JP2009129886A

JP2009129886A - 加湿制御装置

Info

Publication number: JP2009129886A
Application number: JP2007307253A
Authority: JP
Inventors: Koki Taguchi; 貢希田口; Kenji Kunieda; 健司國枝
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-11

Abstract

【課題】加湿器関連温度によらず、凝縮水を確実に排出することが可能な加湿制御技術を提供する。
【解決手段】ＥＣＵは、各種センサ信号に基づき負荷変動があるか否かを判断する。ＥＣＵは、負荷変動があると判断すると（ステップＳ１００；ＹＥＳ）一定の開度で一定の時間間隔でバイパスバルブの動作を制御する（ステップＳ２００）。かかる制御を行うことにより、加湿後の酸化ガス温度などによらず、バイパスバルブの付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出することが可能となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システムに搭載される加湿器の制御技術に関する。

燃料電池システムには、プロトン導電性を有する固体高分子膜を電解質層に備える固体高分子型の燃料電池が搭載されている。この燃料電池の固体高分子膜は、湿潤状態にあるときに高いプロトン導電性を示すため、効率的に発電を行うためには固体高分子膜を湿潤状態に保つことが重要である。かかる固体高分子膜を湿潤状態に保つために、水蒸気透過膜を介して燃料電池のカソード側から排出される酸化オフガスと燃料電池のカソード側に供給する供給酸化ガスとの間で水交換を行う水交換型の加湿器が利用されている。

燃料電池から排出される酸化オフガスは、電気化学反応によって生じた生成水を含む湿度の高い気体である。このような酸化供給ガスの加湿量を制御する方法として、加湿器を通過する酸化オフガスの温度（加湿器関連温度）や加湿器を通過する供給酸化ガスの温度（加湿器関連温度）の測定結果に基づいて加湿制御バルブの作動を制御し、燃料電池から加湿器へ導入される酸化オフガスのガス量を調整することで、酸化供給ガスの加湿量を制御する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６４２３１号公報

ところで、上記従来技術においては、燃料電池から排出される酸化オフガスの温度が所定の温度に上昇するまで、加湿制御バルブの作動（開閉動作）は行われない。しかしながら、システム起動時などにおいては、燃料電池から排出される酸化オフガスの温度は低く、凝縮水が発生しやすい。ここで、酸化オフガスの温度が十分に上昇するまでの時間と、燃料電池の発電が定常状態となるまでの時間には時間差が生じるため、起動時などにおいては、燃料電池から生成水を含む酸化オフガスが排出される一方で、酸化オフガスの温度が十分に上昇しきらないために加湿制御バルブが作動せず、凝縮水が外部に排出されず、燃料電池の酸化オフガスの出口部分を閉塞してしまう問題や、この凝縮水が加湿器に向かって吹き上がってしまう等の問題が生じていた。

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、加湿器関連温度によらず、凝縮水を確実に排出することが可能な加湿制御技術を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係る加湿制御装置は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分を利用して該燃料電池に供給する供給ガスを加湿する加湿器と、前記燃料電池と前記加湿器との間を接続し、前記オフガスを流通させるオフガス配管と、前記オフガス配管に設けられたバルブであって、該バルブを作動させることによりバルブ周辺の水分を前記加湿器外部に排出させることが可能な制御バルブと、前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、酸化ガス温度などによらず制御バルブを一定時間間隔で開閉制御するため、加湿制御バルブ付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出することが可能となる。
ここで、「制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する」とは、加湿器外部との間の開度を意味し、制御バルブを開とすることでバブル周辺の水分を加湿器外部に排出する一方、制御バルブを閉とした場合にはバルブ周辺の水分を加湿器内部に導出することが可能となる。ここで、制御バルブを一定時間間隔で開閉する際には、制御バルブの開度を一定開度（例えばオフガスをバイパス側に８０%、加湿器側に２０%流すことと（開度；８０%）、バイパス側に０%、加湿器側に１００%流すこと（開度；０%）を繰り返すような動作など）に設定しても良いが、適宜に設定変更しても良い。

また、本発明に係る加湿制御装置は、燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分を利用して該燃料電池に供給する供給ガスを加湿する加湿器と、前記燃料電池と前記加湿器との間を接続し、前記オフガスを流通させるオフガス配管と、前記オフガス配管に設けられたバルブであって、該バルブを作動させることによりバルブ周辺の水分を前記加湿器外部に排出させることが可能な制御バルブと、前記制御バルブを一定開度で開閉制御する制御手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、酸化ガス温度によらず制御バブルを一定開度で開閉制御するため、加湿制御バルブ付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出することが可能となる。
ここで、「制御バルブを一定開度で開閉制御する」とは、加湿器外部との間の開度を意味し、制御バルブを開とすることでバブル周辺の水分を加湿器外部に排出する一方、制御バルブを閉とした場合にはバルブ周辺の水分を加湿器内部に導出することが可能となる。

ここで、上記構成にあっては、前記制御手段は、前記制御バルブを一定時間間隔、かつ、一定開度で開閉制御する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記制御バルブは、前記燃料電池から前記加湿器へ流入される前記オフガスの流量、及び前記燃料電池から前記加湿器外部へ排出される前記オフガスの流量を制御する三方弁である態様がさらに好ましい。

また、上記構成にあっては、前記制御手段は、前記燃料電池の起動時、停止時、または負荷変動時の少なくともいずれかの場合に、前記バルブを一定時間間隔で開閉制御する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記燃料電池に対する負荷の変動を検出する第１検出手段をさらに備え、前記制御手段は、少なくとも前記負荷の変動が検出された場合に、前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する態様がさらに好ましい。

また、上記構成にあっては、前記第１検出手段は、前記燃料電池に対する要求電力、前記燃料電池の出力電流、前記燃料電池の出力電圧の少なくともいずれか１つのパラメータの値に基づいて、前記負荷の変動を検出する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記加湿器に関わる加湿器関連温度を検知する温度検知手段をさらに備え、前記第１検知手段は、前記負荷の変動を検出するとともに前記負荷が一定になったか否かを検出し、前記制御手段は、少なくとも前記負荷の変動が検出された場合に前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する一方、前記負荷が一定になったことが検知された場合には、前記加湿器関連温度に基づいて前記制御バルブを開閉制御する態様がさらに好ましい。

また、上記構成にあっては、前記燃料電池の起動及び停止を検出する第２検出手段をさらに備え、前記制御手段は、前記燃料電池の起動または停止のいずれかが検出された場合に、前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する態様が好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、加湿器関連温度によらず、凝縮水を確実に排出することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

Ａ．本実施形態
図１は本実施形態に係る燃料電池システム１００の要部構成を示す図である。本実施形態では、定置型電源として利用される燃料電池システムを想定するが、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、二輪車や船舶、飛行機、ロボットなど）にも適用可能である。さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。

燃料電池（セルスタック）１４０は、複数の単セルを直列積層したスタック構造を有しており、固体高分子型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池１４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０５から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、加湿器１２０を通じて加湿された空気などの酸化ガスが供給される。燃料電池１４０は、供給される燃料ガス及び酸化ガス（反応ガス）から電力を発生する。この燃料電池１４０の出力電流（以下、ＦＣ電流）及び出力電圧（以下、ＦＣ電圧）は、それぞれ電流センサ１６５及び電圧センサ１７０によって検出される。また、燃料電池１４０の温度Ｔ_cは、温度センサ２７によって検出される。

加湿器１２０は、水蒸気交換膜１２１を介して燃料電池１４０から排出される酸化オフガスと燃料電池１４０に供給される酸化ガスとの間で水交換、熱交換を行う手段である。この加湿器１２０には表面温度（加湿器関連温度）Ｔ_h1を測定する温度センサ（温度検出手段）２１が設けられている。

燃料電池１４０に供給される酸化ガスは、コンプレッサ１１０によって外部から取り込まれ、供給ガス流路１０、加湿器１２０を経由して燃料電池１４０の酸素極に供給される。ここで、加湿器１２０の上流側の供給ガス流路１０には酸化ガスの流量Ｑを測定する流量センサ２２、加湿前の供給酸化ガスの導入温度（加湿器関連温度）Ｔ_I1を測定する温度センサ（温度検出手段）２３が設けられ、加湿器１２０の下流側の供給ガス流路１０には加湿後の酸化ガスの温度（加湿器関連温度）Ｔ_I2を測定する温度センサ（温度測定手段）２４が設けられている。

燃料電池１４０に供給された酸化ガスは、電気化学反応によって所定量消費された後、酸化オフガスとしてオフガス流路１１に排出される。ここで、加湿器１２０の上流側のオフガス流路１１には加湿前の酸化オフガスの温度（加湿器関連温度）Ｔ_E1を測定する温度センサ（温度検出手段）２５が設けられ、加湿器１２０の下流側のオフガス流路１１には加湿後の酸化オフガスの（加湿器関連温度）温度Ｔ_E2を測定する温度センサ（温度測定手段）２６が設けられている。また、加湿器１２０の上流側のオフガス流路１１には、酸化オフガスを加湿器１２０へと導くオフガス流路１１と、酸化オフガスを外部へ排出するバイパス流路１２とを切り換え制御するためのバイパスバルブ（制御バルブ）１６０が設けられている。なお、上述した供給ガス流路１０、オフガス流路１１、バイパス流路１２は、種々の配管によって形成されている。

バイパス流路１２は、酸化オフガスについて加湿器１２０をバイパスさせる流路である。本実施形態では、コンプレッサ１１０を駆動しながらバイパスバルブ１６０の開度、オン・オフ時間などを制御することによって加湿器１２０に導入する酸化オフガスの流量を調整する。本実施形態ではバイパスバルブ１６０として三方弁などを想定するが、このような切り換え制御ができるバルブであればどのようなバルブを採用しても良い。

冷却機構１３０は、燃料電池１４０を冷却する装置であり、冷却水等の冷媒の温度Ｔ_bを検出する温度センサ２８のほか、冷却水を加圧して循環させるポンプ、冷却水の熱を外部に放熱する熱交換器（いずれも図示略）などを備えている。

ＥＣＵ１５０は、ＲＯＭやハードディスクなどのメモリに内蔵されている各種制御プログラムを実行することにより、燃料電池システム１００の各部を中枢的に制御する。また、ＥＣＵ１５０は各センサや操作スイッチ１８０などから供給されるセンサ信号に基づいて後述する加湿量制御を行う。

図２は、加湿器１２０と燃料電池１４０の関係を例示した図である。
加湿器１２０で加湿された酸化ガスは、酸化ガス出口１２０ａ、酸化ガス入口１４０ａを介して燃料電池１４０に供給される。燃料電池１４０から排出される酸化オフガスは、オフガス流路１１に設けられたバイパスバルブ１６０によって、オフガス出口１４０ｂから加湿器１２０に戻すことなく外部（バイパス側）へ排出するか、酸化ガス出口１４０ｂからオフガス入口１２０ｂを介して加湿器１２０（加湿器側）に戻すかの切り換えが行われる。

ここで、負荷変動時、システム起動時、停止時においては、加湿制御パラメータとしている酸化ガス温度（加湿器関連温度）の追従性が鈍く、発電状況によってはバイパスバルブ１６０の付近に燃料電池１４０から排出された凝縮水が慢性的に滞留してしまい、オフガス出口１４０ｂの近傍を閉塞してしまうおそれがある。この現象が生じることで燃料電池１４０の酸化ガスの圧力損失が上昇し、燃料電池１４０の信頼性を損なう結果を招くことになる（解決しようとする課題の項参照）。

そこで、本実施形態では、負荷変動時、システム起動時、停止時においては、図３に示すようにバイパスバルブ１６０を一定開度及び一定開閉時間間隔で開閉制御する。ここで、一定開度の開閉制御としては、例えば酸化オフガスをバイパス側に８０%、加湿器側に２０%流すことと（開度；８０%）、バイパス側に０%、加湿器側に１００%流すこと（開度；０%）を繰り返すような動作をいい、一定時間間隔の開閉制御としては、例えば開／閉の時間間隔を１０／６０（ｓｅｃ）などで繰り返すような動作をいう。なお、本実施形態では、一定開度及び一定時間間隔でバイパスバルブ１６０の開閉動作を制御するが、開度のみを一定（すなわち、時間間隔は任意）にしてバイパスバルブ１６０の開閉動作を制御したり、時間間隔のみを一定（すなわち、開度は任意）にしてバイパスバルブ１６０の開閉動作を制御しても良い。

このようなバイパスバルブ１６０の開閉制御により、加湿制御パラメータの値（ここでは加湿後の酸化ガス温度）によらず、バイパスバルブ１６０の付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出することが可能となる。なお、凝縮水についてはシステム外部に排出するほか、該システムに設けられた水を貯留するための凝縮器や水精製器、水タンク（いずれも図示略）に排出するようにしても良い。かかる場合には、バイパスバルブ１６０と連結されて水を排出させる管路を凝縮器や水精製器、水タンクに連結させれば良い。

図４は、ＥＣＵ１５０によって間欠的に実行される凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。この図４に示す凝縮水滞留回避制御処理においては、コンプレッサ１１０を駆動しながらバイパスバルブ１６０の開閉動作が制御される。

ＥＣＵ（第１検出手段）１５０は、各種センサからのセンサ信号に基づき負荷変動が有ったか否かを判断する（ステップＳ１００）。詳述すると、ＥＣＵ（第１検出手段）１５０は、電流センサ１６５によって検出されるＦＣ電流、電圧センサ１７０によって検出されるＦＣ電圧、燃料電池１４０に対する要求電力などのパラメータの値に基づき負荷変動があったか否かを判断する。一例として、パラメータの変動値が設定された閾値を超えている場合には負荷変動があったと判断する一方、パラメータの変動値が設定された閾値以下である場合には負荷変動がないと判断する。

ＥＣＵ１５０は、負荷変動がないと判断すると（ステップＳ１００；ＮＯ）、加湿制御パラメータ（ここでは加湿後の酸化ガス温度）に基づき、バイパスバルブ１６０の動作を制御する（ステップＳ４００）。なお、加湿制御パラメータに基づきバイパスバルブ１６０の動作を制御する方法は、従来技術と同様であるため説明を割愛する。

一方、ＥＣＵ（制御手段）１５０は、負荷変動があると判断すると（ステップＳ１００；ＹＥＳ）、図３に示すように、一定の開度で一定の時間間隔でバイパスバルブ１６０の動作を制御する（ステップＳ２００）。その後、ＥＣＵ１５０は、各種センサからのセンサ信号に基づき負荷が一定になったか否かを判断する（ステップＳ３００）。一例として、ＥＣＵ１５０は、電流センサ１６５によって検出されるＦＣ電流、電圧センサ１７０によって検出されるＦＣ電圧、燃料電池１４０に対する要求電力などのパラメータの値が、所定時間、一定の範囲に収まっている場合には負荷変動がないと判断する。

ＥＣＵ（制御手段）１５０は、未だ負荷が一定になっていないと判断すると（ステップＳ３００；ＮＯ）、ステップＳ２００に戻る。一方、ＥＣＵ１５０は、負荷が一定になったと判断すると（ステップＳ３００；ＹＥＳ）、ステップＳ４００に進み、上記と同様、加湿制御パラメータに基づきバイパスバルブ１６０の動作を制御し、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、負荷変動が検出されると、図３に示すようにバイパスバルブ１６０の開度及び開閉時間間隔を一定に保った状態で作動させる。これにより、加湿後の酸化ガス温度などによらず、バイパスバルブ１６０の付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出することが可能となる。

上述した本実施形態では、負荷変動が検出された場合に一定の開度で一定の時間間隔でバイパスバルブ１６０の動作を制御したが、いずれか一方のみ（例えば時間間隔のみ）を一定にしてバイパスバルブ１６０の動作を制御することで、バイパスバルブ１６０の付近に滞留する凝縮水を定期的に確実に外部に排出するようにしても良い。

また、上述した本実施形態では、加湿制御パラメータとして温度センサ２４によって検知される加湿後の酸化ガス温度を例示したが、温度センサ２３によって検知される加湿前の酸化ガス温度や、温度センサ２５によって検知される加湿前の酸化オフガスの温度、温度センサ２６によって検知される加湿後の酸化オフガス温度、温度センサ２８によって検知される冷却機構１３０の冷媒温度Ｔ_c、温度センサ２７によって検知される燃料電池１４０の温度Ｔ_c、温度センサ２１によって検知される加湿器１２０の表面温度Ｔ_h1など、加湿器１２０に関わるあらゆる温度（加湿器関連温度）に適用可能である。なお、以上説明した内容は、燃料電池１４０のカソードに供給等される酸化ガスに限る趣旨ではなく、燃料電池１４０のアノードに供給等される燃料ガス（水素ガスなど）についても同様に適用可能である。

Ｂ．第２実施形態
図５は、第２実施形態に係る凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。この図５に示す凝縮水滞留回避制御処理は、コンプレッサ１１０を駆動しながらバイパスバルブ１６０の開閉動作が制御される。
凝縮水滞留回避制御処理は、ＥＣＵ１５０によってシステム起動時に実行される。詳述すると、ＥＣＵ（第２検知手段）１５０は、ユーザによる起動／停止操作（例えば屋内パネルの操作スイッチのＯＮ操作）に基づき、燃料電池１４０の起動を検知する。その他にも、イグニッションキーのＯＮ操作や、アノードガスやカソードガスの供給開始タイミングに基づき、燃料電池１４０の起動を検知しても良い。さらには、燃料電池システム１００に改質装置を有する場合には、改質装置の運転開始タイミング（改質装置の暖機終了時や、暖機終了後所定時間経過した時など）に基づき、燃料電池１４０の起動を検知しても良い。

ＥＣＵ１５０（第２検出手段）は、例えば屋内パネルの操作スイッチ１８０からＯＮ操作を示す指令が入力されたことを検知すると（ステップＳ１００’；ＹＥＳ）、ステップＳ２００に進み、一定の開度で一定の時間間隔でバイパスバルブ１６０の動作を制御する。かかる制御を行うと、ＥＣＵ１５０は、ステップＳ３００’に進み、タイマ（図示略）などを利用して予め設定された所定時間経過したか、もしくは所定温度(例えば７０〜８０℃）に到達したか否かを判断する。ＥＣＵ１５０は、所定時間経過していないもしくは所定温度に到達していないと判断するとステップＳ２００を繰り返し実行する一方、所定時間経過したもしくは所定温度に到達したと判断すると、ステップＳ４００に進み、加湿制御パラメータに基づきバイパスバルブ１６０の動作を制御し、処理を終了する。

ここで、上記例では、所定時間経過したもしくは所定温度に到達した場合に、一定開度／一定時間間隔でのバイパスバルブ１６０の動作制御（以下、回避動作制御）を停止したが、次のようなタイミングでバイパスバルブ１６０の回避動作制御を停止しても良い。例えば起動時に回避動作制御が実行された場合には起動状態から通常運転へ移行したと判断されるとき、より具体的には燃料電池１４０の冷却水の温度が所定温度（例えば７０〜８０℃程度）まで上昇したと判断されるときや、燃料電池１４０の冷却水の温度変化が所定範囲（例えば±５℃程度）に収まっていると判断されるときに、バイパスバルブ１６０の回避動作制御を停止しても良い。

これにより、燃料電池発電中にバルブ周辺に溜まった生成水や燃料電池発電停止モード中にカソードガスの流れに伴って燃料電池内部から移動した水分を確実にシステム外部に排出することが可能となる。

Ｃ．第３実施形態
図６は、第３実施形態に係る凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。この図６に示す凝縮水滞留回避制御処理は、コンプレッサ１１０を駆動しながらバイパスバルブ１６０の開閉動作が制御される。
凝縮水滞留回避制御処理は、ＥＣＵ１５０によってシステム停止時に実行される。詳述すると、ＥＣＵ（第２検知手段）１５０は、ユーザによる停止操作（例えば屋内パネルの操作スイッチのＯＦＦ操作）に基づき、燃料電池１４０の停止を検知する。その他にも、イグニッションキーのＯＦＦ操作や、アノードガスやカソードガスの供給停止タイミングに基づき、燃料電池１４０の停止を検知しても良い。さらには、燃料電池システム１００に改質装置を有する場合には、改質装置の運転停止タイミングに基づき、燃料電池１４０の停止を検知しても良い。

ＥＣＵ１５０（第２検出手段）は、例えば屋内パネルの操作スイッチ１８０からＯＦＦ操作を示す指令が入力されたことを検知すると（ステップＳ１００’’；ＹＥＳ）、ステップＳ２００に進み、一定の開度で一定の時間間隔でバイパスバルブ１６０の動作を制御する。かかる制御を行うと、ＥＣＵ１５０は、ステップＳ３００’’に進み、タイマ（図示略）などを利用して予め設定された所定時間が経過したか、もしくは燃料電池１４０の温度が所定温度(例えば４０℃）に到達した否かを判断する。ＥＣＵ１５０は、所定時間経過もしくは所定温度に到達していないと判断すると、ステップＳ２００を繰り返し実行する一方、所定時間経過したもしくは所定温度に到達したと判断すると、ステップＳ５００に進み、加湿制御パラメータに基づきバイパスバルブ１６０の開度を０％（すなわち、加湿器外部に水分を排出できない状態）に設定した後、処理を終了する。

ここで、上記例では、所定時間経過したもしくは所定温度に到達した場合に、一定開度／一定時間間隔でのバイパスバルブ１６０の動作制御（以下、回避動作制御）を停止したが、次のようなタイミングでバイパスバルブ１６０の回避動作制御を停止しても良い。例えば、停止時に回避動作制御が実行された場合には燃料電池１４０の冷却水の温度が所定温度（例えば４０℃程度）まで低下したと判断されたときや、改質装置を有する場合には改質装置が所定温度以下にまで低下したと判断されるときに、バイパスバルブ１６０の回避動作制御を停止しても良い。停止時に回避動作制御を実行する場合の動作について説明すると、ＥＣＵ１５０は、操作スイッチ１８０などから燃料電池１４０の停止指示を受け取ると、通常運転モードから燃料電池発電停止モードへと移行する。燃料電池発電停止モードでは、まず、燃料電池１４０の発電を停止させ、燃料電池１４０への燃料ガス（アノードガス）の供給を停止する。なお、改質装置から燃料電池１４０へ燃料ガスを供給する場合には、改質装置の動作も停止する。その一方で、ＥＣＵ１５０は、燃料電池１４０への酸化ガス（カソードガス）の供給を所定時間継続する。この際、ＥＣＵ１５０は、バイパスバルブ１６０の回避動作制御を行い、上記の如く燃料電池１４０の冷却水の温度が所定温度まで低下した（別言すれば、燃料電池発電停止モードを終了すべき）と判断すると、酸化ガスの供給を停止するとともに、バイパスバルブ１６０の開度を０％に設定して終了する。これにより、燃料電池発電中にバルブ周辺に溜まった生成水や燃料電池発電停止モード中にカソードガスの流れに伴って燃料電池内部から移動した水分を確実にシステム外部に排出することが可能となる。

Ｄ．その他

（１）上述した各実施形態では、一定開度／一定時間間隔でのバイパスバルブ１６０の回避動作制御を例示したが、温度パラメータに応じたバイパスバルブ１６０の動作制御を重複適用しても良い。一例を挙げて説明すると、燃料電池１４０の温度とバイパスバルブ１６０の開度とを対応づけた温度・開度対応マップ（例えば、燃料電池１４０の温度が５０℃、６０℃、７０℃のときの開度を、それぞれ７０%、６０%、５０%に設定するような温度・開度対応マップ）をＥＣＵ１５０に登録しておく。この温度・開度対応マップは、製造出荷時などにＥＣＵ１５０に設定しておけば良い。そして、ＥＣＵ１５０は、バイパスバルブ１６０の回避動作制御を行う際、燃料電池１４０の温度（例えば冷却水の温度）を検知し、この検知した温度を検索キーとして温度・開度対応マップを検索することにより、この温度に対応するバイパスバルブ１６０の開度（例えば５０%）を決定する。そして、ＥＣＵ１５０は、この開度でバイパスバルブ１６０の回避動作制御を行うべく、例えば酸化オフガスをバイパス側に５０%、加湿器側に５０%流すことと（開度；５０%）、バイパス側に０%、加湿器側に１００%流すこと（開度；０%）を繰り返すような動作を一定時間間隔で行う。このように、一定開度／一定時間間隔でのバイパスバルブ１６０の回避動作制御に、温度パラメータに応じたバイパスバルブ１６０の動作制御を重複適用しても良い。

（２）また、燃料電池の１４０の起動時、停止時、若しくは負荷変動時には、所定時間間隔（例えば、１分間隔）でバイパスバル１６０の開閉動作を行う一方、通常運転時には、この所定時間間隔よりも長い時間間隔（例えば、１時間間隔）でバイパスバルブ１６０の開閉動作を行っても良い。また、燃料電池１４０の起動時、停止時、若しくは負荷変動時には所定開度でバイパスバルブ１６０の開閉動作を行う一方、通常運転時には所定開度よりも小さい開度にて開閉動作を行っても良い。

第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。同実施形態に係る加湿器と燃料電池の関係を例示した図である。同実施形態に係るバイパスバルブの動作状況を例示したタイムチャートである。同実施形態に係る凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。第２実施形態に係る凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。第３実施形態に係る凝縮水滞留回避制御処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１００・・・燃料電池システム、１１０・・・コンプレッサ、１２０・・・加湿器、１３０・・・冷却機構、１４０・・・燃料電池、１５０・・・ＥＣＵ、１６０・・・バイパスバルブ、１６５・・・電流センサ、１７０・・・電圧センサ、１８０・・・操作スイッチ、１０・・・供給酸化ガス流路、１１・・・酸化オフガス流路、１２・・・パージ流路、２１、２３、２４、２５、２６、２７・・・温度センサ、２２・・・流量センサ。

Claims

燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分を利用して該燃料電池に供給する供給ガスを加湿する加湿器と、
前記燃料電池と前記加湿器との間を接続し、前記オフガスを流通させるオフガス配管と、
前記オフガス配管に設けられたバルブであって、該バルブを作動させることによりバルブ周辺の水分を前記加湿器外部に排出させることが可能な制御バルブと、
前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する制御手段と
を具備することを特徴とする加湿制御装置。
燃料電池から排出されるオフガスに含まれる水分を利用して該燃料電池に供給する供給ガスを加湿する加湿器と、
前記燃料電池と前記加湿器との間を接続し、前記オフガスを流通させるオフガス配管と、
前記オフガス配管に設けられたバルブであって、該バルブを作動させることによりバルブ周辺の水分を前記加湿器外部に排出させることが可能な制御バルブと、
前記制御バルブを一定開度で開閉制御する制御手段と
を具備することを特徴とする加湿制御装置。
前記制御手段は、前記制御バルブを一定時間間隔、かつ、一定開度で開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の加湿制御装置。
前記制御バルブは、前記燃料電池から前記加湿器へ流入される前記オフガスの流量、及び前記燃料電池から前記加湿器外部へ排出される前記オフガスの流量を制御する三方弁であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の加湿制御装置。
前記制御手段は、前記燃料電池の起動時、停止時、または負荷変動時の少なくともいずれかの場合に、前記バルブを一定時間間隔で開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の加湿制御装置。
前記燃料電池に対する負荷の変動を検出する第１検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、少なくとも前記負荷の変動が検出された場合に、前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の加湿制御装置。
前記第１検出手段は、前記燃料電池に対する要求電力、前記燃料電池の出力電流、前記燃料電池の出力電圧の少なくともいずれか１つのパラメータの値に基づいて、前記負荷の変動を検出することを特徴とする請求項６に記載の加湿制御装置。
前記加湿器に関わる加湿器関連温度を検知する温度検知手段をさらに備え、
前記第１検知手段は、前記負荷の変動を検出するとともに前記負荷が一定になったか否かを検出し、
前記制御手段は、少なくとも前記負荷の変動が検出された場合に前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御する一方、前記負荷が一定になったことが検知された場合には、前記加湿器関連温度に基づいて前記制御バルブを開閉制御することを特徴とする請求項７に記載の加湿制御装置。
前記燃料電池の起動及び停止を検出する第２検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の起動または停止のいずれかが検出された場合に、前記制御バルブを一定時間間隔で開閉制御することを特徴とする請求項１に記載の加湿制御装置。