(57)【要約】【課題】  水蒸気の排出量を増やさずに燃料電池の温度上昇を抑制することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池システムは、酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、前記酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより前記燃料電池を加湿する加湿装置と、前記燃料電池の発電により生成される水分量と前記水蒸気量の和に対する前記燃料電池内の飽和水蒸気量の比が１以下となるように、前記加湿装置より前記酸化剤ガスに加えられる水蒸気量を制御する制御装置とを有する。【選択図】図３
2020057552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより前記燃料電池を加湿する加湿装置と、
前記燃料電池の発電により生成される水分量と前記水蒸気量の和に対する前記燃料電池内の飽和水蒸気量の比が１以下となるように、前記加湿装置より前記酸化剤ガスに加えられる水蒸気量を制御する制御装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、
前記酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより前記燃料電池を加湿する加湿装置と、
前記燃料電池を冷却する冷却媒体を前記燃料電池に供給する冷却装置と、
前記燃料電池の発電により生成される水分量、及び前記加湿装置により前記酸化剤ガスに加えられる水蒸気量の和に対する前記燃料電池内の飽和水蒸気量の比が１以下となるように前記飽和水蒸気量の目標値を決定し、前記飽和水蒸気量が前記目標値に近づくように前記冷却媒体の流量を制御する制御装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、例えば燃料電池を冷却するラジエータが備えられている。ラジエータの冷却能力は、例えば搭載スペースに応じたサイズに基づいて制限される。このため、ラジエータが供給する冷却水の温度が上限を超えるおそれがある場合、燃料電池の出力を制限することにより発熱量を低減する手法がある。
【０００３】
これに対し、例えば燃料電池の出力が制限されないように、燃料電池から排出される水蒸気量を増加させることにより、水蒸気に含まれる潜熱を排出して燃料電池の昇温を抑制してラジエータの負荷を低減する手法がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、水蒸気を排出すると、燃料電池の出力増加時、加湿が間に合わずに水分が不足して、燃料電池が乾燥状態となるおそれがある。乾燥状態において燃料電池の発電性能は低下する。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、水蒸気の排出量を増やさずに燃料電池の温度上昇を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載の燃料電池システムは、酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、前記酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより前記燃料電池を加湿する加湿装置と、前記燃料電池の発電により生成される水分量と前記水蒸気量の和に対する前記燃料電池内の飽和水蒸気量の比が１以下となるように、前記加湿装置より前記酸化剤ガスに加えられる水蒸気量を制御する制御装置とを有する。
【０００８】
本明細書に記載の他の燃料電池システムは、酸化剤ガスにより発電する燃料電池と、前記酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより前記燃料電池を加湿する加湿装置と、前記燃料電池を冷却する冷却媒体を前記燃料電池に供給する冷却装置と、前記燃料電池の発電により生成される水分量、及び前記加湿装置により前記酸化剤ガスに加えられる水蒸気量の和に対する前記燃料電池内の飽和水蒸気量の比が１以下となるように前記飽和水蒸気量の目標値を決定し、前記飽和水蒸気量が前記目標値に近づくように前記冷却媒体の流量を制御する制御装置とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水蒸気の排出量を増やさずに燃料電池の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池システムの一例を示す構成図である。
【図２】燃料電池スタックの温度に対する電圧の変化の一例を示す図である。
【図３】第１実施例におけるＥＣＵ（Electric Control Unit）の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】飽和水蒸気圧曲線の一例を示す図である。
【図５】燃料電池スタックの温度低下を抑制する場合のＥＣＵの制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】第２実施例におけるＥＣＵの制御処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、燃料電池システムの一例を示す構成図である。燃料電池システムは、ＥＣＵ１、燃料電池スタック２、エアコンプレッサ３０、インタークーラ３１、加湿装置３２、燃料供給装置３３、冷却装置３４、加湿バルブ４０、バイパスバルブ４１、及びポンプ４２を有する。また、燃料電池システムは、流量センサ５０、出口温度センサ５１、入口温度センサ５２、及び電流センサ５３、酸化剤ガス供給路９０、酸化剤ガス迂回路９１、酸化剤ガス排出路９２、燃料ガス供給路９３、及び燃料ガス排出路９４を有する。
【００１２】
酸化剤ガス供給路９０には、燃料電池スタック２に供給される酸化剤ガスが流れ、酸化剤ガス排出路９２には、燃料電池スタック２から排出された酸化剤オフガスが流れる。また、酸化剤ガス迂回路９１には、加湿装置３２を迂回して燃料電池スタック２に供給される酸化剤ガスが流れる。
【００１３】
燃料ガス供給路９３には、燃料電池スタック２に供給される燃料ガスが流れ、燃料ガス排出路９４には、燃料電池スタック２から排出された燃料オフガスが流れる。燃料ガスは一例として水素ガスであり、酸化剤ガスは一例として空気である。
【００１４】
燃料電池スタック２は、固体高分子形の複数の燃料電池（単セル）が積層された積層体である。燃料ガス及び酸化剤ガスはマニホルドを介して各燃料電池に供給される。各燃料電池には膜電極接合体（MEA： Membrane Electrode Assembly）が設けられており、膜電極接合体において酸化剤ガス中の酸素と燃料ガス中の水素とが電気化学反応することにより発電する。燃料電池は、発電とともに水分を生成する。
【００１５】
燃料ガス供給路９３には燃料供給装置３３が接続されている。燃料供給装置３３は、例えば、燃料ガスを蓄圧するタンク、及び燃料ガスを噴射するインジェクタなどが含まれる。燃料ガスは、燃料ガス供給路９３から燃料電池スタック２に供給されて発電に用いられ、燃料電池スタック２から燃料オフガスとして燃料ガス排出路９４に排出される。
【００１６】
また、酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給路９０から燃料電池スタック２に供給されて発電に用いられ、燃料電池スタック２から酸化剤オフガスとして酸化剤ガス排出路９２に排出される。
【００１７】
酸化剤ガス供給路９０には、エアコンプレッサ３０、インタークーラ３１、加湿バルブ４０、及び加湿装置３２が接続されている。エアコンプレッサ３０は、外部から酸化剤ガスを取り込んで圧縮する。圧縮された空気はインタークーラ３１に送られる。インタークーラ３１は、圧縮により昇温した酸化剤ガスを冷却する。
【００１８】
インタークーラ３１の下流側には加湿バルブ４０が接続され、加湿バルブ４０の下流側には加湿装置３２が接続されている。酸化剤ガス迂回路９１の上流側の端部はインタークーラ３１と加湿バルブ４０の間の酸化剤ガス供給路９０に接続され、酸化剤ガス迂回路９１の下流側の端部は加湿装置３２と燃料電池スタック２の間の酸化剤ガス供給路９０に接続されている。酸化剤ガス迂回路９１にはバイパスバルブ４１が接続されている。
【００１９】
インタークーラ３１で冷却された酸化剤ガスは酸化剤ガス供給路９０と酸化剤ガス迂回路９１に分岐して流れる。酸化剤ガス供給路９０を流れる酸化剤ガスは加湿装置３２により加湿されて燃料電池スタック２に供給される。一方、酸化剤ガス迂回路９１を流れる酸化剤ガスは加湿装置３２を迂回して燃料電池スタック２に供給される。
【００２０】
加湿装置３２は、酸化剤ガス供給路９０及び酸化剤ガス排出路９２に接続され、酸化剤ガスに水蒸気を加えることにより燃料電池スタック２を加湿する。加湿装置３２には、インタークーラ３１から低湿度の酸化剤ガスが導入され、燃料電池スタック２から高湿度の酸化剤オフガスが導入される。加湿装置３２は、例えば中空糸式または膜式の湿度交換器であり、燃料電池スタック２に供給される酸化剤ガスを、酸化剤オフガスに含まれる水分により加湿する。
【００２１】
加湿バルブ４０は、加湿装置３２に流れる酸化剤ガスの流量を調整し、バイパスバルブ４１は、酸化剤ガス迂回路９１を流れる酸化剤ガスの流量を調整する。加湿バルブ４０の開度Ｖｍとバイパスバルブ４１の開度ＶｄはＥＣＵ１により制御される。
【００２２】
ＥＣＵ１は、制御装置の一例であり、燃料電池システムの動作を制御する。ＥＣＵ１は、ＣＰＵ１０と、ＣＰＵ１０を駆動するプログラム及び各種のデータなどが格納されたメモリ１１を有する。ＥＣＵ１は、加湿バルブ４０の開度Ｖｍとバイパスバルブ４１に開度Ｖｄを制御する。
【００２３】
加湿バルブ４０を通った酸化剤ガスは加湿装置３２により加湿され、バイパスバルブ４１を通った酸化剤ガスは加湿されない。このため、ＥＣＵ１は、開度Ｖｍ，Ｖｄの調整によって、加湿装置３２により酸化剤ガスに加えられる水蒸気量（以下、「加湿水量」と表記）を制御することができる。
【００２４】
冷却装置３４は、例えばラジエータであり、冷却水を燃料電池スタック２に供給する。冷却装置３４と燃料電池スタック２の間は、冷却水供給路９５と冷却水排出路９６により接続されている。
【００２５】
冷却水は、燃料電池スタック２を冷却する冷却媒体の一例である。冷却水は、冷却装置３４から冷却水供給路９５を流れて燃料電池スタック２に供給される。また、冷却に用いられた冷却水は、燃料電池スタック２から冷却水排出路９６を流れて冷却装置３４に戻る。
【００２６】
冷却水供給路９５にはポンプ４２が設けられている。ポンプ４２は、冷却水を燃料電池スタック２に圧送する。これにより、冷却水は冷却装置３４と燃料電池スタック２の間を循環する。
【００２７】
ポンプ４２の回転数ＮはＥＣＵ１により制御され、冷却水の流量は回転数Ｎに応じて変化する。このため、ＥＣＵ１は、回転数Ｎを調整することにより冷却媒体の流量を制御することができる。
【００２８】
また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック２に要求される電力に応じて冷却装置３４の出力を制御する。冷却装置３４が例えばファンを備える場合、ＥＣＵ１は、ファンの回転数Ｍを制御する。これにより、燃料電池スタック２の温度が制御される。
【００２９】
冷却水供給路９５の下流側には入口温度センサ５２が設けられている。入口温度センサ５２は燃料電池スタック２の冷却水の入口の温度Ｔｉｎを計測する。温度Ｔｉｎは、燃料電池スタック２の冷却水の供給用マニホルドの入口近傍の冷却水の温度である。ＥＣＵ１は入口温度センサ５２の温度Ｔｉｎを取得して各種の制御に用いる。
【００３０】
冷却水排出路９６の上流側には出口温度センサ５１が設けられている。出口温度センサ５１は燃料電池スタック２の冷却水の出口の温度Ｔｏｕｔを計測する。温度Ｔｏｕｔは、燃料電池スタック２の冷却水の排出用マニホルドの出口近傍の冷却水の温度である。ＥＣＵ１は出口温度センサ５１の温度Ｔｏｕｔを取得して各種の制御に用いる。
【００３１】
また、燃料電池スタック２には電流センサ５３が電気的に接続されている。電流センサ５３は、燃料電池スタック２から出力される電流値Ｉを測定する。ＥＣＵ１は電流センサ５３の電流値Ｉを取得して各種の制御に用いる。
【００３２】
また、酸化剤ガス供給路９０において、エアコンプレッサ３０及びインタークーラ３１の間には流量センサ５０が設けられている。流量センサ５０は、エアコンプレッサ３０により外部から導入される酸化剤ガスの流量Ｆを測定する。ＥＣＵ１は流量センサ５０の流量Ｆを取得して各種の制御に用いる。
【００３３】
ＥＣＵ１は、燃料電池スタック２の発電特性が良好となるように燃料電池スタック２の昇温を抑制する。
【００３４】
図２は、燃料電池スタック２の温度に対する電圧の変化の一例を示す図である。横軸は、燃料電池スタック２の温度の一例として、冷却水の入口の温度Ｔｉｎ（℃）を示す。縦軸は、燃料電池スタック２の発電特性として、一定の電流値Ｉに対応する電圧（Ｖ）を示す。
【００３５】
燃料電池スタック２の発電特性は、電圧が高いほど、良好である。発電特性は、例えば温度が下限値ＴＨａから上限値ＴＨｂの間において良好となる。一例として、下限値ＴＨａは６８（℃）であり、上限値ＴＨｂは８５（℃）である。
【００３６】
ＥＣＵ１は、例えば温度Ｔｉｎが下限値ＴＨａ以上となったとき、燃料電池スタック２の昇温を抑制する。このため、温度Ｔｉｎは、下限値ＴＨａから上限値ＴＨｂの間に維持される。
【００３７】
ＥＣＵ１は、燃料電池スタック２の電気化学反応により生成される水分（以下、「生成水」と表記）が、液体である液水ではなく、気体である水蒸気となるように燃料電池スタック２の状態を制御する。生成水が液水である場合に生ずる反応熱は、生成水が水蒸気である場合に生ずる反応熱の約１．１５倍である。これは、気体の運動エネルギーが液体の運動エネルギーより高く、水蒸気には、熱に変化していないエネルギーが液水より多く含まれているからである。
【００３８】
したがって、ＥＣＵ１は、全ての生成水が水蒸気となるように燃料電池スタック２の状態を制御することにより反応熱を低減して昇温を抑制することができる。
【００３９】
Ｒ＝（生成水量＋加湿水量）／飽和水蒸気量≦１   ・・・（１）
【００４０】
ＥＣＵ１は、例えば燃料電池スタック２内の酸化剤ガスの流路の出口において、上記の式（１）の条件が満たされるように燃料電池スタック２の状態を制御する。つまり、ＥＣＵ１は、生成水量と加湿水量の和に対する飽和水蒸気量の比Ｒ（以下、「水分比Ｒ」と表記）が１以下となるように加湿水量または飽和水蒸気量を制御する。なお、酸化剤ガスの流路の出口は流路内で最も湿度が高いため、流路の出口で式（１）の条件が満たされれば流路全体で条件が満たされると推定される。
【００４１】
これにより、燃料電池スタック２の電気化学反応による生成水が全て水蒸気となるため、生成水が全て液水である場合より反応熱が減少する。このため、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック２の水蒸気の排出量を増加させずに燃料電池スタック２の昇温を抑制することができる。以下に制御方法の例を挙げて説明する。
【００４２】
（第１実施例）
ＥＣＵ１は、式（１）の条件が満たされるように加湿水量を制御する。このため、ＥＣＵ１は、加湿バルブ４０の開度Ｖｍとバイパスバルブ４１の開度Ｖｄを制御する。
【００４３】
図３は、第１実施例におけるＥＣＵ１の制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＣＰＵ１０がメモリ１１内のプログラムに従って動作することにより実行される。
【００４４】
ＥＣＵ１は、入口温度センサ５２から燃料電池スタック２の冷却水の入口の温度Ｔｉｎを取得する（ステップＳｔ１）。次に、ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎと下限値ＴＨａと比較する（ステップＳｔ２）。ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎが下限値ＴＨａより小さい場合（ステップＳｔ２のＮｏ）、再びステップＳｔ１の処理を実行する。
【００４５】
ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎが下限値ＴＨａ以上である場合（ステップＳｔ２のＹｅｓ）、燃料電池スタック２の昇温を抑制する必要があると判断して、メモリ１１内の加湿水量マップデータを読み込む（ステップＳｔ３）。加湿水量マップデータには、温度Ｔｉｎに応じて加湿バルブ４０の開度Ｖｍ、バイパスバルブ４１の開度Ｖｄ、及び所定単位の流量の酸化剤ガスに含まれる水蒸気量の対応関係が登録されている。
【００４６】
次にＥＣＵ１は、流量センサ５０から酸化剤ガスの流量Ｆを取得する（ステップＳｔ４）。次に、ＥＣＵ１は、加湿水量マップデータを参照することにより流量Ｆから加湿水量を算出する（ステップＳｔ５）。このとき、ＥＣＵ１は、例えば温度Ｔｉｎ及び現在の開度Ｖｍ，Ｖｄに対応する水蒸気量を加湿水量マップデータから取得して流量Ｆを乗ずることにより加湿水量を算出する。
【００４７】
次にＥＣＵ１は、出口温度センサ５１から燃料電池スタック２の冷却水の出口の温度Ｔｏｕｔを取得する（ステップＳｔ６）。このとき、ＥＣＵ１は、冷却水の出口の温度Ｔｏｕｔから燃料電池スタック２の酸化剤ガスの出口の温度を推定する。酸化剤ガスの出口の温度の推定精度を高めるため、冷却水の出口と酸化剤ガスの出口は互いに近い位置に配置されていると好ましい。
【００４８】
また、ＥＣＵ１は、飽和水蒸気圧曲線に基づいて酸化剤ガスの出口の温度から飽和水蒸気圧を推定する。
【００４９】
図４は、飽和水蒸気圧曲線の一例を示す図である。横軸は酸化剤ガスの出口の温度Ｔｏｕｔ（℃）を示し、縦軸は飽和水蒸気圧（KPa）を示す。ＥＣＵ１は温度Ｔｏｕｔに応じた飽和水蒸気圧を算出する。
【００５０】
再び図３を参照すると、ＥＣＵ１は、酸化剤ガスの流量Ｆ、及び燃料電池スタック２の発電量から酸化剤ガスの出口の流量を推定し、酸化剤ガスの出口の流量と飽和水蒸気圧から飽和水蒸気量を算出する（ステップＳｔ７）。このとき、発電量は、例えば燃料電池スタック２に要求される電力から得られる。
【００５１】
次にＥＣＵ１は、電流センサ５３から燃料電池スタック２の電流値Ｉを取得する（ステップＳｔ８）。次にＥＣＵ１は電流値Ｉから生成水量を算出する（ステップＳｔ９）。なお、ＥＣＵ１は、実際の電流値Ｉに代えて、燃料電池スタック２に要求される電力に応じた電流値、つまり電流の制御目標値から生成水量を算出してもよい。
【００５２】
次にＥＣＵ１は、式（１）に従い生成水量、加湿水量、及び飽和水蒸気量から水分比Ｒを算出する（ステップＳｔ１０）。次にＥＣＵ１は水分比Ｒを１と比較する（ステップＳｔ１１）。ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１以下である場合（ステップＳｔ１１のＹｅｓ）、式（１）の条件が満たされるため、加湿水量を制御する必要がないと判断して再びステップＳｔ１以降の各処理を実行する。
【００５３】
ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１より大きい場合（ステップＳｔ１１のＮｏ）、式（１）の条件が満たされていないため、式（１）の条件を満たす加湿水量に応じた開度Ｖｍ，Ｖｄを加湿水量マップデータに基づき決定する（ステップＳｔ１２）。次にＥＣＵ１は、決定した開度Ｖｍ，Ｖｄとなるように加湿バルブ４０及びバイパスバルブ４１を制御する（ステップＳｔ１３）。
【００５４】
より具体的には、ＥＣＵ１は、加湿バルブ４０の開度Ｖｍを小さくし、バイパスバルブ４１の開度Ｖｄを大きくすることにより、加湿装置３２を経由する酸化剤ガスの流量を減少させて加湿水量を減少させる。これにより、水分比Ｒが小さくなって式（１）の条件が満たされる。
【００５５】
その後、再びステップＳｔ３以降の各処理が実行される。このとき、ＥＣＵ１は、式（１）の条件が満たされると判定すると（ステップＳｔ１１のＹｅｓ）、制御を終了して再びステップＳｔ１以降の各処理を実行する。このようにして、ＥＣＵ１は制御処理を実行する。
【００５６】
このように、ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１以下となるように酸化剤ガスの加湿水量を制御する。このため、燃料電池スタック２の発電で生ずる生成水が全て水蒸気となるため、反応熱が減少することにより燃料電池スタック２の昇温が抑制される。
【００５７】
また、ＥＣＵ１は、燃料電池スタック２の昇温を抑制するだけでなく、これとは逆に燃料電池スタック２の温度低下を抑制することもできる。
【００５８】
Ｒ＝（生成水量＋加湿水量）／飽和水蒸気量＞１   ・・・（２）
【００５９】
この場合、ＥＣＵ１は、生成水を液水として反応熱を増加させるため、上記の式（２）が満たされるように加湿水量を増加させる。
【００６０】
図５は、燃料電池スタック２の温度低下を抑制する場合のＥＣＵ１の制御処理の一例を示すフローチャートである。図５において、図３と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６１】
ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎと下限値ＴＨａと比較する（ステップＳｔ２ａ）。ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎが下限値ＴＨａ以上である場合（ステップＳｔ２ａのＮｏ）、再びステップＳｔ１の処理を実行する。また、ＥＣＵ１は、温度Ｔｉｎが下限値ＴＨａより小さい場合（ステップＳｔ２ａのＹｅｓ）、燃料電池スタック２の温度低下を抑制する必要があると判断して、ステップＳｔ３以降の各処理を実行する。
【００６２】
ＥＣＵ１は、水分比Ｒの算出後（ステップＳｔ１０）、水分比Ｒを１と比較する（ステップＳｔ１１ａ）。ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１より大きい場合（ステップＳｔ１１ａのＹｅｓ）、式（２）の条件が満たされるため、加湿水量を制御する必要がないと判断して再びステップＳｔ１以降の各処理を実行する。
【００６３】
ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１以下である場合（ステップＳｔ１１ａのＮｏ）、式（２）の条件が満たされていないため、式（２）の条件を満たす加湿水量に応じた開度Ｖｍ，Ｖｄを加湿水量マップデータに基づき決定する（ステップＳｔ１２ａ）。次にＥＣＵ１は、決定した開度Ｖｍ，Ｖｄとなるように加湿バルブ４０及びバイパスバルブ４１を制御する（ステップＳｔ１３ａ）。
【００６４】
より具体的には、ＥＣＵ１は、加湿バルブ４０の開度Ｖｍを大きくし、バイパスバルブ４１の開度Ｖｄを小さくすることにより、加湿装置３２を経由する酸化剤ガスの流量を増加させて加湿水量を増加させる。これにより、水分比Ｒが大きくなって式（２）の条件が満たされる。
【００６５】
このように、ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１より大きくなるように酸化剤ガスの加湿水量を制御する。このため、燃料電池スタック２の発電で生ずる生成水が液水となるため、反応熱が増加することにより燃料電池スタック２の温度低下が抑制される。
【００６６】
（第２実施例）
ＥＣＵ１は、式（１）の条件が満たされるように飽和水蒸気量を制御する。飽和水蒸気量は燃料電池スタック２の温度に応じて変化するため、ＥＣＵ１は、ポンプ４２の回転数Ｎを低下させることにより冷却水の流量を制御する。
【００６７】
図６は、第２実施例におけるＥＣＵ１の制御処理を示すフローチャートである。図６において、図３と共通する処理には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例では、式（１）の条件が満たされていない場合（ステップＳｔ１１のＮｏ）に実行されるステップＳｔ２１〜Ｓｔ２４の各処理が第１実施例とは異なる。
【００６８】
ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１以下となるように飽和水蒸気量の目標値を決定する（ステップＳｔ２１）。次にＥＣＵ１は、メモリ１１内の回転数マップデータを読み込む（ステップＳｔ２２）。回転数マップデータには、冷却水の出口及び入口の各温度Ｔｏｕｔ，Ｔｉｎの差分（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）とポンプ４２の回転数Ｎの対応関係が登録されている。
【００６９】
次にＥＣＵ１は、飽和水蒸気量の目標値に基づいて回転数マップデータから回転数Ｎを取得する（ステップＳｔ２３）。このとき、ＥＣＵ１は、例えば、図４に示される飽和水蒸気圧曲線から、飽和水蒸気圧の目標値に応じた温度Ｔｏｕｔを取得し、温度Ｔｏｕｔと入口温度センサ５２の温度Ｔｉｎの差分（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）を算出する。そして、ＥＣＵ１は、差分（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）に対応する回転数Ｎを取得する。次にＥＣＵ１は、取得した回転数Ｎとなるようにポンプ４２を制御する（ステップＳｔ２４）。
【００７０】
より具体的には、ＥＣＵ１は、回転数Ｎを減少させることにより冷却水の流量を減少させて冷却水の出口の温度Ｔｏｕｔを上昇させる。冷却水の出口の温度Ｔｏｕｔが上昇すると、燃料電池スタック２内の熱伝導により酸化剤ガスの出口の温度も上昇する。これにより、酸化剤ガスの出口における飽和水蒸気量が増加して目標値に到達し、水分比Ｒが小さくなるため、式（１）の条件が満たされる。
【００７１】
なお、冷却水の出口と酸化剤ガスの出口は、熱伝導が容易となるように互いに近い位置に設けられるのが好ましい。また、式（１）の条件が満たされることにより反応熱が減少するため、その減少による昇温の抑制の効果は、燃料電池スタック２全体で見れば、酸化剤ガスの出口の温度の上昇分を上回る。
【００７２】
その後、再びステップＳｔ３以降の各処理が実行される。このとき、ＥＣＵ１は、式（１）の条件が満たされると判定すると（ステップＳｔ１１のＹｅｓ）、制御を終了して再びステップＳｔ１以降の各処理を実行する。このようにして、ＥＣＵ１は制御処理を実行する。
【００７３】
このように、ＥＣＵ１は、水分比Ｒが１以下となるように飽和水蒸気量の目標値を決定し、飽和水蒸気量が目標値に近づくように冷却水の流量を制御する。このため、燃料電池スタック２の発電で生ずる生成水が全て水蒸気となるため、反応熱が減少することにより燃料電池スタック２の昇温が抑制される。
【００７４】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１      ＥＣＵ（制御装置）
２      燃料電池スタック（燃料電池）
３２      加湿装置
３４      冷却装置
４０      加湿バルブ
４１      バイパスバルブ４１
【図１】
2020057552.tif 000003
【図２】
2020057552.tif 000004
【図３】
2020057552.tif 000005
【図４】
2020057552.tif 000006
【図５】
2020057552.tif 000007
【図６】
2020057552.tif 000008