(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜の両側に形成されたアノード及びカソードにそれぞれ接するように形成された、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とを有する、燃料電池と、
前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料ガス流路から排出される余剰の燃料ガスが流通する燃料ガス排出流路と、
前記酸化剤ガス流路から排出される余剰の酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、
前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路のいずれかに検査ガスを供給する検査ガス供給装置と、
前記検査ガスの流量を検出する流量検出装置と、
前記検査ガスが供給される、前記燃料ガス排出流路及び前記酸化剤ガス排出流路のいずれかを、遮断する第１の流路遮断装置と、
前記検査ガスが供給されない、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路のいずれかにおいて、その出口側に接続されているガス流路及び入口側に接続されているガス流路をそれぞれ遮断する第２の流路遮断装置と第３の流路遮断装置と、
制御装置と、を有し、
前記制御装置は、前記第１乃至第３の流路遮断装置を制御してそれぞれの流路を遮断し、前記検査ガス供給装置を制御して前記検査ガスを前記燃料電池に供給し、前記流量検出装置の第１の検出値を変換した数値情報からなる第１の気密値を取得し、
前記第１の流路遮断装置を制御して流路を遮断し、前記第２及び第３の流路遮断装置を制御して少なくともいずれかが流路を遮断せずに前記流量検出装置の第２の検出値を変換した数値情報からなる第２の気密値を取得し、かつ、前記第２の気密値と前記第１の気密値との差分値を取得する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記検査ガス供給装置が、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置のいずれかである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記検査ガス供給装置が、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置のいずれかである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記検査ガスが、前記燃料電池内において化学反応を起こさない化学成分で組成されているガスである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記検査ガスが、燃料ガス、酸化剤ガス、不活性ガス、二酸化炭素、及び、メタン混合ガスからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記差分値を外部に出力する出力部を備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記差分値を評価する評価用気密値が予め格納されている記憶部を備え、
前記制御装置は、前記差分値と前記評価用気密値とを対比することにより、前記燃料電池の気密性を評価する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記評価された差分値を外部に出力する出力部を備える、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御装置は、前記評価された差分値に基づいて前記燃料電池の運転条件を調節する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、所定の検出時間間隔毎に前記差分値を取得し、前記記憶部には、前記燃料電池の運転時間に対応させて前記差分値が蓄積され、
前記制御装置は、前記運転時間に対する前記差分値の推移線を統計学的近似法により取得し、前記推移線と前記評価用気密値との対比に基づいて前記燃料電池の気密性の低下を予測する、請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記推移線の軌跡に応じて前記検出時間間隔を変更する、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置の記憶部に格納されている評価用気密値には、前記燃料電池の耐用限界時における限界気密値を含み、
前記制御装置は、前記推移線を外挿して、前記限界気密値に到達するまでの前記燃料電池の予測残存運転時間を取得する、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記予測残存運転時間を外部に出力する出力部を備える、請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記予測残存運転時間に基づいて前記燃料電池の運転条件を調節する、請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記制御装置は、前記燃料電池の起動動作あるいは／及び停止動作において、前記検出値あるいは前記差分値を取得する、請求項１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、ポータブル電源、電気自動車用電源、コージェネレーションシステム等に使用される燃料電池システムに関する。特に高分子電解質膜を有する燃料電池を用いた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素を含有する燃料ガスと、空気など酸素を含有する酸化剤ガスとを、電気化学的に反応させることで、電力と熱とを同時に発生させる。燃料電池の種類の一つとして高分子電解質型燃料電池があり、その構造は以下の通りである。
【０００３】
水素イオンを選択的に輸送する高分子電解質膜の両面に、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反応層が形成されている。この触媒反応層の外面には、燃料ガスの通気性と、電子導電性を併せ持つ、例えばカーボンペーパーやカーボンクロスで拡散層が形成されている。この拡散層と触媒反応層とが合わされて膜電極接合体が構成されている。
【０００４】
この膜電極接合体が集電のためにガラス状カーボンや金属などの導電性材料からなるセパレータにより挟持されている。このセパレータには、更に前述した燃料ガスや酸化剤ガスを膜電極接合体に曝露するように構成されているガス流路や、あるいは膜電極接合体の温度を調節する、つまり、発電に伴って発生する熱を回収するように構成されている、冷却用流体流路が形成されている。また、一般的に、供給する燃料ガスあるいは酸化剤ガスの外部への漏洩や両ガスの混合を防ぐガスシール材やガスケットが膜電極接合体とセパレータとの間に配置されている。
【０００５】
このようなセパレータに挟持された膜電極接合体が基本単位となり、これを高分子電解質型燃料電池の電気又は熱の設計出力に応じた数だけ積層されて、高分子電解質型燃料電池が形成されている。
【０００６】
燃料電池システムは、この高分子電解質型燃料電池（以下ＰＥＦＣと省略する）に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置が接続されて、さらに、発生した熱を回収する排熱回収装置やＰＥＦＣによって作り出される電気を使用できるように調整する電力変換装置が必要に応じて設けられ、そして、これらの装置を制御する制御装置が設けられて構成されている。
【０００７】
燃料ガス供給装置は、天然ガスやプロパンガス、ガソリンなどの炭化水素系燃料を改質して水素リッチなガス、いわゆる燃料ガスを生成する水素生成装置を備え、生成された燃料ガスをＰＥＦＣに供給する。酸化剤ガス供給装置は、例えば、ブロワ、ファンといった送風器からなり、空気を酸化剤ガスとしてＰＥＦＣに供給する。また、ＰＥＦＣに供給される燃料ガスあるいは酸化剤ガスの含水量を調節する加湿器が燃料ガス供給装置及び酸化剤ガス供給装置に設けられる場合がある。排熱回収装置は、例えば、前述した冷却用流体流路を流通する冷却用流体の保有熱を水に回収して温水とする熱交換器と、この温水を貯留する貯湯タンクと、を有して構成されている。電力変換装置は、ＰＥＦＣで発電した直流電力を交流に変換するインバータ、変圧器を有して構成されている。
【０００８】
前述したように、ＰＥＦＣの内部では、ガスケット、高分子電解質膜およびセパレータに形成されたガス流路によって区画された経路中を燃料ガス、あるいは酸化剤ガスが流れている。しかしながら、これらのガスの経路を区画している構成部材の劣化により、例えば高分子電解質膜のガス透過量の増大や、ガスケットの硬化などにより、この経路の気密性が低下し、燃料ガスあるいは酸化剤ガスの外部への漏洩や、両ガスの混合が生じる。燃料ガスの大気中への漏洩や燃料ガスと酸化剤ガスとの混合は、異常燃焼や爆発を誘発させるおそれがある。一方、異常燃焼や爆発に至らない場合においても、外部への漏洩により前記の触媒反応層への燃料ガスあるいは酸化剤ガスの供給が不十分となると、つまり膜電極接合体への曝露が不十分となると、電極反応の分極抵抗が増大し、ＰＥＦＣの出力低下が引き起こされる。
【０００９】
したがって、ＰＥＦＣの損傷防止あるいは燃料電池の性能低下防止をするためには、燃料ガスあるいは酸化剤ガスが流れる経路の気密性の検出ができる燃料電池システムあるいは検出方法が必要となる。一般的な圧力容器類においては、容器類の内部に加圧ガスを封止して、圧力の低下に要する時間、あるいは所定時間における圧力低下を検出する漏洩率検査が一般的に行われている。しかし、燃料電池システムは随時運転されるシステムであることから、ＰＥＦＣの燃料ガスあるいは酸化剤ガスが流れる経路の気密性の検出は、ＰＥＦＣの運転動作の支障とならないように、迅速に行われる必要があり、燃料電池システムにガスを加圧して封止し、その圧力低下を経過観察する検知方法は実用上適さない。他方で、燃料電池の気密性を検出する燃料電池システムあるいは燃料電池の気密性を検出する方法は既にいくつか開示されており、主たる燃料電池システムあるいは検出方法は以下の通りである。
【００１０】
例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムは、燃料電池の出力電流値に基づいて、消費される燃料ガスの量を算出し、この量からさらに燃料ガスボンベ内の燃料ガス圧力を算出して、この算出圧力値と実際に圧力センサで検出した検出圧力値とを比較することにより、燃料ガスの漏洩を判断する。
【００１１】
また、特許文献２に開示されている燃料電池の診断方法は、燃料電池の燃料極及び酸化剤極に水素含有ガス及び酸素含有ガスをそれぞれ供給し、酸素含有ガスの供給量の減少に伴う燃料電池の発生電圧の急激な変化を検出して、酸素含有ガスと発生電圧との対応関係から燃料電池における水素漏洩量を算出する。
【００１２】
また、燃料電池の劣化判断に関連しても、燃料電池の状態を種々の方法で検出することで燃料電池の劣化状態を判断し、その結果を燃料電池の制御機構にフィードバックすることで劣化の進行を抑制し、それによって燃料電池及び燃料電池システムの高耐久化・長寿命化を図る燃料電池システムが開示されている。
【００１３】
例えば、特許文献３では、ＰＥＦＣから燃料ガス加湿水等における水分中の不純物イオンを分析し、ＰＥＦＣの運転状態が性能低下領域にあるかどうかを判断し、性能低下領域にあると判断した場合には、ＰＥＦＣの運転を停止あるいは運転条件を制限することによって、ＰＥＦＣの運転状態を性能低下領域から回避させるＰＥＦＣの運転方法が開示されている。
【００１４】
また、特許文献４では、燃料電池を幾つかの基本運転パターンで運転させて、その基本運転パターンにおける発電時間と出力電圧変化率との関係に基づいて、燃料電池燃料電池の寿命を予測する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２２４６８１号公報
【特許文献２】特開平９−２７３３６号公報
【特許文献３】特開２００４−１２７５４８号公報
【特許文献４】特開平１１−９７０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、燃料電池では、燃料電池に供給されるガスに含まれる水蒸気が酸化剤ガスあるいは燃料ガスの経路内で凝縮水となり、この水が酸化剤ガスあるいは燃料ガスの経路に滞留してガスの流通を阻害すると燃料電池の出力低下を招来する。そこで、燃料電池の起動動作時、停止動作時あるいは運転動作中には、燃料電池内の残留ガスや水分をパージするパージ処理が行われるのが一般的である。このパージ処理の方法には、例えば乾燥した燃料ガスが燃料電池内に供給されて凝縮水が燃料電池外へ押し流される方法がある。したがって、特許文献１に開示される燃料電池システムでは、燃料電池の残留ガスや水分をパージするパージ処理に燃料ガスが用いられた場合に、そのパージ処理に伴う燃料ガスの消費が漏洩量に算入されてしまい、燃料電池の漏洩検出の精度が低下する。
【００１６】
また、特許文献２に開示されている燃料電池の診断方法では、カソードへの酸素含有ガスの供給量を徐々に減少させながら燃料電池の発生電圧を測定しているが、前記供給量の変化に基づく発生電圧の変化は小さいため、検出精度には改善の余地がある。加えて、燃料電池の電気出力の変動には電極性能の劣化等種々の要因が絡むので、発生電圧に基づいて燃料ガスの漏洩を推定する方法ではその精度には改善の余地がある。
【００１７】
また、ＰＥＦＣにおいては、高分子電解質膜が分解するとフッ化物イオンが生成される。また、フッ化物イオンは、強酸であるため金属を腐食する性質がある。そこで、特許文献３の開示されるＰＥＦＣの運転方法では、生成水、加湿水といった水分中の金属イオン等のイオンを検出することによりＰＥＦＣの劣化を判断する。しかし、ＰＥＦＣの燃料ガスあるいは酸化剤ガスが流れる経路の気密性の低下は、高分子電解質膜が物理的に破損することによっても発生する。こういった高分子電解質膜の破損の場合には、金属イオン又はフッ化物イオンの生成は起こりにくいので、金属イオン又はフッ化物イオンの検出からＰＥＦＣの劣化を判断する方法は、ＰＥＦＣの気密性、正確には燃料ガスあるいは酸化剤ガスが流れる経路の気密性の検出には適していない。
【００１８】
また、燃料電池の電極触媒、例えば白金、は、燃料電池の負荷変動、燃料電池内のガス成分、あるいは燃料電池内のガス成分の分圧、さらには、停止中の温度・湿度条件といった環境条件によって、触媒能に影響を受ける。すなわち、燃料電池の電極面積は、燃料電池の履歴により変化することになるので、燃料電池の運転パターンだけでは燃料電池の寿命を精度良く予測することは難しいのが実情である。したがって、燃料電池の基本運転パターン、あるいは複数の基本運転パターンの組合せから近似される燃料電池の寿命予測には改善の余地があるという問題があった。
【００１９】
このようにして、燃料電池の燃料ガスあるいは酸化剤ガスが流れる経路の気密性の検出を迅速に行うには、従来の技術においては精度が十分でなく、改善の余地があった。また、燃料電池の劣化判断に関しては、燃料電池の基本運転パターンにおけるデータの取得には時間と手間を要し、金属イオン又はフッ化物イオンの検出装置といった特殊な装置の装備にはコストがかかる。
【００２０】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので、簡便な構造によって、燃料電池の劣化情報としての気密性を迅速かつ精度良く検出することができる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】
【００２１】
上記課題を解決するために、第１の本発明に係る燃料電池システムは、高分子電解質膜の両側に形成されたアノード及びカソードにそれぞれ接するように形成された、燃料ガス流路と酸化剤ガス流路とを有する、燃料電池と、前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料ガス流路から排出される余剰の燃料ガスが流通する燃料ガス排出流路と、前記酸化剤ガス流路から排出される余剰の酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス排出流路と、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路のいずれかに検査ガスを供給する検査ガス供給装置と、前記検査ガスの流量を検出する流量検出装置と、前記検査ガスが供給される、前記燃料ガス排出流路及び前記酸化剤ガス排出流路のいずれかを、遮断する第１の流路遮断装置と、  前記検査ガスが供給されない、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路のいずれかにおいて、その出口側に接続されているガス流路及び入口側に接続されているガス流路をそれぞれ遮断する第２の流路遮断装置と第３の流路遮断装置と、制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記第１乃至第３の流路遮断装置を制御してそれぞれの流路を遮断し、前記検査ガス供給装置を制御して前記検査ガスを前記燃料電池に供給し、前記流量検出装置の第１の検出値を変換した数値情報からなる第１の気密値を取得し、前記第１の流路遮断装置を制御して流路を遮断し、前記第２及び第３の流路遮断装置を制御して少なくともいずれかが流路を遮断せずに前記流量検出装置の第２の検出値を変換した数値情報からなる第２の気密値を取得し、かつ、前記第２の気密値と前記第１の気密値との差分値を取得する。このように構成すると、燃料電池システムは、流量検出装置と流路遮断装置と検出ガス供給装置との簡便な構造及び動作によって、燃料電池の劣化情報としての気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。また、燃料電池システムは、燃料ガス流路から酸化剤ガス流路への漏洩量を取得することができるので、簡便な構造及び動作によって、燃料電池の気密性、特に高分子電解質膜の損傷程度を迅速かつ精度良く検出することができる。
【００２２】
第２の本発明に係る燃料電池システムは、前記検査ガス供給装置が、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置のいずれかであるとよい。このように構成すると、検査ガス供給装置を省略することができるので、より簡便な構造及び動作によって、燃料電池の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。
【００２３】
第３の本発明に係る燃料電池システムは、前記検査ガス供給装置が、前記燃料ガス供給装置及び前記酸化剤ガス供給装置のいずれかであるとよい。このように構成すると、検査ガス供給装置を省略することができるので、より簡便な構造及び動作によって、燃料電池の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。
【００２４】
第４の本発明に係る燃料電池システムは、前記検査ガスが、前記燃料電池内において化学反応を起こさない化学成分で組成されているガスであるとよい。このように構成すると、検査ガスによる触媒能の低下といった燃料電池内の損傷を防止することができる。
【００２５】
また、上記発明の効果をより確実に得る観点から、第５の本発明に係る燃料電池システムは、前記検査ガスが、燃料ガス、酸化剤ガス、不活性ガス、二酸化炭素、及び、メタン混合ガスからなる群より選択される少なくとも１種であるとよい。
【００２６】
第６の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記差分値を外部に出力する出力部を備えるとよい。このように構成すると、燃料電池システムの使用者が燃料電池の気密性の状況を迅速かつ精度良く取得することができるので、燃料電池システムの損傷及び性能低下を事前に防止することができる。
【００２７】
第７の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記差分値を評価する評価用気密値が予め格納されている記憶部を備え、前記制御装置は、前記差分値と前記評価用気密値とを対比することにより、前記燃料電池の気密性を評価するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、評価用気密値を判断基準とすることができるので、燃料電池の気密性の状態を適切に評価することができる。
【００２８】
第８の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記評価された差分値を外部に出力する出力部を備えるとよい。このように構成すると、燃料電池システムの使用者が燃料電池の気密性の評価を取得することができるので、燃料電池システムの損傷及び性能低下の対策判断をより容易に行うことができる。
【００２９】
第９の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記評価された差分値に基づいて前記燃料電池の運転条件を調節するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、評価用気密値を判断基準として、略自動的に燃料電池の延命を図ることができる。
【００３０】
第１０の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、所定の検出時間間隔毎に前記差分値を取得し、前記記憶部には、前記燃料電池の運転時間に対応させて前記差分値の記憶が蓄積されて、前記制御装置は、前記運転時間に対する前記差分値の推移線を統計学的近似法により取得し、前記推移線と前記評価用気密値との対比に基づいて前記燃料電池の気密性の低下を予測するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、簡便な構造及び動作によって、燃料電池の気密性を迅速かつ精度良く検出するとともに、燃料電池システムの寿命予測を行うことができる。
【００３１】
第１１の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記推移線の軌跡に応じて前記検出時間間隔を変更するとよい。このように構成すると、検出気密値の推移線の取得に影響なく、不必要な検出気密値の取得動作を省くことができるので、燃料電池システムの動作を合理的にすることができる。
【００３２】
第１２の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置の記憶部に格納されている評価用気密値には、前記燃料電池の耐用限界時における限界気密値を含み、前記制御装置は、前記推移線を外挿して、前記限界気密値に到達するまでの前記燃料電池の予測残存運転時間を取得するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、具体的数値情報に基づいて、燃料電池システムの寿命予測を行うことができる。
【００３３】
第１３の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記予測残存運転時間を外部に出力する出力部を備えるとよい。このように構成すると、燃料電池システムの使用者が燃料電池の余寿命の評価を具体的数値情報として取得することができるので、燃料電池システムの損傷及び性能低下の対策の準備、燃料電池の適切な運転モードの選択、あるいは燃料電池の運転計画を立案することができる。
【００３４】
第１４の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記予測残存運転時間に基づいて前記燃料電池の運転条件を調節するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、略自動的に燃料電池の延命を図るので、燃料電池システムの使用者の運転管理負担を軽減することができる。
【００３５】
第１５の本発明に係る燃料電池システムは、前記制御装置は、前記燃料電池の起動動作あるいは／及び停止動作において、前記検出値あるいは前記差分値を取得するとよい。このように構成すると、燃料電池システムは、略自動的にＰＥＦＣ１の気密性を検出することができる。
【００３６】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る燃料電池システムは、簡便な構造によって、燃料電池の気密性を迅速かつ精度良く検出することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図面を参照しながら本発明の燃料電池システム及び運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【００３９】
まず、本実施の形態の燃料電池システム１００の構成を説明する。
【００４０】
燃料電池システム１００は、燃料ガス供給装置２及び酸化剤ガス供給装置３を有しており、燃料ガス供給装置２には燃料ガス供給流路６が接続され、酸化剤ガス供給装置３には酸化剤ガス供給流路７が接続されている。
【００４１】
燃料ガス供給流路６は高分子電解質型燃料電池（以下ＰＥＦＣと言う）１に接続されていて、燃料ガス供給装置２からＰＥＦＣ１に燃料ガスが供給される。また、酸化剤ガス供給流路７はＰＥＦＣ１に接続されていて、酸化剤ガス供給装置３からＰＥＦＣ１に酸化剤ガスが供給される。
【００４２】
この燃料ガス供給流路６には流量検出装置５が配設されている。流量検出装置５は、例えば流量計で構成され、検出対象となる流路、ここでは燃料ガス供給流路６を流通する流体の流量を検出する。
【００４３】
また、ＰＥＦＣ１内には、膜電極接合体１Ａが一対のセパレータ、正確にはアノードセパレータ１Ｂ及びカソードセパレータ１Ｃに挟まれて、膜電極接合体１Ａとアノードセパレータ１Ｂの表面に形成されている溝部とによって区画されて燃料ガス流路１Ｄが形成されている。同様にして、膜電極接合体１Ａとカソードセパレータ１Ｃの表面に形成されている溝部とによって区画されて酸化剤ガス流路１Ｅが形成されている。これによって、ＰＥＦＣ１内において、燃料ガス流路１Ｄと酸化剤ガス流路１Ｅとは高分子電解質膜を有してなる膜電極接合体１Ａによって分離されている。
【００４４】
そして、燃料ガス流路１Ｄの一端には、燃料ガス供給流路６が接続されて、燃料ガスが燃料ガス流路１Ｄに供給される。また、酸化剤ガス流路１Ｅの一端には、酸化剤ガス供給  流路７が接続されて、酸化剤ガスが酸化剤ガス流路１Ｅに供給される。この燃料ガス流路１Ｄ及び酸化剤ガス流路１Ｅに供給された燃料ガス及び酸化剤ガスがアノード及びカソードで化学反応して電力及び熱を発生する。
【００４５】
燃料ガス流路１Ｄの他端には、燃料ガス排出流路８が接続されて、アノードで化学反応しなかった余剰の燃料ガスは燃料ガス流路１Ｄの他端から燃料ガス排出流路８に排出される。また、酸化剤ガス流路１Ｅの他端には、酸化剤ガス排出流路９が接続されて、カソードで化学反応しなかった余剰の酸化剤ガスは酸化剤ガス流路１Ｅの他端から酸化剤ガス排出流路９に排出される。
【００４６】
この燃料ガス排出流路８には流路遮断装置４が配設されている。流路遮断装置４は、遮断対象となる流路、ここでは燃料ガス排出流路８内の流体の流通を遮断することができるように構成されている。ここでは、電動弁を有し、弁体が流路を閉塞することができるように構成されている。
【００４７】
また、燃料電池システム１００は、制御装置１０を備えている。制御装置１０は、例えばマイコンといった制御部材を有して構成される制御部１０Ａ、例えばメモリといった記憶部材を有して構成される記憶部１０Ｂ、例えばキーボード、タッチパネルといった入力装置を有して構成されている入力部１０Ｃ、及び例えばモニター装置といった出力装置を有して構成されている出力部１０Ｄを有している。そして、制御装置１０は、燃料電池システム１００の動作を制御する。特に、制御装置１０は、流路遮断装置４及び原料ガス供給装置１４を制御して流量検出装置５の検出値を取得するように構成されている。
【００４８】
また、記憶部１０Ｂには、ＰＥＦＣ１の気密性を評価する評価用気密値が格納されている。例えば、ＰＥＦＣ１の供用開始初期の初期気密値Ｑ100、ＰＥＦＣ１の機能障害が発現する時期、つまり耐用限界時におけるＰＥＦＣ１の限界気密値Ｑ0及び初期気密値Ｑ100と限界気密値Ｑ0との中間値である中間気密値Ｑ80、Ｑ60、Ｑ40、Ｑ20が予め入力部１０Ｄから入力されて格納されている。
【００４９】
なお、気密値Ｑは、電流信号値、電圧信号値のような流量検出装置５の検出値、あるいはその検出値に基づいて換算された流量値のような数値情報である。この気密値Ｑは、ＰＥＦＣ１の劣化の程度を表す劣化情報として用いられる。
【００５０】
ここで、制御装置とは、単独の制御装置だけでなく、複数の制御装置が協働して制御を実行する制御装置群をも含んで意味する。よって、制御装置１０は、単独の制御装置から構成される必要はなく、複数の制御装置が分散配置されていて、それらが協働して燃料電池システム１００の動作を制御するように構成されていてもよい。例えば、出力部１０Ｄは、情報端末によって送信されてモバイル機器に表示されるように構成することもできる。
【００５１】
次に、本発明の特徴である燃料電池システム１００の気密値検出動作を説明する。この気密値検出動作は制御装置１０によって制御されることにより遂行される。
【００５２】
まず、制御装置１０は、酸化剤ガス供給装置３の停止状態時において、流路遮断装置４を制御して燃料ガス排出流路８を遮断し、燃料ガス供給装置２を制御して燃料ガスを一定圧力で供給する。例えば、ＰＥＦＣ１の起動動作、又は停止動作、あるいは起動動作及び停止動作の両方の動作において、制御装置１０が燃料電池システム１００の気密値検出動作を実施するようにすることができる。これによって、略自動的にＰＥＦＣ１の気密性を検出することができる。
【００５３】
ここで、ＰＥＦＣ１においてガス漏洩がある場合、燃料ガス供給装置２は、ＰＥＦＣ１に燃料ガスを供給し続けることになる。すると、流量検出装置５は、この燃料ガスの流量を検出する。そして、制御装置１０は、流量検出装置５の検出値に基づいて流量検出装置５の検出値に基づく気密値、すなわち検出気密値Ｑを取得する。燃料ガスの漏洩がない場合、燃料ガスの流量は、燃料ガス排出流路８の遮断によってほぼなくなるので、燃料ガスの漏洩の有無、すなわち気密性の程度を短時間で評価することができる。また、ＰＥＦＣ１における燃料ガスの漏洩量に対し、流量検出装置５の精度（流量検出能）は十分に高いのでガス漏洩を精度良く検出することができる。
【００５４】
これによって、燃料電池システム１００は、流量検出装置５と流路遮断装置４と燃料ガス供給装置２との簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。
【００５５】
また、制御装置１０は検出気密値Ｑを出力部１０Ｄに表示する。これにより、燃料電池システム１００の使用者がＰＥＦＣ１の気密性の状態、つまり劣化程度を迅速かつ精度良く認識することができるので、燃料電池システム１００の損傷及び性能低下を事前に防止することができる。
【００５６】
さらに、制御装置１０は、制御部１０Ａにおいて、検出気密値Ｑと記憶部１０Ｂに格納されている評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0とを対比し、ＰＥＦＣ１の気密性の状態を評価して表示する。具体的には、検出気密値Ｑが最も近い評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0及びその評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0との差異量を取得し、それらを出力部１０Ｄに表示する。このように評価されることによって、燃料電池システム１００は、評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0を判断基準とすることができるので、燃料電池の気密性の状態を適切に評価することができる。また、この評価結果が表示されることによって、燃料電池システム１００の使用者がＰＥＦＣ１の気密性の評価を取得することができるので、燃料電池システム１００の損傷及び性能低下の対策をより容易に行うことができる。
【００５７】
さらに、制御装置１０は、検出気密値Ｑと評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0との対比評価に応じて、燃料電池システム１００の運転条件を調節する。例えば、検出気密値Ｑが初期気密値Ｑ100を起点として、中間気密値Ｑ80、Ｑ60、Ｑ40、Ｑ20に順次到達する度に、制御装置１０は、燃料電池システム１００の運転動作中における、ＰＥＦＣ１の出入口間における酸化剤ガス及び燃料ガスの供給圧力の圧力損失の上限制限を引き下げて、圧力損失を抑制して運転するように酸化剤ガス供給装置３及び燃料ガス供給装置２を制御する。これによって、燃料電池システム１００は、評価用気密値Ｑ100乃至Ｑ0を閾値、つまり判断基準として、略自動的にＰＥＦＣ１の延命を図ることができる。
【００５８】
次に、劣化情報としての気密値Ｑを用いた燃料電池システム１００の寿命予測動作について説明する。
【００５９】
まず、制御装置１０の制御部１０Ａは、内蔵するクロックを用いて、所定の検出時間間隔Δｔ毎に気密値検出動作を行うように燃料電池システム１００を制御する。所定の検出時間間隔Δｔは、ＰＥＦＣ１の運転時間を基準とする時間間隔である。そして、制御装置１０は、気密値検出動作を行った時点までのＰＥＦＣ１の運転時間Ｔと対応するようにして検出気密値Ｑを記憶部１０Ｂに記憶し、蓄積する。なお、気密値検出動作の予定時に、燃料電池１が運転動作中である場合には、制御装置１０は、直近の燃料電池１の停止動作において、気密値検出動作を行う。
【００６０】
そして、制御部１０Ａは、蓄積された検出気密値Ｑに基づいて、運転時間Ｔに対する検出気密値Ｑの推移線を統計学的な近似法により取得する。例えば、最小二乗法といった統計処理手法を利用してこの推移線を取得することができる。そして、制御部１０Ａは、検出気密値Ｑの今後の変化を予測する。例えば、その推移線を外挿して予測することができる。
【００６１】
ここで、図２は、ＰＥＦＣの運転時間に対する検出気密値の推移線を概念的に示すグラフであって、図２（ａ）は検出気密値が一定の割合で変化する場合のグラフ、図２（ｂ）は検出気密値が徐々に安定するように変化する場合のグラフ、図２（ｃ）は検出気密値の変化が徐々に拡大する場合のグラフである。
【００６２】
図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、制御部１０Ａは、この推定線と限界気密値Ｑ0とを対比させて、ＰＥＦＣ１が限界気密値Ｑ0に到達するまでの予測残存運転時間ΔＴ0を算出する。
【００６３】
これによって、燃料電池システム１００は、流量検出装置５と流路遮断装置４と燃料ガス供給装置２との簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性を迅速かつ精度良く検出するとともに、燃料電池システム１００の寿命予測を行うことができる。
【００６４】
また、制御装置１０は、予測残存運転時間ΔＴ0を出力部１０Ｄに表示する。これによって、燃料電池システム１００の使用者がＰＥＦＣ１の余寿命の評価を具体的数値情報として取得することができるので、燃料電池システム１００の損傷及び性能低下の対策の準備、ＰＥＦＣ１の適切な運転モードの選択、あるいはＰＥＦＣ１の運転計画を立案することができる。
【００６５】
さらに、制御装置１０の制御部１０Ａは、予測残存運転時間ΔＴ0に基づきＰＥＦＣ１の運転条件を調節する。例えば、延命運転モードを選択して、酸化剤ガス供給装置３、燃料ガス供給装置２、ＰＥＦＣ１の出力電力を制御する。例えば、延命運転モードにおいては、ＰＥＦＣ１の出入口間における酸化剤ガスの圧損と燃料ガスの圧損とが均一になるように、あるいは、酸化剤ガス及び燃料ガスの供給圧力を抑制してＰＥＦＣ１の出入口間におけるこれらの圧力損失を抑制するように、制御部１０Ａが、酸化剤ガス供給装置３及び燃料ガス供給装置２を制御する。これによって、燃料電池システム１００は、略自動的にＰＥＦＣ１の延命を図るので、燃料電池システム１００の使用者の運転管理負担を軽減することができる。
【００６６】
なお、制御装置１０の制御部１０Ａは、運転時間Ｔに対する検出気密値Ｑの推移線の軌跡に応じて、検出時間間隔Δｔを変更する。例えば、図２（ａ）に示すように、検出気密値Ｑが一定ペースで変化する場合には、Δｔは一定に保たれる。しかし、図２（ｂ）に示すように、検出気密値Ｑが徐々に安定するように変化する場合には、Δｔは徐々に大きくなるように変更される。また、図２（ｃ）に示すように、検出気密値Ｑの変化が徐々に拡大する場合には、Δｔは徐々に小さくなるように変更される。これによって、検出気密値Ｑの推移線の取得に影響なく、不必要な気密値検出動作を省くことができるので、燃料電池システム１００の動作を合理的にすることができる。
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２にかかる燃料電池システムを示す模式図である。図３において図１と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態の燃料電池システム１０１の構成は、流量検出装置５が燃料ガス供給流路６ではなく酸化剤ガス供給流路７に配設され、流路遮断装置９が燃料ガス排出流路８ではなく酸化剤ガス排出流路９に配設されている点以外は、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成と同じである。
【００６８】
また、本実施の形態の燃料電池システム１０１の気密値検出動作は、燃料ガス供給装置２ではなく酸化剤ガス供給装置３を制御装置１０が制御する点以外は、実施の形態１の燃料電池システム１００の気密値検出動作と同じである。
【００６９】
すなわち、燃料ガス供給装置２の停止状態時において、流路遮断装置４を制御して酸化剤ガス排出流路９を遮断し、酸化剤ガス供給装置３を制御して燃料ガスを一定圧力で供給する。そして、制御装置１０は、流量検出装置５の検出値に基づいて検出気密値Ｑを取得する。
【００７０】
そして、制御装置１０は、検出気密値Ｑに基づいて、実施の形態１と同様にして、気密値検出動作及び寿命予測動作を行うように燃料電池システム１０１を制御する。
【００７１】
これによって、燃料電池システム１０１では、燃料ガスではなく酸化剤ガスを用いてＰＥＦＣ１の気密性を検出することができるので、気密値検出動作時における燃料ガスの異常燃焼による燃料電池システム１０１の損傷のおそれを解消することができる。
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３にかかる燃料電池システムを示す模式図である。図４において図１と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態の燃料電池システム１０２の構成は、検査ガス供給装置２０と、検査ガス供給装置２０から検査ガスを供給する検査ガス流路２２と、ＰＥＦＣ１の入口近傍の燃料ガス供給経路６に配設されている、ガス供給源を切り換える切換装置２１とが配設され、かつ流量検出装置５が燃料ガス流路６ではなく検査ガス流路２２に配設されている点以外は、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成と同じである。
【００７３】
ここで、検査ガス供給装置２０は、検査ガスが加圧充填されたボンベと、ボンベ口に装着された圧力調整弁とによって構成されている。ここで、検査ガスは、膜電極接合体１Ａと化学反応を起こさない化学成分で組成されていればよい。例えば、検査ガスには、燃料ガス、酸化剤ガス、不活性ガス、二酸化炭素、及び、メタン混合ガスからなる群より選択される少なくとも１種のガスが好適である。メタン混合ガスとは、天然ガスベースのガスであって、メタンを主成分として、エタン、プロパン、ブタンが混合されているガスである。例えば、日本のガス供給インフラにおいて用いられる「１３Ａガス」をいう。また、不活性ガスとは、窒素、アルゴン、ヘリウムなど化学的に安定な成分からなるガスを言う。これによって、検査ガスによる触媒能の低下といった燃料電池内の損傷を防止することができる。
【００７４】
切換装置２１は、ここでは３方弁を用いて構成されている。あるいは、複数の電動弁を用いて構成することもできる。つまり、検査ガス流路２２と燃料ガス供給流路６の燃料ガス供給装置側部分６Ａとを燃料ガス供給流路６のＰＥＦＣ１側部分６Ｂに切り換えて接続することが可能となるように構成されていればよい。
【００７５】
本実施の形態の燃料電池システム１０２の気密値検出動作は、燃料ガス供給装置２ではなく、切換装置２１及び検査ガス供給装置２０を制御装置１０が制御する点以外は、実施の形態１の燃料電池システム１００の気密値検出動作と同じである。
【００７６】
すなわち、酸化剤ガス供給装置３の停止状態時において、流路遮断装置４を制御して燃料ガス排出流路８を遮断し、切換装置２１を制御して燃料ガス供給装置２とＰＥＦＣ１との接続を遮断すると共に、ＰＥＦＣ１に検査ガス流路２２が接続するように切り換える。そして、検査ガス供給装置２０を制御して検査ガスを一定圧力でＰＥＦＣ１に供給する。そして、制御装置１０は、流量検出装置５の検出値に基づいて検出気密値Ｑを取得する。
【００７７】
そして、制御装置１０は、検出気密値Ｑに基づいて、実施の形態１と同様にして、気密値検出動作及び寿命予測動作を行うように燃料電池システム１０２を制御する。
【００７８】
これによって、燃料電池システム１０２では、検査ガス供給用の特段の動力源を要さずにＰＥＦＣ１の気密性を検出することができるので、燃料ガス供給装置２及び酸化剤ガス供給装置３を停止させたまま、簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４にかかる燃料電池システムを示す模式図である。図５において図４と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
本実施の形態の燃料電池システム１０３の構成は、検査ガス供給装置２０と、検査ガス供給装置２０から検査ガスを供給する検査ガス流路２２と、ＰＥＦＣ１の入口近傍の酸化剤ガス供給経路７に配設されている切換装置２１とが配設され、かつ流量検出装置５が酸化剤ガス流路７ではなく検査ガス流路２２に配設されている点以外は、実施の形態２の燃料電池システム１０１及び実施の形態３の燃料電池システム１０２の構成と同じである。
【００８０】
また、本実施の形態の燃料電池システム１０３の気密値検出動作は、酸化剤ガス供給装置３ではなく切換装置２１及び検査ガス供給装置２０を制御装置１０が制御する点以外は、実施の形態２の燃料電池システム１０１の気密値検出動作と同じである。
【００８１】
すなわち、燃料ガス供給装置２の停止状態時において、流路遮断装置４を制御して酸化剤ガス排出流路９を遮断し、切換装置２１を制御して酸化剤ガス供給装置３とＰＥＦＣ１との接続を遮断すると共に、ＰＥＦＣ１に検査ガス供給流路２２が接続するように切り換える。そして、検査ガス供給装置２０を制御して検査ガスを一定圧力でＰＥＦＣ１に供給する。そして、制御装置１０は、流量検出装置５の検出値に基づいて検出気密値Ｑを取得する。
【００８２】
そして、制御装置１０は、検出気密値Ｑに基づいて、実施の形態１と同様にして、気密値検出動作及び寿命予測動作を行うように燃料電池システム１０３を制御する。
【００８３】
これによって、燃料電池システム１０３は、実施の形態３の燃料電池システム１０２と同様、検査ガス供給用の特段の動力源を要さずにＰＥＦＣ１の気密性を検出することができるので、燃料ガス供給装置２及び酸化剤ガス供給装置３を停止させたまま、簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる。
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムを示す模式図である。図６において図１と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００８４】
本実施の形態の燃料電池システム１１０の構成は、燃料ガス排出流路８に配設された流路遮断装置（第１の流路遮断装置）４に加えて、酸化剤ガス排出流路９に配設された第２の流路遮断装置３１及び酸化剤ガス供給流路７に配設された第３の流路遮断装置３２が配設されている点以外は、実施の形態１の燃料電池システム１００の構成と同じである。
【００８５】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１１０の気密値検出動作を説明する。
【００８６】
制御装置１０は、酸化剤ガス供給装置３の停止状態時において、２種類の気密値、すなわち、第１の検出気密値Ｑａ及び第２の検出気密値Ｑｂを取得する。具体的には、制御装置１０は、第１の流路遮断装置４を制御して燃料ガス排出流路８を遮断し、第２の流路遮断装置３１を制御して酸化剤ガス排出流路９を遮断し、第３の流路遮断装置３２を制御して酸化剤ガス供給流路７を遮断する。そして、制御装置１０は、燃料ガス供給装置２を制御して燃料ガスを一定圧力で供給する。ＰＥＦＣ１においてガス漏洩がある場合、燃料ガス供給装置２は、ＰＥＦＣ１に燃料ガスを供給し続けることとなる。一方、制御装置１０は、流量検出装置５の検出値に基づいて第１の検出気密値Ｑａを取得する。
【００８７】
また、制御装置１０は、第１の流路遮断装置４を制御して燃料ガス排出流路８を遮断し、第２の流路遮断装置３１あるいは第３の流路遮断装置３２の少なくともいずれかを制御して、酸化剤ガス供給流路７又は酸化剤ガス排出流路９の少なくともいずれかを開放する。そして、制御装置１０は、燃料ガス供給装置２を制御して燃料ガスを一定圧力で供給するとともに、流量検出装置５の検出値に基づいて第２の検出気密値Ｑｂを取得する。
【００８８】
なお、第１の検出気密値Ｑａ及び第２の検出気密値Ｑｂはどちらを先に取得しても構わない。つまり、第２の検出気密値Ｑｂの取得後に第１の検出気密値Ｑａを取得してもよい。
【００８９】
そして、制御装置１０は、第１の気密値Ｑａと第２の気密値Ｑｂとの差分である差分気密値（差分値）Ｑｃ、すなわち、Ｑｃ＝Ｑｂ−Ｑａを算出する。
【００９０】
ここで、第１の検出気密値Ｑａは、ＰＥＦＣ１から外部への漏洩量に対応し、差分気密値Ｑｃは、燃料ガス流路１Ｄから酸化剤ガス流路１Ｅへの漏洩量、つまりクロスリーク量に対応する値になる。このクロスリーク量は、主として膜電極接合体１Ａの高分子電解質膜の損傷程度に応じて変動するので、差分気密値Ｑｃの変動は、高分子電解質膜の損傷程度を精度良く反映することになる。したがって、燃料電池システム１１０は、高分子電解質膜の損傷程度を精度良く検出することができる。
【００９１】
また、制御装置１０は、差分気密値Ｑｃに基づいて、実施の形態１と同様にして、気密値検出動作及び寿命予測動作を行うように燃料電池システム１１０を制御する。
【００９２】
これによって、燃料電池システム１１０は、簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性、特に高分子電解質膜の損傷程度を迅速かつ精度良く検出することができる。
［実施例１］
高分子電解質膜に直径３mm程度の穴が空いている膜電極接合体１Ａを１体有してなるＰＥＦＣ１を用いて、燃料ガス排出流路８、酸化剤ガス排出流路９及び酸化剤ガス供給流路７の遮断後、燃料ガスを２ｋＰａの供給圧力で供給した。この場合の差分気密値Ｑｃは１８ｍｌ／ｍｉｎ．であった。そして、一般的な電気負荷に接続したところＰＥＦＣ１の出力電圧は０．６Ｖであった。
【００９３】
一方、燃料ガスが通過するような穴が高分子電解質膜に空いていない膜電極接合体１Ａを１体有してなるＰＥＦＣ１を用いて、燃料ガス排出流路８、酸化剤ガス排出流路９及び酸化剤ガス供給流路７の遮断後、燃料ガスを２ｋＰａの供給圧力で供給した。この場合の差分気密値Ｑｃは０ｍｌ／ｍｉｎ．であった。そして、一般的な電気負荷に接続したところＰＥＦＣ１の出力電圧は０．８Ｖであった。また、この膜電極接合体１Ａを５２体積層させてなるＰＥＦＣ１を用いて、燃料ガス排出流路８、酸化剤ガス排出流路９及び酸化剤ガス供給流路７の遮断後、燃料ガスを２ｋＰａの供給圧力で供給した。この場合の差分気密値Ｑｃは０ｍｌ／ｍｉｎ．であった。
【００９４】
以上から、本発明によって高分子電解質膜の損傷程度を精度良く検出できることがわかった。すなわち、出力電圧における電圧低下は約０．２Ｖとなる。しかし、一般にＰＥＦＣ１では、膜電極接合体１Ａが５０体程度積層されて構成されているので、ＰＥＦＣ１の出力電圧が数十ボルトとなる。したがって、０．２Ｖ程度の出力電圧の低下は微小な電圧低下であり、しかも高分子電解質膜の損傷以外の種々の原因も推測される。高分子電解質膜の損傷を、差分気密値Ｑｃからの検出方法は、出力電圧の変化からの検出方法に比べ精度が良い。
【００９５】
また、本発明によって高分子電解質膜の損傷程度を迅速に検出することができることがわかった。すなわち、燃料ガス排出流路８、酸化剤ガス排出流路９及び酸化剤ガス供給流路７の遮断後、差分気密値Ｑｃの取得までに要した時間は約３分であった。
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６にかかる燃料電池システムを示す模式図である。図７において図６と同一又は相当する部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００９６】
本実施の形態の燃料電池システム１１１の構成は、流量検出装置５が燃料ガス流路６ではなく酸化剤ガス供給流路７に配設され、第３の流路遮断装置３２が酸化剤ガス供給流路７ではなく燃料ガス供給流路６に配設されている点以外は、実施の形態５の燃料電池システム１１０の構成と同じである。
【００９７】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１１１の気密値検出動作は、燃料ガス供給装置２ではなく酸化剤ガス供給装置３を制御装置１０が制御する点以外は、実施の形態５の燃料電池システム１１０の気密値検出動作と同じである。
【００９８】
すなわち、燃料ガス供給装置２の停止状態時において、２種類の気密値、すなわち、第１の検出気密値Ｑａ及び第２の検出気密値Ｑｂを取得する。具体的には、制御装置１０は、第１の流路遮断装置４を制御して酸化剤ガス排出流路９を遮断し、第２の流路遮断装置３１を制御して燃料ガス排出流路８を遮断し、第３の流路遮断装置３２を制御して燃料ガス供給流路６を遮断する。そして、制御装置１０は、酸化剤ガス供給装置３を制御して酸化剤ガスを一定圧力で供給して、燃料電池システム１１０同様にして、第１の検出気密値Ｑａを取得する。
【００９９】
また、制御装置１０は、第１の流路遮断装置４を制御して酸化剤ガス排出流路９を遮断し、第２の流路遮断装置３１あるいは第３の流路遮断装置３２の少なくともいずれかを制御して、燃料ガス供給流路６又は燃料ガス排出流路８の少なくともいずれかを開放する。そして、制御装置１０は、酸化剤ガス供給装置３を制御して酸化剤ガスを一定圧力で供給するとともに、流量検出装置５の検出値に基づいて第２の検出気密値Ｑｂを取得する。
【０１００】
そして、制御装置１０は、第１の気密値Ｑａと第２の気密値Ｑｂとの差分である差分気密値Ｑｃ、すなわち、Ｑｃ＝Ｑｂ−Ｑａを算出する。
【０１０１】
また、制御装置１０は、差分気密値Ｑｃに基づいて、実施の形態１と同様にして、気密値検出動作及び寿命予測動作を行うように燃料電池システム１１１を制御する。
【０１０２】
これによって、燃料電池システム１１１は、燃料電池システム１１０と同様、簡便な構造及び動作によって、ＰＥＦＣ１の気密性、特に高分子電解質膜の損傷程度を迅速かつ精度良く検出することができる。また、気密値検出動作時における燃料ガスの異常燃焼による燃料電池システム１０１の損傷のおそれを解消することができる。
【０１０３】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述実施の形態に限定されるものではない。上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の効果を得ることができる範囲において、その構造及び／又は機能の詳細を変更することができる。例えば、実施の形態３あるいは実施の形態４における検査ガス供給装置２０、切換装置５及び検査ガス流路２２を、実施の形態５あるいは実施の形態６に適用して燃料電池システムを構成しても、本発明の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、簡便な構造によって、燃料電池の気密性を迅速かつ精度良く検出することができる燃料電池システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【図２】図２は、ＰＥＦＣの運転時間に対する検出気密値の推移線を概念的に示すグラフであって、図２（ａ）は検出気密値が一定ペースで変化する場合のグラフ、図２（ｂ）は検出気密値が徐々に安定するように変化する場合のグラフ、図２（ｃ）は検出気密値の変化が徐々に拡大する場合のグラフである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態２にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態３にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態４にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態５にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態６にかかる燃料電池システムを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１  高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）
１Ａ  膜電極接合体
１Ｂ  アノードセパレータ
１Ｃ  カソードセパレータ
１Ｄ  燃料ガス流路
１Ｅ  酸化剤ガス流路
２  燃料ガス供給装置
３  酸化剤ガス供給装置
４  流路遮断装置（第１の流路遮断装置）
５  流量検出装置
６  燃料ガス供給流路
６Ａ  燃料ガス供給装置側部分
６Ｂ  ＰＥＦＣ１側部分
７  酸化剤ガス供給流路
８  燃料ガス排出流路
９  酸化剤ガス排出流路
１０  制御装置
１０Ａ  制御部
１０Ｂ  記憶部
１０Ｃ  入力部
１０Ｄ  出力部
２０  検査ガス供給装置
２１  切換装置
２２  検査ガス流路
３１  第２の流路遮断装置
３２  第３の流路遮断装置
１００，１０１  燃料電池システム
Ｔ  運転時間
Ｑ  気密値
Δｔ  検出時間間隔
ΔＴ0  予測残存運転時間
Ｑ0  限界気密値
Ｑ100  初期気密値
【図１】
0004907343.tif 000002
【図２】
0004907343.tif 000003
【図３】
0004907343.tif 000004
【図４】
0004907343.tif 000005
【図５】
0004907343.tif 000006
【図６】
0004907343.tif 000007
【図７】
0004907343.tif 000008