JP7052303B2 - Humidity detector, fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、気体の湿度を検出する湿度検出装置、および気体の湿度を検出する検出装置を備える燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system including a humidity detection device for detecting the humidity of a gas and a detection device for detecting the humidity of a gas.

従来、燃料電池における発電を安定させるために、燃料電池に燃料ガスを供給する流路や燃料電池から排出される燃料オフガスが流れる流路に対して、気体の露点等を検出する検出手段を設けた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、燃料ガスや燃料オフガスの露点を検出する検出手段として、静電容量式の露点計を採用することが記載されている。 Conventionally, in order to stabilize power generation in a fuel cell, a detection means for detecting a gas dew point or the like is provided in a flow path for supplying fuel gas to the fuel cell or a flow path through which fuel off gas discharged from the fuel cell flows. A fuel cell system is known (see, for example, Patent Document 1). This Patent Document 1 describes that a capacitance type dew point meter is adopted as a detection means for detecting a dew point of a fuel gas or a fuel off gas.

特開２０１３－８９３３５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-89335

ところで、静電容量式の露点計は、センシング部が蒸気を吸収し、吸収した蒸気による静電容量の変化を出力する構成になっており、センシング部に蒸気を吸収する時間が必要となるのでセンサとして応答性が悪いといった欠点がある。また、静電容量式の露点計では、センシング部に結露が生ずると湿度を検出することができない。 By the way, the capacitance type dew point meter is configured so that the sensing unit absorbs steam and outputs the change in capacitance due to the absorbed steam, so it takes time for the sensing unit to absorb the steam. It has the drawback of poor responsiveness as a sensor. In addition, the capacitance type dew point meter cannot detect humidity when dew condensation occurs on the sensing unit.

本発明は上記点に鑑みて、従来よりも応答性に優れると共に、結露の影響を受け難い湿度検出装置、および燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a humidity detection device and a fuel cell system that are more responsive than conventional ones and are less susceptible to the effects of dew condensation.

湿度の検出対象となる気体が流通する内部空間に液体が存在する場合、気体の湿度に応じて液体の蒸発量が変化する。このように、気体の湿度と液体の蒸発量とは相関性を有するが、この液体の蒸発量の変化は、液体の気化潜熱により生ずる熱移動量の変化として捉えることができる。本発明者らは、気体の湿度と液体の蒸発による熱移動との間の相関性に着眼し、本発明を案出した。 When a liquid exists in the internal space through which the gas to be detected for humidity flows, the amount of evaporation of the liquid changes according to the humidity of the gas. As described above, the humidity of the gas and the amount of evaporation of the liquid have a correlation, and the change in the amount of evaporation of the liquid can be regarded as the change in the amount of heat transfer caused by the latent heat of vaporization of the liquid. The present inventors have devised the present invention by focusing on the correlation between the humidity of the gas and the heat transfer due to the evaporation of the liquid.

すなわち、請求項１、２、３に記載の発明は、
気体の湿度を検出する湿度検出装置であって、
気体が流通する内部空間（７１、８０）を形成する空間形成部（８、７０）の内壁面（７３、８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
熱流センサのうち内部空間に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０、３０Ａ）と、
熱流センサから出力される出力信号に基づいて、気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１００Ａ、１２０）と、を備える。
請求項１に記載の発明は、熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）を備え、検出処理部は、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、気体の湿度を検出する。
請求項２に記載の発明は、空間形成部は、気体が圧力脈動を伴った状態で内部空間を流通する構成になっており、検出処理部は、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、気体の湿度を検出する。
請求項３に記載の発明は、空間形成部が、気体から分離された液体を内部空間に貯留可能に構成されており、液膜形成部が、熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、親液シートが、熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、内部空間に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、およびセンサ被覆部と液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、さらに、センサ被覆部の周囲を流れる気体の流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える。 That is, the invention according to claims 1 , 2 and 3 is
A humidity detector that detects the humidity of a gas.
A heat flow sensor (20) that is installed on the inner wall surface (73, 81) of the space forming portion (8, 70) that forms the internal space (71, 80) through which gas flows, and outputs a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces. )When,
A liquid film forming portion (30, 30A) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the internal space, and
A detection processing unit (100A, 120) that performs a detection process for detecting the humidity of a gas based on an output signal output from a heat flow sensor is provided.
The invention according to claim 1 includes a heat addition unit (90) that adds a periodic temperature change to the front and back of the heat flow sensor, and the detection processing unit is based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor. Detects the humidity of the gas.
The invention according to claim 2 has a structure in which the space forming portion circulates in the internal space in a state where the gas is accompanied by pressure pulsation, and the detection processing portion determines the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor. Based on this, the humidity of the gas is detected.
In the invention according to claim 3, the space forming portion is configured to be able to store the liquid separated from the gas in the internal space, and the liquid film forming portion has higher liquid friendliness than the surface of the heat flow sensor. It is composed of a base liquid sheet (30, 30A), and the base liquid sheet is a sensor covering portion (31, 31A) that covers the surface of the heat flow sensor, and a liquid contact portion (32, 32A) that is in contact with the liquid stored in the internal space. ), And a connecting portion (33, 33A) connecting the sensor covering portion and the liquid contact portion, and further, a rectifying member (40) that rectifies the flow direction of the gas flowing around the sensor covering portion in a predetermined one direction. ).

これによると、熱流センサの表面に存在する液体が蒸発すると、液体の気化潜熱により熱流センサの表裏に温度差が生じ、熱流センサの表裏を通過する熱流が発生する。熱流センサの表裏を通過する熱流は、気体の湿度に相関性を有することから、熱流センサから出力される出力信号に基づいて気体の湿度を検出することが可能となる。 According to this, when the liquid existing on the surface of the heat flow sensor evaporates, a temperature difference is generated between the front and back surfaces of the heat flow sensor due to the latent heat of vaporization of the liquid, and a heat flow passing through the front and back surfaces of the heat flow sensor is generated. Since the heat flow passing through the front and back of the heat flow sensor has a correlation with the humidity of the gas, it is possible to detect the humidity of the gas based on the output signal output from the heat flow sensor.

特に、本発明の湿度検出装置は、気体の湿度に相関して変化する熱流を熱流センサで検出する構成であり、静電容量式の露点計のように蒸気を吸収する時間が必要ないので、従来よりも湿度検出の応答性を向上させることができる。また、本発明の湿度検出装置は、熱流センサの表面側が液膜によって湿潤した状態になるので、結露が気体の湿度の検出精度に影響することが殆どない。 In particular, the humidity detection device of the present invention has a configuration in which a heat flow sensor detects a heat flow that changes in correlation with the humidity of a gas, and does not require time to absorb steam unlike a capacitance type dew point meter. The responsiveness of humidity detection can be improved as compared with the conventional case. Further, in the humidity detection device of the present invention, since the surface side of the heat flow sensor is in a wet state by the liquid film, dew condensation hardly affects the detection accuracy of the humidity of the gas.

したがって、本発明によれば、従来よりも応答性に優れると共に、結露の影響を受け難い湿度検出装置を実現することができる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a humidity detection device which is more responsive than the conventional one and is not easily affected by dew condensation.

また、請求項６、７、８に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置（１０）と、を備える。 Further, the invention according to claims 6 , 7 and 8 is based on the invention.
It ’s a fuel cell system.
A fuel cell (2) that outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas, and
The off-gas flow path forming portion (8) forming the fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and the off-gas flow path forming portion (8).
A humidity detection device (10) for detecting the humidity of the fuel off gas is provided.

湿度検出装置は、
オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
熱流センサのうち燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
熱流センサから出力される出力信号に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成されている。
請求項６に記載の発明は、湿度検出装置が、熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）を含んで構成され、検出処理部が、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する。
請求項７に記載の発明は、オフガス流路形成部が、燃料オフガスが圧力脈動を伴った状態で燃料オフガス流路を流通する構成になっており、検出処理部が、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する。
請求項８に記載の発明は、オフガス流路形成部が、燃料オフガスから分離された液体を燃料オフガス流路に貯留可能に構成されており、液膜形成部は、熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、親液シートは、熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、燃料オフガス流路に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、およびセンサ被覆部と液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、さらに、センサ被覆部の周囲を流れる燃料オフガスの流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える。 Humidity detector
A heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
It includes a detection processing unit (120) that performs a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on an output signal output from the heat flow sensor.
According to the sixth aspect of the present invention, the humidity detection device includes a heat addition unit (90) that adds a periodic temperature change to the front and back of the heat flow sensor, and the detection processing unit is output from the heat flow sensor. The humidity of the fuel off gas is detected based on the amplitude of the output signal.
The invention according to claim 7 has a configuration in which the off-gas flow path forming section flows through the fuel off-gas flow path in a state where the fuel off-gas is accompanied by pressure pulsation, and the detection processing section is output from the heat flow sensor. The humidity of the fuel off gas is detected based on the amplitude of the output signal.
The invention according to claim 8 is configured such that the off-gas flow path forming portion can store the liquid separated from the fuel off-gas in the fuel off-gas flow path, and the liquid film forming portion is higher than the surface of the heat flow sensor. It is composed of a lipophilic sheet (30, 30A), which is in contact with the sensor covering portion (31, 31A) covering the surface of the heat flow sensor and the liquid stored in the fuel off-gas flow path. It has a liquid contact portion (32, 32A) and a connection portion (33, 33A) that connects the sensor coating portion and the liquid contact portion, and further determines the flow direction of the fuel off gas flowing around the sensor coating portion. A rectifying member (40) for rectifying in the direction is provided.

上記燃料電池システムでは、燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置が、燃料オフガスの湿度に応じた熱流の変化を熱流センサで検出する構成になっているので、静電容量式の湿度検出手段を用いる場合に比べて、湿度検出の応答性を向上させることができる。また、本発明の検出装置では、熱流センサの表面側が液膜によって湿潤した状態となるので、結露が燃料オフガスの湿度の検出精度に影響することが殆どない。 In the above fuel cell system, the humidity detection device that detects the humidity of the fuel off gas is configured to detect the change in the heat flow according to the humidity of the fuel off gas with the heat flow sensor. It is possible to improve the responsiveness of humidity detection as compared with the case of using it. Further, in the detection device of the present invention, since the surface side of the heat flow sensor is in a wet state by the liquid film, dew condensation hardly affects the detection accuracy of the humidity of the fuel off gas.

また、請求項９、１０、１１に記載の発明は、
燃料電池システムであって、
燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置（１０Ａ）と、を備える。 Further, the inventions according to claims 9 , 10 and 11 are
It ’s a fuel cell system.
A fuel cell (2) that outputs electric energy by a chemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, and
The off-gas flow path forming portion (8) forming the fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and the off-gas flow path forming portion (8).
A detection device (10A) for detecting the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas is provided.

検出装置は、
オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第１熱流センサ（２０）と、
オフガス流路形成部の内壁面（８１）のうち、第１熱流センサとは異なる位置に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第２熱流センサ（６０）と、
第１熱流センサのうち燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
第１熱流センサから出力される出力信号に基づいて燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、第２熱流センサから出力される出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成されている。
請求項９に記載の発明は、検出装置が、第１熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）を含んで構成され、検出処理部が、第１熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する。
請求項１０に記載の発明は、オフガス流路形成部が、燃料オフガスが圧力脈動を伴った状態で燃料オフガス流路を流通する構成になっており、検出処理部が、第１熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する。
請求項１１に記載の発明は、オフガス流路形成部が、燃料オフガスから分離された液体を燃料オフガス流路に貯留可能に構成されており、液膜形成部が、第１熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、親液シートは、第１熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、燃料オフガス流路に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、およびセンサ被覆部と液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、さらに、センサ被覆部の周囲を流れる燃料オフガスの流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える。 The detector is
A first heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A second heat flow sensor (60), which is installed at a position different from the first heat flow sensor on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputs a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the first heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
Humidity detection processing that detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the first heat flow sensor, and concentration detection processing that detects the hydrogen concentration in the fuel off gas based on the output signal output from the second heat flow sensor. It is configured to include a detection processing unit (120) to be performed.
In the invention according to claim 9, the detection device includes a heat addition unit (90) that adds a periodic temperature change to the front and back of the first heat flow sensor, and the detection processing unit is from the first heat flow sensor. The humidity of the fuel off gas is detected based on the amplitude of the output signal to be output.
The invention according to claim 10 has a configuration in which the off-gas flow path forming unit flows through the fuel off-gas flow path in a state where the fuel off-gas is accompanied by pressure pulsation, and the detection processing unit outputs from the first heat flow sensor. The humidity of the fuel off gas is detected based on the amplitude of the output signal.
The invention according to claim 11 is configured such that the off-gas flow path forming portion can store the liquid separated from the fuel off-gas in the fuel off-gas flow path, and the liquid film forming portion is formed from the surface of the first heat flow sensor. It is composed of a parent liquid sheet (30, 30A) having a high friendship property, and the parent liquid sheet is stored in a sensor covering portion (31, 31A) covering the surface of the first heat flow sensor and a fuel off gas flow path. It has a liquid contact portion (32, 32A) in contact with the liquid, and a connection portion (33, 33A) connecting the sensor coating portion and the liquid contact portion, and further, the flow direction of the fuel off gas flowing around the sensor coating portion. Is provided with a rectifying member (40) for rectifying in a predetermined direction.

上記燃料電池システムでは、請求項６、７、８に記載の発明で得られる作用効果に加えて、以下の作用効果が得られるといった利点がある。すなわち、上記燃料電池システムでは、熱流センサという同種のセンサによって、燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度を検出することができるので、異なるセンサを用いる場合に比べて、システム構成の共通化等が図り易くなる。このことは、システムのコストダウンやシステムの信頼性の向上に寄与する。 The fuel cell system has an advantage that the following effects can be obtained in addition to the effects obtained by the inventions according to claims 6, 7, and 8. That is, in the above fuel cell system, the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas can be detected by the same type of sensor called the heat flow sensor, so that the system configuration can be standardized as compared with the case where different sensors are used. Is easier to plan. This contributes to the cost reduction of the system and the improvement of the reliability of the system.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses of each means described in this column and the scope of claims indicate an example of the correspondence with the specific means described in the embodiment described later.

第１実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態の湿度検出装置を適用した気液分離器の概略図である。It is a schematic diagram of the gas-liquid separator to which the humidity detection apparatus of 1st Embodiment is applied. 図２の矢印ＩＩＩの方向における矢視図である。It is an arrow view in the direction of arrow III of FIG. 図２のＩＶ部分の拡大図である。It is an enlarged view of the IV part of FIG. 熱流センサの概略構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the heat flow sensor. 熱流センサから出力される出力信号を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the output signal output from a heat flow sensor. 各種センサからの出力信号を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the output signal from various sensors. 熱流センサおよび圧力センサの出力信号の振幅比と相対湿度との相関関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the correlation between the amplitude ratio of the output signal of a heat flow sensor and a pressure sensor, and relative humidity. 第１実施形態の湿度検出装置の主要構成を示す模式的なブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the main structure of the humidity detection apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態に係る燃料電池システムの制御装置が実行する調湿制御処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the humidity control control process which the control device of the fuel cell system which concerns on 1st Embodiment executes. 第２実施形態の熱流センサの周囲の構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure around the heat flow sensor of 2nd Embodiment. 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ断面図である。11 is a cross-sectional view taken along the line XII-XII of FIG. 第３実施形態の湿度検出装置を適用した気液分離器の概略図である。It is a schematic diagram of the gas-liquid separator to which the humidity detection device of the third embodiment is applied. 第３実施形態の湿度検出装置の主要構成を示す模式的なブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the main structure of the humidity detection apparatus of 3rd Embodiment. 第４実施形態の湿度検出装置を適用した気液分離器の概略図である。It is the schematic of the gas-liquid separator to which the humidity detection apparatus of 4th Embodiment is applied. 各種センサからの出力信号を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the output signal from various sensors. 第２熱流センサおよび圧力センサの出力信号の振幅比と水素濃度との相関関係を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the correlation between the amplitude ratio of the output signal of the 2nd heat flow sensor and the pressure sensor, and hydrogen concentration. 第４実施形態の湿度検出装置の主要構成を示す模式的なブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the main structure of the humidity detection apparatus of 4th Embodiment. 第５実施形態の湿度検出装置であって、ガス配管に対して湿度検出装置を適用した例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example which applied the humidity detection apparatus to the gas pipe in the humidity detection apparatus of 5th Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same reference numerals may be assigned to parts that are the same as or equivalent to those described in the preceding embodiments, and the description thereof may be omitted. Further, when only a part of the component is described in the embodiment, the component described in the preceding embodiment can be applied to the other part of the component. The following embodiments can be partially combined with each other as long as the combination is not particularly hindered, even if not explicitly stated.

（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図１０を参照して説明する。本実施形態では、本発明の湿度検出装置１０を燃料電池システム１に適用した例について説明する。本実施形態では、燃料電池システム１の全体構成について説明した後、湿度検出装置１０の詳細について説明する。 (First Embodiment)
This embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 10. In this embodiment, an example in which the humidity detection device 10 of the present invention is applied to the fuel cell system 1 will be described. In the present embodiment, the overall configuration of the fuel cell system 1 will be described, and then the details of the humidity detection device 10 will be described.

燃料電池システム１は、例えば、電気自動車の一種である燃料電池車両に適用される。図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスである空気に含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池２を備える。 The fuel cell system 1 is applied to, for example, a fuel cell vehicle which is a kind of an electric vehicle. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2 that outputs electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in air which is an oxidizing agent gas.

燃料電池２は、固体高分子型の燃料電池で構成されている。燃料電池２は、発電により生じた直流電力を、ＤＣ－ＤＣコンバータ等を介して車両走行用の電動モータや二次電池等の電気負荷に供給する。 The fuel cell 2 is composed of a solid polymer type fuel cell. The fuel cell 2 supplies DC power generated by power generation to an electric load such as an electric motor for traveling a vehicle or a secondary battery via a DC-DC converter or the like.

燃料電池２は、最小単位となる電池セルが複数積層されたスタック構造を有し、各電池セルが電気的に直列に接続された直列接続体として構成されている。燃料電池２を構成する電池セルは、電解質膜の両側に触媒層を挟んで構成される膜電極接合体、膜電極接合体の両側に配置された一対の拡散層、これらを挟持するセパレータを含んで構成されている。 The fuel cell 2 has a stack structure in which a plurality of battery cells, which are the smallest units, are stacked, and is configured as a series connection body in which each battery cell is electrically connected in series. The battery cell constituting the fuel cell 2 includes a membrane electrode assembly formed by sandwiching a catalyst layer on both sides of an electrolyte membrane, a pair of diffusion layers arranged on both sides of the membrane electrode assembly, and a separator sandwiching these. It is composed of.

各電池セルでは、以下に示すように、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する。 As shown below, each battery cell outputs electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

（アノード側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－
（カソード側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ
燃料電池２には、各電池セルに空気を供給するための空気供給配管３が接続されるとともに、各電池セルを通過した空気を生成水や不純物とともに外部に排出する空気排出配管４が接続されている。 (Anode side) H 2 → 2H + + 2e-
(Cathode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e- → H 2 O
An air supply pipe 3 for supplying air to each battery cell is connected to the fuel cell 2, and an air discharge pipe 4 for discharging air that has passed through each battery cell to the outside together with generated water and impurities is connected. ing.

空気供給配管３には、その最上流部に大気中から吸入した空気を燃料電池２に圧送する空気ポンプ３ａが設けられるとともに、空気ポンプ３ａと燃料電池２との間に燃料電池２に空気を供給する空気の圧力を調整する空気調圧弁３ｂが設けられている。また、空気排出配管４には、燃料電池２から排出された空気を生成水や不純物とともに外部に排出するための電磁弁４ａが設けられている。 The air supply pipe 3 is provided with an air pump 3a that pumps air sucked from the atmosphere to the fuel cell 2 at its most upstream portion, and also sends air to the fuel cell 2 between the air pump 3a and the fuel cell 2. An air pressure regulating valve 3b for adjusting the pressure of the supplied air is provided. Further, the air discharge pipe 4 is provided with a solenoid valve 4a for discharging the air discharged from the fuel cell 2 to the outside together with the generated water and impurities.

燃料電池２には、各電池セルに燃料ガスを供給するための燃料供給配管５が接続されるとともに、各電池セルを通過した未反応水素を含む燃料オフガスを外部に排出するオフガス排出配管６が接続されている。 A fuel supply pipe 5 for supplying fuel gas to each battery cell is connected to the fuel cell 2, and an off-gas discharge pipe 6 for discharging fuel off-gas containing unreacted hydrogen that has passed through each battery cell to the outside is provided. It is connected.

燃料供給配管５には、その最上流部に高圧水素が充填された図示しない水素タンクが設けられている。また、燃料供給配管５には、水素タンク５ａと燃料電池２との間に水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂが設けられている。水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂは、燃料ガスを間欠的に噴射供給する手段である。また、エジェクタ５ｂは、高速で噴射する燃料ガス流の巻き込み作用によって、後述する還流配管７から燃料オフガスを吸引する吸引手段としての役割を有している。 The fuel supply pipe 5 is provided with a hydrogen tank (not shown) whose most upstream portion is filled with high-pressure hydrogen. Further, the fuel supply pipe 5 is provided with a hydrogen supply valve 5a and an ejector 5b between the hydrogen tank 5a and the fuel cell 2. The hydrogen supply valve 5a and the ejector 5b are means for intermittently injecting and supplying fuel gas. Further, the ejector 5b has a role as a suction means for sucking the fuel off gas from the recirculation pipe 7, which will be described later, by the action of entraining the fuel gas flow injected at high speed.

オフガス排出配管６には、燃料オフガスに混在する水を分離する気液分離器８が設けられるとともに、気液分離器８の内部に貯留された水を燃料オフガスとともに外部に排出するための排気弁６ａが設けられている。また、オフガス排出配管６には、燃料オフガスの圧力を検出するための圧力センサ１０１が設けられている。本実施形態では、圧力センサ１０１が燃料オフガスの状態量を検出する状態量検出部を構成する。 The off-gas discharge pipe 6 is provided with a gas-liquid separator 8 for separating water mixed in the fuel off-gas, and an exhaust valve for discharging the water stored inside the gas-liquid separator 8 to the outside together with the fuel off-gas. 6a is provided. Further, the off-gas discharge pipe 6 is provided with a pressure sensor 101 for detecting the pressure of the fuel off-gas. In the present embodiment, the pressure sensor 101 constitutes a state amount detection unit that detects the state amount of the fuel off gas.

本実施形態の気液分離器８は、重力分離方式の気液分離器が採用されている。本実施形態の気液分離器８は、その内部空間８０に燃料オフガスから分離された水が貯留される構成になっている。なお、気液分離器８は、遠心分離方式の気液分離器等で構成されていてもよい。 As the gas-liquid separator 8 of the present embodiment, a gravity-separating type gas-liquid separator is adopted. The gas-liquid separator 8 of the present embodiment is configured to store water separated from the fuel off gas in the internal space 80 thereof. The gas-liquid separator 8 may be configured by a centrifugal separation type gas-liquid separator or the like.

気液分離器８には、水が分離された燃料オフガスを燃料供給配管５に戻すための還流配管７が接続されている。還流配管７は、一端側が気液分離器８に接続され、他端側がエジェクタ５ｂのガス吸引口に接続されている。 A recirculation pipe 7 for returning the fuel off gas from which water is separated to the fuel supply pipe 5 is connected to the gas-liquid separator 8. One end of the reflux pipe 7 is connected to the gas-liquid separator 8 and the other end is connected to the gas suction port of the ejector 5b.

気液分離器８で水が分離された燃料オフガスは、エジェクタ５ｂによって、再び燃料供給配管５に供給される。これにより、燃料電池システム１では、燃料電池２の運転時に、未反応水素を含む燃料オフガスが還流配管７を通って循環する。 The fuel-off gas from which water has been separated by the gas-liquid separator 8 is supplied to the fuel supply pipe 5 again by the ejector 5b. As a result, in the fuel cell system 1, the fuel off gas containing unreacted hydrogen circulates through the recirculation pipe 7 when the fuel cell 2 is operated.

ところで、固体高分子型の燃料電池２では、各電池セルの電解質膜が乾燥すると水素イオンであるプロトンの移動が阻害されることで発電性能が低下してしまう。また、固体高分子型の燃料電池２では、各電池セル内部の水分量が過剰になると、水によって燃料ガスの流れが阻害されることで発電性能が低下してしまう。このため、固体高分子型の燃料電池２では、各電池セル内部の電解質膜が適切な湿潤状態になるように、各電池セル内部の水分量を調整する必要がある。 By the way, in the polymer electrolyte fuel cell 2, when the electrolyte membrane of each battery cell dries, the movement of protons, which are hydrogen ions, is hindered, so that the power generation performance deteriorates. Further, in the polymer electrolyte fuel cell 2, if the amount of water inside each battery cell becomes excessive, the flow of fuel gas is obstructed by water, and the power generation performance is deteriorated. Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell 2, it is necessary to adjust the water content inside each battery cell so that the electrolyte membrane inside each battery cell becomes an appropriate wet state.

このような背景もあり、燃料電池システム１は、各電池セル内部の水分量を把握するため、湿度検出装置１０を備えている。燃料オフガスは、燃料電池２の各電池セルのアノード側を通過したガスであり、その相対湿度（以下、単に湿度とも呼ぶ。）は各電池セル内部の水分量に相関性を有する。 Against this background, the fuel cell system 1 is provided with a humidity detection device 10 in order to grasp the amount of water inside each battery cell. The fuel off gas is a gas that has passed through the anode side of each battery cell of the fuel cell 2, and its relative humidity (hereinafter, also simply referred to as humidity) has a correlation with the amount of water inside each battery cell.

そこで、本実施形態の湿度検出装置１０は、各電池セル内部の水分量に相関性を有する燃料オフガスの湿度を検出する構成になっている。以下、湿度検出装置１０の具体的な構成等について説明する。 Therefore, the humidity detection device 10 of the present embodiment is configured to detect the humidity of the fuel off gas having a correlation with the water content inside each battery cell. Hereinafter, a specific configuration and the like of the humidity detection device 10 will be described.

本実施形態の湿度検出装置１０は、前述した圧力センサ１０１、気液分離器８に設けられた熱流センサ２０、親水シート３０、および後述する制御装置１００の一部（検出処理部１２０）を含んで構成されている。 The humidity detection device 10 of the present embodiment includes the pressure sensor 101 described above, the heat flow sensor 20 provided in the gas-liquid separator 8, the hydrophilic sheet 30, and a part of the control device 100 described later (detection processing unit 120). It is composed of.

図２に示すように、燃料電池２から排出された燃料オフガスは、気液分離器８を介して流れる。このため、気液分離器８は、燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部を構成する。すなわち、本実施形態では、気液分離器８が湿度の検出対象となる気体が流通する内部空間を形成する空間形成部を構成する。 As shown in FIG. 2, the fuel off gas discharged from the fuel cell 2 flows through the gas-liquid separator 8. Therefore, the gas-liquid separator 8 constitutes an off-gas flow path forming portion that forms a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas flows. That is, in the present embodiment, the gas-liquid separator 8 constitutes a space forming portion that forms an internal space through which a gas for which humidity is to be detected flows.

気液分離器８の内部空間８０には、燃料オフガスから分離された水が貯留される。このため、気液分離器８の内部空間８０は、気体が流通する内部空間を構成するとともに、気体から分離された液体を貯留する貯液部としての機能も果たす。気液分離器８は、内部空間８０を形成する内壁面を有しており、当該内壁面における側壁面８１に熱流センサ２０が設置されている。 Water separated from the fuel off gas is stored in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8. Therefore, the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 constitutes an internal space through which the gas flows, and also functions as a liquid storage unit for storing the liquid separated from the gas. The gas-liquid separator 8 has an inner wall surface forming an internal space 80, and a heat flow sensor 20 is installed on a side wall surface 81 on the inner wall surface.

熱流センサ２０は、板状に構成されており、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する。本実施形態の熱流センサ２０は、両板面の一方を表面２１１、他方を裏面２１２とする薄板状のセンサ基板２１を有する。センサ基板２１は、気液分離器８の側壁面８１に設置されている。 The heat flow sensor 20 is configured in a plate shape and outputs a signal corresponding to the heat flow passing through the front and back surfaces. The heat flow sensor 20 of the present embodiment has a thin plate-shaped sensor substrate 21 having one of the two plate surfaces as the front surface 211 and the other as the back surface 212. The sensor substrate 21 is installed on the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8.

センサ基板２１は、その裏面２１２が気液分離器８の側壁面８１のうち内部空間８０にて許容される許容貯液水位よりも上方側に位置する上方部位８１０に固定されている。また、センサ基板２１は、その表面２１１が内部空間８０に露出している。 The back surface 212 of the sensor substrate 21 is fixed to an upper portion 810 of the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 located above the allowable liquid storage water level allowed in the internal space 80. Further, the surface 211 of the sensor substrate 21 is exposed in the internal space 80.

これにより、熱流センサ２０は、図３および図４に示すように、センサ基板２１の表面２１１上を、熱（冷熱を含む）を有する燃料オフガスが流れるようになっている。センサ基板２１では、基板厚さ方向に熱流が発生すると、この熱流により生ずる表面２１１と裏面２１２との間の温度差に起因して、ゼーベック効果による起電力が発生する。 As a result, as shown in FIGS. 3 and 4, the heat flow sensor 20 allows the fuel off gas having heat (including cold heat) to flow on the surface 211 of the sensor substrate 21. In the sensor substrate 21, when a heat flow is generated in the substrate thickness direction, an electromotive force due to the Zeebeck effect is generated due to the temperature difference between the front surface 211 and the back surface 212 caused by the heat flow.

具体的には、図５に示すように、センサ基板２１は、絶縁性材料よりなる基板で構成されている。センサ基板２１は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等で構成される。 Specifically, as shown in FIG. 5, the sensor substrate 21 is made of a substrate made of an insulating material. The sensor substrate 21 is made of, for example, a thermoplastic resin such as polyetheretherketone (PEEK), polyetherimide (PEI), or liquid crystal polymer (LCP), a thermosetting resin such as an epoxy resin, or the like.

センサ基板２１には、異なる２種の金属２２１、２２２が直列的に接続されることで熱電対２２が構成されている。熱電対２２は、熱流を検知するための検知部を構成する。２種の金属２２１、２２２としては、例えば、固相焼結されたＢｉ－Ｓｂ－Ｔｅ合金と、Ｂｉ－Ｔｅとの組み合わせや、Ｃｕとコンスタンタンとの組み合わせ等が挙げれられる。なお、熱電対２２は、例えば、異なる半導体素子の直列接続体で構成されていてもよい。 A thermocouple 22 is formed by connecting two different types of metals 221 and 222 in series to the sensor substrate 21. The thermocouple 22 constitutes a detection unit for detecting a heat flow. Examples of the two types of metals 221 and 222 include a combination of a solid-phase sintered Bi-Sb-Te alloy and Bi-Te, a combination of Cu and Constantan, and the like. The thermocouple 22 may be composed of, for example, a series connector of different semiconductor elements.

熱流センサ２０は、図６に示すように、センサ表裏に熱流ｑが通過すると、この熱流ｑによって生ずる表裏の温度差ΔＴに起因してゼーベック効果による起電圧Ｖが発生する。 As shown in FIG. 6, in the heat flow sensor 20, when the heat flow q passes through the front and back of the sensor, an electromotive voltage V due to the Zeebeck effect is generated due to the temperature difference ΔT between the front and back caused by the heat flow q.

本実施形態の熱流センサ２０の表面は、親水シート３０で覆われている。親水シート３０は、熱流センサ２０の表面よりも高い親水性を有している。本実施形態では、親水シート３０が、熱流センサ２０の表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部を構成する。 The surface of the heat flow sensor 20 of this embodiment is covered with a hydrophilic sheet 30. The hydrophilic sheet 30 has higher hydrophilicity than the surface of the heat flow sensor 20. In the present embodiment, the hydrophilic sheet 30 constitutes a liquid film forming portion for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor 20.

図２に戻り、親水シート３０は、多孔を有するシートで構成されている。具体的には、親水シート３０は、熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部３１、気液分離器８の内部空間８０に貯留された水に接する液接触部３２、およびセンサ被覆部３１と液接触部３２とを接続する接続部３３を有している。本実施形態の親水シート３０は、センサ被覆部３１が高親水性を有する薄膜状のＰＴＦＥ（すなわち、ポリテトラフルオロエチレン）で構成され、液接触部３２および接続部３３がガーゼや不織布等の高吸水性を有する布材で構成されている。なお、親水シート３０は、熱流センサ２０の表面よりも高い親水性を有するものであれば、ＰＴＦＥや上述の布材以外にものを適宜採用することができる。 Returning to FIG. 2, the hydrophilic sheet 30 is composed of a sheet having porosity. Specifically, the hydrophilic sheet 30 is in liquid contact with the sensor covering portion 31 covering the surface of the heat flow sensor, the liquid contact portion 32 in contact with water stored in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8, and the sensor covering portion 31. It has a connecting portion 33 for connecting to the portion 32. In the hydrophilic sheet 30 of the present embodiment, the sensor covering portion 31 is made of a thin film-like PTFE (that is, polytetrafluoroethylene) having high hydrophilicity, and the liquid contact portion 32 and the connecting portion 33 are made of gauze, a non-woven fabric, or the like. It is made of a water-absorbent cloth material. As the hydrophilic sheet 30, any material other than PTFE and the above-mentioned cloth material can be appropriately adopted as long as it has higher hydrophilicity than the surface of the heat flow sensor 20.

このように構成される親水シート３０は、気液分離器８の内部空間８０に貯留された水を毛管現象によって熱流センサ２０の表面まで吸い上げる。これにより、熱流センサ２０の表面が湿潤状態に維持される。 The hydrophilic sheet 30 configured in this way sucks the water stored in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 to the surface of the heat flow sensor 20 by the capillary phenomenon. As a result, the surface of the heat flow sensor 20 is maintained in a wet state.

本実施形態の熱流センサ２０は、その表面が親水シート３０によって覆われることで湿潤状態に維持される。このように、熱流センサ２０の表面が湿潤状態になっている場合、燃料オフガスの湿度に応じて熱流センサ２０の表面に存在する水が蒸発する。この際、水の気化潜熱により熱流センサ２０の表裏に温度差が生じ、熱流センサ２０の表裏を通過する熱流が発生する。この熱流は、燃料オフガスの湿度に相関性を有することから、熱流センサ２０から燃料オフガスの湿度に相関性を有する出力信号（すなわち、起電圧）が出力される。本実施形態の熱流センサ２０は、信号線ＳＬを介して制御装置１００の入力側に接続されている。制御装置１００は、熱流センサ２０から出力される出力信号に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する。 The surface of the heat flow sensor 20 of the present embodiment is covered with the hydrophilic sheet 30 to maintain the wet state. As described above, when the surface of the heat flow sensor 20 is in a wet state, the water existing on the surface of the heat flow sensor 20 evaporates according to the humidity of the fuel off gas. At this time, the latent heat of vaporization of water causes a temperature difference between the front and back of the heat flow sensor 20, and a heat flow that passes through the front and back of the heat flow sensor 20 is generated. Since this heat flow has a correlation with the humidity of the fuel off gas, an output signal (that is, an electromotive voltage) having a correlation with the humidity of the fuel off gas is output from the heat flow sensor 20. The heat flow sensor 20 of the present embodiment is connected to the input side of the control device 100 via the signal line SL. The control device 100 detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the heat flow sensor 20.

次に、燃料電池システム１の電気制御部である制御装置１００について説明する。制御装置１００は、プロセッサ、メモリ等を有する周知のマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。 Next, the control device 100, which is the electric control unit of the fuel cell system 1, will be described. The control device 100 includes a well-known microcomputer having a processor, a memory, and the like, and peripheral circuits thereof.

制御装置１００の入力側には、上述の熱流センサ２０、およびオフガス排出配管６に設けられた圧力センサ１０１等の各種センサが接続されている。また、制御装置１００の出力側には、制御対象機器として、空気ポンプ３ａ、空気調圧弁３ｂ、電磁弁４ａ、水素供給弁５ａ、エジェクタ５ｂ、排気弁６ａ等が接続されている。 Various sensors such as the above-mentioned heat flow sensor 20 and the pressure sensor 101 provided in the off-gas discharge pipe 6 are connected to the input side of the control device 100. Further, an air pump 3a, an air pressure regulating valve 3b, a solenoid valve 4a, a hydrogen supply valve 5a, an ejector 5b, an exhaust valve 6a, and the like are connected to the output side of the control device 100 as control target devices.

このように構成される制御装置１００は、入力側から入力された各種信号等を、予めメモリに記憶されたプログラムに従って演算処理し、当該演算処理の結果等に基づいて、出力側に接続された各種制御対象機器を制御する。 The control device 100 configured in this way performs arithmetic processing on various signals and the like input from the input side according to a program stored in the memory in advance, and is connected to the output side based on the result of the arithmetic processing and the like. Controls various controlled devices.

燃料電池２の運転中は、燃料電池２にて水素が消費されることで、燃料電池２内部の圧力が徐々に低下する。このため、制御装置１００は、燃料電池２の運転中において、圧力センサ１０１で検出された圧力が所定の基準圧力よりも低下した際に燃料電池２に燃料ガスが供給されるように、水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂを制御する。これにより、燃料電池２には、間欠的に燃料ガスが噴射供給される。本実施形態では、制御装置１００における各種制御対象機器を制御する構成（ソフトウェアおよびハードウェア）が機器制御部１１０を構成している。 During the operation of the fuel cell 2, hydrogen is consumed by the fuel cell 2, so that the pressure inside the fuel cell 2 gradually decreases. Therefore, the control device 100 supplies hydrogen so that the fuel gas is supplied to the fuel cell 2 when the pressure detected by the pressure sensor 101 drops below a predetermined reference pressure during the operation of the fuel cell 2. It controls the valve 5a and the ejector 5b. As a result, the fuel gas is intermittently injected and supplied to the fuel cell 2. In the present embodiment, the configuration (software and hardware) for controlling various controlled devices in the control device 100 constitutes the device control unit 110.

また、制御装置１００は、熱流センサ２０等から出力される出力信号に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を実行する。本実施形態では、制御装置１００における燃料オフガスの湿度の検出処理を行う構成（ソフトウェアおよびハードウェア）が検出処理部１２０を構成している。 Further, the control device 100 executes a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the heat flow sensor 20 or the like. In the present embodiment, the configuration (software and hardware) for detecting the humidity of the fuel off gas in the control device 100 constitutes the detection processing unit 120.

ここで、本実施形態の燃料電池２には、水素供給弁５ａおよびエジェクタ５ｂによって間欠的に燃料ガスが噴射供給されるが、それに伴って燃料オフガスが燃料電池２から間欠的に排気される。これにより、オフガス排出配管６には、圧力脈動を伴う燃料オフガスが流れる。例えば、オフガス排出配管６では、図７の上段に示すように、燃料オフガスの圧力が周期的に変化する。 Here, fuel gas is intermittently injected and supplied to the fuel cell 2 of the present embodiment by the hydrogen supply valve 5a and the ejector 5b, and the fuel off gas is intermittently exhausted from the fuel cell 2 accordingly. As a result, the fuel off gas accompanied by the pressure pulsation flows through the off gas discharge pipe 6. For example, in the off-gas discharge pipe 6, as shown in the upper part of FIG. 7, the pressure of the fuel off-gas changes periodically.

このように、燃料オフガスの圧力が周期的に変化すると、熱流センサ２０上に配置された親水シート３０に含まれる水分の蒸発量が燃料オフガスの圧力変化に同期して変化する。このため、熱流センサ２０の出力信号であるセンサ出力は、例えば、図７の下段に示すように、燃料オフガスの圧力変化に同期して変動する。 As described above, when the pressure of the fuel off gas changes periodically, the amount of evaporation of water contained in the hydrophilic sheet 30 arranged on the heat flow sensor 20 changes in synchronization with the pressure change of the fuel off gas. Therefore, the sensor output, which is the output signal of the heat flow sensor 20, fluctuates in synchronization with the pressure change of the fuel off gas, for example, as shown in the lower part of FIG.

この際、燃料オフガスの湿度が低い程、熱流センサ２０上で蒸発が生じ易く、逆に、燃料オフガスの湿度が高い程、熱流センサ２０上で蒸発が生じ難くなる。このため、燃料オフガスの湿度が低い場合には、熱流センサ２０のセンサ出力の変化（すなわち、振幅ΔＶ）が大きくなり、燃料オフガスの湿度の高い場合には、熱流センサ２０のセンサ出力の変化（すなわち、振幅ΔＶ）が小さくなり易くなる。 At this time, the lower the humidity of the fuel off gas, the easier it is for evaporation to occur on the heat flow sensor 20, and conversely, the higher the humidity of the fuel off gas, the less likely it is that evaporation will occur on the heat flow sensor 20. Therefore, when the humidity of the fuel off gas is low, the change in the sensor output of the heat flow sensor 20 (that is, the amplitude ΔV) becomes large, and when the humidity of the fuel off gas is high, the change in the sensor output of the heat flow sensor 20 (that is, the amplitude ΔV) becomes large. That is, the amplitude ΔV) tends to be small.

本発明者らの調査によれば、燃料オフガスの圧力の振幅ΔＰに対する熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶの振幅比ＡＲ（＝ΔＶ／ΔＰ）が、図８に示すように、燃料オフガスの湿度に応じて変化することが判った。すなわち、振幅比ＡＲは、燃料オフガスの湿度が低い程大きくなり、燃料オフガスの湿度が高い程小さくなる傾向がある。 According to the investigation by the present inventors, the amplitude ratio AR (= ΔV / ΔP) of the amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20 to the amplitude ΔP of the pressure of the fuel off gas is the humidity of the fuel off gas as shown in FIG. It turned out that it changes according to. That is, the amplitude ratio AR tends to increase as the humidity of the fuel off gas decreases, and decreases as the humidity of the fuel off gas increases.

本実施形態の制御装置１００の検出処理部１２０では、上述の傾向を加味して、燃料オフガスの湿度を検出する。具体的には、検出処理部１２０は、図９に示すように、信号処理部１２２ａ、１２２ｂにて圧力センサ１０１の検出圧力の振幅ΔＰ、および熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶを抽出する。各種センサのセンサ出力の振幅ΔＰ、ΔＶは、例えば、エジェクタ５ｂによる燃料ガスの供給タイミングにおけるセンサ出力と、エジェクタ５ｂによる燃料ガスの供給停止タイミングにおけるセンサ出力との差分として抽出することができる。 The detection processing unit 120 of the control device 100 of the present embodiment detects the humidity of the fuel off gas in consideration of the above-mentioned tendency. Specifically, as shown in FIG. 9, the detection processing unit 120 extracts the amplitude ΔP of the detection pressure of the pressure sensor 101 and the amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20 by the signal processing units 122a and 122b. The amplitudes ΔP and ΔV of the sensor outputs of the various sensors can be extracted as, for example, the difference between the sensor output at the fuel gas supply timing by the ejector 5b and the sensor output at the fuel gas supply stop timing by the ejector 5b.

また、検出処理部１２０では、信号処理部１２２ａ、１２２ｂで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶの振幅比ＡＲを演算処理部１２４で燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算する処理を行う。演算処理部１２４では、例えば、予め用意された振幅比ＡＲと燃料オフガスの湿度Ｒｈとの対応関係を規定した制御マップを参照して、信号処理部１２２ａ、１２２ｂで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶの振幅比ＡＲを燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算する処理を実行する。この際、演算処理部１２４では、図８の如く、振幅比ＡＲの増大に伴って湿度Ｒｈが小さくなるように、振幅比ＡＲと燃料オフガスの湿度Ｒｈとの対応関係が規定された制御マップを参照する。なお、振幅比ＡＲを燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算する処理は、制御マップではなく、振幅比ＡＲと燃料オフガスの湿度Ｒｈとの対応関係を予め数式化したものを利用する処理になっていてもよい。 Further, the detection processing unit 120 performs a process of converting the amplitude ratio AR of each of the amplitudes ΔP and ΔV extracted by the signal processing units 122a and 122b into the humidity Rh of the fuel off gas in the arithmetic processing unit 124. The arithmetic processing unit 124, for example, refers to a control map that defines the correspondence between the amplitude ratio AR and the humidity Rh of the fuel off gas prepared in advance, and the respective amplitudes ΔP and ΔV extracted by the signal processing units 122a and 122b. The processing of converting the amplitude ratio AR of the above into the humidity Rh of the fuel off gas is executed. At this time, as shown in FIG. 8, the arithmetic processing unit 124 provides a control map in which the correspondence between the amplitude ratio AR and the humidity Rh of the fuel off-gas is defined so that the humidity Rh becomes smaller as the amplitude ratio AR increases. refer. Even if the process of converting the amplitude ratio AR to the humidity Rh of the fuel off gas is not a control map but a process of using a pre-formulated correspondence between the amplitude ratio AR and the humidity Rh of the fuel off gas. good.

加えて、本実施形態の制御装置１００は、機器制御部１１０が、燃料オフガスの湿度の検出結果に基づいて、燃料電池２内部の湿度を調整する調湿制御処理を実行する。以下、本実施形態の制御装置１００が実行する調湿制御処理について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。制御装置１００は、燃料電池２の運転中において、図１０に示す制御処理を所定のタイミングで実行する。 In addition, in the control device 100 of the present embodiment, the device control unit 110 executes a humidity control process for adjusting the humidity inside the fuel cell 2 based on the detection result of the humidity of the fuel off gas. Hereinafter, the humidity control process executed by the control device 100 of the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The control device 100 executes the control process shown in FIG. 10 at a predetermined timing while the fuel cell 2 is in operation.

図１０に示すように、制御装置１００は、まず、ステップＳ１００にて、熱流センサ２０から出力される出力信号等に基づいて燃料オフガスの湿度Ｒｈを検出する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１１０にて、燃料オフガスの湿度Ｒｈが予め定めた第１判定閾値Ｒｈｔｈ１以上であるか否かを判定する。第１判定閾値Ｒｈｔｈ１は、例えば、燃料電池２内部の水分量が各電池セルで燃料ガスの供給が阻害される状態になる際の燃料オフガスの湿度Ｒｈ（例えば、８０％）に設定されている。 As shown in FIG. 10, first, in step S100, the control device 100 detects the humidity Rh of the fuel off gas based on the output signal or the like output from the heat flow sensor 20. Then, in step S110, the control device 100 determines whether or not the humidity Rh of the fuel off gas is equal to or higher than the predetermined first determination threshold value Rhth1. The first determination threshold Rhth1 is set to, for example, the humidity Rh (for example, 80%) of the fuel off gas when the water content inside the fuel cell 2 becomes a state in which the supply of the fuel gas is obstructed in each battery cell. ..

ステップＳ１１０の判定処理の結果、燃料オフガスの湿度Ｒｈが第１判定閾値Ｒｈｔｈ１以上である場合、燃料電池２内部の水分量が過剰になり易い状態と考えられる。このため、制御装置１００は、ステップＳ１２０に移行して燃料電池２内部の湿度を低下させる湿度低下処理を実行する。 As a result of the determination process in step S110, when the humidity Rh of the fuel off gas is equal to or higher than the first determination threshold value Rhth1, it is considered that the water content inside the fuel cell 2 tends to be excessive. Therefore, the control device 100 shifts to step S120 and executes a humidity lowering process for lowering the humidity inside the fuel cell 2.

この湿度低下処理としては、排気弁６ａを所定時間開放して燃料電池２内部の水分量を減少させる処理が挙げられる。但し、この処理では、燃料オフガスを循環させることができなくなってしまう。 Examples of this humidity lowering treatment include a treatment in which the exhaust valve 6a is opened for a predetermined time to reduce the amount of water inside the fuel cell 2. However, in this process, the fuel off gas cannot be circulated.

このため、湿度低下処理としては、空気ポンプ３ａの能力を増大させ、各電池セル内のカソード側の湿度を低下させることで、各電池セル内のアノード側の水分をカソード側に移動させる処理が採用されていてもよい。また、湿度低下処理としては、燃料電池２の温度を調整するための冷却水の温度を上昇させ、各電池セル内の湿度を低下させる処理が採用されていてもよい。 Therefore, as the humidity lowering treatment, the capacity of the air pump 3a is increased and the humidity on the cathode side in each battery cell is lowered, so that the moisture on the anode side in each battery cell is moved to the cathode side. It may be adopted. Further, as the humidity lowering treatment, a treatment of raising the temperature of the cooling water for adjusting the temperature of the fuel cell 2 and lowering the humidity in each battery cell may be adopted.

一方、ステップＳ１１０の判定処理の結果、燃料オフガスの湿度Ｒｈが第１判定閾値Ｒｈｔｈ１未満である場合、制御装置１００は、ステップＳ１３０にて、燃料オフガスの湿度Ｒｈが予め定めた第２判定閾値Ｒｈｔｈ２以下であるか否かを判定する。第２判定閾値Ｒｈｔｈ２は、第１判定閾値Ｒｈｔｈ１よりも小さい値に設定されている。例えば、第２判定閾値Ｒｈｔｈ２は、燃料電池２内でのプロトンの移動が阻害される状態になる際の燃料オフガスの湿度Ｒｈ（例えば、２０％）に設定されている。 On the other hand, when the humidity Rh of the fuel off gas is less than the first determination threshold value Rhth1 as a result of the determination process in step S110, the control device 100 determines in step S130 the second determination threshold value Rhth2 in which the humidity Rh of the fuel off gas is predetermined. It is determined whether or not it is as follows. The second determination threshold value Rhth2 is set to a value smaller than the first determination threshold value Rhth1. For example, the second determination threshold value Rhth2 is set to the humidity Rh (for example, 20%) of the fuel off gas when the movement of protons in the fuel cell 2 is inhibited.

ステップＳ１３０の判定処理の結果、燃料オフガスの湿度Ｒｈが第２判定閾値Ｒｈｔｈ２よりも高い場合、燃料電池２内部の水分量が適正と考えられる。このため、制御装置１００は、本処理を抜ける。 As a result of the determination process in step S130, when the humidity Rh of the fuel off gas is higher than the second determination threshold value Rhth2, it is considered that the water content inside the fuel cell 2 is appropriate. Therefore, the control device 100 exits this process.

これに対して、ステップＳ１３０の判定処理の結果、燃料オフガスの湿度Ｒｈが第２判定閾値Ｒｈｔｈ２以下である場合、燃料電池２内部が乾燥し易い状態と考えられる。このため、制御装置１００は、ステップＳ１４０に移行して燃料電池２内部の湿度を増加させる湿度増加処理を実行する。 On the other hand, when the humidity Rh of the fuel off gas is equal to or less than the second determination threshold value Rhth2 as a result of the determination process in step S130, it is considered that the inside of the fuel cell 2 is likely to dry. Therefore, the control device 100 shifts to step S140 and executes a humidity increase process for increasing the humidity inside the fuel cell 2.

この湿度増加処理としては、還流配管７における燃料オフガスの循環量を増加させ、各電池セル内のアノード側の湿度を低下させることで、各電池セル内のカソード側の水分をアノード側に移動させる処理が挙げられる。 In this humidity increase treatment, the circulation amount of the fuel off gas in the reflux pipe 7 is increased and the humidity on the anode side in each battery cell is decreased, so that the water on the cathode side in each battery cell is moved to the anode side. Processing is mentioned.

ここで、エジェクタ５ｂの絞り開度を小さくすれば、エジェクタ５ｂのガス吸引口側の圧力が低下することで、還流配管７における燃料オフガスの循環量を増加させることができる。但し、上述の湿度増加処理では、燃料電池２に対する燃料ガスの供給量が変化してしまうことで、燃料電池２の発電性能への影響が大きくなってしまう。 Here, if the throttle opening of the ejector 5b is reduced, the pressure on the gas suction port side of the ejector 5b is reduced, so that the circulation amount of the fuel off gas in the recirculation pipe 7 can be increased. However, in the above-mentioned humidity increasing treatment, the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 2 changes, which greatly affects the power generation performance of the fuel cell 2.

このため、湿度増加処理としては、空気ポンプ３ａの能力を低下させ、各電池セル内のカソード側の湿度を上昇させることで、各電池セル内のカソード側の水分をアノード側に移動させる処理が採用されていてもよい。また、湿度増加処理としては、燃料電池２の温度を調整するための冷却水の温度を低下させ、各電池セル内の湿度を上昇させる処理が採用されていてもよい。 Therefore, as the humidity increasing treatment, the capacity of the air pump 3a is reduced and the humidity on the cathode side in each battery cell is increased to move the moisture on the cathode side in each battery cell to the anode side. It may be adopted. Further, as the humidity increasing treatment, a treatment of lowering the temperature of the cooling water for adjusting the temperature of the fuel cell 2 and raising the humidity in each battery cell may be adopted.

以上説明した本実施形態の燃料電池システム１は、燃料オフガスの湿度を検出可能に構成されているので、上述の如く、燃料電池２内部の水分量を適正な状態に調整することができる。 Since the fuel cell system 1 of the present embodiment described above is configured to be able to detect the humidity of the fuel off gas, the water content inside the fuel cell 2 can be adjusted to an appropriate state as described above.

特に、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置１０が、燃料オフガスの湿度Ｒｈに応じた熱流の変化を熱流センサ２０で検出する構成になっている。これによれば、静電容量式の露点計のように、蒸気を吸収する時間が必要ないので、従来よりも湿度検出の応答性を向上させることができる。また、本実施形態の湿度検出装置１０は、熱流センサ２０の表面側が液膜によって湿潤した状態になるので、結露が燃料オフガスの湿度の検出精度に影響することが殆どない。 In particular, the fuel cell system 1 of the present embodiment is configured such that the humidity detection device 10 for detecting the humidity of the fuel off gas detects the change in the heat flow according to the humidity Rh of the fuel off gas with the heat flow sensor 20. According to this, unlike the capacitance type dew point meter, it does not require time to absorb vapor, so that the responsiveness of humidity detection can be improved as compared with the conventional case. Further, in the humidity detection device 10 of the present embodiment, since the surface side of the heat flow sensor 20 is in a wet state by the liquid film, dew condensation hardly affects the humidity detection accuracy of the fuel off gas.

また、湿度検出装置１０は、燃料オフガスが圧力脈動を伴った状態で流通する気液分離器８の内部空間８０に熱流センサ２０が設置されている。このような構成では、燃料オフガスの湿度に応じた熱流の変化が熱流センサ２０からの出力信号の振幅として出力される。このため、本構成によれば、熱流センサ２０における燃料オフガスの湿度に相関性を有する熱流の感度を高めて、湿度検出装置１０における湿度検出の信頼性を向上させることができる。 Further, in the humidity detection device 10, a heat flow sensor 20 is installed in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 in which the fuel off gas flows with pressure pulsation. In such a configuration, the change in heat flow according to the humidity of the fuel off gas is output as the amplitude of the output signal from the heat flow sensor 20. Therefore, according to this configuration, the sensitivity of the heat flow having a correlation with the humidity of the fuel off gas in the heat flow sensor 20 can be increased, and the reliability of the humidity detection in the humidity detection device 10 can be improved.

さらに、湿度検出装置１０は、気液分離器８の内部空間８０に貯留された水が親水シート３０を介して熱流センサ２０の表面に供給される構成になっている。これによれば、熱流センサ２０の表面を湿潤状態に維持することが可能になるので、燃料オフガスの湿度検出を継続的に実施することができる。 Further, the humidity detection device 10 is configured such that water stored in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 is supplied to the surface of the heat flow sensor 20 via the hydrophilic sheet 30. According to this, since the surface of the heat flow sensor 20 can be maintained in a wet state, the humidity detection of the fuel off gas can be continuously performed.

（第１実施形態の変形例）
上述の第１実施形態では、燃料オフガスの圧力変化による熱流センサ２０の出力変動を加味した上で、燃料オフガスの湿度を検出する例について説明したが、これに限定されない。燃料オフガスの圧力変化による熱流センサ２０の出力変動が予測可能であれば、制御装置１００は、予測される圧力変化によって熱流センサ２０からの出力信号を補正する構成になっていてもよい。この場合、圧力センサ１０１が不要となるので、システムの簡素化を図ることができる。このことは、以降の実施形態においても同様である。 (Variation example of the first embodiment)
In the above-mentioned first embodiment, an example of detecting the humidity of the fuel off-gas after taking into consideration the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the pressure change of the fuel off-gas has been described, but the present invention is not limited to this. If the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the pressure change of the fuel off gas can be predicted, the control device 100 may be configured to correct the output signal from the heat flow sensor 20 by the predicted pressure change. In this case, the pressure sensor 101 is not required, so that the system can be simplified. This also applies to the subsequent embodiments.

上述の第１実施形態では、熱流センサ２０の裏面を気液分離器８の側壁面８１に固定する配置構成になっている。このような配置構成では、例えば、気液分離器８の側壁面８１の厚みが薄いこと等によって熱容量が小さいと、熱流センサ２０の表裏の温度差が確保し難く、熱流センサ２０の感度が低下する虞がある。 In the above-mentioned first embodiment, the back surface of the heat flow sensor 20 is fixed to the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8. In such an arrangement configuration, if the heat capacity is small due to, for example, the thickness of the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 being small, it is difficult to secure the temperature difference between the front and back of the heat flow sensor 20, and the sensitivity of the heat flow sensor 20 is lowered. There is a risk of doing so.

このため、熱流センサ２０は、気液分離器８の側壁面８１の厚みが大きい箇所に固定することが望ましい。また、気液分離器８の側壁面８１の厚みが全体として薄い場合等には、例えば、熱流センサ２０の設置箇所に対して側壁面８１よりも熱容量の高い熱緩衝体を設置し、熱流センサ２０の裏面側における熱容量を確保する構成とすることが望ましい。それら以外にも、気液分離器８の側壁面８１に温熱発生器を配置し、当該温調部材によって熱流センサ２０の裏面側の温度を表面側よりも高い温度に維持する構成になっていてもよい。 Therefore, it is desirable that the heat flow sensor 20 is fixed to a portion where the thickness of the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 is large. When the thickness of the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 is thin as a whole, for example, a heat buffer having a higher heat capacity than the side wall surface 81 is installed at the installation location of the heat flow sensor 20, and the heat flow sensor is installed. It is desirable that the configuration is such that the heat capacity on the back surface side of 20 is secured. In addition to these, a heat generator is arranged on the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 and the temperature control member keeps the temperature on the back surface side of the heat flow sensor 20 higher than that on the front surface side. May be good.

これらによれば、熱流センサ２０の表裏の温度差が確保されるので、熱流センサ２０の感度を改善させて、湿度検出装置１０の湿度検出性能の向上を図ることができる。なお、上述した配置構成等は、以降の実施形態において採用可能である。 According to these, since the temperature difference between the front and back of the heat flow sensor 20 is secured, the sensitivity of the heat flow sensor 20 can be improved and the humidity detection performance of the humidity detection device 10 can be improved. The above-mentioned arrangement configuration and the like can be adopted in the following embodiments.

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１１、図１２を参照して説明する。本実施形態では、湿度検出装置１０の構成が第１実施形態と相違している。本実施形態では、主に第１実施形態と相違する部分について説明し、第１実施形態と共通する部分についての説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In the present embodiment, the configuration of the humidity detection device 10 is different from that of the first embodiment. In this embodiment, the parts different from the first embodiment will be mainly described, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.

図１１および図１２に示すように、湿度検出装置１０には、熱流センサ２０の周囲を流れる燃料オフガスを整流させる整流部材４０と、親水シート３０の一部を覆うカバー部材５０とが追加されている。 As shown in FIGS. 11 and 12, a rectifying member 40 that rectifies the fuel off gas flowing around the heat flow sensor 20 and a cover member 50 that covers a part of the hydrophilic sheet 30 are added to the humidity detection device 10. There is.

整流部材４０は、親水シート３０のセンサ被覆部３１の周囲を流れる燃料オフガスの流通方向を熱流センサ２０の表裏の厚み方向に整流させる部材である。本実施形態の整流部材４０は、板状の複数の整流板４１が格子形状をなすように互いに連結されている。整流部材４０には、複数の整流板４１の間に、熱流センサ２０の表裏の厚み方向に貫通する複数の整流流路４２が形成されている。 The rectifying member 40 is a member that rectifies the flow direction of the fuel off gas flowing around the sensor covering portion 31 of the hydrophilic sheet 30 in the thickness direction of the front and back surfaces of the heat flow sensor 20. In the rectifying member 40 of the present embodiment, a plurality of plate-shaped rectifying plates 41 are connected to each other so as to form a grid shape. In the rectifying member 40, a plurality of rectifying flow paths 42 penetrating in the thickness direction of the front and back surfaces of the heat flow sensor 20 are formed between the plurality of rectifying plates 41.

整流部材４０では、燃料オフガスが熱流センサ２０の表裏の厚み方向に貫通する複数の整流流路４２を通過する。この際、複数の整流流路４２は、熱流センサ２０の表裏の厚み方向に貫通し、細分化されているので、燃料オフガスの流通方向が熱流センサ２０の表裏の厚み方向に整流される。 In the rectifying member 40, the fuel off gas passes through a plurality of rectifying flow paths 42 penetrating in the thickness direction of the front and back surfaces of the heat flow sensor 20. At this time, since the plurality of rectifying flow paths 42 penetrate in the thickness direction of the front and back surfaces of the heat flow sensor 20 and are subdivided, the flow direction of the fuel off gas is rectified in the thickness direction of the front and back surfaces of the heat flow sensor 20.

また、カバー部材５０は、親水シート３０の接続部３３等における水の蒸発を抑えるための部材である。本実施形態のカバー部材５０は、親水シート３０の液接触部３２および接続部３３の双方を覆う構成になっている。なお、カバー部材５０は、親水シート３０の液接触部３２および接続部３３のうち接続部３３だけを覆う構成になっていてもよい。 Further, the cover member 50 is a member for suppressing evaporation of water at the connecting portion 33 and the like of the hydrophilic sheet 30. The cover member 50 of the present embodiment is configured to cover both the liquid contact portion 32 and the connection portion 33 of the hydrophilic sheet 30. The cover member 50 may be configured to cover only the connecting portion 33 of the liquid contact portion 32 and the connecting portion 33 of the hydrophilic sheet 30.

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の湿度検出装置１０は、熱流センサ２０の周囲を流れる燃料オフガスを整流させる整流部材４０を備えている。これによれば、燃料オフガスの流通方向の変化による熱流センサ２０の出力変動が抑制されるので、熱流センサ２０にて燃料オフガスの湿度に相関性を有する熱流を精度よく検出可能となる。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. The humidity detection device 10 of the present embodiment includes a rectifying member 40 that rectifies the fuel off gas flowing around the heat flow sensor 20. According to this, since the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the change in the flow direction of the fuel off gas is suppressed, the heat flow sensor 20 can accurately detect the heat flow having a correlation with the humidity of the fuel off gas.

また、本実施形態の湿度検出装置１０は、親水シート３０における接続部３３等がカバー部材５０で覆われている。これによれば、親水シート３０における接続部３３での水の蒸発が抑制されるので、気液分離器８の内部空間８０に貯留された身を親水シート３０によって熱流センサ２０の表面に供給し続けることができる。 Further, in the humidity detection device 10 of the present embodiment, the connection portion 33 and the like in the hydrophilic sheet 30 are covered with the cover member 50. According to this, since the evaporation of water at the connection portion 33 of the hydrophilic sheet 30 is suppressed, the body stored in the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 is supplied to the surface of the heat flow sensor 20 by the hydrophilic sheet 30. You can continue.

（第２実施形態の変形例）
上述の第２実施形態では、整流部材４０およびカバー部材５０の双方を備える湿度検出装置１０を例示したが、これに限定されない。湿度検出装置１０は、例えば、整流部材４０およびカバー部材５０のうち一方だけを備える構成になっていてもよい。 (Modified example of the second embodiment)
In the second embodiment described above, the humidity detection device 10 including both the rectifying member 40 and the cover member 50 has been exemplified, but the present invention is not limited thereto. The humidity detection device 10 may be configured to include, for example, only one of the rectifying member 40 and the cover member 50.

また、上述の第２実施形態では、整流部材４０として整流板４１を格子形状に連結したものが採用される例について説明したが、これに限定されない。整流部材４０は、熱流センサ２０周囲における燃料オフガスの流れを整流させることが可能なものであれば、上述したもの以外のものが採用されていてもよい。 Further, in the above-mentioned second embodiment, an example in which a straightening vane 41 connected to a grid shape is adopted as the straightening vane 40 has been described, but the present invention is not limited to this. As the rectifying member 40, a member other than those described above may be adopted as long as it can rectify the flow of fuel off gas around the heat flow sensor 20.

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１３、図１４を参照して説明する。本実施形態では、燃料オフガスの湿度の算出方法が第１実施形態と相違している。本実施形態では、主に第１実施形態と相違する部分について説明し、第１実施形態と共通する部分についての説明を省略する。 (Third Embodiment)
Next, the third embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In the present embodiment, the method for calculating the humidity of the fuel off-gas is different from that in the first embodiment. In this embodiment, the parts different from the first embodiment will be mainly described, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.

図１３に示すように、本実施形態の制御装置１００の入力側には、圧力センサ１０１に加えて、燃料オフガスの温度を検出する温度センサ１０２、燃料オフガスの流量を検出する流量センサ１０３が接続されている。本実施形態では、圧力センサ１０１、温度センサ１０２、および流量センサ１０３が燃料オフガスの状態量を検出する状態量検出部を構成する。 As shown in FIG. 13, in addition to the pressure sensor 101, a temperature sensor 102 for detecting the temperature of the fuel off gas and a flow sensor 103 for detecting the flow rate of the fuel off gas are connected to the input side of the control device 100 of the present embodiment. Has been done. In the present embodiment, the pressure sensor 101, the temperature sensor 102, and the flow rate sensor 103 constitute a state amount detection unit that detects the state amount of the fuel off gas.

ここで、燃料オフガスの湿度Ｒｈは、その温度に応じて変化する。具体的には、燃料オフガスの湿度Ｒｈは、燃料オフガスの温度が上昇するにともなって低下し、燃料オフガスの温度が低下するにともなって上昇する。 Here, the humidity Rh of the fuel off gas changes according to the temperature. Specifically, the humidity Rh of the fuel-off gas decreases as the temperature of the fuel-off gas rises, and rises as the temperature of the fuel-off gas decreases.

また、燃料オフガスの流量が増加すると、燃料オフガスと熱流センサ２０との熱交換量が増加し、熱流センサ２０の表裏の温度差が拡大する。逆に、燃料オフガスの流量が減少すると、燃料オフガスと熱流センサ２０との熱交換量が減少し、熱流センサ２０の表裏の温度差が小さくなる。このように、熱流センサ２０の表裏を通過する熱流は、燃料オフガスの湿度Ｒｈだけでなく、燃料オフガスの流量に応じて変動する。例えば、燃料オフガスの表裏を通過する熱流は、燃料オフガスの流量が増加すると大きくなり、燃料オフガスの流量が減少すると小さくなる。 Further, when the flow rate of the fuel off gas increases, the amount of heat exchange between the fuel off gas and the heat flow sensor 20 increases, and the temperature difference between the front and back surfaces of the heat flow sensor 20 increases. On the contrary, when the flow rate of the fuel off gas decreases, the amount of heat exchange between the fuel off gas and the heat flow sensor 20 decreases, and the temperature difference between the front and back surfaces of the heat flow sensor 20 becomes small. As described above, the heat flow passing through the front and back of the heat flow sensor 20 fluctuates not only with the humidity Rh of the fuel off gas but also with the flow rate of the fuel off gas. For example, the heat flow passing through the front and back of the fuel off gas increases as the flow rate of the fuel off gas increases, and decreases as the flow rate of the fuel off gas decreases.

上述の傾向を加味して、本実施形態の制御装置１００の検出処理部１２０では、上述の傾向を加味して、燃料オフガスの湿度を検出する。具体的には、検出処理部１２０は、図１４に示すように、信号処理部１２２ａ、１２２ｂにて圧力センサ１０１の検出圧力の振幅ΔＰおよび熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶを抽出する。 In consideration of the above-mentioned tendency, the detection processing unit 120 of the control device 100 of the present embodiment detects the humidity of the fuel off-gas in consideration of the above-mentioned tendency. Specifically, as shown in FIG. 14, the detection processing unit 120 extracts the amplitude ΔP of the detection pressure of the pressure sensor 101 and the amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20 by the signal processing units 122a and 122b.

また、検出処理部１２０は、信号処理部１２２ｃ、１２２ｄにて温度センサ１０２のセンサ出力および流量センサ１０３のセンサ出力を読み込む。そして、検出処理部１２０では、信号処理部１２２ａ～１２２ｄからの各種信号に基づいて、燃料オフガスの湿度Ｒｈを算出する。検出処理部１２０では、例えば、第１実施形態と同様に各振幅ΔＰ、ΔＶの振幅比ＡＲを演算処理部１２４で燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算した後、当該湿度Ｒｈを温度センサ１０２の検出温度および流量センサ１０３の検出流量で補正する。 Further, the detection processing unit 120 reads the sensor output of the temperature sensor 102 and the sensor output of the flow rate sensor 103 by the signal processing units 122c and 122d. Then, the detection processing unit 120 calculates the humidity Rh of the fuel off gas based on various signals from the signal processing units 122a to 122d. In the detection processing unit 120, for example, the amplitude ratio AR of each amplitude ΔP and ΔV is converted into the humidity Rh of the fuel off gas by the arithmetic processing unit 124 as in the first embodiment, and then the humidity Rh is converted into the detection temperature of the temperature sensor 102. And it is corrected by the detected flow rate of the flow rate sensor 103.

その他の構成は第１実施形態と同様である。本実施形態の湿度検出装置１０は、熱流センサ２０から出力される出力信号だけでなく、圧力センサ１０１、温度センサ１０２、および流量センサ１０３の検出信号に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出構成になっている。これによれば、燃料オフガスの圧力、流量、温度等の変化による熱流センサ２０の出力変動を加味した上で、燃料オフガスの湿度を検出することができる。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. The humidity detection device 10 of the present embodiment is configured to detect the humidity of the fuel off gas based on the detection signals of the pressure sensor 101, the temperature sensor 102, and the flow rate sensor 103 as well as the output signal output from the heat flow sensor 20. It has become. According to this, the humidity of the fuel off gas can be detected in consideration of the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the change of the pressure, the flow rate, the temperature and the like of the fuel off gas.

（第３実施形態の変形例）
上述の第３実施形態では、燃料オフガスの圧力、流量、温度等の変化による熱流センサ２０の出力変動を加味した上で、燃料オフガスの湿度を検出する例について説明したが、これに限定されない。燃料オフガスの圧力、流量、温度等の変化による熱流センサ２０の出力変動が予測可能であれば、制御装置１００は、予測される圧力、流量、温度等の各種情報によって熱流センサ２０からの出力信号を補正する構成になっていてもよい。この場合、圧力センサ１０１、温度センサ１０２、流量センサ１０３が不要となるので、システムの簡素化を図ることができる。 (Modified example of the third embodiment)
In the third embodiment described above, an example of detecting the humidity of the fuel off-gas after taking into consideration the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to changes in the pressure, flow rate, temperature, etc. of the fuel off-gas has been described, but the present invention is not limited to this. If the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to changes in the pressure, flow rate, temperature, etc. of the fuel off gas can be predicted, the control device 100 will output a signal from the heat flow sensor 20 based on various information such as the predicted pressure, flow rate, and temperature. May be configured to correct. In this case, the pressure sensor 101, the temperature sensor 102, and the flow rate sensor 103 are not required, so that the system can be simplified.

また、圧力、流量、温度の一部の状態量の変化による熱流センサ２０の出力変動が予測できない場合、制御装置１００は、予測できない状態量をセンサで検出し、当該センサの検出値によって熱流センサ２０の出力信号を補正する構成になっていてもよい。 When the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to a change in a part of the state amount of pressure, flow rate, and temperature cannot be predicted, the control device 100 detects the unpredictable state amount with the sensor, and the heat flow sensor is based on the detected value of the sensor. It may be configured to correct the output signal of 20.

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１５～図１８を参照して説明する。本実施形態の燃料電池システム１は、燃料オフガスの湿度に加えて、燃料オフガス中の水素濃度を検出可能に構成されている点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、主に第１実施形態と相違する部分について説明し、第１実施形態と共通する部分についての説明を省略する。 (Fourth Embodiment)
Next, the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 18. The fuel cell system 1 of the present embodiment is different from the first embodiment in that it is configured to be able to detect the hydrogen concentration in the fuel off gas in addition to the humidity of the fuel off gas. In this embodiment, the parts different from the first embodiment will be mainly described, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.

本実施形態の燃料電池システム１は、燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置１０Ａを備えている。 The fuel cell system 1 of the present embodiment includes a detection device 10A for detecting the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas.

検出装置１０Ａは、第１実施形態で説明した湿度検出装置１０に対して、燃料オフガス中の水素濃度を検出するための熱流センサ６０を備えている。本実施形態では、燃料オフガスの湿度を検出するための熱流センサを第１熱流センサ２０と呼び、燃料オフガス中の水素濃度を検出するための熱流センサを第２熱流センサ６０と呼ぶ。 The detection device 10A includes a heat flow sensor 60 for detecting the hydrogen concentration in the fuel off gas with respect to the humidity detection device 10 described in the first embodiment. In the present embodiment, the heat flow sensor for detecting the humidity of the fuel off gas is referred to as a first heat flow sensor 20, and the heat flow sensor for detecting the hydrogen concentration in the fuel off gas is referred to as a second heat flow sensor 60.

第１熱流センサ２０は、第１実施形態の熱流センサ２０と同様に構成されている。すなわち、第１熱流センサ２０は、気液分離器８の内部空間８０を形成する側壁面８１に設置されるとともに、その表面側が親水シート３０で覆われている。 The first heat flow sensor 20 is configured in the same manner as the heat flow sensor 20 of the first embodiment. That is, the first heat flow sensor 20 is installed on the side wall surface 81 forming the internal space 80 of the gas-liquid separator 8, and the surface side thereof is covered with the hydrophilic sheet 30.

一方、第２熱流センサ６０は、センサ基板等の基本構成が第１熱流センサ２０と同様に構成されている。すなわち、第２熱流センサ６０は、第１熱流センサ２０と同様に、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する。 On the other hand, in the second heat flow sensor 60, the basic configuration of the sensor board and the like is the same as that of the first heat flow sensor 20. That is, the second heat flow sensor 60 outputs a signal corresponding to the heat flow passing through the front and back, similarly to the first heat flow sensor 20.

第２熱流センサ６０は、気液分離器８の側壁面８１のうち、第１熱流センサ２０とは異なる位置に設置されている。具体的には、第２熱流センサ６０は、気液分離器８の側壁面８１のうち、内部空間８０にて許容される許容貯液水位よりも上方側に位置する上方部位８１０に設置されている。 The second heat flow sensor 60 is installed at a position different from that of the first heat flow sensor 20 on the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8. Specifically, the second heat flow sensor 60 is installed in the upper portion 810 of the side wall surface 81 of the gas-liquid separator 8 located above the allowable liquid storage water level allowed in the internal space 80. There is.

本実施形態の第２熱流センサ６０は、第１熱流センサ２０と異なり、気液分離器８の内部空間８０に露出する表面が、保護膜６２で被覆されている。保護膜６２は、水素の透過を防止して、第２熱流センサ６０を水素から保護するものであり、ＤＬＣ（Diamond Like Carbonの略）薄膜、セラミック薄膜、高分子樹脂膜等で構成される。なお、保護膜６２は、撥水性を有する膜で構成されていることが望ましい。 Unlike the first heat flow sensor 20, the surface of the second heat flow sensor 60 of the present embodiment exposed to the internal space 80 of the gas-liquid separator 8 is covered with a protective film 62. The protective film 62 prevents the permeation of hydrogen and protects the second heat flow sensor 60 from hydrogen, and is composed of a DLC (abbreviation of Diamond Like Carbon) thin film, a ceramic thin film, a polymer resin film, and the like. The protective film 62 is preferably made of a water-repellent film.

ここで、燃料オフガスには水素、窒素、水蒸気が含まれるが、このうち水素は、窒素や水蒸気に比べて熱伝導率が高い。このため、燃料オフガス中の水素濃度が高い程、燃料オフガスでは熱が伝わり易く、第２熱流センサ６０を通過する熱流も大きくなり易い。逆に、燃料オフガス中の水素濃度が低い場合、燃料オフガスでは熱が伝わり難くなるので、第２熱流センサ６０を通過する熱流が小さくなり易い。このように、燃料オフガス中の水素濃度と第２熱流センサ６０を通過する熱流との間には相関性があり、第２熱流センサ６０から出力される出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素濃度を検出することが可能となる。 Here, the fuel off gas includes hydrogen, nitrogen, and water vapor, of which hydrogen has a higher thermal conductivity than nitrogen and water vapor. Therefore, the higher the hydrogen concentration in the fuel off gas, the easier it is for heat to be transferred in the fuel off gas, and the larger the heat flow that passes through the second heat flow sensor 60. On the contrary, when the hydrogen concentration in the fuel off gas is low, the heat is not easily transferred in the fuel off gas, so that the heat flow passing through the second heat flow sensor 60 tends to be small. As described above, there is a correlation between the hydrogen concentration in the fuel off gas and the heat flow passing through the second heat flow sensor 60, and the hydrogen concentration in the fuel off gas is based on the output signal output from the second heat flow sensor 60. Can be detected.

上述の事項を鑑みて、本実施形態の制御装置１００は、第１熱流センサ２０の出力信号に基づいて燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、および第２熱流センサ６０の出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を実行する。 In view of the above items, the control device 100 of the present embodiment is based on the humidity detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on the output signal of the first heat flow sensor 20 and the output signal of the second heat flow sensor 60. A concentration detection process for detecting the hydrogen concentration in the fuel off-gas is executed.

ここで、オフガス排出配管６では、図１６の上段に示すように、燃料オフガスの圧力が周的に変化する。このように、燃料オフガスの圧力が周期的に変化すると、圧縮に伴って燃料オフガスの温度が上昇するので、第２熱流センサ６０の表裏を通過する熱流が変化する。このため、第２熱流センサ６０の出力信号である第２センサ出力は、例えば、図１６の下段に示すように、燃料オフガスの圧力変化に同期して変動する。 Here, in the off-gas discharge pipe 6, as shown in the upper part of FIG. 16, the pressure of the fuel off-gas changes cyclically. In this way, when the pressure of the fuel off gas changes periodically, the temperature of the fuel off gas rises with compression, so that the heat flow passing through the front and back of the second heat flow sensor 60 changes. Therefore, the output of the second sensor, which is the output signal of the second heat flow sensor 60, fluctuates in synchronization with the pressure change of the fuel off gas, for example, as shown in the lower part of FIG.

この際、燃料オフガス中の水素濃度が低い程、第２熱流センサ６０の表裏を通過する熱流が小さくなり易く、逆に、燃料オフガス中の水素濃度が高い程、第２熱流センサ６０の表裏を通過する熱流が大きくなり易い。このため、燃料オフガス中の水素濃度が低い場合には、第２熱流センサ６０の第２センサ出力の変化（すなわち、振幅ΔＶ）が小さくなり、燃料オフガス中の水素濃度が高い場合には、第２熱流センサ６０の第２センサ出力の変化が大きくなり易くなる。 At this time, the lower the hydrogen concentration in the fuel off-gas, the smaller the heat flow passing through the front and back of the second heat flow sensor 60, and conversely, the higher the hydrogen concentration in the fuel off-gas, the smaller the front and back of the second heat flow sensor 60. The heat flow that passes tends to be large. Therefore, when the hydrogen concentration in the fuel off gas is low, the change in the output of the second sensor of the second heat flow sensor 60 (that is, the amplitude ΔV) becomes small, and when the hydrogen concentration in the fuel off gas is high, the first 2 The change in the output of the second sensor of the heat flow sensor 60 tends to be large.

本発明者らの調査によれば、燃料オフガスの圧力の振幅ΔＰに対する第２熱流センサ６０の第２センサ出力の振幅ΔＶ２の振幅比ＡＲ２（＝ΔＶ２／ΔＰ）が、図１７に示すように、燃料オフガス中の水素濃度に応じて変化することが判った。すなわち、振幅比ＡＲ２は、燃料オフガス中の水素濃度が低い程小さくなり、燃料オフガス中の水素濃度が高い程大きくなる傾向がある。 According to the investigation by the present inventors, the amplitude ratio AR2 (= ΔV2 / ΔP) of the amplitude ΔV2 of the second sensor output of the second heat flow sensor 60 to the amplitude ΔP of the pressure of the fuel off gas is as shown in FIG. It was found that it changes depending on the hydrogen concentration in the fuel off-gas. That is, the amplitude ratio AR2 tends to decrease as the hydrogen concentration in the fuel off gas decreases, and increases as the hydrogen concentration in the fuel off gas increases.

本実施形態の制御装置１００の検出処理部１２０では、上述の傾向を加味して、燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度の双方を検出する。具体的には、検出処理部１２０は、図１８に示すように、信号処理部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｅにて圧力センサ１０１の検出圧力の振幅ΔＰ、および各熱流センサ２０、６０のセンサ出力の振幅ΔＶ１、ΔＶ２を抽出する。各種センサのセンサ出力の振幅ΔＰ、ΔＶ１、ΔＶ２は、例えば、エジェクタ５ｂによる燃料ガスの供給タイミングにおけるセンサ出力と、エジェクタ５ｂによる燃料ガスの供給停止タイミングにおけるセンサ出力との差分として抽出することができる。 The detection processing unit 120 of the control device 100 of the present embodiment detects both the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas in consideration of the above-mentioned tendency. Specifically, as shown in FIG. 18, the detection processing unit 120 has the signal processing unit 122a, 122b, 122e, the amplitude ΔP of the detection pressure of the pressure sensor 101, and the amplitude of the sensor output of the heat flow sensors 20, 60. Extract ΔV1 and ΔV2. The amplitudes ΔP, ΔV1 and ΔV2 of the sensor outputs of various sensors can be extracted as, for example, the difference between the sensor output at the fuel gas supply timing by the ejector 5b and the sensor output at the fuel gas supply stop timing by the ejector 5b. ..

そして、検出処理部１２０では、信号処理部１２２ａ、１２２ｂで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶ１の振幅比ＡＲ１を演算処理部１２４で燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算する処理を行う。演算処理部１２４では、例えば、予め用意された振幅比ＡＲ１と燃料オフガスの湿度Ｒｈとの対応関係を規定した制御マップを参照して、信号処理部１２２ａ、１２２ｂで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶ１の振幅比ＡＲ１を燃料オフガスの湿度Ｒｈに換算する。 Then, the detection processing unit 120 performs a process of converting the amplitude ratio AR1 of the respective amplitudes ΔP and ΔV1 extracted by the signal processing units 122a and 122b into the humidity Rh of the fuel off gas in the arithmetic processing unit 124. In the arithmetic processing unit 124, for example, the respective amplitudes ΔP and ΔV1 extracted by the signal processing units 122a and 122b are referred to with reference to a control map that defines the correspondence relationship between the amplitude ratio AR1 and the humidity Rh of the fuel off gas prepared in advance. The amplitude ratio AR1 of is converted into the humidity Rh of the fuel off gas.

また、検出処理部１２０では、信号処理部１２２ａ、１２２ｅで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶ２の振幅比ＡＲ２を演算処理部１２４で燃料オフガス中の水素濃度に換算する処理を行う。演算処理部１２４では、例えば、予め用意された振幅比ＡＲ２と燃料オフガス中の水素濃度との対応関係を規定した制御マップを参照して、信号処理部１２２ａ、１２２ｅで抽出された各振幅ΔＰ、ΔＶ２の振幅比ＡＲ２を燃料オフガス中の水素濃度に換算する。この際、演算処理部１２４では、図１７の如く、振幅比ＡＲ２の増大に伴って水素濃度が大きくなるように、振幅比ＡＲ２と燃料オフガス中の水素濃度との対応関係が規定された制御マップを参照する。なお、振幅比ＡＲ２を燃料オフガス中の水素濃度に換算する処理は、制御マップではなく、振幅比ＡＲ２と燃料オフガス中の水素濃度との対応関係を予め数式化したものを利用する処理になっていてもよい。 Further, the detection processing unit 120 performs a process of converting the amplitude ratio AR2 of the respective amplitudes ΔP and ΔV2 extracted by the signal processing units 122a and 122e into the hydrogen concentration in the fuel off-gas by the arithmetic processing unit 124. In the arithmetic processing unit 124, for example, each amplitude ΔP extracted by the signal processing units 122a and 122e is referred to by referring to a control map that defines the correspondence relationship between the amplitude ratio AR2 prepared in advance and the hydrogen concentration in the fuel off-gas. The amplitude ratio AR2 of ΔV2 is converted into the hydrogen concentration in the fuel off gas. At this time, in the arithmetic processing unit 124, as shown in FIG. 17, a control map in which the correspondence relationship between the amplitude ratio AR2 and the hydrogen concentration in the fuel off-gas is defined so that the hydrogen concentration increases as the amplitude ratio AR2 increases. Refer to. The process of converting the amplitude ratio AR2 to the hydrogen concentration in the fuel off-gas is not a control map, but a process using a pre-formulated correspondence between the amplitude ratio AR2 and the hydrogen concentration in the fuel off-gas. You may.

その他の構成は、第１実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池システム１は、燃料オフガスの湿度を検出するだけでなく、燃料オフガス中の水素濃度についても検出することができる。特に、本実施形態の燃料電池システム１は、熱流センサという同種のセンサによって、燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度を検出することができるので、異なるセンサを用いる場合に比べて、システム構成の共通化等が図り易くなる。このことは、システムのコストダウンやシステムの信頼性の向上に寄与する。 Other configurations are the same as those of the first embodiment. The fuel cell system 1 of the present embodiment can not only detect the humidity of the fuel off gas, but also detect the hydrogen concentration in the fuel off gas. In particular, the fuel cell system 1 of the present embodiment can detect the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas by a sensor of the same type called a heat flow sensor, so that the system configuration is compared with the case where different sensors are used. It becomes easier to standardize the fuel cells. This contributes to the cost reduction of the system and the improvement of the reliability of the system.

また、本実施形態の燃料電池システム１は、第２熱流センサ６０の表面が撥水性を有する保護膜６２で覆われている。これによると、第２熱流センサ６０の表面側に結露が生じ難いので、結露の影響による水素濃度の検出精度の悪化を抑制することができる。 Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, the surface of the second heat flow sensor 60 is covered with a protective film 62 having water repellency. According to this, since dew condensation is unlikely to occur on the surface side of the second heat flow sensor 60, deterioration of the detection accuracy of the hydrogen concentration due to the influence of dew condensation can be suppressed.

（第４実施形態の変形例）
上述の第４実施形態では、燃料オフガスの圧力変化による熱流センサ２０の出力変動を加味した上で、燃料オフガス中の水素濃度を検出する例について説明したが、これに限定されない。燃料オフガスの圧力変化による熱流センサ２０の出力変動が予測可能であれば、制御装置１００は、予測される圧力変化によって熱流センサ２０からの出力信号を補正する構成になっていてもよい。この場合、圧力センサ１０１が不要となるので、システムの簡素化を図ることができる。 (Modified example of the fourth embodiment)
In the above-mentioned fourth embodiment, an example of detecting the hydrogen concentration in the fuel off-gas after taking into consideration the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the pressure change of the fuel off-gas has been described, but the present invention is not limited to this. If the output fluctuation of the heat flow sensor 20 due to the pressure change of the fuel off gas can be predicted, the control device 100 may be configured to correct the output signal from the heat flow sensor 20 by the predicted pressure change. In this case, the pressure sensor 101 is not required, so that the system can be simplified.

また、上述の第４実施形態の如く、第２熱流センサ６０の表面を保護膜６２で覆う構成とすることが望ましいが、これに限定されない。第２熱流センサ６０は、その表面が保護膜６２で覆われてない構成になっていてもよい。 Further, it is desirable, but not limited to, a configuration in which the surface of the second heat flow sensor 60 is covered with the protective film 62 as in the fourth embodiment described above. The surface of the second heat flow sensor 60 may not be covered with the protective film 62.

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１９を参照して説明する。本実施形態では、燃料電池システム１ではなく、何らかの気体が流通するガス配管７０に対して本発明の湿度検出装置１０Ｂを適用している点が第１実施形態と相違している。本実施形態では、主に第１実施形態と相違する部分について説明し、第１実施形態と共通する部分についての説明を省略する。 (Fifth Embodiment)
Next, the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that the humidity detection device 10B of the present invention is applied not to the fuel cell system 1 but to the gas pipe 70 through which some gas flows. In this embodiment, the parts different from the first embodiment will be mainly described, and the description of the parts common to the first embodiment will be omitted.

図１９に示すように、ガス配管７０には、その内部に気体が流通するガス流路７１が形成されている。本実施形態では、ガス配管７０が、気体が流通する内部空間を形成する空間形成部を構成している。 As shown in FIG. 19, the gas pipe 70 is formed with a gas flow path 71 through which gas flows. In the present embodiment, the gas pipe 70 constitutes a space forming portion that forms an internal space through which gas flows.

ガス配管７０には、下方側に窪んだ凹部７２が形成されており、この凹部７２に対してガス配管７０を流れる気体に含まれる液体が貯留される構成になっている。これにより、ガス配管７０は、気体から分離された液体をガス流路に貯留可能に構成されている。 The gas pipe 70 is formed with a recess 72 that is recessed on the lower side, and the recess 72 is configured to store the liquid contained in the gas flowing through the gas pipe 70. As a result, the gas pipe 70 is configured to be able to store the liquid separated from the gas in the gas flow path.

ガス配管７０の内壁面７３には、熱流センサ２０が設置されている。具体的には、熱流センサ２０は、ガス配管７０の内壁面７３のうち、凹部７２よりも上方側に位置する上方側部位７３０に設置されている。 A heat flow sensor 20 is installed on the inner wall surface 73 of the gas pipe 70. Specifically, the heat flow sensor 20 is installed in the upper portion 730 located above the recess 72 in the inner wall surface 73 of the gas pipe 70.

熱流センサ２０は、湿度検出装置１０Ｂを構成するセンサであり、第１実施形態の熱流センサ２０と同様に構成されている。すなわち、熱流センサ２０は、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する。 The heat flow sensor 20 is a sensor constituting the humidity detection device 10B, and is configured in the same manner as the heat flow sensor 20 of the first embodiment. That is, the heat flow sensor 20 outputs a signal corresponding to the heat flow passing through the front and back surfaces.

熱流センサ２０は、ガス配管７０のガス流路７１に露出する表面が親液性を有する親液シート３０Ａで覆われている。本実施形態の親液シート３０Ａは、第１実施形態と同様に、多孔を有するシートで構成されている。具体的には、親液シート３０Ａは、熱流センサ２０の表面を覆うセンサ被覆部３１Ａ、ガス配管７０の凹部７２に貯留された液体に接する液接触部３２Ａ、およびセンサ被覆部３１Ａと液接触部３２Ａとを接続する接続部３３Ａを有している。 The surface of the heat flow sensor 20 exposed to the gas flow path 71 of the gas pipe 70 is covered with a parent liquid sheet 30A having a liquid friendship property. The parent liquid sheet 30A of the present embodiment is composed of a sheet having porosity as in the first embodiment. Specifically, the parent liquid sheet 30A includes a sensor covering portion 31A that covers the surface of the heat flow sensor 20, a liquid contact portion 32A that contacts the liquid stored in the recess 72 of the gas pipe 70, and a liquid contact portion with the sensor covering portion 31A. It has a connection portion 33A for connecting to 32A.

このように構成される親液シート３０Ａは、ガス配管７０の凹部７２に貯留された液体を毛管現象によって熱流センサ２０の表面まで吸い上げる。これにより、熱流センサ２０の表面が湿潤状態に維持される。 The parent liquid sheet 30A configured in this way sucks the liquid stored in the recess 72 of the gas pipe 70 to the surface of the heat flow sensor 20 by capillarity. As a result, the surface of the heat flow sensor 20 is maintained in a wet state.

本実施形態の熱流センサ２０は、その表面が親液シート３０Ａによって覆われることで湿潤状態に維持される。このように、熱流センサ２０の表面が湿潤状態になっている場合、燃料オフガスの湿度に応じて熱流センサ２０の表面に存在する液体が蒸発する。この際、液体の気化潜熱により熱流センサ２０の表裏に温度差が生じ、熱流センサ２０の表裏を通過する熱流が発生する。この熱流は、気体の湿度に相関性を有することから、熱流センサ２０から気体の湿度に相関性を有する出力信号（すなわち、起電圧）が出力される。本実施形態の熱流センサ２０は、信号線ＳＬを介して制御装置１００Ａの入力側に接続されている。制御装置１００Ａは、熱流センサ２０から出力される出力信号に基づいて、気体の湿度を検出する。 The surface of the heat flow sensor 20 of the present embodiment is covered with the parent liquid sheet 30A to maintain a wet state. As described above, when the surface of the heat flow sensor 20 is in a wet state, the liquid existing on the surface of the heat flow sensor 20 evaporates according to the humidity of the fuel off gas. At this time, the latent heat of vaporization of the liquid causes a temperature difference between the front and back surfaces of the heat flow sensor 20, and a heat flow that passes through the front and back surfaces of the heat flow sensor 20 is generated. Since this heat flow has a correlation with the humidity of the gas, an output signal (that is, an electromotive voltage) having a correlation with the humidity of the gas is output from the heat flow sensor 20. The heat flow sensor 20 of the present embodiment is connected to the input side of the control device 100A via the signal line SL. The control device 100A detects the humidity of the gas based on the output signal output from the heat flow sensor 20.

また、本実施形態のガス配管７０の内部には、気体の温度を周期的に変化させるための熱付加装置９０が設けられている。本実施形態の熱付加装置９０は、通電により発熱する電気ヒータで構成されている。熱付加装置９０によって気体が周期的に加熱されると、熱流センサ２０の表裏に周期的な温度変化が生ずる。本実施形態では、熱付加装置９０が熱流センサ２０の表裏に周期的な温度変化を付与する熱付加部を構成する。 Further, inside the gas pipe 70 of the present embodiment, a heat addition device 90 for periodically changing the temperature of the gas is provided. The heat addition device 90 of the present embodiment is composed of an electric heater that generates heat when energized. When the gas is periodically heated by the heat addition device 90, a periodic temperature change occurs on the front and back of the heat flow sensor 20. In the present embodiment, the heat addition device 90 constitutes a heat addition unit that applies a periodic temperature change to the front and back of the heat flow sensor 20.

次に、制御装置１００Ａについて説明する。制御装置１００Ａは、プロセッサ、メモリ等を有する周知のマイクロコンピュータ、およびその周辺回路で構成されている。制御装置１００Ａは、熱付加装置９０を制御するとともに、熱流センサ２０から出力される出力信号に基づいて気体の湿度を検出する装置である。制御装置１００Ａは、熱流センサ２０および親液シート３０Ａとともに湿度検出装置１０Ｂを構成している。本実施形態では、制御装置１００Ａが、気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部を構成している。 Next, the control device 100A will be described. The control device 100A is composed of a well-known microcomputer having a processor, a memory, and the like, and peripheral circuits thereof. The control device 100A is a device that controls the heat addition device 90 and detects the humidity of the gas based on the output signal output from the heat flow sensor 20. The control device 100A constitutes a humidity detection device 10B together with the heat flow sensor 20 and the parent liquid sheet 30A. In the present embodiment, the control device 100A constitutes a detection processing unit that performs a detection process for detecting the humidity of the gas.

ここで、本実施形態では、熱付加装置９０によって熱流センサ２０の表裏に周期的な温度変化が付与される。このように、熱流センサ２０の表裏に周期的な温度変化が付与されると、熱流センサ２０上に配置された親液シート３０Ａに含まれる液体の蒸発量が温度変化に同期して変化する。このため、熱流センサ２０のセンサ出力（すなわち、出力信号）は、熱流センサ２０の表裏の温度変化に同期して変動する。 Here, in the present embodiment, the heat addition device 90 applies periodic temperature changes to the front and back of the heat flow sensor 20. In this way, when periodic temperature changes are applied to the front and back surfaces of the heat flow sensor 20, the evaporation amount of the liquid contained in the parent liquid sheet 30A arranged on the heat flow sensor 20 changes in synchronization with the temperature change. Therefore, the sensor output (that is, the output signal) of the heat flow sensor 20 fluctuates in synchronization with the temperature change on the front and back of the heat flow sensor 20.

この際、燃料オフガスの湿度が低い程、熱流センサ２０上で蒸発が生じ易く、逆に、燃料オフガスの湿度が高い程、熱流センサ２０上で蒸発が生じ難くなる。このため、燃料オフガスの湿度が低い場合には、熱流センサ２０のセンサ出力の変化（すなわち、振幅ΔＶ）が大きくなり、燃料オフガスの湿度の高い場合には、熱流センサ２０のセンサ出力の変化が小さくなり易くなる。 At this time, the lower the humidity of the fuel off gas, the easier it is for evaporation to occur on the heat flow sensor 20, and conversely, the higher the humidity of the fuel off gas, the less likely it is that evaporation will occur on the heat flow sensor 20. Therefore, when the humidity of the fuel off gas is low, the change in the sensor output of the heat flow sensor 20 (that is, the amplitude ΔV) becomes large, and when the humidity of the fuel off gas is high, the change in the sensor output of the heat flow sensor 20 changes. It tends to be smaller.

本実施形態の制御装置１００では、上述の傾向を加味して、気体の湿度を検出する。具体的には、制御装置１００は、熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶを抽出する。熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶは、熱付加装置９０による気体の加熱タイミングにおけるセンサ出力と、熱付加装置９０による気体の加熱停止タイミングにおけるセンサ出力との差分として抽出することができる。 In the control device 100 of the present embodiment, the humidity of the gas is detected in consideration of the above-mentioned tendency. Specifically, the control device 100 extracts the amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20. The amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20 can be extracted as the difference between the sensor output at the gas heating timing by the heat addition device 90 and the sensor output at the gas heating stop timing by the heat addition device 90.

また、制御装置１００では、予め用意された制御マップを参照して、熱流センサ２０のセンサ出力の振幅ΔＶを気体の湿度に換算する処理を行う。制御マップとしては、振幅ΔＶの増大に伴って気体の湿度が小さくなるように、振幅ΔＶと気体の湿度との対応関係が規定されたものを用意すればよい。なお、制御装置１００では、制御マップではなく、振幅ΔＶと気体の湿度との対応関係を予め数式化したものを利用する処理になっていてもよい。 Further, the control device 100 performs a process of converting the amplitude ΔV of the sensor output of the heat flow sensor 20 into the humidity of the gas with reference to the control map prepared in advance. As the control map, a map that defines the correspondence between the amplitude ΔV and the humidity of the gas may be prepared so that the humidity of the gas decreases as the amplitude ΔV increases. In the control device 100, the process may be such that the correspondence relationship between the amplitude ΔV and the humidity of the gas is mathematically expressed in advance instead of the control map.

本実施形態の湿度検出装置１０Ｂは、気体の湿度に相関して変化する熱流を熱流センサ２０で検出する構成であり、静電容量式の露点計のように蒸気を吸収する時間が必要ないので、従来よりも湿度検出の応答性を向上させることができる。また、本実施形態の湿度検出装置１０Ｂは、熱流センサ２０の表面側が液膜によって湿潤した状態になるので、結露が気体の湿度の検出精度に影響することが殆どない。したがって、本実施形態によれば、従来よりも応答性に優れると共に、結露の影響を受け難い湿度検出装置１０Ｂを実現することができる。 The humidity detection device 10B of the present embodiment has a configuration in which the heat flow sensor 20 detects a heat flow that changes in correlation with the humidity of the gas, and does not require time to absorb steam unlike a capacitance type dew point meter. , The responsiveness of humidity detection can be improved as compared with the conventional case. Further, in the humidity detection device 10B of the present embodiment, since the surface side of the heat flow sensor 20 is in a wet state by the liquid film, dew condensation hardly affects the detection accuracy of the humidity of the gas. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to realize the humidity detection device 10B which is more responsive than the conventional one and is not easily affected by dew condensation.

（第５実施形態の変形例）
上述の第５実施形態では、本発明の湿度検出装置１０Ｂを気体が流通するガス配管７０に対して適用する例について説明したが、これに限定されない。本発明の湿度検出装置１０Ｂは、ガス配管７０に限らず、気体が流通する内部空間を形成するものに対して広く適用可能である。 (Variation example of the fifth embodiment)
In the fifth embodiment described above, an example of applying the humidity detection device 10B of the present invention to the gas pipe 70 through which gas flows has been described, but the present invention is not limited thereto. The humidity detection device 10B of the present invention is widely applicable not only to the gas pipe 70 but also to a device forming an internal space through which gas flows.

（他の実施形態）
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。 (Other embodiments)
Although the typical embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and can be variously modified.

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Needless to say, in the above-described embodiment, the elements constituting the embodiment are not necessarily essential except when it is clearly indicated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle.

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。 In the above-described embodiment, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, range, etc. of the components of the embodiment are mentioned, when it is clearly specified as particularly essential, and when it is clearly limited to a specific number in principle. Except for cases, etc., it is not limited to the specific number.

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。 In the above-described embodiment, when the shape, positional relationship, etc. of a component or the like is referred to, the shape, positional relationship, etc. are not specified unless otherwise specified or limited in principle to a specific shape, positional relationship, etc. Not limited to, etc.

（まとめ）
上述の実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、湿度検出装置は、熱流センサと、熱流センサの表面側に液膜を生じさせる液膜形成部と、熱流センサから出力される出力信号に基づいて気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部と、を備える。 (summary)
According to the first aspect shown in part or all of the above embodiments, the humidity detector is from a heat flow sensor, a liquid film forming portion that forms a liquid film on the surface side of the heat flow sensor, and a heat flow sensor. A detection processing unit that performs a detection process for detecting the humidity of a gas based on an output signal to be output is provided.

第２の観点によれば、湿度検出装置は、熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部を備える。そして、検出処理部は、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、気体の湿度を検出する。このように、熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する構成とすれば、気体の湿度に応じた熱流の変化が熱流センサからの出力信号の振幅として出力される。このため、本構成によれば、熱流センサにおける気体の湿度に相関性を有する熱流の感度を高めて、湿度検出装置における湿度検出の信頼性を向上させることができる。 According to the second aspect, the humidity detection device includes a heat addition unit that adds a periodic temperature change to the front and back of the heat flow sensor. Then, the detection processing unit detects the humidity of the gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor. In this way, if the configuration is such that periodic temperature changes are added to the front and back of the heat flow sensor, the change in heat flow according to the humidity of the gas is output as the amplitude of the output signal from the heat flow sensor. Therefore, according to this configuration, it is possible to increase the sensitivity of the heat flow having a correlation with the humidity of the gas in the heat flow sensor and improve the reliability of the humidity detection in the humidity detection device.

第３の観点によれば、湿度検出装置の適用対象となる空間形成部は、気体が圧力脈動を伴った状態で内部空間を流通する構成になっている。そして、検出処理部は、熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、気体の湿度を検出する。 According to the third aspect, the space forming portion to which the humidity detection device is applied is configured to circulate the internal space with the gas accompanied by pressure pulsation. Then, the detection processing unit detects the humidity of the gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor.

気体が圧力脈動ともなった状態で内部空間を流通する構成では、気体の湿度に応じた熱流の変化が熱流センサからの出力信号の振幅として出力される。このため、本構成によれば、熱流センサにおける気体の湿度に相関性を有する熱流の感度を高めて、湿度検出装置における湿度検出の信頼性を向上させることができる。 In the configuration in which the gas flows through the internal space in a state of pressure pulsation, the change in the heat flow according to the humidity of the gas is output as the amplitude of the output signal from the heat flow sensor. Therefore, according to this configuration, it is possible to increase the sensitivity of the heat flow having a correlation with the humidity of the gas in the heat flow sensor and improve the reliability of the humidity detection in the humidity detection device.

第４の観点によれば、湿度検出装置の適用対象となる空間形成部は、気体から分離された液体を内部空間に貯留可能に構成されている。液膜形成部は、熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シートで構成されている。そして、親液シートは、熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部、内部空間に貯留された液体に接する液接触部、およびセンサ被覆部と液接触部とを接続する接続部を有している。これによれば、空間形成部の内部空間に貯留された液体が親液シートを介して熱流センサの表面に供給される構成になるので、熱流センサの表面を湿潤状態に維持して、気体の湿度検出を継続的に実施することができる。 According to the fourth aspect, the space forming portion to which the humidity detection device is applied is configured to be able to store the liquid separated from the gas in the internal space. The liquid film forming portion is composed of a parent liquid sheet having a higher liquidity property than the surface of the heat flow sensor. The parent liquid sheet has a sensor covering portion that covers the surface of the heat flow sensor, a liquid contact portion that contacts the liquid stored in the internal space, and a connecting portion that connects the sensor coating portion and the liquid contact portion. According to this, the liquid stored in the internal space of the space forming portion is supplied to the surface of the heat flow sensor via the parent liquid sheet, so that the surface of the heat flow sensor is maintained in a wet state and the gas Humidity detection can be performed continuously.

第５の観点によれば、湿度検出装置は、センサ被覆部の周囲を流れる気体の流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材を備える。これによれば、気体の流通方向の変化による熱流センサの出力変動が抑制されるので、熱流センサにて気体の湿度に相関性を有する熱流を精度よく検出可能となる。 According to the fifth aspect, the humidity detection device includes a rectifying member that rectifies the flow direction of the gas flowing around the sensor covering portion in a predetermined one direction. According to this, since the output fluctuation of the heat flow sensor due to the change in the flow direction of the gas is suppressed, the heat flow sensor can accurately detect the heat flow having a correlation with the humidity of the gas.

第６の観点によれば、湿度検出装置は、親液シートのうち少なくとも接続部を覆うカバー部材を備える。これによると、親液シートにおける接続部での液体の蒸発が抑制されるので、空間形成部の内部空間に貯留された液体を親液シートによって熱流センサの表面に供給し続けることが可能になる。 According to the sixth aspect, the humidity detection device includes a cover member that covers at least the connection portion of the parent liquid sheet. According to this, since the evaporation of the liquid at the connection portion in the parent liquid sheet is suppressed, the liquid stored in the internal space of the space forming portion can be continuously supplied to the surface of the heat flow sensor by the parent liquid sheet. ..

第７の観点によれば、湿度検出装置は、検出処理部が、熱流センサから出力される出力信号だけでなく、気体の圧力、流量、温度の少なくとも１つを検出する状態量検出部で検出される気体の状態量に基づいて気体の湿度を検出する。これによれば、気体の圧力、流量、温度等の変化による熱流センサの出力変動を加味した上で、気体の湿度を検出することができる。 According to the seventh aspect, in the humidity detection device, the detection processing unit detects not only the output signal output from the heat flow sensor but also the state quantity detection unit that detects at least one of gas pressure, flow rate, and temperature. The humidity of the gas is detected based on the state quantity of the gas to be generated. According to this, the humidity of the gas can be detected in consideration of the output fluctuation of the heat flow sensor due to the change of the pressure, the flow rate, the temperature and the like of the gas.

第８の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部と、燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置と、を備える。湿度検出装置は、熱流センサと、熱流センサの表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部と、熱流センサから出力される出力信号に基づいて、燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を行う検出処理部と、を含んで構成されている。 According to the eighth aspect, the fuel cell system includes a fuel cell, an off-gas flow path forming portion for forming a fuel off-gas flow path, and a humidity detection device for detecting the humidity of the fuel off-gas. The humidity detection device performs a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on the heat flow sensor, the liquid film forming portion for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor, and the output signal output from the heat flow sensor. It is configured to include a detection processing unit to be performed.

第９の観点によれば、燃料電池システムは、燃料電池と、燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部と、燃料オフガスの湿度および燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置と、を備える。検出装置は、第１熱流センサと、第２熱流センサと、第１熱流センサの表面側に液膜を生じさせる液膜形成部と、を有する。さらに、検出装置は、第１熱流センサから出力される出力信号に基づいて燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、第２熱流センサから出力される出力信号に基づいて燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を行う検出処理部と、を有する。 According to the ninth aspect, the fuel cell system includes a fuel cell, an off-gas flow path forming portion for forming the fuel off-gas flow path, and a detection device for detecting the humidity of the fuel off-gas and the hydrogen concentration in the fuel off-gas. Be prepared. The detection device includes a first heat flow sensor, a second heat flow sensor, and a liquid film forming portion that forms a liquid film on the surface side of the first heat flow sensor. Further, the detection device detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the first heat flow sensor, and determines the hydrogen concentration in the fuel off gas based on the output signal output from the second heat flow sensor. It has a detection processing unit that performs a concentration detection process for detection.

第１０の観点によれば、燃料電池システムは、第２熱流センサが、燃料オフガス流路に露出する表面側が撥水性を有する保護膜で覆われている。これによると、第２熱流センサの表面側に結露が生じ難いので、結露の影響による水素濃度の検出精度の悪化を抑制することができる。 According to the tenth aspect, in the fuel cell system, the second heat flow sensor is covered with a protective film having water repellency on the surface side exposed to the fuel off gas flow path. According to this, since dew condensation is unlikely to occur on the surface side of the second heat flow sensor, deterioration of the detection accuracy of the hydrogen concentration due to the influence of dew condensation can be suppressed.

１ 燃料電池システム
８ 気液分離器
８０ 内部空間
１０ 湿度検出装置
２０ 熱流センサ
３０ 親水シート（液膜形成部）
１００ 制御装置
１２０ 検出処理部 1 Fuel cell system 8 Gas-liquid separator 80 Internal space 10 Humidity detector 20 Heat flow sensor 30 Hydrophilic sheet (liquid film forming part)
100 Control device 120 Detection processing unit

Claims (12)

気体の湿度を検出する湿度検出装置であって、
前記気体が流通する内部空間（７１、８０）を形成する空間形成部（８、７０）の内壁面（７３、８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記内部空間に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０、３０Ａ）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１００Ａ、１２０）と、
前記熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）と、を備え、
前記検出処理部は、前記熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記気体の湿度を検出する湿度検出装置。 A humidity detector that detects the humidity of a gas.
A heat flow sensor (73, 81) installed on the inner wall surface (73, 81) of the space forming portion (8, 70) forming the internal space (71, 80) through which the gas flows, and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces. 20) and
A liquid film forming portion (30, 30A) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the internal space, and
A detection processing unit (100A, 120) that performs detection processing to detect the humidity of the gas based on the output signal output from the heat flow sensor .
A heat addition unit (90) for adding a periodic temperature change is provided on the front and back of the heat flow sensor.
The detection processing unit is a humidity detection device that detects the humidity of the gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor . 気体の湿度を検出する湿度検出装置であって、
前記気体が流通する内部空間（７１、８０）を形成する空間形成部（８、７０）の内壁面（７３、８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記内部空間に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０、３０Ａ）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１００Ａ、１２０）と、を備え、
前記空間形成部は、前記気体が圧力脈動を伴った状態で前記内部空間を流通する構成になっており、
前記検出処理部は、前記熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記気体の湿度を検出する湿度検出装置。 A humidity detector that detects the humidity of a gas.
A heat flow sensor (73, 81) installed on the inner wall surface (73, 81) of the space forming portion (8, 70) forming the internal space (71, 80) through which the gas flows, and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces. 20) and
A liquid film forming portion (30, 30A) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the internal space, and
A detection processing unit (100A, 120) that performs a detection process for detecting the humidity of the gas based on an output signal output from the heat flow sensor is provided.
The space forming portion is configured to circulate the internal space in a state where the gas is accompanied by pressure pulsation.
The detection processing unit is a humidity detection device that detects the humidity of the gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor . 気体の湿度を検出する湿度検出装置であって、
前記気体が流通する内部空間（７１、８０）を形成する空間形成部（８、７０）の内壁面（７３、８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記内部空間に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０、３０Ａ）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記気体の湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１００Ａ、１２０）と、を備え、
前記空間形成部は、前記気体から分離された液体を前記内部空間に貯留可能に構成されており、
前記液膜形成部は、前記熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、
前記親液シートは、前記熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、前記内部空間に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、および前記センサ被覆部と前記液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、
さらに、前記センサ被覆部の周囲を流れる前記気体の流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える湿度検出装置。 A humidity detector that detects the humidity of a gas.
A heat flow sensor (73, 81) installed on the inner wall surface (73, 81) of the space forming portion (8, 70) forming the internal space (71, 80) through which the gas flows, and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces. 20) and
A liquid film forming portion (30, 30A) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the internal space, and
A detection processing unit (100A, 120) that performs a detection process for detecting the humidity of the gas based on an output signal output from the heat flow sensor is provided.
The space forming portion is configured to be able to store the liquid separated from the gas in the internal space.
The liquid film forming portion is composed of a parent liquid sheet (30, 30A) having a higher liquidity property than the surface of the heat flow sensor.
The parent liquid sheet has a sensor covering portion (31, 31A) covering the surface of the heat flow sensor, a liquid contact portion (32, 32A) in contact with the liquid stored in the internal space, and the sensor covering portion and the liquid contact. It has a connection part (33, 33A) for connecting to the part, and has a connection part (33, 33A).
Further, a humidity detection device including a rectifying member (40) that rectifies the flow direction of the gas flowing around the sensor covering portion in a predetermined one direction . 前記親液シートのうち少なくとも前記接続部を覆うカバー部材（５０）を備える請求項３に記載の湿度検出装置。 The humidity detection device according to claim 3 , further comprising a cover member (50) that covers at least the connection portion of the parent liquid sheet. 前記検出処理部は、前記熱流センサから出力される出力信号だけでなく、前記気体の圧力、流量、温度の少なくとも１つを検出する状態量検出部（１０１、１０２、１０３）で検出される前記気体の状態量に基づいて前記気体の湿度を検出する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の湿度検出装置。 The detection processing unit detects not only the output signal output from the heat flow sensor but also the state quantity detection unit (101, 102, 103) that detects at least one of the pressure, flow rate, and temperature of the gas. The humidity detection device according to any one of claims 1 to 4 , which detects the humidity of the gas based on the state quantity of the gas. 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置（１０）と、を備え、
前記湿度検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１２０）と、
前記熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）と、を含んで構成され、
前記検出処理部は、前記熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A humidity detection device (10) for detecting the humidity of the fuel off gas is provided.
The humidity detector is
A heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
A detection processing unit (120) that performs a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on an output signal output from the heat flow sensor.
It is configured to include a heat addition unit (90) that adds a periodic temperature change to the front and back of the heat flow sensor.
The detection processing unit is a fuel cell system that detects the humidity of the fuel off gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor . 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置（１０）と、を備え、
前記湿度検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成され、
前記オフガス流路形成部は、前記燃料オフガスが圧力脈動を伴った状態で前記燃料オフガス流路を流通する構成になっており、
前記検出処理部は、前記熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A humidity detection device (10) for detecting the humidity of the fuel off gas is provided.
The humidity detector is
A heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
It is configured to include a detection processing unit (120) that performs a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on an output signal output from the heat flow sensor .
The off-gas flow path forming portion is configured to flow through the fuel off-gas flow path in a state where the fuel off-gas is accompanied by pressure pulsation.
The detection processing unit is a fuel cell system that detects the humidity of the fuel off gas based on the amplitude of the output signal output from the heat flow sensor . 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出装置（１０）と、を備え、
前記湿度検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する熱流センサ（２０）と、
前記熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記熱流センサから出力される出力信号に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成され、
前記オフガス流路形成部は、前記燃料オフガスから分離された液体を前記燃料オフガス流路に貯留可能に構成されており、
前記液膜形成部は、前記熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、
前記親液シートは、前記熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、前記燃料オフガス流路に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、および前記センサ被覆部と前記液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、
さらに、前記センサ被覆部の周囲を流れる前記燃料オフガスの流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen contained in fuel gas and oxygen contained in oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A humidity detection device (10) for detecting the humidity of the fuel off gas is provided.
The humidity detector is
A heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
It is configured to include a detection processing unit (120) that performs a detection process for detecting the humidity of the fuel off gas based on an output signal output from the heat flow sensor .
The off-gas flow path forming portion is configured to be able to store the liquid separated from the fuel off-gas in the fuel off-gas flow path.
The liquid film forming portion is composed of a parent liquid sheet (30, 30A) having a higher liquidity property than the surface of the heat flow sensor.
The parent liquid sheet includes a sensor covering portion (31, 31A) covering the surface of the heat flow sensor, a liquid contact portion (32, 32A) in contact with the liquid stored in the fuel off-gas flow path, and the sensor covering portion and the above. It has a connection part (33, 33A) for connecting to the liquid contact part, and has a connection part (33, 33A).
Further, a fuel cell system including a rectifying member (40) that rectifies the flow direction of the fuel off gas flowing around the sensor covering portion in a predetermined one direction . 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度および前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置（１０Ａ）と、を備え、
前記検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第１熱流センサ（２０）と、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）のうち、前記第１熱流センサとは異なる位置に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第２熱流センサ（６０）と、
前記第１熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記第１熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、前記第２熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を行う検出処理部（１２０）と、
前記第１熱流センサの表裏に周期的な温度変化を付加する熱付加部（９０）と、を含んで構成され、
前記検出処理部は、前記第１熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electric energy by a chemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A detection device (10A) for detecting the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas is provided.
The detection device is
A first heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A second heat flow sensor (60), which is installed at a position different from the first heat flow sensor on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputs a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the first heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
Humidity detection processing that detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the first heat flow sensor, and detects the hydrogen concentration in the fuel off gas based on the output signal output from the second heat flow sensor. A detection processing unit (120) that performs concentration detection processing, and
It is configured to include a heat addition unit (90) that adds a periodic temperature change to the front and back of the first heat flow sensor.
The detection processing unit is a fuel cell system that detects the humidity of the fuel off gas based on the amplitude of the output signal output from the first heat flow sensor . 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度および前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置（１０Ａ）と、を備え、
前記検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第１熱流センサ（２０）と、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）のうち、前記第１熱流センサとは異なる位置に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第２熱流センサ（６０）と、
前記第１熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記第１熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、前記第２熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成され、
前記オフガス流路形成部は、前記燃料オフガスが圧力脈動を伴った状態で前記燃料オフガス流路を流通する構成になっており、
前記検出処理部は、前記第１熱流センサから出力される出力信号の振幅に基づいて、前記燃料オフガスの湿度を検出する燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electric energy by a chemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A detection device (10A) for detecting the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas is provided.
The detection device is
A first heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A second heat flow sensor (60), which is installed at a position different from the first heat flow sensor on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputs a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the first heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
Humidity detection processing that detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the first heat flow sensor, and detects the hydrogen concentration in the fuel off gas based on the output signal output from the second heat flow sensor. It is configured to include a detection processing unit (120) that performs concentration detection processing.
The off-gas flow path forming portion is configured to flow through the fuel off-gas flow path in a state where the fuel off-gas is accompanied by pressure pulsation.
The detection processing unit is a fuel cell system that detects the humidity of the fuel off gas based on the amplitude of the output signal output from the first heat flow sensor . 燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池（２）と、
前記燃料電池から排出された燃料オフガスが流れる燃料オフガス流路を形成するオフガス流路形成部（８）と、
前記燃料オフガスの湿度および前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する検出装置（１０Ａ）と、を備え、
前記検出装置は、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第１熱流センサ（２０）と、
前記オフガス流路形成部の内壁面（８１）のうち、前記第１熱流センサとは異なる位置に設置され、表裏を通過する熱流に応じた信号を出力する第２熱流センサ（６０）と、
前記第１熱流センサのうち前記燃料オフガス流路に露出する表面側に液膜を生じさせるための液膜形成部（３０）と、
前記第１熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガスの湿度を検出する湿度検出処理、前記第２熱流センサから出力される出力信号に基づいて前記燃料オフガス中の水素濃度を検出する濃度検出処理を行う検出処理部（１２０）と、を含んで構成され、
前記オフガス流路形成部は、前記燃料オフガスから分離された液体を前記燃料オフガス流路に貯留可能に構成されており、
前記液膜形成部は、前記第１熱流センサの表面よりも高い親液性を有する親液シート（３０、３０Ａ）で構成されており、
前記親液シートは、前記第１熱流センサの表面を覆うセンサ被覆部（３１、３１Ａ）、前記燃料オフガス流路に貯留された液体に接する液接触部（３２、３２Ａ）、および前記センサ被覆部と前記液接触部とを接続する接続部（３３、３３Ａ）を有し、
さらに、前記センサ被覆部の周囲を流れる前記燃料オフガスの流通方向を所定の一方向に整流させる整流部材（４０）を備える燃料電池システム。 A fuel cell (2) that outputs electric energy by a chemical reaction between hydrogen contained in a fuel gas and oxygen contained in an oxidant gas, and
An off-gas flow path forming portion (8) forming a fuel off-gas flow path through which the fuel off-gas discharged from the fuel cell flows, and an off-gas flow path forming portion (8).
A detection device (10A) for detecting the humidity of the fuel off gas and the hydrogen concentration in the fuel off gas is provided.
The detection device is
A first heat flow sensor (20) installed on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputting a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A second heat flow sensor (60), which is installed at a position different from the first heat flow sensor on the inner wall surface (81) of the off-gas flow path forming portion and outputs a signal according to the heat flow passing through the front and back surfaces.
A liquid film forming portion (30) for forming a liquid film on the surface side of the first heat flow sensor exposed to the fuel off-gas flow path, and
Humidity detection processing that detects the humidity of the fuel off gas based on the output signal output from the first heat flow sensor, and detects the hydrogen concentration in the fuel off gas based on the output signal output from the second heat flow sensor. It is configured to include a detection processing unit (120) that performs concentration detection processing.
The off-gas flow path forming portion is configured to be able to store the liquid separated from the fuel off-gas in the fuel off-gas flow path.
The liquid film forming portion is composed of a parent liquid sheet (30, 30A) having a higher liquidity property than the surface of the first heat flow sensor.
The parent liquid sheet includes a sensor covering portion (31, 31A) covering the surface of the first heat flow sensor, a liquid contact portion (32, 32A) in contact with the liquid stored in the fuel off-gas flow path, and the sensor covering portion. It has a connection portion (33, 33A) for connecting the liquid contact portion and the liquid contact portion.
Further, a fuel cell system including a rectifying member (40) that rectifies the flow direction of the fuel off gas flowing around the sensor covering portion in a predetermined one direction . 前記第２熱流センサは、前記燃料オフガス流路に露出する表面側が撥水性を有する保護膜（６２）で覆われている請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 9 to 11, wherein the second heat flow sensor is covered with a protective film (62) having a water-repellent surface on the surface side exposed to the fuel off-gas flow path.
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