JP7481417B2 - 燃料電池装置 - Google Patents

Description

本発明は燃料電池装置に関し、より詳しくはスタックに供給される外気の湿度を調節することができる燃料電池装置に関する。

〔関連技術〕
本願は、韓国特許出願第１０－２０２１－０１６９９４７号（出願日：２０２１年１２月１日：ＤＡＳ ｃｏｄｅ：Ｃ８７１）に基づくパリ条約４条の優先権主張を伴ったものであり、本願発明は、当該韓国特許出願に開示された内容に基づくものである。参考のために、当該韓国特許出願の明細書、特許請求の範囲及び図面の内容は本願明細書の一部に包摂される。

燃料電池装置は、燃料ガスを改質反応器で改質処理して水素を含む改質ガスに変換し、これを発電装置であるスタックに供給し、スタック内の酸素と電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる装置である。

従来の燃料電池装置は、特許文献１（韓国公開特許第１０－２０１２－００７１２８８号）のように、水素原子を含む燃料を水素ガスに転換改質（ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）する燃料処理装置と、燃料処理装置から供給される水素ガスを用いて電気エネルギーを発生させるスタック（ｓｔａｃｋ）とを備える。また、スタックを冷却し、熱を回収するための熱交換器及び冷却水配管、生産された直流電源を交流電源に変換する電力変換装置などをさらに備えることができる。

燃料処理装置のバーナーで起こる燃料ガスの燃焼やスタックでの電気発生に酸素が必須に使われるので、従来の燃料電池装置は、特許文献２（韓国登録特許第１０－１９５１４３９号）のように、外部の空気を燃料処理装置またはスタックに流動させるブロワー（ｂｌｏｗｅｒ）を備える。

従来の燃料電池装置は、まず燃料ガスを受けてスタックの発電に必要な改質ガスを生成する改質器をバーナーで加熱して、改質に適した温度に予熱する予熱モードで運転することができる。

その後、改質器が前記温度条件に到逹すれば、生成された改質ガスの水素及び一酸化炭素などの濃度がスタックの発電に適した濃度に到逹するまで、改質器で生成される改質ガスをバーナーに再循環させながら改質を繰り返す改質モードで運転することができる。

その後、改質ガスの濃度が前記濃度条件に到逹すれば、スタックに改質ガス及び外気を供給して電気化学反応を引き起こして電気エネルギーを生産する発電モードで運転することができる。

発電モードで、スタックでは、電気化学反応の副産物として水が生成されることができ、また、スタックに供給される外気に含有された水分がスタックの内部で凝縮して水が生成されることができる。

この際、従来の燃料電池装置は、スタック内部の水が円滑に排水できなくてスタックの内部に溜まる場合、電気化学反応が起こる面積が小さくなってスタックの発電効率が低下するフラッディング現象が発生する問題点があった。

一方、スタックに供給される外気はスタックの発電に適した湿度を維持したままでスタックに供給される必要があるので、従来の燃料電池装置は、スタックに供給される外気を加湿するための加湿装置を備え、スタックから排出される排気に含有された水分を加湿装置で捕集して外気の加湿に使うことができた。

しかし、スタックから排出される排気はスタックで電気化学反応によって生成される水分を含んで湿度が高くなったままで排出されるので、加湿装置で排気から捕集される水分量が過多になることがあった。よって、加湿装置から過多の水分が外気に供給され、過湿の外気がスタックに供給されてスタック内でフラッディング現象が発生する問題点があった。

また、従来の燃料電池装置は、外部から吸入される外気の湿度が天気や昼夜などの外部の多様な環境的要因によって変わることができ、燃料電池装置の運転状態によってスタックに供給される外気の湿度が変わることができるにもかかわらず、加湿装置の加湿量に対する別途の調節手段を備えないから、外部から吸入される外気の湿度変化に対応することができず、低湿度の外気がスタックに供給されて発電効率が低下するか、過湿の外気がスタックに供給されてフラッディング現象が発生する問題点があった。

また、従来の燃料電池装置は、冬季や夜間などの外部状況によって外部から吸入される外気の温度が低い場合、スタックに供給される外気の飽和水蒸気圧が低くなり、スタックの内部で凝縮水が容易に生成されてスタック内でフラッディング現象が発生する問題点があった。

韓国公開特許第１０－２０１２－００７１２８８Ａ号公報 韓国登録特許第１０－１９５１４３９Ｂ号公報

本発明の目的は、スタックに供給される外気が過湿してスタック内でフラッディング現状のおそれがある場合、外気の湿度を低下させてスタックに供給することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明の他の目的は、スタックに供給される外気が乾燥してスタックの発電性能が低下するおそれがある場合、外気の湿度を上昇させてスタックに供給することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、スタックに供給される外気の湿度がスタックの発電に適した湿度値の場合、外気の湿度に影響を与えることができる条件の変化にも外気を適正湿度に維持したままでスタックに供給することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、スタックに供給される外気の温度が低くてスタック内のフラッディング現状のおそれがある場合、外気の温度を上昇させてスタックに供給することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、スタックに供給される外気の温度及び湿度の制御のために外気が流動する流路が変化しても、スタックの外気流出入端の差圧を一定に維持してスタックの発電性能を維持することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、スタックに供給される外気の温度制御のために外部から外気が吸入される流路が狭くなっても、スタックに供給される外気の総量を維持することができる燃料電池装置を提供することである。

本発明の課題は以上で言及した課題に制限されず、言及しなかったに他の課題は下記の記載から当業者に明らかに理解可能であろう。

〔本発明の一の態様〕
本発明にあっては、その一の態様として、以下の発明を提案する。
〔１〕
燃料電池装置であって、
酸素と水素を電気化学反応させて電気エネルギーを生成するスタックと、
前記スタックに改質ガスを供給する改質器と、
外気を吸入して送出するスタックエアブロワーと、
前記スタックエアブロワーから送出される外気を前記スタックに供給する給気流路と、
前記スタックから排出された排気に含有された水分を抽出して、前記給気流路を通過する外気に供給する加湿装置と、
前記スタックから排気が排出されて前記加湿装置に供給されるように、前記スタックと前記加湿装置とを連結する排気流路と、
前記加湿装置を通過した排気を外部に排出する吐出流路と、
前記排気流路から分岐して前記吐出流路と合併する第１バイパス流路と、
前記排気流路のうち前記第１バイパス流路が分岐した部位に配置される第１三方バルブと、
前記スタックに供給される外気の湿度を感知する湿度センサーと、
前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値によって前記加湿装置に排気を供給する排気流路部の開度量と前記第１バイパス流路の開度量とが互いに相反して調節されるように前記第１三方バルブを制御する制御部と、を備えてなる、燃料電池装置。
〔２〕
前記燃料電池装置は、外気が通過して前記スタックエアブロワーに吸入される外気流入流路、を更に備え、
前記給気流路は、
前記スタックエアブロワーと前記加湿装置を連結する第１給気流路と、
前記加湿装置と前記スタックを連結する第２給気流路と、を備える、〔１〕に記載の燃料電池装置。
〔３〕
前記燃料電池装置は、
前記第１給気流路から分岐して前記第２給気流路と合併する第２バイパス流路と、
前記第１給気流路のうち前記第２バイパス流路が分岐する部位に配置される第２三方バルブと、を更に備え、
前記湿度センサーは、前記第２給気流路のうち前記第２バイパス流路が合併する地点の下流に配置され、
前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値によって前記加湿装置に外気を供給する第１給気流路部の開度量と前記第２バイパス流路の開度量が互いに相反して調節されるように前記第２三方バルブを制御する、〔２〕に記載の燃料電池装置。
〔４〕
前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が閉鎖するように前記第２三方バルブを制御する、〔３〕に記載の燃料電池装置。
〔５〕
前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が、設定の下限湿度値以上であり、設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が閉鎖するように前記第２三方バルブを制御し、
前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、〔３〕に記載の燃料電池装置。
〔６〕
前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第３開度量に開度するように前記第２三方バルブを制御する、〔３〕に記載の燃料電池装置。
〔７〕
前記燃料電池装置は、
前記第２給気流路から分岐して前記外気流入流路と合併する再循環流路と、
前記外気流入流路のうち前記再循環流路が合併する部位に配置される第３三方バルブと、
前記第２給気流路に配置され、前記スタックに供給される外気の温度を感知する給気温度センサーと、
前記スタックの内部温度を感知するスタック温度センサーと、を更に備え、
前記湿度センサーは、前記第２給気流路に配置され、
前記制御部は、前記給気温度センサー及びスタック温度センサーによって感知された温度値によって前記再循環流路の開度量と外気が流入する外気流入流路部の開度量が互いに相反して調節されるように前記第３三方バルブを制御する、〔２〕に記載の燃料電池装置。
〔８〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御する、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔９〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値以上でありながら設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御し、
前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔１０〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御する、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔１１〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御する、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔１２〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値以上でありながら設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御し、
前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔１３〕
前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御する、〔７〕に記載の燃料電池装置。
〔１４〕
前記燃料電池装置は、
前記第２給気流路のうち、前記スタックに隣接して配置され、前記スタックに供給される外気の圧力を感知する第１圧力計と、
前記排気流路のうち、前記スタックに隣接して配置され、前記スタックから排出される排気の圧力を感知する第２圧力計と、を更に備え、
前記制御部は、前記第１圧力計によって感知された外気の圧力と前記第２圧力計によって感知された排気の圧力との差が設定の差圧より小さければ、前記スタックエアブロワーの回転数が増加するように制御し、前記第１圧力計によって感知された外気の圧力と前記第２圧力計によって感知された排気の圧力との差が設定の差圧より大きければ、前記スタックエアブロワーの回転数が減少するように制御する、〔３〕～〔７〕のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
〔１５〕
前記燃料電池装置は、前記スタックエアブロワーから送出される外気の流量を感知する流量計、を更に備え、
前記制御部は、前記流量計によって感知された流量値が設定流量値より小さければ、前記スタックエアブロワーの回転数が増加するように制御し、前記流量計によって感知された流量値が設定流量値より大きければ、前記スタックエアブロワーの回転数が減少するように制御する、〔７〕に記載の燃料電池装置

前記課題を達成するために、本発明の実施例による燃料電池装置は、スタックと、スタックに外気を供給するスタックエアブロワーと、スタックから排出された排気に含有された水分を抽出して、スタックに供給される外気に供給する加湿装置と、排気が加湿装置をバイパスして外部に排出されるようにする第１バイパス流路と、加湿装置に供給される排気量を調節するように制御される第１三方バルブと、スタックに供給される外気の湿度を感知する湿度センサーとを含む（備える；構成する；構築する；設定する；包接する；包含する；含有する）。

また、外気が加湿装置をバイパスしてスタックに供給されるようにする第２バイパス流路と、加湿装置をバイパスする外気量を調節するように制御される第２三方バルブと、感知された外気の湿度値によって加湿装置に供給される外気量及び排気量を調節するように第１三方バルブ及び第２三方バルブを制御する制御部とをさらに含むことができる。

したがって、感知された湿度値によって第１三方バルブ及び第２三方バルブを制御して、スタックに供給される外気の湿度を調節することにより、過湿の外気供給によるスタック内のフラッディング現象を予防し、乾燥した外気供給によるスタックの発電性能低下を防止するとともに、外気の湿度を適正湿度の範囲内で安定的に維持することができる。

また、本発明の実施例による燃料電池装置は、スタックの外気流入端の圧力を感知する第１圧力計と、スタックの排気出口端の圧力を感知する第２圧力計とをさらに含むことができ、制御部は、感知された圧力差が適正差圧より大きいか小さい場合、スタックエアブロワーの回転数を増減させて差圧を補償することができる。

したがって、第１及び第２及び３三方バルブの切換及び空気流路の変動にもかかわらずスタックの空気流出入端の差圧を適正値に維持して、スタック内の外気の流動量を発電に適するように管理することにより、スタックの発電性能を維持することができる。

また、本発明の他の実施例による燃料電池装置は、スタックエアブロワーを通過した外気を再びスタックエアブロワーに再循環させることができる再循環流路と、再循環流路に流入する外気量を調節するように制御される第３三方バルブと、スタックに供給される外気の温度を感知する給気温度センサーと、スタックの内部温度を感知するスタック温度センサーとをさらに含むことができ、制御部は、感知された温度値によって、スタックエアブロワーを再循環する外気量を調節するように第３三方バルブを制御することができる。

したがって、第３三方バルブを制御して、スタックに供給される外気をスタックエアブロワーに再循環させて温度を上昇させることにより、スタック内のフラッディング現象を予防することができる。

また、本発明の他の実施例による燃料電池装置は、スタックエアブロワーから送出される外気の流量を感知する流量計をさらに含むことができ、制御部は、感知された流量値が適正流量値より小さければ、スタックエアブロワーの回転数が増加するように制御することができる。

したがって、第３三方バルブの切換によって再循環流路が開放しても、外部から流入する外気量を維持してスタックの発電性能を維持することができる。

その他の実施例の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。

本発明の実施例による燃料電池装置は、感知された湿度値によって第１三方バルブ及び第２三方バルブを制御して加湿装置内の外気の加湿量を調節することにより、過湿の外気供給によるスタック内のフラッディング現象を予防し、乾燥した外気供給によるスタックの発電性能の低下を防止するとともに、外気の湿度を適正湿度の範囲内で安定的に維持することができる。

本発明の実施例による燃料電池装置は、外気の温度及び湿度制御過程で第１、第２及び／または第３三方バルブの切換による空気流路の変動にもかかわらず、スタックエアブロワーの回転数を調節してスタックの空気流入端の圧力を調節することにより、スタックの空気流出入端の差圧を適切な値に維持して、スタック内の外気の流動量を発電に適するように管理することにより、スタックの発電性能を維持することができる。

本発明の実施例による燃料電池装置は、スタックに供給される外気の温度が低くてスタック内のフラッディング現状のおそれがある場合、第３三方バルブを制御して、スタックに供給される外気をスタックエアブロワーに再循環させて温度を上昇させることにより、スタック内のフラッディング現象を予防することができる。

本発明の実施例による燃料電池装置は、外気の温度制御過程で第３三方バルブの切換によって外部から外気が吸入される流路が狭くなっても、スタックエアブロワーの回転数を増加させて外部から流入する外気量を維持してスタックの発電性能を維持することができる。

本発明の効果は以上で言及した効果に制限されず、言及しなかった他の効果は請求範囲の記載から当業者に明らかに理解可能であろう。

本発明の第１実施例による燃料電池装置の構成図である。 本発明の実施例による燃料処理装置の構成図である。 本発明の第１実施例による加湿モードの流動図である。 本発明の第１実施例による湿度維持モードの流動図である。 本発明の第１実施例による除湿モードの流動図である。 本発明の第１実施例による制御流れ図である。 本発明の第１実施例による制御流れ図である。 本発明の実施例による差圧制御モードの制御流れ図である。 本発明の第２実施例による燃料電池装置の構成図である。 本発明の第２実施例による第１モードの流動図である。 本発明の第２実施例による第２モード及び第３モードの流動図である。 本発明の第２実施例による第４モードの流動図である。 本発明の第２実施例による第５モード及び第６モードの流動図である。 本発明の第２実施例による制御流れ図である。 本発明の第２実施例による制御流れ図である。 本発明の実施例による流量制御モードの制御流れ図である。 本発明の実施例による制御ブロック図である。

図１及び図３、特に図３を参照して本発明の実施例による燃料電池装置１について説明する。

燃料電池装置１は、スタック２０ａ、２０ｂと、スタック２０ａ、２０ｂに改質ガスを供給する改質器と、スタック２０ａ、２０ｂに外気を供給するスタックエアブロワー７２と、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気に含有された水分を抽出してスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気に供給する加湿装置２３と、スタック２０ａ、２０ｂから排気が排出されて加湿装置２３に供給されるようにスタック２０ａ、２０ｂと加湿装置２３とを連結する排気流路４０１と、加湿装置２３を通過した排気を外部に排出する吐出流路４０３とを含む。

また、排気流路４０１から分岐して吐出流路４０３と合併する第１バイパス流路４０２と、排気流路４０１のうち第１バイパス流路４０２が分岐した部位に配置される第１三方バルブ４００と、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を感知する湿度センサー４２０と、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値によって加湿装置２３に供給される排気量を調節するように第１三方バルブ４００を制御する制御部４４０とを含む。

また、燃料電池装置１は、外気が通過してスタックエアブロワー７２に吸入される外気流入流路２０３と、スタックエアブロワー７２と加湿装置２３とを連結する第１給気流路２０４と、加湿装置２３とスタック２０ａ、２０ｂとを連結する第２給気流路２０５とをさらに含むことができる。

スタック２０ａ、２０ｂは、燃料処理装置１０から供給される改質ガスに含有された水素とスタックエアブロワー７２から供給される外気に含有された酸素とを電気化学反応させて電気エネルギーを生成することができる。

スタック２０ａ、２０ｂは、電気化学反応が起こる単一セルが積層されて構成されることができる。

単一セルは、電解質膜を中心に燃料極と空気極が配置された膜電極接合体（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ、ＭＥＡ）、セパレーター（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）などから構成されることができる。膜電極接合体の燃料極では、水素が触媒によって水素イオンと電子に分離されて電気が発生することができ、膜電極接合体の空気極では水素イオン及び電子が酸素と結合して水が生成されることができる。

スタック２０ａ、２０ｂで反応せずに排出されるガスは、アノードオフガス（ａｎｏｄｅ ｏｆｆ ｇａｓ：ＡＯＧ）と名付けることができる。

スタック２０ａ、２０ｂに供給される空気は外気と名付けることができる。スタック２０ａ、２０ｂで電気化学反応に使用された後、スタック２０ａ、２０ｂから排出される空気は排気と名付けることができる。

本発明の実施例で、燃料電池装置１は二つのスタック２０ａ、２０ｂを備えるものとして説明するが、これに制限されない。燃料電池装置１が複数のスタック２０ａ、２０ｂを備える場合、第１スタック２０ａで反応せずに吐き出される改質ガスは第２スタック２０ｂで追加的に電気化学反応を引き起こすことができる。

改質器１４０は、触媒を用いて、硫黄化合物が除去された燃料ガスから水素ガスを生成する改質工程を遂行することができる。

例えば、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスと蒸気発生器１３０から吐き出された水蒸気とが第２ミキサー１１２で混合されて改質器１４０に供給されることができる。

ここで、改質器１４０に供給された燃料ガスと水蒸気が改質器１４０内で改質反応する場合、水素ガスが生成されることができる。改質器１４０から吐き出されるガス、または改質器１４０、第１反応器１５０及び第２反応器１６０を介して燃料処理装置１０から吐き出されるガスは改質ガスと名付けることができる。

改質器１４０は、スタック２０ａ、２０ｂに改質ガスを供給することができる。

脱硫器、蒸気発生器、第２ミキサー、及び第１及び第２反応器についての説明は後述する。

スタックエアブロワー７２は、外気を吸入して送出することができる。スタックエアブロワー７２は、メイン外気流入流路２０１と連通した外気流入流路２０３と給気流路４１１とに連結されることができる。スタックエアブロワー７２は、外気流入流路２０３を通して流入する外気を吸入し、給気流路４１１を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給することができる。

加湿装置２３は、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気に含有された水分を抽出し、給気流路４１１を通過する外気に供給することができる。加湿装置２３は、スタック２０ａ、２０ｂで電気化学反応が活発に起こる湿度条件を形成するために、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気に水分を供給することができる。

例えば、加湿装置２３は、第１給気流路２０４を通して流入する外気に水分を供給することができ、加湿された外気を、第２給気流路２０５を通して吐き出すことができる。

例えば、加湿装置２３は、第２排気流路２１１ｂを通して流入する排気の水分を抽出することができ、除湿された排気を加湿装置吐出流路２１２を通して吐き出すことができる。

例えば、加湿装置２３は、水分を選択的に通過させるメンブレインフィルターを備えた燃料電池用膜加湿器であることができる。ここで、加湿装置２３の内部空間は、メンブレインフィルターによって外気が流動する第１空間と、排気が流動する第２空間とに分離されることができる。

ここで、加湿装置２３に供給された排気中の水分はメンブレインフィルターを通過して第１空間に伝達されることができる。ここで、加湿装置２３に供給された排気のうち水分以外の成分は、メンブレインフィルターを通過することができず、第２空間を通して加湿装置２３から吐き出されることができる。ここで、加湿装置２３に供給された外気は第１空間を流動しながら加湿された後、加湿装置２３から吐き出されることができる。

外気流入流路２０３は、外気が通過してスタックエアブロワー７２に吸入されるようにすることができる。

外気流入流路２０３は、外気が流入するメイン外気流入流路２０１と連通し、メイン外気流入流路２０１から外気が流入するようにすることができる。外気流入流路２０３は、スタックエアブロワー７２と連結され、メイン外気流入流路２０１から流入した外気がスタックエアブロワー７２に吸入されるようにすることができる。

外気流入流路２０３は、空気フィルター９１の後端に連結されることができる。外気流入流路２０３には、空気の流動方向を制限する第２空気側チェックバルブ８２が配置されることができる。

給気流路４１１は、スタックエアブロワー７２から送出される外気をスタック２０ａ、２０ｂに供給することができる。

給気流路４１１は、スタックエアブロワー７２とスタック２０ａ、２０ｂとを連結することができる。給気流路４１１は、第１給気流路２０４、第２給気流路２０５、及び個別供給流路２０６、２０７を含むことができる。

第１給気流路２０４は、スタックエアブロワー７２と加湿装置２３とを連結することができる。第１給気流路２０４は、スタックエアブロワー７２から送出される外気を加湿装置２３に供給することができる。第１給気流路２０４には、スタックエアブロワー７２から送出される外気の流量を感知する流量計５３が配置されることができる。

第２給気流路２０５は、加湿装置２３とスタック２０ａ、２０ｂとを連結することができる。加湿装置２３から排出された外気は第２給気流路２０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。

もしくは、第２給気流路２０５は、スタック２０ａ、２０ｂにそれぞれ対応する個別供給流路２０６、２０７に連結されることもできる。ここで、加湿装置２３から排出されて第２給気流路２０５を通して流動する外気は、個別供給流路２０６、２０７を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。

排気流路４０１は、スタック２０ａ、２０ｂから排気が排出されて加湿装置２３に供給されるように、スタック２０ａ、２０ｂと加湿装置２３とを連結することができる。排気流路４０１は、個別吐出流路２０８、２０９及び第１及び第２排気流路２１１ａ、２１１ｂを含むことができる。

排気流路４０１は、排気流路４０１のうち第１バイパス流路４０２が分岐する部位に配置される第１三方バルブ４００によって第１排気流路２１１ａと第２排気流路２１１ｂとに区分されることができる。第１排気流路２１１ａは、スタック２０ａ、２０ｂと第１三方バルブ４００とを連結することができる。スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気は、第１排気流路２１１ａを通して第１三方バルブ４００に供給されることができる。第１排気流路２１１ａを通して流動する排気は、スタック２０ａ、２０ｂで起こる電気化学反応によって生成される水分を含むことができる。

もしくは、第１排気流路２１１ａは、スタック２０ａ、２０ｂにそれぞれ対応する個別吐出流路２０８、２０９に連結されることもできる。ここで、スタック２０ａ、２０ｂから吐き出された排気は、個別吐出流路２０８、２０９を通して第１排気流路２１１ａに流動することができる。

第２排気流路２１１ｂは、第１三方バルブ４００と加湿装置２３とを連結することができる。第１三方バルブ４００に供給された排気は、第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

吐出流路４０３は、加湿装置２３を通過した排気を外部に排出することができる。吐出流路４０３は、加湿装置吐出流路２１２、第１空気排出流路２１３ａ、排気ガス吐出流路２１０の一部、及び第２空気排出流路２１３ｂを含むことができる。

加湿装置吐出流路２１２は、加湿装置２３と空気熱交換器２５とを連結することができる。加湿装置２３を通過した排気は加湿装置吐出流路２１２を通して空気熱交換器２５に供給されることができる。空気熱交換器２５に供給された排気は、ＡＯＧ熱交換器から排出された水と熱交換した後、空気熱交換器２５から排出されることができる。

第１空気排出流路２１３ａは、空気熱交換器２５から排気ガス吐出流路２１０と合併することができる。第１空気排出流路２１３ａには、空気水分除去装置６４が配置されることができる。空気熱交換器２５から排出された排気は、空気水分除去装置６４に流入して水分が除去された後、排気ガス吐出流路２１０に流入することができる。

排気ガス吐出流路２１０は燃料処理装置から排気熱交換器２６に連結されることができる。排気ガス吐出流路２１０に流入した排気は、排気ガス吐出流路２１０に流動する排気ガスと混合された後、排気熱交換器２６に供給されることができる。

第２空気吐出流路２１３ｂは、排気熱交換器２６から外部に連通することができる。排気熱交換器２６に供給された排気及び排気ガスは、水と熱交換した後、第２空気吐出流路２１３ｂを通して外部に排出されることができる。

空気熱交換器２５、空気水分除去装置６４、排気熱交換器２６、及びＡＯＧ熱交換器２２についての詳細な説明は後述する。

第１バイパス流路４０２は、排気流路４０１から分岐して吐出流路４０３と合併することができる。

第１バイパス流路４０２は、第１排気流路２１１ａを流動する排気が加湿装置２３をバイパスして直ちに吐出流路４０３に供給されるようにすることができる。

第１三方バルブ４００は、排気流路４０１のうち第１バイパス流路４０２が分岐した部位に配置されることができる。

第１三方バルブ４００は、排気流路４０１に配置され、排気流路４０１を第１排気流路２１１ａと第２排気流路２１１ｂとに区分することができる。

第１三方バルブ４００は、第１排気流路２１１ａから排気を受け、第１バイパス流路４０２及び／または第２排気流路２１１ｂに排気を供給することができる。第１三方バルブ４００は、第１バイパス流路４０２が開度した分だけ第２排気流路２１１ｂが閉鎖するようにすることができる。すなわち、第１三方バルブ４００は、第１バイパス流路４０２の開度量と第２排気流路２１１ｂの開度量とが互いに相反するようにすることができる。

例えば、第１バイパス流路４０２が３０％開度した場合、第２排気流路２１１ｂが７０％開度することができる。ここで、第１三方バルブ４００に供給された排気は約３０％が第１バイパス流路４０２に供給され、残りの約７０％が第２排気流路２１１ｂに供給されることができる。

例えば、第２排気流路２１１ｂが１００％開度した場合、第１バイパス流路４０２は閉鎖することができる。ここで、第１三方バルブ４００に供給された排気は全部第２排気流路２１１ｂに供給されることができる。

スタックインバルブ３６は、第２給気流路２０５のうちスタック２０ａ、２０ｂに隣接した部位に配置され、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気を遮断することができる。スタックアウトバルブ３７は、排気流路４０１のうちスタック２０ａ、２０ｂに隣接した部位に配置され、スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気を遮断することができる。

スタックインバルブ３６とスタックアウトバルブ３７は、燃料電池装置１の運転モードの中で、スタック２０ａ、２０ｂに外気を供給しない運転モードでスタック２０ａ、２０ｂに異物が流入しないように閉鎖することができる。もしくは、スタックインバルブ３６とスタックアウトバルブ３７は、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の流量またはスタック２０ａ、２０ｂから排出される排気の流量を調節するために、開度量が調節されることができる。

第１圧力計４２３は、第２給気流路２０５のうちスタック２０ａ、２０ｂに隣接して配置され、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の圧力を感知することができる。第２圧力計４２４は、排気流路４０１のうちスタック２０ａ、２０ｂに隣接して配置され、スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気の圧力を感知することができる。

給気温度センサー４２１は第２給気流路２０５に配置され、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度を感知することができる。スタック温度センサー４２２は、スタック２０ａ、２０ｂの内部温度を感知することができる。

第１温度センサー４２２ａはスタック給水流路３０５に配置され、スタック２０ａ、２０ｂに供給される冷却水の温度を感知することができる。第２温度センサー４２２ｂはスタック排水流路３０７に配置され、スタック２０ａ、２０ｂから排出される冷却水の温度を感知することができる。

湿度センサー４２０は、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を感知することができる。湿度センサー４２０は第２給気流路２０５に配置され、加湿装置２３から排出された外気の湿度を感知することができる。

制御部４４０は、少なくとも一つのプロセッサを含むことができる。ここで、プロセッサはＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）のような一般的なプロセッサであることができる。もちろん、プロセッサはＡＳＩＣのような専用装置（ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）であるか、または他のハードウェアに基づくプロセッサであることができる。

制御部４４０は、燃料電池装置１の動作全般を制御することができる。制御部４４０は、燃料電池装置１に備えられたそれぞれの構成と連結されることができ、それぞれの構成と互いに信号を送信及び／または受信することができる。

例えば、制御部４４０は、燃料電池装置１に備えられた各構成（例えば、流量計５３、湿度センサー４２０、第１及び第２圧力計４２３、４２４、給気温度センサー４２１、またはスタック温度センサー４２２）から受信される信号を処理することができ、信号を処理した結果による制御信号を燃料電池装置１に備えられた各構成（例えば、第１三方バルブ４００、第２三方バルブ４１０、第３三方バルブ４３０、スタックエアブロワー７２、またはスタックインバルブ３６及びスタックアウトバルブ３７）に送信することができる（図１７参照）。

制御部４４０は、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値によって、加湿装置２３に排気を供給する排気流路４０１部（すなわち、第２排気流路２１１ｂ）の開度量と第１バイパス流路４０２の開度量とを互いに相反して調節するように第１三方バルブ４００を制御することができる。

例えば、制御部４４０は、感知された湿度値が低い場合、第２排気流路２１１ｂが１００％開度し、第１バイパス流路４０２を閉鎖するように第１三方バルブ４００を制御して、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気を全部加湿装置２３に供給することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を上昇させることができる。

例えば、制御部４４０は、感知された湿度値が高い場合、第２排気流路２１１ｂが２０％開度し、第１バイパス流路４０２が８０％開度するように第１三方バルブ４００を制御して、スタック２０ａ、２０ｂから加湿装置２３に供給される排気の流量を減少させてスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を低下させることができる。

スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の相対湿度が適正湿度より低ければ、スタック２０ａ、２０ｂの発電効率が低下することができる。

また、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の相対湿度が適正湿度より高ければ、スタック２０ａ、２０ｂ内で容易に凝縮してフラッディング現象を引き起こすことができる。フラッディング現象とはスタック２０ａ、２０ｂの内部に水が溜まる現象であり、これによりスタック２０ａ、２０ｂの内部で電気化学反応が起こる面積が減少してスタック２０ａ、２０ｂの発電効率を低下させることができる。

よって、制御部４４０はこのように第１三方バルブ４００を制御して、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の相対湿度を適正湿度の範囲内に維持することにより、スタック２０ａ、２０ｂの発電効率が低下しないようにすることができる。

図１及び図２を参照して本発明の実施例による燃料電池装置１の残り部分について説明する。

燃料処理装置１０は、脱硫器１１０、バーナー１２０、蒸気発生器１３０、改質器１４０、第１反応器１５０及び／または第２反応器１６０を含むことができる。燃料処理装置１０は、少なくとも一つのミキサー１１１、１１２をさらに含むことができる。

脱硫器１１０は、燃料ガスに含まれた硫黄化合物を除去する脱黄工程を遂行することができる。例えば、脱硫器１１０は内部に吸着剤を備えることができる。ここで、脱硫器１１０の内部を通過する燃料ガスに含まれた硫黄化合物が吸着剤に吸着されることができる。

吸着剤は、金属酸化物、ゼオライト（Ｚｅｏｌｉｔｅ）、活性炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）などから構成されることができる。脱硫器１１０は、燃料ガスに含まれた異物を除去するフィルターをさらに含むことができる。

バーナー１２０は、改質器１４０での改質反応を促進するために、改質器１４０に熱を供給することができる。例えば、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスと外部から流入した空気とが第１ミキサー１１１で混合されてバーナー１２０に供給されることができる。

ここで、バーナー１２０は、燃料ガスと空気とが混合された混合ガスを燃消させて燃焼熱を発生させることができる。ここで、バーナー１２０から供給される熱により、改質器１４０の内部温度を適正温度（例：８００℃）に維持することができる。

一方、混合ガスの燃焼によってバーナー１２０で生成される排気ガスは、燃料処理装置１０の外部に排出されることができる。

蒸気発生器１３０は、水を気化させて水蒸気を排出することができる。例えば、蒸気発生器１３０は、バーナー１２０で生成される排気ガス、及び第１反応器１５０及び／または第２反応器１６０から熱を吸収して水を気化させることができる。

蒸気発生器１３０は、第１反応器１５０、第２反応器１６０及び／またはバーナー１２０から排出される排気ガスが流動する配管に隣接して配置されることができる。

第１反応器１５０は、改質器１４０から吐き出されるガスに含まれた成分のうち、改質反応によって生成される一酸化炭素を低減することができる。例えば、改質器１４０から吐き出されるガスに含まれた一酸化炭素が第１反応器１５０の内部で水蒸気と反応して二酸化炭素と水素とが生成されることができる。ここで、第１反応器１５０の内部温度は、改質器１４０の内部温度より低く、常温より高い温度（例：２００℃）であることができる。

第１反応器１５０は、シフト反応器（ｓｈｉｆｔ ｒｅａｃｔｏｒ）と名付けることができる。

第２反応器１６０は、第１反応器１５０から吐き出されるガスに含まれた成分のうち、残存する一酸化炭素を低減することができる。例えば、第１反応器１５０から吐き出されたガスに含まれた一酸化炭素が第２反応器１６０の内部で酸素と反応する選択的酸化（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ、ＰＲＯＸ）反応が起こることができる。

一方、選択的酸化反応の場合、多量の酸素が必要であるので、空気の追加供給が要求され、追加的に供給された空気によって水素が希釈され、スタック２０ａ、２０ｂに供給される水素の濃度が低下する欠点がある。よって、このような欠点を克服するために、一酸化炭素と水素とが反応する選択的メタン化（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈａｎａｔｉｏｎ）反応を活用することができる。

燃料バルブ３０は、燃料処理装置１０に供給される燃料ガスが流動する燃料供給流路１０１に配置されることができる。燃料バルブ３０の開度に対応して、燃料処理装置１０に供給される燃料ガスの流量を調節することができる。例えば、燃料バルブ３０は、燃料処理装置１０に対する燃料ガスの供給を中断するために、燃料供給流路１０１を遮断することができる。

燃料供給流路１０１には、燃料供給流路１０１内に流動する燃料ガスの流量を検出する第１燃料流量計５１が配置されることができる。

バーナーエアブロワー７１は、メイン外気流入流路２０１及び燃料側空気供給流路２０２に連結されることができる。バーナーエアブロワー７１は、メイン外気流入流路２０１を通して外部から流入する空気を、燃料側空気供給流路２０２を通して燃料処理装置１０に流動させることができる。

燃料側空気供給流路２０２を通して燃料処理装置１０に流入する空気は、燃料処理装置１０のバーナー１２０に供給されることができる。例えば、燃料処理装置１０に流入する空気は、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスと第１ミキサー１１１で混合されてバーナー１２０に供給されることができる。

メイン外気流入流路２０１には、空気に含まれたほこりなどの異物を除去する空気フィルター９１及び／または空気の流動方向を制限する第１空気側チェックバルブ８１が配置されることができる。

燃料処理部Ｉは、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスが改質器１４０に流動する第１内部ガス流路１０２を含むことができる。第１内部ガス流路１０２には、比例制御バルブ３１、改質器１４０に流入する燃料ガスの流動を調節する内部燃料バルブ３２、内部ガス流路１０２内に流動する燃料ガスの流量を検出する第２燃料流量計５２、内部ガス流路１０２内に流動する燃料ガスの流動方向を制限する燃料側チェックバルブ８３、及び／または硫黄検出装置９４が配置されることができる。

比例制御バルブ３１は、脱硫器１１０から吐き出されて改質器１４０に流動する燃料ガスの流量、圧力などを電気制御方式で内外部フィードバックによって調節することができる。

硫黄検出装置９４は、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスに含まれた硫黄を検出することができる。硫黄検出装置９４は、脱硫器１１０の吸着剤によって除去されなかった硫黄化合物と反応して変色する指示剤を含むことができる。ここで、指示剤は、フェノールフタレイン（ｐｈｅｎｏｌｐｈｔｈａｌｅｉｎ）、モリブデン化合物などを含むことができる。

燃料処理部Ｉは、脱硫器１１０から吐き出された燃料ガスがバーナー１２０に流動する第２内部ガス流路１０３を含むことができる。バーナー１２０は、第２内部ガス流路１０３を通して流入する燃料ガスを燃焼に使うことができる。

第１内部ガス流路１０２と第２内部ガス流路１０３とは互いに連通することができる。

燃料処理装置１０は、給水タンク１３から吐き出された水が流動する給水流路３０３に連結されることができる。給水流路３０３には、水ポンプ３８、水の流動を調節する給水バルブ３９及び／または給水流路３０３内に流動する水の流量を検出する水流量計５４が配置されることができる。

燃料処理装置１０のバーナー１２０で生成される排気ガスは、排気ガス吐出流路２１０を通して燃料処理装置１０から吐き出されることができる。

燃料処理装置１０は、改質ガス吐出流路１０４に連結されることができる。燃料処理装置１０から吐き出された改質ガスは、改質ガス吐出流路１０４を通して流動することができる。

改質ガス吐出流路１０４は、改質ガスの熱交換が起こる改質ガス熱交換器２１に連結されることができる。改質ガス吐出流路１０４には、改質ガス熱交換器２１に流入する改質ガスの流動を調節する改質ガスバルブ３３が配置されることができる。

改質ガス吐出流路１０４は、燃料処理装置１０から吐き出された改質ガスが燃料処理装置１０に流動するバイパス流路１０５と連通することができる。バイパス流路１０５は、燃料処理装置１０に連結されることができる。バイパス流路１０５を通して燃料処理装置１０に流入する改質ガスは、バーナー１２０の燃焼のための燃料として使われることができる。バイパス流路１０５には、燃料処理装置１０に流入する改質ガスの流動を調節するバイパスバルブ３４が配置されることができる。

改質ガス熱交換器２１は、燃料処理装置１０から吐き出された改質ガスが流動する改質ガス吐出流路１０４に連結されることができる。改質ガス熱交換器２１は、給水タンク１３から吐き出された水が流動する冷却水供給流路３０４に連結されることができる。改質ガス熱交換器２１は、改質ガス吐出流路１０４を通して流入する改質ガスと、冷却水供給流路３０４を通して供給される水との間で熱交換することができる。

冷却水供給流路３０４には、給水タンク１３に貯蔵された水を改質ガス熱交換器２１に流動させる冷却水ポンプ４３、及び／または冷却水供給流路３０４内に流動する水の流量を検出する冷却水流量計５６が配置されることができる。

改質ガス熱交換器２１は、スタック２０ａ、２０ｂのガス供給流路１０６に連結されることができる。改質ガス熱交換器２１から吐き出された改質ガスは、スタック２０ａ、２０ｂのガス供給流路１０６を通してスタック２０ａ、２０ｂに流動することができる。

スタック２０ａ、２０ｂのガス供給流路１０６には、改質ガスに含まれた水分の量を調節する改質ガス水分除去装置６１が配置されることができる。改質ガス水分除去装置６１に流入した改質ガスは、水分が除去された後、改質ガス水分除去装置６１から吐き出されることができる。

改質ガス水分除去装置６１で生成された凝縮水は改質ガス水分除去装置６１から吐き出され、第１水回収流路３０９に流動することができる。第１水回収流路３０９には、水の流動を調節する第１水回収バルブ４４が配置されることができる。

複数のスタック２０ａ、２０ｂは、ガス連結流路１０７を介して互いに連結されることができる。第１スタック２０ａで反応せずに吐き出される改質ガスは、ガス連結流路１０７を通して第２スタック２０ｂに流入することができる。

ガス連結流路１０７には、改質ガスが第１スタック２０ａを通過するうちに凝縮して生成された水を除去する追加水分除去装置６２が配置されることができる。

追加水分除去装置６２で生成された水は追加水分除去装置６２から吐き出され、第２水回収流路３１０に流動することができる。第２水回収流路３１０には、水の流動を調節する第２水回収バルブ４５が配置されることができる。第２水回収流路３１０は、第１水回収流路３０９に連結されることができる。

スタック２０ａ、２０ｂで反応せずに吐き出される陽極排出ガスＡＯＧは、スタックガス吐出流路１０８を通して流動することができる。

ＡＯＧ熱交換器２２は、スタック２０ａ、２０ｂから吐き出された陽極排出ガスＡＯＧが流動するスタックガス吐出流路１０８に連結されることができる。ＡＯＧ熱交換器２２は、熱回収タンク１５から吐き出された水が流動する温水供給流路３１３に連結されることができる。ＡＯＧ熱交換器２２は、スタックガス吐出流路１０８を通して流入する陽極排出ガスＡＯＧと、温水供給流路３１３を通して供給される水との間で熱交換することができる。

温水供給流路３１３には、熱回収タンク１５に貯蔵された水をＡＯＧ熱交換器２２に流動させる温水ポンプ４８及び／または温水供給流路３１３内に流動する水の流量を検出する温水流量計５５が配置されることができる。

ＡＯＧ熱交換器２２はＡＯＧ供給流路１０９に連結されることができ、ＡＯＧ供給流路１０９を通して熱交換された陽極排出ガスＡＯＧを吐き出すことができる。ＡＯＧ熱交換器２２から吐き出された陽極排出ガスＡＯＧは、ＡＯＧ供給流路１０９を通して燃料処理装置１０に流動することができる。ＡＯＧ供給流路１０９を通して燃料処理装置１０に供給された陽極排出ガスＡＯＧは、バーナー１２０の燃焼のための燃料として使われることができる。

ＡＯＧ供給流路１０９には、陽極排出ガスＡＯＧに含まれた水分の量を調節するＡＯＧ水分除去装置６３及び／または燃料処理装置１０に供給される陽極排出ガスＡＯＧの流動を調節するＡＯＧバルブ３５が配置されることができる。ＡＯＧ水分除去装置６３に流入した陽極排出ガスＡＯＧは、水分が除去された後、ＡＯＧ水分除去装置６３から吐き出されることができる。

ＡＯＧ水分除去装置６３で生成された凝縮水はＡＯＧ水分除去装置６３から吐き出され、第３水回収流路３１１を通して流動することができる。第３水回収流路３１１には、水の流動を調節する第３水回収バルブ４６が配置されることができる。第３水回収流路３１１は第１水回収流路３０９に連結されることができる。

給水タンク１３は水流入流路３０１に連結されることができ、水流入流路３０１を通して供給される水を貯蔵することができる。水流入流路３０１には、外部から供給される水に含まれた異物を除去する第１液体フィルター９２及び／または給水タンク１３に流入する水の流動を調節する水流入バルブ４１が配置されることができる。

給水タンク１３は水流入流路３０２に連結されることができ、水流入流路３０２を通して給水タンク１３に貯蔵された水の少なくとも一部を外部に排出することができる。水流入流路３０２には、給水タンク１３から排出される水の流動を調節する排水バルブ４２が配置されることができる。

給水タンク１３は貯水流路３０８に連結されることができ、貯水流路３０８を通して流動する水を貯蔵することができる。例えば、改質ガス水分除去装置６１、追加水分除去装置６２、ＡＯＧ水分除去装置６３及び／または空気水分除去装置６４から吐き出されて第３水回収流路３１１を通して流動する水が貯水流路３０８を通して給水タンク１３に流入することができる。貯水流路３０８には、給水タンク１３に回収される水に含まれた異物を除去する第２液体フィルター９３が配置されることができる。

給水タンク１３に貯蔵された水の少なくとも一部は冷却水ポンプ４３によって改質ガス熱交換器２１に流動することができ、改質ガス熱交換器２１で改質ガスと熱交換されることができる。改質ガス熱交換器２１から吐き出された水は、スタック給水流路３０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに流入することができる。

スタック給水流路３０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに流入した冷却水はスタック２０ａ、２０ｂを冷却させることができる。スタック２０ａ、２０ｂに流入した冷却水はスタック２０ａ、２０ｂに含まれたスタック２０ａ、２０ｂの熱交換器（図示せず）に沿って流動することができ、スタック２０ａ、２０ｂで起こる電気化学反応によって発生する熱を吸収することができる。

スタック２０ａ、２０ｂから吐き出される冷却水はスタック排水流路３０７を通して冷却水熱交換器２４に流入することができる。冷却水熱交換器２４は、スタック２０ａ、２０ｂから吐き出された冷却水と、熱回収タンク１５から吐き出された冷却水との間で熱交換することができる。スタック２０ａ、２０ｂから吐き出された冷却水は、冷却水熱交換器２４を通して貯水流路３０８に流動することができる。

複数のスタック２０ａ、２０ｂは、水連結流路３０６を介して連結されることができる。第１スタック２０ａから吐き出される水は、水連結流路３０６を通して第２スタック２０ｂに流入することができる。

温水ポンプ４８によって熱回収タンク１５から吐き出された水は、温水供給流路３１３を通してＡＯＧ熱交換器２２に流入することができる。ＡＯＧ熱交換器２２で陽極排出ガスＡＯＧと熱交換された水は、第１温水循環回路３１４に吐き出されることができる。

冷却水熱交換器２４は、スタック排水流路３０７を通して流入する水と、第２温水循環流路３１５を通して流入する水との間で熱交換することができる。

排気熱交換器２６は、排気ガスが流動する排気ガス吐出流路２１０に連結されることができる。排気熱交換器２６は、冷却水熱交換器２４から吐き出された水が流動する第３温水循環流路３１６に連結されることができる。排気熱交換器２６は、排気ガス吐出流路２１０を通して流入する排気ガス及び排気と、第３温水循環流路３１６を通して流入する水との間で熱交換することができる。

排気熱交換器２６で熱交換された排気ガス及び排気は第２空気吐出流路２１３ｂに吐き出されて外部に排出されることができる。排気熱交換器２６で熱交換された水は温水回収流路３１７に吐き出されることができ、温水回収流路３１７に流動する水は熱回収タンク１５に流入することができる。

空気熱交換器２５は、ＡＯＧ熱交換器２２から吐き出された水が流動する第１温水循環回路３１４に連結されることができる。空気熱交換器２５は、加湿装置吐出流路２１２を通して流入する排気と第１温水循環回路３１４を通して流入する水との間で熱交換することができる。

空気熱交換器２５で熱交換された水は、第２温水循環流路３１５を通して空気熱交換器２５から吐き出されることができる。空気熱交換器２５から吐き出された水は、第２温水循環流路３１５を通して冷却水熱交換器２４に流入することができる。

空気排出流路２１３に配置された空気水分除去装置６４は、外部に排出される排気に含まれた水分の量を調節することができる。空気水分除去装置６４に流入した排気は、水分が除去された後、空気水分除去装置６４から吐き出されることができる。

空気水分除去装置６４で生成された凝縮水は空気水分除去装置６４から吐き出され、第４水回収流路３１２を通して流動することができる。第４水回収流路３１２には、水の流動を調節する第４水回収バルブ４７が配置されることができる。第４水回収流路３１２は、貯水流路３０８に連結されることができる。

図３を参照して本発明の第１実施例による燃料電池装置１について説明する。

本発明の第１実施例による燃料電池装置１は、第１給気流路２０４から分岐して第２給気流路２０５と合併する第２バイパス流路４１２と、第１給気流路２０４のうち第２バイパス流路４１２が分岐する部位に配置される第２三方バルブ４１０とをさらに含むことができる。

第２バイパス流路４１２は、スタックエアブロワー７２から送出された外気が加湿装置２３をバイパスして直ちに第２給気流路２０５に供給されるようにすることができる。

第２三方バルブ４１０は第１給気流路２０４のうち第２バイパス流路４１２が分岐する部位に配置され、第１給気流路２０４を前端と後端に区分することができる。

第１給気流路前端２０４ａは、スタックエアブロワー７２と第２三方バルブ４１０とを連結することにより、スタックエアブロワー７２から送出された外気を第２三方バルブ４１０に供給することができる。第１給気流路後端２０４ｂは、第２三方バルブ４１０と加湿装置２３とを連結することにより、第２三方バルブ４１０から排出された外気を加湿装置２３に供給することができる。

第２三方バルブ４１０は、第１給気流路後端２０４ｂが開度した分だけ第２バイパス流路４１２が閉鎖するようにすることができる。すなわち、第２三方バルブ４１０は、第１給気流路後端２０４ｂの開度量と第２バイパス流路４１２の開度量とが互いに相反するようにすることができる。

例えば、第１給気流路後端２０４ｂが７０％開度した場合、第２バイパス流路４１２は３０％開度することができる。ここで、第２三方バルブ４１０に供給された外気は約７０％が第１給気流路後端２０４ｂに供給され、残りの約３０％が第２バイパス流路４１２に供給されることができる。

例えば、第１給気流路後端２０４ｂが１００％開度した場合、第２バイパス流路４１２は閉鎖されることができる。ここで、第２三方バルブ４１０に供給された外気は全部第１給気流路後端２０４ｂに供給されることができる。

湿度センサー４２０は、第２給気流路２０５のうち第２バイパス流路４１２が合併する地点の下流に配置されることができる。湿度センサー４２０は、加湿装置２３から排出された外気の湿度を感知することができる。もしくは、湿度センサー４２０は、加湿装置２３から排出された外気と加湿装置２３をバイパスして第２給気流路２０５に供給された外気とが混合された外気の湿度を感知することができる。

制御部４４０は、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値によって加湿装置２３に外気を供給する第１給気流路２０４部（すなわち、第１給気流路後端２０４ｂ）の開度量と第２バイパス流路４１２の開度量とが互いに相反して調節されるように第２三方バルブ４１０を制御することができる。

例えば、制御部４４０は、感知された湿度値が低い場合、第１給気流路後端２０４ｂが１００％開度し、第２バイパス流路４１２が閉鎖するように第２三方バルブ４１０を制御することにより、スタックエアブロワー７２から送出された外気が全部加湿装置２３を通過しながら加湿された後、スタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることができる。

例えば、制御部４４０は、感知された湿度値が高い場合、第１給気流路２０４部が２０％開度し、第２バイパス流路４１２が８０％開度するように第２三方バルブ４１０を制御することにより、スタックエアブロワー７２から送出された外気のうち加湿装置２３を通過する量を減少させて、スタック２０ａ、２０ｂに流入する外気の湿度を低下させることができる。

したがって、制御部４４０は、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を制御することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の相対湿度が低いことによるスタック２０ａ、２０ｂの発電効率低下を防止し、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の相対湿度が高いことによるフラッディング現象及びフラッディング現象によるスタック２０ａ、２０ｂの発電効率低下を防止することができる。

図３～図８を参照して本発明の第１実施例による燃料電池装置１の制御方法について説明する。

燃料電池装置１が駆動を開始すれば（Ｓ１）、使用者は目標発電量を設定することができる（Ｓ２）。

ここで、使用者目標発電量設定（Ｓ２）とは、発電モードでスタック２０ａ、２０ｂが電気化学反応によって生成される電気エネルギーの目標量を設定することであることができる。使用者目標発電量が高く設定されるほど、より多くの外気をスタック２０ａ、２０ｂに供給する必要がある。

使用者目標発電量が設定されれば、制御部４４０はバルブを初期状態に切換することができる（Ｓ３）。

制御部４４０は、第１三方バルブ４００を加湿装置２３側に切換して第１バイパス流路４０２を閉鎖することができる。制御部４４０は、第２三方バルブ４１０を加湿装置２３側に切換して第２バイパス流路４１２を閉鎖することができる。ただ、これは任意に制御部４４０に設定される初期状態であり、設定によってバルブの初期位置は変わることができる。

また、制御部４４０は、スタックインバルブ３６及びスタックアウトバルブ３７を閉鎖することができる。よって、スタック２０ａ、２０ｂに異物が流入することを防止することができる。

バーナーエアブロワー７１が外気を吸入してバーナー１２０に供給し、燃料をバーナー１２０に供給し、バーナー１２０を稼働して燃料と外気を燃消させることにより、改質器１４０を予熱させる予熱運転モードを実行することができる（Ｓ４）。

制御部４４０は、予熱運転モードの実行中、改質器の内部温度と設定改質器温度とを比較することができる（Ｓ５）。

改質器の内部温度は、改質器の内部に配置された温度センサーによって感知された値であることができる。設定改質器温度とは、改質器が改質ガスを生成するのに適した温度であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

改質器の内部温度が設定改質器温度に到逹すれば、改質器１４０に燃料及び蒸気を供給し、改質器１４０で燃料と蒸気を改質反応させて改質ガスを生成する改質運転モードを実行することができる（Ｓ６）。

改質運転モードでは、改質器で生成された改質ガスをバーナーに供給して、燃焼に使われるようにすることができる。例えば、制御部４４０は、改質ガスバルブ３３を閉鎖し、バイパスバルブ３４を開放することができる。

ここで、改質器に供給される燃料及び蒸気に関連して、脱硫器、ミキサー、及び蒸気発生器などについての説明は上述したものと同様であるので、敍述を省略する。

制御部４４０は、改質器で生成された改質ガスのＣＯ（一酸化炭素）濃度を設定濃度と比較することができる（Ｓ７）。

改質ガスのＣＯ濃度は、改質器の内部または改質器の出口端に設けられた濃度センサーによって感知された値であることができる。設定濃度とは、改質ガスがスタック２０ａ、２０ｂに供給されて電気化学反応を引き起こすのに適したＣＯ濃度であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

改質ガスのＣＯ濃度が設定濃度まで低下すれば、スタック２０ａ、２０ｂに外気及び改質ガスを供給し、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する発電運転モードを実行することができる（Ｓ８）。

制御部４４０は、スタックエアブロワー７２を作動してスタック２０ａ、２０ｂに外気を供給することができる。制御部４４０は、スタックインバルブ３６及びスタックアウトバルブ３７を開放してスタック２０ａ、２０ｂに外気を供給し、スタック２０ａ、２０ｂから排気を排出させることができる。

制御部４４０は、改質ガスバルブ３３を開放し、バイパスバルブ３４を閉鎖することにより、改質器で生成された改質ガスをスタック２０ａ、２０ｂに供給することができる。

スタック２０ａ、２０ｂは、供給された外気に含有された酸素と改質ガスに含有された水素とに対して電気化学反応を引き起こして電気エネルギーと水分を生成することができる。生成された水分はスタック２０ａ、２０ｂから排出される排気に含有されることができる。

制御部４４０は、燃料電池装置１がスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を制御するか否かに対する使用者設定がターンオンされているかを判断することができる（Ｓ９）。

ここで、湿度制御可否に対する使用者設定がターンオンされていれば、Ｓ１０～Ｓ１５に相当する湿度制御モードに進む。

制御部４４０は、湿度制御モードに進めば、湿度センサー４２０が感知したスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度（Ｈｎ）を受信することができる（Ｓ１０）。

制御部４４０は、受信された測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｎ）以下であるかまたは下限湿度値（Ｈｌ）未満であるか、または上限湿度値（Ｈｈ）より大きいかを判断することができる（Ｓ１１）。

ここで、下限湿度値（Ｈｌ）は、スタック２０ａ、２０ｂの電気化学反応に適した外気の湿度範囲の下限値で、制御部４４０に予め保存された値であることができる。スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、スタック２０ａ、２０ｂの発電効率が低下することができる。例えば、下限湿度値（Ｈｌ）は相対湿度７０％であることができる。

ここで、上限湿度値（Ｈｈ）は、スタック２０ａ、２０ｂの電気化学反応に適した外気の湿度の範囲の上限値で、制御部４４０に予め保存された値であることができる。スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、スタック２０ａ、２０ｂ内で容易に凝縮してフラッディング現象が発生し、スタック２０ａ、２０ｂの発電効率が低下することができる。例えば、上限湿度値（Ｈｈ）は相対湿度８０％であることができる。

一方、下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｈ）以下の範囲を適正湿度の範囲と名付けることができる。

制御部４４０は、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を加湿モードに切換するか、または加湿モードに切換された第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０の位置を維持することができる（Ｓ１２ｂ）。

加湿モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が適正湿度の範囲に上昇するように制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１バイパス流路４０２を閉鎖するように第１三方バルブ４００を制御し、第２バイパス流路４１２を閉鎖するように第２三方バルブ４１０を制御することができる（図３参照）。

第１三方バルブ４００が加湿装置２３側に切換され、第１バイパス流路４０２が閉鎖し、第２排気流路２１１ｂが１００％開度すれば、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気を全部第１排気流路２１１ａ及び第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給することができる。

第２三方バルブ４１０が加湿装置２３側に切換され、第２バイパス流路４１２が閉鎖し、第１給気流路２０４が１００％開度すれば、スタックエアブロワー７２から送出された外気を全部第１給気流路２０４の前端及び第１給気流路２０４の後端を通して加湿装置２３に供給することができる。

加湿装置２３は、排気に含有された水分を抽出して外気に供給することができる。スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気が全部加湿装置２３に供給されて水分が抽出されることにより、加湿装置２３を通過する外気の湿度がより上昇することができる。

加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

したがって、加湿モードで、スタックエアブロワー７２から送出される外気全部とスタック２０ａ、２０ｂから排出される排気全部とが加湿装置２３に供給されることにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が適正湿度の範囲まで上昇することができる。

制御部４４０は、測定湿度値（Ｈｎ）が上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を除湿モードに切換するか、除湿モードに切換された位置を維持することができる（Ｓ１２ｃ）。

除湿モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が適正湿度の範囲まで低下するように制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、第１バイパス流路４０２が設定の第２開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、第２バイパス流路４１２が外気の湿度値の大きさに比例して決定される第３開度量に開度するように第２三方バルブ４１０を制御することができる（図５参照）。

第２開度量とは、第１バイパス流路４０２が開度できる上限開度量で、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。例えば、第２開度量は８０％であることができる。ここで、第２開度量を８０％に設定することにより、除湿モードで第２排気流路２１１ｂが２０％開度するようにすることができる。

このように、除湿モードで、第１バイパス流路４０２が開度できる開度量に上限を置くことは、除湿モードの実行中に外気の湿度値が多様な外部の要因によって急減する場合にもスタック２０ａ、２０ｂの発電に必要な最小限の湿度を維持するためであり得る。

第３開度量とは、外気の湿度値が上限湿度値（Ｈｈ）より大きいほど速かに外気の湿度値を適正湿度の範囲に低下させるために、外気の湿度値の大きさに比例する開度量で、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

例えば、上限湿度値（Ｈｈ）が８０％の場合、外気の湿度値が８０％であれば、第３開度量は０％であることができる。例えば、上限湿度値（Ｈｈ）が８０％の場合、外気の湿度値が９０％であれば、第３開度量は５０％であることができる。例えば、上限湿度値（Ｈｈ）が８０％の場合、外気の湿度値が１００％であれば、第３開度量は１００％であることができる。

本実施例で、第３開度量が外気の湿度値に比例して大きくなるように設定されたことは、第３開度量の上昇率が一定した場合のみを含むものではない。すなわち、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を低めるために加湿装置２３に供給される排気量を調節する観点で、多様な方式で第３開度量を調節することもできる。

例えば、外気の湿度値が上限湿度値（Ｈｈ）から遠くなるほど、第３開度量の上昇率が大きくなる方式で第３開度量を設定することもできる。

第１バイパス流路４０２が第２開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第２開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第２開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

第２バイパス流路４１２が第３開度量に開度し、第１給気流路２０４の後端が第３開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第２三方バルブ４１０に供給された外気のうち第３開度量に対応する比率の外気は第２バイパス流路４１２を通して加湿装置２３をバイパスして直ちに第２給気流路２０５に供給されることができ、残りの比率の外気は第１給気流路２０４の後端を通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３で加湿された外気は、加湿装置２３をバイパスした外気と一緒に第２給気流路２０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。加湿装置２３で除湿された排気は、加湿装置２３をバイパスした排気と一緒に吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

したがって、除湿モードで、加湿装置２３に供給される外気量及び排気量が減少することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が適正湿度の範囲まで低下することができる。

制御部４４０は、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を加湿モードまたは除湿モードに切換した後、Ｓ１０段階に戻り、再びスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を測定することができる。

したがって、制御部４４０は、外気の湿度がスタック２０ａ、２０ｂの発電に適した適正湿度の範囲に入るように、外気湿度測定段階（Ｓ１０）乃至加湿モード（Ｓ１２ｂ）または除湿モード（Ｓ１２ｃ）段階を繰り返して実行することができる。

制御部４４０は、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｎ）以下であれば、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を湿度維持モードに切換することができる（Ｓ１２ａ）。

湿度維持モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を適正湿度の範囲内に維持するように制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら設定の上限湿度値（Ｈｈ）以下であれば、第１バイパス流路４０２が外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、第２バイパス流路４１２が閉鎖するように第２三方バルブ４１０を制御することができる（図４参照）。

第１開度量とは、外気の湿度値が上限湿度値（Ｈｈ）に近いほど外気の湿度値の上昇を抑制させ、外気の湿度値が下限湿度値に近いほど外気の湿度値の低下を抑制させるために、外気の湿度値の大きさに比例する開度量であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

例えば、下限湿度値が７０％であり、外気の湿度値が７０％であれば、第１開度量は０％であることができる。例えば、上限湿度値（Ｈｈ）が８０％であり、外気の湿度値が８０％であれば、第１開度量は第２開度量と同一であることができる。

第１開度量は、設定の第２開度量を上限にすることができる。湿度維持モードで、第１バイパス流路４０２の開度量に上限を置くことは、湿度維持モードの実行中に外気の湿度値が多様な外部要因によって急減する場合にもスタック２０ａ、２０ｂの発電に必要な最小限の湿度を維持するためであり得る。例えば、第２開度量は８０％であることができる。

本実施例で、第１開度量が外気の湿度値に比例して大きくなるように設定されたことは、第１開度量の上昇率が一定であることのみを意味するものではない。すなわち、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を適正湿度の範囲に維持するために、加湿装置２３に供給される排気量を調節するという観点で、多様な方式で第１開度量を調節することもできる。

例えば、外気の湿度値が上限湿度値（Ｈｈ）に近くなるほど第１開度量の上昇率が大きくなる方式で第１開度量を設定することもできる。例えば、外気の湿度値が下限湿度値に近くなるほど第１開度量の減少率が小さくなる方式で第１開度量を設定することもできる。

第１バイパス流路４０２が第１開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第１開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第１開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

第２バイパス流路４１２が閉鎖し、第１給気流路２０４の後端が１００％開度すれば、第２三方バルブ４１０に供給された外気の全部が第１給気流路２０４の後端を通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を通してスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。加湿装置２３で除湿された排気は、加湿装置２３をバイパスした排気と一緒に吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

したがって、湿度維持モードで、加湿装置２３に供給される排気量が適切に調節されることにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度が適正湿度の範囲に維持されることができる。

制御部４４０は、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０が湿度維持モードに切換された時間（Ｓｎ）を測定することができる（Ｓ１３）。

制御部４４０は、第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０の切換によって変動した差圧を補償するための差圧制御モードを実行することができる（Ｓ１４）（図８参照）。

差圧制御モードとは、スタック２０ａ、２０ｂの発電に必要な外気がスタック２０ａ、２０ｂの内部に適正量で流入するようにスタック２０ａ、２０ｂの外気流入端と排気出口端との圧力差を適正値に維持するために、制御部４４０がスタックエアブロワー７２の回転数を制御するモードである。

スタック２０ａ、２０ｂの外気流入端の第１圧力計４２３は、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の圧力を感知することができる。スタック２０ａ、２０ｂの排気出口端の第２圧力計４２４は、スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気の圧力を感知することができる。制御部４４０は、第１及び第２圧力計４２３、４２４が感知した圧力値を受信した後、第１圧力計４２３が感知した圧力値から第２圧力計４２４が感知した圧力値を引き算してスタック２０ａ、２０ｂの流出入端の差圧（Ｐｎ）を測定することができる（Ｓ１４１）。

制御部４４０は、測定差圧（Ｐｎ）の大きさを設定差圧（Ｐｔ）の大きさと比較することができる（Ｓ１４２）。

設定差圧（Ｐｔ）とは、スタック２０ａ、２０ｂの発電に必要な外気がスタック２０ａ、２０ｂの内部に適正量で流入するようにするスタック２０ａ、２０ｂの外気流入端と排気出口端との間の圧力差であることができる。設定差圧（Ｐｔ）は、下限値と上限値を有する範囲であることができる。設定差圧（Ｐｔ）とは、制御部４４０のメモリに予め設定されて保存された値であることができる。

制御部４４０は、測定差圧（Ｐｎ）が設定差圧（Ｐｔ）より大きければ、スタックエアブロワー７２の回転数が減少するように制御することができる（Ｓ１４３ａ）。よって、スタック２０ａ、２０ｂの流入端の圧力が減少してスタック２０ａ、２０ｂの流出入端の差圧が減少することができる。

制御部４４０は、測定差圧（Ｐｎ）が設定差圧（Ｐｔ）より小さければ、スタックエアブロワー７２の回転数が増加するように制御することができる（Ｓ１４３ｂ）。よって、スタック２０ａ、２０ｂの流入端の圧力が増加してスタック２０ａ、２０ｂの流出入端の差圧が増加することができる。

したがって、スタック２０ａ、２０ｂの空気流出入端の差圧を設定差圧（Ｐｔ）に維持して、スタック２０ａ、２０ｂに適切な流量の外気が溜まるかまたは流入端から出口端に流動するようにすることにより、スタック２０ａ、２０ｂの発電性能を維持することができる。

制御部４４０は、測定差圧（Ｐｎ）が設定差圧（Ｐｔ）と同一であれば、差圧制御モードを終了することができる（Ｓ１４４）。

制御部４４０は、差圧制御モードが終了すれば、現在時間（Ｓｎ＋１）を測定した後、測定時間（Ｓｎ）を引き算して、湿度維持モードの実行時から経過した時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）を演算することができる。制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）を制御周期時間（Ｃ）と比較することができる（Ｓ１５）。

制御周期時間（Ｃ）とは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を測定し、測定された湿度値によって第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０を制御する周期であり、制御部４４０のメモリに予め設定された時間である。

制御周期時間を大きく設定すれば、制御周期が長くなって外気の湿度値を相対的に安定的に調節することができる。制御周期時間を小さく設定すれば、制御周期が短くなって外気の湿度値を相対的に細密に調節することができる。

制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）が制御周期時間（Ｃ）より小さければ、別途の制御を行わず、湿度維持モードに切換された第１三方バルブ４００及び第２三方バルブ４１０の位置を維持する。

制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）が制御周期時間（Ｃ）より大きければ、再びＳ１０段階に戻って外気の湿度を測定し、Ｓ１１段階～Ｓ１５段階を実行することができる。

図９及び図１０を参照して本発明の第２実施例による燃料電池装置１について説明する。

本発明の第２実施例による燃料電池装置１は、第２給気流路２０５から分岐して外気流入流路２０３と合併する再循環流路４３１と、外気流入流路２０３のうち再循環流路４３１が合併する部位に配置される第３三方バルブ４３０とをさらに含むことができる。

再循環流路４３１は、加湿装置２３から排出されて第２給気流路２０５を流動する外気が第３三方バルブ４３０を通過し、再びスタックエアブロワー７２及び加湿装置２３を通過してスタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることができる。

第３三方バルブ４３０は、外気流入流路２０３のうち、再循環流路４３１が合併する部位に配置されて外気流入流路２０３を前端と後端とに区分することができる。

外気流入流路前端２０３ａは、第３三方バルブ４３０からメイン外気流入流路２０１と連通し、メイン外気流入流路２０１を流動する外気が第３三方バルブ４３０に供給されるようにすることができる。外気流入流路後端２０３ｂは、第３三方バルブ４３０とスタックエアブロワー７２を連結して、第３三方バルブ４３０から排出された外気がスタックエアブロワー７２に供給されるようにすることができる。

第３三方バルブ４３０は、再循環流路４３１が開度した分だけ外気流入流路前端２０３ａが閉鎖するようにすることができる。すなわち、第３三方バルブ４３０は、再循環流路４３１の開度量と外気流入流路前端２０３ａの開度量とが互いに相反するようにすることができる。

例えば、再循環流路４３１が３０％開度した場合、外気流入流路前端２０３ａは７０％開度することができる。ここで、第３三方バルブ４３０に供給される外気のうち約３０％は再循環流路４３１を通して供給された外気であり、残りの約７０％は外気流入流路前端２０３ａを通して外部から流入した外気であることができる。

例えば、再循環流路４３１が閉鎖した場合、外気流入流路前端２０３ａは１００％開度することができる。ここで、第３三方バルブ４３０に供給される外気は全部外気流入流路前端２０３ａを通して外部から流入した外気であることができる。

湿度センサー４２０は、第２給気流路２０５に配置されることができる。湿度センサー４２０は、スタックエアブロワー７２と加湿装置２３を一度通過した外気の湿度を感知することができる。もしくは、湿度センサー４２０は、スタックエアブロワー７２と加湿装置２３を一度通過した外気と２回以上通過した再循環した外気とが混合した外気の湿度を感知することができる。

上述したように、給気温度センサー４２１は、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度を感知して制御部４４０に送信することができる。上述したように、スタック温度センサー４２２は、スタック２０ａ、２０ｂの内部温度を感知して制御部４４０に送信することができる。

制御部４４０は、給気温度センサー４２１及びスタック温度センサー４２２によって感知された温度値によって再循環流路４３１の開度量と外気が流入する外気流入流路２０３部（すなわち、外気流入流路前端２０３ａ）の開度量とが互いに相反して調節されるように第３三方バルブ４３０を制御することができる。

もしくは、制御部４４０は、スタック温度センサー４２２の代わりに、第１温度センサー４２２ａ及び第２温度センサー４２２ｂによって感知された温度値の平均値によって第３三方バルブ４３０を制御することもできる。

例えば、制御部４４０は、感知された温度値が低い場合、再循環流路４３１が３０％開度し、外気流入流路前端２０３ａが７０％開度するように第３三方バルブ４３０を制御することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気のうち約３０％はスタックエアブロワー７２を少なくとも２回通過した再循環された外気となるようにすることができる。

スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度が適正温度より低ければ、外気の低い飽和水蒸気圧によってスタック２０ａ、２０ｂ内で容易に結露現象が発生して凝縮水が生成されることができる。生成された凝縮水はスタック２０ａ、２０ｂにフラッディング現象を引き起こしてスタック２０ａ、２０ｂの発電効率を低下させることができる。

したがって、外気の温度が適正温度より低い場合、再循環流路４３１を開度することにより、外気がスタックエアブロワー７２をまた通過するようにすることができる。スタックエアブロワー７２を通過する外気は圧縮されて温度が上昇するので、飽和水蒸気圧が高くなることができる。

したがって、再循環流路４３１を適正量だけ開度して、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の飽和水蒸気圧を適切な程度に上昇させれば、フラッディング現象を防止することができる。

図８～図１６を参照して本発明の第２実施例による燃料電池装置１の制御方法について説明する。

燃料電池装置１が駆動を開始すれば（Ｓ２０）、使用者は目標発電量を設定することができる（Ｓ２１）。

ここで、使用者目標発電量設定とは、発電モードでスタック２０ａ、２０ｂが電気化学反応によって生成する電気エネルギーの目標量を設定することであることができる。使用者目標発電量が高く設定されるほど、より多くの外気をスタック２０ａ、２０ｂに供給する必要があり得る。

使用者目標発電量が設定されれば、制御部４４０はバルブを初期状態に切換することができる（Ｓ２２）。

制御部４４０は、第１三方バルブ４００を加湿装置２３側に切換して第１バイパス流路４０２を閉鎖することができる。制御部４４０は、第３三方バルブ４３０を外部側に切換して再循環流路４３１を閉鎖することができる。ただ、これは任意に制御部４４０に設定される初期状態であり、設定によってバルブの初期位置は変わることができる。

また、制御部４４０は、スタックインバルブ３６及びスタックアウトバルブ３７を閉鎖することができる。よって、スタック２０ａ、２０ｂに異物が流入することを防止することができる。

バーナーエアブロワー７１が外気を吸入してバーナー１２０に供給し、燃料をバーナー１２０に供給し、バーナー１２０を稼働させて燃料と外気を燃消させることによって改質器１４０を予熱させる予熱運転モードを実行することができる（Ｓ２３）。

制御部４４０は、予熱運転モードの実行中、改質器の内部温度と設定改質器温度とを比較することができる（Ｓ２４）。

改質器の内部温度は、改質器内部に配置された温度センサーによって感知された値であることができる。設定改質器温度とは、改質器が改質ガスを生成するのに適した温度であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

改質器の内部温度が設定改質器温度に到逹すれば、改質器１４０に燃料及び蒸気を供給し、改質器１４０で燃料と蒸気を改質反応させて改質ガスを生成する改質運転モードを実行することができる（Ｓ２５）。

改質運転モードでは、改質器で生成された改質ガスをバーナーに供給して燃焼に使うことができる。例えば、制御部４４０は、改質ガスバルブ３３を閉鎖し、バイパスバルブ３４を開放することができる。

ここで、改質器に供給される燃料及び蒸気に関連して、脱硫器、ミキサー、及び蒸気発生器などについての説明は上述したものと同様であるので、敍述を省略する。

制御部４４０は、改質器で生成された改質ガスのＣＯ（一酸化炭素）濃度を設定濃度と比較することができる（Ｓ２６）。

改質ガスのＣＯ濃度は、改質器の内部または改質器の出口端に設けられた濃度センサーで感知された値であることができる。設定濃度とは、改質ガスがスタック２０ａ、２０ｂに供給されて電気化学反応を引き起こすのに適したＣＯ濃度であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

改質ガスのＣＯ濃度が設定濃度まで低下すれば、スタック２０ａ、２０ｂに外気と改質ガスを供給し、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する発電運転モードを実行することができる（Ｓ２７）。

制御部４４０は、スタックエアブロワー７２を作動してスタック２０ａ、２０ｂに外気を供給することができる。制御部４４０は、スタックインバルブ３６及びスタックアウトバルブ３７を開放して、スタック２０ａ、２０ｂに外気が供給されるようにし、スタック２０ａ、２０ｂから排気が排出されるようにすることができる。

制御部４４０は、改質ガスバルブ３３を開放し、バイパスバルブ３４を閉鎖することにより、改質器で生成された改質ガスがスタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることができる。

スタック２０ａ、２０ｂは、供給された外気に含有された酸素と改質ガスに含有された水素とに対して電気化学反応を引き起こして電気エネルギーと水分を生成することができる。生成された水分は、スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気に含有されることができる。

制御部４４０は、燃料電池装置１がスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び湿度を制御するか否かに対する使用者設定がターンオンされているかを判断することができる（Ｓ２８）。

ここで、温度及び湿度制御可否に対する使用者設定がターンオンされていれば、Ｓ２９～Ｓ３７に相当する温度及び湿度制御モードに進むことになる。

制御部４４０は、温度及び湿度制御モードに進めば、湿度センサー４２０が感知したスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度（Ｈｎ）を受信することができる。また、給気温度センサー４２１が感知したスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度（Ｔｎ）を受信することができる。また、スタック温度センサー４２２が感知したスタック２０ａ、２０ｂの内部温度（Ｔｓ）を受信することができる（Ｓ２９）。

制御部４４０は、測定されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度（Ｔｓ）から設定差値（Ｄ）を引き算して目標温度（Ｔｆ）を設定することができる（Ｓ３０）。

ここで、設定差値（Ｄ）とは、スタック２０ａ、２０ｂに供給された外気がスタック２０ａ、２０ｂの内部で容易に凝縮しないほどの温度（及び飽和水蒸気圧）に到達するようにする値で、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

例えば、設定差値は、一般的な燃料電池装置１の運転環境を基準に、１０度～１５度であることができる。

したがって、目標温度（Ｔｆ）とは、スタック２０ａ、２０ｂに供給された外気が容易に凝縮しないほどの飽和水蒸気圧を有する温度であることができる。

制御部４４０は、受信された測定温度値（Ｔｎ）と設定の目標温度（Ｔｆ）とを比較することができる（Ｓ３１）。

制御部４４０は、受信された測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｎ）以下であるか、または下限湿度値（Ｈｌ）未満であるかまたは上限湿度値（Ｈｈ）より大きいかを判断することができる（Ｓ３２）。

下限湿度値（Ｈｌ）及び上限湿度値（Ｈｈ）についての説明は上述した第１実施例と同様であるので、説明を省略する。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）以上であり、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第１モードに切換するか、または第１モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ａ）。

第１モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環しないようにするとともに、外気の湿度が適正湿度の範囲に上昇するように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値（Ｔｆ）以上であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１バイパス流路４０２が閉鎖するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が閉鎖するように第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１０参照）。

第１三方バルブ４００が加湿装置２３側に切換されて、第１バイパス流路４０２が閉鎖し、第２排気流路２１１ｂが１００％開度すれば、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気は全部第１排気流路２１１ａ及び第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３は、排気に含有された水分を抽出して外気に供給することができる。スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気が全部加湿装置２３に供給され、水分が抽出されることにより、加湿装置２３を通過する外気の湿度が一層上昇することができる。

加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

第３三方バルブ４３０が外部側に切換されて、外気流入流路前端２０３ａが１００％開度し、再循環流路４３１が閉鎖すれば、第２給気流路２０５を流動している外気はスタックエアブロワー７２に再循環せず、直ちにスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。

したがって、第１モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度が過熱することを防止しながら外気の湿度が適正湿度の範囲まで上昇するようにすることができる。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）以上であり、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｈ）以下であれば、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第２モードに切換するか、または第２モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ｂ）。

第２モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環しないようにしながら外気の湿度が適正湿度の範囲に維持されるように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値（Ｔｆ）以上であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら設定の上限湿度値（Ｈｈ）以下であれば、第１バイパス流路４０２が外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が閉鎖するように第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１１参照）。

第１開度量とは、上述した第１実施例と同様に、外気の湿度値が上限湿度値（Ｈｈ）に近いほど外気の湿度値の上昇を抑制させ、外気の湿度値が下限湿度値に近いほど外気の湿度値の低下を抑制させるために、外気の湿度値の大きさに比例する開度量であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

第１開度量は、上述した第１実施例と同様に、設定の第２開度量を上限にすることができる。

第１バイパス流路４０２が第１開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第１開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第１開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３に供給される排気量を適切に調節することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を適正湿度の範囲に維持することができる。加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

第３三方バルブ４３０が外部側に切換されて、外気流入流路前端２０３ａが１００％開度し、再循環流路４３１が閉鎖すれば、第２給気流路２０５を流動している外気はスタックエアブロワー７２に再循環せず、直ちにスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。

したがって、第２モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度が過熱することを防止しながら外気の湿度が適正湿度の範囲に維持されるようにすることができる。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）以上であり、測定湿度値（Ｈｎ）が上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第３モードに切換するか、または第３モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ｃ）。

第３モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環しないようにしながら外気の湿度が適正湿度の範囲に低下するように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値（Ｔｆ）以上であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、第１バイパス流路４０２が設定の第２開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が閉鎖するように第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１１参照）。

第２開度量とは、上述した第１実施例と同様に、第１バイパス流路４０２が開度することができる上限開度量であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。例えば、第２開度量は８０％であることができる。ここで、第２開度量を８０％に設定することにより、除湿モードで第２排気流路２１１ｂが２０％開度するようにすることができる。

第１バイパス流路４０２が第２開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第２開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第２開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３に供給される排気量を減少させることにより、加湿装置２３を通過する外気の湿度を適正湿度の範囲に低下させることができる。加湿装置２３を通過した外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

第３三方バルブ４３０が外部側に切換されて、外気流入流路前端２０３ａが１００％開度し、再循環流路４３１が閉鎖すれば、第２給気流路２０５を流動している外気はスタックエアブロワー７２に再循環せず、直ちにスタック２０ａ、２０ｂに供給されることができる。

したがって、第３モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度が過熱することを防止しながら外気の湿度が適正湿度の範囲に低下するようにすることができる。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）未満であり、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第４モードに切換するか、または第４モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ｄ）。

第４モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環するようにしながら外気の湿度が適正湿度の範囲に上昇するように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値（Ｔｆ）未満であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の下限湿度値（Ｈｌ）未満であれば、第１バイパス流路４０２が閉鎖するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が設定の第４開度量に開度するように第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１２参照）。

第１三方バルブ４００が加湿装置２３側に切換されて、第１バイパス流路４０２が閉鎖し、第２排気流路２１１ｂが１００％開度すれば、スタック２０ａ、２０ｂから排出された排気が全部第１排気流路２１１ａ及び第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３は、排気に含有された水分を抽出して外気に供給することができる。スタック２０ａ、２０ｂから排出される排気が全部加湿装置２３に供給されて水分が抽出されることにより、加湿装置２３を通過する外気の湿度が一層上昇することができる。

加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

第４開度量とは、適正比率の外気がスタックエアブロワー７２を再び通過するようにして、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び飽和水蒸気圧を上昇させることにより、フラッディング現象を防止するための再循環流路４３１の開度量であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

第４開度量とは、第２給気流路２０５を流動している外気のうち適正比率の外気がスタックエアブロワー７２を再び通過するようにして、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び飽和水蒸気圧を上昇させることにより、フラッディング現象を防止するための再循環流路４３１の開度量であり、制御部４４０に予め設定されて保存された値であることができる。

第４開度量は、再循環される外気が加湿装置２３を通過しながら過湿することがあるという点を考慮して設定することができる。また、第４開度量は、再循環流路４３１が開度する分だけ外気流入流路２０３の前端が閉鎖して外気流入量が減少するという点を考慮して設定することができる。例えば、第４開度量は、３０％であることができる。

再循環流路４３１が第４開度量に開度し、外気流入流路前端２０３ａが第４開度量に閉鎖すれば、スタックエアブロワー７２に吸入される外気のうち第４開度量に対応する比率の外気は再循環流路４３１を通して供給されてスタックエアブロワー７２に吸入される再循環された外気であることができ、残りの比率の外気は外気流入流路前端２０３ａから供給された外気であることができる。

したがって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気のうち約第４開度量に対応する比率の外気は再循環された外気であることができる。よって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び飽和水蒸気圧が上昇することにより、スタック２０ａ、２０ｂ内のフラッディング現象を防止することができる。

したがって、第４モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度を目標温度に上昇させて飽和水蒸気圧を上昇させることにより、フラッディング現象を防止し、外気の湿度が適正湿度の範囲まで上昇するようにすることができる。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）未満であり、測定湿度値（Ｈｎ）が下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら上限湿度値（Ｈｈ）以下であれば、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第５モードに切換するか、または第５モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ｅ）。

第５モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環するようにしながら外気の湿度が適正湿度の範囲に維持されるように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値（Ｔｆ）未満であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の下限湿度値（Ｈｌ）以上でありながら設定の上限湿度値（Ｈｈ）以下であれば、第１バイパス流路４０２が外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が設定の第４開度量に開度するように第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１３参照）。

第１バイパス流路４０２が第１開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第１開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第１開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

第１開度量は、上述した第１実施例と同様に、設定の第２開度量を上限にすることができる。

加湿装置２３に供給される排気量を適切に調節することにより、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を適正湿度の範囲に維持することができる。加湿装置２３で加湿された外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

再循環流路４３１が第４開度量に開度し、外気流入流路前端２０３ａが第４開度量に閉鎖すれば、スタックエアブロワー７２に吸入される外気のうち第４開度量に対応する比率の外気は再循環流路４３１を通して供給されてスタックエアブロワー７２に吸入される再循環された外気であることができ、残りの比率の外気は外気流入流路前端２０３ａから供給された外気であることができる。

したがって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気のうち約第４開度量に対応する比率の外気は再循環された外気であることができる。よって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び飽和水蒸気圧が上昇することにより、スタック２０ａ、２０ｂ内のフラッディング現象を防止することができる。

したがって、第５モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度を目標温度に上昇させて飽和水蒸気圧を上昇させることにより、フラッディング現象を防止し、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の湿度を適正湿度の範囲に維持することができる。

制御部４４０は、測定温度値（Ｔｎ）が目標温度値（Ｔｆ）未満であり、測定湿度値（Ｈｎ）が上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０を第６モードに切換するか、または第６モードに切換された第１三方バルブ４００と第３三方バルブ４３０の位置を維持することができる（Ｓ３３ｆ）。

第６モードとは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気がスタックエアブロワー７２を再循環するようにしながら外気の湿度が適正湿度の範囲に低下するように、制御部４４０が第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御するモードである。

例えば、制御部４４０は、給気温度センサー４２１によって感知された外気の温度値（すなわち、測定温度値（Ｔｎ））がスタック温度センサー４２２によって感知されたスタック２０ａ、２０ｂの内部温度値（Ｔｓ）によって設定される目標温度値未満（Ｔｆ）であり、湿度センサー４２０によって感知された外気の湿度値（すなわち、測定湿度値（Ｈｎ））が設定の上限湿度値（Ｈｈ）より大きければ、第１バイパス流路４０２が設定の第２開度量に開度するように第１三方バルブ４００を制御し、再循環流路４３１が設定の第４開度量に開度するように、第３三方バルブ４３０を制御することができる（図１３参照）。

第１バイパス流路４０２が第２開度量に開度し、第２排気流路２１１ｂが第２開度量に対応する比率で閉鎖すれば、第１三方バルブ４００に供給された排気のうち第２開度量に対応する比率の排気は第１バイパス流路４０２を通して外部に排出されることができ、残りの比率の排気は第２排気流路２１１ｂを通して加湿装置２３に供給されることができる。

加湿装置２３に供給される排気量が減少することにより、加湿装置２３を通過する外気の湿度が適正湿度の範囲に低下することができる。加湿装置２３を通過した外気は、第２給気流路２０５を流動することができる。加湿装置２３で除湿された排気は、吐出流路４０３を通して外部に排出されることができる。

再循環流路４３１が第４開度量に開度し、外気流入流路前端２０３ａが第４開度量に閉鎖すれば、スタックエアブロワー７２に吸入される外気のうち第４開度量に対応する比率の外気は再循環流路４３１を通して供給されてスタックエアブロワー７２に吸入される再循環された外気であることができ、残りの比率の外気は外気流入流路前端２０３ａから供給された外気であることができる。

したがって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気のうち約第４開度量に対応する比率の外気は再循環された外気であることができる。よって、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び飽和水蒸気圧が上昇することにより、スタック２０ａ、２０ｂ内のフラッディング現象を防止することができる。

したがって、第６モードで、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度を目標温度に上昇させて飽和水蒸気圧を上昇させることにより、フラッディング現象を防止し、外気の湿度が適正湿度の範囲に低下するようにすることができる。

制御部４４０は、Ｓ３３ａ～Ｓ３３ｆ段階のいずれか一つによって第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御した後、時間を測定（Ｓｎ）することができる（Ｓ３４）。

制御部４４０は、流量計５３によって感知された流量値が設定流量値より小さければ、スタックエアブロワー７２の回転数が増加するように制御し、流量計５３によって感知された流量値が設定流量値より大きければ、スタックエアブロワー７２の回転数が減少するように制御することができる（Ｓ３５）（図１６参照）。

上述したように、流量計５３は、スタックエアブロワー７２から送出される外気の流量を感知することができる。流量計５３は、感知した外気の流量（Ｆｎ）を制御部４４０に送信することができる（Ｓ３５１）。

制御部４４０は、測定された流量（Ｆｎ）の大きさを設定流量（Ｆｔ）の大きさと比較することができる（Ｓ３５２）。

設定流量（Ｆｔ）とは、使用者目標発電量によってスタック２０ａ、２０ｂへの供給が要求される外気の流量であり、制御部４４０のメモリに予め設定されて保存された値であることができる。設定流量（Ｆｔ）は、下限値及び上限値を有する範囲の値であることができる。

制御部４４０は、測定された流量（Ｆｎ）が設定流量（Ｆｔ）と同一であれば、流量制御モードを終了することができる（Ｓ３５４）。

制御部４４０は、測定された流量（Ｆｎ）が設定流量（Ｆｔ）より大きければ、スタックエアブロワー７２の回転数を減少させることができる（Ｓ３５３ａ）。よって、スタックエアブロワー７２からスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の流量が減少し、適正流量の外気がスタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることができる。

制御部４４０は、測定された流量（Ｆｎ）が設定流量（Ｆｔ）より小さければ、スタックエアブロワー７２の回転数を増加させることができる（Ｓ３５３ｂ）。したがって、スタックエアブロワー７２からスタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の流量が増加して、適正流量の外気がスタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることができる。

したがって、第３三方バルブ４３０の開度置が変更されても、適正流量の外気がスタック２０ａ、２０ｂに供給されるようにすることにより、スタック２０ａ、２０ｂの発電性能を維持することができる。

制御部４４０は、流量制御モードが終了すれば、差圧制御モードを実行することができる（Ｓ３６）（図８参照）。

差圧制御モードについての説明は上述した第１実施例と同様であるので、敍述を省略する。

制御部４４０は、差圧制御モードが終了すれば、現在時間（Ｓｎ＋１）を測定した後、測定時間（Ｓｎ）を差し引いて第１モード～第６モードのいずれか一つを実行した後、経過した時間を演算することができる。制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）を制御周期時間（Ｃ）と比較することができる（Ｓ３７）。

制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）が制御周期時間（Ｃ）より小さければ、別途の制御を実行せずに第１モード～第６モードのいずれか一つに切換された第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０の位置を維持する。

制御部４４０は、経過時間（Ｓｎ＋１－Ｓｎ）が制御周期時間（Ｃ）より大きければ、また外気の温度及び湿度を測定してＳ２９～Ｓ３６段階を実行することができる。

ここで、制御周期時間（Ｃ）とは、スタック２０ａ、２０ｂに供給される外気の温度及び湿度を測定し、測定された温度及び湿度値によって第１三方バルブ４００及び第３三方バルブ４３０を制御する周期であり、制御部４４０のメモリに予め設定された時間である。

制御周期時間（Ｃ）を大きく設定すれば、制御周期が長くなって外気の温度及び湿度値を相対的に安定的に調節することができる。制御周期時間（Ｃ）を小さく設定すれば、制御周期が短くなって外気の温度及び湿度値を相対的に細密に調節することができる。

添付図面はこの明細書に開示した実施例を容易に理解することができるようにするためのものであるだけで、添付図面によってこの明細書に開示した技術的思想が制限されなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるすべての変更、均等物乃至代替物を含むものに理解しなければならない。

同様に、特定の順に図面で動作を描写しているが、これは所望の結果を得るために示した特定の順にそのような動作を遂行しなければならないか、すべての図示の動作を遂行しなければならないというものとして理解してはいけない。特定の場合、マルチタスキングと並列プロセッシングが有利であることができる。

また、以上では本発明の好適な実施例について図示しながら説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範疇内で、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって多様な変形実施が可能であるというのは言うまでもなく、このような変形実施は本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解してはいけないであろう。

Claims (15)

1. 燃料電池装置であって、
   酸素と水素を電気化学反応させて電気エネルギーを生成するスタックと、
   前記スタックに改質ガスを供給する改質器と、
   外気を吸入して送出するスタックエアブロワーと、
   前記スタックエアブロワーから送出される外気を前記スタックに供給する給気流路と、
   前記スタックから排出された排気に含有された水分を抽出して、前記給気流路を通過する外気に供給する加湿装置と、
   前記スタックから排気が排出されて前記加湿装置に供給されるように、前記スタックと前記加湿装置とを連結する排気流路と、
   前記加湿装置を通過した排気を外部に排出する吐出流路と、
   前記排気流路から分岐して前記吐出流路と合併する第１バイパス流路と、
   前記排気流路のうち前記第１バイパス流路が分岐した部位に配置される第１三方バルブと、
   前記スタックに供給される外気の湿度を感知する湿度センサーと、
   前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値によって前記加湿装置に排気を供給する排気流路の開度量と前記第１バイパス流路の開度量とが互いに相反して調節されるように前記第１三方バルブを制御する制御部と、を備えてなり、
   前記給気流路は、
   前記スタックエアブロワーと前記加湿装置を連結する第１給気流路と、
   前記加湿装置と前記スタックを連結する第２給気流路と、を備え、
   前記燃料電池装置は、
   前記第１給気流路から分岐して前記第２給気流路と合併する第２バイパス流路と、
   前記第１給気流路のうち前記第２バイパス流路が分岐する部位に配置される第２三方バルブと、を更に備え、
   前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値によって前記加湿装置に外気を供給する第１給気流路部の開度量と前記第２バイパス流路の開度量が互いに相反して調節されるように前記第２三方バルブを制御する、燃料電池装置。
2. 前記燃料電池装置は、外気が通過して前記スタックエアブロワーに吸入される外気流入流路、を更に備える、請求項１に記載の燃料電池装置。
3. 前記湿度センサーは、前記第２給気流路のうち前記第２バイパス流路が合併する地点の下流に配置される、請求項１に記載の燃料電池装置。
4. 前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が閉鎖するように前記第２三方バルブを制御する、請求項１に記載の燃料電池装置。
5. 前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が、設定の下限湿度値以上であり、設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が閉鎖するように前記第２三方バルブを制御し、
   前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、請求項１に記載の燃料電池装置。
6. 前記制御部は、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記第２バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第３開度量に開度するように前記第２三方バルブを制御する、請求項１に記載の燃料電池装置。
7. 前記燃料電池装置は、
   前記第２給気流路から分岐して前記外気流入流路と合併する再循環流路と、
   前記外気流入流路のうち前記再循環流路が合併する部位に配置される第３三方バルブと、
   前記第２給気流路に配置され、前記スタックに供給される外気の温度を感知する給気温度センサーと、
   前記スタックの内部温度を感知するスタック温度センサーと、を更に備え、
   前記湿度センサーは、前記第２給気流路に配置され、
   前記制御部は、前記給気温度センサー及びスタック温度センサーによって感知された温度値によって前記再循環流路の開度量と外気が流入する外気流入流路部の開度量が互いに相反して調節されるように前記第３三方バルブを制御する、請求項２に記載の燃料電池装置。
8. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御する、請求項７に記載の燃料電池装置。
9. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値以上でありながら設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御し、
   前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、請求項７に記載の燃料電池装置。
10. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値以上であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が閉鎖するように前記第３三方バルブを制御する、請求項７に記載の燃料電池装置。
11. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値未満であれば、前記第１バイパス流路が閉鎖するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御する、請求項７に記載の燃料電池装置。
12. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の下限湿度値以上でありながら設定の上限湿度値以下であれば、前記第１バイパス流路が前記外気の湿度値の大きさに比例して決定される第１開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御し、
    前記第１開度量は、設定の第２開度量を上限にする、請求項７に記載の燃料電池装置。
13. 前記制御部は、前記給気温度センサーによって感知された外気の温度値が前記スタック温度センサーによって感知された前記スタックの内部温度値によって設定される目標温度値未満であり、前記湿度センサーによって感知された外気の湿度値が設定の上限湿度値より大きければ、前記第１バイパス流路が設定の第２開度量に開度するように前記第１三方バルブを制御し、前記再循環流路が設定の第４開度量に開度するように前記第３三方バルブを制御する、請求項７に記載の燃料電池装置。
14. 前記燃料電池装置は、
    前記第２給気流路のうち、前記スタックに隣接して配置され、前記スタックに供給される外気の圧力を感知する第１圧力計と、
    前記排気流路のうち、前記スタックに隣接して配置され、前記スタックから排出される排気の圧力を感知する第２圧力計と、を更に備え、
    前記制御部は、前記第１圧力計によって感知された外気の圧力と前記第２圧力計によって感知された排気の圧力との差が設定の差圧より小さければ、前記スタックエアブロワーの回転数が増加するように制御し、前記第１圧力計によって感知された外気の圧力と前記第２圧力計によって感知された排気の圧力との差が設定の差圧より大きければ、前記スタックエアブロワーの回転数が減少するように制御する、請求項３～７のいずれか一項に記載の燃料電池装置。
15. 前記燃料電池装置は、前記スタックエアブロワーから送出される外気の流量を感知する流量計、を更に備え、
    前記制御部は、前記流量計によって感知された流量値が設定流量値より小さければ、前記スタックエアブロワーの回転数が増加するように制御し、前記流量計によって感知された流量値が設定流量値より大きければ、前記スタックエアブロワーの回転数が減少するように制御する、請求項７に記載の燃料電池装置。