(57)【要約】【課題】静電容量を利用して排水タンクの水位を検出する水位センサを備えた燃料電池システムにおいて、排水タンクの水質が変化した場合でも排水タンクの水位を制御範囲内にコントロールすることのできる燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の燃料電池システム１は、燃料電池２から排出された水を蓄える排水タンク９と、静電容量を利用して排水タンク９に蓄えられた水の水位を検出する水位センサ１０とを備えており、水位センサ１０によって検出された水位に基づいて、排水タンク９から水を排水して水位を最低水位と最高水位との間に制御し、燃料電池システム１が起動してからの排水回数が増えるにしたがって、最低水位を低くしていくことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して前記排水タンクに蓄えられた水の水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムであって、
前記水位センサによって検出された水位に基づいて前記排水タンクから水を排水して最低水位と最高水位との間に水位を制御し、前記排水タンク内のイオン濃度が低くなるにしたがって、前記最低水位を低くしていくことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して前記排水タンクに蓄えられた水の水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムであって、
前記水位センサによって検出された水位に基づいて前記排水タンクから水を排水して最低水位と最高水位との間に水位を制御し、当該燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最低水位のしきい値を低くしていくことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記排水タンク内のイオン濃度が低くなるにしたがって、前記最高水位のしきい値を低くしていく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４】
当該燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最高水位のしきい値を低くしていく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５】
当該燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間を計測し、前記停止時間が短くなるにしたがって前記最低水位のしきい値を低くしていく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】
当該燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間を計測し、前記停止時間が短くなるにしたがって前記最高水位のしきい値を低くし、当該燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最高水位のしきい値を低くしていくことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記排水タンクに蓄えられた水の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記温度検出手段によって検出された水温が高くなるにしたがって前記最低水位のしきい値と前記最高水位のしきい値とを低くしていく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】
燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して前記排水タンクに蓄えられた水の水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムの排水制御方法であって、
前記水位センサによって検出された水位に基づいて前記排水タンクから水を排水して最低水位のしきい値と最高水位のしきい値との間に水位を制御し、前記燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最低水位のしきい値を低くしていくことを特徴とする燃料電池システムの排水制御方法。
【請求項９】
前記燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間を計測し、前記停止時間が短くなるにしたがって前記最低水位のしきい値を低くしていくことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムの排水制御方法。
【請求項１０】
前記燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間を計測し、前記停止時間が短くなるにしたがって前記最高水位のしきい値を低くし、前記燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最高水位のしきい値を低くしていくことを特徴とする請求項８乃至９のいずれか１項に記載の燃料電池システムの排水制御方法。
【請求項１１】
前記排水タンクに蓄えられた水の温度を検出し、検出された水温が高くなるにしたがって前記最低水位のしきい値と前記最高水位のしきい値とを低くしていくことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の燃料電池システムの排水制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して排水タンクの水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムに係り、特に排水タンクの水質が変化した場合でも水位を制御範囲内にコントロールする燃料電池システム及びその排水制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスは水セパレータで水素と水に分離され、分離された水は排水タンクに蓄えられている。
【０００３】
ところが、排水タンクに蓄えられた水が溢れ出して水素循環流路の水素循環ブロアへ流入すると、水素循環ブロアの回転数が低下して燃料電池システムの出力低下や水素循環ブロアを破損する恐れがあるため、排水タンクから水が溢れないように、排水タンクの水位を制御する排水システムが必要であった。
【０００４】
ここで、従来の排水システムとして、例えば実開平３−１０５８００号公報（特許文献１）が開示されている。この従来例では、静電容量式の水位検出手段として静電容量プローブをレシーバタンクに設置し、検出された水位に基づいて排水バルブの開閉を制御している。
【特許文献１】実開平３−１０５８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の排水システムを燃料電池のアノード排水システムに用いた場合、以下に示すような問題点があった。
【０００６】
燃料電池システムの排水システムの場合、排水タンクの水位が予め設定された最高水位を超えたら排水バルブを開いて排水し、この排水時に水位が下がりすぎると排水流路から水素が燃料電池システムの外部へ排出されてしまうので、水位が予め設定された最低水位になると、排水バルブを閉じるように制御している。
【０００７】
このとき、燃料電池の生成水はほぼ純水であるが、燃料電池システムを長期間停止しておいて再起動した場合には、排水タンクに蓄えられた燃料電池の生成水に排水タンクの材質や排水タンク内の気体が溶出してイオンが多量に存在することになり、生成直後の燃料電池の生成水と水質が大きく異なってしまう。
【０００８】
この水質の違いにより水位センサで測定した水位に大きな誤差が生じる。特に、水位センサを静電容量式とした場合には、燃料電池システムを長期停止した後に起動すると、検出した水位が実際の水位よりも高い値を示すため、実際の水位が排水バルブを閉じなければならない最低水位より下がっていても、水位センサで検出した水位は最低水位よりも高くなり、排水バルブを閉じるのが遅れ、実際に排水バルブを閉じたときには水位が低くなりすぎ、水素を配水管から燃料電池システム外へ排出してしまう恐れがあった。
【０００９】
そこで、これを回避するために燃料電池システムの長期停止による水質変化を見込んだマージンを最低水位に加えて、最低水位を高めに設定しておくようにしていた。
【００１０】
ところが、最低水位を高めに設定すると、排水タンクの水位は最高水位と最低水位との間で制御されているため、長期停止のマージンの分だけ制御範囲が狭くなり、短期間しか燃料電池システムを停止していなくて水が純水に近い場合であっても排水バルブを開閉する回数が多くなってしまい、排水バルブの開閉による騒音が大きくなってしまうという問題点があった。さらに、排水バルブの耐久信頼性が悪化するという問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して前記排水タンクに蓄えられた水の水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムであって、前記水位センサによって検出された水位に基づいて前記排水タンクから水を排水して最低水位と最高水位との間に水位を制御し、当該燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最低水位を低くしていくことである。
【００１２】
また、本発明の第２の特徴は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して前記排水タンクに蓄えられた水の水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムの排水制御方法であって、前記水位センサによって検出された水位に基づいて前記排水タンクから水を排水して最低水位と最高水位との間に水位を制御し、前記燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって、前記最低水位を低くしていくことである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムでは、燃料電池システムが起動してからの排水回数が増えるにしたがって最低水位を低くしていくので、排水タンクにおける水位の制御範囲を排水回数に応じて広くすることができ、排水バルブの開閉頻度を低減させることができる。これによって、排水バルブの騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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の部分には同一あるいは類似な符号を付している。
【００１５】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池２と、燃料電池システム１を制御するコントローラ３と、水素ガスを貯蔵する水素タンク４と、水素タンク４から供給される高圧水素の圧力を調節する調圧弁５と、水素ガスを燃料電池２のアノードに供給するアノード流路６と、燃料電池２のアノードからガスを排出するアノード排出流路７と、アノードから排出された水素ガスから生成水を分離する水セパレータ８と、水セパレータ８で分離された生成水を蓄えておく排水タンク９と、静電容量を利用して排水タンク９に蓄えられた水の水位を検出する水位センサ１０と、排水タンク９に蓄えられた水の排水をコントロールする排水バルブ１１と、排水タンク９に蓄えられた水を排水する配水流路１２と、燃料電池２で消費されなかった水素ガスをアノード流路６へ再循環させる水素循環流路１３と、水素循環流路１３内の水素ガスを循環させる水素循環ブロア１４と、燃料電池２における反応で使用されない不純物を水素循環流路１３から排出するパージライン１５と、パージライン１５に設置されて不純物の排出を制御するパージ弁１６と、パージライン１５における圧力を検出する圧力センサ１７と、空気を加圧して燃料電池２のカソードに供給するコンプレッサ１８と、カソードに供給される空気を加湿する加湿装置１９と、燃料電池２のカソードに空気を供給するカソード流路２０と、燃料電池２のカソードからガスを排出するカソード排出流路２１と、燃料電池２から排出される空気の圧力を調整する空気調圧弁２２とを備えている。
【００１７】
ここで、上述した燃料電池システム１において、燃料電池２ではアノードに燃料ガスである水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスである空気が供給されて以下に示す電気化学反応によって発電が行われている。
【００１８】
アノード（燃料極）：Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-                     （１）
カソード（酸化剤極）：２Ｈ+＋２ｅ-＋(1/2)Ｏ2→Ｈ2Ｏ         （２）
コントローラ３は、図示していない各種センサで検出された情報に基づいて、調圧弁５やパージ弁１６、空気調圧弁２２などの開閉及びコンプレッサ１８の回転数などを制御して燃料電池２における発電をコントロールしている。特に、水位センサ１０で検出された排水タンク９の水位に基づいて、排水バルブ１１の開閉を制御して排水タンク９から水を排水し、排水タンク９の水位が最低水位と最高水位との間になるようにコントロールしている。
【００１９】
このように構成された燃料電池システム１において、燃料電池２にはカソード流路２０およびアノード流路６が接続されて空気と水素が供給されており、空気は外気から取り入れられてカソード流路２０の途中に設けられたコンプレッサ１８で圧縮され、燃料電池２に供給されている。燃料電池２に供給された空気のうち反応で使用されなかった余剰の空気は、カソード排出流路２１を通り、空気調圧弁２２を介して外部に排出される。
【００２０】
一方、水素は水素タンク４から供給されて調圧弁５で所望の圧力に調節され、アノード流路６を通って燃料電池２に供給される。燃料電池２から排出された余剰の水素は、燃料電池２の生成水と共に水セパレータ８に入り、この水セパレータ８で生成水が分離される。水が分離されて残った水素は水素循環流路１３の途中に設けられた水素循環ブロア１４で加圧され、アノード流路６へ戻されている。
【００２１】
また、水セパレータ８で分離された水は排水タンク９に蓄えられ、排水バルブ１１を開いて排水流路１２から燃料電池システム１の外部へ排出されている。
【００２２】
さらに、水素供給系内に蓄積した窒素を排出するために水素循環流路１３から分岐してパージライン１５が設置され、このパージライン１５にはパージ弁１６が設置されている。このパージ弁１６は不純物である窒素を排出するとともに、燃料電池２のセル電圧を回復させるためにガス流路に詰まった水詰まりを吹き飛ばす機能も果たしている。また、燃料電池２の起動時には水素供給系を水素ガスで置換するために水素供給系内にあるガスの排出も行っている。
【００２３】
次に、本実施形態の排水タンク９に設定されている最高水位と最低水位について説明する。排水タンク９の最高水位Ｌｓｔｈ２と最低水位Ｌｓｔｈ１は図２に示すように設定されており、コントローラ３は排水タンク９の水位が最高水位Ｌｓｔｈ２と最低水位Ｌｓｔｈ１との間になるように排水バルブ１１の開閉を制御して水位をコントロールしている。
【００２４】
これにより、水位が上昇して排水タンク９に蓄えられた水が溢れ出し、水素循環流路１３の水素循環ブロア１４に流入して水素循環ブロア１４を破損することを防ぐとともに、水位が低下して排水流路１２から水素が燃料電池システム１の外部へ排出されることを防いでいる。
【００２５】
ところが、燃料電池２の生成水は通常ほぼ純水であるが、燃料電池システム１を長期間停止しておいて再起動した場合には、排水タンク９に蓄えられた燃料電池２の生成水に排水タンク９の材質や排水タンク９内の気体が溶出してイオンが多量に存在することになり、生成直後の燃料電池の生成水と水質が大きく異なってしまう。
【００２６】
この水質の違いにより静電容量式の水位センサ１０で測定した水位に大きな誤差が生じ、検出した水位が実際の水位よりも高い値を示すので、実際の水位が排水バルブ１１を閉じなければならない最低水位よりも低くなってしまう場合がある。
【００２７】
そこで、これを回避するために本実施形態の燃料電池システム１では、排水バルブ１１を閉じなければならない実際の最低水位Ｌａｔｈに長期停止による水質変化を見込んでマージンＬｍｎを加えて、最低水位Ｌｓｔｈ１を
Ｌｓｔｈ１＝Ｌａｔｈ＋Ｌｍｎ
と高めに設定している。
【００２８】
ところが、最低水位Ｌｓｔｈ１を高めに設定すると、排水タンク９の水位は最高水位Ｌｓｔｈ２と最低水位Ｌｓｔｈ１との範囲で制御されているため、長期停止のマージンＬｍｎの分だけ水位の制御範囲が狭くなり、短期間しか燃料電池システム１を停止していなくて水質が純水に近い場合であっても排水バルブ１１を開閉する回数が多くなり、排水バルブ１１の開閉による騒音が大きくなってしまったり、排水バルブの耐久信頼性が悪化してしまったりする問題が生じてしまう。
【００２９】
そこで、本実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池システム１が起動してからの排水タンク９の排水回数が増えるにしたがって、マージンＬｍｎを徐々に小さくしていき最低水位Ｌｓｔｈ１が低くなるように制御する。
【００３０】
これにより、燃料電池システム１の起動後に排水が行われて排水タンク９の水質が純水に近づいていくにしたがってマージンＬｍｎを小さくすることができ、水位の制御範囲を広くしていくことができる。これによって、排水バルブ１１の開閉頻度を低減させることができるので、排水バルブ１１の騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【００３１】
次に、本実施形態の燃料電池システム１による排水タンク９の排水制御処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。図３に示すように、まず燃料電池システム１が起動されて運転が開始されると（Ｓ３０１）、排水回数ｎを１に設定し（Ｓ３０２）、予め設定されているマージンテーブルを参照してマージンＬｍｎを決定する（Ｓ３０３）。
【００３２】
ここで、マージンテーブルを図４に基づいて説明する。マージンテーブルには、燃料電池システム１が起動してからｎ回目の排水が行われるまでの間、実際の最低水位Ｌａｔｈに付加されるマージンＬｍｎが設定されており、図４に示すように１回目の排水が行なわれるまでのマージンＬｍ１が最も大きく、その後２回目、３回目の排水が行なわれるにしたがってマージンＬｍｎは徐々に小さくなるように設定されている。このとき、排水回数についてはコントローラ３がカウントし、記憶している。
【００３３】
そして、排水回数ｎが十分に大きくなると、マージンＬｍｎ＝０となり、Ｌｓｔｈ１ｎ＝Ｌａｔｈとなる。
【００３４】
このようにしてマージンＬｍｎが決定されたら、最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを
Ｌｓｔｈ１ｎ＝Ｌａｔｈ＋Ｌｍｎ
と設定する（Ｓ３０４）。
【００３５】
そして、コントローラ３は水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２を超えたか否かを監視し（Ｓ３０５）、水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２以上になると排水バルブ１１を開放して（Ｓ３０６）排水タンク９に蓄えられた水を排水する。
【００３６】
こうして排水が開始されると、水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になったか否かを監視し（Ｓ３０７）、水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になると排水バルブ１１を閉じて（Ｓ３０８）排水タンク９からの排水を停止する。
【００３７】
こうしてｎ回目の排水が完了したら、燃料電池システム１の運転が停止されるか否かを判断し（Ｓ３０９）、運転が停止されずに継続される場合には排水回数をｎ＋１に設定して（Ｓ３１０）ステップＳ３０３に戻って上述した処理を繰り返し行い、燃料電池システム１の運転が停止される場合には本実施形態の燃料電池システム１による排水制御処理を終了する。
【００３８】
このように、本実施形態の燃料電池システム１では、水位センサによって検出された水位に基づいて排水タンク９から水を排水して最低水位Ｌｓｔｈ１ｎと最高水位Ｌｓｔｈ２との間に水位を制御し、排水タンク９内のイオン濃度が低くなるにしたがって、最低水位を低くしていく。つまり、水位しきい値を変えることにより、排水タンク９内の水位を一定に保つ。これによって、排水バルブ１１の開閉頻度を低減させることができ、排水バルブ１１の騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【００３９】
燃料電池システム１が起動してからの排水回数が増えるにしたがって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを低くしていくので、排水タンク９における水位の制御範囲を排水回数が増えるにしたがって広くすることができ、排水バルブ１１の開閉頻度を低減させることができる。これによって、排水バルブ１１の騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【００４０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止時間を計測しておき、この停止時間に応じてマージンＬｍｎを補正するようにしたことが第１の実施形態と異なっている。これにより燃料電池システムの停止時間が短くなるにしたがって最低水位が低くなるようにすることができる。ただし、本実施形態の燃料電池システムの構成は第１の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。
【００４１】
次に、本実施形態の燃料電池システムによる排水制御処理を図５のフローチャートに基づいて説明する。図５に示すように、まず燃料電池システム１が起動されて運転が開始されると（Ｓ５０１）、計測されていた燃料電池システムの停止時間ｔがコントローラ３によって読み込まれ（Ｓ５０２）、この停止時間ｔに対応する補正値Ｒｔを予め設定されているテーブルから読み込んで決定する（Ｓ５０３）。この補正値Ｒｔは、停止時間ｔが短くなるほど大きくなるようにテーブルに設定されている。
【００４２】
こうして補正値Ｒｔが決定すると、排水回数ｎを１に設定し（Ｓ５０４）、予め設定されているマージンテーブルを参照してマージンＬｍｎを決定する（Ｓ５０５）。
【００４３】
そして、補正値ＲｔとマージンＬｍｎが決定したら、最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを
Ｌｓｔｈ１ｎ＝Ｌａｔｈ＋Ｌｍｎ−Ｒｔ
と設定する（Ｓ５０６）。
【００４４】
これにより、燃料電池システムの停止時間が短くなるにしたがって補正値Ｒｔが大きくなって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを低くすることができる。
【００４５】
そして、コントローラ３は水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２を超えたか否かを監視し（Ｓ５０７）、水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２以上になると排水バルブ１１を開放して（Ｓ５０８）排水タンク９に蓄えられた水を排水する。
【００４６】
こうして排水が開始されると、水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になったか否かを監視し（Ｓ５０９）、水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になると排水バルブ１１を閉じて（Ｓ５１０）排水タンク９からの排水を停止する。
【００４７】
こうしてｎ回目の排水が完了したら、燃料電池システムの運転が停止されるか否かを判断し（Ｓ５１１）、運転が停止されずに継続される場合には排水回数をｎ＋１に設定して（Ｓ５１２）ステップＳ５０５に戻って上述した処理を繰り返し行い、燃料電池システムの運転が停止される場合には本実施形態の燃料電池システムによる排水制御処理を終了する。
【００４８】
このように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間を計測し、この停止時間が短くなるにしたがって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを低くするので、停止時間が短くて排水タンク９の水質が変化していない場合に排水タンク９における水位の制御範囲を広くすることができる。これによって、排水バルブ１１の開閉頻度を低減させることができるので、排水バルブ１１の騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【００４９】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を図６に基づいて説明する。本実施形態の燃料電池システムでは、最低水位Ｌｓｔｈ１ｎだけではなく最高水位Ｌｓｔｈ２についても排水回数ｎや停止時間ｔに応じて変化させるようにしたことが第１及び第２の実施形態と異なっている。これにより排水回数ｎや燃料電池システムの停止時間ｔに応じて排水タンク９における水位の制御範囲を広くすることができる。ただし、本実施形態の燃料電池システムの構成は第１の実施形態と同一なので、詳しい説明は省略する。
【００５０】
次に、本実施形態の燃料電池システムによる排水制御処理を図６のフローチャートに基づいて説明する。図６に示すように、まず燃料電池システム１が起動されて運転が開始されると（Ｓ６０１）、計測されていた燃料電池システムの停止時間ｔがコントローラ３によって読み込まれ（Ｓ６０２）、この停止時間ｔに対応する最低水位の補正値Ｒ１ｔを予め設定されているテーブルから読み込んで決定し（Ｓ６０３）、同様に停止時間ｔに対応する最高水位の補正値Ｒ２ｔを予め設定されているテーブルから読み込んで決定する（Ｓ６０４）。
【００５１】
この補正値Ｒ１ｔ、Ｒ２ｔは、停止時間ｔが短くなるほど大きくなるようにテーブルに設定されている。
【００５２】
こうして補正値Ｒ１ｔ、Ｒ２ｔが決定すると、排水回数ｎを１に設定し（Ｓ６０５）、予め設定されているマージンテーブルを参照して最低水位のマージンＬｍ１ｎを決定する（Ｓ６０６）。
【００５３】
そして、補正値Ｒ１ｔとマージンＬｍ１ｎが決定したら、排水バルブ１１を閉じなければならない実際の最低水位Ｌａｔｈ１に対して最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを
Ｌｓｔｈ１ｎ＝Ｌａｔｈ１＋Ｌｍ１ｎ−Ｒ１ｔ
と設定する（Ｓ６０７）。
【００５４】
これにより、燃料電池システムの停止時間が短くなるにしたがって補正値Ｒ１ｔが大きくなって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを低くすることができる。
【００５５】
次に、予め設定されているマージンテーブルを参照して最高水位のマージンＬｍ２ｎを決定し（Ｓ６０８）、補正値Ｒ２ｔとマージンＬｍ２ｎが決定したら、排水バルブ１１を開放しなければならない実際の最高水位Ｌａｔｈ２に対して最高水位Ｌｓｔｈ２ｎを
Ｌｓｔｈ２ｎ＝Ｌａｔｈ２＋Ｌｍ２ｎ−Ｒ２ｔ
と設定する（Ｓ６０９）。
【００５６】
これにより、燃料電池システムの停止時間が短くなるにしたがって補正値Ｒ２ｔが大きくなって最高水位Ｌｓｔｈ２ｎを低くすることができる。
【００５７】
そして、コントローラ３は水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２ｎを超えたか否かを監視し（Ｓ６１０）、水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２ｎ以上になると排水バルブ１１を開放して（Ｓ６１１）排水タンク９に蓄えられた水を排水する。
【００５８】
こうして排水が開始されると、水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になったか否かを監視し（Ｓ６１２）、水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になると排水バルブ１１を閉じて（Ｓ６１３）排水タンク９からの排水を停止する。
【００５９】
こうしてｎ回目の排水が完了したら、燃料電池システムの運転が停止されるか否かを判断し（Ｓ６１４）、運転が停止されずに継続される場合には排水回数をｎ＋１に設定して（Ｓ６１５）ステップＳ６０６に戻って上述した処理を繰り返し行い、燃料電池システムの運転が停止される場合には本実施形態の燃料電池システムによる排水制御処理を終了する。
【００６０】
このように、本実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池システムの運転を停止してからの停止時間ｔを計測し、この停止時間ｔが短くなるにしたがって最高水位Ｌｓｔｈ２ｎを低くし、燃料電池システムが起動してからの排水回数ｎが増えるにしたがって最高水位Ｌｓｔｈ２ｎを低くしていくので、排水回数ｎが多く、停止時間が短くて排水タンク９の水質が変化していない場合に排水タンク９における水位の制御範囲を広くすることができる。これによって、排水バルブ１１の開閉頻度を低減させることができるので、排水バルブ１１の騒音を低減させるとともに耐久信頼性を向上させることができる。
【００６１】
＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００６２】
図７に示すように、本実施形態の燃料電池システム７１は、排水タンク９に蓄えられた水の水温を検出する温度センサ（温度検出手段）７２を設置したことが第１の実施形態と異なっており、その他の構成については第１の実施形態と同様なので、詳しい説明は省略する。
【００６３】
次に、本実施形態の燃料電池システム７１による排水制御処理を図８のフローチャートに基づいて説明する。図８に示すように、まず燃料電池システム１が起動されて運転が開始されると（Ｓ８０１）、排水回数ｎを１に設定し（Ｓ８０２）、予め設定されているマージンテーブルを参照して最低水位のマージンＬｍ１ｎを決定する（Ｓ８０３）。
【００６４】
次に、温度センサ７２で検出された水の温度Ｔがコントローラ３によって読み込まれ（Ｓ８０４）、この温度Ｔに対応する最低水位の補正値ＲＴ１を予め設定されているテーブルから読み込んで決定し（Ｓ８０５）、同様に温度Ｔに対応する最高水位の補正値ＲＴ２を予め設定されているテーブルから読み込んで決定する（Ｓ８０６）。
【００６５】
この補正値ＲＴ１、ＲＴ２は、温度Ｔが高くなるにしたがって大きくなるようにテーブルに設定されている。
【００６６】
そして、補正値ＲＴ１とマージンＬｍ１ｎが決定したら、排水バルブ１１を閉じなければならない実際の最低水位Ｌａｔｈ１に対して最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを
Ｌｓｔｈ１ｎ＝Ｌａｔｈ１＋Ｌｍ１ｎ−ＲＴ１
と設定する（Ｓ８０７）。
【００６７】
これにより、排水タンク９に蓄えられている水の温度が高くなるにしたがって補正値ＲＴ１が大きくなって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎを低くすることができる。
【００６８】
また、最高水位Ｌｓｔｈ２は、排水バルブ１１を開放しなければならない実際の最高水位Ｌａｔｈ２に対して補正値ＲＴ２により
Ｌｓｔｈ２＝Ｌａｔｈ２−ＲＴ２
と設定される（Ｓ８０８）。
【００６９】
これにより、排水タンク９に蓄えられている水の温度が高くなるにしたがって補正値ＲＴ２が大きくなって最高水位Ｌｓｔｈ２を低くすることができる。
【００７０】
そして、コントローラ３は水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２を超えたか否かを監視し（Ｓ８０９）、水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２より小さい間はステップＳ８０４に戻って水温Ｔを読み込んで補正値ＲＴ１、ＲＴ２を変更しながら上述した処理を繰り返し行い、水位Ｌｓが最高水位Ｌｓｔｈ２以上になると排水バルブ１１を開放して（Ｓ８１０）排水タンク９に蓄えられた水を排水する。
【００７１】
こうして排水が開始されると、水位センサ１０で検出された水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になったか否かを監視し（Ｓ８１１）、水位Ｌｓが最低水位Ｌｓｔｈ１ｎ以下になると排水バルブ１１を閉じて（Ｓ８１２）排水タンク９からの排水を停止する。
【００７２】
こうしてｎ回目の排水が完了したら、燃料電池システムの運転が停止されるか否かを判断し（Ｓ８１３）、運転が停止されずに継続される場合には排水回数をｎ＋１に設定して（Ｓ８１４）ステップＳ８０４に戻って上述した処理を繰り返し行い、燃料電池システムの運転が停止される場合には本実施形態の燃料電池システム７１による排水制御処理を終了する。
【００７３】
このように、本実施形態の燃料電池システム７１では、排水タンク９に蓄えられた水の温度を検出する温度センサ７２をさらに備え、温度センサ７２によって検出された水温が高くなるにしたがって最低水位Ｌｓｔｈ１ｎと最高水位Ｌｓｔｈ２を低くするので、水の温度により水の誘電率が変化することを考慮して正確な補正が可能となる。これによって排水制御をより正確に実行することができるので、燃料電池システム７１の出力低下や水素循環ブロア１４の破損、燃料電池システム７１の外部への水素漏れを防止することができる。
【００７４】
以上、本発明の燃料電池システムについて、図示した実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
燃料電池から排出された水を蓄える排水タンクと、静電容量を利用して排水タンクの水位を検出する水位センサとを備えた燃料電池システムに係り、特に排水タンクの水質が変化した場合でも水位を制御範囲内にコントロールするための技術として極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】排水タンクにおける最低水位と最高水位とを説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムによる排水制御処理を示すフローチャートである。
【図４】排水タンクの最低水位に付加されるマージンと排水回数との関係を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムによる排水制御処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムによる排水制御処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムによる排水制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１、７１  燃料電池システム
２  燃料電池
３  コントローラ
４  水素タンク
５  調圧弁
６  アノード流路
７  アノード排出流路
８  水セパレータ
９  排水タンク
１０  水位センサ
１１  排水バルブ
１２  配水流路
１３  水素循環流路
１４  水素循環ブロア
１５  パージライン
１６  パージ弁
１７  圧力センサ
１８  コンプレッサ
１９  加湿装置
２０  カソード流路
２１  カソード排出流路
２２  空気調圧弁
７２  温度センサ（温度検出手段）
【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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