JP2009037884A - Fuel cell system - Google Patents

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Mitsuisa Matsumoto
充功 松本
Masahiro Matsutani
正博 松谷
Kaoru Yamazaki
薫 山崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system, capable of securely and safely detecting leak of anode gas. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 comprises a fuel cell 10 to generate power by reaction of anode gas with cathode gas, an anode gas passage in which anode gas supplied to the fuel cell 10 and anode gas discharged from the fuel cell 10 flow, a pressure sensor 61 to detect pressure of the anode gas in the anode gas passage, a seal control part 32 to seal a seal part 70 in at least the anode gas passage including the fuel cell 10 after supply of the anode gas to the fuel cell 10 is stopped, a pressure change monitor part 33 to monitor pressure change of the anode gas due to consumption of the anode gas detected by the pressure sensor 61 concerning the seal part 70, and a gas leak determination part 35 to determine whether or not the anode gas is leaking from the seal part 70 based on the result of monitoring of the pressure of the anode gas by the pressure change monitor part 33. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、自動車に搭載される燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system. In detail, it is related with the fuel cell system mounted in a motor vehicle.

近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガスを化学反応させて発電する燃料電池と、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、この反応ガス供給装置を制御する制御装置と、を備える。   In recent years, fuel cell systems have attracted attention as a new power source for automobiles. The fuel cell system includes, for example, a fuel cell that generates power by chemically reacting a reaction gas, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the fuel cell via a reaction gas flow path, and a control that controls the reaction gas supply device. An apparatus.

燃料電池は、アノード電極（陽極）に反応ガスとしてのアノードガス（水素ガス）を供給し、カソード電極（陰極）に反応ガスとしてのカソードガス（空気）を供給すると、電気化学反応により発電する。   When a fuel cell supplies an anode gas (hydrogen gas) as a reaction gas to an anode electrode (anode) and supplies a cathode gas (air) as a reaction gas to a cathode electrode (cathode), the fuel cell generates electricity by an electrochemical reaction.

ここで、燃料電池には、アノードガス供給流路が接続され、アノードガスは、このアノードガス供給流路を通して、燃料電池に供給される。また、燃料電池には、アノードガス排出流路が接続され、アノードガスは、このアノードガス排出流路を通して、燃料電池から排出される。   Here, an anode gas supply channel is connected to the fuel cell, and the anode gas is supplied to the fuel cell through the anode gas supply channel. An anode gas discharge channel is connected to the fuel cell, and the anode gas is discharged from the fuel cell through the anode gas discharge channel.

ところで、アノードガス供給流路やアノードガス排出流路等のガス流路は、複数の配管やバルブで構成されており、そのため、これら配管のフランジ同士の隙間やバルブからアノードガスが漏れる可能性がある。   By the way, the gas flow paths such as the anode gas supply flow path and the anode gas discharge flow path are composed of a plurality of pipes and valves. Therefore, there is a possibility that the anode gas leaks from the gaps between the flanges of these pipes or from the valves. is there.

この問題を解決するため、アノードガスを供給してガス流路内を加圧し、この加圧時のアノードガスの流量に基づいて、アノードガスが漏れているか否かを判定する手法が提案されている（特許文献１参照）。
具体的には、アノードガスを供給してガス流路内を加圧し、この加圧時のアノードガスの流量を測定する。また、ガス流路内のアノードガスの圧力や温度等の変化に基づいて、基準となる流量を算出しておく。そして、測定した流量と基準となる流量との差分を求め、この差分が所定値以上である場合には、アノードガスが漏れていると判定する。 In order to solve this problem, a method has been proposed in which anode gas is supplied to pressurize the inside of the gas flow path, and based on the flow rate of the anode gas at the time of pressurization, it is determined whether or not the anode gas is leaking. (See Patent Document 1).
Specifically, the anode gas is supplied to pressurize the inside of the gas flow path, and the flow rate of the anode gas during the pressurization is measured. Also, a reference flow rate is calculated based on changes in the pressure, temperature, etc. of the anode gas in the gas flow path. Then, a difference between the measured flow rate and the reference flow rate is obtained, and when the difference is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the anode gas is leaking.

この提案によれば、アノードガスの漏れを確実に検知して、燃料効率を維持し、さらには安全を確保できる。
特開２００６−２７８０８８号公報 According to this proposal, it is possible to reliably detect the leak of the anode gas, maintain the fuel efficiency, and further ensure safety.
JP 2006-278088 A

しかしながら、特許文献１の手法では、ガス流路内を加圧するため、実際にアノードガスが漏れている場合、このアノードガスの漏れを促進させてしまうおそれがあった。   However, in the method of Patent Document 1, since the inside of the gas flow path is pressurized, when the anode gas actually leaks, there is a possibility of promoting the leakage of the anode gas.

本発明は、アノードガスの漏れを確実かつ安全に検知できる燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the fuel cell system which can detect the leak of anode gas reliably and safely.

本発明の燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスとを反応させて発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、前記燃料電池に供給されるアノードガスおよび前記燃料電池から排出されるアノードガスが流通するアノードガス流路（例えば、後述のアノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、アノードガス還流路４５）と、前記アノードガス流路内のアノードガスの圧力を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ６１）と、を有し、前記燃料電池に対するアノードガスの供給が停止した後、少なくとも前記アノードガス流路のうち前記燃料電池を含む部分を密封するガス流路密封手段（例えば、後述の密封制御部３２）と、当該ガス流路密封手段により密封された部分について、前記圧力検出手段により検出したアノードガス消費によるアノードガスの圧力の推移を監視する圧力推移監視手段（例えば、圧力推移監視部３３）と、当該ガス圧力推移監視手段によるアノードガスの圧力の監視結果に基づいて、前記ガス流路密封手段により密封された部分からアノードガスが漏れているか否かを判定する密封部分ガス漏れ判定手段（例えば、後述のガス漏れ判定部３５）と、を有することを特徴とする。   The fuel cell system of the present invention is a fuel cell (for example, a fuel cell 10 described later) that generates electricity by reacting an anode gas and a cathode gas, an anode gas supplied to the fuel cell, and an exhaust gas from the fuel cell. An anode gas flow path (for example, an anode gas supply path 43, an anode gas discharge path 44, and an anode gas recirculation path 45, which will be described later) through which the anode gas flows, and pressure detection for detecting the pressure of the anode gas in the anode gas flow path Gas passage sealing for sealing at least a portion of the anode gas passage including the fuel cell after supply of the anode gas to the fuel cell is stopped. Means (for example, a sealing control unit 32 described later) and a portion sealed by the gas flow path sealing unit, by the pressure detection unit. Based on the pressure transition monitoring means (for example, the pressure transition monitoring unit 33) for monitoring the transition of the pressure of the anode gas due to the detected anode gas consumption, and the monitoring result of the pressure of the anode gas by the gas pressure transition monitoring means, the gas It has sealing part gas leak determination means (for example, the gas leak determination part 35 mentioned later) which determines whether anode gas is leaking from the part sealed by the flow-path sealing means, It is characterized by the above-mentioned.

この発明によれば、燃料電池に対するアノードガスの供給が停止した後、少なくともアノードガス流路のうち燃料電池を含む部分を密封する。そして、密封された部分について、アノードガス消費によるアノードガスの圧力の推移を監視する。このアノードガスの圧力の監視結果に基づいて、密封された部分からアノードガスが漏れているか否かを判定する。   According to the present invention, after the supply of the anode gas to the fuel cell is stopped, at least a portion including the fuel cell in the anode gas channel is sealed. And about the sealed part, transition of the pressure of the anode gas by anode gas consumption is monitored. Based on the monitoring result of the pressure of the anode gas, it is determined whether or not the anode gas leaks from the sealed portion.

アノードガス流路のうち燃料電池を含む部分を密封すると、この密封された部分に残留したアノードガスが消費されて、燃料電池が発電することになる。その結果、アノードガス流路内の密封された部分の圧力は低下し、外部の圧力に対して負圧となる。したがって、アノードガス流路内の密封された部分からアノードガスが外部に漏れることがないため、アノードガスの漏れを確実かつ安全に検知できる。   When the portion including the fuel cell in the anode gas flow path is sealed, the anode gas remaining in the sealed portion is consumed, and the fuel cell generates power. As a result, the pressure in the sealed portion in the anode gas flow path is reduced to a negative pressure with respect to the external pressure. Therefore, since the anode gas does not leak to the outside from the sealed portion in the anode gas flow path, the leakage of the anode gas can be detected reliably and safely.

この場合、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電中に、前記アノードガス流路からアノードガスが漏れているか否かを推定するガス漏れ推定手段（例えば、後述のガス漏れ推定部３１）をさらに有し、前記ガス漏れ推定手段により、前記アノードガス流路からアノードガスが漏れていると推定される場合に、前記密封部分ガス漏れ判定手段により、前記ガス流路密封手段により密封された部分からアノードガスが漏れているか否かを判定することが好ましい。   In this case, the fuel cell system includes gas leak estimation means (for example, a gas leak estimation unit 31 described later) for estimating whether or not the anode gas is leaking from the anode gas flow path during power generation of the fuel cell. A portion sealed by the gas flow path sealing means by the sealed portion gas leak determination means when the gas leak estimation means estimates that the anode gas is leaking from the anode gas flow path; It is preferable to determine whether or not the anode gas is leaking from.

従来では、燃料電池の発電中、例えば、アノードガスセンサによりアノードガスを検出した場合に、アノードガスの漏れを検出する。また、電流センサや電圧センサを用いて燃料電池の発電量を測定し、この発電量がアノードガスの供給量に見合う発電量でない場合に、アノードガスの漏れを検出する。   Conventionally, during the power generation of the fuel cell, for example, when anode gas is detected by an anode gas sensor, leakage of the anode gas is detected. Further, the power generation amount of the fuel cell is measured using a current sensor or a voltage sensor, and when this power generation amount is not the power generation amount commensurate with the supply amount of the anode gas, the leakage of the anode gas is detected.

ところが、アノードガスセンサによるアノードガスの検出に基づいて、アノードガスの漏れを検出した場合には、このアノードガスセンサで生じた電気ノイズをアノードガスの漏れとして誤検出するおそれがある。また、アノードガスの供給量に見合う発電量が得られないことに基づいて、アノードガスの漏れを検出した場合には、アノードガスの漏れとは異なる要因により発電量が低下している可能性があり、誤検出するおそれがある。   However, when a leak of the anode gas is detected based on the detection of the anode gas by the anode gas sensor, there is a possibility that electrical noise generated by the anode gas sensor is erroneously detected as a leak of the anode gas. In addition, when anode gas leakage is detected based on the fact that the amount of power generation commensurate with the supply amount of anode gas cannot be obtained, there is a possibility that the power generation amount has decreased due to a factor different from the anode gas leakage. There is a risk of false detection.

そこで、この発明によれば、アノードガスセンサ、電流センサ、および電圧センサ等を用いて、ガス漏れ推定手段によりアノードガスの漏れを検出した場合に、上述のガス漏れ判定手段によりアノードガスが漏れているか否かを判定した。よって、ガス漏れ推定手段によるアノードガスの漏れの検出が正しいか否かを正確に判定できる。   Therefore, according to the present invention, when anode gas leakage is detected by the gas leakage estimation means using an anode gas sensor, current sensor, voltage sensor, or the like, whether the anode gas is leaked by the gas leakage determination means described above. Judged whether or not. Therefore, it can be accurately determined whether or not the detection of the leak of the anode gas by the gas leak estimation means is correct.

また、上述のようにガス漏れ推定手段によりアノードガスの漏れを検出した場合にのみ、上述のガス漏れ判定手段によりアノードガスが漏れているか否かを判定したので、無条件でガス漏れ判定手段を動作させることはなく、電力消費量を抑えることができる。   Further, only when the leakage of anode gas is detected by the gas leakage estimation means as described above, it is determined whether or not the anode gas is leaked by the gas leakage determination means. It is not operated and power consumption can be reduced.

本発明の燃料電池システムにおいて、前記ガス流路密封手段による密封後、密封された部分のアノードガスが前記燃料電池の反応により自然消費され、前記密封部分ガス漏れ判定手段は、この自然消費されたアノードガス量が所定量以上であると判定されると、アノードガスが漏れているか否かを判定することを特徴とする。   In the fuel cell system of the present invention, after sealing by the gas flow path sealing means, the sealed portion of the anode gas is naturally consumed by the reaction of the fuel cell, and the sealed portion gas leak determination means is naturally consumed. When it is determined that the anode gas amount is equal to or greater than a predetermined amount, it is determined whether or not the anode gas is leaking.

この発明によれば、燃料電池においてアノードガスを自然消費させたので、アノードガスが漏れているか否かを判定する際に、アノードガス流路内の密封部分の圧力を低下させるために特別な装置を必要としない。   According to the present invention, since the anode gas is naturally consumed in the fuel cell, a special device is used to reduce the pressure of the sealed portion in the anode gas passage when determining whether or not the anode gas is leaking. Do not need.

本発明の燃料電池システムにおいて、前記ガス流路密封手段による密封後、密封された部分のアノードガスが前記燃料電池の強制発電（例えば、後述のガス消費制御部３６により実施される）により消費され、前記密封部分ガス漏れ判定手段は、この消費されたアノードガス量が所定量以上であると判定されると、アノードガスが漏れているか否かを判定することを特徴とする。   In the fuel cell system of the present invention, after sealing by the gas flow path sealing means, the sealed portion of the anode gas is consumed by forced power generation of the fuel cell (for example, carried out by a gas consumption control unit 36 described later). The sealing portion gas leak determination means determines whether or not the anode gas is leaked when it is determined that the consumed anode gas amount is a predetermined amount or more.

この発明によれば、燃料電池の強制発電つまりディスチャージによりアノードガスを消費させたので、自然消費に比べて早急にアノードガスが漏れているか否かを判定できる。   According to this invention, since the anode gas is consumed by forced power generation of the fuel cell, that is, discharge, it can be determined whether or not the anode gas leaks more quickly than natural consumption.

本発明によれば、アノードガス流路のうち燃料電池を含む部分を密封すると、アノードガス流路に残留したアノードガスが消費されて、燃料電池が発電することになる。その結果、アノードガス流路内の密封された部分の圧力は低下し、外部の圧力に対して負圧となる。したがって、アノードガス流路からアノードガスが外部に漏れることがないため、アノードガスの漏れを確実かつ安全に検知できる。   According to the present invention, when the portion including the fuel cell in the anode gas channel is sealed, the anode gas remaining in the anode gas channel is consumed, and the fuel cell generates power. As a result, the pressure in the sealed portion in the anode gas flow path is reduced to a negative pressure with respect to the external pressure. Therefore, since the anode gas does not leak to the outside from the anode gas flow path, the leakage of the anode gas can be detected reliably and safely.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、反応ガスを反応させて発電する燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしてのアノードガスやカソードガスを供給する供給装置２０と、これら燃料電池１０および供給装置２０を制御する制御装置３０と、を有する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention.
The fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 that generates power by reacting a reaction gas, a supply device 20 that supplies the fuel cell 10 with an anode gas and a cathode gas as a reaction gas, and the fuel cell 10 and the supply device 20. And a control device 30 for controlling.

供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側にカソードガスを供給するカソードガスポンプ２１と、アノード電極側にアノードガスを供給するアノードガスタンク２２およびイジェクタ２３と、燃料電池１０から排出されたガスを処理する希釈器２４と、を含んで構成される。   The supply device 20 processes a cathode gas pump 21 that supplies a cathode gas to the cathode electrode side of the fuel cell 10, an anode gas tank 22 and an ejector 23 that supply an anode gas to the anode electrode side, and a gas discharged from the fuel cell 10. And a diluter 24.

カソードガスポンプ２１は、カソードガス供給路４１を介して、燃料電池１０のカソード電極側に接続されている。   The cathode gas pump 21 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10 via a cathode gas supply path 41.

燃料電池１０のカソード電極側には、カソードガス排出路４２が接続され、このカソードガス排出路４２は、燃料電池１０で利用されたカソードガスを排出する。カソードガス排出路４２の途中には、上述の希釈器２４が設けられ、さらに、カソードガス排出路４２の希釈器２４よりも燃料電池１０側には、背圧弁４２１が設けられる。   A cathode gas discharge path 42 is connected to the cathode electrode side of the fuel cell 10, and the cathode gas discharge path 42 discharges the cathode gas used in the fuel cell 10. The above-described diluter 24 is provided in the middle of the cathode gas discharge path 42, and a back pressure valve 421 is further provided on the fuel cell 10 side of the diluter 24 in the cathode gas discharge path 42.

アノードガスタンク２２は、アノードガス流路としてのアノードガス供給路４３を介して、燃料電池１０のアノード電極側に接続されている。上述のイジェクタ２３は、このアノードガス供給路４３に設けられている。アノードガスタンク２２には、インタンク電磁弁４３１が設けられ、さらに、アノードガス供給路４３のアノードガスタンク２２とイジェクタ２３との間には、２次遮断弁４３２が設けられている。   The anode gas tank 22 is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10 via an anode gas supply path 43 as an anode gas flow path. The above-described ejector 23 is provided in the anode gas supply path 43. The anode gas tank 22 is provided with an in-tank electromagnetic valve 431, and a secondary shut-off valve 432 is provided between the anode gas tank 22 and the ejector 23 in the anode gas supply path 43.

燃料電池１０のアノード電極側には、アノードガス流路としてのアノードガス排出路４４が接続され、このアノードガス排出路４４は、希釈器２４に接続される。このアノードガス排出路４４の先端側には、パージ弁４４１が設けられている。また、アノードガス排出路４４のうちパージ弁４４１よりも燃料電池側では、アノードガス排出路４４が分岐されてアノードガス流路としてのアノードガス還流路４５となり、このアノードガス還流路４５は、上述のイジェクタ２３に接続されている。   An anode gas discharge path 44 as an anode gas flow path is connected to the anode electrode side of the fuel cell 10, and the anode gas discharge path 44 is connected to the diluter 24. A purge valve 441 is provided on the tip side of the anode gas discharge path 44. Further, in the anode gas discharge path 44, the anode gas discharge path 44 is branched on the fuel cell side from the purge valve 441 to become an anode gas recirculation path 45 as an anode gas flow path. Are connected to the ejector 23.

アノードガス排出路４４のうち燃料電池１０とアノードガス還流路４５の分岐点との間には、内部のアノードガスの圧力を計測する圧力検出手段としての圧力センサ６１が設けられている。   A pressure sensor 61 is provided between the anode gas discharge path 44 and the branch point of the fuel cell 10 and the anode gas recirculation path 45 as pressure detection means for measuring the pressure of the internal anode gas.

アノードガス排出路４４には、パージ弁４４１が設けられている。このパージ弁４４１を開くことにより、アノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、およびアノードガス還流路４５内のアノードガスを、希釈器２４において、カソードガス排出路４２内のカソードガスに合流させる。   A purge valve 441 is provided in the anode gas discharge path 44. By opening the purge valve 441, the anode gas in the anode gas supply path 43, the anode gas discharge path 44, and the anode gas recirculation path 45 is merged with the cathode gas in the cathode gas discharge path 42 in the diluter 24. .

イジェクタ２３は、アノードガス還流路４５を通して、アノードガス排出路４４に排出されたアノードガスを回収し、アノードガス供給路４３に還流する。   The ejector 23 collects the anode gas discharged to the anode gas discharge path 44 through the anode gas reflux path 45 and returns it to the anode gas supply path 43.

また、燃料電池システム１には、アノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、およびアノードガス還流路４５の外部に、アノードガスを検出するアノードガスセンサ６４が設けられる。   Further, the fuel cell system 1 is provided with an anode gas sensor 64 that detects the anode gas outside the anode gas supply path 43, the anode gas discharge path 44, and the anode gas recirculation path 45.

燃料電池１０には、燃料電池１０で発電した電流値を計測する電流センサ６２と、その際の電圧値を計測する電圧センサ６３とが設けられている。
また、燃料電池１０には、この燃料電池１０で発電した電力により駆動する補機５０が接続されている。 The fuel cell 10 is provided with a current sensor 62 that measures a current value generated by the fuel cell 10 and a voltage sensor 63 that measures a voltage value at that time.
The fuel cell 10 is connected to an auxiliary device 50 that is driven by the electric power generated by the fuel cell 10.

上述のインタンク電磁弁４３１、２次遮断弁４３２、およびパージ弁４４１は、制御装置３０により制御される。また、圧力センサ６１、電流センサ６２、電圧センサ６３、およびアノードガスセンサ６４は、制御装置３０に接続される。   The in-tank electromagnetic valve 431, the secondary shutoff valve 432, and the purge valve 441 are controlled by the control device 30. Further, the pressure sensor 61, the current sensor 62, the voltage sensor 63, and the anode gas sensor 64 are connected to the control device 30.

図２は、制御装置３０のブロック図である。
制御装置３０は、ガス漏れ推定手段としてのガス漏れ推定部３１と、ガス流路密封手段としての密封制御部３２と、圧力推移監視手段としての圧力推移監視部３３と、ガス消費量算出部３４と、密封部分ガス漏れ判定手段としてのガス漏れ判定部３５と、を有する。 FIG. 2 is a block diagram of the control device 30.
The control device 30 includes a gas leak estimation unit 31 as a gas leak estimation unit, a sealing control unit 32 as a gas flow path sealing unit, a pressure transition monitoring unit 33 as a pressure transition monitoring unit, and a gas consumption calculation unit 34. And a gas leak determination unit 35 as a sealed partial gas leak determination means.

ガス漏れ推定部３１は、燃料電池１０の発電中に、アノードガスセンサ６４によりアノードガスが検出されると、アノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、およびアノードガス還流路４５からアノードガスが漏れていると推定する。   When the anode gas sensor 64 detects anode gas during power generation of the fuel cell 10, the gas leak estimation unit 31 leaks anode gas from the anode gas supply path 43, anode gas discharge path 44, and anode gas recirculation path 45. It is estimated that

なお、ガス漏れ推定部３１は、アノードガスセンサ６４によりアノードガスが検出されると、アノードガスが漏れていると推定したが、これに限らない。すなわち、電流センサ６２および電圧センサ６３により燃料電池１０の発電量を測定し、この発電量がアノードガスの供給量に見合う発電量でない場合に、アノードガスが漏れていると推定してもよい。   The gas leak estimation unit 31 estimates that the anode gas is leaked when the anode gas is detected by the anode gas sensor 64, but the present invention is not limited to this. That is, the power generation amount of the fuel cell 10 is measured by the current sensor 62 and the voltage sensor 63, and it may be estimated that the anode gas is leaking when the power generation amount is not the power generation amount commensurate with the supply amount of the anode gas.

密封制御部３２は、ガス漏れ推定部３１により、アノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、およびアノードガス還流路４５からアノードガスが漏れていると推定され、かつ、燃料電池１０に対するアノードガスの供給が停止した後、インタンク電磁弁４３１およびパージ弁４４１を閉じることにより、燃料電池１０を含んでアノードガス供給路４３、アノードガス排出路４４、およびアノードガス還流路４５を密封する。以降、インタンク電磁弁４３１およびパージ弁４４１により密封した部分を、密封部分７０と呼ぶ。   The sealing controller 32 estimates that the anode gas is leaking from the anode gas supply path 43, the anode gas discharge path 44, and the anode gas recirculation path 45 by the gas leak estimation section 31, and the anode gas to the fuel cell 10. Is closed, the in-tank electromagnetic valve 431 and the purge valve 441 are closed to seal the anode gas supply path 43, the anode gas discharge path 44, and the anode gas recirculation path 45 including the fuel cell 10. Hereinafter, the portion sealed by the in-tank electromagnetic valve 431 and the purge valve 441 is referred to as a sealed portion 70.

なお、密封制御部３２は、インタンク電磁弁４３１およびパージ弁４４１を閉じたが、これに限らず、２次遮断弁４３２およびパージ弁４４１を閉じてもよい。   The sealing control unit 32 closes the in-tank electromagnetic valve 431 and the purge valve 441. However, the present invention is not limited to this, and the secondary shutoff valve 432 and the purge valve 441 may be closed.

なお、アノードガスが漏れていると推定され、かつ、燃料電池１０に対するアノードガスの供給が停止した後、密封制御部３２を動作させたが、これに限らず、ガス漏れ推定部３１により特に多量のアノードガスが漏れていると推定される場合には、直ちにイグニッションをＯＦＦとし、燃料電池１０に対するアノードガスの供給を停止してもよい。   Although it is estimated that the anode gas is leaking and the supply of the anode gas to the fuel cell 10 is stopped, the sealing control unit 32 is operated. When it is estimated that the anode gas is leaking, the ignition may be immediately turned off and the supply of the anode gas to the fuel cell 10 may be stopped.

圧力推移監視部３３は、密封部分７０について、圧力センサ６１により検出したアノードガスの圧力値を受信し、その推移を監視する。   The pressure transition monitoring unit 33 receives the pressure value of the anode gas detected by the pressure sensor 61 for the sealed portion 70 and monitors the transition.

ガス消費量算出部３４は、密封制御部３２により密封部分７０が密封された後、燃料電池１０でアノードガスが自然消費された量を算出し、所定量のアノードガスが消費されたか否かを判別する。具体的には、自然消費によるアノードガスの消費速度と、経過時間と、に基づいて算出する。   The gas consumption calculation unit 34 calculates the amount of natural consumption of anode gas in the fuel cell 10 after the sealing portion 70 is sealed by the sealing control unit 32, and determines whether or not a predetermined amount of anode gas has been consumed. Determine. Specifically, the calculation is based on the consumption rate of the anode gas due to natural consumption and the elapsed time.

なお、ガス消費量算出部３４は、自然消費によるアノードガスの消費速度と、経過時間と、に基づいて燃料電池１０でアノードガスが消費された量を算出したが、これに限らない。すなわち、電流センサ６２および電圧センサ６３により計測した発電量の積算値に基づいて算出してもよい。   In addition, although the gas consumption calculation part 34 calculated the amount by which the anode gas was consumed in the fuel cell 10 based on the consumption speed of anode gas by natural consumption, and elapsed time, it is not restricted to this. That is, it may be calculated based on the integrated value of the power generation measured by the current sensor 62 and the voltage sensor 63.

ガス漏れ判定部３５は、ガス消費量算出部３４により所定量以上のアノードガスが消費されたと判別されると、圧力推移監視部３３により監視される密封部分７０内のアノードガスの圧力推移の監視結果に基づいて、図３に従い、密封部分７０からアノードガスが漏れているか否かを判定する。   When the gas consumption calculation unit 34 determines that a predetermined amount or more of the anode gas has been consumed, the gas leak determination unit 35 monitors the pressure transition of the anode gas in the sealed portion 70 monitored by the pressure transition monitoring unit 33. Based on the result, it is determined whether the anode gas is leaking from the sealed portion 70 according to FIG.

図３は、密封部分７０が密封された後の時間経過と、この時間経過に伴う密封部分７０のアノードガスの圧力と、の関係を示す図である。
密封部分７０からアノードガスが漏れていない場合には、密封状態で燃料電池１０が反応することにより、密封部分７０のアノードガスは消費され、時間経過に従って、アノードガスの圧力は減少する。
一方、密封部分７０からアノードガスが漏れている場合には、アノードガスが漏れている部分より外気を引き込むため、圧力は漸減し、密封部分７０からアノードガスが漏れていない場合に比べて、圧力の低下が緩やかになる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the time elapsed after the sealed portion 70 is sealed and the pressure of the anode gas in the sealed portion 70 with the passage of time.
When the anode gas does not leak from the sealed portion 70, the fuel cell 10 reacts in a sealed state, so that the anode gas in the sealed portion 70 is consumed, and the pressure of the anode gas decreases with time.
On the other hand, when the anode gas leaks from the sealed portion 70, the outside air is drawn from the portion where the anode gas leaks, and therefore the pressure gradually decreases, compared with the case where the anode gas does not leak from the sealed portion 70. The decline of the

ガス漏れ判定部３５は、図３に従い、密封部分７０を密封した時刻をｔ０とすると、この時刻ｔ０から所定時間経過した時刻ｔ１において、圧力の減少量が判定閾値以下であれば、アノードガスが漏れており、圧力の減少量が判定閾値を超えていれば、アノードガスは漏れていないと判定する。   According to FIG. 3, the gas leak determination unit 35 assumes that the time when the sealed portion 70 is sealed is t0. At time t1 when a predetermined time has elapsed from this time t0, if the pressure decrease amount is equal to or less than the determination threshold, the anode gas is If it is leaking and the pressure reduction amount exceeds the determination threshold, it is determined that the anode gas is not leaking.

図４は、燃料電池システム１の動作を示すフローチャートである。
Ｓ１では、イグニッションがＯＮであるか否かを判定する。この判定がＮＯの場合には、Ｓ１に再び戻り、この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ２に移る。 FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1.
In S1, it is determined whether the ignition is ON. If this determination is NO, the process returns to S1, and if this determination is YES, the process proceeds to S2.

Ｓ２では、燃料電池システム１のイグニッションがＯＮとなり、燃料電池１０にアノードガスの供給が始まっているので、ガス漏れ推定部３１により、アノードガスが漏れているか否かを推定する。具体的には、アノードガスの検出量が所定量以上であるか否かを判定する。
この判定がＹＥＳの場合には、所定量以上のアノードガスを検出しているので、Ｓ３に移り、Ｓ３では、ガス漏れフラグを１にセットする。一方、この判定がＮＯの場合には、所定量以上のアノードガスを検出していないので、Ｓ４に移り、Ｓ４では、ガス漏れフラグを０にセットする。 In S2, since the ignition of the fuel cell system 1 is turned on and the supply of anode gas to the fuel cell 10 has started, the gas leak estimation unit 31 estimates whether or not the anode gas is leaking. Specifically, it is determined whether or not the detected amount of anode gas is a predetermined amount or more.
If this determination is YES, since a predetermined amount or more of the anode gas has been detected, the process proceeds to S3, and the gas leak flag is set to 1 in S3. On the other hand, if this determination is NO, the anode gas of a predetermined amount or more has not been detected, so the routine proceeds to S4, where the gas leak flag is set to 0.

Ｓ５では、イグニッションがＯＦＦであるか否かを判定する。この判定がＮＯの場合には、Ｓ２に戻り、この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ６に移る。このようにして、ガス漏れ推定部３１は、燃料電池システム１のイグニッションがＯＦＦになるまで、Ｓ２〜Ｓ５の処理を繰り返す。   In S5, it is determined whether or not the ignition is OFF. If this determination is NO, the process returns to S2, and if this determination is YES, the process proceeds to S6. Thus, the gas leak estimation part 31 repeats the process of S2-S5 until the ignition of the fuel cell system 1 is turned off.

Ｓ６では、ガス漏れフラグが１であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ７に移り、この判定がＮＯの場合には、アノードガスは漏れていないと判断し、処理を終了する。   In S6, it is determined whether or not the gas leak flag is 1. If this determination is YES, the process proceeds to S7, and if this determination is NO, it is determined that the anode gas is not leaking, and the process is terminated.

Ｓ７では、密封制御部３２により、密封部分７０を密封し、続いて、Ｓ８では、圧力推移監視部３３により密封部分７０のアノードガスの圧力Ｐ１を測定する。   In S <b> 7, the sealing portion 70 is sealed by the sealing control unit 32, and subsequently, in S <b> 8, the pressure transition monitoring unit 33 measures the pressure P <b> 1 of the anode gas in the sealing portion 70.

Ｓ９では、ガス消費量算出部３４により、所定量以上のアノードガスを消費したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ１０に移り、この判定がＮＯの場合には、Ｓ９に戻る。   In S9, the gas consumption calculation unit 34 determines whether or not a predetermined amount or more of the anode gas has been consumed. If this determination is YES, the process moves to S10, and if this determination is NO, the process returns to S9.

Ｓ１０では、所定量のアノードガスが燃料電池１０にて消費されているので、圧力推移監視部３３により、再び、密封部分７０のアノードガスの圧力Ｐ２を測定する。   In S10, since a predetermined amount of anode gas is consumed in the fuel cell 10, the pressure transition monitoring unit 33 again measures the pressure P2 of the anode gas in the sealed portion 70.

Ｓ１１では、ガス漏れ判定部３５により、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との差分が判定閾値以下であるか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ１２に移り、アノードガスが漏れていると判定する。一方、この判定がＮＯの場合には、Ｓ１３に移り、アノードガスが漏れていないと判定する。   In S11, the gas leak determination unit 35 determines whether or not the difference between the pressure P1 and the pressure P2 is equal to or less than a determination threshold value. If this determination is YES, the process moves to S12 and it is determined that the anode gas is leaking. On the other hand, if this determination is NO, the process moves to S13, where it is determined that the anode gas is not leaking.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）燃料電池１０に対するアノードガスの供給が停止した後、密封部分７０を密封する。そして、密封部分７０について、アノードガス消費によるアノードガスの圧力の推移を監視する。このアノードガスの圧力の監視結果に基づいて、密封部分７０からアノードガスが漏れているか否かを判定する。
密封部分７０を密封すると、この密封部分７０に残留したアノードガスが消費されて、燃料電池１０が発電することになる。その結果、密封部分７０の圧力は低下し、外部の圧力に対して負圧となる。したがって、密封部分７０からアノードガスが外部に漏れることがないため、アノードガスの漏れを確実かつ安全に検知できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) After the supply of the anode gas to the fuel cell 10 is stopped, the sealing portion 70 is sealed. Then, regarding the sealed portion 70, the transition of the pressure of the anode gas due to the consumption of the anode gas is monitored. Based on the monitoring result of the pressure of the anode gas, it is determined whether or not the anode gas leaks from the sealed portion 70.
When the sealing portion 70 is sealed, the anode gas remaining in the sealing portion 70 is consumed, and the fuel cell 10 generates power. As a result, the pressure in the sealed portion 70 decreases and becomes negative with respect to the external pressure. Therefore, since the anode gas does not leak to the outside from the sealed portion 70, the leak of the anode gas can be detected reliably and safely.

（２）アノードガスセンサ６４、電流センサ６２、および電圧センサ６３等を用いて、ガス漏れ推定部３１によりアノードガスの漏れを検出した場合に、ガス漏れ判定部３５によりアノードガスが漏れているか否かを判定した。よって、ガス漏れ推定部３１によるアノードガスの漏れの検出が正しいか否かを正確に判定できる。   (2) Whether or not the anode gas is leaked by the gas leak determination unit 35 when the leak of the anode gas is detected by the gas leak estimation unit 31 using the anode gas sensor 64, the current sensor 62, the voltage sensor 63, etc. Was judged. Therefore, it can be accurately determined whether or not the detection of the leak of the anode gas by the gas leak estimation unit 31 is correct.

また、ガス漏れ推定部３１によりアノードガスの漏れを検出した場合にのみ、ガス漏れ判定部３５によりアノードガスが漏れているか否かを判定したので、無条件でガス漏れ判定部３５を動作させることはなく、電力消費量を抑えることができる。   Further, only when the gas leakage estimation unit 31 detects the leakage of the anode gas, the gas leakage determination unit 35 determines whether or not the anode gas is leaking. Therefore, the gas leakage determination unit 35 is operated unconditionally. No, power consumption can be reduced.

（３）燃料電池１０においてアノードガスを自然消費させたので、アノードガスが漏れているか否かを判定する際に、密封部分７０の圧力を低下させるために特別な装置を必要としない。   (3) Since the anode gas is naturally consumed in the fuel cell 10, no special device is required to reduce the pressure of the sealed portion 70 when determining whether or not the anode gas is leaking.

＜第２実施形態＞
本実施形態では、燃料電池１０により密封部分７０内のアノードガスを自然消費させず、燃料電池１０を強制発電させることにより密封部分７０内のアノードガスを強制的に消費した点が、第１実施形態と異なる。 Second Embodiment
In the present embodiment, the anode gas in the sealed portion 70 is not naturally consumed by the fuel cell 10 but the anode gas in the sealed portion 70 is forcibly consumed by forcibly generating power in the fuel cell 10 in the first embodiment. Different from form.

図５は、制御装置３０Ａのブロック図である。
具体的には、制御装置３０Ａは、第１実施形態におけるガス消費量算出部３４に代えて、ガス消費制御部３６を備える。 FIG. 5 is a block diagram of the control device 30A.
Specifically, the control device 30A includes a gas consumption control unit 36 instead of the gas consumption calculation unit 34 in the first embodiment.

ガス消費制御部３６は、密封制御部３２により密封部分７０が密封された後、補機５０を駆動する。これにより、燃料電池１０が強制発電つまりディスチャージされて、密封部分７０のアノードガスが消費される。そして、ガス消費制御部３６は、燃料電池１０でアノードガスが消費された量を算出し、所定量のアノードガスが消費されたか否かを判別する。具体的には、アノードガスの消費速度と経過時間とに基づいて算出する。   The gas consumption controller 36 drives the auxiliary machine 50 after the sealing portion 70 is sealed by the sealing controller 32. Thereby, the fuel cell 10 is forcibly generated, that is, discharged, and the anode gas in the sealed portion 70 is consumed. The gas consumption control unit 36 calculates the amount of anode gas consumed by the fuel cell 10 and determines whether or not a predetermined amount of anode gas has been consumed. Specifically, the calculation is based on the consumption rate of the anode gas and the elapsed time.

図６は、燃料電池システム１の動作を示すフローチャートである。
本実施形態では、図４に示す第１実施形態のフローチャートにおけるＳ９の処理に代えて、Ｓ２１〜Ｓ２３の処理を行う。 FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1.
In the present embodiment, the processes of S21 to S23 are performed instead of the process of S9 in the flowchart of the first embodiment shown in FIG.

Ｓ２１では、ガス消費制御部３６により、燃料電池１０の強制発電を開始し、密封部分７０のアノードガスを強制的に消費し始めた後、Ｓ２２に移る。   In S21, the gas consumption control unit 36 starts the forced power generation of the fuel cell 10 and starts to forcibly consume the anode gas in the sealed portion 70, and then proceeds to S22.

Ｓ２２では、ガス消費制御部３６により、所定量以上のアノードガスを消費したか否かを判定する。この判定がＹＥＳの場合には、Ｓ２３に移り、この判定がＮＯの場合には、Ｓ２２に戻る。   In S22, the gas consumption control unit 36 determines whether or not a predetermined amount or more of the anode gas has been consumed. If this determination is YES, the process moves to S23, and if this determination is NO, the process returns to S22.

Ｓ２３では、所定量のアノードガスが燃料電池１０にて消費されているので、ガス消費制御部３６による燃料電池１０の強制発電を終了し、Ｓ１０に移る。   In S23, since a predetermined amount of anode gas is consumed in the fuel cell 10, the forced power generation of the fuel cell 10 by the gas consumption control unit 36 is terminated, and the process proceeds to S10.

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（４）燃料電池１０の強制発電つまりディスチャージによりアノードガスを消費させたので、自然消費に比べて早急にアノードガスが漏れているか否かを判定できる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(4) Since the anode gas is consumed by forced power generation, that is, discharge of the fuel cell 10, it can be determined whether or not the anode gas leaks more quickly than natural consumption.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムのブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus of the fuel cell system which concerns on the said embodiment. 前記実施形態に係る密封部分が密封された後の時間経過と密封部分のアノードガスの圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the time passage after the sealing part which concerns on the said embodiment was sealed, and the pressure of the anode gas of a sealing part. 前記実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on the said embodiment. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 前記実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the fuel cell system which concerns on the said embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
３０、３０Ａ 制御装置
３１ ガス漏れ推定部（ガス漏れ推定手段）
３２ 密封制御部（ガス流路密封手段）
３３ 圧力推移監視部（圧力推移監視手段）
３４ ガス消費量算出部
３５ ガス漏れ判定部（密封部分ガス漏れ判定手段）
３６ ガス消費制御部
４３ アノードガス供給路（アノードガス流路）
４４ アノードガス排出路（アノードガス流路）
４５ アノードガス還流路（アノードガス流路）
７０ 密封部分 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 10 Fuel cell 30, 30A Control apparatus 31 Gas leak estimation part (gas leak estimation means)
32 Sealing control part (gas flow path sealing means)
33 Pressure change monitoring part (Pressure change monitoring means)
34 Gas consumption calculation part 35 Gas leak judgment part (sealed partial gas leak judgment means)
36 Gas Consumption Control Unit 43 Anode Gas Supply Channel (Anode Gas Channel)
44 Anode gas discharge passage (anode gas passage)
45 Anode gas recirculation path (anode gas flow path)
70 Sealing part

Claims (4)

アノードガスとカソードガスとを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に供給されるアノードガスおよび前記燃料電池から排出されるアノードガスが流通するアノードガス流路と、
前記アノードガス流路内のアノードガスの圧力を検出する圧力検出手段と、を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に対するアノードガスの供給が停止した後、少なくとも前記アノードガス流路のうち前記燃料電池を含む部分を密封するガス流路密封手段と、
当該ガス流路密封手段により密封された部分について、前記圧力検出手段により検出したアノードガス消費によるアノードガスの圧力の推移を監視する圧力推移監視手段と、
当該圧力推移監視手段によるアノードガスの圧力の監視結果に基づいて、前記ガス流路密封手段により密封された部分からアノードガスが漏れているか否かを判定する密封部分ガス漏れ判定手段と、を有する燃料電池システム。 A fuel cell that generates electricity by reacting anode gas and cathode gas;
An anode gas flow path through which an anode gas supplied to the fuel cell and an anode gas discharged from the fuel cell flow;
A fuel cell system having pressure detection means for detecting the pressure of the anode gas in the anode gas flow path,
A gas flow path sealing means for sealing at least a portion of the anode gas flow path including the fuel cell after the supply of the anode gas to the fuel cell is stopped;
Pressure transition monitoring means for monitoring the transition of the pressure of the anode gas due to consumption of the anode gas detected by the pressure detection means for the portion sealed by the gas flow path sealing means;
Sealing portion gas leakage determination means for determining whether or not anode gas is leaking from the portion sealed by the gas flow path sealing means based on the monitoring result of the pressure of the anode gas by the pressure transition monitoring means. Fuel cell system. 前記燃料電池の発電中に、前記アノードガス流路からアノードガスが漏れているか否かを推定するガス漏れ推定手段をさらに有し、
前記ガス漏れ推定手段により、前記アノードガス流路からアノードガスが漏れていると推定される場合に、前記密封部分ガス漏れ判定手段により、前記ガス流路密封手段により密封された部分からアノードガスが漏れているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A gas leak estimation means for estimating whether or not anode gas is leaking from the anode gas flow path during power generation of the fuel cell;
When it is estimated by the gas leak estimation means that the anode gas is leaking from the anode gas flow path, the anode gas is discharged from the portion sealed by the gas flow path sealing means by the sealed portion gas leak determination means. The fuel cell system according to claim 1, wherein it is determined whether or not there is a leak. 前記ガス流路密封手段による密封後、密封された部分のアノードガスが前記燃料電池の反応により自然消費され、
前記密封部分ガス漏れ判定手段は、この自然消費されたアノードガス量が所定量以上であると判定されると、アノードガスが漏れているか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。 After sealing by the gas flow path sealing means, the sealed portion of the anode gas is naturally consumed by the reaction of the fuel cell,
The said sealed partial gas leak judging means judges whether or not the anode gas is leaking when it is judged that the amount of the naturally consumed anode gas is a predetermined amount or more. Item 3. The fuel cell system according to Item 2. 前記ガス流路密封手段による密封後、密封された部分のアノードガスが前記燃料電池の強制発電により消費され、
前記密封部分ガス漏れ判定手段は、この消費されたアノードガス量が所定量以上であると判定されると、アノードガスが漏れているか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。 After sealing by the gas flow path sealing means, the anode gas in the sealed part is consumed by forced power generation of the fuel cell,
2. The sealed portion gas leak judging means judges whether or not the anode gas is leaked when it is judged that the consumed anode gas amount is a predetermined amount or more. 3. The fuel cell system according to 2.
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