JP5520503B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池システムに関するものである。

燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数枚積層して燃料電池スタックとするものが知られている。
この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成された燃料ガス流路に燃料ガスとして水素ガス（アノードガス）を供給すると共に、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成された酸化ガス流路に酸化ガスとして空気（カソードガス）を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。

また、燃料電池で発電された電気は、燃料電池に備えられた端子より取り出される仕組みとなっており、前記端子以外からは電気が流れない仕組み（地絡を防止する仕組み）となっている。このような仕組みとしては、例えば、特許文献１に示されるように、燃料電池と、燃料電池を包囲する断熱材との接触を防止するための接触防止部材が設けられ、断熱材と燃料電池との間の短絡等を防止するものがある。

特開２００８−１３０２６１号公報

ところで、上述した燃料電池では、発電を行うと水素と酸素との反応により、燃料電池内に生成水が多量に生成される。また、燃料電池車両に搭載された燃料電池にあっては、燃料電池車両にかかる負荷が変化することで、その変化に伴って燃料電池の発電量も変化する。具体的には、燃料電池車両にかかる負荷が高負荷であれば燃料電池の発電量は多く、低負荷であれば燃料電池の発電量は少ない。また、燃料電池車両が全開走行している場合等では、燃料電池は高負荷で発電が行われるが、燃料電池車両が信号で停止した場合等、減速した場合には燃料電池の発電量が急激に低下する。

ここで、燃料電池車両が常に高負荷状態にある場合には、燃料電池内で生成された生成水は、燃料電池内へ連続的に供給されるガスと共に吹き飛ばされて燃料電池外部に排出される。しかしながら、燃料電池車両が低負荷状態になり、燃料電池の発電量が低下すると、これに伴って燃料電池に供給されるガスの供給量も減少する。これにより、燃料電池に供給される反応ガスと共に排出されていた生成水が、排出されずにガス排出路等に滞留するという課題がある。

そして、燃料電池内に滞留した生成水が、燃料電池と燃料電池の外部に設けられた補機（加湿器やキャッチタンク等）との間を繋げてしまうと、そこから燃料電池が地絡する虞がある。万が一、燃料電池が地絡すると、電気トラブルが生じる可能性がある。

そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、燃料電池スタック内での生成水の滞留を防ぎ、生成水による燃料電池スタックの地絡を防ぐことができる燃料電池システムを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、反応ガスを供給することで発電を行い、グランド（例えば、第一実施形態におけるグランド５０）と非接触な燃料電池スタック（例えば、第一実施形態における燃料電池スタック４０）と、前記反応ガスを前記燃料電池スタックに供給する反応ガス供給手段（例えば、第一実施形態における水素供給システム１５）と、前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを排出する反応ガス排出手段（例えば、第一実施形態におけるアノードオフガスマニホールド４７）と、前記反応ガス排出手段と絶縁された状態で接続され、かつ前記グランドに接続された気液分離器（例えば、第一実施形態におけるキャッチタンク４１）とを備え、前記気液分離器には、前記燃料電池スタックから排出された生成水（例えば、第一実施形態における生成水Ｗ）が収容される燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックと前記グランドとの間の絶縁抵抗値を検出する地絡検出手段（例えば、第一実施形態における地絡センサ３２）と、予め地絡判定値が記憶されている制御部（例えば、第一実施形態における制御部３９）と、前記気液分離器から前記生成水を排出する液体排出手段（例えば、第一実施形態におけるドレインバルブ８１）とを有し、前記制御部は、前記地絡検出手段により検出された絶縁抵抗値と、前記地絡判定値とを比較して前記燃料電池スタックが地絡しているか否かを判定し、前記燃料電池スタックが地絡していると判定された場合、前記気液分離器に滞留する前記生成水が、前記燃料電池スタックと前記気液分離器との間を架け渡しているものとし、前記液体排出手段により前記気液分離器から前記生成水が排出されることを特徴とする。
請求項２に記載した発明は、前記制御部は、前記液体排出手段により前記気液分離器から前記生成水を排出した後、再度前記地絡検出手段により検出された絶縁抵抗値と、前記地絡判定値とを比較して前記燃料電池スタックが地絡しているか否かを判定することを特徴とする。
このように構成することで、気液分離器に生成水が溜まり、地絡検出手段により燃料電池スタックの地絡が検出された際、液体排出手段によって気液分離器に溜まった生成水を外部に排出することができる。つまり、燃料電池スタックが低負荷状態になり発電量が低下し、反応ガスの供給量が低下した場合であっても、燃料電池スタック内に滞留した生成水を除去することができる。

請求項３に記載した発明は、前記反応ガスのパージを行うパージ手段（例えば、第一実施形態におけるパージバルブ８２）を設け、前記地絡検出手段により地絡が検出された際、前記反応ガスのパージを行うことを特徴とする。
このように構成することで、例えば、液体排出手段によって排出しきれなかった生成水を反応ガスのパージを行うことで外部に吹き飛ばすことができる。

請求項４に記載した発明は、前記地絡検出手段により地絡が検出された際、前記反応ガス供給手段から供給される反応ガスの増量を行う反応ガス増量手段（例えば、第二実施形態におけるバルブ９２）を有することを特徴とする。
このように構成することで、増量された反応ガスにより燃料電池スタック内に滞留した生成水が吹き飛ばされるように燃料電池スタックの外部へ排出される。

請求項１に記載した発明によれば、気液分離器に生成水（液体）が溜まり、地絡検出手段により燃料電池スタックの地絡が検出された際、液体排出手段によって気液分離器に溜まった生成水を外部に排出することができる。つまり、燃料電池スタックが低負荷状態になり発電量が低下し、反応ガスの供給量が低下した場合であっても、燃料電池スタック内に滞留した生成水を除去することができる。このため、燃料電池スタックの発電量の低下等に伴う燃料電池スタック内での生成水の滞留を防ぎ、生成水による燃料電池スタックの地絡を防ぐことができる。また、燃料電池スタック内での生成水の滞留による各セル間の電食、および漏電を防ぐことができる。

請求項２に記載した発明によれば、例えば、液体排出手段によって排出しきれなかった生成水を反応ガスのパージを行うことで外部に吹き飛ばすことができる。このため、より確実に生成水による燃料電池スタックの地絡を防ぐことができ、燃料電池スタック内での生成水の滞留による各セル間の電食、および漏電を防ぐことができる。

請求項３に記載した発明によれば、増量された反応ガスにより燃料電池スタック内に滞留した生成水が吹き飛ばされるように燃料電池スタックの外部へ排出される。このため、さらに確実に生成水による燃料電池スタックの地絡を防ぐことができ、燃料電池スタック内での生成水の滞留による各セル間の電食、および漏電を防ぐことができる。

本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。 本発明の実施形態における燃料電池のセルの縦断面図である。 本発明の第一実施形態における燃料電池システムの機能ブロック図である。 本発明の第一実施形態における燃料電池システムのフローチャートである。 本発明の第二実施形態における燃料電池システムの機能ブロック図である。 本発明の第二実施形態における燃料電池システムのフローチャートである。

（第一実施形態）
次に、この発明の第一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
（燃料電池）
図１、図２に示すように、燃料電池システム１００は燃料電池車両（不図示）に搭載されたものであって、燃料電池スタック４０を有する燃料電池１と、燃料電池スタック４０から排出される生成水Ｗを収容するキャッチタンク（気液分離器）４１とを備え、パージしたアノードオフガスを使用済み反応ガスで希釈する希釈ＢＯＸ３０が接続されている。
燃料電池スタック４０は、板状に形成された単位燃料電池（以下、セルという）５５を多数積層して電気的に直列接続されたものである。

燃料電池スタック４０には、セル５５の積層方向両端に集電板５９ａ，５９ｂと、集電板５９ａ，５９ｂよりも外側に配置されたインシュレータ４２ａ，４２ｂと、インシュレータ４２ａ，４２ｂよりも外側に配置されたエンドプレート４３ａ，４３ｂとが設けられている。すなわち、多数のセル５５は、その積層方向の両端部において、集電板５９ａ，５９ｂ、およびインシュレータ４２ａ，４２ｂを間に挟んでエンドプレート４３ａ，４３ｂに挟持された状態になっている。

セル５５は、例えば、ペルフルオロスルホン酸ポリマー（登録商標「ナフィオン」）等の固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜５１をアノード５２とカソード５３とで両側から挟み込み、さらにその外側を一対のセパレータ５４ａ，５４ｂで挟持して形成される。また、各セル５５は、燃料ガスとしてアノードガス（水素）が流通するアノードガス通路５６と、酸化ガスとして酸素を含むカソードガス（空気）が流通するカソードガス通路５７と、冷却液が供給される冷却液通路５８とを備えている。

そして、アノード５２で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜５１を透過してカソード５３まで移動し、カソード５３で酸素と電気化学反応を起こして発電する。この発電に伴う発熱により燃料電池１が所定温度を越えないように、冷却液通路５８を流れる冷却液で熱を奪い冷却するようになっている。

ここで、アノードガス通路５６は、燃料電池スタック４０に形成されたアノードガスマニホールド６２に連通している。アノードガスマニホールド６２は、各セル５５の厚さ方向（積層方向）に貫通形成されたアノードガス導入口６１が相互に連結してなるものである。
また、２つの集電板５９ａ，５９ｂのうちの一方の集電板５９ａ、２つのインシュレータ４２ａ，４２ｂのうちの一方のインシュレータ４２ａ、および２つのエンドプレート４３ａ，４３ｂのうちの一方のエンドプレート４３ａには、セル５５のアノードガス導入口５６ａに対応する位置に、それぞれアノードガス導入口６３，６４，６５が形成されている。そして、これらアノードガス導入口６３〜６５、およびアノードガスマニホールド６２を介して、後述の水素供給システム１５（図３参照）から各セル５５のアノードガス通路５６にアノードガスが導入されるようになっている。

一方、カソードガス通路５７は、燃料電池スタック４０に形成された不図示のカソードガスマニホールドに連通している。カソードガスマニホールドは、各セル５５の厚さ方向（積層方向）に貫通形成された不図示のカソードガス導入口が相互に連結してなるものである。
また、それぞれ一方の集電板５９ａ、インシュレータ４２ａ、およびエンドプレート４３ａには、カソードガス導入口に対応する位置に、不図示のカソードガス導入口が形成されており、これらカソードガス導入口、およびカソードガスマニホールドを介して後述のエア供給システム７（図３参照）から各セル５５のカソードガス通路５７にカソードガスが導入されるようになっている。

さらに、各セル５５と、一方の集電板５９ａ、インシュレータ４２ａ、およびエンドプレート４３ａとには、発電に供されたカソードオフガスを排出するカソードオフガスマニホールド（不図示）や、冷却液を排出する冷却液排出マニホールドが形成されている。
また、燃料電池スタック４０には、アノードオフガスマニホールド４７が形成されている。このアノードオフガスマニホールド４７は、各セル５５の厚さ方向（積層方向）に貫通形成されたアノードオフガス排出口４４が相互に連結してなるものである。一方の集電板５９ａ、インシュレータ４２ａ、およびエンドプレート４３ａにもそれぞれセル５５のアノードオフガス排出口４４に対応する位置に、アノードオフガス排出口６６，６７，６８が形成されている。

アノードオフガスマニホールド４７（アノードオフガス排出口６６〜６８）の下流側、すなわち一方のエンドプレート４３ａを間に挟んでセル５５の反対側には、燃料電池スタック４０から排出された生成水Ｗを収容するためのキャッチタンク４１が配置されている。キャッチタンク４１は、箱型形状のものであり、キャッチタンク４１内に所定量の生成水Ｗが溜まると、生成水を外部へ排出するようになっている。キャッチタンク４１とエンドプレート４３ａとの間には、これら４１，４３ａを連結する略円筒形状の中間ジョイント４８が連結されている。

また、キャッチタンク４１には、ドレイン流路７１を介して希釈ＢＯＸ３０が連結されている。つまり、燃料電池スタック４０からアノードオフガスマニホールド４７を流通するアノードオフガスや生成水Ｗが、中間ジョイント４８、およびキャッチタンク４１を経て希釈ＢＯＸ３０に排出され、この希釈ＢＯＸ３０から外部に排出される。
さらに、キャッチタンク４１には、アノード５２から発電に使用されなかったアノードオフガスを再びアノードガス導入口６１へと戻すためのアノードオフガス循環路１８が連結されている。このアノードオフガス循環路１８と希釈ＢＯＸ３０は、アノードオフガス排出路２２を介して互いに連結されている。

ドレイン流路７１の途中には、ドレインバルブ８１が設けられている一方、アノードオフガス排出路２２の途中には、パージバルブ８２が設けられている。ドレインバルブ８１は、これを開閉することによって、キャッチタンク４１に溜まった生成水Ｗの希釈ＢＯＸ３０への排出／停止を行う。また、パージバルブ８２は、これを開閉することによって、アノードオフガスのパージ／停止を行う。なお、キャッチタンク４１はグランド５０に接続されており、燃料電池１の接地が行われている。

（燃料電池システム）
次に、図１、図３に基づいて、より詳しく燃料電池システム１００について説明する。
図１、図３に示すように、燃料電池システム１００は、アノードガスが貯留され、燃料電池１に向けてアノードガスを供給する水素供給システム１５を備えている。この水素供給システム１５は、アノードガス供給路１７を介して、アノードガスマニホールド６２に接続されている。アノードガス供給路１７には、水素供給システム１５と燃料電池１との間に、アノードガスを所定圧力に減圧する減圧弁（不図示）と、アノードオフガスをアノードガス供給路１７に合流させるエゼクタ１９とが設けられている。

一方、キャッチタンク４１に一端が連結されているアノードオフガス循環路１８は、この他端がエゼクタ１９に連結されている。これにより、アノードオフガスは、アノードオフガスマニホールド４７、キャッチタンク４１、およびアノードオフガス循環路１８に流通してエゼクタ１９に吸引され、再び燃料電池１のアノードガス供給路１７に供給される。

また、アノードオフガスは、アノードオフガス循環路１８から分岐するアノードオフガス排出路２２に流通して希釈ＢＯＸ３０へパージされる。アノードオフガス排出路２２の途中には、パージバルブ８２が設けられているので、必要に応じてパージバルブ８２が開閉し、アノードオフガスの一部を希釈ＢＯＸにパージしたり、停止したりする。
より具体的には、希釈ＢＯＸ３０からの排出部には、水素センサ３３が設けられており、この水素センサ３３の検出結果に基づいて、燃料電池１を循環するアノードガス中の不純物（水分や窒素等）の濃度が高い判断されたなど、必要に応じてパージバルブ８２を開放してアノードオフガスを排出する。

また、燃料電池システム１００は、カソードガスである空気を所定圧力に加圧するスーパーチャージャー等のエア供給システム（反応ガス供給手段及び反応ガス増量手段）７を備えている。このエア供給システム７には、エア供給システム７から燃料電池１にカソードガスを供給するためのカソードガス供給路８が接続されている。
このカソードガス供給路８は、エア供給システム７から加湿器３１を経てカソードガスマニホールド（不図示）に接続されている。また、カソードオフガスマニホールド（不図示）には、カソードオフガス排出路９が接続されている。そして、カソードオフガス排出路９は、加湿器３１を経て希釈ＢＯＸ３０に接続されている。

加湿器３１には、カソードガス供給路８とカソードオフガス排出路９とが接続されており、燃料電池１の反応後に燃料電池１から排出されるカソードオフガスを加湿ガスとして用い、燃料電池１の反応に使用されるカソードガスを加湿するようになっている。そして、加湿器３１を流通したカソードオフガスは、さらにカソードオフガス排出路９に流通されて希釈ＢＯＸ３０に排出される。

また、燃料電池システム１００は、生成水Ｗによる地絡を検出するための地絡センサ３２を備えている。この地絡センサ３２は、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値を常時モニタリングしているものであり、モニタリングの結果を抵抗値検出信号として制御部３９に向けて出力している。

ここで、燃料電池システム１００は、燃料電池システム１００を統括的に制御するための制御部３９を備えている。例えば、制御部３９には、燃料電池１が地絡する虞のある絶縁抵抗値の閾値（以下、地絡判定値Ｒという）が記憶されており、この地絡判定値Ｒと地絡センサ３２から出力された抵抗値検出信号とを比較する。これにより、燃料電池１が地絡したか否かが検出できるようになっている。

そして、制御部３９は、燃料電池１が地絡していると判断した場合、ドレインバルブ８１を開放する開信号を出力し、この開信号に基づいてドレインバルブ８１が開放される。
また、制御部３９は、ドレインバルブ８１を開放した後、さらに地絡が検出されている場合には、生成水Ｗの滞留以外を原因として地絡が発生しているフェール状態であると判定するフェール判定部を備えている。

（地絡検出方法）
次に、図１に基づいて本実施形態の地絡検出方法について説明する。まず始めに、燃料電池の地絡の発生原因について説明する。
図１に示すように、燃料電池１では、発電を行うとアノードガスとカソードガスとの反応により、燃料電池１内に生成水Ｗが多量に生成される。生成された生成水Ｗは、アノードオフガスと共に各セル５５のアノードガス通路５６を流通してアノードオフガスマニホールド４７に排出される。アノードオフガスマニホールド４７に排出された生成水Ｗは、中間ジョイント４８内を流通してキャッチタンク４１内に排出される。そして、生成水Ｗがキャッチタンク４１内に所定量溜まると、生成水Ｗが燃料電池１の外部へ排出されるようになっている。

ここで、燃料電池車両が高負荷状態にある場合には、燃料電池１内で生成された生成水Ｗは、燃料電池１内からアノードオフガスマニホールド４７へ連続的に排出されるアノードオフガスと共にキャッチタンク４１に向けて吹き飛ばされるように排出される。
一方、燃料電池車両が高負荷状態から低負荷状態に低下した場合（発電量が低下した場合）には、負荷の低下に伴い水素供給システム１５から燃料電池１に供給されるアノードガスの供給量が減少するため、アノードオフガスマニホールド４７から排出されるアノードオフガスの排出量も減少する。

これに加え、カソード５３側で生成された生成水Ｗが固体高分子電解質膜５１を透過し、アノード５２側へ伝ってキャッチタンク４１内に排出された場合、カソードオフガスの排出量の制御ではキャッチタンク４１に溜まった生成水Ｗを外部に吹き飛ばすことが困難である。
これにより、燃料電池１に供給されるカソードオフガスと共に排出されていた生成水Ｗが、排出されずにアノードオフガスマニホールド４７、中間ジョイント４８、およびキャッチタンク４１内等に滞留する。

この時、生成水Ｗが燃料電池スタック４０とキャッチタンク４１との間を架け渡すことになり、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が減少する。この結果、燃料電池１が地絡する。万が一、燃料電池１が地絡すると、燃料電池１に過剰電流が流れる等、電気トラブルが生じる可能性がある。また、生成水Ｗがアノードオフガスマニホールド４７内に滞留すると、各セル５５間において電食や漏電が生じる虞もある。このような場合、ドレインバルブ８１などを開放してキャッチタンク４１に溜まった生成水を希釈ＢＯＸ３０へと排出するようになっている。より詳しく、以下に説明する。

（作用）
次に、図４に基づいて、燃料電池システム１００の作用について説明する。
まず、燃料電池システム１００は、地絡センサ３２によりグランド５０と燃料電池１（高電圧部）との間の絶縁抵抗値を常時モニタリングする（ＳＴ１１）。そして、地絡センサ３２は、モニタリングにより得られた結果を抵抗値検出信号として、制御部３９に向けて出力する。

次に、制御部３９は、地絡センサ３２により出力された抵抗値検出信号と、制御部３９に記憶された地絡判定値Ｒとを比較して、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより低いか否かを判定する（ＳＴ１２）。
ＳＴ１２における判断が「Ｎｏ」、つまり、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒよりも高い場合、燃料電池１は地絡していないと判断する。そして、ＳＴ１１に戻り、地絡センサ３２による絶縁抵抗値のモニタリングを継続する。

一方、ＳＴ１２における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒ以下の場合、制御部３９は燃料電池１が地絡したと判断する。すると、制御部３９は、ドレインバルブ８１を開放する開信号を出力し、この開信号に基づいて、ドレインバルブ８１が所定のインターバルをあけて、または所定時間連続で開放される（ＳＴ１３）。

これにより、キャッチタンク４１に溜まった生成水Ｗが希釈ＢＯＸ３０へと排出されると共に、アノードオフガスマニホールド４７から中間ジョイント４８内に至る間に滞留した生成水Ｗも除去され、絶縁抵抗値が回復する。なお、所定のインターバル、および所定時間は、絶縁抵抗値が回復するために充分な時間に設定されている。そして、所定のインターバル、または所定時間経過後、ドレインバルブ８１を閉鎖する。

ところで、燃料電池１の地絡の原因が生成水Ｗの滞留によるものである場合、ＳＴ１３においてドレインバルブ８１を所定のインターバルをあけて、または所定時間連続で開放することで生成水Ｗを除去する。これにより、グランド５０と燃料電池１との絶縁抵抗値が上昇し、地絡を回復させることができる。
しかしながら、地絡の原因が生成水Ｗの滞留（キャッチタンク４１内に生成水Ｗが貯留している）によるものではない場合、例えば、燃料電池１内における電気配線の短絡等、他の原因がある場合には、生成水Ｗが除去されても絶縁抵抗値は回復せずに地絡した状態が維持される。

そこで、ドレインバルブ８１を所定のインターバル、または所定時間開放し、その後閉鎖すると、再び制御部３９によりグランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより高いか否かを判断する（ＳＴ１４）。なお、この場合の地絡判定値Ｒは、ＳＴ１２における地絡判定値Ｒと同値に設定してもよいが、ＳＴ１２における地絡判定値Ｒより若干高く設定すれば制御を安定させることができる。

ＳＴ１４における判断が「Ｎｏ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒ以下の場合、生成水Ｗを除去しても地絡が回復していないと判断する。このため、フェール判定部により燃料電池１がフェール状態にあると判定して、ＳＴ１５に進む。
一方、ＳＴ１４における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒよりも高い場合、生成水Ｗが除去されることで絶縁抵抗値が回復したと判断し、処理を終了する。なお、絶縁抵抗値が回復後、再びが低下した場合には、上述のフローを繰り返す。

したがって、上述の第一実施形態によれば、キャッチタンク４１や中間ジョイント４８などに生成水Ｗが溜まり、地絡センサ３２により燃料電池１が地絡したと判断された際、ドレインバルブ８１を開放することによって、生成水Ｗを外部に排出することができる。つまり、燃料電池スタック４０が低負荷状態になり発電量が低下し、カソードガスの供給量が低下した場合であっても、燃料電池スタック４０内に滞留した生成水Ｗを除去することができる。このため、燃料電池スタック４０の発電量の低下やカソード５３側で生成された生成水Ｗがアノード５２側へ伝ってキャッチタンク４１内に排出された場合であっても燃料電池１の地絡を防止することができる。また、燃料電池スタック４０内での生成水Ｗの滞留による各セル５５間の電食、および漏電を防ぐことができる。

（第二実施形態）
次に、この発明の第二実施形態を図１を援用し、図５、図６に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
この第二実施形態において、燃料電池システム１０１は、燃料電池スタック４０を有する燃料電池１と、燃料電池スタック４０から排出される生成水Ｗを収容するキャッチタンク（気液分離器）４１とを備え、パージしたアノードオフガスを使用済み反応ガスで希釈する希釈ＢＯＸ３０が接続されている点、水素供給システム１５を有し、これと燃料電池１との間にエゼクタ１９が設けられている点、エア供給システム７を有し、これと燃料電池１との間に加湿器３１が設けられている点等の基本的接続構成は前記第一実施形態と同様である。
ここで、第二実施形態の燃料電池システム１０１は、加湿器３１と燃料電池１との間にバルブ９２が設けられており、カソードガスの流量を調整することができるようになっている。

（作用）
次に、図１、図６に基づいて、燃料電池システム１０１の作用について説明する。なお、以下の説明において、前記第一実施形態と同様のフローについては説明を省略する。
同図に示すように、まず、燃料電池システム１００は、地絡センサ３２によりグランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値を常時モニタリングする（ＳＴ２１）。
そして、グランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより低いか否かを判定する（ＳＴ２２）。

ＳＴ２２における判断が「Ｎｏ」の場合、燃料電池１は地絡していないと判断し、ＳＴ２１に戻り、地絡センサ３２による絶縁抵抗値のモニタリングを継続する。
一方、ＳＴ２２における判断が「Ｙｅｓ」の場合、制御部３９は燃料電池１が地絡したと判断し、ドレインバルブ８１が所定のインターバルをあけて、または所定時間連続で開放される（ＳＴ２３）。

ドレインバルブ８１を所定のインターバル、または所定時間開放し、その後閉鎖すると、再び制御部３９によりグランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより高いか否かを判断する（ＳＴ２４）。
ＳＴ２４における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒよりも高い場合、生成水Ｗが除去されることで絶縁抵抗値が回復したと判断し、処理を終了する。

一方、ＳＴ２４における判断が「Ｎｏ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒ以下の場合、生成水Ｗを除去しても地絡が回復していないと判断する。すると、制御部３９は、パージバルブ８２を開放する開信号を出力し、この開信号に基づいて、パージバルブ８２が所定時間開放される（ＳＴ２５）。
これにより、キャッチタンク４１や燃料電池スタック４０内に溜まった生成水Ｗがパージされたアノードオフガスと共に吹き飛ばされて希釈ＢＯＸ３０へと排出される（図１における矢印Ｙ１参照）。

パージバルブ８２を所定時間開放し、その後閉鎖すると、再び制御部３９によりグランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより高いか否かを判断する（ＳＴ２６）。
ＳＴ２６における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒよりも高い場合、生成水Ｗが除去されることで絶縁抵抗値が回復したと判断し、処理を終了する。

一方、ＳＴ２６における判断が「Ｎｏ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒ以下の場合、生成水Ｗを除去しても地絡が回復していないと判断する。すると、制御部３９は、バルブ９２に向けてエア制御信号を出力し、このエア制御信号に基づいて、バルブ９２の開度が所定のインターバルをあけて、または所定時間連続で大きくなる（ＳＴ２７）。これにより、カソード５３側に供給されるカソードガスの量が増量される。
なお、カソードガスを増量させる方法としては、制御部３９によってバルブ９２の開閉制御を行う他に、制御部３９によってスーパーチャージャーの制御を行って空気を所定圧力に加圧する方法としてもよい。

増量されたカソードガスは、カソードガス供給路８内を流通し、加湿器３１を経て燃料電池スタック４０内に供給される。そして、燃料電池スタック４０内を流通したカソードガスは、カソードオフガスとなってカソードガス通路５７からカソードオフガスマニホールド（不図示）に排出される。

ここで、カソードオフガスマニホールド（不図示）に排出されたカソードオフガスは、カソードオフガス排出路９を流通して加湿器３１に排出される。このとき、カソードオフガスマニホールド（不図示）に溜まった生成水Ｗがカソードオフガスと共に吹き飛ばされる。燃料電池スタック４０の発電に伴う生成水Ｗは、主にカソードオフガスマニホールド（不図示）に滞留するが、固体高分子電解質膜５１を透過してアノードオフガスマニホールド４７側に拡散するので、カソードオフガスマニホールド（不図示）に溜まった生成水Ｗ吹き飛ばすことによって結果的に燃料電池スタック４０内に溜まった生成水Ｗを除去できる。

続いて、バルブ９２の開度を所定のインターバルをあけて、または所定時間連続で大きくさせ、その後、所定の開度に戻すと、再び制御部３９によりグランド５０と燃料電池１との間の絶縁抵抗値が、地絡判定値Ｒより高いか否かを判断する（ＳＴ２８）。

ＳＴ２８における判断が「Ｎｏ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒ以下の場合、生成水Ｗを除去しても地絡が回復していないと判断する。このため、フェール判定部により燃料電池１がフェール状態にあると判定して、ＳＴ２９に進む。
一方、ＳＴ２８における判断が「Ｙｅｓ」、つまり、絶縁抵抗値が地絡判定値Ｒよりも高い場合、生成水Ｗが除去されることで絶縁抵抗値が回復したと判断し、処理を終了する。

したがって、上述の第二実施形態によれば、ドレインバルブ８１によって排出しきれなかった生成水Ｗをアノードオフガスをパージすることで外部に吹き飛ばすことができる。このため、より確実に生成水Ｗによる燃料電池１の地絡を防ぐことができ、燃料電池スタック４０内での生成水Ｗの滞留による各セル５５間の電食、および漏電を防ぐことができる。
また、増量されたカソードガスを利用し、カソードオフガスマニホールド（不図示）に溜まった生成水Ｗ吹き飛ばすことによって、燃料電池スタック４０内に溜まった生成水Ｗをより確実に除去できる。
なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。

１…燃料電池 ７…エア供給システム（反応ガス供給手段） ９…カソードオフガス排出路（反応ガス排出手段） １５…水素供給システム（反応ガス供給手段） １８…アノードオフガス循環路 ２２…アノードオフガス排出路（反応ガス供給手段） ３２…地絡センサ（地絡検出手段） ３９…制御部 ４０…燃料電池スタック ４１…キャッチタンク（気液分離器） ４４…アノードオフガス排出口（反応ガス排出手段） ４７…アノードオフガスマニホールド（反応ガス排出手段） ５０…グランド ８１…ドレインバルブ（液体排出手段） ８２…パージバルブ（パージ手段） ９２…バルブ（反応ガス増量手段） １００，１０１…燃料電池システム Ｗ…生成水

Claims (4)

1. 反応ガスを供給することで発電を行い、グランドと非接触な燃料電池スタックと、
   前記反応ガスを前記燃料電池スタックに供給する反応ガス供給手段と、
   前記燃料電池スタック内の前記反応ガスを排出する反応ガス排出手段と、
   前記反応ガス排出手段と絶縁された状態で接続され、かつ前記グランドに接続された気液分離器とを備え、
   前記気液分離器には、前記燃料電池スタックから排出された生成水が収容される燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池スタックと前記グランドとの間の絶縁抵抗値を検出する地絡検出手段と、
   予め地絡判定値が記憶されている制御部と、
   前記気液分離器から前記生成水を排出する液体排出手段とを有し、
   前記制御部は、前記地絡検出手段により検出された絶縁抵抗値と、前記地絡判定値とを比較して前記燃料電池スタックが地絡しているか否かを判定し、
   前記燃料電池スタックが地絡していると判定された場合、前記気液分離器に滞留する前記生成水が、前記燃料電池スタックと前記気液分離器との間を架け渡しているものとし、前記液体排出手段により前記気液分離器から前記生成水が排出されることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御部は、前記液体排出手段により前記気液分離器から前記生成水を排出した後、再度前記地絡検出手段により検出された絶縁抵抗値と、前記地絡判定値とを比較して前記燃料電池スタックが地絡しているか否かを判定す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。
3. 前記反応ガスのパージを行うパージ手段を設け、
   前記地絡検出手段により地絡が検出された際、前記反応ガスのパージを行う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。
4. 前記地絡検出手段により地絡が検出された際、前記反応ガス供給手段から供給される反応ガスの増量を行う反応ガス増量手段を有することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の燃料電池システム。

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