JP5958380B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池は、燃料ガスと酸化ガス、例えば、水素ガスと酸素含有の空気との供給を受け、水素と酸素の電気化学反応に基づいて発電する。こうした電気化学反応は、発熱反応であると共に、電解質膜は所定の温度にてプロトン伝導性を呈することから、燃料電池システムでは、通常、燃料電池を例えばエチレングリコール等の冷媒にて冷却する必要がある。冷媒は、通常、冷媒タンクと燃料電池とを結ぶ冷却系にて循環供給され、冷却系からリークしないことが望ましい。ところが、経年変化や不用意な外力の作用等により、冷却系からの冷媒リークが起き得るので、冷媒リークの検知手法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００１−２５０５７０号公報

上記の冷媒リークの検知手法によれば、冷却系への水素ガスの漏洩検知を経て冷媒のリークを検知できるものの、冷媒リークが起きているおおよその箇所を特定することへの配慮に欠けている。このため、冷媒リークを解消するためには、燃料電池のみならず、冷却系やガスの供給系についても、リーク箇所の特定が必要であった。特に、燃料電池システムを搭載した車両では、保守点検場にて、燃料電池や冷却系、およびガス供給系を車両から降ろす等の作業も必要となり、煩雑であった。こうしたことから、燃料電池の冷却に用いる冷媒のリークの検知に加え、冷媒リーク箇所を特定することが要請されるに到った。この他、冷媒リーク特定が可能な燃料電池システムのコンパクト化や軽量化、低コスト化を可能とすることも要請されている。

上記した課題の少なくとも一部を達成するために、本発明は、以下の形態として実施することができる。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料ガスと酸化ガスとの供給とを受けて発電する燃料電池と、冷媒を貯留する冷媒タンクから前記燃料電池に冷媒を循環供給して冷却を図る冷却系と、前記冷媒タンクにおける冷媒の水位変化に基づいて、冷媒リークの有無を検知する第１リーク検知部と、該第１リーク検知部により冷媒リークが検知されると、前記燃料電池から排出されるガスの排出系において前記冷媒の濃度を検出し、冷媒の検出濃度に基づいて、冷媒リークが起きた部位を特定する第２リーク検知部とを備え、該第２リーク検知部は、前記排出系での前記冷媒の検出濃度が所定の閾値以下であると、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記燃料ガスまたは前記酸化ガスのガス通過系統を除いた部位にて起きたと特定し、前記排出系での前記冷媒の検出濃度が前記閾値を超えていると、前記燃料ガスまたは前記酸化ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定する。上記形態の燃料電池システムでは、冷媒タンクにおける冷媒の水位変化に基づいた冷媒リークが検知されれば、これに続いて、燃料電池からのガスの排出系における冷媒の濃度検出を行って、その検出結果により、冷媒リークが起きた箇所を、燃料電池におけるガス通過系統を除いた部位に特定したり、ガス通過系統と冷媒の通過系統との間に特定できる。よって、上記形態の燃料電池システムによれば、冷媒リーク箇所の特定に当たり、冷媒タンクにおける冷媒の水位変化に基づいた冷媒リークの検知と、これに続くガスの排出系での冷媒の濃度検出を行えば良く、簡便である。そして、冷媒タンクにおける冷媒の水位変化のセンシング機器とガスの排出系での冷媒の濃度検出機器を用いれば良く、機器構成の簡略化、コスト低下も可能となる。また、冷媒リーク箇所の特定ができることから、冷媒リークの解消のための作業も簡便となる。

この場合、上記の閾値は、仮に冷媒がリークしても許容される低濃度に設定したり、値ゼロの濃度、もしくは濃度検出機器の測定限界濃度などに設定できる。

（２）上記した形態の燃料電池システムにおいて、前記第２リーク検知部は、前記冷却系において前記燃料ガスの濃度を検出する第１濃度検出部と、前記燃料電池で未消費の前記燃料ガスが前記燃料電池に循環供給される循環供給系において前記冷媒の濃度を検出する第２濃度検出部の少なくとも一方の濃度検出部を備え、該少なくとも一方の濃度検出部にて濃度検出があると、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記燃料ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定するようにできる。こうすれば、冷媒リーク箇所の特定精度が高まる。

（３）上記した形態の燃料電池システムにおいて、前記第２リーク検知部は、前記第２濃度検出部を備え、前記第２濃度検出部の検出した前記循環供給系における冷媒濃度と、前記排出系において検出した冷媒濃度とを対比し、該対比結果に基づいて、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記酸化ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定するようにできる。こうすれば、冷媒リーク箇所の特定精度がより高まる。

（４）上記したいずれかの形態の燃料電池システムにおいて、前記第２リーク検知部は、前記酸化ガスの供給系を通過する前記酸化ガスを前記冷媒にて冷却するよう前記冷却系から分岐して前記供給系を取り囲むインタークーラーの下流側の前記供給系において前記冷媒の濃度を検出する第３濃度検出部を備え、前記第２リーク検知部は、該第３濃度検出部での冷媒濃度の検出があると、前記冷媒リークは、前記インタークーラーにおいて起きたと特定するようにできる。こうすれば、冷媒リーク箇所を特定する対象が広がっても、高い精度で冷媒リーク箇所を特定できる。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを搭載した車両等の形態の他、燃料電池システムの冷媒リーク検査方法等の形態で実現することができる。

本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両２０を概略的に平面視して示す説明図である。 冷媒リーク検査処理の前半を示すフローチャートである。 冷媒リーク検査処理の前半を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。図１は本発明の実施形態としての燃料電池搭載車両２０を概略的に平面視して示す説明図である。

図示するように、この燃料電池搭載車両２０は、車体２２に、燃料電池システム３０を搭載する。この燃料電池システム３０は、燃料電池１００と、水素ガスタンク１１０を含む水素ガス供給系１２０と、モーター駆動のコンプレッサ１３０を含む空気供給系１４０と、ラジエータ１５０およびファン１５２を含む冷却系１６０とを備える。燃料電池システム３０は、燃料電池１００の発電電力、或いは図示しない２次電池の充電電力を、前輪駆動用の図示しないモーターを始めとする負荷に供給する。

燃料電池１００は、発電単位である図示しない電池セルユニットを積層して構成されたスタック構造とされ、前輪ＦＷと後輪ＲＷの間において車両床下に位置する。そして、燃料電池１００は、後述の水素ガス供給系１２０と空気供給系１４０から供給された水素ガス中の水素と空気中の酸素との電気化学反応を各電池セルユニットにて起こして発電し、その発電電力にてモーター等の負荷を駆動する。燃料電池１００の発電状態は電流センサー１０６にて計測され、その計測結果は電流センサー１０６から後述の制御装置２００に出力される。この場合、燃料電池１００を構成する電池セルユニットの積層数は、燃料電池１００に要求される出力に応じて任意に設定可能である。

水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０から燃料電池１００に到る水素供給経路１２１と、未消費の水素ガス（アノードオフガス）を水素供給経路１２１に循環させる循環経路１２２と、アノードオフガスを大気放出するための放出経路１２３とを備える。そして、この水素ガス供給系１２０は、水素供給経路１２１の開閉バルブ１２４の経路開閉と、減圧バルブ１２５での減圧を経て、水素ガスタンク１１０の水素ガスを燃料電池１００（詳しくは、各電池セルユニットの図示しないアノード）に供給する。この際、水素ガス供給系１２０は、減圧バルブ１２５の下流の水素供給機器１２６にて調整した流量と、循環経路１２２の循環ポンプ１２７にて調整した循環流量との合算した流量の水素ガスを、燃料電池１００のアノードに供給する。水素ガス供給量は、アクセル１８０の操作に基づいて、後述の制御装置２００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。水素ガス供給系１２０は、循環経路１２２に気液分離器１２８を備え、この気液分離器１２８で分離したアノードオフガスを水素供給経路１２１に循環させ、気液分離器１２８で分離した水分と一部のアノードオフガスを、気液分離器１２８から分岐した放出経路１２３の開閉バルブ１２９の開閉調整を経て、適宜、放出経路１４２から大気放出する。

空気供給系１４０は、コンプレッサ１３０を経て燃料電池１００に到る酸素供給経路１４１と、未消費の空気（カソードオフガス）を大気放出する放出経路１４２と、酸素供給経路１４１を通過するガスの冷却を図るインタークーラー１４７とを備える。そして、この空気供給系１４０は、酸素供給経路１４１の開口端からエアークリーナー１４４を経て取り込んだ空気を、コンプレッサ１３０にて流量調整した上で燃料電池１００（詳しくは、各電池セルユニットの図示しないカソード）に、通常は酸素供給経路１４１を経て供給しつつ、放出経路１４２の排出流量調整バルブ１４３で調整された流量でカソードオフガスを放出経路１４２を経て大気放出する。このように空気供給系１４０にて空気供給とカソードオフガス排出とを行う場合、空気供給系１４０は、酸素供給経路１４１の排出流量調整バルブ１４３を所定開度にした上で、コンプレッサ１３０にて空気を供給する。この際の空気供給量にあっても、水素ガスと同様に、アクセル１８０の操作に基づいて制御装置２００にて定められ、燃料電池１００に求められる負荷に応じた供給量となる。なお、排出流量調整バルブ１４３は、流量調整を経て、カソード側の背圧についてもこれを調整する。また、空気供給系１４０は、燃料電池１００の上流側に三方弁１４５を備え、当該弁の制御装置２００による制御を経て、供給空気の一部を放出経路１４２に排出する。放出経路１４２は、その経路にマフラー１４６を備えるので、消音してガスを大気放出し、ガス中に含まれる水分については、マフラー１４６にて凝集させ、マフラー下流側にガスと一緒に排出する。

冷却系１６０は、ラジエータ１５０から燃料電池１００への冷媒の循環を図る循環経路１６１と、バイパス経路１６２と、経路合流点の三方流量調整弁１６３と、循環ポンプ１６４と、イオン交換器１６５を有するバイパス経路１６６と、経路合流点の三方流量調整弁１６７と、温度センサー１６８と、冷媒タンク１６９とを備える。冷媒タンク１６９は、冷媒を貯留し、循環ポンプ１６４の駆動に伴い、貯留済み冷媒を循環経路１６１、詳しくはラジエータ１５０に送り出す。そして、この冷却系１６０は、ラジエータ１５０にて熱交換した冷媒を循環経路１６１を経て燃料電池１００に循環供給して、冷媒を燃料電池１００の図示しないセル内循環経路に導き、燃料電池１００を所定温度に冷却する。この場合、循環ポンプ１６４の駆動量、即ち冷媒の循環供給量や、三方流量調整弁１６３によるラジエータパイパス流量、三方流量調整弁１６７によるイオン交換器１６５への流量は、温度センサー１６８の検出温度たる燃料電池温度や電流センサー１０６の検出した発電状況に基づいて、制御装置２００にて定められる。本実施形態では、冷却系１６０で循環供給する冷媒としてエチレングリコールを用いた。また、冷却系１６０は、空気供給系１４０のインタークーラー１４７に、循環経路１６１から冷媒を分岐して循環供給して、空気供給系１４０を通過する空気についてもこれを冷却する。

この他、燃料電池システム３０は、冷媒リーク箇所の特定を図るべく、第１リークセンサー１７１〜第５リークセンサー１７５を備える。第１リークセンサー１７１は、冷媒タンク１６９に装着され、当該タンクにおける冷媒の水位を検出し、その検出信号を制御装置２００に出力する。第２リークセンサー１７２は、燃料電池１００から延びる放出経路１４２の末端、詳しくはマフラー１４６よりも下流側経路に装着され、放出経路１４２から大気放出されるガス中の冷媒濃度を検出し、その検出信号を制御装置２００に出力する。第３リークセンサー１７３は、ラジエータ１５０が有する図示しないラジエータキャップの近傍に装着され、ラジエータ１５０における冷媒に混入した水素の濃度を検出し、その検出信号を制御装置２００に出力する。この場合、第３リークセンサー１７３を冷媒タンク１６９に装着してもよく、冷媒タンク１６９とラジエータ１５０の両者に装着してもよい。第４リークセンサー１７４は、循環経路１２２における気液分離器１２８に装着され、気液分離器１２８にて分離済みの水分に含まれる冷媒濃度を検出し、その検出信号を制御装置２００に出力する。第５リークセンサー１７５は、空気供給系１４０のインタークーラー１４７の下流側における酸素供給経路１４１に装着され、酸素供給経路１４１を通過する空気に含まれる冷媒濃度を検出し、その検出信号を制御装置２００に出力する。

制御装置２００は、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成され、アクセル１８０等のセンサー入力を受けて燃料電池搭載車両２０の種々の制御を司る。例えば、制御装置２００は、アクセル１８０の操作状態に応じたモーターへの要求電力を求め、その要求電力が燃料電池１００の発電で得られるよう、或いは、２次電池の充電電力、もしくはこの両者で賄うよう、燃料電池１００を発電制御して当該スタックからの発電電力の出力を制御しつつ、モーターに電力を供給する。モーターの要求電力を燃料電池１００の発電で得る場合には、その要求電力に見合うよう水素ガス供給系１２０や空気供給系１４０でのガス供給量を制御する。これら制御は、本発明の要旨と直接関係しないので、詳細な説明についてはこれを省略する。この他、制御装置２００は、既述した第１リークセンサー１７１〜第５リークセンサー１７５の各センサーからの検出信号に基づいて、冷却系１６０からの冷媒リークの有無および冷媒リーク箇所の特定を行う。図２は冷媒リーク検査処理の前半を示すフローチャート、図３は冷媒リーク検査処理の前半を示すフローチャートである。

図２〜図３に示す冷媒リーク検査処理は、制御装置２００にて所定時間ごとに実行され、まず、制御装置２００は、第１リークセンサー１７１から冷媒タンク１６９における冷媒の現状水位を読み込み（ステップＳ１００）、今回の読み込み水位と前回の読み込み水位とから、冷媒タンク１６９における冷媒の水位変化が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。なお、ステップＳ１００で読み込んだ水位は、制御装置２００の記憶保持領域に記憶され、次回の処理に用いられる。

冷却系１６０において冷媒のリークが起きていなければ、冷媒タンク１６９における冷媒の水位変化は起きない、もしくは、測定誤差範囲に収まる程度しか水位変化は起きない。よって、冷媒リークが起きていなければ、制御装置２００は、ステップＳ１１０にて否定判定し、本ルーチンの処理を一旦終了する。この場合、制御装置２００は、冷媒リークが起きていない旨を報知したり、保守点検用のデータとして、冷媒リーク無しのデータを記憶したりするようにしてもよい。

一方、冷媒タンク１６９における冷媒水位に所定の変化、具体的には、冷媒リークが起きていれば当然に観察される程度の冷媒水位の低減変化が検知されれば、制御装置２００は、ステップＳ１１０において肯定判定する。この肯定判定は、冷媒水位の低減変化が見られたことに基づくものであることから、冷媒のリークが起きていることを意味する。制御装置２００は、ステップＳ１１０の肯定判定にて冷媒リークを検知すると、冷媒リーク箇所の特定を順次図るべく、第２リークセンサー１７２から、マフラー１４６よりも下流側で放出経路１４２の放出ガス中の冷媒濃度を読み込み（ステップＳ１２０）、この放出経路１４２において冷媒が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。

ステップＳ１２０で読み込んだ冷媒濃度が冷媒が存在しない場合に相当する濃度ゼロ、もしくはごく少量の冷媒がガスに含まれていてもその濃度が第２リークセンサー１７２の検出限界濃度以下であれば、冷媒は、放出経路１４２を流れるガスにリークして混入していないことになる。放出経路１４２には、燃料電池１００に供給された水素ガスとそのアノードオフガス、および空気とそのカソードオフガスが流れ込み得ることから、放出経路１４２にて冷媒未検知（ステップＳ１３０：否定判定）であれば、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、燃料電池１００に供給された水素ガスとそのアノードオフガス、および空気とそのカソードオフガスのガス流路、即ちセル内ガス流路においては起きていないことになる。よって、制御装置２００は、ステップＳ１３０で放出経路１４２での冷媒検知がないと否定判定すると、冷媒は燃料電池１００における水素系および空気系のセル内ガス流路を除いた電池外部にてリークしたとして、冷媒は外部リークを起こした旨のデータを保守点検用に記憶すると共に、冷媒は外部リークを起こした旨を報知し（ステップＳ１４０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。

ステップＳ１３０で制御装置２００が放出経路１４２での冷媒検知があると肯定判定した場合は、冷媒は燃料電池１００の外部でリークしたのではないことになる。よって、制御装置２００は、放出経路１４２での冷媒検知をもたらした冷媒リーク箇所を更に詳細に特定すべく、第３リークセンサー１７３から、ラジエータ１５０における冷媒に混入した水素の濃度（水素濃度）を読み込み（ステップＳ１５０）、ラジエータ１５０の冷媒への水素混入が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１６０）。

冷却系１６０を流れる冷媒のリークが起きていなければ、ラジエータ１５０を含む冷却系１６０には、冷媒リークに伴う水素の混入も起きていないことになる。よって、ステップＳ１４０で読み込んだ水素濃度により冷媒への水素混入が検知されれば（ステップＳ１６０：肯定判定）、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、燃料電池１００に供給された水素ガスとそのアノードオフガスのセル内の水素系ガス流路（以下、セル内水素系ガス流路）において起きていることになる。これは、空気供給系１４０を介して水素が冷却系１６０に混入することは、殆ど起き得ないことから明らかである。よって、制御装置２００は、ステップＳ１６０での肯定判定に続き、冷媒は燃料電池１００のセル内水素系ガス流路においてリークしたとして、冷媒リーク箇所は燃料電池１００のセル内水素系ガス流路である旨のデータを保守点検用に記憶すると共に、冷媒は燃料電池１００のセル内水素系ガス流路でリークを起こした旨を報知し（ステップＳ１７０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。

ステップＳ１６０で制御装置２００が冷却系１６０への水素の混入検知がないと否定判定した場合は、冷媒は燃料電池１００の外部でリークしたのでもなく、且つ、燃料電池１００のセル内水素系ガス流路においてリークしたものでもないことになる。よって、制御装置２００は、放出経路１４２での冷媒検知をもたらした冷媒リーク箇所を燃料電池１００のセル内水素系ガス流路以外で特定すべく、第４リークセンサー１７４から、循環経路１２２における気液分離器１２８にて分離済みの水分に含まれる冷媒濃度を読み込み（ステップＳ１８０）、分離済み水分への冷媒混入が検知されたか否かを判定する（ステップＳ１９０）。

ステップＳ１９０で制御装置２００が気液分離器１２８にて分離済みの水分への冷媒の混入検知ないと否定判定した場合は、空気供給系１４０での冷媒リークの有無を特定すべく、制御装置２００は、第５リークセンサー１７５から、インタークーラー１４７の下流側において酸素供給経路１４１を通過する空気（供給空気）に含まれる冷媒濃度を読み込み（ステップＳ２００）、供給空気への冷媒混入が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２１０）。供給空気への冷媒混入が検知されれば（ステップＳ２１０：肯定判定）、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、空気供給系１４０のインタークーラー１４７にて起きていることになる。よって、制御装置２００は、ステップＳ２１０での否定判定に続き、冷媒はインタークーラー１４７にてリークしたとして、その旨のデータを保守点検用に記憶すると共に、冷媒はインタークーラー１４７にてリークした旨を報知し（ステップＳ２２０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ステップＳ２１０で冷媒未検知であれば、センサー異常の可能性があるとして一旦本ルーチンの処理を終了する。なお、ステップＳ２１０で冷媒未検知の場合に、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、燃料電池１００に供給された水素ガスとそのアノードオフガスのセル内ガス流路（セル内水素系ガス流路）、或いは空気とそのカソードオフガスのセル内ガス流路（セル内空気系ガス流路）のいずれかで起きている可能性があるとして、その旨報知等するようにしてもよい。

その一方、ステップＳ１９０にて気液分離器１２８にて分離済みの水分への冷媒の混入があると肯定判定した場合、制御装置２００は、ステップＳ１２０で第２リークセンサー１７２から読み込んだ放出経路１４２の放出ガス中の冷媒濃度と、ステップＳ１８０で第４リークセンサー１７４から読み込んだ気液分離器１２８での分離済みの水分中の冷媒濃度とを対比し、両冷媒濃度に有意な相違があるか否かを判定する（ステップＳ２３０）。第４リークセンサー１７４で得られた分離済みの水分中の冷媒濃度は、気液分離器１２８が水素ガスの循環経路１２２に組み込まれている以上、燃料電池１００に供給された空気とそのカソードオフガスのセル内空気系ガス流路での冷媒リークの影響を受けない。よって、セル内空気系ガス流路での冷媒リークがなければ、第２リークセンサー１７２から読み込んだ放出経路１４２の放出ガス中の冷媒濃度と、第４リークセンサー１７４から読み込んだ気液分離器１２８での分離済みの水分中の冷媒濃度とは、ほぼ同じとなり、両冷媒濃度に有意な相違は生じない。ところが、セル内空気系ガス流路で冷媒リークが起きていれば、この冷媒リーク量が第２リークセンサー１７２の検出値に含まれることになり、第２リークセンサー１７２の検出冷媒濃度と第４リークセンサー１７４の検出冷媒濃度とにおいて、有意な相違が生じる。こうしたことに基づいて、ステップＳ２３０において上記の両冷媒濃度に有意な相違はないと否定判定すると、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路において起きたとして、制御装置２００は、冷媒リーク箇所は燃料電池１００のセル内水素系ガス流路である旨のデータを保守点検用に記憶すると共に、冷媒は燃料電池１００のセル内水素系ガス流路でリークを起こした旨を報知し（ステップＳ２４０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。ところで、ステップＳ２３０は、第３リークセンサー１７３にて水素ガスの冷媒への混入が未検知であった場合の処理であることから、ステップＳ２４０で特定した冷媒リーク箇所である燃料電池１００のセル内水素系ガス流路は、アノードオフガスを導く循環経路１２２の近傍の側でのセル内ガス流路となる。アノードオフガスは、そもそも水素濃度が低いので、循環経路１２２の近傍のセル内ガス流路からは、それほど水素ガスが冷却系１６０に混入しないので、第３リークセンサー１７３での水素ガスの冷媒混入検知には関与しない。

その一方、ステップＳ２３０において上記の両冷媒濃度に有意な相違があると肯定判定すると、ステップＳ１１０にて検知された冷媒リークは、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路の他、セル内の空気系ガス流路（以下、セル内空気系ガス流路）においても起きたとして、制御装置２００は、冷媒リーク箇所は燃料電池１００のセル内空気系ガス流路でもある旨のデータを保守点検用に記憶すると共に、冷媒は燃料電池１００のセル内空気系ガス流路でリークを起こした旨を報知し（ステップＳ２５０）、本ルーチンの処理を一旦終了する。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム３０では、冷媒のリークが起きているか否かを第１リークセンサー１７１から得た冷媒タンク１６９における冷媒の水位変化に基づき判定する。その上で、冷媒リークが起きていれば、第２リークセンサー１７２にて、放出経路１４２の放出ガス中の冷媒の濃度検出を行い（ステップＳ１２０）、その検出結果により、冷媒リークが起きた箇所を、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路とセル内空気系ガス流路とを除いた燃料電池１００の外部と特定したり、これらセル内水素系ガス流路或いはセル内空気系ガス流路であると特定できる。よって、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、冷媒リーク箇所の特定に当たり、冷媒タンク１６９における冷媒の水位変化に基づいた第１リークセンサー１７１による冷媒リーク検知と、これに続く放出経路１４２での第２リークセンサー１７２による冷媒の濃度検出を行えば良く、簡便である。そして、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、冷媒リーク箇所の特定に当たり、第１リークセンサー１７１と第２リークセンサー１７２を用いればよいので、機器構成の簡略化やコスト低下を達成できる。また、冷媒リーク箇所を燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路とセル内空気系ガス流路、或いはこれらセル内ガス流路以外に特ができることから、冷媒リークの解消のための保守点検作業も簡便となる。加えて、特定したリーク箇所をデータにて残したり報知するので（ステップＳ１４０／１７０）、作業性も高まる。

本実施形態の燃料電池システム３０では、冷媒リーク箇所を燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路或いはセル内空気系ガス流路と特定した上で、第３リークセンサー１７３にて、冷却系１６０における冷媒に混入した水素ガスの濃度を検出し、水素ガス濃度の検出があると、冷媒リークは、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路において起きたと特定する（ステップＳ１５０−１７０）。冷媒への水素ガス混入は、空気供給系１４０を介しては起きないので、第３リークセンサー１７３を用いることで、冷媒リーク箇所の特定精度を高めることができる。

本実施形態の燃料電池システム３０では、第２リークセンサー１７２から読み込んだ放出経路１４２の放出ガス中の冷媒濃度と、第４リークセンサー１７４から読み込んだ循環経路１２２における気液分離器１２８での分離済みの水分中の冷媒濃度とを対比し、両冷媒濃度に有意な相違がなければ、冷媒リークは、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路において起きたと特定する（ステップＳ２４０）。その一方、両冷媒濃度に有意な相違があれば、冷媒リークは、燃料電池１００におけるセル内水素系ガス流路の他にセル内空気系ガス流路においても起きたと特定する（ステップＳ２５０）。よって、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、冷媒リーク箇所をより高い精度で特定できる。

本実施形態の燃料電池システム３０では、空気供給系１４０にインタークーラー１４７を設けた上で、このインタークーラー１４７の下流側の酸素供給経路１４１において、第５リークセンサー１７５にて冷媒濃度を検出する。そして、第５リークセンサー１７５にて酸素供給経路１４１での冷媒を検出すると、冷媒リークは、インタークーラー１４７において起きたと特定する。よって、本実施形態の燃料電池システム３０によれば、冷媒リーク箇所を特定する対象がインタークーラー１４７を含むよう広がっても、高い精度で冷媒リーク箇所を特定できる。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

上記の実施形態では、燃料電池搭載車両２０に搭載した燃料電池システム３０について説明したが、燃料電池１００を据え置き型とした発電プラントとしての燃料電池システムに適用することもできる。また、冷媒は、エチレングリコールに限らず、他の冷媒を用いてもよい。

２０…燃料電池搭載車両
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０６…電流センサー
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給経路
１２２…循環経路
１２３…放出経路
１２４…開閉バルブ
１２５…減圧バルブ
１２６…水素供給機器
１２７…循環ポンプ
１２８…気液分離器
１２９…開閉バルブ
１３０…コンプレッサ
１４０…空気供給系
１４１…酸素供給経路
１４２…放出経路
１４３…排出流量調整バルブ
１４４…エアークリーナー
１４５…三方弁
１４６…マフラー
１４７…インタークーラー
１５０…ラジエータ
１５２…ファン
１６０…冷却系
１６１…循環経路
１６２…バイパス経路
１６３…三方流量調整弁
１６４…循環ポンプ
１６５…イオン交換器
１６６…バイパス経路
１６７…三方流量調整弁
１６８…温度センサー
１６９…冷媒タンク
１７１…第１リークセンサー
１７２…第２リークセンサー
１７３…第３リークセンサー
１７４…第４リークセンサー
１７５…第５リークセンサー
１８０…アクセル
２００…制御装置
ＦＷ…前輪
ＲＷ…後輪

Claims (4)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料ガスと酸化ガスとの供給とを受けて発電する燃料電池と、
   冷媒を貯留する冷媒タンクから前記燃料電池に冷媒を循環供給して冷却を図る冷却系と、
   前記冷媒タンクにおける冷媒の水位変化に基づいて、冷媒リークの有無を検知する第１リーク検知部と、
   該第１リーク検知部により冷媒リークが検知されると、前記燃料電池から排出されるガスの排出系において前記冷媒の濃度を検出し、冷媒の検出濃度に基づいて、冷媒リークが起きた部位を特定する第２リーク検知部とを備え、
   該第２リーク検知部は、前記排出系での前記冷媒の検出濃度が所定の閾値以下であると、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記燃料ガスまたは前記酸化ガスのガス通過系統を除いた部位にて起きたと特定し、前記排出系での前記冷媒の検出濃度が前記閾値を超えていると、前記燃料ガスまたは前記酸化ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定する
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記第２リーク検知部は、前記冷却系において前記燃料ガスの濃度を検出する第１濃度検出部と、前記燃料電池で未消費の前記燃料ガスが前記燃料電池に循環供給される循環供給系において前記冷媒の濃度を検出する第２濃度検出部の少なくとも一方の濃度検出部を備え、該少なくとも一方の濃度検出部にて濃度検出があると、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記燃料ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定する
   燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記第２リーク検知部は、前記第２濃度検出部を備え、前記第２濃度検出部の検出した前記循環供給系における冷媒濃度と、前記排出系において検出した冷媒濃度とを対比し、該対比結果に基づいて、前記冷媒リークは、前記燃料電池における前記酸化ガスの前記ガス通過系統と前記燃料電池における前記冷媒の通過系統との間で起きたと特定する
   燃料電池システム。
4. 請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記第２リーク検知部は、前記酸化ガスの供給系を通過する前記酸化ガスを前記冷媒にて冷却するよう前記冷却系から分岐して前記供給系を取り囲むインタークーラーの下流側の前記供給系において前記冷媒の濃度を検出する第３濃度検出部を備え、
   前記第２リーク検知部は、該第３濃度検出部での冷媒濃度の検出があると、前記冷媒リークは、前記インタークーラーにおいて起きたと特定する
   燃料電池システム。

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