(57)【要約】    【課題】  安価で故障し難い簡易的な流体センサを利用した燃料電池システムを提供する。    【解決手段】  流路管47内に水がない場合には、検知体48は流体との比重差で流路管47の底部に位置しているため、発光部50から発せられた光Ｌは、流路管47を透過し、受光部51に到達し、信号のやり取りが行われる。一方、流路管47内の水の流れが規定流量を満たした場合には、検知体48は、流路管47の下流側に移動し、検知体受け49の位置で停止する。これにより、発光部50からの光は、検知体48により遮られるため、受光部51に到達せず、信号のやり取りが中断する。そして、当該フォトカプラから検知信号が発せられなくなると、改質水ポンプ21の出力を一定時間アップし、それでも流量に変化がなければ、システムを停止し、燃料電池９の劣化を防止する。【選択図】  図２
2006040749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池システムにおいて、流体が流れる流路体と、光を発する発光部と、前記光を受ける受光部と、前記流路体に設けられる検知体と、前記検知体を受ける検知体受けとからなる流体センサを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記検知体が前記流体より密度の大きい材料により形成され、下方から上方に向かって前記流体が流れるよう構成された前記流体センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記検知体が前記流体より密度の小さい材料により形成され、上方から下方に向かって前記流体が流れるよう構成された前記流体センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記検知体が不透明であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記流路体と前記検知体との隙間と、前記流体と前記検知体との密度差と、前記流体に流れがない時の前記検知体の位置に対する前記発光部及び前記受光部の位置とが、所定の流量となるよう設定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム
【請求項６】
冷却用の液体の流路に前記流体センサを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
改質器での改質に利用される液体の流路に前記流体センサを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
熱交換器により暖められる液体の流路に前記流体センサを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項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、流路の流れを検知する流体センサを利用した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に流体センサとしては、液体では歯車式，プロペラ式，及び超音波式等が、気体ではサーマル式が知られているが、歯車式，プロペラ式，およびサーマル式はいずれも流体に異物が含まれていると故障の原因となり、また超音波式は他に比べ高価であるため、いずれも汎用製品に使用するには適さず、使い勝手の悪いものであった。また、汎用製品に使用する流体センサは、比較的前述の方式の測定精度まで必要としない場合も多い。すなわち、汎用製品では、高い測定精度よりも、むしろ安価で故障のし難い簡易的なものが望まれる。
【０００３】
ところで、近年、新発電システムの一つとして、低騒音というメリットを有する電解質膜と触媒とを利用した燃料電池システムが登場している。
【０００４】
こうした燃料電池システムは、例えば特許文献１などに開示されているように、ガスを生成する改質装置と、電気化学的反応により発電を行なう燃料電池と、熱交換器を具備し他の熱利用外部機器に熱を供給する熱回収装置と、排熱を利用しない場合の冷却に使用する放熱装置（クーリングモジュール）とにより基本的に構成される。
【特許文献１】特開２００２−２１６８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この燃料電池システムにおいては、改質装置に蒸気（水）を送るポンプや、冷却，加湿する水を送るポンプや、熱交換器に水を送るポンプ等が設けられており、これらポンプの動作監視に前述の歯車式，プロペラ式，超音波式等の流体センサを使用している場合が多いが、流体センサが非常にコスト高のため燃料電池システム全体のコストを高いものにしていた。
【０００６】
また、流体の温度等を代替特性として検知している場合もあるが、この場合には流体の温度が異常となってから異常を検知するため、流体の異常と流体温度との異常との間にタイムラグ（時間差）があり、場合によってはシステムに拡大故障が生じる可能性があった。
【０００７】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、安価で故障し難い簡易的な流体センサを利用した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】
【０００８】
本発明における請求項１の燃料電池システムでは、検知体により、発光部から発せられた光が受光部に到達するかどうかで流体の流量を検知するため、使用している流体センサの部品点数が少なく、構造が簡単である。従って、流体センサが安価で故障し難いものとなり、ひいては燃料電池システム全体としてコストダウンさせることができる。
【０００９】
本発明における請求項２の燃料電池システムでは、流体の流量が所定量を満たすことで、その流れにより、検知体が上方に位置する検知体受けまで上昇し、一方流体の流量が所定量を満たさないときは、検知体の自重により、検知体が下方の初期位置に沈む為、検知体に流体以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。
【００１０】
本発明における請求項３の燃料電池システムでは、流体の流量が所定量を満たすことで、その流れが検知体に作用する浮力に抗することにより、検知体が下方に位置する検知体受けまで沈み、一方流体の流量が所定量を満たさないときは、検知体に作用する浮力により、検知体が上方の初期位置に浮き上がる為、検知体に流体以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。
【００１１】
本発明における請求項４の燃料電池システムでは、検知体が不透明であるため、光を十分遮ることができ、流体の流量を確実に検知することができる。
【００１２】
本発明における請求項５の燃料電池システムでは、流路体と検知体との隙間と、流体と検知体との密度差と、流体に流れがない時の検知体の位置に対する発光部及び受光部の位置とを調節することにより、当該流体センサで検知できる流量を所望の値に設定することができる。
【００１３】
本発明における請求項６の燃料電池システムでは、冷却用の液体の流量を当該流体センサで検知することにより、所定場所の温度が異常上昇する前に異常を検知することができる。
【００１４】
本発明における請求項７の燃料電池システムでは、改質器に供給する液体の流量を当該流体センサで検知することにより、改質器の動作に支障をきたす前に異常を検知することができる。
【００１５】
本発明における請求項８の燃料電池システムでは、熱交換器により暖められる液体の流量を当該流体センサで検知することにより、熱交換器の動作に支障をきたす前に異常を検知することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１によると、安価で故障し難い簡易的な流体センサを利用した燃料電池システムを提供することができる。
【００１７】
本発明の請求項２によると、検知体に流体以外の力を作用させなくても、流体の流量を繰り返し検知することができる。
【００１８】
本発明の請求項３によると、検知体に流体以外の力を作用させなくても、流体の流量を繰り返し検知することができる。
【００１９】
本発明の請求項４によると、流体の流量を確実に検知することができる。
【００２０】
本発明の請求項５によると、流体センサで検知できる流量を所望の値に設定することができる。
【００２１】
本発明の請求項６によると、冷却用の液体の流路系に起因する異常から燃料電池システムを保護することができる。
【００２２】
本発明の請求項７によると、改質器に起因する異常から燃料電池システムを保護することができる。
【００２３】
本発明の請求項８によると、熱交換器に起因する異常から燃料電池システムを保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における燃料電池システムの好ましい各実施例を説明する。なお、これらの各実施例において、同一箇所には同一符号を付し、共通する部分の説明は重複するため極力省略する。
【実施例１】
【００２５】
図１は第１実施例における燃料電池システム全体を表したブロック構成図である。同図において、１は燃料取入れ口であり、燃料遮断弁33と脱硫器５を経由して燃料昇圧ブロア16に接続されている。６は改質器であり、触媒からなる改質部と、改質部を加熱するバーナ部とにより構成されている。燃料昇圧ブロア16の出口の一方は改質燃料遮断弁35に接続され、その出口は燃料予熱器23の受熱側を経由して改質器６の改質部入口に接続されている。燃料昇圧ブロア16の出口のもう一方は、Ｓバーナ燃料遮断弁34を経由し、改質器６のバーナ部に接続されている。改質器６の出口からは、燃料予熱器23の受熱側を経由しＣＯシフト反応器７の入口に接続されている。ＣＯシフト反応器７の出口からは、第一蒸気熱交換器24，ＣＯ選択酸化器８，第三蒸気熱交換器26と接続され、燃料電池９のアノード10に接続されている。
【００２６】
燃料電池９は、触媒を担持した電極のアノード10及びカソード11と、アノード10とカソード11の間に挟持された固体高分子からなる電解質膜と、アノード10，カソード11の各々に燃料ガス，空気を送り込む流路を形成したセパレータとにより構成されている。燃料電池９を構成するアノード10の出口は、オフガス熱交換器28を通り、Ｍバーナ燃料遮断弁36を経由して改質器６のバーナ部に接続されている。また、改質器６のバーナ排ガスは、第二蒸気熱交換器25を通り、排熱熱交換器27に接続されると共に、排熱熱交換器27に繋がる途中で燃料電池９のカソード11の出口と合流している。
【００２７】
17はカソード空気ブロアであり、カソード空気調節弁29を通り、燃料電池９を構成するカソード11に接続されている。18は選択酸化空気ブロアであり、酸化空気調節弁30を通り、ＣＯ選択酸化器８の入口部に接続されている。19はバーナ空気ブロアであり、バーナ空気調節弁31を通り、改質器６のバーナ部へ接続されている。
【００２８】
排熱熱交換器27に貯えられた凝縮水の出口は、イオン交換装置13，水遮断弁37，水浄化装置12を経由し、冷却水ポンプ20と改質水ポンプ21にそれぞれ接続されている。冷却水ポンプ20の吐出口は、冷却水流体センサ44を経由して、燃料電池９のアノード10に接続される。一方、改質水ポンプ21の出口は、改質水流体センサ45，第三蒸気熱交換器26，第二蒸気熱交換器25，第一蒸気熱交換器24の受熱側流路を経由して水蒸気調節弁32を通り、改質燃料遮断弁35の出口側に接続されている。
【００２９】
22は循環ポンプであり、貯湯槽14より冷水を引き込み、循環水流体センサ46を経由して、オフガス熱交換器28，排熱熱交換器27の受熱側通路を通り貯湯槽14に送り込み、温水として貯える。39は、貯湯槽14の温水取出口15を開閉する温水出口遮断弁である。41は市水入口であり、市水調圧弁40を経由して、一方は貯湯槽14の冷水側に、他方は市水遮断弁38を経由して排熱熱交換器27の貯水部に接続されている。
【００３０】
42はシステムを運転制御するための制御装置であり、図示しない例えばポンプ，ブロア，遮断弁，センサ等のデバイス、及び制御プログラムソフト等が組み込まれている。43は発電された直流電源を商用電圧・周波数の交流電源に変換するインバータである。
【００３１】
上記の他に、図１には開示していないが、ガス，空気，水の流れや温度を制御する為のセンサ，コントローラ，開閉器（電磁弁等）等が組み込まれている。これらのセンサには、流体センサが利用されており、具体的には、例えばバーナー空気ＢＬ４，バーナー燃料ＣＶ４，カソード空気ＢＬ２，選択酸化空気ＢＬ３，メイン燃料ＢＬ１などのラインに設けられている。これらの流体センサや冷却水流体センサ44，改質水流体センサ45，循環水流体センサ46の構成を示したものが図２である。以下、当該燃料電池システムに利用される流体センサの構成について詳述する。
【００３２】
本実施例における流体センサは、流路管入口52と、流路管出口53とを流路体としての流路管47の両端部に設けた円筒形状をなしている。流路管47は、後述する発光部50から発せられる光を透過させるために透明部材により形成されており、その内部には、例えばポリカーボネート樹脂（水の比重１に対して比重約1.2）等の比重が流体としての水より大きく、かつ前記光を十分に遮ることができるように例えば黒色等の不透明材料で形成した球状の検知体48が入っている。この検知体48と流路管47の内壁との間には、水が流れる隙間ｄが設けられている。流路管47内を流れる水は、この隙間ｄを抜けて流れることとなるが、その際検知体48が水から受ける力は、隙間ｄの大きさによって変化する。すなわち隙間ｄが、広いほど検知流量が多くなる。なお、ここでは、流体センサに流れる流体を水として説明しているが、当該流体センサを設ける流路に応じて、水がガス，空気などの各種流体に置き換わることは言うまでもない。
【００３３】
49は、検知体48が流路管47の上流側（流体が流れてくる方向）から下流側（流体が流れていく方向）へ移動したときに検知体48を受け止め、流路を確保する為の検知体受けである。検知体受け49は、流路管入口52側（上流側）が細く（検知体48の径より小さい）、流路管出口53側（下流側）が太い中空テーパ状（円錐筒状）をなし、流路管47と流路管出口53とを連通させるため両端を開口形成している。また、検知体48を受け止めた際でも、水が流路管出口53へスムーズに流れるように、複数の流入孔49ａが設けられている。
【００３４】
流路管47の上部（下流側）で検知体受け49が位置する部分には、発光部50と受光部51により構成されたフォトカプラ55（透過型の光電センサ）が取り付けられている。
【００３５】
以下、本実施例における燃料電池システムの作用について説明する。
【００３６】
まず、流体センサについて、図２及び図３を参照しながら説明する。前提条件として、当該流体センサは、流路管入口52が下、流路管出口53が上となるよう配設され、水が流路管入口52から流路管出口53へ流れるように構成されている。従って、図２に示すように、流路管47内に水がない状態、または水で満たされているが水に流れがない場合、あるいは流れはあるが規定流量に満たない場合には、検知体48は流体との比重差（検知体48の自重）で流路管47の底部、あるいは底部より若干下流側に位置しているため、流路管47の上部に取り付けられた発光部50から発せられた光Ｌは、流路管47を透過し、受光部51に到達し、信号のやり取りが行われる。
【００３７】
一方、図３に示すように、流路管47内の水の流れが規定流量を満たした場合には、検知体48は、流路管47の下流側に移動し、検知体受け49の位置で停止する。これにより、発光部50からの光は、検知体48により遮られるため、受光部51に到達せず、信号のやり取りが中断する。従って、水が正常に流れていることを検知することができる。なお、流路管47内の水の流れがなくなると、検知体48の自重により、検知体48が下方の初期位置に沈む為、検知体48に水以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。ここで、本実施例での初期位置とは、流路管47内に水がない状態、または水で満たされているが水に流れがない場合、あるいは流れはあるが規定流量に満たない場合における、検知体48の位置をいう。
【００３８】
流路管47内を流れる水の検知流量は、流路管47の内壁と検知体48との隙間ｄと、水と検知体48との密度差と、水に流れがない時の検知体48の位置に対する発光部50及び受光部51の取り付け位置などに依存する。すなわち、これらを調節することにより、当該流体センサで検知できる流量を所望の値に設定することができる。
【００３９】
なお、本実施例では、流路管入口52が下、流路管出口53が上となるよう配設しているが、例えばバネやゴムなどの弾性体で検知体48を上流方向に付勢するようにすれば、流体センサの向きは特に限定されることはない。この場合、流路管47内の水の流れが当該付勢力に打ち勝つだけの流量を満たした場合に、検知体48が流路管47の下流に移動することとなる。
【００４０】
次に、燃料電池システムの動作について、図１を参照しながら説明する。起動スイッチ（図示せず）を入れることにより、燃料ガスが燃料取入れ口１より燃料遮断弁33を経由して、脱硫器５に入る。ここで、燃料ガスに含まれる硫黄分が脱硫剤の吸着作用により取り除かれ、次に昇圧ブロア16に入り昇圧される。硫黄分を除去する目的は、改質器６等の触媒が硫黄分により劣化するのを防止することにある。
【００４１】
燃料は昇圧ブロア16を出てＳバーナ燃料遮断弁34を経由して改質器６のバーナ部に入る。また、バーナ空気ブロア19で送り込まれた空気は、バーナ空気調節弁31を経由してバーナ部で混合され燃焼し、改質器６を改質に必要な温度まで昇温させる。バーナ排ガスは、第二蒸気熱交換器25を通り、カソード11の出口空気と一緒になって排熱熱交換器27に送り込まれ、持っている熱エネルギーを放出する。
【００４２】
また、改質水ポンプ21により送り出された水は、改質水流体センサ45を通り、第三蒸気熱交換器26に送り込まれる。この時、改質水流体センサ45のフォトカプラ55からは、水が正常に流れたことを検知する信号が発せられる。
【００４３】
改質器６が設定された温度まで上昇した時点で、改質燃料遮断弁35が開放され、燃料ガスは、第一蒸気熱交換器24，第二蒸気熱交換器25，第三蒸気熱交換器26で発生した水蒸気と混合され、燃料予熱器23を通り、改質器６の改質部に入る。改質部６はバーナ部により約750℃前後に加熱されており、燃料ガスはここで触媒の作用により水素ガスと炭酸ガス（二酸化炭素）とに変化する。しかし、ここで生成したガスには、一酸化炭素も若干含まれた状態である。
【００４４】
固体高分子型燃料電池は、一酸化炭素によりその性能が著しく低下するものであるため、ある濃度以下に下げる必要がある。そこで、燃料ガスはＣＯシフト反応器７に入り、ここでも触媒の作用により、一酸化炭素は水蒸気と反応して水素ガスと二酸化炭素とに変化し、一酸化炭素の濃度はかなり低いレベルまで下げることができる。
【００４５】
次に、燃料ガスは、選択酸化空気ブロア18により酸化空気調節弁30を通って送り込まれた空気（酸素）と混合され、ＣＯ選択酸化器８に入り、一酸化炭素が触媒の作用により二酸化炭素に変化する。この時点で初めて燃料電池９に悪影響を及ぼさない濃度まで低下させることができる。
【００４６】
ＣＯ選択酸化器８を出た燃料ガスは、燃料電池９のアノード10に送り込まれる。また、燃料電池９のもう一方の極であるカソード11には、カソード空気ブロア17によりカソード空気調節弁29を通った空気（酸素）が送り込まれる。
【００４７】
アノード10の水素は、触媒の作用によりイオン化し、電解質膜を通りカソード11の酸素と結びつき水が生成されると同時に反応熱が発生する。また、この電気化学反応によりアノード10に−極、カソード11に＋極の電位が生じ電力を取り出すことができる。
【００４８】
アノード10を通過した燃料ガスは、大部分の水素ガスが消費されているが、まだかなりの濃度の水素ガスと若干の水蒸気を含んでおり、オフガス熱交換器28により水蒸気の一部を凝縮水として取り除き、Ｍバーナ燃料遮断弁36を通り、改質器６のバーナ部に送り込まれて燃焼する。この状態で、Ｓバーナ燃料遮断弁34は閉塞され、バーナ部はアノード10のオフガスにより燃焼を継続することになる。
【００４９】
カソード11を通過した空気は、燃料電池９で発生した水（水蒸気）と熱を有しており、排熱熱交換器27に送り込まれ冷却されることにより凝縮水ができる。また、循環ポンプ22により貯湯槽14の下部より吸引された水が、循環水流体センサ46を経由して排熱熱交換器27の受熱側を通過し、暖められて貯湯槽14の上部より徐々に蓄積されていく。この時、循環水流体センサ46のフォトカプラ55からは水が正常に流れたことを検知する信号が発せられる。
【００５０】
排熱熱交換器27に貯えられた凝縮水は、イオン交換装置13を通り電解質が除去され、次に水浄化装置12により不純物が除去され、冷却水ポンプ20により冷却水流体センサ44を経由して燃料電池９のアノード10に送り込まれ、固体高分子膜の加湿及び燃料電池９の冷却に使用される。この時、冷却水流体センサ44のフォトカプラ55からは水が正常に流れたことを検知する信号が発せられる。
【００５１】
同じく改質水ポンプ21により第三蒸気熱交換器26に送り込まれた水は、第二蒸気熱交換器25，第一蒸気熱交換器24を通り加熱され、水蒸気となって水蒸気調節弁32を通って燃料ガスに混合される。
【００５２】
さらに、燃料電池９のアノード10，カソード11に接続されたインバータ43により、直流電力は商用電圧／周波数の交流電力に変換される。
【００５３】
以上のような動作で燃料電池システムは正常に発電を行うことができる。
【００５４】
このような正常な運転状況で、例えば改質水ポンプ21が何らかの原因で動作しなくなった場合、改質用の水蒸気を作ることができなくなるため、改質器６での改質に支障をきたし、非常にＣＯ濃度の高い改質ガスが発生し、ＣＯシフト反応器７やＣＯ選択酸化器８ではＣＯを除去しきれなくなる。燃料電池９に送り込まれる燃料（水素）のＣＯ濃度が高くなると燃料電池９から取り出せる電力が低下するため、これを検知して燃料電池システムの出力に制限かけたり、システムを停止したりすることでシステムを保護する必要がある。
【００５５】
しかしながら、この状態に至った段階でシステムを停止しても、燃料電池９はすでにＣＯで被毒を受け劣化してしまうことになる訳であるが、本構成では改質水ポンプ21の出口に改質水流体センサ45が取り付けられており、改質水ポンプ21の異常を直ちに検知することができる。従って、改質水流体センサ45のフォトカプラ55からの信号を監視することにより、直ちに改質水ポンプ21の出力をアップしたり、あるいはシステムを停止することが可能となり、燃料電池９の劣化を防止できる。具体的には、改質水ポンプ21の出力を一定時間アップし、それでも流量に変化がなければ、すなわち改質水流体センサ45のフォトカプラ55から信号が発せられなければ、システムを停止し、燃料電池９の劣化を防止する。
【００５６】
その他、冷却水ポンプ20や循環ポンプ22についても同様に、冷却水流体センサ44，循環水流体センサ46の信号を監視して、それぞれのポンプ出力をアップしたり、システムを停止したりすることで、他の部品に被害がおよぶのを防止することができる。
【００５７】
以上のように本実施例では、燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応により発電を行う燃料電池システムにおいて、内部を流体が流れる流路管47と、流路管47内へ光Ｌを発する発光部50と、光Ｌを受ける受光部51と、前記流体の流れに応動して流路管47内に設けられる検知体48と、検知体48を受け止める検知体受け49とからなる流体センサを備えている。
【００５８】
このようにすると、検知体48の応動により、発光部50から発せられた光Ｌが受光部51に到達するかどうかで流体の流量を検知するため、使用している流体センサの部品点数が少なく、構造が簡単である。従って、流体センサが安価で故障し難いものとなり、ひいては燃料電池システム全体としてコストダウンさせることができる。以上により、安価で故障し難い簡易的な流体センサを利用した燃料電池システムを提供することができる。
【００５９】
また本実施例では、検知体48が前記流体より密度の大きい材料であるポリカーボネート樹脂により形成され、流路管47の下方から上方に向かって前記流体が流れるよう構成された流体センサを備えている。
【００６０】
このようにすると、流体の流量が所定量を満たすことで、その流れにより、検知体48が上方に位置する検知体受け49まで上昇し、一方流体の流量が所定量を満たさないときは、検知体48の自重により、検知体48が下方の初期位置に沈む為、検知体48に流体以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。
【００６１】
さらに本実施例では、検知体48が不透明である流体センサを備えている。
【００６２】
このようにすると、検知体48が不透明であるため、光を十分遮ることができ、流体の流量を確実に検知することができる。
【００６３】
また本実施例では、流路管47の内壁と検知体48との隙間ｄと、前記流体と検知体48との密度差と、前記流体に流れがない時の検知体48の位置に対する発光部50及び受光部51の取り付け位置とが、所定の検知流量となるよう設定された前記流体センサを備えている。
【００６４】
このようにすると、流路管47の内壁と検知体48との隙間ｄと、流体と検知体48との密度差と、流体に流れがない時の検知体48の位置に対する発光部50及び受光部51の取り付け位置とを調節することにより、当該流体センサで検知できる流量を所望の値に設定することができる。
【００６５】
さらに本実施例では、燃料電池９を冷却する液体としての冷却水の流路に冷却水流体センサ44を備えている。
【００６６】
このようにすると、燃料電池９を冷却する冷却水の流量を冷却水流体センサ44で検知することにより、燃料電池９の温度が異常上昇する前に異常を検知することができる。従って、燃料電池９に起因する異常から燃料電池システムを保護することができる。
【００６７】
また本実施例では、改質器６での改質に利用される液体としての改質水の流路に改質水流体センサ45を備えている。
【００６８】
このようにすると、改質器６に供給する改質水の流量を当該流体センサで検知することにより、改質器６の動作に支障をきたす前に異常を検知することができる。従って、改質器６に起因する異常から燃料電池システムを保護することができる。
【００６９】
さらに本実施例では、燃料電池９の排熱を利用して排熱熱交換器27により暖められる液体としての循環水の流路に循環水流体センサ46を備えている。
【００７０】
このようにすると、燃料電池９の排熱を利用して排熱熱交換器27により暖められる循環水の流量を循環水流体センサ46で検知することにより、排熱熱交換器27の動作に支障をきたす前に異常を検知することができるとともに、燃料電池９の排熱が有効に利用されていないことを検知することができる。従って、排熱熱交換器27に起因する異常から燃料電池システムを保護することができ、燃料電池９の排熱の利用状況を検知することもできる。
【実施例２】
【００７１】
以下、図４及び図５を参照しながら、本発明における燃料電池システムの第２実施例について説明する。
【００７２】
図４において、流路管入口52と、流路管出口53とを流路管47の両端部に設けた円筒形状をなしている。流路管47は透明部材により形成されており、その内部には、例えばポリプロピレン樹脂（水の比重１に対して比重約0.9）等の比重が水より小さく、かつ例えば黒色等の不透明材料で形成した球状の検知体48が入っている。この検知体48と流路管47の内壁との間には、水が流れる隙間ｄが設けられている。49は、検知体48が流路管47の上流側から下流側へ移動したときに検知体48を受け止め、流路を確保する為の検知体受けである。また、流路管47の下部（下流側）で検知体受け49が位置する部分には、発光部50と受光部51により構成されたフォトカプラ55が取り付けられている。
【００７３】
次に上記構成の作用について説明する。前提条件として、当該流体センサは、流路管入口52が下、流路管出口53が上となるよう配設され、流体が流路管出口53から流路管入口52へ流れるように構成されている。従って、図４に示すように、流路管47内が水で満たされている状態かつ水に流れがない場合には、検知体48は流体との比重差で浮力により流路管47の上部（流れの上流側）に位置し、又は流れはあるが規定流量に満たない場合には、上部より若干下側に位置しているため、流路管47の下部（下流側）に取り付けられた発光部50から発せられた光Ｌは流路管47を透過し、受光部51に到達し、信号のやり取りが行われる。
【００７４】
一方、図５に示すように、流路管47内の水の流れが規定流量を満たした場合には、検知体48は、流路管47の下流側に移動し、検知体受け49の位置で停止する。これにより、発光部50からの光Ｌは、検知体48により遮られるため、受光部51に到達せず、信号のやり取りが中断する。従って、水が正常に流れていることを検知することができる。なお、流路管47内の水の流れがなくなると、検知体48に作用する浮力により、検知体48が上方の初期位置に浮き上がる為、検知体48に水以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。ここで、本実施例での初期位置とは、流路管47内が水で満たされている状態かつ水に流れがない場合における、検知体48の位置をいう。
【００７５】
以上のように本実施例では、検知体48が前記流体より密度の小さい材料により形成され、流路管47の上方から下方に向かって前記流体が流れるよう構成された流体センサを備えている。
【００７６】
このようにすると、流体の流量が所定量を満たすことで、その流れが検知体48に作用する浮力に抗することにより、検知体48が下方に位置する検知体受け49まで沈み、一方流体の流量が所定量を満たさないときは、検知体48に作用する浮力により、検知体48が上方の初期位置に浮き上がる為、検知体48に流体以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。
【実施例３】
【００７７】
以下、図６及び図７を参照しながら、本発明における燃料電池システムの第３実施例について説明する。
【００７８】
図６において、流路管入口52と、流路管出口53とを有し、流路管47の両端部に設けた円筒形状をなしている。流路管47は透明部材により形成されており、その内部には、例えばポリカーボネート樹脂（水の比重１に対して比重約1.2）等の比重が水より大きく、かつ例えば黒色等の不透明材料で形成した球状の検知体48が入っている。この検知体48と流路管47の内壁との間には、水が流れる隙間ｄが設けられている。49は、検知体48が流路管47の上流側から下流側へ移動したときに検知体48を受け止め、流路を確保する為の検知体受けである。また、流路管47の底部（上流側）で検知体48が停止している部分には、発光部50と受光部51により構成されたフォトカプラ55が取り付けられている。
【００７９】
次に上記構成の作用について説明する。前提条件として、当該流体センサは、流路管入口52が下、流路管出口53が上となるよう配設され、水が流路管入口52から流路管出口53へ流れるように構成されている。従って、図６に示すように、流路管47内に水がない状態、又は水で満たされているが水に流れがない場合には、検知体48は流体との比重差（検知体48の自重）で流路管47の底部に位置しているため、流路管47の下部（上流側）に取り付けられた発光部50から発せられた光Ｌは、検知体48により遮られ、受光部51に到達せず、信号のやり取りが行われない。
【００８０】
一方、図７に示すように、流路管47内の水の流れが生じた場合には、検知体48は、流路管47の下流側（上部）に移動する。これにより、発光部50からの光Ｌは検知体48により遮られることなく、受光部51に到達し、信号のやり取りが行われる。従って、流体が正常に流れていることを検知することができる。なお、流路管47内の水の流れがなくなると、検知体48の自重により、検知体48が下方の初期位置に沈む為、検知体48に水以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。ここで、本実施例での初期位置とは、流路管47内に水がない状態、又は水で満たされているが水に流れがない場合における、検知体48の位置をいう。
【実施例４】
【００８１】
以下、図８及び図９を参照しながら、本発明における燃料電池システムの第４実施例について説明する。
【００８２】
図８において、流路管入口52と、流路管出口53とを流路管47の両端部に設けた円筒形状をなしている。流路管47は透明部材により形成されており、その内部には、例えばポリプロピレン樹脂（水の比重１に対して比重約0.9）等の比重が水より小さく、かつ例えば黒色等の不透明材料で形成した球状の検知体48が入っている。この検知体48と流路管47の内壁との間には、水が流れる隙間ｄが設けられている。49は、検知体48が流路管47の上流側から下流側へ移動したときに検知体48を受け止め、流路を確保する為の検知体受けである。また、流路管47の上部（上流側）で浮力により検知体48が浮き上がり、流路管47の上壁に突き当たり停止している部分には、発光部50と受光部51により構成されたフォトカプラが取り付けられている。
【００８３】
次に上記構成の作用について説明する。前提条件として、当該流体センサは、流路管入口52が下、流路管出口53が上となるよう配設され、流体が流路管出口53から流路管入口52へ流れるように構成されている。従って、図８に示すように、流路管47内が水で満たされている状態かつ水に流れがない場合には、検知体48は流体との比重差で浮力により流路管47の上部（流れの上流側）に位置するため、流路管47の上部（下流側）に取り付けられた発光部50から発せられた光Ｌは、検知体48により遮られ、受光部51に到達せず、信号のやり取りが行われない。
【００８４】
一方、図９に示すように、流路管47内の水の流れが生じた場合には、検知体48は、流路管47の下流側（下方）に移動する。これにより、発光部50からの光Ｌは、検知体48により遮られることなく受光部51に到達し、信号のやり取りが行われる。従って、流体が正常に流れていることを検知することができる。なお、流路管47内の水の流れがなくなると、検知体48に作用する浮力により、検知体48が上方の初期位置に浮き上がる為、検知体48に水以外の力を作用させなくても、当該流量を繰り返し検知することができる。ここで、本実施例での初期位置とは、流路管47内が水で満たされている状態かつ水に流れがない場合における、検知体48の位置をいう。
【００８５】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。上記各実施例では、固体高分子型燃料電池システムについて説明したが、溶融炭酸型，固体酸化物型等の他の発電方式でもかまわない。フォトカプラ55は反射型の光電センサなどとしてもよく、流路管47の壁面に埋め込む又は内部に設けてもよい。又、検知体は円柱状，円錐状等でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の第１実施例における燃料電池システムの全体構成を示すブロック構成図である。
【図２】同上、燃料電池システムに利用される流体センサの構成を示す説明図である。
【図３】同上、燃料電池システムに利用される流体センサ内に流れが生じた状態を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施例における燃料電池システムに利用される流体センサの構成を示す説明図である。
【図５】同上、燃料電池システムに利用される流体センサ内に流れが生じた状態を示す説明図である。
【図６】本発明の第３実施例における燃料電池システムに利用される流体センサの構成を示す説明図である。
【図７】同上、燃料電池システムに利用される流体センサ内に流れが生じた状態を示す説明図である。
【図８】本発明の第４実施例における燃料電池システムに利用される流体センサの構成を示す説明図である。
【図９】同上、燃料電池システムに利用される流体センサ内に流れが生じた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８７】
６  改質器
９  燃料電池
27  排熱熱交換器（熱交換器）
44  冷却水流体センサ（流体センサ）
45  改質水流体センサ（流体センサ）
46  循環水流体センサ（流体センサ）
47  流路管（流路体）
48  検知体
49  検知体受け
50  発光部
51  受光部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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