(57)【要約】【課題】システム内を流通する水素の流量を精度良く検出し、検出結果の信頼性を向上させる。【解決手段】燃料電池システムは、水素が流通する水素流通配管３１と、水素流通配管３１を屈曲させるようにして設けられた導入配管３２および排出配管３３と、導入配管３２と排出配管３３とを接続し、地面に対して水平に配置された測定配管３４と、測定配管３４を介して対向する導入配管３２の壁面３２Ａと排出配管３３の壁面３３Ａとに設けられ、測定配管３４を流通する水素の流通方向で対向する対向面４１Ａ，４２Ａを有する超音波送受波器４１，４２とを備える。対向面４１Ａ，４２Ａは、測定配管３４の流路断面積よりも小さい面積を有し、超音波送受波器４１，４２は、測定配管３４の軸心部に超音波を伝搬させる。【選択図】図２
2013152858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素供給源と、酸素供給源と、
前記水素供給源からアノードガスとして水素が供給されるアノード極および前記酸素供給源からカソードガスとして酸素が供給されるカソード極を有し、前記アノードガスと前記カソードガスとの電気化学反応により発電するスタックと、を備える燃料電池システムであって、
前記水素が流通する水素流通流路と、
前記水素流通流路を屈曲させるようにして設けられた導入流路および排出流路と、
前記導入流路と前記排出流路とを接続し、地面に対して水平に配置された測定流路と、
前記測定流路を介して対向する前記導入流路の壁面と前記排出流路の壁面とに設けられ、前記測定流路を流通する前記水素の流通方向で対向する対向面を有する超音波送波器および超音波受波器と、
前記超音波送波器から送信された超音波が前記測定流路内を伝搬して前記超音波受波器に受信されるまでの伝搬時間を検出し、該伝播時間に基づいて前記水素流通流路を流通する前記水素の流量を検出する流量検出手段と、を備え、
前記超音波送波器および前記超音波受波器の前記対向面は、前記測定流路の流路断面積よりも小さい面積を有し、
前記超音波送波器および前記超音波受波器は、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間において前記測定流路の軸心部に前記超音波を伝搬させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記導入流路および前記排出流路は、地面に対して水平に配置された前記水素流通流路を鉛直方向上方に向かい屈曲させるようにして設けら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】
前記水素の流通方向における前記導入流路の上流側端部と前記排出流路の下流側端部とを接続し、前記導入流路および前記排出流路の流路断面積よりも小さな流路断面積を有する接続流路を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記水素流通流路は、前記アノード極から排出されるアノードオフガスが流通するアノードオフガス流路であって、
前記アノードオフガス流路を開閉可能な開閉手段と、
前記アノードオフガスの流通方向における前記開閉手段の下流側に設けられ、前記アノードオフガスを希釈する希釈手段と、を備え、
前記導入流路および排出流路および前記測定流路は、前記開閉手段と前記希釈手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記スタックを電源とする車両に搭載されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つ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】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、燃料電池に供給される水素の循環流路から外部に水素を排気する水素排気バルブの故障を検知するために、例えば水素の濃度、流速、圧力、成分比、温度、誘電率などの物理量であるガス状態量を検出するセンサを水素排気バルブの下流側に設置し、このセンサの検出結果に基づいて水素排気バルブの開閉異常を検出する異常検出装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、例えば、被測定流体が流れる測定管の内壁面上において被測定流体の流れ方向に離間して設けられた一対の凹部からなる２つの格納室に超音波送受信器を備え、これら１対の超音波送受信器の一方から送信されて測定管の内壁面で反射された超音波を他方の超音波送受信器により受信することによって１対の超音波送受信器間の超音波伝播時間を検出し、この超音波伝播時間に基づいて被測定流体の流量を測定する超音波式流量計が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２９３９２号公報
【特許文献２】特開２００４−１５７０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記従来技術に係る異常検出装置によれば、水素排気バルブの故障有無に対して、いわば間接的に関連するガス状態量を検出していることから、例えば燃料電池の運転状態などによっては、水素排気バルブの故障有無を的確に検出することができない場合が生じる。
例えば、水素の圧力を検出する場合には、水素排気バルブの故障が検出可能になるまでに過大な漏れ流量が必要になるという問題が生じる。
また、例えば、水素の温度を検出する場合には、燃料電池のアノード系の暖機が完了するまで水素排気バルブの故障有無を検出することができないという問題が生じる。
【０００６】
しかも、燃料電池から排出されるオフガスに水分が含まれていると、このオフガスにおける水素の濃度、圧力、成分比、温度、誘電率などの物理量を精度良く検出することは困難であり、水素排気バルブの故障有無を検出することができないという問題が生じる。
また、例えば、水素センサにより水素濃度を検出する場合、水素センサが劣化し易いことに起因して、水素排気バルブの故障有無の検出精度および検出結果の信頼性が低下したり、所望の検出精度および信頼性を確保するための水素センサの交換などに要する費用が嵩むという問題が生じる。
【０００７】
また、上記従来技術に係る超音波式流量計により水素の流量を測定する場合には、燃料電池から排出されて測定管内を流れるオフガスに水分が含まれていることに起因して、測定管内に水分が滞留していると、測定管の内壁面での超音波の反射あるいは超音波送受信器による反射波の受信に不具合が生じ、１対の超音波送受信器間の超音波伝播時間を適正に検出することができない虞がある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、システム内を流通する水素の流量を精度良く検出し、検出結果の信頼性を向上させることが可能な燃料電池システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明の請求項１に係る燃料電池システムは、水素供給源（例えば、実施の形態での水素供給タンク１７）と、酸素供給源（例えば、実施の形態での空気供給装置１３）と、前記水素供給源からアノードガスとして水素が供給されるアノード極（例えば、実施の形態での燃料極１１Ｂ）および前記酸素供給源からカソードガスとして酸素が供給されるカソード極（例えば、実施の形態での酸素極１１Ｃ）を有し、前記アノードガスと前記カソードガスとの電気化学反応により発電するスタック（例えば、実施の形態での燃料電池スタック１１）と、を備える燃料電池システムであって、前記水素が流通する水素流通流路（例えば、実施の形態での水素流通配管３１）と、前記水素流通流路を屈曲させるようにして設けられた導入流路（例えば、実施の形態での導入配管３２）および排出流路（例えば、実施の形態での排出配管３３）と、前記導入流路と前記排出流路とを接続し、地面に対して水平に配置された測定流路（例えば、実施の形態での測定配管３４）と、前記測定流路を介して対向する前記導入流路の壁面（例えば、実施の形態での壁面３２Ａ）と前記排出流路の壁面（例えば、実施の形態での壁面３３Ａ）とに設けられ、前記測定流路を流通する前記水素の流通方向で対向する対向面（例えば、実施の形態での対向面４１Ａ，４２Ａ）を有する超音波送波器（例えば、実施の形態での超音波送受波器４１，４２）および超音波受波器（例えば、実施の形態での超音波送受波器４１，４２）と、前記超音波送波器から送信された超音波が前記測定流路内を伝搬して前記超音波受波器に受信されるまでの伝搬時間を検出し、該伝播時間に基づいて前記水素流通流路を流通する前記水素の流量を検出する流量検出手段（例えば、実施の形態での超音波流量計２４）と、を備え、前記超音波送波器および前記超音波受波器の前記対向面は、前記測定流路の流路断面積よりも小さい面積を有し、前記超音波送波器および前記超音波受波器は、前記超音波送波器と前記超音波受波器との間において前記測定流路の軸心部に前記超音波を伝搬させる。
【００１０】
さらに、本発明の請求項２に係る燃料電池システムでは、前記導入流路および前記排出流路は、地面に対して水平に配置された前記水素流通流路を鉛直方向上方に向かい屈曲させるようにして設けられている
【００１１】
さらに、本発明の請求項３に係る燃料電池システムは、前記水素の流通方向における前記導入流路の上流側端部（例えば、実施の形態での上流側端部３２ａ）と前記排出流路の下流側端部（例えば、実施の形態での下流側端部３３ａ）とを接続し、前記導入流路および前記排出流路の流路断面積よりも小さな流路断面積を有する接続流路（例えば、実施の形態での接続配管３５）を備える
【００１２】
さらに、本発明の請求項４に係る燃料電池システムでは、前記水素流通流路は、前記アノード極から排出されるアノードオフガスが流通するアノードオフガス流路（例えば、実施の形態での水素流通配管３１）であって、前記アノードオフガス流路を開閉可能な開閉手段（例えば、実施の形態でのパージ弁２１）と、前記アノードオフガスの流通方向における前記開閉手段の下流側に設けられ、前記アノードオフガスを希釈する希釈手段（例えば、実施の形態での希釈器２５）と、を備え、前記導入流路および排出流路および前記測定流路は、前記開閉手段と前記希釈手段との間に配置されている
【００１３】
さらに、本発明の請求項５に係る燃料電池システムは、前記スタックを電源とする車両に搭載されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に係る燃料電池システムによれば、水素が流通する水素流通流路内を水分が流通する場合であっても、超音波送波器および超音波受波器に水分が付着することを抑制することができる。
これにより、超音波の送受信を適正に行なうことができ、水素の流量の検出精度が低下することを防止し、検出結果の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る燃料電池システムによれば、水素が流通する水素流通流路内を水分が流通する場合であっても、この水分が測定流路に流れ込むことを重力の作用により抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る燃料電池システムによれば、水素が流通する水素流通流路内を水分が流通する場合であっても、この水分を接続流路に流通させることができ、水分が測定流路に流れ込むことを抑制することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に係る燃料電池システムによれば、流量検出手段により検出される水素の流量に基づき、開閉手段の異常の有無を精度良く検出することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に係る燃料電池システムによれば、システム内の水素の流量を精度良く検出することができ、この検出結果に基づいて車両の各種の制御を適正に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの超音波流量計が配置された水素流通配管を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの動作、特に、パージ弁および掃気出口弁およびドレイン弁の異常（例えば、開故障など）を検知する処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの空気流量ＱＡＩＮと排出可能水素量ＱＨ２ＯＵＴとの対応関係を示す所定マップの例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴおよび排気水素濃度の変化例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の第１変形例に係る燃料電池システムの超音波流量計が配置された水素流通配管を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の第２変形例に係る燃料電池システムの超音波流量計が配置された水素流通配管を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムのパージ弁および超音波流量計および希釈器の高さ位置の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムについて添付図面を参照しながら説明する。
【００２１】
本実施の形態による燃料電池システム１０は、例えば走行駆動用のモータを備える車両に電源として搭載され、図１に示すように、燃料電池スタック１１と、エアフローセンサー１２と、空気供給装置１３と、加湿器１４と、空気供給封止弁１５と、空気排出封止弁１６と、水素供給タンク１７と、水素供給弁１８と、循環ポンプ１９と、気液分離器２０と、パージ弁２１と、掃気出口弁２２と、ドレイン弁２３と、超音波流量計２４と、希釈器２５と、制御装置２６とを備えて構成されている。
【００２２】
燃料電池スタック１１は、陽イオン交換膜などからなる固体高分子電解質膜１１Ａを、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）１１Ｂと、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）１１Ｃとで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。
【００２３】
燃料電池スタック１１のカソード１１Ｃには、酸素を含む酸化剤ガス（カソードガス）である空気が供給され、アノード１１Ｂには、水素からなる燃料ガス（アノードガス）が供給される。
そして、アノード１１Ｂのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜１１Ａを介してカソード１１Ｃへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
このとき、カソード１１Ｃにおいては、水素イオンと電子と酸素が反応して水が生成され、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｃを通過して空気排出口１１ｂから排出された排出ガスは湿潤状態になっている。
【００２４】
エアフローセンサー１２は、空気供給装置１３によって外部から取り込まれる空気流量を検出し、検出結果の信号を出力する。
【００２５】
空気供給装置１３は、例えば制御装置２６により駆動制御されるエアーコンプレッサーなどを備え、外部から空気を取り込んで圧縮し、この圧縮後の空気を排出する。
空気供給装置１３から排出された空気は、順次、加湿器１４と、制御装置２６により開閉制御される空気供給封止弁１５とを流通した後に、燃料電池スタック１１の空気供給口１１ａおよびカソード１１Ｃに供給される。
【００２６】
加湿器１４は、例えば中空糸膜などの水透過膜を備えて構成され、燃料電池スタック１１の空気排出口１１ｂから排出された排出ガス（カソードオフガス）を加湿用のガスとして用いて、空気供給装置１３から供給された空気を加湿する。
すなわち、加湿器１４は、空気供給装置１３から供給された空気と燃料電池スタック１１の空気排出口１１ｂから排出された排出ガスとを水透過膜を介して接触させることで、排出ガスに含まれる水分（特に、水蒸気）のうち水透過膜の膜穴を透過した水分を空気に添加する。
【００２７】
なお、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｃを通過して空気排出口１１ｂから排出された排出ガスは、制御装置２６により開閉制御される空気排出封止弁１６を流通した後に、加湿器１４に供給される。
さらに、加湿器１４において加湿用のガスとして用いられた排出ガスは、加湿器１４を通過した後に、希釈用のガスとして希釈器２５に供給される。
【００２８】
水素供給タンク１７は高圧の水素を貯留しており、水素供給タンク１７から排出されたガス状の水素は、水素供給弁１８を流通した後に、燃料電池スタック１１の水素供給口１１ｃおよびアノード１１Ｂに供給される。
【００２９】
水素供給弁１８は、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置１３から供給された空気の圧力を信号圧として、この信号圧に応じた所定範囲の圧力で水素を排出する。
【００３０】
循環ポンプ１９は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ｂを通過して水素排出口１１ｄから排出された未反応の排出ガス（アノードオフガス）の一部を、水素供給タンク１７から供給された水素に混合して、燃料電池スタック１１のアノード１１Ｂに再び供給する。
【００３１】
気液分離器２０は、燃料電池スタック１１のアノード１１Ｂを通過して水素排出口１１ｄから排出された排出ガスに含まれる水分を分離し、この分離後の排出ガスをガス排出口２０ａから排出し、分離後の水分を水分排出口２０ｂから排出する。
【００３２】
気液分離器２０のガス排出口１９ａから排出された排出ガスは、循環ポンプ１９または制御装置２６により開閉制御されるパージ弁２１、あるいは制御装置２６により開閉制御される掃気出口弁２２に供給される。そして、パージ弁２１または掃気出口弁２２を通過した排出ガスは希釈器２５に供給される。
また、気液分離器２０の水分排出口２０ｂから排出された水分は、制御装置２６により開閉制御されるドレイン弁２３に供給され、このドレイン弁２３を通過した水分は希釈器２５に供給される。
【００３３】
超音波流量計２４は、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３と、希釈器２５との間に配置されている。
例えば図２に示すように、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３と、希釈器２５との間において、排出ガス（アノードオフガス）である水素が内部を流通する水素流通配管３１には、この水素流通配管３１を屈曲させるようにして設けられた導入配管３２および排出配管３３と、導入配管３２と排出配管３３とを接続し、地面に対して水平になるように配置された測定配管３４とが設けられ、Ｕ字状に屈曲する流路が形成されている。
【００３４】
なお、水素流通配管３１に設けられた導入配管３２および排出配管３３および測定配管３４は、例えば、鉛直方向に同一の高さ位置において、地面に対して水平になるように配置されている。
そして、超音波流量計２４は、測定配管３４を介して対向する導入配管３２の壁面３２Ａと排出配管３３の壁面３３Ａとに設けられた２つの超音波送受波器４１，４２を備えている。
【００３５】
２つの超音波送受波器４１，４２は、測定配管３４の軸心部において測定配管３４内を流通する水素の流通方向で対向する対向面４１Ａ，４２Ａを有し、相互間において測定配管３４の軸心部に超音波を伝搬させる。
なお、これらの対向面４１Ａ，４２Ａは、測定配管３４の流路断面積よりも小さい面積を有している。
【００３６】
超音波流量計２４は、例えば、測定配管３４を流通する水素の流通方向の順方向に一方の超音波送受波器４１から他方の超音波送受波器４２に超音波を伝搬させた場合の伝播時間と、測定配管３４を流通する水素の流通方向の逆方向に他方の超音波送受波器４２から一方の超音波送受波器４１に超音波を伝搬させた場合の伝播時間とから、水素の流速を検知し、この流速の検知結果と、予め既知である測定配管３４の断面積と、流速分布に応じた所定の補正係数とから水素の流量を算出し、算出結果の信号を出力する。
【００３７】
希釈器２５は、パージ弁２１または掃気出口弁２２から供給された排出ガスの水素濃度を加湿器１４から供給された排出ガスにより希釈し、この希釈後の水素濃度が所定濃度以下に低減された排出ガスを、制御装置２６により開閉制御される背圧弁などを介して外部（例えば、大気中など）に排出する。
【００３８】
制御装置２６は、車両に搭載された走行駆動用のモータやファンなどのように燃料電池スタック１１から電力が供給される各種の動力源に対して設定される動力要求に応じて、燃料電池スタック１１に必要とされる出力を設定し、燃料電池スタック１１の出力電流および出力電圧および温度などに応じて、燃料電池スタック１１の運転を制御する。
【００３９】
また、制御装置２６は、超音波流量計２４から出力された測定配管３４内を流通する水素の流量の信号に基づき、パージ弁２１の異常（例えば、開故障など）を検知する。
【００４０】
本実施の形態による燃料電池システム１０は上記構成を備えており、次に、燃料電池システム１０の動作、特に、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３の異常（例えば、開故障など）を検知する処理について説明する。
【００４１】
先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３は閉弁するように指示されているか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０１の判定処理を繰り返し実行する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０２に進む。
【００４２】
そして、ステップＳ０２においては、超音波流量計２４から出力された測定配管３４内を流通する水素の流量の信号に基づき、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３の下流側における排出ガス（アノードオフガス）の水素の流量（排気水素流量）ＱＨ２ＯＵＴを取得する。
【００４３】
次に、ステップＳ０３においては、エアフローセンサー１２から出力された空気流量ＱＡＩＮの検出結果の信号を取得する。
次に、ステップＳ０４においては、例えば図４に示すような、予め作成された空気流量ＱＡＩＮと外部に排出可能な水素量（排出可能水素量）ＱＨ２ＯＵＴとの対応関係を示す所定マップを参照して、許容排気水素濃度（例えば、２％以下、４％以下など）に応じた排出可能水素量の判定閾値を取得する。
【００４４】
なお、例えば図４に示す所定マップにおいては、空気流量ＱＡＩＮの増大に伴い、排出可能水素量ＱＨ２ＯＵＴが増大傾向に変化するように設定され、空気流量ＱＡＩＮが同一であれば、許容排気水素濃度が増大することに伴い、排出可能水素量ＱＨ２ＯＵＴが増大傾向に変化する。  
【００４５】
次に、ステップＳ０５においては、排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴは、所定の第１許容排気水素濃度（例えば、４％以下）に対応する排出可能水素量の第１判定閾値ＱＨ２ＯＵＴ１よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、許容範囲を超える水素の漏れが発生していると判断して、ステップＳ０６に進み、このステップＳ０６においては、燃料電池スタック１１に対するカソードガスおよびアノードガスの供給を停止し、エンドに進む。
【００４６】
そして、ステップＳ０７においては、排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴは、第１許容排気水素濃度よりも小さい所定の許容排気水素濃度（例えば、２％以下）に対応する排出可能水素量の第２判定閾値ＱＨ２ＯＵＴ２よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、エンドに進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０８に進み、このステップＳ０８においては、燃料電池スタック１１のカソード１１Ｃに供給されるカソードガスの空気を増量し、エンドに進む。
【００４７】
例えば図５に示すように、所定の出力電流を維持する燃料電池スタック１１の運転状態において、パージ弁２１の開故障などの発生に応じて水素の漏れが発生した時刻ｔａ以降において、排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴの変化は、排気水素濃度の変化よりも大きくなる。
つまり、排気水素濃度が所定の漏れ検知閾値に到達するまでに長時間に亘って水素の漏れが維持される必要が生じることに対して、排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴは、水素の漏れの発生後、直ちに所定の漏れ判定閾値を上回るように変化する。
【００４８】
これにより、例えば水素センサなどによって排気水素濃度を検出する場合に比べて、より速い応答性および高い精度で漏れ検知を行なうことができ、排気水素流量ＱＨ２ＯＵＴに基づいて、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３の異常の有無を迅速かつ精度良く検出することができる。
しかも、超音波流量計２４では、例えば水素センサなどに比べて、劣化を抑制することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４９】
なお、超音波流量計２４は、他の流量計に比べて、飽和水蒸気または水滴などを含むアノードオフガスに対して定常状態および過渡状態の両方で流量検出可能であると共に安価であるという利点を有している。
これに対して、例えばタービン流量計は、定常状態で流量検出可能であるが過渡状態ではタービンの慣性力により流量検出不可であり、高価である。
また、例えばコリオリ流量計は、飽和水蒸気または水滴などにより定常状態および過渡状態の両方で流量検出不可であり、高価である。
また、例えば渦流量計は、定常状態では低流量により、過渡状態では脈動により、両方で流量検出不可であり、高価である。
また、熱式流量計は、飽和水蒸気または水滴などにより検出素子の比熱が安定しないことから定常状態および過渡状態の両方で流量検出不可であり、安価ではない。
【００５０】
上述したように、本実施の形態による燃料電池システム１０によれば、水素流通配管３１内を水分が流通する場合であっても、２つの超音波送受波器４１，４２の対向面４１Ａ，４２Ａは測定配管３４の軸心部で対向し、測定配管３４の流路断面積よりも小さい面積を有することから、２つの超音波送受波器４１，４２に水分が付着することを抑制することができる。
さらに、測定配管３４は地面に対して水平になるように配置されていることから、例えば測定配管３４が水平方向に傾いて配置されている場合に比べて、測定配管３４内の水分が鉛直方向下方側の位置に溜まってしまうことを防止し、超音波送受波器４１，４２の何れかに水分が付着することを抑制することができる。
【００５１】
これらにより、２つの超音波送受波器４１，４２間において超音波の送受信を適正に行なうことができ、水素の流量の検出精度が低下することを防止し、検出結果の信頼性を向上させることができ、車両の各種の制御を適正に行なうことができる。
しかも、超音波流量計２４により検出される水素の流量に基づき、パージ弁２１および掃気出口弁２２およびドレイン弁２３の異常の有無を迅速かつ精度良く検出することができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態においては、水素流通配管３１に設けられた導入配管３２および排出配管３３および測定配管３４を地面に対して水平になるように配置したが、これに限定されず、例えば図６に示す第１変形例のように、地面に対して水平に伸びる水素流通配管３１に対して、この水素流通配管３１を鉛直方向上方に向かい屈曲させるようにして導入配管３２および排出配管３３を設けてもよい。
この第１変形例によれば、水素流通配管３１内を水分が流通する場合であっても、この水分が測定配管３４に流れ込むことを重力の作用により抑制することができる。
【００５３】
また、上述した実施の形態においては、例えば図７に示す第２変形例のように、水素流通配管３１内を流通する水素の流通方向における導入配管３２の上流側端部３２ａと排出配管３３の下流側端部３３ａとを接続し、導入配管３２および排出配管３３の流路断面積よりも小さな流路断面積を有する接続配管３５を備えてもよい。
この第２変形例によれば、水素流通配管３１内を水分が流通する場合であっても、この水分を接続配管３５に流通させることができ、水分が測定配管３４に流れ込むことを抑制することができる。
【００５４】
なお、上述した実施の形態においては、例えば図８（Ａ）に示すように、パージ弁２１および超音波流量計２４および希釈器２５の鉛直方向における高さ位置が同一となるようにして高低差を設けないように配置されてもよいし、例えば図８（Ｂ）に示すように、順次、パージ弁２１と、超音波流量計２４と、希釈器２５とにおいて、鉛直方向における高さ位置が低下傾向に変化するように配置されてもよい。
【００５５】
以上、説明した本実施形態は、本発明を実施するうえでの一例を示すものであり、本発明が前記した実施形態に限定して解釈されるものではないことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１０  燃料電池システム
１１  燃料電池スタック
１１Ｂ  燃料極（アノード極）
１１Ｃ  酸素極（カソード極）
１３  空気供給装置（酸素供給源）
１７  水素供給タンク（水素供給源）
２４  超音波流量計（流量検出手段）
２５  希釈器（希釈手段）
３１  水素流通配管（アノードオフガス流路）
３２  導入配管（導入流路）
３２Ａ  壁面
３２ａ  上流側端部
３３  排出配管（排出流路）
３３Ａ  壁面
３３ａ  下流側端部
３４  測定配管（測定流路）
３５  接続配管（接続流路）
４１，４２  超音波送受波器（超音波送波器，超音波受波器）
４１Ａ，４２Ａ  対向面
【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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