(57)【要約】【課題】  ガスセンサから出力される信号に基づいて適切な判定を行うことができるガス漏れ防止装置およびそれを備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】  制御装置は、ガスセンサから出力された信号を所定のサンプリング周期毎にサンプリングして、当該サンプリングした値が２つの値のうちの何れの値であるかを判定し、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値であればカウンタの値を第１量変化させ、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値であればカウンタの値を正負が第１量と異なる側に第２量変化させ、カウンタの値が、正負が第１量と同じ側に所定量以上変化した場合に、安全処理を行う。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可燃性ガスの漏洩を検知し、漏洩したガス量に応じて所定の信号を出力するガスセンサと、
前記ガスセンサの出力した信号に基づいて、所定の安全処理を行う制御装置と、を備えたガス漏れ防止装置であって、
前記ガスセンサは、前記漏洩したガス量が所定のしきい値未満である場合に予め定められた周期およびデューティ比で所定の２つの値が繰り返されるパルス信号を出力し、前記漏洩したガス量が前記しきい値以上である場合に前記２つの値のうちの一方の値が連続する固定信号を出力するよう構成され、
前記制御装置は、カウンタを備え、
前記ガスセンサから出力された信号を所定のサンプリング周期毎にサンプリングして、当該サンプリングした値が前記２つの値のうちの何れの値であるかを判定し、
前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値であれば前記カウンタの値を第１量変化させ、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値であれば前記カウンタの値を正負が前記第１量と異なる側に第２量変化させ、
前記カウンタの値が、正負が前記第１量と同じ側に所定量以上変化した場合に、前記安全処理を行う、ガス漏れ防止装置。
【請求項２】
前記第２量の大きさは、前記第１量の大きさより大きい、請求項１に記載のガス漏れ防止装置。
【請求項３】
前記パルス信号の前記デューティ比は、５０％であり、前記サンプリング周期と前記パルス信号のパルス幅とは、以下の関係を有する、請求項２に記載のガス漏れ防止装置。
Ｗ／３＋Ｎ＜Ｆ＜５Ｗ／３＋Ｎ、ただし、Ｆ＝Ｗ／２＋ＮおよびＦ＝Ｗ＋Ｎを除く。
ここで、Ｆは前記サンプリング周期であり、Ｗは前記パルス幅であり、Ｎは０および前記パルス幅Ｗの偶数倍の数の何れかである。
【請求項４】
前記カウンタの値は、初期値を基準として正負が前記第１量とは反対側には変化しないように設定される、請求項２または３に記載のガス漏れ防止装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のガス漏れ防止装置を備えた、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、ガス漏れ防止装置およびそれを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を用いた発電装置と、当該発電装置で生じる熱を回収し、タンクに貯留した湯水を昇温する給湯装置とを備えた燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１参照）。例えば、発電装置には、空気と水素を含有した可燃性ガスとが供給され、空気に含まれる酸素と、可燃性ガスに含まれる水素とが化学反応することにより電気が発生する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）等が含まれる。ＳＯＦＣを用いた燃料電池システムは、高価な白金触媒を使用する必要がなく、また、可燃性ガスとして、都市ガス、天然ガス、プロパンガス等の入手し易い燃料ガスを適宜改質して用いることができるという利点がある。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいては、可燃性ガスの漏洩を検知するためのガスセンサを用い、ガスセンサによるガスの検知状態に基づいて発電装置等に対する安全処理を行うガス漏れ防止装置が設けられているものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−８９８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、従来のガスセンサには、検知された可燃性ガスのガス量（例えば検知領域におけるガス濃度）がしきい値未満である正常時において予め定められた周期およびデューティ比で所定の２つの値（ＨレベルおよびＬレベル）が繰り返されるパルス信号を出力し、ガス量がしきい値以上である警報時において２つの値のうちの一方の値（例えばＬレベル）が連続する固定信号を出力する構成がある。
【０００６】
このような構成のガスセンサを用いたガス漏れ防止装置においては、ガスセンサが２つの値が繰り返されるパルス信号と、１つの値が連続する固定信号との何れを出力しているかを、適切に判定する必要がある。例えば、ガスセンサから繰り返しのパルス信号が出力されている場合に、ノイズ等の外乱の影響により、当該パルス信号のパルス幅が変化したり、ある期間において２値間の変化が生じなかったり（例えば複数周期分パルスの山がくっつくまたは出なくなる等）する場合がある。また、例えば、ガスセンサから連続の固定信号が出力されている場合に、ノイズ等の外乱の影響により、当該固定信号にパルスの立ち上がりが生じる場合がある。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決すべくなされたものであり、ガスセンサから出力される信号に基づいて適切な判定を行うことができるガス漏れ防止装置およびそれを備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係るガス漏れ防止装置は、可燃性ガスの漏洩を検知し、漏洩したガス量に応じて所定の信号を出力するガスセンサと、前記ガスセンサの出力した信号に基づいて、所定の安全処理を行う制御装置と、を備えたガス漏れ防止装置であって、前記ガスセンサは、前記漏洩したガス量が所定のしきい値未満である場合に予め定められた周期およびデューティ比で所定の２つの値が繰り返されるパルス信号を出力し、前記漏洩したガス量が前記しきい値以上である場合に前記２つの値のうちの一方の値が連続する固定信号を出力するよう構成され、前記制御装置は、カウンタを備え、前記ガスセンサから出力された信号を所定のサンプリング周期毎にサンプリングして、当該サンプリングした値が前記２つの値のうちの何れの値であるかを判定し、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値であれば前記カウンタの値を第１量変化させ、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値であれば前記カウンタの値を正負が前記第１量と異なる側に第２量変化させ、前記カウンタの値が、正負が前記第１量と同じ側に所定量以上変化した場合に、前記安全処理を行うものである。
【０００９】
上記構成によれば、ガスセンサから出力された信号が、繰り返しのパルス信号および１つの値の固定信号の何れであるかを判定するために、当該信号が所定のサンプリング周期毎にサンプリングされる。そして、連続してサンプリングされた値の異同でカウンタの値が、正負が異なる側に所定の量変化する。これにより、同じ値が繰り返される固定信号であればカウンタの値は第１量が積算した値となり、異なる値が繰り返されるパルス信号であればカウンタの値は固定信号である場合に比べて第２量が積算した値となる。したがって、ノイズにより信号波形が一時的に変化してもカウンタの値が変化する傾向は変化しないため、ガスセンサから出力される信号がノイズ等の外乱の影響を受けてもガスセンサから出力される信号に基づいてガス漏れしている異常状態か否かの判定を適切に行うことができる。
【００１０】
前記第２量の大きさは、前記第１量の大きさより大きくてもよい。これにより、ガスセンサから出力される信号が正常状態を示す繰り返しのパルス信号である場合に、仮にノイズ等の外乱によりカウンタの値が、正負が第１量と同じ側に変化しても、正負が第２量と同じ側に戻り易くなるため、ガス漏れか否かのより適切な判定を行うことができる。
【００１１】
前記パルス信号の前記デューティ比は、５０％であり、前記サンプリング周期と前記パルス信号のパルス幅とは、以下の関係を有してもよい。すなわち、Ｗ／３＋Ｎ＜Ｆ＜５Ｗ／３＋Ｎ、ただし、Ｆ＝Ｗ／２＋ＮおよびＦ＝Ｗ＋Ｎを除く。ここで、Ｆは前記サンプリング周期であり、Ｗは前記パルス幅であり、Ｎは０および前記パルス幅Ｗの偶数倍の数の何れかである。これによれば、ガスセンサから出力される信号が正常状態を示す繰り返しのパルス信号である場合に、カウンタの値が第１量の２倍の値以下に抑えることができるので、同じ値が複数回入力された場合に異常状態の検出をより迅速に行うことができる。
【００１２】
前記カウンタの値は、初期値を基準として正負が前記第１量とは反対側には変化しないように設定される、請求項２または３に記載のガス漏れ防止装置。これによれば、ガスセンサから出力される信号が正常状態を示す繰り返しのパルス信号である場合に、カウンタの値が初期値に維持される。それに加えて、ガスセンサから出力される信号が異常状態を示す固定信号となった場合にはカウンタの値が初期値を基準として正負が第１量と同じ側に変化していくため、異常状態の検出をより迅速に行うことができる。
【００１３】
本発明の他の態様に係る燃料電池システムは、上記構成のガス漏れ防止装置を備えている。
【発明の効果】
【００１４】
一態様によれば、ガスセンサから出力される信号に基づいて適切な判定を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す作動原理図である。
【図２】図２は図１に示す発電装置の一例を示す作動原理図である。
【図３】図３は本実施の形態におけるガスセンサが出力する信号の例を示すグラフである。
【図４】図４は本実施の形態における判定処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は本実施の形態における正常信号において設定されるサンプリング周期の設定例を示すグラフである。
【図６】図６は図５の正常信号およびサンプリング周期におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】図７は正常信号およびサンプリング周期の他の一例におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】図８は異常信号およびサンプリング周期の他の一例におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９はあるガスセンサから制御装置が受信した信号の検知結果を示すグラフである。図９はガスセンサが正常信号を出力した場合に制御装置が受信した信号の例を示している。
【図１０】図１０はあるガスセンサから制御装置が受信した信号の検知結果を示すグラフである。図１０はガスセンサが故障信号を出力した場合に制御装置が受信した信号の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。図１は本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示す作動原理図であり、図２は図１に示す発電装置の一例を示す作動原理図である。図１に示すように、本実施の形態における燃料電池システム１は、燃料電池７を用いた発電装置１００と、給湯装置２００と、を備えている。発電装置１００と給湯装置２００とは、それぞれユニット化されていてもよく、両者が一体化されていてもよい。
【００１７】
まず、給湯装置２００について説明する。給湯装置２００は、湯水を貯留するための貯留タンク７０を備えている。貯留タンク７０の頂部には頂部接続部７１が設けられるとともに、底部には底部接続部７２が設けられる。頂部接続部７１および底部接続部７２には、それぞれ、熱エネルギー回収系統９１および給湯・給水系統９２を構成する配管が接続されている。
【００１８】
熱エネルギー回収系統９１は、図１に示すように、発電装置１００の熱交換器５１と、貯留タンク７０とを環状に結ぶ流路である。すなわち、熱エネルギー回収系統９１は、貯留タンク７０の底部接続部７２から、加熱側三方弁７５、ラジエータ７６を経て発電装置１００の熱交換器５１内に入り、熱交換器５１を通過した湯水を貯留タンク７０の頂部接続部７１に戻す流路である。
【００１９】
発電装置１００の燃料電池７が発生する熱は、発電装置１００の熱交換器５１で回収されて熱エネルギー回収系統９１を通過する湯水を昇温する。加熱された湯水は、貯留タンク７０の頂部接続部７１から貯留タンク７０に流れ込む。その結果、貯留タンク７０に高温の湯が貯留される。
【００２０】
給湯・給水系統９２は、貯留タンク７０の頂部接続部７１に接続された給湯流路７７と、外部から給湯流路７７側や熱エネルギー回収系統９１側に湯水を供給するための給水流路７８とを備えている。給湯流路７７は、貯留タンク７０からバックアップ熱源機８０を経てカラン３４に至る一連の流路を形成するものである。給水流路７８は、外部から供給された冷水を貯留タンク７０の底側から導入する流路である。給水流路７８を介して貯留タンク７０の底部に水を導入すると、貯留タンク７０の頂部側に溜まっている高温の湯水が押し上げられ、給湯流路７７に押し出される。
【００２１】
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路８１に流れ込み、給湯流路７７に導入される。この湯水は、貯留タンク７０の頂部接続部７１から排出され、給湯流路７７を流れている湯水に合流し、混合されてカラン３４から排出される。
【００２２】
発電装置１００は、図２に示すように、燃料電池モジュール２を備えている。さらに、発電装置１００は、燃料電池モジュール２内で化学反応を起こさせるための第１配管系統と、燃料電池モジュール２を冷却するための第２配管系統とを備えている。第１配管系統は、カソード空気供給経路３と、燃料ガス供給経路５と、改質用空気導入経路６とを有している。また、第２配管系統は、冷却水経路４０を有している。冷却水経路４０には、排熱を回収するための熱交換器５１が設けられている。燃料電池モジュール２およびこれらの配管系統は、筐体５０内に設けられている。筐体５０は、通気性を有するものであり、図示しない換気ファンが内蔵されている。
【００２３】
燃料電池モジュール２は、モジュールケース１１内に、少なくとも燃料電池７と改質装置８とが内蔵されている。さらに、モジュールケース１１内には、図示しないバーナ等の加熱装置が設けられている。燃料電池７は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。改質装置８は、燃料ガスをアノード反応ガスに改質可能に構成されている。例えば、改質装置８は、燃料ガスである天然ガスを、水素と一酸化炭素とに改質するように構成されている。
【００２４】
カソード空気供給経路３は、空気導入部２０と、燃料電池モジュール２とを接続する流路であり、カソード空気供給経路３は、モジュールケース１１内の燃料電池７のカソードに接続されている。カソード反応ガスは、燃料電池７の発電時に燃料電池７のカソードで反応キャリアとして使用されるガスであり、具体的には、空気である。カソード空気供給経路３は、カソードブロワ１２と、流量センサ１５と、逆止弁１６とが空気の流れ方向上流側（空気導入部２０側）から下流側（燃料電池７側）に向けて順に設けられている。カソードブロワ１２は、空気を取り込むための公知の昇圧ブロワであり、空気の流量を制御可能となっている。流量センサ１５は、公知の流量センサであり、カソード空気供給経路３内を通過する空気の流量を検知するセンサである。
【００２５】
燃料ガス供給経路５は、燃料ガス導入部２１と、燃料電池モジュール２とを接続する流路であり、原則的に燃料ガスが通過する流路である。燃料ガス供給経路５は、モジュールケース１１内の改質装置８に接続されている。燃料ガスは、改質装置８によって可燃性ガスに改質されるガスであり、少なくとも組成に水素を含有している。例えば、都市ガス、天然ガス、プロパンガスなどが採用可能である。燃料ガス供給経路５は、流量調整部２２と、流量センサ２３と、脱硫器２５と、逆止弁２７とが燃料ガスの流れ方向上流側（燃料ガス導入部２１側）から下流側（改質装置８側）に向けて順に設けられている。流量調整部２２は、燃料ガスの流量を調整するよう構成されている。流量調整部２２は、例えばバルブ６１、ガバナ６２、昇圧ブロワ６３、およびバッファタンク６４を備えている。流量センサ２３は、燃料電池モジュール２に供給される燃料ガスの流量を検知するよう構成されている。
【００２６】
改質用空気導入経路６は、空気導入部２０と、燃料ガス供給経路５とを接続する流路である。改質用空気導入経路６は、燃料ガス供給経路５の脱硫器２５の燃料ガスの流れ方向下流側でかつ、逆止弁２７の上流側に接続されている。改質用空気導入経路６は、逆止弁３０、改質用空気ブロワ３１と、流量センサ３２と、閉止弁３３と、逆止弁３５とが空気の流れ方向上流側（空気導入部２０側）から下流側（燃料ガス供給経路５側）に向けて順に設けられている。
【００２７】
冷却水経路５２は、燃料電池モジュール２および熱交換器５１の一次側流路５８を含む環状流路である。冷却水経路５２は、燃料電池モジュール２を始点とし、熱交換器５１（一次側流路５８）、膨張タンク５３、循環ポンプ５５、流量センサ５６および逆止弁５７を経由して燃料電池モジュール２に戻る一連の流路である。また熱交換器５１の二次側流路６０には循環ポンプ４８が接続されている。
【００２８】
さらに、発電装置１００は、可燃性ガスの漏洩を検知するガスセンサ１０を備えている。ガスセンサ１０は、例えば水素の濃度を検知するセンサである。ガスセンサ１０は筐体５０内に設けられる。ガスセンサ１０は、可燃性ガスの漏洩を検知し、漏洩したガス量に応じて所定の信号を出力するよう構成されている。ガスセンサ１０には、制御装置６５が接続されている。制御装置６５は、ガスセンサ１０の出力した信号に基づいて、所定の安全処理を行う。例えば、ガスセンサ１０は、検知される水素の濃度が所定のしきい値以上である場合に、警報信号を出力する。制御装置６５は、当該警報信号を受信した場合、例えば機器を停止し、警報を発する等の安全処理を実行する。ガスセンサ１０および制御装置６５は、ガス漏れ防止装置６６を構成する。
【００２９】
以下、本実施の形態におけるガス漏れ防止装置６６についてより詳しく説明する。ガス漏れ防止装置６６のガスセンサ１０は、所定の領域における可燃性ガス（例えば水素）のガス量を検知する。ガスセンサ１０がガスを検知する領域に発電装置１００が含まれるようにする。ガスセンサ１０は、正常信号、警報信号および故障信号を出力可能に構成されている。正常信号は、検知したガス量が所定のしきい値未満である場合に出力される。警報信号は、検知したガス量がしきい値以上である場合に出力される。故障信号は、ガスセンサ１０が故障状態を判定した場合に出力される。
【００３０】
図３は本実施の形態におけるガスセンサが出力する信号の例を示すグラフである。図３に示すグラフのうち、Ｐ１で示される区間の信号が正常信号を例示し、Ｐ２で示される区間の信号が警報信号を例示し、Ｐ３で示される区間の信号が故障信号を例示するものである。正常信号は、予め定められた周期Ｔおよびデューティ比Ｄで所定の２つの値が繰り返されるパルス信号として構成される。例えば、このパルス信号の周期Ｔは、１０ｍｓであり、デューティ比Ｄは５０％（すなわち、パルス幅Ｗは５ｍｓ）であるように設定される。本実施の形態においては、正常信号において取り得る２つの値のうち電圧レベルが高い方をＨレベルとし、電圧レベルが低い方をＬレベルと表記する。
【００３１】
警報信号および故障信号は、正常信号における２つの値のうちの一方の値が連続する固定信号として構成される。より具体的には、警報信号はＬレベルに固定された固定信号（デューティ比Ｄは０％）であり、故障信号はＨレベルに固定された固定信号（デューティ比Ｄは１００％）である。なお、これに代えて、警報信号をＨレベルに固定された固定信号とし、故障信号をＬレベルに固定された固定信号としてもよい。
【００３２】
制御装置６５は、ガスセンサ１０から出力される信号を受信し、当該信号からガスセンサ１０における検知状態（すなわち、正常信号、警報信号および故障信号の何れの信号であるか）を判定する。このとき、制御装置６５が受信した信号は、ノイズ等の外乱の影響により、必ずしもガスセンサ１０から出力される信号と同じにはならない。
【００３３】
図９および図１０はあるガスセンサから制御装置が受信した信号の検知結果を示すグラフである。図９はガスセンサ１０が正常信号を出力した場合に制御装置６５が受信した信号の例を示している。図９においては、一部のパルスにおいてパルス幅が変化した信号が検出されたり（図９の（１）および（２））、同じ値（例えばＨレベル）で隣り合うパルス間における他の値（例えばＬレベル）のパルス幅が短くなり、同じ値が複数周期にわたって連続しているかのような信号が検出されたりしている（図９の（３））。また、図１０はガスセンサ１０が故障信号を出力した場合に制御装置６５が受信した信号の例を示している。図１０においては、一部の期間においてパルス状のノイズが検出されている。このパルス状のノイズのパルス幅は約４ｍｓ程度になる場合があり、正常信号におけるパルス幅Ｗにかなり近くなる場合があると考えられる。
【００３４】
以上のように、制御装置６５において受信する信号は、ガスセンサ１０が生成した上記３つの検知状態の何れかに完全には一致しない状況が起こり得る。このような理想的な出力信号とは異なる想定外の信号が得られた場合であっても、制御装置６５は、ガスセンサ１０における検知状態を適切に判定する必要がある。そこで、本発明の発明者らは鋭意研究の末、ガスセンサ１０から出力された信号の値を、所定のサンプリング周期ごとにサンプリングし、サンプリング周期の前後で連続して同じ値となったかまたは異なる値となったかに応じて判定値をカウントし、カウントした判定値の変化量によって繰り返しのパルス信号（正常信号）であるかまたは固定信号（警報信号または故障信号）であるかを判定する判定処理態様を想到した。
【００３５】
このため、本実施の形態において、制御装置６５はカウンタ６７（図２参照）を備えている。カウンタ６７は、制御装置６５がプログラムを実行することにより機能するプログラムモジュールとして構成されてもよいし、制御装置６５にカウンタ６７として機能するように設けられた電子回路により構成されてもよい。
【００３６】
図４は本実施の形態における判定処理の流れを示すフローチャートである。制御装置６５は、サンプリング回数Ｎｓを初期値である１に設定し、カウンタ６７の値Ｃを初期値であるＣｉｎに設定する（ステップＳ１）。カウンタ６７の初期値は例えば０である。設定されたサンプリング回数Ｎｓおよびカウンタ６７の値Ｃの初期値は、制御装置６５の記憶部（図示せず）に記憶される。制御装置６５は、１サンプリング周期経過後におけるガスセンサ１０から出力された信号をサンプリングし、その値を取得する（ステップＳ２）。制御装置６５は、サンプリングされた値がＨレベルおよびＬレベルの２つの値のうちの何れの値であるかを判定することによって値を取得する。取得した値は、記憶部に記憶される。制御装置６５は、前回のサンプリングが存在するか否かを判定する。具体的には、制御装置６５は、サンプリング回数Ｎｓが１より大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。
【００３７】
前回のサンプリングが存在する場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、制御装置６５は、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値か否かを判定する（ステップＳ４）。前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値である場合（ステップＳ４でＹｅｓ）、制御装置６５は、カウンタ６７の値Ｃを第１量Ｃ１変化させる（ステップＳ５）。前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値である場合（ステップＳ４でＮｏ）、制御装置６５は、カウンタ６７の値Ｃを第２量Ｃ２変化させる（ステップＳ６）。ここで、第１量Ｃ１変化させる場合と第２量Ｃ２変化させる場合とでは、変化させる方向（正負）が反対となる。図４の例においては、第１量Ｃ１が増加量（正の変化量）として設定され、第２量Ｃ２が減少量（負の変化量）として設定される。したがって、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが同じ値である場合、カウンタ６７の値Ｃは、Ｃ＋Ｃ１（例えばＣ＋１）となり、前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値である場合、カウンタ６７の値Ｃは、Ｃ−Ｃ２（例えばＣ−２）となる。
【００３８】
上記のように、本実施の形態において、第２量Ｃ２の大きさは、第１量Ｃ１の大きさより大きい。これにより、ガスセンサ１０から出力される信号が正常状態を示す繰り返しのパルス信号である場合に、仮にノイズ等の外乱によりカウンタ６７の値Ｃが、正負が第１量Ｃ１と同じ側に変化しても、正負が第２量Ｃ２と同じ側に戻り易くなる。上記例においては、ノイズによりカウンタ６７の値が加算されても前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値であると判定されることによりカウンタ６７の値が大きく減少する。このため、ノイズの影響を低減させることができ、ガス漏れか否かのより適切な判定を行うことができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態において、カウンタ６７の値Ｃは、初期値Ｃｉｎを基準として正負が第１量Ｃ１とは反対側には変化しないように設定される。すなわち、上記の例においては、カウンタ６７の値Ｃは、初期値Ｃｉｎ＝０未満にはならない。言い換えると、カウンタ６７の値Ｃは、０または正の値（整数値）を取り得る。例えば、上記のように第２量Ｃ２が２であり、現在のカウンタ６７の値Ｃが１である場合、ステップＳ４における判定において前回のサンプリング時における値と今回のサンプリング時における値とが異なる値であると判定されると、制御装置６５は、カウンタ６７の値Ｃを−１にはせずに０にする。
【００４０】
これによれば、ガスセンサ１０から出力される信号が正常状態を示す繰り返しのパルス信号である場合に、カウンタ６７の値Ｃが初期値Ｃｉｎに維持される。それに加えて、ガスセンサ１０から出力される信号が異常状態を示す固定信号となった場合にはカウンタ６７の値Ｃが初期値Ｃｉｎを基準として正負が第１量Ｃ１と同じ側（本例においては正の値）に変化していくため、異常状態の検出をより迅速に行うことができる。
【００４１】
制御装置６５は、カウンタ６７の値Ｃが、正負が第１量Ｃ１と同じ側に所定量以上変化したか否かを判定する（ステップＳ７）。図４の例においては、正の値であるカウンタしきい値Ｃｔｈが設定され、制御装置６５は、カウンタ６７の値Ｃがカウンタしきい値Ｃｔｈ以上であるか否かを判定する。
【００４２】
カウンタ６７の値Ｃがカウンタしきい値Ｃｔｈ未満である場合（ステップＳ７でＮｏ）、制御装置６５は、ガス漏れがないと判定して正常処理を行う（ステップＳ８）。正常処理において、制御装置６５は、発電装置１００における発電を許容する。さらに、制御装置６５は、サンプリング回数Ｎｓに１を加える（ステップＳ９）。制御装置６５は、サンプリング回数Ｎｓが１である場合（ステップＳ３でＮｏ）も同様の処理を行う（ステップＳ８〜Ｓ９）。
【００４３】
カウンタ６７の値Ｃがカウンタしきい値Ｃｔｈ以上である場合（ステップＳ７でＹｅｓ）、制御装置６５は、ガスセンサ１０が異常状態を検知していると判定し、安全処理を行う（ステップＳ１０〜Ｓ１２）。安全処理において、制御装置６５は、取得した値がＬレベルおよびＨレベルのうちの何れであるかを判定する（ステップＳ１０）。
【００４４】
取得した値がＬレベルである場合（ステップＳ１０でＹｅｓ）、制御装置６５は、ガスセンサ１０が警報信号を出力していると判定し、警報処理を行う（ステップＳ１１）。警報処理において、制御装置６５は、図示しない報知部（スピーカや表示装置）に可燃性ガスが漏れていることを警報させるとともに発電装置１００の燃料電池モジュール２における発電を停止させるべく燃料電池モジュール２への空気および／または水素の供給を停止させる。
【００４５】
取得した値がＨレベルである場合（ステップＳ１０でＮｏ）、制御装置６５は、ガスセンサ１０が故障信号を出力していると判定し、故障処理を行う（ステップＳ１２）。故障処理において、制御装置６５は、図示しない報知部にガスセンサ１０が故障していることを警報させる。制御装置６５は、故障処理においても、発電装置１００の燃料電池モジュール２における発電を停止させるべく燃料電池モジュール２への空気および／または水素の供給を停止させてもよい。
【００４６】
上記構成によれば、ガスセンサ１０から出力された信号が、繰り返しのパルス信号および１つの値の固定信号の何れであるかを判定するために、当該信号が所定のサンプリング周期毎にサンプリングされる。そして、連続してサンプリングされた値の異同でカウンタ６７の値Ｃが、正負が異なる側に所定の量変化する。これにより、同じ値が繰り返される固定信号であればカウンタ６７の値Ｃは第１量Ｃ１が積算した値となり、異なる値が繰り返されるパルス信号であればカウンタ６７の値Ｃは固定信号である場合に比べて第２量Ｃ２が積算した値となる。したがって、ノイズにより信号波形が一時的に変化してもカウンタ６７の値Ｃが変化する傾向は変化しないため、ガスセンサ１０から出力される信号がノイズ等の外乱の影響を受けてもガスセンサ１０から出力される信号に基づいてガス漏れやセンサ故障等の異常状態か否かの判定を適切に行うことができる。
【００４７】
ここで、ガスセンサ１０から出力される正常信号（繰り返しのパルス信号）のパルス幅Ｗに対して好適なサンプリング周期Ｆについて発明者らはさらに鋭意検討を行った。その結果、発明者らは想定されるガスセンサ１０からの正常信号の値の変化とは非同期となるようなタイミングでサンプリングすることが有効であるという知見を得た。
【００４８】
より具体的には、例えば、パルス信号（正常信号）のデューティ比Ｄが、５０％である場合に、サンプリング周期Ｆとパルス信号のパルス幅Ｗとが、以下の関係を有するようにサンプリング周期Ｆが設定される。
【００４９】
Ｗ／３＜Ｆ＜５Ｗ／３・・・（１）
ただし、Ｆ＝Ｗ／２およびＦ＝Ｗを除く。
【００５０】
この場合、カウンタ６７の値の初期値Ｃｉｎ＝０、第１量Ｃ１＝１（ステップＳ５においてＣ＝Ｃ＋１）、第２量Ｃ２＝２（ステップＳ６においてＣ＝Ｃ−２）とすれば、制御装置６５に入力される信号が正常信号である限りカウンタ６７の値Ｃは＋３以上にはならない。一方、固定信号が入力されて同じ値が複数回入力されるとカウンタ６７の値Ｃは＋３を超えるため、異常状態の検出をより迅速に行うことができる。この場合のカウンタしきい値Ｃｔｈは＋３でもよいが、ノイズの影響を考慮すれば、異常状態として判定する基準としてカウンタしきい値Ｃｔｈを＋３より大きい値としてもよい。このように、カウンタしきい値Ｃｔｈを＋３以上の値に設定することにより、制御装置６５は、ガスセンサ１０から出力される信号に基づいて適切な判定を行うことができる。
【００５１】
さらに、カウンタしきい値Ｃｔｈを＋２以上にする場合（正常信号時におけるカウンタ６７の値Ｃを＋１以下にする場合）には、サンプリング周期Ｆとパルス信号のパルス幅Ｗとが、以下の関係を有するようにサンプリング周期Ｆが設定される。
【００５２】
Ｗ／２＜Ｆ＜３Ｗ／２・・・（２）
ただし、Ｆ＝Ｗを除く。
【００５３】
なお、サンプリング周期Ｆは、パルス信号の周期Ｔよりも大きくすることも可能である。例えば、上記式（１）を満たすサンプリング周期Ｆにパルス信号の周期Ｔの整数倍を加えた期間をサンプリング周期Ｆとすることが可能である。すなわち、上記式（１）は以下のように拡張できる。
【００５４】
Ｗ／３＋Ｎ＜Ｆ＜５Ｗ／３＋Ｎ・・・（３）
ただし、Ｆ＝Ｗ／２＋ＮおよびＦ＝Ｗ＋Ｎを除く。Ｎは０およびパルス幅Ｗの偶数倍の数の何れかである。すなわち、Ｎ＝０，２Ｗ（＝Ｔ），４Ｗ（＝２Ｔ），…である。
【００５５】
同様に、上記式（２）は以下のように拡張できる。
【００５６】
Ｗ／２＋Ｎ＜Ｆ＜３Ｗ／２＋Ｎ・・・（４）
ただし、Ｆ＝Ｗ＋Ｎを除く。Ｎは０および前記パルス幅Ｗの偶数倍の数の何れかである。すなわち、Ｎ＝０，２Ｗ（＝Ｔ），４Ｗ（＝２Ｔ），…である。
【００５７】
以下、上記式（１）の関係を満たすサンプリング周期Ｆの具体例をシミュレーション結果とともに示す。図５は本実施の形態における正常信号において設定されるサンプリング周期の設定例を示すグラフである。図６は図５の正常信号およびサンプリング周期におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。図５および図６に示すグラフでは、正常信号のパルス幅がＷ＝５．０ｍｓであるのに対してサンプリング周期がＦ＝３．０ｍｓに設定されている。パルス幅Ｗが５．０ｍｓである場合、式（１）（式（３））を満たすサンプリング周期Ｆの範囲は、１．６７＜Ｆ＜８．３３であり、式（２）（式（２））を満たすサンプリング周期Ｆの範囲は、２．５０＜Ｆ＜７．５０である。したがって、図５および図６の例において設定されたサンプリング周期Ｆは、式（２）を満足している（当然式（１）も満足している）。
【００５８】
この場合、図５に示すように、連続するサンプリング周期において同じ値が３回以上連続することがない。したがって、図６にも示すように、カウンタ６７の値Ｃは、＋１を超えた値を取らない。
【００５９】
図７は正常信号およびサンプリング周期の他の一例におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。図７に示すグラフでは、正常信号のパルス幅がＷ＝５．０ｍｓであるのに対してサンプリング周期がＦ＝１．７に設定されている。したがって、図７の例において設定されたサンプリング周期Ｆは、式（１）を満足している。
【００６０】
なお、図７の例においては、ガスセンサ１０から出力された正常信号が制御装置６５に入力された時点でノイズの影響を受けている状況を反映している。例えば、５．０ｍｓから４０．０ｍｓの期間においてＨレベルの期間がＬレベルの期間に対して長くなっている。特に、２５．０ｍｓから４０．０ｍｓの期間においては、パルス幅（Ｈレベルの期間）が本来想定されるパルス幅に比べて非常に長くなり、Ｌレベルの期間が非常に短くなっている。４０．０ｍｓ以後の期間においては、略想定されるパルス幅およびパルス周期となっている。
【００６１】
図７の例において、理想的な正常信号が得られたときのカウンタ６７の値Ｃの最大値は、＋２である。しかし、本シミュレーション結果では、特に、２５．０ｍｓから４０．０ｍｓの期間において、ノイズの影響によるパルスの乱れが生じていることにより、カウンタ６７の値Ｃが一時的に＋３に達している。しかしながら、その後、ほぼ理想的と言える正常信号が得られることにより、カウンタ６７の値Ｃは想定通り＋２以下となる（８５．０ｍｓ以後）。したがって、このようなノイズが想定される場合には、カウンタしきい値Ｃｔｈを＋４以上に設定する。このように、想定されるノイズに応じてカウンタしきい値Ｃｔｈを適宜設定することにより、制御装置６５においてガスセンサ１０から出力される正常信号を適切に判定することができる。
【００６２】
次に、ガスセンサ１０が異常信号（固定信号）を出力した場合について説明する。図８は異常信号およびサンプリング周期の他の一例におけるカウンタの値の変化についてのシミュレーション結果を示すグラフである。図８の例において、異常信号はＨレベルに固定された故障信号である。図８に示すグラフにおけるサンプリング周期は図７の例におけるサンプリング周期と同じである。また、図８の例においては、ガスセンサ１０から出力された異常信号が制御装置６５に入力された時点でノイズの影響を受けている状況を反映している。例えば、図８に示す異常信号には、１０．０ｍｓ付近や２０．０ｍｓ付近等に一時的にＬレベルとなるようなパルスが含まれている。
【００６３】
このため、当該ノイズによるパルス発生時期において信号の値がサンプリングされることにより、カウンタ６７の値Ｃも一時的に低下する。しかしながら、全体的にはカウンタ６７の値Ｃは増加傾向を維持するため、正常信号では取り得ない適当な値をカウンタしきい値Ｃｔｈとして設定することにより、制御装置６５においてガスセンサ１０から出力される異常信号を適切に判定することができる。なお、Ｌレベルに固定された固定信号（警報信号）についても同様の傾向となることは、図８から明らかである。
【００６４】
以上のように、本実施の形態によれば、ガスセンサ１０から出力された信号がノイズ等の外乱の影響によって想定される信号波形から一時的に変化した場合であっても、制御装置６５は、ガスセンサ１０から出力された信号が、２つの値が繰り返されるパルス信号（正常信号）であるか、または、１つの値が連続する固定信号（異常信号）であるかを、適切に判定することができる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【００６６】
また、上記実施の形態においては、ガス漏れ防止装置６６が燃料電池システム１に適用された例について説明したが、可燃性ガスが生じ得る機器、システム等であれば本ガス漏れ防止装置６６を好適に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明のガス漏れ防止装置および燃料電池システムは、ガスセンサから出力される信号に基づいて適切な判定を行うために有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１  燃料電池システム
１０  ガスセンサ
６５  制御装置
６６  ガス漏れ防止装置
６７  カウンタ
Ｃ１  第１量
Ｃ２  第２量
Ｃｉｎ  カウンタの初期値
Ｃｔｈ  カウンタしきい値
Ｄ  デューティ比
Ｆ  サンプリング周期
Ｔ  パルス信号の周期
Ｗ  パルス信号のパルス幅
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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