JP2005135711A - Abnormality-detecting device and fuel cell system - Google Patents

Abnormality-detecting device and fuel cell system Download PDF

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信雄 藤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an abnormality-detecting device capable of detecting abnormality such as gas leakage, and capable of preventing misdetection of abnormal state. <P>SOLUTION: The abnormality detection device comprises an air bubble detecting part (111) for detecting the amount of air bubbles in a liquid flowing in a liquid passage; an abnormality deciding part (301) which decides that the system is abnormal, when the value corresponding to the amount of air bubbles measured by the air bubble detecting part (111) is not less than a prescribed value and an abnormality decision regulating part (302) which restricts abnormality decision of the abnormality deciding part (301) when the system is in a state of generating air bubbles other than the power source (203). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出に関係し、特に燃料電池システムの冷却系において燃料電池に供給されるガスが冷却液中に漏洩する等のシステム異常の判断を正確に行うための異常検出装置の改良に関する。   The present invention relates to abnormality detection for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path, and in particular, a gas supplied to a fuel cell in a cooling system of the fuel cell system leaks into the coolant. The present invention relates to an improvement of an abnormality detection apparatus for accurately determining system abnormality such as performing.

燃料電池では水素を燃料とする電気化学反応によって電気を発生させている。この反応は発熱反応であるため、必要以上に温度が上昇しないように、ラジエタ等の熱交換システムによって冷却された冷却水を燃料電池内に循環させ燃料電池を冷却している。   In a fuel cell, electricity is generated by an electrochemical reaction using hydrogen as a fuel. Since this reaction is an exothermic reaction, cooling water cooled by a heat exchange system such as a radiator is circulated in the fuel cell to cool the fuel cell so that the temperature does not rise more than necessary.

ここで燃料となる水素は可燃性ガスであるため、取り扱いに充分な注意が必要である。このため燃料電池システムでは燃料電池内を通過する冷却水中に水素が漏れ出ていないかを監視する水素センサを設け、水素濃度が高い場合には異常を生じたものと判断してシステムの停止等の必要な措置を講じている。   Since hydrogen used as a fuel here is a combustible gas, it is necessary to be careful in handling. For this reason, in the fuel cell system, a hydrogen sensor is provided to monitor whether hydrogen leaks into the cooling water passing through the fuel cell, and when the hydrogen concentration is high, it is determined that an abnormality has occurred and the system is stopped. The necessary measures are taken.

例えば、特開２００１―２５０５７０号公報には、ラジエタ上部及び冷却水のリザーブタンク上部に水素センサを設け、水素濃度が高い場合に警告を発生させるように構成された技術が開示されている（特許文献１）。
特開２００１―２５０５７０号公報（図１、図４、段落番号００５３等） 特開２００３―１７０９４号公報（段落番号０００６等） For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-250570 discloses a technique in which a hydrogen sensor is provided in an upper portion of a radiator and a reserve tank of a cooling water so as to generate a warning when the hydrogen concentration is high (patent) Reference 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-250570 (FIG. 1, FIG. 4, paragraph number 0053, etc.) Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-17094 (paragraph number 0006 and the like)

しかしながら、上記従来の技術を含む通常の燃料電池システムでは冷却水中に水素漏れ以外の原因で生じた気泡が多量に含まれていると、実際には水素漏れが無いのに水素漏れであるかの如く誤検出する場合があった。   However, in a normal fuel cell system including the above-described conventional technology, if there is a large amount of bubbles generated due to a cause other than hydrogen leakage in the cooling water, it is actually hydrogen leakage even though there is no hydrogen leakage. In some cases, it was erroneously detected.

また、特開２００１―２５０５７０号公報に開示された技術では、水素ガスの検出をラジエタやリザーブタンク上部に空間で行っていたため、水素ガスが燃料電池内で漏れてからの検出されるまでにタイムラグが生ずる可能性があった。   Further, in the technology disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-250570, hydrogen gas is detected in the space above the radiator and the reserve tank, so that there is a time lag until hydrogen gas is detected after leaking in the fuel cell. Could occur.

そこで本発明は、冷却液中へのガス漏れ異常を検出可能な異常検出装置において、異常状態の誤検出を防止することの可能な異常検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an abnormality detection device capable of preventing erroneous detection of an abnormal state in an abnormality detection device capable of detecting an abnormality in gas leakage into the coolant.

また本発明は、冷却液中へのガス漏れの気泡発生を迅速に検出可能な異常検出装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide an abnormality detection device capable of quickly detecting the occurrence of gas leaks in the coolant.

また本発明は、気泡の発生し易い運転状態においても即時にガス漏れを検出可能な異常検出装置を提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide an abnormality detection device that can immediately detect a gas leak even in an operation state in which bubbles are easily generated.

上記課題を解決するために、本発明は、液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、液体流路中を流れる液体中の気泡量を測定する気泡検出部と、気泡検出部の測定した気泡量に対応する値に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、液体流路上で気泡を発生しうる状態にある場合に異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides an abnormality detection device for detecting an abnormality in a system including a power source supplied with liquid by a liquid flow path, and detects an amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path. A bubble detection unit to be measured, an abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on a value corresponding to the amount of bubbles measured by the bubble detection unit, and an abnormality when bubbles are generated in the liquid flow path And an abnormality determination limiting unit that limits abnormality determination by the determination unit.

ここで動力源の一例として燃料電池があげられる。燃料電池では単セル毎に燃料ガスとしての水素ガスと、酸化ガスとしての空気と、冷却液としての冷却水とがセパレータによって分離されている。しかし、長期間の使用によってセパレータ周辺部のシール部材が劣化すると燃料ガスや酸化ガスが冷却水中に漏洩することがある。上記構成によれば、気泡検出部が測定した液体中の気泡量基づいて、例えば気泡量が所定値以上である場合、通常は異常判断部がシステム異常であると判断するが、このときに気泡が液体流路に発生し易い状態である場合に異常判断制限部が異常判断部の判断を禁止する。したがって発生している動力源以外から気泡が生じ易い場合には異常判断を制限するので、誤検出されやすい条件が排除され異常判断を正確にすることができる。   Here, a fuel cell is an example of a power source. In a fuel cell, hydrogen gas as a fuel gas, air as an oxidizing gas, and cooling water as a cooling liquid are separated by a separator for each single cell. However, when the seal member around the separator deteriorates due to long-term use, fuel gas or oxidizing gas may leak into the cooling water. According to the above configuration, based on the amount of bubbles in the liquid measured by the bubble detection unit, for example, when the amount of bubbles is equal to or greater than a predetermined value, the abnormality determination unit normally determines that the system is abnormal. Is likely to occur in the liquid flow path, the abnormality determination limiting unit prohibits the determination of the abnormality determination unit. Therefore, when air bubbles are likely to be generated from other than the generated power source, the abnormality determination is limited, so that the condition that is likely to be erroneously detected is eliminated and the abnormality determination can be made accurate.

ここで本発明において「動力源」とは液体を循環させることで所定のパワーを発生させることのできるものであり、例えば燃料電池が挙げられる。「液体」に限定は無く、水や油等、動力源の種類に応じて変更される。例えば動力源が燃料電池である場合には「液体」は燃料電池を冷却する水となる。「異常判断部」や「異常判断制限部」は、例えば所定のソフトウェアプログラムで動作するコンピュータ装置によって実現されるが、双方が独立した機能ブロックを構成している必要はなく、一体化した判断機能ブロックを構成していてもよい。「液体流路に気泡を発生しうる」とは、内的要因や外的要因によって液体流路中の液体に気泡を発生させるような態様をいい、例えばポンプやオリフィスは気泡発生の要因の例に含まれる。例えば燃料電池システムでは動力源となる燃料電池では燃料ガス（水素ガス）や酸化ガス（空気）等の気泡を発生すると異常と判断すべきであるが、例えばポンプやオリフィス部材等から液体が流動する時に気泡が発生しやすい。   Here, in the present invention, the “power source” is one that can generate a predetermined power by circulating a liquid, and includes, for example, a fuel cell. “Liquid” is not limited and is changed according to the type of power source such as water or oil. For example, when the power source is a fuel cell, the “liquid” is water for cooling the fuel cell. The “abnormality determination unit” and the “abnormality determination restriction unit” are realized by, for example, a computer device that operates with a predetermined software program. However, it is not necessary that both function as independent function blocks, and an integrated determination function You may comprise the block. “A bubble can be generated in the liquid flow path” refers to a mode in which bubbles are generated in the liquid in the liquid flow path by an internal factor or an external factor. For example, a pump or an orifice is an example of a bubble generation factor. include. For example, in a fuel cell system, a fuel cell as a power source should be judged abnormal if bubbles such as fuel gas (hydrogen gas) or oxidant gas (air) are generated, but for example, liquid flows from a pump, an orifice member, etc. Sometimes bubbles are easily generated.

すなわち、本発明は動力源（燃料電池）と接続する液体流路を備え、動力源から液体流路に気泡が漏洩する異常を液体流路中の液体に関する物理情報で判断する際、液体中に漏洩した気泡以外の要因で気泡が存在することが検出され、または、予想される場合に、漏洩異常の判断を制限するものである。また、漏洩した気泡以外の気泡が液体流路に存在する場合には、その気泡の存在に基づいて異常判断の結果を修正するように構成してもよいものである。   That is, the present invention includes a liquid flow path that is connected to a power source (fuel cell), and when an abnormality in which bubbles leak from the power source to the liquid flow path is determined based on physical information about the liquid in the liquid flow path, When it is detected or expected that bubbles are present due to factors other than the leaked bubbles, the judgment of leakage abnormality is limited. Further, when a bubble other than the leaked bubble is present in the liquid channel, the abnormality determination result may be corrected based on the presence of the bubble.

ここで「異常判断の制限」としては、例えば異常判断の回数を減らしたり、異常判断の基礎となる判定値を（異常と検出されにくいように）変更したり、異常判断の時間間隔を長くなるように変更したり、異常判断そのものを禁止したりする等の措置を含むものである。   Here, as “limitation of abnormality determination”, for example, the number of times of abnormality determination is reduced, the determination value that is the basis of abnormality determination is changed (so that it is difficult to detect an abnormality), or the time interval of abnormality determination is increased. This includes measures such as making changes and prohibiting the judgment of abnormality itself.

なお、このような場合、異常判断制限部は、液体流路に液体が供給されている場合に異常判断部による異常判断を制限することは好ましい。液体が供給され流動している間は液体を流動させるポンプ、液体通路上のオリフィス部材等から気泡の発生が予想されるからである。   In such a case, it is preferable that the abnormality determination limiting unit restricts the abnormality determination by the abnormality determination unit when the liquid is supplied to the liquid flow path. This is because, while the liquid is being supplied and flowing, bubbles are expected to be generated from a pump for flowing the liquid, an orifice member on the liquid passage, and the like.

また本発明は、上記発明の異常検出装置において、動力源に燃料を供給する燃料供給部をさらに備え、異常判断部は、気泡量が所定値以上であると判断した場合に、さらに燃料供給部からの燃料の供給量を変化させ、当該燃料の変化に対応して、測定される気泡量が変化した場合に異常と判断することが好ましい。この構成によれば、気泡が発生している場合にこの気泡が異常とすべき動力源からのものであるか否かを判定するため、燃料の供給量を変化（増減）させ、それに対応して気泡量が増減するかが判定される。気泡量が変化すれば、この気泡は動力源からのものであるとしてシステム異常と判断可能である。   The present invention further includes a fuel supply unit that supplies fuel to a power source in the abnormality detection device according to the above invention, and the abnormality determination unit further includes a fuel supply unit when the bubble amount is determined to be equal to or greater than a predetermined value. It is preferable to determine that an abnormality occurs when the amount of air bubbles to be measured is changed and the amount of bubbles measured is changed in response to the change in the fuel. According to this configuration, when air bubbles are generated, in order to determine whether the air bubbles are from a power source that should be abnormal, the fuel supply amount is changed (increased / decreased), and correspondingly It is then determined whether the amount of bubbles increases or decreases. If the amount of bubbles changes, it can be determined that the bubbles are from a power source and that the system is abnormal.

逆に、異常判断制限部は、燃料の供給量の変化に対応して、測定される気泡量が変化しなかった場合に異常判断部による異常判断を制限する。気泡量の変化が無いということは動力源からの気泡ではなく別の要因で液体流路に気泡が発生したと考えられるからである。   Conversely, the abnormality determination limiting unit limits the abnormality determination by the abnormality determination unit when the measured bubble amount does not change in response to the change in the fuel supply amount. The fact that there is no change in the amount of bubbles is because bubbles are considered to have occurred in the liquid flow path due to other factors than bubbles from the power source.

ここで「燃料」とは、動力源の動作をさせるための材料であって気体であるか液体であるか固体であるかを問わない。例えば動力源が燃料電池である場合には水素ガスが燃料に相当する。   Here, the “fuel” is a material for operating the power source and may be a gas, a liquid, or a solid. For example, when the power source is a fuel cell, hydrogen gas corresponds to the fuel.

また本発明は、液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、動力源入口の液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する入口気泡検出部と、動力源出口の液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する出口気泡検出部と、出口気泡検出部の測定した気泡量と入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、液体流路に気泡を発生していると判断した場合に異常と判断する異常判断部と、を備えたことを特徴とする。   The present invention also relates to an abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path, and measures the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow path at the power source inlet. The difference between the detection unit, the outlet bubble detection unit that measures the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path at the power source outlet, and the bubble amount measured by the outlet bubble detection unit and the bubble amount measured by the inlet bubble detection unit And an abnormality determining unit that determines that an abnormality occurs when it is determined that bubbles are generated in the liquid flow path.

上記構成によれば、異常検出のためにモニターすべき動力源の前後で直接液体中の気泡が測定される。動力源出口における気泡量から動力源入口における気泡量を引けば純粋に動力源で発生した気泡量を測定でき、気泡が発生していると判断できた場合に異常とすることができる。   According to the above configuration, bubbles in the liquid are directly measured before and after the power source to be monitored for abnormality detection. By subtracting the amount of air bubbles at the power source inlet from the amount of air bubbles at the power source outlet, the amount of air bubbles generated purely at the power source can be measured, and an abnormality can be determined when it can be determined that bubbles are generated.

逆に、異常判断部は、出口気泡検出部の測定した気泡量と入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、液体流路に気泡を発生していると判断した場合には異常判断を制限する。既に動力源入口と出口において気泡量に差が無い場合には、既に気泡が含まれているか気泡が存在しない場合であり、いずれにせよ異常検出状態ではない。   Conversely, when the abnormality determination unit determines that bubbles are generated in the liquid channel based on the difference between the bubble amount measured by the outlet bubble detection unit and the bubble amount measured by the inlet bubble detection unit. Limit abnormal judgment. When there is no difference in the amount of bubbles at the power source inlet and the outlet, the bubbles are already contained or there are no bubbles, and in any case, it is not in an abnormal detection state.

ここで上記各発明において、気泡検出部は液相中の気相の割合を測定するボイド率計であって、異常判断部は、ボイド率計によって測定されたボイド率に基づいて異常と判断することができる。この構成によれば、ボイド率計が液体流路中を流れる液体に含まれる気泡の量を直接測定するので、リザーブタンク等で気体を検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。   Here, in each of the above inventions, the bubble detection unit is a void ratio meter that measures the ratio of the gas phase in the liquid phase, and the abnormality determination unit determines that there is an abnormality based on the void ratio measured by the void ratio meter. be able to. According to this configuration, since the void ratio meter directly measures the amount of bubbles contained in the liquid flowing in the liquid flow path, it is possible to detect a gas leak more quickly than when detecting gas with a reserve tank or the like. .

また気泡検出部は、液体流路内の少なくとも一部に設けられた電極対と、電極対によって蓄積される電荷量の相当量を気泡量に対応する値として出力する検出回路と、を備えていてもよい。この構成よれば、電極対間に液体のみが存在する場合と気泡が混入している場合とでは誘電率が異なるため静電容量が異なってくる。従って同一電圧であれば静電容量の差で電荷量が異なるため、電荷量の相当値を気泡量の相対値とすることができるので、液体中の気泡量の直接測定が可能である。   The bubble detection unit includes an electrode pair provided in at least a part of the liquid flow path, and a detection circuit that outputs a considerable amount of charge accumulated by the electrode pair as a value corresponding to the bubble amount. May be. According to this configuration, the capacitance is different because the dielectric constant is different between the case where only the liquid exists between the electrode pair and the case where bubbles are mixed. Therefore, since the amount of charge varies depending on the difference in capacitance at the same voltage, the equivalent value of the amount of charge can be set as a relative value of the amount of bubbles, so that the amount of bubbles in the liquid can be directly measured.

また気泡検出部は、液体流路内の液体に少なくとも一部が熱伝導可能に接触する、抵抗値の温度依存性を有する抵抗線と、抵抗線を流れる電流量の相当量を気泡量に対応する値として出力する検出回路と、を備えていてもよい。この構成によれば、液体に接している部分と気泡に接している部分とでは液体と気体との熱伝導の相違から抵抗線の温度が異なる。抵抗線は抵抗値の温度依存性があるため、抵抗値、すなわち定電圧印加時の電流量を気泡量の相対値として検出することで、液体中の気泡を直接測定可能である。   In addition, the bubble detection unit corresponds to the amount of bubbles corresponding to the amount of current flowing through the resistance wire that has at least a portion that contacts the liquid in the liquid channel so that heat conduction is possible and the temperature dependence of the resistance value. And a detection circuit that outputs as a value to be output. According to this configuration, the temperature of the resistance line differs between the portion in contact with the liquid and the portion in contact with the bubble due to the difference in heat conduction between the liquid and the gas. Since the resistance wire has a temperature dependency of the resistance value, bubbles in the liquid can be directly measured by detecting the resistance value, that is, the amount of current when a constant voltage is applied, as a relative value of the amount of bubbles.

また気泡検出部は、液体流路内の少なくとも一部に設けられた電極対と、電極対間を流れる電流量の相当量を気泡量に対応する値として出力する検出回路と、を備えていてもよい。この構成によれば、電極対間の電流は液体中を流れるが、気泡が含まれていると流路の断面積が減少するために抵抗値が上がる。このため電流量を検出することで気泡量の相対値とすることができるため、液体中の気泡量を直接測定することが可能となる。   The bubble detection unit includes an electrode pair provided in at least a part of the liquid channel, and a detection circuit that outputs a corresponding amount of current flowing between the electrode pair as a value corresponding to the bubble amount. Also good. According to this configuration, the current between the electrode pair flows in the liquid. However, if bubbles are included, the cross-sectional area of the flow path is reduced, so that the resistance value is increased. For this reason, since it is possible to obtain a relative value of the amount of bubbles by detecting the amount of current, it is possible to directly measure the amount of bubbles in the liquid.

また気泡検出部は、液体流路の壁面に設けられた振動ピックアップと、振動ピックアップが検出した振動の実効値相当量を気泡量に対応する値として出力する検出回路と、を備えていてもよい。この構成によれば、液体中に気泡が発生していた場合に液体流路の壁面に伝わる振動を振動ピックアップが気泡量に応じた振動数の電気信号に変換する。気泡が多い程振動が多くなるため、この実効値を気泡量の相対値とすることができ、液体中の気泡量を直接測定することができる。   The bubble detection unit may include a vibration pickup provided on the wall surface of the liquid channel, and a detection circuit that outputs an effective value equivalent to the vibration detected by the vibration pickup as a value corresponding to the bubble amount. . According to this configuration, when a bubble is generated in the liquid, the vibration pickup converts the vibration transmitted to the wall surface of the liquid channel into an electric signal having a frequency corresponding to the amount of the bubble. Since vibration increases as the number of bubbles increases, the effective value can be set as a relative value of the amount of bubbles, and the amount of bubbles in the liquid can be directly measured.

また気泡検出部は、液体流路内を流れる液体に光を照射する発光部と、液体を透過する光または液体中の気泡によって反射する光を受ける受光部と、受光部から出力された電気信号を気泡量に対応する値として出力する検出回路と、を備えていてもよい。この構成によれば、発光部からの直接光を受光部が受ける構成では気泡が多いほど光が妨げられ受光部に届く光量が減り受光部から出力される検出信号が小さくなる。一方、気泡による反射光を受光部が受ける構成では気泡が多いほど反射光が多くなり受光部に届く光量が増え受光部から出力される検出信号が大きくなる。したがって、検出信号の多少を気泡量の相対値とすることができ、液体中の気泡量を直接測定することができる。   The bubble detecting unit includes a light emitting unit that irradiates light to the liquid flowing in the liquid flow path, a light receiving unit that receives light that is transmitted through the liquid or reflected by bubbles in the liquid, and an electrical signal that is output from the light receiving unit. And a detection circuit that outputs a value corresponding to the amount of bubbles. According to this configuration, in the configuration in which the light receiving unit receives direct light from the light emitting unit, as the number of bubbles increases, the light is blocked and the amount of light reaching the light receiving unit decreases, and the detection signal output from the light receiving unit decreases. On the other hand, in a configuration in which the light receiving unit receives light reflected by bubbles, the more bubbles there are, the more reflected light increases, the amount of light reaching the light receiving unit increases, and the detection signal output from the light receiving unit increases. Therefore, some of the detection signals can be used as a relative value of the amount of bubbles, and the amount of bubbles in the liquid can be directly measured.

また本発明は、液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、液体の温度を検出する温度センサと、液体の圧力を検出する圧力センサと、を備える。そして、異常判断制限部は、温度センサの検出した温度または圧力センサの検出した圧力の少なくとも一方に基づいて液体流路に気泡を発生しうる状態にあると判断した場合に異常判断部による異常判断を制限するように構成されている。   The present invention is also an abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid channel, and the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid channel. An abnormality determination unit that determines that there is a bubble in the liquid flow path, an abnormality determination limitation unit that limits abnormality determination by the abnormality determination unit, a temperature sensor that detects the temperature of the liquid, and a liquid pressure And a pressure sensor for detecting. Then, the abnormality determination limiting unit determines that the abnormality determination unit determines that there is a state where bubbles can be generated in the liquid channel based on at least one of the temperature detected by the temperature sensor or the pressure detected by the pressure sensor. Is configured to restrict.

上記構成によれば、気泡発生の可能性は液体の温度と圧力とに依存するため、温度と圧力との関係をモニターすることで、液体流路に気泡を発生しうる状態にあるかを的確に判断することが可能となり、異常の誤検出を防止することができる。   According to the above configuration, since the possibility of bubble generation depends on the temperature and pressure of the liquid, by monitoring the relationship between the temperature and pressure, it is possible to accurately determine whether or not bubbles can be generated in the liquid flow path. Therefore, it is possible to prevent erroneous detection of abnormality.

なお、温度や圧力は、上記センサにより直接計測する場合の他、温度や圧力に伴って変化するような他の物理情報に基づいて間接的に推定してもよい。相対的な物理量の変化に基づいて判断すれば充分だからである。   Note that the temperature and pressure may be estimated indirectly based on other physical information that varies with temperature and pressure, as well as when directly measured by the sensor. This is because it is sufficient to make a judgment based on changes in relative physical quantities.

例えば異常判断制限部は、温度が基準値より高い場合に異常判断部による異常判断を制限することが可能である。温度が高いほど液体中に気泡が発生し易くなるため、温度が所定の基準値以上の場合に異常検出を禁止すれば、誤検出を防止できる。   For example, the abnormality determination limiting unit can limit abnormality determination by the abnormality determination unit when the temperature is higher than a reference value. As the temperature is higher, bubbles are more likely to be generated in the liquid. Therefore, if abnormality detection is prohibited when the temperature is equal to or higher than a predetermined reference value, erroneous detection can be prevented.

また例えば異常判断制限部は、圧力が基準値より低い場合に異常判断部による異常判断を制限することが可能である。圧力が低いほど液体中に気泡が発生し易くなるため、圧力が所定の基準値より低い場合に異常検出を禁止すれば、誤検出を防止できる。   Further, for example, the abnormality determination limiting unit can limit the abnormality determination by the abnormality determination unit when the pressure is lower than the reference value. As the pressure is lower, bubbles are more likely to be generated in the liquid. Therefore, if abnormality detection is prohibited when the pressure is lower than a predetermined reference value, erroneous detection can be prevented.

また本発明は、液体流路中に液体を供給する駆動手段（例えばポンプ等）の仕事量を検出する仕事量検出部と、をさらに備える。そして、異常判断制限部は、仕事量検出部の検出した仕事量の変化に基づいて、液体流路上の気泡を発生している状態であると判断する。例えば、駆動手段がポンプである場合、仕事量検出手段はポンプを流れる電流等を電流又は液体流路中に供給される液体の圧力を検出する。通常はポンプの回転数が変化すればそれに対応して仕事量が上がりポンプを流れる電流や液体の圧力の変化となるところ、気泡が発生している状態（キャビテーション発生状態）では仕事量が上昇しなくなる。このためポンプ回転数に伴う仕事量の変化を監視することで気泡が発生していることを検出することが可能になる。   In addition, the present invention further includes a work amount detection unit that detects a work amount of a drive unit (for example, a pump or the like) that supplies liquid into the liquid flow path. Then, the abnormality determination limiting unit determines that air bubbles are generated on the liquid flow path based on the change in the work amount detected by the work amount detection unit. For example, when the drive means is a pump, the work amount detection means detects the current flowing through the pump or the like, or the pressure of the liquid supplied into the liquid flow path. Normally, if the rotation speed of the pump changes, the amount of work increases correspondingly and the current flowing through the pump or the pressure of the liquid changes. However, in the state where bubbles are generated (cavitation occurs), the amount of work increases. Disappear. For this reason, it is possible to detect the occurrence of bubbles by monitoring the change in the work amount associated with the pump rotation speed.

本発明は、上記記載の異常検出装置を備える燃料電池システムであって、動力源は燃料電池クであり、異常判断部は、異常と判断した場合に燃料電池の動作を停止することを特徴とする燃料電池システムでもある。この構成によれば、異常が検出された場合、すなわち燃料電池から水素ガスが漏れている場合であり燃料電池の動作を停止することで安全性を確保することが可能である。   The present invention is a fuel cell system including the abnormality detection device described above, wherein the power source is a fuel cell, and the abnormality determination unit stops the operation of the fuel cell when it is determined as abnormal. It is also a fuel cell system. According to this configuration, when an abnormality is detected, that is, when hydrogen gas is leaking from the fuel cell, safety can be ensured by stopping the operation of the fuel cell.

また本発明は、上記記載の異常検出装置を備える燃料電池システムであって、動力源は燃料電池であり、異常判断部は、異常と判断した場合に動力源に供給される燃料の圧力を下げることを特徴とする燃料電池システムでもある。この構成によれば、異常が検出され、燃料電池から水素ガスが漏れ出ていると判断される場合に燃料の供給量（例えば、流量や圧力）を下げるため水素ガスの気泡発生を抑制することができ安全性を確保可能である。   The present invention is also a fuel cell system including the above-described abnormality detection device, wherein the power source is a fuel cell, and the abnormality determination unit reduces the pressure of the fuel supplied to the power source when it is determined as abnormal. It is also a fuel cell system characterized by this. According to this configuration, when an abnormality is detected and it is determined that hydrogen gas is leaking from the fuel cell, the generation of hydrogen gas bubbles is suppressed in order to reduce the amount of fuel supplied (eg, flow rate or pressure). It is possible to ensure safety.

なお、本発明の構成としては、以下のような具体的な構成を採用することができる。   In addition, as a structure of this invention, the following specific structures are employable.

例えば、本発明は、燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、燃料電池から液体流路中を流れる液体中に漏洩する気泡量を検出する気泡検出部と、気泡検出部が検出した気泡量に対応する値に基づいて燃料電池の異常を判断する異常判断部と、（燃料電池からの気泡の漏洩とは別に）液体流路上で気泡が発生しうる状態にある場合に異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部とを備える燃料電池の異常検出装置（請求項１の変形例）であってもよい。   For example, according to the present invention, a fuel cell that is supplied with fuel gas and an oxidizing gas to generate electric power is supplied with a liquid as a heat exchange medium through a liquid flow path to perform heat exchange with the fuel cell. Based on a value corresponding to the amount of bubbles detected by the bubble detector, a cooling device that adjusts the temperature of the fuel cell, a bubble detector that detects the amount of bubbles that leak from the fuel cell into the liquid flowing in the liquid flow path An abnormality determination unit that determines abnormality of the fuel cell, and an abnormality determination that restricts the abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles are likely to be generated on the liquid flow path (apart from the leakage of bubbles from the fuel cell) A fuel cell abnormality detection device (a modification of claim 1) including a limiting unit may be used.

また本発明は、燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、燃料電池入口の液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する入口気泡検出部と、燃料電池出口の液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する出口気泡検出部と、出口気泡検出部の測定した気泡量と入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、燃料電池が気泡を発生していると判断した場合に異常と判断する異常判断部と、を備えたことを特徴とする異常検出装置（請求項５の変形例）であってもよい。   The present invention also provides a fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate electric power by supplying a liquid as a heat exchange medium through a liquid flow path to perform heat exchange with the fuel cell. A cooling device that adjusts the temperature of the fuel cell, an inlet bubble detector that measures the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow channel at the fuel cell inlet, and the amount of bubbles in the liquid that flows through the liquid flow channel at the fuel cell outlet When it is determined that the fuel cell is generating bubbles based on the difference between the outlet bubble detection unit that performs the measurement and the amount of bubbles measured by the outlet bubble detection unit and the amount of bubbles measured by the inlet bubble detection unit And an abnormality determination unit (a modification of claim 5).

さらに本発明は、燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、液体の温度を検出する温度センサと、液体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、異常判断制限部は、温度センサの検出した温度または圧力センサの検出した圧力の少なくとも一方に基づいて液体流路に気泡を発生しうる状態にあると判断した場合に異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置（請求項１３の変形例）であってもよい。   Furthermore, the present invention provides a fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidizing gas to generate electric power, and supplies a liquid as a heat exchange medium through a liquid flow path to perform heat exchange with the fuel cell. A cooling device that adjusts the temperature of the fuel cell, an abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path, and a state in which bubbles can be generated in the liquid flow path An abnormality determination limiting unit that limits abnormality determination by the abnormality determination unit, a temperature sensor that detects the temperature of the liquid, and a pressure sensor that detects the pressure of the liquid, and the abnormality determination limiting unit detects the temperature sensor An abnormality detection device that restricts abnormality determination by the abnormality determination unit when it is determined that air bubbles can be generated in the liquid channel based on at least one of the detected temperature or the pressure detected by the pressure sensor ( Motomeko 13 may be a modification) of.

さらにまた本発明は、燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、燃料電池以外に気泡を発生しうる状態にある場合に異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、液体流路中に液体を供給する駆動手段の仕事量を検出する仕事量検出部と、を備え、異常判断制限部は、仕事量検出部の検出した仕事量の変化に基づいて、液体流路に気泡を発生している状態であると判断した場合に異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置（請求項１６の変形例）であってもよい。   Furthermore, the present invention provides a fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidizing gas to generate electric power, and supplies a liquid as a heat exchange medium through a liquid flow path to perform heat exchange with the fuel cell. A cooling device that adjusts the temperature of the fuel cell, an abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path, and a state in which bubbles other than the fuel cell can be generated. An abnormality determination limiting unit that limits abnormality determination by the abnormality determination unit in some cases, and a work amount detection unit that detects the work amount of the driving unit that supplies the liquid into the liquid flow path, An abnormality detection device that limits abnormality determination by the abnormality determination unit when it is determined that bubbles are generated in the liquid flow path based on a change in work detected by the work detection unit (Modification of claim 16) It may be.

以上本発明によれば、誤検出の原因となる動力源以外の気泡発生時に異常検出を制限するので、異常状態の誤検出を防止することが可能である。また、本発明によれば、気泡検出部が液体中の気泡発生を直接検出するので、迅速に気泡発生の異常を検出することが可能である。さらに本発明によれば、温度と圧力との関係やポンプ負荷量の変化、動力源前後の気泡量の差分等を測定することによって、気泡の発生し易い運転状態においても、動力源からの気泡発生を的確に判断することが可能である。   As described above, according to the present invention, the abnormality detection is limited when bubbles other than the power source causing the erroneous detection are generated, so that the erroneous detection of the abnormal state can be prevented. Further, according to the present invention, since the bubble detection unit directly detects the generation of bubbles in the liquid, it is possible to quickly detect an abnormality in the generation of bubbles. Furthermore, according to the present invention, by measuring the relationship between temperature and pressure, change in pump load, difference in the amount of bubbles before and after the power source, etc. It is possible to accurately determine the occurrence.

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
本発明の実施形態１は、電気自動車に搭載する燃料電池システムに適した異常検出装置に関する。特に本実施形態では、冷却水中の気泡を直接検出し、かつ、誤検出の可能性のある状態を排除可能な異常検出装置に係わる。 Next, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of this invention is related with the abnormality detection apparatus suitable for the fuel cell system mounted in an electric vehicle. In particular, the present embodiment relates to an abnormality detection device that can directly detect bubbles in cooling water and eliminate a state in which there is a possibility of erroneous detection.

まず図１（ａ）のシステム全体図を参照して、当該燃料電池システムの全体を説明する。図１（ａ）に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック２０３を中心として、空気極系、燃料極系、及び本発明に係る冷却水系の各流路によって構成されている。   First, the entire fuel cell system will be described with reference to the overall system diagram of FIG. As shown in FIG. 1 (a), the fuel cell system of the present embodiment is constituted by each flow path of an air electrode system, a fuel electrode system, and a cooling water system according to the present invention with a fuel cell stack 203 as a center. Yes.

燃料電池スタック２０３は、本発明の動力源に相当し、複数のセルをガスの通りを良くするセパレータで挟み込んだＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）というスタック構造をしている。各セルは高分子電解質膜を燃料極及び空気極の二つの電極で挟み込んだ構造をしている。燃料極は燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、空気極は空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。このような構造の燃料電池スタック２０３に対して燃料である水素ガスを供給する系統が燃料極系、空気を供給する系統が空気極系、及び発熱反応をする燃料電池スタック２０３を冷却する系統が冷却水系である。この他図示しない、オフガスを処理する排気系が存在する。 The fuel cell stack 203 corresponds to the power source of the present invention, has a stack structure of sandwiching a plurality of cells in the separator to improve as gas MEA (M embrane E lectrode A ssembly ). Each cell has a structure in which a polymer electrolyte membrane is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode and an air electrode. The fuel electrode has a fuel electrode catalyst layer provided on the porous support layer, and the air electrode has the air electrode catalyst layer provided on the porous support layer. A system that supplies hydrogen gas as fuel to the fuel cell stack 203 having such a structure is a fuel electrode system, a system that supplies air is an air electrode system, and a system that cools the fuel cell stack 203 that performs an exothermic reaction. Cooling water system. In addition, there is an exhaust system for processing off-gas, not shown.

燃料極系では、熱交換器２１０の制御する温度に対応した量の水素ガスが水素タンク２００から出力され、制御部３００の制御する減圧バルブ２０１・シャットバルブ２０２を経て、燃料電池スタック２０３の燃料極へ供給され発電に供されるようになっている。燃料電池スタック２０３からの排気（水素オフガス）は、シャットバルブ２０４を経て気液分離器２０５で水分が除去され、ポンプ２０７で駆動されて再び燃料極に供給されて、水素ガスの循環系が形成されている。気水分離器２０５で除去された水分はシャットバルブ２０６を経て排出されるようになっている。   In the fuel electrode system, an amount of hydrogen gas corresponding to the temperature controlled by the heat exchanger 210 is output from the hydrogen tank 200, passes through the pressure reducing valve 201 and the shut valve 202 controlled by the control unit 300, and the fuel in the fuel cell stack 203. It is supplied to the pole and used for power generation. Exhaust gas (hydrogen off-gas) from the fuel cell stack 203 is removed by a gas-liquid separator 205 through a shut valve 204, driven by a pump 207, and supplied to the fuel electrode again to form a hydrogen gas circulation system. Has been. The water removed by the steam separator 205 is discharged through the shut valve 206.

空気極系では、エアクリーナ２２０から導入された空気がコンプレッサ２２１で加圧され加湿器２２２によって水蒸気交換され加湿されてから燃料電池スタック２０３の空気極側に供給されるように構成されている。   The air electrode system is configured such that the air introduced from the air cleaner 220 is pressurized by the compressor 221, steam exchanged by the humidifier 222 and humidified, and then supplied to the air electrode side of the fuel cell stack 203.

冷却系は本発明に係り、本発明の液体として水または不凍液（エチレングリコール等を含有したもの）等の熱交換媒体である冷却水が冷却水路１０３の循環経路中を循環するように構成されている。具体的には、冷却水はラジエタ１００中の細管で冷却され、ロータリーバルブ１０４を介しウォーターポンプ１０５を経て燃料電池スタック２０３内を循環して燃料電池を冷却し、冷却後の冷却水が再びラジエタ１００に戻されるようになっている。ロータリーバルブ１０４は、燃料電池スタック２０３への冷却水循環を停止する場合にラジエタ１００内部のみで冷却水を循環させておくことも可能になっている。ラジエタ１００には冷却水を貯留する上部タンク１０１と下部タンク１０２が設けられており、上部タンク１０１にはパイプ１０８を介してリザーブタンク１０７内の冷却水が供給されるようになっている。リザーブタンク１０７には空気流通路１０９が設けられている。またファン１０６はラジエタ１００を空冷することが可能に設けられている。   The cooling system according to the present invention is configured such that cooling water, which is a heat exchange medium such as water or antifreeze (containing ethylene glycol), circulates in the circulation path of the cooling water path 103 as the liquid of the present invention. Yes. Specifically, the cooling water is cooled by a narrow tube in the radiator 100, circulates in the fuel cell stack 203 through the water pump 105 through the rotary valve 104, and cools the fuel cell. The cooled cooling water is again supplied to the radiator. It is set back to 100. The rotary valve 104 can circulate the cooling water only inside the radiator 100 when the cooling water circulation to the fuel cell stack 203 is stopped. The radiator 100 is provided with an upper tank 101 and a lower tank 102 for storing cooling water. The upper tank 101 is supplied with cooling water in the reserve tank 107 via a pipe 108. An air flow passage 109 is provided in the reserve tank 107. The fan 106 is provided so that the radiator 100 can be air-cooled.

特に本実施形態では、本発明の気泡検出部としてのボイド率計１１１が燃料電池スタック２０３の冷却水出口に設けられており、冷却水路１０３中を流れる冷却水に含まれている気泡量を直接測定することが可能に構成されている。このボイド率計１１１のみでも水素ガス漏れの検出は可能であるが、さらに上部タンク１０１とリザーブタンク１０７とに水素センサ１１０Ａ及びＢを設けもよい。   In particular, in the present embodiment, a void ratio meter 111 as a bubble detection unit of the present invention is provided at the cooling water outlet of the fuel cell stack 203, and the amount of bubbles contained in the cooling water flowing in the cooling water channel 103 is directly measured. It is configured to be able to measure. Although it is possible to detect hydrogen gas leakage only with the void ratio meter 111, hydrogen sensors 110 </ b> A and B may be provided in the upper tank 101 and the reserve tank 107.

制御部３００はＥＣＵ（Engine Control Unit）等の公知の自動車制御用のコンピュータシステムであり、各センサからの検出信号に基づき所定の制御動作を行い、各バルブを開閉させる制御信号や各ポンプを駆動させる駆動信号を出力可能になっている。特に本実施形態では、制御部３００は、ボイド率計１１１からの検出信号に基づいて冷却水中に含まれる気泡量の相対値に基づいて、図１（ｂ）に示すような機能ブロックとして作用し、図２のフローチャートに示すような手順で動作するようプログラム制御されている。 The control unit 300 is a computer system for known automotive control such ECU (E ngine C ontrol U nit ), performs a predetermined control operation based on the detection signals from the sensors, control signals and the opening and closing the valves A drive signal for driving the pump can be output. In particular, in the present embodiment, the control unit 300 acts as a functional block as shown in FIG. 1B based on the relative value of the amount of bubbles contained in the cooling water based on the detection signal from the void ratio meter 111. The program is controlled to operate according to the procedure shown in the flowchart of FIG.

なお、排気系は図示されていないが、水素循環系からはシャットバルブ２０９の開放によるパージ動作によって排出された水素（水素オフガス）は、空気極系から加湿器２２２を経た排気（空気オフガス）によって混合希釈され、外部に排出されるようになっている。   Although the exhaust system is not shown, hydrogen (hydrogen offgas) discharged from the hydrogen circulation system by the purge operation by opening the shut valve 209 is exhausted from the air electrode system through the humidifier 222 (air offgas). The mixture is diluted and discharged to the outside.

次に本燃料電池システムの基本的な作用を説明する。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、陰極（カソード）である燃料極側に水素を含んだ水素ガスを、陽極（アノード）である空気極側に酸素を含んだガス（当該実施形態では空気）を供給し、燃料極側では式（１）のような反応を、空気極側では式（２）のような反応を生じさせ、電子を循環させ電流を流す。系全体としてみれば、式（３）のように水の電気分解の逆反応を生じている。   Next, the basic operation of the fuel cell system will be described. Since the fuel cell causes a reverse reaction of water electrolysis, hydrogen gas containing hydrogen is contained on the fuel electrode side, which is a cathode, and oxygen is contained on the air electrode side, which is an anode. A gas (air in this embodiment) is supplied, and a reaction such as equation (1) is generated on the fuel electrode side and a reaction such as equation (2) is generated on the air electrode side, and electrons are circulated to flow current. As a whole system, the reverse reaction of the electrolysis of water occurs as shown in Formula (3).

Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
式（１）の反応を生じさせるために、水素タンク２００は内部に水素吸蔵合金を備えている。水素吸蔵合金は加熱すると吸熱反応を通じて水素を放出し、冷却すると放熱反応を通じて水素を吸蔵するような性質を有している。水素タンク２００内には熱交換器２１０が設けられており、制御部３００によって熱交換器２１０の供給する熱量が定められ期待する量の水素ガスが出力されるように制御されている。 H 2 → 2H + + 2e − (1)
2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
H 2 + (1/2) O 2 → H 2 O (3)
In order to cause the reaction of the formula (1), the hydrogen tank 200 includes a hydrogen storage alloy inside. The hydrogen storage alloy has a property of releasing hydrogen through an endothermic reaction when heated and storing hydrogen through a heat release reaction when cooled. A heat exchanger 210 is provided in the hydrogen tank 200, and the controller 300 controls the amount of heat supplied from the heat exchanger 210 and outputs an expected amount of hydrogen gas.

運転時、水素タンク２００が熱交換器２１０で加熱されることにより発生した水素ガスは、制御部３００が制御する減圧バルブ２０１により減圧された後、開放されているシャットバルブ２０２を介して燃料電池スタック２０３に供給される。燃料電池スタック２０３の燃料極では、上記式（１）に示すような反応を生じて電子が放出され発電が行われる。発電に供された水素ガスは燃料電池スタック２０３から水素オフガスとして空気オフガスと希釈処理され排出される。   During operation, the hydrogen gas generated when the hydrogen tank 200 is heated by the heat exchanger 210 is depressurized by the pressure reducing valve 201 controlled by the control unit 300, and then the fuel cell through the open shut valve 202. It is supplied to the stack 203. At the fuel electrode of the fuel cell stack 203, the reaction shown in the above formula (1) occurs, and electrons are emitted to generate power. Hydrogen gas supplied for power generation is diluted with air off-gas as hydrogen off-gas from the fuel cell stack 203 and discharged.

空気系において、式（２）の反応を生じさせるために、酸素源である空気はエアクリーナ２２０によって浄化されて取り入れられ、コンプレッサ２２１により加圧されて加湿器２２２に供給される。空気極側の排気には式（２）の反応で生じた水分が多量に含まれているがエアクリーナ２２０から取り入れられた空気は乾燥している。このため加湿器によって水蒸気交換を行い、燃料電池スタック２０３へ供給する前に適度な湿度を加えるようにしている。燃料電池スタック２０３の空気極では、エアクリーナ２２０から取り入れられた空気中の酸素成分と燃料極から供給された水素イオンとが電子を取り込んで結合し、上記（２）の反応を生じて水分が発生する。燃料電池スタック２０３から排出された空気は、空気オフガスとして加湿器２２２で水分を取り入れられた空気に与えてから排気系に排出される。排気系ではシャットバルブ２２３によって制御される流通量で水素オフガスと混合され排出され外部に放出される。   In the air system, in order to cause the reaction of the formula (2), air as an oxygen source is purified and taken in by the air cleaner 220, pressurized by the compressor 221, and supplied to the humidifier 222. The exhaust gas on the air electrode side contains a large amount of moisture generated by the reaction of formula (2), but the air taken from the air cleaner 220 is dry. For this reason, water vapor is exchanged by a humidifier, and an appropriate humidity is applied before being supplied to the fuel cell stack 203. At the air electrode of the fuel cell stack 203, oxygen components in the air taken in from the air cleaner 220 and hydrogen ions supplied from the fuel electrode take in electrons and combine to generate the reaction (2) above to generate moisture. To do. The air discharged from the fuel cell stack 203 is supplied to the air taken in by the humidifier 222 as an air off gas, and then discharged to the exhaust system. In the exhaust system, it is mixed with hydrogen off-gas at a flow rate controlled by the shut valve 223 and discharged to the outside.

冷却系において、ラジエタ１００の上部タンク１０１には燃料電池スタック２０３から排出された暖まった冷却水とリザーブタンク１０７から供給される補充冷却水とが流入する。上部タンク１０１に蓄えられた冷却水はラジエタ内のウオーターチューブを通過する間にファン１０６によって空冷され、下部タンク１０２に貯えられる。下部タンク１０２に貯えられた冷却水はロータリーバルブ１０４に導かれて、制御部３００の制御により仕向けられた流路方向に流れる。通常の運転状態では冷却水はポンプ１０５による負圧に導かれてポンプ１０５から送り出されて燃料電池スタック２０３の冷却水入口に至る。冷却水は冷却水入口からは図示しない流入用マニホールドに導かれて分流し、スタック内の単セル内流路を流れて燃料電池を冷却する。単セルで熱を奪って暖められた冷却水は再び流出用マニホールドを経て集められ冷却水路１０３に流れ出る。   In the cooling system, warm cooling water discharged from the fuel cell stack 203 and supplementary cooling water supplied from the reserve tank 107 flow into the upper tank 101 of the radiator 100. The cooling water stored in the upper tank 101 is cooled by the fan 106 while passing through the water tube in the radiator and stored in the lower tank 102. The cooling water stored in the lower tank 102 is guided to the rotary valve 104 and flows in the flow direction directed by the control of the control unit 300. In a normal operation state, the cooling water is led to a negative pressure by the pump 105 and sent out from the pump 105 to reach the cooling water inlet of the fuel cell stack 203. The cooling water is led from an inlet of the cooling water to an inflow manifold (not shown) to be diverted, and flows through the flow path in the single cell in the stack to cool the fuel cell. Cooling water that has been deprived of heat in a single cell is collected again via the outflow manifold and flows out to the cooling water channel 103.

なお、水素ガス漏れその他、冷却水を燃料電池スタック２０３内に流すことが適当でない状況の場合には、制御部３００はロータリーバルブ１０４を切り替えて冷却水の燃料電池スタック２０３方向への供給を遮断しラジエタ１００内を循環させる。また、この冷却水の一部を水素タンク２００の熱交換器２１０に循環させてもよい。   When hydrogen gas leaks or other conditions where it is not appropriate to flow cooling water into the fuel cell stack 203, the control unit 300 switches the rotary valve 104 to cut off the supply of cooling water toward the fuel cell stack 203. The radiator 100 is circulated. A part of this cooling water may be circulated to the heat exchanger 210 of the hydrogen tank 200.

次に本発明に係る異常検出装置について説明する。図１（ｂ）の機能ブロック図に示すように、燃料電池スタック２０３の出口付近に設けられたボイド率計１１１は本発明の気泡検出部として作用する。ボイド率(void fraction)とは気相と液相の二相流における気体の占める容積割合をいい、ボイド率計とは光学的な手法等でボイド率の計測が可能な計器である。   Next, the abnormality detection apparatus according to the present invention will be described. As shown in the functional block diagram of FIG. 1B, the void ratio meter 111 provided near the outlet of the fuel cell stack 203 functions as a bubble detection unit of the present invention. The void fraction is the volume fraction of the gas in the two-phase flow of the gas phase and the liquid phase, and the void fraction meter is an instrument that can measure the void fraction by an optical method or the like.

制御部３００はこのボイド率計１１１からのボイド率の相対値を表す電気信号を入力しボイド率に基づいた異常検出とその制限を実施する。すなわち制御部３００は内部のＲＯＭ等に格納された本発明の異常検出方法を実施可能なソフトウェアプログラムを実行することにより、本発明に係る異常判断部３０１及び異常判断制限部３０２として機能するように構成されている。   The control unit 300 inputs an electric signal representing the relative value of the void ratio from the void ratio meter 111, and performs abnormality detection and restriction based on the void ratio. That is, the control unit 300 functions as the abnormality determination unit 301 and the abnormality determination restriction unit 302 according to the present invention by executing a software program stored in an internal ROM or the like that can execute the abnormality detection method of the present invention. It is configured.

異常判断部３０１は、ボイド率計１１１から供給された電気信号に基づいて、当該電気信号の表す気泡量相当値が所定値以上である場合に当該燃料電池システムが異常であると判断する。   Based on the electrical signal supplied from the void ratio meter 111, the abnormality determination unit 301 determines that the fuel cell system is abnormal when the bubble amount equivalent value represented by the electrical signal is greater than or equal to a predetermined value.

異常状態とは例えば次のような場合に生じる。通常状態では燃料電池スタック２０３は単セルごとに周囲をシール材で密封したセパレータによって水素ガスと空気とが分離されている。ところが経年変化等により材料が劣化すると水素ガスが冷却水中に漏洩することがある。また冷却水を水素タンク２００の熱交換器２１０の熱交換媒体としても利用している場合には、長期間の使用により管から純粋水素ガスが冷却水内に直接漏出する場合も考えられる。水素ガスは発火性を有するため水素ガスが漏洩している状態は異常状態である。   An abnormal state occurs in the following cases, for example. In a normal state, the fuel cell stack 203 has hydrogen gas and air separated from each other by a separator whose periphery is sealed with a sealing material. However, when the material deteriorates due to aging or the like, hydrogen gas may leak into the cooling water. When cooling water is also used as a heat exchange medium for the heat exchanger 210 of the hydrogen tank 200, pure hydrogen gas may leak directly from the pipe into the cooling water due to long-term use. Since hydrogen gas is ignitable, the state where hydrogen gas is leaking is an abnormal state.

このため異常検出部３０１が冷却水路１０３中に一定量以上の気泡が含まれているということは水素ガスの漏洩であると判断してシステム異常ステータスの警告を発するのである。具体的には異常判断部３０１がユーザにその旨の警告を発する他、必要なシステムの停止や防御策を講じることになる。   For this reason, the fact that the abnormality detection unit 301 includes a certain amount or more of bubbles in the cooling water channel 103 determines that it is a leakage of hydrogen gas and issues a warning of the system abnormality status. Specifically, the abnormality determination unit 301 issues a warning to that effect to the user, and also takes necessary system stoppages and defense measures.

異常判断制限部３０２は、異常判断部３０１がシステム異常を誤検出し易い状態にあるかどうかを判断し、異常判断に適さない状態である場合には異常判断部３０１による異常判断を制限する。異常判断に適さない状態とは、燃料電池スタック２０３以外の機器から気泡が発生しうる状態を意味する。例えばポンプ動作時等液体の循環時に気泡が発生しやすい。このため異常判断制限部３０２は、冷却水が循環している場合、すなわちポンプ１０４が動作している場合には異常判断部による異常判断を制限する。   The abnormality determination limiting unit 302 determines whether or not the abnormality determination unit 301 is in a state where it is easy to erroneously detect a system abnormality, and limits the abnormality determination by the abnormality determination unit 301 if it is not suitable for abnormality determination. The state not suitable for abnormality determination means a state in which bubbles can be generated from devices other than the fuel cell stack 203. For example, bubbles are likely to be generated during the circulation of the liquid, such as during pump operation. Therefore, the abnormality determination limiting unit 302 limits the abnormality determination by the abnormality determination unit when the coolant is circulating, that is, when the pump 104 is operating.

ここでポンプ停止時等の措置を講じても、測定された気泡が危険な水素ガスの漏洩によるものではなく、たまたま発生した気泡である場合も考えられる。このため異常判断部３０１は慎重を期すために異常判断の前に水素ガスの供給量を変化させ、水素ガス量の変化に対応して測定される気泡量が変化した場合に初めて異常と判断する。このとき確実に水素ガスが検出されているかを従来の水素センサ１１０Ａ及びＢの検出結果に基づいて確認すると、検出精度がさらに高まり好ましい。   Even if measures are taken here, such as when the pump is stopped, the measured bubbles are not caused by dangerous hydrogen gas leakage, but may occur by chance. For this reason, in order to be cautious, the abnormality determination unit 301 changes the supply amount of hydrogen gas before making an abnormality determination, and determines that there is an abnormality only when the amount of bubbles measured corresponding to the change in the hydrogen gas amount changes. . At this time, it is preferable to confirm whether hydrogen gas is reliably detected based on the detection results of the conventional hydrogen sensors 110A and B, so that the detection accuracy is further improved.

なお異常判断部３０１及び異常判断制限部３０２の動作は別個独立のものとせず一体化した判断をしても無論よい。   It should be noted that the operations of the abnormality determination unit 301 and the abnormality determination restriction unit 302 are not separate and independent, and it is of course possible to make an integrated determination.

図２のフローチャートを参照してこれら異常判断処理をさらに詳しく説明する。制御部３００はソフトウェアプログラムの処理手順に則って燃料電池システムの各部を順次制御している。異常判断の検査時間にならない限りは（Ｓ１：ＮＯ）、これら他の処理を継続していく（Ｓ９）。異常判断する検査時間（タイミング）になったら（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部３００の異常判断制限部３０２はポンプ１０５が動作中のステータスになっているかどうかをチェックし（Ｓ２）、動作中であれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、ポンプ１０５を停止する制御信号を出力する（Ｓ３）。   These abnormality determination processes will be described in more detail with reference to the flowchart of FIG. The control unit 300 sequentially controls each unit of the fuel cell system in accordance with the processing procedure of the software program. As long as the inspection time for abnormality determination is not reached (S1: NO), these other processes are continued (S9). When the inspection time (timing) for judging the abnormality is reached (S1: YES), the abnormality judgment limiting unit 302 of the control unit 300 checks whether or not the pump 105 is in an operating status (S2). If (S2: YES), a control signal for stopping the pump 105 is output (S3).

なお、当該異常検出処理を燃料電池動作サイクルのうちポンプを停止しているタイミングに合わせて行うように設定するならば、このポンプ動作確認ステップ（Ｓ２，Ｓ３）は不要である。また、ポンプ１０５以外に気泡が冷却水中に排出されやすい状態が存在するのであれば、異常判断制限部３０２はそのような状態を排除するように動作することが好ましい。どのような動作が必要かはシステムの構成に依存する。   If the abnormality detection process is set to be performed at the timing when the pump is stopped in the fuel cell operation cycle, this pump operation confirmation step (S2, S3) is not necessary. Further, if there is a state where bubbles are likely to be discharged into the cooling water other than the pump 105, the abnormality determination limiting unit 302 preferably operates so as to exclude such a state. What operation is required depends on the system configuration.

燃料電池スタック２０３以外に気泡が発生しにくい状態にしておいて、異常判断部３０１はボイド率計１１１からの電気信号を参照し（Ｓ４）、当該電気信号の表す気泡量相当量が所定値より大きいか否かを判断する（Ｓ５）。どの程度の気泡量を異常状態とするかはシステムの設計によって異なる。あまりにしきい値となる気泡量を小さくすると誤検出し易いし、しきい値となる気泡量を大きく設定しすぎると危険な水素ガスの漏出を早期に発見できない。別途水素センサ１１０ＡやＢのようなものを設けてある場合には、当該気泡量のしきい値を相対的に小さくしておき気泡発生が検出された場合に水素センサによる水素ガスの直接検出も行うようにすることで、より確実に水素ガス漏れを検出できる。   In a state where bubbles are unlikely to be generated other than in the fuel cell stack 203, the abnormality determination unit 301 refers to the electrical signal from the void ratio meter 111 (S4), and the amount corresponding to the amount of bubbles represented by the electrical signal is greater than a predetermined value. It is determined whether or not it is larger (S5). The amount of air bubbles to be abnormal depends on the system design. If the amount of bubbles serving as a threshold is too small, false detection is likely to occur, and if the amount of bubbles serving as a threshold is set too large, dangerous hydrogen gas leakage cannot be detected early. If a hydrogen sensor such as the hydrogen sensor 110A or B is separately provided, the hydrogen sensor can also directly detect hydrogen gas when the bubble generation is detected with the bubble amount threshold being relatively small. By doing so, hydrogen gas leakage can be detected more reliably.

ボイド率計１１１の検出した気泡量相当値が所定値以下であったら（Ｓ５：ＮＯ）、水素ガス漏れは無いので異常状態とは判断せず他処理（Ｓ９）に移行する。一方、気泡量相当値が所定値より大きかったら（Ｓ５：ＹＥＳ）、水素ガスが漏れている可能性が高い。このまま異常状態ステータスに移行してもよいが、当該実施形態では異常判断部３０１はさらに燃料電池スタック２０３からの水素ガス漏れであるかを確認するステップに移る。   If the value corresponding to the bubble amount detected by the void ratio meter 111 is equal to or less than the predetermined value (S5: NO), there is no hydrogen gas leak, so that the abnormal state is not determined and the process proceeds to other processing (S9). On the other hand, if the bubble amount equivalent value is larger than the predetermined value (S5: YES), there is a high possibility that hydrogen gas is leaking. Although the state may be shifted to the abnormal state as it is, in the present embodiment, the abnormality determination unit 301 further proceeds to a step of confirming whether hydrogen gas leaks from the fuel cell stack 203.

まず水素ガス量を意図的に変化させる（Ｓ６）。例えば水素タンク２００の熱交換器２１０の熱量を上下させる、減圧バルブ２０１の減圧度を変える、シャットバルブ２０２・２０４の開放度を変更する、ポンプ２０７の回転数を変える等の処理をする。燃料電池スタック内の分離部材の劣化等が原因でガス漏れを生じているなら、このような水素ガス供給量の変化に対応してボイド率計１１１の検出する気泡量相当値も変化するはずである。つまり気泡量相当値が連動して変化するなら（Ｓ７：ＹＥＳ）水素ガスが漏れているものと判断できるし、連動して変化しないなら（Ｓ７：ＮＯ）他の原因によってたまたま生じた気泡を検出したに過ぎないと判断できる。なお、燃料電池システムの動作上、他の理由で水素ガスの供給量を変化させる場合にこれら判断を併せて行い、検査のためだけの水素ガス供給量変化ステップを省略することも可能である。   First, the amount of hydrogen gas is intentionally changed (S6). For example, processing is performed such as increasing or decreasing the amount of heat of the heat exchanger 210 of the hydrogen tank 200, changing the degree of pressure reduction of the pressure reducing valve 201, changing the degree of opening of the shut valves 202 and 204, and changing the number of revolutions of the pump 207. If gas leakage occurs due to deterioration of the separation member in the fuel cell stack, the value corresponding to the amount of bubbles detected by the void ratio meter 111 should also change in response to such a change in the hydrogen gas supply amount. is there. In other words, if the value corresponding to the amount of bubbles changes in conjunction (S7: YES), it can be determined that hydrogen gas is leaking, and if it does not change in conjunction (S7: NO), a bubble that happens to be caused by another cause is detected. It can be judged that it was only. In the operation of the fuel cell system, when the supply amount of hydrogen gas is changed for other reasons, these determinations can be made together, and the hydrogen gas supply amount change step only for inspection can be omitted.

気泡量相当値が連動して変化した場合には、異常判断部３０１はシステム異常と判断し、燃料電池の運転を停止したり、燃料である水素ガスの供給圧力を弱めたり、冷却水の圧力を高めたりして、これ以上の水素ガスの漏洩を防止する（Ｓ８）。燃料電池の運転停止のためには、制御部３００は燃料である水素ガスの供給を停止するため、シャットバルブ２０２・２０４の遮断、ポンプ２０７の停止等を行う。水素ガスの供給圧力を弱めるには、減圧バルブ２０１の減圧、ポンプ２０７の回転数低減等を行う。冷却水の圧力を高めるにはポンプ１０５の回転数を上げる等の操作をする。冷却水の圧力を高めるのは、液体の圧力が高い程気泡が発生しにくく水素ガスの漏洩が少なくなると期待できるためである。これら措置と同時に異常判断部３０１はユーザに認識可能な警告を行って点検を促すようにすることが好ましい。   When the bubble amount equivalent value changes in conjunction, the abnormality determination unit 301 determines that the system is abnormal and stops the operation of the fuel cell, weakens the supply pressure of hydrogen gas as fuel, To prevent further leakage of hydrogen gas (S8). In order to stop the operation of the fuel cell, the control unit 300 shuts off the shut valves 202 and 204 and stops the pump 207 in order to stop the supply of hydrogen gas as fuel. In order to weaken the supply pressure of the hydrogen gas, the pressure reducing valve 201 is reduced, the number of rotations of the pump 207 is reduced, and the like. In order to increase the pressure of the cooling water, an operation such as increasing the rotation speed of the pump 105 is performed. The reason for increasing the pressure of the cooling water is that, as the liquid pressure is higher, bubbles are less likely to be generated, and it can be expected that the leakage of hydrogen gas is reduced. At the same time as these measures, the abnormality determination unit 301 preferably issues a recognizable warning to the user to prompt inspection.

なお、ボイド率計１１１の検出する気泡量相当値が所定値以下に下がったら（Ｓ７：ＮＯ）、制御部３００は燃料電池の運転を再開したり冷却水の圧力を標準に戻したりすればよい。   When the bubble amount equivalent value detected by the void ratio meter 111 falls below a predetermined value (S7: NO), the control unit 300 may restart the operation of the fuel cell or return the cooling water pressure to the standard. .

以上、本実施形態１によれば、燃料電池以外の機材から気泡が発生し易い場合には異常判断を禁止するので、誤検出されやすい条件が排除され異常判断を正確にすることができる。   As described above, according to the first embodiment, abnormality determination is prohibited when air bubbles are likely to be generated from equipment other than the fuel cell. Therefore, it is possible to eliminate the condition that is likely to be erroneously detected and to make the abnormality determination accurate.

また本実施形態１によれば、ボイド率計が液体流路中を流れる液体に含まれる気泡の量を直接測定するので、従来のようにリザーブタンク等で気体を検出することのみで異常を判断する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。   Further, according to the first embodiment, since the void ratio meter directly measures the amount of bubbles contained in the liquid flowing in the liquid flow path, abnormality is determined only by detecting the gas with a reserve tank or the like as in the past. Gas leakage can be detected more quickly than in the case of doing so.

さらに本実施形態１によれば、気泡が検出された場合にさらに燃料電池スタックに対する水素ガスの供給を変化させてそれに伴う気泡の増減を監視し、両者に関連があれば燃料電池スタックからのガス漏れである判断するので、確実に水素ガス漏れを検出可能である。
（実施形態２）
本発明の実施形態２は上記実施形態１の異常検出装置において、気泡検出部の変形例を示すものであり、特に静電容量を測定することによって気泡量を測定する実施例に関する。 Furthermore, according to the first embodiment, when bubbles are detected, the supply of hydrogen gas to the fuel cell stack is further changed to monitor the increase or decrease of the bubbles, and if there is a relationship between the two, the gas from the fuel cell stack is monitored. Since it is determined that there is a leak, the hydrogen gas leak can be reliably detected.
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention shows a modification of the bubble detection unit in the abnormality detection apparatus of Embodiment 1 above, and particularly relates to an example in which the amount of bubbles is measured by measuring capacitance.

図３に本燃料電池システムのシステム図を示す。図３には冷却水系のみを図示し、燃料極系、空気極系の図示を省略してある。図３に示すように、本実施形態２では燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に容量センサ１１２が設けられている。容量センサ１１２の他に水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。また、システム各部の説明及び動作についても実施形態１と同様であるため、それらの説明を省略する。   FIG. 3 shows a system diagram of the fuel cell system. In FIG. 3, only the cooling water system is illustrated, and the fuel electrode system and the air electrode system are not shown. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, a capacity sensor 112 is provided near the coolant outlet of the fuel cell stack 203. Similar to the first embodiment, hydrogen sensors 110A and 110B may be used in addition to the capacity sensor 112. Further, the description and operation of each part of the system are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図４に本実施形態２における容量センサ１１２の説明図を示す。図４に示すように、容量センサ１１２は、冷却水路１０３を挟んで対峙する面状の電極１１２１・１１２２と検出回路１１２０とで構成されている。検出回路１１２０は、検出抵抗１１２３、交流源１１２４、及びＡ／Ｄ変換器１１２５等を備えている。   FIG. 4 is an explanatory diagram of the capacitance sensor 112 according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the capacitance sensor 112 includes planar electrodes 1121 and 1122 and a detection circuit 1120 facing each other with the cooling water channel 103 interposed therebetween. The detection circuit 1120 includes a detection resistor 1123, an AC source 1124, an A / D converter 1125, and the like.

電極１１２１・１１２２は、両電極間に電荷を蓄積可能な形状及び距離に配置される。このため冷却水路１０３の少なくとも電極を配置する付近は導電性を備えないものが配置されることが好ましい。電極１１２１・１１２２は必ずしも冷却水路１０３の外側を挟み込む必要はなく、冷却水路内に所定の間隙を隔てて配置されていてもよい。   The electrodes 1121 and 1122 are arranged in a shape and a distance capable of accumulating charges between both electrodes. For this reason, it is preferable that the thing which does not have electroconductivity is arrange | positioned at the vicinity which arrange | positions the electrode of the cooling water channel 103 at least. The electrodes 1121 and 1122 do not necessarily need to sandwich the outside of the cooling water channel 103, and may be arranged in the cooling water channel with a predetermined gap therebetween.

上記構成において、所定の周波数の交流電圧を交流源１１２４から電極１１２１・１１２２間に印加すると電極間に介在する物質の誘電率で定まる静電容量に対応したリアクタンスに対応して電流が流れる。この電流を検出抵抗１１２３が電圧に変換する。変換器１１２５ではこの電圧値の実効値相当値に変換する。この電圧値は間接的に電極間で形成される静電容量値に対応しており静電容量の大小が測定できていることになる。この容量センサ１１２では通常（気泡が無い場合）は冷却水の誘電率に対応して静電容量が定まるが、気泡が混ざると気体の誘電率が大幅に液体と異なるため、静電容量自体も対応して変化する。したがって、制御部３００ではこの静電容量の変化を監視することで、冷却水中の気泡量を間接的に認識することが可能となり、所定のしきい値と比較することで気泡量が多い、すなわち異常状態であると検出判断することが可能となる。   In the above configuration, when an AC voltage having a predetermined frequency is applied between the AC source 1124 and the electrodes 1121 and 1122, a current flows corresponding to a reactance corresponding to a capacitance determined by a dielectric constant of a substance interposed between the electrodes. The detection resistor 1123 converts this current into a voltage. The converter 1125 converts this voltage value into an effective value equivalent value. This voltage value indirectly corresponds to the capacitance value formed between the electrodes, and the magnitude of the capacitance can be measured. In the capacitance sensor 112 (when there is no bubble), the capacitance is usually determined according to the dielectric constant of the cooling water. However, when the bubbles are mixed, the dielectric constant of the gas is significantly different from that of the liquid. Correspondingly changes. Therefore, the control unit 300 can indirectly recognize the amount of bubbles in the cooling water by monitoring this change in capacitance, and the amount of bubbles is large by comparing with a predetermined threshold value, that is, It is possible to detect and determine that the state is abnormal.

以上、本実施形態２においても実施形態１と同様の効果を奏する。特に本実施形態２の構成によれば、容量センサが冷却水路中を流れる冷却水に含まれる気泡の量を静電容量の相当値として直接測定するので、気体を直接検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。
（実施形態３）
本発明の実施形態３は上記実施形態２と同様、気泡検出部の変形例を示すものであり、特に抵抗線の抵抗値変化を測定することによって気泡量を測定する実施例に関する。 As described above, the second embodiment also has the same effect as the first embodiment. In particular, according to the configuration of the second embodiment, the capacitance sensor directly measures the amount of bubbles contained in the cooling water flowing in the cooling water channel as the equivalent value of the capacitance, so that it is quicker than the case of directly detecting the gas. It is possible to detect a gas leak.
(Embodiment 3)
The third embodiment of the present invention shows a modified example of the bubble detection unit as in the second embodiment, and particularly relates to an example in which the amount of bubbles is measured by measuring a change in resistance value of a resistance wire.

本実施形態３における抵抗線センサ１１３は、図１（ａ）に示すような実施形態１のボイド率計１１１の代わりに燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に設けられるものである。容量センサ１１２の他に水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。また、システム各部の説明及び動作についても実施形態１と同様であるため、それらの説明を省略する。   The resistance wire sensor 113 in the third embodiment is provided in the vicinity of the cooling water outlet of the fuel cell stack 203 instead of the void ratio meter 111 of the first embodiment as shown in FIG. Similar to the first embodiment, hydrogen sensors 110A and 110B may be used in addition to the capacity sensor 112. Further, the description and operation of each part of the system are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図５に本実施形態３における抵抗線センサ１１３の説明図を示す。図５に示すように、抵抗線センサ１１３は、冷却水路１０３を横切って挿通している抵抗線であるニクロム線１１３１と検出回路１１３０とによって構成されている。検出回路１１３０は、検出抵抗１１３３、直流源１１３４、及びＡ／Ｄ変換器１１３５等を備えている。   FIG. 5 is an explanatory diagram of the resistance wire sensor 113 according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the resistance wire sensor 113 includes a nichrome wire 1131 that is a resistance wire that passes through the cooling water passage 103 and a detection circuit 1130. The detection circuit 1130 includes a detection resistor 1133, a DC source 1134, an A / D converter 1135, and the like.

ニクロム線１１３１は、冷却水路１０３内の冷却水に少なくともその一部が直接熱伝導可能に接して配置されることが好ましい。ニクロム線１１３１は必ずしも冷却水路１０３の管径全長に亘って配置される必要はなく、冷却水に接している部分があればよく流路を横切る方向だけではなく流路方向に沿ってまたは斜めに設けられていてもよい。   The nichrome wire 1131 is preferably arranged so that at least part of the nichrome wire 1131 is in contact with the cooling water in the cooling water passage 103 so as to allow direct heat conduction. The nichrome wire 1131 does not necessarily have to be arranged over the entire length of the diameter of the cooling water passage 103. It is sufficient if there is a portion in contact with the cooling water, not only in the direction crossing the flow path but also along the flow path direction or obliquely. It may be provided.

ニクロム線等の抵抗線はその抵抗値が温度依存性を備えていることが多い。例えば図６に示すように温度の上昇とともに抵抗値が上昇するような特性を備えている。本実施形態ではこの性質を利用する。すなわち上記構成において、直流源１１３４がニクロム線１１３１と検出抵抗１１３３に直列接続されそれらの合計抵抗値で定まる電流が流れる。冷却水がニクロム線１１３１に接していれば熱交換が促されニクロム線が一定の温度で安定しその抵抗値に対応した電流が流れ、その電流によって発生する検出抵抗１１３３両端の電圧がニクロム線１１３１の相対値として制御部３００に出力される。ここで冷却水中に気泡が含まれていると気体であるため熱伝導率が異なりニクロム線１１３１の温度が変化する（上昇する）。この温度上昇は気泡量に対応していることになる。温度上昇と共にニクロム線１１３１の抵抗値が変化し、電流値が減少するため、検出される電圧値が減少する。したがってこの電圧値をモニターしておけば冷却水中の気泡量相当値を測定することが可能である。   A resistance wire such as a nichrome wire often has a temperature dependency on its resistance value. For example, as shown in FIG. 6, the resistance value increases with increasing temperature. In this embodiment, this property is used. That is, in the above configuration, the DC source 1134 is connected in series to the nichrome wire 1131 and the detection resistor 1133, and a current determined by the total resistance value flows. If the cooling water is in contact with the nichrome wire 1131, heat exchange is promoted, the nichrome wire is stabilized at a constant temperature, a current corresponding to the resistance value flows, and the voltage across the detection resistor 1133 generated by the current is the nichrome wire 1131. Is output to the control unit 300 as a relative value. Here, if bubbles are contained in the cooling water, it is a gas, so the thermal conductivity is different and the temperature of the nichrome wire 1131 changes (rises). This temperature rise corresponds to the amount of bubbles. As the temperature rises, the resistance value of the nichrome wire 1131 changes and the current value decreases, so the detected voltage value decreases. Therefore, if this voltage value is monitored, it is possible to measure the value corresponding to the amount of bubbles in the cooling water.

以上、本実施形態３においても実施形態１と同様の効果を奏する。特に本実施形態３の構成によれば、抵抗性センサ１１３が冷却水路中を流れる冷却水に含まれる気泡の量を抵抗値相当値として直接測定するので、気体を直接検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。
（実施形態４）
本発明の実施形態４は上記実施形態２及び３と同様、気泡検出部の変形例を示すものであり、特に冷却水の電気抵抗を測定することによって気泡量を測定する実施例に関する。 As described above, the third embodiment also has the same effect as the first embodiment. In particular, according to the configuration of the third embodiment, since the resistance sensor 113 directly measures the amount of bubbles contained in the cooling water flowing in the cooling water channel as a resistance value equivalent value, it is quicker than the case of directly detecting gas. It is possible to detect a gas leak.
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention shows a modified example of the bubble detection unit as in Embodiments 2 and 3, and particularly relates to an example in which the amount of bubbles is measured by measuring the electrical resistance of cooling water.

本実施形態４における液体抵抗センサ１１４は、図１（ａ）に示すような実施形態１のボイド率計１１１の代わりに燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に設けられるものである。液体抵抗センサ１１４の他に水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。また、システム各部の説明及び動作についても実施形態１と同様であるため、それらの説明を省略する。   The liquid resistance sensor 114 in the fourth embodiment is provided in the vicinity of the cooling water outlet of the fuel cell stack 203 instead of the void ratio meter 111 of the first embodiment as shown in FIG. The point that hydrogen sensors 110A and 110B may be used in addition to the liquid resistance sensor 114 is the same as in the first embodiment. Further, the description and operation of each part of the system are the same as those in the first embodiment, and thus their description is omitted.

図７に本実施形態４における液体抵抗センサ１１４の説明図を示す。図７に示すように、液体抵抗センサ１１４は、冷却水路１０３を挟んで対峙する電極１１４１・１１４２と検出回路１１４０とで構成されている。検出回路１１４０は、検出抵抗１１４３、電源１１４４、及びＡ／Ｄ変換器１１４５等を備えている。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the liquid resistance sensor 114 according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, the liquid resistance sensor 114 includes electrodes 1141 and 1142 and a detection circuit 1140 that face each other with the cooling water channel 103 interposed therebetween. The detection circuit 1140 includes a detection resistor 1143, a power source 1144, an A / D converter 1145, and the like.

電極１１４１・１１４２は、冷却水の電気抵抗を測定可能な形状及び距離に配置される。このため冷却水路１０３の少なくとも電極を配置する付近は導電性を備えないものが配置されることが好ましい。電極１１４１・１１４２は直接冷却水に接して配置され、必ずしも冷却水路１０３の管径を横切って対峙する必要はなく冷却水路内に所定の間隙を隔てて配置されていてもよい。   The electrodes 1141 and 1142 are arranged in a shape and a distance capable of measuring the electric resistance of the cooling water. For this reason, it is preferable that the thing which does not have electroconductivity is arrange | positioned at the vicinity which arrange | positions the electrode of the cooling water channel 103 at least. The electrodes 1141 and 1142 are disposed in direct contact with the cooling water, and do not necessarily face each other across the tube diameter of the cooling water channel 103, and may be disposed in the cooling water channel with a predetermined gap therebetween.

上記構成において、電極１１４１・１１４２間には冷却水の電気抵抗に応じた電流が流れる。ここで冷却水に気泡が含まれていると電極間の冷却水の断面積が減少するため気泡量に応じて抵抗値が上昇する。この抵抗値の上昇は電流の減少に表れるため、検出抵抗１１４３の両端に発生する電圧値が冷却水の抵抗の相当値を示していることになる。したがってこの電圧値を制御部３００に供給すれば冷却水中の気泡量を測定することができる。   In the above configuration, a current corresponding to the electric resistance of the cooling water flows between the electrodes 1141 and 1142. Here, if bubbles are included in the cooling water, the cross-sectional area of the cooling water between the electrodes decreases, and thus the resistance value increases according to the amount of bubbles. Since the increase in the resistance value appears in the decrease in the current, the voltage value generated at both ends of the detection resistor 1143 indicates the equivalent value of the resistance of the cooling water. Therefore, if this voltage value is supplied to the controller 300, the amount of bubbles in the cooling water can be measured.

以上、本実施形態４においても実施形態１と同様の効果を奏する他、特に本実施形態４の構成によれば、液体抵抗センサ１１４が冷却水路中を流れる冷却水に含まれる気泡の量を抵抗値相当値として直接測定するので、気体を直接検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。
（実施形態５）
本発明の実施形態５は上記実施形態２以降の各実施形態と同様、気泡検出部の変形例を示すものであり、特に冷却水中の気泡によって発生する振動を測定することによって気泡量を測定する実施例に関する。 As described above, the fourth embodiment has the same effect as the first embodiment. In particular, according to the configuration of the fourth embodiment, the liquid resistance sensor 114 resists the amount of bubbles contained in the cooling water flowing in the cooling water channel. Since it is directly measured as a value equivalent value, it is possible to detect a gas leak more quickly than in the case of directly detecting gas.
(Embodiment 5)
The fifth embodiment of the present invention shows a modification of the bubble detection unit as in the embodiments after the second embodiment, and particularly measures the amount of bubbles by measuring the vibration generated by the bubbles in the cooling water. It is related with an Example.

本実施形態５における振動ピックアップ装置１１５は、図１（ａ）に示すような実施形態１のボイド率計１１１の代わりに燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に設けられるものである。振動ピックアップ装置１１５の他に水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。また、システム各部の説明及び動作についても実施形態１と同様であるため、それらの説明を省略する。   The vibration pickup device 115 according to the fifth embodiment is provided in the vicinity of the coolant outlet of the fuel cell stack 203 instead of the void ratio meter 111 according to the first embodiment as shown in FIG. The point that hydrogen sensors 110A and B may be used in addition to the vibration pickup device 115 is the same as in the first embodiment. Further, the description and operation of each part of the system are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図８に本実施形態５における振動ピックアップ装置１１５の説明図を示す。図８に示すように、振動ピックアップ装置１１５は、冷却水路１０３の管壁に取り付けられた振動ピックアップ本体１１５０と検出回路１１５３とを備えている。振動ピックアップ本体１１５０は、圧電体素子１１５１、圧電体素子１１５１を管壁に付勢するばね１１５２を備えている。圧電体素子１１５１はＰＺＴ等の強誘電体結晶を電極で狭持して構成され、圧力の変化を電気信号の変化として出力する機械電気変換機能を奏するように構成されている。検出回路１１５３は、デカップリングコンデンサ１１５４、抵抗１１５５、整流回路１１５６、Ａ／Ｄ変換器１１５７等を備えている。   FIG. 8 is an explanatory diagram of the vibration pickup device 115 according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, the vibration pickup device 115 includes a vibration pickup main body 1150 and a detection circuit 1153 attached to the pipe wall of the cooling water channel 103. The vibration pickup main body 1150 includes a piezoelectric element 1151 and a spring 1152 that biases the piezoelectric element 1151 against the tube wall. The piezoelectric element 1151 is configured by sandwiching a ferroelectric crystal such as PZT between electrodes, and is configured to exhibit a mechanoelectric conversion function that outputs a change in pressure as a change in electrical signal. The detection circuit 1153 includes a decoupling capacitor 1154, a resistor 1155, a rectifier circuit 1156, an A / D converter 1157, and the like.

上記構成において、冷却水路１０３中を気泡が通過すると単位時間に通過する気泡数に対応した周波数の検出信号が振動ピックアップ本体１１５０から出力される。検出回路１１５３ではコンデンサ１１５４により交流成分のみ通過させ抵抗１１５５の両端に発生する電圧の実効成分を整流回路１１５６から取り出し、Ａ／Ｄ変換器１１５７から制御部３００に出力する。気泡数は整流時の脈流数に対応し気泡数が多ければ実効成分値も上がるため、気泡量の相当値が検出できることになる。   In the above configuration, when a bubble passes through the cooling water channel 103, a detection signal having a frequency corresponding to the number of bubbles passing per unit time is output from the vibration pickup main body 1150. In the detection circuit 1153, only the AC component is passed by the capacitor 1154, the effective component of the voltage generated at both ends of the resistor 1155 is extracted from the rectifier circuit 1156, and is output from the A / D converter 1157 to the control unit 300. The number of bubbles corresponds to the number of pulsating flows at the time of rectification, and if the number of bubbles is large, the effective component value is also increased, so that an equivalent value of the amount of bubbles can be detected.

以上、本実施形態５においても実施形態１と同様の効果を奏する他、特に本実施形態５の構成によれば、振動ピックアップ装置１１５が冷却水路中を流れる冷却水に含まれる気泡の量を実効成分相当値として直接測定するので、気体を直接検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。
（実施形態６）
本発明の実施形態６は上記実施形態２以降の各実施形態と同様、気泡検出部の変形例を示すものであり、特に光を利用して気泡量を測定する実施例に関する。 As described above, the fifth embodiment has the same effect as the first embodiment. In particular, according to the configuration of the fifth embodiment, the vibration pickup device 115 effectively reduces the amount of bubbles contained in the cooling water flowing in the cooling water channel. Since it is directly measured as a component equivalent value, it is possible to detect a gas leak more quickly than in the case of directly detecting a gas.
(Embodiment 6)
The sixth embodiment of the present invention shows a modification of the bubble detection unit as in the embodiments after the second embodiment, and particularly relates to an example in which the amount of bubbles is measured using light.

本実施形態６における光センサ１１６は、図１（ａ）に示すような実施形態１のボイド率計１１１の代わりに燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に設けられるものである。光センサ１１６の他に水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。また、システム各部の説明及び動作についても実施形態１と同様であるため、それらの説明を省略する。   The optical sensor 116 in the sixth embodiment is provided in the vicinity of the cooling water outlet of the fuel cell stack 203 instead of the void ratio meter 111 of the first embodiment as shown in FIG. The point that hydrogen sensors 110A and B may be used in addition to the optical sensor 116 is the same as in the first embodiment. Further, the description and operation of each part of the system are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図９に本実施形態６における光センサ１１６の説明図を示す。図９に示すように、冷却水路１０３には光透過性のある窓Ｗ１及びＷ２が設けられている必要があり、光センサ１１６の発光部を構成するＬＥＤ１１６０、直流源１１６１、バイアス抵抗１１６２が窓Ｗ２に配置され、フォトデテクタ１１６３及び検出回路１１６４が窓１側に設けられている。   FIG. 9 is an explanatory diagram of the optical sensor 116 according to the sixth embodiment. As shown in FIG. 9, the cooling water channel 103 needs to be provided with light transmissive windows W1 and W2, and the LED 1160, the DC source 1161, and the bias resistor 1162 constituting the light emitting unit of the optical sensor 116 are windows. Located at W2, a photodetector 1163 and a detection circuit 1164 are provided on the window 1 side.

ＬＥＤ１１６０はバイアス抵抗１１６２と直流源１１６１電圧により定まるバイアス電流に対応して発光する。ＬＥＤからの光Ｌは窓Ｗ２を透過して冷却水中を透過する。通常、光Ｌは窓Ｗ１に到達しフォトデテクタ１１６３によって電気信号に変換され検出回路１１６４から制御部３００に出力される。ここで冷却水中に気泡が含まれていると光Ｌの一部が気泡によって反射され、フォトデテクタ１１６３に受光される光の量が減少する。気泡が多い程、フォトデテクタ１１６３の受光光量が減るため、フォトデテクタで検出された電気信号は気泡量の相当値に対応している。したがってこの電気信号の電圧値を制御部３００に供給すれば冷却水中の気泡量を測定することができる。   The LED 1160 emits light corresponding to the bias current determined by the bias resistor 1162 and the DC source 1161 voltage. Light L from the LED passes through the window W2 and passes through the cooling water. Usually, the light L reaches the window W1, is converted into an electric signal by the photodetector 1163, and is output from the detection circuit 1164 to the control unit 300. Here, if bubbles are included in the cooling water, a part of the light L is reflected by the bubbles, and the amount of light received by the photodetector 1163 decreases. Since the amount of light received by the photodetector 1163 decreases as the number of bubbles increases, the electrical signal detected by the photodetector corresponds to a corresponding value of the amount of bubbles. Therefore, if the voltage value of this electrical signal is supplied to the controller 300, the amount of bubbles in the cooling water can be measured.

なお、上記構成は透過光を利用するものであったため窓を二つ設けていたが、反射光を利用した検出も可能である。すなわち図１０に示すように、窓Ｗ１側に発光に係る部材を設け、ＬＥＤからの光Ｌの気泡による反射光をフォトデテクタ１１６３で受光するように構成することが可能である。この構成の場合、気泡が多いほど反射光量が増えフォトデテクタ１１６３で検出される電気信号の電圧値も増えるため、透過光を利用した構成とは電圧値の大小が逆になる。従って検出回路１１６５はこのような反射光を検出することが可能なように調整されている。   Since the above configuration uses transmitted light, two windows are provided, but detection using reflected light is also possible. That is, as shown in FIG. 10, it is possible to provide a light emission member on the window W1 side so that reflected light from the bubbles of the light L from the LED is received by the photodetector 1163. In the case of this configuration, as the number of bubbles increases, the amount of reflected light increases and the voltage value of the electrical signal detected by the photodetector 1163 also increases, so the magnitude of the voltage value is opposite to the configuration using transmitted light. Therefore, the detection circuit 1165 is adjusted so as to detect such reflected light.

以上、本実施形態６においても実施形態１と同様の効果を奏する他、特に本実施形態６の構成によれば、光センサ１１６が冷却水路中を流れる冷却水に含まれる気泡の量を光量として直接測定するので、気体を直接検出する場合に比べて迅速に気体漏れを検出可能である。
（実施形態７）
本発明の実施形態７は上記各実施形態の異常検出装置における気泡検出部および気泡検出方法の変形例を示すものである。今までの実施形態における気泡検出部は冷却水中の気泡を直接的に測定するものであったが、当該実施形態では、気泡自体を直接測定するのではなく、冷却水の温度および冷却水の圧力を検出して、検出した温度と圧力とに基づいて燃料電池スタック以外に気泡を発生しうる状態にあるか否かを判断するように構成されている。 As described above, in the sixth embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, in particular, according to the configuration of the sixth embodiment, the amount of bubbles contained in the cooling water that the optical sensor 116 flows through the cooling water channel is used as the light amount. Since direct measurement is performed, gas leakage can be detected more quickly than when gas is directly detected.
(Embodiment 7)
Embodiment 7 of the present invention shows a modification of the bubble detection unit and the bubble detection method in the abnormality detection device of each of the above embodiments. The bubble detection unit in the embodiments so far has directly measured the bubbles in the cooling water, but in this embodiment, the bubbles are not directly measured, but the temperature of the cooling water and the pressure of the cooling water. Is detected, and based on the detected temperature and pressure, it is determined whether or not it is in a state where bubbles can be generated in addition to the fuel cell stack.

図１１に本実施形態の燃料電池システムのシステム図を示す。図１１には冷却水系のみを図示し、燃料極系、空気極系の図示を省略してある。図１１に示すように、本実施形態１１では燃料電池スタック２０３の冷却水出口付近に温度センサ１１７Ｔと圧力センサ１１７Ｐとが設けられている。その他の構成については上記実施形態１と同様である。水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。   FIG. 11 shows a system diagram of the fuel cell system of the present embodiment. In FIG. 11, only the cooling water system is illustrated, and the fuel electrode system and the air electrode system are not shown. As shown in FIG. 11, in the eleventh embodiment, a temperature sensor 117T and a pressure sensor 117P are provided near the coolant outlet of the fuel cell stack 203. Other configurations are the same as those in the first embodiment. The points where hydrogen sensors 110A and B may be used together are the same as in the first embodiment.

図１２に、冷却水を含む一般的な液体がその圧力と温度によってどのように気泡を発生させるかを示す。図１２に示すように、同じ液体であれば、圧力が高くなればなるほど気泡が発生しにくくなり、温度が高くなればなるほど気泡が発生し易くなる。液体の種類毎にこのような傾向を測定しておき、毎回温度と圧力とを参照すれば、現在の液体の状態が気泡を発生し易い状態であるか気泡を発生しにくい状態であるかが判定できる。そこで、本実施形態では、予め冷却水について図１２のような測定をしておき気泡が発生する／しないの別を圧力と温度との関係においてテーブル化しておき、制御部３００の図示しない記憶部中に記憶させておく。そして検査時間毎に測定される冷却水の圧力と温度とに基づき気泡発生の有無を判定するように構成されている。   FIG. 12 shows how a general liquid including cooling water generates bubbles depending on its pressure and temperature. As shown in FIG. 12, with the same liquid, bubbles are less likely to be generated as the pressure is higher, and bubbles are more likely to be generated as the temperature is higher. If such a tendency is measured for each type of liquid and the temperature and pressure are referred to each time, whether the current liquid state is likely to generate bubbles or is difficult to generate bubbles. Can be judged. Therefore, in the present embodiment, the measurement as shown in FIG. 12 is performed on the cooling water in advance, and a table of whether or not bubbles are generated is tabulated in the relationship between pressure and temperature, and a storage unit (not shown) of the control unit 300 is illustrated. Remember me inside. And it is comprised so that the presence or absence of bubble generation may be determined based on the pressure and temperature of the cooling water measured for every inspection time.

次に図１３のフローチャートを参照して本実施形態７における異常判断処理を詳しく説明する。制御部３００は本実施形態に係るソフトウェアプログラムの処理手順に則り燃料電池システムの各部を順次制御する。異常判断の検査時間にならない限りは（Ｓ１０１：ＮＯ）、他の処理を継続していく（Ｓ１０８）。異常判断するための検査時間となった場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、制御部３００は圧力センサ１１７Ｐを参照して冷却水路１０３中を流れる冷却水の圧力を測定し（Ｓ１０２）、温度センサ１１７Ｔを参照して冷却水の温度を測定する（Ｓ１０３）。制御部３００は、当該圧力と温度とをパラメータとして、記憶部に予め格納されている関係テーブル（図１２参照）を参照し（Ｓ１０４）、現在の冷却水の圧力と温度とが気泡を発生し易い状態であるか否かを判定する（Ｓ１０５）。その結果、気泡を発生しにくい領域であると判断した場合には（Ｓ１０５：ＮＯ）、異常判断はせずに他の処理に移行するが（Ｓ１０８）、気泡を発生し易い領域にあると判断した場合には（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、異常状態であるとして、必要な異常判断時の措置、すなわち、燃料電池スタック２０３の運転停止、燃料供給圧力の低減、または冷却水の加圧、必要に応じて警告表示を行う（Ｓ１０６）。これらの異常時の措置については上記実施形態１と同様である。以上の処理が終了したら、制御部３００は他の処理に移行する（Ｓ１０８）。   Next, the abnormality determination process in the seventh embodiment will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. The control unit 300 sequentially controls each unit of the fuel cell system in accordance with the processing procedure of the software program according to the present embodiment. As long as the inspection time for abnormality determination is not reached (S101: NO), other processing is continued (S108). When the inspection time for judging the abnormality is reached (S101: YES), the control unit 300 refers to the pressure sensor 117P, measures the pressure of the cooling water flowing through the cooling water channel 103 (S102), and refers to the temperature sensor 117T. Then, the temperature of the cooling water is measured (S103). The control unit 300 uses the pressure and temperature as parameters and refers to a relation table (see FIG. 12) stored in advance in the storage unit (S104), and the current pressure and temperature of the cooling water generate bubbles. It is determined whether or not the state is easy (S105). As a result, when it is determined that the region is unlikely to generate bubbles (S105: NO), the process proceeds to another process without determining abnormality (S108), but is determined to be in a region where bubbles are likely to be generated. If this is the case (S105: YES), it is determined that there is an abnormal state, and necessary measures for determining an abnormality, that is, stop operation of the fuel cell stack 203, reduce the fuel supply pressure, or pressurize the cooling water, as necessary. The warning is displayed (S106). The measures for these abnormalities are the same as those in the first embodiment. When the above process ends, the control unit 300 shifts to another process (S108).

ここで、異常判断制限部３０２は、温度センサ１１７Ｔで測定された温度が所定の基準値（例えば１００℃）より高い場合に異常判断部３０１による異常判断を制限するようにプログラムすることが可能である。温度が高いほど冷却水中に気泡が発生し易くなるため、温度が所定の基準値以上の場合に異常検出を禁止することが誤検出防止のために適当だからである。   Here, the abnormality determination limiting unit 302 can be programmed to limit the abnormality determination by the abnormality determination unit 301 when the temperature measured by the temperature sensor 117T is higher than a predetermined reference value (for example, 100 ° C.). is there. This is because air bubbles are more likely to be generated in the cooling water as the temperature is higher, and therefore prohibiting abnormality detection when the temperature is equal to or higher than a predetermined reference value is appropriate for preventing erroneous detection.

また異常判断制限部３０２は、圧力センサ１１７Ｐで測定された圧力が所定の基準値より低い場合に異常判断部３０１による異常判断を制限するようにプログラムしておいてもよい。圧力が低いほど冷却水中に気泡が発生し易くなるため、圧力がこの基準値より低い場合に異常検出を禁止することが誤検出防止のために適当だからである。   The abnormality determination limiting unit 302 may be programmed to limit the abnormality determination by the abnormality determination unit 301 when the pressure measured by the pressure sensor 117P is lower than a predetermined reference value. This is because, as the pressure is lower, bubbles are more likely to be generated in the cooling water. For this reason, prohibiting abnormality detection when the pressure is lower than this reference value is appropriate for preventing erroneous detection.

なお、本実施形態においては気泡を直接測定するのではなく、気泡が発生し易いか否かを別のパラメータに従って測定しているので、燃料電池スタック以外に気泡を発生させる可能性のある機器を停止する措置（例えば、図２Ｓ３におけるポンプ停止）は必要ないが、この措置を排除するものではない。また別途水素センサ１１０ＡやＢのようなものを設けてある場合には、気泡発生可能性ありと判断された場合に水素センサによる水素ガスの直接検出も行うようにすることで、より確実に水素ガス漏れを検出できる。   In the present embodiment, the bubble is not directly measured, but whether or not the bubble is likely to be generated is measured according to another parameter. Therefore, in addition to the fuel cell stack, there is a device that may generate the bubble. A measure for stopping (for example, stopping the pump in FIG. 2S3) is not necessary, but this measure is not excluded. In addition, in the case where a hydrogen sensor 110A or B is separately provided, hydrogen gas is directly detected by the hydrogen sensor when it is determined that bubbles may be generated, thereby ensuring more reliable hydrogen. Gas leak can be detected.

また別途上記各実施形態に記載したような気泡検出部を設けておいて、水素漏洩の可能性があると判定された場合に水素ガス供給量を変化させて気泡の増減を監視し、水素有無を判定するという工程を経てもよい。   In addition, a bubble detection unit as described in each of the above embodiments is separately provided, and when it is determined that there is a possibility of hydrogen leakage, the increase / decrease in the bubble is monitored by changing the hydrogen gas supply amount, and the presence or absence of hydrogen is detected. You may pass through the process of determining.

以上、本実施形態７によれば、気泡発生の可能性は冷却水の温度と圧力とに依存するため、温度と圧力との関係をモニターすることで、燃料電池スタック以外に気泡を発生しうる状態にあるか否かを的確に判断することが可能となり、異常の誤検出を防止することができる。
（実施形態８）
上記実施形態７では冷却水の圧力と温度とにより気泡発生の有無を判断していたが、本発明の実施形態８では冷却水を循環させるポンプの回転数と実際の仕事量とに基づいて気泡発生有無を判断する。 As described above, according to the seventh embodiment, since the possibility of bubble generation depends on the temperature and pressure of the cooling water, it is possible to generate bubbles other than the fuel cell stack by monitoring the relationship between temperature and pressure. It is possible to accurately determine whether or not it is in a state, and erroneous detection of an abnormality can be prevented.
(Embodiment 8)
In the seventh embodiment, the presence or absence of bubbles is determined based on the pressure and temperature of the cooling water. However, in the eighth embodiment of the present invention, the bubbles are determined based on the rotational speed of the pump that circulates the cooling water and the actual work amount. Determine if it occurs.

図１４に本実施形態の燃料電池システムのシステム図を示す。図１４には冷却水系のみを図示し、燃料極系、空気極系の図示を省略してある。図１４に示すように、本実施形態８では冷却水のポンプ１０５の入口付近に圧力センサ１１８Ｐが設けられ、ポンプ１０５には回転数センサ１１８Ｔが設けられている。その他の構成については上記実施形態１と同様である。水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。   FIG. 14 shows a system diagram of the fuel cell system of the present embodiment. FIG. 14 shows only the cooling water system, and the fuel electrode system and the air electrode system are not shown. As shown in FIG. 14, in the eighth embodiment, a pressure sensor 118P is provided near the inlet of the cooling water pump 105, and a rotation speed sensor 118T is provided in the pump 105. Other configurations are the same as those in the first embodiment. The points where hydrogen sensors 110A and B may be used together are the same as in the first embodiment.

図１５に、ポンプ回転数に対応してポンプの入口および出口の圧力がどのように変化するかの特性図を示す。図１５に実線で示したように、通常はポンプの回転数が上がるに連れて冷却水の送り出す能力が高まり、ポンプの出口では冷却水圧力が上昇する一方、ポンプの入口では冷却水の負圧が高まっていく。ところが冷却水に気泡が増えていくと、図１５の破線で示すように、ポンプの回転数が上がっても負圧に変化が生じなくなる。いわばポンプが空回りする状態となり、キャビテーションが発生している状態となる。そこで本実施形態ではキャビテーションの発生をポンプ入口の圧力の変化を観察することによって検出するように構成されている。   FIG. 15 is a characteristic diagram showing how the pressure at the inlet and outlet of the pump changes corresponding to the pump speed. As indicated by the solid line in FIG. 15, the ability to send out cooling water usually increases as the rotational speed of the pump increases, and the cooling water pressure rises at the outlet of the pump, while the negative pressure of cooling water rises at the pump inlet. Will grow. However, when bubbles increase in the cooling water, as shown by the broken line in FIG. 15, the negative pressure does not change even if the rotation speed of the pump increases. In other words, the pump is idling and cavitation is occurring. Therefore, the present embodiment is configured to detect the occurrence of cavitation by observing a change in the pressure at the pump inlet.

図１６のフローチャートを参照して本実施形態８における異常判断処理を詳しく説明する。制御部３００は本実施形態に係るソフトウェアプログラムの処理手順に則り燃料電池システムの各部を順次制御する。異常判断の検査時間にならない限りは（Ｓ２０１：ＮＯ）、他の処理を継続していく（Ｓ２０８）。異常判断するための検査時間となった場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、制御部３００はポンプ１０５の回転数センサ１１８Ｔを参照してポンプ１０５の回転数を検出する（Ｓ２０２）。ここで図１５から判るように回転数が変化しない限りキャビテーションの有無の判定でできないため、前回測定時に記憶された回転数と今回取得した回転数とを比較し、回転数の変化があったかを判定する（Ｓ２０３）。ポンプの回転数に変化がなかった場合には（Ｓ２０３：ＮＯ）、当該回転数を記憶してから他の処理に移行する（Ｓ２０８）。一方、ポンプの回転数が変化していたと判断された場合には（Ｓ２０３：ＹＥＳ）、圧力センサ１１８Ｐを参照して、ポンプ入口の圧力を測定し、この測定された圧力を記憶する（Ｓ２０４）。そして制御部３００は前回に測定されて記憶されていた圧力と今回新たに測定された圧力とを比べる（Ｓ２０５）。その結果、一定値以上圧力が変化していた場合、すなわち図１５に示すポンプ回転数と圧力変化の対応関係が保たれている場合には（Ｓ２０５：ＮＯ）、正常な状態であるとして、このときの圧力を記憶してそのまま他の処理に移行する（Ｓ２０８）。ところが前回の測定時から圧力に変化が殆ど無かった場合には（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、図１５の破線で示すようなキャビテーションが発生していると判断できる。このためこのような場合には制御部３は異常状態であると判断して、異常状態としての措置、すなわち、上記したような燃料電池スタック２０３の停止、燃料である水素ガス供給圧力の低減、必要に応じて警告表示を行う（Ｓ２０６）。なお、本実施形態ではキャビテーションの発生により冷却水の圧力をポンプ回転数の上昇によっては変化させることのできない状態になっているため、上記実施形態で有効であった冷却水圧力の上昇による異常状態回避は不適である。以上の処理が終了したら、制御部３００は他の処理に移行する（Ｓ１０８）。   The abnormality determination process according to the eighth embodiment will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. The control unit 300 sequentially controls each unit of the fuel cell system in accordance with the processing procedure of the software program according to the present embodiment. Unless the inspection time for abnormality determination is reached (S201: NO), other processing is continued (S208). When it is the inspection time for judging the abnormality (S201: YES), the control unit 300 refers to the rotational speed sensor 118T of the pump 105 and detects the rotational speed of the pump 105 (S202). Here, as can be seen from FIG. 15, since it is impossible to determine the presence or absence of cavitation unless the rotation speed changes, the rotation speed stored at the previous measurement is compared with the rotation speed acquired this time to determine whether the rotation speed has changed. (S203). If there is no change in the rotational speed of the pump (S203: NO), after storing the rotational speed, the process proceeds to another process (S208). On the other hand, when it is determined that the rotational speed of the pump has changed (S203: YES), the pressure at the pump inlet is measured with reference to the pressure sensor 118P, and the measured pressure is stored (S204). . Then, the control unit 300 compares the pressure measured and stored last time with the pressure newly measured this time (S205). As a result, if the pressure has changed more than a certain value, that is, if the correspondence between the pump rotation speed and the pressure change shown in FIG. 15 is maintained (S205: NO), it is assumed that this is a normal state. The pressure at that time is stored and the process proceeds to another process as it is (S208). However, if there is almost no change in pressure since the previous measurement (S205: YES), it can be determined that cavitation as indicated by the broken line in FIG. 15 has occurred. Therefore, in such a case, the control unit 3 determines that the state is abnormal, and measures for the abnormal state, that is, the stop of the fuel cell stack 203 as described above, the reduction of the supply pressure of hydrogen gas as fuel, A warning is displayed as necessary (S206). In this embodiment, since the pressure of the cooling water cannot be changed by increasing the pump rotation speed due to the occurrence of cavitation, the abnormal state due to the increase of the cooling water pressure that was effective in the above embodiment. Avoidance is inappropriate. When the above process ends, the control unit 300 shifts to another process (S108).

なお、本実施形態においては気泡量を直接測定するのではなく、圧力変化があるか否かによって気泡の存在を間接的に測定しているので、気泡の発生を確実に判断可能であるが、別途水素センサ１１０ＡやＢのようなものを設けてある場合には、水素センサによる水素ガスの直接検出も併用することで、より確実に水素ガス漏れを検出できる。   In the present embodiment, instead of directly measuring the amount of bubbles, the presence of bubbles is indirectly measured depending on whether there is a pressure change, so it is possible to reliably determine the occurrence of bubbles, When the hydrogen sensor 110A or B is separately provided, hydrogen gas leakage can be detected more reliably by using the hydrogen sensor directly with the hydrogen sensor.

また、上記実施形態ではポンプ入口の圧力を検出してキャビテーションを判断していたが、代わりにポンプの駆動電流を監視してもよい。キャビテーションが発生するとポンプの回転数の増加にかかわらず負荷量が変化しないためポンプの駆動電流があまり変化しないからである。このために制御部３００は、ステップ２０４においてポンプ１０５の駆動電流を検出し、ステップ２０５において前回からの電流量の差が一定値より小さいか否かを判定するように処理すればよい。   In the above embodiment, cavitation is determined by detecting the pressure at the pump inlet, but the pump drive current may be monitored instead. This is because when the cavitation occurs, the load does not change regardless of the increase in the number of rotations of the pump, so that the pump drive current does not change much. For this purpose, the control unit 300 may detect the drive current of the pump 105 in step 204 and perform processing so as to determine whether or not the difference in current amount from the previous time is smaller than a certain value in step 205.

以上、本実施形態８によれば、キャビテーションの発生を圧力変化から直接測定するので、気泡の発生を確実に測定可能である。特に本実施形態によれば、ポンプの回転数から気泡発生を検出するので、ポンプを停止させる必要が無く、通常運転中の異常検出法として適する。
（実施形態９）
上記実施形態７では冷却水の圧力と温度との関係により、上記実施形態８ではポンプ回転数に対する負荷量の増大の有無により、各々気泡発生を測定していたが、本発明の実施形態９では、燃料電池スタック前後の気泡量を比較して燃料電池スタック内における気泡の発生を検出するものである。 As described above, according to the eighth embodiment, since the occurrence of cavitation is directly measured from the pressure change, the occurrence of bubbles can be reliably measured. In particular, according to the present embodiment, since the generation of bubbles is detected from the number of rotations of the pump, there is no need to stop the pump, which is suitable as an abnormality detection method during normal operation.
(Embodiment 9)
In the seventh embodiment, the bubble generation is measured depending on the relationship between the pressure and the temperature of the cooling water, and in the eighth embodiment, whether or not the load amount is increased with respect to the pump rotation speed. In the ninth embodiment of the present invention, The generation of bubbles in the fuel cell stack is detected by comparing the amount of bubbles before and after the fuel cell stack.

図１７に本実施形態の燃料電池システムのシステム図を示す。図１７には冷却水系のみを図示し、燃料極系、空気極系の図示を省略してある。本実施形態９では、冷却水路１０３中、燃料電池スタック２０３の入口と出口の双方に気泡センサ１１９inおよび１１９outを設けて構成されている。気泡センサ１１９inおよび１１９outとしては、液体中の気泡量を測定できるものであれば限定はなく、例えば上記各実施形態で説明した気泡検出部であるボイド率計１１１、容量センサ１１２、抵抗線センサ１１３、液体抵抗センサ１１４、振動ピックアップ装置１１５、光センサ１１６等を適宜使用することが可能である。その他の構成については上記実施形態１と同様である。水素センサ１１０Ａ及びＢを併用してもよい点については上記実施形態１と同様である。   FIG. 17 shows a system diagram of the fuel cell system of the present embodiment. In FIG. 17, only the cooling water system is illustrated, and the fuel electrode system and the air electrode system are not shown. In the ninth embodiment, bubble sensors 119in and 119out are provided in both the inlet and outlet of the fuel cell stack 203 in the cooling water channel 103. The bubble sensors 119in and 119out are not limited as long as they can measure the amount of bubbles in the liquid. For example, the void ratio meter 111, the capacitance sensor 112, and the resistance wire sensor 113 which are the bubble detection units described in the above embodiments. The liquid resistance sensor 114, the vibration pickup device 115, the optical sensor 116, and the like can be used as appropriate. Other configurations are the same as those in the first embodiment. The points where hydrogen sensors 110A and B may be used together are the same as in the first embodiment.

危険な水素ガスの漏洩は、主に燃料電池スタックの単セル中の電解質膜および拡散電極を挟み込むセパレータにおいて生じる。このため気泡が燃料電池スタックにおいて発生していると判断できれば、これは水素漏れである可能性が高い。逆に気泡がポンプの運転等、他の事情により発生している場合には問題が無い場合が多い。具体的には、図１８（ａ）に示すように燃料電池スタックの入口の気泡センサ１１９inでは気泡が測定されず出口の気泡センサ１１９outにおいて初めて気泡が測定された場合には燃料電池スタックで水素ガス漏れが発生している異常な状態であると判断できる。図１８（ｂ）に示すように燃料電池スタックの入口の気泡センサ１１９inにおいても出口の気泡センサ１１９outにおいても同様の気泡量が測定された場合には冷却水路中に気泡が循環しているだけで異常な状態ではないと考えることができる。そこで本実施形態では燃料電池スタック２０３の入口と出口とでそれぞれ気泡量を測定し、両者の差が一定量以上あるか否かで燃料電池スタックにおいて生じた気泡の存在を特定する。   Dangerous hydrogen gas leakage occurs mainly in the separator that sandwiches the electrolyte membrane and the diffusion electrode in a single cell of the fuel cell stack. For this reason, if it can be determined that bubbles are generated in the fuel cell stack, this is likely to be a hydrogen leak. Conversely, there are many cases where there is no problem when bubbles are generated due to other circumstances such as operation of the pump. Specifically, as shown in FIG. 18 (a), when bubbles are not measured with the bubble sensor 119in at the inlet of the fuel cell stack and bubbles are measured for the first time at the bubble sensor 119out at the outlet, hydrogen gas is detected with the fuel cell stack. It can be determined that there is an abnormal state in which leakage occurs. As shown in FIG. 18 (b), when the same amount of bubbles is measured in both the bubble sensor 119in at the inlet of the fuel cell stack and the bubble sensor 119out at the outlet, only the bubbles are circulating in the cooling water channel. It can be considered that this is not an abnormal condition. Therefore, in the present embodiment, the amount of bubbles is measured at the inlet and the outlet of the fuel cell stack 203, and the presence of bubbles generated in the fuel cell stack is specified based on whether or not the difference between the two is a certain amount or more.

図１９のフローチャートを参照して本実施形態９における異常判断処理を詳しく説明する。制御部３００は本実施形態に係るソフトウェアプログラムの処理手順に則り燃料電池システムの各部を順次制御する。異常判断の検査時間にならない限りは（Ｓ３０１：ＮＯ）、他の処理を継続していく（Ｓ３０８）。異常判断するための検査時間となった場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、制御部３００は燃料電池スタック入口の気泡センサ１１９inにおける気泡量（例えばボイド率計を利用した場合にはボイド率）Ｂinを測定する（Ｓ３０２）。同様に制御部３００は燃料電池スタック出口の気泡センサ１１９outにおける気泡量Ｂoutも測定する（Ｓ３０３）。そして両者の差Ｂout―Ｂinを演算して燃料電池スタックのみで発生したと考えられる気泡量ΔＢを算出する（Ｓ３０４）。制御部３００は、この気泡量ΔＢが一定値より小さければ（Ｓ３０５：ＮＯ）、燃料電池スタック２０３では気泡が発生していないもの、すなわち水素ガス漏れが無い正常な状態と判断して、他処理に移行する（Ｓ３０８）。一方制御部３００は、気泡量ΔＢが一定値以上であれば（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、燃料電池スタック２０３内において気泡の発生がある異常な状態と判断して、異常状態における措置をとる（Ｓ３０６）。例えばこのような措置としては、上記したような燃料電池スタック２０３の停止、燃料である水素ガス供給圧力の低減、ポンプ回転数の上昇による圧力増加、または必要に応じて警告表示等である。以上の処理が終了したら、制御部３００は他の処理に移行する（Ｓ３０８）。   The abnormality determination process in the ninth embodiment will be described in detail with reference to the flowchart in FIG. The control unit 300 sequentially controls each unit of the fuel cell system in accordance with the processing procedure of the software program according to the present embodiment. Unless the inspection time for abnormality determination is reached (S301: NO), other processing is continued (S308). When the inspection time for judging the abnormality is reached (S301: YES), the control unit 300 measures the amount of bubbles (for example, the void rate when using a void ratio meter) Bin in the bubble sensor 119in at the inlet of the fuel cell stack. (S302). Similarly, the controller 300 also measures the bubble amount Bout at the bubble sensor 119out at the outlet of the fuel cell stack (S303). Then, the difference Bout−Bin between them is calculated to calculate the bubble amount ΔB that is considered to be generated only in the fuel cell stack (S304). If the amount of bubbles ΔB is smaller than a certain value (S305: NO), the controller 300 determines that no bubbles are generated in the fuel cell stack 203, that is, a normal state without hydrogen gas leakage, and performs other processing. (S308). On the other hand, if the amount of bubbles ΔB is equal to or greater than a certain value (S305: YES), the controller 300 determines that bubbles are generated in the fuel cell stack 203 in an abnormal state and takes measures in the abnormal state (S306). . For example, such measures include stopping the fuel cell stack 203 as described above, reducing the supply pressure of hydrogen gas as fuel, increasing the pressure due to an increase in pump rotation speed, or displaying a warning if necessary. When the above process ends, the control unit 300 shifts to another process (S308).

なお、本実施形態においても燃料電池スタックにおける気泡発生が検出された後に、水素センサ１１０ＡやＢによる水素ガスの直接検出も併用することで、より確実に水素ガス漏れを検出できる。   Also in this embodiment, hydrogen gas leakage can be detected more reliably by using the direct detection of hydrogen gas by the hydrogen sensors 110A and B after the generation of bubbles in the fuel cell stack is detected.

以上、本実施形態９によれば、燃料電池スタック前後の気泡量の差分を演算することにより燃料電池スタックのみからの気泡の発生を確実に測定可能である。特に本実施形態によれば、冷却水中を循環している気泡の影響が相殺されるので、ポンプ等、他の機器の駆動状態に影響を受けずに燃料電池スタックの気泡発生を正確に検出可能なので、通常運転中の異常検出法として優れる。   As described above, according to the ninth embodiment, it is possible to reliably measure the generation of bubbles only from the fuel cell stack by calculating the difference in the amount of bubbles before and after the fuel cell stack. In particular, according to the present embodiment, the influence of bubbles circulating in the cooling water is offset, so that the occurrence of bubbles in the fuel cell stack can be accurately detected without being affected by the drive state of other devices such as pumps. Therefore, it is excellent as an abnormality detection method during normal operation.

実施形態１に係る異常検出装置の構成図。1 is a configuration diagram of an abnormality detection apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る異常検出装置の動作を説明するフローチャート。5 is a flowchart for explaining the operation of the abnormality detection apparatus according to the first embodiment. 実施形態２に係る異常検出装置の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of an abnormality detection apparatus according to a second embodiment. 実施形態２に係る気泡検出部の拡大図。The enlarged view of the bubble detection part which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施形態３に係る気泡検出部の拡大図。The enlarged view of the bubble detection part which concerns on Embodiment 3. FIG. ニクロム線の温度と抵抗値との関係図。The relationship diagram of the temperature and resistance value of Nichrome wire. 実施形態４に係る気泡検出部の拡大図。The enlarged view of the bubble detection part which concerns on Embodiment 4. FIG. 実施形態５に係る気泡検出部の拡大図。FIG. 10 is an enlarged view of a bubble detection unit according to a fifth embodiment. 実施形態６に係る気泡検出部の拡大図。The enlarged view of the bubble detection part which concerns on Embodiment 6. FIG. 実施形態６に係る気泡検出部の変形例。7 is a modification of the bubble detection unit according to the sixth embodiment. 実施形態７に係る異常検出装置の構成図。The block diagram of the abnormality detection apparatus which concerns on Embodiment 7. FIG. 圧力と温度との関係における気泡発生領域の特性図。The characteristic view of the bubble generation | occurrence | production area | region in the relationship between a pressure and temperature. 実施形態７に係る異常検出装置の動作を説明するフローチャート。10 is a flowchart for explaining the operation of the abnormality detection device according to the seventh embodiment. 実施形態８に係る異常検出装置の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of an abnormality detection apparatus according to an eighth embodiment. ポンプ回転数とポンプ出入口圧力との関係図。The relationship diagram of pump rotation speed and pump inlet / outlet pressure. 実施形態８に係る異常検出装置の動作を説明するフローチャート。10 is a flowchart for explaining the operation of the abnormality detection device according to the eighth embodiment. 実施形態９に係る異常検出装置の構成図。The block diagram of the abnormality detection apparatus which concerns on Embodiment 9. FIG. 燃料電池スタック前後の気泡の様子であり、（ａ）は異常時、（ｂ）は正常時。It is a state of bubbles before and after the fuel cell stack, (a) is abnormal, (b) is normal. 実施形態９に係る気泡検出装置の動作を説明するフローチャート。10 is a flowchart for explaining the operation of the bubble detection device according to the ninth embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１００…ラジエタ、１０１…上部タンク、１０２…下部タンク、１０３…冷却水路、１０４…ロータリーバルブ、１０５…ポンプ、１０６…ファン、１０７…リザーバタンク、１０８…冷却水路、１０９…空気流通路、１１０Ａ・Ｂ…水素ガスセンサ、１１１〜１１６…気泡検出部（ボイド率計、容量センサ、抵抗線センサ、液体抵抗センサ、振動ピックアップ装置、光センサ）、１１２０…検出回路、１１２１・１１２２…電極、１１２３…検出抵抗、１１２４…交流源、１１２５…Ａ／Ｄ変換器、１１３０…検出回路、１１３１…ニクロム線、１１３３…検出抵抗、１１３４…直流源、１１３５…Ａ／Ｄ変換器、１１４０…検出回路、１１４１、１１４２…電極、１１４３…検出抵抗、１１４４…直流源、１１３５…Ａ／Ｄ変換器、１１５０…振動ピックアップ本体、１１５１…圧電体素子、１１５２…ばね、１１５３…検出回路、１１５４…コンデンサ、１１５５…抵抗、１１５６…整流器、１１５７…Ａ／Ｄ変換器、１１６０…ＬＥＤ、１１６１…直流源、１１６２…バイアス抵抗、１１６３…フォトデテクタ、１１６４、１１６５…検出回路、１１７Ｐ…圧力センサ、１１７Ｔ…温度センサ、１１８Ｐ…ポンプ入口圧力センサ、１１８Ｔ…ポンプ出口圧力センサ、１１９in…入口気泡センサ、１１９out…出口気泡センサ、２００…水素タンク、２０１…減圧バルブ、２０２…シャットバルブ、２０３…燃料電池スタック、２０４…シャットバルブ、２０５…気液分離器、２０６…シャットバルブ、２０７…ポンプ、２０９…シャットバルブ、２１０…熱交換器、２２０…エアクリーナ、２２１…ポンプ、２２２…加湿器、２２３…シャットバルブ、３００…制御部、３０１…異常判断部、３０２…異常判断制限部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Radiator, 101 ... Upper tank, 102 ... Lower tank, 103 ... Cooling water channel, 104 ... Rotary valve, 105 ... Pump, 106 ... Fan, 107 ... Reservoir tank, 108 ... Cooling water channel, 109 ... Air flow channel, 110A B ... Hydrogen gas sensor, 111-116 ... Bubble detection unit (void ratio meter, capacitance sensor, resistance wire sensor, liquid resistance sensor, vibration pickup device, optical sensor), 1120 ... detection circuit, 1121, 1122 ... electrode, 1123 ... detection Resistance, 1124 ... AC source, 1125 ... A / D converter, 1130 ... detection circuit, 1131 ... Nichrome wire, 1133 ... detection resistance, 1134 ... DC source, 1135 ... A / D converter, 1140 ... detection circuit, 1141, 1142 ... Electrodes, 1143 ... Detection resistors, 1144 ... DC source, 1135 ... A / D converter, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Vibration pick-up main body, 1151 ... Piezoelectric element, 1152 ... Spring, 1153 ... Detection circuit, 1154 ... Capacitor, 1155 ... Resistance, 1156 ... Rectifier, 1157 ... A / D converter, 1160 ... LED, 1161 ... DC source, 1162 ... Bias resistor, 1163 ... Photo detector, 1164, 1165 ... Detection circuit, 117P ... Pressure sensor, 117T ... Temperature sensor, 118P ... Pump inlet pressure sensor, 118T ... Pump outlet pressure sensor, 119in ... Inlet bubble sensor, 119out ... Outlet Bubble sensor, 200 ... Hydrogen tank, 201 ... Pressure reducing valve, 202 ... Shut valve, 203 ... Fuel cell stack, 204 ... Shut valve, 205 ... Gas-liquid separator, 206 ... Shut valve, 207 ... Pump, 209 ... Shut valve, 210 ... heat exchanger, 220 ... d Cleaner, 221 ... Pump, 222 ... Humidifier, 223 ... Shut valve, 300 ... Control part, 301 ... Abnormality judgment part, 302 ... Abnormality judgment restriction part

Claims (22)

液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、
前記液体流路中を流れる液体中の気泡量を測定する気泡検出部と、
前記気泡検出部の測定した気泡量に対応する値に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、
前記液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、を備えたことを特徴とする異常検出装置。 An abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path,
A bubble detector for measuring the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on a value corresponding to the amount of bubbles measured by the bubble detection unit;
An abnormality detection device, comprising: an abnormality determination limiting unit that limits abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles can be generated in the liquid channel. 前記異常判断制限部は、前記液体流路に液体が供給されている場合に前記異常判断部による異常判断を制限する、請求項１に記載の異常検出装置。   The abnormality detection device according to claim 1, wherein the abnormality determination restriction unit restricts abnormality determination by the abnormality determination unit when liquid is supplied to the liquid channel. 請求項１または２に記載の異常検出装置において、
前記動力源に燃料を供給する燃料供給部をさらに備え、
前記異常判断部は、前記気泡量が所定値以上であると判断した場合に、さらに前記燃料供給部からの前記燃料の供給量を変化させ、当該燃料の変化に対応して、測定される前記気泡量が変化した場合に異常と判断することを特徴とする異常検出装置。 In the abnormality detection device according to claim 1 or 2,
A fuel supply unit for supplying fuel to the power source;
When the abnormality determination unit determines that the amount of bubbles is equal to or greater than a predetermined value, the abnormality determination unit further changes the supply amount of the fuel from the fuel supply unit, and is measured in response to the change in the fuel. An abnormality detection device characterized by determining an abnormality when the amount of bubbles changes. 前記異常判断制限部は、
前記燃料の供給量の変化に対応して、測定される前記気泡量が変化しなかった場合に前記異常判断部による異常判断を制限する、請求項３に記載の異常検出装置。 The abnormality determination restriction unit
The abnormality detection device according to claim 3, wherein abnormality determination by the abnormality determination unit is limited when the measured bubble amount does not change in response to a change in the fuel supply amount. 液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、
前記動力源入口の前記液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する入口気泡検出部と、
前記動力源出口の前記液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する出口気泡検出部と、
前記出口気泡検出部の測定した気泡量と前記入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、前記動力源が気泡を発生していると判断した場合に異常と判断する異常判断部と、を備えたことを特徴とする異常検出装置。 An abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path,
An inlet bubble detector for measuring the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow path at the power source inlet;
An outlet bubble detector for measuring the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow path at the power source outlet;
Based on the difference between the amount of bubbles measured by the outlet bubble detector and the amount of bubbles measured by the inlet bubble detector, the abnormality determination unit determines that the power source is abnormal when it is determined that bubbles are generated. And an abnormality detection device. 前記異常判断部は、
前記出口気泡検出部の測定した気泡量と前記入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、前記液体流路に気泡を発生していると判断した場合には前記異常判断を制限する、請求項５に記載の異常検出装置。 The abnormality determination unit
When it is determined that bubbles are generated in the liquid channel based on the difference between the amount of bubbles measured by the outlet bubble detector and the amount of bubbles measured by the inlet bubble detector, the abnormality determination is limited. The abnormality detection device according to claim 5. 前記気泡検出部は液相中の気相の割合を測定するボイド率計であって、
前記異常判断部は、前記ボイド率計によって測定されたボイド率に基づいて異常と判断する、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit is a void ratio meter that measures the ratio of the gas phase in the liquid phase,
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the abnormality determination unit determines an abnormality based on a void ratio measured by the void ratio meter. 前記気泡検出部は、
前記液体流路内の少なくとも一部に設けられた電極対と、
前記電極対によって蓄積される電荷量の相当量を前記気泡量に対応する値として出力する検出回路と、
を備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit
An electrode pair provided in at least a part of the liquid flow path;
A detection circuit that outputs a considerable amount of charge accumulated by the electrode pair as a value corresponding to the amount of bubbles;
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 前記気泡検出部は、
前記液体流路内の液体に少なくとも一部が熱伝導可能に接触する、抵抗値の温度依存性を有する抵抗線と、
前記抵抗線を流れる電流量の相当量を前記気泡量に対応する値として出力する検出回路と、
を備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit
A resistance wire having a temperature dependency of a resistance value, at least a part of which is in contact with the liquid in the liquid channel so as to be capable of conducting heat;
A detection circuit that outputs a substantial amount of current flowing through the resistance wire as a value corresponding to the amount of bubbles;
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 前記気泡検出部は、
前記液体流路内の少なくとも一部に設けられた電極対と、
前記電極対間を流れる電流量の相当量を前記気泡量に対応する値として出力する検出回路と、
を備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit
An electrode pair provided in at least a part of the liquid flow path;
A detection circuit that outputs a considerable amount of current flowing between the electrode pair as a value corresponding to the amount of bubbles;
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 前記気泡検出部は、
前記液体流路の壁面に設けられた振動ピックアップと、
前記振動ピックアップが検出した振動の実効値相当量を前記気泡量に対応する値として出力する検出回路と、
を備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit
A vibration pickup provided on a wall surface of the liquid channel;
A detection circuit that outputs an effective value equivalent amount of vibration detected by the vibration pickup as a value corresponding to the bubble amount;
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 前記気泡検出部は、
前記液体流路内を流れる液体に光を照射する発光部と、
前記液体を透過する光または前記液体中の気泡によって反射する光を受ける受光部と、
前記受光部から出力された電気信号を前記気泡量に対応する値として出力する検出回路と、
を備える、請求項１乃至６の何れか一項に記載の異常検出装置。 The bubble detection unit
A light emitting unit for irradiating light to the liquid flowing in the liquid channel;
A light-receiving unit that receives light that passes through the liquid or light that is reflected by bubbles in the liquid;
A detection circuit that outputs an electrical signal output from the light receiving unit as a value corresponding to the bubble amount;
The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、
前記液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、
前記液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、
前記液体の温度を検出する温度センサと、
前記液体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
前記異常判断制限部は、前記温度センサの検出した温度または前記圧力センサの検出した圧力の少なくとも一方に基づいて前記液体流路に気泡を発生しうる状態にあると判断した場合に前記異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置。 An abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path,
An abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination limiting unit for limiting abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles are generated in the liquid channel; and
A temperature sensor for detecting the temperature of the liquid;
A pressure sensor for detecting the pressure of the liquid,
When the abnormality determination limiting unit determines that bubbles can be generated in the liquid channel based on at least one of the temperature detected by the temperature sensor or the pressure detected by the pressure sensor, the abnormality determination unit An abnormality detection device that restricts abnormality determination by the use of the apparatus. 前記異常判断制限部は、
前記温度が基準値より高い場合に前記異常判断部による異常判断を制限する、請求項１３に記載の異常検出装置。 The abnormality determination restriction unit
The abnormality detection device according to claim 13, wherein abnormality determination by the abnormality determination unit is limited when the temperature is higher than a reference value. 前記異常判断制限部は、
前記圧力が基準値より低い場合に前記異常判断部による異常判断を制限する、請求項１３に記載の異常検出装置。 The abnormality determination restriction unit
The abnormality detection device according to claim 13, wherein abnormality determination by the abnormality determination unit is limited when the pressure is lower than a reference value. 液体流路によって液体が供給される動力源を含むシステムの異常を検出する異常検出装置であって、
前記液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、
前記液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、
前記液体流路中に液体を供給する駆動手段の仕事量を検出する仕事量検出部と、を備え、
前記異常判断制限部は、前記仕事量検出部の検出した仕事量の変化に基づいて、前記液体流路に気泡を発生している状態であると判断した場合に前記異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置。 An abnormality detection device for detecting an abnormality of a system including a power source to which liquid is supplied by a liquid flow path,
An abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination limiting unit for limiting abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles are generated in the liquid channel; and
A work amount detecting unit for detecting the work amount of the driving means for supplying the liquid into the liquid flow path,
When the abnormality determination limiting unit determines that bubbles are generated in the liquid flow path based on the change in the work amount detected by the work amount detection unit, the abnormality determination unit performs an abnormality determination. An abnormality detection apparatus characterized by limiting. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の異常検出装置を備える燃料電池システムであって、
前記動力源は燃料電池であり、
前記異常判断部は、異常と判断した場合に前記燃料電池の動作を停止することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising the abnormality detection device according to any one of claims 1 to 16,
The power source is a fuel cell;
The abnormality determination unit stops the operation of the fuel cell when it is determined as abnormal. 請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の異常検出装置を備える燃料電池システムであって、
前記動力源は燃料電池であり、
前記異常判断部は、異常と判断した場合に前記燃料電池に供給される燃料の供給量を下げることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising the abnormality detection device according to any one of claims 1 to 16,
The power source is a fuel cell;
The fuel cell system according to claim 1, wherein the abnormality determination unit reduces a supply amount of fuel supplied to the fuel cell when it is determined as abnormal. 燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、
前記燃料電池から前記液体流路中を流れる液体中に漏洩する気泡量を検出する気泡検出部と、
前記気泡検出部が検出した気泡量に対応する値に基づいて前記燃料電池の異常を判断する異常判断部と、
前記液体流路上で気泡が発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、を備えることを特徴とする燃料電池の異常検出装置。 The temperature of the fuel cell is controlled by supplying a liquid as a heat exchange medium to the fuel cell that is supplied with the fuel gas and the oxidizing gas to generate electric power and performing heat exchange with the fuel cell. A cooling device to adjust,
A bubble detector for detecting an amount of bubbles leaking from the fuel cell into the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination unit that determines an abnormality of the fuel cell based on a value corresponding to an amount of bubbles detected by the bubble detection unit;
An abnormality detection device for a fuel cell, comprising: an abnormality determination restriction unit that restricts abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles can be generated on the liquid channel. 燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、
前記燃料電池入口の前記液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する入口気泡検出部と、
前記燃料電池出口の前記液体流路を流れる液体中の気泡量を測定する出口気泡検出部と、
前記出口気泡検出部の測定した気泡量と前記入口気泡検出部の測定した気泡量との差分に基づいて、前記燃料電池が気泡を発生していると判断した場合に異常と判断する異常判断部と、を備えたことを特徴とする異常検出装置。 The temperature of the fuel cell is controlled by supplying a liquid as a heat exchange medium to the fuel cell that is supplied with the fuel gas and the oxidizing gas to generate electric power and performing heat exchange with the fuel cell. A cooling device to adjust,
An inlet bubble detector for measuring the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow path at the fuel cell inlet;
An outlet bubble detector for measuring the amount of bubbles in the liquid flowing through the liquid flow path at the fuel cell outlet;
Based on the difference between the amount of bubbles measured by the outlet bubble detector and the amount of bubbles measured by the inlet bubble detector, the abnormality determination unit determines that the fuel cell is abnormal when it is determined that bubbles are generated. And an abnormality detection device. 燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、
前記液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、
前記液体流路に気泡を発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、
前記液体の温度を検出する温度センサと、
前記液体の圧力を検出する圧力センサと、を備え、
前記異常判断制限部は、前記温度センサの検出した温度または前記圧力センサの検出した圧力の少なくとも一方に基づいて前記液体流路に気泡を発生しうる状態にあると判断した場合に前記異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置。 The temperature of the fuel cell is controlled by supplying a liquid as a heat exchange medium to the fuel cell that is supplied with the fuel gas and the oxidizing gas to generate electric power and performing heat exchange with the fuel cell. A cooling device to adjust,
An abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination limiting unit for limiting abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles are generated in the liquid channel; and
A temperature sensor for detecting the temperature of the liquid;
A pressure sensor for detecting the pressure of the liquid,
When the abnormality determination limiting unit determines that bubbles can be generated in the liquid channel based on at least one of the temperature detected by the temperature sensor or the pressure detected by the pressure sensor, the abnormality determination unit An abnormality detection device that restricts abnormality determination by the use of the apparatus. 燃料ガスと酸化ガスとが供給されて電力を発生する燃料電池に、液体流路によって熱交換媒体としての液体を供給して燃料電池との間で熱交換を行わせることで燃料電池の温度を調整する冷却装置と、
前記液体流路中を流れる液体中の気泡量に基づいてシステムが異常であると判断する異常判断部と、
前記燃料電池以外に気泡を発生しうる状態にある場合に前記異常判断部による異常判断を制限する異常判断制限部と、
前記液体流路中に液体を供給する駆動手段の仕事量を検出する仕事量検出部と、を備え、
前記異常判断制限部は、前記仕事量検出部の検出した仕事量の変化に基づいて、前記液体流路に気泡を発生している状態であると判断した場合に前記異常判断部による異常判断を制限することを特徴とする異常検出装置。

The temperature of the fuel cell is controlled by supplying a liquid as a heat exchange medium to the fuel cell that is supplied with the fuel gas and the oxidizing gas to generate electric power and performing heat exchange with the fuel cell. A cooling device to adjust,
An abnormality determination unit that determines that the system is abnormal based on the amount of bubbles in the liquid flowing in the liquid flow path;
An abnormality determination limiting unit that limits abnormality determination by the abnormality determination unit when bubbles are generated in a state other than the fuel cell; and
A work amount detecting unit for detecting the work amount of the driving means for supplying the liquid into the liquid flow path,
When the abnormality determination limiting unit determines that bubbles are generated in the liquid flow path based on the change in the work amount detected by the work amount detection unit, the abnormality determination unit performs an abnormality determination. An abnormality detection apparatus characterized by limiting.

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