・カソード間の電圧の変化を示すグラフである。
【図６】実際に所定値以上の燃料ガス漏れが計測された燃料電池セルのアノード・カソード間の電圧の測定結果を示すグラフである。
【図７】燃料電池２の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（燃料電池の説明）
はじめに図１を用いて、本発明の燃料電池の１つの実施形態の説明を行なう。本実施形態の燃料電池２は、燃料電池スタック４と、制御部１４と、電圧測定部１６と、外部負荷切替部１８と、燃料ガス供給弁２４と、酸化ガス供給弁３４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０とを含む。なお、燃料ガス供給弁２４は、第１弁の一例である。燃料ガス排出弁２６は、第２弁の一例である。酸化ガス供給弁３４は、第３弁の一例である。酸化ガス排出弁３６は、第４弁の一例である。置換ガス弁４０は、第５弁の一例である。また、燃料電池２の内部には、燃料ガス流路２０と酸化ガス流路３０と置換ガス流路４４とが形成される。具体的には、燃料ガス供給弁２４と、燃料ガス排出弁２６との夫々の弁と、燃料電池スタック４とは、例えば、燃料ガス経路２０としての管で接続される。燃料スタック４の内部では、燃料スタック４の内壁が、燃料ガス経路２０を構成しても良い。酸化ガス供給弁３４と、酸化ガス排出弁２６との夫々の弁と、燃料電池スタック４とは、例えば、酸化ガス経路３０としての管で接続される。燃料スタック４の内部では、燃料スタック４の内壁が、酸化ガス経路３０を構成しても良い。
【００２２】
燃料電池スタック４は、積層された複数の燃料電池セル６を有する。制御部１４は、燃料電池２の制御を行なう。電圧測定部１６は、複数の燃料電池セル６それぞれのアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧を測定する。外部負荷切替部１８は、燃料電池スタック４と外部負荷との間の電気的な断続を行なうスイッチ４６を有する。外部負荷は、例えば、燃料電池２から電力を供給する外部の供給先である。
【００２３】
燃料電池スタック４を構成する複数の燃料電池セル６は、イオン（例えば水素イオン）透過性の高分子膜１２と、アノード電極８と、カソード電極１０と、アノード側セパレータ(図示せず)と、カソード側セパレータ（図示せず）とから構成される。アノード電極８、高分子膜１２、及びカソード電極１０はこの順に積層されている。アノード側セパレータは、アノード電極８の外面に接触するように設けられる。アノード側セパレータには、燃料ガス経路２０が形成されている。カソード側セパレータは、カソード電極１０の外面に接触するように設けられる。カソード側セパレータには、酸化ガス流路３０が形成されている。燃料電池セル６は、アノード電極８に供給される燃料ガス（例えば水素）と、カソード電極１０に供給される酸化ガス（例えば空気中の酸素）との電気化学反応によって電力を発生させる。燃料ガス（第１媒体）は、例えば、水素（Ｈ2）である。燃料ガスとして、水素（Ｈ2）を含む気体であれば良い。酸化ガス（第２媒体）は、例えば、酸素（Ｏ2）である。酸化ガスとして、酸素（Ｏ2）を含む気体であれば良い。
【００２４】
燃料ガスは、燃料ガス供給源２２に充填されている。燃料ガス供給源２２は、例えば燃料ガス（例えば水素ガス）のタンク及びその付帯設備を含んで構成される。酸化ガスは、酸化ガス供給源３２に充填されている。酸化ガス供給源３２は、例えばエアーポンプ及びその付帯設備を含んで構成される。本実施形態では、酸化ガス供給源３２は、制御部１４と電気的に接続可能なエアーポンプである。この場合、制御部１４は、制御部１４からの指令（信号）を用いて、エアーポンプの動作を制御することができる。なお、酸化ガス供給源３２は、人の手動動作により制御されても良い。なお、燃料ガス供給源２２及び酸化ガス供給源３２は、他の構成であってもよい。
【００２５】
燃料ガス供給弁２４と、酸化ガス供給弁３４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０とのそれぞれは、例えば、制御部１４からの指示（信号）に基づいて開閉を切り替え可能なソレノイド弁によって構成される。燃料ガス供給弁２４と、酸化ガス供給弁３４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０とのそれぞれは、ソレノイド弁の代わりに、モータによって開閉状態を調整可能な電動弁が用いられても良い。
【００２６】
以下、燃料ガスが、燃料ガス流路２０に沿って、アノード電極８へ供給される例を説明する。燃料ガス供給源２２と燃料ガス流路２０との間には、燃料ガス供給弁２４が設けられる。燃料ガス供給弁２４が開状態の場合、燃料ガス供給源２２から燃料ガスが、燃料ガス流路２０に沿って、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のアノード電極８へ供給される。燃料ガス供給弁２４が閉状態の場合、燃料ガス供給源２２から燃料ガスが、燃料ガス流路２０に沿って、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のアノード電極８へ供給されない。そして、燃料ガス排出弁２６が閉じている場合、供給される燃料ガスは、燃料ガス流路２０内に充填される。燃料ガス排出弁２６が開状態の場合、燃料ガス流路２０内のガスは、燃料電池２の外部へ排出される。
【００２７】
以下、酸化ガスが、酸化ガス流路３０に沿って、カソード電極１０へ供給される例を説明する。酸化ガス供給源３２と酸化ガス流路３０との間には、酸化ガス供給弁３４が設けられる。酸化ガス供給弁３４が開状態の場合、酸化ガス供給源３２から酸化ガスが、酸化ガス流路３０に沿って、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のカソード電極１０へ供給される。酸化ガス供給弁３４が閉状態の場合、酸化ガス供給源３２から酸化ガスが、酸化ガス流路３０に沿って、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のカソード電極１０へ供給されない。そして、酸化ガス排出弁３６が閉じている場合、供給される酸化ガスは、酸化ガス流路３０内に充填される。酸化ガス排出弁３６が開状態の場合、酸化ガス流路３０内のガスは、燃料電池２の外部へ排出される。
【００２８】
本実施形態の燃料電池２は、置換ガス弁４０を備える。置換ガス弁４０は、燃料ガス経路２０に充填された燃料ガスを、置換ガス（第３媒体）に置換するための弁である。図１の例では、置換ガスが、酸化ガスの例である。このため、図１の例では、置換ガス供給源４２は、酸化ガス供給源３２と同じとなっている。本実施形態では、置換ガス流路４４は、燃料ガス流路２０に連結されている。具体的には、置換ガス流路４４は、燃料ガス供給弁２４と、燃料電池スタック４との間に設けられ、置換ガス流路４４は、燃料ガス供給弁２４と、燃料電池スタック４との間に連結されている。
【００２９】
以下、置換ガスとしての酸化ガスが、置換ガス流路４４に沿って、アノード電極１０へ供給される例を説明する。置換ガス供給源４２と置換ガス流路４４との間には、置換ガス供給弁４０が設けられる。置換ガス供給弁４０が開状態の場合、置換ガス供給源４２から酸化ガスが、置換ガス流路４４に沿って、燃料ガス流路２０へ供給され、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のアノード電極８へ供給される。置換ガス供給弁４０が閉状態の場合、置換ガス供給源４２から酸化ガスが、置換ガス流路４４に沿って、燃料ガス流路２０へ供給されず、燃料電池スタック４における各燃料電池セル６のアノード電極８へ供給されない。そして、燃料ガス排出弁２６が閉じている場合、供給される置換ガスとしての酸化ガスは、置換ガス流路４４と燃料ガス流路２０との内に充填される。燃料ガス排出弁２６が開状態の場合、置換ガス流路４４と燃料ガス流路２０との内のガスは、燃料電池２の外部へ排出される。上述したように、制御部１４が、置換ガス弁４０を開状態と指示し、燃料ガス排出弁２６を開状態と指示することによって、燃料ガス流路２０内のガスを、置換ガスに置き換えることができる。
【００３０】
また、置換ガス供給源４２は、置換ガスを充填している。置換ガス供給源４２は、例えばエアーポンプ及びその付帯設備を含んで構成される。本実施形態では、置換ガス供給源４２は、制御部１４と電気的に接続可能なエアーポンプである。この場合、制御部１４からの指令（信号）に従って、エアーポンプの動作を制御することができる。なお、置換ガス供給源４２は、人の手動動作により制御されても良い。なお、置換ガスは酸素（Ｏ2）を含む酸化ガスであればよい。
【００３１】
制御部１４は、例えば一または複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）又はマルチコアＣＰＵと、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。また、制御部１４は、後述する制御処理を実行するための専用の回路基板により構成されても良い。また、制御部１４は、後述する制御処理を実行するための専用のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成されても良い。制御部１４は、燃料ガス供給弁２４と、酸化ガス供給弁３４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０とのそれぞれに、開状態または閉状態とする指令（信号）を送信することで、燃料ガス、酸化ガス、及び置換ガスの供給を制御する。また、制御部１４は、外部負荷切替部１８をはじめとする燃料電池２の各機器の制御を行なう。制御部１４は、燃料ガス供給源２２、または、酸化ガス供給源３２を駆動するための指示（信号）を燃料ガス供給源２２、または、酸化ガス供給源３２へ送信しても良い。
【００３２】
また、外部負荷切替部１８は、スイッチ４６を備える。外部負荷切替部１８は、制御部１４からの指示（信号）に基づいて、スイッチ４６の切り替えにより、燃料電池スタック４と外部負荷との間の電気的な接続または切断の切り替えを行なう。
【００３３】
電圧測定部１６は、各燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧を測定する。しかし、これに限られるものではなく、例えば、漏れが生じ易い燃料電池セル６（例えば、最も高温になる中央部分に積層された燃料電池セル）のみについて、カソード電極１０とアノード電極８との間の電圧が測定されても良い。
【００３４】
以下、図２を用いて、燃料電池２の電気的構成について説明する。制御部１４は、電圧測定部１６と、外部負荷切替部１８と、燃料ガス供給弁２４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス弁３４と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０と、それぞれ電気的に接続される。このため、制御部１４は、燃料ガス供給弁２４と、酸化ガス供給弁３４と、燃料ガス排出弁２６と、酸化ガス排出弁３６と、置換ガス弁４０とのそれぞれに、開状態または閉状態とする指令（信号）を送信することができる。また、制御部１４は、電圧測定部１６で測定された電圧値を取得することができる。また、制御部１４は、外部負荷切替部１８に、スイッチ４６を切り替えるための指令（信号）を送信することができる。例えば、制御部１４等の燃料電池２の電気的構成は、燃料電池セル４で生成された電力を基に動作される。具体的には、燃料電池２は、図示しない二次電池を備える。二次電池には所定量の電力が蓄電されている。燃料電池２の起動時には、制御部１４等の燃料電池２の電気的構成には、二次電池から電力が供給される。そして、燃料電池セル４で生成された電力が、制御部１４等の燃料電池２の電気的構成に供給されても良い。また、燃料電池セル４で生成された電力が、二次電池に供給されて、電力が蓄電されても良い。
【００３５】
（燃料電池を停止するときにおける制御処理の説明）
次に、図３に示すフローチャートを用いて、制御処理の一例を説明する。図３のフローチャートに示す処理は、制御部１４により実行される。本実施形態では、燃料電池２が起動されると、制御部１４は、燃料ガス供給弁２４、酸化ガス弁３４及び燃料ガス排出弁３６を開状態とする。また、燃料電池２が起動されると、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６を閉状態とする。そして、燃料電池スタック４が稼働状態とされる。この稼働状態において、酸化ガスは酸化ガス流路３０内を流れ、燃料ガスは燃料ガス流路２０内に充填している。即ち、本実施形態における燃料電池スタック４は、所謂アノード・デッドエンド型の燃料電池である。また、稼働状態においては、制御部１４は、外部負荷切替部１８のスイッチ４６を外部負荷と電気的に接続し、燃料電池スタック４から外部負荷へ電力が供給される。置換ガス弁４０は、当該稼働状態において、閉じている。このような稼働状態のときに、制御部１４は、図３に示すフローチャートの処理を実行する。
【００３６】
このような稼働状態において、制御部１４は、外部負荷切替部１８に指示（信号）を送信して、スイッチ４６をオフにし、外部負荷との電気的接続を切断する（ステップＳ１０）。次に、制御部１４は、燃料ガス供給弁２４に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の燃料ガス供給弁２４を閉状態にさせる（ステップＳ１２）。  本実施形態の燃料電池スタック４は、稼働中、燃料ガスは燃料ガス流路２０内に充填している所謂アノード・デッドエンド型の燃料電池である。よって、稼働時に、燃料ガス排出弁２６は閉状態である。しかし、何らかの要因で燃料ガス排出弁２６が開いている可能性を考慮し、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、燃料ガス排出弁２６を閉状態にさせる（ステップＳ１４）。つまり、本実施形態では、ステップＳ１４の制御処理は必須のものではない。
【００３７】
次に、制御部１４は、酸化ガス弁３４に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の酸化ガス供給弁３４を閉状態にさせる（ステップＳ１６）。また、制御部１４は、酸化ガス排出弁３６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の酸化ガス排出弁３６を閉状態にさせる（ステップＳ１８）。制御部１４がステップＳ１２〜ステップＳ１８の処理を実行することによって、燃料ガス流路２０及び酸化ガス流路３０内に、燃料ガス及び酸化ガスが密封される。  制御部１４は、ステップＳ１８が実行されてから、時間ＴＡが経過したか否か判断する（ステップＳ２０）。具体的には、制御部１４が備えるＣＰＵ等の計時機能により、計時動作が実行される。ここで時間ＴＡとして、１０秒を例示することができるが、これに限られるものではない。制御部１４は、時間ＴＡが経過していない（ステップＳ２０：ＮＯ）と判定したときには、再度、ステップＳ２０を繰り返す。つまり、時間ＴＡが経過するまでの間、燃料ガス及び酸化ガスを密封された状態が維持される。
【００３８】
このとき、電圧測定部１６により１つの燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧が測定された場合には、電圧の測定値は図５のように示される。このような外部負荷との電気的接続が切断された状態の燃料電池セル６または燃料電池スタック４のアノード電極８とカソード電極１０との間の電圧を、ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）と称する場合がある。  図５において、横軸は時間軸である。図５の上側の［Ａ］には、各弁の開閉の状態を示すタイムチャートが示されている。図５の下側の［Ｂ］及び［Ｃ］には、アノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧の測定値の変化を模式的に示したグラフが示されている。図５［Ｂ］及び［Ｃ］の縦軸は、電圧値を示す。図５［Ｂ］には、燃料ガスの漏れの多い燃料電池セル６に対応するグラフが示されている。図５［Ｃ］には、燃料ガスの漏れの少ない燃料電池セル６に対応するグラフが示されている。実際には、燃料電池セル６の電圧は不規則に変動するが、このタイムチャートでは、直線で模式的に表されている。また、稼働している燃料電池を停止する場合、外部負荷を切断したときに瞬間的に電圧が上昇するが、図５においては、それ以降の電圧の変化を模式的に示している。一方、燃料電池が起動される場合、燃料電池スタック４と外部負荷との電気的接続は切断されている。よって、図５［Ｂ］及び［Ｃ］においては、燃料電池が停止するとき及び起動するときの場合が、同一のグラフで模式的に示されている。
【００３９】
時間ＴＡの間（タイムチャートの下端に示すｔ１〜ｔ２の間）、時間の経過とともに電圧は低下する傾向にある。より詳しくは、燃料ガスの漏れの多い高分子膜１２を備えた燃料電池セル６では、漏れの少ない高分子膜１２を備えたものよりも、時間の経過とともにより大きく電圧が低下する。図５に示すグラフでは、燃料ガスの漏れの多い図５［Ｂ］のグラフに対応する燃料電池セル６の方が、燃料ガスの漏れの少ない図５［Ｃ］のグラフに対応する燃料電池セル６よりも同じ時間が経過したときの電圧低下が大きいので、グラフの傾きが大きくなっている。グラフの傾きが変化する原因は、燃料ガスの漏れに依存する他、例えば、アノード側セパレータに形成された流路に存在する水の排出状態（水の詰まり具合）にも依存する。この水は、カソード電極１０側で生成された水が高分子膜１２を通してアノード電極８側に逆拡散することにより生じる。この水は、燃料ガスとアノード電極８との接触を妨げることによって発電効率を低下させる。この発電効率の低下は、グラフの傾きの変化として現れる。
【００４０】
図３のフローチャートの説明に戻り、制御部１４は、ステップＳ２０で、時間ＴＡを経過したと判定したとき（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、次に、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス排出弁２６を開状態にさせる(ステップＳ２２)。これにより、燃料ガス流路２０に密閉されていた燃料ガスが燃料ガス排出弁２６から排出され、燃料ガス流路２０内の燃料ガスの圧力は、大気圧にほぼ等しい状態となる。次いで、制御部１４は、置換ガス弁４０に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の置換ガス弁４０を開状態にさせる(ステップＳ２４)。これにより、燃料ガス流路２０にある燃料ガスが燃料ガス排出弁２６から排出され、代わりに、燃料ガス流路２０へ置換ガスが供給される。
【００４１】
制御部１４がステップＳ２２及びステップＳ２４を実行することで、燃料ガスの圧力が大気圧に落ちた状態で置換ガスを燃料ガス流路２０に供給することができる。これにより、燃料ガス流路２０内を燃料ガスから置換ガスに置き換えることができる。なお、上述の実施形態では、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６を開状態にした後に、置換ガス弁４０を開状態としたが、燃料ガス排出弁２６及び置換ガス弁４０を同時に開状態としても良いし、置換ガス弁４０を開状態とした後に燃料ガス排出弁２６を開状態としても良い。
【００４２】
次に、制御部１４は、制御部１４がステップＳ２２またはステップＳ２４を実行してから時間ＴＢが経過したか否か判断する（ステップＳ２６）。ここで時間ＴＢは、燃料ガス流路２０に存在する燃料ガスが、置換ガスによって置換されるために必要な時間と比較して、十分に大きな値に設定される。ここで時間ＴＢは、一例として、２分例示することができるが、これに限られるものではない。制御部１４は、時間ＴＢを経過していないと判定したとき（ステップＳ２６：ＮＯ）、次に、制御部１４は、電圧測定部１６により測定される電圧値が閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ２８）。閾値とは、例えば所定の負の値である。電圧測定部１６は、各燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧を測定する。本実施形態のステップＳ２８では、電圧測定部１６により、各燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧値が測定される。このため、ステップＳ２８では、電圧測定部１６により測定された複数の燃料電池セル６についての複数の電圧値の中で、少なくとも１つの電圧値が、閾値以下であるかを判定する。ステップＳ２８では、電圧測定部１６により測定された複数の燃料電池セル６についての複数の電圧値の中で、所定数の電圧値が、閾値以下であるかを判定しても良い。また、ステップＳ２８では、電圧測定部１６により測定された複数の燃料電池セル６についての複数の電圧値全てが、閾値以下であるかを判定しても良い。制御部１４は、電圧値が閾値以下ではないと判定したとき（ステップＳ２８：ＮＯ）、ステップＳ２６に戻り、ステップＳ２６を繰り返す。制御部１４は、電圧値が閾値以下であると判定したとき（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、制御部１４は、所定値以上のリークを検出したと判定する（ステップＳ３０）。ステップS３０では、所定値以上のリークは、即ち燃料ガス漏れがあることを表す。そして、制御部１４は、ステップ３２へ進む。また、制御部１４は、ステップＳ２６で、時間ＴＢが経過したと判定したとき（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ３２に進む。
【００４３】
このような、燃料ガス流路２０へ置換ガスが供給され、酸化ガス流路３０が密封された状態を時間ＴＢに亘って継続したときの、電圧測定部１６による１つの燃料電池セル６のアノード電極８とカソード電極１０との間の電圧の測定値を、図６のグラフに示す。時間ＴＢの間（チャートの下端に示すｔ２〜ｔ３の間）、燃料ガスの漏れの多い高分子膜１２を備えた図５［Ｂ］のグラフの燃料電池セルでは、ｔ２以降、電圧が急激に低下して、０Ｖよりも低下する。そして、電圧は、更に負の値である閾値よりも低下し、最下点に達した後、徐々に０Ｖの方へ戻っていく。このように、電圧測定部１６による電圧の測定値が閾値以下になる場合には、制御部１４は、実用上問題のあるレベルの燃料ガスの漏れがある、つまり「所定値以上の燃料ガスの漏れが生じた」と判定する。
【００４４】
このように電圧が負の値である閾値以下となる理由としては、下記が考えられる。  燃料ガスが高分子膜１２を透過して漏れた場合、カソード電極１０側に所定量以上の燃料ガスが存在する。この状態で、アノード電極８側に置換ガス（例えば、酸化ガス）が充填されると、カソード電極１０側に存在する燃料ガスとアノード電極８側に存在する置換ガスとの間で、燃料電池スタック４が稼働しているときと逆の電位が生じて、負の電圧となる。逆の電位は、燃料電池スタック４が通常稼働しているときに、アノード電極８とカソード電極１０との間に発生される通常の電位と逆の電位である。逆の電位が発生しているとき、電圧測定部１６は、負の値の電圧を測定する。一方、燃料電池スタック４が通常稼働し、通常の電位を発生しているとき、電圧測定部１６は、正の値の電圧を測定する。よって、制御部１４は、電圧測定部１６による電圧の測定値が負の値である閾値以下になった場合には、所定量以上の燃料ガスが高分子膜１２を透過してカソード１０側に漏れたことになり、所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたと判定する。
【００４５】
よって、適切な閾値が設定されることによって、制御部１４は、実用上問題となる所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたか否か判定することができる。この閾値としては、−１０ｍＶ〜―３０ｍＶの間の値を例示することができるが、これに限られるものではない。本実施形態では、電圧測定部１６は、１つの燃料電池セル６のアノード電極８とカソード電極１０との間の電圧を測っているが、これに限られるものではない。図５［Ｃ］のグラフに示す燃料ガスの漏れの少ない（所定値以上の漏れのない）燃料電池セル６においても、ｔ２以降時間ＴＢが経過するまでに、電圧が低下して０Ｖを下回る。これは、正常な燃料電池であっても、いくらかの燃料ガスが高分子膜１２を透過してカソード１０側に漏れるからである。しかし、正常な燃料電池では、燃料ガスの漏れがわずかであるため、電圧測定部１６により測定された電圧が閾値に達することはない。
【００４６】
以上のように、制御部１４は、アノード８に置換ガス（例えば酸化ガス）を供給する制御を行う。このとき、制御部１４は、電圧測定部１６により測定された電圧値が、所定値以下であるか否かを判定する。制御部１４は、電圧値が所定値以下であると判定した場合、高分子膜１２を介する所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたと判定する判定処理を行なう。所定値以上の燃料ガスの漏れの有無の判定を行うことができる。なお、電圧測定部１６は燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧値の測定を常時行うこともできる。電圧測定部１６は、少なくとも時間ＴＢの間、燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧値を測定すればよい。
【００４７】
ステップＳ３０で、制御部１４は、所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたと判定したときには、それに応じた制御処理を行なうことができる。例えば、制御部１４は、音声、ランプ、ディスプレイ表示等によるアラーム報知を行ったり、燃料電池スタック４が再稼働しないようにインターロックをかける制御処理を行なうことができる。
【００４８】
次に、ステップＳ３２において、制御部１４は、酸化ガス供給弁３４に、開状態とする）指示（信号）を送信して、閉状態の酸化ガス供給弁３４を開状態にさせる(ステップＳ３２)。また、制御部１４は、酸化ガス排出弁３６に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の酸化ガス排出弁３６を開状態にさせる(ステップＳ３４)。制御部１４がステップＳ３２及びステップＳ３４の処理を実行することで、酸化ガス流路３０に酸化ガスが供給される状態とする。これにより、酸化ガス流路３０中にあったガス(燃料ガスと酸化ガスが混在する可能性のあるガス)が、酸化ガス排出弁３６を介して排気され、酸化ガス流路３０に酸化ガスが供給される。よって、酸化ガス流路３０中の燃料ガスがなくなるので、図５［Ｂ］又は［Ｃ］に示すように負の値の電圧値は０Ｖ近傍に近づいていく。  次に、制御部１４は、置換ガス弁４０に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の置換ガス弁４０を閉状態にさせる(ステップＳ３６)。そして、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の燃料ガス排出弁２６を閉状態にさせる(ステップＳ３８)。制御部１４がステップＳ３６及びステップＳ３８の処理を実行することで、燃料ガス流路２０への置換ガスの供給が停止される。
【００４９】
その後、制御部１４は、制御部１４がステップＳ３８を実行してから時間ＴＣが経過したか否か判断する（ステップＳ４０）。ここで時間ＴＣとして、１０秒を例示することができるが、これに限られるものではない。制御部１４は、時間ＴＣが経過していないと判断したとき（ステップＳ４０：ＮＯ）、ステップＳ４０を繰り返す。つまり、時間ＴＣの間、燃料ガス流路２０が密封され、酸化ガス流路３０に酸化ガスが供給された状態が維持される。この間に、負の値の電圧値は０Ｖ近傍に近づいていく。  制御部１４は、時間ＴＣが経過したと判断したとき（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、制御部１４は酸化ガス供給源３２に指示（信号）を送信して、酸化ガスの供給を停止する（ステップＳ４２）。次に、制御部１４は、酸化ガス供給弁３４に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の酸化ガス供給弁３４を閉状態にさせる（ステップＳ４４）。そして、制御部１４は、酸化ガス排出弁３６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の酸化ガス排出弁３６を閉状態にさせる（ステップＳ４６）。制御部１４がステップＳ４４及びステップＳ４６の処理を実行することによって、燃料電池スタック４を停止状態にする。これにより、制御部１４は、図３に示す制御処理を終了する。
【００５０】
（燃料電池を起動時における制御処理の説明）
次に、図４に示すフローチャートを用いて、燃料電池スタック４の起動時における制御処理の一例を説明する。図４のフローチャートに示す処理も、制御部１４により実行される。
【００５１】
本実施形態では、停止状態において、燃料ガス供給弁２４、燃料ガス排出弁２６、酸化ガス供給弁３４、酸化ガス排出弁３６及び置換ガス弁４０は全て閉じている。また、スイッチ４６はオフであり、外部負荷及び燃料電池スタック４の電気的接続が切断されている。燃料電池２が停止状態から起動状態に設定されたときに、図４に示すフローチャートの処理が制御部１４により実行される。
【００５２】
制御部１４は、燃料ガス供給弁２４に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス供給弁２４を開状態にさせる（ステップＳ６０）。そして、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス排出弁２６を開状態にさせる（ステップＳ６２）。これにより、燃料ガスが燃料ガス流路２０へ供給される。次に、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の燃料ガス排出弁２６を閉状態にさせる（ステップＳ６４）。制御部１４は、燃料ガス供給弁２４に、閉状態とする指令（信号）を送信して、開状態の燃料ガス供給弁２４を閉状態にさせる（ステップＳ６６）。これにより、制御部１４は、燃料ガス流路２０中に、燃料ガスが密封された状態を形成する。  制御部１４は、制御部１４がステップＳ６６を実行してから時間ＴＤが経過したか否か判断する（ステップＳ６８）。ここで時間ＴＤとして、停止時のＴＡと同様に１０秒を例示することができるが、これに限られるものではない。制御部１４は、時間ＴＤが経過していないと判断したとき（ステップＳ６８：ＮＯ）、ステップＳ６８を繰り返す。つまり、時間ＴＤの間、燃料ガス及び酸化ガスが密封された状態が維持される。
【００５３】
このとき、電圧測定部１６により１つの燃料電池セル６のアノード電極８とカソード電極１０との間の電圧が測定された場合には、当該電圧は、上述したステップＳ２０と同様に、図５［Ｂ］又は［Ｃ］のように示される。燃料ガスの漏れの多い図５［Ｂ］のグラフに対応する燃料電池セルの方が、燃料ガスの漏れの少ない図５［Ｃ］のグラフに対応する燃料電池セルよりも電圧低下が大きく、グラフの傾きが大きくなる。制御部１４は、時間ＴＤが経過したと判断したとき（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、次に、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス排出弁２６を開状態にさせる (ステップＳ７０)。そして、制御部１４は、置換ガス弁４０に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の置換ガス弁４０を開状態にさせる(ステップＳ７２)。これにより、燃料ガス流路２０にある燃料ガスが燃料ガス排出弁２６から排出されて、代わりに、燃料ガス流路２０に置換ガスが供給される。制御部１４は、ステップＳ７０及びステップＳ７２を実行することによって、燃料ガス流路２０に燃料ガスから置換ガスに置き換えることができる。
【００５４】
次に、制御部１４は、制御部１４がステップＳ７２を実行してから時間ＴＥが経過したか否か判断する（ステップＳ７４）。ここで時間ＴＥとして、停止時のＴＢと同様に２分を例示することができるが、これに限られるものではない。制御部１４は、時間ＴＥが経過していないと判断したとき（ステップＳ７４：ＮＯ）、電圧測定部１６により測定される電圧値が閾値以下であるか否か判断する（ステップＳ７６）。閾値とは、例えば所定の負の値である。制御部１４は、電圧値が閾値以下ではないと判断したとき（ステップＳ７６：ＮＯ）、ステップＳ７４を繰り返す。  制御部１４は、電圧値が閾値以下であると判断したとき（ステップＳ７６：ＹＥＳ）、制御部１４は、所定値以上のリークを検出したと判定する（ステップＳ７８）。所定値以上のリークは、即ち燃料ガス漏れがあることを表す。そして、所定値以上のリークを検出したと判定すると、制御部１４は、起動時における制御処理を終了する。このとき、例えば、制御部１４は、音声、ランプ、ディスプレイ表示等によるアラーム報知を行ったり、燃料電池スタック４が再稼働しないようにインターロックをかける制御処理を行なうことができる。  また、制御部１４は、ステップＳ７４で、時間ＴＥが経過した（ステップＳ７４：ＹＥＳ）と判断したときには、ステップＳ８０に進む。
【００５５】
このような、燃料ガス流路２０へ置換ガスが供給され、酸化ガス流路３０が密封された状態を時間ＴＥ継続したときの、１つの燃料電池セル６のアノード電極８とカソード電極１０との間の電圧の測定値を、燃料電池スタック４を停止するときと同様に図５に示す。燃料ガスの漏れの多い高分子膜１２を備えた図５［Ｂ］のグラフに対応する燃料電池セル６では、ｔ２以降、電圧が急激に低下して、０Ｖよりも低下する。そして、電圧は、更に負の値である閾値よりも低下し、最下点に達した後、徐々に０Ｖの方へ戻っていく。このように、電圧測定部１６による電圧の測定値が閾値以下になる場合には、制御部１４は、「所定値以上の燃料ガスの漏れが生じた」と判定する。
【００５６】
図５［Ｃ］のグラフに対応する所定値以上の漏れのない燃料電池セル６においても、電圧が低下して０Ｖを下回るが、閾値に達することはない。このため、制御部１４は、当該電圧が所定値以下であると判定した場合（ステップＳ７６：ＹＥＳ）、高分子膜１２を介する所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたと判定する判定処理（ステップＳ７８）を行なうことができる。
特に、制御部１４は、所定の時間（時間ＴＥ）が経過したと判定するまで、電圧測定部１６で測定された電圧に基づいて、ステップＳ７８を繰り返し実行する。このため、より確実に、所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたか否か判定することができる。特に、燃料ガスが大気圧に落ちた状態で置換処理（ステップＳ７２）を行うことができるという利点を有する。
【００５７】
なお、電圧測定部１６は燃料電池セル６のアノード電極８及びカソード電極１０の間の電圧の測定を、常時行うこともできるが、電圧測定部１６は、少なくとも時間ＴＥの間測定すればよい。
【００５８】
次に、ステップＳ８０以降においては、所定値以上の漏れのない燃料電池セルであると判定できたので、制御部１４は、燃料電池スタック４の稼働を開始するための一連の制御処理を行なう。まず、制御部１４は、酸化ガス供給弁３４に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の酸化ガス供給弁３４を開状態にさせる(ステップＳ８０)。そして、制御部１４は、酸化ガス排出弁３６に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の酸化ガス排出弁３６を開状態にさせる(ステップＳ８２)。これにより、密封状態の酸化ガス流路３０に酸化ガスが供給される状態に切り替える。次に、制御部１４は、置換ガス弁４０に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の置換ガス弁４０を閉状態にさせる(ステップＳ８４)。そして、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、閉状態とする指示（信号）を送信して、開状態の燃料ガス排出弁２６を閉状態にさせる(ステップＳ８６)。制御部１４がステップＳ８４及びステップＳ８６を実行することによって、燃料ガス流路２０への置換ガスの供給が停止される。
【００５９】
次に、制御部１４は、燃料ガス供給弁２４に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス供給弁２４を開状態にさせる（ステップＳ８８）。そして、制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、開状態とする指示（信号）を送信して、閉状態の燃料ガス排出弁２６を開状態にさせる（ステップＳ９０）。これにより、燃料ガス流路２０に残っていた置換ガスが燃料ガス排出弁２６から排出され、燃料ガスの２０への供給が開始される。制御部１４は、燃料ガス排出弁２６に、閉状態とする指令（信号）を送信して、開状態の燃料ガス排出弁２６を閉状態にさせる（ステップＳ９２）。特に、燃料電池スタック４で消費された分だけ供給する所謂アノード・デッドエンド型の燃料電池では、置換ガス排出後、開いている燃料ガス排出弁２６を閉じても良い。  そして、制御部１４は、外部負荷切替部１８へ指示（信号）を送信して、スイッチ４６をオンにして、燃料電池２と外部負荷とを電気的に接続させる（ステップＳ９４）。これにより、燃料電池スタック４の稼働が開始される。これにより、制御部１４は、起動時の制御処理を終了する。
【００６０】
（燃料ガスの漏れの検出方法の説明）
図３、４に示すフローチャートでは、燃料電池２に備えられた制御部１４による燃料ガスの漏れの検出に関する制御処理を示したが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池セル６のアノード電極８及びカソ−ド電極１０に、燃料電池２には含まれない別の測定装置を用いて、アノード電極８とカソード電極との間の電圧を測定しても良い。また、燃料電池２とは別の制御部を用いて、燃料ガス漏れの検出に関する処理を行なうこともできる。また、アノード電極８とカソード電極１０間の電圧の測定値に基づいて、使用者が閾値との比較を行って、燃料ガスの漏れの検出に関する判定を行なうこともできる。
【００６１】
上述のような手順で、燃料電池セル６のアノード電極８とカソード１０間の電圧を測定して、燃料ガス漏れの検出を行った結果を、図６のグラフに示す。図６の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。グラフに示されたｔ１、ｔ２、ｔ３は、図５に記載のｔ１、ｔ２、ｔ３と同じタイミングを示す。この結果は、稼働していた燃料電池スタックの停止時における燃料ガス漏れの検出ための測定結果を示す。
【００６２】
ｔ１において、燃料電池スタック及び外部負荷の電気的接続が切断されると（ステップＳ１０参照）、一瞬、アノード・カソード間の電圧が上昇し、時間ＴＡの間（ステップＳ１２〜Ｓ２０参照）、ｔ１からｔ２の間に電圧が徐々に低下する。ｔ２において、燃料ガス流路の燃料ガスが置換ガス（本実施例では酸化ガス）に置き換えられると（ステップＳ２２、２４参照）、時間ＴＢが経過するｔ２からｔ３までの間に（ステップＳ２６〜Ｓ３０参照）、アノード電極８とカソード電極１０との間の電圧が急激に低下して、０Ｖよりも低下し、−０．２Ｖ近くまで低下して最下点に達し、その後、徐々に０Ｖの方へ戻っていく。閾値が、−１０ｍＶ〜−３０ｍＶの間の値とすれば、制御部１４は、明らかに、所定値以上の燃料ガスの漏れが生じていると判定することができる。
【００６３】
ｔ３で、酸化ガス流路３０中の燃料ガスも混在する酸化ガスを排気して、酸化ガスを供給することにより、時間ＴＣが経過するｔ３からｔ４までの間に（ステップＳ３２〜Ｓ４０参照）、電圧値は０Ｖ近傍に近づいていく。燃料ガス供給弁２４、燃料ガス排出弁２６、酸化ガス供給弁３４、酸化ガス排出弁３６及び置換ガス弁４０の全ての弁を閉じて停止状態にした後（ステップＳ４２〜Ｓ４６参照）、電圧値は、ほぼ０Ｖとなる。
【００６４】
以上のように、上述の実施形態においては、電圧が所定値以下であったとき、高分子膜１２を介する所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたと判定することができる。特に、制御部１４が、置換ガスをアノード電極８に供給するように制御した後、所定の時間（時間ＴＢ又はＴＥ）に亘って電圧測定部１６で測定された電圧に基づいて判定することにより、より確実に、所定値以上の燃料ガスの漏れが生じたか否か判定することができる。
【００６５】
本実施形態では、図１に示す置換ガス供給弁４０、置換ガス供給源４２、及び、置換ガス経路４４を用いたが、これに限定されるものではない。例えば、図７に示す置換ガス供給弁４０´、置換ガス供給源４２´、及び、置換ガス経路４４´が用いられても良い。図７の例では、酸化ガス供給源３２とは別に、置換ガス供給源４２´が用いられた例である。図７では、例えば、置換ガス供給源４２´と、置換ガス供給弁４０´とは管で接続される。そして、置換ガス供給弁４０´と、置換ガス経路４４´とは、例えば、管で接続される。燃料スタック４の内部では、燃料スタック４の内壁が、置換ガス経路４４´を構成しても良い。図７に示すように、置換ガス経路４４´の一端が置換ガス供給弁に接続され、他端が、燃料ガス流路２０に接続される。
【００６６】
また、本実施形態では、ステップＳ２８またはステップＳ７６で、制御部１４は、電圧の測定値が、所定の負の値以下であるかを判定した。変形例として、ステップＳ２８またはステップＳ７６で、制御部１４は、電圧の測定値が、負の値であるかを判定しても良い。これにより、制御部１４は、燃料ガスが高分子膜１２を透過して漏れた可能性があることを検出することができる。
【００６７】
また、本実施形態では、ステップＳ２８またはステップＳ７６で、制御部１４は、電圧の測定値が、所定の負の値以下であるかを判定した。変形例として、ステップＳ２８またはステップＳ７６で、制御部１４は、電圧の測定値が、所定値以上の正または負の電圧値であるかを判定しても良い。ステップＳ２４またはステップＳ７２で、制御部１４が置換ガス弁４０を開状態にすることで、燃料ガス流路２０には酸化ガスが充填されることになる。この場合、燃料電池２により電力が生成されないため、燃料ガスが高分子膜１２を透過して漏れていなければ、基本的に、電圧測定部１６により所定値以上の電圧値は測定されない。ステップＳ２８またはステップＳ７６で、制御部１４が、電圧の測定値が、所定値以上の正または負の電圧値であるかを判定することで、制御部１４が、燃料ガスが高分子膜１２を透過して漏れたことを検出することもできる。
【符号の説明】
【００６８】
２            燃料電池
４            燃料電池スタック
６            燃料電池セル
８            アノード電極
１０          カソード電極
１２          高分子膜
１４          制御部
１６          電圧測定部
１８          外部負荷切替部
２０          燃料ガス流路
２２          燃料ガス供給源
２４          燃料ガス供給弁
２６          燃料ガス排出弁
３０          酸化ガス流路
３２          酸化ガス供給源
３４          酸化ガス供給弁
３６          酸化ガス排出弁
４０          置換ガス弁
４２          置換ガス供給源
４４          置換ガス経路
【図１】
2015092447.tif 000003
【図２】
2015092447.tif 000004
【図３】
2015092447.tif 000005
【図４】
2015092447.tif 000006
【図５】
2015092447.tif 000007
【図７】
2015092447.tif 000008
【図６】
2015092447.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月6日(2015.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、
前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、
前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、
酸素を含む第２媒体を供給可能な第２媒体供給源と、
前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、前記第２媒体供給源と前記燃料電池セルとの間に設けられ、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、
前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、
前記第１弁と前記燃料電池セルとの間の位置と、前記第２媒体供給源と前記第３弁との間の位置とを接続する流路に設けられ、前記アノード電極へ前記第２媒体を供給するための第５弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第５弁と、
前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させる制御部と、
前記制御部により、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とが開状態にされ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧値が、所定値以下の負の電圧値であるかを判定する判定部と、
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池は、さらに、
前記判定部により、前記第１電圧値が前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料電池は、前記燃料電池セルを複数備え、
前記第１弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第１媒体を供給するための前記第１弁であり、
前記第２弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第２弁であり、
前記第３弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記カソード電極へ前記第２媒体を供給するための前記第３弁であり、
前記第４弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第４弁であり、
前記第５弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第３媒体を供給するための前記第５弁であり、
前記電圧測定部は、前記複数の燃料電池セルそれぞれが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定し、
前記判定部は、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすかを判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池は、さらに、
前記判定部により、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とが閉状態にされた後に、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料電池は、さらに、
前記燃料電池と外部負荷とが電気的に接続された接続状態と、前記燃料電池と前記外部負荷とが電気的に切断された切断状態と、を切り替え可能な切替部を備え、
前記切替部により前記切断状態に切り替えられたことに応じて、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の燃料電池。
【請求項８】
アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、
前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、
前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、
酸素を含む第２媒体を供給可能な第２媒体供給源と、
前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、前記第２媒体供給源と前記燃料電池セルとの間に設けられ、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、
前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、
前記第１弁と前記燃料電池セルとの間の位置と、前記第２媒体供給源と前記第３弁との間の位置とを接続する流路に設けられ、前記アノード電極へ前記第２媒体を供給するための第５弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第５弁と、
前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、を備えた燃料電池の検出方法であって、
特定の第１条件を満たしたことに応じて、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁を開状態にさせ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させる制御ステップと、
前記制御ステップにより、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁が開状態にされ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧が、所定値以下の負の電圧値であるかを判定する判定ステップと、
を含む検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、酸素を含む第２媒体を供給可能な第２媒体供給源と、前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、前記第２媒体供給源と前記燃料電池セルとの間に設けられ、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、前記第１弁と前記燃料電池セルとの間の位置と、前記第２媒体供給源と前記第３弁との間の位置とを接続する流路に設けられ、前記アノード電極へ前記第２媒体を供給するための第５弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第５弁と、前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させる制御部と、前記制御部により、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とが開状態にされ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧値が、所定値以下の負の電圧値であるかを判定する判定部と、を備えたことを特徴とする燃料電池である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記判定部は、前記特定の条件として、前記制御部により前記第５弁が開状態に設定されてから所定時間以内に、前記第１電圧値が所定値以下の負の電圧値であるかを判定することを特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記判定部により、前記第１電圧値が前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料電池は、前記燃料電池セルを複数備え、前記第１弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第１媒体を供給するための前記第１弁であり、前記第２弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第２弁であり、前記第３弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記カソード電極へ前記第２媒体を供給するための前記第３弁であり、前記第４弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極からガスを排出するための前記第４弁であり、前記第５弁は、前記複数の燃料電池セルそれぞれの前記アノード電極へ前記第３媒体を供給するための前記第５弁であり、前記電圧測定部は、前記複数の燃料電池セルそれぞれが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定し、前記判定部は、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすかを判定することを特徴とする。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
請求項５に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記判定部により、前記電圧測定部に測定された前記複数の燃料電池セルの前記第１電圧値の少なくとも１つが、前記特定の条件を満たすと判定された場合、前記高分子膜を介して気体の漏れが生じたと決定する決定部を備えることを特徴とする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とが閉状態にされた後に、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項７に記載の発明によれば、前記燃料電池は、さらに、前記燃料電池と外部負荷とが電気的に接続された接続状態と、前記燃料電池と前記外部負荷とが電気的に切断された切断状態と、を切り替え可能な切替部を備え、前記切替部により前記切断状態に切り替えられたことに応じて、前記制御部は、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第２弁と前記第５弁とを開状態にさせることを特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項８に記載の発明によれば、アノード電極と、カソード電極と、水素イオン透過性の高分子膜と、から構成される燃料電池セルと、前記アノード電極へ水素を含む第１媒体を供給するための第１弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第１弁と、前記アノード電極からガスを排出するための第２弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第２弁と、酸素を含む第２媒体を供給可能な第２媒体供給源と、前記カソード電極へ酸素を含む第２媒体を供給するための第３弁であって、前記第２媒体供給源と前記燃料電池セルとの間に設けられ、開状態と閉状態とを切り替え可能な第３弁と、前記カソード電極からガスを排出するための第４弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第４弁と、前記第１弁と前記燃料電池セルとの間の位置と、前記第２媒体供給源と前記第３弁との間の位置とを接続する流路に設けられ、前記アノード電極へ前記第２媒体を供給するための第５弁であって、開状態と閉状態とを切り替え可能な第５弁と、前記燃料電池セルが発生する前記アノード電極と前記カソード電極との間の電圧を測定する電圧測定部と、を備えた燃料電池の検出方法であって、特定の第１条件を満たしたことに応じて、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁を開状態にさせ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させる制御ステップと、前記制御ステップにより、前記第１弁と、前記第３弁と、前記第４弁とを閉状態にさせ、前記第５弁が開状態にされ、前記第２媒体供給源に前記第２媒体を供給させた後に、前記電圧測定部により測定された第１電圧が、所定値以下の負の電圧値であるかを判定する判定ステップと、を含む検出方法である。