JP2008140661A - 燃料電池を搭載する移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は燃料電池システムに関し、電解質膜の劣化を精密に検知する燃料電池システムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の燃料電池システムは、プロトンの伝導を行う電解質膜を備え、カソードガスの供給をカソードに受け、アノードガスの供給をアノードに受けて、発電を行う燃料電池を備える。燃料電池から排出されるカソードオフガスもしくは燃料電池から排出されるアノードオフガスを流通させるオフガス管路を備える。オフガス管路でのイオン濃度を取得するイオン濃度取得手段を備える。燃料電池に所在する水量を取得する水量取得手段を備える。イオン濃度と水量の積に基づいて燃料電池に所在するイオン量を取得するイオン量取得手段を備える。イオン量に基づいて電解質膜の劣化を検知する劣化検知手段を備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池の劣化を検知する燃料電池システムに関する。

従来、例えば、特開２００６−４９１４６号公報に、オフガスに含まれる水のイオン濃度に基づいて、燃料電池の劣化を検知する燃料電池システムが開示されている。燃料電池は、電解質膜を挟む形でアノードとカソードを備える。燃料電池の動作の際、アノードとカソードに供給ガスの供給を受け、発電に伴い、水が生成される。燃料電池で含まれる水は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる形で、燃料電池より外部へ排出される。また、燃料電池の動作の際、電解質膜の成分がイオンとして溶出する。溶出したイオンは、オフガスに含まれる形で、燃料電池より外部へ排出される。電解質膜よりイオンが溶出すると、電解質膜が劣化し、燃料電池の性能が低下する。そこで、上記従来の公報では、オフガスもしくはオフガスの水に含まれるイオン濃度を電解質膜の劣化状態として測定し、電解質膜の劣化を検知している。
特開２００６−４９１４６号公報

ところで、燃料電池の動作に伴い、燃料電池で生成される水量が大幅に変化する。例えば、燃料電池の高出力時には、大量の水が生成される。生成される水量が多いと、イオン濃度が低い。生成される水量が少ないと、イオン濃度が高い。このとき、イオン濃度は電解質膜の劣化を正しくあらわさず、電解質膜の真の劣化状態を正しく検知できない。したがって、上記従来の技術では、燃料電池の劣化を検知できないおそれがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、電解質膜の劣化を精密に検知する燃料電池システムを提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、プロトンの伝導を行う電解質膜を備え、カソードガスの供給をカソードに受け、アノードガスの供給をアノードに受けて、発電を行う燃料電池と、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスもしくは前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの少なくとも一方のオフガスを流通させるオフガス管路と、オフガス管路のイオン濃度を取得するイオン濃度取得手段と、前記燃料電池に所在する水量を取得する水量取得手段と、前記イオン濃度取得手段により取得されたイオン濃度を前記水量取得手段により取得された水量の積に基づいて燃料電池に所在するイオン量を取得するイオン量取得手段と、前記イオン量取得手段により取得されたイオン量に基づいて、電解質膜の劣化を検知する劣化検知手段と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明記載の燃料電池システムであって、前記オフガス管路に、オフガスを気体と液体に分離する気液分離器を備え、前記イオン濃度取得手段は、前記気液分離器の液水のイオン濃度を取得することを含むことを特徴とする。

第３の発明は、第１もしくは第２の発明記載の燃料電池システムであって、前記水量取得手段は、燃料電池の起電流を取得する電流取得手段を含み、前記電流取得手段により取得された電流に基づいて燃料電池で生成される水量を取得する生成水量取得手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、燃料電池に所在する水量とイオン濃度の積に基づいて、イオン量を取得する。取得されたイオン量に基づいて、電解質膜の劣化を検知する。よって、本発明によれば、燃料電池に所在する水量の多少にかかわらず、電解質膜の劣化を精密に検知することができる。

第２の発明によれば、気液分離器の液水のイオン濃度を取得する。気液分離器にはオフガスの水分が液水として所在しやすい。本発明の構成によれば、イオン濃度を精密に取得することができる。

第３の発明によれば、燃料電池で生成される水量を燃料電池に所在する水量として取得する。燃料電池の動作に伴い、燃料電池で生成される水量が大きく変化する。よって、本発明によれば、燃料電池で生成される水量の多少にかかわらず、電解質膜の劣化を精密に検知することができる。

実施の形態１．
[実施の形態１の構成]
図１は、本実施の形態の燃料電池システムをあらわす図である。図１に示す燃料電池システムは燃料電池スタック１０を備える。燃料電池スタック１０は、燃料電池セルを複数積層した構成になっている。燃料電池セルは、電解質膜を挟む形で、アノードとカソードを備える。電解質膜は、高分子鎖にＣ−Ｆ結合を有するフッ素系電解質膜である。ここで、電解質膜は、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）である。アノード及びカソードは触媒を担持した触媒担持カーボンと電解質を備える。触媒は白金である。以下、燃料電池スタック１０と燃料電池セルを総称する形で燃料電池を用いる。燃料電池スタック１０は、電流計１２を備える。電流計１２は燃料電池スタック１０の電流を測定する。電流計１２はＥＣＵ１４と接続され、測定した電流をＥＣＵ１４へ送信する。燃料電池スタック１０は、ランプ１６を備える。ランプ１６は燃料電池スタック１０の交換を促すために点灯するようになっている。ランプ１６は、ＥＣＵ１４と接続され、ＥＣＵ１４の信号に従い、点灯を行うことができる。燃料電池スタック１０は、カソード管路系１３とアノード管路系１５と冷却水管路系１７とを備える。

カソード管路系１３について説明する。カソード管路系１３は、空気取り込み口とカソードを結ぶ管路１８を備える。管路１８は、コンプレッサ２０を備える。コンプレッサ１８は、空気取り込み口から燃料電池に空気を付勢する役割を持つ。燃料電池スタック１０のカソードガス出口は、管路２２を介して、調圧弁２４と接続される。調圧弁２４は、燃料電池スタック１０内のカソードガスを所望の圧力に調節する役割をもつ。調圧弁２４は管路２６を介して気液分離器２８と接続される。気液分離器２８は気液分離器２８内のガスを液体と気体に分離する役割を持つ。気液分離器２８は、気液分離器と外部を結ぶ管路３０を備える。気液分離器と外部を結ぶ管路３０には、気液分離器２８で分離された液体が流通し得る。気液分離器３０と外部を結ぶ管路３０は、遮断弁３２を備える。遮断弁３２は、管路３０の液体の流通を遮断する役割を持つ。気液分離器２８は、気液分離器と外部を結ぶ管路３４を備える。気液分離器と外部を結ぶ管路３４には、気液分離器２８で分離された気体が流通し得る。また、カソード管路系１３に備えられる管路１８、２２、２６、３０、３４はステンレスにより構成される。

アノード管路系１５について説明する。アノード管路系１５は、アノードガス（水素）源として水素タンク３６を備える。水素タンク３６は管路３８を介して遮断弁４０と接続される。遮断弁４０は、弁の絞りを開閉することにより、遮断弁４０を流通するガスの流れを遮断する役割を持つ。遮断弁４０は、管路４２を介して、インジェクタ４４に接続される。インジェクタ４４は、アノードガス入口の管路４６を備える。インジェクタ４４は、アノードガスを付勢し、管路４２から燃料電池スタック１０のアノードガス入口へアノードガスを流通させる役割を持つ。

燃料電池スタック１０は、アノードガス出口の管路４８を備える。アノードガス出口の管路４８は、気液分離器５０を備える。気液分離器５０は、気液分離器５０のガスを気体と液体に分離する役割を持つ。気液分離器５０は、気液分離器と外部を結ぶ管路５２を備える。気液分離器と外部を結ぶ管路５２は、気液分離器５０で分離された液体を流通させ得る。気液分離器と外部を結ぶ管路５２は、遮断弁５４を備える。遮断弁は管路５２の液体の流通を遮断する役割を持つ。気液分離器５０は、イオン濃度計５６を備える。イオン濃度計５６は、気液分離器５０の液体に含まれるイオン濃度を測定する役割を持つ。イオン濃度計５２はＥＣＵ１４と接続され、測定したイオン濃度をＥＣＵ１４に送信する。気液分離器５０は、アノードガス循環路５８を介して、アノードガス入口の管路４６に接続される。アノードガス循環路５８は、コンプレッサ６０を備える。コンプレッサ６０は、気液分離器５０からアノードガス入口の管路４６へ、アノードガスを流通させる役割を持つ。また、アノード管路系１５に備えられる管路３８、４２、４６、４８、５２、５８はステンレスにより構成される。

冷却水管路系１７について説明する。冷却水管路系１７は、燃料電池スタック１０の隅々まで冷却水を流通させる冷却水循環路６２を備える。冷却水循環路６２は、冷却水循環路６２は、燃料電池スタック１０の燃料電池セル付近を冷却する役割を持つ。冷却水循環路６２は、冷却器６４を備える。ここでは、冷却器６４はラジエータである。冷却器６０は、冷却能力を調整することで、冷却水の温度を調節する役割を持つ。冷却水循環路６２は、ポンプ６６を備える。ポンプ６６は、冷却水循環路６２を循環する冷却水を付勢する役割を持つ。
[実施の形態１の作用.]
燃料電池スタック１０の動作の際、アノードガス（水素）とカソードガス（空気（酸素））が供給され、発電反応に伴い、燃料電池セルのカソード付近で水が生成される。燃料電池で生成された水は、燃料電池を移動するカソードガスに含まれる形で移動する。燃料電池スタック１０から排出されるカソードガスをカソードオフガスと呼ぶ。燃料電池で生成された水は、カソードオフガスに含まれる形で、燃料電池スタック１０より外部に排出される。カソードオフガスに含まれる水は、気液分離器２８により液体に分離され得る。気液分離器２８で分離された液水は、気液分離器２８に溜まり得る。気液分離器２８で分離された液水は、遮断弁３２の動作に伴い、気液分離器２８外部に排出され得る。

また、燃料電池セルのカソード付近で生成する水の一部は、電解質膜を通過し、アノードに所在する。アノードの水は、アノードガスの流れに伴い、移動する。燃料電池スタック１０から排出されるアノードガスをアノードオフガスと呼ぶ。アノードに所在する水は、アノードオフガスに含まれる形で、燃料電池スタック１０より外部に排出される。アノードオフガスに含まれる水は、気液分離器５０で気体と液体に分離され得る。気液分離器５０で分離された液水は、気液分離器５０に溜まり得る。気液分離器５０で分離された液水は、遮断弁５４の動作に伴い、気液分離器５０外部に排出され得る。また、アノードオフガスは、コンプレッサ６０の動作に伴い、燃料電池のアノードに循環され、燃料電池に供給される。

燃料電池の動作の際、アノード管路系１５の管路を構成するステンレスの成分が、アノードガスに金属イオンとして溶出する。カソード管路系１３の管路を構成するステンレスの成分が、カソードガスに金属イオンとして溶出する。これらの金属イオンとしてＦｅイオン、Ｎｉイオン、Ｃｒイオンが溶出する。また、コンプレッサ２０、６０の動作に伴い、コンプレッサ２０、６０の金属の一部が磨耗により乖離する。コンプレッサ２０、６０より乖離した金属は、カソードガスもしくはアノードガスに混入する。混入した金属は、カソードガスもしくはアノードガスに金属イオンとして所在する。金属イオンは、カソードガスもしくは/及びアノードガスに含まれる形で燃料電池スタック１０に供給され、燃料電池セルの触媒付近に所在する。

燃料電池の動作の際、燃料電池セルの触媒付近に、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）が生成される。また、燃料電池セルの触媒付近に、金属イオンが所在する。この過酸化水素と金属イオンにより、触媒上で式（１）の反応が行われる。ここで、反応に用いられる金属イオンがＦｅ²⁺イオンであるときの反応を示す。
Ｆｅ²⁺ ＋ Ｈ₂Ｏ₂ → Ｆｅ³⁺ ＋ ＯＨ^- ＋ ・ＯＨ ・・・（１）
式（１）の反応によりＯＨラジカル（・ＯＨ）が触媒付近に生成される。ＯＨラジカルは、電解質膜付近に移動し、ラジカル反応により電解質膜に作用する。電解質膜付近でのラジカル反応により、電解質膜よりフッ素イオンが溶出する。電解質膜より溶出したフッ素イオンは、燃料電池に所在する水に溶解する。

上述のとおり、電解質膜より溶出したフッ素イオンは、燃料電池に所在する水に溶解している。燃料電池に所在する水は、燃料電池の運転に伴い、大きく変化する。例えば、燃料電池が高出力の際、燃料電池で生成される水量は多く、燃料電池に所在する水量が多い。燃料電池に所在する水量が多いと、燃料電池のフッ素イオン濃度は低い。燃料電池に所在する水量が少ないと、燃料電池のフッ素イオン濃度は高い。また、燃料電池に所在する水量が多くなると、燃料電池のフッ素イオン濃度は高くなる。燃料電池に所在する水量が少なくなると、燃料電池のフッ素イオン濃度は低くなる。

上述のとおり、電解質膜よりフッ素イオンが溶出する。溶出するフッ素イオンの量が多いと、電解質膜の劣化が大きい。溶出するフッ素イオンの量が少ないと、電解質膜の劣化は小さい。
[実施の形態１の効果.]
本実施の形態によれば、フッ素イオン濃度と燃料電池で生成される水量の積をフッ素イオン量として取得する。よって、燃料電池で生成される水量の多少にかかわらず、フッ素イオン量を精密に取得できる。さらに、燃料電池で生成される水量の増減にかかわらず、フッ素イオン量を精密に取得できる。

本実施の形態によれば、電解質膜より溶出するフッ素イオンの量を電解質膜の劣化状態として取得する。電解質膜より溶出するフッ素イオンの量が多いと、電解質膜が劣化している。溶出するフッ素イオンの量が少ないと、電解質膜はそれほど劣化していない。よって、フッ素イオン量により電解質膜の劣化状態を取得することにより、電解質膜の劣化を精密に検知することができる。

冷却器６４の冷却能力を増加させると、冷却水の温度が低下し、燃料電池スタック１０の温度が低くなる。燃料電池スタック１０の温度が低くなると、触媒付近での温度が低くなる。触媒付近での温度が低いと、触媒付近で生じる化学反応が抑制され、ＯＨラジカル反応による電解質膜の劣化が抑制される。したがって、本発明によれば、燃料電池の運転時の温度を低下させることにより、電解質膜の劣化を抑制することができる。

なお、本実施の形態において、燃料電池の運転時の温度を低下させるが、これに限られず、電解質膜の劣化を抑制する制御を行えばよい。例えば、アノードガス不足もしくは/及びカソードガス不足による運転（以下、間欠運転と称す）が行われているとき、間欠運転を停止させて、電解質膜の劣化を抑制してもよい。例えば、アノードガスもしくは/及びカソードガスへの加湿量を増加させて電解質膜を湿潤状態にし、電解質膜の劣化を抑制してもよい。例えば、急負荷変動を抑制してもよいし、電流０アンペアでの燃料電池の運転を抑制してもよい。例えば、アノードオフガスもしくは/及びカソードオフガスの排出頻度を増加させて、燃料電池の不純物を減少させ、電解質膜の劣化を抑制してもよい。例えば、調圧弁２４の調圧値を通常の圧力範囲より上昇させ、もしくは、アノードガス/カソードガスのストイキを上げ、電解質膜の劣化を抑制してもよい。

なお、本実施の形態において、イオン濃度計５６が備えられているが、これに限られるものではない。例えば、イオン濃度計５６の代わりに気液分離器５０に所在する液水のＰＨを測定するＰＨ計でもよいし、導電率を測定する導電率計を備えてもよい。

なお、本実施の形態において、ランプ１６は、燃料電池スタック１０に備えられているが、これに限られるものではない。燃料電池スタック１０の劣化を告知できればよい。燃料電池スタック１０が電力源として移動体に搭載されている場合には、ランプ１６は移動体に備えられてもよい。

なお、本実施の形態において、電解質膜はフッ素系電解質膜を用いている。例えば、アシプレックス（登録商標、旭化成（株）製）もしくはフレミオン（登録商標、旭硝子（株）製）を用いてもよい。

なお、本実施の形態において、電解質膜より溶出するフッ素イオンにより電解質膜の劣化を検知するが、これに限られるものではない。例えば、炭化水素膜を備える燃料電池のとき、炭化水素電解質膜より硫酸イオンが溶出する。このとき、硫酸イオンの量を電解質膜の劣化状態として検知すればよい。より具体的には、炭化水素膜は、スルホン酸基を持つ炭化水素系膜である。
[実施の形態１の具体的動作]
図２は、実施の形態１の具体的動作をあらわすフローチャートである。ＥＣＵ１４は図２に示すルーチンを所定のタイミングで繰り返し行う。図２に示すルーチンにおいて、まず、気液分離器５０でのイオン濃度ｘが取得される（ステップ１００）。上述のとおり、イオン濃度計５６は、気液分離器５０の液水に含まれるイオン濃度を測定する。電解質膜より溶出するフッ素イオンは、アノードオフガスに含まれる形で、気液分離器５０に移動する。気液分離器５０の液体でのイオン濃度が、電解質膜より溶出するフッ素イオンの濃度であると考える。本ステップ１００において、イオン濃度計５６により取得されたイオン濃度ｘを、電解質膜より溶出するフッ素イオンの濃度として取得する。

続いて、電流Ｉを取得する（ステップ１０２）。上述のとおり、電流計１２は燃料電池スタック１０の電流を測定する。本ステップ１０２において、電流計１２により測定された電流を取得する。

続いて、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙを算出する（ステップ１０４）。燃料電池の動作に伴い、電解質膜よりフッ素が溶出し、気液分離器５０の液水にフッ素イオンが所在する。気液分離器５０のフッ素イオン濃度は、燃料電池で生成される水量により変化するため、溶出するフッ素イオン量と同等に考えることはできない。そこで、フッ素イオン濃度と燃料電池で生成される水量に基づいて、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙを算出する。本ステップ１０４において、まず、電流Ｉを燃料電池で生成される水量として取得する。燃料電池で生成される水量とフッ素イオン濃度の積を定数Ａ倍した量を、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙとして算出する。ここで、定数Ａはあらかじめ与えられる値であり、フッ素イオン量ｙは単位時間あたりに電解質膜より溶出するフッ素イオン量をあらわす。

続いて、溶出されるフッ素イオン量ｙと所定値Ｃ１を比較する（ステップ１０６）。溶出イオン量が多いと、電解質膜は大きく劣化している。溶出イオン量が少ないと、電解質膜はそれほど劣化していない。本ステップ１０６において、溶出されるフッ素イオン量ｙがＣ１より大きくないと、電解質膜の劣化が進行していないと判断し、ステップ１００に戻る。溶出されるフッ素イオン量ｙが定数Ｃ１より多いと、電解質膜の劣化が進行中と判断し、電解質膜の劣化を抑制する制御を行う（ステップ１０８）。ここでは、冷却水の温度を低下させ、燃料電池スタック１０の温度を低下させる。燃料電池スタック１０の温度が低くなると、触媒付近の温度は低くなり、ＯＨラジカルによる電解質膜の劣化反応が抑制される。これより、電解質膜の劣化を抑制する。本ステップ１０８では、溶出されるフッ素イオン量ｙが定数Ｃ１より大きいと、電解質膜の劣化が進行中と判断し、フッ素イオン量ｙが定数Ｃ１より大きくないときより冷却器６４の冷却能力を向上させて燃料電池の運転時の温度を低下させる。

続いて、溶出されるフッ素イオン量ｙと所定値Ｃ２を比較する（ステップ１１０）。ここで、所定値Ｃ２は、Ｃ２＞Ｃ１である。本ステップ１１０において、電解質膜の劣化が大きく進行すると、燃料電池の運転は不適であると考え、燃料電池スタック１０の交換を促す。また、溶出されるフッ素イオン量ｙが所定値Ｃ２より大きいと、燃料電池スタック１０の交換時期と考え、スタック交換を促すランプ１６を点灯させる（ステップ１１２）。スタック交換を促すランプ１６が点灯すると、電解質膜の大きな劣化が告知され、スタック交換が促される。また、ステップ１１０において、溶出されるフッ素イオン量ｙが所定値Ｃ２より大きくないと、燃料電池の運転を継続すると考え、本ルーチンを終了する。

以上の具体的処理を行うことにより、燃料電池で生成される水量とフッ素イオン量の積を、溶出されるフッ素イオン量として取得する。よって、燃料電池で生成される水量の多少にかかわらず、フッ素イオン量を精密に取得できる。したがって、電解質膜の劣化を精密に検知できる。

なお、本実施の形態では、ステップ１００において、アノード管路系１５の気液分離器５０でのイオン濃度を取得するが、これに限られるものではない。カソード管路系１３の気液分離器２８でのイオン濃度を取得してもよい。

なお、本実施の形態では、ステップ１００において、気液分離器５０においてフッ素イオン濃度が取得されるが、これに限られるものではない。例えば、カソード管路系１３もしくはアノード管路系１５に備えられる管路でのイオン濃度を取得することで、アノードオフガスもしくはカソードオフガスに所在する液水に含まれるフッ素イオン濃度を取得してもよい。例えば、燃料電池スタック１０に所在する水に含まれるイオン濃度を直接取得してもよい。これらのとき、気液分離器５０は備えられなくともよい。
なお、本実施の形態では、ステップ１０４において、フッ素イオン量は、フッ素イオン濃度と燃料電池で生成される水量の積により取得されるが、これに限られるものではない。例えば、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量を直接測定してもよい。

なお、本実施の形態では、ステップ１０４において、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙは、燃料電池で生成される水量に基づいて算出されているが、これに限られるものではない。燃料電池に所在する水量に基づいて算出すればよい。例えば、燃料電池に供給されるアノードガスまたは/及びカソードガスに加湿を行って燃料電池を加湿する場合、加湿量と燃料電池で生成される水量を加えた量を燃料電池に所在する水量として取得してもよい。例えば、燃料電池の高温の際に、燃料電池から排出される水量を燃料電池で生成される水量から引いた量を、燃料電池に所在する水量として取得してもよい。

なお、本実施の形態では、ステップ１０４において、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙは、燃料電池で生成される水量に基づいて算出される。燃料電池で生成される水量の総量に基づいて算出してもよい。具体的には、燃料電池の電流Ｉの積分とフッ素イオン濃度の積に基づいて、フッ素イオン量Ｉを取得してもよい。

なお、本実施の形態では、ステップ１０４において、定数Ａは予め与えられる値を用いるが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池に所在する金属イオン濃度に基づいてもとめてもよい。燃料電池の金属イオン濃度に基づいて気液分離器５０の液水のイオン濃度が多少もしくは増減することで、イオン濃度計５６で測定されるイオン濃度が増減する。そこで、燃料電池の金属イオン濃度に基づいて定数Ａを求めてもよい。具体的には、燃料電池スタック１０の運転時間により定数Ａを調整してもよいし、アノード管路系１３もしくはカソード管路系１５の管路を構成するステンレスの総量により、定数Ａを求めてもよい。

なお、本実施の形態では、所定のタイミングで図２に示すルーチンを繰り返し行っている。例えば、所定のタイミングは、燃料電池の停止時でもよい。例えば、燃料電池に所在する水量が多い燃料電池の高出力時でもよい。燃料電池に所在する水量が少ない燃料電池の高温時でもよい。
[実施の形態２.]
実施の形態２の燃料電池システムについて説明する。実施の形態２のシステムは、イオン濃度計５６の代わりにＰＨ計６８を備える点を除いて、図１に示す実施の形態１のシステムと同様である。実施の形態２において図１と同じ部分は、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。実施の形態２の燃料電池システムは、気液分離器５０に水素イオン濃度を測定するＰＨ計６８を備える。ＰＨ計６８は、気液分離器５０に所在する液水の水素イオン濃度をＰＨとして測定する。ＰＨ計６８はＥＣＵ１４と接続され、測定したＰＨをＥＣＵに送信する。

図３は実施の形態２の具体的処理をあらわすフローチャートである。図３において図２と同じ部分には、同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。図３に示すルーチンでは、まず、気液分離器５０の液水でのＰＨを取得する（ステップ１１４）。本ステップ１１４では、ＰＨ計６８で測定されるＰＨを取得する。

そして、ステップ１０２での電流Ｉの取得に続き、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量ｙを算出する（ステップ１１８）。上述のとおり、燃料電池の動作に伴い、電解質膜よりフッ素イオンが溶出する。溶出したフッ素イオンは、燃料電池に所在する水に溶解する。このとき、フッ素イオンのモル数に相当する水素イオンのモル数が、燃料電池に所在する水中に存在する。本ステップ１１８では、ＰＨに基づいて水素イオン濃度を取得する。取得された水素イオン濃度をフッ素イオン濃度として取得する。気液分離器５０でのフッ素イオン濃度と、燃料電池で生成される水量の積に基づいて、式（２）のように、フッ素イオン量ｙを取得する。ここで、定数Ｃは予め与えられた値とし、「＾」は階乗をあらわす。

ｙ＝Ｃ×Ｉ×１０＾（−ＰＨ） ・・・（２）
以上の具体的処理を行うことにより、ＰＨｎ、電解質膜より溶出されるフッ素イオン量を精密に算出することができる。したがって、電解質膜の劣化を正しく検知することができる。

なお、本実施の形態では、ステップ１１８において、定数Ｃは予め与えられる値を用いるが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池に所在する金属イオン濃度の多少もしくは増減に基づいても求めてもよい。具体的には、アノードオフガスの金属イオン濃度が増加すると、アノードオフガスに含まれる水のＰＨが減少する。アノードオフガスの金属イオン濃度が減少すると、アノードオフガスに含まれる水のＰＨが増加する。よって、アノードオフガスの金属イオン濃度に基づいて定数Ｃを求めてもよい。燃料電池の金属イオン濃度に基づいて定数Ｃを求めてもよい。より具体的には、燃料電池スタック１０の運転時間が長いと、定数Ｃを大きくしてもよい。

図１は実施の形態１の燃料電池システムをあらわす図である。 図２は実施の形態１の具体的動作をあらわすフローチャートである。 図３は実施の形態２の具体的処理をあらわすフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池スタック
１２ 電流計
１６ ランプ
１３ カソード管路系
１５ アノード管路系
１７ 冷却水管路系
２８ 気液分離器
５０ 気液分離器
５６ イオン濃度計
６４ 冷却器

Claims (3)

1. プロトンの伝導を行う電解質膜を備え、カソードガスの供給をカソードに受け、アノードガスの供給をアノードに受けて、発電を行う燃料電池と、
   前記燃料電池から排出されるカソードオフガスもしくは前記燃料電池から排出されるアノードオフガスの少なくとも一方のオフガスを流通させるオフガス管路と、
   前記オフガス管路のイオン濃度を取得するイオン濃度取得手段と、
   前記燃料電池に所在する水量を取得する水量取得手段と、
   前記イオン濃度取得手段により取得されたイオン濃度を前記水量取得手段により取得された水量の積に基づいて燃料電池に所在するイオン量を取得するイオン量取得手段と、
   前記イオン量取得手段により取得されたイオン量に基づいて、電解質膜の劣化を検知する劣化検知手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、
   前記オフガス管路に、オフガスを気体と液体に分離する気液分離器を備え、
   前記イオン濃度取得手段は、前記気液分離器の液水のイオン濃度を取得することを含むことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１もしくは２記載の燃料電池システムであって、
   前記水量取得手段は、燃料電池の起電流を取得する電流取得手段を含み、前記電流取得手段により取得された電流に基づいて燃料電池で生成される水量を取得する生成水量取得手段を含むことを特徴とする燃料電池システム。

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