(57)【要約】【課題】ガス流路の圧力系を監視する圧力法によらずに、燃料電池運転システムにおける弁の開閉異常を検出することである。【解決手段】燃料電池運転システムの初期状態として、調整弁を全開、バイパス弁を全閉とし、ＡＣＰから所定の流量で空気を供給させ、この状態の下のＡＣＰの第１作動消費電力を取得する（Ｓ１０〜Ｓ１４）。次に調整弁が絞られ、その状態の下のＡＣＰの第２作動消費電力を取得し、第２作動消費電力が増加したか否かを判断し、増加のとき調整弁は正常で、そうでないときは調整弁が開閉異常であると判断する（Ｓ１６〜Ｓ２４）。次に、バイパス弁が開けられ、その状態の下のＡＣＰの第３作動消費電力として取得し、第３作動消費電力が増加したか否かを判断し、増加したときバイパス弁は正常で、そうでないときはバイパス弁が開閉異常であると判断する（Ｓ２６〜Ｓ３４）。【選択図】図２
2007280800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムであって、
制御部は、
調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、
バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する手段と、
第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項２】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムであって、
制御部は、
調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、
調整弁を開き、バイパス弁を開いて、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する手段と、
第１作動消費電力と第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項３】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムであって、
制御部は、
調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、
バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する手段と、
調整弁と、バイパス弁とを開き、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する手段と、
第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断手段と、
第１作動消費電力又は第２作動消費電力のいずれかと、第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断手段と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項４】
請求項１、請求項２、請求項３のいずれか１に記載の燃料電池運転システムにおいて、
酸化ガス供給装置は、電力により駆動されるコンプレッサであることを特徴とする燃料電池運転システム。
【請求項５】
燃料電池と、
燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、
燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、
入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、
入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、
バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、
燃料電池の運転を制御する制御部と、
を含む燃料電池運転システムにおいて、調整弁又はバイパス弁の異常状態を検出する方法であって、
調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する工程と、
バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する工程と、
調整弁と、バイパス弁とを開き、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する工程と、
第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断工程と、
第１作動消費電力又は第２作動消費電力のいずれかと、第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断工程と、
を有することを特徴とする燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法に係り、特に水素を燃料ガスとする燃料電池においてカソード側に酸化ガスの流れを調整する弁を有する燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、固体電解質膜及び触媒層の積層体である膜積層体（Ｍｅｍｂｒａｍｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を挟んでアノード側に燃料ガスとしての水素を供給し、カソード側に酸化ガスとしての空気を供給するシステムが周知である。この燃料電池運転システムでは、ＭＥＡを含むセル内部において、水素と、空気中の酸素との反応によって電力を発生するとともに、カソード側から反応生成物としての水が排出される。カソード側に供給する空気の量を調整するため、燃料電池のカソード側出口に背圧バルブ、あるいは調圧弁と呼ばれる調整弁が設けられる。
【０００３】
また、ＭＥＡは膜の積層体であるので、アノード側からカソード側に水素が一部漏れることがあり、この漏れてきた水素と、アノード側における未反応の水素は、空気でもって希釈され排出される。そのために、カソード側には、酸化ガスである空気を、セルにおける反応のためのガスと、希釈のためのガスとに振り分けるために、バイパス流路が設けられ、またバイパス流路中にバイパス弁が設けられる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、高価なバッテリパックを用いない燃料電池車両用の回生制動システムが開示され、ここでは、燃料電池のカソード側出口と大気開放端との間に背圧バルブが設けられ、また圧縮空気を供給するコンプレッサとカソードとの間に、大気開放端へのバイパスのための３方弁であるバイパスバルブが設けられている。
【０００５】
このように、水素を燃料ガスとする燃料運転システムにおいては、水素ガスの供給、空気の供給とともに、いくつかの弁の操作によって、適切な発電電力の取り出しと、発電反応物の水の排水とともに排気の希釈が行われる。
【０００６】
ここで、燃料電池システムのガス供給路には上記のように、反応生成物である水が含まれるので、ガス供給路に設けられる調整弁やバイパス弁は、周囲温度の低下による水の凍結等で固着して起動時に作動しなくなることがある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８０００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように、燃料電池運転システムに用いられる弁は、時々固着して作動しない等の開閉異常が発生する。例えば、固着異常があり、弁の開閉あるいは開度の調整の指示を行っても、その指示通りに開閉せず、あるいは開度の調整ができない。固着異常が生じる理由としては、システムが低温にさらされることでガス流路中の水が凍結するほか、低温のために弁の作動性が低下し、あるいは、使用頻度のあまり高くない弁は、長期間の不使用によって固着しがちになることが考えられる。
【０００９】
また、ガス流路の圧力系の監視用の圧力センサを用い、ガス流路の圧力系の異常から弁の開閉異常を判断することも考えられるが、弁の配置によっては、その弁の開閉異常が、ガス流路全体の圧力異常にあまり影響を及ぼさないことがある。このように、ガス流路の圧力系を監視する方法では、燃料電池運転システムにおける弁の異常検出を行うことが困難である。
【００１０】
本発明の目的は、ガス流路の圧力系を監視する圧力法によらずに、弁の開閉異常を判断できる燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法を提供することである。  
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る燃料電池運転システムは、燃料電池と、燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、燃料電池の運転を制御する制御部と、を含む燃料電池運転システムであって、制御部は、調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する手段と、第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料電池運転システムは、燃料電池と、燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、燃料電池の運転を制御する制御部と、を含む燃料電池運転システムであって、制御部は、調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、調整弁を開き、バイパス弁を開いて、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する手段と、第１作動消費電力と第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る燃料電池運転システムは、燃料電池と、燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、燃料電池の運転を制御する制御部と、を含む燃料電池運転システムであって、制御部は、調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する手段と、バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する手段と、調整弁と、バイパス弁とを開き、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する手段と、第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断手段と、第１作動消費電力又は第２作動消費電力のいずれかと、第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断手段と、を有することを特徴とする。
【００１４】
また、酸化ガス供給装置は、電力により駆動されるコンプレッサであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法は、燃料電池と、燃料電池のアノード側に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、燃料電池のカソード側に、酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、酸化ガス供給装置と燃料電池のカソード側ガス入口とを接続する入口側流路と、燃料電池のカソード側ガス出口から排気側へ接続される出口側流路と、入口側流路と出口側流路を接続し、燃料電池と並列に配置されるバイパス流路と、入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、カソード側のガス流量を調整する調整弁と、バイパス流路に設けられ、バイパス流路のガス流量を調整するバイパス弁と、燃料電池の運転を制御する制御部と、を含む燃料電池運転システムにおいて、調整弁又はバイパス弁の異常状態を検出する方法であって、調整弁を開き、バイパス弁を全閉にして、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第１状態における酸化ガス供給装置の第１作動消費電力を検出する工程と、バイパス弁を全閉にして、調整弁を任意の量だけ絞って、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第２状態における酸化ガス供給装置の第２作動消費電力を検出する工程と、調整弁と、バイパス弁とを開き、酸化ガス供給装置に所定のガス供給量を流させる第３状態における酸化ガス供給装置の第３作動消費電力を検出する工程と、第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断工程と、第１作動消費電力又は第２作動消費電力のいずれかと、第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、燃料電池運転システムは、カソード側において、調整弁が入口側流路又は出口側流路の少なくとも一方に設けられ、バイパス弁が燃料電池と並列に、入口側流路と出口側流路を接続するように設けられる。そして、カソード側の酸化ガス供給装置の作動消費電力を次の状態の下で検出取得する。まず、調整弁を開き、バイパス弁を全閉にしたときの消費電力を第１作動消費電力とする。そして、バイパス弁を全閉とし、調整弁を任意の量だけ絞ったときの消費電力を第２作動消費電力とする。また、バイパス弁を開いたときの消費電力を第３作動消費電力とする。
【００１７】
調整弁を当初の開度から適当に絞ると、燃料電池の出口における圧力が上昇する。そのために酸化ガス供給装置はその圧力の下で所定の流量を流そうとして、例えばコンプレッサ用モータの回転速度（毎分当りの回転数）を上げ、その消費電力が増大する。すなわち、調整弁が正常作動するときは、その絞りの変化の前後で、酸化ガス供給装置の消費電力が変化する。したがって、圧力法を用いることなく、第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づいて、調整弁の開閉異常を判断できる。
【００１８】
また、バイパス弁を開くと、その分だけ燃料電池の入口におけるガスの供給が減少し、燃料電池の出口における圧力が低下する。そのために酸化ガス供給装置はその圧力の下で所定の流量を流そうとして、例えばコンプレッサ用モータの回転速度を下げ、その消費電力が減少する。すなわち、バイパス弁が正常作動するときは、その開度の変化の前後で、酸化ガス供給装置の消費電力が変化する。したがって、圧力法を用いることなく、第１又は第２作動消費電力と、第３作動消費電力とに基づいて、バイパス弁の開閉異常を判断できる。
【００１９】
上記のように、本発明に係る燃料電池運転システム及び燃料電池運転システムにおける弁の異常検出方法によれば、ガス流路の圧力系を監視する圧力法によらずに、弁の開閉異常を判断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は燃料電池運転システム１０の構成図である。燃料電池運転システム１０は、システム本体部２０と、システム本体部２０の各要素をシステム全体として制御する制御部７０とから構成されている。
【００２１】
システム本体部２０は、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタック２２と呼ばれる燃料電池本体及び、燃料電池スタック２２のアノード側に配置される燃料ガスである水素ガス供給のための各要素と、カソード側に配置される酸化ガスである空気供給のための各要素を含んで構成される。
【００２２】
アノード側の燃料ガス供給源２４は、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。燃料ガス供給源２４は、レギュレータ２６に接続される。レギュレータ２６は、燃料ガス供給源２４からの水素ガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギュレータ２６の出力口に設けられる圧力計２８は、供給水素圧力を検出する測定器である。レギュレータ２６の出力口は燃料電池スタック２２のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された水素ガスが燃料電池スタック２２に供給される。
【００２３】
燃料電池スタック２２のアノード側出口から排出されるガスは、発電で水素が消費されて水素濃度が低くなり、また、ＭＥＡを通してカソード側の空気の成分である窒素ガスが透過してきて不純物ガス濃度が高くなっている。また、ＭＥＡを通して、反応生成物の水も透過してくる。
【００２４】
燃料電池スタック２２のアノード側出口に接続される分流器３２は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、排気バルブ３４を通して希釈器６４に流すためのものである。このときの排気ガスは、窒素の他に反応生成物の水も含む水素ガスである。また、分流器３２の後でさらにアノード側入口との間に設けられる循環昇圧器３０は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。
【００２５】
カソード側の酸化ガス供給源４０は、実際には大気を用いることができる。酸化ガス供給源４０である大気（エア）はフィルタ４２を通してからカソード側に供給される。フィルタ４２の後に設けられる流量計４４は、酸化ガス供給源４０からの全供給流量を検出するフローメータである。また、フィルタ４２の後に設けられる温度計４６は、酸素ガス供給源４０からのガスの温度を検出する機能を有する。
【００２６】
エアコンプレッサ（ＡＣＰ）４８は、モータ５０によって酸化ガスである空気を容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。またＡＣＰ（４８）は、制御部７０の制御の下で、その回転速度（毎分当りの回転数）を可変して、所定量の酸化ガスを提供する機能を有する。すなわち、酸化ガスの所要流量が大きいときは、モータ５０の回転速度を上げ、逆に酸化ガスの所要流量が小さいときは、モータ５０の回転速度を下げる。ＡＣＰ消費電力検出部５２は、ＡＣＰ（４８）の消費電力、具体的にはモータ５０の消費電力を検出する機能を有する測定器である。モータ５０は、回転速度を上げると消費電力が大きくなり、回転速度を下げると消費電力が小さくなるので、消費電力は、モータの回転速度、あるいは酸化ガス流量に密接に関連する。
【００２７】
このように燃料電池スタック２２のカソード側には酸化ガスとしての空気がＡＣＰ（４８）によって制御部７０の制御の下で供給される。すなわちここでは、酸化ガスと、空気、あるいはエアとは、同義語である。したがって、酸化ガス供給源４０からＡＣＰ（４８）までの要素を、酸化ガス供給装置と呼ぶことができる。
【００２８】
加湿器５４は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタック２２での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有するものである。加湿器５４により適度に湿らせられた酸化ガスは、燃料電池スタック２２のカソード側入口に供給され、カソード側出口から排気される。このときに、排気とともに反応生成物である水も排出される。燃料電池スタック２２は反応により高温になるので、排出される水は水蒸気となっており、この水蒸気が加湿器５４に供給され、酸化ガスを適度に湿らせる。このように、加湿器５４は、酸化ガスに水蒸気の水分を適当に与える機能を有するもので、いわゆる中空糸を用いたガス交換器を用いることができる。すなわち、加湿器５４は、ＡＣＰ（４８）からのガスが流れる流路と、水蒸気が流れる流路との間でガス交換できる構成となっている。例えば、中空糸の内側流路をＡＣＰ（４８）からの酸化ガスの流路とし、中空糸の外側流路を燃料電池スタック２２のカソード側出口からの水蒸気とすることで、燃料電池スタック２２のカソード側入口への酸化ガスを適度に湿らせることができる。
【００２９】
ここで、上記の酸化ガス供給装置と、燃料電池スタック２２のカソード側入口とを接続する流路のことを入口側流路と呼ぶことができる。これに対応して、燃料電池スタック２２のカソード側出口から排気側へ接続される流路を出口側流路と呼ぶことができる。
【００３０】
出口側流路のカソード側出口に設けられる圧力計５６は、カソード側出口のガス圧を検出する機能を有する。また出口側流路に設けられる調整弁６０は、背圧弁とも呼ばれるが、カソード側出口のガス圧を調整し、燃料電池スタック２２への酸化ガスの流量を調整する機能を有する弁で、例えばバタフライ弁のように流路の実効開口を調整できる弁を用いることができる。なお、調整弁６０は、場合によっては入口側流路に設けられるものとしてもよい。
【００３１】
調整弁６０の出力口は、上記の加湿器５４に接続されるので、調整弁６０を出たガスは加湿器５４に水蒸気を供給した後、再び戻って、希釈器６４に入り、その後外部に排出される。
【００３２】
バイパス弁６２は、入口側流路と出口側流路を接続して燃料電池スタック２２と並列に配置されるバイパス流路に設けられる弁で、主に、排気における水素濃度を希釈するための空気を希釈器６４に供給する機能を有する。すなわち、バイパス弁６２を開くことで、ＡＣＰ（４８）からの酸化ガスを、燃料電池スタック２２へ流れる成分とは別に、燃料電池スタック２２を流れずにバイパス流路を経由して、希釈器６４に供給することができる。バイパス弁６２としては、エンジンの排気ガス希釈のために用いられる排気バイパス弁と同様な構成のものを用いることができる。
【００３３】
希釈器６４は、アノード側の排気バルブ３４からの水素混じりの排水、及び、カソード側の水蒸気混じりでさらにＭＥＡを通して漏れてくる水素混じりの排気を集め、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。そして、水素濃度が適当な濃度を超えるときは、バイパス弁６２を開けることで燃料電池スタック２２を経由せずに提供される酸化ガスを用いてさらに適度な希釈を行うことができる。
【００３４】
制御部７０は、システム本体部２０の上記の各要素をシステム全体として制御するもので、いわゆる燃料電池ＣＰＵと呼ばれることがある。制御部７０は、特に、調整弁６０とバイパス弁６２の作動に関係するＡＣＰ（４８）の消費電力をＡＣＰ消費電力検出部５２から取得し、調整弁６０とバイパス弁６２の開閉異常状態を判断する機能を有する。すなわち、調整弁６０が開いておりバイパス弁６２が全閉のときのＡＣＰ（４８）の作動消費電力を取得する第１作動消費電力取得モジュール７２、バイパス弁６２を全閉とし、調整弁６０を絞ったときのＡＣＰ（４８）の作動消費電力を取得する第２作動消費電力取得モジュール７４、バイパス弁６２を開いたときの作動消費電力を取得する第３作動消費電力取得モジュール７６、第１作動消費電力と第２作動消費電力とに基づき、調整弁が開閉異常であるか否かを判断する調整弁異常判断モジュール７８、第１作動消費電力又は第２作動消費電力のいずれかと、第３作動消費電力とに基づき、バイパス弁が開閉異常であるか否かを判断するバイパス弁異常判断モジュール８０を含んで構成される。これらの機能はソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する燃料電池運転プログラム、あるいはそれに含まれる弁異常判断プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。
【００３５】
かかる構成の燃料電池運転システム１０の動作、特に制御部７０の各機能につき、図２のフローチャートを用いて詳細に説明する。図２は、燃料電池運転システム１０の動作の中で、調整弁６０の異常とバイパス弁６２の異常をそれぞれ検出するための手順を示すもので、それぞれの手順は、弁異常判断プログラムの各処理手順に相当する。
【００３６】
燃料電池運転システム１０の弁開閉異常判断は、通常、燃料電池運転システム１０の起動時に自動的に行われることが多いが、もちろん必要に応じて任意のときに、運転状態の検出に応じて自動的に、あるいは操作者の指示入力によって手動により行うことができる。弁の開閉異常判断の手順は、最初に、燃料電池運転システム１０の初期状態が設定される（Ｓ１０）。具体的には制御部７０の指令により、調整弁６０が全開、バイパス弁６２が全閉に設定される。燃料電池運転システム１０が通常の温度状態で通常の発電運転を行っているときは、調整弁６０が発電量指令に応じた開度に制御され、バイパス弁６２は全閉となっている。場合によっては、この調整弁６０がある程度開いていてバイパス弁６２が全閉となっている通常運転状態を、そのまま初期状態としてもよい。あるいはバイパス弁６２もある程度開いている状態を初期状態としてもよい。要は、以下の手順に対して基準となる状態であればよい。
【００３７】
次にＡＣＰ（４８）を始動させ、所定の流量で空気を供給させる（Ｓ１２）。そして、この状態の下のＡＣＰ（４８）の消費電力が第１作動消費電力として検出され取得される（Ｓ１４）。具体的には、制御部７０の第１作動消費電力取得モジュール７２の機能により、ＡＣＰ（４８）に指令が与えられ、ＡＣＰ（４８）が所定の流量の空気を吐出するように、モータ５０の回転速度が制御される。そして、ＡＣＰ消費電力検出部５２に消費電力検出の指令が与えられ、検出された消費電力データが制御部７０に伝送されて取得される。
【００３８】
次に、調整弁６０が絞られる（Ｓ１６）。そして、その状態の下のＡＣＰ（４８）の消費電力が第２作動消費電力として検出され取得される（Ｓ１８）。具体的には、制御部７０の第２作動消費電力取得モジュール７２の機能により、調整弁６０に対しその開度を絞る指令が与えられ、そして、ＡＣＰ消費電力検出部５２に消費電力検出の指令が与えられ、検出された消費電力データが制御部７０に伝送されて取得される。調整弁６０の絞り方は、Ｓ１０のときの調整弁６０の開度より絞られていればよい。もちろん全閉としてもよい。
【００３９】
そして、第２作動消費電力と第１作動消費電力とを比較し、第２作動消費電力が増加したか否かを判断する（Ｓ２０）。上記のように、制御部７０はＡＣＰ（４８）に対し所定の吐出流量を維持するように制御をかけるので、調整弁６０を絞ると、燃料電池スタック２２のカソード側出口のガス圧が上昇し、したがってその上昇した圧力に抗して所定の吐出流量を維持するためＡＣＰ（４８）はモータ５０の回転速度を上げることで対応する。したがって、調整弁６０が正常に動作し、弁の絞りが行われると、第２作動消費電力は第１作動消費電力より増大する。第２作動消費電力が増大したと判断されると、調整弁６０は正常に動作していると判断することができ（Ｓ２２）、逆に、第２作動消費電力が増大したと判断されないときは、調整弁６０が開閉異常であると判断することができる（Ｓ２４）。この比較判断は、調整弁異常判断モジュール７８の機能により実行される。
【００４０】
調整弁６０が正常と判断されると、次に、バイパス弁６２が開けられる（Ｓ２６）。そして、その状態の下のＡＣＰ（４８）の消費電力が第３作動消費電力として検出され取得される（Ｓ２８）。具体的には、制御部７０の第３作動消費電力取得モジュール７２の機能により、バイパス弁６２に対しその開度を開ける指令が与えられ、そして、ＡＣＰ消費電力検出部５２に消費電力検出の指令が与えられ、検出された消費電力データが制御部７０に伝送されて取得される。バイパス弁６２の開け方は、Ｓ１０のときのバイパス弁６２の開度より開けられればよい。もちろん全開としてもよい。
【００４１】
そして、第３作動消費電力と第２作動消費電力とを比較し、第３作動消費電力が増加したか否かを判断する（Ｓ３０）。上記のように、制御部７０はＡＣＰ（４８）に対し所定の吐出流量を維持するように制御をかけるので、バイパス弁６２を開けると、燃料電池スタック２２のカソード側出口のガス圧が低下し、したがってその低下した圧力に応じた所定の吐出流量を維持するためＡＣＰ（４８）はモータ５０の回転速度を下げることで対応する。したがって、バイパス弁６２が正常に動作し、弁の開きが行われると、第３作動消費電力は第２作動消費電力より増大する。バイパス弁６２を開くことで第３作動消費電力が増大したと判断されると、バイパス弁６２は正常に動作していると判断することができ（Ｓ３２）、逆に、第３作動消費電力が増大したと判断されないときは、バイパス弁６２が開閉異常であると判断することができる（Ｓ３４）。この比較判断は、バイパス弁異常判断モジュール８０の機能により実行される。
【００４２】
図３は、調整弁６０及びバイパス弁６２の作動と、ＡＣＰ（４８）の消費電力の関係を示す図で、横軸に時間を取り、（ａ）は調整弁６０の作動、（ｂ）はバイパス弁６２の作動、（ｃ）は燃料電池スタック２２のカソード側出口圧力、（ｄ）はＡＣＰ（４８）の消費電力の変化を、時間軸の原点を共通として示した。ここで示されるように、初期状態は調整弁６０が全開、バイパス弁６２が全閉で、Ｓ１０の状態である。そのときのＡＣＰ（４８）の作動消費電力は小として示されているが、これが第１作動消費電力に対応する。
【００４３】
そして、次に調整弁６０のみを絞ると、燃料電池スタック２２のカソード側出口圧力が増大し、それに応じてＡＣＰ（４８）の作動消費電力が増大する。ここで作動消費電力が大として示されているが、これが第２作動消費電力に対応する。
【００４４】
その状態からさらにバイパス弁６２を開くと、燃料電池スタック２２のカソード側出口圧力が低下し、それに応じてＡＣＰ（４８）の作動消費電力が減少する。ここで作動消費電力が中として示されているが、これが第３作動消費電力に対応する。
【００４５】
なお、ＡＣＰ（４８）の作動消費電力の大中小の関係は、調整弁６０の開度特性及びバイパス弁６２の開度特性によりその順序が入れ替わることがある。例えば、図３の例で、バイパス弁６２を開くときの作動消費電力の比較を、第３作動消費電力と第２作動消費電力との間でするときは、第３作動消費電力は第２作動消費電力より増大するが、第３作動消費電力と第１作動消費電力との間でするときは、第３作動消費電力は第１作動消費電力より増大することになる。いずれにせよ、調整弁６０のみを作動させてこれを絞るときにはその前後でＡＣＰ（４８）の作動消費電力が増大し、バイパス弁６２のみを作動させてこれを開くときにはその前後でＡＣＰ（４８）の作動消費電力が減少する。
【００４６】
このようにして、調整弁６０とバイパス弁６２の作動が正常であれば、それに応じてＡＣＰ（４８）の作動消費電力が変化するので、圧力計等を用いて圧力の異常を検出しなくても、調整弁６０とバイパス弁６２の作動の正常を判断できる。逆に、作動消費電力が変化しないときは、圧力計等を用いて圧力の異常を検出しなくても、調整弁６０が開閉異常であると判断でき、あるいはバイパス弁６２が開閉異常であると判断できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る実施の形態の燃料電池運転システムの構成図である。
【図２】本発明に係る実施の形態における、調整弁の開閉異常とバイパス弁の開閉異常をそれぞれ検出するための手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る実施の形態において、調整弁及びバイパス弁の作動と、ＡＣＰの消費電力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  燃料電池運転システム、２０  システム本体部、２２  燃料電池スタック、２４  燃料ガス供給源、２６  レギュレータ、２８，５６  圧力計、３０  循環昇圧器、３２  分流器、３４  排気バルブ、４０  酸化ガス供給源、４２  フィルタ、４４  流量計、４６  温度計、４８  ＡＣＰ、５０  モータ、５２  ＡＣＰ消費電力検出部、５４  加湿器、６０  調整弁、６２  バイパス弁、６４  希釈器、７０  制御部、７２  第１作動消費電力取得モジュール、７４  第２作動消費電力取得モジュール、７６  第３作動消費電力取得モジュール、７８  調整弁異常判断モジュール、８０  バイパス弁異常判断モジュール。
【図１】
2007280800.tif 000003
【図２】
2007280800.tif 000004
【図３】
2007280800.tif 000005