(57)【要約】【課題】燃料ガスを一切用いずにアノード側パージ弁の異常を検査することができる、固体高分子型燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の固体高分子型燃料電池システム１は、水素流路部材１０と空気流路部材２０とに接続された置換流路部材３０を備える。置換流路部材３０の途中には、置換弁３１が接続される。制御部４０は、置換弁３１を開くことで、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び水素流路部材１０を通る検査ルートを形成する。制御部４０は、エアーポンプ２１から検査ルートに供給される酸化ガスを用いて、燃料ガスパージ弁１４、燃料ガス遮断弁１３、置換弁３１などの開閉動作の正常又は異常を検査する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う固体高分子型燃料電池システムであって、
前記膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体を挟持するセパレータとを含む単位電池セルの積層体であるスタックと、
途中に前記スタックが配置され、燃料ガス流路を規定する燃料ガス流路部材と、
途中に前記スタックが配置され、酸化ガス流路を規定する酸化ガス流路部材と、
前記スタックよりも上流の位置で、前記燃料ガス流路部材及び前記酸化ガス流路部材に接続された、置換流路を規定する置換流路部材と、
前記置換流路部材よりも上流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス供給源と、
前記置換流路部材より上流に位置する前記燃料ガス流路部材に対して燃料ガス供給源から流入する燃料ガスを遮断可能に構成され、前記スタックより上流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された燃料ガス遮断弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置されたアノード側パージ弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス遮断弁と、
前記置換流路部材の途中に配置され、開いた状態となったときに、前記酸化ガス流路部材、前記置換流路部材及び前記燃料ガス流路部材を通る検査ルートを定義する置換弁と、
前記検査ルート上に配置され、前記酸化ガスに関連する物理量を検出する検出部と、
一又は複数の制御手段と、を含み、
前記制御手段が、いずれかのタイミングで、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う、固体高分子型燃料電池システム。
ａ）前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｂ）前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｃ）前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指示を送信する制御
ｄ）前記検出部の検出結果に基づき、前記アノード側パージ弁の開閉動作の正常又は異常を決定する制御
【請求項２】
前記制御手段が、下記ｅ）、ｆ）の制御を実行する、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｅ）前記ａ）の制御における前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に加え、前記置換弁及び前記アノード側パージ弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｆ）前記ｅ）及び前記ｃ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記燃料ガス遮断弁、前記酸化ガス遮断弁、前記置換弁及び前記アノード側パージ弁のいずれかの閉動作が異常であると決定する制御
【請求項３】
前記制御手段が、下記ｇ）、ｈ）の制御を行う、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｇ）前記ｅ）及び前記ｃ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｈ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記アノード側パージ弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項４】
前記制御手段が、下記ｉ）、ｊ）の制御を実行する、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｉ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記アノード側パージ弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｊ）前記ｉ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁又は前記アノード側パージ弁の開動作が異常であると決定する制御
【請求項５】
前記制御手段が、下記ｋ）、ｌ）の制御を実行する、請求項４に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｋ）前記ｊ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記置換弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｌ）前記ｋ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記置換弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項６】
前記制御手段が、下記ｍ）、ｎ）の制御を実行する、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｍ）前記ｅ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁及び前記アノード側パージ弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｎ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁又は前記アノード側パージ弁の開動作が異常であると決定する制御
【請求項７】
前記制御手段が、下記ｏ）、ｐ）の制御を実行する、請求項６に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｏ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記アノード側パージ弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｐ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記アノード側パージ弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項８】
前記制御手段が、下記ｑ）、ｒ）の制御を実行する、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｑ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合は、前記置換弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｒ）前記ｑ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記置換弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項９】
前記置換流路部材の途中に配置され、前記燃料ガス流路部材から前記酸化ガス流路部材への前記燃料ガスの流れを遮断可能に構成される遮断弁を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記置換流路部材と前記スタックとの間の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置され、前記スタックから前記置換流路部材への水の流れを遮断可能に構成される遮断弁を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１１】
前記置換流路部材と前記スタックとの間の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された第２の燃料ガス遮断弁を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１２】
膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う固体高分子型燃料電池システムであって、
前記膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体を挟持するセパレータとを含む単位電池セルの積層体であるスタックと、
途中に前記スタックが配置され、燃料ガス流路を規定する燃料ガス流路部材と、
途中に前記スタックが配置され、酸化ガス流路を規定する酸化ガス流路部材と、
前記スタックよりも上流の位置で、前記燃料ガス流路部材及び前記酸化ガス流路部材に接続された、置換流路を規定する置換流路部材と、
前記置換流路部材よりも上流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス供給源と、
前記置換流路部材より上流に位置する前記燃料ガス流路部材に対して燃料ガス供給源から流入する燃料ガスを遮断可能に構成され、前記スタックより上流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された燃料ガス遮断弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置されたアノード側パージ弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス遮断弁と、
前記置換流路部材の途中に配置され、開いた状態となったときに、前記酸化ガス流路部材、前記置換流路部材及び前記燃料ガス流路部材を通る検査ルートを定義する置換弁と、
前記検査ルート上に配置され、前記酸化ガスに関連する物理量を検出する検出部と、
前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に対して閉動作する指示を送信し、前記置換弁に対して開動作する指示を送信する第１送信手段と、
前記第１送信手段による指示の送信に応じて、前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指示を送信する第２送信手段と、
前記第２送信手段による指示の送信に応じた前記検出部の検出結果に基づき、前記アノード側パージ弁の開閉動作の正常又は異常を決定する第１決定手段と、
を備える、
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガス流路から水や不純物を排出するためのアノード側パージ弁の開閉動作の異常を検査する固体高分子型燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池は、膜／電極接合体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟み込んだ単位電池セルを積層したスタックを備える。固体高分子型燃料電池は、スタックの個々の単位電池セルにおけるアノードに供給された燃料ガス（例えば水素）と、カソードに供給された酸化ガス（例えば空気）との反応により電力と水とを生成する。
【０００３】
水素イオンが固体高分子電解質膜を通してアノードからカソードに移動するため、水は、個々の単位電池セルのカソードで生成される。生成された水の一部は、固体高分子電解質膜を通してカソードからアノードに逆拡散する。水が燃料ガス流路に溜まると、スタックへの燃料ガスの供給が妨げられる。この結果、固体高分子型燃料電池の発電効率が低下してしまう。また、燃料ガスには、燃料ガス以外にも、一酸化炭素などの不純物が含まれている。燃料ガスの燃焼に伴い、スタック内のアノード周囲における不純物の濃度が上昇すると、相対的に燃料ガスの分圧が下がることにより、発電量が低下してしまう。
【０００４】
従来の固体高分子型燃料電池システムは、燃料ガス流路にアノード側パージ弁を備える。例えば、デッドエンド式の燃料電池の場合、アノード側パージ弁は、スタックよりも下流に備えられる。燃料ガス流路に溜まった水や不純物は、アノード側パージ弁を開くことで外部に排出される。このような固体高分子型燃料電池システムは、アノード側パージ弁の異常を検査する機能を備える。ここで、弁の異常には、開動作の異常と、閉動作の異常とが含まれる。弁の開動作の異常とは、開動作の指令があったときに弁が開かない異常を意味する。弁の閉動作の異常とは、閉動作の指令があったときに弁が閉じない異常を意味する。
【０００５】
例えば、特開２００３−９２１２５号公報（特許文献１）には、燃料電池の発電中における、水素循環流路の水素圧力と、水素のパージ指令の有無とに基づいて、水素パージ弁の異常を検査する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、水素パージ指令がないときに測定された水素圧力が閾値より小さい場合に、水素パージ弁の閉動作の異常と判断する。また、この燃料電池システムは、水素パージ指令があったときに測定された水素圧力が閾値より大きい場合に、水素パージ弁の開動作の異常と判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−９２１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の燃料電池システムは、水素パージ弁の異常を検査するために、水素循環流路に水素を供給しなければならなかった。このため、従来の燃料電子システムには、検査の度に、発電に使われるべき燃料ガスが無駄に消費されるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、酸化ガスを用いてアノード側パージ弁の正常又は異常を検査することができる固体高分子型燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の固体高分子型燃料電池システムは、膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う固体高分子型燃料電池システムであって、前記膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体を挟持するセパレータとを含む単位電池セルの積層体であるスタックと、途中に前記スタックが配置され、燃料ガス流路を規定する燃料ガス流路部材と、途中に前記スタックが配置され、酸化ガス流路を規定する酸化ガス流路部材と、前記スタックよりも上流の位置で、前記燃料ガス流路部材及び前記酸化ガス流路部材に接続された、置換流路を規定する置換流路部材と、前記置換流路部材よりも上流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス供給源と、前記置換流路部材より上流に位置する前記燃料ガス流路部材に対して燃料ガス供給源から流入する燃料ガスを遮断可能に構成され、前記スタックより上流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された燃料ガス遮断弁と、前記スタックよりも下流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置されたアノード側パージ弁と、前記スタックよりも下流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス遮断弁と、前記置換流路部材の途中に配置され、開いた状態となったときに、前記酸化ガス流路部材、前記置換流路部材及び前記燃料ガス流路部材を通る検査ルートを定義する置換弁と、前記検査ルート上に配置され、前記酸化ガスに関連する物理量を検出する検出部と、一又は複数の制御手段と、を含み、前記制御手段が、いずれかのタイミングで、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う構成となっている。
ａ）前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｂ）前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｃ）前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指示を送信する制御
ｄ）前記検出部の検出結果に基づき、前記アノード側パージ弁の開閉動作の正常又は異常を決定する制御
【発明の効果】
【００１０】
本発明の固体高分子型燃料電池システムによれば、酸化ガスを用いてアノード側パージ弁の正常又は異常を検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る固体高分子型燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】上記固体高分子型燃料電池システムに含まれるスタックを示す斜視図である。
【図３】上記スタックの構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る弁検査の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る弁検査の制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜システムの全体構成＞
図１において、本実施形態の固体高分子型燃料電池システム１は、スタック１００と、水素流路部材（燃料ガス流路部材）１０と、空気流路部材（酸化ガス流路部材）２０と、置換流路部材３０とを含む。水素流路部材１０は、スタック１００のアノード側の出入口に接続される。空気流路部材２０は、スタック１００のカソード側の出入口に接続される。置換流路部材３０は、スタック１００の上流の位置において、水素流路部材１０と空気流路部材２０とに接続される。
【００１３】
＜＜スタックに関連する構成＞＞
図２に示されるように、スタック１００は、直列に積層された複数の単位電池セル１０１ａと、一対のエンドプレート１０１Ｂとを備える。一対のエンドプレート１０１Ｂは、複数の単位電池セル１０１ａの積層方向の両端を挟み込む。複数本のボルト１０１Ｃは、複数の単位電池セル１０１ａ及び一対のエンドプレート１０１Ｂを貫通し、複数の単位電池セル１０１ａ及び一対のエンドプレート１Ｂを互いに固定する。
【００１４】
図３に示されるように、スタック１００を構成する各単位電池セル１０１ａは、膜／電極接合体１３０と、一対のガスケット１２０と、一対のセパレータ１１０とを有する。一対のガスケット１２０は、膜／電極接合体１３０の両面において、膜／電極接合体１３０の周縁部に設けられる。一対のセパレータ１１０は、それぞれ一対のガスケット１２０を介して、膜／電極接合体１３０を挟持する。
【００１５】
膜／電極接合体１３０は、固体高分子電解質膜１３１、カソード電極（非図示）及びアノード電極１３３を有する。固体高分子電解質膜１３１は、プロトンの導電性を有する。固体高分子電解質膜１３１は、含水状態においてプロトンを選択的に輸送する。アノード電極１３３は、膜／電極接合体１３０の表面に、カソード電極は、膜／電極接合体１３０の裏面に、それぞれ接触する。これらカソード電極及びアノード電極１３３は、触媒層とガス拡散層とを有する。ガス拡散層は、燃料ガス及び酸化ガスの通気性と導電性とを兼ね備える。ガス拡散層の固体高分子電解質膜１３１に接する側の表面には、白金系の金属触媒を担持したカーボン粉末を主成分とする触媒層が設けられる。
【００１６】
セパレータ１１０は、金属製の長方形の板材からなる。セパレータ１１０は、複数の第１流路壁１１１と、複数の第２流路壁（非図示）と、一対の第１開口１１２と、一対の第１開口１１４と、一対の第２開口１１３と、一対の第２開口１１５とを含む。
【００１７】
図３に示すセパレータ１１０の表面における中央には、複数の第１流路壁１１１が間隔をあけて平行に設けられる。全ての第１流路壁１１１を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０の裏面に設けられたカソード電極（非図示）の外形に対応する。各第１流路壁１１１は、膜／電極接合体１３０に供給される酸化ガスの複数の第１流路１１１ａを形成する。これら第１流路１１１ａの一端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、一対の第１開口１１２が設けられる。また、これら第１流路１１１ａの他端には、セパレータ１１０の短辺に沿って、一対の第２開口１１３が設けられる。膜／電極接合体１３０のカソード電極に供給される酸化ガスは、第１開口１１２を通過する。膜／電極接合体１３０のカソード電極から排出される酸化ガスや水は、第２開口１１３を通過する。
【００１８】
また、セパレータ１１０の裏面における中央には、同様に、複数の第２流路壁（非図示）が間隔をあけて平行に設けられる。複数の第２流路壁は、表面のストレート型の流路壁１１１と異なり、その両端が第１開口１１４及び第２開口１１５に向かってそれぞれ直角に曲折したサーペンタイン型となっている。複数の第２流路壁を含む略長方形の領域は、膜／電極接合体１３０の表面に設けたアノード電極１３３の外形に対応する。各第２流路壁は、膜／電極接合体１３０に供給される燃料ガスの複数の第２流路（非図示）を形成する。膜／電極接合体１３０のアノード電極１３３に供給される燃料ガスは、第１開口１１４を通過する。膜／電極接合体１３０のアノード電極１３３から排出される燃料ガスや水は、第２開口１１５を通過する。
【００１９】
セパレータ１１０の互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の挿通孔１１６が等間隔で設けられる。本実施形態では、セパレータ１１０の強度を向上させるため、第１開口１１４及び第２開口１１５が、隣接する２つの挿通孔１１６の間の領域に設けられる。
【００２０】
ガスケット１２０は、セパレータ１１０とほぼ同一寸法の長方形のシート材からなる。ガスケット１２０は、貫通孔１２１〜１２６を有する。ガスケット１２０を形成するシート材としては、例えば、極めて薄く加工したゴム又はエラストマーなどの弾性体を用いることができる。ガスケット１２０の中央には、最も大きな長方形の貫通孔１２１が設けられる。この貫通孔１２１の外形及び位置は、セパレータ１１０の表面に形成された各第１流路壁１１１と、セパレータ１０の裏面に形成された各第２流路壁（非図示）とを含む、略長方形の領域に対応する。また、貫通孔１２１の外形は、膜／電極接合体１３０の両面に設けたカソード電極（非図示）及びアノード電極１３３にも対応する。
【００２１】
ガスケット１２０の互いに対向する短辺の近傍で、かつ長方形の貫通孔１２１の両端には、それぞれ一対の貫通孔１２２と、一対の貫通孔１２３とが設けられる。一対の貫通孔１２２の外形及び位置は、セパレータ１１０の一対の第１開口１１２にそれぞれ対応する。また、一対の貫通孔１２３の外形及び位置は、セパレータ１１０の一対の第２開口１１３にそれぞれ対応する。
【００２２】
ガスケット１２０の一の長辺の近傍には、一対の貫通孔１２４と、一対の貫通孔１２５とが間隔をあけて設けられる。一対の貫通孔１２４の外形及び位置は、セパレータ１１０の一対の第１開口１１４にそれぞれ対応する。また、一対の貫通孔１２５の外形及び位置は、セパレータ１１０の一対の第２開口１１５にそれぞれ対応する。
【００２３】
ガスケット１２０の互いに対向する長辺の近傍には、それぞれ複数の貫通孔１２６が等間隔で設けてある。これら貫通孔１２６の外形及び位置は、セパレータ１１０の各挿通孔１１６にそれぞれ対応する。
【００２４】
図２及び図３において、複数の単位電池セル１０１ａが直接に積層されるので、第１開口１１２及び貫通孔１２２が一直線に整列する。第１開口１１４及び貫通孔１２４と、第２開口１１３及び貫通孔１２３と、第２開口１１５及び貫通孔１２５も、同様に、それぞれ一直線に整列する。一対のエンドプレート１０１Ｂの一方には、スタック１００のアノード側の入口とカソード側の入口とが設けられる。アノード側の入口は、一直線に整列した第１開口１１４及び貫通孔１２４に連通する。カソード側の入口は、一直線に整列した第１開口１１２及び貫通孔１２２に連通する。一対のエンドプレート１０１Ｂの他方には、スタック１００のアノード側の出口とカソード側の出口とが設けられる。アノード側の出口は、一直線に整列した第２開口１１５及び貫通孔１２５に連通する。カソード側の出口は、一直線に整列した第２開口１１３及び貫通孔１２３に連通する。
【００２５】
＜＜水素流路部材に関連する構成＞＞
水素流路部材１０は、燃料ガスである水素の流路を規定する。水素流路部材１０の構成は、水素の流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。水素流路部材１０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。
【００２６】
図１に示されるように、水素流路部材１０には、その上流側から順に、水素供給源（燃料ガス供給源）１１と、第１水素遮断弁（燃料ガス遮断弁）１２と、第２水素遮断弁（燃料ガス遮断弁）１３と、水素パージ弁（アノード側パージ弁）１４とが配置される。第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、及び水素パージ弁１４は、例えば、制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態とを切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００２７】
水素供給源１１は、水素流路部材１０の最も上流の位置に配置される。水素供給源１１は、水素流路部材１０に燃料ガスである水素を供給する。水素供給源１１の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、気体又は液体水素が貯蔵された高圧タンク、水素吸蔵合金が内蔵された低圧タンクを用いることができる。
【００２８】
第１水素遮断弁１２は、水素供給源１１と置換流路部材３０との間の位置で、水素流路部材１０に配置される。第１水素遮断弁１２は、固体高分子型燃料電池システム１の起動時に開いた状態となり、水素供給源１１から供給される水素を水素流路部材１０へ流通させる。また、第１水素遮断弁１２は、固体高分子型燃料電池システム１の終了時に閉じた状態となり、水素供給源１１から供給される水素を遮断する。第１水素遮断弁１２は、水素パージ弁１４の閉動作の異常が生じた場合に閉じた状態となり、スタック１００への水素の供給を遮断する。
【００２９】
第２水素遮断弁１３は、置換流路部材３０とスタック１００との間の位置で、水素流路部材１０に配置される。第２水素遮断弁１３は、固体高分子型燃料電池システム１の起動時に開いた状態となり、水素供給源１１から供給される水素を水素流路部材１０へ流通させる。また、第２水素遮断弁１３は、固体高分子型燃料電池システム１の終了時に閉じた状態となり、水素供給原１１から供給される水素を遮断する。第２水素遮断弁１３は、水素パージ弁１４の閉動作に異常が生じた場合に、閉じた状態となり、スタック１００への水素の供給を遮断する。すなわち、第１水素遮断弁１２及び第２水素遮断弁１３は、水素パージ弁１４の閉動作の異常による水素の漏れを二重に防止する。
【００３０】
水素パージ弁１４は、水素流路部材１０の最も下流の位置に配置される。水素パージ弁１４は、開いた状態となったときに、水素流路部材１０に溜まった水や不純物を外部に排出する。水素パージ弁１４の開動作に異常が生じた場合は、水や不純物を外部に排出することができなくなる。また、水素パージ弁１４の閉動作に異常が生じた場合は、水素が外部に漏れてしまう。このため、本実施形態の固体高分子型燃料電池システム１は、システムの起動時に、水素パージ弁１４を含む複数の弁の異常を検査する（図４及び図５を参照）。
【００３１】
＜＜空気流路部材に関連する構成＞＞
空気流路部材２０は、酸化ガスである空気の流路を規定する。空気流路部材２０の構成は、空気の流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。空気流路部材２０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。
【００３２】
図１に示されるように、空気流路部材２０には、その上流側から順に、エアーポンプ（酸化ガス供給源）２１と、流量計（検出部）２２と、逆止弁（遮断弁）２３と、空気遮断弁（酸化ガス遮断弁）２４とが配置される。
【００３３】
エアーポンプ２１は、空気流路部材２０の最も上流の位置に配置される。エアーポンプ２１は、空気流路部材２０に酸化ガスである空気を供給する。
【００３４】
流量計２２は、エアーポンプ２１と置換流路部材３０との間の位置で、空気流路部材２０に配置される。流量計２２は、空気流路部材２０に供給される空気の流量を検出する。流量計２２の構成は、特に限定されるものではなく、例えば、熱式、差圧式、面積式、超音波式などの流量計を用いることができる。本実施形態の流量計２２は、サーミスタを用いた熱式の流量計である。
【００３５】
逆止弁２３は、空気流路部材２０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。すなわち、逆止弁２３は、エアーポンプ２１側からスタック１００側への空気の流れを許容する。逆止弁２３は、スタック１００側からエアーポンプ２１側への水の流れを遮断する。逆止弁２３としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、逆止弁２３の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
【００３６】
空気遮断弁２４は、空気流路部材２０の最も下流の位置に配置される。空気遮断弁２４は、開いた状態となったときに、スタック１００のカソード側で生成された水を外部へ排出する。ここで、上述した水素パージ弁１４を含む複数の弁の異常を検査するときに、空気遮断弁２４は、閉じた状態となり、空気流路部材２０から外部への空気の排出を遮断する。空気遮断弁２４は、例えば、制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態を切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００３７】
＜＜置換流路部材に関連する構成＞＞
置換流路部材３０は、空気流路部材２０から水素流路部材１０へ空気を流通させるためのものである。置換流路部材３０の構成は、空気が流れる置換流路を規定することができるものであれば、特に限定されるものではない。置換流路部材３０として、例えば、硬質又は軟質のパイプ、チューブなどを用いることができる。
【００３８】
図１に示されるように、置換流路部材３０は、第１水素遮断弁１２と第２水素遮断弁１３との間の水素流路部材１０と、流量計２２と逆止弁２３との間の空気流路部材２０とに接続される。置換流路部材３０の空気流路部材２０側には、置換弁３１が配置される。置換流路部材３０の水素流路部材１０側には、逆止弁（遮断弁）３２が配置される。
【００３９】
置換弁３１は、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを流通又は遮断させるためのものである。置換弁３１は、例えば、制御部４０からの指令（信号）に基づいて開状態と閉状態を切替可能なソレノイド弁によって構成される。但し、本発明の実施に用いられる弁は、ソレノイド弁に限定されるものではない。本発明の実施には、ソレノイド弁の代わりに、例えば、モータによって開放状態を調整可能な電動弁が用いられても差し支えない。
【００４０】
上述した水素パージ弁１４を含む複数の弁の異常を検査するときに、置換弁３１は、制御部４０からの指令に従って開いた状態となり、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを流通させる。これにより、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが形成される。このとき、エアーポンプ２１から供給される空気は、置換流路部材３０を介して、空気流路部材２０から水素流路部材１０へ流れる。置換弁３１は、制御部４０からの指令に従って閉じた状態となり、水素流路部材１０と空気流路部材２０とを遮断させる。これにより、エアーポンプ２１から供給される空気は、空気流路部材２０を通ってスタック１００のカソード側に流れる。
【００４１】
逆止弁３２は、置換流路部材３０の一方から他方への流れを許容し、他方から一方への流れを制限する。すなわち、逆止弁３２は、空気流路部材２０側から水素流路部材１０側への空気の流れを許容する。逆止弁３２は、水素流路部材１０側から空気流路部材２０側への水素の流れを遮断する。逆止弁３２としては、例えば、ポペット式、スイング式、ウエハー式、リフト式、ボール式、フート式など、任意の形式の逆止弁が用いられてよい。なお、逆止弁３２の代わりに、電磁弁が用いられてもよい。
【００４２】
＜＜制御部＞＞
図１に示す制御部４０は、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、空気遮断弁２４、置換弁３１、エアーポンプ２１及び流量計２２に電気的に接続される。制御部４０は、指令を送信することにより、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、空気遮断弁２４及び置換弁３１の開閉動作を制御する。また、制御部４０は、指令を送信することによりエアーポンプ２１の動作を制御する。さらに、制御部４０は、流量計２２から受信した検出結果に基づいて、水素パージ弁１４を含む複数の弁の異常を検査する。
【００４３】
ここで、本実施形態では、１つの制御部４０が、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、空気遮断弁２４、置換弁３１の開閉動作を制御し、かつ水素パージ弁１４を含む複数の弁の異常を検査する。しかし、本発明の固体高分子型燃料電池システムは、１つの制御部４０を備えた構成に限定されるものではない。本発明の固体高分子型燃料電池システムは、弁の開閉制御と、弁の異常検査とを、複数の制御部が行う構成とすることができる。
【００４４】
＜第１実施形態に係る弁検査の制御処理＞
次に、本発明の第１実施形態に係る弁検査の制御処理について、図４を参照しつつ説明する。以下に説明するとおり、本実施形態の固体高分子型燃料電池システム１は、エアーポンプ２１から供給される空気を用いて、水素パージ弁１４の開閉動作を検査する。
【００４５】
図４に示すステップＳ１〜Ｓ１９は、図１に示す制御部４０により実行される。なお、図４に示すステップＳ１〜Ｓ１９が、複数の制御部により実行される構成としてもよいことは、上述のとおりである。
【００４６】
＜＜弁検査の制御処理の概要＞＞
本実施形態に係る弁検査の制御処理の流れについて簡単に説明する。図４に示すステップＳ１〜Ｓ４では、固体高分子型燃料電池システム１に含まれる複数弁の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、ステップＳ５〜Ｓ１１で、水素パージ弁１４の開閉動作、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の開動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、ステップＳ１２〜Ｓ１５で、第２水素遮断弁１３の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、置換弁３１の閉動作が検査される。この検査で異常が検出されなかった場合は、固体高分子型燃料電池システム１に含まれる複数弁が正常に開閉動作したことになる。いずれかの弁の異常が検出された場合には、その時点で弁検査の制御処理は終了される。
【００４７】
＜＜複数弁の閉動作の検査＞＞
図４のステップＳ１〜Ｓ４に示すように、制御部４０は、最初に、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４の閉動作の異常を検査する。燃料電池システムにおいて、可燃性を有する水素の漏れを防止することは、極めて重要である。このため、本実施形態の固体高分子型燃料電池システム１では、最初に、水素パージ弁１４を含む複数の弁の閉動作の異常が検査される。
【００４８】
ステップＳ１において、制御部４０は、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４の、全てを閉動作させる指令を送信する。次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２に移行させる。ステップＳ２において、制御部４０は、エアーポンプ２１を動作させて、空気流路部材２０に空気を供給させる。この空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００４９】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ３に移行させる。ステップＳ３において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。ここで、ステップＳ３の閾値としては、０［リットル／分］を少しだけ超える値が設定される。すなわち、ステップＳ１において、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４が正常に閉動作したならば、空気流路部材２０に空気が流れないため、空気の流量は、理想的には０リットル／分となるはずである。仮に、空気の流量が０［リットル／分］を超えるならば、空気流路部材２０に空気が流れていることを意味する。すなわち、空気の流量が０［リットル／分］を超える場合は、空気遮断弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１及が正常に閉動作しなかったか、何れかを意味する。但し、実際には、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４は、約０．０１［リットル／分］以下の正常な漏れ量を有している。このため、ステップＳ３の閾値としては、これら弁の正常な漏れ量を考慮した、０＋α［リットル／分］の値が設定される。
【００５０】
ステップＳ３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ４に移行させる。ステップＳ４において、制御部４０は、空気遮断弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１及が正常に閉動作しなかったか、何れかであると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００５１】
＜＜水素パージ弁の閉動作の検査＞＞
一方、ステップＳ３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ５に移行させる。ステップＳ５において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１を開動作させる指令を送信する。仮に、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１が正常に開動作したならば、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが形成されるはずである。この検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００５２】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ６に移行させる。ステップＳ６において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ６の閾値も、ステップＳ３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１において、水素パージ弁１４が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも小さくなるからである。
【００５３】
ステップＳ６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ７に移行させる。ステップＳ５の処理によって、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１は開状態にされている。一方で、水素パージ弁１４は、ステップＳ１の制御処理によって閉状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より大きいことは、ステップＳ１において水素パージ弁１４が正常に閉動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ７において、制御部４０は、水素パージ弁１４の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００５４】
＜＜水素パージ弁の開動作の検査＞＞
一方、ステップＳ６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ８に移行させる。ステップＳ８において、制御部４０は、水素パージ弁１４を開動作させる指令を送信する。仮に、水素パージ弁１４が正常に開動作したならば、エアーポンプ２１から供給される空気が、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び水素流路部材１０（検査ルート）を通って外部に排出されるはずである。この検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００５５】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ９に移行させる。ステップＳ９において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも大きいか否かを判断する。このステップＳ９の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ５において、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１、ステップＳ８における水素パージ弁１４のそれぞれが正常に開動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも大きくなるからである。
【００５６】
ステップＳ９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１０に移行させる。ステップＳ８の制御処理によって、水素パージ弁１４は、開状態にされている。一方、ステップＳ５の制御処理によって、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１も開状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より小さいことは、少なくとも一つの弁が、正常に開動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ１０において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３、置換弁３１又は水素パージ弁１４の、いずれかの開動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００５７】
一方、ステップＳ９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１１に移行させる。ステップＳ１１において、制御部４０は、水素パージ弁１４の開閉動作が正常であると判別する。
【００５８】
また、ステップＳ９の判断の結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ５における第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の開動作が正常であることを意味する。しかし、ステップＳ１〜１１までの制御処理では、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の閉動作が正常か異常か特定できない。そこで、制御部４０は、ステップＳ１１に引き続き、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の閉動作を検査するための、以下の制御処理を実行する。
【００５９】
＜＜第２水素遮断弁の閉動作の検査＞＞
制御部４０は、制御処理をステップＳ１２に移行させる。ステップＳ１２において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３を閉動作させる指令を送信する。仮に、第２水素遮断弁１３が正常に閉動作したならば、水素流路部材１０は、スタック１００の上流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００６０】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ１３に移行させる。ステップＳ１３において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ１３の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ９と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１２において、第２水素遮断弁１３が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも小さくなるからである。
【００６１】
ステップＳ１３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１４に移行させる。ステップＳ１４において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００６２】
一方、ステップＳ１３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１５に移行させる。ステップＳ１５において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３の開閉動作が正常であると判別する。
【００６３】
＜＜置換弁の閉動作の検査＞＞
制御部４０は、制御処理をステップＳ１６に移行させる。ステップＳ１６において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３を開動作させる指令を送信し、かつ置換弁３１を閉動作させる指令を送信する。仮に、置換弁３１が正常に閉動作したならば、置換流路部材３０は、その途中で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００６４】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ１７に移行させる。ステップＳ１７において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ１７の閾値も、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ１６において、置換弁３１が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも小さくなるからである。
【００６５】
ステップＳ１７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ１８に移行させる。ステップＳ１８において、制御部４０は、置換弁３１の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００６６】
一方、ステップＳ１７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ１９に移行させる。ステップＳ１９において、制御部４０は、置換弁３１の開閉動作が正常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００６７】
＜第２実施形態に係る弁検査の制御処理＞
次に、本発明の第２実施形態に係る弁検査の制御処理について、図５を参照しつつ説明する。上述した第１実施形態と同様に、第２実施形態の固体高分子型燃料電池システム１は、エアーポンプ２１から供給される空気を用いて、水素パージ弁１４の開閉動作を検査する。
【００６８】
図５に示すステップＳ２１〜Ｓ３９は、図１に示す制御部４０により実行される。なお、図５に示すステップＳ２１〜Ｓ３９が、複数の制御部により実行される構成としてもよいことは、上述のとおりである。
【００６９】
上述した第１実施形態の制御処理は、水素パージ弁１４の閉動作を先に検査し（図４のステップＳ５〜Ｓ７）、水素パージ弁１４の開動作を後に検査する（図４のステップＳ８〜Ｓ１１）。これに対し、第２実施形態の制御処理は、水素パージ弁１４の開動作を先に検査し（図５のステップＳ２５〜Ｓ２７）、水素パージ弁１４の閉動作を後に検査する（図５のステップＳ２８〜Ｓ３１）。
【００７０】
＜＜複数弁の閉動作の検査＞＞
図５のステップＳ２１〜Ｓ２４は、第１実施形態の図４のステップＳ１〜Ｓ４と同一の制御処理である。ステップＳ２１において、制御部４０は、最初に、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４の全てを閉動作させる指令を送信する。ステップＳ２２において、制御部４０は、エアーポンプ２１を動作させて、空気流路部材２０に空気を供給させる。ステップＳ２３において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。ステップＳ２３における閾値は、第１実施形態と同様に、０＋α［リットル／分］である。
【００７１】
ステップＳ２３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ２４に移行させる。ステップＳ２１の制御処理によって、第１水素遮断弁１２、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４、置換弁３１及び空気遮断弁２４はいずれも閉状態にされている。この状態で空気の流量が閾値より大きいことは、ステップＳ２１において複数弁のいずれかが正常に閉動作をしていないことを意味する。そこで、ステップＳ２４において、制御部４０は、空気遮断弁２４が正常に閉動作しなかったか、又は、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１及が正常に閉動作しなかったか、何れかであると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００７２】
＜＜水素パージ弁の開動作の検査＞＞
一方、ステップＳ２３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ２５に移行させる。ステップＳ２５において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１を開動作させる指令を送信する。仮に、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１が正常に開動作したならば、空気流路部材２０、置換流路部材３０及び燃料ガス流路部材１０を通る検査ルートが形成されるはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００７３】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２６に移行させる。ステップＳ２６において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも大きいか否かを判断する。このステップＳ６の閾値も、ステップＳ２３と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ２５において、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１が正常に開動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも大きくなるからである。
【００７４】
ステップＳ２６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ２７に移行させる。ステップＳ２７において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１の、いずれかの開動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００７５】
＜＜水素パージ弁の閉動作の検査＞＞
一方、ステップＳ２６において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ２８に移行させる。ここで、ステップＳ２６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ２５における第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１の開動作が正常であることを意味する。
【００７６】
ステップＳ２８において、制御部４０は、水素パージ弁１４を閉動作させる指令を送信する。仮に、水素パージ弁１４が正常に閉動作したならば、水素流路部材１０は、スタック１００の下流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００７７】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ２９に移行させる。ステップＳ２９において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ２９の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ２８において、水素パージ弁１４が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも小さくなるからである。
【００７８】
ステップＳ２９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３０に移行させる。ステップＳ３０において、制御部４０は、水素パージ弁１４の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００７９】
一方、ステップＳ２９において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３１に移行させる。ステップＳ３１において、制御部４０は、水素パージ弁１４の開閉動作が正常であると判別する。
【００８０】
上述のとおり、ステップＳ２６の判断結果が「ＹＥＳ」の場合は、ステップＳ２５における第２水素遮断弁１３、水素パージ弁１４及び置換弁３１の開動作が正常であることを意味する。しかし、ステップＳ２１〜３１までの制御処理では、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の閉動作が正常か異常か特定できない。そこで、第１実施形態と同様に、制御部４０は、ステップＳ３１に引き続き、第２水素遮断弁１３及び置換弁３１の閉動作を検査するための、以下の制御処理を実行する。
【００８１】
＜＜第２水素遮断弁の閉動作の検査＞＞
図５のステップＳ３２〜Ｓ３４は、ステップＳ３２で水素パージ弁１４を開動作させることを除き、第１実施形態の図４のステップＳ１２〜Ｓ１４と同一の制御処理である。
【００８２】
制御部４０は、制御処理をステップＳ３２に移行させる。ステップＳ３２において、制御部４０は、水素パージ弁１４を開動作させる指令を送信し、かつ第２水素遮断弁１３を閉動作させる指令を送信する。仮に、第２水素遮断弁１３が正常に閉動作したならば、水素流路部材１０は、スタック１００の上流で遮断される。この結果、空気は、検査ルートを流れないはずである。検査ルートを流れる空気の流量は、流量計２２によって検出される。
【００８３】
次いで、制御部４０は、制御処理をステップＳ３３に移行させる。ステップＳ３３において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ３３の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２９と同じ値が設定される。すなわち、ステップＳ３２において、第２水素遮断弁１３が正常に閉動作したならば、空気の流量は、０＋α［リットル／分］よりも小さくなるからである。
【００８４】
ステップＳ３３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３４に移行させる。ステップＳ３４において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００８５】
一方、ステップＳ３３において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３５に移行させる。ステップＳ３５において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３の開閉動作が正常であると判別する。
【００８６】
＜＜置換弁の閉動作の検査＞＞
図５のステップＳ３６〜Ｓ３９は、第１実施形態の図４のステップＳ１６〜Ｓ１９と同一の制御処理である。
【００８７】
ステップＳ３６において、制御部４０は、第２水素遮断弁１３を開動作させる指令を送信し、かつ置換弁３１を閉動作させる指令を送信する。ステップＳ３７において、制御部４０は、流量計２２によって検出された空気の流量が閾値よりも小さいか否かを判断する。このステップＳ３７の閾値も、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２９、Ｓ３３と同様に、０＋α［リットル／分］である。
【００８８】
ステップＳ３７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも大きいと判別した場合（ＮＯ）は、制御処理をステップＳ３８に移行させる。ステップＳ３８において、制御部４０は、置換弁３１の閉動作が異常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００８９】
一方、ステップＳ３７において、制御部４０は、空気の流量が閾値よりも小さいと判別した場合（ＹＥＳ）は、制御処理をステップＳ３９に移行させる。ステップＳ３９において、制御部４０は、置換弁３１の開閉動作が正常であると判別する。その後、制御部４０は、制御処理を終了させる。
【００９０】
＜作用効果＞
本実施形態の固体高分子型燃料電池システム１は、酸化ガスを用いて水素パージ弁１４の異常を検査することができる。これにより、発電に使われるべき水素が無駄に消費されない。検査の実施によって水素が外部へ排出されない。また、第１及び第２実施形態に係る弁検査の制御処理によれば、水素パージ弁１４を含む、水素流路部材１０上の複数の弁の開閉動作を検査することができる。これにより、水素の漏れを確実に防止することができる。特に、第１実施形態に係る弁検査の制御処理によれば、最も重要な水素パージ弁１４の閉動作の異常を、迅速に検出することができる。したがって、よりクリーンで安全な固体高分子型燃料電池システム１の提供が可能となる。
【符号の説明】
【００９１】
１  固体高分子型燃料電池
１００  スタック
２ａ  スタック電圧
１０  水素流路部材（燃料ガス流路部材）
２０  空気流路部材（酸化ガス流路部材）
３０  置換流路部材（置換流路部材）
１１  水素供給源（燃料ガス供給源）
１２  第１水素遮断弁（燃料ガス遮断弁）
１３  第２水素遮断弁（燃料ガス遮断弁）
１４  水素パージ弁（アノード側パージ弁）
２１  エアーポンプ（酸化ガス供給源）
２２  流量計（検出部）
２３  逆止弁
２４  空気遮断弁（酸化ガス遮断弁）
３１  置換弁（遮断弁）
３２  逆止弁（遮断弁）
４０  制御部（第１送信手段、第２送信手段、第１決定手段）
【図１】
2015125987.tif 000003
【図２】
2015125987.tif 000004
【図３】
2015125987.tif 000005
【図４】
2015125987.tif 000006
【図５】
2015125987.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月4日(2015.3.4)
【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】
膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う固体高分子型燃料電池システムであって、
前記膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体を挟持するセパレータとを含む単位電池セルの積層体であるスタックと、
途中に前記スタックが配置され、燃料ガス流路を規定する燃料ガス流路部材と、
途中に前記スタックが配置され、酸化ガス流路を規定する酸化ガス流路部材と、
前記スタックよりも上流の位置で、前記燃料ガス流路部材及び前記酸化ガス流路部材に接続された、置換流路を規定する置換流路部材と、
前記置換流路部材よりも上流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス供給源と、
前記置換流路部材より上流に位置する前記燃料ガス流路部材に対して燃料ガス供給源から流入する燃料ガスを遮断可能に構成され、前記スタックより上流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された燃料ガス遮断弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置されたアノード側パージ弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス遮断弁と、
前記置換流路部材の途中に配置され、開いた状態となったときに、前記酸化ガス流路部材、前記置換流路部材及び前記燃料ガス流路部材を通る検査ルートを定義する置換弁と、
前記検査ルート上の前記酸化ガス流路部材における、前記酸化ガス供給源と前記置換流路部材との間に配置され、前記酸化ガスの流量を検出する検出部と、
一又は複数の制御手段と、を含み、
前記制御手段が、いずれかのタイミングで、少なくとも下記ａ）〜ｄ）の制御を行う、固体高分子型燃料電池システム。
ａ）前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｂ）前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｃ）前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指示を送信する制御
ｄ）前記検出部の検出結果に基づき、前記アノード側パージ弁の開閉動作の正常又は異常を決定する制御
【請求項２】
前記制御手段が、下記ｅ）、ｆ）の制御を実行する、請求項１に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｅ）前記ａ）の制御における前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に加え、前記置換弁及び前記アノード側パージ弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｆ）前記ｅ）の制御、前記ｃ）の制御を経た後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記燃料ガス遮断弁、前記酸化ガス遮断弁、前記置換弁及び前記アノード側パージ弁のいずれかの閉動作が異常であると決定する制御
【請求項３】
前記制御手段が、下記ｇ）、ｈ）の制御を行う、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｇ）前記ｅ）の制御、前記ｃ）の制御を経た後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記ｂ）の前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｈ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記アノード側パージ弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項４】
前記制御手段が、下記ｉ）、ｊ）の制御を実行する、請求項３に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｉ）前記ｇ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記アノード側パージ弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｊ）前記ｉ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁又は前記アノード側パージ弁の開動作が異常であると決定する制御
【請求項５】
前記制御手段が、下記ｋ）、ｌ）の制御を実行する、請求項４に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｋ）前記ｊ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記置換弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｌ）前記ｋ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記置換弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項６】
前記制御手段が、下記ｍ）、ｎ）の制御を実行する、請求項２に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｍ）前記ｅ）の制御、前記ｃ）の制御を経た後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記ｂ）の前記置換弁に対して、開動作する指示を送信する制御、及び前記アノード側パージ弁に対して、開動作する指示を送信する制御
ｎ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合に、前記置換弁又は前記アノード側パージ弁の開動作が異常であると決定する制御
【請求項７】
前記制御手段が、下記ｏ）、ｐ）の制御を実行する、請求項６に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｏ）前記ｍ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合に、前記アノード側パージ弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｐ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記アノード側パージ弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項８】
前記制御手段が、下記ｑ）、ｒ）の制御を実行する、請求項７に記載の固体高分子型燃料電池システム。
ｑ）前記ｏ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも小さい場合は、前記アノード側パージ弁に対して、開動作する指示を送信する制御、及び前記置換弁に対して、閉動作する指示を送信する制御
ｒ）前記ｑ）の制御の後で、前記検出部の検出結果が閾値よりも大きい場合は、前記置換弁の閉動作が異常であると決定する制御
【請求項９】
前記置換流路部材の途中に配置され、前記燃料ガス流路部材から前記酸化ガス流路部材への前記燃料ガスの流れを遮断可能に構成される遮断弁を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１０】
前記置換流路部材と前記スタックとの間の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置され、前記スタックから前記置換流路部材への水の流れを遮断可能に構成される遮断弁を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体高分子型燃料電池システム。
【請求項１１】
膜／電極接合体のアノード電極及びカソード電極に、それぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電を行う固体高分子型燃料電池システムであって、
前記膜／電極接合体と、前記膜／電極接合体を挟持するセパレータとを含む単位電池セルの積層体であるスタックと、
途中に前記スタックが配置され、燃料ガス流路を規定する燃料ガス流路部材と、
途中に前記スタックが配置され、酸化ガス流路を規定する酸化ガス流路部材と、
前記スタックよりも上流の位置で、前記燃料ガス流路部材及び前記酸化ガス流路部材に接続された、置換流路を規定する置換流路部材と、
前記置換流路部材よりも上流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス供給源と、
前記置換流路部材より上流に位置する前記燃料ガス流路部材に対して燃料ガス供給源から流入する燃料ガスを遮断可能に構成され、前記スタックより上流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置された燃料ガス遮断弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記燃料ガス流路部材に配置されたアノード側パージ弁と、
前記スタックよりも下流の位置で、前記酸化ガス流路部材に配置された酸化ガス遮断弁と、
前記置換流路部材の途中に配置され、開いた状態となったときに、前記酸化ガス流路部材、前記置換流路部材及び前記燃料ガス流路部材を通る検査ルートを定義する置換弁と、
前記検査ルート上の前記酸化ガス流路部材における、前記酸化ガス供給源と前記置換流路部材との間に配置され、前記酸化ガスの流量を検出する検出部と、
前記燃料ガス遮断弁及び前記酸化ガス遮断弁に対して閉動作する指示を送信し、前記置換弁に対して開動作する指示を送信する第１送信手段と、
前記第１送信手段による指示の送信に応じて、前記酸化ガス供給源に対して、前記酸化ガスを供給する指示を送信する第２送信手段と、
前記第２送信手段による指示の送信に応じた前記検出部の検出結果に基づき、前記アノード側パージ弁の開閉動作の正常又は異常を決定する第１決定手段と、
を備える、
ことを特徴とする固体高分子型燃料電池システム。