(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜、前記電解質膜を挟んで対向配置され、液体燃料が供給されるアノードおよび空気が供給されるカソードを有し、発電により生成したガスが前記アノードから排出される燃料電池と、
前記アノードの供給側および排出側に接続されている燃料ラインと、
前記燃料ラインに設けられ、前記アノードに液体燃料を供給するための燃料ポンプと、
前記燃料ラインに設けられ、前記アノードから前記燃料ラインに排出されたガスの圧力を検知するための圧力検知手段と、
前記燃料電池の発電を制御するとともに、前記圧力検知手段の検知に基づいて液体燃料の漏れを判定する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の通常発電前に、液体燃料の漏れを判定するために前記燃料電池を予備発電する予備発電ステップと、前記予備発電により生成し、前記アノードから前記燃料ラインに排出されたガスの圧力の低下度合に基づいて、液体燃料の漏れの有無を判定する判定ステップとを実行することを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記判定ステップにおいて、前記予備発電開始後の所定の基準時から前記ガスの圧力が予め設定された閾値に低下するまでの時間を測定し、その時間が予め設定された時間よりも短い場合に、液体燃料が漏れている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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を使用する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などを備えた燃料電池システムが知られており、これらのシステムにおける燃料漏れの検知方法が、種々提案されている。
例えば、メタノールを燃料として使用するＤＭＦＣユニットと、ＤＭＦＣユニットの下方に配置され、ＤＭＦＣユニットと対向する側に所定パターンの回路を有する液漏れセンサ基板と、ＤＭＦＣユニットと液漏れセンサ基板との間に介在された吸液シートと、液漏れセンサ基板における回路抵抗値の変化を検知する抵抗検知器を有する制御部とを備える燃料電池装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この装置では、ＤＭＦＣの運転中、ＤＭＦＣユニットでメタノール漏れが生じると、漏れたメタノールが吸液シートに吸収されて液漏れセンサ基板の回路に到達する。そして、液漏れセンサ基板上の回路にメタノールが付着し、そのメタノールを介して回路が短絡すると、回路の抵抗値が低下する。この抵抗値の低下が抵抗検知器で検知されることにより、制御部によりメタノール漏れが判断される。
【０００４】
また、例えば、メタノールを燃料として使用するＤＭＦＣセルスタックと、液漏れセンサとを内蔵する燃料電池ユニットが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
このユニットでは、例えば、燃料電池ユニットの内壁面全体に液漏れセンサの信号線が張り巡らされており、隣り合う信号線が漏れたメタノールを介して短絡した場合に、メタノール漏れが判断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−６６６２４号公報
【特許文献２】特開２００４−２９６１２７号公報
【特許文献３】特開２００６−２４４９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１および２に記載のようなシステムでは、燃料漏れを検知するために、漏れた液体燃料を利用して回路などを短絡させる必要がある。そのため、燃料の漏れ出しから燃料漏れの検知までに、相当量の液体燃料（メタノール）が漏れるおそれがある。また、漏れた液体燃料により回路が必ずしも短絡するとは限らず、回路が短絡しない場合には、燃料漏れを検知できない。さらに、燃料漏れを検知するための基板などを別途設ける必要があるため、システムが複雑化・大型化する場合がある。
【０００７】
一方、液体燃料として使用されるヒドラジンやメタノールなどは引火性が高いため、燃料電池システムにおける燃料漏れを、燃料電池の起動時に確実に検知し、燃料の漏れ量をできるだけ少量にしたいという要望がある。
本発明の目的は、簡単な構造により、液体燃料の漏れを起動時に確実に判定でき、液体燃料の漏れ量を抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、電解質膜、前記電解質膜を挟んで対向配置され、液体燃料が供給されるアノードおよび空気が供給されるカソードを有し、発電により生成したガスが前記アノードから排出される燃料電池と、前記アノードの供給側および排出側に接続されている燃料ラインと、前記燃料ラインに設けられ、前記アノードに液体燃料を供給するための燃料ポンプと、前記燃料ラインに設けられ、前記アノードから前記燃料ラインに排出されたガスの圧力を検知するための圧力検知手段と、前記燃料電池の発電を制御するとともに、前記圧力検知手段の検知に基づいて液体燃料の漏れを判定する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の通常発電前に、液体燃料の漏れを判定するために前記燃料電池を予備発電する予備発電ステップと、前記予備発電により生成し、前記アノードから前記燃料ラインに排出されたガスの圧力の低下度合に基づいて、液体燃料の漏れの有無を判定する判定ステップとを実行することを特徴としている。
【０００９】
この燃料電池システムによれば、燃料電池の通常発電前に予備発電を実行することによって、アノードから燃料ラインにガスが排出される。そして、燃料ライン内のガスの圧力が圧力検知手段に検知され、その圧力の低下度合に基づいて、液体燃料の漏れの有無が判定される。
液体燃料の漏れの有無の判定にあたって、システムから漏れた液体燃料が利用されるのではなく、液体燃料が予備発電により消費されてガスが生成し、そのガスの圧力が利用される。そのため、液体燃料が漏れている場合でも、燃料の漏れ出しから燃料漏れの判定までの漏れ量を少量に抑えることができる。さらに、燃料電池の通常発電中ではなく、通常発電前の起動時に液体燃料の漏れの有無が判定されるので、燃料の漏れ量が増大する前に燃料漏れを検知することができる。
【００１０】
また、燃料ラインにガスが必ず排出されるため、アノードや燃料ラインで液体燃料が漏れていると、ガスの圧力は必ず低下する。したがって、燃料漏れを確実に判定することができる。
さらに、燃料漏れを検知するための基板などを別途設ける必要がないため、システムの複雑化・大型化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記制御手段は、前記判定ステップにおいて、前記予備発電開始後の所定の基準時から前記ガスの圧力が予め設定された閾値に低下するまでの時間を測定し、その時間が予め設定された時間よりも短い場合に、液体燃料が漏れていると判定することが好適である。
上記の燃料電池システムでは、予備発電により生成したガスが電解質膜を通過してカソードへ移動する、クロスオーバーが発生する場合がある。ガスがクロスオーバーすると、燃料ラインに排出されるガス量が減るので、圧力検知手段で検知されるガスの圧力が低下する場合がある。そのため、液体燃料の漏れの有無の判定において、ガスのクロスオーバーに起因する圧力低下を考慮すれば、より精度よく燃料漏れを判定できる。
【００１２】
そして、上記の構成では、予備発電開始後の所定の基準時からガスの圧力が閾値に低下するまでの時間を測定し、その時間が予め設定された時間よりも時間よりも短い場合に、液体燃料が漏れていると判定する。そのため、閾値を、クロスオーバーに起因する圧力低下を考慮した値として定義しておくことにより、液体燃料の漏れの有無をより正確に判定することができる。
【００１３】
また、本発明の燃料電池システムでは、燃料ラインを開閉するための開閉バルブが設けられていてもよい。液体燃料の漏れの有無を判定するときに開閉バルブを閉めることにより、アノードへの燃料供給を停止できるので、予備発電を停止させることができる。これにより、クロスオーバーに起因する圧力低下を除外することができるので、判定精度を向上させることができる。また、液体燃料が漏れていると判定されたときに開閉バルブを閉めることにより、液体燃料の漏れ量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムによれば、簡単な構造により、液体燃料の漏れを起動時に確実に判定でき、液体燃料の漏れ量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図１の制御部により実行される燃料漏れの判定モードの流れを表すフローチャートである。
【図３】予備発電終了時からの経過時間に対するガス圧力の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．燃料電池システムの構成および運転方法
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
燃料電池システム１は、燃料電池２、燃料給排部３、空気給排部４、冷却水給排部５および制御手段としての制御部６を備えている。
（Ａ）燃料電池
燃料電池２は、液体燃料を燃料とする固体高分子形（ＰＥＦＣ）の燃料電池であって、例えば、特許文献３（特開２００６−２４４９６１号公報）に記載される燃料電池などから構成される。
【００１７】
具体的には、燃料電池２は、電解質膜７と、この電解質膜７を挟んで対向配置されるアノード８およびカソード９とを備える燃料電池セル（単セル）が、セパレータを介して複数積層されたスタック構造（セルスタック１０）として形成されている。なお、図１では、便宜上、セルスタック１０を構成する複数の電解質膜７、アノード８およびカソード９のうち、それぞれ１つだけ示している。セルスタック１０には、セルスタック１０の温度を測定するための温度計１１が設けられている。
【００１８】
電解質膜７は、例えば、アニオン交換膜、カチオン交換膜を用いて構成されている。
アノード８には負極配線１２が接続され、カソード９には正極配線１３が接続されている。正極配線１３および負極配線１２からなる１対の配線（正負配線）には、例えば、モータなどの動力機が接続される。また、上記正負配線には、アノード８およびカソード９と動力機との間に電流計１４が直列に接続されている。
【００１９】
電流計１４は、制御部６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、燃料電池２から動力機へ流れる電流は、電流計１４により測定され、その電気信号が制御部６に入力される。
（Ｂ）燃料給排部
燃料給排部３は、燃料タンク１５と、水タンク１６と、燃料ラインとしての燃料循環ライン１７と、気液分離器１８と、燃料ポンプとしての燃料循環ポンプ１９と、圧力検知手段としての圧力センサ２０とを備えている。
【００２０】
燃料タンク１５には、液体燃料として、例えば、ヒドラジン類を含む液体燃料が貯蔵されている。ヒドラジン類を含む液体燃料としては、例えば、無水ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）などのヒドラジンの水溶液、例えば、トリアザン（ＮＨ２ＮＨＮＨ２）、テトラザン（ＮＨ２ＮＨＮＨＮＨ２）などのヒドラジン類の水溶液が挙げられる。
【００２１】
水タンク１６には、液体燃料を希釈して濃度を調節するための水が貯蔵されている。
燃料循環ライン１７は、一端部がアノード８の燃料供給側２１に接続され、他端部がアノード８の燃料排出側２２に接続されている。
気液分離器１８は、燃料循環ライン１７の途中に設けられている。気液分離器１８は、燃料循環ライン１７中の液体燃料（液体）と、発電により生じ、液体燃料に含有されたガス（気体）とを分離する装置であり、例えば、公知の気液分離器を用いて構成されている。
【００２２】
気液分離器１８には、分離されたガスを排出するためのガス排出ライン２３が接続されている。ガス排出ライン２３の途中には、気液分離器１８内のガスを開放するためのガス排出弁２４が設けられている。
燃料循環ポンプ１９は、燃料循環ライン１７における、気液分離器１８とアノード８の燃料供給側２１との間に設けられている。燃料循環ポンプ１９は、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプを用いて構成されている。
【００２３】
圧力センサ２０は、燃料循環ライン１７における、アノード８の燃料排出側２２と気液分離器１８との間に設けられている。圧力センサ２０は、制御部６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、圧力センサ２０で測定された燃料循環ライン１７内のガス圧力が、制御部６に入力可能とされる。
燃料循環ライン１７において、気液分離器１８と燃料循環ポンプ１９との間には、液体燃料を燃料タンク１５から燃料循環ライン１７に供給するための燃料供給ライン２５が接続されている。燃料供給ライン２５の途中には、燃料供給弁２６が設けられている。
【００２４】
燃料供給ライン２５において、燃料供給弁２６の下流側には、水を水タンク１６から燃料供給ライン２５に供給するための給水ライン２７の一端部が接続されている。給水ライン２７の他端部は水タンク１６に接続されており、給水ライン２７の途中には、給水弁２８が設けられている。
（Ｃ）空気給排部
空気給排部４は、空気供給ライン２９と、エアコンプレッサ３０と、空気排出ライン３１と、圧力調整弁３２とを備えている。
【００２５】
空気供給ライン２９は、上流側端部がエアコンプレッサ３０に接続され、下流側端部がカソード９の空気供給側３３に接続されている。
空気排出ライン３１は、上流側端部がカソード９の空気排出側３４に接続され、下流側端部が大気に開放されている。
圧力調整弁３２は、カソード９に供給される空気の圧力を調節するための弁であって、空気排出ライン３１の途中に設けられている。
（Ｄ）冷却水給排部
冷却水給排部５は、冷却水循環ライン３５と、ラジエータ３６と、冷却水循環ポンプ３７とを備えている。
【００２６】
冷却水循環ライン３５は、一端部がセルスタック１０の冷却水供給側３８に接続され、他端部がセルスタック１０の冷却水排出側３９に接続されている。
ラジエータ３６は、冷却水循環ライン３５の途中に設けられている。
冷却水循環ポンプ３７は、ラジエータ３６とセルスタック１０の冷却水供給側３８との間に設けられている。冷却水循環ポンプ３７は、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプを用いて構成されている。
（Ｅ）制御部
制御部６は、燃料電池システム１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。また、制御部６には、タイマが内蔵されている。
（Ｆ）燃料電池システムの運転
次に、燃料電池システム１の運転について詳述する。
【００２７】
燃料電池システム１では、まず、燃料電池２を通常発電する前の起動時に、燃料電池システム１における液体燃料の漏れを判定する判定モードが、制御部６により実行される。
図２は、図１の制御部により実行される燃料漏れの判定モードの流れを表すフローチャートである。
燃料漏れの判定モードでは、予備発電ステップおよび判定ステップが実行される。
＜予備発電ステップ＞
まず、燃料供給弁２６および給水弁２８を開くとともに、燃料循環ポンプ１９を稼動させる。なお、燃料電池システム１の運転前は、すべての弁は閉鎖されており、エアコンプレッサ３０は停止している。
【００２８】
燃料循環ポンプ１９の稼動により、水で希釈された液体燃料が、燃料循環ライン１７からアノード８に供給された後、燃料循環ライン１７に排出される。具体的には、液体燃料は、アノード８の燃料供給側２１に供給され、セルスタック１０の各単セルの燃料側電極（図示せず）と接触した後、アノード８の燃料排出側２２から燃料循環ライン１７に排出される。
【００２９】
希釈後の液体燃料の濃度Ｃ１は、後述する通常発電時の液体燃料の濃度Ｃ２よりも相対的に低く、例えば、濃度Ｃ２を１００としたときに、５０以下であり、好ましくは、１５〜２５である。具体的な濃度Ｃ１の値としては、例えば、１〜２５％、好ましくは、３〜１０％である。
また、液体燃料の供給流量は、燃料電池２の発電電流により異なるが、例えば、水溶液として、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎであり、好ましくは、１０〜３０Ｌ／ｍｉｎである。
【００３０】
なお、燃料電池２の起動時には、燃料循環ライン１７内に圧力が加わっておらず、また、供給される燃料が液体であるため、発電によるガスが生成するまでは、圧力センサ２０により検知される圧力が０（ゼロ）ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）に保持される。
また、エアコンプレッサ３０を稼動させることにより、空気（酸素）が、空気供給ライン２９からカソード９に供給された後、空気排出ライン３１に排出される。具体的には、空気（酸素）は、カソード９の空気供給側３３に供給され、セルスタック１０の各単セルの空気側電極（図示せず）と接触した後、カソード９の空気排出側３４から空気排出ライン３１に排出される。また、空気の供給圧力は、燃料電池２の発電電流により異なるが、例えば、０〜１００ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）であり、好ましくは、３０〜８０ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）である。
【００３１】
また、冷却水循環ポンプ３７を稼動させることにより、冷却水循環ライン３５に充填された冷却水が、冷却水循環ライン３５を介して、セルスタック１０とラジエータ３６との間を循環する。
そして、セルスタック１０の各単セルでは、例えば、電解質膜７がアニオン交換膜であり、液体燃料が水加ヒドラジンである場合には、理想的には、下記反応式（１）〜（３）で示す電気化学的反応により、起電力が生じる。その結果、燃料電池２での予備発電が実施される（ステップＳ１）。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （燃料側電極での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−          （酸素側電極での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ             （単セル全体での反応）
この予備発電は、燃料電池システム１外の動力機へ電力を供給するための発電ではなく、起動前の燃料循環ライン１７内の圧力を上昇させるためのガスを意図的に生成させるための発電である。したがって、予備発電では、上記のように相対的に低濃度の液体燃料が反応に使用される。その結果、予備発電時の上記電気化学的反応は、通常発電時の電気化学的反応の機構と同じ機構であるが、通常発電時の反応により発生する電流Ｉ２よりも相対的に小さい電流Ｉ１を発生させる。予備発電時に発生する電流Ｉ１は、例えば、電流Ｉ２を１００としたときに、５０％以下であり、好ましくは、１０〜２０％である。具体的なＩ１の値としては、例えば、１０〜３００Ａ、好ましくは、５０〜１００Ａである。
【００３２】
そして、発生した電流Ｉ１は、燃料電池システム１外の動力機へ供給されず、燃料電池システム１内の補機（例えば、燃料循環ポンプ１９、冷却水循環ポンプ３７など）やシステム外の二次電池などへ供給される。
予備発電開始（ステップＳ１）後、圧力センサ２０に検知される圧力Ｐ１が、予め設定された閾値Ｐ２よりも大きくなるまで、すなわち、圧力Ｐ１＞閾値Ｐ２になるまで予備発電が継続される（ステップＳ２のＮＯ）。なお、予備発電開始時（起動時）は、上記したように、圧力Ｐ１は０ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）である。また、閾値Ｐ２は、クロスオーバーに起因する圧力低下を考慮した値として定義されており、例えば、２０〜３０ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）である。
【００３３】
そして、圧力Ｐ１＞閾値Ｐ２になると（ステップＳ２のＹＥＳ）、予備発電が終了する（ステップＳ３）。
＜判定ステップ＞
予備発電終了後、判定ステップを実行する。上記予備発電では、アノード８にＮ２などのガスが生成し、そのガスは、液体燃料とともに燃料循環ライン１７に排出され、その後、ガス排出弁２４が開くまでは、アノード８、気液分離器１８および燃料循環ライン１７により構成されるクローズド空間に滞留し、圧力センサ２０により検知されるクローズド空間内（燃料循環ライン１７内）の圧力を上昇させる。
【００３４】
判定ステップでは、ガス排出弁２４を間欠的に開くことによりクローズド空間内の圧力を一定に保持するための弁操作を実行しつつ、この弁操作に反して低下するガス圧力の低下度合に基づいて、液体燃料の漏れの有無を判定する。
例えば、図３に示すように、液体燃料が全く漏れていない場合には、ガス排出弁２４に対する間欠的な操作により、予備発電により発生したガスの圧力は、理想的には、所定の基準時としての予備発電終了時からの経過時間に対して一定となる（直線Ｃ）。
【００３５】
一方、燃料電池システム１では、予備発電により生成したガスが電解質膜７を通過してカソード９へ移動する、クロスオーバーが発生する場合がある。ガスがクロスオーバーすると、燃料循環ライン１７に排出されるガス量が減り、クローズド空間内のガス圧力が低下する。そのため、予備発電により発生したガスの圧力は、液体燃料が漏れていなくても、予備発電終了時からの経過時間に対して低下する場合がある（曲線Ｂ）。
【００３６】
しかし、液体燃料が漏れている場合、ガス圧力は、液体燃料が漏れていない場合（曲線Ｂおよび直線Ｃ）よりも、予備発電終了時からの経過時間に対して急激に低下する（曲線Ａ）。すなわち、所定の圧力にガス圧力が低下するまでの時間が、液体燃料が漏れていない場合よりも、短くなる。
したがって、判定ステップでは、上記のように、クロスオーバーに起因する圧力低下を考慮して圧力の閾値Ｐ２を定義し、予備発電終了時からガス圧力が閾値Ｐ２に低下するまでの時間が、予め設定された時間よりも短い場合に、液体燃料が漏れていると判定する。
【００３７】
具体的なフローを、図２を参照して説明すると、予備発電の終了後、すなわち、ガス圧力Ｐ１が閾値Ｐ２よりも大きくなると（ステップＳ２のＹＥＳ）、予備発電終了時から圧力Ｐ１が閾値Ｐ２に低下するまでの時間Ｔ１が、制御部６のタイマにより測定される（ステップＳ４）。
そして、その時間Ｔ１と、予め設定された予備発電終了時からの基準時間Ｔ２（例えば、５〜３０秒）とが比較され、時間Ｔ１＜基準時間Ｔ２であると（ステップＳ５のＹＥＳ）、ガス圧力が急激に低下しており、液体燃料がクローズド空間外へ漏れていると判定され、燃料電池システム１が停止する（ステップＳ６）。
【００３８】
一方、予備発電終了時から圧力Ｐ１が閾値Ｐ２に低下するまでの時間Ｔ１が、基準時間Ｔ２以上であれば（Ｔ１≧Ｔ２  ステップＳ５のＮＯ）、液体燃料が漏れていないと判定され、燃料電池システム１が停止されず、通常発電が開始される（ステップＳ７）。
＜通常発電＞
通常発電では、上記予備発電と同様に、燃料供給弁２６および給水弁２８を開くとともに、燃料循環ポンプ１９を稼動させ、エアコンプレッサ３０および冷却水循環ポンプ３７を稼動させる。
【００３９】
これにより、セルスタック１０の各単セルでは、理想的には、上記反応式（１）〜（３）で示す電気化学的反応により、起電力が生じる。その結果、燃料電池２での通常発電が実施される。
通常発電時に供給される液体燃料の濃度Ｃ２は、予備発電時に供給される液体燃料の濃度Ｃ１よりも相対的に高く、３〜２０％、好ましくは、５〜１０％である。
【００４０】
また、液体燃料の供給流量は、燃料電池２の発電電流により異なるが、例えば、水溶液として、１０〜５０Ｌ／ｍｉｎであり、好ましくは、１０〜３０Ｌ／ｍｉｎである。
また、空気の供給圧力は、燃料電池２の発電電流により異なるが、例えば、０〜１００ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）であり、好ましくは、３０〜８０ｋＰａ・Ｇ（ゲージ圧）である。
【００４１】
この通常発電は、燃料電池システム１外の動力機へ電力を供給するための発電であるため、通常発電では、上記のように相対的に高濃度の液体燃料が反応に使用される。その結果、通常発電時の上記電気化学的反応は、予備発電時の反応により発生する電流Ｉ１よりも相対的に大きい電流Ｉ２を発生させる。通常発電時に発生する電流Ｉ２は、例えば、１０〜３００Ａ、好ましくは、５０〜１００Ａである。
【００４２】
そして、発生した電流Ｉ２は、燃料電池システム１外の動力機へ供給される。
（Ｇ）燃料電池システムの作用効果
この燃料電池システム１によれば、液体燃料の漏れの有無の判定にあたって、アノード８、燃料循環ライン１７および気液分離器１８により構成されるクローズド空間から漏れた液体燃料が利用されるのではなく、液体燃料が予備発電によりアノード８で消費されてガスが生成し、そのガスの圧力が利用される。
【００４３】
そのため、液体燃料が漏れている場合でも、燃料の漏れ出しから燃料漏れの判定までの漏れ量を少量に抑えることができる。さらに、燃料電池２の通常発電中ではなく、通常発電前の起動時に判定モードが実行され、液体燃料の漏れの有無が判定されるので、燃料の漏れ量が増大する前に燃料漏れを検知することができる。
また、アノード８で生成したガスは、クローズド空間に必ず滞留する。そのため、クローズド空間外へ液体燃料が漏れていると、ガスの圧力は必ず低下する。したがって、燃料漏れを確実に判定することができる。
【００４４】
しかも、燃料電池システム１では、予備発電終了後、クロスオーバーに起因する圧力低下も発生するが、閾値Ｐ２を、クロスオーバーに起因する圧力低下を考慮した値として定義し、ガス圧力Ｐ１が閾値Ｐ２に低下するまでの時間Ｔ１が、基準時間Ｔ２よりも短い場合（図２のステップＳ５のＹＥＳ  図３の曲線Ａ参照）に、液体燃料が漏れていると判定する。
【００４５】
これに対し、ガス圧力Ｐ１が閾値Ｐ２に低下するまでの時間Ｔ１´が、基準時間Ｔ２よりも長い場合（図２のステップＳ５のＮＯ  図３の曲線Ｂ参照）には、その圧力低下は、単にクロスオーバーに起因して生じているにすぎないと判断し、液体燃料が漏れていないと判定する。
これらの結果、液体燃料の漏れの有無をより正確に判定することができる。
【００４６】
さらに、燃料漏れを検知するための基板などを別途設ける必要がないため、システムの複雑化・大型化を抑制することができる。
（Ｈ）判定モードの他の実施態様
燃料電池システム１では、判定モードにおいて、ステップＳ３〜ステップＳ５に代えて、クローズド空間内のガスの体積Ｖ１とクローズド空間の容積Ｖ２とを比較する判定ステップを、予備発電ステップと並行して実行することができる。
【００４７】
例えば、予備発電の開始から５〜３０秒後に、電流計１４の値が検知され、下記計算式（４）により、クローズド空間内に生成する単位時間当たりのガスの量が算出される。
（４）ガス生成量ｎ（ｍｏｌ／ｓ）＝電流値（Ａ＝Ｃ／ｓ）÷９．６４８５×１０４（Ｃ／ｍｏｌ）÷電子数×単セルの数
次いで、理想気体の状態方程式（一般式ＰＶ＝ｎＲＴ）に基づく下記計算式（５）により、生成したガスの体積Ｖ１が算出される。
（５）ガスの体積Ｖ１（Ｌ）＝ガス生成量ｎ（ｍｏｌ／ｓ）×気体定数Ｒ（ｋＰａ・Ｌ／Ｋ・ｍｏｌ）×温度Ｔ（Ｋ）÷ガス圧力Ｐ（ｋＰａ）
なお、気体定数Ｒ＝８．３１４×１０３である。また、温度は、温度計１１により検知される値であり、ガス圧力は、圧力センサ２０により検知される値である。
【００４８】
そして、算出されたガスの体積Ｖ１と、予め設計されたクローズド空間の容積Ｖ２とを比較し、これらの値が一致しない場合に、液体燃料がクローズド空間外へ漏れていると判定され、燃料電池システム１が停止する（ステップＳ６）。これに対し、体積Ｖ１と容積Ｖ２とが一致する場合には、液体燃料がクローズド空間外へ漏れていないと判定され、予備発電の終了とともに、通常発電が開始される（ステップＳ７）。
【００４９】
このような判定モードでは、クロスオーバーせずにクローズド空間に残存するガスの量に基づいて算出されたガスの体積Ｖ１を利用するので、クロスオーバーに起因する圧力低下を考慮しなくてもよい燃料電池システムについて、このような簡便な判定モードを適用することができる。
２．燃料電池システムの用途
燃料電池システム１は、例えば、電動車両４１の動力源に電力を供給するために利用することができる。
【００５０】
図４は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
電動車両４１は、モータ４２と、モータ４２に電力を供給するための燃料電池システム１および二次電池４３とを備えており、電力供給源として燃料電池システム１と二次電池４３とが併用されたハイブリッド車である。
【００５１】
モータ４２は、電動車両４１の動力源であり、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の動力機を用いて構成されている。モータ４２は、燃料電池システム１の正極配線１３および負極配線１２からなる１対の配線（正負配線）に接続されている。
二次電池４３は、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など、公知の二次電池４３を用いて構成されている。二次電池４３は、燃料電池システム１の正負配線に並列に接続されている。
【００５２】
この電動車両４１によれば、電動車両４１の起動時（電動車両４１の電源をオンにしたとき）に上記した判定モードを実行することにより、液体燃料の漏れを判定することができる。
また、燃料電池システム１と二次電池４３とが併用されたハイブリッド車であるため、燃料電池システム１の判定モード中、燃料電池２からモータ４２に電力が供給されなくても、二次電池４３からモータ４２に供給される電力によって電動車両４１を駆動させることができる。そのため、圧力Ｐ１と閾値Ｐ２とを比較するために要する時間を長くすることができるので、より精密な燃料漏れ判定を行なうことができる。
【００５３】
なお、本発明の燃料電池システムは、図４に示したような電動車両に限らず、例えば、鉄道、船舶、航空機などに搭載することもできる。
本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。
例えば、前述の実施形態では、液体燃料の一例として、ヒドラジン類を含む液体燃料を取り上げたが、液体燃料は、例えば、メタノール、ジメチルエーテルなど、燃料電池の燃料として使用可能な他の液体燃料であってもよい。
【００５４】
また、予備発電終了後のガス圧力Ｐ１が閾値Ｐ２に低下するまでの時間の基準時（始期）は、予備発電終了時に限られず、例えば、予備発電開始時であってもよい。この場合、予備発電ステップの実行中に判定ステップ（時間Ｔ１の測定）が実行されることとなる。
また、アノード８で生成したガスが排出されるラインは、排出されたガスが漏れないようにシールされたラインであればよく、燃料循環ライン１７のように、アノード８に対して液体燃料を循環させるラインに限られない。
【００５５】
また、液体燃料の濃度を調節するための機構は、水タンク１６からの給水による希釈に限らず、液体燃料の濃度を制御できれば、公知の濃度調整機構を利用することができる。さらに、予備発電開始時に微量の液体燃料を供給して燃料循環ライン１７内の残存燃料と混合することにより、液体燃料の濃度Ｃ１を上記した範囲（例えば、１〜２５％）に調節することもできる。その場合、水タンク１６を省略できるので、システムを簡素化することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１    燃料電池システム
２    燃料電池
６    制御部
７    電解質膜
８    アノード
９    カソード
１７  燃料循環ライン
１９  燃料循環ポンプ
２０  圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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