(57)【要約】【課題】想定されるガス漏れ量や検出可能なガス漏れ量に対して適正なガス漏れ測定時間を設定する。【解決手段】所定のガス漏れ想定部位（Ｐ１，Ｐ２）におけるガス漏れを検出するセンサ毎に定まる検出可能ガス漏れ量（Ｑ１，Ｑ２）と該ガス漏れ想定部位（Ｐ１，Ｐ２）でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置（ＰＤ）におけるガス濃度がしきい値に達するまでの経過時間（Ｔ１，Ｔ２）との比に基づいて、ガス漏れ測定時間を設定することを特徴とする。【選択図】図２
2008262873.tif 000002
【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を有する燃料電池システムにおいて、
所定のガス漏れ想定部位における検出可能ガス漏れ量と、該ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との比に基づいて、ガス漏れ測定時間を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
所定のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出するセンサ毎に定まる検出可能ガス漏れ量と、該ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との比に基づいて、ガス漏れ測定時間を設定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
複数の前記ガス漏れ想定部位のそれぞれにおいてガス漏れ量を検出するセンサと、
前記センサの検出による前記各ガス漏れ想定部位のガス漏れ量が前記各ガス漏れ想定部位毎に設定された前記判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行する処理手段と、を備え、
前記処理手段は、前記各ガス漏れ想定部位について割り振られた時間が経過する毎に、前記ガス漏れ検出処理を前記ガス漏れ想定部位を変更しながら連続して実行することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
一つの前記ガス漏れ想定部位におけるガス漏れ量をそれぞれ検出する複数のセンサと、
前記センサの検出による前記ガス漏れ想定部位の各前記ガス漏れ量が該センサ毎に設定された前記判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行する処理手段と、を備え、
前記処理手段は、前記センサについて割り振られた時間が経過する毎に、前記ガス漏れ検出処理を前記センサを変更しながら連続して実行することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記処理手段は、
前記センサにより、前記ガス漏れ量が前記判定値よりも多いことが検出されたときには、当該ガス漏れ想定部位に対するガス漏れ処理を実行することを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記処理手段は、
前記ガス漏れ量と前記経過時間との比が一定となる判定値を、ガス漏れ量または経過時間のうち少なくとも一方が異なるものの組合せに対応させて複数段階に分けて設定するとともに、
各段階に対応させてガス漏れに関する異常の有無を示す領域を設定し、
前記経過時間が経過する毎に、前記センサの検出に基づくガス漏れ量が前記いずれの領域に属するか否かを判定してなることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムに係り、特にガス漏れ判定方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガス（水素ガス）と酸化ガス（空気）を含む反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムとして、例えば、燃料電池を搭載した燃料電池車が知られている。この種の燃料電池車においては、可燃性を有する燃料ガス（水素）が漏洩することは抑制することが望ましく、水素ガスの漏洩を検知することが行われている。
【０００３】
従来、例えば、燃料電池の電気負荷が閾値よりも小さいときに、燃料電池の出力電流を遮断するとともに、燃料電池を含む燃料ガス循環供給系に複数の閉空間を形成し、各閉空間の圧力変化からガス漏れが生じたか否かを検出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、車速が所定値未満の低速走行時には、水素漏洩検知器で水素の漏洩を検知し、車速が所定値以上の高速走行時には、燃料電池の発電電流理論値と燃料電池の実発電電流値との相関関係を示す電流消費状況から水素の漏洩を検知するようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
一方、水素のリークを迅速に検出するために、燃料電池のスタックケース上部に、空気より軽い水素を捕集するための水素捕集部を形成し、水素捕集部に水素検出センサを配置したものが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−３０８８６６号公報
【特許文献２】特開２００４−１３９８４２号公報
【特許文献３】特開２００２−３６７６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一つのガス漏れ想定部位におけるガス漏れは、流量センサや圧力センサで検出することができるが、ガス配管の圧力やセンサの測定レンジの大小に応じてガス漏れ想定部位において検出できるガス漏れ量が異なるため、ガス漏れ想定部位やセンサごとにガス漏れ検出のインターバルやガス漏れ検出時間が異なる。また、最終的に監視したいのは、例えば酸化反応が生じうる所定位置におけるガス濃度が所定のしきい値に達しないことである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３に記載されたものはいずれも、ガス漏れ想定部位におけるガス漏れ量とガス濃度をしきい値以下に抑えたいガス濃度監視位置におけるガス濃度がしきい値に達するまでの時間との関係においてガス漏れを判定していなかった。そのため、複数のセンサによりガス漏れ検出を行う場合に、最適な検出時間設定がされていなかった。
【０００８】
そして、複数のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出したり一つのガス漏れ想定部位におけるガス漏れを複数のセンサにより検出したりする場合、単に、各センサに対して同じ測定時間を振り分けたのでは、あるセンサについては多くのガス漏れ検出時間を割り当ててしまいガス濃度監視位置におけるガス濃度がしきい値を超えてしまったり、あるセンサについては必要以上の頻度でガス漏れ検出を実行してしまい検出効率を落としてしまったりすることが生じる。
【０００９】
すなわち、ガス漏れ想定部位に対する測定時間を検出可能なガス漏れ量に比べて長くしすぎると、ガス漏れ発生時のガス漏れ量が多くなる結果、好ましくない濃度にまでガス濃度監視位置のガス濃度が上昇してしまう。逆に、ガス漏れ想定部位に対する測定時間を検出可能なガス漏れ量に比べて短くしすぎると、その分全体の測定時間は短くなるが、ガス漏れが検出されたとしてもその時のガス濃度監視位置ではしきい値より相当低いガス濃度にしかなっておらず、過剰な頻度のガス漏れ検出をしていることになってしまう。
【００１０】
本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、検出可能なガス漏れ量に対して適正なガス漏れ測定時間を設定することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、所定のガス漏れ想定部位における検出可能なガス漏れ量と、該ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との比に基づいて、ガス漏れ測定時間を設定することを特徴とする。
【００１２】
また本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、所定のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出するセンサ毎に定まる検出可能ガス漏れ量と、該ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との比に基づいて、ガス漏れ測定時間を設定することを特徴とする。
【００１３】
係る構成によれば、ガス漏れ想定部位で検出可能なガス漏れ量やセンサで検出可能なガス漏れ量と、ガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との関係が把握されるので、検出可能ガス漏れ量に対して長すぎも短すぎもしない適切なガス漏れ測定時間を設定することができる。
【００１４】
すなわち、燃料ガスが流通する領域のいずれかの部位から燃料ガスが漏れたときに、ガス濃度を所定濃度以下に抑えたいガス濃度監視位置において、ガス漏れ発生時点から、漏れた燃料ガスのガス濃度がしきい値（例えば、警戒を必要とするしきい値に達するまでの時間は、ガスが漏れた部位（ガス漏れ想定部位）とガス濃度監視位置との距離によって異なる。
【００１５】
この点に着目すると、ガス漏れ想定部位における検出可能な検出可能ガス漏れ量Ｑと、ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまので経過時間Ｔとの間には、一定の関係が成立する。そこで、一定の関係を基に、ガス漏れ想定部位において検出可能なガス漏れ量Ｑから、ガス濃度監視位置におけるガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまので時間Ｔをそれぞれ把握し、得られた時間長を各部位の測定時間に割り振ることで、各ガス漏れ想定部位や各センサに対して、一律に同じ測定時間を割り振るときよりも、適切な時間配分で測定時間を割り振ることができる。
【００１６】
なお「センサ」によるガス漏れ量の測定は、公知技術に基づきガス圧力を検出することにより行ってもガス流量を検出することによって行ってもよい。
【００１７】
前記燃料電池システムを構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
好適には、複数のガス漏れ想定部位のそれぞれにおいてガス漏れ量を検出するセンサと、前記センサの検出による前記各ガス漏れ想定部位のガス漏れ量が各ガス漏れ想定部位毎に設定された判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行する処理手段とを備え、前記処理手段は、前記各ガス漏れ想定部位について割り振られた時間長が経過する毎に、前記ガス漏れ検出処理を前記ガス漏れ想定部位を変更しながら連続して実行する。
【００１８】
係る構成によれば、ガス漏れ想定部位が複数存在する場合にはガス漏れ想定部位毎に検出可能なガス漏れ量が異なるところ、各ガス漏れ想定部位のガス漏れ量がガス漏れ想定部位毎に設定された判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行するに際して、各ガス漏れ想定部位について割り振られた時間長が経過する毎に、ガス漏れ検出処理をガス漏れ想定部位を変更しながら連続して実行するので、測定時間が長すぎたり短すぎたりすることなく、全てのガス漏れ想定部位に対するガス漏れ測定時間を適正に設定することができる。
【００１９】
好適には、一つのガス漏れ想定部位におけるガス漏れ量をそれぞれ検出する複数のセンサと、センサの検出によるガス漏れ想定部位の各ガス漏れ量が該センサ毎に設定された判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行する処理手段と、を備え、処理手段は、センサについて割り振られた時間が経過する毎に、ガス漏れ検出処理をセンサを変更しながら連続して実行する。
【００２０】
係る構成によれば、一つのガス漏れ想定部位についてガス漏れを測定するセンサが複数存在する場合にはセンサ毎に検出可能ガス漏れ量が異なるところ、各センサで検出されたガス漏れ量がセンサ毎に設定された判定値よりも多いか否かのガス漏れ検出処理を実行するに際して、各センサについて割り振られた時間長が経過する毎に、ガス漏れ検出処理をガス漏れ想定部位を変更しながら連続して実行するので、測定時間が長すぎたり短すぎたりすることなく、全てのセンサに対するガス漏れ測定時間を適正に設定することができる。
【００２１】
好適には、前記処理手段は、前記センサにより、前記ガス漏れ量が前記判定値よりも多いことが検出されたときには、当該ガス漏れ想定部位に対するガス漏れ処理を実行する。
【００２２】
係る構成によれば、ガス漏れ量が判定値よりも多いことが検出されたときには、当該ガス漏れ想定部位に対するガス漏れ処理、例えば、ガス漏れ想定部位を特定するための表示処理や、ガス漏れが発生した旨の表示処理または警報発生処理を実行することで、ガス漏れ想定部位を特定したり、ガス漏れが発生した旨を知らせたりすることができる。
【００２３】
好適には、前記処理手段は、ガス漏れ量と経過時間との比が一定となる判定値を、ガス漏れ量または経過時間のうち少なくとも一方が異なるものの組合せに対応させて複数段階に分けて設定するとともに、各段階に対応させてガス漏れに関する異常の有無を示す領域を設定し、前記経過時間が経過する毎に、前記センサの検出に基づくガス漏れ量が前記いずれの領域に属するか否かを判定してなる。
【００２４】
係る構成によれば、ガス漏れ量と経過時間との割合が同じになる判定値をガス漏れ量または経過時間のうち少なくとも一方が異なるものの組合せに対応させて複数段階に分けて設定したため、ガス漏れ量が大きい場合は速いタイミングで異常を検出することができ、ガス漏れ量が小さい場合は、時間をかけて異常の有無を判定することで誤検出を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、検出可能なガス漏れ量と、ガス漏れが発生した時からガス濃度監視位置におけるガス濃度が判定値に達するまでの経過時間との比に基づいて測定インターバルを設定するので、検出可能なガス漏れ量に対して過不足のない適正なガス漏れ測定時間の設定ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
次に本発明の好適な実施の形態を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明が適用された燃料電池システムのシステム構成図である。
図１において、燃料電池システム１０は、燃料電池２０に燃料ガス（水素ガス）を供給するための燃料ガス供給系統４と、燃料電池２０に酸化ガス（空気）を供給するための酸化ガス供給系統７と、燃料電池２０を冷却するための冷却液供給系統３と燃料電池２０からの発電電力を充放電する電力系統９とを備えて構成されている。
【００２７】
燃料電池２０は、フッ素系樹脂などにより形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜などから成る高分子電解質膜２１の両面にアノード極２２とカソード極２３をスクリーン印刷などで形成した膜・電極接合体２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は、燃料ガス、酸化ガス、冷却水の流路を有するセパレータ（図示せず）によってサンドイッチされ、このセパレータとアノード極２２およびカソード極２３との間に、それぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６を形成している。アノード極２２は、燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成され、カソード極２３は、空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けて構成されている。これら電極の触媒層は、例えば、白金粒子を付着して構成されている。
【００２８】
アノード極２２では、次の（１）式の酸化反応が生じ、カソード極２３では、次の（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２０全体としては、次の（３）式の起電反応が生じる。  Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ・・・（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（３）
【００２９】
なお、図１では説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５およびカソードガスチャンネル２６からなる単位セルの構造を模式的に図示しているが、実際には、上述したセパレータを介して複数の単位セルが直列に接続したスタック構造を備えている。
【００３０】
燃料電池システム１０の冷却液供給系統３には、冷却液を循環させる冷却路３１、燃料電池２０から排水される冷却液の温度を検出する温度センサ３２、冷却液の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）３３、ラジエータ３３へ流入する冷却液の水量を調整するバルブ３４、冷却液を加圧して循環させる冷却液ポンプ３５、燃料電池２０に供給される冷却液の温度を検出する温度センサ３６などが設けられている。
【００３１】
燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統４には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス（アノードガス）、例えば、水素ガスをアノードガスチャンネル２５に供給するための燃料ガス流路４０と、アノードガスチャンネル２５から排気される燃料オフガスを燃料ガス流路４０に循環させるための循環流路（循環経路）５１が配管されており、これらのガス流路によって燃料ガス循環系統が構成されている。
【００３２】
燃料ガス流路４０には、燃料ガス供給装置４２からの燃料ガス流出を制御する遮断弁（元弁）４３、燃料ガスの圧力を検出する圧力センサ４４、循環経路５１の燃料ガス圧力を調整する調整弁４５、燃料電池２０への燃料ガス供給を制御する遮断弁４６が設置されている。さらに燃料ガス流路４０には、本発明のガス漏れ検出のための圧力センサ４４が設けられている。
【００３３】
燃料ガス供給装置４２は、例えば、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、改質器などより構成される。循環流路５１には、燃料電池２０から循環流路５１への燃料オフガス供給を制御する遮断弁５２、燃料オフガスに含まれる水分を除去する気液分離器５３および排出弁５４、アノードガスチャンネル２５を通過する際に、圧力損失を受けた燃料オフガスを圧縮して適度なガス圧まで昇圧させて、燃料ガス流路４０に還流させる水素ポンプ（循環ポンプ）５５、燃料ガス流路４０の燃料ガスが循環流路５１側に逆流するのを防止する逆流阻止弁５６が設置されている。さらに循環流路５１には、本発明のガス漏れ検出のための圧力センサ５８および５９が設けられている。水素ポンプ５５をモータによって駆動することで、水素ポンプ５５の駆動による燃料オフガスは、燃料ガス流路４０で燃料ガス供給装置４２から供給される燃料ガスと合流した後、燃料電池２０に供給されて再利用される。なお、水素ポンプ５５には、水素ポンプ５５の回転数を検出する回転数センサ５７が設置されている。
【００３４】
また、循環流路５１には、燃料電池２０から排気された燃料オフガスを、希釈器（例えば水素濃度低減装置）６２を介して車外に排気するための排気流路６１が分岐して配管されている。排気流路６１にはパージ弁６３が設置されており、燃料オフガスの排気制御を行えるように構成されている。パージ弁６３を開閉することで、燃料電池２０内の循環を繰り返して、不純濃度が増加した燃料オフガスを外部に排出し、新規の燃料ガスを導入してセル電圧の低下を防止することができる。また、循環流路５１の内圧に脈動を起こし、ガス流路に蓄積した水分を除去することもできる。
【００３５】
一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統７には、カソードガスチャンネル２６に酸化ガス（カソードガス）を供給するための酸化ガス流路７１と、カソードガスチャンネル２６から排気されるカソードオフガスを排気するためのカソードオフガス流路７２が配管されている。酸化ガス流路７１には、大気からエアを取り込むエアクリーナ７４、および、取り込んだエアを圧縮し、圧縮したエアを酸化剤ガスとして、カソードガスチャンネル２６に送給するエアコンプレッサ７５が設定されており、エアコンプレッサ７５には、エアコンプレッサ７５の回転数を検出する回転数センサ７３が設置されている。酸化ガス流路７１とカソードオフガス流路７２との間には湿度交換を行う加湿器７６が設けられている。カソードオフガス流路７２には、カソードオフガス流路７２の排気圧力を調整する調圧弁７７、カソードオフガス中の水分を除去する気液分離器７８、カソードオフガスの排気音を吸収するマフラー７９が設けられている。気液分離器７８から排出されたカソードオフガスは分流され、一方は、希釈器６２に流れ込み、希釈器６２内に滞留する燃料オフガスと混合希釈され、また分流された他方のカソードオフガスは、マフラー７９にて吸音され、希釈器６２により混合希釈されたガスと混合されて、車外に排出される。
【００３６】
また、燃料電池システム１０の電力系統９には、一次側にバッテリ９１の出力端子が接続され、二次側に燃料電池２０の出力端子が接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ９０、二次電池として余剰電力を蓄電するバッテリ９１、バッテリ９１の充電状況を監視するバッテリコンピュータ９２、燃料電池２０の負荷または駆動対象となる車両走行用モータ９４に交流電力を供給するインバータ９３、燃料電池システム１０の各種高圧補機９６に交流電力を供給するインバータ９５、燃料電池２０の出力電圧を測定する電圧センサ９７、および出力電流を測定する電流センサ９８が接続されている。
【００３７】
ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、燃料電池２０の余剰電力または車両走行用モータ９４への制動動作により発生する回生電力を電圧変換してバッテリ９１に供給して充電させる。また、車両走行用モータ９４の要求電力に対する、燃料電池２０の発電電力の不足分を補填するため、ＤＣ−ＤＣコンバータ９０は、バッテリ９１からの放電電力を電圧変換して二次側に出力する。
【００３８】
インバータ９３および９５は、直流電流を三相交流電流に変換して、車両走行用モータ９４および高圧補機９６にそれぞれ出力する。車両走行用モータ９４には、モータ９４の回転数を検出する回転数センサ９９が設置されている。モータ９４は、ディファレンシャルを介して車輪１００が機械的に結合されており、モータ９４の回転力を車両の推進力に変換可能となっている。
【００３９】
電圧センサ９７および電流センサ９８は、電力系統に重畳された交流信号に電圧に対する電流の位相と振幅とに基づいて交流インピーダンスを測定するためのものである。交流インピーダンスは、燃料電池２０の含水量に対応している。
【００４０】
さらに、燃料電池システム１０には、燃料電池１２の発電を制御するための制御部８０が設置されている。制御部８０は、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェイス回路などを備えた汎用コンピュータで構成されており、温度センサ３２、３６、圧力センサ４４、回転数センサ５７、７３、９９からのセンサ信号や電圧センサ９７、電流センサ９８、イグニッションスイッチ８２からの信号を取り込み、電池運転の状態、例えば、電力負荷に応じて各モータを駆動して、水素ポンプ５５およびエアコンプレッサ７５の回転数を調整し、さらに、各種の弁（バルブ）の開閉制御または弁開度の調整などを行うようになっている。
【００４１】
この際、制御部８０によるガス漏れ検出処理を実行するに際して、反応ガスのうち燃料ガス（水素）が流通する流路（燃料ガス流路４０、循環流路５１、排気流路６１を含む流路の総称）を含む領域において、ガス漏れを生じることが想定しうるガス漏れ想定部位毎に検出可能なガス漏れ量を予め把握しておく。例えば、図２では、２箇所のガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２が存在するものとして図示されている。
【００４２】
ここでガス漏れ想定部位におけるガス漏れは、所定のセンサ（圧力センサや流量センサ）により測定されるが、測定可能な最低ガス漏れ量は、配管内圧力、センサ測定可能レンジ、配管構造等の要因によって変動する場合が多い。そして、この最低ガス漏れ量は、複数のセンサの協働関係によりガス漏れ想定部位毎に定まる場合もあれば、一つのセンサの特性に応じて定まる場合もある。前者はガス漏れ想定部位毎に検出可能なガス漏れ量が定まり、後者はセンサ毎に検出可能なガス漏れ量が定まる。
【００４３】
図２において、漏れ想定部位Ｐ１では、システムの種々の要因によって定まる検出可能ガス漏れ量Ｑ１が把握されている。漏れ想定部位Ｐ２では、主としてセンサＳ２によって定まる検出可能ガス漏れ量Ｑ２が把握されている。
【００４４】
ここで、所定の濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度が所定のしきい値（例えば酸化反応等が生じうるガス濃度に基づき定まる）以下となるように、ガス漏れ判定をするための適正なガス漏れ測定時間を考える。
【００４５】
この場合、ガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２でそれぞれ同じ量のガス漏れが生じたときには、ガス漏れ発生時点から、濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値に達するまでの経過時間は、ガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２とガス濃度監視位置ＰＤとの位置関係Ｒ１、Ｒ２によって異なり、距離Ｒ１＞距離Ｒ２のときには、ガス漏れ想定部位Ｐ１でガス漏れが生じてからガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値に達するまでの経過時間は、ガス漏れ想定部位Ｐ２でガス漏れが生じたてからガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値に達するまでの経過時間よりも長くなる。
【００４６】
また、上述したように漏れ想定部位Ｐ１における検出可能ガス漏れ量Ｑ１、漏れ想定部位Ｐ２における検出可能ガス漏れ量Ｑ２がそれぞれ異なっているものとすれば、どのような測定時間間隔でこれらのガス漏れ検出をすればよいのかが問題となる。
【００４７】
本願発明者は、各ガス漏れ想定部位において検出可能な最低量のガス漏れが発生した場合に、問題となるガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達しない程度の測定時間であればよいことに着目し、検出可能ガス漏れ量Ｑのガス漏れが発生した時にガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値Ｃｊｇに達するまでの経過時間Ｔが測定インターバルを決める要因であることに想到した。
【００４８】
すなわち、漏れ想定部位Ｐ１において検出可能ガス漏れ流量Ｑ１のガス漏れを生じた場合には、図３（ａ）に示すようにガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度が変化し、ガス漏れ発生から時間Ｔ１経過後にしきい値Ｃｊｄｇに達するものとする。また漏れ想定部位Ｐ２において検出可能ガス漏れ流量Ｑ２のガス漏れを生じた場合には、図３（ｂ）に示すようにガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度が変化し、ガス漏れ発生から時間Ｔ２経過後にしきい値Ｃｊｄｇに達するものとする。
【００４９】
これらの特性をガス濃度監視位置においてガス漏れ発生時からガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまでの経過時間Ｔと想定ガス漏れ流量Ｑについてプロットすると、図４に示すような曲線が得られる。本発明はこのガス漏れ流量Ｑと、ガス濃度監視位置においてガス漏れ発生時からガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまでの経過時間Ｔとの比がガス漏れ量を判定する基準として適正であるとの認識のもと、この比を利用して、ガス漏れ想定部位ごとに適正なガス漏れ検出時間を割り当てようとするものである。
【００５０】
つまり、ガス漏れ想定部位における検出可能ガス漏れ量Ｑと、ガス漏れ想定部位でガス漏れが発生した時点から、ガス濃度監視位置におけるガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまので時間Ｔとの関係から、各ガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２においてセンサＳ１やＳ２によって検出可能なガス漏れ量Ｑ１、Ｑ２から、ガス濃度監視位置ＰＤにおけるガス濃度がしきい値Ｃｊｄｇに達するまので時間Ｔ１、Ｔ２をそれぞれ予め演算し、各演算により得られた時間長（経過時間）Ｔ１、Ｔ２を各部位Ｐ１、Ｐ２の測定時間（測定間隔）に割り振ることとしている。
【００５１】
すなわち、各ガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２におけて検出可能なガス漏れ量Ｑ１、Ｑ２が設定できれば、ガス流量Ｑ１、Ｑ２を基に、各ガス漏れ想定部位Ｐ１、Ｐ２におけるガス漏れを測定するのに要する時間長を演算で求められるので、演算により得られた時間長を時間Ｔ１、Ｔ２として、各部位Ｐ１、Ｐ２の測定時間に割り振ることとしている。
【００５２】
次に、本実施形態におけるガス漏れ検出処理を図５のフローチャートと図６のタイムチャートに従って説明する。本実施形態において、燃料ガス供給系統４におけるガス漏れを検出可能なセンサとしては、例えば、圧力センサ４４，５８，５９が挙げられる。圧力センサ４４は調整弁４５〜遮断弁４６間のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出可能である。圧力センサ５８は、遮断弁５２〜水素ポンプ５５間のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出可能である。圧力センサ５９は、水素ポンプ５５〜逆流阻止弁５６／パージ弁６３間のガス漏れ想定部位におけるガス漏れを検出可能である。それぞれが例えばガス漏れ想定部位Ｐ１〜Ｐ３というように割り振られているものとする。
【００５３】
制御部８０は、ガス漏れ検出処理を開始すると、燃料ガスが流通する領域について設定された複数のガス漏れ想定部位Ｐｉのうちガス漏れ想定部位Ｐ１を選択するために、ｉを１に設定する（ステップＳ１０）。そして圧力センサ４４において検出された圧力を基に、ガス漏れ想定部位Ｐ１について所定のガス漏れ検出を実施する（ステップＳ１１）。次いでタイマを起動し、測定開始時点からの経過時間を計測するとともに、ガス漏れ想定部位Ｐ１において、ガス漏れ量Ｑｉに対し、図４のような特性を参照して、ガス濃度監視位置におけるガス濃度をしきい値Ｃｊｄｇとするような時間Ｔ１を特定し（ステップＳ１２）、測定開始時点からの経過時間が時間Ｔ１を経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００５４】
この後、制御部８０は、測定開始時点からの経過時間が時間Ｔ１を経過したことを条件に、ガス漏れが検出されたか否かを判定し（ステップＳ１４）、ガス漏れが検出されていない場合には、ガス漏れ想定部位Ｐ１ではガス漏れが生じていないとして、ｉをｉ＋１とし（ステップＳ１５）、次に測定するガス漏れ想定部位をＰ２とする。そして、ｉ＝ｉｍａｘか否か、すなわちｉがシステムによって定まる最大数ｉｍａｘ（ここでは３）となったか否かを判定する（ステップＳ１６）。ｉ＝ｉｍａｘとなっていない場合には（ＮＯ）、ｉ＝ｉｍａｘとなるまでステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を繰り返す。そして、ｉがｉｍａｘとなったときに、このルーチンでの処理を終了する。
【００５５】
具体的には、ｉを２、３、…、ｉｍａｘとしたときには、各ガス漏れ想定部Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉｍａｘについて割り振られた時間（時間長）Ｔ２、Ｔ３、…、Ｔｉｍａｘが経過する毎に、ガス漏れ想定部位Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉｍａｘを変更しながら連続して、各ガス漏れ想定部Ｐ２、Ｐ３、…、Ｐｉｍａｘについてガス漏れ有無の測定を実行する。
【００５６】
一方、ステップＳ１４において、ガス漏れが検出されたものと判定したときには（ＹＥＳ）、制御部８０は、ガス漏れ処理、例えば、ガス漏れ想定部位を特定するための表示処理や、ガス漏れが発生した旨の表示処理または警報発生処理を実行し（ステップＳ１７）、このルーチンでの処理を終了する。ガス漏れが検出されたときに、制御部８０が、ガス漏れ処理を実行することで、ガス漏れ想定部位を特定したり、ガス漏れが発生した旨を作業者や運転者に知らせたりすることができる。
【００５７】
本実施形態によれば、各ガス漏れ想定部位Ｐｉに対して、一律に同じ測定時間を割り振るときよりも、全てのガス漏れ想定部位Ｐｉについてガス漏れを測定するのに要する測定時間を適正な長さに割り振ることが可能である。
【００５８】
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態を図７に従って説明する。本実施形態は、ガス漏れ量と時刻との割合が一定となる判定値を、ガス漏れ量または時刻のうち少なくとも一方が異なるものの組合せに対応させて複数段階に分けて設定するとともに、各段階に対応させてガス漏れに関する異常の有無を示す領域を設定し、時刻が経過する毎に、ガス濃度センサ１０１の検出に基づくガス漏れ量がいずれの領域に属するか否かを判定するようにしたものであり、他の構成は前記実施形態と同様である。
【００５９】
具体的には、本実施形態は、ガス漏れ量Ｑと時刻（判定タイミング）Ｔとの関係が割合を示すＱ／Ｔ＝Ｃが一定となるような判定値を、Ｑ１／Ｔ１とＱ２／Ｔ２に対応させて２段階に分けて設定し、時刻Ｔ１におけるガス漏れ流量Ｑ１と時刻Ｔ２におけるガス漏れ流量Ｑ２が、それぞれＱ１／Ｔ１、Ｑ２／Ｔ２の直線で分けられる３つの領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のうちいずれの領域に入るかに応じて、ガス漏れに関する異常の有無を判定するようにしたものである。
【００６０】
この場合、制御部８０のデータベースには、図７に示す領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に関する情報が設定されている。例えば、領域Ａ１は、ガス漏れ量ＱがＱ１／Ｔ１未満の領域であって、時刻Ｔ１において、ガス漏れがなく、正常状態にあると確定できる領域として設定され、領域Ａ２は、ガス漏れ量ＱがＱ１／Ｔ１以上でＱ２／Ｔ１未満の領域であって、時刻Ｔ１では、ガス漏れがなく、正常状態にあるとは確定できず、時刻Ｔ２までは、ガス漏れが生じ、異常状態にあるとは確定できない領域として設定され、領域Ａ３は、ガス漏れ量ＱがＱ２／Ｔ１以上の領域であって、時刻Ｔ１において、ガス漏れが生じ、異常状態にあると確定できる領域として設定されている。
【００６１】
ここで、ガス漏れ検出処理を実行するに際して、制御部８０は、測定開始時点からの経過時間が時刻Ｔ１となったことを条件に、ガス漏れ流量Ｑが領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のうちいずれの領域に入るか否かを判定し、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ１に入るときには、ガス漏れがなく、正常状態にあると確定し、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ２に入るときには、時刻Ｔ２まで、ガス漏れに関する異常の有無の確定を待つこととし、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ３に入るときには、ガス漏れが生じ、異常状態にあると確定する。
【００６２】
次に、制御部８０は、時刻Ｔ１において、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ２に入ると判定したときには、時刻Ｔ２において、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ１、Ａ２のうちいずれの領域に入るか否かを判定し、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ１に入るときには、ガス漏れがなく、正常状態にあると確定し、ガス漏れ量Ｑが領域Ａ２に入るときには、ガス漏れに関する異常の有無の判定は不定とするか、或いは、時刻Ｔ３まで、ガス漏れに関する異常の有無の確定を待つこととする。以下、制御部８０は、時刻Ｔ３、Ｔ４、…、Ｔｎにおいても、時刻Ｔ２のときと同様に、ガス漏れ流量Ｑが領域Ａ１、Ａ２のうちいずれの領域に入るか否かの判定を繰り返す。
【００６３】
本実施形態によれば、ガス漏れ量Ｑと時刻Ｔとの割合Ｑ／Ｔが同じになる判定値をＱ１／Ｔ１、Ｑ２／Ｔ２の２段階に分けて設定したため、ガス漏れ量が大きい場合は速いタイミングで異常を検出することができ、ガス漏れ量が小さい場合は、時間をかけて異常の有無を判定することで誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】ガス漏れ想定部位とガス濃度監視位置との位置関係とガス濃度との関係を説明するための図である。
【図３】（ａ）ガス漏れ想定部位とガス濃度監視位置との距離が長いときのガス漏れ流量の特性図、（ｂ）ガス漏れ想定部位とガス濃度監視位置との距離が短いときのガス漏れ流量の特性図である。
【図４】ガス濃度と時間との関係から定まるガス漏れ流量の特性図である。
【図５】制御部によるガス漏れ検出処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】制御部によるガス漏れ検出処理を説明するためのタイムチャートである。
【図７】判定タイミングとガス漏れ流量との関係から定まる判定基準値を２段階に分けて設定したときの判定領域の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  燃料電池システム、２０  燃料電池、４０  燃料ガス流路、４４，５８，５９  圧力センサ、５５  水素ポンプ、７１  酸化ガス流路、８０  制御部
【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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