燃料電池システム
【課題】冷却器を迂回するバイパス通路を備える燃料電池システムであって、空気の流路を切り換える弁の故障を検知できる燃料電池システムを提供すること。
【解決手段】燃料電池システムは、冷却器２２の上流側と下流側とを連通するバイパス管３１と、冷却器２２を流れる反応ガス量を調整するバイパス弁３２と、バイパス管３１の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブ３３と、冷却器２２よりも下流側の内圧をチェックバルブ３３の背圧として導入する背圧導入管３４と、背圧導入管３４と外部とを連通する大気開放管３５と、大気開放管３５に設けられて、大気開放管３５を開閉するリリーフ弁３５１と、リリーフ弁３５１よりも背圧導入管３４についての大気開放管３５の内圧を検出する圧力センサ３５２と、圧力センサ３５２で検出した圧力の変動に基づいて、リリーフ弁３５１の故障を検知する故障検知部と、を備える。
【解決手段】燃料電池システムは、冷却器２２の上流側と下流側とを連通するバイパス管３１と、冷却器２２を流れる反応ガス量を調整するバイパス弁３２と、バイパス管３１の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブ３３と、冷却器２２よりも下流側の内圧をチェックバルブ３３の背圧として導入する背圧導入管３４と、背圧導入管３４と外部とを連通する大気開放管３５と、大気開放管３５に設けられて、大気開放管３５を開閉するリリーフ弁３５１と、リリーフ弁３５１よりも背圧導入管３４についての大気開放管３５の内圧を検出する圧力センサ３５２と、圧力センサ３５２で検出した圧力の変動に基づいて、リリーフ弁３５１の故障を検知する故障検知部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、エアを冷却する冷却器をバイパスする機能を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
【０００４】
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。
【０００５】
ここで、カソード電極に供給される空気は、従来より、大気中の空気から取り込んだものが用いられる。具体的には、燃料電池システムに圧縮機を設け、この圧縮機で大気中の空気を圧送することにより、発電に必要な量の空気をカソード電極に供給する。しかしながら、圧縮されてその温度が上昇した空気を燃料電池に供給し続けると、上述の電解質膜が劣化してしまうため、空気が流れる通路上には、圧縮された空気を冷却する冷却器が設けられる。
【０００６】
ところで、燃料電池システムを低温始動する場合には、安定した発電が可能となるまで、燃料電池を暖気する必要がある。そこで、特許文献１には、冷却器を迂回するバイパス通路と、冷却器を介して空気を供給する状態、およびバイパス通路を介して空気を供給する状態を切り換えるバイパス弁と、を備える燃料電池システムが示されている。
【０００７】
この燃料電池システムによれば、低温始動する際には、バイパス弁を作動させて、圧縮された空気を、バイパス通路を流通させて燃料電池に供給することにより、燃料電池の暖機を促進することができる。
【特許文献１】特開２００３−２０８９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば、暖機が終了し、バイパス通路を介して空気を供給する状態から、冷却器を介して空気を供給する状態に切り換える際に、バイパス弁が故障すると、圧縮されて温度が上昇した空気が燃料電池に供給され続けることとなる。このような状態で燃料電池の発電を継続すると、燃料電池や加湿器などといった、バイパス通路の下流に設けられたデバイスの温度が上昇してしまい、これらデバイスが劣化してしまうおそれがある。このため、バイパス弁の故障を早期に検出できる燃料電池システムの開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、冷却器を迂回するバイパス通路を備える燃料電池システムであって、空気の流路を切り換える弁の故障を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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、反応ガス（例えば、後述の水素ガスおよびエア）により発電を行う燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路（例えば、後述のエア供給管２３）と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機（例えば、後述の圧縮機２１）と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置（例えば、後述の冷却器２２）と、前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路（例えば、後述のバイパス管３１）と、前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁（例えば、後述のバイパス弁３２）と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブ（例えば、後述のチェックバルブ３３）と、前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路（例えば、後述の背圧導入管３４）と、を備える燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）であって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路（例えば、後述の大気開放管３５）と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁（例えば、後述のリリーフ弁３５１）と、前記リリーフ弁よりも前記第１の連結流路側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３５２）と、当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段（例えば、後述の故障検知部４５）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、チェックバルブには、反応ガス供給機から供給されたガスの圧力が作動圧として導入され、さらに主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が第１の連結流路を通って背圧として導入される。ここで、第２の連結流路およびリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を閉じた状態では、チェックバルブに対して、主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁を開くことにより、第１の連結流路を大気に開放して、チェックバルブに大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。これにより、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることで、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、状態変化装置を介して導入したりできる。
【００１２】
また、チェックバルブを開くためにリリーフ弁を開いた場合、これに伴い、第２の連結流路の内圧は大きく変動する。ここで、リリーフ弁が故障し、開かなかった場合には、第２の連結流路の内圧は変化することがない。本発明によれば、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【００１３】
この場合、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することが好ましい。
【００１４】
遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁が閉故障した場合には、圧力検出手段により大気圧よりも高い圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の閉故障が検知される。
【００１５】
この場合、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することが好ましい。
【００１６】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは冷却器を介して導入される。ここで、リリーフ弁が開故障した場合には、圧力検出手段により大気圧と略等しい圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の開故障が検知される。
【００１７】
本発明の燃料電池システムは、反応ガスにより発電を行う燃料電池と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、前記リリーフ弁よりも前記外部側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３５２Ａ）と、当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、チェックバルブを開くためにリリーフ弁を開いた場合、これに伴い、第２の連結流路の内圧は大きく変動する。ここで、リリーフ弁が故障し、開かなかった場合には、第２の連結流路の内圧は変化することがない。本発明によれば、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【００１９】
この場合、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することが好ましい。
【００２０】
遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁が閉故障した場合には、圧力検出手段により大気圧と略等しい圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の閉故障が検知される。
【００２１】
この場合、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することが好ましい。
【００２２】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは状態変化装置を介して導入される。ここで、リリーフ弁が開故障した場合には、圧力検出手段により大気圧よりも高い圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の開故障が検知される。
【００２３】
本発明の燃料電池システムは、反応ガスにより発電を行う燃料電池と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスを冷却する冷却器と、前記主流路のうち前記冷却器の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、前記主流路に設けられ、前記冷却器を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、前記主流路の前記冷却器よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、前記主流路のうち前記バイパス流路の下流側の温度を検出する第１の温度検出手段（例えば、後述の下流温度センサ２３６Ｂ）と、当該第１の温度検出手段で検出した温度の変動に基づいて、前記リリーフ弁または前記遮断弁の故障を検知する故障検知手段（例えば、後述の故障検知部４５Ｂ）と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、チェックバルブには、反応ガス供給機から供給されたガスの圧力が作動圧として導入され、さらに主流路の冷却器よりも下流側の圧力が第１の連結流路を通って背圧として導入される。ここで、第２の連結流路およびリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を閉じた状態では、チェックバルブに対して、主流路の冷却器よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁を開くことにより、第１の連結流路を大気に開放して、チェックバルブに大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。これにより、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることで、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、冷却器を介して導入したりできる。
【００２５】
ここで、リリーフ弁および遮断弁を動作させることにより、ガスを、冷却器を介して燃料電池に導入したり、または、バイパス流路を介して燃料電池に導入したりすると、バイパス流路の下流側の温度が大きく変動する。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障し、ガスの流路が切り換わらなかった場合には、バイパス流路の下流側の温度は変化することがない。本発明によれば、このバイパス流路の下流側の温度の変動を第１の温度検出手段で検出し、この温度の変動に基づいて、リリーフ弁または遮断弁の故障を検知することができる。
【００２６】
この場合、前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段（例えば、後述の上流温度センサ２３５Ｂ）をさらに備え、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度よりも低い場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することが好ましい。
【００２７】
この発明によれば、遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障した場合には、第１の温度検出手段により検出される温度は、冷却器の上流の温度よりも低くなる。この発明によれば、この温度の変動に基づいてリリーフ弁または遮断弁の故障が検知される。
【００２８】
この場合、前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段（例えば、後述の上流温度センサ２３５Ｂ）をさらに備え、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記冷却器に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度以上である場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することが好ましい。
【００２９】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは冷却器を介して導入される。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障した場合には、第１の温度検出手段により検出される温度は、冷却器の上流の温度以上となる。この発明によれば、この温度の変動に基づいてリリーフ弁または遮断弁の故障が検知される。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることにより、内圧と背圧との差分を大きくしてチェックバルブを開き、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、状態変化装置を介して導入したりできる。また、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガスおよびエア（空気）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４０とを有する。
【００３３】
燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００３４】
燃料電池１０は、この燃料電池１０の出力を制限する電流制限器（ＶＣＵ）１２を介して、モータ１３や高圧バッテリ（図示せず）に接続されている。燃料電池１０で発電された電力は、モータ１３および高圧バッテリに供給される。電流制限器１２は、制御装置４０から出力される電流制限値に基づいて、この電流制限値の範囲内で燃料電池１０から取り出される電流を制限しながら、燃料電池１０の電力をモータ１３や高圧バッテリに供給する。
【００３５】
また、燃料電池１０には、スタック温度センサ１５、および、スタック電流センサ１６が設けられている。スタック温度センサ１５は、燃料電池１０の温度Ｔ１を検出し、制御装置４０へ出力する。また、スタック電流センサ１６は、燃料電池１０の発電電流Ｉ１を検出し、制御装置４０へ出力する。
【００３６】
供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側にエアを供給する反応ガス供給機としての圧縮機２１と、アノード電極側に水素ガスを供給するエゼクタ２８と、を含んで構成される。
【００３７】
エゼクタ２８は、燃料電池１０のアノード電極側をその経路に含む水素循環路２５上に設けられ、図示しない水素タンクから供給された水素ガスを、この水素循環路２５上で循環させる。また、この水素循環路２５には、この水素循環路２５内のガスを外部に排出する水素排出路２６が分岐して形成されている。この水素排出路２６の先端側には、パージ弁２６１が設けられている。
【００３８】
圧縮機２１は、主流路としてのエア供給管２３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。この圧縮機２１は、大気に開放されたエア導入管２７から導入されたエアを圧縮し、この圧縮したエアを、エア供給管２３を介して燃料電池１０に供給する。この圧縮機２１は、制御装置４０からの指令信号に応じて動作し、設定された圧縮比でエアを圧縮してエア供給管２３にエアを供給する。
【００３９】
また、この圧縮機２１の圧縮比とは、圧縮機２１前後の差圧比、すなわち、エア導入管２７内の圧力とエア供給管２３内の圧力との比であり、この圧縮比は、制御装置４０からの制御信号に応じて変更可能となっている。ここで、この圧縮機２１は、圧縮比を大きくするに従い、エア供給管２３内の圧力が上昇するようになっている。
【００４０】
また、エア導入管２７には、流量センサ２７２が設けられている。この流量センサ２７２は、エア導入管２７を流れるエアの体積流量Ｆを検出し、制御装置４０へ出力する。
【００４１】
燃料電池１０のカソード電極側には、エア供給管２３から導入されたエアを排出するエア排出管２４が接続され、このエア排出管２４の先端側には、背圧弁２４１が設けられる。
【００４２】
また、エア供給管２３には、圧縮機２１から燃料電池１０へ向かって順に、このエア供給管２３を流れるエアの状態を変化させる状態変化装置としての冷却器２２、および、このエア供給管２３を流れるエアを加湿する加湿器２９が設けられている。
【００４３】
冷却器２２は、熱交換器であり、圧縮機２１から供給されるエアを熱交換により冷却する。圧縮機２１で圧縮されたエアは、圧縮前の状態に比べて高温になるため、この高温のエアをそのまま加湿器２９や燃料電池１０などのデバイスに導入すると、これらデバイスが破損するおそれがある。特に、これらデバイスのうち、加湿器２９に設けられた後述の中空糸膜は、その耐熱温度すなわち使用許可温度が最も低くなっている。そこで、エア供給管２３に冷却器２２を設けることにより、高温に圧縮されたエアを冷却して、加湿器２９や燃料電池１０を保護する。
【００４４】
加湿器２９は、いわゆる中空糸膜を用いた加湿装置である。具体的にはこの加湿器２９は、水透過性の中空糸膜の束と、この中空糸膜束を収納するハウジングとを備える。加湿器２９導入されたエアは、ハウジング内部で中空糸膜束と水分交換して加湿される。燃料電池１０には、この加湿器２９により加湿されたエアが供給される。燃料電池１０における化学反応は上述のようにＭＥＡ膜で行われるが、このＭＥＡ膜の湿度がある程度確保できないと、イオンの交換が行われないため、この加湿器２９でエアを加湿することにより、ＭＥＡの湿度をある程度確保する。
【００４５】
ところで、この燃料電池システム１を始動する際、燃料電池１０が低温の状態にある場合は、この燃料電池１０を発電に適した温度まで暖機する必要がある。このため、燃料電池システム１を低温始動する際には、この暖機を促進するために、圧縮機２１で圧縮されたエアを冷却器２２で冷却せずに、そのまま加湿器２９および燃料電池１０に導入することが好ましい場合がある。そこで、エア供給管２３には、冷却器２２をバイパスするバイパス機構３０が設けられる。
【００４６】
図２は、バイパス機構３０の構成を示すブロック図である。
バイパス機構３０は、バイパス流路としてのバイパス管３１と、遮断弁としてのバイパス弁３２と、チェックバルブ３３と、第１の連結流路としての背圧導入管３４と、第２の連結流路としての大気開放管３５と、を備える。
【００４７】
バイパス管３１は、エア供給管２３に接続され、冷却器２２の上流側と下流側とを連通する。また、このバイパス管３１の流路は、エア供給管２３の流路よりも狭くなっている。
バイパス弁３２は、エア供給管２３のうち、冷却器２２の下流側で、かつ、バイパス管３１とエア供給管２３との合流地点よりも上流側に設けられ、冷却器２２を流れるエア量を調整する。
【００４８】
チェックバルブ３３は、バイパス管３１に設けられ、このバイパス管３１を開閉する。背圧導入管３４は、チェックバルブ３３に接続され、エア供給管２３の冷却器２２よりも下流側の内圧をチェックバルブ３３に背圧として導入する。また、この背圧導入管３４には、背圧導入管３４の流路を絞るオリフィス３４１が設けられている。
【００４９】
チェックバルブ３３は、バイパス管３１の内圧Ｐ１を作動圧として開閉する。より具体的には、チェックバルブ３３は、バイパス管３１の内圧Ｐ１と、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２との差分が所定値未満では閉じており、所定値以上になると開く。具体的には、チェックバルブ３３は、円筒状のバルブ本体３３１と、このバルブ本体の内部に進退可能に設けられたピストン３３２と、このピストンを付勢するばね機構３３３と、を備える。
【００５０】
バルブ本体３３１は、円筒状の第１円筒部３３４と、この第１円筒部３３４に接続された第２円筒部３３５と、を有する。この第１円筒部３３４と第２円筒部３３５との間には、ダイヤフラム３３６が設けられている。
ピストン３３２は、第２円筒部の内部に設けられ、第２円筒部の内部を仕切るダイヤフラム３３６と、このダイヤフラム３３６に設けられたロッド３３７と、を備える。
ばね機構３３３は、バルブ本体３３１を閉じる方向へピストン３３２を付勢する。
【００５１】
エア供給管２３は、バルブ本体３３１の第１円筒部３３４側の開口に接続され、背圧導入管３４は、バルブ本体３３１の第２円筒部３３５側の開口に接続され、バイパス管３１は、第１円筒部３３４のダイヤフラム３３６近傍に接続される。これにより、第１円筒部３３４の内部は、バイパス管３１の内圧Ｐ１となり、第２円筒部３３５の内部は、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２となっている。
【００５２】
このチェックバルブ３３の動作は、以下のようになる。
すなわち、このチェックバルブ３３では、Ｐ１とＰ２の差分が所定値未満の場合、ばね機構３３３により、バルブ本体３３１を閉じる方向へピストン３３２が付勢されることで、ダイヤフラム３３６により第１円筒部３３４が閉塞される。これにより、バイパス管３１は閉じた状態となる。
一方、Ｐ１とＰ２の差分が所定値以上になると、この差圧により、ばね機構３３３の付勢力に抵抗して、ピストン３３２が後退し、バルブ本体３３１を開く。これにより、バイパス管３１は開いた状態となる。
【００５３】
大気開放管３５は、背圧導入管３４と大気圧に開放された外部とを連通する。リリーフ弁３５１は、大気開放管３５に設けられ、この大気開放管３５を開閉する。すなわち、このリリーフ弁３５１を開き、背圧導入管３４を外部と連通することで、チェックバルブ３３の背圧Ｐ２を大気圧近傍に下げて、Ｐ１とＰ２の差分を大きくし、チェックバルブ３３の動作を補助することができる。
【００５４】
また、大気開放管３５には、圧力検出手段としての圧力センサ３５２が設けられている。この圧力センサ３５２は、リリーフ弁３５１よりも背圧導入管３４側についての大気開放管３５の内圧Ｐを検出し、制御装置４０へ出力する。
【００５５】
次に、以上のように構成されたバイパス機構３０の動作について説明する。
圧縮機２１で圧縮されたエアを、バイパス管３１に流通させる場合には、バイパス弁３２を閉じるとともにリリーフ弁３５１を開く。
すると、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２は、大気圧に近い圧力となる。これに対し、内圧Ｐ１は、圧縮機２１で圧縮されたエアの圧力であるため、大気圧よりも高くなっている。よって、これらＰ１およびＰ２に大きな差分が生じ、チェックバルブ３３は、開いた状態で保持されることとなる。したがって、バイパス管３１は開いた状態で保持され、エアはバイパス管３１を流通する。
燃料電池システム１を低温始動する際には、上述のようにバイパス弁３２を閉じかつリリーフ弁３５１を開いた状態にして、冷却器２２を迂回してエアを供給することにより、燃料電池１０の暖機を促進できる。
【００５６】
また、圧縮機２１で圧縮されたエアを、冷却器２２を流通させる場合には、バイパス弁３２を開くとともにリリーフ弁３５１を閉じる。
すると、圧縮機２１で圧縮されたエアは、エア供給管２３を流通する。この状態では、バイパス管３１の内圧Ｐ１と背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２は、略等しくなり、チェックバルブ３３は閉じた状態で保持される。したがって、バイパス管３１は閉じた状態となり、エアは冷却器２２のみを流通することになる。
燃料電池システム１を通常運転する際には、上述のようにバイパス弁３２を開きかつリリーフ弁３５１を閉じた状態にして、冷却器２２を経由してエアを供給することにより、加湿器２９および燃料電池１０を耐熱温度以下の状態にして運転を継続させることができる。
【００５７】
ところで、燃料電池システム１を始動させた直後、燃料電池１０の暖機を行っている間などは、エアの流量が特に少なくなっているため、バイパス管３１における圧損が小さくＰ１とＰ２との差分も小さくなり、チェックバルブ３３が開きにくくなる場合がある。そこで、上述のように、バイパス弁３２を閉じるとともに、リリーフ弁３５１を開き、このＰ１とＰ２との差分を大きくすることで、チェックバルブ３３を確実に動作させることができる。また、エアの流量が多い場合であっても、リリーフ弁３５１を開き、Ｐ１とＰ２との差分を大きくすることで、チェックバルブ３３における圧損を低減できる。これにより圧縮機２１の消費電力を低減できる。
【００５８】
図１に戻って、制御装置４０には、この制御装置４０から出力される制御信号に基づいて駆動するデバイスとして、上述のＶＣＵ１２、圧縮機２１、背圧弁２４１、パージ弁２６１、バイパス弁３２などが接続されている。
【００５９】
制御装置４０には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従って、オン／オフ信号を制御装置４０に送信する。制御装置４０は、イグニッションスイッチのオン／オフに従って、燃料電池１０の発電を行う。
【００６０】
ここで、イグニッションスイッチがオンにされたことに基づいて、制御装置４０により、燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、図示しない水素タンクから、エゼクタ２８を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、圧縮機２１を駆動させることにより、エア供給管２３を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水等の残留水とともに、水素排出路２６およびエア排出管２４に流入する。これら水素ガスおよびエアは、図示しない排ガス処理装置で処理されて、外部に排出される。
【００６１】
図３は、制御装置４０の構成を示すブロック図である。
制御装置４０は、バイパス実施判断部４１、バイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知手段としての故障検知部４５を備え、上述のようにして燃料電池１０で発電を行う他、バイパス機構３０を制御することが可能となっている。
【００６２】
バイパス実施判断部４１は、スタック温度センサ１５で検出された温度Ｔ１およびスタック電流センサ１６で検出された電流Ｉ１に基づいて燃料電池１０の状態を判断し、バイパス制御を実施するか、または、バイパス制御を解除（非実施）するかを判断する。ここで、バイパス制御とは、エアをバイパスして供給する制御である。
【００６３】
具体的には、例えば、温度Ｔ１が所定の温度よりも低い場合には、バイパス実施判断部４１は、燃料電池１０の暖機を促進するために、バイパス制御を実施することを判断し、バイパス制御実施指令信号をバイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知部４５に出力する。また、温度Ｔ１が所定の温度以上となった場合には、燃料電池１０および加湿器２９を保護するために、バイパス制御を解除することを判断し、バイパス制御非実施指令信号をバイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知部４５に出力する。
【００６４】
バイパス弁制御部４２は、バイパス実施判断部４１による判断に応じて、バイパス弁３２に指令信号を出力し、バイパス弁３２を開閉制御する。具体的には、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合には、バイパス弁制御部４２は、バイパス弁３２に閉指令信号を出力し、バイパス弁３２を閉じた状態にする。また、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を解除すると判断された場合には、バイパス弁制御部４２は、バイパス弁３２に開指令信号を出力し、バイパス弁３２を開いた状態にする。
【００６５】
リリーフ弁制御部４３は、バイパス実施判断部４１による判断に応じて、リリーフ弁３５１に指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を開閉制御する。具体的には、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合には、リリーフ弁制御部４３は、リリーフ弁３５１に開指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を開いた状態にする。また、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を解除すると判断された場合には、リリーフ弁制御部４３は、リリーフ弁３５１に閉指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を閉じた状態にする。
【００６６】
故障検知部４５は、圧力センサ３５２で検出した圧力値Ｐの変動に基づいて、リリーフ弁３５１の故障を検知する。故障検知部４５は、圧力値Ｐに基づいてリリーフ弁３５１の故障を検知するための故障判断テーブルを備える。
【００６７】
図４は、故障判断テーブルを示す図である。
故障検知部４５は、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合、および、バイパス制御を解除すると判断された場合に、圧力値Ｐを参照し、この圧力値Ｐと予め設定された判定値とを比較することにより、リリーフ弁３５１が故障したか否かを判断する。
【００６８】
上述のように、バイパス制御を実施する場合、バイパス弁３２には閉指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には開指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１が正常に動作し開いた状態になると、圧力値Ｐは大気圧と略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が閉故障し、閉じた状態から開いた状態に動作しない場合には、圧力値Ｐは、背圧導入管３４内の圧力値と略等しくなる。背圧導入管３４内は圧縮機２１により圧縮されたエアで満たされているため、圧力値Ｐは、燃料電池１０の運転状態により異なるものの大気圧よりも高くなる。
【００６９】
また、バイパス制御を解除する場合、バイパス弁３２には開指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には閉指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１が正常に動作し閉じた状態になると、圧力値Ｐは、背圧導入管３４内の圧力値と略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が開故障し、開いた状態から閉じた状態に動作しない場合には、圧力値Ｐは大気圧と略等しくなる。
【００７０】
そこで、大気圧よりも大きな値に設定され、かつ、燃料電池１０の運転状態に基づいて設定された圧力値を、判定値とすることにより、リリーフ弁３５１の故障を判断することができる。
【００７１】
具体的には、図４に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部４５は、圧力値Ｐが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定し、圧力値Ｐが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が閉故障したと判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部４５は、圧力値Ｐが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が開故障したと判定し、圧力値Ｐが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定する。
【００７２】
ここで、上述の判定値は、燃料電池１０の運転状態に基づいて設定された圧力値であるとしたが、これに限らず、流量センサ２７２で検出された体積流量Ｆに応じて補正してもよい。
【００７３】
次に、図５のフローチャートを参照して、制御装置４０によるバイパス機構３０の制御の手順について説明する。
Ｓ１１において、バイパス制御を実施するか否かを判断する。具体的には、上述のように、温度Ｔ１および電流Ｉ１に基づいて燃料電池１０の状態を判断し、バイパス制御を実施するか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合はＳ１３に移り、ＮＯの場合はＳ１２に移る。
Ｓ１２では、バイパス制御を解除すると判断されたことに応じて、バイパス弁３２に開指令信号を出力しバイパス弁３２を開いた状態にし、かつ、リリーフ弁３５１に閉指令信号を出力しリリーフ弁３５１を閉じた状態にし、Ｓ１４に移る。
Ｓ１３では、バイパス制御を実施すると判断されたことに応じて、バイパス弁３２に閉指令信号を出力しバイパス弁３２を閉じた状態にし、かつ、リリーフ弁３５１に開指令信号を出力しリリーフ弁３５１を開いた状態にし、Ｓ１４に移る。
Ｓ１４では、故障判断処理を行い、バイパス機構３０の制御処理を終了する。このステップでは、具体的には、図４に示す故障判断テーブルを参照して、リリーフ弁３５１の故障を検知する。
【００７４】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図６および図７を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係るバイパス機構３０Ａの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る燃料電池システムは、バイパス機構３０Ａの構成、および、故障検知部の構成が、上記第１実施形態に係る燃料電池システム１と異なる。具体的には、本実施形態では、圧力センサ３５２Ａが検出する圧力の位置が、第１実施形態と異なる。
【００７６】
図６に示すように、大気開放管３５には、圧力検出手段としての圧力センサ３５２Ａが設けられている。この圧力センサ３５２Ａは、リリーフ弁３５１よりも外部側についての大気開放管３５の内圧ＰＡを検出し、制御装置へ出力する。
【００７７】
図７は、本実施形態に係る制御装置の故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
本実施形態に係る故障判断テーブルでは、故障を判定する条件とその判定結果との対応が、第１実施形態と異なる。
【００７８】
具体的には、図７に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部は、圧力値ＰＡが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が閉故障したと判定し、圧力値ＰＡが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部は、圧力値ＰＡが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定し、圧力値ＰＡが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が開故障したと判定する。
【００７９】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。
以下の第３実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００８０】
図８は、本実施形態に係るバイパス機構３０Ｂの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る燃料電池システムは、バイパス機構３０Ｂの構成、および、制御装置４０Ｂの構成が、上記第１実施形態に係る燃料電池システム１と異なる。具体的には、本実施形態の燃料電池システムは、第２の温度検出手段としての上流温度センサ２３５Ｂ、第１の温度検出手段としての下流温度センサ２３６Ｂ、および開度センサ３２１Ｂを備える点が、第１実施形態と異なる。
【００８１】
図８に示すように、エア供給管２３には、上流温度センサ２３５Ｂ、下流温度センサ２３６Ｂ、および、開度センサ３２１Ｂが設けられている。上流温度センサ２３５Ｂは、エア供給管２３のうち冷却器２２よりも上流側の温度ＴＵＢを検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。下流温度センサ２３６Ｂは、バイパス管３１の下流側の温度ＴＤＢを検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。開度センサ３２１Ｂは、バイパス弁３２の開度を検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。
【００８２】
図９は、制御装置４０Ｂの構成を示すブロック図である。
故障検知部４５Ｂは、下流温度センサ２３６Ｂで検出した温度ＴＤＢの変動に基づいて、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知する。故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢに基づいてリリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知するための故障判断テーブルを備える。
【００８３】
図１０は、故障検知部４５Ｂの故障判断テーブルを示す図である。
故障検知部４５Ｂは、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合、および、バイパス制御を解除すると判断された場合に、温度ＴＤＢを参照し、この温度ＴＤＢと設定された判定値とを比較することにより、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２が故障したか否かを判断する。
【００８４】
上述のように、バイパス制御を実施する場合、バイパス弁３２には閉指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には開指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常に動作すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢと略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が閉故障またはバイパス弁３２が開故障した場合は、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢより小さくなる。
【００８５】
また、バイパス制御を解除する場合、バイパス弁３２には開指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には閉指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常に動作すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢより小さくなる。
一方、リリーフ弁３５１が開故障またはがバイパス弁３２が閉故障すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢと略等しくなる。
【００８６】
そこで、上流温度センサ２３５Ｂで検出された温度ＴＵＢを判定値として設定することにより、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を判断することができる。
【００８７】
具体的には、図１０に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常であると判定し、温度ＴＤＢが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が閉故障またはバイパス弁３２が開故障したと判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が開故障またはバイパス弁３２が閉故障したと判定し、温度ＴＤＢが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常であると判定する。
【００８８】
またここで、上述のようにしてリリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知した場合には、故障検知部４５Ｂは、開度センサ３２１Ｂにより検出された開度を参照することにより、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２のどちらが故障したかを判別する。つまり、開度センサ３２１Ｂにより検出された開度を参照することにより、バイパス弁３２が正常に作動したか否かを判別することができるので、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２のどちらが故障したかを判別することができる。
【００８９】
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、改良などは本発明に含まれるものである。
【００９０】
第３実施形態では、冷却器２２の上流に設けられた上流温度センサ２３５Ｂにより検出された温度ＴＵＢにより、故障検知に用いる判定値としたが、これに限るものではない。例えば、外気の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサで検出された温度と、圧縮機の圧縮比とに基づいて冷却器２２の上流の温度を推定し、これを故障検知に用いる判定値としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図３】前記実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【図５】前記実施形態に係る制御装置におけるバイパス機構の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図７】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図９】前記実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ 供給装置
２１ 圧縮機（反応ガス供給機）
２２ 冷却器（状態変化装置）
２３ エア供給管（主流路）
２３５Ｂ 上流温度センサ（第２の温度検出手段）
２３６Ｂ 下流温度センサ（第１の温度検出手段）
２９ 加湿器
３０，３０Ａ，３０Ｂ バイパス機構
３１ バイパス管（バイパス流路）
３２ バイパス弁（遮断弁）
３３ チェックバルブ
３４ 背圧導入管（第１の連結流路）
３５ 大気開放管（第２の連結流路）
３５１ リリーフ弁（リリーフ弁）
３５２ 圧力センサ（圧力検出手段）
４０，４０Ｂ 制御装置
４５，４５Ｂ 故障検知部（故障検知手段）
３５２，３５２Ａ 圧力センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。詳しくは、エアを冷却する冷却器をバイパスする機能を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
燃料電池は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。ここで、各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
【０００４】
この燃料電池のアノード電極に反応ガスとしての水素ガスを供給し、カソード電極に反応ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、電気化学反応により発電する。この発電時に生成されるのは、基本的に無害な水だけであるため、環境への影響や利用効率の観点から、燃料電池が注目されている。
【０００５】
ここで、カソード電極に供給される空気は、従来より、大気中の空気から取り込んだものが用いられる。具体的には、燃料電池システムに圧縮機を設け、この圧縮機で大気中の空気を圧送することにより、発電に必要な量の空気をカソード電極に供給する。しかしながら、圧縮されてその温度が上昇した空気を燃料電池に供給し続けると、上述の電解質膜が劣化してしまうため、空気が流れる通路上には、圧縮された空気を冷却する冷却器が設けられる。
【０００６】
ところで、燃料電池システムを低温始動する場合には、安定した発電が可能となるまで、燃料電池を暖気する必要がある。そこで、特許文献１には、冷却器を迂回するバイパス通路と、冷却器を介して空気を供給する状態、およびバイパス通路を介して空気を供給する状態を切り換えるバイパス弁と、を備える燃料電池システムが示されている。
【０００７】
この燃料電池システムによれば、低温始動する際には、バイパス弁を作動させて、圧縮された空気を、バイパス通路を流通させて燃料電池に供給することにより、燃料電池の暖機を促進することができる。
【特許文献１】特開２００３−２０８９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば、暖機が終了し、バイパス通路を介して空気を供給する状態から、冷却器を介して空気を供給する状態に切り換える際に、バイパス弁が故障すると、圧縮されて温度が上昇した空気が燃料電池に供給され続けることとなる。このような状態で燃料電池の発電を継続すると、燃料電池や加湿器などといった、バイパス通路の下流に設けられたデバイスの温度が上昇してしまい、これらデバイスが劣化してしまうおそれがある。このため、バイパス弁の故障を早期に検出できる燃料電池システムの開発が望まれていた。
【０００９】
本発明は、冷却器を迂回するバイパス通路を備える燃料電池システムであって、空気の流路を切り換える弁の故障を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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、反応ガス（例えば、後述の水素ガスおよびエア）により発電を行う燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路（例えば、後述のエア供給管２３）と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機（例えば、後述の圧縮機２１）と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置（例えば、後述の冷却器２２）と、前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路（例えば、後述のバイパス管３１）と、前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁（例えば、後述のバイパス弁３２）と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブ（例えば、後述のチェックバルブ３３）と、前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路（例えば、後述の背圧導入管３４）と、を備える燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）であって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路（例えば、後述の大気開放管３５）と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁（例えば、後述のリリーフ弁３５１）と、前記リリーフ弁よりも前記第１の連結流路側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３５２）と、当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段（例えば、後述の故障検知部４５）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、チェックバルブには、反応ガス供給機から供給されたガスの圧力が作動圧として導入され、さらに主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が第１の連結流路を通って背圧として導入される。ここで、第２の連結流路およびリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を閉じた状態では、チェックバルブに対して、主流路の状態変化装置よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁を開くことにより、第１の連結流路を大気に開放して、チェックバルブに大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。これにより、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることで、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、状態変化装置を介して導入したりできる。
【００１２】
また、チェックバルブを開くためにリリーフ弁を開いた場合、これに伴い、第２の連結流路の内圧は大きく変動する。ここで、リリーフ弁が故障し、開かなかった場合には、第２の連結流路の内圧は変化することがない。本発明によれば、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【００１３】
この場合、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することが好ましい。
【００１４】
遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁が閉故障した場合には、圧力検出手段により大気圧よりも高い圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の閉故障が検知される。
【００１５】
この場合、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することが好ましい。
【００１６】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは冷却器を介して導入される。ここで、リリーフ弁が開故障した場合には、圧力検出手段により大気圧と略等しい圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の開故障が検知される。
【００１７】
本発明の燃料電池システムは、反応ガスにより発電を行う燃料電池と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、前記リリーフ弁よりも前記外部側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段（例えば、後述の圧力センサ３５２Ａ）と、当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、チェックバルブを開くためにリリーフ弁を開いた場合、これに伴い、第２の連結流路の内圧は大きく変動する。ここで、リリーフ弁が故障し、開かなかった場合には、第２の連結流路の内圧は変化することがない。本発明によれば、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【００１９】
この場合、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することが好ましい。
【００２０】
遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁が閉故障した場合には、圧力検出手段により大気圧と略等しい圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の閉故障が検知される。
【００２１】
この場合、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することが好ましい。
【００２２】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは状態変化装置を介して導入される。ここで、リリーフ弁が開故障した場合には、圧力検出手段により大気圧よりも高い圧力値が検出されることとなる。この発明によれば、この圧力の変動に基づいてリリーフ弁の開故障が検知される。
【００２３】
本発明の燃料電池システムは、反応ガスにより発電を行う燃料電池と、反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスを冷却する冷却器と、前記主流路のうち前記冷却器の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、前記主流路に設けられ、前記冷却器を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、前記主流路の前記冷却器よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、前記主流路のうち前記バイパス流路の下流側の温度を検出する第１の温度検出手段（例えば、後述の下流温度センサ２３６Ｂ）と、当該第１の温度検出手段で検出した温度の変動に基づいて、前記リリーフ弁または前記遮断弁の故障を検知する故障検知手段（例えば、後述の故障検知部４５Ｂ）と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、チェックバルブには、反応ガス供給機から供給されたガスの圧力が作動圧として導入され、さらに主流路の冷却器よりも下流側の圧力が第１の連結流路を通って背圧として導入される。ここで、第２の連結流路およびリリーフ弁を設けたので、リリーフ弁を閉じた状態では、チェックバルブに対して、主流路の冷却器よりも下流側の圧力が背圧として導入される。この状態から、リリーフ弁を開くことにより、第１の連結流路を大気に開放して、チェックバルブに大気圧を背圧として導入できる。つまり、リリーフ弁を開くことにより、チェックバルブに導入される背圧を補助して、作動圧と背圧との差分を大きくできる。その結果、わずかな作動圧でチェックバルブを開くことができる。これにより、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることで、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、冷却器を介して導入したりできる。
【００２５】
ここで、リリーフ弁および遮断弁を動作させることにより、ガスを、冷却器を介して燃料電池に導入したり、または、バイパス流路を介して燃料電池に導入したりすると、バイパス流路の下流側の温度が大きく変動する。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障し、ガスの流路が切り換わらなかった場合には、バイパス流路の下流側の温度は変化することがない。本発明によれば、このバイパス流路の下流側の温度の変動を第１の温度検出手段で検出し、この温度の変動に基づいて、リリーフ弁または遮断弁の故障を検知することができる。
【００２６】
この場合、前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段（例えば、後述の上流温度センサ２３５Ｂ）をさらに備え、前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度よりも低い場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することが好ましい。
【００２７】
この発明によれば、遮断弁を閉じるとともにリリーフ弁を開くと、ガスはバイパス流路を介して導入される。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障した場合には、第１の温度検出手段により検出される温度は、冷却器の上流の温度よりも低くなる。この発明によれば、この温度の変動に基づいてリリーフ弁または遮断弁の故障が検知される。
【００２８】
この場合、前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段（例えば、後述の上流温度センサ２３５Ｂ）をさらに備え、前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記冷却器に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度以上である場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することが好ましい。
【００２９】
遮断弁を開くとともにリリーフ弁を閉じると、ガスは冷却器を介して導入される。ここで、リリーフ弁または遮断弁が故障した場合には、第１の温度検出手段により検出される温度は、冷却器の上流の温度以上となる。この発明によれば、この温度の変動に基づいてリリーフ弁または遮断弁の故障が検知される。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、遮断弁を作動させるとともに、リリーフ弁を作動させることにより、内圧と背圧との差分を大きくしてチェックバルブを開き、ガスをバイパスして燃料電池に導入したり、状態変化装置を介して導入したりできる。また、この第２の連結流路の内圧を圧力検出手段により検出し、この圧力の変動に基づいて、リリーフ弁の故障を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３２】
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、この燃料電池１０に反応ガスとしての水素ガスおよびエア（空気）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４０とを有する。
【００３３】
燃料電池１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陽極）およびカソード電極（陰極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このような燃料電池１０は、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００３４】
燃料電池１０は、この燃料電池１０の出力を制限する電流制限器（ＶＣＵ）１２を介して、モータ１３や高圧バッテリ（図示せず）に接続されている。燃料電池１０で発電された電力は、モータ１３および高圧バッテリに供給される。電流制限器１２は、制御装置４０から出力される電流制限値に基づいて、この電流制限値の範囲内で燃料電池１０から取り出される電流を制限しながら、燃料電池１０の電力をモータ１３や高圧バッテリに供給する。
【００３５】
また、燃料電池１０には、スタック温度センサ１５、および、スタック電流センサ１６が設けられている。スタック温度センサ１５は、燃料電池１０の温度Ｔ１を検出し、制御装置４０へ出力する。また、スタック電流センサ１６は、燃料電池１０の発電電流Ｉ１を検出し、制御装置４０へ出力する。
【００３６】
供給装置２０は、燃料電池１０のカソード電極側にエアを供給する反応ガス供給機としての圧縮機２１と、アノード電極側に水素ガスを供給するエゼクタ２８と、を含んで構成される。
【００３７】
エゼクタ２８は、燃料電池１０のアノード電極側をその経路に含む水素循環路２５上に設けられ、図示しない水素タンクから供給された水素ガスを、この水素循環路２５上で循環させる。また、この水素循環路２５には、この水素循環路２５内のガスを外部に排出する水素排出路２６が分岐して形成されている。この水素排出路２６の先端側には、パージ弁２６１が設けられている。
【００３８】
圧縮機２１は、主流路としてのエア供給管２３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。この圧縮機２１は、大気に開放されたエア導入管２７から導入されたエアを圧縮し、この圧縮したエアを、エア供給管２３を介して燃料電池１０に供給する。この圧縮機２１は、制御装置４０からの指令信号に応じて動作し、設定された圧縮比でエアを圧縮してエア供給管２３にエアを供給する。
【００３９】
また、この圧縮機２１の圧縮比とは、圧縮機２１前後の差圧比、すなわち、エア導入管２７内の圧力とエア供給管２３内の圧力との比であり、この圧縮比は、制御装置４０からの制御信号に応じて変更可能となっている。ここで、この圧縮機２１は、圧縮比を大きくするに従い、エア供給管２３内の圧力が上昇するようになっている。
【００４０】
また、エア導入管２７には、流量センサ２７２が設けられている。この流量センサ２７２は、エア導入管２７を流れるエアの体積流量Ｆを検出し、制御装置４０へ出力する。
【００４１】
燃料電池１０のカソード電極側には、エア供給管２３から導入されたエアを排出するエア排出管２４が接続され、このエア排出管２４の先端側には、背圧弁２４１が設けられる。
【００４２】
また、エア供給管２３には、圧縮機２１から燃料電池１０へ向かって順に、このエア供給管２３を流れるエアの状態を変化させる状態変化装置としての冷却器２２、および、このエア供給管２３を流れるエアを加湿する加湿器２９が設けられている。
【００４３】
冷却器２２は、熱交換器であり、圧縮機２１から供給されるエアを熱交換により冷却する。圧縮機２１で圧縮されたエアは、圧縮前の状態に比べて高温になるため、この高温のエアをそのまま加湿器２９や燃料電池１０などのデバイスに導入すると、これらデバイスが破損するおそれがある。特に、これらデバイスのうち、加湿器２９に設けられた後述の中空糸膜は、その耐熱温度すなわち使用許可温度が最も低くなっている。そこで、エア供給管２３に冷却器２２を設けることにより、高温に圧縮されたエアを冷却して、加湿器２９や燃料電池１０を保護する。
【００４４】
加湿器２９は、いわゆる中空糸膜を用いた加湿装置である。具体的にはこの加湿器２９は、水透過性の中空糸膜の束と、この中空糸膜束を収納するハウジングとを備える。加湿器２９導入されたエアは、ハウジング内部で中空糸膜束と水分交換して加湿される。燃料電池１０には、この加湿器２９により加湿されたエアが供給される。燃料電池１０における化学反応は上述のようにＭＥＡ膜で行われるが、このＭＥＡ膜の湿度がある程度確保できないと、イオンの交換が行われないため、この加湿器２９でエアを加湿することにより、ＭＥＡの湿度をある程度確保する。
【００４５】
ところで、この燃料電池システム１を始動する際、燃料電池１０が低温の状態にある場合は、この燃料電池１０を発電に適した温度まで暖機する必要がある。このため、燃料電池システム１を低温始動する際には、この暖機を促進するために、圧縮機２１で圧縮されたエアを冷却器２２で冷却せずに、そのまま加湿器２９および燃料電池１０に導入することが好ましい場合がある。そこで、エア供給管２３には、冷却器２２をバイパスするバイパス機構３０が設けられる。
【００４６】
図２は、バイパス機構３０の構成を示すブロック図である。
バイパス機構３０は、バイパス流路としてのバイパス管３１と、遮断弁としてのバイパス弁３２と、チェックバルブ３３と、第１の連結流路としての背圧導入管３４と、第２の連結流路としての大気開放管３５と、を備える。
【００４７】
バイパス管３１は、エア供給管２３に接続され、冷却器２２の上流側と下流側とを連通する。また、このバイパス管３１の流路は、エア供給管２３の流路よりも狭くなっている。
バイパス弁３２は、エア供給管２３のうち、冷却器２２の下流側で、かつ、バイパス管３１とエア供給管２３との合流地点よりも上流側に設けられ、冷却器２２を流れるエア量を調整する。
【００４８】
チェックバルブ３３は、バイパス管３１に設けられ、このバイパス管３１を開閉する。背圧導入管３４は、チェックバルブ３３に接続され、エア供給管２３の冷却器２２よりも下流側の内圧をチェックバルブ３３に背圧として導入する。また、この背圧導入管３４には、背圧導入管３４の流路を絞るオリフィス３４１が設けられている。
【００４９】
チェックバルブ３３は、バイパス管３１の内圧Ｐ１を作動圧として開閉する。より具体的には、チェックバルブ３３は、バイパス管３１の内圧Ｐ１と、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２との差分が所定値未満では閉じており、所定値以上になると開く。具体的には、チェックバルブ３３は、円筒状のバルブ本体３３１と、このバルブ本体の内部に進退可能に設けられたピストン３３２と、このピストンを付勢するばね機構３３３と、を備える。
【００５０】
バルブ本体３３１は、円筒状の第１円筒部３３４と、この第１円筒部３３４に接続された第２円筒部３３５と、を有する。この第１円筒部３３４と第２円筒部３３５との間には、ダイヤフラム３３６が設けられている。
ピストン３３２は、第２円筒部の内部に設けられ、第２円筒部の内部を仕切るダイヤフラム３３６と、このダイヤフラム３３６に設けられたロッド３３７と、を備える。
ばね機構３３３は、バルブ本体３３１を閉じる方向へピストン３３２を付勢する。
【００５１】
エア供給管２３は、バルブ本体３３１の第１円筒部３３４側の開口に接続され、背圧導入管３４は、バルブ本体３３１の第２円筒部３３５側の開口に接続され、バイパス管３１は、第１円筒部３３４のダイヤフラム３３６近傍に接続される。これにより、第１円筒部３３４の内部は、バイパス管３１の内圧Ｐ１となり、第２円筒部３３５の内部は、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２となっている。
【００５２】
このチェックバルブ３３の動作は、以下のようになる。
すなわち、このチェックバルブ３３では、Ｐ１とＰ２の差分が所定値未満の場合、ばね機構３３３により、バルブ本体３３１を閉じる方向へピストン３３２が付勢されることで、ダイヤフラム３３６により第１円筒部３３４が閉塞される。これにより、バイパス管３１は閉じた状態となる。
一方、Ｐ１とＰ２の差分が所定値以上になると、この差圧により、ばね機構３３３の付勢力に抵抗して、ピストン３３２が後退し、バルブ本体３３１を開く。これにより、バイパス管３１は開いた状態となる。
【００５３】
大気開放管３５は、背圧導入管３４と大気圧に開放された外部とを連通する。リリーフ弁３５１は、大気開放管３５に設けられ、この大気開放管３５を開閉する。すなわち、このリリーフ弁３５１を開き、背圧導入管３４を外部と連通することで、チェックバルブ３３の背圧Ｐ２を大気圧近傍に下げて、Ｐ１とＰ２の差分を大きくし、チェックバルブ３３の動作を補助することができる。
【００５４】
また、大気開放管３５には、圧力検出手段としての圧力センサ３５２が設けられている。この圧力センサ３５２は、リリーフ弁３５１よりも背圧導入管３４側についての大気開放管３５の内圧Ｐを検出し、制御装置４０へ出力する。
【００５５】
次に、以上のように構成されたバイパス機構３０の動作について説明する。
圧縮機２１で圧縮されたエアを、バイパス管３１に流通させる場合には、バイパス弁３２を閉じるとともにリリーフ弁３５１を開く。
すると、背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２は、大気圧に近い圧力となる。これに対し、内圧Ｐ１は、圧縮機２１で圧縮されたエアの圧力であるため、大気圧よりも高くなっている。よって、これらＰ１およびＰ２に大きな差分が生じ、チェックバルブ３３は、開いた状態で保持されることとなる。したがって、バイパス管３１は開いた状態で保持され、エアはバイパス管３１を流通する。
燃料電池システム１を低温始動する際には、上述のようにバイパス弁３２を閉じかつリリーフ弁３５１を開いた状態にして、冷却器２２を迂回してエアを供給することにより、燃料電池１０の暖機を促進できる。
【００５６】
また、圧縮機２１で圧縮されたエアを、冷却器２２を流通させる場合には、バイパス弁３２を開くとともにリリーフ弁３５１を閉じる。
すると、圧縮機２１で圧縮されたエアは、エア供給管２３を流通する。この状態では、バイパス管３１の内圧Ｐ１と背圧導入管３４で導入された背圧Ｐ２は、略等しくなり、チェックバルブ３３は閉じた状態で保持される。したがって、バイパス管３１は閉じた状態となり、エアは冷却器２２のみを流通することになる。
燃料電池システム１を通常運転する際には、上述のようにバイパス弁３２を開きかつリリーフ弁３５１を閉じた状態にして、冷却器２２を経由してエアを供給することにより、加湿器２９および燃料電池１０を耐熱温度以下の状態にして運転を継続させることができる。
【００５７】
ところで、燃料電池システム１を始動させた直後、燃料電池１０の暖機を行っている間などは、エアの流量が特に少なくなっているため、バイパス管３１における圧損が小さくＰ１とＰ２との差分も小さくなり、チェックバルブ３３が開きにくくなる場合がある。そこで、上述のように、バイパス弁３２を閉じるとともに、リリーフ弁３５１を開き、このＰ１とＰ２との差分を大きくすることで、チェックバルブ３３を確実に動作させることができる。また、エアの流量が多い場合であっても、リリーフ弁３５１を開き、Ｐ１とＰ２との差分を大きくすることで、チェックバルブ３３における圧損を低減できる。これにより圧縮機２１の消費電力を低減できる。
【００５８】
図１に戻って、制御装置４０には、この制御装置４０から出力される制御信号に基づいて駆動するデバイスとして、上述のＶＣＵ１２、圧縮機２１、背圧弁２４１、パージ弁２６１、バイパス弁３２などが接続されている。
【００５９】
制御装置４０には、図示しないイグニッションスイッチが接続される。このイグニッションスイッチは、燃料電池車の運転席に設けられており、運転者の操作に従って、オン／オフ信号を制御装置４０に送信する。制御装置４０は、イグニッションスイッチのオン／オフに従って、燃料電池１０の発電を行う。
【００６０】
ここで、イグニッションスイッチがオンにされたことに基づいて、制御装置４０により、燃料電池１０で発電する手順は、以下のようになる。
すなわち、図示しない水素タンクから、エゼクタ２８を介して、燃料電池１０のアノード側に水素ガスを供給する。また、圧縮機２１を駆動させることにより、エア供給管２３を介して、燃料電池１０のカソード側にエアを供給する。
燃料電池１０に供給された水素ガスおよびエアは、発電に供された後、燃料電池１０からアノード側の生成水等の残留水とともに、水素排出路２６およびエア排出管２４に流入する。これら水素ガスおよびエアは、図示しない排ガス処理装置で処理されて、外部に排出される。
【００６１】
図３は、制御装置４０の構成を示すブロック図である。
制御装置４０は、バイパス実施判断部４１、バイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知手段としての故障検知部４５を備え、上述のようにして燃料電池１０で発電を行う他、バイパス機構３０を制御することが可能となっている。
【００６２】
バイパス実施判断部４１は、スタック温度センサ１５で検出された温度Ｔ１およびスタック電流センサ１６で検出された電流Ｉ１に基づいて燃料電池１０の状態を判断し、バイパス制御を実施するか、または、バイパス制御を解除（非実施）するかを判断する。ここで、バイパス制御とは、エアをバイパスして供給する制御である。
【００６３】
具体的には、例えば、温度Ｔ１が所定の温度よりも低い場合には、バイパス実施判断部４１は、燃料電池１０の暖機を促進するために、バイパス制御を実施することを判断し、バイパス制御実施指令信号をバイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知部４５に出力する。また、温度Ｔ１が所定の温度以上となった場合には、燃料電池１０および加湿器２９を保護するために、バイパス制御を解除することを判断し、バイパス制御非実施指令信号をバイパス弁制御部４２、リリーフ弁制御部４３、および故障検知部４５に出力する。
【００６４】
バイパス弁制御部４２は、バイパス実施判断部４１による判断に応じて、バイパス弁３２に指令信号を出力し、バイパス弁３２を開閉制御する。具体的には、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合には、バイパス弁制御部４２は、バイパス弁３２に閉指令信号を出力し、バイパス弁３２を閉じた状態にする。また、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を解除すると判断された場合には、バイパス弁制御部４２は、バイパス弁３２に開指令信号を出力し、バイパス弁３２を開いた状態にする。
【００６５】
リリーフ弁制御部４３は、バイパス実施判断部４１による判断に応じて、リリーフ弁３５１に指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を開閉制御する。具体的には、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合には、リリーフ弁制御部４３は、リリーフ弁３５１に開指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を開いた状態にする。また、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を解除すると判断された場合には、リリーフ弁制御部４３は、リリーフ弁３５１に閉指令信号を出力し、リリーフ弁３５１を閉じた状態にする。
【００６６】
故障検知部４５は、圧力センサ３５２で検出した圧力値Ｐの変動に基づいて、リリーフ弁３５１の故障を検知する。故障検知部４５は、圧力値Ｐに基づいてリリーフ弁３５１の故障を検知するための故障判断テーブルを備える。
【００６７】
図４は、故障判断テーブルを示す図である。
故障検知部４５は、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合、および、バイパス制御を解除すると判断された場合に、圧力値Ｐを参照し、この圧力値Ｐと予め設定された判定値とを比較することにより、リリーフ弁３５１が故障したか否かを判断する。
【００６８】
上述のように、バイパス制御を実施する場合、バイパス弁３２には閉指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には開指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１が正常に動作し開いた状態になると、圧力値Ｐは大気圧と略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が閉故障し、閉じた状態から開いた状態に動作しない場合には、圧力値Ｐは、背圧導入管３４内の圧力値と略等しくなる。背圧導入管３４内は圧縮機２１により圧縮されたエアで満たされているため、圧力値Ｐは、燃料電池１０の運転状態により異なるものの大気圧よりも高くなる。
【００６９】
また、バイパス制御を解除する場合、バイパス弁３２には開指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には閉指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１が正常に動作し閉じた状態になると、圧力値Ｐは、背圧導入管３４内の圧力値と略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が開故障し、開いた状態から閉じた状態に動作しない場合には、圧力値Ｐは大気圧と略等しくなる。
【００７０】
そこで、大気圧よりも大きな値に設定され、かつ、燃料電池１０の運転状態に基づいて設定された圧力値を、判定値とすることにより、リリーフ弁３５１の故障を判断することができる。
【００７１】
具体的には、図４に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部４５は、圧力値Ｐが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定し、圧力値Ｐが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が閉故障したと判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部４５は、圧力値Ｐが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が開故障したと判定し、圧力値Ｐが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定する。
【００７２】
ここで、上述の判定値は、燃料電池１０の運転状態に基づいて設定された圧力値であるとしたが、これに限らず、流量センサ２７２で検出された体積流量Ｆに応じて補正してもよい。
【００７３】
次に、図５のフローチャートを参照して、制御装置４０によるバイパス機構３０の制御の手順について説明する。
Ｓ１１において、バイパス制御を実施するか否かを判断する。具体的には、上述のように、温度Ｔ１および電流Ｉ１に基づいて燃料電池１０の状態を判断し、バイパス制御を実施するか否かを判断する。この判断がＹＥＳの場合はＳ１３に移り、ＮＯの場合はＳ１２に移る。
Ｓ１２では、バイパス制御を解除すると判断されたことに応じて、バイパス弁３２に開指令信号を出力しバイパス弁３２を開いた状態にし、かつ、リリーフ弁３５１に閉指令信号を出力しリリーフ弁３５１を閉じた状態にし、Ｓ１４に移る。
Ｓ１３では、バイパス制御を実施すると判断されたことに応じて、バイパス弁３２に閉指令信号を出力しバイパス弁３２を閉じた状態にし、かつ、リリーフ弁３５１に開指令信号を出力しリリーフ弁３５１を開いた状態にし、Ｓ１４に移る。
Ｓ１４では、故障判断処理を行い、バイパス機構３０の制御処理を終了する。このステップでは、具体的には、図４に示す故障判断テーブルを参照して、リリーフ弁３５１の故障を検知する。
【００７４】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態について、図６および図７を参照して説明する。
以下の第２実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係るバイパス機構３０Ａの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る燃料電池システムは、バイパス機構３０Ａの構成、および、故障検知部の構成が、上記第１実施形態に係る燃料電池システム１と異なる。具体的には、本実施形態では、圧力センサ３５２Ａが検出する圧力の位置が、第１実施形態と異なる。
【００７６】
図６に示すように、大気開放管３５には、圧力検出手段としての圧力センサ３５２Ａが設けられている。この圧力センサ３５２Ａは、リリーフ弁３５１よりも外部側についての大気開放管３５の内圧ＰＡを検出し、制御装置へ出力する。
【００７７】
図７は、本実施形態に係る制御装置の故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
本実施形態に係る故障判断テーブルでは、故障を判定する条件とその判定結果との対応が、第１実施形態と異なる。
【００７８】
具体的には、図７に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部は、圧力値ＰＡが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が閉故障したと判定し、圧力値ＰＡが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部は、圧力値ＰＡが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が正常であると判定し、圧力値ＰＡが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が開故障したと判定する。
【００７９】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態について、図８から図１０を参照して説明する。
以下の第３実施形態の説明にあたって、第１実施形態と同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
【００８０】
図８は、本実施形態に係るバイパス機構３０Ｂの構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る燃料電池システムは、バイパス機構３０Ｂの構成、および、制御装置４０Ｂの構成が、上記第１実施形態に係る燃料電池システム１と異なる。具体的には、本実施形態の燃料電池システムは、第２の温度検出手段としての上流温度センサ２３５Ｂ、第１の温度検出手段としての下流温度センサ２３６Ｂ、および開度センサ３２１Ｂを備える点が、第１実施形態と異なる。
【００８１】
図８に示すように、エア供給管２３には、上流温度センサ２３５Ｂ、下流温度センサ２３６Ｂ、および、開度センサ３２１Ｂが設けられている。上流温度センサ２３５Ｂは、エア供給管２３のうち冷却器２２よりも上流側の温度ＴＵＢを検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。下流温度センサ２３６Ｂは、バイパス管３１の下流側の温度ＴＤＢを検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。開度センサ３２１Ｂは、バイパス弁３２の開度を検出し、制御装置４０Ｂへ出力する。
【００８２】
図９は、制御装置４０Ｂの構成を示すブロック図である。
故障検知部４５Ｂは、下流温度センサ２３６Ｂで検出した温度ＴＤＢの変動に基づいて、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知する。故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢに基づいてリリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知するための故障判断テーブルを備える。
【００８３】
図１０は、故障検知部４５Ｂの故障判断テーブルを示す図である。
故障検知部４５Ｂは、バイパス実施判断部４１によりバイパス制御を実施すると判断された場合、および、バイパス制御を解除すると判断された場合に、温度ＴＤＢを参照し、この温度ＴＤＢと設定された判定値とを比較することにより、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２が故障したか否かを判断する。
【００８４】
上述のように、バイパス制御を実施する場合、バイパス弁３２には閉指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には開指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常に動作すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢと略等しくなる。
一方、リリーフ弁３５１が閉故障またはバイパス弁３２が開故障した場合は、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢより小さくなる。
【００８５】
また、バイパス制御を解除する場合、バイパス弁３２には開指令信号が出力され、リリーフ弁３５１には閉指令信号が出力される。
この際、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常に動作すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢより小さくなる。
一方、リリーフ弁３５１が開故障またはがバイパス弁３２が閉故障すると、温度ＴＤＢは、温度ＴＵＢと略等しくなる。
【００８６】
そこで、上流温度センサ２３５Ｂで検出された温度ＴＵＢを判定値として設定することにより、リリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を判断することができる。
【００８７】
具体的には、図１０に示すように、バイパス制御を実施する際において、故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常であると判定し、温度ＴＤＢが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１が閉故障またはバイパス弁３２が開故障したと判定する。
また、バイパス制御を解除する際において、故障検知部４５Ｂは、温度ＴＤＢが判定値以上である場合にはリリーフ弁３５１が開故障またはバイパス弁３２が閉故障したと判定し、温度ＴＤＢが判定値より小さい場合にはリリーフ弁３５１およびバイパス弁３２が正常であると判定する。
【００８８】
またここで、上述のようにしてリリーフ弁３５１またはバイパス弁３２の故障を検知した場合には、故障検知部４５Ｂは、開度センサ３２１Ｂにより検出された開度を参照することにより、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２のどちらが故障したかを判別する。つまり、開度センサ３２１Ｂにより検出された開度を参照することにより、バイパス弁３２が正常に作動したか否かを判別することができるので、リリーフ弁３５１およびバイパス弁３２のどちらが故障したかを判別することができる。
【００８９】
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、改良などは本発明に含まれるものである。
【００９０】
第３実施形態では、冷却器２２の上流に設けられた上流温度センサ２３５Ｂにより検出された温度ＴＵＢにより、故障検知に用いる判定値としたが、これに限るものではない。例えば、外気の温度を検出する温度センサを設け、この温度センサで検出された温度と、圧縮機の圧縮比とに基づいて冷却器２２の上流の温度を推定し、これを故障検知に用いる判定値としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図３】前記実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【図５】前記実施形態に係る制御装置におけるバイパス機構の制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図７】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るバイパス機構の構成を示すブロック図である。
【図９】前記実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】前記実施形態に係る故障検知部の故障判断テーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ 供給装置
２１ 圧縮機（反応ガス供給機）
２２ 冷却器（状態変化装置）
２３ エア供給管（主流路）
２３５Ｂ 上流温度センサ（第２の温度検出手段）
２３６Ｂ 下流温度センサ（第１の温度検出手段）
２９ 加湿器
３０，３０Ａ，３０Ｂ バイパス機構
３１ バイパス管（バイパス流路）
３２ バイパス弁（遮断弁）
３３ チェックバルブ
３４ 背圧導入管（第１の連結流路）
３５ 大気開放管（第２の連結流路）
３５１ リリーフ弁（リリーフ弁）
３５２ 圧力センサ（圧力検出手段）
４０，４０Ｂ 制御装置
４５，４５Ｂ 故障検知部（故障検知手段）
３５２，３５２Ａ 圧力センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、
前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁よりも前記第１の連結流路側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段と、
当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと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。
【請求項３】
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が開故障したと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。
【請求項４】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、
前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁よりも前記外部側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段と、
当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスを冷却する冷却器と、
前記主流路のうち前記冷却器の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記冷却器を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記冷却器よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記主流路のうち前記バイパス流路の下流側の温度を検出する第１の温度検出手段と、
当該第１の温度検出手段で検出した温度の変動に基づいて、前記リリーフ弁または前記遮断弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度よりも低い場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記冷却器に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度以上である場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、
前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁よりも前記第１の連結流路側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段と、
当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと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。
【請求項３】
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が開故障したと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。
【請求項４】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスの状態を変化させる状態変化装置と、
前記主流路のうち前記状態変化装置の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記状態変化装置を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記状態変化装置よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記リリーフ弁よりも前記外部側についての前記第２の連結流路の内圧を検出する圧力検出手段と、
当該圧力検出手段で検出した圧力の変動に基づいて、前記リリーフ弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値より小さい場合には、前記リリーフ弁が閉故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記状態変化装置に導入する際において、前記故障検知手段は、前記圧力検出手段で検出した圧力値が前記燃料電池の運転状態に基づいて設定された大気圧以上の所定の圧力値以上である場合には、前記リリーフ弁が開故障したと判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
反応ガスにより発電を行う燃料電池と、
反応ガスを前記燃料電池に導入する主流路と、
反応ガスを、前記主流路を介して前記燃料電池に供給する反応ガス供給機と、
当該主流路に設けられ、当該主流路を流れる反応ガスを冷却する冷却器と、
前記主流路のうち前記冷却器の上流側と下流側とを連通するバイパス流路と、
前記主流路に設けられ、前記冷却器を流れる反応ガス量を調整する遮断弁と、
前記バイパス流路に開閉可能に設けられ、当該バイパス流路の内圧と背圧との差分が所定値以上になると開くチェックバルブと、
前記主流路の前記冷却器よりも下流側の内圧を、前記チェックバルブの背圧として導入する第１の連結流路と、を備える燃料電池システムであって、
前記第１の連結流路と外部とを連通する第２の連結流路と、
当該第２の連結流路に設けられて、当該第２の連結流路を開閉するリリーフ弁と、
前記主流路のうち前記バイパス流路の下流側の温度を検出する第１の温度検出手段と、
当該第１の温度検出手段で検出した温度の変動に基づいて、前記リリーフ弁または前記遮断弁の故障を検知する故障検知手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
前記遮断弁を閉じるとともに前記リリーフ弁を開いて、反応ガスを前記バイパス流路に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度よりも低い場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記主流路のうち前記冷却器よりも上流側の温度を検出する第２の温度検出手段をさらに備え、
前記遮断弁を開くとともに前記リリーフ弁を閉じて、反応ガスを前記冷却器に導入する際において、前記故障検知手段は、前記第１の温度検出手段で検出した温度が前記第２の温度検出手段で検出した温度以上である場合には、前記リリーフ弁または前記遮断弁が故障したと判定することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−４１６８（Ｐ２００９−４１６８Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６２７２９（Ｐ２００７−１６２７２９）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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