CN116742060A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，所述燃料电池系统(10)基于由设置于发电单电池(22)内的第一湿度传感器(102)检测的阴极气体的湿度、由设置于发电单电池(22)内的第二湿度传感器(104)检测的阳极气体的湿度，来判定阳极气体和阴极气体是否处于结露状态，并且对被判定为处于结露状态的气体的含水量进行调整。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统通过向燃料电池堆供给阳极气体(氢气)和阴极气体(氧气)，来使燃料电池堆进行发电。燃料电池堆通过阳极气体与阴极气体的电化学反应来进行发电。
在专利文献1公开了燃料电池系统的运转方法。在该运转方法中，估计燃料电池堆(燃料电池)内的水分量，并且基于其估计结果来执行扫气处理。在扫气处理中，在点火装置关断时，用于扫气的气体被供给到燃料电池堆。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-35389号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在上述的运转方法中，估计燃料电池堆内的水分量。在估计水分量与燃料电池堆内的水分量的差异大的情况下，无法减少燃料电池堆内的水分。
本发明的目的在于解决上述问题。
用于解决问题的方案
本发明的一方面涉及燃料电池系统，其对供给到燃料电池堆的阴极气体和阳极气体的含水量进行调整，所述燃料电池堆具有层叠的多个发电单电池，在所述燃料电池系统中，具备：第一湿度传感器，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阴极气体的湿度；第二湿度传感器，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阳极气体的湿度；以及控制装置，其基于由所述第一湿度传感器检测的所述阴极气体的湿度、由所述第二湿度传感器检测的所述阳极气体的湿度，来判定所述阳极气体和所述阴极气体是否处于结露状态，并且使被判定为处于结露状态的气体的含水量降低。
发明的效果
根据本发明的一方面，在发电单电池的内部设置有湿度传感器，因此能够准确地检测发电单电池的水分量。另外，根据本发明的一方面，通过使被判定为处于结露状态的气体的含水量降低，即使在点火装置接通时，也能够抑制液态水贮存于发电单电池的内部。这样，能够减少燃料电池堆内的水的贮存量。
从参照附图并说明的以下实施方式的说明中能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示出第一实施方式涉及的燃料电池系统的结构的概略图。
图2是发电单电池的概略剖视图。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。
图4是示出第一隔片的图。
图5是示出第二隔片的图。
图6是示出第二实施方式涉及的第一湿度传感器和第二湿度传感器的设置部位的图。
具体实施方式
〔第一实施方式〕
图1是示出第一实施方式涉及的燃料电池系统10的结构的概略图。燃料电池系统10搭载于移动体。作为移动体，例如可举出车辆、潜水艇、宇宙飞船、船舶、航空器、机器人等。车辆既可以是四轮车(汽车)，也可以是两轮车或者三轮车。
燃料电池系统10具备燃料电池堆12、阴极气体供给装置14、阳极气体供给装置16、制冷剂供给装置18以及控制装置20。
燃料电池堆12收容多个发电单电池22。多个发电单电池22层叠而形成层叠体。各发电单电池22通过阴极气体与阳极气体的电化学反应来进行发电。阴极气体是空气等含氧的氧化剂气体，阳极气体是含氢等的燃料气体。
在燃料电池堆12设置有：用于输入阴极气体的阴极气体输入部12-1；以及用于输出阴极气体的阴极气体输出部12-2。另外，在燃料电池堆12设置有：用于输入阳极气体的阳极气体输入部12-3；以及用于输出阳极气体的阳极气体输出部12-4。还有，在燃料电池堆12设置有：用于输入制冷剂的制冷剂输入部12-5；以及用于输出制冷剂的制冷剂输出部12-6。制冷剂如果是作为对由燃料电池堆12产生的热进行冷却的介质而使用的物质，则既可以是液体，也可以是气体。
阴极气体供给装置14将阴极气体供给到燃料电池堆12。阴极气体供给装置14具有阴极供给路24、阴极排出路26、阴极泵28以及加湿器30。
阴极供给路24的一端连接于阴极泵28，阴极供给路24的另一端连接于燃料电池堆12的阴极气体输入部12-1。在阴极供给路24流动的阴极气体被供给到各发电单电池22。
阴极排出路26的一端连接于阴极气体输出部12-2，阴极排出路26的另一端向大气开放。从各发电单电池22流出的阴极气体被排出到阴极排出路26。
阴极泵28向阴极供给路24供给阴极气体。阴极泵28构成为能够调整阴极气体的供给量。阴极泵28对阴极气体的供给量由控制装置20控制。
加湿器30用从阴极排出路26回收的水分，来对在阴极供给路24流动的阴极气体进行加湿。加湿器30构成为能够调整阴极气体的加湿量。阴极气体的加湿量由控制装置20控制。
例如，加湿器30包括：回收部，其配置在阴极排出路26上；加湿部，其配置在阴极供给路24上；迂回路径，其绕过加湿部；以及开闭阀，其设置于迂回路径。加湿部从由回收部回收的水分来生成水蒸气，并将所生成的水蒸气投入到阴极供给路24。迂回路径从阴极供给路24中的比加湿部靠近阴极泵28处分支，并且与阴极供给路24中的比加湿部靠近燃料电池堆12处连接，而且不经由加湿部。在该情况下，加湿器30能够根据开闭阀的开度对供给到加湿部的阴极气体量进行调整，从而调整阴极气体的加湿量。开闭阀的开度由控制装置20控制。
阳极气体供给装置16将阳极气体供给到燃料电池堆12，并回收从燃料电池堆12排出的阳极气体。阳极气体供给装置16具有循环路32、吹扫路34、阳极气体罐36、循环泵38、引射器40以及排出阀42。
循环路32的一端连接于燃料电池堆12的阳极气体输入部12-3，循环路32的另一端连接于燃料电池堆12的阳极气体输出部12-4。从阳极气体输入部12-3流入的阳极气体被供给到各发电单电池22。从各发电单电池22流出的阳极气体从阳极气体输出部12-4被排出到循环路32。在循环路32设置有循环泵38。在循环路32中的循环泵38与阳极气体输入部12-3之间设置有引射器40。
吹扫路34从循环路32中的阳极气体输出部12-4与循环泵38之间处分支。在吹扫路34设置有排出阀42。
阳极气体罐36贮存阳极气体。另外，阳极气体罐36构成为，能够将阳极气体供给到循环路32，并且能够调整阳极气体的供给量。阳极气体的供给量由控制装置20控制。
例如，阳极气体罐36具有：阳极气体供给路，其与循环路32和阳极气体罐36连接；以及调速阀，其设置在阳极气体供给路上。在该情况下，通过调速阀对流量进行调整，能够调整阳极气体罐36供给阳极气体的供给量。调速阀由控制装置20控制。
循环泵38将从燃料电池堆12经由循环路32排出的阳极气体供给到引射器40。循环泵38供给阳极气体的供给量能够调整。循环泵38供给阳极气体的供给量由控制装置20控制。
引射器40将从阳极气体罐36或者循环泵38供给的阳极气体供给到燃料电池堆12。
排出阀42构成为能够开闭。在排出阀42打开了的状态下，从燃料电池堆12排出到循环路32的阳极气体流到吹扫路34。相反地，在排出阀42关闭的状态下，从燃料电池堆12排出到循环路32的阳极气体流到循环泵38。排出阀42的开闭由控制装置20控制。
制冷剂供给装置18对燃料电池堆12进行冷却。制冷剂供给装置18具有制冷剂供给路44、制冷剂排出路46以及冷却器48。
制冷剂供给路44的一端连接于冷却器48，制冷剂供给路44的另一端连接于制冷剂输入部12-5。在制冷剂供给路44流动的制冷剂被供给到各发电单电池22之间。
制冷剂排出路46的一端连接于制冷剂输出部12-6，制冷剂排出路46的另一端连接于冷却器48。在各发电单电池22之间流动的制冷剂从制冷剂输出部12-6流出到制冷剂排出路46。
冷却器48对从燃料电池堆12经由制冷剂排出路46供给的制冷剂进行冷却，并将冷却了的制冷剂经由制冷剂供给路44供给到燃料电池堆12。冷却器48构成为能够对供给到燃料电池堆12的制冷剂的温度进行调整。制冷剂的温度由控制装置20控制。
例如，冷却器48包括：散热器，其设置在制冷剂排出路46与制冷剂供给路44之间；散热器迂回路，其绕过散热器；以及开闭阀，其设置于散热器迂回路。散热器对经由制冷剂排出路46所供给的制冷剂进行冷却，并使冷却了的制冷剂制流到制冷剂供给路44。散热器迂回路从制冷剂排出路46中的比散热器靠近燃料电池堆12处分支，并且与制冷剂供给路44中的比散热器靠近燃料电池堆12处连接，而且不经由散热器。在该情况下，冷却器48能够根据开闭阀的开度来对供给到散热器的制冷剂量进行调整，从而调整制冷剂的温度。开闭阀的开度由控制装置20控制。
控制装置20总括性地对燃料电池系统10整体进行控制。控制装置20能够执行用于由燃料电池堆12进行发电的发电动作。例如在从输入装置(未图示)给出发电执行指令的情况下，控制装置20执行发电动作。在该情况下，控制装置20将电流供给到各发电单电池22。还有，控制装置20控制阴极气体供给装置14来向燃料电池堆12供给阴极气体，并且控制阳极气体供给装置16来向燃料电池堆12供给阳极气体。
图2是发电单电池22的概略剖视图。发电单电池22是固体高分子型燃料电池。发电单电池22具有膜电极结构体50和隔件52。以下，将膜电极结构体50称为MEA 50。隔件52具有第一隔片54和第二隔片56。第一隔片54和第二隔片56接合由此形成隔件52。隔件52夹持MEA50。
图3是沿着图2的III-III线的剖视图。MEA 50具有电解质膜58、阳极催化剂层60、阳极扩散层62、阴极催化剂层64、阴极扩散层66以及外框膜68(参照图2)。
电解质膜58由固体高分子电解质膜等构成。阳极催化剂层60设置于电解质膜58的一方的表面。阳极扩散层62设置于阳极催化剂层60的与朝向电解质膜58的表面相反侧的表面。阴极催化剂层64设置于电解质膜58的另一方的表面。阴极扩散层66设置于阴极催化剂层64的与朝向电解质膜58的表面相反侧的表面。
外框膜68(图2)是成为MEA 50的外框的构件。外框膜68也可以是电解质膜58(参照图2)。在该情况下，电解质膜58形成为从阳极催化剂层60、阳极扩散层62、阴极催化剂层64以及阴极扩散层66向外侧突出。外框膜68也可以是树脂膜(未图示)。在该情况下，树脂膜可以连接于电解质膜58的外周部，也可以被阳极催化剂层60的外周部与阴极催化剂层64的外周部夹持。
图4是示出第一隔片54的图。第一隔片54具有阴极入口孔70、阴极出口孔72、阳极入口孔74以及阳极出口孔76。阴极入口孔70、阴极出口孔72、阳极入口孔74以及阳极出口孔76相互分离。
阴极入口孔70经由设置于燃料电池堆12内部的阴极输入路(未图示)来与阴极供给路24(图1)连通。阴极出口孔72经由设置于燃料电池堆12内部的阴极输出路来与阴极排出路26(图1)连通。
阳极入口孔74经由设置于燃料电池堆12内部的阳极输入路(未图示)来与循环路32(图1)连通。阳极出口孔76经由设置于燃料电池堆12内部的阳极输出路来与循环路32连通。
阴极入口孔70和阳极出口孔76例如配置于第一隔片54的第一缘部。阴极出口孔72和阳极入口孔74例如配置于第一隔片54的第二缘部。第二缘部是与第一缘部相反侧的缘部分。
在第一隔片54的内表面形成有多个槽78。第一隔片54的内表面是朝向MEA 50的表面。多个槽78配置于第一隔片54的内表面的大致中央，并且沿着第一隔片54的长方向延伸。
另外，在第一隔片54的内表面设置有第一线密封构件80。第一线密封构件80包围多个槽78、阴极入口孔70以及阴极出口孔72。在被第一线密封构件80包围的MEA 50与第一隔片54之间形成有阴极气体流路82。
阴极气体流路82包括阴极入口空间84、阴极出口空间86、多个槽78。阴极入口空间84是与阴极入口孔70连通的、外框膜68与第一隔片54之间的空间(参照图2)。阴极出口空间86是与阴极出口孔72连通的、外框膜68与第一隔片54之间的空间(参照图2)。多个槽78将阴极入口空间84与阴极出口空间86连通(参照图4)。
图5是示出第二隔片56的图。第二隔片56在与第一隔片54的各孔对应的位置具有阴极入口孔70、阴极出口孔72、阳极入口孔74以及阳极出口孔76。
在第二隔片56的内表面形成有多个槽88。多个槽88配置于第二隔片56的内表面的大致中央，并且沿着第二隔片56的长方向延伸。
另外，在第二隔片56的内表面设置有第二线密封构件90。第二线密封构件90包围多个槽88、阳极入口孔74以及阳极出口孔76。在被第二线密封构件90包围的MEA50与第二隔片56之间形成有阳极气体流路92。
阳极气体流路92包括阳极入口空间94、阳极出口空间96、多个槽88。阳极入口空间94是与阳极入口孔74连通的、外框膜68与第二隔片56之间的空间(参照图2)。阳极出口空间96是与阳极出口孔76连通的、外框膜68与第二隔片56之间的空间(参照图2)。多个槽88将阳极入口空间94与阳极出口空间96连通(参照图5)。
在第一隔片54的外表面和第二隔片56的外表面形成有多个槽98(参照图3)。第一隔片54的外表面是与第一隔片54的内表面相反侧的表面，第二隔片56的外表面是与第二隔片56的内表面相反侧的表面。
在其它发电单电池22与第一隔片54邻接的情况下，在第一隔片54的外表面形成的槽98与在其它发电单电池22的第二隔片56的外表面形成的槽98构成制冷剂流路100。同样地，在其它发电单电池22与第二隔片56邻接的情况下，在第二隔片56的外表面形成的槽98与在其它发电单电池22的第一隔片54的外表面形成的槽98构成制冷剂流路100。
制冷剂从设置于燃料电池堆12内部的制冷剂输入路(未图示)流入制冷剂流路100。制冷剂输入路连接于制冷剂供给装置18的制冷剂供给路44(图1)。在制冷剂流路100流动的制冷剂流出到在燃料电池堆12内部设置的制冷剂输出路(未图示)。制冷剂输出路连接于制冷剂供给装置18的制冷剂排出路46(图1)。而且，在燃料电池堆12的内部，制冷剂、阳极气体以及阴极气体不会相互混合。
燃料电池系统10还具有：第一湿度传感器102(图4)，其用于检测阴极气体的湿度(相对湿度)；以及第二湿度传感器104(图5)，其用于检测阳极气体的湿度(相对湿度)。在本实施方式中，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104设置于多个发电单电池22中的一个。
第一湿度传感器102分别设置于阴极气体流路82的阴极入口空间84和阴极出口空间86。各第一湿度传感器102例如形成得薄，并安装在第一隔片54的内表面。另一方面，第二湿度传感器104分别设置于阳极气体流路92的阳极入口空间94和阳极出口空间96。各第二湿度传感器104例如形成得薄，并安装在第二隔片56的内表面。
这样，第一湿度传感器102设置于发电单电池22内的阴极气体流路82，第二湿度传感器104设置于发电单电池22内的阳极气体流路92。由此，与设置于发电单电池22的外部的情况相比，能够准确地检测发电单电池22的水分量。
控制装置20基于由各第一湿度传感器102检测的湿度来判定阴极气体的结露状态。在燃料电池堆12进行发电动作时，控制装置20进行判定。例如也可以是，在由各第一湿度传感器102检测的湿度中的至少一者超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。或者也可以是，在由各第一湿度传感器102检测的湿度之差超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。或者也可以是，在由各第一湿度传感器102在单位时间内检测的湿度的平均值超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。第一阈值例如被设为100％等。
控制装置20在判定为阴极气体处于结露状态的情况下，使阴极气体的气体含水量降低。在该情况下，控制装置20执行气体增量动作和加湿减量动作中的至少一者。气体增量动作是控制阴极泵28来与判定为阴极气体处于结露状态的时间点相比使阴极气体的供给量增加的动作。加湿减量动作是控制加湿器30来与判定为阴极气体处于结露状态的时间点相比使阴极气体的加湿量减少的动作。
这样，控制装置20在燃料电池堆12进行发电动作时判定阴极气体是否处于结露状态，并且在阴极气体处于结露状态的情况下，使阴极气体的含水量减少。由此，即使在发电动作停止时不供给用于扫气的气体，也能够抑制液态水贮存于发电单电池22的内部的情形。
另一方面，控制装置20基于由各第二湿度传感器104检测的湿度来判定阳极气体的结露状态。在燃料电池堆12进行发电动作时，控制装置20进行判定。例如也可以是，在由各第二湿度传感器104检测的湿度中的至少一者超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。或者也可以是，在由各第二湿度传感器104在单位时间内检测的湿度之差超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。或者也可以是，在由各第二湿度传感器104检测的湿度的平均值超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。第二阈值例如被设为100％等。
控制装置20在判定为阳极气体处于结露状态的情况下，使阳极气体的气体含水量降低。在该情况下，控制装置20使排出阀42打开，来使从燃料电池堆12排出的阳极气体流到吹扫路34。同时，控制装置20执行气体供给动作和气体增量动作中的至少一者。
气体供给动作是控制阳极气体罐36来将阳极气体供给到引射器40的动作。气体增量动作是控制循环泵38来使供给到引射器40的阳极气体的供给量增加的动作。
也可以是，在气体供给动作中，控制装置20供给与流到吹扫路34的阳极气体的量对应的量的阳极气体。在该情况下，在吹扫路34设置有用于检测阳极气体的量的流量传感器。控制装置20基于由流量传感器检测出的阳极气体的量，从阳极气体罐36向引射器40供给阳极气体。
这样，控制装置20在燃料电池堆12进行发电动作时判定阳极气体是否处于结露状态，并且在阳极气体处于结露状态的情况下，使阳极气体的含水量减少。由此，即使在发电动作停止时不供给用于扫气的气体，也能够抑制液态水贮存于发电单电池22的内部的情形。
〔第二实施方式〕
在第二实施方式中，省略与第一实施方式重复的说明。在本实施方式中，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104的设置场所与第一实施方式不同。
图6是示出第二实施方式涉及的第一湿度传感器102和第二湿度传感器104的设置部位的图。在图6中，示出了沿着图2的III-III线的截面。在本实施方式中，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104设置于MEA 50的内部。
第一湿度传感器102设置于第一阴极层间部、第二阴极层间部以及第三阴极层间部中的至少一者。第一阴极层间部处于电解质膜58与阴极催化剂层64之间。第二阴极层间部处于阴极催化剂层64与阴极扩散层66之间。第三阴极层间部处于隔件52(第一隔片54)与阴极扩散层66之间。而且，第三阴极层间部既可以处于第一隔片54的形成有槽78的部分与阴极扩散层66之间，也可以处于第一隔片54的形成有槽98的部分与阴极扩散层66之间。在图6中，示出了第一湿度传感器102设置于第一阴极层间部的情况的例子。
在第一湿度传感器102设置于两个以上的阴极层间部的情况下，控制装置20基于由各第一湿度传感器102检测出的湿度来判定阴极气体是否处于结露状态。例如，在由各第一湿度传感器102检测的湿度中的至少一者超过第一阈值的情况下，或者由各第一湿度传感器102检测的湿度之差、之和、平均值等超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。
在第一湿度传感器102设置于一个阴极层间部的情况下，控制装置20在由第一湿度传感器102检测的湿度超过第一阈值的情况下，判定为阴极气体处于结露状态。
第二湿度传感器104设置于第一阳极层间部、第二阳极层间部以及第三阳极层间部中的至少一者。第一阳极层间部处于电解质膜58与阳极催化剂层60之间。第二阳极层间部处于阳极催化剂层60与阳极扩散层62之间。第三阳极层间部处于隔件52(第二隔片56)与阳极扩散层62之间。而且，第三阳极层间部既可以处于第二隔片56的形成有槽88的部分与阳极扩散层62之间，也可以处于第二隔片56的形成有槽98的部分与阳极扩散层62之间。在图6中，示出了第二湿度传感器104设置于第一阳极层间部的情况的例子。
在第二湿度传感器104设置于两个以上的阳极层间部的情况下，控制装置20基于由各第二湿度传感器104检测出的湿度来判定阳极气体是否处于结露状态。例如，在由各第二湿度传感器104检测的湿度中的至少一者超过第二阈值的情况下，或者由各第二湿度传感器104检测的湿度之差、之和、平均值等超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。
在第二湿度传感器104设置于一个阳极层间部的情况下，控制装置20在由第二湿度传感器104检测的湿度超过第二阈值的情况下，判定为阳极气体处于结露状态。
这样，在本实施方式中，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104设置于MEA 50的内部。由此，能够对发电单电池22中容易贮存液态水的部位进行局部检测。
第一实施方式或者第二实施方式也可以如下面那样变形。
(第一变形例)
也可以是，控制装置20在判定为阴极气体和阳极气体中的至少一方处于结露状态的情况下，控制冷却器48来执行使制冷剂的温度上升的制冷剂温度上升动作。由此，与不执行制冷剂温度上升动作的情况相比，能够更快地消除结露状态。
(第二变形例)
也可以是，采用第一实施方式的第一湿度传感器102与第二实施方式的第一湿度传感器102这两者。在该情况下，控制装置20基于设置于阴极气体流路82的至少一个第一湿度传感器102、设置于MEA 50的内部的至少一个第一湿度传感器102的检测结果，来判定阴极气体是否处于结露状态。
例如，在由设置于阴极气体流路82的第一湿度传感器102检测的湿度与由设置于MEA 50的内部的第一湿度传感器102检测的湿度之差、之和、平均值等超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。
同样地，也可以是，采用第一实施方式的第二湿度传感器104与第二实施方式的第二湿度传感器104这两者。在该情况下，控制装置20基于设置于阳极气体流路92的至少一个第二湿度传感器104、设置于MEA 50的内部的至少一个第二湿度传感器104的检测结果，来判定阳极气体是否处于结露状态。
例如，在由设置于阳极气体流路92的第二湿度传感器104检测的湿度与由设置于MEA 50的内部的第二湿度传感器104检测的湿度之差、之和、平均值等超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。
(第三变形例)
也可以是，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104设置于多个发电单电池22。在该情况下，控制装置20在由设置于多个发电单电池22的第一湿度传感器102检测的湿度之差、之和、平均值等超过第一阈值的情况下，控制装置20判定为阴极气体处于结露状态。同样地，控制装置20在由设置于多个发电单电池22的第二湿度传感器104检测的湿度之差、之和、平均值等超过第二阈值的情况下，控制装置20判定为阳极气体处于结露状态。
在多个发电单电池22中，在燃料电池堆12进行发电动作时，有产生温度差的倾向。即，有在层叠的多个发电单电池22中的位于层叠方向的中央的发电单电池22的温度最高的倾向。另一方面，有在层叠的多个发电单电池22中位于层叠方向的两侧的发电单电池22的温度最低的倾向。
因而也可以是，第一湿度传感器102和第二湿度传感器104设置在位于发电单电池22的层叠方向的两端的各个发电单电池22、位于发电单电池22的层叠方向的中央的发电单电池22。由此，能够考虑到燃料电池堆12进行发电动作时在多个发电单电池22产生的温度差，来设定用于判定为处于结露状态时的判定条件。
判定条件为第一阈值和第二阈值等。在变更判定条件的情况下，控制装置20根据用户的操作，将第一阈值和第二阈值等变更为从输入装置(未图示)给出的值。
以下，记载能够根据以上的记载掌握的技术思想和效果。
本发明的一方面涉及燃料电池系统，其对供给到燃料电池堆12的阴极气体和阳极气体的含水量进行调整，所述燃料电池堆12具有层叠的多个发电单电池22，在所述燃料电池系统10中，具备：第一湿度传感器102，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阴极气体的湿度；第二湿度传感器104，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阳极气体的湿度；以及控制装置20，其基于由所述第一湿度传感器检测的所述阴极气体的湿度、由所述第二湿度传感器检测的所述阳极气体的湿度，来判定所述阳极气体和所述阴极气体是否处于结露状态，并且对被判定为处于结露状态的气体的含水量进行调整。
根据本发明的一方面，在发电单电池的内部设置有湿度传感器，因此能够准确地检测发电单电池的水分量。另外，根据本发明的一方面，通过对阳极气体与阴极气体中的至少一方的含水量进行调整，即使在点火装置接通时，也能够抑制液态水贮存于发电单电池的内部。这样，能够减少燃料电池堆内的水的贮存量。
也可以是，所述发电单电池具有膜电极结构体50以及夹持所述膜电极结构体的隔件52，所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置于所述膜电极结构体与所述隔件之间。由此，能够准确地检测发电单电池内的流路上的水分量。
也可以是，所述第一湿度传感器配置于阴极入口空间84和阴极出口空间86中的至少一方，所述阴极入口空间84是与形成于所述隔件的阴极入口孔70连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，所述阴极出口空间86是与形成于所述隔件的阴极出口孔72连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，所述第二湿度传感器配置于阳极入口空间94和阳极出口空间96中的至少一方，所述阳极入口空间94是与形成于所述隔件的阳极入口孔74连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，所述阳极出口空间96是与形成于所述隔件的阳极出口孔76连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间。由此，能够准确地检测发电单电池的流路中比较宽阔的空间的水分量。
也可以是，所述发电单电池具有膜电极结构体以及夹持所述膜电极结构体的隔件，所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置于所述膜电极结构体的内部。由此，能够准确地检测发电单电池内的膜电极结构体的水分量。
也可以是，所述膜电极结构体具有：电解质膜58；阳极催化剂层60，其配置在所述电解质膜的一方的表面上；阳极扩散层62，其配置在所述阳极催化剂层与所述隔件之间；阴极催化剂层64，其配置在所述电解质膜的另一方的表面上；以及阴极扩散层66，其配置在所述阴极催化剂层与所述隔件之间，所述第一湿度传感器配置在所述电解质膜与所述阴极催化剂层之间以及所述阴极催化剂层与所述阴极扩散层之间中的至少一方，所述第二湿度传感器配置在所述电解质膜与所述阳极催化剂层之间以及所述阳极催化剂层与所述阳极扩散层之间中的至少一方。由此，能够对发电单电池中容易贮存液态水的部位局部地进行检测。
也可以是，燃料电池系统具有：阴极泵28，其用于将所述阴极气体供给到所述燃料电池堆；以及加湿器30，其对从所述阴极泵供给的所述阴极气体进行加湿，所述控制装置在判定为所述阴极气体处于结露状态的情况下，执行控制所述阴极泵来使所述阴极气体的供给量增加的气体增量动作以及控制所述加湿器来使所述阴极气体的加湿量减少的加湿减量动作中的至少一者。由此，能够减少阴极气体的含水量，能够使阴极气体的结露状态消除。
也可以是，燃料电池系统具有：循环泵38，其设置于循环路，所述循环路用于使从所述燃料电池堆排出的所述阳极气体返回到所述燃料电池堆；引射器40，其设置于所述循环路32中的从所述循环泵至所述燃料电池堆为止的部分；阳极气体罐36，其连接于所述引射器，贮存能够供给到所述循环路的所述阳极气体；以及排出阀42，其设置于吹扫路34，所述吹扫路34从所述循环路中的从所述燃料电池堆至所述循环泵为止的部分分支，所述控制装置在判定为所述阳极气体处于结露状态的情况下，使所述排出阀打开来使从所述燃料电池堆排出的所述阳极气体流到所述吹扫路，并且执行控制所述阳极气体罐来将所述阳极气体供给到所述引射器的气体供给动作以及控制所述循环泵来使供给到所述引射器的所述阳极气体的供给量增加的气体增量动作中的至少一者。由此，能够减少阳极气体的含水量，能够解除阳极气体的结露状态。
也可以是，燃料电池系统具有冷却器48，该冷却器48对从所述燃料电池堆供给的制冷剂进行冷却，并且将冷却了的所述制冷剂供给到所述燃料电池堆，所述控制装置在判定为所述阴极气体与所述阳极气体中的至少一方处于结露状态的情况下，执行控制所述冷却器来使所述制冷剂的温度上升的制冷剂温度上升动作。由此，与不执行制冷剂温度上升动作的情况相比，能够更快地解除结露状态。
也可以是，多个所述发电单电池层叠，所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置在位于所述发电单电池的层叠方向的两端的各个所述发电单电池、位于所述发电单电池的层叠方向的中央的所述发电单电池。由此，能够考虑到燃料电池堆进行发电动作时在多个发电单电池处产生的温度差，来设定用于判定为处于结露状态时的判定条件。
而且，本发明并不限于上述的公开内容，在不脱离本发明的宗旨的范围内，能够采用各种结构。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其对供给到燃料电池堆(12)的阴极气体和阳极气体的含水量进行调整，所述燃料电池堆(12)具有层叠的多个发电单电池(22)，在所述燃料电池系统(10)中，具备：
第一湿度传感器(102)，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阴极气体的湿度；
第二湿度传感器(104)，其设置于至少一个所述发电单电池内，用于检测所述阳极气体的湿度；以及
控制装置(20)，其基于由所述第一湿度传感器检测的所述阴极气体的湿度、由所述第二湿度传感器检测的所述阳极气体的湿度，来判定所述阳极气体和所述阴极气体是否处于结露状态，并且使被判定为处于结露状态的气体的含水量降低。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述发电单电池具有膜电极结构体(50)以及夹持所述膜电极结构体的隔件(52)，
所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置于所述膜电极结构体与所述隔件之间。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第一湿度传感器配置于阴极入口空间(84)和阴极出口空间(86)中的至少一方，所述阴极入口空间(84)是与形成于所述隔件的阴极入口孔(70)连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，所述阴极出口空间(86)是与形成于所述隔件的阴极出口孔(72)连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，
所述第二湿度传感器配置于阳极入口空间(94)和阳极出口空间(96)中的至少一方，所述阳极入口空间(94)是与形成于所述隔件的阳极入口孔(74)连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间，所述阳极出口空间(96)是与形成于所述隔件的阳极出口孔(76)连通的、所述膜电极结构体与所述隔件之间的空间。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述发电单电池具有膜电极结构体以及夹持所述膜电极结构体的隔件，
所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置于所述膜电极结构体的内部。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述膜电极结构体具有：电解质膜(58)；阳极催化剂层(60)，其配置在所述电解质膜的一方的表面上；阳极扩散层(62)，其配置在所述阳极催化剂层与所述隔件之间；阴极催化剂层(64)，其配置在所述电解质膜的另一方的表面上；以及阴极扩散层(66)，其配置在所述阴极催化剂层与所述隔件之间，
所述第一湿度传感器配置在所述电解质膜与所述阴极催化剂层之间以及所述阴极催化剂层与所述阴极扩散层之间中的至少一方，
所述第二湿度传感器配置在所述电解质膜与所述阳极催化剂层之间以及所述阳极催化剂层与所述阳极扩散层之间中的至少一方。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，具有：
阴极泵(28)，其用于将所述阴极气体供给到所述燃料电池堆；以及
加湿器(30)，其对从所述阴极泵供给的所述阴极气体进行加湿，
所述控制装置在判定为所述阴极气体处于结露状态的情况下，执行控制所述阴极泵来使所述阴极气体的供给量增加的气体增量动作以及控制所述加湿器来使所述阴极气体的加湿量减少的加湿减量动作中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，具有：
循环泵(38)，其设置于循环路(32)，所述循环路(32)用于使从所述燃料电池堆排出的所述阳极气体返回到所述燃料电池堆；
引射器(40)，其设置于所述循环路中的从所述循环泵至所述燃料电池堆为止的部分；
阳极气体罐(36)，其连接于所述引射器，贮存能够供给到所述循环路的所述阳极气体；以及
排出阀(42)，其设置于吹扫路(34)，所述吹扫路(34)从所述循环路中的从所述燃料电池堆至所述循环泵为止的部分分支，
所述控制装置在判定为所述阳极气体处于结露状态的情况下，使所述排出阀打开来使从所述燃料电池堆排出的所述阳极气体流到所述吹扫路，并且执行控制所述阳极气体罐来将所述阳极气体供给到所述引射器的气体供给动作以及控制所述循环泵来使供给到所述引射器的所述阳极气体的供给量增加的气体增量动作中的至少一者。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统，其特征在于，
具有冷却器(48)，该冷却器(48)对从所述燃料电池堆供给的制冷剂进行冷却，并且将冷却了的所述制冷剂供给到所述燃料电池堆，
所述控制装置在判定为所述阴极气体与所述阳极气体中的至少一方处于结露状态的情况下，执行控制所述冷却器来使所述制冷剂的温度上升的制冷剂温度上升动作。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
多个所述发电单电池层叠，
所述第一湿度传感器和所述第二湿度传感器设置在位于所述发电单电池的层叠方向的两端的各个所述发电单电池、位于所述发电单电池的层叠方向的中央的所述发电单电池。
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