(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池から排出される水素オフガスを前記燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、
前記水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を前記水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、
前記排気通路に設けられた水素排気バルブと、
前記排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、
前記水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、
前記異常判断手段は、前記水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における前記混合室にて前記被混合ガスと混合された前記水素オフガスの水素濃度変化と、開故障を判断する目安となる第一の閾値濃度及び閉故障を判断する目安となる第二の閾値濃度との比較に基づいて前記水素排気バルブの開閉異常を判断する、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項２】
燃料電池から排出される水素オフガスを前記燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、
前記水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を前記水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、
前記排気通路に設けられた水素排気バルブと、
前記排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、
前記水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、
前記異常判断手段は、前記水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における前記混合室にて前記被混合ガスと混合された前記水素オフガスの誘電率変化に基づいて前記水素排気バルブの開閉異常を判断する、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項３】
燃料電池から排出される水素オフガスを前記燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、
前記水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を前記水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、
前記排気通路に設けられた水素排気バルブと、
前記排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、
前記混合室に設けられた熱線抵抗と、
前記水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、
前記異常判断手段は、前記水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における前記熱線抵抗の抵抗値変化に基づいて前記水素排気バルブの開閉異常を判断する、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の燃料電池システムの異常検出装置であって、
前記被混合ガスは、前記燃料電池のカソード極に供給される酸化ガスの一部である、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の燃料電池システムの異常検出装置であって、
前記水素オフガスを気液分離するための気液分離手段を更に備え、
前記気液分離手段は、前記混合室の上流側の前記排気通路に設けられている、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項６】
燃料電池から排出される水素オフガスを前記燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、
前記水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を前記水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、
前記排気通路に設けられた水素排気バルブと、
前記水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、
前記異常判断手段は、前記水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における前記水素排気バルブの上流側の前記排気通路内の温度と前記水素排気バルブの下流側の前記排気通路内の温度との温度差に基づいて前記水素排気バルブの開閉異常を判断する、燃料電池システムの異常検出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうち何れか１項に記載の燃料電池システムの異常検出装置であって、
前記燃料電池に水素ガスを供給するための水素供給装置からの水素供給を遮断する遮断弁を更に備え、
前記異常判断手段は、前記水素排気バルブの開閉異常を検出した場合に、前記遮断弁を閉弁する、燃料電池システムの異常検出装置。
【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設けられる水素排気バルブの異常を検出するための異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単セルを直列に複数積層して成る燃料電池スタックに燃料ガスと酸化ガスを供給して電力発電を行う燃料電池システムにおいては、アノードガスチャンネルから排出された水素オフガス（アノードオフガス）をアノード極に還流させることにより、未反応水素ガスを電池反応に再利用する構成が知られている。水素オフガスの循環路には水素オフガスの一部を排気するための水素排気バルブが設けられており、水素オフガスに含まれる水素以外の成分濃度が高くなった時点で水素排気バルブを定期的に開くことによりアノード極に供給される水素濃度を適正に維持している。ところが、水素排気バルブに異常が生じ、弁の開閉作動が正常に機能しない場合には、電池運転に支障が生じることとなる。このため、特開２００３−９２１２５号公報には、水素排気バルブへの水素排出指令を検知し、燃料電池スタックの燃料給気部の目標圧力と実際の検出値とに基づいて水素排気バルブの故障を判定する技術が提案されている。
【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】
【０００３】
しかし、同文献に記載の技術では、水素排気バルブの故障判定は電池運転が定常状態のときに限られるため、例えば、アクセルを急激に踏み込んだ場合のように過渡状態のときには適正な故障判定を行うことはできない。
【０００４】
そこで、本発明は上述の問題を解決し、水素排気バルブの異常を検出するための異常検出装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池から排出される水素オフガスを燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、排気通路に設けられた水素排気バルブと、排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、異常判断手段は、水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における混合室にて被混合ガスと混合された水素オフガスの水素濃度変化と、開故障を判断する目安となる第一の閾値濃度及び閉故障を判断する目安となる第二の閾値濃度との比較に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断する。
【０００６】
本発明の他の側面に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池から排出される水素オフガスを燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、排気通路に設けられた水素排気バルブと、排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、異常判断手段は、水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における混合室にて被混合ガスと混合された水素オフガスの誘電率変化に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断する。混合室に被混合ガスのみが導入されている状態と、水素オフガスが被混合ガスに混合している状態とでは、ガスの誘電率が異なるため、水素オフガスの誘電率変化に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断できる。
【０００７】
本発明の他の側面に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池から排出される水素オフガスを燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、排気通路に設けられた水素排気バルブと、排気通路から排気された水素オフガスを被混合ガスと混合させるための混合室と、混合室に設けられた熱線抵抗と、水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、異常判断手段は、水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における熱線抵抗の抵抗値変化に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断する。燃混合室に被混合ガスのみが導入されている状態よりも、水素オフガスが被混合ガスに混合している状態の方が熱線抵抗の熱伝導率が高いため、熱線抵抗の抵抗値変化を検出することにより、水素排気バルブの開閉故障を判断できる。
【０００８】
本発明に関わる燃料電池システムの異常検出装置において、上述の被混合ガスは燃料電池のカソード極に供給される酸化ガスの一部であることが好ましい。これにより、システム構成を簡略化できる。
【０００９】
本発明に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、水素オフガスを気液分離するための気液分離手段を更に備えてもよい。気液分離手段は、混合室の上流側の排気通路に設けられるのが好ましい。水素オフガスを予め気液分離しておくことで、精度の高い水素濃度測定を可能にできる。
【００１１】
本発明の他の側面に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池から排出される水素オフガスを燃料電池のアノード極に還流させるための水素オフガス循環流路と、水素オフガス循環流路を循環する水素オフガスの一部を水素オフガス循環流路から排気するための排気通路と、排気通路に設けられた水素排気バルブと、水素排気バルブの開閉異常を判断する異常判断手段と、を備え、異常判断手段は、水素排気バルブの開閉を指令する開閉制御信号の入力前後における水素排気バルブの上流側の排気通路内の温度と水素排気バルブの下流側の排気通路内の温度との温度差に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断する。電池反応によって生じた熱によって水素オフガスは昇温しているため、水素排気バルブの上流側の排気通路内の温度と水素排気バルブの下流側の排気通路内の温度との温度差に基づいて水素排気バルブの開閉異常を判断できる。
【００１３】
本発明に係わる燃料電池システムの異常検出装置は、燃料電池に水素ガスを供給するための水素供給装置からの水素供給を遮断する遮断弁を備えてもよい。異常判断手段は、水素排気バルブの開閉異常を検出した場合に、遮断弁を閉弁するのが好ましい。これにより、システム外への水素流出を回避できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水素排気バルブの開閉異常を判断できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［発明の実施形態１］
以下、各図を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。  
図１は第１実施形態に関わる燃料電池システム１０の主要構成図である。同システム１０は燃料電池電気自動車搭載用の発電システムであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて電力発電を行う燃料電池（セルスタック）２０を備えている。燃料電池２０はフッ素系樹脂等により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜等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をスクリーン印刷等で形成した膜・電極接合体（ＭＥＡ）２４を備えている。膜・電極接合体２４の両面は図示しないリブ付セパレータ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及びカソード極２３との間にそれぞれ溝状のアノードガスチャンネル２５及びカソードガスチャンネル２６を形成している。ここでは説明の便宜上、膜・電極接合体２４、アノードガスチャンネル２５、及びカソードガスチャンネル２６から成る単セルの構造を模式的に図示しているが、実際には上述したリブ付セパレータを介して複数の単セルが直列に接続したスタック構造を備えている。
【００１６】
燃料電池システム１０の燃料ガス供給系統にはアノードガスチャンネル２５に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路３１と、アノードガスチャンネル２５から排出される水素オフガスを燃料ガス流路３１に還流させるための水素オフガス循環流路３２が配管されている。燃料ガス流路３１には水素供給装置７１からの燃料ガスの供給／停止を制御する遮断弁Ａ１と、燃料ガスの圧力調整を行うレギュレータＡ２が配設されている。水素オフガス流路３２にはアノードガスチャンネル２５を通過することにより圧力損失を受けた水素オフガスを加圧して燃料ガス流路３１に還流させるための水素ポンプＰ１が設置されている。また、水素オフガス循環流路３２には水素オフガスに含まれる水素以外の成分濃度が高くなった時点で水素オフガスの一部をシステム外に排気するための排気通路３３が分岐連通している。排気通路３３には水素排気バルブＡ３が配設されており、水素オフガスの排出量を調整できるように構成されている。水素排気バルブＡ３としては、例えば、電磁弁が好適であり、リニア弁、オンオフ弁の何れでもよい。排気通路３３の下流端は混合室５０に連通しており、排気通路３３を流れる水素オフガスを混合室５０に導いている。混合室５０に導かれた水素オフガスは排気通路５１から酸素オフガス流路４２に合流し、マフラ５２にて消音された後、システム外へ排気される。
【００１７】
一方、燃料電池システム１０の酸化ガス供給系統にはカソードガスチャンネル２６に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路４１と、カソードガスチャンネル２６から排出される酸素オフガス（カソードオフガス）を排気するための酸素オフガス流路４２が配管されている。酸化ガス流路４１には車外から導入したエアに含まれる粉塵を濾過するためのエアフィルタ７２と、モータＭ１によって駆動されるエアコンプレッサ７３と、エアコンプレッサ７３によって加圧されたエアを適度に湿潤するための過湿器７４と、カソードガスチャンネル２６への酸化ガスの供給量を調整する制御弁Ａ４が配設されている。酸素オフガス流路４２には圧力調整用の制御弁Ａ５と、上述した加湿器７４が配設されている。加湿器７４では燃料電池２０の電池反応で生じた生成水によって高湿潤状態となった酸素オフガスと、車外より取り込んだ低湿潤状態の酸化ガスとの間で水分交換が行われる。酸素オフガス流路４２を流れる酸素オフガスはマフラ５２にて消音された後、システム外へ排気される。
【００１８】
混合室５０には水素オフガスのガス状態量を検出するガス状態量検出手段として、水素センサＳ１が設置されている。水素センサＳ１の設置箇所としては、水素排気バルブＡ３の下流側が望ましい。水素排気バルブＡ３の上流側を流れる水素オフガスの水素濃度、流速、圧力、成分比、温度等のガス状態量は燃料電池２０の運転状態に応じて刻一刻と変化しており、特に、アクセルペダルの急激な踏み込みなどによる負荷変動によってシステムが過渡状態になると、水素オフガスのガス状態量も大きく変動する。このような事情から水素排気バルブＡ３の上流側に水素センサＳ１などのガス状態量検出手段を設置してガス状態量を検出した場合、過渡状態では水素排気バルブＡ３の開閉異常を正確に検出することは困難となる。これに対し、水素排気バルブＡ３の下流側にガス状態量検出手段を設置すれば、システムの運転状態に関わりなく、水素排気バルブＡ３の開閉異常を常時判断することが可能となる。
【００１９】
混合室５０は水素排気バルブＡ３の下流を流れる水素オフガスを外部ガスと混合させることによって、水素オフガスのガス状態量を精度よく検出するためのガス容積室である。本実施形態では混合室５０に水素センサＳ１を設置し、混合室５０内部の水素濃度の変化を検出することで水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する。水素オフガスのみを混合室５０に導く構成では水素排気バルブＡ３のガス漏れ等による水素濃度変化を検出することができないが、混合室５０へ外部ガスを導入し、水素オフガスと混合させることで、非混合時と混合時の水素濃度差から水素濃度変化を精度よく検出できる。水素オフガスと混合される外部ガスとしては、水素濃度変化の検出に支障が生じないガスであれば、特に限定されるものではないが、例えば、燃料電池２０の酸化ガス供給系統を流れる加圧エアを利用すれば、システム構成の簡略化に好適である。本実施形態では、酸化ガス流路４１から混合室５０に分岐連通するガス供給通路４３を配管し、エアコンプレッサ７３から出力される一定流量の加圧エアを混合室５０に導いている。同図では、酸化ガス流路４１から混合室５０へガス供給通路４３を分岐連通する構成を図示しているが、酸素オフガス流路４２から混合室５０へガス供給通路４３を分岐連通するように構成してもよい。また、混合室５０へ導入される外部ガスとしては、水素濃度検出に支障を来たさないようにできるだけ湿度の低い乾燥エアであることが望ましく、特に、加湿器７４にて過湿される前の酸化ガス流路４１を流れる加圧エアが好適である。
【００２０】
ＰＣＵ（Power Control Unit）８０はインバータとＤＣ／ＤＣコンバータを含む電力制御装置である。燃料電池２０が発電した電力はＰＣＵ８０によって交流電力（三相交流）に変換されて車両走行用のモータ（三相同期モータ）８２に供給される。燃料電池２０が発電した余剰電力はＰＣＵ８０によって低電圧にダウンコンバートされ、二次電池８１に充電される。この二次電池８１はブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとしての役割を担うものであり、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池などが好適である。
【００２１】
制御部９０は水素センサＳ１からのセンサ信号を入力して水素オフガスの水素濃度を検出するとともに、燃料電池システム１０の運転状態に合わせて遮断弁Ａ１、レギュレータＡ２、水素排気バルブＡ３、制御弁Ａ４、制御弁Ａ５、水素ポンプＰ１、モータＭ１、ＰＣＵ８０を制御する。水素オフガスの排気時には、制御部９０は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号（開閉指令）を出力して水素排気バルブＡ３の開閉制御を行うとともに、水素センサＳ１から出力されるセンサ信号を基に水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する異常判断手段として機能する。
【００２２】
図２は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を入力したときに水素センサＳ１が検出する水素濃度変化を示している。ここでは、水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を入力し、開閉制御信号が入力される前後における混合室５０の水素濃度変化をチェックすることで水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断している。開閉制御信号としては様々な波形パターンの信号を入力して水素濃度変化を検出するのが好ましい。例えば、同図（ａ）に示すように時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４の期間にバルブ開とする開閉制御信号Ｃ１，Ｃ２を入力する。すると、水素センサＳ１の応答波形は、同図（ｂ）に示すように時刻ｔ１，ｔ３から立ち上がる応答波形Ｒ１，Ｒ２として検出される。ここで、時刻ｔ１，ｔ３から所定の時間ＴＡ以内に応答波形Ｒ１，Ｒ２が閾値濃度Ａ以上となれば、水素排気バルブＡ３は「開状態（正常作動）」であると判断し、閾値濃度Ｂ以上Ａ未満であれば、「半開状態（半開故障）」と判断し、閾値濃度Ｂ以下であれば、「閉状態（閉故障）」と判断する。また、時刻ｔ２，ｔ４から所定の時間ＴＢ以内に応答波形Ｒ１，Ｒ２が閾値濃度Ｂ以下となれば、水素排気バルブＡ３は「閉状態（正常作動）」であると判断し、閾値濃度Ｂ以上Ａ未満であれば、「半開状態（半開故障）」と判断し、閾値濃度Ａ以上であれば、「開状態（開故障）」と判断する。水素排気バルブＡ３として、例えば、オンオフ弁を採用した場合、上述した故障診断により、水素排気バルブＡ３の開閉状態が「全開」、「半開」、「全閉」のうち何れの状態であるかを判断できる。
【００２３】
尚、閾値濃度Ａ，Ｂはそれぞれ「開故障」、「閉故障」を判断する目安となる濃度をいい、濃度Ａ＞濃度Ｂとする。また、「開故障」とは水素排気バルブＡ３が開いたままになって、閉弁できなくなる故障状態をいい、「閉故障」とは水素排気バルブＡ３が閉じたままになって、開弁できなくなる故障状態をいう。
【００２４】
上述の開閉制御信号Ｃ１，Ｃ２は水素排気バルブＡ３がオンオフ弁、リニア弁の何れであっても有効に利用できるが、水素排気バルブＡ３がリニア弁である場合には、同図（ａ）に示すように、中間の弁開度を設定する開閉制御信号Ｃ３、又は、立ち下りエッジが一定の勾配で緩やかに下がる開閉制御信号Ｃ４などを利用してもよい。バルブ故障診断の際に水素排気バルブＡ３に入力される開閉制御信号としては、一定の波形パターンの信号（例えば、上述した開閉制御信号Ｃ１，Ｃ２のみ）を連続的に入力するよりも、異なる波形パターンの開閉制御信号（例えば、上述した開閉制御信号Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４）を一定の時間間隔で交互に、又は、ランダムに入力するなどして入力信号に変化を与えた方がより正確に故障診断を行うことができる。例えば、水素排気バルブＡ３としてリニア弁を採用した場合、水素排気バルブＡ３に対して３０％開度の開閉制御信号が入力されている状態から８０％開度の開閉制御信号が入力されている状態に変化させたときの水素排気バルブＡ３下流のガス状態量（水素オフガスの濃度、流速、圧力、成分比、温度、誘電率等）又はその時間変化に基づいて開閉異常を判断することも可能である。この場合、水素排気バルブＡ３の開閉異常がどの程度の開度で異常になっているのかを検出することが可能となり、異常の判断精度を向上させることが可能となる。
【００２５】
尚、水素排気バルブＡ３の開閉異常が検出された場合には、制御部９０は、（１）燃料ガスの供給元である遮断弁Ａ１を閉じることでシステム外への水素流出を回避し、燃費悪化を抑制する、（２）燃料電池２０の発電を抑制する、（３）二次電池８１に蓄えられた電力でモータ８２を駆動するようにＰＣＵ８０を制御する、（４）水素排気バルブＡ３に故障がある旨をディスプレイ表示又は報知音などで運転者に知らせる、などの各種の故障対応処理を行う。このように制御部９０は故障対応手段としても機能する。
【００２６】
このように本実施形態によれば、水素排気バルブＡ３の下流に設置された水素センサＳ１のセンサ出力信号に基づいて水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断するため、燃料電池２０の運転を停止している状態に限らず、過渡的な状態で運転している場合であっても、水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断できる。また、水素オフガスと外部ガスを混合室５０に導く構成としたため、水素オフガスと外部ガスの非混合時と混合時の水素濃度差から水素濃度変化を精度よく検出できる。また、水素センサＳ１を用いることによって、圧力センサでは検出困難な異物の噛み込み等による微小な漏れをも検出可能である。
【００２７】
尚、本実施形態では水素オフガスのガス状態量として、水素濃度を検出する構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、水素オフガスの流速、圧力、成分比、温度、誘電率などの物理量を用いてもよい。  
【００２８】
［発明の実施形態２］
図３は第２実施形態に関わるガス状態量検出手段の構成図である。本実施形態においては水素オフガスの圧力を検出する圧力センサＳ２を水素排気バルブＡ３の下流側の排気通路３３に設置している。マップデータ９０ａには水素排気バルブＡ３にガス漏れが生じてないときの検出圧力Ｐを基準圧力とし、この基準圧力からの圧力上昇分に対応するガス漏れ量が記録されている。制御部（異常判断手段）９０は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を与え、開閉制御信号が与えられる前後の圧力変動を検出し、マップデータ９０ａを参照して水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する。  
【００２９】
［発明の実施形態３］
図４は第３実施形態に関わるガス状態量検出手段の構成図である。本実施形態においては水素オフガスの温度を検出する温度センサＳ３を水素排気バルブＡ３の上流側の排気通路３３に設置し、温度センサＳ４を水素排気バルブＡ３の下流側の排気通路３３に設置している。温度センサＳ３の検出温度をＴＸ、温度センサＳ４の検出温度をＴＹとすると、水素排気バルブＡ３が開弁している状態ではＴＸ＝ＴＹとなる。一方、水素排気バルブＡ３が閉弁している状態では、電池反応によって生じた熱によって水素オフガスは昇温しているため、ＴＸ＞ＴＹとなる。ＴＸ，ＴＹの温度差を検出することによって、水素排気バルブＡ３のガス漏れを検出することができる。マップデータ９０ｂには温度差（ＴＸ−ＴＹ）に対するガス漏れ量が記録されている。温度差（ＴＸ−ＴＹ）が小さい程、ガス漏れが多く、温度差（ＴＸ−ＴＹ）が大きい程、ガス漏れが少ない。
【００３０】
制御部（異常判断手段）９０は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を与え、温度センサＳ３，Ｓ４のセンサ出力信号から温度差（ＴＸ−ＴＹ）を求め、マップデータ９０ｂを参照して水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する。温度差（ＴＸ−ＴＹ）に所定の閾値を設定しておけば、温度差（ＴＸ−ＴＹ）を基にして水素排気バルブＡ３の「全開」、「半開」、「全閉」を判断できる。このように水素排気バルブＡ３の下流側だけでなく上流側にもガス状態量検出手段を設置することで水素排気バルブＡ３が「全開」、「半開」、「全閉」の何れの状態であるかを精度よく判定できる。尚、温度センサＳ３は必ずしも必須ではなく、温度センサＳ３を省略して温度センサＳ４だけで水素排気バルブＡ３の故障診断を行ってもよい。  
【００３１】
［発明の実施形態４］
図５は第４実施形態に関わるガス状態量検出手段の構成図である。本実施形態においては対向配置された一対の電極Ｓ５，Ｓ６を混合室５０内部に設置している。混合室５０に外部ガスのみが導入されている状態と、水素オフガスが外部ガスに混合している状態とでは、ガスの誘電率が異なるため、電極Ｓ５，Ｓ６間のキャパシタ容量変化を読み取ることにより、水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断できる。制御部（異常判断手段）９０は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を与え、開閉制御信号が与えられる前後のキャパシタ容量変化を検出して、水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する。  
【００３２】
［発明の実施形態５］
図６は第５実施形態に関わるガス状態量検出手段の構成図である。本実施形態においては電圧源Ｖに接続する熱線抵抗ＲＸを混合室５０内部に設置し、ジュール熱によって熱線抵抗ＲＸを発熱させる。混合室５０に外部ガスのみが導入されている状態よりも、水素オフガスが外部ガスに混合している状態の方が熱線抵抗ＲＸの熱伝導率が高いため、熱線抵抗ＲＸの抵抗値Ｒは低下する。水素排気バルブＡ３に開閉故障が生じ、水素オフガスが漏れると、熱線抵抗ＲＸの抵抗値Ｒは減少するため、抵抗値Ｒを検出することにより、水素排気バルブＡ３の開閉故障を判断できる。抵抗値Ｒは電圧源Ｖの出力電圧を電流センサＳ７で読み取った電流値で除することにより求めることができる。マップデータ９０ｃには熱線抵抗ＲＸの抵抗値Ｒに対するガス漏れ量が記録されている。制御部（異常判断手段）９０は水素排気バルブＡ３に開閉制御信号を与え、開閉制御信号が与えられる前後の抵抗値Ｒの変化量を求め、マップデータ９０ｃを参照して水素排気バルブＡ３の開閉異常を判断する。  
【００３３】
［発明の実施形態６］
図７は第６実施形態に関わるガス状態量検出手段の構成図である。本実施形態においては水素排気バルブＡ３の下流側であって、かつ水素センサＳ１の上流側における排気通路３３に気液分離器６０を設置し、水素オフガスに含まれる水分を気液分離している。水素センサＳ１に水滴などが付着すると、水素濃度検出に支承を来たすが、このように水素オフガスを予め気液分離しておくことで、精度の高い水素濃度測定を可能にできる。気液分離器６０としては、水素オフガスを高速旋回させることによって水分を遠心方向に飛翔させて気液分離するサイクロン式分離器や、空冷又は水冷による熱交換式の気液分離器などを用いることができる。
【００３４】
気液分離手段として、気液分離器６０の他に、例えば、ガス透過性カバー６１を水素センサＳ１の手前に設置してもよく、さらには、袋状のガス透過性カバー６２で水素センサＳ１を包み込んでもよい。ガス透過性カバー６１，６２としては、水素透過性材質で構成されているものが望ましいが、水分のみを除去できるガス透過性材質であってもよい。このような材質として、例えば、ゴアテックス（登録商標）が好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第１実施形態に関わる燃料電池システムの主要構成図である。
【図２】水素排気バルブの開閉制御信号と水素濃度変化の対応図である。
【図３】第２実施形態のガス状態量検出手段を中心とした構成図である。
【図４】第３実施形態のガス状態量検出手段を中心とした構成図である。
【図５】第４実施形態のガス状態量検出手段を中心とした構成図である。
【図６】第５実施形態のガス状態量検出手段を中心とした構成図である。
【図７】第６実施形態のガス状態量検出手段を中心とした構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…燃料電池システム  ２０…燃料電池  ３１…燃料ガス流路  ３２…水素オフガス循環流路  ３３…排気通路  ５０…混合室  ６０…気液分離器  ９０…制御部（異常判断手段）  Ａ３…水素排気バルブ  Ｓ１…水素センサ  Ｓ２…圧力センサ  Ｓ３…温度センサ  Ｓ４…温度センサ  Ｓ５…電極  Ｓ６…電極  Ｓ７…電流センサ
【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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