JP5061416B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムで用いる脱イオン水を生成し貯水する水供給系に関するものである。

従来の燃料電池システムとして、脱イオン水を生成し貯水する水供給系に関するものがあり、その構成を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。この水供給系は、イオンが多く混入した凝縮水を貯水する凝縮水回収部１と、凝縮水を移送する凝縮水供給ポンプ２と、移送される凝縮水のイオンを除去するイオン交換樹脂部３と、脱イオン水を貯水するイオン交換水貯水部４と、イオン交換水貯水部４に設けられた水位センサ５と、凝縮水回収部１とイオン交換水貯水部４を連結する戻り管６を備えている。イオン交換水貯水部４に貯水された脱イオン水が減少すると、水位センサ５が水位減少を検知して信号を発して凝縮水供給ポンプ２を起動させ、所定の水位に到達すると、その起動を停止する。このことで、装置構成を簡素しコストを低減させている。

一方、水状態を検知する導電率式水状態検知センサは、計測器としては種々の構成品が有るが、燃料電池システムに応用できる簡単な構成品は開示されていない。
特開２００３−３３１９０１号公報

しかしながら、従来の燃料電池システムは、イオン交換水貯水部４の水位が水位センサ５の設定通りになっているか否かを検定する手段がなくこれを新規に設けると、複雑で煩雑な検定手段が必要となる課題が有った。従来の構成品は、水位センサ５が、イオン交換水貯水部４に貯水された脱イオン水の減少もしくは増加を検知して、その信号で凝縮水供給ポンプ２の起動もしくは停止を制御している。このため、水位センサ５が万が一に故障すると、イオン交換水貯水部４の水溢れもしくは水不足が起こるため、簡単な検定手段が必要とされていた。また、水位センサ５を別途併設して２個使用する方法も考えられるが、この方法も制御が複雑で煩雑となる課題が有った。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下した場合に、水位検知スイッチの異常を簡単に検定できる燃料電池システムを提供するものである。

前記課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、イオン水を貯水する凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクのイオン水を搬送する水ポンプと、
前記水ポンプから搬送されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置と、
前記イオン除去装置から供給される脱イオン水を貯水する純水タンクと、
前記純水タンクの貯水に浸漬されて前記貯水の水位を検知し、予め設定した水位と比較して、前記純水タンクの水位が低い場合は前記水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充する第１水位検知スイッチと、
前記純水タンクの貯水の水状態を検知する第１導電率式水状態検知センサと、
炭化水素ガス及び前記純水タンクから供給される水により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部と、
前記改質ガス供給部で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池と、
を少なくとも有し、
前記第１導電率式水状態検知センサは、一対の第１水状態検知部及び一対の第１電気信号授受部を含む第１電極と、前記第１電極を保持し固定する第１電気絶縁体と、前記第１電極に所定の電圧を印加する第１駆動部と、前記第１駆動部から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する第１判定部と、を備え、
前記一対の第１水状態検知部は、前記第１水位検知スイッチより下部位置に配置され、
前記第１判定部は、前記第１駆動部から得られる前記水状態電気信号の値が前記予め設定した閾値以下であると、前記第１水位検知スイッチの異常と判定する燃料電池システムとした。

純水タンクには、水位を検知し前記純水タンクが水不足の場合は水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充するための第１水位検知スイッチと、水位が設定通りになっているか否かの水状態を検定するための第１導電率式水状態検知センサが配置されている。第１導電率式水状態検知センサは、水の導電率を計測しその水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定するスイッチ部品である。この原理は、導電率が電極接水面積の関数であるため、水位が変化すると電極接水面積が変化して、その水状態電気信号が変化する性質を利用している。このため、第１導電率式水状態検知センサは、第１水位検知スイッチと併用して使用すると、水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下した場合に、水位検知スイッチの異常を簡単に検定できるとともに、純水タンクに貯水されている水が脱イオンになっているか否かが簡単に検定できる利点が有る。

本発明の燃料電池システムは、イオン除去装置から供給される脱イオン水を貯水する純水タンクの貯水に、浸漬されてその水位を検知する第１水位検知スイッチと、その水状態を検知する第１導電率式水状態検知センサを配置した。純水タンクの貯水水位が変化すると、水に浸した２つの電極の接水面積Ｓが変化するため、水の抵抗Ｒは変化する。そこで、水の抵抗Ｒまたは抵抗Ｒに関する水状態電気信号を測定し、この測定された水状態電気信号を導電率σの関数値として取り扱い、その水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定することで、純水タンクの貯水水位が予め設定した水位より低下したか否かが判定できる。また、脱イオンが不充分な水（導電率σが上昇）を供給されると、水の抵抗Ｒが減少するため、純水タンクに貯水されている水が脱イオンになっているか否かが簡単に検定できる利点が有る。

第１の発明は、イオン水を貯水する凝縮水タンクと、
前記凝縮水タンクのイオン水を搬送する水ポンプと、
前記水ポンプから搬送されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置と、
前記イオン除去装置から供給される脱イオン水を貯水する純水タンクと、
前記純水タンクの貯水に浸漬されて前記貯水の水位を検知し、予め設定した水位と比較して、前記純水タンクの水位が低い場合は前記水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充する第１水位検知スイッチと、
前記純水タンクの貯水の水状態を検知する第１導電率式水状態検知センサと、
炭化水素ガス及び前記純水タンクから供給される水により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部と、
前記改質ガス供給部で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池と、
を少なくとも有し、
前記第１導電率式水状態検知センサは、一対の第１水状態検知部及び一対の第１電気信号授受部を含む第１電極と、前記第１電極を保持し固定する第１電気絶縁体と、前記第１電極に所定の電圧を印加する第１駆動部と、前記第１駆動部から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する第１判定部と、を備え、前記一対の第１水状態検知部は、前記第１水位検知スイッチより下部位置に配置され、
前記第１判定部は、前記第１駆動部から得られる前記水状態電気信号の値が前記予め設定した閾値以下であると、前記第１水位検知スイッチの異常と判定する燃料電池システムとした。

純水タンクには、水位を検知し前記純水タンクが水不足の場合は水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充するための第１水位検知スイッチと、水位が設定通りになっているか否かの水状態を検定するための第１導電率式水状態検知センサが配置されている。第１導電率式水状態検知センサは、水の導電率を計測しその水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定するスイッチ部品である。この原理は、導電率が電極接水面積の関数であるため、水位が変化すると電極接水面積が変化して、その水状態電気信号が変化する性質を利用している。このため、第１導電率式水状態検知センサは、第１水位検知スイッチと併用して使用すると、水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下した場合に、水位検知スイッチの異常を簡単に検定できるとともに、純水タンクに貯水されている水が脱イオンになっているか否かが簡単に検定できる利点が有る。第１導電率式水状態検知センサの第１水状態検知部が、第１水位検知スイッチより下部位置に配置されていると、第１水位検知スイッチが正常に動作している通常使用状態において、第１導電率式水状態検知センサの水状態電気信号は、水位の変動の影響を受けずにほぼ同じ値を示して、水の導電率だけを正しく検定できる利点が有る。また、この構成の場合、第１水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下し、第１導電率式水状態検知センサの上端部より水位低下すると、第１導電率式水状態検知センサはその水状態電気信号が、大きく変化して予め設定した閾値以下となり、その異常が顕著に判明し、本発明の本来の目的が達成できる。

第２の発明は、特に、第１の発明の燃料電池システムにおいて、前記純水タンクに併設してその溢れた水を貯水して前記燃料電池を冷却する冷却水タンクと、
前記冷却水タンクの貯水に浸漬されて前記貯水の水位を検知し、予め設定した水位と比較して、前記冷却水タンクの水位が低い場合は前記水ポンプを駆動させて脱イオン水を前記純水タンクから溢れさせて補充する第２水位検知スイッチと、
前記冷却水タンクの貯水の水状態を検知する第２導電率式水状態検知センサと、を有するとした。

冷却水タンクには、水位を検知し前記冷却水タンクが水不足の場合は水ポンプを駆動させて脱イオン水を純水タンクをオーバーフローされて補充するための第２水位検知スイッチと、水位が設定通りになっているか否かの水状態を検定するための第２導電率式水状態検知センサが配置されている。第２導電率式水状態検知センサは、水の導電率を計測しその水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定するスイッチ部品である。この原理は、導電率が電極接水面積の関数であるため、水位が変化すると電極接水面積が変化して、その水状態電気信号が変化する性質を利用している。このため、第２導電率式水状態検知センサは、第２水位検知スイッチと併用して使用すると、冷却水タンクの水位が設定通りになっているか否かが簡単に検定できるとともに、冷却水タンクに貯水されている水が燃料電池を絶縁するに不適当な導電率まで上昇しているか否かが簡単に検定できる利点が有る。

第３の発明は、特に、第２の発明の燃料電池システムにおいて、前記第２導電率式水状態検知センサは、一対の第２水状態検知部及び一対の第２電気信号授受部を含む第２電極と、前記第２電極を保持し固定する第２電気絶縁体と、前記第２電極に所定の電圧を印加する第２駆動部と、前記第２駆動部から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する第２判定部と、を備え、前記一対の第２水状態検知部は、前記第２水位検知スイッチより下部位置に配置され、
前記第２判定部は、前記第２駆動部から得られる前記水状態電気信号の値が前記予め設定した閾値以下であると、前記第２水位検知スイッチの異常と判定するとした。第２導電率式水状態検知センサの第２水状態検知部が、第２水位検知スイッチより下部位置に配置されていると、第２水位検知スイッチが正常に動作している通常使用状態において、第２導電率式水状態検知センサの水状態電気信号は、水位の変動の影響を受けずにほぼ同じ値を示して、水の導電率だけを正しく検定できる利点が有る。また、この構成の場合、第２水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下し、第２導電率式水状態検知センサの上端部より水位低下すると、第２導電率式水状態検知センサはその水状態電気信号が、大きく変化して予め設定した閾値を以下となり、その異常が顕著に判明し、本発明の本来の目的が達成できることは言うまでもない。

第４の発明は、特に、第３の発明の燃料電池システムにおいて、前記第２電気絶縁体は、冷却水タンクに配置した蓋に固定され、前記第２電極は、前記第２電気絶縁体から貯水に吊り下げられているとした。

第２導電率式水状態検知センサは、その第２電気絶縁体が冷却水タンクに配置した蓋に固定され、電極が第２電気絶縁体から貯水に吊り下げられその第２水状態検知部が水に浸漬されている。第２電気絶縁体が蓋の近辺に有るため、第２電気絶縁体からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。

第５の発明は、第２水状態検知部は、硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用いて、非浸漬部で第２電気絶縁体と保持固定されているとした。水気密シール性に優れた硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用い、第２電気絶縁体と非浸漬部で保持固定してい
るため、第２電気絶縁体からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。

第６の発明は、前記第１電気絶縁体は、純水タンクに配置した蓋に固定され、前記第１電極は前記第１電気絶縁体から貯水に吊り下げられているとした。

第１導電率式水状態検知センサは、その第１電気絶縁体が冷却水タンクに配置した蓋に固定され、電極が第１電気絶縁体から貯水に吊り下げられその第１水状態検知部が水に浸漬されている。第１電気絶縁体が蓋の近辺に有るため、第１電気絶縁体からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。

第７の発明は、第１水状態検知部は、硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用いて、非浸漬部で第１電気絶縁体と保持固定されているとした。水気密シール性に優れた硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用い、第１電気絶縁体と非浸漬部で保持固定しているため、第１電気絶縁体からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の構成図である。イオン水を貯水する凝縮水タンク７と、凝縮水タンク７のイオン水を搬送する水ポンプ８と、水ポンプ８から搬送されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置９と、イオン除去装置９から供給される脱イオン水を貯水する純水タンク１０と、純水タンク１０の貯水に浸漬されてその水位を検知する水位検知スイッチ（Ｉ）１１およびその水状態を検知する導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２と、純水タンク１０から供給される水と都市ガスにより水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部１３と、改質ガス供給部１３で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池１４を少なくとも有している。

構成と材料について具体的に説明する。凝縮水タンク７と純水タンク１０は、ステンレスや樹脂内に水を貯水した水槽である。イオン除去装置９は、ステンレスや樹脂の容器内に、イオン交換樹脂などを充填して、陽陰イオンを捕捉除去して脱イオン化する装置である。改質ガス供給部１３は、アルミナ担体にルテニウムを担持した触媒をステンレス容器に充填した装置であり、都市ガス（メタンが主成分）と水を約６５０℃で化学反応させて、８割の水素と２割の二酸化炭素を生成する様にしている。純水タンク７から供給される脱イオン水は、この化学反応を進行させる役割を果す。なお、改質ガス供給部１３にはこの他にさらに、アルミナ担体に白金を担持した触媒を後流側に配置して、前記化学反応で微量発生する一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する様にしている。

燃料電池１４は、フッ化炭素の主鎖にスルホン基の側鎖を付着させた高分子系水素イン伝導性電解質膜（記載せず）に、カーボンブラックに触媒の白金粒子を担持した構成の燃料極および空気極（いずれも記載せず）をその両側に備えた電池の集合体である。改質ガス供給部１３から燃料極へ供給させる水素と、送風機（記載せず）から空気極へ供給させる空気中の酸素により、電気化学反応が起こり発電する。燃料電池１４は、前記材料・構成の電池を多数積層した集合体であり、水素や酸素のガスが良好に流れて各電極に到達し易くしたガス流路（記載せず）と、発電により発生した熱を搬送し放熱するための水流路（記載せず）が、その内部に配置されている。

水位検知スイッチ（Ｉ）１１は、純水タンク１０の貯水に配置されており、予め設定し
た水位と比較して水位が低い（水不足）場合は水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充し、水位が高い（水多め）場合は水ポンプを停止する機能を有する。このことで、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部１３に、常に必要な水が供給できる様にしている。

導電率式水状態検知センサ（Ｉ）は、水の導電率を計測しその水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定するスイッチ部品である。ここで、水の導電率を計測する方法について説明する。水の導電率は、水の比抵抗の逆数であり、水に浸した２つの水状態検知部の間に挟まれた水容積の抵抗を測定することで求めることが出来る。水状態検知部の接水面積をＳ、２つの水状態検知部の間の距離をＬ、２つの水状態検知部の間に挟まれた水容積の抵抗をＲ、水の導電率をσとすると、Ｒ＝（１／σ）×（Ｌ／Ｓ）の関係が成立する。抵抗Ｒは、水状態検知部に４Ｖで４００Ｈｚ等の交流電圧を印加した際に流れる電流を測定し、電圧を電流で除すると、求めることが出来る。また、この際に流れる電流を測定すると、抵抗Ｒに関する水状態電気信号が測定できる。一方、水状態検知部のＳおよびＬは、その寸法から求めることが出来る。これら求めたＲやＳやＬより、水の導電率σが間接的に算出でき、しかも、抵抗Ｒが導電率σの関数であることより、両者の関係式を予め求めておくとこの関係式を活用して、抵抗Ｒから導電率σが簡単に判明する。さて、常に脱イオンされた水（導電率σが一定）が、純水タンク１０に貯水された場合を想定する。水に浸した２つの水状態検知部のＳおよびＬが一定、つまり、純水タンク１０の貯水の水位が一定なら、水の抵抗Ｒは一定となる。一方、純水タンク１０の貯水水位が変化すると、水に浸した２つの水状態検知部の接水面積Ｓが変化するため、水の抵抗Ｒは変化する。そこで、水の抵抗Ｒまたは抵抗Ｒに関する水状態電気信号を測定し、この測定された水状態電気信号を導電率σの関数値として取り扱い、その水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定することで、純水タンク１０の貯水水位が予め設定した水位を超えたか否かが判定できることとなる。

またさらに、純水タンク１０の貯水に浸した２つの水状態検知部のＳおよびＬが一定、つまり、純水タンク１０の貯水の水位が一定なら、脱イオンが不充分な水（導電率σが上昇）を供給されると、水の抵抗Ｒが減少するため、純水タンク１０に貯水されている水が脱イオンになっているか否かが簡単に検定できる利点が生じる。

なお、水位検知スイッチ（Ｉ）１１は、多数配置することでその水位精度を高めることは、本発明の応用範囲内であるため、設計に応じて任意に行なうべきことである。また、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２の水状態電気信号に関する閾値は、これら水位検知スイッチ（Ｉ）１１の許容変動幅を考慮して設定されるべきである。そして、純水タンク１０の貯水水位が本来の設定水位より大きく変動した時に、警報等を発生する様にすることは言うまでもない。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図１に記載する。実施の形態２は、冷却水タンク１５が、純水タンク１０に併設されて配置されており、純水タンク１０から溢れた水を貯水しその貯水で燃料電池１４を冷却している。また、冷却水タンク１５は、ステンレスや樹脂内に水を貯水した水槽であり、その貯水に水位を検知する水位検知スイッチ（ＩＩ）１６と、その水状態を検知する導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７が配置されている。水位検知スイッチ（ＩＩ）１６は、冷却水タンク１５の水位を検知し、水不足の場合は水ポンプ８を駆動させて脱イオン水を純水タンク１０をオーバーフローさせて補充し、水多めの場合は水ポンプ８を停止されている。導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７は、水の導電率を計測しその水状態電気信号が予め設定した閾値を超えたか否かを判定するスイッチ部品であり、その作用効果は，前述の実施の形態１に記載した通りである。このため、導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７は、水位検知スイッチ（ＩＩ）１６と併用して使用すると
、冷却水タンク１５の水位が設定通りになっているか否かが簡単に検定できるとともに、冷却水タンク１５に貯水されている水が、燃料電池１４を絶縁するに不適当な導電率まで上昇しているか否かが簡単に検定できる利点が有る。

また、本発明は、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部１３の耐久性確保に必要な脱イオン水を貯水する純水タンク１０と、燃料電池１４の絶縁確保に必要な導電率のイオン水を貯水する冷却水タンク１５とに、貯水タンクを分離している。この分離により、改質ガス供給部１３および燃料電池１４とも、その性質品質を長期間維持することが出来る利点が有る。なお、水位検知スイッチ（ＩＩ）１６は、多数配置することでその水位精度を高めることは、本発明の応用範囲内であるため、設計に応じて任意に行なうべきことである。また、導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７の水状態電気信号に関する閾値は、これら水位検知スイッチ（ＩＩ）１６の許容変動幅を考慮して設定されるべきである。そして、冷却水タンク１５の貯水水位が本来の設定水位より大きく変動した時に、警報等を発生する様にすることは言うまでもない。またさらに、冷却水タンク１５は、復路によって凝縮水タンク７と連通させ、溢れた水が凝縮水タンク７に流れ落ちて、問題なく水処理が出来る様にした。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図１に記載する。実施の形態３は、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２および（ＩＩ）１７の水状態検知部２０、２１が、水位検知スイッチ（Ｉ）１１および（ＩＩ）１６より下部位置に配置されているとしている。導電率式水状態検知センサの水状態検知部が、水位検知スイッチより下部位置に配置されていると、水位検知スイッチが正常に動作している通常使用状態において、導電率式水状態検知センサの水状態電気信号は、水位の変動の影響を受けずにほぼ同じ値を示している。そのため、導電率式水状態検知センサは、水の導電率だけを正しく検定できる利点が有る。また、この構成の場合、水位検知スイッチが故障して貯水の水位が低下し、導電率式水状態検知センサの上端部より水位低下すると、導電率式水状態検知センサはその水状態電気信号が、大きく変化して予め設定した閾値を以下となり、その異常が顕著に判明し、本発明の本来の目的が達成できることは言うまでもない。さらに、冷却水タンク１５は、凝縮水タンク７と連通させて、溢れた水が凝縮水タンク７に流れ落ちる様にし、安定した水処理が出来る様にした。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４を図２に記載する。図２は、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）の構成図である。一対の水状態検知部２０と一対の電気信号授々部２２からなる一対の電極２３と、一対の電極２３を保持し固定する電気絶縁体２４と、電極２３に所定の電圧や電流を印加する駆動部２５と、駆動部２５から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する判定部２６から構成される。電極２３は、ステンレス、カーボン、白金やルテニウムさらにイリジウムなどの貴金属をメッキしたチタン、チタンなどの材料が使用され、水状態検知部２０と電気信号授々部２２が一体化している。電気絶縁体２４は、樹脂やゴムさらにセラミックなどの材料が使用される。

導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２はその電気絶縁体２４が、純水タンク１０に配置した蓋２７に固定され、一対の電極２３は電気絶縁体２４から貯水に吊り下げられてその水状態検知部２０が浸漬されている。この構成にすると、電気絶縁体２４が蓋２７の近辺に有るため、電気絶縁体２４からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。なお、導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７も同種の構成図であるため、説明は省略する。

（実施の形態５）
本発明の実施の形態５を図２で説明する。導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２の水状
態検知部２０は、その形状が丸棒であり、電気絶縁体２４に設けられた貫通穴２８に挿入されて保持固定されている。水状態検知部２０を丸棒とすると、電気絶縁体２４の貫通穴２８に簡単に挿入して保持固定でき、構成の簡素化が図れる利点が有る。なお、導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７も同種の構成図であるため、説明は省略する。

（実施の形態６）
本発明の実施の形態６を図２で説明する。導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２または（ＩＩ）の水状態検知部２０は、硬化性樹脂やゴムからなる保持固定材料２９を用いて、非浸漬部で電気絶縁体２４と保持固定されている。保持固定材料２９は、硬化性樹脂の場合は加熱や２液混合などで硬化するウレタンやエポキシなどの樹脂、ゴムの場合はオーリングなどであり、水気密シール性に優れた材料を使用した。これら水気密シール性に優れた硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料２９を用い、電気絶縁体２４と非浸漬部で保持固定しているため、電気絶縁体２４からの水漏れに留意した複雑な構成にする必要性が低減し、構成の簡素化が図れる利点が有る。またさらに、電極２３の電気信号授々部２２は、沿面距離拡大の目的で、樹脂などの保護カバー３０で覆いその下部位置を保持固定材料２９で気密シールし、一対の電気信号授々部２２が多湿雰囲気で導通することを防止した。なお、導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）１７も同種の構成図であるため、説明は省略する。

（実施の形態７）
実施の形態７は、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）および（ＩＩ）を、予め記憶させた間隔Ａごとに時間（ｔ）だけ駆動させるとした。導電率計測を予め記憶させた所定の間隔Ａごとに所定の時間（ｔ）だけ行うため、導電率計測のための消費電力が小さくなり、燃料電池システムの効率が向上する利点が有る。また、導電率計測のために印加する電圧電流によって、金属製の純水タンク１０もしくは冷却水タンク１５さらに接続部品が腐蝕劣化することが低減し、その信頼性が大きく向上する利点も生じる。

（実施の形態８）
本発明の実施の形態８を図１に記載する。実施の形態８は、純水タンク１０もしくは冷却水タンク１５さらに接続部品（記載せず）が、電気絶縁性材料１８、１９を用いて電気絶縁されて配置されているとした。純水タンク１０や冷却水タンク１５さらにこれへの接続部品（記載せず）は、金属製であると、燃料電池１４を駆動するための補機（記載せず）で使用される直流電源の負極（記載せず）と導通し、地面にアースされている。これは、これらを導通されてアースすることで、漏電などを防止しその安全性を向上させるためである。交流電圧などを印加する導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２および（ＩＩ）１７は、この様にアースされた純水タンク１０や冷却水タンク１５の貯水内で、その検出精度を高めて使用するためには、複雑な精度維持対策を施す必要が生じる。その点、電気絶縁性材料１８、１９を下部位置に併設してシステムと電気絶縁された純水タンク１０や冷却水タンク１５とすると、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２および（ＩＩ）１７は、精度維持対策が不要となって、その実装構造が簡単になり使い易くなる。なお、純水タンク１０や冷却水タンク１５さらにその接続部品（記載せず）が、樹脂やゴムさらにセラミックなどの非金属製であると、これら材料が電気絶縁性材料となるため、新たに電気絶縁性材料１８、１９を併設する必要はない。

（実施の形態９）
実施の形態９は、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２および（ＩＩ）１７の水状態検知部２０、２１が、微少な水通過穴（記載せず）を有する保護体（記載せず）でその周囲を覆われているとした。純水タンク１０や冷却水タンク１５さらにその接続部品（記載せず）は、金属製であると、燃料電池１４を駆動するための補機（記載せず）で使用される直流電源の負極（記載せず）と導通し、地面にアースされている。これは、これらを導通
されてアースすることで、漏電などを防止し安全性を向上させるためである。交流などの電圧を印加する導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２およぶ（ＩＩ）１７は、この様なアースされた純水タンク１０や冷却水タンク１５の貯水内で、その検出精度を高めて使用するためには、複雑な精度維持対策を施す必要が生じる。その点、導電率式水状態検知センサ（Ｉ）１２および（ＩＩ）１７は、その水状態検知部を微少な水通過穴を有する保護体でその周囲を覆ってやると、純水タンクや冷却水タンクの電気絶縁が不充分であったとしても、検出精度が良好に保持されるため、その実装構造が簡単になり使い易くなる。なお、純水タンク１０や冷却水タンク１５さらにその接続部品（記載せず）が、樹脂などの非金属製であると、この実施形態は必要ない。

以上の様に、本発明の燃料電池システムは、水位を検知する水位検知スイッチ（Ｉ）と、その水状態を検知する導電率式水状態検知センサ（Ｉ）を、タンクの貯水に配置して、タンクの貯水水位が予め設定した水位を超えたか否かが簡単に判定できる様にしている。このため、定置式や移動式の燃料電池システムに用いる水処理装置等の用途に適用できる。

本発明の実施の形態１、２、３、８における燃料電池システムの構成図 本発明の実施の形態４、５、６における燃料電池システムの構成図 従来の燃料電池システムの構成図

７ 凝縮水タンク
８ 水ポンプ
９ イオン除去装置
１０ 純水タンク
１１ 水位検知スイッチ（Ｉ）
１２ 導電率式水状態検知センサ（Ｉ）
１３ 改質ガス供給部
１４ 燃料電池
１５ 冷却水タンク
１６ 水位検知スイッチ（ＩＩ）
１７ 導電率式水状態検知センサ（ＩＩ）
１８、１９ 電気絶縁性材料
２０、２１ 水状態検知部
２２ 電気信号授々部
２３ 電極
２４ 電気絶縁体
２５ 駆動部
２６ 判定部
２７ 蓋
２８ 貫通穴
２９ 保持固定材料

Claims (7)

1. イオン水を貯水する凝縮水タンクと、
   前記凝縮水タンクのイオン水を搬送する水ポンプと、
   前記水ポンプから搬送されるイオン水を脱イオンするイオン除去装置と、
   前記イオン除去装置から供給される脱イオン水を貯水する純水タンクと、
   前記純水タンクの貯水に浸漬されて前記貯水の水位を検知し、予め設定した水位と比較して、前記純水タンクの水位が低い場合は前記水ポンプを駆動させて脱イオン水を補充する第１水位検知スイッチと、
   前記純水タンクの貯水の水状態を検知する第１導電率式水状態検知センサと、
   炭化水素ガス及び前記純水タンクから供給される水により水素を主成分とする改質ガスを生成する改質ガス供給部と、
   前記改質ガス供給部で生成する改質ガス中の水素により発電を行う燃料電池と、
   を少なくとも有し、
   前記第１導電率式水状態検知センサは、一対の第１水状態検知部及び一対の第１電気信号授受部を含む第１電極と、前記第１電極を保持し固定する第１電気絶縁体と、前記第１電極に所定の電圧を印加する第１駆動部と、前記第１駆動部から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する第１判定部と、を備え、
   前記一対の第１水状態検知部は、前記第１水位検知スイッチより下部位置に配置され、
   前記第１判定部は、前記第１駆動部から得られる前記水状態電気信号の値が前記予め設定した閾値以下であると、前記第１水位検知スイッチの異常と判定する燃料電池システム。
2. 前記純水タンクに併設してその溢れた水を貯水して前記燃料電池を冷却する冷却水タンクと、
   前記冷却水タンクの貯水に浸漬されて前記貯水の水位を検知し、予め設定した水位と比較して、前記冷却水タンクの水位が低い場合は前記水ポンプを駆動させて脱イオン水を前記純水タンクから溢れさせて補充する第２水位検知スイッチと、
   前記冷却水タンクの貯水の水状態を検知する第２導電率式水状態検知センサと、を有する請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記第２導電率式水状態検知センサは、一対の第２水状態検知部及び一対の第２電気信号授受部を含む第２電極と、前記第２電極を保持し固定する第２電気絶縁体と、前記第２電極に所定の電圧を印加する第２駆動部と、前記第２駆動部から得られる水状態電気信号を計測しその値が予め設定した閾値を超えたか否かを判定する第２判定部と、を備え、
   前記一対の第２水状態検知部は、前記第２水位検知スイッチより下部位置に配置され、
   前記第２判定部は、前記第２駆動部から得られる前記水状態電気信号の値が前記予め設定した閾値以下であると、前記第２水位検知スイッチの異常と判定する請求項２記載の燃料電池システム。
4. 前記第２電気絶縁体は、前記冷却水タンクに配置した蓋に固定され、
   前記第２電極は、前記第２電気絶縁体から吊り下げられている、請求項３記載の燃料電池システム。
5. 前記第２水状態検知部は、硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用いて、非浸漬部で前記第２電気絶縁体と保持固定されている請求項３又は４記載の燃料電池システム。
6. 前記第１電気絶縁体は、前記純水タンクに配置した蓋に固定され、
   前記第１電極は、前記第１電気絶縁体から吊り下げられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
7. 前記第１水状態検知部は、硬化性樹脂もしくはゴムの保持固定材料を用いて、非浸漬部で前記第１電気絶縁体と保持固定されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

Images