(57)【要約】【課題】ガス漏出時の燃料電池の出力制限を最小限に抑える燃料電池システムを提供する。【解決手段】高分子電解質膜を含む膜電極複合体と、燃料ガスが流れる燃料ガス流路を備えたアノードセパレータと、酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路を備えたカソードセパレータと、多孔質体を介して燃料ガスを加湿する為のアノード側冷却水流路を備えたアノード側冷却板と、多孔質体を介して酸化剤ガスを加湿する為のカソード側冷却水流路を備えたカソード側冷却板とを積層した燃料電池本体と、燃料ガス流路内の燃料ガスとアノード側冷却水流路内の冷却水との差圧を調整するアノード側差圧調整手段と、酸化剤ガス流路内の酸化剤ガスとカソード側冷却水流路内の冷却水との差圧を調整するカソード側差圧調整手段と、冷却水系内の冷却水の圧力を測定する圧力センサと、冷却水系内のガスの濃度を測定するガス濃度センサとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜を含む膜電極複合体と、前記膜電極複合体に燃料ガスを供給する為の燃料ガス流路を備えたアノードセパレータと、前記膜電極複合体に酸化剤ガスを供給する為の酸化剤ガス流路を備えたカソードセパレータと、多孔質体を介して前記燃料ガスを加湿する為のアノード側冷却水流路を備えたアノード側冷却板と、多孔質体を介して前記酸化剤ガスを加湿する為のカソード側冷却水流路を備えたカソード側冷却板とを積層した燃料電池本体と、
前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスと前記アノード側冷却水流路内の前記冷却水との差圧を調整するアノード側差圧調整手段と、
前記酸化剤ガス流路内の前記酸化剤ガスと前記カソード側冷却水流路内の前記冷却水との差圧を調整するカソード側差圧調整手段と、
前記アノード側冷却水流路及び前記カソード側冷却水流路を含む冷却水系内の前記冷却水の圧力を測定する圧力センサと、
前記冷却水系内のガスの濃度を測定するガス濃度センサ
とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノード側差圧調整手段は、前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁を備え、前記カソード側差圧調整手段は、前記酸化剤ガス流路内の前記酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整弁を備える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】
前記圧力センサが前記燃料ガス或いは前記酸化剤ガスが前記冷却水系に漏出していることを検知した場合、前記ガス濃度センサは、前記冷却水系に漏出しているガスの濃度成分から、前記漏出しているガスが前記燃料ガスか前記酸化剤ガスかを判断し、前記漏出しているガスに係わる前記圧力調整弁を用いて前記漏出しているガスのみの圧力を下げ、漏出していないガスを通常の圧力に維持することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノード側差圧調整手段は、前記アノード側冷却水流路内の前記冷却水の圧力を調整するアノード側冷却水圧力調整弁を備え、前記カソード側差圧調整手段は、前記カソード側冷却水流路内の前記冷却水の圧力を調整するカソード側冷却水圧力調整弁を備える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５】
前記圧力センサが前記燃料ガス或いは前記酸化剤ガスが前記冷却水系に漏出していることを検知した場合、前記ガス濃度センサは、前記冷却水系に漏出しているガスの濃度成分から、前記漏出しているガスが前記燃料ガスか前記酸化剤ガスかを判断し、前記漏出しているガスに係わる前記圧力調整弁を用いて前記漏出しているガスに係わる冷却水流路内の前記冷却水のみの圧力を上げ、漏出していないガスに係わる冷却水流路内の前記冷却水を通常の圧力に維持することを特徴とする請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記ガス濃度センサは、前記漏出しているガスの酸素濃度から判断することを特徴とする請求項３又は５記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記ガス濃度センサは、前記漏出しているガスの窒素濃度から判断することを特徴とする請求項３又は５記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記ガス濃度センサは、前記漏出しているガスの水素濃度から判断することを特徴とする請求項３又は５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、燃料電池システムに係り、特に、多孔質体からなるセパレータを介して冷却水の一部が反応ガスを加湿する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池のうち電解質膜として水素イオン伝導性を有する高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、コンパクトで高出力密度が得られ、簡略なシステムで運転が可能であることから、宇宙用や車両用等の移動用電源として注目されている。
【０００３】
高分子電解質膜は吸湿性があり、効率的に発電を行う為には飽和状態まで加湿する必要がある。従来から、反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）のセパレータとしてポーラスタイプ（多孔質・透過性）のセパレータを用いている燃料電池が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。
【０００４】
特許文献１では、燃料極（アノード極）及び酸化剤極（カソード極）で高分子電解質膜を挟持した単位セルを複数個積層するとともに各単位セル毎に冷却板を挿入し、多孔質体の加湿水透過板及び多孔質体の燃料極集電板を介して前記冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給してこの高分子電解質膜を加湿するようにした燃料電池本体と、前記冷却板にポンプにより冷却水を循環させて発電中に生じる熱を除去する冷却水系とを具備する固体高分子型燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開平９−９２３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の固体高分子型燃料電池システムにおいて、反応ガスと冷却水の間は多孔質体で隔てられている。したがって、多孔質体中に含まれる冷却水の量が十分でない場合には、燃料ガス又は酸化剤ガス若しくはその両方が冷却水系に漏出してしまう場合がある。
【０００６】
この場合、そのまま運転を継続すると、多孔質体中の水の量がさらに減少し、燃料ガス又は酸化剤ガス若しくはその両方の漏出量がますます大きくなる。したがって、直ちに運転を停止して冷却水の圧力に対する燃料ガス又は酸化剤ガスの圧力を下げて冷却水が多孔質体中に再供給されるようにする必要がある。
【０００７】
また、多孔質体中に冷却水が再供給されるためには多孔質体の温度も低くする必要があるため、燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力を下げるとともに燃料電池の発電を停止若しくは出力制限して、反応熱を放出しないようにしなければならない。
【０００８】
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、ガス漏出時の燃料電池の出力制限を最小限に抑えることができる燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の特徴は、高分子電解質膜を含む膜電極複合体と、膜電極複合体に燃料ガスを供給する為の燃料ガス流路を備えたアノードセパレータと、膜電極複合体に酸化剤ガスを供給する為の酸化剤ガス流路を備えたカソードセパレータと、多孔質体を介して燃料ガスを加湿する為のアノード側冷却水流路を備えたアノード側冷却板と、多孔質体を介して酸化剤ガスを加湿する為のカソード側冷却水流路を備えたカソード側冷却板とを積層した燃料電池本体と、燃料ガス流路内の燃料ガスとアノード側冷却水流路内の冷却水との差圧を調整するアノード側差圧調整手段と、酸化剤ガス流路内の酸化剤ガスとカソード側冷却水流路内の冷却水との差圧を調整するカソード側差圧調整手段と、アノード側冷却水流路及びカソード側冷却水流路を含む冷却水系内の冷却水の圧力を測定する圧力センサと、冷却水系内のガスの濃度を測定するガス濃度センサとを有する燃料電池システムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却水流路内のガス濃度を参照して、冷却水流路へ漏出している反応ガス（燃料ガス／酸化剤ガス）を判断し、漏出している側のみの冷却水の圧力に対するガスの圧力を下げることにより、ガス漏出時の燃料電池の出力制限を最小限に抑える燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池システムは、水素等の燃料ガス及び空気などの酸化剤ガスが供給されて電力を発電し、発電に伴い生じた熱を冷却水を介して放出する燃料電池本体３０と、燃料電池本体３０内での燃料ガスと冷却水との差圧を調整するアノード側差圧調整手段（例えば、燃料ガス圧力調整弁６）と、燃料電池本体３０内での酸化剤ガスと冷却水との差圧を調整するカソード側差圧調整手段（例えば、酸化剤ガス圧力調整弁７）と、冷却水が循環する冷却水系内の冷却水の圧力を測定する圧力センサ２２と、冷却水系内のガスの濃度を測定するガス濃度センサ（例えば、水素濃度センサ２３）と、冷却水を貯蓄する冷却水タンク２１とを有する。
【００１３】
燃料電池本体３０は、高分子電解質膜を含む膜電極複合体３３と、膜電極複合体３３に燃料ガスを供給する為の燃料ガス流路を備えたアノードセパレータ３２と、膜電極複合体３３に酸化剤ガスを供給する為の酸化剤ガス流路を備えたカソードセパレータ３４と、多孔質体を介して燃料ガスを加湿する為のアノード側冷却水流路を備えたアノード側冷却板３１と、多孔質体を介して酸化剤ガスを加湿する為のカソード側冷却水流路を備えたカソード側冷却板３５とを積層したものである。
【００１４】
第１の実施の形態において、アノード側差圧調整手段は、燃料ガス流路内の燃料ガスの圧力を調整する燃料ガス圧力調整弁６を備える。また、カソード側差圧調整手段は、酸化剤ガス流路内の酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤ガス圧力調整弁７を備える。更に、ガス濃度センサは、漏出しているガスの水素濃度を測定する水素濃度センサ２３である。
【００１５】
図２に示すように、図１の燃料電池本体３０は、高分子電解質膜の両面を触媒及びガス拡散層でそれぞれ挟持した膜電極複合体３３と、膜電極複合体３３の第１主表面に接する燃料ガス流路３７を備えたアノードセパレータ３２と、膜電極複合体３３の第１主表面に対向する第２主表面に接する酸化剤ガス流路３８を備えたカソードセパレータ３４と、アノードセパレータ３２に接するアノード側冷却水流路３６を備えたアノード側冷却板３１と、カソードセパレータ３４に接するカソード側冷却水流路３９を備えたカソード側冷却板３５とを有する。
【００１６】
図１及び図２に示したように、燃料ガスは、所定の燃料ガス配管を通じてアノードセパレータ３２内の燃料ガス流路３７へ供給される。酸化剤ガスは、所定の酸化剤ガス配管を通じてカソードセパレータ３４内の酸化剤ガス流路３８へ供給される。冷却水タンク２１内に貯められた冷却水は、所定のポンプ及び冷却水供給配管を通じてアノード側冷却板３１内のアノード側冷却水流路３６及びカソード側冷却板３５内のカソード側冷却水流路３９へ供給される。なお、「冷却水系」には、冷却水が循環する部分が含まれ、具体的には、冷却水タンク２１、所定のポンプ、冷却水供給配管、アノード側冷却水流路３６及びカソード側冷却水流路３９が含まれる。
【００１７】
アノードセパレータ３２のうち少なくとも燃料ガス流路３７とアノード側冷却水流路３６の間に挟まれた部分は冷却水を透過する多孔質体（ポーラスプレート）からなる。同様に、カソードセパレータ３４のうち少なくとも酸化剤ガス流路３８とカソード側冷却水流路３９の間に挟まれた部分は冷却水を透過する多孔質体からなる。
【００１８】
アノードセパレータ３２の多孔質体部分が十分な水を保持している場合、燃料ガス流路３７内の燃料ガスとアノード側冷却水流路３６内の冷却水との圧力の大小関係が適正に保たれていれば、アノード側冷却水流路３６内の冷却水の一部は、燃料ガス流路３７内へ供給されて燃料ガスを加湿することができる。同様に、カソードセパレータ３４の多孔質体部分が十分な水を保持している場合、酸化剤ガス流路３８内の酸化剤ガスとカソード側冷却水流路３９内の冷却水との圧力の大小関係が適正に保たれていれば、カソード側冷却水流路３９内の冷却水の一部は、酸化剤ガス流路３８内へ供給されて酸化剤ガスを加湿することができる。
【００１９】
次に、図３のフローチャートを参照して、図１及び図２の燃料電池システムにおいて燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方が冷却水系に漏出した場合の制御方法について説明する。
【００２０】
（イ）先ずＳ０１段階において、圧力センサ２２は、冷却水系内の冷却水の圧力から、燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方が冷却水系に漏出していることを検知する。Ｓ０１段階においてどのガスが漏出しているかは未だ不明である。
【００２１】
（ロ）Ｓ０２段階において、水素濃度センサ２３は、冷却水系内のガスの濃度を測定する。具体的には、冷却水系内に漏出しているガスの水素濃度を測定し、その測定値（水素濃度）から、冷却水系内に漏出しているガスが燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方であるかを判断する。更に具体的には、水素濃度が３０％未満である場合、水素濃度センサ２３は、酸化剤ガスのみが漏出し燃料ガスは漏出していないと判断し、Ｓ０３段階に進む。水素濃度が７０％よりも大きい場合、水素濃度センサ２３は、燃料ガスのみが漏出し酸化剤ガスは漏出していないと判断し、Ｓ０４段階に進む。水素濃度が３０％以上７０％以下である場合、水素濃度センサ２３は、酸化剤ガス及び燃料ガスの両方が漏出していると判断し、Ｓ０５段階に進む。
【００２２】
（ハ）Ｓ０３段階において、酸化剤ガス圧力調整弁７を用いて酸化剤ガス流路３８内の酸化剤ガスのみの圧力を下げ、燃料ガス流路３７内の燃料ガスを通常の圧力に維持する。
【００２３】
（ニ）Ｓ０４段階において、燃料ガス圧力調整弁６を用いて燃料ガス流路３７内の燃料ガスのみの圧力を下げ、酸化剤ガス流路３８内の酸化剤ガスを通常の圧力に維持する。
【００２４】
（ホ）Ｓ０５段階において、酸化剤ガス圧力調整弁７及び燃料ガス圧力調整弁６を用いて燃料ガス流路３７内の燃料ガス及び酸化剤ガス流路３８内の酸化剤ガスの両圧力を下げる。
【００２５】
このようにして、圧力センサ２２が燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方が冷却水系に漏出していることを検知した場合、水素濃度センサ２３は、冷却水系に漏出しているガスの濃度成分から、漏出しているガスが燃料ガスか酸化剤ガスか或いはその両方かを判断し、漏出しているガスに係わる圧力調整弁を用いて漏出しているガスのみの圧力を下げ、漏出していないガスを通常の圧力に維持する。
【００２６】
このように、漏出しているガスの圧力を下げることにより、ガスの漏出を止めることができる。また、漏出していないガスを通常の圧力に維持することにより、ガス漏出時の燃料電池の出力制限を最小限に抑えることができる。
【００２７】
また、燃料電池の運転中に、燃料ガス或いは酸化剤ガスが冷却水中に漏出してしまっても、そのまま運転を継続しても漏出量は増加することはなく、漏出を止めるために燃料電池の出力を制限する、或いは燃料電池の運転を停止する必要もなくなる。
【００２８】
図４は、図３に示した制御方法によりガス圧力を下げることによって燃料電池の出力低下がどの程度生じるかを示す。即ち、ある条件で運転される図１の燃料電池の燃料ガスのみ、酸化剤ガスのみ、及び燃料ガス及び酸化剤ガスの両方の圧力を下げた場合（２０ｋＰａ減圧）にどの程度出力が低下するかを、元の運転条件で取り出し可能な出力を１００として表したものである。従来では、燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれが漏出しているかを判断していなかったため、燃料ガス及び酸化剤ガスの両方の圧力を下げて２５％の出力制限をせざるを得なかった。しかしながら、図４に示すように、図３に示した制御方法を用いることによって、燃料ガス漏出時には５％、酸化剤ガス漏出時にも２０％の出力制限で抑えることができる。
【００２９】
（第２の実施の形態）
図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係わる燃料電池システムは、燃料電池本体３０と、燃料ガスと冷却水との差圧を調整するアノード側差圧調整手段の他の例としてのアノード側冷却水圧力調整弁４１と、酸化剤ガスと冷却水との差圧を調整するカソード側差圧調整手段の他の例としてのカソード側冷却水圧力調整弁４２と、圧力センサ２２と、水素濃度センサ２３と、冷却水タンク２１と、燃料ガス圧力調整弁６と、酸化剤ガス圧力調整弁７とを有する。燃料電池本体３０は、膜電極複合体３３と、アノードセパレータ３２と、カソードセパレータ３４と、アノード側冷却板３１と、カソード側冷却板３５とを積層したものである。
【００３０】
第２の実施の形態において、アノード側差圧調整手段は、アノード側冷却水流路内の冷却水の圧力を調整するアノード側冷却水圧力調整弁４１を備える。また、カソード側差圧調整手段は、カソード側冷却水流路内の冷却水の圧力を調整するカソード側冷却水圧力調整弁４２を備える。
【００３１】
なお、第２の実施の形態における燃料電池本体３０の詳細な構成は、図２に示したそれと同一であり、説明を省略する。
【００３２】
次に、図５の燃料電池システムにおいて燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方が冷却水系に漏出した場合の制御方法について説明する。図５の燃料電池システムにおける制御方法は、図３に示した制御方法と比べて、Ｓ０１段階及びＳ０２段階は共通する。Ｓ０３〜Ｓ０５段階の替わりに、以下に示す手順を行う。
【００３３】
圧力センサ２２が燃料ガス或いは酸化剤ガスが冷却水系に漏出していることを検知した場合（Ｓ０１段階）、水素濃度センサ２３は、冷却水系に漏出しているガスの濃度成分（水素濃度）から、漏出しているガスが燃料ガスか酸化剤ガスかを判断する（Ｓ０２段階）。そして、漏出しているガスに係わる圧力調整弁を用いて漏出しているガスに係わる冷却水流路内の冷却水のみの圧力を上げ、漏出していないガスに係わる冷却水流路内の冷却水を通常の圧力に維持する。
【００３４】
（Ａ）具体的には、水素濃度が３０％未満である場合、水素濃度センサ２３は、酸化剤ガスのみが漏出し燃料ガスは漏出していないと判断し、カソード側冷却水圧力調整弁４２を用いてカソード側冷却水流路３９内の冷却水のみの圧力を上げ、アノード側冷却水流路３６内の冷却水を通常の圧力に維持する。
【００３５】
（Ｂ）水素濃度が７０％よりも大きい場合、水素濃度センサ２３は、燃料ガスのみが漏出し酸化剤ガスは漏出していないと判断し、アノード側冷却水圧力調整弁４１を用いてアノード側冷却水流路３６内の冷却水のみの圧力を上げ、カソード側冷却水流路３９内の冷却水を通常の圧力に維持する。
【００３６】
（Ｃ）水素濃度が３０％以上７０％以下である場合、水素濃度センサ２３は、酸化剤ガス及び燃料ガスの両方が漏出していると判断し、カソード側冷却水圧力調整弁４２及びアノード側冷却水圧力調整弁４１を用いてカソード側冷却水流路３９及びアノード側冷却水流路３６内の冷却水の両圧力を上げる。
【００３７】
このように、漏出しているガスを加湿している冷却水が流れる流路内の圧力を上げることにより、冷却水に対するガスの相対的な圧力が低下し、ガスの漏出を止めることができる。また、ガスの漏出の起きていない側の冷却水の圧力を上げることなくそれまでの運転圧力に保持することにより、冷却水が必要以上に多孔質体を透過してガス流路に流れ込み、燃料ガス及び酸化剤ガスの流れを妨げて発電性能が不安定にすることは無い。
【００３８】
また、燃料電池の運転中に、燃料ガス或いは酸化剤ガスが冷却水中に漏出してしまっても、そのまま運転を継続しても漏出量は増加することはなく、漏出を止めるために燃料電池の出力を制限する、或いは燃料電池の運転を停止する必要もなくなる。
【００３９】
図６は、図５に示した燃料電池システムの制御方法により冷却水圧力を上げることによって燃料電池出力の安定性がどのように変化するかを示す。即ち、ある条件で運転される図５に示した燃料電池システムにおいて、アノード側冷却水のみの圧力、カソード極側冷却水のみの圧力、及びカソード側及びアノード側の冷却水の両圧力をそれぞれ上げた場合に、どの程度出力が不安定になるかを示したものであり、元の運転条件で安定に取り出し可能な出力をどの程度の時間継続して取り出せるかを示している。
【００４０】
図６において、アノード側冷却水を加圧しない、もとの条件では連続して安定な運転が可能、すなわち図６のようにアノード側冷却水のみ２０ｋＰａ加圧した場合に安定に運転を継続することが可能な時間を１００として、もとの条件について棒グラフを書けば無限に長いグラフとなってしまう。そこで、アノード側冷却水を加圧した時にもわずかながらアノード側冷却水が燃料ガス流路３７に流入して燃料ガスの流れを妨げる影響が生じており、本発明の第２の実施の形態によればこのような影響も含めて回避することができる。
【００４１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４２】
図１及び図５に示した水素濃度センサ２３に換えて、ガス濃度センサの他の例として、酸素濃度センサ或いは窒素濃度センサを用いて間接的に水素濃度を推定しても構わない。即ち、ガス濃度センサは、漏出しているガスの酸素濃度或いは窒素濃度から漏出しているガスを判断しても構わない。
【００４３】
第１及び第２の実施の形態では、酸化剤ガス及び燃料ガスの両方を冷却水で加湿することにより高分子電解質膜を加湿した場合を説明したが、本発明はこれに限定されることは無い。特許文献１に開示されているように、加湿水透過板（多孔質体）をアノード側のみに用いて、燃料ガスのみを加湿することで高分子電解質膜を加湿するようにしても構わない。ただし、第１及び第２の実施の形態によれば、加湿水透過板をアノード側及びカソード側の両側に用いることによって燃料電池を運転した結果生成される水を酸化剤ガス流路３８中から冷却水系に除去することが可能となる。
【００４４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【００４５】
以上説明したように、複数の単位セルを積層して形成される燃料電池本体と、この燃料電池本体を冷却するとともに、単位セルを構成する固体高分子電解質膜に多孔質体を介して水分を供給するための冷却水を供給する冷却水流路と、燃料電池スタックに反応ガス（燃料および酸化剤ガス）を供給する反応ガス流路とを備えた燃料電池システムにおいて、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路に各々の圧力を調整する圧力調整弁を備え、冷却水系の任意の位置に圧力センサおよびガスの濃度センサを備え、圧力センサにより冷却水系に燃料ガスまたは酸化剤ガスが流出したことが判定された場合、冷却水流路に漏出してくるガスの濃度からガスの漏出箇所（カソード側若しくはアノード側）を判断し、漏出している箇所（カソード側若しくはアノード側）のみの圧力を下げ、他を通常の圧力に維持する。このことにより、燃料ガスもしくは酸化剤ガスのいずれかのみが冷却水系に漏出した場合、漏出している側のガスのみの圧力を下げ、他のガスを通常の圧力に維持することができるため、ガス漏出時の燃料電池の出力制限を最小限に限定することができる。
【００４６】
また、上述した燃料電池システムにおいて、燃料ガス流路および酸化剤ガス流路側で冷却水系の圧力を別々に調整可能な構成と、冷却水系の任意の位置に圧力センサおよびガスの濃度センサとを備え、圧力センサにより冷却水系に燃料ガスまたは酸化剤ガスが漏出したことが判定された場合、冷却水流路に漏出してくるガスの濃度からガスの漏出箇所（カソード側若しくはアノード側）を判断し、漏出している側（カソード側若しくはアノード側）の冷却水流路のみの圧力を上げ、他の冷却水流路を通常の圧力に維持する。このことにより、燃料ガスもしくは酸化剤のいずれかのみが冷却水系に漏出した場合、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路中に冷却水が流入する量を減らすことができ、出力制限を最小限に限定することができる。
【００４７】
更に、上述した燃料電池システムにおいて、ガス濃度センサは、冷却水流路に漏出してくるガス中の酸素濃度、窒素濃度、或いは水素濃度を判断する。このことにより、冷却水系へ漏出するガスが燃料ガスまたは酸化剤ガスのいずれであるかを酸素、窒素、あるいは水素濃度で判断できるので、より多くの種類の中からシステムに使用するセンサを選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図１に示した燃料電池本体を詳細に示す断面図である。
【図３】図１及び図２の燃料電池システムにおいて燃料ガス又は酸化剤ガス或いはその両方が冷却水系に漏出した場合の制御方法を示すフローチャートである。
【図４】図３に示した制御方法によりガス圧力を下げることによって燃料電池の出力低下がどの程度生じるかを説明する為のグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる燃料電池システムを示すブロック図である。
【図６】図５に示した燃料電池システムの制御方法により冷却水圧力を上げることによって燃料電池出力の安定性がどのように変化するかを説明する為のグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
６…燃料ガス圧力調整弁
７…酸化剤ガス圧力調整弁
２１…冷却水タンク
２２…圧力センサ
２３…水素濃度センサ
３０…燃料電池本体
３１…アノード側冷却板
３２…アノードセパレータ
３３…膜電極複合体
３４…カソードセパレータ
３５…カソード側冷却板
３６…アノード側冷却水流路
３７…燃料ガス流路
３８…酸化剤ガス流路
３９…カソード側冷却水流路
４１…アノード側冷却水圧力調整弁
４２…カソード側冷却水圧力調整弁
【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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