JP2006147526A - 燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料ガスの流出を適切に防止することができる燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置を課題とする。
【解決手段】 燃料電池システム１は、燃料ガスを含む排ガス中の水分を回収するドレン装置４３と、ドレン装置４３内に貯留された水を排水する排水通路４７と、排水通路４７に設けられた水封機構４９と、を備えている。排水バルブ４８は、水位計４６の検出結果に基づいて排水通路４７を開閉する。排水バルブ４８の下流側に水封機構４９が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料ガスを含む排ガス中の水分をドレン装置で回収して排水する燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置に関するものである。

従来、燃料電池で発電に供された水素ガスなどの燃料ガスが、排ガスとしてドレン装置に導入されるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１は、燃料電池の評価装置に適用したものであるが、タンク構造のドレン装置では、排ガス中に含まれる水分（燃料電池の反応によって生じた生成水）が燃料ガスから分離されて回収・貯留される。
その結果、ドレン装置内の燃料ガスは、ドレン装置の上部に接続された燃料ガス専用の排気通路から排気される。一方、ドレン装置内に貯留された水は、ドレン装置の下部に接続された排水専用の排水通路から排水される。
（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−３４６８５５号公報（第２図）

この特許文献１の図に記載のドレン装置まわりの構造を参酌すると、ドレン装置に付設した水位計の検出結果に基づいて、排水通路上の排水弁を開くことで、ドレン装置内の水を排水通路の排水口側に排水していると考えられる。しかし、このような従来の構造では、仮に水位計が故障した場合に、ドレン装置内の水が全て排水通路の排水口側に排水されると、燃料ガスが排水通路から排出されるおそれがあった。
すなわち、水位計の故障時などシステムの異常時では、燃料ガスを含む排ガスは、ドレン装置で分離されることなくそのまま、排水専用の排水通路に流出するおそれがあった。

本発明は、燃料ガスの流出を適切に防止することができる燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置を提供することをその目的としている。

本発明の燃料電池システムは、燃料ガスを含む排ガスが導入され、この排ガス中の水分を回収するドレン装置と、ドレン装置に接続され、ドレン装置内に貯留された水を排水する排水通路と、排水通路に設けられた水封機構と、を備えたものである。

この構成によれば、通常の正常時では、ドレン装置内に回収・貯留された排ガス中の水分（水）は、排水通路へと排水され水封機構に流入する。水封機構において水が所定量に達すると、その余剰の水が水封機構の下流側の排水通路に排水される。一方、異常時にドレン装置内の水が全て排水されてしまい、排ガスがそのまま排水通路へと流出したとしても、水封機構のところで排ガスの流通が遮断される。これにより、排水通路の下流側への燃料ガスの流出を適切に防止することができる。すなわち、フェールセーフ作用を好適に達成することができる。
ここで、燃料ガスは、一般に水素ガスである。燃料ガスを含む排ガスは、燃料電池の反応によって生じた生成水の水分のほかに、燃料電池に供された酸化剤ガスを含むものであってもよい。燃料電池システムとしては、これを搭載した機器として燃料電池車両が代表される。

この場合、ドレン装置内に貯留された水の水位を検出する水位計と、水位計の検出結果に基づいて排水通路を開閉する排水バルブと、を更に備え、水封機構は、排水バルブの下流側の排水通路に設けられていることが、好ましい。

この構成によれば、水位計の正常時では、排水バルブが水位計の検出結果を基に開閉することで、ドレン装置内に貯留された水を排水通路へと適宜排水することができる。一方、水位計の故障時に排水バルブが開いていてドレン装置内の水が全て排水されたとしても、排水バルブの下流側の水封機構によって排ガス（燃料ガス）の流通を遮断することができる。
なお、このようなシステムの異常時には、水位計の故障時のみならず、排水バルブの故障時も含まれる。すなわち、本発明の構成によれば、排水バルブが開状態の位置で故障した場合にも適切に対応することができる。

これらの場合、水封機構は、排水通路を構成する管の屈曲部位で構成され、屈曲部位は、自由状態で水が溜まるように構成されていることが、好ましい。

この構成によれば、排水通路を構成する管の一部で水封機構を構成することができるため、例えばタンクを用いて水封機構を構成する場合に比べて、水封機構の設置スペースをとらずに済む。
ここで、屈曲部位は、例えばＵ字状、逆Ｕ字状、Ｓ字状で構成することができる。

これらの場合、排水通路内の燃料ガスの有無を検出するガス検出器を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、水位計の故障時などのシステムの異常時に、排水通路の下流側への燃料ガスの流出を適切に検出することができる。
ここで、ガス検出器の検出結果を受けて、様々な処置をとることができる。例えば、ランプなどの表示やブザーなどの音により、ガス流出の旨を視聴覚的に報知することができる。また、排水バルブを閉じることもできるし、燃料電池システム自体の駆動を停止することもできる。

この場合、ガス検出器は、排水通路の外側に設けられており、排水通路に分岐接続され、排ガスをガス検出器に誘導可能なガス誘導通路を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、ガス検出器を排水通路内に設けてなくて済む。

この場合、ガス誘導通路上に設けられたチャンバを更に備え、ガス検出器はチャンバ内に設けられていることが、好ましい。

この構成によれば、燃料ガスが排水通路からガス誘導通路へと流出しても、燃料ガスの流出の有無をチャンバ内に設けたガス検出器により検出することができると共に、流出した燃料ガスをチャンバ内に溜めることができる。これにより、燃料ガスを極力外部に排出しなくて済む。

この場合、ガス検出器はチャンバ内の上部に設けられていることが好ましい。こうすることで、比較的重量が小さい燃料ガスの場合には検出し易くなる。また、チャンバの底部にはガス排出通路が接続されていることが好ましい。さらに、チャンバへのガス誘導通路の開口部は、排ガスがガス検出器に指向するように配置されていることが好ましい。こうすることで、ガスの流出を迅速に検出し得る。また、この開口部は、排ガスが水平方向でチャンバ内壁に沿って放出するように配置されていてもよい。こうすれば、チャンバ内へ流入した際の排ガスの鉛直方向の拡散を抑制することができ、ガスの検出に好適となる。また、チャンバは全体として縦長の形状を有することが好ましい。

これらの場合、ドレン装置に接続され、ドレン装置により水分を回収された排ガスをガス処理装置に排気する排気通路を、更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、ドレン装置で水分を回収された排ガスをガス処理装置に導くことができる。
ここで、ガス処理装置は、排ガスの燃料ガスの濃度を低減するもので構成することができ、例えば希釈器や燃焼器で構成することができる。

本発明の燃料電池の評価装置は、燃料電池の性能の評価に供された燃料ガスを含む排ガスをドレン装置に導入して、このドレン装置で排ガス中の水分を回収して排水する燃料電池の評価装置であって、ドレン装置に接続され、ドレン装置内に貯留した水を排水する排水通路と、排水通路に設けられた水封機構と、を備えたものである。この場合、ドレン装置内に貯留された水の水位を検出する水位計と、水位計の検出結果に基づいて排水通路を開閉する排水バルブと、を更に備え、水封機構は、排水バルブの下流側の前記排水通路に設けられていることが、好ましい。

これらの構成によれば、上記の燃料電池システムと同様に、例えば水位計が故障した場合に排水バルブが開いていたとしても、排水通路へと流れ込む排ガスの流通を水封機構のところで遮断することができる。これにより、水位計の故障時などのシステムの異常時に、排水通路の下流側への燃料ガスの流出を適切に防止することができる。すなわち、フェールセーフ作用を好適に達成した状態で、燃料電池の性能の評価を行うことが可能となる。

これらの場合、排水通路内の燃料ガスの有無を検出するガス検出器を、更に備えたことが、好ましい。また、好ましい一態様では、排水通路に分岐接続されたガス誘導通路と、ガス誘導通路上に設けられたチャンバと、を更に備え、ガス検出器は、チャンバ内に設けられていてもよい。

本発明の燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置によれば、燃料ガスが流出することを適切に防止することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムおよび燃料電池の評価装置について説明する。本発明の特徴部分は、排水通路に水封機構を設けることで、例えば水位計の故障時などシステムの異常時に、燃料ガスを含む排ガスが排水通路の下流側に排出することを防止した点にある。以下では、先ず第１実施形態として燃料電池システムについて説明し、次の第２実施形態以降で燃料電池の評価装置について説明する。第２実施形態以降では、第１実施形態の構造と同一となる部分については、第１実施形態と同一の符号を付してその説明を省略する。なお、詳細な説明を省略するが、第２実施形態以降で説明した内容は、第１実施形態の燃料電池システムに適用することができる。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、例えば燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１は、車載に好適な固体高分子電解質型の燃料電池２と、システム全体を統括制御する制御装置３と、を有している。燃料電池２は、多数の単セルを積層したスタック構造からなり、酸化剤ガスとしての酸化ガス（空気）と、燃料ガスとしての水素ガスとの供給を受けて電力を発生する。なお、燃料電池２を定置用とする場合には、リン酸型が好適である。

酸化ガスは、図外のコンプレッサにより、供給通路１１を介して燃料電池２に供給される。燃料電池２から排出される酸化ガス（未反応の酸化ガス）は、排出通路１２を介して外部に排出される。燃料ガスは、高圧タンクなどのガス供給源２１に貯留されており、供給通路２２に設けたレギュレータ２３により減圧された後、供給通路２２を流れて燃料電池２に供給される。ガス供給源２１は、水素ガスを貯留してもよいし、あるいは例えば車両において水素ガスに改質する場合には天然ガスを貯留してもよい。

燃料電池２から排出される燃料ガス（未反応の燃料ガス）は、循環通路２４に設けたポンプ２５により供給通路２２に還流させられる。ポンプ２５の下流側の循環通路２４の部分に分岐するように接続された燃料ガス排出系２６によって、循環される燃料ガス中の不純物が燃料ガスと共に循環通路２４の外部に排出される。ここでは、燃料ガス排出系２６に排出された流体を排ガスと総称する。排ガスには、燃料ガスや不純物のほか、燃料電池２の反応によって生じた水（生成水）が含まれている。

燃料ガス排出系２６は、循環通路２４に分岐配管された排出通路４１と、排出通路４１に設けられたパージ弁４２と、パージ弁４２の下流側に設けられて排ガスを気液分離するドレン装置４３と、ドレン装置４３の上部に接続された排気通路４４と、排気通路４４に設けられたガス処理装置４５と、ドレン装置４３内に貯留された水の水位を検出する水位計４６と、ドレン装置４３の下部に接続された排水通路４７と、排水通路４７を開閉する排水バルブ４８と、排水バルブ４８の下流側の排水通路４７に設けられた水封機構４９と、を備えている。

パージ弁４２は、制御装置３に接続された電磁弁で構成されている。パージ弁４２は、常時閉弁しており、制御装置３によってシステム稼働中に所定のタイミングで開弁制御される。これにより、循環通路２４から排出通路４１に排ガスが排出される。

ドレン装置４３は、タンク構造からなり、排ガスの気体分と水分とを互いに分離させる気液分離器として機能する。ドレン装置４３内は、排ガスから分離された水分を回収してこれを貯留する液溜め部５１と、液溜め部５１の上方に設けた気体部５２と、で主として上下に区画されている。ドレン装置４３は、排出通路４１の排出口を水封している。

すなわち、排出通路４１の排出口は、液溜め部５１に配置され、液溜め部５１に貯留された水中で開口している。このため、排出通路４１からの排ガスはドレン装置４３の液溜め部５１に先ず導入され、排ガス中の水分は液溜め部５１に貯留される。一方で、排ガス中の水分を除く気体分（燃料ガスなど）は、気体部５２内へと上昇する。気体部５２内の上部には、排気通路４４の上流口が開口しており、気体部５２内の排ガスは、排気通路４４からガス処理装置４５に排気されるようになっている。

ガス処理装置４５は、排ガスに含まれる燃料ガスの濃度を低減するものであり、希釈器や燃焼器で構成される。例えば、ガス処理装置４５を希釈器で構成した場合には、ガス処理装置４５に希釈ガスが導入されて燃料ガスの濃度が低減される。希釈ガスとしては、供給通路１１や排出通路１２を流れる酸化ガスのほか、燃料電池２には供されない二次空気や窒素等の不活性ガスを用いることができる。ガス処理装置４５で処理された排ガスは、排気通路４４の下流側へと排気され、最終的にシステム外に排気される。

水位計４６は、ドレン装置４３の液溜め部５１および気体部５２に臨んで設けられ、液溜め部５１に貯留された水の水位を検出する。水位計４６は、制御装置３に接続されている。水位計４６は、液溜め部５１内の水位（水面）が所定レベルまではＯＦＦとなっている。水位計４６は、水位がその所定レベルに達するとＯＮとなって、その検出結果を制御装置３に出力する。なお、水位計４６は、水面の高さレベルに応じて複数設けられてもよいし、一つだけであってもよい。

排水通路４７は、その上流端がドレン装置４３の液溜め部５１の下部に接続されると共に、その下流口となる排水口５５がシステム外に排水可能に大気開放されている。排水通路４７は、その下流側に向かって水が移動するように、全体として所定の下り勾配を有している。例えば、排水通路４７を構成する管は、車両の後方または側方に向かって且つ斜め下方に向かって延在するように、車両にブラケットを介して取り付けられる。排水通路４７によって、液溜め部５１内の水がシステム外に排水される。

排水バルブ４８は、例えば電磁弁からなり、制御装置３に接続されている。排水バルブ４８は、水位計４６の検出結果に基づいて開閉制御される。具体的には、排水バルブ４８は通常閉弁されており、液溜め部５１内の水が所定レベルに達した旨を水位計４６によって検出されると、その検出信号を受けた制御装置３が、排水バルブ４８を開弁するように制御信号を出力する。

これにより、排水バルブ４８が開弁して、液溜め部５１内の水が排水通路４７の下流側へと流出する。そして、液溜め部５１内の水が所定量に減水したところで、排水バルブ４８は閉弁制御される。排水バルブ４８が閉弁された状態では、排出通路４１の排出口は液溜め部５１に水封されるようになっている。

水封機構４９は、排水通路４７を構成する管の一部をなすＵ字管で構成され、自由状態で水が溜まるようになっている。液溜め部５１内の水が排水されると、Ｕ字管（水封機構４９）内の水は下流側へと押し出されるようにして排水される。排水バルブ４８が閉弁されると、Ｕ字管（水封機構４９）内には再び水が溜まった状態となる。

このように、排水通路４７を構成する管の屈曲部位からなる水封機構４９は、Ｕ字管の構造のみならず、屈曲部位を例えばＳ字状などの形状にしてもよい。後述するが、排水通路４７へと排ガスが流出した場合であっても、排ガスは、その流通を水封機構４９のところで遮断される一方、水封機構４９の上流側からガス誘導通路６１に導かれる。

ガス誘導通路６１は、排水バルブ４８と水封機構４９との間の排水通路４７の部分に分岐接続されており、その下流端がガス検出器６２に臨んでいる。ガス誘導通路６１は、気体（排ガス）を積極的にガス検出器６２に誘導し、且つ液体（液溜め部５１内の水）が積極的に水封機構４９側に導かれるように、排水通路４７を構成する管の鉛直方向の上部に接続されて鉛直上方に延在している。

なお、ガス誘導通路６１の下流端部はＪ字状に形成され、その下流口が鉛直下方に向かって開口していることが好ましい。こうすることで、ガス誘導通路６１の下流口に、外部から異物が混入することが好適に抑制される。また、ガス誘導通路６１は、排水通路４７よりも管径が小さいことが好ましい。こうすることで、排ガスをガス検出器６２に迅速に誘導することが可能となる。

ガス検出器６２は、排水バルブ４８の下流側の排水通路４７内の燃料ガスの有無を、ガス誘導通路６１から導かれた燃料ガスの有無（濃度レベル）によって検出するものである。ガス検出器６２は、制御装置３に接続されており、その検出結果を制御装置３に適宜出力している。すなわち、制御装置３は、ガス検出器６２の出力を常時監視している。

制御装置３（ＥＣＵ）は、図示省略したＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有している。制御装置３は、水位計４６やガス検出器６２などその他の図示省略した各種のセンサからの検出信号を入力すると共に、各種構成機器（２３，２５，４２，４８など）の各種ドライバに制御信号を出力することにより燃料電池システム１全体を制御する。

例えば、燃料電池システム１の正常時では、適宜、水位計４６の検出結果に基づいて排水バルブ４８が開弁され、ドレン装置４３内の水は排水口５５からシステム外に排水される。この正常時では、排水通路４７には水のみしか流れないため、ガス検出器６２は、排水通路４７への排ガスの流出（漏洩）がない「無」の旨を検出する。

ところが、水位計４６が故障した場合に排水バルブ４８が開いていると、ドレン装置４３内の水が全て排水されてしまい、排ガスがそのまま排水通路４７へと流出する。この排ガスは、排水通路４７の下流への流通を水封機構４９によって遮断される一方、ガス誘導通路６１によってガス検出器６２に導かれる。

これにより、排水口５５からの排ガスの流出を適切に防止することができると共に、ガス検出器６２によって、排水通路４７への排ガスの流出がある「有」の旨を検出することができる。そして、この検出した旨の信号が入力された制御装置３は、様々な適切な処置をとるように制御信号を出力して、システム全体を制御する。

例えば、制御装置３は、排水バルブ４８を閉弁制御して、排ガスの流出を阻止することができる。また、制御装置３は、レギュレータ２３やコンプレッサなどを制御して、燃料電池２に供給する水素ガスおよび酸化ガスの流量を低減するようにしてもよいし、燃料電池システム１自体の駆動を停止するようにしてもよい。さらに、制御装置３は、図示省略したランプなどの表示手段を点灯させたり、ブザーなどで音声を発したりすることによって、排ガスの漏洩がある旨を車内者に報知するようにしてもよい。この種の報知手段を用いることで、車内者に水位計４６の交換を促すことができる。

以上のように、本実施形態の燃料電池システム１によれば、例えば水位計４６の故障時に、燃料ガスを含む排ガスが、排水通路４７の下流側から大気中に排出されることを適切に防止することができる。また、ガス検出器６２によって迅速に検出することができるため、仮に水位計４６の故障があったとしても、上記のように早期に適切な対応をとることができる。すなわち、フェールセーフ作用を好適に達成することができる。

なお、本実施形態では、ドレン装置４３内に貯留された水を燃料電池システム１外に排水しているが、この水を燃料電池システム１において有効に利用するようにしてもよい。例えば、この水を燃料電池２を冷却する冷媒の一部として用いてもよいし、この水を酸化ガスまたは水素ガスの加湿に用いてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、図２を参照して、第２実施形態に係る燃料電池の評価装置１００について説明する。図２は、本発明の特徴部分である燃料ガス排出系２６を中心に図示した評価装置１００を示している。この燃料電池の評価装置１００（以下、評価装置１００と略記する。）は、第１実施形態と同様の燃料電池システム１を備え、実際に燃料電池２に酸化ガスおよび燃料ガスを供給・排出して、燃料電池２の各種の性能を評価する。

図２において、外枠線をなす符号１０２は評価部屋を示しており、評価部屋１０２内に、評価装置１００の主要部が設置されている。評価部屋１０２の外側である屋外には、ガス処理装置４５が設置されている。また、排水通路４７の下流端となる排水口５５が、評価部屋１０２の外側である屋外に位置している。燃料電池２の評価に供された燃料ガスを含む排ガスは、排出通路１０４からドレン装置４３に導入される。この排出通路１０４は、第１実施形態の排出通路４１と同様に、その排出口がドレン装置４３に水封されている。

ドレン装置４３は、第１実施形態と同様の液溜め部５１および気体部５２からなり、これらに臨んで水位計４６が設けられている。また、気体部５２の上部に接続された排気通路４４は、屋外にまで延びており、屋外の部分にガス処理装置４５が介設されている。液溜め部５１の下部に接続された排水通路４７には、排水バルブ４８が介設されていると共に、排水バルブ４８の下流側においてＵ字管構造の水封機構４９が構成されている。水封機構４９における斜線は、溜まった水を示している。また、排水通路４７に分岐接続されたガス誘導通路６１は、評価部屋１０２内に設置したガス検出器６２に臨んでいる。ガス検出器６２は、ガス誘導通路６１から導かれた排ガスの燃料ガスのみならず、評価部屋１０２内における燃料ガスの漏れを検出する。

図２における符号１０６は、ドレン装置４３、水位計４６、排水バルブ４８などを包含する装置を示している。この装置１０６の外側に、燃料電池２、ガス検出器６２および水封機構４９が位置している。したがって、燃料電池２の評価に供された燃料ガスを含む排ガスは、装置１０６内のドレン装置４３に導入され、ドレン装置４３で気液分離される。分離された水は、装置１０６外の水封機構４９を通って屋外に排水される。一方、分離された気体のみの排ガスは、装置１０６外からガス処理装置４５へと流れ、ガス処理装置４５で処理されて屋外に排気される。

本実施形態によれば、第１実施形態の燃料電池システム１と同様に、例えば水位計４６の故障時に、燃料ガスを含む排ガスが、排水通路４７の排水口５５から屋外に排出されることを適切に防止することができる。また、例えば水位計４６の故障時に、ガス検出器６２によって燃料ガスの流出の旨を迅速に検出することができる。このため、第１実施形態と同様に、排水バルブ４８を閉じたり、評価装置１００の運転を停止したりするなど、早期に適切な対応をとることができ、評価部屋１０２内に多量の燃料ガスを放出しなくて済む。

＜第３実施形態＞
次に、図３を参照して、第３実施形態に係る評価装置１００について説明する。第２実施形態との相違点は、Ｕ字管構造の水封機構４９を装置１０６内に設けたことである。これにより、水封機構４９と排水バルブ４８との間の距離が狭まるため、これらの間に分岐されるガス誘導通路６１は、水位計４６の故障時の排ガスを第２実施形態よりも迅速にガス検出器６２に導くことができる。

＜第４実施形態＞
次に、図４を参照して、第４実施形態に係る評価装置１００について説明する。第３実施形態との相違点は、水封機構４９を逆Ｕ字管とし、これによって排水通路４７における最高部位１１０を設定したことである。最高部位１１０とドレン装置４３との間の排水通路４７の部分が、水が溜まる封水部１１２となっている。封水部１１２には、排水バルブ４８が介設されている。逆Ｕ字管４９の最高部位１１０は、ドレン装置４３の液溜め部５１の底部の位置よりも僅かに高くなるように設定されている。また、この最高部位１１０の上部には、ガス誘導通路６１が上方に向かって分岐接続されている。

本実施形態によれば、水位計４６の故障時に排水バルブ４８が開弁していたとしても、封水部１１２の水によって、燃料ガスを含む排ガスが排水口５５から屋外に排出されることが防止される。また仮に、この故障時に排ガスが大流量となって、排ガスが封水部１１２の水を排水口５５に追い出す場合（すなわち、封水部１１２の破封）が起きたとしても、排ガスをガス誘導通路６１を介してガス検出器６２に導くことができる。

これにより、上記実施形態と同様に、排水バルブ４８を閉じたり、評価装置１００の運転を停止したりするなど、早期に適切な対応をとることができ、評価部屋１０２内および排水口５５に多量の燃料ガスを放出しなくて済む。なお、最高部位１１０の高さを、ドレン装置４３の液溜め部５１の底部の位置よりも僅かに低く設定することもできる。

＜第５実施形態＞
次に、図５を参照して、第５実施形態に係る評価装置１００について説明する。第２〜第４実施形態との相違点は、水封機構４９の構造と、二つのガス検出器６２，１４０を設けたことである。

図５に示すように、排水通路４７上には、水を貯留可能なタンク１２０が設けられている。タンク１２０の左側部には、排水バルブ４８に連なる排水通路４７の導入管１２２が接続され、タンク１２０の右側部には、排水口５５に連なる排水通路４７の排水管１２３が接続されている。また、タンク１２０の上部には、排気管１２４が接続されている。

排水管１２３は、タンク１２０内に位置してタンク１２０内の底部に向かって鉛直方向に延在する上流管部１３１と、上流管部１３１に屈曲して連なり、下流方向に排水勾配を有して斜め下方に延在する傾斜管部１３２と、傾斜管部１３２に屈曲して連なり、排水口５５に連なる立管部１３３と、で構成されている。排水管１２３の上流管部１３１の上流口は、タンク１２０内に貯留された水中で開口している。すなわち、タンク１２０と排水管１２３の上流管部１３１との構造によって、排ガスの排水口５５への流通を阻止する水封機構４９が構成されている。

排気管１２４は、タンク１２０との接続部から鉛直上方に向かって延在し、その下流端が評価部屋１０２の外側のガス処理装置４５に接続されている。また、排気管１２４は、タンク１２０近傍の位置でガス誘導通路６１が分岐接続されている。ガス誘導通路６１は、排気管１２４に比べて管径を小さく形成されている。ガス誘導通路６１の下流口は、ガス検出器１４０に臨んでいる。なお、このような専用のガス検出器１４０を設けずに、上記のガス検出器６２で代用することも可能である。

本実施形態によれば、上記実施形態と同様に、水位計４６の故障時に排水バルブ４８が開弁していたとしても、水封機構４９によって、燃料ガスを含む排ガスが排水口５５から屋外に排出されることが防止される。また、ガス検出器１４０によって燃料ガスの流出の旨を迅速に検出して、上記実施形態で説明した適切な対応を早期にとることができる。さらに、排気管１２４をガス誘導通路６１よりも太径としているため、ガス検出器１４０に導かれる排ガスの量を少なくしつつ、排ガスの多くをガス処理装置４５に導くことができる。

＜第６実施形態＞
次に、図６を参照して、第６実施形態に係る評価装置１００について説明する。本実施形態は、図３に示す第３実施形態の改良である。第３実施形態との大きな相違点は、装置１０６内に燃料電池２を設置したこと、評価部屋１０２内に複数の評価装置１００を設置したこと、複数の評価装置１００からの屋外への排水を合流させる排水構造であること、である。

燃料電池２は、装置１０６内のＦＣ設置空間１５０に配設されている。ＦＣ設置空間１５０は、装置１０６内のドレン装置４３や水封機構４９等が配設された空間とは区画された空間であり、例えば燃料電池２を内部に収容するケース（スタックケース）で構成することができる。ＦＣ設置空間１５０には、燃料電池２からの燃料ガスの漏れを検出するガス検出器１５２が設けられている。また、装置１０６内には、ガス誘導通路６１に臨むガス検出器６２が設けられている。

排水通路４７は、装置６２内に配設されて排水バルブ４８や水封機構４９が設けられる個別配管１６１と、個別配管１６１に連なり、装置１０６外に配設されて排水口５５に連なる共通配管１６２と、で構成されている。複数の評価装置１００は、個別配管１６１を装置１０６内にそれぞれ有している。そして、その複数の個別配管１６１は、複数の評価装置１００で一つの共通配管１６２に分散して接続されている。これにより、複数の評価装置１００からの排水を合流させて一つの排水口５５から屋外に排水することができる。なお詳述しないが、このような本実施形態の構成によっても、上記実施形態と同様の作用・効果を奏する。

＜第７実施形態＞
次に、図７を参照して、第７実施形態に係る評価装置１００について説明する。第６実施形態との相違点は、水封機構４９を図４に示す第４実施形態と同様に構成したことと、ガス誘導通路６１をＦＣ設置空間１５０内に導き、ガス検出器１５２で排ガスの燃料ガスの有無を検出するようにしたこと、である。本実施形態によっても、第６実施形態と同様の作用・効果を奏することができ、加えて装置１０６内のガス検出器を省略することができる。

＜第８実施形態＞
次に、図８を参照して、第８実施形態に係る評価装置１００について説明する。本実施形態は、第７実施形態の水封機構４９の構造として、図５に示す第５実施形態の水封機構４９の構造を適用したものである。

評価部屋１０２内の複数の評価装置１００は、共通且つ単一の水封機構４９を有している。この水封機構４９は、各排水通路４７の共通配管１６２上に設けられたタンク１２０と、タンク１２０の右側部に連なる共通配管１６２の排水管１２３の上流管部１３１と、の構造により構成されている。上流管部１２３は、図５と同様に、傾斜管部１３２および立管部１３３に連なり、立管部１３３の排水口５５が屋外に配置されている。

また、タンク１２０の上部には、ガス処理装置４５に排ガスを導入するための排気管１２４が接続されている。一方、ガス誘導通路６１は各評価装置１００にそれぞれ設けられている。各ガス誘導通路６１は、各装置１０６内の個別配管１６１の上部から分岐して、各ＦＣ設置空間１５０内の各ガス検出器１５２に排ガスを誘導可能に構成されている。なお詳述しないが、このような本実施形態の構成によっても、上記実施形態と同様の作用・効果を奏する。

＜第９実施形態＞
次に、図９を参照して、第９実施形態に係る評価装置１００について相違点を中心に説明する。図２に示す第２実施形態との相違点は、ガス誘導通路６１上にチャンバ１８０を設けたことと、チャンバ１８０内にガス検出器６２を設けたことである。

チャンバ１８０は、評価部屋１０２内に設置されており、排水通路４７よりも高所に、好ましくは評価部屋１０２内での高所に設置されている。チャンバ１８０は、例えば上下方向に長い密閉筒状に形成され、ガス溜り空間として機能する。チャンバ１８０を縦長の形状とすることで、チャンバ１８０内で排ガス中の成分を分離し易くなる。詳細には、排ガス中の成分のうち、比較的重量が小さい水素ガスをチャンバ１８０内の上方へ、比較的重量が大きいガス（例えば窒素）をチャンバ１８０内の下方へと分離することを助長し得る。

チャンバ１８０の容量は、ガス検出器６２による検出から排水通路４７への排ガスの流出停止までの間に流出し得る流出ガス量と、配管内の滞留ガス量と、を十分に貯留可能に設計されている。ここで、排水通路４７への排ガスの流出停止は、上記のように、排水バルブ４８を閉弁作動させたり、評価装置１００の運転を停止させたりすることでなされるものである。したがって、上記の流出ガス量とは、排水バルブ４８の閉弁作動等の作動遅れによって、排水通路４７に流出される排ガス量をいう。

また、配管内の滞留ガス量は、チャンバ１８０よりも上流の配管内に滞留している排ガス量をいう。具体的には配管内の滞留ガス量は、ガス誘導通路６１内の排ガス量と、排水バルブ４８の下流側とガス誘導通路６１の接続点との間の排水通路４７内の排ガス量と、を加算したものをいう。

チャンバ１８０の上部内壁面には、ガス検出器６２が設けられている。これにより、排ガス中の比較的重量が小さい水素ガスをガス検出器６２で早期に検出し易くなる。また、チャンバ１８０の底部には、チャンバ１８０の内部と外部とを接続するガス排出管１８１が接続されている。これにより、排ガス中の成分の比較的重量が大きいガスなどをガス排出管１８１へと排気し易くなる。ガス排出管１８１の下流端は、評価部屋１０２内や屋外で開口していてもよいし、ガス処理装置４５に接続されていてもよい。

チャンバ１８０の側部には、ガス誘導通路６１が接続されている。ガス誘導通路６１の下流端の開口部６１ａは、排ガスがガス検出器６２に向かって流れるようにチャンバ１８０内に位置している。具体的には、ガス誘導通路６１の開口部６１ａは、チャンバ１８０内で斜め上方に向かって開口しており、排ガスがガス検出器６２に指向するように配置されている。これにより、排ガスがガス誘導通路６１に流出した場合に、その流出をガス検出器６２で迅速に検出することが可能となる。

なお、ガス誘導通路６１の開口部６１ａは、排ガスが水平方向でチャンバ１８０内壁に沿って放出するように配置されていてもよい。そして、その放出の流れ方向の下流側にガス検出器６２を設けてもよい。このような構成にすれば、チャンバ１８０内に流入した際の排ガスの鉛直方向の拡散を抑制することができ、燃料ガスを検出するのに好適となる。

本実施形態が第２実施形態に比べて有用となる点は、流出した排ガスをチャンバ１８０に溜めておきつつ、チャンバ１８０内のガス検出器６２により、燃料ガスが流出したことを迅速に検出することができる点である。そして、チャンバ１８０の容量を上記のように設計しているため、ガス検出器６２の検出を受けてから、排水バルブ４８を閉じたり、評価装置１００の運転を停止したりしても、チャンバ１８０内の燃料ガスをガス排出管１８１の下流端から排出しなくて済むようになる。

すなわち、本実施形態によれば、漏洩した燃料ガスがガス排出管１８１の下流端から外部へ漏出する前に、燃料ガスの漏洩をガス検出器６２で適切に検出することができ、外部への燃料ガスの漏出を適切に防止することができる。なお、本実施形態のチャンバ１８０およびガス検出器６２の態様を、上記した他の実施形態に適用できることは言うまでもない。

＜第１０実施形態＞
次に、図１０を参照して、第１０実施形態に係る評価装置１００について相違点を中心に説明する。第９実施形態との相違点は、チャンバ１８０を省略してガス誘導通路６１を蛇行状にし、ガス誘導通路６１の途中にガス検出器６２を設けたことである。

ガス誘導通路６１は、評価部屋１０２内の高所に位置する高所配管１９１と、評価部屋１０２内の低所に位置する低所配管１９２と、これらの間を連絡する連絡配管１９３と、を連続的に連ねて、全体として蛇行状に構成されている。ガス誘導通路６１の上流端は、排水通路４７に接続されている。ガス誘導通路６１の下流端は、図１０では屋外で開口しているが、評価部屋１０２内で開口してもよい。ガス検出器６２は、最も上流側の高所配管１９１内の上部に設けられている。

高所配管１９１は、低所配管１９２よりも管径が大きく構成されている。こうすることで、高所配管１９１の内部の上部に排ガス中の水素ガスが溜り、他のガスが高所配管１９１内を適切に通過することが可能となる。連絡配管１９３のうち、特に排水通路４７に接続された連絡配管１９３は、ガス検出器６２に早期に排ガスを導けるように、高所配管１９１よりも管径が小さいことが好ましい。また、図示省略したが、低所配管１９２内の低部（下部）が結露水等によって閉塞しないような機構を設けることが好ましい。

本実施形態によれば、燃料ガスが排水通路４７へと流出した際に、その漏洩した燃料ガスがガス誘導通路６１の下流端から外部へとする前に、その旨をガス検出器６２によって迅速に検出することができる。また、ガス誘導通路６１を鉛直方向において蛇行させ、その長さを十分にとっているため、ガス検出器６２の検出から排水バルブ４８を閉じるなどの動作を行うまでの間に、燃料ガスがガス誘導通路６１の下流端から外部に放出することを適切に防止することができる。

以上説明した第２〜第１０実施形態の燃料電池の評価装置１００は、燃料電池以外の評価にも適用することができ、その場合の設備に接続される排水通路（４７）に、上記構成（水封機構４９、ガス誘導通路６１、ガス検出装置６２など）を設ければよい。それにより、燃料電池に関係しない他の設備であっても、排水通路（４７）やガス誘導通路（６１）からのガスの漏洩を適切に防止することができる。このような構成は、可燃ガスを対象とする設備に有用である。

第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。 第２実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第５実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第７実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第８実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第９実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。 第１０実施形態に係る燃料電池の評価装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム、２ 燃料電池、３ 制御装置、２６ 燃料ガス排出系、４１ 排出通路、４２ パージ弁、４３ ドレン装置、４４ 排気通路、４５ ガス処理装置、４６ 水位計、４７ 排水通路、４８ 排水バルブ、４９ 水封機構、５１ 液溜め部、５２ 気体部、５５ 排水口、６１ ガス誘導通路、６２ ガス検出センサ、１００ 評価装置、１０２ 評価部屋、１０４ 排出通路、１０６ 装置、１１０ 最高部位、１１２ 封水部、１２０ タンク、１５０ ＦＣ設置空間 １６１ 個別配管、１６２ 共通配管、１８０ チャンバ

Claims (11)

1. 燃料ガスを含む排ガスが導入され、この排ガス中の水分を回収するドレン装置と、
   前記ドレン装置に接続され、当該ドレン装置内に貯留された水を排水する排水通路と、
   前記排水通路に設けられた水封機構と、
   を備えた燃料電池システム。
2. 前記ドレン装置内に貯留された水の水位を検出する水位計と、
   前記水位計の検出結果に基づいて、前記排水通路を開閉する排水バルブと、を更に備え、
   前記水封機構は、前記排水バルブの下流側の前記排水通路に設けられている請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記水封機構は、前記排水通路を構成する管の屈曲部位で構成され、
   前記屈曲部位は、自由状態で水が溜まるように構成されている請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記排水通路内の前記燃料ガスの有無を検出するガス検出器を、更に備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記ガス検出器は、前記排水通路の外側に設けられており、
   前記排水通路に分岐接続され、前記排ガスを前記ガス検出器に誘導可能なガス誘導通路を、更に備えた請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記ガス誘導通路上に設けられたチャンバを更に備え、
   前記ガス検出器は、前記チャンバ内に設けられている請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記ドレン装置に接続され、当該ドレン装置により水分を回収された排ガスをガス処理装置に排気する排気通路を、更に備えた請求項１ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
8. 燃料電池の性能の評価に供された燃料ガスを含む排ガスをドレン装置に導入して、このドレン装置で排ガス中の水分を回収して排水する燃料電池の評価装置であって、
   前記ドレン装置に接続され、当該ドレン装置内に貯留した水を排水する排水通路と、
   前記排水通路に設けられた水封機構と、
   を備えた燃料電池の評価装置。
9. 前記ドレン装置内に貯留された水の水位を検出する水位計と、
   前記水位計の検出結果に基づいて、前記排水通路を開閉する排水バルブと、を更に備え、
   前記水封機構は、前記排水バルブの下流側の前記排水通路に設けられている請求項８に記載の燃料電池の評価装置。
10. 前記排水通路内の前記燃料ガスの有無を検出するガス検出器を、更に備えた請求項８または９に記載の燃料電池の評価装置。
11. 前記排水通路に分岐接続されたガス誘導通路と、
    前記ガス誘導通路上に設けられたチャンバと、を更に備え、
    前記ガス検出器は、前記チャンバ内に設けられている請求項１０に記載の燃料電池の評価装置。