JP2010123337A - Fuel cell system and apparatus for evaluating fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure humidity in a gas supplied to a fuel cell and/or in a gas exhausted from the fuel cell even if a condition varies when the fuel cell generates electricity. <P>SOLUTION: A fuel cell system provided with the fuel cell 15 includes: a humidity sensor that is arranged in a gas duct connected to the fuel cell 15; a section for adjusting a state containing water vapor, which is placed in an upper part of gas flow than the humidity sensor and adjusts a state of water content in the gas so that the water content in the gas exists as the water vapor in the duct; and a gas state adjustment section that adjusts the state of the gas relating to accuracy when the humidity is detected by the humidity sensor for the gas flowing from the section for adjusting the state containing water vapor to the humidity sensor. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムおよび燃料電池評価装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell evaluation device.

固体高分子型燃料電池が備える電解質膜は、湿潤状態となったときに高いプロトン伝導性を示し、含水量が低下するほどプロトン伝導性も低下する。そのため、燃料電池の電池性能を保つには、電解質膜の含水量を充分に維持する必要がある。したがって、燃料電池を用いて発電を行なう際には、燃料電池に供給されるガス中の水の量および/または燃料電池から排出されるガス中の水の量を管理することが重要となる。従来、このように燃料電池に供給されるガス中の水の量を管理する構成の一つとして、燃料ガスを加湿して燃料電池に供給する際に、燃料ガスの露点温度を計測した結果に基づいて、燃料ガスを加湿するときの加湿温度を制御する燃料電池試験装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   The electrolyte membrane included in the polymer electrolyte fuel cell exhibits high proton conductivity when in a wet state, and the proton conductivity decreases as the water content decreases. Therefore, in order to maintain the battery performance of the fuel cell, it is necessary to sufficiently maintain the water content of the electrolyte membrane. Therefore, when performing power generation using a fuel cell, it is important to manage the amount of water in the gas supplied to the fuel cell and / or the amount of water in the gas discharged from the fuel cell. Conventionally, as one configuration for managing the amount of water in the gas supplied to the fuel cell in this way, when the fuel gas is humidified and supplied to the fuel cell, the dew point temperature of the fuel gas is measured. Based on this, a fuel cell test apparatus that controls the humidification temperature when humidifying the fuel gas has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2003−346855JP 2003-346855 A 特開2004−296233JP 2004-296233 A 特開2007−192686JP2007-192686A

しかしながら、このように燃料電池に供給するガスおよび/または燃料電池から排出されるガスにおける湿度を計測する場合であっても、ガス中の水の量(水蒸気量および液水の量)や、ガスの流量、ガスの温度等の条件が変動する場合には、ガス中における液水の状態や、露点計のような湿度を計測するための計測装置の性質により、ガス湿度を計測する際の精度が不十分となる場合があった。そのため、燃料電池が発電する際の条件であって、ガスの湿度計測に影響し得る条件が変動する場合であっても、燃料電池に供給するガスおよび/または燃料電池から排出されるガスにおける湿度を精度良く計測する技術が望まれていた。   However, even when the humidity in the gas supplied to the fuel cell and / or the gas discharged from the fuel cell is measured in this way, the amount of water in the gas (the amount of water vapor and the amount of liquid water), the gas When the conditions such as the flow rate of the gas and the temperature of the gas fluctuate, the accuracy of measuring the gas humidity depends on the state of the liquid water in the gas and the nature of the measuring device for measuring the humidity such as a dew point meter. May be insufficient. Therefore, even when the fuel cell generates power and conditions that may affect the measurement of gas humidity vary, the humidity in the gas supplied to the fuel cell and / or the gas discharged from the fuel cell There is a need for a technique for accurately measuring the above.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池が発電する際の条件が変動する場合であっても、燃料電池に供給するガスおよび/または燃料電池から排出されるガスにおける湿度を精度良く計測することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and even if the conditions under which the fuel cell generates power fluctuate, the gas supplied to the fuel cell and / or the fuel cell is discharged. The purpose is to accurately measure the humidity in the generated gas.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実施することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に接続されるガスの流路に設けられる湿度センサと、
前記流路において、前記湿度センサよりも前記ガスの流れの上流に設けられ、前記ガス中の水分が水蒸気として存在するように、前記ガス中の水分の状態を調整する水蒸気含有状態調整部と、
前記水蒸気含有状態調整部から前記湿度センサへと流れる前記ガスについて、前記湿度センサで湿度を検出する際の精度に係る前記ガスの状態を調整するガス状態調整部と、を備える燃料電池システム。
[Application Example 1]
A fuel cell system comprising a fuel cell,
A humidity sensor provided in a gas flow path connected to the fuel cell;
In the flow path, provided in the upstream of the flow of the gas from the humidity sensor, a water vapor containing state adjusting unit that adjusts the state of moisture in the gas so that the moisture in the gas exists as water vapor,
A fuel cell system comprising: a gas state adjusting unit that adjusts a state of the gas related to accuracy when the humidity is detected by the humidity sensor for the gas flowing from the water vapor containing state adjusting unit to the humidity sensor.

適用例1に記載の燃料電池システムでは、燃料電池に接続される流路内を流れるガス中の水分が水蒸気として存在するように、ガス中の水分の状態を水蒸気含有状態調整部で調整した後に、上記ガスについて、湿度センサで湿度を検出する際の精度に係る状態をガス状態調整部で調整して、湿度センサにおいて上記ガスの湿度を検出する。したがって、燃料電池が発電する際の条件が変動する場合であっても、ガス中の水分が水蒸気として存在するように水分の状態を調整されたガスにおける湿度を、精度良く計測することが可能になる。   In the fuel cell system described in Application Example 1, after the moisture state in the gas is adjusted by the steam-containing state adjustment unit so that the moisture in the gas flowing in the flow path connected to the fuel cell exists as water vapor. With respect to the gas, the gas state adjustment unit adjusts the state related to the accuracy when the humidity is detected by the humidity sensor, and the humidity of the gas is detected by the humidity sensor. Therefore, even when the conditions under which the fuel cell generates electricity fluctuate, it is possible to accurately measure the humidity in the gas whose moisture state has been adjusted so that the moisture in the gas exists as water vapor. Become.

[適用例2]
適用例1記載の燃料電池システムであって、前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記湿度センサへと供給される前記ガスの流速および/または温度である燃料電池システム。適用例2に記載の燃料電池システムによれば、流速および/または温度を調整したガスを湿度センサに供給することにより、湿度センサでガスの湿度を検出する際の精度を確保することができる。
[Application Example 2]
The fuel cell system according to Application Example 1, wherein the state adjusted by the gas state adjusting unit is a flow rate and / or a temperature of the gas supplied to the humidity sensor. According to the fuel cell system described in Application Example 2, by supplying the humidity sensor with the gas whose flow rate and / or temperature has been adjusted, the accuracy in detecting the humidity of the gas with the humidity sensor can be ensured.

[適用例3]
適用例2記載の燃料電池システムであって、
前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記ガスの温度であり、前記ガス状態調整部は、前記水蒸気含有状態調整部を経由した前記ガスから熱の供給を受ける前記湿度センサの温度が、前記ガスにおいて予測される露点温度よりも高く、前記湿度センサが許容する上限温度よりも低い温度となるように、前記ガスを加熱する加熱部である燃料電池システム。適用例3記載の燃料電池システムによれば、ガス状態調整部が、水蒸気含有状態調整部を経由したガスを加熱することにより、ガスから熱の供給を受ける湿度センサの温度が、ガスにおいて予測される露点温度よりも高くなる。そのため、湿度センサにおいてガス中の水蒸気の凝縮を抑制することができ、凝縮した液水に起因する湿度センサの検出精度の低下を抑制することができる。また、湿度センサの温度が、湿度センサが許容する上限温度よりも低い温度となるため、湿度センサの耐久性の低下を抑制することができる。
[Application Example 3]
A fuel cell system according to Application Example 2,
The state adjusted by the gas state adjusting unit is the temperature of the gas, and the gas state adjusting unit is supplied with heat from the gas via the water vapor-containing state adjusting unit, and the temperature of the humidity sensor is A fuel cell system that is a heating unit that heats the gas so that the temperature is higher than a dew point temperature predicted for the gas and lower than an upper limit temperature allowed by the humidity sensor. According to the fuel cell system of Application Example 3, the gas state adjusting unit heats the gas that has passed through the water vapor-containing state adjusting unit, so that the temperature of the humidity sensor that receives heat supply from the gas is predicted in the gas. Higher than the dew point temperature. Therefore, condensation of water vapor in the gas can be suppressed in the humidity sensor, and a decrease in detection accuracy of the humidity sensor due to the condensed liquid water can be suppressed. Moreover, since the temperature of a humidity sensor becomes temperature lower than the upper limit temperature which a humidity sensor accept | permits, the fall of durability of a humidity sensor can be suppressed.

[適用例4]
適用例3記載の燃料電池システムであって、前記加熱部は、前記水蒸気含有状態調整部と前記湿度センサとを接続する配管全体を加熱することによって前記ガスの加熱を行なう配管ヒータを備える燃料電池システム。適用例4記載の燃料電池システムによれば、ガスを加熱する加熱部が、水蒸気含有状態調整部と湿度センサとを接続する配管全体を加熱するため、水蒸気含有状態調整部で水蒸気の含有状態が調整されたガスにおいて、途中で水蒸気が凝縮することが無く、水蒸気含有状態調整部で調整された水蒸気含有状態を維持したガスの湿度を、湿度センサにおいて検出することができる。
[Application Example 4]
The fuel cell system according to Application Example 3, wherein the heating unit includes a pipe heater that heats the gas by heating an entire pipe connecting the water vapor content state adjusting unit and the humidity sensor. system. According to the fuel cell system of Application Example 4, the heating unit that heats the gas heats the entire pipe connecting the water vapor content adjustment unit and the humidity sensor. In the adjusted gas, water vapor does not condense on the way, and the humidity of the gas maintaining the water vapor containing state adjusted by the water vapor containing state adjusting unit can be detected by the humidity sensor.

[適用例5]
適用例3または4記載の燃料電池システムであって、前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池から排出されるガスが流れる流路であり、前記燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池における生成水量と、前記燃料電池における想定される水の分配状態と、前記燃料電池に供給されたガスの流量と、前記燃料電池で消費されたガスの流量と、に基づいて、前記湿度センサへと流れる前記ガスにおける前記露点温度を予測する露点温度予測部を備え、前記加熱部は、前記湿度センサの温度が、前記露点温度予測部が予測した前記露点温度よりも高くなるように、前記ガスを加熱する燃料電池システム。適用例5記載の燃料電池システムによれば、燃料電池が発電する際の具体的な条件によって燃料電池から排出されるガスの露点を予測するため、湿度センサの温度がガスの露点温度よりも高くなるようにガスを加熱する動作の精度を向上させることができ、湿度センサにおける湿度検出の動作の信頼性を高めることができる。
[Application Example 5]
5. The fuel cell system according to Application Example 3 or 4, wherein the flow path of the gas provided with the humidity sensor is a flow path through which the gas discharged from the fuel cell flows, and the fuel cell system further includes: , Based on the amount of water produced in the fuel cell, the assumed distribution of water in the fuel cell, the flow rate of gas supplied to the fuel cell, and the flow rate of gas consumed in the fuel cell, A dew point temperature predicting unit that predicts the dew point temperature of the gas flowing to the humidity sensor, and the heating unit is configured such that the temperature of the humidity sensor is higher than the dew point temperature predicted by the dew point temperature predicting unit. And a fuel cell system for heating the gas. According to the fuel cell system of Application Example 5, the temperature of the humidity sensor is higher than the gas dew point temperature in order to predict the dew point of gas discharged from the fuel cell according to specific conditions when the fuel cell generates power. Thus, the accuracy of the operation of heating the gas can be improved, and the reliability of the humidity detection operation in the humidity sensor can be improved.

[適用例6]
適用例3ないし5いずれか記載の燃料電池システムであって、前記湿度センサは、前記ガスの露点温度を検出する露点計であり、前記加熱部は、前記露点計が検出した露点温度に応じて前記ガスに対する加熱の程度を変更する燃料電池システム。適用例6記載の燃料電池システムによれば、ガスに対する加熱の程度を変更することにより、ガス中の湿度が変動する場合であっても、ガスの露点温度を精度良く検出することが可能になる。
[Application Example 6]
6. The fuel cell system according to any one of Application Examples 3 to 5, wherein the humidity sensor is a dew point meter that detects a dew point temperature of the gas, and the heating unit is in accordance with a dew point temperature detected by the dew point meter. A fuel cell system that changes the degree of heating of the gas. According to the fuel cell system described in Application Example 6, it is possible to accurately detect the dew point temperature of the gas even when the humidity in the gas varies by changing the degree of heating of the gas. .

[適用例7]
適用例6記載の燃料電池システムであって、前記加熱部は、前記露点計が検出した露点温度が、前記露点計が許容する下限温度を下回るときには、前記露点温度と前記下限温度との差に応じて、前記ガスに対する加熱の程度を低下させる燃料電池システム。適用例7記載の燃料電池システムによれば、検出した露点温度が下限温度を下回るときには、露点温度と下限温度との差に応じてガスに対する加熱量を低下させるため、ガスの露点温度が低下する場合であっても、露点計において露点温度を精度良く検出することが可能になる。
[Application Example 7]
In the fuel cell system according to application example 6, when the dew point temperature detected by the dew point meter is lower than a lower limit temperature allowed by the dew point meter, the heating unit determines a difference between the dew point temperature and the lower limit temperature. Accordingly, a fuel cell system that reduces the degree of heating of the gas. According to the fuel cell system described in Application Example 7, when the detected dew point temperature is lower than the lower limit temperature, the amount of heating with respect to the gas is decreased according to the difference between the dew point temperature and the lower limit temperature, so the gas dew point temperature decreases. Even in this case, the dew point temperature can be accurately detected by the dew point meter.

[適用例8]
適用例2記載の燃料電池システムであって、
前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記ガスの流速であり、前記ガス状態調整部は、前記水蒸気含有状態調整部に連通して設けられ、前記湿度センサを経由することなく前記ガスを導くバイパス流路と、前記湿度センサに供給される前記ガスの流速が、前記湿度センサが許容する上限値以下となるように、前記湿度センサおよび前記バイパス流路に分配される前記ガスの流量を調整する流量調整部とを備える燃料電池システム。適用例8記載の燃料電池システムによれば、燃料電池の運転状態が変動して、水蒸気含有状態調整部を経由するガスの流量が変動する場合であっても、湿度センサに供給されるガスの流速が上限値以下に抑えられるため、湿度センサにおける検出精度の低下を抑制し、精度良くガスの湿度を計測することが可能になる。
[Application Example 8]
A fuel cell system according to Application Example 2,
The state adjusted by the gas state adjusting unit is a flow rate of the gas, and the gas state adjusting unit is provided in communication with the water vapor containing state adjusting unit, and the gas is adjusted without passing through the humidity sensor. The flow rate of the gas distributed to the humidity sensor and the bypass flow path is adjusted so that the flow rate of the gas supplied to the bypass flow path and the humidity sensor is less than or equal to the upper limit value allowed by the humidity sensor. A fuel cell system comprising a flow rate adjusting unit to be adjusted. According to the fuel cell system described in Application Example 8, even when the operating state of the fuel cell fluctuates and the flow rate of the gas passing through the water vapor containing state adjusting unit fluctuates, the gas supplied to the humidity sensor Since the flow velocity is suppressed to the upper limit value or less, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy in the humidity sensor and to measure the gas humidity with high accuracy.

[適用例9]
適用例1ないし8いずれか記載の燃料電池システムであって、前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池から排出されるガスが流れる流路であり、前記水蒸気含有状態調整部は、前記燃料電池から排出されたガスを加熱して、前記ガス中に存在する液水の全量を気化させる気化器である燃料電池システム。適用例9記載の燃料電池システムによれば、気化器によって、ガス中に存在する液水の全量が気化されるため、ガス中の水分をすべて水蒸気の状態にして、ガス中の水分の全量を湿度センサを用いて精度良く計測することが可能になる。また、湿度センサにおいては、液水の全量が気化されたガスが供給されるため、ガス中の水分量を、良好な時間分解能にて精度良く検出することができる。
[Application Example 9]
The fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 8, wherein the gas flow path provided with the humidity sensor is a flow path through which gas discharged from the fuel cell flows, and the water vapor content adjustment The fuel cell system is a vaporizer that heats the gas discharged from the fuel cell and vaporizes the entire amount of liquid water present in the gas. According to the fuel cell system described in Application Example 9, since the entire amount of liquid water present in the gas is vaporized by the vaporizer, all the moisture in the gas is changed to water vapor, and the total amount of moisture in the gas is reduced. It becomes possible to measure with high accuracy using a humidity sensor. Further, since the humidity sensor is supplied with a gas in which the entire amount of liquid water is vaporized, the amount of moisture in the gas can be accurately detected with good time resolution.

[適用例10]
適用例1ないし4および8のうちのいずれか記載の燃料電池システムであって、前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池へと供給されるガスが流れる流路であり、前記水蒸気含有状態調整部は、前記燃料電池に供給されるガスを加湿する加湿器である燃料電池システム。適用例10記載の燃料電池システムによれば、加湿器によって加湿されて燃料電池に供給されるガス中の水蒸気量を、湿度センサを用いて精度良く計測することができる。
[Application Example 10]
9. The fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 4, and 8, wherein the gas flow path provided with the humidity sensor is a flow path through which a gas supplied to the fuel cell flows. The water vapor-containing state adjusting unit is a fuel cell system that is a humidifier that humidifies the gas supplied to the fuel cell. According to the fuel cell system of Application Example 10, the amount of water vapor in the gas humidified by the humidifier and supplied to the fuel cell can be accurately measured using the humidity sensor.

[適用例11]
適用例1ないし10いずれか記載の燃料電池システムであって、さらに、前記湿度センサにおける検出値に基づいて前記燃料電池における水の挙動を評価するための、燃料電池評価部を備える燃料電池システム。適用例11記載の燃料電池システムによれば、燃料電池に供給されるガスおよび/または燃料電池から排出されるガス中の湿度を、湿度センサによって精度良く検出することができるため、燃料電池における水の挙動を、より精度良く評価することが可能になる。
[Application Example 11]
The fuel cell system according to any one of Application Examples 1 to 10, further comprising a fuel cell evaluation unit for evaluating the behavior of water in the fuel cell based on a detection value of the humidity sensor. According to the fuel cell system described in the application example 11, the humidity in the gas supplied to the fuel cell and / or the gas discharged from the fuel cell can be accurately detected by the humidity sensor. The behavior of can be evaluated with higher accuracy.

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、本発明の燃料電池システムを、燃料電池の評価装置として用いる装置などの形態で実現することが可能である。   The present invention can be realized in various forms other than those described above. For example, the fuel cell system of the present invention can be realized in the form of an apparatus that is used as a fuel cell evaluation apparatus.

A.装置の全体構成:
図1は、本発明の好適な一実施例としての燃料電池評価装置10に、評価の対象となる燃料電池15を取り付けて、全体として燃料電池システムとして動作させた様子の概略構成を表すブロック図である。燃料電池評価装置10は、燃料ガス供給部20と、燃料ガス供給路60と、燃料ガス排出路62と、酸化ガス供給部30と、酸化ガス供給路64と、酸化ガス排出路66と、制御部70と、を備えている。
A. Overall configuration of the device:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell evaluation apparatus 10 as a preferred embodiment of the present invention, in which a fuel cell 15 to be evaluated is attached and operated as a fuel cell system as a whole. It is. The fuel cell evaluation device 10 includes a fuel gas supply unit 20, a fuel gas supply channel 60, a fuel gas discharge channel 62, an oxidizing gas supply unit 30, an oxidizing gas supply channel 64, an oxidizing gas discharge channel 66, and a control. Part 70.

燃料ガス供給部20は、燃料電池15のアノードに対して、水素を含有する燃料ガスを供給するための装置である。本実施例では、燃料ガス供給部20は、水素を貯蔵する水素タンクによって構成している。   The fuel gas supply unit 20 is a device for supplying a fuel gas containing hydrogen to the anode of the fuel cell 15. In this embodiment, the fuel gas supply unit 20 is constituted by a hydrogen tank that stores hydrogen.

燃料ガス供給路60は、燃料ガス供給部20と燃料電池15とを接続する流路である。燃料ガス供給路60には、第1マスフロメータ21が設けられており、この第1マスフロメータ21によって、燃料電池15に供給する燃料ガス流量を、加湿前のドライガスの状態で調節している。燃料ガス供給路60において、第1マスフロメータ21の下流側には、第1加湿器22が設けられている。本実施例では、第1加湿器22をバブラによって構成しており、バブラの温度を調節することにより、燃料ガスに対する加湿量を制御可能となっている。ここで、第1加湿器22であるバブラ内に燃料ガスを導く流路として、燃料ガス供給路60から分岐してバブラを経由した後に再び燃料ガス供給路60へと合流する第1加湿ガス分岐路80が設けられている。燃料ガス供給路60と第1加湿ガス分岐路80との接続部においては、三方弁68が設けられている。この三方弁68を切り替えることにより、燃料ガスを加湿しない状態とすることも可能である。   The fuel gas supply channel 60 is a channel that connects the fuel gas supply unit 20 and the fuel cell 15. The fuel gas supply path 60 is provided with the first mass flow meter 21, and the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell 15 is adjusted by the first mass flow meter 21 in the state of the dry gas before humidification. In the fuel gas supply path 60, a first humidifier 22 is provided on the downstream side of the first mass flow meter 21. In the present embodiment, the first humidifier 22 is constituted by a bubbler, and the humidification amount for the fuel gas can be controlled by adjusting the temperature of the bubbler. Here, as a flow path for introducing the fuel gas into the bubbler that is the first humidifier 22, the first humidified gas branch that branches from the fuel gas supply path 60, passes through the bubbler, and merges with the fuel gas supply path 60 again. A path 80 is provided. A three-way valve 68 is provided at the connection between the fuel gas supply path 60 and the first humidified gas branch path 80. By switching the three-way valve 68, it is possible to make the fuel gas unhumidified.

燃料ガス供給路60において、第1加湿器22の下流側には、第1露点計24、第1圧力計25、第1流量計26が設けられている。これら第1露点計24、第1圧力計25、第1流量計26によって、燃料ガス供給路60を流れる加湿後の燃料ガスの、露点温度、圧力、流量がそれぞれ検出される。ここで、本実施例では、第1露点計24として鏡面式露点計を用いている。鏡面式露点計の他にも、高分子容量式湿度センサや、レーザー露点計など、種々の湿度センサを用いることにより、燃料ガスの湿度を検出することが可能であるが、鏡面式露点計は、精度に対する信頼性が特に高く(例えば、誤差が±0.2℃程度)、望ましい。用いる湿度センサは、燃料電池15の発電に係る条件が変動して燃料ガス中の水蒸気分圧が変動する場合にも、水蒸気分圧を精度良く検出可能であって、良好な時間分解能で水蒸気分圧を検出可能であれば良い。   In the fuel gas supply path 60, a first dew point meter 24, a first pressure gauge 25, and a first flow meter 26 are provided on the downstream side of the first humidifier 22. By the first dew point meter 24, the first pressure gauge 25, and the first flow meter 26, the dew point temperature, pressure, and flow rate of the humidified fuel gas flowing through the fuel gas supply path 60 are detected. In this embodiment, a specular dew point meter is used as the first dew point meter 24. In addition to the specular dew point meter, it is possible to detect the humidity of the fuel gas by using various humidity sensors such as a polymer capacitive humidity sensor and a laser dew point meter. The reliability with respect to accuracy is particularly high (for example, the error is about ± 0.2 ° C.), which is desirable. The humidity sensor used can accurately detect the water vapor partial pressure even when the conditions relating to the power generation of the fuel cell 15 fluctuate and the water vapor partial pressure in the fuel gas fluctuates, and the water vapor content can be detected with good time resolution. It is sufficient if the pressure can be detected.

ここで、第1露点計24には、第1露点計ヒータ82が併設されている。この第1露点計ヒータ82は、第1露点計24で露点温度が計測される燃料ガスを加熱するためのものであり、このように第1露点計ヒータ82によって燃料ガスを加熱することで、第1露点計24の近傍における燃料ガス中での水蒸気の凝縮を抑制している。この第1露点計ヒータ82による燃料ガスの加熱量の制御については、後に詳しく説明する。また、第1露点計24には、第1温度センサ83が併設されている。この第1温度センサ83は、第1露点計ヒータ82によって加熱されて第1露点計24において露点温度が計測される燃料ガスの温度を検出する。   Here, the first dew point meter 24 is provided with a first dew point meter heater 82. The first dew point heater 82 is for heating the fuel gas whose dew point temperature is measured by the first dew point meter 24. In this way, by heating the fuel gas by the first dew point meter heater 82, Condensation of water vapor in the fuel gas in the vicinity of the first dew point meter 24 is suppressed. The control of the heating amount of the fuel gas by the first dew point heater 82 will be described in detail later. The first dew point meter 24 is also provided with a first temperature sensor 83. The first temperature sensor 83 detects the temperature of the fuel gas that is heated by the first dew point meter heater 82 and whose dew point temperature is measured by the first dew point meter 24.

燃料ガス供給路60において、第1加湿器22と第1露点計24との間には、第1配管ヒータ23が設けられている。本実施例では、第1配管ヒータ23は、第1加湿器22と第1露点計24とを接続する配管(第1加湿ガス分岐路80において、第1加湿器22を経由した燃料ガスが流れる部分と、燃料ガス供給路60において、第1加湿ガス分岐路80を経由した燃料ガスが流れる部分)上に設けられ、通電によって所望の温度へと燃料ガスの加熱を行なう。より具体的には、第1配管ヒータ23は、内部に伝熱コイルを配置したリボン状のヒータを用いて上記配管を被覆し、さらにその外側を断熱材により被覆することにより形成されている。本実施例では、この第1配管ヒータ23と、既述した第1露点計ヒータ82とによって、第1加熱部が形成されている。そして、第1加熱部は、加熱された燃料ガスが供給される第1露点計24の温度が、燃料ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第1露点計24における耐熱温度よりも低い温度となるように、燃料ガスを加熱する。第1加熱部における加熱の様子については、後に詳しく説明する。   In the fuel gas supply path 60, a first pipe heater 23 is provided between the first humidifier 22 and the first dew point meter 24. In the present embodiment, the first pipe heater 23 is a pipe that connects the first humidifier 22 and the first dew point meter 24 (in the first humidified gas branch 80, the fuel gas that has passed through the first humidifier 22 flows). And in the fuel gas supply path 60, the fuel gas flows through the first humidified gas branch path 80), and the fuel gas is heated to a desired temperature by energization. More specifically, the 1st piping heater 23 is formed by coat | covering the said piping using the ribbon-shaped heater which has arrange | positioned the heat-transfer coil inside, and also coat | covering the outer side with a heat insulating material. In the present embodiment, the first heating unit is formed by the first pipe heater 23 and the first dew point meter heater 82 described above. The first heating unit is configured such that the temperature of the first dew point meter 24 to which the heated fuel gas is supplied is higher than the predicted dew point temperature of the fuel gas and lower than the heat resistant temperature of the first dew point meter 24. The fuel gas is heated so that The manner of heating in the first heating unit will be described in detail later.

また、燃料ガス供給路60において第1配管ヒータ23が設けられている部分の途中で燃料ガス供給路60から分岐して、第1露点計24、第1圧力計25、第1流量計26を経由することなく、燃料ガス供給路60のさらに下流へと燃料ガスを導く供給燃料ガスバイパス路61が設けられている。この供給燃料ガスバイパス路61には、第1流量調整バルブ27が設けられている。このような供給燃料ガスバイパス路61を設けることにより、第1加湿器22で加湿された燃料ガスの一部は供給燃料ガスバイパス路61を流れ、第1露点計24、第1圧力計25および第1流量計26を経由する燃料ガス流量が抑制される。供給燃料ガスバイパス路61によって、第1露点計24等を経由する燃料ガス流量が抑制される構成については、後に詳しく説明する。   Further, the fuel gas supply path 60 branches from the fuel gas supply path 60 in the middle of the portion where the first pipe heater 23 is provided, and the first dew point meter 24, the first pressure gauge 25, and the first flow meter 26 are connected. A supply fuel gas bypass passage 61 that guides the fuel gas further downstream of the fuel gas supply passage 60 is provided without passing through the fuel gas supply passage 60. A first flow rate adjustment valve 27 is provided in the supply fuel gas bypass passage 61. By providing such a supply fuel gas bypass passage 61, part of the fuel gas humidified by the first humidifier 22 flows through the supply fuel gas bypass passage 61, and the first dew point meter 24, the first pressure gauge 25, and The fuel gas flow rate via the first flow meter 26 is suppressed. The configuration in which the fuel gas flow rate via the first dew point meter 24 and the like is suppressed by the supply fuel gas bypass passage 61 will be described in detail later.

燃料ガス供給路60において、第1流量計26よりも下流であって、供給燃料ガスバイパス路61との合流部よりも下流には、第2圧力計28が設けられている。この第2圧力計28によって、燃料電池15に流入する燃料ガスの圧力が検出される。さらに、燃料ガス供給路60において、燃料電池15との接続部近傍(図1では、第2圧力計28と、燃料ガス供給路60および燃料電池15の接続部との間)には、第1温度調節部29が設けられている。本実施例では、第1温度調節部29は、第2圧力計28と燃料電池15とを接続する配管を覆って設けられた、温度調整用の流体の流路によって構成されている。第1温度調節部29が備える上記流路内に、所定の温度に制御した温度調整用流体を流すことによって、燃料電池15に供給する燃料ガス温度を所望の温度とすることができる。   In the fuel gas supply path 60, a second pressure gauge 28 is provided downstream of the first flow meter 26 and downstream of the junction with the supply fuel gas bypass path 61. The pressure of the fuel gas flowing into the fuel cell 15 is detected by the second pressure gauge 28. Further, in the fuel gas supply path 60, the vicinity of the connection with the fuel cell 15 (in FIG. 1, between the second pressure gauge 28 and the connection between the fuel gas supply path 60 and the fuel cell 15) is the first. A temperature adjustment unit 29 is provided. In the present embodiment, the first temperature adjusting unit 29 is configured by a temperature adjusting fluid channel provided so as to cover a pipe connecting the second pressure gauge 28 and the fuel cell 15. The temperature of the fuel gas supplied to the fuel cell 15 can be set to a desired temperature by flowing a temperature adjusting fluid controlled to a predetermined temperature through the flow path provided in the first temperature adjusting unit 29.

燃料ガス排出路62は、燃料電池15に接続されて、燃料電池15のアノードを経由して排出される排出燃料ガスが流れる流路である。燃料ガス排出路62において、燃料電池15との接続部近傍には、第3圧力計31が設けられており、この第3圧力計31によって、燃料電池15から排出された排出燃料ガスの圧力が検出される。さらに、燃料ガス排出路62には、第3圧力計31よりも下流側に、第1気化器32が設けられている。本実施例の第1気化器32は、既述した第1配管ヒータ23と同様に、燃料ガス排出路62を構成する配管の一部を覆って設けられるヒータを備えている。ただし、この第1気化器32では、第1配管ヒータ23よりも高い温度で排出燃料ガスの加熱が行なわれる。燃料電池が発電する際には発電に伴って水が生じ、燃料電池から排出されるガス中には多くの水蒸気が含まれることになるため、これらの水蒸気が配管中で凝縮して液水になる場合があるが、本実施例では、第1気化器32を設けることによって、燃料ガス排出路62中の液水をすべて気化させている。したがって、第1気化器32における設定温度は、燃料電池15における発電量が想定される最大量となって、生成水量が最大となる場合であっても、燃料ガス排出路62中の水をすべて水蒸気にすることができる温度として設定されている。具体的には、第1気化器32における設定温度は、例えば100〜220℃の範囲の一定の温度とすることができる。本実施例では、第1気化器32の設定温度は200℃としている。なお、第1気化器32に供給される排出燃料ガスの流量や燃料電池15における発電量(発生する生成水量)に応じて、第1気化器32の設定温度を変更することも可能である。   The fuel gas discharge path 62 is a flow path that is connected to the fuel cell 15 and through which discharged fuel gas discharged via the anode of the fuel cell 15 flows. In the fuel gas discharge path 62, a third pressure gauge 31 is provided in the vicinity of the connection portion with the fuel cell 15, and the pressure of the discharged fuel gas discharged from the fuel cell 15 is reduced by the third pressure gauge 31. Detected. Further, a first carburetor 32 is provided in the fuel gas discharge path 62 on the downstream side of the third pressure gauge 31. The first vaporizer 32 according to the present embodiment includes a heater provided so as to cover a part of the pipe constituting the fuel gas discharge path 62, similarly to the first pipe heater 23 described above. However, in the first vaporizer 32, the exhaust fuel gas is heated at a temperature higher than that of the first pipe heater 23. When a fuel cell generates electricity, water is generated with the generation of electricity, and the gas discharged from the fuel cell contains a lot of water vapor. In this embodiment, the first vaporizer 32 is provided to vaporize all the liquid water in the fuel gas discharge passage 62. Therefore, the set temperature in the first carburetor 32 is the maximum amount that the power generation amount in the fuel cell 15 is assumed, and even if the amount of generated water is maximum, all the water in the fuel gas discharge path 62 is discharged. It is set as a temperature that can be converted to water vapor. Specifically, the set temperature in the first vaporizer 32 can be set to a constant temperature in the range of 100 to 220 ° C., for example. In this embodiment, the set temperature of the first vaporizer 32 is 200 ° C. Note that the set temperature of the first carburetor 32 can be changed according to the flow rate of the exhaust fuel gas supplied to the first carburetor 32 and the power generation amount (generated water amount) generated in the fuel cell 15.

燃料ガス排出路62において、第1気化器32の下流側には、第2露点計34、第4圧力計35、第2流量計36が設けられている。第2露点計34は、第1露点計24と同様の構成を備えている。これら第2露点計34、第4圧力計35、第2流量計36によって、燃料ガス排出路62を流れる排出燃料ガスの、露点温度、圧力、流量がそれぞれ検出される。ここで、第2露点計34には、第1露点計24における第1露点計ヒータ82および第1温度センサ83と同様の、第2露点計ヒータ84および第2温度センサ85が併設されている。上記第2露点計ヒータ84によって、第2露点計34で露点温度が計測される燃料ガスが加熱されると共に、加熱された燃料ガスの温度が、第2温度センサ85によって検出される。このような燃料ガス排出路62において、第1気化器32と第2露点計34との間には、第2配管ヒータ33が設けられている。第2配管ヒータ33は、燃料ガス供給路60に設けた第1配管ヒータ23と同様の構成を有しており、第2露点計ヒータ84と共に、第2加熱部を形成している。第2加熱部は、第2加熱部によって加熱された排出燃料ガスが供給される第2露点計34の温度が、排出燃料ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第2露点計34における耐熱温度よりも低い温度となるように、排出燃料ガスを加熱している。第2加熱部における加熱の様子については、後に詳しく説明する。   In the fuel gas discharge path 62, a second dew point meter 34, a fourth pressure gauge 35, and a second flow meter 36 are provided on the downstream side of the first vaporizer 32. The second dew point meter 34 has the same configuration as the first dew point meter 24. By these second dew point meter 34, fourth pressure gauge 35, and second flow meter 36, the dew point temperature, pressure, and flow rate of the exhaust fuel gas flowing through the fuel gas discharge path 62 are detected. Here, the second dew point meter 34 is provided with a second dew point meter heater 84 and a second temperature sensor 85 similar to the first dew point meter heater 82 and the first temperature sensor 83 in the first dew point meter 24. . The fuel gas whose dew point temperature is measured by the second dew point meter 34 is heated by the second dew point meter heater 84, and the temperature of the heated fuel gas is detected by the second temperature sensor 85. In such a fuel gas discharge path 62, a second pipe heater 33 is provided between the first vaporizer 32 and the second dew point meter 34. The second pipe heater 33 has the same configuration as the first pipe heater 23 provided in the fuel gas supply path 60, and forms a second heating unit together with the second dew point meter heater 84. In the second heating unit, the temperature of the second dew point meter 34 to which the exhaust fuel gas heated by the second heating unit is supplied is higher than the dew point temperature predicted for the exhaust fuel gas, and the heat resistant temperature in the second dew point meter 34 The exhaust fuel gas is heated so that the temperature becomes lower than that. The manner of heating in the second heating unit will be described in detail later.

また、燃料ガス排出路62から分岐して、第2露点計34、第4圧力計35、第2流量計36を経由することなく、燃料ガス排出路62の下流へと排出燃料ガスを導く排出燃料ガスバイパス路63が設けられている。この排出燃料ガスバイパス路63には、第2流量調整バルブ37が設けられている。このような排出燃料ガスバイパス路63を設けることにより、第1気化器32で液水の気化が行なわれた排出燃料ガスの一部は排出燃料ガスバイパス路63を流れ、第2露点計34、第4圧力計35および第2流量計36を経由する排出燃料ガス流量が抑制される。排出燃料ガスバイパス路63によって、第2露点計34等を経由する排出燃料ガス流量が抑制される構成については、後に詳しく説明する。   In addition, the fuel gas discharge passage 62 branches from the fuel gas discharge passage 62 to the downstream side of the fuel gas discharge passage 62 without passing through the second dew point meter 34, the fourth pressure gauge 35, and the second flow meter 36. A fuel gas bypass 63 is provided. The exhaust fuel gas bypass passage 63 is provided with a second flow rate adjustment valve 37. By providing such an exhaust fuel gas bypass passage 63, part of the exhaust fuel gas that has been vaporized of the liquid water in the first vaporizer 32 flows through the exhaust fuel gas bypass passage 63, and the second dew point meter 34, The flow rate of the exhaust fuel gas passing through the fourth pressure gauge 35 and the second flow meter 36 is suppressed. The configuration in which the exhaust fuel gas flow rate passing through the second dew point meter 34 and the like is suppressed by the exhaust fuel gas bypass passage 63 will be described in detail later.

燃料ガス排出路62において、第2流量計36よりも下流であって、排出燃料ガスバイパス路63との合流部よりも下流には、第1背圧弁38が設けられている。本実施例では、第3圧力計31の検出信号に基づいて第1背圧弁38の開度を調節することによって、燃料電池15内における燃料ガスの圧力を調節している。   In the fuel gas discharge path 62, a first back pressure valve 38 is provided downstream of the second flow meter 36 and downstream of the junction with the exhaust fuel gas bypass path 63. In this embodiment, the pressure of the fuel gas in the fuel cell 15 is adjusted by adjusting the opening degree of the first back pressure valve 38 based on the detection signal of the third pressure gauge 31.

酸化ガス供給部30は、燃料電池15のカソード側に対して、酸素を含有する酸化ガスを供給するための装置である。酸化ガス供給部30は、例えば、空気を取り込んで圧縮するブロワによって構成することができる。   The oxidizing gas supply unit 30 is an apparatus for supplying an oxidizing gas containing oxygen to the cathode side of the fuel cell 15. The oxidizing gas supply unit 30 can be configured by, for example, a blower that takes in air and compresses it.

酸化ガス供給路64は、酸化ガス供給部40と燃料電池15とを接続するための流路である。酸化ガス供給路64には、第2マスフロメータ41が設けられており、この第2マスフロメータ41によって、燃料電池15に供給する酸化ガス流量を、加湿前のドライガスの状態で調節している。また、酸化ガス供給路64において、第2マスフロメータ41の下流側には、燃料ガス供給路60における第1加湿器22と同様の第2加湿器42が、三方弁69および第2加湿ガス分岐路81を介して設けられている。   The oxidizing gas supply path 64 is a flow path for connecting the oxidizing gas supply unit 40 and the fuel cell 15. A second mass flow meter 41 is provided in the oxidizing gas supply path 64, and the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 15 is adjusted by the second mass flow meter 41 in a dry gas state before humidification. Further, in the oxidizing gas supply path 64, on the downstream side of the second mass flow meter 41, a second humidifier 42 similar to the first humidifier 22 in the fuel gas supply path 60 includes a three-way valve 69 and a second humidified gas branch path. 81 is provided.

酸化ガス供給路64において、第2加湿器42の下流側には、燃料ガス供給路60に設けられたセンサと同様の、第3露点計44、第5圧力計45、第3流量計46が設けられている。これら第3露点計44、第5圧力計45、第3流量計46によって、酸化ガス供給路64を流れる加湿後の酸化ガスの、露点温度、圧力、流量がそれぞれ検出される。ここで、第3露点計44には、第1露点計24における第1露点計ヒータ82および第1温度センサ83と同様の、第3露点計ヒータ86および第3温度センサ87が併設されている。上記第3露点計ヒータ86によって、第3露点計44で露点温度が計測される酸化ガスが加熱されると共に、加熱された酸化ガスの温度が、第3温度センサ87によって検出される。このような酸化ガス供給路64において、第2加湿器42と第3露点計44との間には、第1配管ヒータ23と同様の第3配管ヒータ43が設けられている。この第3配管ヒータ43は、第3露点計ヒータ86と共に、第3加熱部を形成している。第3加熱部は、第3加熱部によって加熱された酸化ガスが供給される第3露点計44の温度が、供給酸化ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第3露点計44における耐熱温度よりも低い温度となるように、酸化ガスを加熱する。第3加熱部における加熱の様子については、後に詳しく説明する。   In the oxidizing gas supply path 64, a third dew point meter 44, a fifth pressure gauge 45, and a third flow meter 46, which are the same as the sensors provided in the fuel gas supply path 60, are located downstream of the second humidifier 42. Is provided. The third dew point meter 44, the fifth pressure gauge 45, and the third flow meter 46 detect the dew point temperature, pressure, and flow rate of the humidified oxidizing gas that flows through the oxidizing gas supply path 64, respectively. Here, the third dew point meter 44 is provided with a third dew point meter heater 86 and a third temperature sensor 87 similar to the first dew point meter heater 82 and the first temperature sensor 83 in the first dew point meter 24. . The oxidizing gas whose dew point temperature is measured by the third dew point meter 44 is heated by the third dew point meter heater 86, and the temperature of the heated oxidizing gas is detected by the third temperature sensor 87. In such an oxidizing gas supply path 64, a third pipe heater 43 similar to the first pipe heater 23 is provided between the second humidifier 42 and the third dew point meter 44. The third piping heater 43 forms a third heating unit together with the third dew point meter heater 86. The third heating unit is configured such that the temperature of the third dew point meter 44 to which the oxidizing gas heated by the third heating unit is supplied is higher than the predicted dew point temperature of the supplied oxidizing gas, and is higher than the heat resistant temperature in the third dew point meter 44. The oxidizing gas is heated so that the temperature becomes lower. The manner of heating in the third heating unit will be described in detail later.

また、酸化ガス供給路64から分岐して、第3露点計44、第5圧力計45、第3流量計46を経由することなく、酸化ガス供給路64の下流へと酸化ガスを導く供給酸化ガスバイパス路65が設けられている。この供給酸化ガスバイパス路65には、第1流量調整バルブ27と同様の、第3流量調整バルブ47が設けられており、第3露点計44、第5圧力計45、第3流量計46が設けられた酸化ガス供給路64における酸化ガス流量が抑制される。供給酸化ガスバイパス路65によって、第3露点計44等を経由する供給酸化ガス流量が抑制される構成については、後に詳しく説明する。   Further, the supply oxidation that branches from the oxidizing gas supply path 64 and guides the oxidizing gas downstream of the oxidizing gas supply path 64 without passing through the third dew point meter 44, the fifth pressure gauge 45, and the third flow meter 46. A gas bypass 65 is provided. The supply oxidant gas bypass 65 is provided with a third flow rate adjustment valve 47 similar to the first flow rate adjustment valve 27, and a third dew point meter 44, a fifth pressure gauge 45, and a third flow meter 46 are provided. The oxidizing gas flow rate in the provided oxidizing gas supply path 64 is suppressed. The configuration in which the supply oxidant gas flow rate via the third dew point meter 44 and the like is suppressed by the supply oxidant gas bypass 65 will be described in detail later.

また、酸化ガス供給路64において、供給酸化ガスバイパス路65との合流部よりも下流には、第6圧力計48が設けられており、この第6圧力計48によって、燃料電池15に流入する酸化ガスの圧力が検出される。さらに、酸化ガス供給路64において、燃料電池15との接続部近傍には、第1温度調節部29と同様の第2温度調節部49が設けられており、この第2温度調節部49によって、燃料電池15に供給する酸化ガス温度を所望の温度に調節している。   Further, a sixth pressure gauge 48 is provided in the oxidizing gas supply path 64 downstream of the junction with the supply oxidizing gas bypass path 65, and flows into the fuel cell 15 by the sixth pressure gauge 48. The pressure of the oxidizing gas is detected. Further, in the oxidizing gas supply path 64, a second temperature adjusting unit 49 similar to the first temperature adjusting unit 29 is provided in the vicinity of the connection part with the fuel cell 15, and by this second temperature adjusting unit 49, The oxidizing gas temperature supplied to the fuel cell 15 is adjusted to a desired temperature.

酸化ガス排出路66は、燃料電池15に接続されて、燃料電池15のカソードを経由して排出される排出酸化ガスが導入される流路である。酸化ガス排出路66には、第7圧力計51が設けられており、この第7圧力計51によって、燃料電池15から排出された排出酸化ガスの圧力が検出される。さらに、酸化ガス排出路66には、第7圧力計51よりも下流側に、第1気化器32と同様の第2気化器52が設けられており、この第2気化器52によって、酸化ガス排出路66中の液水をすべて気化させている。   The oxidizing gas discharge path 66 is a flow path that is connected to the fuel cell 15 and into which discharged oxidizing gas discharged via the cathode of the fuel cell 15 is introduced. A seventh pressure gauge 51 is provided in the oxidizing gas discharge path 66, and the pressure of the discharged oxidizing gas discharged from the fuel cell 15 is detected by the seventh pressure gauge 51. Furthermore, a second vaporizer 52 similar to the first vaporizer 32 is provided in the oxidizing gas discharge path 66 on the downstream side of the seventh pressure gauge 51, and the second vaporizer 52 allows the oxidizing gas to flow. All liquid water in the discharge channel 66 is vaporized.

酸化ガス排出路66において、第2気化器52よりも下流側には、第4露点計54、第8圧力計55、第4流量計56が設けられている。これら第4露点計54、第8圧力計55、第4流量計56によって、酸化ガス排出路66を流れる排出酸化ガスの、露点温度、圧力、流量がそれぞれ検出される。ここで、第4露点計54には、第1露点計24における第1露点計ヒータ82および第1温度センサ83と同様の、第4露点計ヒータ88および第4温度センサ89が併設されている。上記第4露点計ヒータ88によって、第4露点計54で露点温度が計測される酸化ガスが加熱されると共に、加熱された酸化ガスの温度が、第4温度センサ89によって検出される。このような酸化ガス排出路66において、第2気化器52と第4露点計54との間には、第1配管ヒータ23と同様の第4配管ヒータ53が設けられている。この第4配管ヒータ53は、第4露点計ヒータ88と共に、第4加熱部を形成している。第4加熱部は、第4加熱部によって加熱された排出酸化ガスが供給される第4露点計54の温度が、排出酸化ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第4露点計54における耐熱温度よりも低い温度となるように、排出酸化ガスを加熱している。第4加熱部における加熱の様子については、後に詳しく説明する。   In the oxidizing gas discharge channel 66, a fourth dew point meter 54, an eighth pressure gauge 55, and a fourth flow meter 56 are provided downstream of the second vaporizer 52. By the fourth dew point meter 54, the eighth pressure gauge 55, and the fourth flow meter 56, the dew point temperature, pressure, and flow rate of the exhausted oxidant gas flowing through the oxidant gas discharge path 66 are detected. Here, the fourth dew point meter 54 is provided with a fourth dew point meter heater 88 and a fourth temperature sensor 89 similar to the first dew point meter heater 82 and the first temperature sensor 83 in the first dew point meter 24. . The oxidizing gas whose dew point temperature is measured by the fourth dew point meter 54 is heated by the fourth dew point meter heater 88, and the temperature of the heated oxidizing gas is detected by the fourth temperature sensor 89. In such an oxidizing gas discharge path 66, a fourth pipe heater 53 similar to the first pipe heater 23 is provided between the second vaporizer 52 and the fourth dew point meter 54. The fourth pipe heater 53 and the fourth dew point meter heater 88 form a fourth heating unit. The fourth heating unit is configured such that the temperature of the fourth dew point meter 54 to which the exhausted oxidant gas heated by the fourth heating unit is supplied is higher than the predicted dew point temperature in the exhausted oxidant gas, and the heat resistant temperature in the fourth dew point meter 54. The exhaust oxidant gas is heated so that the temperature becomes lower than that. The manner of heating in the fourth heating unit will be described in detail later.

また、酸化ガス排出路66から分岐して、第4露点計54、第8圧力計55、第4流量計56を経由することなく、酸化ガス排出路66の下流へと排出酸化ガスを導く排出酸化ガスバイパス路67が設けられている。この排出酸化ガスバイパス路67には、第1流量調整バルブ27と同様の、第4流量調整バルブ57が設けられており、第4露点計54、第8圧力計55、第4流量計56が設けられた酸化ガス排出路66における排出酸化ガス流量が抑制される。排出酸化ガスバイパス路67によって、第4露点計54等を経由する排出酸化ガス流量が抑制される構成については、後に詳しく説明する。   Further, the exhaust gas is branched from the oxidant gas discharge path 66 and led to the downstream side of the oxidant gas discharge path 66 without passing through the fourth dew point meter 54, the eighth pressure gauge 55, and the fourth flow meter 56. An oxidizing gas bypass 67 is provided. The exhaust oxidant gas bypass passage 67 is provided with a fourth flow rate adjustment valve 57 similar to the first flow rate adjustment valve 27, and a fourth dew point meter 54, an eighth pressure gauge 55, and a fourth flow meter 56 are provided. The flow rate of exhaust oxidant gas in the provided oxidant gas exhaust path 66 is suppressed. The configuration in which the exhaust oxidant gas flow rate via the fourth dew point meter 54 and the like is suppressed by the exhaust oxidant gas bypass passage 67 will be described in detail later.

酸化ガス排出路66において、第4流量計56よりも下流であって、排出酸化ガスバイパス路67との合流部よりも下流には、第2背圧弁58が設けられている。本実施例では、第7圧力計51の検出信号に基づいて第2背圧弁58の開度を調節することによって、燃料電池15内における酸化ガスの圧力を調節している。   In the oxidizing gas discharge path 66, a second back pressure valve 58 is provided downstream of the fourth flow meter 56 and downstream of the junction with the exhaust oxidizing gas bypass path 67. In this embodiment, the pressure of the oxidizing gas in the fuel cell 15 is adjusted by adjusting the opening degree of the second back pressure valve 58 based on the detection signal of the seventh pressure gauge 51.

制御部70は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、CPU、ROM、RAM、および、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部70は、露点計24,34,44,54、圧力計25,28,31,35,45,48,51,55、流量計26,36,46,56、温度センサ83,85,87,89が出力する検出信号や、評価の対象となる燃料電池15に係る情報(例えば、燃料電池15の運転温度を検出する図示しない温度センサの検出信号や、発電量として燃料電池15の出力電流値を検出する図示しない電流センサからの検出信号)を取得すると共に、マスフロメータ21,41や、背圧弁38,58など、燃料電池15の運転条件の調節に係る各部に対して駆動信号を出力する。また、各加熱部等に駆動信号を出力して、露点計24,34,44,54等が検出を行なう際の条件を調節する。このような制御部70は、燃料電池評価装置10および燃料電池15の各部の動きを制御すると共に、燃料電池15における運転条件に対応した燃料電池15内における水の挙動を評価する評価部としても機能する。   The control unit 70 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer, and includes a CPU, a ROM, a RAM, an input / output port for inputting and outputting various signals, and the like. This controller 70 includes dew point meters 24, 34, 44, 54, pressure gauges 25, 28, 31, 35, 45, 48, 51, 55, flow meters 26, 36, 46, 56, temperature sensors 83, 85, 87, 89 output signals, information on the fuel cell 15 to be evaluated (for example, a detection signal from a temperature sensor (not shown) that detects the operating temperature of the fuel cell 15 and the output of the fuel cell 15 as the amount of power generation). A detection signal from a current sensor (not shown) that detects a current value), and outputs a drive signal to each part related to adjustment of the operating conditions of the fuel cell 15, such as the mass flow meters 21 and 41 and the back pressure valves 38 and 58. To do. Moreover, a drive signal is output to each heating part etc., and the conditions at the time of dew point meter 24,34,44,54 grade | etc., Detecting are adjusted. Such a control unit 70 controls the movement of each part of the fuel cell evaluation device 10 and the fuel cell 15, and also serves as an evaluation unit that evaluates the behavior of water in the fuel cell 15 corresponding to the operating conditions in the fuel cell 15. Function.

燃料電池評価装置10による評価の対象となる燃料電池15は、固体高分子型燃料電池が代表的であるが、固体酸化物型燃料電池など、他の形体の燃料電池にも適用可能である。燃料電池15は、発電の単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。燃料電池15の内部には、単セルの積層方向に平行に設けられ、各単セル内のガス流路に対してガスを給排する複数のマニホールドが設けられている。具体的には、各単セル内の燃料ガス流路に燃料ガスを分配する燃料ガス供給マニホールドと、各単セル内の燃料ガス流路から排出された燃料ガスが集合する燃料ガス排出マニホールドと、各単セル内の酸化ガス流路に酸化ガスを分配する酸化ガス供給マニホールドと、各単セル内の酸化ガス流路から排出された酸化ガスが集合する酸化ガス排出マニホールドと、が設けられている。   The fuel cell 15 to be evaluated by the fuel cell evaluation apparatus 10 is typically a polymer electrolyte fuel cell, but can be applied to other forms of fuel cells such as a solid oxide fuel cell. The fuel cell 15 has a stack structure in which a plurality of single cells that are units of power generation are stacked. Inside the fuel cell 15, there are provided a plurality of manifolds that are provided in parallel to the stacking direction of the single cells and supply and discharge gas to and from the gas flow paths in each single cell. Specifically, a fuel gas supply manifold that distributes the fuel gas to the fuel gas flow path in each single cell, a fuel gas discharge manifold that collects the fuel gas discharged from the fuel gas flow path in each single cell, An oxidizing gas supply manifold that distributes the oxidizing gas to the oxidizing gas flow path in each single cell, and an oxidizing gas discharge manifold that collects the oxidizing gas discharged from the oxidizing gas flow path in each single cell are provided. .

燃料電池評価装置10を用いて燃料電池15を評価する際には、燃料電池評価装置10が備えるガス流路と、評価対象である燃料電池15が備えるガスマニホールドとを接続する。すなわち、燃料ガス供給路60と燃料ガス供給マニホールドとの間、燃料ガス排出路62と燃料ガス排出マニホールドとの間、酸化ガス供給路64と酸化ガス供給マニホールドとの間、酸化ガス排出路66と酸化ガス排出マニホールドとの間、を、それぞれ接続する。   When the fuel cell 15 is evaluated using the fuel cell evaluation device 10, the gas flow path provided in the fuel cell evaluation device 10 and the gas manifold provided in the fuel cell 15 to be evaluated are connected. That is, between the fuel gas supply path 60 and the fuel gas supply manifold, between the fuel gas discharge path 62 and the fuel gas discharge manifold, between the oxidant gas supply path 64 and the oxidant gas supply manifold, and between the oxidant gas discharge path 66 and The oxidant gas discharge manifold is connected to each other.

B.供給ガスの加熱に係る動作:
既述したように、本実施例では、第1加熱部によって加熱された供給燃料ガスが流れる第1露点計24の温度が、供給燃料ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第1露点計24における耐熱温度よりも低い温度となるように、制御部70によって第1加熱部の加熱量の制御を行なう。また、第3加熱部によって加熱された供給酸化ガスが流れる第3露点計44の温度が、供給酸化ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第3露点計44における耐熱温度よりも低い温度となるように、制御部70によって第3加熱部の加熱量の制御を行なう。以下に、このような加熱部における加熱の動作について説明する。なお、以下では、燃料電池15に供給する燃料ガスを加熱する第1加熱部の動作について説明を行なうが、酸化ガスを加熱する第3加熱部における動作も同様である。
B. Operations related to heating of supply gas:
As described above, in the present embodiment, the temperature of the first dew point meter 24 through which the supply fuel gas heated by the first heating unit flows is higher than the predicted dew point temperature in the supply fuel gas. The amount of heating of the first heating unit is controlled by the control unit 70 so that the temperature is lower than the heat-resistant temperature at. In addition, the temperature of the third dew point meter 44 through which the supply oxidizing gas heated by the third heating unit flows is higher than the predicted dew point temperature in the supply oxidizing gas and lower than the heat resistant temperature in the third dew point meter 44. As described above, the control unit 70 controls the heating amount of the third heating unit. Below, the operation | movement of the heating in such a heating part is demonstrated. In the following, the operation of the first heating unit for heating the fuel gas supplied to the fuel cell 15 will be described, but the operation in the third heating unit for heating the oxidizing gas is the same.

ここで、燃料ガスをすべて第1加湿器22に導いて加湿を行なう場合には、第1加湿器22から第1加熱部側へと排出される燃料ガスの温度と、この燃料ガスにおける露点温度は、第1加湿器22を構成するバブラの設定温度にほぼ等しくなる。したがって、本実施例では、バブラの設定温度を、第1加湿器22から排出される燃料ガスにおける予測される露点温度としている。ここで、第1加熱部で加熱された燃料ガスから熱の供給を受ける第1露点計24においては、第1露点計24に供給される燃料ガス中の水蒸気が凝縮することなく精度良く露点温度が検出されるように、燃料ガスにおける予測される露点温度(バブラ温度)よりも高い温度が目標温度とされる。具体的には、例えば、バブラにおける設定温度よりも5〜25℃高い温度であって、第1露点計24における耐熱温度よりも低い温度を、第1露点計24の目標温度とすればよい。本実施例では、第1露点計24の目標温度は、バブラにおける設定温度よりも20℃高い温度としている。第1加熱部においては、この第1加熱部において加熱した燃料ガスが有する熱によって第1露点計24を上記した目標温度とすることができるように、燃料ガスに対する加熱量の制御が行なわれる。   Here, when all the fuel gas is guided to the first humidifier 22 for humidification, the temperature of the fuel gas discharged from the first humidifier 22 to the first heating unit side and the dew point temperature in this fuel gas. Is substantially equal to the set temperature of the bubbler constituting the first humidifier 22. Therefore, in this embodiment, the set temperature of the bubbler is the predicted dew point temperature of the fuel gas discharged from the first humidifier 22. Here, in the first dew point meter 24 that receives supply of heat from the fuel gas heated by the first heating unit, the dew point temperature is accurately obtained without condensing water vapor in the fuel gas supplied to the first dew point meter 24. Is detected as a target temperature that is higher than the predicted dew point temperature (bubbler temperature) in the fuel gas. Specifically, for example, a temperature that is 5 to 25 ° C. higher than the set temperature in the bubbler and lower than the heat-resistant temperature in the first dew point meter 24 may be set as the target temperature of the first dew point meter 24. In this embodiment, the target temperature of the first dew point meter 24 is set to a temperature 20 ° C. higher than the set temperature in the bubbler. In the first heating unit, the heating amount for the fuel gas is controlled so that the first dew point meter 24 can be set to the above-described target temperature by the heat of the fuel gas heated in the first heating unit.

第1露点計24は、第1露点計24に供給される燃料ガスによって加熱されるが、この第1露点計24に供給される燃料ガスは、第1露点計24に併設された第1露点計ヒータ82と、第1配管ヒータ23とによって加熱される。本実施例では、第1配管ヒータ23による加熱量は一定としており、第1露点計ヒータ82による加熱量が多いほど、第1露点計24の温度は高くなる。このとき、燃料ガスから第1露点計24に与えられる熱量は、燃料ガス流量が多いほど、また、第1露点計ヒータ82におけるヒータ制御温度(燃料ガスに対する加熱量)が高いほど、また、バブラ温度(加熱前の燃料ガス温度)が高いほど、多くなる。図2は、バブラ温度を所定の温度に設定したときの、燃料ガス流量(第1マスフロメータ21におけるドライガス流量)と、第1露点計ヒータ82におけるヒータ制御温度との関係を表わす説明図である。このように、ガス流量が多いほど露点計ヒータ制御温度を低く設定することにより、燃料ガスにより加熱される第1露点計24の温度を、既述した目標温度にすることが可能になる。本実施例では、このような燃料ガス流量と露点計ヒータ制御温度との関係を、バブラ温度ごとに予めマップとして制御部70内に記憶しており、制御部70が、バブラ温度とドライガス流量に基づいて上記マップを参照することによって、第1露点計ヒータ82におけるヒータ制御温度を決定し、第1露点計ヒータ82への通電量を制御している。ただし、実際にはバブラ温度ごとに膨大なマップを記憶しておくことは現実的ではないため、本実施例では、バブラ温度をある程度の範囲ごとに区切って、設定した範囲ごとにマップを用意している。このようなマップは、設定した範囲内でバブラ温度が変動し、さらに、燃料電池15の発電に係る他の条件が変動する場合であっても、第1露点計24の温度が、露点温度よりも高く第1露点計24の耐熱温度よりも低い状態を維持できるように、設定すればよい。なお、ここでは、第1配管ヒータ23による加熱量は、配管内で液水が凝縮しないように設定された一定量であり、第1露点計ヒータ82による燃料ガスに対する加熱によって、第1露点計24の温度を所望の温度に昇温させているため、第1露点計ヒータ82における制御温度は、第1露点計24の目標温度よりも高くなる。   The first dew point meter 24 is heated by the fuel gas supplied to the first dew point meter 24, and the fuel gas supplied to the first dew point meter 24 is a first dew point meter provided in the first dew point meter 24. Heated by the meter heater 82 and the first piping heater 23. In the present embodiment, the heating amount by the first piping heater 23 is constant, and the temperature of the first dew point meter 24 increases as the heating amount by the first dew point meter heater 82 increases. At this time, the amount of heat given from the fuel gas to the first dew point meter 24 increases as the fuel gas flow rate increases, and as the heater control temperature (heating amount for the fuel gas) in the first dew point meter heater 82 increases. The higher the temperature (fuel gas temperature before heating), the higher. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the fuel gas flow rate (dry gas flow rate in the first mass flow meter 21) and the heater control temperature in the first dew point meter heater 82 when the bubbler temperature is set to a predetermined temperature. . Thus, by setting the dew point meter heater control temperature to be lower as the gas flow rate is larger, the temperature of the first dew point meter 24 heated by the fuel gas can be set to the target temperature described above. In this embodiment, the relationship between the fuel gas flow rate and the dew point heater control temperature is stored in advance in the control unit 70 as a map for each bubbler temperature, and the control unit 70 stores the bubbler temperature and the dry gas flow rate. By referring to the map based on the above, the heater control temperature in the first dew point meter heater 82 is determined, and the energization amount to the first dew point meter heater 82 is controlled. However, in practice, it is not realistic to store a huge map for each bubbler temperature, so in this example, a map is prepared for each set range by dividing the bubbler temperature into a certain range. ing. In such a map, even when the bubbler temperature fluctuates within the set range and other conditions related to power generation of the fuel cell 15 fluctuate, the temperature of the first dew point meter 24 is higher than the dew point temperature. It may be set so that the temperature can be kept higher than the heat resistance temperature of the first dew point meter 24. Here, the heating amount by the first pipe heater 23 is a constant amount set so that liquid water does not condense in the pipe, and the first dew point meter is heated by the heating of the fuel gas by the first dew point meter heater 82. Since the temperature of 24 is raised to a desired temperature, the control temperature in the first dew point meter heater 82 is higher than the target temperature of the first dew point meter 24.

なお、第1配管ヒータ23は、既述したように、第1加湿器22と第1露点計24とを接続する流路全体を覆って設けられている。このように第1加湿器22と第1露点計24とを接続する流路全体で燃料ガスの加熱が行なわれるため、流路内で燃料ガス中の水蒸気が凝縮することが無く、第1加湿器22で付与された水蒸気量が維持された状態で、第1露点計24において燃料ガスの露点温度を計測することができる。   In addition, the 1st piping heater 23 is provided covering the whole flow path which connects the 1st humidifier 22 and the 1st dew point meter 24 as mentioned above. As described above, since the fuel gas is heated in the entire flow path connecting the first humidifier 22 and the first dew point meter 24, the water vapor in the fuel gas is not condensed in the flow path, and the first humidification is performed. The dew point temperature of the fuel gas can be measured by the first dew point meter 24 in a state where the amount of water vapor applied by the vessel 22 is maintained.

C.排出ガスの加熱に係る動作:
既述したように、本実施例では、第2加熱部によって加熱された排出燃料ガスが供給される第2露点計34の温度が、排出燃料ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第2露点計34における耐熱温度よりも低い温度となるように、制御部70によって第2加熱部の加熱量の制御を行なう。また、第4加熱部によって加熱された排出酸化ガスが供給される第4露点計54の温度が、排出酸化ガスにおいて予測される露点温度よりも高く第4露点計54における耐熱温度よりも低い温度となるように、制御部70によって第4加熱部の加熱量の制御を行なう。以下に、このような加熱部における加熱の動作について説明する。なお、以下では、排出燃料ガスを加熱する第2加熱部の動作について説明を行なうが、排出酸化ガスを加熱する第4加熱部における動作も同様である。
C. Operations related to exhaust gas heating:
As described above, in the present embodiment, the temperature of the second dew point meter 34 to which the exhaust fuel gas heated by the second heating unit is supplied is higher than the dew point temperature predicted for the exhaust fuel gas, and the second dew point. The control unit 70 controls the heating amount of the second heating unit so that the temperature is lower than the heat-resistant temperature in the total 34. Further, the temperature of the fourth dew point meter 54 to which the exhaust oxidant gas heated by the fourth heating unit is supplied is higher than the predicted dew point temperature in the exhaust oxidant gas and lower than the heat resistant temperature in the fourth dew point meter 54. Then, the control unit 70 controls the heating amount of the fourth heating unit. Below, the operation | movement of the heating in such a heating part is demonstrated. In the following, the operation of the second heating unit that heats the exhaust fuel gas will be described, but the operation in the fourth heating unit that heats the exhaust oxidation gas is also the same.

ここで、排出燃料ガス中の水蒸気量は、燃料電池15に供給される燃料ガス中の水蒸気量に、燃料電池15内で付加された水蒸気量(電解質膜を介してカソード側から移動した生成水量)を加えた値となる。また、排出燃料ガスの流量は、燃料電池15に供給した燃料ガスの流量から、燃料電池15で発電のために消費された水素量を減じ、さらに燃料電池15内で付加された水蒸気量を加えた値となる。排出燃料ガス中の露点温度は、排出燃料ガス中の水蒸気量および排出燃料ガス流量の影響を受けるが、上記したように、排出燃料ガス中の水蒸気量および排出燃料ガス流量は、燃料電池15が発電する際の種々の条件によって変動する。そのため、排出燃料ガスによって加熱される第2露点計34の温度が排出燃料ガスの予測露点温度よりも高くなるように第2露点計34における目標温度を定める際には、本実施例では、燃料電池15における発電条件に基づいて、排出燃料ガスにおける露点温度の予測を行なっている。第2露点計34における目標温度は、予測した排出燃料ガスの露点温度よりも5〜25℃高い温度であって、第2露点計34における耐熱温度よりも低い温度とすればよい。本実施例では、第2露点計34の目標温度は、予測した排出燃料ガスの露点温度よりも20℃高い温度としている。第2加熱部においては、この第2加熱部において加熱した排出燃料ガスが有する熱によって第2露点計34を上記した目標温度とすることができるように、排出燃料ガスに対する加熱量の制御が行なわれる。   Here, the amount of water vapor in the exhausted fuel gas is the amount of water vapor added in the fuel cell 15 to the amount of water vapor in the fuel gas supplied to the fuel cell 15 (the amount of generated water moved from the cathode side through the electrolyte membrane). ) Is added. Further, the flow rate of the exhaust fuel gas is obtained by subtracting the amount of hydrogen consumed for power generation in the fuel cell 15 from the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel cell 15 and adding the amount of water vapor added in the fuel cell 15. Value. The dew point temperature in the exhaust fuel gas is affected by the amount of water vapor in the exhaust fuel gas and the flow rate of the exhaust fuel gas. As described above, the amount of water vapor in the exhaust fuel gas and the flow rate of the exhaust fuel gas are determined by the fuel cell 15. It varies depending on various conditions when generating electricity. Therefore, when the target temperature in the second dew point meter 34 is determined so that the temperature of the second dew point meter 34 heated by the exhaust fuel gas is higher than the predicted dew point temperature of the exhaust fuel gas, Based on the power generation conditions in the battery 15, the dew point temperature in the exhausted fuel gas is predicted. The target temperature in the second dew point meter 34 may be a temperature that is 5 to 25 ° C. higher than the predicted dew point temperature of the exhaust fuel gas and lower than the heat-resistant temperature in the second dew point meter 34. In this embodiment, the target temperature of the second dew point meter 34 is 20 ° C. higher than the predicted dew point temperature of the exhaust fuel gas. In the second heating unit, the amount of heat with respect to the exhaust fuel gas is controlled so that the second dew point meter 34 can be set to the target temperature described above by the heat of the exhaust fuel gas heated in the second heating unit. It is.

排出ガスの露点温度の予測について、さらに説明する。図3は、燃料電池15に対して給排される燃料ガスと酸化ガスのそれぞれについて、流量および圧力の関係をまとめて示す説明図である。ガス流量の総量をQtotal、水蒸気量をQvapor、ドライガス流量をQdry、ガスの全圧をPtotal、水蒸気分圧をPvaporと表わしている。また、流量あるいは圧力に係る各値において、供給燃料ガスについては数字1を付し、排出燃料ガスについては数字2を付し、供給酸化ガスについては数字3を付し、排出酸化ガスについては数字4を付している。排出燃料ガス中の露点温度は、排出燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor2)と、排出燃料ガスの圧力とから求めることができる。このようにして露点温度を予測する際に用いる排出燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor2)は、排出燃料ガスの流量(Qtotal2)、排出燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor2)、排出燃料ガスの全圧(Pvapor2)を用いて、以下の(1)式により求められる。   The prediction of the exhaust gas dew point temperature will be further described. FIG. 3 is an explanatory diagram collectively showing the relationship between the flow rate and the pressure for each of the fuel gas and the oxidizing gas supplied to and discharged from the fuel cell 15. The total gas flow rate is represented as Qtotal, the water vapor amount as Qvapor, the dry gas flow rate as Qdry, the total gas pressure as Ptotal, and the water vapor partial pressure as Pvapor. Also, in each value related to flow rate or pressure, the number 1 is assigned to the supplied fuel gas, the number 2 is assigned to the exhausted fuel gas, the number 3 is assigned to the supplied oxidizing gas, and the number is assigned to the exhausted oxidizing gas. 4 is attached. The dew point temperature in the exhaust fuel gas can be obtained from the water vapor partial pressure (Pvapor2) in the exhaust fuel gas and the pressure of the exhaust fuel gas. In this way, the water vapor partial pressure (Pvapor2) in the exhaust fuel gas used to predict the dew point temperature is the flow rate of the exhaust fuel gas (Qtotal2), the amount of water vapor in the exhaust fuel gas (Qvapor2), and the total amount of exhaust fuel gas. Using the pressure (Pvapor2), it is determined by the following equation (1).

Pvapor2=Ptotal2×Qvaper2/Qtotal2 …(1)   Pvapor2 = Ptotal2 × Qvaper2 / Qtotal2 (1)

ここで、(1)式における排出燃料ガスの全圧(Ptotal2)は、第3圧力計31が検出した圧力を用いればよい。また、(1)式における排出燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor2)は、既述したように、燃料電池15に供給された供給燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor1)と、燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)との合計であり、以下の(2)式により求めることができる。   Here, the pressure detected by the third pressure gauge 31 may be used as the total pressure (Ptotal2) of the discharged fuel gas in the equation (1). In addition, the amount of water vapor (Qvapor2) in the discharged fuel gas in the equation (1) is equal to the amount of water vapor (Qvapor1) in the supplied fuel gas supplied to the fuel cell 15 and the fuel in the fuel cell 15 as described above. It is the sum of the amount of water vapor (Qadd1) added to the gas and can be determined by the following equation (2).

Qvapor2=Qvapor1 + Qadd1 …(2)   Qvapor2 = Qvapor1 + Qadd1 (2)

(2)式における供給燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor1)は、供給燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor1)と、第2圧力計28が検出した供給燃料ガスの全圧(Ptotal1)と、第1マスフロメータ21における供給燃料ガスのドライガス流量(Qdry1)と、に基づいて、以下の(3)式により求めることができる。ここで、ガス中の水蒸気分圧は、ガスの露点温度とガス圧とに基づいて求めることができる値であり、制御部70は、第1露点計24が検出した露点温度および第1圧力計25が検出した第1露点計24における圧力を取得して、供給燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor1)を導出する。   The amount of water vapor (Qvapor1) in the supplied fuel gas in the equation (2) is the water vapor partial pressure (Pvapor1) in the supplied fuel gas, the total pressure (Ptotal1) of the supplied fuel gas detected by the second pressure gauge 28, Based on the dry gas flow rate (Qdry1) of the supplied fuel gas in the one mass flow meter 21, it can be obtained by the following equation (3). Here, the water vapor partial pressure in the gas is a value that can be obtained based on the dew point temperature and gas pressure of the gas, and the control unit 70 detects the dew point temperature detected by the first dew point meter 24 and the first pressure gauge. The pressure in the first dew point meter 24 detected by 25 is acquired, and the water vapor partial pressure (Pvapor1) in the supplied fuel gas is derived.

Qvapor1=Qdry1×Pvapor1/(Ptotal1−Pvapor1) …(3)   Qvapor1 = Qdry1 × Pvapor1 / (Ptotal1-Pvapor1) (3)

また、(2)式における燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)は、燃料電池15で生じた生成水量と、燃料電池15内における水の分配割合とに基づいて求めることができる。すなわち、燃料電池15内で生じた生成水のうち、所定の割合でカソード側からアノード側へと分配された生成水の量が、燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)となる。ここで、上記燃料電池15で生じた生成水量は、燃料電池15における発電量(電流密度)に基づいて算出することができる。燃料電池15における発電量は、燃料電池15に接続された負荷における負荷要求の大きさとして取得しても良いし、図示しない電流計により燃料電池15の出力電流を検出することにより取得しても良い。また、上記燃料電池15内における水の分配割合は、例えば、予め定めて制御部70に記憶しておくこととすれば良い。予め定めて記憶しておく分配割合は、例えば、予備的な実験を予め行なうことにより求めることができる。あるいは、燃料電池評価装置10を用いた評価を行なう際に、使用者により任意の数値を入力することとしても良い。なお、本実施例の燃料電池評価装置10は、後述するように、供給ガス中の水分量と排出ガス中の水分量とを実際に測定することによって、燃料電池の運転条件と燃料電池の膜−電極接合体(MEA)における水の挙動との関係を評価する装置であり、評価の過程において水の分配割合を求めている。したがって、上記した(3)式に基づく処理において、燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)を求めるために用いる水の分配割合は、評価に伴って得られる値を用いて補正を行なっても良い。   Further, the amount of water vapor (Qadd1) added to the fuel gas in the fuel cell 15 in the equation (2) is obtained based on the amount of water generated in the fuel cell 15 and the distribution ratio of water in the fuel cell 15. Can do. That is, of the generated water generated in the fuel cell 15, the amount of generated water distributed from the cathode side to the anode side at a predetermined ratio is the amount of water vapor (Qadd1) added to the fuel gas in the fuel cell 15 It becomes. Here, the amount of water generated in the fuel cell 15 can be calculated based on the amount of power generation (current density) in the fuel cell 15. The amount of power generation in the fuel cell 15 may be acquired as the magnitude of the load request in the load connected to the fuel cell 15, or may be acquired by detecting the output current of the fuel cell 15 with an ammeter (not shown). good. Further, the water distribution ratio in the fuel cell 15 may be determined in advance and stored in the control unit 70, for example. The distribution ratio determined and stored in advance can be obtained, for example, by conducting a preliminary experiment in advance. Alternatively, when the evaluation using the fuel cell evaluation device 10 is performed, an arbitrary numerical value may be input by the user. As will be described later, the fuel cell evaluation apparatus 10 of the present embodiment actually measures the amount of water in the supply gas and the amount of water in the exhaust gas, so that the operating conditions of the fuel cell and the membrane of the fuel cell are measured. -An apparatus for evaluating the relationship between the behavior of water in the electrode assembly (MEA) and determining the water distribution ratio in the course of the evaluation. Therefore, in the processing based on the above equation (3), the distribution ratio of water used to obtain the amount of water vapor (Qadd1) added to the fuel gas in the fuel cell 15 is obtained using the value obtained with the evaluation. Correction may be performed.

(1)式に戻って、(1)式における排出燃料ガスの流量(Qtotal2)は、燃料ガス排出路62において例えば第3圧力計31の近傍に流量計をさらに設け、排出燃料ガス流量(Qtotal2)を実測することとしても良い。あるいは、供給燃料ガス流量(Qtotal1)と、燃料電池15における消費水素量(QconH)と、燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)とを用いて、以下の(4)式により算出しても良い。   Returning to the equation (1), the flow rate (Qtotal2) of the discharged fuel gas in the equation (1) is further provided with a flow meter, for example, in the vicinity of the third pressure gauge 31 in the fuel gas discharge passage 62, ) May be actually measured. Alternatively, using the supplied fuel gas flow rate (Qtotal1), the amount of hydrogen consumed in the fuel cell 15 (QconH), and the amount of water vapor added to the fuel gas in the fuel cell 15 (Qadd1), You may calculate by.

Qtotal2=Qtotal1 − QconH + Qadd1 …(4)   Qtotal2 = Qtotal1-QconH + Qadd1 (4)

この(4)式において、供給燃料ガス流量(Qtotal1)は、以下の(5)式に示すように、第1マスフロメータ21における供給燃料ガスのドライガス流量(Qdry1)と、既述した(3)式に基づいて求められる供給燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor1)との和として求めることができる。また、(4)式において、燃料電池15における消費水素量(QconH)は、燃料電池15における発電量(電流密度)に基づいて求めることができる。また、(4)式において、燃料電池15内で燃料ガスに付加された水蒸気量(Qadd1)は、既述したように、燃料電池15で生じた生成水量と、燃料電池15内における水の分配割合とに基づいて求めることができる。   In the equation (4), the supply fuel gas flow rate (Qtotal1) is the dry gas flow rate (Qdry1) of the supply fuel gas in the first mass flow meter 21, as described in the following equation (5). It can be determined as the sum of the amount of water vapor (Qvapor1) in the supplied fuel gas determined based on the equation. In equation (4), the amount of hydrogen consumed (QconH) in the fuel cell 15 can be obtained based on the amount of power generation (current density) in the fuel cell 15. In the equation (4), the amount of water vapor (Qadd1) added to the fuel gas in the fuel cell 15 is the amount of water produced in the fuel cell 15 and the distribution of water in the fuel cell 15 as described above. It can be determined based on the ratio.

Qtotal1=Qdry1 + Qvapor1 …(5)   Qtotal1 = Qdry1 + Qvapor1 (5)

本実施例では、このようにして(1)式に基づいて求めた排出燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor2)と、第3圧力計45が検出した圧力(第2露点計34における排出燃料ガスの圧力)とに基づいて、第2露点計34における露点温度を予測する。そして、このようにして予測した第2露点計34における露点温度よりも20℃高い温度を、排出燃料ガスによって加熱される第2露点計34の目標温度としている。   In the present embodiment, the partial pressure of water vapor (Pvapor2) in the exhausted fuel gas thus obtained based on the formula (1) and the pressure detected by the third pressure gauge 45 (exhaust fuel gas in the second dew point meter 34). The dew point temperature in the second dew point meter 34 is predicted based on the And the temperature 20 degreeC higher than the dew point temperature in the 2nd dew point meter 34 estimated in this way is made into the target temperature of the 2nd dew point meter 34 heated by exhaust fuel gas.

第2露点計34は、第2露点計34に供給される排出燃料ガスによって加熱されるが、この第2露点計34に供給される排出燃料ガスは、第2露点計34に併設された第2露点計ヒータ84と、第2配管ヒータ33とによって加熱される。本実施例では、第2配管ヒータ33による加熱量は一定としており、第2露点計ヒータ84による加熱量が多いほど、第2露点計34の温度は高くなる。このとき、排出燃料ガスから第2露点計34に与えられる熱量は、排出燃料ガス流量が多いほど、また、第2露点計ヒータ84におけるヒータ制御温度(排出燃料ガスに対する加熱量)が高いほど、多くなる。図4は、排出燃料ガス流量(Qtotal2)と、第2露点計ヒータ84におけるヒータ制御温度との関係を表わす説明図である。既述したように、排出燃料ガス流量(Qtotal2)は、実測値であっても良く、理論的に算出した値であっても良い。このように、ガス流量が多いほど露点計ヒータ制御温度を低く設定することにより、第2露点計34における温度を、所定の目標温度にすることができる。本実施例では、このような排出燃料ガス流量と露点計ヒータ制御温度との関係を、予測される露点温度ごとに予めマップとして制御部70内に記憶しており、排出燃料ガス流量に基づいて上記マップを参照することによって、第2露点計ヒータ84におけるヒータ制御温度を決定し、第2露点計ヒータ84への通電量を制御している。ただし、実際には予測される露点温度ごとに膨大なマップを記憶しておくことは現実的ではないため、本実施例では、予測される露点温度をある程度の範囲ごとに区切って、設定した範囲ごとにマップを用意している。このようなマップは、設定した範囲内で露点温度が変動し、さらに、燃料電池15の発電に係る他の条件が変動する場合であっても、第2露点計34の温度が、露点温度よりも高く第2露点計34の耐熱温度よりも低い状態を維持できるように、設定すればよい。なお、ここでは、第2配管ヒータ33による加熱量は、配管内で液水が凝縮しないように設定された一定量であり、第2露点計ヒータ84による排出燃料ガスに対する加熱によって、第2露点計34の温度を所望の温度に昇温させているため、第2露点計ヒータ84における制御温度は、第2露点計34の目標温度よりも高くなる。また、第1気化器32における設定温度を、燃料電池15で発生する生成水量(燃料電池15における発電量)等に応じて変更する場合には、第1気化器32の設定温度が高いほど、排出燃料ガスから第2露点計34に与えられる熱量が多くなる。したがって、このような場合には、第2露点計ヒータ84におけるヒータ制御温度を決定する際には、さらに第1気化器32の設定温度を考慮すれば良い。   The second dew point meter 34 is heated by the exhaust fuel gas supplied to the second dew point meter 34, and the exhaust fuel gas supplied to the second dew point meter 34 is attached to the second dew point meter 34. Heated by the two dew point meter heater 84 and the second pipe heater 33. In this embodiment, the heating amount by the second pipe heater 33 is constant, and the temperature of the second dew point meter 34 increases as the heating amount by the second dew point meter heater 84 increases. At this time, the amount of heat given from the exhaust fuel gas to the second dew point meter 34 increases as the exhaust fuel gas flow rate increases, and as the heater control temperature (heating amount for the exhaust fuel gas) in the second dew point meter heater 84 increases. Become more. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the exhaust fuel gas flow rate (Qtotal 2) and the heater control temperature in the second dew point meter heater 84. As described above, the exhaust fuel gas flow rate (Qtotal2) may be an actual measurement value or a theoretically calculated value. Thus, by setting the dew point meter heater control temperature to be lower as the gas flow rate is higher, the temperature in the second dew point meter 34 can be set to a predetermined target temperature. In the present embodiment, such a relationship between the exhaust fuel gas flow rate and the dew point meter heater control temperature is stored in advance in the control unit 70 as a map for each predicted dew point temperature, and based on the exhaust fuel gas flow rate. By referring to the map, the heater control temperature in the second dew point meter heater 84 is determined, and the energization amount to the second dew point meter heater 84 is controlled. However, since it is not practical to store an enormous map for each predicted dew point temperature, in this embodiment, the predicted dew point temperature is divided into a certain range and set ranges. A map is prepared for each. In such a map, even if the dew point temperature fluctuates within a set range and other conditions related to power generation of the fuel cell 15 fluctuate, the temperature of the second dew point meter 34 is higher than the dew point temperature. Is set so that it can be maintained at a higher temperature than the heat resistance temperature of the second dew point meter 34. Here, the heating amount by the second pipe heater 33 is a constant amount set so that liquid water does not condense in the pipe, and the second dew point is heated by the second dew point meter heater 84 to the exhaust fuel gas. Since the temperature of the meter 34 is raised to a desired temperature, the control temperature in the second dew point meter heater 84 becomes higher than the target temperature of the second dew point meter 34. Further, when the set temperature in the first vaporizer 32 is changed according to the amount of generated water generated in the fuel cell 15 (power generation amount in the fuel cell 15) or the like, the higher the set temperature in the first vaporizer 32, The amount of heat given to the second dew point meter 34 from the exhausted fuel gas increases. Therefore, in such a case, when the heater control temperature in the second dew point meter heater 84 is determined, the set temperature of the first vaporizer 32 may be further taken into consideration.

なお、第2配管ヒータ33は、既述したように、第1気化器32と第2露点計34とを接続する流路全体を覆って設けられている。このように第1気化器32と第2露点計34とを接続する流路全体で排出燃料ガスの加熱が行なわれるため、流路内で排出燃料ガス中の水蒸気が凝縮することが無く、第1気化器32で水の全量が気化された水蒸気量が維持された状態で、第2露点計34において排出燃料ガスの露点温度を計測することができる。   As described above, the second piping heater 33 is provided so as to cover the entire flow path connecting the first vaporizer 32 and the second dew point meter 34. Thus, since the exhaust fuel gas is heated in the entire flow path connecting the first vaporizer 32 and the second dew point meter 34, the water vapor in the exhaust fuel gas is not condensed in the flow path, and the first The dew point temperature of the discharged fuel gas can be measured by the second dew point meter 34 in a state where the water vapor amount obtained by evaporating the entire amount of water in the first vaporizer 32 is maintained.

D.露点温度低下時の動作:
既述した供給ガスの加熱に係る動作および排出ガスの加熱に係る動作の説明では、各露点計の温度が、各ガスにおける予測される露点温度よりも高くなるように各加熱部におけるヒータ制御温度を設定することにより、ガス中の湿度が高まる場合であっても、各露点計において正確に露点温度を計測可能にしている。ここで、燃料電池15の運転条件によっては、各露点計で計測すべきガスの露点温度が、予測を超えて大きく低下する場合も考えられる。ガスの露点温度が、露点計の温度に比較して低すぎる場合には、露点計における露点温度検出の精度が低下する可能性がある。本実施例では、このようにガスの露点温度が予測を超えて変化する場合には、各露点計の上流側に設けた加熱部における加熱の程度を変更することにより、露点計における検出精度の確保を図っている。以下に、露点計で検出される露点温度が変化する際の、加熱部における加熱量の補正の動作について説明する。
D. Operation when dew point temperature drops:
In the description of the operation related to the heating of the supply gas and the operation related to the heating of the exhaust gas described above, the heater control temperature in each heating unit is set so that the temperature of each dew point meter is higher than the predicted dew point temperature in each gas. By setting, the dew point temperature can be accurately measured in each dew point meter even when the humidity in the gas increases. Here, depending on the operating conditions of the fuel cell 15, the dew point temperature of the gas to be measured by each dew point meter may be greatly reduced beyond prediction. If the dew point temperature of the gas is too low compared to the temperature of the dew point meter, the accuracy of dew point temperature detection by the dew point meter may be reduced. In this example, when the dew point temperature of the gas changes beyond the prediction in this way, the degree of detection accuracy in the dew point meter is changed by changing the degree of heating in the heating section provided upstream of each dew point meter. We are trying to secure it. Hereinafter, an operation of correcting the heating amount in the heating unit when the dew point temperature detected by the dew point meter changes will be described.

露点計においては、一般に、その動作原理に応じて、精度良く露点温度を検出可能となるガス温度の下限値がある。図5は、鏡面式露点計である第1露点計24の概略構成を表わす説明図であるが、燃料電池評価装置10が備える他の露点計も、同様の構成を備えている。第1露点計24は、発光素子90と、受光素子91と、ミラー92と、ペルチェ素子93とを備える。発光素子90および受光素子91は、計測対象ガス(ここでは燃料ガス)が供給されるサンプリングチャンバSCを挟んで、ミラー92と対向するように配置されている。具体的には、発光素子90は、ミラー92の鏡面に向かって光を射出可能なように配置されており、受光素子91は、ミラー92の鏡面によって反射された発光素子90の射出光を受光できる位置に配置されている。ミラー92は、その一方の面が鏡面として形成されて、サンプリングチャンバSCに供給される燃料ガスに曝されるように配置されている。ペルチェ素子93は、ミラー92における鏡面とは異なる面側に配置されており、制御部70からの信号により、ミラー92の冷却を行なう。このような第1露点計24では、ペルチェ素子93によって冷却されるミラー92の鏡面に燃料ガス中の水蒸気が結露するのを、発光素子90および受光素子91によって光学的に検出する。すなわち、ミラー92の鏡面上に結露が開始されるときの鏡面温度を、燃料ガスの露点温度として検出する。このように、鏡面式露点計では、ペルチェ素子93がミラー92を冷却してガス中の水蒸気を結露させることによって露点温度を検出するため、ペルチェ素子の冷却能力を超えて露点温度が低い場合には、露点温度を正確に検出できない場合が生じ得る。すなわち、ガスの露点温度が、検出対象のガスをペルチェ素子によって冷却可能な温度よりも低い場合には、露点計によってガスの露点温度を正確に検出できない可能性がある。   In general, a dew point meter has a lower limit value of the gas temperature at which the dew point temperature can be accurately detected according to the operating principle. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the first dew point meter 24 which is a mirror surface type dew point meter, but other dew point meters included in the fuel cell evaluation device 10 have the same configuration. The first dew point meter 24 includes a light emitting element 90, a light receiving element 91, a mirror 92, and a Peltier element 93. The light emitting element 90 and the light receiving element 91 are arranged so as to face the mirror 92 with the sampling chamber SC to which the measurement target gas (here, fuel gas) is supplied. Specifically, the light emitting element 90 is arranged so that light can be emitted toward the mirror surface of the mirror 92, and the light receiving element 91 receives light emitted from the light emitting element 90 reflected by the mirror surface of the mirror 92. It is placed in a position where it can be done. The mirror 92 is arranged such that one surface thereof is formed as a mirror surface and exposed to the fuel gas supplied to the sampling chamber SC. The Peltier element 93 is disposed on a surface side different from the mirror surface of the mirror 92, and cools the mirror 92 by a signal from the control unit 70. In the first dew point meter 24, the light emitting element 90 and the light receiving element 91 optically detect that water vapor in the fuel gas is condensed on the mirror surface of the mirror 92 cooled by the Peltier element 93. That is, the mirror surface temperature when dew condensation is started on the mirror surface of the mirror 92 is detected as the dew point temperature of the fuel gas. Thus, in the specular dew point meter, since the Peltier element 93 detects the dew point temperature by cooling the mirror 92 and condensing water vapor in the gas, when the dew point temperature exceeds the cooling capacity of the Peltier element, the dew point temperature is low. May occur when the dew point temperature cannot be accurately detected. That is, when the gas dew point temperature is lower than the temperature at which the detection target gas can be cooled by the Peltier element, there is a possibility that the gas dew point temperature cannot be accurately detected by the dew point meter.

図6は、燃料電池評価装置10を用いて燃料電池15の評価を行なう際に、制御部70において所定時間ごとに繰り返し実行されるヒータ制御温度補正処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンが実行されると、制御部70は、まず、マップを参照して(第1露点計24および第3露点計34に係る制御の際には図2に示したマップに従い、第2露点計34および第4露点計54に係る制御の際には図4に示したマップに従って)露点計ヒータ制御温度Tcを求める(ステップS100)。次に、制御部70は、各露点計が検出する露点温度Tdと、各露点計に併設された温度センサの検出値(以下、露点計温度Tsと呼ぶ)とを取得する(ステップS105)。なお、以下の説明では、第1露点計24と第1温度センサ83とを例に挙げて説明するが、他の露点計および温度センサの組み合わせにおいても、それぞれ同様の制御を行なう。   FIG. 6 is a flowchart showing a heater control temperature correction processing routine that is repeatedly executed by the control unit 70 every predetermined time when the fuel cell 15 is evaluated using the fuel cell evaluation device 10. When this routine is executed, the control unit 70 first refers to the map (in the case of control related to the first dew point meter 24 and the third dew point meter 34, the second dew point is determined according to the map shown in FIG. 2). At the time of the control related to the total meter 34 and the fourth dew point meter 54, the dew point meter heater control temperature Tc is obtained (in accordance with the map shown in FIG. 4) (step S100). Next, the control unit 70 acquires the dew point temperature Td detected by each dew point meter and the detected value of the temperature sensor provided in each dew point meter (hereinafter referred to as dew point meter temperature Ts) (step S105). In the following description, the first dew point meter 24 and the first temperature sensor 83 will be described as an example, but the same control is performed for other combinations of dew point meters and temperature sensors.

次に、制御部70は、現在の第1露点計24において精度良く測定可能な露点温度の下限値Tdminを算出する(ステップS110)。ここで、下限値Tdminは、検出した露点計温度Tsから、第1露点計24が備えるペルチェ素子における冷却可能温度を減算することによって求められる。ペルチェ素子による冷却能力は、一般に40〜50℃であり、冷却可能温度を50℃とすると、ステップS105で取得された露点計温度Tsが90℃である場合には、下限値Tdminは、40℃(=90℃−50℃)となる。   Next, the control unit 70 calculates the lower limit value Tdmin of the dew point temperature that can be accurately measured by the current first dew point meter 24 (step S110). Here, the lower limit value Tdmin is obtained by subtracting the coolable temperature in the Peltier element included in the first dew point meter 24 from the detected dew point meter temperature Ts. The cooling capacity by the Peltier element is generally 40 to 50 ° C. When the coolable temperature is 50 ° C., when the dew point meter temperature Ts acquired in step S105 is 90 ° C., the lower limit value Tdmin is 40 ° C. (= 90 ° C.-50 ° C.).

次に、制御部70は、ステップS105で取得した露点温度Tdと、ステップS110で算出した下限値Tdminとを比較する(ステップS120)。露点温度Tdが、下限値Tdmin以上である場合には、第1露点計24が、精度良く露点温度Tdを検出できる温度条件であると判断することができる。ステップS120において、露点温度Tdが下限温度Tdmin以上である場合には、制御部70は、加熱部が備える露点計ヒータの制御温度の補正が既に行なわれているか否かを判断する(ステップS130)。露点計ヒータ制御温度の補正については、後に説明する。   Next, the control unit 70 compares the dew point temperature Td acquired in step S105 with the lower limit value Tdmin calculated in step S110 (step S120). When the dew point temperature Td is equal to or higher than the lower limit value Tdmin, it can be determined that the first dew point meter 24 is in a temperature condition that can accurately detect the dew point temperature Td. In step S120, when the dew point temperature Td is equal to or higher than the lower limit temperature Tdmin, the control unit 70 determines whether the control temperature of the dew point meter heater provided in the heating unit has already been corrected (step S130). . The correction of the dew point heater control temperature will be described later.

ステップS130において、露点計ヒータ制御温度の補正が行なわれていないと判断される場合には、制御部70は、ステップS100で求めた露点計ヒータ制御温度Tcを維持して(ステップS140)、この露点計ヒータ制御温度Tcに基づいて、第1露点計ヒータ82への通電量を制御して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。ステップS130において、ヒータ制御温度の補正が行なわれていると判断されたときの動作については、後述する。   If it is determined in step S130 that the dew point meter heater control temperature is not corrected, the control unit 70 maintains the dew point meter heater control temperature Tc obtained in step S100 (step S140). Based on the dew point meter heater control temperature Tc, the energization amount to the first dew point meter heater 82 is controlled (step S210), and this routine is terminated. The operation when it is determined in step S130 that the heater control temperature has been corrected will be described later.

ステップS120において、露点温度Tdが、下限値Tdmin未満である場合には、第1露点計24が、精度良く検出できる下限の露点温度よりも低い露点温度を検出していることになる。そこで、次に制御部70は、露点温度Tdが、(下限値Tdmin−10℃)以上であるか否かを判断する(ステップS160)。露点温度Tdが、(下限値Tdmin−10℃)以上である場合には、制御部70は、ステップS100で求めた露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正量を1段階上げて露点計ヒータ制御温度を設定し(ステップS170)、第1露点計ヒータ82への通電量を制御して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。   In step S120, if the dew point temperature Td is less than the lower limit value Tdmin, the first dew point meter 24 has detected a dew point temperature lower than the lower limit dew point temperature that can be detected with high accuracy. Therefore, the control unit 70 next determines whether or not the dew point temperature Td is equal to or higher than (lower limit value Tdmin−10 ° C.) (step S160). When the dew point temperature Td is equal to or higher than the lower limit value Tdmin−10 ° C., the control unit 70 increases the correction amount for the dew point meter heater control temperature Tc obtained in step S100 by one step to increase the dew point meter heater control temperature. This is set (step S170), the energization amount to the first dew point meter heater 82 is controlled (step S210), and this routine is finished.

ここで、図2のマップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正のパターンについて説明する。本実施例では、検出した露点温度Tdが下限値Tdminを下回るときには、マップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcよりも低い温度を露点計ヒータ制御温度として設定する補正を行なっており、このような補正の段階として、3段階を用意している。具体的には、実際に設定する露点計ヒータ制御温度を、マップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcよりも20℃低くする第1の補正と、30℃低くする第2の補正と、40℃低くする第3の補正という3段階の補正パターンを用意している。上記ステップS170において補正量を1段階上げる際には、例えば、その時点で補正を行なっていない場合には、露点計ヒータ制御温度を、マップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcよりも20℃低くする第1の補正パターンを選択する。既に補正を行なっている場合には、既に行なっている補正が第1の補正パターンである場合には第2の補正パターンへ、第2の補正パターンである場合には第3の補正パターンへと、露点計ヒータ制御温度の設定のための補正パターンを変更する。   Here, a correction pattern for the dew point heater control temperature Tc obtained from the map of FIG. 2 will be described. In this embodiment, when the detected dew point temperature Td falls below the lower limit value Tdmin, correction is performed to set a temperature lower than the dew point meter heater control temperature Tc obtained from the map as the dew point meter heater control temperature. Three stages are prepared as correction stages. Specifically, a first correction for lowering the dew point heater control temperature actually set by 20 ° C. from the dew point meter heater control temperature Tc obtained from the map, a second correction for lowering by 30 ° C., and 40 ° C. A three-stage correction pattern is prepared as a third correction to be lowered. When the correction amount is increased by one step in step S170, for example, when correction is not performed at that time, the dew point meter heater control temperature is 20 ° C. lower than the dew point meter heater control temperature Tc obtained from the map. The first correction pattern to be selected is selected. When the correction has already been performed, if the correction that has already been performed is the first correction pattern, the second correction pattern is used. If the correction is already performed, the third correction pattern is used. The correction pattern for setting the dew point heater control temperature is changed.

ステップS160において、露点温度Tdが、(下限値Tdmin−10℃)未満であると判断された場合には、制御部70は、露点温度Tdが、(下限値Tdmin−20℃)以上であるか否かを判断する(ステップS180)。露点温度Tdが、(下限値Tdmin−20℃)以上である場合には、制御部70は、ステップS100で求めた露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正量を2段階上げて露点計ヒータ制御温度を設定し(ステップS190)、第1露点計ヒータ82への通電量を制御して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。補正量を2段階上げるとは、例えば、その時点で補正を行なっていない場合には、ヒータ制御温度をマップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcよりも30℃低くする第2の補正パターンを選択する。既に第1の補正パターンで補正を行なっている場合には、第3の補正パターンへと、露点計ヒータ制御温度の設定のための補正パターンを変更する。   If it is determined in step S160 that the dew point temperature Td is lower than (lower limit value Tdmin-10 ° C.), the controller 70 determines whether the dew point temperature Td is equal to or higher than (lower limit value Tdmin-20 ° C.). It is determined whether or not (step S180). When the dew point temperature Td is equal to or higher than (lower limit value Tdmin−20 ° C.), the control unit 70 increases the correction amount with respect to the dew point heater control temperature Tc obtained in step S100 by two steps to set the dew point meter heater control temperature. This is set (step S190), the energization amount to the first dew point meter heater 82 is controlled (step S210), and this routine is finished. To increase the correction amount by two levels, for example, if correction is not performed at that time, select the second correction pattern that lowers the heater control temperature by 30 ° C. from the dew point heater control temperature Tc obtained from the map To do. If correction has already been performed with the first correction pattern, the correction pattern for setting the dew point meter heater control temperature is changed to the third correction pattern.

ステップS180において、露点温度Tdが、(下限値Tdmin−20℃)未満であると判断される場合には、制御部70は、ステップS100で求めた露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正量を3段階上げて露点計ヒータ制御温度を設定し(ステップS200)、第1露点計ヒータ82への通電量を制御して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。補正量を3段階上げるとは、その時点で補正を行なっていない場合には、露点計ヒータ制御温度をマップから求められるヒータ制御温度Tcよりも40℃低くする第3の補正パターンを選択する。   When it is determined in step S180 that the dew point temperature Td is less than (lower limit value Tdmin-20 ° C.), the control unit 70 sets the correction amount for the dew point meter heater control temperature Tc obtained in step S100 in three stages. The dew point heater control temperature is set (step S200), the energization amount to the first dew point heater 82 is controlled (step S210), and this routine is finished. When the correction amount is increased by three levels, if the correction is not performed at that time, the third correction pattern for selecting the dew point meter heater control temperature to be 40 ° C. lower than the heater control temperature Tc obtained from the map is selected.

このように、露点計が検出した露点温度Tdが、露点計において精度良く検出できる下限値Tdminを下回るときには、露点計ヒータ制御温度をより低く補正するため、露点計内を流れるガスの温度が低下し、ガスから露点計に供給される熱量が減少する。これにより、露点計温度Tsが低下するため、露点計温度Tsからペルチェ素子による冷却可能温度を減算した下限値Tdminの値も低下する。したがって、ガスの露点温度が低い場合であっても、露点計によって精度良く露点温度を検出可能な状態に近づく。なお、本実施例では、マップから求められる露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正量の上限値を、−40℃に設定しており、また、露点温度Tdと下限値Tdminとの差の大きさを10℃ずつ区切ることにより3段階の補正パターンを用意しているが、このような補正量の上限値や、補正パターンを変更するための基準の値、あるいは補正パターンの数は、燃料電池評価装置の特性等に応じて適宜設定すればよい。   In this way, when the dew point temperature Td detected by the dew point meter is below the lower limit value Tdmin that can be accurately detected by the dew point meter, the temperature of the gas flowing in the dew point meter is lowered in order to correct the dew point meter heater control temperature lower. In addition, the amount of heat supplied from the gas to the dew point meter decreases. Thereby, since the dew point meter temperature Ts is lowered, the value of the lower limit value Tdmin obtained by subtracting the coolable temperature by the Peltier element from the dew point meter temperature Ts is also lowered. Therefore, even when the dew point temperature of the gas is low, the dew point temperature is close to a state where the dew point temperature can be detected with high accuracy. In this embodiment, the upper limit value of the correction amount for the dew point meter heater control temperature Tc obtained from the map is set to −40 ° C., and the magnitude of the difference between the dew point temperature Td and the lower limit value Tdmin is set. Three stages of correction patterns are prepared by dividing each by 10 ° C. The upper limit value of the correction amount, the reference value for changing the correction pattern, or the number of correction patterns is determined by the fuel cell evaluation device. What is necessary is just to set suitably according to the characteristic of this.

ステップS120において露点温度Tdが下限値Tdmin以上と判断され、ステップS130において、露点計ヒータ制御温度の補正が既に行なわれていると判断されたときには、制御部70は、ステップS100で求めた露点計ヒータ制御温度Tcに対する補正量を1段階下げて露点計ヒータ制御温度を設定し(ステップ150)、第1露点計ヒータ82への通電量を制御して(ステップS210)、本ルーチンを終了する。これにより、燃料電池15の運転条件の変動の影響が小さくなったときには、定常運転時における制御状態に近づけることができる。   If it is determined in step S120 that the dew point temperature Td is equal to or higher than the lower limit value Tdmin, and it is determined in step S130 that the dew point meter heater control temperature has already been corrected, the control unit 70 determines the dew point meter determined in step S100. The correction amount for the heater control temperature Tc is lowered by one step to set the dew point meter heater control temperature (step 150), the energization amount to the first dew point meter heater 82 is controlled (step S210), and this routine is finished. Thereby, when the influence of the fluctuation | variation of the driving | running condition of the fuel cell 15 becomes small, it can approximate to the control state at the time of steady operation.

E.露点計に流入するガス流速の調整:
既述したように、燃料ガス供給路60から分岐して設けられた供給燃料ガスバイパス路61には第1流量調整バルブ27が設けられ、燃料ガス排出路62から分岐して設けられた排出燃料ガスバイパス路63には第2流量調整バルブ37が設けられ、酸化ガス供給路64から分岐して設けられた供給酸化ガスバイパス路65には第3流量調整バルブ47が設けられ、酸化ガス排出路66から分岐して設けられた排出酸化ガスバイパス路67には第4流量調整バルブ57が設けられている。上記した各バイパス路を設けることによって、第1ないし第4露点計を設けた流路を流れるガス流量が抑制され、各々の露点計に流入するガス流速が抑えられる。以下に、このような流量調整バルブを備えるバイパス流路を用いたガス流速の調整について説明する。なお、以下では、供給燃料ガスが流れる供給燃料ガスバイパス路61と、この流路に設けられた第1流量調整バルブ27について説明を行なうが、他のバイパス流路および流量調整バルブにおける動作も同様である。
E. Adjusting the gas flow rate into the dew point meter:
As described above, the supply fuel gas bypass passage 61 branched from the fuel gas supply passage 60 is provided with the first flow rate adjusting valve 27, and the discharged fuel branched from the fuel gas discharge passage 62. The gas bypass passage 63 is provided with a second flow rate adjusting valve 37, and the supply oxidizing gas bypass passage 65 branched from the oxidizing gas supply passage 64 is provided with a third flow rate adjusting valve 47, and the oxidizing gas discharge passage. A fourth flow rate adjusting valve 57 is provided in the exhaust oxidant gas bypass passage 67 that is branched off from 66. By providing each bypass path described above, the gas flow rate flowing through the flow path provided with the first to fourth dew point meters is suppressed, and the gas flow rate flowing into each dew point meter is suppressed. Below, adjustment of the gas flow rate using a bypass flow path provided with such a flow control valve is demonstrated. In the following, the supply fuel gas bypass passage 61 through which the supply fuel gas flows and the first flow rate adjustment valve 27 provided in this flow passage will be described, but the operations in other bypass flow passages and flow rate adjustment valves are also the same. It is.

ここで、供給燃料ガスバイパス路61が備える第1流量調整バルブ27における開度は、第1露点計24を流れる燃料ガスの流速が、第1露点計23における検出の精度を確保するために許容できる上限を超えないように設定されている。本実施例では、燃料電池15における発電の条件が変動して、第1気化器32から排出される排出燃料ガス量が変動する場合であっても、第1露点計23を流れる燃料ガスの流速が上記上限を超えないように、第1流量調整バルブ27の開度が一定の開度に固定されている。   Here, the opening degree of the first flow rate adjusting valve 27 provided in the supply fuel gas bypass passage 61 is allowable in order to ensure the accuracy of detection of the flow rate of the fuel gas flowing through the first dew point meter 24 by the first dew point meter 23. It is set not to exceed the upper limit. In the present embodiment, the flow rate of the fuel gas flowing through the first dew point meter 23 even when the conditions of power generation in the fuel cell 15 fluctuate and the amount of exhaust gas discharged from the first vaporizer 32 fluctuates. The opening of the first flow rate adjustment valve 27 is fixed at a constant opening so that the upper limit does not exceed the above upper limit.

第1露点計24における検出の精度を確保するために許容できる上限の燃料ガスの流速とは、用いる露点計によって定まる値である。以下に、本実施例で第1露点計24として用いる鏡面式露点計における許容できる上限の燃料ガスの流速について説明する。図5に基づいて既に説明したように、露点温度を検出する際には、ミラー92の鏡面上で結露が発生し始める状態で気化と凝縮が平衡状態となるように、ペルチェ素子93による冷却状態を制御しながら、すなわち水バランスおよび熱バランスを維持した状態で、露点温度の測定を行なう。このような露点計において、計測対象となる燃料ガスの流速が速すぎる場合には、サンプリングチャンバSC内でいわゆる吹き飛ばし(凝縮した液水が速いガス流れによって吹き飛ばされる現象)が生じ、水バランスおよび熱バランスを維持した平衡状態が崩れ、露点計測の精度が不十分となる可能性がある。上記した上限の燃料ガスの流速とは、このような検出精度の低下を充分に抑制できる燃料ガスの流速の上限として設定される値である。本実施例では、燃料電池15における発電の条件が変動して、マスフロメータ21における供給燃料ガス流量や加湿器22における加湿量、あるいは背圧弁38によって調節される燃料電池内部の圧力が変化する場合であっても、第1露点計23におけるガス流速が上記上限値を超えないように、第1流量調整バルブ27の開度が一定の開度に固定されている。なお、鏡面式露点計に代えて、異なる方式の湿度センサを用いる場合にも、それぞれの検出原理等に応じて、用いる湿度センサごとに、許容できるガス流速の上限を定めればよい。   The upper limit of the flow rate of the fuel gas that is acceptable for ensuring the detection accuracy in the first dew point meter 24 is a value determined by the dew point meter used. Hereinafter, an allowable upper limit of the flow rate of the fuel gas in the specular dew point meter used as the first dew point meter 24 in this embodiment will be described. As already described with reference to FIG. 5, when the dew point temperature is detected, the cooling state by the Peltier element 93 is set so that vaporization and condensation are in an equilibrium state in a state where condensation begins to occur on the mirror surface of the mirror 92. The dew point temperature is measured while controlling the water temperature, that is, while maintaining the water balance and the heat balance. In such a dew point meter, when the flow rate of the fuel gas to be measured is too high, so-called blowing (a phenomenon in which condensed liquid water is blown off by a fast gas flow) occurs in the sampling chamber SC, and water balance and heat There is a possibility that the equilibrium state maintaining the balance is lost and the accuracy of the dew point measurement is insufficient. The upper limit fuel gas flow velocity is a value set as the upper limit of the fuel gas flow velocity that can sufficiently suppress such a decrease in detection accuracy. In the present embodiment, the conditions of power generation in the fuel cell 15 fluctuate and the fuel gas flow rate in the mass flow meter 21, the humidification amount in the humidifier 22, or the pressure inside the fuel cell adjusted by the back pressure valve 38 changes. Even if it exists, the opening degree of the 1st flow regulating valve 27 is being fixed to the fixed opening degree so that the gas flow velocity in the 1st dew point meter 23 may not exceed the said upper limit. In addition, when using a humidity sensor of a different system instead of the specular dew point meter, an upper limit of an allowable gas flow rate may be determined for each humidity sensor used in accordance with each detection principle or the like.

ここで、ガスの流速とは、ガス流量を流路断面積で除することによって得られる値である。本実施例では、第1加湿器22から排出される燃料ガスの流量は、燃料電池15を評価するための条件に基づいて設定される、第1マスフロメータ21からの供給ガス流量および第1加湿器22における加湿量によって定まる。また、燃料ガスの流路断面積は、第1露点計24が配置された燃料ガス供給路60の断面積と、供給燃料ガスバイパス路61断面積の合計となる。このように、本実施例では、供給燃料ガスバイパス路61を設けて燃料ガス流路の断面積を増加させることにより、第1露点計24に流入する燃料ガスの流速を抑制することが可能となっている。換言すれば、本実施例では、供給燃料ガスバイパス路61を設けて、第1露点計24が設けられた燃料ガス供給路60を流れるガス流量を減少させることにより、第1露点計24に流入する燃料ガスの流速を抑制することが可能になっている。   Here, the gas flow velocity is a value obtained by dividing the gas flow rate by the flow path cross-sectional area. In the present embodiment, the flow rate of the fuel gas discharged from the first humidifier 22 is set based on the conditions for evaluating the fuel cell 15, and the supply gas flow rate from the first mass flow meter 21 and the first humidifier. 22 is determined by the amount of humidification. The fuel gas flow path cross-sectional area is the sum of the cross-sectional area of the fuel gas supply path 60 where the first dew point meter 24 is disposed and the cross-sectional area of the supply fuel gas bypass path 61. As described above, in this embodiment, it is possible to suppress the flow velocity of the fuel gas flowing into the first dew point meter 24 by providing the supply fuel gas bypass passage 61 and increasing the cross-sectional area of the fuel gas passage. It has become. In other words, in the present embodiment, the supply fuel gas bypass passage 61 is provided, and the flow rate of the gas flowing through the fuel gas supply passage 60 provided with the first dew point meter 24 is reduced, thereby flowing into the first dew point meter 24. It is possible to suppress the flow rate of the fuel gas.

さらに本実施例では、流路を分岐させて流路断面積を増加させることによって第1露点計24に流入する燃料ガスの流速を抑えることに加えて、分岐させた流路に第1流量調整バルブ27を設けることによって、燃料ガス供給路60と供給燃料ガスバイパス路61とに分配される燃料ガスの分配状態を、所望の状態にすることが可能となっている。燃料ガス供給路60には、第1露点計24の他にも、第1圧力計25や第1流量計26が設けられており、それぞれのセンサには、充分な検出精度を実現可能となる望ましいガス流速やガス流量がある。本実施例では、第1流量調整バルブ27の開度を設定して、燃料ガス供給路60を流れるガスの流速や流量が、上記した各センサに対応した望ましい範囲となるように、燃料ガスの分配状態を調整している。   Furthermore, in this embodiment, in addition to suppressing the flow rate of the fuel gas flowing into the first dew point meter 24 by branching the flow path and increasing the flow path cross-sectional area, the first flow rate adjustment is performed on the branched flow path. By providing the valve 27, the distribution state of the fuel gas distributed to the fuel gas supply path 60 and the supply fuel gas bypass path 61 can be changed to a desired state. In addition to the first dew point meter 24, the fuel gas supply path 60 is provided with a first pressure gauge 25 and a first flow meter 26, and each sensor can realize sufficient detection accuracy. There are desirable gas flow rates and gas flow rates. In this embodiment, the opening degree of the first flow rate adjusting valve 27 is set, and the flow rate and flow rate of the gas flowing through the fuel gas supply path 60 are set in a desirable range corresponding to each sensor described above. The distribution status is adjusted.

なお、流路断面積を増加させることによる第1露点計24でのガス流速の抑制は、第1流量調整バルブ27を設けることなく、分岐させる流路の数を単に増加させることによっても実現可能である。ただしこの場合には、流路断面積は、分岐した個々の流路の断面積を合計した値となるため、分岐させる流路の本数に応じた不連続な値としてしか変化させることができない。したがって、各センサが設けられた流路における燃料ガスの分配割合も、分岐させる流路の本数に応じた不連続な値としてしか変化させることができない。これに対して本実施例では、第1流量調整バルブ27の開度によって供給燃料ガスバイパス路61における圧損を調節することで、燃料ガス供給路60と供給燃料ガスバイパス路61との間のガスの分配割合を調節可能となり、各センサが設けられた燃料ガス供給路60における流量を連続的な値として変化させることができる。これにより、各センサにおけるガス流量を、より望ましい値に近づけることが可能になる。   In addition, suppression of the gas flow rate in the first dew point meter 24 by increasing the cross-sectional area of the flow path can be realized by simply increasing the number of flow paths to be branched without providing the first flow rate adjusting valve 27. It is. In this case, however, the cross-sectional area of the flow path is a sum of the cross-sectional areas of the branched individual flow paths, and can only be changed as a discontinuous value corresponding to the number of flow paths to be branched. Therefore, the distribution ratio of the fuel gas in the flow path provided with each sensor can also be changed only as a discontinuous value corresponding to the number of flow paths to be branched. In contrast, in this embodiment, the gas loss between the fuel gas supply path 60 and the supply fuel gas bypass path 61 is adjusted by adjusting the pressure loss in the supply fuel gas bypass path 61 according to the opening of the first flow rate adjustment valve 27. Can be adjusted, and the flow rate in the fuel gas supply passage 60 provided with each sensor can be changed as a continuous value. Thereby, the gas flow rate in each sensor can be brought closer to a more desirable value.

ここで、各センサが設けられた燃料ガス供給路60におけるガス流速を抑えると共に、ガス流量を連続的に制御するためには、例えば、燃料ガス供給路60にバイパス路を設けることなく、燃料ガス供給路60に流量調整バルブを設ける構成も可能である。ただしこの場合には、ガスの全量が通過する流量調整バルブにおいて、圧損が高まることになるため、燃料電池15に供給するガス流量や燃料電池内部の圧力が影響を受けてしまい、燃料電池評価装置全体における燃料電池の運転条件の制御が困難になる。これに対して、本実施例では、流量調整バルブ27を供給燃料ガスバイパス路61に設けているため、流量調整バルブ27に起因する圧損増加の影響を抑えつつ、各センサにおける燃料ガスの流速及び流量を調整することが可能になる。   Here, in order to control the gas flow rate in the fuel gas supply path 60 provided with each sensor and to continuously control the gas flow rate, for example, without providing a bypass path in the fuel gas supply path 60, the fuel gas A configuration in which a flow rate adjusting valve is provided in the supply path 60 is also possible. However, in this case, the pressure loss increases in the flow rate adjusting valve through which the entire amount of gas passes, so the gas flow rate supplied to the fuel cell 15 and the pressure inside the fuel cell are affected, and the fuel cell evaluation device It becomes difficult to control the operating conditions of the fuel cell as a whole. On the other hand, in the present embodiment, since the flow rate adjustment valve 27 is provided in the supply fuel gas bypass passage 61, the flow rate of the fuel gas in each sensor and the influence of the increase in pressure loss caused by the flow rate adjustment valve 27 are suppressed. The flow rate can be adjusted.

なお、第1流量調整バルブ27の開度は、既述したように一定の開度に固定する構成とする他、供給燃料ガス量に応じて制御しても良い。すなわち、第1加湿器22を経由した燃料ガスの流量が多いほど、第1流量調整バルブ27の開度を大きくして、供給燃料ガスバイパス路61における流路抵抗を小さくし、第1露点計24を流れる燃料ガスの流速の高まりを抑えることとしても良い。あるいは、第1加湿器22を経由した燃料ガスの全量を第1露点計24側に流しても、燃料ガスの流速が上限以下になる場合には、第1流量調整バルブ27を閉弁することとしても良い。   In addition, the opening degree of the first flow rate adjusting valve 27 may be controlled according to the amount of supplied fuel gas, in addition to the configuration in which the opening degree is fixed at a constant opening degree as described above. That is, as the flow rate of the fuel gas passing through the first humidifier 22 increases, the opening degree of the first flow rate adjustment valve 27 is increased, the flow resistance in the supply fuel gas bypass passage 61 is reduced, and the first dew point meter It is also possible to suppress an increase in the flow velocity of the fuel gas flowing through 24. Alternatively, if the flow rate of the fuel gas does not exceed the upper limit even if the entire amount of the fuel gas that has passed through the first humidifier 22 flows to the first dew point meter 24 side, the first flow rate adjustment valve 27 is closed. It is also good.

また、本実施例では、第1露点計24および供給燃料ガスバイパス路61に分配される燃料ガスの流量を調整する流量調整部として、第1流量調整バルブ27を設けたが、上記流量調整部は、さらに異なる構成としても良い。例えば、第1露点計24に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス供給路60と、供給燃料ガスバイパス路61と、の接続部において、流量調整部としての三方弁を設け、この三方弁の開度を調節することにより、第1露点計24および供給燃料ガスバイパス路61に分配される燃料ガスの流量を調整しても良い。第1露点計24に供給される燃料ガスの流速が、第1露点計24が許容する上限値以下になるように燃料ガスの流れを調整することができれば、同様の効果が得られる。   In this embodiment, the first flow rate adjusting valve 27 is provided as a flow rate adjusting unit for adjusting the flow rate of the fuel gas distributed to the first dew point meter 24 and the supply fuel gas bypass passage 61. May be configured differently. For example, a three-way valve as a flow rate adjusting unit is provided at the connection between the fuel gas supply path 60 through which the fuel gas supplied to the first dew point meter 24 flows and the supply fuel gas bypass path 61, and the three-way valve is opened. The flow rate of the fuel gas distributed to the first dew point meter 24 and the supply fuel gas bypass passage 61 may be adjusted by adjusting the degree. A similar effect can be obtained if the flow of the fuel gas can be adjusted so that the flow rate of the fuel gas supplied to the first dew point meter 24 is equal to or lower than the upper limit value allowed by the first dew point meter 24.

F.評価に係る動作:
燃料電池評価装置10は、燃料電池15内を流れるガスに係る運転条件と、燃料電池15内における水の挙動との関係を評価するための装置である。ここで、燃料電池の性能を評価する際には、一般に、出力電流値に対する出力電圧値の測定が行なわれる。所定の電流値に対して出力電圧値が高いほど、電池性能が優れていると判断できる。このような出力電圧値の低下を引き起こす要因としては、種々の要因が考えられ、例えば、内部抵抗の増大や、ガス利用率の低下を挙げることができる。燃料電池の内部抵抗の増大は、例えば、燃料電池の構成部材における内部抵抗の増大や、燃料電池の構成部材間における接触抵抗の増大によって引き起こされる。また、ガス利用率の低下は、例えば、電解質膜上に存在する過剰な液水によって引き起こされる。上記した電池性能の低下を引き起こす種々の要因の中でも、燃料電池の構成部材である電解質膜における内部抵抗の増大は、電解質膜の水分不足によって引き起こされるものであり、電解質膜上に存在する過剰な液水の問題と共に、電解質膜内における水の移動に関わる問題である。燃料電池の評価を行なう際に、本実施例の燃料電池評価装置10を用いて、燃料電池内における水の挙動を調べることにより、電池性能に関わる問題のうち、燃料電池内部での水の移動に係る問題を明らかにすることができる。
F. Operations related to evaluation:
The fuel cell evaluation device 10 is a device for evaluating the relationship between the operating conditions relating to the gas flowing in the fuel cell 15 and the behavior of water in the fuel cell 15. Here, when evaluating the performance of the fuel cell, generally, the output voltage value is measured with respect to the output current value. It can be determined that the higher the output voltage value with respect to the predetermined current value, the better the battery performance. Various factors are conceivable as factors that cause such a decrease in the output voltage value, and examples thereof include an increase in internal resistance and a decrease in gas utilization rate. The increase in the internal resistance of the fuel cell is caused by, for example, an increase in internal resistance in the constituent members of the fuel cell or an increase in contact resistance between the constituent members of the fuel cell. In addition, the decrease in gas utilization rate is caused by, for example, excessive liquid water existing on the electrolyte membrane. Among the various factors that cause the deterioration of the battery performance described above, the increase in internal resistance in the electrolyte membrane, which is a constituent member of the fuel cell, is caused by a lack of moisture in the electrolyte membrane, and is excessively present on the electrolyte membrane. This is a problem related to the movement of water in the electrolyte membrane as well as the problem of liquid water. When performing the evaluation of the fuel cell, by using the fuel cell evaluation apparatus 10 of the present embodiment to examine the behavior of water in the fuel cell, water movement within the fuel cell among the problems related to the cell performance. The problem concerning can be clarified.

燃料電池15内における水の挙動は、燃料電池15に供給されるガス中の水分量と、燃料電池15から排出されるガス中の水分量と、発電に伴って燃料電池15内で発生した生成水量と、に基づいて判断される。燃料電池においては、通常は、一定の条件下で発電を継続して行なうと、燃料電池に供給されるガス中の水分量および発電に伴って生じた生成水量の総量と、燃料電池から排出されるガス中の水分量と、が釣り合う定常状態に達する。本実施例の燃料電池評価装置10では、例えば、このような定常状態における燃料電池内の水の挙動、具体的には電解質膜内をカソード側からアノード側へと移動する水の挙動を解析することにより、燃料電池の性能を評価することができる。   The behavior of water in the fuel cell 15 includes the amount of moisture in the gas supplied to the fuel cell 15, the amount of moisture in the gas discharged from the fuel cell 15, and the generation generated in the fuel cell 15 due to power generation. Judgment based on the amount of water. Normally, in a fuel cell, if power generation is continued under certain conditions, the amount of water in the gas supplied to the fuel cell and the total amount of water produced as a result of power generation are discharged from the fuel cell. It reaches a steady state that balances the amount of water in the gas. In the fuel cell evaluation apparatus 10 of the present embodiment, for example, the behavior of water in the fuel cell in such a steady state, specifically, the behavior of water moving from the cathode side to the anode side in the electrolyte membrane is analyzed. Thus, the performance of the fuel cell can be evaluated.

以下に、燃料電池評価装置10が、燃料電池15内における水の挙動を解析する動作について説明する。燃料電池15内における水の挙動を解析する際には、燃料電池15における生成水量の導出と、供給水分量の導出と、排出水分量の導出と、水の分配割合の導出を行なう。   Below, the operation | movement which the fuel cell evaluation apparatus 10 analyzes the behavior of the water in the fuel cell 15 is demonstrated. When analyzing the behavior of water in the fuel cell 15, the amount of generated water in the fuel cell 15, the amount of supplied water, the amount of discharged water, and the distribution ratio of water are derived.

燃料電池15における生成水量の導出は、既述したように、燃料電池15における発電量(具体的には、燃料電池15における出力電流値)に基づいて、理論的に求めることができる。   The derivation of the generated water amount in the fuel cell 15 can be theoretically obtained based on the power generation amount in the fuel cell 15 (specifically, the output current value in the fuel cell 15), as described above.

燃料電池における供給水分量の導出は、燃料電池15に供給される燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor1)と、燃料電池15に供給される酸化ガス中の水蒸気量(Qvapor3)とを合算することにより行なわれる。ここで、燃料電池15に供給される供給燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor1)は、既述したように、第1露点計24が検出した露点温度および第1圧力計25が検出した第1露点計24における燃料ガス圧力から求められる供給燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor1)と、第2圧力計28が検出した供給燃料ガスの全圧(Ptotal1)と、第1マスフロメータ21における供給燃料ガスのドライガス流量(Qdry1)に基づいて、(3)式により求めることができる。同様に、燃料電池15に供給される供給酸化ガス中の水蒸気量(Qvapor3)は、第3露点計44が検出した露点温度および第5圧力計45が検出した第3露点計44における酸化ガス圧力から求められる供給酸化ガス中の水蒸気分圧(Pvapor3)と、第6圧力計48が検出した供給酸化ガスの全圧(Ptotal3)と、第2マスフロメータ41における供給酸化ガスのドライガス流量(Qdry3)に基づいて、以下の(6)式により求めることができる。   The amount of water supply in the fuel cell is derived by adding the amount of water vapor (Qvapor1) in the fuel gas supplied to the fuel cell 15 and the amount of water vapor (Qvapor3) in the oxidizing gas supplied to the fuel cell 15. Done. Here, the amount of water vapor (Qvapor1) in the supplied fuel gas supplied to the fuel cell 15 includes the dew point temperature detected by the first dew point meter 24 and the first dew point detected by the first pressure gauge 25, as described above. The water vapor partial pressure (Pvapor1) in the supplied fuel gas obtained from the fuel gas pressure in the meter 24, the total pressure (Ptotal1) of the supplied fuel gas detected by the second pressure gauge 28, and the supplied fuel gas in the first mass flow meter 21 Based on the dry gas flow rate (Qdry1), it can be obtained by equation (3). Similarly, the amount of water vapor (Qvapor3) in the supplied oxidizing gas supplied to the fuel cell 15 is determined by the dew point temperature detected by the third dew point meter 44 and the oxidizing gas pressure in the third dew point meter 44 detected by the fifth pressure gauge 45. The partial pressure of water vapor (Pvapor3) in the supplied oxidizing gas obtained from the above, the total pressure (Ptotal3) of the supplied oxidizing gas detected by the sixth pressure gauge 48, and the dry gas flow rate (Qdry3) of the supplied oxidizing gas in the second mass flow meter 41 Can be obtained by the following equation (6).

Qvapor3=Qdry3×Pvapor3/(Ptotal3−Pvapor3) …(6)   Qvapor3 = Qdry3 × Pvapor3 / (Ptotal3−Pvapor3) (6)

燃料電池15における排出水分量の導出は、燃料電池15から排出される排出燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor2)と、燃料電池15から排出される排出酸化ガス中の水蒸気量(Qvapor4)とを合算することにより行なわれる。ここで、燃料電池15から排出される排出燃料ガス中の水蒸気量(Qvapor2)は、第2露点計34が検出した露点温度および第4圧力計35が検出した第2露点計34における排出燃料ガス圧力から求められる排出燃料ガス中の水蒸気分圧(Pvapor2)と、第3圧力計31が検出した排出燃料ガスの全圧(Ptotal2)と、排出燃料ガスのドライガス流量(Qdry2)に基づいて、以下の(7)式により求めることができる。ここで、(7)式における排出燃料ガスのドライガス流量(Qdry2)は、以下の(8)式に示すように、第1マスフロメータ21における供給燃料ガスのドライガス流量(Qdry1)から、燃料電池15において発電によって消費された水素量(QconH)を減算することによって求められる。この燃料電池15における消費水素量(QconH)は、既述したように、燃料電池15における発電量(電流密度)に基づいて求めることができる。   Derivation of the amount of moisture discharged from the fuel cell 15 is the sum of the amount of water vapor (Qvapor2) in the discharged fuel gas discharged from the fuel cell 15 and the amount of water vapor (Qvapor4) in the discharged oxidizing gas discharged from the fuel cell 15. It is done by doing. Here, the amount of water vapor (Qvapor2) in the discharged fuel gas discharged from the fuel cell 15 is determined by the dew point temperature detected by the second dew point meter 34 and the discharged fuel gas in the second dew point meter 34 detected by the fourth pressure gauge 35. Based on the partial pressure of water vapor (Pvapor2) in the exhaust fuel gas determined from the pressure, the total pressure (Ptotal2) of the exhaust fuel gas detected by the third pressure gauge 31, and the dry gas flow rate (Qdry2) of the exhaust fuel gas, It can obtain | require by the following (7) Formula. Here, the dry gas flow rate (Qdry2) of the discharged fuel gas in the equation (7) is calculated from the dry gas flow rate (Qdry1) of the supplied fuel gas in the first mass flow meter 21, as shown in the following equation (8). 15, the amount of hydrogen consumed by power generation (QconH) is subtracted. As described above, the hydrogen consumption amount (QconH) in the fuel cell 15 can be obtained based on the power generation amount (current density) in the fuel cell 15.

Qvapor2=Qdry2×Pvapor2/(Ptotal2−Pvapor2) …(7)
Qdry2=Qdry1 − QconH …(8)
Qvapor2 = Qdry2 × Pvapor2 / (Ptotal2-Pvapor2) (7)
Qdry2 = Qdry1−QconH (8)

同様に、燃料電池15から排出される排出酸化ガス中の水蒸気量(Qvapor4)は、第4露点計54が検出した露点温度および第8圧力計55が検出した第4露点計54における排出酸化ガス圧力から求められる排出酸化ガス中の水蒸気分圧(Pvapor4)と、第7圧力計51が検出した排出酸化ガスの全圧(Ptotal4)と、排出酸化ガスのドライガス流量(Qdry4)に基づいて、以下の(9)式により求めることができる。ここで、(9)式における排出酸化ガスのドライガス流量(Qdry4)は、以下の(10)式に示すように、第2マスフロメータ41における供給酸化ガスのドライガス流量(Qdry3)から、燃料電池15において発電によって消費された酸素量(QconO)を減算することによって求められる。この燃料電池15における消費酸素量(QconO)は、既述したように、燃料電池15における発電量(電流密度)に基づいて求めることができる。   Similarly, the amount of water vapor (Qvapor4) in the exhausted oxidant gas discharged from the fuel cell 15 is determined by the dew point temperature detected by the fourth dew point meter 54 and the exhaust oxidant gas in the fourth dew point meter 54 detected by the eighth pressure gauge 55. Based on the partial pressure of water vapor (Pvapor4) in the exhausted oxidant gas determined from the pressure, the total pressure (Ptotal4) of the exhausted oxidant gas detected by the seventh pressure gauge 51, and the dry gas flow rate (Qdry4) of the exhausted oxidant gas, It can obtain | require by the following (9) Formula. Here, the dry gas flow rate (Qdry4) of the exhausted oxidant gas in the equation (9) is calculated from the dry gas flow rate (Qdry3) of the supplied oxidant gas in the second mass flow meter 41 as shown in the following equation (10). 15 is obtained by subtracting the amount of oxygen consumed by power generation (QconO). The oxygen consumption amount (QconO) in the fuel cell 15 can be obtained based on the power generation amount (current density) in the fuel cell 15 as described above.

Qvapor4=Qdry4×Pvapor4/(Ptotal4−Pvapor4) …(9)
Qdry4=Qdry3 − QconO …(10)
Qvapor4 = Qdry4 × Pvapor4 / (Ptotal4-Pvapor4) (9)
Qdry4 = Qdry3−QconO (10)

燃料電池15における水の分配割合の導出は、燃料電池15のカソードで生じた生成水が、アノード側とカソード側のそれぞれに対して、どのような割合で分配されたかを求めることにより行なわれる。既述したように、燃料電池が一定の条件で発電を継続して定常状態に達すると、燃料電池における水収支は、全体として釣り合った状態になる。具体的には、燃料ガスにおける供給側の水分量に対する排出側の水分量の増加分と、酸化ガスにおける供給側の水分量に対する排出側の水分量の増加分と、の合計は、生成水量に等しくなる。このような状態では、酸化ガスにおける供給側の水蒸気量(Qvapor3)に対する排出側の水蒸気量(Qvapor4)の増加量(Qvapor4−Qvapor3)は、カソードで発生した生成水の内、酸化ガス中に気化した水の量を反映する。また、燃料ガスにおける供給側の水蒸気量(Qvapor1)に対する排出側の水蒸気量(Qvapor2)の増加量(Qvapor2−Qvapor1)は、カソードで発生した生成水の内、カソード側からアノード側へと電解質膜内を移動して、燃料ガス中に気化した水の量を反映する。そのため、燃料電池15における水の分配割合の導出は、上記した酸化ガス側における水蒸気量増加量(Qvapor4−Qvapor3)と、燃料ガス側における水蒸気量増加量(Qvapor2−Qvapor1)とを比較することにより行なわれる。   Derivation of the distribution ratio of water in the fuel cell 15 is performed by determining the ratio of the generated water generated at the cathode of the fuel cell 15 to each of the anode side and the cathode side. As described above, when the fuel cell continues to generate electricity under certain conditions and reaches a steady state, the water balance in the fuel cell is balanced as a whole. Specifically, the sum of the increase in the moisture content on the discharge side relative to the moisture content on the supply side in the fuel gas and the increase in the moisture content on the discharge side relative to the moisture content on the supply side in the oxidizing gas is Will be equal. In such a state, the increase amount (Qvapor4-Qvapor3) of the discharge-side water vapor amount (Qvapor4) relative to the supply-side water vapor amount (Qvapor3) in the oxidizing gas is vaporized in the oxidizing gas in the generated water generated at the cathode. Reflects the amount of water used. Further, the increase amount (Qvapor2-Qvapor1) of the water vapor amount (Qvapor2) on the discharge side relative to the water vapor amount (Qvapor1) on the supply side in the fuel gas is the electrolyte membrane from the cathode side to the anode side in the generated water generated at the cathode. It moves through and reflects the amount of water vaporized in the fuel gas. Therefore, the distribution ratio of water in the fuel cell 15 is derived by comparing the amount of increase in water vapor on the oxidizing gas side (Qvapor4-Qvapor3) and the amount of water vapor increase on the fuel gas side (Qvapor2-Qvapor1). Done.

燃料電池において、各々のガスを介して排出される生成水の割合が、各々のガスの間で偏りの無い近い値であれば、電解質膜内を生成水が行き渡り、電解質膜の湿潤状態が良好に維持されていると考えられる。これに対して、生成水の大部分が一方のガスを介して排出され、他方のガスにおいて含まれる水分の絶対値が小さくなったときには、水分量が少ないガスが流れる側の電解質膜表面が水不足となっており、電解質膜の乾燥に起因する電池性能の低下が生じている可能性があることが分かる。このような解析を行なう際には、評価の対象となる燃料電池15において、燃料電池内部のガス圧、発電時の運転温度、供給ガスの加湿量、あるいは、燃料電池における発電量(出力電流値)などの条件を一つずつ変動させつつ、上記生成水の分配割合を求めることで、燃料電池15の性能評価を行なうことができる。   In a fuel cell, if the ratio of generated water discharged through each gas is a close value with no deviation among the gases, the generated water will spread throughout the electrolyte membrane and the electrolyte membrane will be in a good wet state. It is thought that it is maintained. In contrast, when most of the generated water is discharged through one gas and the absolute value of moisture contained in the other gas becomes small, the surface of the electrolyte membrane on the side through which the gas with a small amount of moisture flows is insufficient for water. It can be seen that there is a possibility that the battery performance is lowered due to the drying of the electrolyte membrane. When such an analysis is performed, in the fuel cell 15 to be evaluated, the gas pressure inside the fuel cell, the operating temperature during power generation, the humidification amount of the supply gas, or the power generation amount (output current value) in the fuel cell. The performance of the fuel cell 15 can be evaluated by obtaining the distribution ratio of the generated water while varying the conditions such as

以上のように構成された本実施例の燃料電池評価装置10によれば、燃料電池15に供給するために加湿されたガスの露点温度を検出する際に、あるいは、燃料電池15から排出されて液水がすべて気化されたガスの露点温度を検出する際に、露点計への導入に先立って、露点計で露点温度を検出する際の精度に係るガスの状態を調整している。具体的には、導入されたガスによって加熱される露点計の温度が、ガスの露点温度よりも高く露点計の耐熱温度より低い温度になるように、ガスに対する加熱量を調節している。また、露点計に導入するガスの流速を、露点計の精度を確保するために許容できる上限を超えない流速に抑えている。このような構成とすることにより、燃料電池15が発電する際の条件が変動する場合であっても、燃料電池15への供給ガス、あるいは、燃料電池15からの排出ガスにおける露点温度を精度良く計測することが可能になる。   According to the fuel cell evaluation apparatus 10 of the present embodiment configured as described above, when the dew point temperature of the gas humidified to be supplied to the fuel cell 15 is detected or discharged from the fuel cell 15. When detecting the dew point temperature of the gas from which all liquid water has been vaporized, the state of the gas related to the accuracy when the dew point temperature is detected by the dew point meter is adjusted prior to introduction to the dew point meter. Specifically, the heating amount of the gas is adjusted so that the temperature of the dew point meter heated by the introduced gas is higher than the dew point temperature of the gas and lower than the heat resistance temperature of the dew point meter. In addition, the flow rate of the gas introduced into the dew point meter is suppressed to a flow rate that does not exceed an allowable upper limit in order to ensure the accuracy of the dew point meter. With such a configuration, even if the conditions under which the fuel cell 15 generates power fluctuate, the dew point temperature in the supply gas to the fuel cell 15 or the exhaust gas from the fuel cell 15 can be accurately determined. It becomes possible to measure.

より具体的には、導入されたガスによって加熱される露点計の温度が、予測したガスの露点温度よりも高い温度となるように、加熱部においてガスに対する加熱量を調節しているため、燃料電池15が発電する際の条件が変動する場合であっても、露点計に導入されるガス中の水蒸気が凝縮することに起因する露点温度検出精度の低下を抑制することができる。また、導入されたガスによって加熱される露点計の温度が、露点計の耐熱温度よりも低い温度となるように、加熱部においてガスに対する加熱量を調節しているため、露点計の温度が上昇し過ぎることに起因する露点計の耐久性の悪化を抑制することができる。   More specifically, the amount of heating with respect to the gas is adjusted in the heating section so that the temperature of the dew point meter heated by the introduced gas is higher than the predicted dew point temperature of the gas. Even if the conditions under which the battery 15 generates electricity fluctuate, it is possible to suppress a decrease in dew point temperature detection accuracy due to condensation of water vapor in the gas introduced into the dew point meter. In addition, since the amount of heating to the gas is adjusted in the heating section so that the temperature of the dew point meter heated by the introduced gas is lower than the heat resistance temperature of the dew point meter, the temperature of the dew point meter increases. It is possible to suppress deterioration of the durability of the dew point meter due to being too much.

また、露点計に導入するガスの流速を、露点計の精度を確保するために許容できる上限を超えない流速に抑えているため、露点計において、ガス流速が過剰となり水バランスおよび熱バランスを維持した平衡状態が崩れることに起因する検出精度の低下を抑制することができる。   In addition, the flow rate of the gas introduced into the dew point meter is kept at a flow rate that does not exceed the upper limit that is acceptable to ensure the accuracy of the dew point meter, so the gas flow rate becomes excessive in the dew point meter, and the water balance and heat balance are maintained. It is possible to suppress a decrease in detection accuracy due to the collapse of the balanced state.

ここで、本実施例の燃料電池評価装置10では、各露点計に先立って、ガス中の水分が水蒸気として存在するように、ガス中の水分の状態を調整する水蒸気含有状態調整部が設けられている。具体的には、燃料電池15に供給するための供給ガスの流路では、供給ガスを所望の湿度になるように加湿する加湿器が設けられており、燃料電池15から排出された排出ガス流路では、流路中の液水を全量気化させるための気化器が設けられている。本実施例では、上記した加熱部は、加湿器や気化器などの水蒸気含有状態調整部と露点計とを接続する流路全体を加熱するように設けられているため、燃料電池15の発電に係る条件が変動する場合であっても、途中でガス中の水蒸気が凝縮することが無く、水蒸気含有状態調整部で水蒸気含有状態が調整された状態を維持して、露点計で露点温度を計測することができる。   Here, in the fuel cell evaluation device 10 of the present embodiment, prior to each dew point meter, a water vapor containing state adjusting unit that adjusts the state of water in the gas is provided so that the water in the gas exists as water vapor. ing. Specifically, the supply gas flow path for supplying the fuel cell 15 is provided with a humidifier for humidifying the supply gas so as to have a desired humidity, and the exhaust gas flow discharged from the fuel cell 15 is provided. In the road, a vaporizer is provided for vaporizing the entire amount of liquid water in the flow path. In the present embodiment, the heating unit described above is provided so as to heat the entire flow path connecting the water vapor containing state adjusting unit such as a humidifier or a vaporizer and the dew point meter. Even if the conditions vary, the water vapor in the gas will not condense on the way, and the dew point temperature is measured with a dew point meter while maintaining the water vapor content state adjusted by the water vapor content state adjustment unit. can do.

特に、排出ガス側では、水蒸気含有状態調整部として気化器を設けてガス中の水を全量気化させている。そのため、例えば、燃料電池15における発電量が増加して排出ガス中の水分量(水蒸気および液水の合計量)が増加する場合や、供給ガスにおけるストイキ比(理論的に求められる必要なガス量に対する実際に供給したガス量の比)が小さく排出ガスにおける水分量(水蒸気量と液水量の合計)が多くなる場合であっても、露点計において排出ガス中の水分量を水蒸気量として、より具体的には水蒸気濃度である湿度を求めるための露点温度として、精度良く検出することができる。   In particular, on the exhaust gas side, a vaporizer is provided as a water vapor-containing state adjusting unit to vaporize all the water in the gas. Therefore, for example, when the amount of power generation in the fuel cell 15 increases and the amount of water in the exhaust gas (the total amount of water vapor and liquid water) increases, or the stoichiometric ratio (theoretical required amount of gas required in the supply gas) Even if the amount of water in the exhaust gas (the sum of the amount of water vapor and liquid water) is large, the amount of water in the exhaust gas is determined as the amount of water vapor in the dew point meter. Specifically, it can be accurately detected as the dew point temperature for obtaining the humidity which is the water vapor concentration.

このように、排出ガス側では、露点計に供給する排出ガスを加熱するために、排出ガス中の水を全量気化させるために高温で加熱を行なう気化器と、露点計の温度を目標温度にするために加熱を行なう加熱部と、を組み合わせている。そのため、気化器によって、水が全量気化された状態を確保すると共に、加熱部によって、露点計の耐熱温度を超えることなく所望の温度のガスを露点計に供給する動作の信頼性を高めることができる。   In this way, on the exhaust gas side, in order to heat the exhaust gas supplied to the dew point meter, the vaporizer that heats at high temperature in order to vaporize all the water in the exhaust gas, and the temperature of the dew point meter to the target temperature In order to do this, a heating unit that performs heating is combined. Therefore, it is possible to secure a state where all the water is vaporized by the vaporizer and to improve the reliability of the operation of supplying the gas at a desired temperature to the dew point meter without exceeding the heat resistance temperature of the dew point meter by the heating unit. it can.

また、本実施例の燃料電池評価装置10では、上記のように露点計に供給するガスの温度を調節する際に、ガスの露点温度の予測を行なって、加熱部における加熱量を制御している。そのため、燃料電池15の発電に係る条件が変動しても、露点計における望ましくない結露を抑制し、露点温度の検出精度を確保することができる。ここで、特に排出ガスでは、発電に伴って生じた生成水量や、発電により消費された電極活物質(水素あるいは酸素)の量によって、露点温度が変動する。具体的には、燃料電池15に供給されるガスにおけるストイキ比(理論的に求められる必要なガス量に対する実際に供給したガス量)や、発電量や、燃料電池15内部における生成水の分配比(燃料ガス側に気化する生成水量と、酸化ガス側に気化する生成水量の比)によって、排出ガスにおける露点温度が変動する。このように露点温度が変動する場合であっても、変動の要因となる上記ストイキ比(実施例では、供給したドライガス流量と、発電により消費された電極活物質量)や、発電量や、燃料電池15における分配比に基づいて露点温度を予測して、加熱部における加熱量を設定しているため、露点計における露点温度の計測の精度を充分に確保することができる。   Further, in the fuel cell evaluation device 10 of this embodiment, when adjusting the temperature of the gas supplied to the dew point meter as described above, the dew point temperature of the gas is predicted to control the heating amount in the heating unit. Yes. Therefore, even if the conditions relating to the power generation of the fuel cell 15 fluctuate, it is possible to suppress undesirable dew condensation in the dew point meter and to ensure the detection accuracy of the dew point temperature. Here, especially in exhaust gas, the dew point temperature fluctuates depending on the amount of generated water accompanying power generation and the amount of electrode active material (hydrogen or oxygen) consumed by power generation. Specifically, the stoichiometric ratio of the gas supplied to the fuel cell 15 (the amount of gas actually supplied with respect to the theoretically required amount of gas), the power generation amount, and the distribution ratio of generated water inside the fuel cell 15 The dew point temperature in the exhaust gas varies depending on (a ratio between the amount of generated water vaporized on the fuel gas side and the amount of generated water vaporized on the oxidizing gas side). Thus, even if the dew point temperature fluctuates, the stoichiometric ratio (in the embodiment, the supplied dry gas flow rate and the amount of electrode active material consumed by power generation), the power generation amount, Since the dew point temperature is predicted based on the distribution ratio in the fuel cell 15 and the heating amount in the heating unit is set, the accuracy of the dew point temperature measurement in the dew point meter can be sufficiently ensured.

また、本実施例の燃料電池評価装置10では、ガスから熱の供給を受ける露点計における温度が上記の様に予測した露点温度以上になるように、加熱部を制御する際に、ガス流量に基づいて加熱部における加熱量を調節している。そのため、ガス流量が多すぎることにより露点計の温度が上昇しすぎたり、ガス流量が不足することにより露点計の温度が充分に確保できず結露が生じることを抑制可能となる。ここで、供給ガスの流量は、マスフロメータ21,41と、加湿器22,42の設定によって比較的精度良く調節可能である。これに対して排出ガスの流量は、発電により電極活物質が消費されることにより減少すると共に、生成水が気化することにより増加するため、燃料電池15の発電に係る条件の変化に伴って大きく変動し得る。本実施例では、上記のような変動の要因を考慮して排出ガス量を算出して加熱部における加熱量を制御しているため、発電条件が変動しても露点計温度を所望の温度範囲にして、精度良く露点温度の検出を行なうことができる。   Further, in the fuel cell evaluation device 10 of the present embodiment, the gas flow rate is controlled when the heating unit is controlled so that the temperature in the dew point meter that receives the supply of heat from the gas is equal to or higher than the dew point temperature predicted as described above. Based on this, the heating amount in the heating unit is adjusted. For this reason, it is possible to suppress the temperature of the dew point meter from being excessively increased due to the excessive gas flow rate, or the dew point meter from being sufficiently secured due to the insufficient gas flow rate to cause dew condensation. Here, the flow rate of the supply gas can be adjusted with relatively high accuracy by setting the mass flow meters 21 and 41 and the humidifiers 22 and 42. On the other hand, the flow rate of the exhaust gas decreases as the electrode active material is consumed by power generation, and increases as the generated water evaporates. Can vary. In this embodiment, the amount of exhaust gas is calculated in consideration of the above-mentioned fluctuation factors, and the heating amount in the heating unit is controlled. Therefore, even if the power generation conditions fluctuate, the dew point meter temperature is set to a desired temperature range. Thus, the dew point temperature can be accurately detected.

さらに、本実施例の燃料評価装置10では、露点計温度Tsに基づいて、露点計が精度良く露点温度を検出可能となる下限値Tdminを求め、露点温度Tdが下限値Tdminを下回るときには、加熱部における加熱量が減少するように加熱部を制御して、ガスから露点計に供給される熱量を抑えることによって、露点計の温度を低下させている。このように、計測された露点温度Tdに応じて露点計温度Tsを変更することにより、検出対象であるガスの露点温度が高い状態と低い状態との間で大きく変動する場合であっても、露点温度検出の精度を確保することが可能になる。   Furthermore, in the fuel evaluation apparatus 10 of the present embodiment, based on the dew point temperature Ts, the dew point meter obtains a lower limit value Tdmin that enables accurate detection of the dew point temperature. When the dew point temperature Td falls below the lower limit value Tdmin, heating is performed. The temperature of the dew point meter is lowered by controlling the heating unit so that the amount of heating in the unit decreases, and suppressing the amount of heat supplied from the gas to the dew point meter. In this way, even if the dew point temperature Ts of the gas to be detected varies greatly between a high state and a low state by changing the dew point meter temperature Ts according to the measured dew point temperature Td, It becomes possible to ensure the accuracy of dew point temperature detection.

G.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
G. Variation:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

G1.変形例1:
実施例では、湿度センサとして、圧力計が併設された露点計を用いたが、異なる種類の湿度センサを用いても良い。他種の湿度センサを用いる場合であっても、本発明を適用して、湿度センサに供給されるガスの温度や流速など、湿度センサにおける検出の精度に関わる状態を調整することにより、燃料電池の発電に係る条件が変動しても、燃料電池に供給するガスあるいは燃料電池から排出されるガスの湿度検出の精度を確保することができる。
G1. Modification 1:
In the embodiment, a dew point meter provided with a pressure gauge is used as the humidity sensor, but different types of humidity sensors may be used. Even when another type of humidity sensor is used, the present invention is applied to adjust the state related to the accuracy of detection by the humidity sensor, such as the temperature and flow rate of the gas supplied to the humidity sensor, so that the fuel cell Even if the conditions relating to the power generation vary, it is possible to ensure the accuracy of humidity detection of the gas supplied to the fuel cell or the gas discharged from the fuel cell.

G2.変形例2:
実施例では、各加熱部を、配管ヒータと露点計ヒータとによって構成し、配管ヒータによる加熱量は一定としつつ、露点計ヒータによる加熱量を、ガス流量等に基づいて変更することとしたが、異なる構成としても良い。例えば、露点計ヒータに代えて、配管ヒータの加熱量を変更することとしても良く、あるいは、配管ヒータの加熱量と露点計ヒータの加熱量の両方を変更することとしても良い。湿度センサに供給するガスに対する加熱部全体としての加熱量を、ガス流量等に基づいて実施例と同様に制御することにより、実施例と同様の効果を得ることが可能になる。
G2. Modification 2:
In the embodiment, each heating unit is constituted by a pipe heater and a dew point meter heater, and the heating amount by the pipe heater is fixed, while the heating amount by the dew point meter heater is changed based on the gas flow rate or the like. A different configuration may be used. For example, instead of the dew point meter heater, the heating amount of the piping heater may be changed, or both the heating amount of the piping heater and the heating amount of the dew point meter heater may be changed. By controlling the heating amount of the heating unit as a whole for the gas supplied to the humidity sensor in the same manner as in the embodiment based on the gas flow rate or the like, the same effect as in the embodiment can be obtained.

G3.変形例3:
燃料電池評価装置10の各部の構成は、実施例に対して種々の変形が可能である。例えば、圧力計と露点計の配置の順序は、実施例とは異なる順序であっても良い。露点計が露点温度を計測するガスの圧力と、圧力計の検出するガス圧との間の誤差を抑えるために、露点計と圧力計とは、充分に近くに配置すればよい。
G3. Modification 3:
The configuration of each part of the fuel cell evaluation device 10 can be variously modified with respect to the embodiment. For example, the order of arrangement of the pressure gauge and the dew point gauge may be an order different from that of the embodiment. In order to suppress an error between the pressure of the gas at which the dew point meter measures the dew point temperature and the gas pressure detected by the pressure gauge, the dew point meter and the pressure gauge may be arranged close enough.

また、実施例では、燃料電池評価装置10が備える制御部70において、燃料電池15の評価をするための、生成水量の導出と、供給水分量の導出と、排出水分量の導出と、水の分配割合の導出と、を行なうこととしたが、異なる構成としても良い。例えば、燃料電池評価装置10は、燃料電池の運転条件と、供給ガス中の水分量と、排出ガス中の水分量と、生成水量と、に係る情報の取得のみを行なうこととしても良い。そして、取得した情報に基づいて、既述した電解質膜における水の挙動(生成水の分配割合)の導出を含む燃料電池の評価のための処理を実行するのは、別体の装置としても良い。   In the embodiment, the control unit 70 included in the fuel cell evaluation apparatus 10 derives the amount of generated water, the amount of supplied water, the amount of discharged water, and the water for evaluating the fuel cell 15. Although the distribution ratio is derived, different configurations may be used. For example, the fuel cell evaluation apparatus 10 may only acquire information related to the operating conditions of the fuel cell, the amount of water in the supply gas, the amount of water in the exhaust gas, and the amount of generated water. And it is good also as a separate apparatus to perform the process for evaluation of a fuel cell including derivation | leading-out of the behavior (distribution ratio of produced water) in the electrolyte membrane mentioned above based on the acquired information. .

G4.変形例4:
実施例では、燃料電池評価装置10としたが、異なる構成の装置に本願発明を適用しても良い。例えば、負荷に対して電力を供給するための電源として用いる燃料電池システムにおいて、本願発明を適用しても良い。すなわち、車両などの移動体に駆動用電源として搭載する燃料電池システムや、定置型の発電装置としての燃料電池システムにおいて、本願発明を適用することができる。燃料電池に供給されるガスの流路および/または燃料電池から排出されるガスの流路内を流れるガス中の水蒸気量を検出・監視するためにガス流路に湿度センサを設ける場合には、本願発明を適用することにより、ガス中の湿度検出の精度を向上させて湿度センサの耐久性を確保し、センサの信頼性を高める同様の効果が得られる。このように、燃料電池システムにおいて、燃料電池に供給するガスあるいは燃料電池から排出されるガス中の水蒸気量を検出・監視する場合には、用いる燃料電池は、固体高分子型燃料電池以外の燃料電池であっても良い。例えば、固体酸化物型燃料電池のように、固体高分子型燃料電池以外の燃料電池を用いる場合には、電解質膜における水の移動はないが、供給ガスや排出ガス中の水蒸気量を精度良く検出可能になることにより、このような検出結果を、例えば、燃料電池内におけるフラッディングの発生の判定や、フラッディングを抑える運転制御に利用することが可能になる。
G4. Modification 4:
In the embodiment, the fuel cell evaluation apparatus 10 is used, but the present invention may be applied to an apparatus having a different configuration. For example, the present invention may be applied to a fuel cell system used as a power source for supplying power to a load. That is, the present invention can be applied to a fuel cell system mounted as a driving power source on a moving body such as a vehicle or a fuel cell system as a stationary power generator. When a humidity sensor is provided in the gas flow path in order to detect and monitor the amount of water vapor in the flow path of the gas supplied to the fuel cell and / or the gas flow path discharged from the fuel cell, By applying the present invention, the same effect can be obtained that improves the accuracy of humidity detection in gas, ensures the durability of the humidity sensor, and increases the reliability of the sensor. As described above, in the fuel cell system, when the amount of water vapor in the gas supplied to the fuel cell or the gas discharged from the fuel cell is detected and monitored, the fuel cell used is a fuel other than the polymer electrolyte fuel cell. A battery may be used. For example, when a fuel cell other than a solid polymer fuel cell is used, such as a solid oxide fuel cell, there is no movement of water in the electrolyte membrane, but the amount of water vapor in the supply gas or exhaust gas is accurately determined. By being able to detect, such a detection result can be used for, for example, determination of occurrence of flooding in the fuel cell and operation control for suppressing flooding.

燃料電池評価装置10に燃料電池15を取り付けた様子の概略構成を表すブロック図である。2 is a block diagram showing a schematic configuration of a state in which a fuel cell 15 is attached to the fuel cell evaluation device 10. FIG. 供給燃料ガス流量とヒータ制御温度との関係を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between supply fuel gas flow volume and heater control temperature. 燃料電池15に対して給排される燃料ガスと酸化ガスのそれぞれについて、流量および圧力の関係をまとめて示す説明図である。It is explanatory drawing which shows collectively the relationship between a flow volume and pressure about each of the fuel gas and oxidizing gas which are supplied / discharged with respect to the fuel cell. 排出燃料ガス流量とヒータ制御温度との関係を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship between exhaust fuel gas flow volume and heater control temperature. 鏡面式露点計である第1露点計24の概略構成を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the schematic structure of the 1st dew point meter 24 which is a mirror surface type dew point meter. ヒータ制御温度補正処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a heater control temperature correction processing routine.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池評価装置
15…燃料電池
20…燃料ガス供給部
21…第1マスフロメータ
22…第1加湿器
23…第1配管ヒータ
24…第1露点計
25…第1圧力計
26…第1流量計
27…第1流量調整バルブ
28…第2圧力計
29…第1温度調節部
30…酸化ガス供給部
31…第3圧力計
32…第1気化器
33…第2配管ヒータ
34…第2露点計
35…第4圧力計
36…第2流量計
37…第2流量調整バルブ
38…第1背圧弁
40…酸化ガス供給部
41…第2マスフロメータ
42…第2加湿器
43…第3配管ヒータ
44…第3露点計
45…第3圧力計
46…第3流量計
47…第3流量調整バルブ
49…第2温度調節部
52…第2気化器
53…第4配管ヒータ
54…第4露点計
56…第4流量計
57…第4流量調整バルブ
58…第2背圧弁
60…燃料ガス供給路
61…供給燃料ガスバイパス路
62…燃料ガス排出路
63…排出燃料ガスバイパス路
64…酸化ガス供給路
65…供給酸化ガスバイパス路
66…酸化ガス排出路
67…排出酸化ガスバイパス路
68,69…三方弁
70…制御部
80…第1加湿ガス分岐路
81…第2加湿ガス分岐路
82…第1露点計ヒータ
83…第1温度センサ
84…第2露点計ヒータ
85…第2温度センサ
86…第3露点計ヒータ
87…第3温度センサ
88…第4露点計ヒータ
89…第4温度センサ
90…発光素子
91…受光素子
92…ミラー
93…ペルチェ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell evaluation apparatus 15 ... Fuel cell 20 ... Fuel gas supply part 21 ... 1st mass flow meter 22 ... 1st humidifier 23 ... 1st piping heater 24 ... 1st dew point meter 25 ... 1st pressure gauge 26 ... 1st flow rate Total 27 ... 1st flow control valve 28 ... 2nd pressure gauge 29 ... 1st temperature control part 30 ... Oxidation gas supply part 31 ... 3rd pressure gauge 32 ... 1st vaporizer 33 ... 2nd piping heater 34 ... 2nd dew point 35 ... 4th pressure gauge 36 ... 2nd flow meter 37 ... 2nd flow control valve 38 ... 1st back pressure valve 40 ... Oxidizing gas supply part 41 ... 2nd mass flow meter 42 ... 2nd humidifier 43 ... 3rd piping heater 44 3rd dew point meter 45 ... 3rd pressure gauge 46 ... 3rd flow meter 47 ... 3rd flow rate adjustment valve 49 ... 2nd temperature control part 52 ... 2nd vaporizer 53 ... 4th piping heater 54 ... 4th dew point meter 56 ... 4th flow meter 57 ... 4th flow adjustment bar Lub 58 ... second back pressure valve 60 ... fuel gas supply path 61 ... supply fuel gas bypass path 62 ... fuel gas discharge path 63 ... exhaust fuel gas bypass path 64 ... oxidant gas supply path 65 ... supply oxidant gas bypass path 66 ... oxidant gas Discharge path 67 ... Exhaust oxidizing gas bypass path 68,69 ... 3-way valve 70 ... Control unit 80 ... First humidified gas branch path 81 ... Second humidified gas branch path 82 ... First dew point meter heater 83 ... First temperature sensor 84 ... Second dew point heater 85 ... Second temperature sensor 86 ... Third dew point heater 87 ... Third temperature sensor 88 ... Fourth dew point meter heater 89 ... Fourth temperature sensor 90 ... Light emitting element 91 ... Light receiving element 92 ... Mirror 93 ... Peltier element

Claims (12)

燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に接続されるガスの流路に設けられる湿度センサと、
前記流路において、前記湿度センサよりも前記ガスの流れの上流に設けられ、前記ガス中の水分が水蒸気として存在するように、前記ガス中の水分の状態を調整する水蒸気含有状態調整部と、
前記水蒸気含有状態調整部から前記湿度センサへと流れる前記ガスについて、前記湿度センサで湿度を検出する際の精度に係る前記ガスの状態を調整するガス状態調整部と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell system comprising a fuel cell,
A humidity sensor provided in a gas flow path connected to the fuel cell;
In the flow path, provided in the upstream of the flow of the gas from the humidity sensor, a water vapor containing state adjusting unit that adjusts the state of moisture in the gas so that the moisture in the gas exists as water vapor,
For the gas flowing from the water vapor-containing state adjusting unit to the humidity sensor, a gas state adjusting unit that adjusts the state of the gas according to accuracy when the humidity is detected by the humidity sensor;
A fuel cell system comprising:
請求項1記載の燃料電池システムであって、
前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記湿度センサへと供給される前記ガスの流速および/または温度である
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The state adjusted by the gas state adjusting unit is a flow rate and / or temperature of the gas supplied to the humidity sensor.
請求項2記載の燃料電池システムであって、
前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記ガスの温度であり、
前記ガス状態調整部は、前記水蒸気含有状態調整部を経由した前記ガスから熱の供給を受ける前記湿度センサの温度が、前記ガスにおいて予測される露点温度よりも高く、前記湿度センサが許容する上限温度よりも低い温度となるように、前記ガスを加熱する加熱部である
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The state adjusted by the gas state adjusting unit is the temperature of the gas,
The gas condition adjustment unit is configured such that the temperature of the humidity sensor that receives heat supply from the gas via the water vapor content condition adjustment unit is higher than a dew point temperature predicted for the gas, and the humidity sensor allows an upper limit. A fuel cell system, which is a heating unit that heats the gas so that the temperature is lower than a temperature.
請求項3記載の燃料電池システムであって、
前記加熱部は、前記水蒸気含有状態調整部と前記湿度センサとを接続する配管全体を加熱することによって前記ガスの加熱を行なう配管ヒータを備える
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3, wherein
The said heating part is provided with the piping heater which heats the said gas by heating the whole piping which connects the said water vapor containing state adjustment part and the said humidity sensor. Fuel cell system.
請求項3または4記載の燃料電池システムであって、
前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池から排出されるガスが流れる流路であり、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記燃料電池における生成水量と、前記燃料電池における想定される水の分配状態と、前記燃料電池に供給されたガスの流量と、前記燃料電池で消費されたガスの流量と、に基づいて、前記湿度センサへと流れる前記ガスにおける前記露点温度を予測する露点温度予測部を備え、
前記加熱部は、前記湿度センサの温度が、前記露点温度予測部が予測した前記露点温度よりも高くなるように、前記ガスを加熱する
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 3 or 4, wherein
The gas flow path provided with the humidity sensor is a flow path through which the gas discharged from the fuel cell flows,
The fuel cell system further includes:
Based on the amount of water produced in the fuel cell, the assumed distribution of water in the fuel cell, the flow rate of gas supplied to the fuel cell, and the flow rate of gas consumed in the fuel cell, A dew point temperature predicting unit for predicting the dew point temperature of the gas flowing to the humidity sensor;
The heating unit heats the gas so that the temperature of the humidity sensor is higher than the dew point temperature predicted by the dew point temperature prediction unit.
請求項3ないし5いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記湿度センサは、前記ガスの露点温度を検出する露点計であり、
前記加熱部は、前記露点計が検出した露点温度に応じて前記ガスに対する加熱の程度を変更する
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 3 to 5,
The humidity sensor is a dew point meter that detects a dew point temperature of the gas,
The said heating part changes the grade of the heating with respect to the said gas according to the dew point temperature which the said dew point meter detected. Fuel cell system.
請求項6記載の燃料電池システムであって、
前記加熱部は、前記露点計が検出した露点温度が、前記露点計が許容する下限温度を下回るときには、前記露点温度と前記下限温度との差に応じて、前記ガスに対する加熱の程度を低下させる
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 6, wherein
When the dew point temperature detected by the dew point meter is lower than a lower limit temperature allowed by the dew point meter, the heating unit reduces the degree of heating of the gas according to a difference between the dew point temperature and the lower limit temperature. Fuel cell system.
請求項2記載の燃料電池システムであって、
前記ガス状態調整部が調整する前記状態は、前記ガスの流速であり、
前記ガス状態調整部は、
前記水蒸気含有状態調整部に連通して設けられ、前記湿度センサを経由することなく前記ガスを導くバイパス流路と、
前記湿度センサに供給される前記ガスの流速が、前記湿度センサが許容する上限値以下となるように、前記湿度センサおよび前記バイパス流路に分配される前記ガスの流量を調整する流量調整部と
を備える燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The state adjusted by the gas state adjusting unit is a flow rate of the gas,
The gas state adjusting unit is
A bypass flow path that is provided in communication with the water vapor-containing state adjusting unit and guides the gas without passing through the humidity sensor;
A flow rate adjusting unit for adjusting a flow rate of the gas distributed to the humidity sensor and the bypass flow path so that a flow rate of the gas supplied to the humidity sensor is equal to or lower than an upper limit value allowed by the humidity sensor; A fuel cell system comprising:
請求項1ないし8いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池から排出されるガスが流れる流路であり、
前記水蒸気含有状態調整部は、前記燃料電池から排出されたガスを加熱して、前記ガス中に存在する液水の全量を気化させる気化器である
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 8,
The gas flow path provided with the humidity sensor is a flow path through which the gas discharged from the fuel cell flows,
The water vapor-containing state adjusting unit is a vaporizer that heats the gas discharged from the fuel cell and vaporizes the entire amount of liquid water present in the gas.
請求項1ないし4および8のうちのいずれか記載の燃料電池システムであって、
前記湿度センサが設けられた前記ガスの流路は、前記燃料電池へと供給されるガスが流れる流路であり、
前記水蒸気含有状態調整部は、前記燃料電池に供給されるガスを加湿する加湿器である
燃料電池システム。
A fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 and 8,
The flow path of the gas provided with the humidity sensor is a flow path through which the gas supplied to the fuel cell flows,
The water vapor-containing state adjusting unit is a humidifier that humidifies a gas supplied to the fuel cell.
請求項1ないし10いずれか記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記湿度センサにおける検出値に基づいて前記燃料電池における水の挙動を評価するための、燃料電池評価部を備える
燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
A fuel cell system comprising a fuel cell evaluation unit for evaluating the behavior of water in the fuel cell based on a detection value in the humidity sensor.
燃料電池における水の挙動を評価するための燃料電池の評価装置であって、
前記燃料電池に供給される供給燃料ガスの流路に設けられる第1の湿度センサと、
前記燃料電池に供給される供給酸化ガスの流路に設けられる第2の湿度センサと、
前記燃料電池から排出される排出燃料ガスの流路に設けられる第3の湿度センサと、
前記燃料電池から排出される排出酸化ガスの流路に設けられる第4の湿度センサと、
前記供給燃料ガスと、前記供給酸化ガスと、前記排出燃料ガスと、前記排出酸化ガスのそれぞれのガスの流路において、前記湿度センサよりもガスの流れの上流側に設けられ、前記燃料電池に供給されるガス中の水分あるいは前記燃料電池から排出されるガス中の水分が水蒸気として存在するように、前記ガス中の水分の状態を調整する水蒸気含有状態調整部と、
前記水蒸気含有状態調整部から前記湿度センサへと供給される前記ガスについて、前記湿度センサで湿度を検出する際の精度に係る前記ガスの状態を調整するガス状態調整部と、
を備える燃料電池の評価装置。
A fuel cell evaluation apparatus for evaluating the behavior of water in a fuel cell,
A first humidity sensor provided in a flow path of a supply fuel gas supplied to the fuel cell;
A second humidity sensor provided in a flow path of a supply oxidizing gas supplied to the fuel cell;
A third humidity sensor provided in a flow path of exhaust fuel gas discharged from the fuel cell;
A fourth humidity sensor provided in a flow path of exhausted oxidant gas discharged from the fuel cell;
Provided upstream of the humidity sensor in the flow path of each of the supply fuel gas, the supply oxidant gas, the exhaust fuel gas, and the exhaust oxidant gas, the fuel cell A water vapor-containing state adjusting unit that adjusts the state of water in the gas so that water in the gas supplied or water in the gas discharged from the fuel cell exists as water vapor;
For the gas supplied from the water vapor containing state adjusting unit to the humidity sensor, a gas state adjusting unit that adjusts the state of the gas according to accuracy when the humidity is detected by the humidity sensor;
A fuel cell evaluation apparatus comprising:
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