(57)【要約】【課題】本発明は、ＰＥＦＣを循環する水素中の付臭剤濃度を一定に保つことができ、且つ、系外に付臭剤を排出しない水素供給装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ＰＥＦＣ１に水素を循環する循環路２と、タンク６に貯蔵された水素を前記循環路２に供給する供給路３と、前記循環路２に接続され、前記ＰＥＦＣ１から放出された水素を系外に排出するパージ路４とを備え、前記供給路３に設けられた付臭剤濃度制御手段５が、この付臭剤濃度制御手段５よりも下流の水素の付臭剤濃度を所定範囲に制御し、前記パージ路４に設けられた第１脱臭手段８が、前記系外に放出される水素から、前記付臭剤を除去することを特徴とする水素供給装置を提供する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池に、付臭剤を含有する水素を供給する水素供給装置において、
前記燃料電池から排出される未利用の水素を循環させ、再び前記燃料電池へ供給する循環路と、タンクに貯蔵された水素を前記循環路に供給する供給路を備え、
前記循環路内の水素の付臭剤濃度を制御する付臭剤濃度制御手段を設けたことを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】
前記循環路に、前記付臭剤濃度を測定する濃度センサを有し、
前記濃度センサにより測定された前記付臭剤濃度に基づいて、前記循環路内の前記付臭剤濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、
前記循環路内の水素および付臭剤を系外に排出することで、前記循環路内の付臭剤濃度を下げるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素供給装置。
【請求項４】
前記タンクに貯蔵された水素が予め前記付臭剤を含み、前記付臭剤濃度制御手段は、前記供給路に介設された脱臭手段と、この脱臭手段を迂回して水素を流通可能なバイパス路とからなり、
前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路内の水素の付臭剤濃度が所定濃度未満の場合には、前記バイパス路を介して予め付臭剤を含んだ水素を循環路に供給することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項５】
前記タンクに貯蔵された水素が予め前記付臭剤を含み、前記付臭剤濃度制御手段は、前記供給路に介設された脱臭手段と、この脱臭手段を迂回して水素を流通可能なバイパス路とからなり、
前記循環路内の水素の付臭剤濃度が前記所定濃度以上の場合は前記脱臭手段を通じて脱臭された水素を前記循環路に供給することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項６】
前記タンクに貯蔵された水素が純水素であり、前記付臭剤濃度制御手段は、前記供給路に接続された付臭手段であり、
前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路内の水素の付臭剤濃度が、所定濃度未満の場合には、前記付臭手段により水素に付臭剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項７】
前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、
前記系外に放出される水素量から、前記循環路内の水素の付臭剤濃度の減少量を計算し、
この減少量に基づいて前記付臭剤濃度制御手段が、前記付臭剤濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項８】
前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、
前記パージ路に、水素吸蔵合金を含んでなる水素回収容器が接続され、前記系外に放出される水素を前記水素回収容器により回収し、回収された水素を前記循環路に還流することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料として発電を行う燃料電池システムからの水素の漏洩を検知することを可能とした水素供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質を挟持したものであり、燃料電池自動車等の様々な用途に用いられ始めている。
【０００３】
図７に、ＰＥＦＣを利用した燃料電池システムの機能ブロック図を示す。
燃料電池システムは、燃料である水素を貯蔵する水素貯蔵手段１０１と、ＰＥＦＣ１０２と、ＰＥＦＣ１０２から放出された水素を再びＰＥＦＣ１０２に循環させる循環路１０４と、水素貯蔵手段１０１と循環路１０４とを接続し、ＰＥＦＣ１０２に水素を供給するための供給路１０３と、循環路１０４に接続され、ＰＥＦＣ１０２から放出される水素を系外に排出するためのパージ路１０５とを有する。
【０００４】
水素貯蔵手段１０１に貯蔵された水素は、供給路１０３および循環路１０４を介してＰＥＦＣ１０２のアノード電極に供給され、アノード電極において電子とプロトンとに解離する。解離した電子は外部の負荷を経由してカソード電極に移動し、プロトンは固体高分子電解質中をカソード電極に移動しカソード電極において、酸化剤ガス（空気等）により酸化されて水を生じる。
【０００５】
一般的に、燃料電池システムにおいては、アノード電極全体に水素を行き渡らせるために、ＰＥＦＣ１０２には理論量よりも多量の水素が供給されており、アノード電極で消費されなかった水素は、ＰＥＦＣ１０２から放出され、循環路１０４を流通して再びＰＥＦＣ１０２に循環される。
【０００６】
また、ＰＥＦＣ１０２に供給される水素は予め加湿されおり、さらに発電に伴い水が生成する。これらの水が、ＰＥＦＣ１０２内部で結露して水素の流通を妨げ、ＰＥＦＣ１０２の発電効率を低下させることを防ぐために、アノード電極に過剰の水素を吹き込むことで、水のパージを行う。このパージされた水素はパージ弁を介してパージ路１０５から系外に排出される。
【０００７】
ところで、ＰＥＦＣ１０２の燃料である水素は、無臭であるために、燃料電池システムからの漏洩を検知することが難しい。そのため、燃料電池自動車等の水素を利用するシステムにおいては、水素濃度を検知する水素センサ等を配置して、水素の漏洩を検知するシステムが検討されている。
【０００８】
その他の水素の漏洩を検知するシステムとしては、特許文献１では、図８に示すように、供給路１０３の上流側に付臭剤添加手段１０６を設け、付臭剤を添加した水素を流通させることとしている。ところで、付臭剤は、ＰＥＦＣ１０２の触媒を被毒するので、特許文献１では、供給路１０３の下流側に設けられた脱臭手段１０７により、付臭剤を除去した後に、ＰＥＦＣ１０２に水素を供給している。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−２９７０１号公報（００４１〜００５０段落）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１の方法は、水素中に付臭剤を添加するという点においては優れているものの、脱臭手段１０７よりも下流（ＰＥＦＣ１０２等）で発生する水素の漏洩を検知できないという問題点がある。
【００１１】
この問題点を解決するために、図９に示すように、供給路１０３の上流側に設けられた付臭剤添加手段１０６により、ＰＥＦＣ１０２への被毒が小さい付臭剤（例えば、スルファイド類等）を水素に添加し、ＰＥＦＣ１０２にまで付臭剤を供給するという方法が考えられる。
【００１２】
しかし、この方法では、付臭剤がＰＥＦＣ１０２で消費されないために、循環路１０４中において付臭剤が徐々に濃縮することで、ＰＥＦＣ１０２の発電効率を低下させたり、付臭剤の種類によっては、高濃度に濃縮された付臭剤がＰＥＦＣ１０２を被毒してしまう恐れがある。
【００１３】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、ＰＥＦＣを循環する水素中の付臭剤濃度を一定に保つことができる水素供給装置を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決するために以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池に、付臭剤を含有する水素を供給する水素供給装置において、前記燃料電池から排出される未利用の水素を循環させ、再び前記燃料電池へ供給する循環路と、タンクに貯蔵された水素を前記循環路に供給する供給路を備え、前記循環路内の水素の付臭剤濃度を制御する付臭剤濃度制御手段を設けたことを特徴とする水素供給装置である。
【００１５】
請求項１に記載の発明は、付臭剤濃度制御手段を設けたので、付臭剤濃度制御手段よりも下流に存在する循環路における水素の付臭剤濃度を所定範囲に制御することができる。なお、後記する実施形態では、付臭剤濃度制御手段を供給路に備える構成としている。また、循環路は、後記する実施形態では、図１等において、付臭水素循環経路Ｗ（循環路２＝狭義の循環路）として示される。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記循環路に、前記付臭剤濃度を測定する濃度センサを有し、前記濃度センサにより測定された前記付臭剤濃度に基づいて、前記循環路内の前記付臭剤濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置である。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、循環路に水素中の付臭剤濃度を測定する濃度センサを有することとしたので、付臭剤濃度制御手段は、この濃度センサにより測定された付臭剤濃度に基づき、循環路における水素の付臭剤濃度を確実に制御することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、前記循環路内の水素および付臭剤を系外に排出することで、前記循環路内の付臭剤濃度を下げるように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素供給装置である。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、循環路に接続されたパージ路を備えており、このパージ路から水素および付臭剤（付臭された水素）を系外に放出することで、付臭剤濃度を下げる。循環する水素中の付臭剤濃度が循環路内を循環する水素中の付臭剤濃度よりも低い場合に、有効に循環路内の水素濃度を下げることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記タンクに貯蔵された水素が予め前記付臭剤を含み、前記付臭剤濃度制御手段は、前記供給路に介設された脱臭手段と、この脱臭手段を迂回して水素を流通可能なバイパス路とからなり、前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路内の水素の付臭剤濃度が所定濃度未満の場合には、前記バイパス路を介して予め付臭剤を含んだ水素を循環路に供給することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置である。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、予め付臭剤を含んだ水素を供給する。付臭剤濃度制御手段は、循環路に対して、脱臭手段により処理された水素の供給も脱臭手段をバイパスした水素の供給もできる。循環路内の付臭剤濃度が所定濃度未満に低減すると、バイパス路を介して予め付臭剤を含んだ水素を循環路に供給するので（供給する割合を増やすので）、循環路内の付臭剤濃度を増加することが可能になる。なお、所定濃度未満における「所定値」は、後記する実施形態では図２のＳ２における「下限値」に相当する。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記循環路内の水素の付臭剤濃度が前記所定濃度以上の場合は前記脱臭手段を通じて脱臭された水素を前記循環路に供給することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、予め付臭剤を含んだ水素を供給する。付臭剤濃度制御手段は、循環路に対して、脱臭手段により処理された水素の供給も脱臭手段をバイパスした水素の供給もできる。循環路内の付臭剤濃度が所定濃度以上に増加すると、脱臭手段により付臭剤を脱臭した水素を循環路に供給するので（供給する割合を増やすので）、循環路内の付臭剤濃度を低減することが可能になる。なお、所定濃度以上における「所定濃度」は、後記する実施形態では図２のＳ３における「上限値」に相当する。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記タンクに貯蔵された水素が純水素であり、前記付臭剤濃度制御手段は、前記供給路に接続された付臭手段であり、前記付臭剤濃度制御手段は、前記循環路内の水素の付臭剤濃度が、所定濃度未満の場合には、前記付臭手段により水素に付臭剤を添加することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置である。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、タンクに貯蔵された純水素を、付臭手段により付臭することができる。付臭濃度制御手段は、循環路内の水素の付臭剤濃度が低い場合は付臭手段により付臭剤を添加する。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、前記系外に放出される水素量から、前記循環路内の水素の付臭剤濃度の減少量を計算し、この減少量に基づいて前記付臭剤濃度制御手段が、前記付臭剤濃度を制御することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置である。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、循環路に接続されたパージ路を備えており、このパージ路から系外に放出される水素量から、付臭剤濃度の減少量を計算して、付臭剤濃度制御手段がこの減少量に見合う分だけ、供給水素中に付臭剤を添加することにより、循環路における水素の付臭剤濃度を所定範囲に制御することができる。
【００２８】
請求項８に記載の発明は、前記循環路に接続され、この循環路内の水素を系外に排出するパージ路を備え、前記パージ路に、水素吸蔵合金を含んでなる水素回収容器が接続され、前記系外に放出される水素を前記水素回収容器により回収し、回収された水素を前記循環路に還流することを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置である。
【００２９】
請求項８に記載の発明は、循環路に接続されたパージ路を備えており、このパージ路に、パージされた水素を回収するための水素回収容器を設けた。この水素回収容器は循環路と接続されているので、系外に排出されたパージ水素を再利用して、再び燃料電池に還流することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、適宜図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態においては、タンクに、予め付臭剤が添加された水素が貯蔵されており、循環路中に付臭剤濃度を測定するための濃度センサが設置されており、パージ水素を水素回収容器により回収しない場合を例示する。
【００３１】
図１は、第１実施形態の水素供給装置が適用される燃料電池システムのブロック図である。
水素供給装置は、ＰＥＦＣ１に水素を循環するための循環路２と、この循環路２に接続され、水素をＰＥＦＣ１に供給するための供給路３と、ＰＥＦＣ１から放出された水素を系外に排出するパージ路４とを備えている。
【００３２】
ＰＥＦＣ１を稼動するための燃料である水素は、予め所定濃度の付臭剤が添加された上で、タンク６に貯蔵されている。尚、所定濃度の付臭剤を含む水素のことを、以降、付臭剤添加水素と称する。
【００３３】
タンク６と循環路２とを結ぶ供給路３中には、付臭剤濃度制御手段５が設けられている。付臭剤濃度制御手段５は、供給路３に介設された第２脱臭手段５ａと、この第２脱臭手段５ａを迂回するバイパス路５ｂと、第２脱臭手段５ａとバイパス路５ｂとで水素の流通経路を切り替えるための切替弁５ｃとからなる。
【００３４】
ここで、付臭剤濃度制御手段５を境にして、上流側の供給路３を上流側供給路３ａと、下流側の供給路３を下流側供給路３ｂと称する。
また、下流側供給路３ｂ、循環路２およびＰＥＦＣ１をまとめて付臭水素循環経路Ｗと称する。
【００３５】
付臭剤濃度制御手段５は、付臭水素循環経路Ｗに存在する水素中の付臭剤濃度を制御する機能を有する。即ち、タンク６から流通する付臭剤添加水素を、第２脱臭手段５ａを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給する場合には、付臭水素循環経路Ｗには付臭剤は追加されない。それに対し、付臭剤添加水素をバイパス路５ｂを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給する場合には、付臭水素循環経路Ｗには付臭剤が追加される。
【００３６】
また、供給路３中には不図示のレギュレータが設けられており、タンク６に貯蔵された高圧の水素は、調圧された後に、ＰＥＦＣ１に供給される。
循環路２のＰＥＦＣ１の直前には、ＰＥＦＣ１に導入される水素を加湿するための加湿器９が設けられている。また、循環路２には、付臭水素循環経路Ｗに存在する水素中の付臭剤濃度を測定するための濃度センサ７が設けられている。
【００３７】
パージ路４には、パージ弁４ａが設けられており、このパージ弁４ａを適宜開弁することにより、付臭水素循環経路Ｗ中の水素のパージが行われる。なお、パージ路４も付臭剤濃度制御手段５の一部を構成するものとする。パージされた水素は、パージ路４に設けられた気液分離器１０に導入され、水と水素とに分離され、この段階で水は別途系外に排出される。それに対して、水素は、第１脱臭手段８に導入され、付臭剤が除去された後に、触媒燃焼器１１に導入され、燃焼させられる。
【００３８】
また、水素供給装置はＥＣＵ１２を有しており、ＥＣＵ１２は、濃度センサ７により測定される付臭水素循環経路Ｗ内部に存在する水素中の付臭剤濃度を監視している。また、ＥＣＵ１２は、ＰＥＦＣ１のセル電圧を監視している。ＥＣＵ１２は、このセル電圧の変化に応じて、パージの必要性を判断し、パージ弁４ａの開閉を制御する。
【００３９】
さらにＥＣＵ１２は、濃度センサ７で測定された付臭剤濃度および／またはパージの有無に応じて切替弁５ｃの制御を行い、タンク６から導入される付臭剤添加水素をバイパス路５ｂに流通させるか、第２脱臭手段５ａに流通させるかを判断する。
【００４０】
続いて、第１実施形態の作用を、図２のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明においては適宜図１を参照する。
【００４１】
先ず、Ｓ１において、濃度センサ７が付臭水素循環経路Ｗに存在する水素中の付臭剤濃度を測定し、その結果をＥＣＵ１２に出力する。
続いて行われるＳ２，Ｓ３の処理においては、付臭剤濃度が予め定められた所定範囲であるかどうかが、ＥＣＵ１２において、判断される。
【００４２】
即ち、Ｓ２においては、付臭剤濃度が所定範囲の下限値以上であるかどうかが判断される。Ｓ２において、“付臭剤濃度≧下限値”と判断された場合（Ｙ）には、処理はＳ３に移行する。
【００４３】
それに対して、Ｓ２において、“付臭剤濃度＜下限値”と判断された場合（Ｎ）、付臭水素循環経路Ｗ中において付臭剤濃度が低すぎることを示しており、Ｓ９において、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、バイパス路５ｂを通じて付臭水素循環経路Ｗに供給する。これにより、付臭水素循環経路Ｗには、付臭剤添加水素が供給されるため、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が増加する。
Ｓ９の後、処理はＳ１に戻る。
【００４４】
Ｓ３においては、付臭剤濃度が所定範囲の上限値以下であるかどうかが判断される。Ｓ３において、“付臭剤濃度≦上限値”の場合（Ｙ）には、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度は規定濃度範囲内であることを示し、処理はＳ４に移行する。
【００４５】
それに対して、Ｓ３において、“付臭剤濃度＞上限値”の場合（Ｎ）には、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が高すぎることを示しており、Ｓ１０において、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、第２脱臭手段５ａを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給することで、付臭剤の付臭水素循環経路Ｗへの追加を停止する。
【００４６】
さらに、Ｓ１１において、ＥＣＵ１２は、ＰＥＦＣ１が付臭剤で被毒されることを防ぐために、パージ弁４ａに対して開弁指令を発し、所定時間パージを行うことで、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度を低下させる。Ｓ１１の後、処理はＳ１に戻る。
【００４７】
Ｓ４においては、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度は、所定範囲に収まっているので、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、第２脱臭手段５ａを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給することで、付臭剤の付臭水素循環経路Ｗへの追加を停止する。
【００４８】
ＰＥＦＣ１においては、水素のみが消費されるので、パージが行われない限り付臭水素循環経路Ｗ中に存在する付臭剤の量が低下することはない。よって、Ｓ４において、付臭剤を除去した水素を付臭水素循環経路Ｗに供給しても、付臭水素循環経路Ｗ中における付臭剤濃度は略一定に保たれる。
【００４９】
続いて、Ｓ５において、水素のパージが開始されたかどうか、つまり、パージ弁４ａ開弁されたかどうかがＥＣＵ１２により判断される。Ｓ５において、水素のパージが行われていないと判断された場合（Ｎ）、処理はＳ１に戻る。
【００５０】
それに対して、水素のパージが開始されたと判断された場合（Ｙ）、処理はＳ６に移行する。Ｓ６においては、パージに伴い減少する付臭水素循環経路Ｗ内の付臭剤濃度を補うために、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、バイパス路５ｂを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給する。これにより、付臭水素循環経路Ｗには、付臭剤添加水素が供給されるため、パージに伴う付臭剤濃度の減少分を補償することができる。
【００５１】
続いて、Ｓ７において、ＥＣＵ１２によりパージが終了したかどうかが判断され、パージが継続中の場合（Ｎ）、処理はＳ６に戻り、付臭水素循環経路Ｗへの付臭剤添加水素の供給が続行される。それに対して、パージが終了したと判断される場合（Ｙ）、処理は、Ｓ８に移行する。
【００５２】
Ｓ８において、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、第２脱臭手段５ａを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給することで、付臭剤の付臭水素循環経路Ｗへの追加を停止する。その後、処理はＳ１へ戻る。
【００５３】
尚、このフローチャートにおいては、Ｓ５〜Ｓ８の処理において、水素のパージに同期して、付臭剤添加水素を付臭水素循環経路Ｗに供給する構成としている。このような構成とすることにより、水素のパージ中であっても、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度を所定範囲に維持することができるので、たとえ、水素のパージ中に、水素が漏洩した場合であっても、それを検知することができる。
【００５４】
また、このフローチャートにおいて、点線で示したように、Ｓ５〜Ｓ８の処理を行わず、Ｓ４からＳ１へと処理を移行する構成も考えられる。この場合、ＥＣＵ１２は水素のパージを検知しないので、パージ中に減少する付臭剤濃度は、Ｓ９の処理において補償されることになる。
【００５５】
この構成においては、水素のパージ中に付臭水素循環経路Ｗ中に付臭剤が追加されることがないので、パージ中に第１脱臭手段８が除去しなければならない付臭剤の量が減少するという利点がある。
【００５６】
このように、第１実施形態の水素供給装置においては、付臭水素循環経路Ｗにおける付臭剤濃度を所定範囲とすることができるので、循環路２やＰＥＦＣ１で発生する水素漏洩を確実に検知することができるとともに、ＰＥＦＣ１が高濃度に濃縮された付臭剤により被毒されることがない。
また、濃縮された付臭剤により、相対的に水素の濃度が低下することが無いので、発電を適切に行える。
【００５７】
また、付臭剤添加水素を用いているので、タンク６や、上流側供給路３ａで発生する水素漏洩をも検知することができる。
【００５８】
さらに、水素をパージする際に、第１脱臭手段８により付臭剤を除去した後に水素を系外に排出するので、水素漏洩の誤検知が発生したり、水素漏洩箇所の特定ができなくなったりする恐れがない。
【００５９】
ここで、水素に添加される付臭剤としては、臭気によりその存在を確認でき、ＰＥＦＣ１に対する被毒が小さい物質であれば特に制限はなく、サルファイド類、チオフェン類、メルカプタン類、アミン類、不飽和炭化水素類、アルデヒド類等が好適である。これらの中でも、特に、配管等に付着し難いために濃度の変化が起こり難い、硫黄系の物質が好適である。
【００６０】
また、付臭剤濃度の所定範囲は、ＰＥＦＣ１に対する被毒が実用上許容できる程度に抑えられ、且つ、その存在が臭気により確認できる濃度であることが望ましい。具体的な数値は、付臭剤として用いる物質により異なるため、一概に言うことはできないが、下限値は、２〜３ｐｐｍ程度であり、上限値は８〜１０ｐｐｍ程度であることが望ましい。
下限値が、この範囲未満となると、臭気が弱くなり、その存在を確認し難くなる。上限値が、この範囲を超えると、ＰＥＦＣ１を被毒する可能性が高くなる。
【００６１】
また、第１脱臭手段８および第２脱臭手段５ａとしては、吸着剤を用いることができる。例えば、特定の金属イオンでイオン交換されたゼオライトや、金属塩等を担持した活性炭等を吸着剤とすることができる。吸着剤を用いる方法は、加熱等の必要が無く取り扱いが簡易であるために好ましい。
【００６２】
特に、付臭剤が硫黄系の物質の場合には、第１脱臭手段８および第２脱臭手段５ａとして水添脱硫法を採用することも可能である。この方法では、水素と付臭剤とをＣｏ−Ｍｏ系触媒等に導入し、硫黄化合物を硫化水素に分解し、この硫化水素を酸化亜鉛等に吸着させることで付臭剤を除去する。この方法を用いることで、付臭剤濃度をｐｐｍレベルにまで低減することができる。
【００６３】
（第２実施形態）
第２実施形態においては、タンク６に、予め付臭剤が添加された水素が貯蔵されており、循環路２中に濃度センサ７が設置されておらず、パージ水素を水素回収容器１３により回収する場合を例示する。
【００６４】
図３は、第２実施形態の水素供給装置が適用される燃料電池システムのブロック図である。尚、図３において、図１と同様の構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
第２実施形態の水素供給装置は、循環路２中に濃度センサ７が設けられていない点、第１脱臭手段８の下流に水素吸蔵合金（以下、ＭＨと称する）を利用したパージ水素を回収する水素回収容器１３が設けられている点、および、この水素回収容器１３から循環路２へ水素を還流させるための還流路１４が設けられている点が、第１実施形態と異なっている。
【００６６】
詳細は後記するが、第２実施形態においては、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度を計算により推定する。つまり、付臭水素循環経路Ｗにおける付臭剤濃度は、ＰＥＦＣ１により付臭剤が消費されないので、水素のパージによってのみ減少し、バイパス路５ｂを介する付臭剤添加水素の供給によって、あるいは水素の消費によって増加する。よって、初期値として、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が与えられれば、水素のパージ量およびバイパス路５ｂを介した付臭剤添加水素の供給量とから、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度を推定することができる。
【００６７】
第２実施形態においては、パージされた水素は、水素回収容器１３により回収され、適宜還流路１４を通じて循環路２へと還流される。この水素回収容器１３には、水素の回収、還流用の図示しない加熱・冷却手段が備えられている。
【００６８】
続いて、第２実施形態の作用を、図４のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明においては適宜図３を参照する。
【００６９】
先ず、Ｓ２１において、水素供給装置（燃料電池システム）が初めて起動されるかどうか、つまり初回起動であるかどうかが判断される。水素供給装置の起動が初めての場合（Ｎ）、付臭水素循環経路Ｗ中には、付臭剤が存在しない状態であるため、付臭水素循環経路Ｗに付臭剤を供給する必要がある。
【００７０】
そこで、Ｓ２２において、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、バイパス路５ｂを通じて付臭水素循環経路Ｗに供給する。これにより、付臭水素循環経路Ｗには、付臭剤添加水素が供給されるため、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が増加する。
【００７１】
続いてＳ２３において、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度初期値が、予め計算により求められた所定範囲となったかどうかが判断される。付臭剤濃度初期値が所定範囲未満の場合（Ｎ）には処理は、Ｓ２２に戻り付臭剤添加水素の供給が継続される。それに対し、付臭剤濃度初期値が所定範囲となった場合（Ｙ）は、処理はＳ２４に移行する。
【００７２】
Ｓ２１において、水素供給装置が過去に何度か起動されていると判断された場合（Ｎ）、既に、付臭水素循環経路Ｗ中には、所定濃度の付臭剤が存在しているので、処理はＳ２４に移行する。
【００７３】
Ｓ２４においては、既に付臭水素循環経路Ｗ中に、所定範囲の濃度の付臭剤が存在しているので、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、第２脱臭手段５ａを通じて付臭水素循環経路Ｗに供給することで、付臭剤の付臭水素循環経路Ｗへの追加を停止する。
【００７４】
続いて、Ｓ２５において、パージの有無が判断される。パージがなされていないと判断された場合（Ｎ）、処理はＳ２４に戻り、水素は第２脱臭手段５ａを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給される。
【００７５】
それに対して、新たにパージがされたと判断された場合（Ｙ）、処理はＳ２６に移行し、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤減少量が計算される。付臭剤減少量は、パージにより排出された気体（水素＋付臭剤）の量（パージ量）が判れば計算することができる。パージ量は、例えばパージ弁４ａの開時間から求めることができる。Ｓ２６に続くＳ２７において、ＥＣＵ１２は、切替弁５ｃを制御して、水素を、バイパス路５ｂを経由して付臭水素循環経路Ｗに供給する。
【００７６】
そして、Ｓ２８において、Ｓ２６で計算された付臭剤減少量と、Ｓ２７で付臭水素循環経路Ｗに追加された付臭剤の量とが比較され、パージにより減少した付臭剤量が補償されたと判断された場合（Ｙ）、処理はＳ２４に戻る。それに対し、パージにより減少した付臭剤量が補われていない場合（Ｎ）、処理はＳ２７に戻り、付臭剤添加水素の付臭水素循環経路Ｗへの供給が行われる。
【００７７】
このように、第２実施形態の水素供給装置においては、付臭水素循環経路Ｗにおける付臭剤濃度を所定範囲とすることができるので、循環路２やＰＥＦＣ１で発生する水素漏洩を確実に検知することができるとともに、ＰＥＦＣ１が高濃度に濃縮された付臭剤により被毒されることがない。また、水素濃度の低下が抑制される。なお、ＰＥＦＣ１により水素が消費されると、水素中の付臭剤濃度が高くなるのことから、水素の消費量や発電量を加味して付臭剤濃度を計算しても良い。
【００７８】
また、付臭剤添加水素を用いているので、タンク６や、上流側供給路３ａで発生する水素漏洩をも検知することができる。
さらに、パージした水素を水素回収容器１３により回収し、再びＰＥＦＣ１で利用するので、水素の利用効率が高まる。
【００７９】
（第３実施形態）
第３実施形態においては、タンク６に、付臭剤が添加されていない純水素が貯蔵されており、循環路２中に濃度センサ７が設置されており、パージ水素を水素回収容器１３により回収する場合を例示する。
【００８０】
図５は、第３実施形態の水素供給装置が適用される燃料電池システムの機能ブロック図である。尚、図５において、図３と同様の構成については同符号を付し、その説明を省略する。
【００８１】
第３実施形態の水素供給装置は、タンク６に付臭剤が添加されていない純水素が貯蔵されている点が第２実施形態と異なっている。これに伴い、付臭剤濃度制御手段５の構成が変更される。即ち、付臭剤濃度制御手段５は、供給路３に弁５ｅを介して接続された付臭手段５ｄから構成される。
【００８２】
付臭手段５ｄには、付臭剤を高濃度に含む水素が貯蔵されており、付臭水素循環経路Ｗ中の水素の付臭剤濃度が所定範囲未満の場合には、ＥＣＵ１２の指令により弁５ｅが開弁され、付臭剤を高濃度に含む水素は、供給路３を流通する純水素と混合され、付臭水素循環経路Ｗ中に付臭剤添加水素が供給される。
【００８３】
また、付臭水素循環経路Ｗ中の水素の付臭剤濃度が所定範囲の場合には、弁５ｅは閉弁された状態となり、付臭水素循環経路Ｗには純水素が供給される。
【００８４】
さらに、何らかの原因で、付臭水素循環経路Ｗ中の水素の付臭剤濃度が所定範囲を超えてしまった場合には、付臭水素循環経路Ｗには純水素を供給し続けるとともに、ＥＣＵ１２は、パージ弁４ａを開弁することで、付臭水素循環経路Ｗ中の水素のパージを実施し、付臭水素循環経路Ｗ中の水素の付臭剤濃度を低下させる。
【００８５】
続いて、第３実施形態の作用を、図６のフローチャートを参照して説明する。尚、以下の説明においては適宜図５を参照する。
【００８６】
先ず、Ｓ４１において、濃度センサ７が付臭水素循環経路Ｗに存在する水素中の付臭剤濃度を測定し、その結果をＥＣＵ１２に出力する。
続いて行われるＳ４２，Ｓ４３の処理においては、付臭剤濃度が予め定められた所定範囲であるかどうかが、ＥＣＵ１２において判断される。
【００８７】
即ち、Ｓ４２においては、付臭剤濃度が所定範囲の下限値以上であるかどうかが判断される。Ｓ４２において、“付臭剤濃度≧下限値”と判断された場合（Ｙ）には、処理はＳ４３に移行する。
【００８８】
それに対して、Ｓ４２において、“付臭剤濃度＜下限値”と判断された場合（Ｎ）、付臭水素循環経路Ｗ中において付臭剤濃度が低すぎることを示しており、Ｓ４５において、ＥＣＵ１２は、弁５ｅを開弁して、付臭手段５ｄに貯蔵されている高濃度に付臭剤を含む水素を、供給路３に供給する。これにより、付臭水素循環経路Ｗには、付臭剤添加水素が供給されるため、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が増加する。Ｓ４５の後、処理はＳ４１に戻る。
【００８９】
Ｓ４３においては、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が所定範囲の上限値以下であるかどうかが判断される。Ｓ４３において、“付臭剤濃度≦上限値”の場合（Ｙ）には、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度は規定濃度範囲内であることを示し、処理はＳ４４に移行する。
【００９０】
それに対して、Ｓ４３において、“付臭剤濃度＞上限値”の場合（Ｎ）には、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度が高すぎることを示しており、Ｓ４６において、ＥＣＵ１２は、弁５ｅを閉弁して、純水素を付臭水素循環経路Ｗに供給する。
【００９１】
さらに、Ｓ４７において、ＥＣＵ１２は、ＰＥＦＣ１が付臭剤で被毒されることを防ぐために、パージ弁４ａに対して開弁指令を発し、所定時間パージを行うことで、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度を低下させる。Ｓ４７の後、処理はＳ４１に戻る。
【００９２】
Ｓ４４においては、付臭水素循環経路Ｗ中の付臭剤濃度は、所定範囲に収まっているので、ＥＣＵ１２は、弁５ｅを制御して、純水素を付臭水素循環経路Ｗに供給することで、付臭剤の付臭水素循環経路Ｗへの追加を停止する。
【００９３】
ＰＥＦＣ１においては、水素のみが消費されるので、パージが行われない限り付臭水素循環経路Ｗ中に存在する付臭剤の量が変化することはない。よって、Ｓ４４において、純水素を付臭水素循環経路Ｗに供給しても、付臭水素循環経路Ｗ中における付臭剤濃度は略一定に保たれる。
【００９４】
尚、このフローチャートにおいては、図２のＳ５〜Ｓ８に示したような、水素のパージに同期した付臭剤添加水素の供給を実施していないが、勿論、図２のＳ５〜Ｓ８に対応する処理をＳ４４以降に追加することも可能である。
【００９５】
このように、第３実施形態の水素供給装置においては、付臭水素循環経路Ｗにおける付臭剤濃度を所定範囲とすることができるので、循環路２やＰＥＦＣ１で発生する水素漏洩を確実に検知することができるとともに、ＰＥＦＣ１が高濃度に濃縮された付臭剤により被毒されることがない。
【００９６】
なお、本発明は、前記した各実施形態（第１から第３実施形態）に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、第１実施形態から第３実施形態を適宜組み合わせて実施することができる。また、燃料電池をＰＥＦＣとして説明したが、この燃料電池に限定されるものではない。水素も、高圧水素タンク、水素吸蔵合金、液化水素の何れから供給されるものでもよい。また、本発明は、車両・船舶などの乗り物や建物・施設などに設置される燃料電池システムにも適用することができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明は以下のような顕著な効果を奏する。
本発明の水素供給装置（請求項１）は、付臭剤を含有した水素を供給することで、水素の漏れが発生した場合にも、臭気によって漏れを認識することが可能になる。さらに、循環路は燃料電池の発電によって水素を消費することで付臭剤濃度が高まるが、その濃度を制御する手段を備えたことで、付臭剤濃度が高濃度になることによる不都合（例えば燃料電池の被毒）を防止することが可能になる。或いは、低濃度になることによる不都合（漏れの見逃し）を防止することが可能なる。よって、燃料電池を循環する水素中の付臭剤濃度を一定に保つことができる水素供給装置を提供することが可能になる。
【００９８】
本発明の水素供給装置（請求項２）は、さらに精度高く付臭剤濃度を制御することが可能になる。
【００９９】
本発明の水素供給装置（請求項３）は、単純な構成により、確実に循環路内の付臭剤濃度を下げることが可能になる。
【０１００】
本発明の水素供給装置（請求項４）は、水素が予め付臭剤を含む場合に、バイパス路を経由することで、循環路内の付臭剤濃度を確実に上げることが可能になる。
【０１０１】
本発明の水素供給装置（請求項５）は、水素が予め付臭剤を含む場合でも、脱臭手段を通じることで、循環路内の付臭剤濃度を確実に下げることが可能になる。
【０１０２】
本発明の水素供給装置（請求項６）は、水素が付臭剤を含まない場合でも、付臭手段により付臭して、循環経路内の水素濃度を確実に上げることができる。
【０１０３】
本発明の水素供給装置（請求項７）は、水素のパージ量に基づいて、付臭水素循環経路における付臭剤濃度の減少量を計算して、付臭剤濃度制御手段が、この減少量に見合う付臭剤添加水素を供給するので、濃度センサを設けなくとも、付臭水素循環経路における付臭剤濃度を所定範囲とすることができる（請求項３）。
【０１０４】
本発明の水素供給装置（請求項８）は、パージ路に、水素回収容器を設け、パージされた水素を回収し、再び循環路に還流するので、水素供給装置の水素利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の機能ブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態の作用を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態の機能ブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態の作用を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態の機能ブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態の作用を示すフローチャートである。
【図７】ＰＥＦＣを利用した水素供給装置の機能ブロック図である。
【図８】特許文献１の水素供給装置の機能ブロック図である。
【図９】従来の水素供給装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１　ＰＥＦＣ
２　循環路
３　供給路
３ａ　上流側供給路
３ｂ　下流側供給路
４　パージ路
４ａ　パージ弁
５　付臭剤濃度制御手段
５ａ　第２脱臭手段
５ｂ　バイパス路
５ｃ　切替弁
５ｄ　付臭手段
５ｅ　弁
６　タンク
７　濃度センサ
８　第１脱臭手段
９　加湿器
１０　気液分離器
１１　触媒燃焼器
１２　ＥＣＵ
Ｗ　付臭水素循環経路
【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】
2004111167.tif 000009
【図８】
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【図９】
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