(57)【要約】【課題】より簡易な構成で水素のシール性を高度に確保し、外部への水素の漏洩の無い信頼性の高い燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック１に水素を供給する水素供給ラインを水９と共に密閉容器８内に封入する。このような構成とすることにより、水素供給ラインから漏れ出した水素は、密閉容器８の上部に溜まる。したがって、この部分のシール性を確保しておくことで、外部への水素の漏洩を確実に防止できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体に燃料である水素を供給する水素供給ラインが、液体中に浸漬されていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
酸化剤である空気と燃料である水素とを基に発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体に酸化剤である空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料である水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、
前記水素貯蔵手段に貯蔵された水素を流量または圧力の少なくとも一方を調整して前記燃料電池本体に供給する水素供給ラインとを有し、
前記水素供給ラインが液体と共に密閉容器内に封入され、液体中に浸漬されてい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】
前記燃料電池本体から排出された排水素を循環して再利用する水素循環ラインを有し、
前記水素循環ラインが前記水素供給ラインと共に前記密閉容器内に封入され、液体中に浸漬されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排水素は液体中に排出され、前記密閉容器の上部液面上に設置された水素吸込み口から前記水素循環ラインに取り込まれることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記密閉容器内の液体は、前記燃料電池本体で生成される生成水であることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記密閉容器内の液体は、前記燃料電池本体の加湿に使用される加湿水であることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記密閉容器内の液体は、前記燃料電池本体の冷却に使用される冷却液であることを特徴とする請求項２乃至４の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記冷却水は不凍液であ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】
前記密閉容器は、上部容器と下部容器とを接合することにより構成されており、これら上部容器と下部容器との接合部よりも上側に液体の液面が位置するように、前記密閉容器内に液体が封入されていることを特徴とする請求項２乃至８の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記密閉容器内に封入された液体の液面高さを検知する液面検知手段を有することを特徴とする請求項２乃至９の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記液面検知手段は、前記密閉容器内の略同一高さ位置に少なくとも２以上の検出部を有することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記密閉容器は、当該密閉容器内に液体を供給する液体供給手段を有し、
前記密閉容器内の略同一高さ位置に設けられた前記液面検出手段の全ての検出部により液面低下が検出された場合に、前記液体供給手段により前記密閉容器内に液体が注入されることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記密閉容器は、当該密閉容器から液体を排出する液体排出手段を有し、
前記密閉容器内の略同一高さ位置に設けられた前記液面検出手段の全ての検出部により液面上昇が検出された場合に、前記液体排出手段により前記密閉容器内の液体が排出されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記密閉容器は、当該密閉容器から液体を排出する液体排出手段を有し、
前記燃料電池本体に供給される水素量と前記燃料電池本体における積算発電量のうちの少なくとも一方を検出して、この検出結果が所定値を上回った場合に、前記液体排出手段により前記密閉容器内の液体が排出されることを特徴とする請求項２乃至１２の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記水位検知手段により前記密閉容器内に封入された液体の液面低下が検出される間隔を監視し、この間隔が所定時間より短い場合に、前記密閉容器からの液漏れと判断することを特徴とする請求項１０乃至１３の何れかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料とし酸素を酸化剤として発電を行う燃料電池システムに関するものであり、特に、水素シール性の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池システムは、燃料電池スタック（燃料電池本体）の燃料極（水素極）に水素ガス、空気極に空気をそれぞれ供給し、電解質膜を介してこれら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得るものである。このような燃料電池システムは、例えば自動車の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
燃料電池システムに用いられる燃料電池スタックとしては、例えば自動車に搭載する上で好適なものとして、固体高分子タイプの燃料電池スタックが知られている。固体高分子タイプの燃料電池スタックは、水素極と空気極との間に電解質膜として固体高分子膜が設けられたものである。この固体高分子タイプの燃料電池スタックでは、水素極で水素ガスが水素イオンと電子とに分離される反応が起き、空気極で酸素ガスと水素イオンと電子とから水を生成する反応が行われる。このとき、固体高分子膜がイオン伝導体として機能し、水素イオンは固体高分子膜を空気極に向かって移動することになる。
【０００４】
前述の燃料電池システムにおいては、当然のことながら、燃料電池スタックに対する水素（燃料）の供給が不可欠であり、通常、水素貯蔵手段に貯蔵された水素を、その流量や圧力を調整しながら水素供給ラインを通して燃料電池スタックに送り込むようにしいる。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この特許文献１記載の技術では、水素貯蔵手段としての複数の水素ボンベから供給される水素を配管を通じて密閉容器内に導入し、この密閉容器内において締切り弁で流量調整、水素側圧力制御弁で圧力調整した後、水素加湿装置で所定の加湿状態に調整した上で燃料電池スタックへと供給するようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２１３０４２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記燃料電池システムでは、燃料として水素を使用するが故に、水素のシール性の確保が重要な課題となる。したがって、水素供給ラインにおいては、水素の流量や圧力を調整する弁（前記締切り弁や水素側圧力制御弁等）のシール性や、これら弁と配管との接合部のシール性を高度に保つ必要があり、僅かでもシール性が不足すると、外部へ水素が漏れ出してしまう虞れがある。
【０００８】
しかしながら、弁や配管との接合部のシール性を高度に保つためには、これに対応した特殊な弁や接合構造を採用する必要があり、装置全体のコストを引き上げる原因となる。また、水素は、他の燃料ガスや液体燃料と比べて僅かな隙間でも透過し易く、前記特殊な弁や接合構造を採用したとしても、完全にシールすることは極めて困難である。さらに、水素が漏れ出した場合、漏洩した水素は例えば弁の周囲等に滞留することになり、この状態を使用者が認識することもできないので、改善が望まれている。
【０００９】
このような水素漏れを抑える一つの手法としては、前記特許文献１に記載されるように、燃料電池スタックや、水素供給系を含めた燃料電池スタックを動作させるために必要な機器を密閉容器内に収容することも考えられるが、このように多くの機器を密閉容器内に収容するには大型の密閉容器が必要とされ、密閉容器全体のシール性を高度に確保することは、やはり多大な困難を伴う。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、より簡易な構成で水素のシール性を高度に確保することが可能で、外部への水素の漏洩の無い信頼性の高い燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述の目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、燃料電池本体に燃料である水素を供給する水素供給ラインが、液体中に浸漬されていることを特徴とするものである。すなわち、本発明の燃料電池システムでは、水素供給ラインが液体によってシールされた形になり、極めて高度なシールが実現され、不用意な水素の漏洩は回避される。また、仮に水素漏れが発生した場合には、容易にこれを認識することができ、さらに、漏れ出した水素が例えば弁の周囲等に不用意に滞留することもない。
【００１２】
本発明の燃料電池システムのより具体的な構成としては、酸化剤である空気と燃料である水素とを基に発電する燃料電池本体と、前記燃料電池本体に酸化剤である空気を供給する空気供給手段と、前記燃料である水素を貯蔵する水素貯蔵手段と、前記水素貯蔵手段に貯蔵された水素を流量または圧力の少なくとも一方を調整して前記燃料電池本体に供給する水素供給ラインとを有し、前記水素供給ラインが液体と共に密閉容器内に封入され、液体中に浸漬されていることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすることにより、水素供給ラインから漏れ出した水素は、密閉容器の上部に溜まる。したがって、この部分のシール性を確保しておけばよく、密閉容器全体のシール性を確保する必要がないので、簡易な構成で外部への水素漏れが抑制される。また、漏れ出した水素は、密閉容器上部の空間から容易に回収される。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、簡易な構成で水素供給ラインにおけるシール性を高度に確保することが可能であり、外部への水素の漏洩の無い信頼性の高い燃料電池システムを構築することが可能である。特に、水素供給ラインを液体と共に密閉容器内に封入することにより、水素供給ラインから漏れ出した水素を密閉容器の上部に溜めることができ、僅かな部分のシール性の確保によって確実に外部への水素の漏れ出しを回避することができる。また、不用意な水素の滞留を解消することができ、漏れ出した水素を簡単に再利用することも可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池システムについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
本発明の燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池スタック（燃料電池本体）１と、この燃料電池スタック１に燃料である水素を供給する水素供給系、及び酸化剤（空気）を供給する空気供給系とを有している。
【００１７】
燃料電池スタック１は、水素が供給される水素極１ａと酸素（空気）が供給される空気極１ｂとが電解質膜・電極触媒層複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層された構造を有し、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。水素極１ａでは、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質膜を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極１ｂにそれぞれ移動する。空気極１ｂでは、供給された空気中の酸素と前記水素イオン及び電子が反応して水が生成し、外部に排出される。
【００１８】
燃料電池スタック１の電解質膜としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質膜が用いられる。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。したがって、前記高分子固体電解質膜を適度に加湿する必要があり、ここでは水チャンネル１ｃが設けられている。そして、この水チャンネル１ｃを流れる水により固体高分子電解質膜の加湿が行われる。なお、水チャンネル１ｃは、燃料電池加湿手段であるが冷却手段も兼ねており、水チャンネル１ｃを流れる水は、加湿水としての役目のみならず、冷却水としての役目も兼ねている。
【００１９】
水素供給系は、水素貯蔵手段である高圧水素タンク２と、水素供給ラインを構成する水素供給配管３とを主として構成され、高圧水素タンク２内の水素ガスを、水素供給配管３を通して燃料電池スタック１の水素極１ａへと供給するようになっている。水素供給配管３の中途位置には、水素流量制御弁４や、エゼクタ５等が設けられており、水素貯蔵手段である高圧水素タンク２から供給される水素ガスは、水素流量制御弁４によって流量が調整され、エゼクタ５を通って水素供給配管３から燃料電池スタック１の水素極１ａへと供給される。したがって、これら水素供給配管３、水素流量制御弁４及びエゼクタ５によって水素供給ラインが構成されることになる。
【００２０】
燃料電池スタック１では供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、余剰となった水素ガス（燃料電池スタック１から排出される水素ガス）が、エゼクタ５により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック１の水素極１ａへと供給される。なお、このような水素循環系の構成の詳細については後述する。
【００２１】
空気供給系は、空気を送り込むコンプレッサ６や空気供給配管７を有して構成され、コンプレッサ６によって供給される酸化剤としての空気を、空気供給配管７を通して燃料電池スタック１の空気極へと供給するようになっている。なお、燃料電池スタック１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック１からスロットル等を介して外部に排出されるようになっている。
【００２２】
本実施形態の燃料電池システムでは、前述の水素供給ライン、すなわち水素供給配管３、水素流量制御弁４及びエゼクタ５が密閉容器８内に液体である水９と共に封入されていることが大きな特徴である。ここで、密閉容器８は、例えばプレス加工やその他の成形方法により形成された継ぎ目の無い筐体状の上部容器８ａと、その底面部を塞ぐ下部容器８ｂとを接合部８ｃにおいて接合一体化することにより構成されており、前記水９は、液面がこの接合部８ｃよりも上になるように密閉容器８内に充填されている。
【００２３】
前記水素供給ラインにおいては、水素流量制御弁４と水素供給配管３との接合部等のシール性を高度に保つ必要があり、シール性が不足すると外部へ水素が漏れ出してしまう虞れがある。水素供給ラインを前述のように水９の中に浸漬すれば、水９を利用した高度なシールが実現される。また、仮に水素供給ラインから水素が漏洩しても、漏れ出した水素は密閉容器８の上部（上部容器８ａの上部）に溜まる。密閉容器８ａの上部容器８ａは、先にも述べたように継ぎ目の無い一体成形品であるため、高度にシール性が保たれており、この部分に溜まった水素が外部に漏れ出すことはない。
【００２４】
なお、以上のように水素供給ラインを密閉容器８内に水９と共に封入する構造を採用する場合、水素供給ラインの密閉容器８外との連通箇所（水素供給配管３の密閉容器８からの出入り部分）が水没するように水９の水位を確保することが好ましい。これにより、前記連通箇所や前記接合部８ｃの水９に対するシールを行えばよいこととなり、水素漏れに対して有利である。
【００２５】
また、密閉容器８内の水９は、外部から供給してもよいが、燃料電池システム内で生成する水を利用するようにしてもよい。例えば、燃料電池スタック１の水チャンネル１ｃの水排出側に密閉容器８内に延びる水供給管１０を設置するとともに水供給弁１１を設け、必要に応じて水チャンネル１ｃから排出される水を密閉容器８内に供給すればよい。
【００２６】
本実施形態では、水素供給ラインから水素が漏れ出したとしても、この漏れ出した水素密閉容器８の上部に溜まることから、この部分から水素を回収して再利用することができる。それとともに、先の水素循環手段もこれを利用して構成することができる。
【００２７】
以下、この水素循環手段について説明する。先にも述べたように、本実施形態の燃料電池システムでは、水素供給ラインから水素が漏れ出した場合に、この水素が密閉容器８の上部に溜まる構成となっている。そこで、燃料電池スタック１の水素極１ａの水素出口に水素排出配管１２を設け、燃料電池スタック１からの排水素を密閉容器８内の水９中に排出するようにする。この水素排出配管１２から排出された水素は、気泡となって水９中を上昇し、やはり密閉容器８の上部に溜まることになる。
【００２８】
そこで、この密閉容器８の上部に溜まった水素を、エゼクタ５によって水素供給配管３に戻し、燃料電池スタック１に再度供給する。したがって、エゼクタ５に接続される水素吸込み口１３が水９の水面上に出るように設けられており、ここから密閉容器８上部の水素が吸い込まれる。
【００２９】
前述の通り、密閉容器８内の水９中に排出された水素は気泡となり密閉容器８上部に到達し、密閉容器８上部に蓄積される。ここで、水素循環手段であるエゼクタ５の水素吸込み口１３は水９の水面より上、すなわち水素中に突出しており、密閉容器８の上部に蓄積された水素がここから吸引されてエゼクタ５にて高圧水素タンク２からの水素と混合され、再度燃料電池スタック１へと供給されることになる。水素供給手段としては、エゼクタ５ではなくポンプを用いることも考えられるが、この場合も本例と同様にポンプ吸入口を密閉容器８上部の水素中に設けることにより同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、燃料電池スタック１から排出された余剰の水素を効率良く循環させるためには、燃料電池スタック１から排出された水素に含まれる燃料電池スタック１で生成された生成水（純水）を除去する必要がある。このために水素気水分離手段を別途設けることも考えられるが、設置空間に制約のある自動車等の移動体における燃料電池システムではレイアウトが困難となる。本実施形態においては、燃料電池スタック１から排出された水素は密閉容器８内に注入された水９中に排出され、水９中で燃料電池スタック１で生成された純水と水素とは必然的に分離される。このため、特別に水素気水分離装置を必要とせずレイアウトが容易となる。
【００３１】
ところで、以上のような燃料電池システム運転中には、燃料電池スタック１の空気極１ｂから水素極１ａに若干量の窒素Ｎ２が固体高分子電解質膜を透過して浸入してくる。この窒素Ｎ２は燃料電池で発生する発電量を低下させる要因となるので、所定の時間間隔で水素循環系内をパージし、窒素Ｎ２を水素と共に燃料電池システム外に追い出す必要がある。これに対処するために、本実施形態の燃料電池システムでは、密閉容器８に水素パージ弁１４を備えたパージ配管１５が設置されている。このパージ配管１５は、一端１５ａが密閉容器８の上部の空間（水素）中に突出されるとともに、他端１５ｂが密閉容器８の外部に引き出されている。そして、水素循環系内のパージが必要になったときには、水素パージ弁１４が開けられ、窒素を含む水素がパージ配管１５を介して密閉容器８の外部に排出されるようになっている。
【００３２】
また、パージ配管１５と水素供給配管３との間には、水素リリーフ弁１６が設けられている。この水素リリーフ弁１６は、水素循環系内の圧力が所定値以上に上昇した場合に開放され、水素循環系内の圧力を一定に保つ働きをするものである。
【００３３】
以上の構成を有する燃料電池システムにおいて、密閉容器８内の水位が水素循環系の水素吸込み口１３よりも上昇した場合、水素循環系の水素吸込み口１３から水９を吸い込むことになる。水９が吸い込まれると、吸い込まれた水９によって水素循環系が閉塞する等、燃料電池システムの運転に影響を与えることも考えられる。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、密閉容器８内の水位が過剰に上昇した場合には、エゼクタ５の水素吸込み口１３から水９を吸込むことを防ぐため、密閉容器８下部に水排出弁１７を設け、この水排出弁１７を開とすることで密閉容器８内の水９を排出し、水位を低下させるようにしている。
【００３４】
具体的には、図１に示すように、密閉容器８内に段階的に複数の水位センサを設け、これらの水位センサで密閉容器８内の水位を検出するようにしている。例えば、３段階の高さ位置に、第１の水位センサ１８と、第２の水位センサ１９と、第３の水位センサ２０とをそれぞれ設ける。これら各水位センサ１８，１９，２０は、水位を検知したときに電気的に閉（ＯＮ）あるいは開（ＯＦＦ）と動作するものとする。本実施形態では、各水位センサ１８，１９，２０は、水面が水位センサ以上である場合、水位センサは電気的に閉（ＯＮ）、水面が水位センサ未満である場合、電気的に開（ＯＦＦ）となるセンサとする。なお、電気的な特性が逆の場合でも同様の制御を行うことが可能である。
【００３５】
第１乃至第３の水位センサ１８，１９，２０は、坂道を走行する車両等、傾斜のある場所で使用された場合の誤検知を防止するため、密閉容器８内における略同一の高さ位置に各々少なくとも２個以上、水平方向に可能な限り間隔をあけて設けられている。それとともに、第１の水位センサ１８、第２の水位センサ１９、第３の水位センサ２０は、それぞれ異なる高さ位置に設置されて、それぞれの検出水位が異なるようになっている。例えば、第１の水位センサ１８は、検知水面がエゼクタ５の水素吸込み口１３が水没しない限度位置となるように設けられている。また、第３の水位センサ２０は、検知水面が水素供給手段、すなわち水素供給配管３の密閉容器８の出入り口における密閉部より若干高くなる位置に設けられている。また、第２の水位センサ１９は、第１の水位センサ１８と第２の水位センサ２０との中間の高さに設けられている。
【００３６】
そして、本実施形態では、図２のタイムチャートで示すように、第１の水位センサ１８が電気的に閉（ＯＮ）となったときに、密閉容器８内の水位が過剰に上昇したと判断し、水排出弁１７を開とし密閉容器８内の水９を排出するようにしている。ここで、第１の水位センサ１８がＯＮであるとは、水平方向に間隔をあけて設けられた複数の水位センサ１８全てがＯＮとなっていることを意味している。したがって、燃料電池システムを多少傾斜のある場所で使用した場合でも、傾斜による誤差を吸収して、密閉容器８内の水位が過剰に上昇したときに密閉容器８内の水９を確実に外部に排出することができる。
【００３７】
水排出弁１７を開として密閉容器８内の水９を排出することにより、密閉容器８内の水位は低下することになる。そこで、本実施形態では、第２の水位センサ１９が電気的に開（ＯＦＦ）となったときに、密閉容器８内の水位が十分に低下したと判断し、水排出弁１７を閉とし水９の排出を停止するようにしている。ここで、第２の水位センサ１９がＯＦＦであるとは、水平方向に間隔をあけて設けられた複数の水位センサ１９全てがＯＦＦとなっていることを意味している。したがって、燃料電池システムを多少傾斜のある場所で使用した場合でも、傾斜による誤差を吸収して、密閉容器８内の水位が確実に低下したときに水９の排出を停止させることができる。
【００３８】
なお、燃料電池スタック１での積算発電量と密閉容器８内の水位は、図３に示すように比例関係にあるため、図３中に示す燃料電池スタック１での積算発電量の所定値Ｗ′を閾値として、積算発電量が閾値Ｗ′を超えた場合に水排出弁１７を開とし、予め実験で求められた時間経過後に水排出弁１７を閉とするようにしてもよい。この場合でも、密閉容器８内の水位が過剰に上昇した場合に、余剰分の水９を外部に適切に排出することができる。なお、発電量と燃料電池スタック１への水素供給量は比例関係にあるため、水素供給量を検出することで間接的に積算発電量を検出することができる。したがって、水素供給量が所定の閾値を超えた場合に水排出弁１７を開とし、予め実験で求められた時間経過後に水排出弁１７を閉とするようにしても同様の効果が得られる。
【００３９】
一方、密閉容器８内の水位が過剰に低下すると、この密閉容器８内の水９による水素シール性の機能が損なわれる虞がある。そこで、本実施形態では、図４のタイムチャートで示すように、第３の水位センサ２０が電気的に開（ＯＦＦ）となったときに、密閉容器８内の水位が過剰に低下したと判断し、水供給弁１１を開として密閉容器８内に水チャンネル１ｃの純水を注入するようにしている。ここで、第３の水位センサ２０がＯＦＦであるとは、水平方向に間隔をあけて設けられた複数の水位センサ２０全てがＯＦＦとなっていることを意味している。したがって、燃料電池システムを多少傾斜のある場所で使用した場合でも、傾斜による誤差を吸収して、密閉容器８内の水位が過剰に低下したときに密閉容器８内に水を確実に補充することができる。
【００４０】
水供給弁１１を開として密閉容器８内に水を補充することにより、密閉容器８内の水位は上昇することになる。そこで、本実施形態では、第２の水位センサ１９が電気的に閉（ＯＮ）となったときに、密閉容器８内の水位が十分に上昇したと判断し、水供給弁１１を閉として純水の注入を停止するようにしている。ここで、第２の水位センサ１９がＯＮであるとは、水平方向に間隔をあけて設けられた複数の水位センサ１９全てがＯＮとなっていることを意味している。したがって、燃料電池システムを多少傾斜のある場所で使用した場合でも、傾斜による誤差を吸収して、密閉容器８内の水位が確実に上昇したときに水の補充を停止させることができる。
【００４１】
なお、水位検出手段の構成によっては、密閉容器８内の水位を連続的に検出することもでき、この場合には、水位が予め実験などで決められた所定値を上回ったときに水排出弁１７を開とし、逆に所定値を下回ったときに水供給弁１１を開とすることもできる。
【００４２】
また、密閉容器８内から水９が漏れている場合には密閉容器８内の水位が急激に低下することになるので、上述した水位センサを用いて、密閉容器８の水漏れを検出することもできる。すなわち、密閉容器８内に水を補充して第２の水位センサ１９が電気的に閉（ＯＮ）となってから、密閉容器８内の水位が低下して第３の水位センサ２０が電気的に開（ＯＦＦ）となる時間間隔を監視し、図５に示すように、この時間間隔（Ｔ１）が所定時間（Ｔｎ）より短い場合に、密閉容器８から水９が漏れているものと判断することができる。ここで、前記所定時間は、予め実験によって漏れがない場合の時間（Ｔｎ）を求めておき、この時間（Ｔｎ）を所定時間として設定すればよい。また、高温時は密閉容器８に蓄積される水素の飽和水蒸気量が増加するため、密閉容器８外部の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段での検出値が大きいほど前記所定時間を長くするようにしてもよい。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態では、水素供給ラインや水素循環系を水９と共に密閉容器８内に封入し、これらを水９に浸す構成としているので、水素供給ラインや水素循環系から漏れた水素は密閉容器８上部に溜まる。したがって、この部分（密閉容器８上部）さえ水素シール性を確保しておけばよいので、水素供給ラインや水素循環系には厳密な水素シール性を求めなくても良く、簡易な構成で外部への水素漏れを抑制できる。また、漏れた水素が弁等の周囲に滞留することも抑制できる。
【００４４】
さらに、密閉容器８内に燃料電池スタック１からの余剰水素が供給されるため、独立した水素気水分離手段を必要とせず、レイアウト上有利である。また、密閉容器８中に封入する水９は、生成水や加湿水、冷却水等、燃料電池システムにもともと存在する水を利用するので、封入用に別途水を蓄えておく必要は無く、この点でもレイアウト上有利である。
【００４５】
また、密閉容器８の接合部８ｃは水９で浸されるので、この部分については水９に対するシール性を確保しさえすればよく、より簡易な構成で水素漏れを防ぐことができる。
【００４６】
また、密閉容器８内の水位を検出するための第１乃至第３の水位センサ１８，１９，２０を、それぞれ水平方向に間隔をあけて複数個ずつ設置するようにしているので、燃料電池システムを車両に用いた場合等、傾斜地で利用される場合であっても、密閉容器８内の水位を適切に検出して、これに応じ密閉容器８内の水位を最適な状態に保つことができる。
【００４７】
また、密閉容器８内の水位上昇を燃料電池スタック１の積算発電量から検出するようにした場合には、実際に水位が過剰に上昇する前に水９の密閉容器８からの排出を開始することができるので、排出に応答遅れがある場合でも水素循環系が水を吸入してしまう不都合を確実に回避することが可能である。
【００４８】
また、密閉容器８からの水漏れが生じている場合に、それを検出して適切な対応を図ることによって、密閉容器８の水漏れを放置したために水素漏れに至るといった問題を未然に回避することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態においては、密閉容器８に封入する液体として水を用いた例について説明したが、例えば燃料電池スタック１に水チャンネル１ｃとは別に冷却水チャンネルを設け、冷却水として例えばエチレングリコール水溶液を用いて、これを密閉容器８内に封入するようにしてもよい。この場合には、液体供給手段は燃料電池システムの冷却水配管に設けられることになる。このように、密閉容器８に封入する液体としてエチレングリコール水溶液を用いれば、密閉容器８内の凍結を防止することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の燃料電池システムの要部構成を示す図である。
【図２】密閉容器内の水位が上昇した場合の水位センサを用いた制御例を示すタイムチャートである。
【図３】燃料電池スタックの発電積算量と密閉容器内の水位との関係を示す図である。
【図４】密閉容器内の水位が低下した場合の水位センサを用いた制御例を示すタイムチャートである。
【図５】密閉容器の水漏れを検出する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１  燃料電池本体
２  高圧水素タンク
３  水素供給配管
４  水素流量制御弁
５  エゼクタ
８  密閉容器
８ａ  上部容器
８ｂ  下部容器
８ｃ  接合部
１３  水素吸込み口
１４  パージ配管
１８  第１の水位センサ
１９  第２の水位センサ
２０  第３の水位センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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