(57)【要約】【課題】液水の生成量を予測することができる燃料電池システム及び液水量予測方法を得る。【解決手段】燃料電池システム１０は、水素と酸素との化学反応により発電が行われると共に生成水及び排気が排出される燃料電池スタックと、燃料電池スタックの発電電流量と、燃料電池スタックへ供給される空気の量と、この空気の温度及び相対湿度と、燃料電池スタックから排出される排気の温度と、この排気の圧力とに基づいて前記生成水のうちの液水の量を予測する液水量予測部５６と、を有する。【選択図】図６
2020017356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素との化学反応により発電が行われると共に生成水及び排気が排出される燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの発電電流量と、前記燃料電池スタックへ供給される空気の量と、前記空気の温度と、前記空気の相対湿度と、前記燃料電池スタックから排出される排気の温度と、前記排気の圧力とに基づいて前記生成水のうちの液水の量を予測する液水量予測部と、
を有する燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池スタックから排出された液水が貯水される貯水タンクと、
前記燃料電池スタックと前記貯水タンクとを連結する排水管に設けられたバルブと、
前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、
を備え、
前記バルブ制御部は、前記液水量予測部によって予測された液水量が多くなるほど、前記バルブの開度を大きくさせ、前記液水量予測部によって予測された液水量が少なくなるほど、前記バルブの開度を小さくさせる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記貯水タンクに貯水された液水を車両の熱交換器へ噴射させる噴射部を備えた請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
水素と酸素との化学反応により発電が行われると共に生成水及び排気が排出される燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに適用される液水量予測方法であって、
前記燃料電池スタックの発電電流量と、前記燃料電池スタックへ供給される空気の量と、前記空気の温度と、前記空気の相対湿度と、前記燃料電池スタックから排出される排気の温度と、前記排気の圧力とに基づいて前記生成水のうちの液水の量を予測する液水量予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及び液水量予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池システムが開示されており、発電時に生成された液水がキャッチタンクに貯留される構成となっている。また、この特許文献１では、発電電流積算値を基に予測生成水量を算出し、この予測結果からキャッチタンクに貯留されている生成水量が閾値以上となったと判断された場合にドレン弁を開弁する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のように発電電流積算値のみに基づいて生成水量を予測する場合では、水蒸気と液水とを合わせた生成水量しか予測することができない。このため、液水の生成量を予測する観点で改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、生成水のうちの液水の生成量を予測することができる燃料電池システム及び液水量予測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の燃料電池システムは、水素と酸素との化学反応により発電が行われると共に生成水及び排気が排出される燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの発電電流量と、前記燃料電池スタックへ供給される空気の量と、前記空気の温度と、前記空気の相対湿度と、前記燃料電池スタックから排出される排気の温度と、前記排気の圧力とに基づいて前記生成水のうちの液水の量を予測する液水量予測部と、を有する。
【０００７】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池スタックで水素と酸素との化学反応が起こって発電が行われ、生成水及び排気が排出される。ここで、燃料電池システムは液水量予測部を備えており、この液水量予測部は、燃料電池スタックの発電電流量、供給される空気量、空気の温度、空気の相対湿度、排気温度及び排気圧力に基づいて生成される液水量を予測する。このようにして、燃料電池スタックの発電電流量に対して、燃料電池スタックへ供給される空気の量及び相対湿度といった供給側の情報、及び燃料電池スタックから排出される排気の温度及び排気圧といった排気側の情報を加えることで、生成水のうちの液水の量を予測することができる。
【０００８】
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１において、前記燃料電池スタックから排出された液水が貯水される貯水タンクと、前記燃料電池スタックと前記貯水タンクとを連結する排水管に設けられたバルブと、前記バルブの開度を制御するバルブ制御部と、を備え、前記バルブ制御部は、前記液水量予測部によって予測された液水量が多くなるほど、前記バルブの開度を大きくさせ、前記液水量予測部によって予測された液水量が少なくなるほど、前記バルブの開度を小さくさせる。
【０００９】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、燃料電池スタックから排出された液水を貯水する貯水タンクを備えている。また、燃料電池スタックと貯水タンクとが排水管によって連結されており、この排水管にはバルブが設けられている。そして、バルブ制御部によってバルブの開度が制御されるようになっており、このバルブ制御部は、液水量予測部で予測された液水量が多いほど、バルブの開度を大きくさせる。これにより、生成された液水量が多い場合には、バルブの開度が大きくされることで、排水管の流路断面積が大きくなり、生成された液水が貯水タンクに貯水されずに大気へ排出されるのを抑制することができる。また逆に、バルブ制御部は、液水量予測部で予測された液水量が少なくなるほど、バルブの開度を小さくさせる。これにより、生成された液水量が少ない場合には、バルブの開度が小さくされることで、排水管の流路断面積が小さくなり、貯水タンクへ液水以外の気体等が入り込むのを抑制することができる。
【００１０】
請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項２において、貯水タンクに貯水された液水を車両の熱交換器へ噴射させる噴射部を備えている。
【００１１】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、生成された液水を車両の熱交換器へ噴射させることで、熱交換を促進させることができる。
【００１２】
請求項４に記載の液水量予測方法は、水素と酸素との化学反応により発電が行われると共に生成水及び排気が排出される燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに適用される液水量予測方法であって、前記燃料電池スタックの発電電流量と、前記燃料電池スタックへ供給される空気の量と、前記空気の温度と、前記空気の相対湿度と、前記燃料電池スタックから排出される排気の温度と、前記排気の圧力とに基づいて前記生成水のうちの液水の量を予測する。
【００１３】
請求項４に記載の液水量予測方法では、燃料電池スタックの発電電流量、供給される空気量、空気の温度、空気の相対湿度、排気温度及び排気圧力に基づいて生成される液水量を予測する。このようにして、燃料電池スタックの発電電流量に対して、燃料電池スタックへ供給される空気の量及び相対湿度といった供給側の情報、及び燃料電池スタックから排出される排気の温度及び排気圧といった排気側の情報を加えることで、生成水のうちの液水の量を予測することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、請求項１に記載の燃料電池システム及び請求項４に記載の液水量予測方法によれば、液水の生成量を予測することができる。
【００１５】
請求項２に記載の燃料電池システムによれば、効果的に貯水タンクへ液水を貯水することができる。
【００１６】
請求項３に記載の燃料電池システムによれば、熱交換器の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を概略的に示す概略図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムの第１変形例を示す、図１に対応する概略図である。
【図３】実施形態に係る燃料電池システムの第２変形例を示す、図１に対応する概略図である。
【図４】実施形態に係る燃料電池システムの第３変形例を示す、図１に対応する概略図である。
【図５】全圧と液水の割合との関係の一例を示すグラフである。
【図６】実施形態に係る燃料電池システムの概略ブロック図である。
【図７】実施形態に係る液水量予測方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】液水量予測方法の他の例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】
【００１８】
（全体構成）
実施形態に係る燃料電池システム１０について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、車両に搭載されており、燃料電池スタック１２を備えている。
【００１９】
本実施形態の燃料電池スタック１２は、水素及び空気が供給されることによって発電する電池である。具体的には、燃料電池スタック１２は、複数のセルを備えており、水素がセルの正極（アノード、燃料極）と正極側のセパレータとの間を流れ、酸素を含む空気がセルの負極（カソード、空気極）と負極側のセパレータとの間を流れる。そして、これらの水素と酸素との化学反応によって発電が行われる。また、燃料電池スタック１２からモータへ電力が供給されることによってモータが駆動される。
【００２０】
このとき、燃料電池スタック１２が発熱するため、燃料電池内に冷却水を流して燃料電池スタック１２で生じた熱を吸収する構成となっている。また、燃料電池スタック１２による発電に伴い、酸素及び窒素を含む排気と、液水及び水蒸気を含む生成水が排出される。
【００２１】
燃料電池スタック１２には、図示しない水素タンクから水素が供給される水素供給管１４が接続されている。また、燃料電池スタック１２には、空気が供給される空気供給管１６が接続されており、この空気供給管１６には図示しないエアコンプレッサが設けられている。そして、水素供給管１４から燃料電池スタック１２へ供給された水素ガスと、空気供給管１６から燃料電池スタック１２へ供給された空気中の酸素とを反応させる。
【００２２】
また、燃料電池スタック１２には、第１排気管１７の一端側が接続されており、この第１排気管１７には未反応の水素ガスが流れる。また、第１排気管１７の他端部は、大気に開放されているため、未反応の水素ガスが大気に放出される構造となっている。なお、未反応の水素ガスが放出される量は微量であり、燃焼に必要な濃度には到達しない。
【００２３】
燃料電池スタック１２には、第２排気管１８の一端側が接続されている。この第２排気管１８は、生成された酸素や窒素等の排気が排出される排気管であり、第２排気管１８の他端側は、気液分離器２０に接続されている。なお、第２排気管１８には、酸素や窒素に加えて、水蒸気及び液水を含む生成水が流れるようになっている。
【００２４】
気液分離器２０には、第３排気管２２及び排水管２６が接続されている。第３排気管２２は、気液分離器２０によって分離された気体が流れる排気管であり、大気に開放されている。このため、第３排気管２２を流れた気体が大気へ放出されるようになっている。また、第３排気管２２には調圧バルブ２４が設けられており、この調圧バルブ２４を操作することで、第３排気管２２が開閉される。このため、任意のタイミングで気体を大気へ放出させることができるように構成されている。
【００２５】
排水管２６は、気液分離器２０によって分離された液水が流れるようになっており、この排水管２６は貯水タンク３０に接続されている。また、排水管２６には排水バルブ２８が設けられており、この排水バルブ２８を操作することで排水管２６が開閉される。
【００２６】
貯水タンク３０は、排水管２６を流れた液水が貯水されるタンクであり、この貯水タンク３０には送液管３２の一端側が接続されている。送液管３２の他端側は、熱交換器としてのラジエータ３８の近傍に位置しており、この送液管３２の他端部には噴射部３６が設けられている。噴射部３６は、ノズル等を含んで構成されており、貯水タンク３０に貯水された液水が送液管３２を通って噴射部３６からラジエータ３８へ噴射されるように構成されている。また、送液管３２には送液ポンプ３４が設けられており、この送液ポンプ３４を操作することで、送液管３２内の液水が噴射部３６へ送液されるように構成されている。
【００２７】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１０における制御部分の一例について説明する。図６に示されるように、燃料電池システム１０は、コンピュータ５０を備えている。コンピュータ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各処理ルーチンを実現するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、記憶手段としてのメモリ、ネットワークインタフェース等を含んで構成されている。
【００２８】
また、コンピュータ５０は、機能的には、情報取得部５２と、情報記憶部５４と、液水量予測部５６と、情報出力部５８と、ポンプ制御部６０と、バルブ制御部６２とを備えている。
【００２９】
情報取得部５２は、燃料電池スタック１２から種々の情報を取得する。具体的には、情報取得部５２は、燃料電池スタック１２の発電電流量、燃料電池スタック１２へ供給される空気の量、燃料電池スタック１２へ供給される空気の温度、この空気の相対湿度、燃料電池スタック１２から排出される排気の温度、燃料電池スタック１２から排出される排気の圧力等を取得する。これらの情報は、図示しない複数のセンサによって計測されており、計測された計測値を情報取得部５２が取得する。
【００３０】
情報記憶部５４は、情報取得部５２で取得された情報を記憶する。また、情報記憶部５４には、数式等の情報が格納されている。液水量予測部５６は、情報取得部５２で取得された情報に基づいて生成される液水量を予測する。このときに用いられる予測式の詳細については後述する。
【００３１】
情報出力部５８は、液水量予測部５６で予測された液水量をポンプ制御部６０及びバルブ制御部６２へ出力する。また、車両のインストルメントパネルに配置した図示しないディスプレイ等の表示部へ出力させてもよい。
【００３２】
ポンプ制御部６０は、送液ポンプ３４の制御を行う。すなわち、ポンプ制御部６０によって送液ポンプ３４を作動させることで、送液管３２内の液水が噴射部３６へ送液されて噴射部３６からラジエータ３８へ液水が噴射される。
【００３３】
バルブ制御部６２は、調圧バルブ２４及び排水バルブ２８の制御を行う。すなわち、バルブ制御部６２によって調圧バルブ２４を開くことで、第３排気管２２内の排気が大気へ放出される。また、バルブ制御部６２によって排水バルブ２８を開くことで、排水管２６内の液水が貯水タンク３０へ貯水される。なお、本実施形態では、バルブ制御部６２によって排水バルブ２８の開度を全開と全閉との間の任意の開度に調整できるように構成されている。
【００３４】
（液水量の予測方法）
次に、燃料電池スタック１２で生成された液水量の予測方法について説明する。始めに、燃料電池スタック１２における反応式は、以下のようになる。このとき、水素消費量を１００％とし、水素消費量に対する吸入酸素のモル比をｋとしている。
2020017356.tif 000003
【００３５】
上記の反応式における１．８８は、空気中のモル比を示した係数であり、空気中では、Ｎ２とＯ２とが約０．７９：０．２１の割合となっていることに基づいている。
【００３６】
ここで、排気中の水蒸気モル流量をｎＳＴ（ｍｏｌ／ｓｅｃ）、排気中の窒素モル流量をｎＮ２（ｍｏｌ／ｓｅｃ）、排気中の酸素モル流量をｎＯ２（ｍｏｌ／ｓｅｃ）、排気の圧力をＰ（ｋＰａ）、排気温度Ｔ（℃）での飽和蒸気圧をＰＳＴ（ｋＰａ）としたときに、ドルトンの分圧の法則より以下の数式（１）が導かれる。
【００３７】
【数１】
2020017356.tif 000004
・・・・・（１）
【００３８】
また、Ｔｅｔｅｎｓの実験式より、飽和蒸気圧ＰＳＴ（ｋＰａ）は、以下の数式（２）のように表される。
【００３９】
【数２】
2020017356.tif 000005
・・・・・（２）
【００４０】
続いて、吸気の相対湿度をφ（％）、吸気温度をＴＨ（℃）とすると、吸気の水蒸気圧ＰＨ（ｋＰａ）は、ＰＨ＝ＰＳＴ×φ／１００となるため、以下の数式（３）で表される。
【００４１】
【数３】
2020017356.tif 000006
・・・・・（３）
【００４２】
また、吸気中の水蒸気モル流量をｎＨ（ｍｏｌ／ｓｅｃ）、水素消費流量をｎ（ｍｏｌ／ｓｅｃ）とすると、この水蒸気モル流量ｎＨは、吸気の水蒸気圧ＰＨを用いて以下の数式（４）で表される。なお、以下の数式（４）におけるＰａは、大気圧である。
【００４３】
【数４】
2020017356.tif 000007
・・・・・（４）
【００４４】
ここで、排気中の液水量ｎＬｉｑは、生成水量−（飽和水蒸気量−吸気中の水蒸気量）によって求められるため、以下の数式（５）で表すことができる。
【００４５】
【数５】
2020017356.tif 000008
・・・・・（５）
【００４６】
なお、吸入酸素のモル比ｋについて、理想的な水素と酸素との化学反応が起きる場合にはｋ＝０．５となるが、実際には種々の条件により変動する。例えば、燃料電池スタック１２の性能、温度又は劣化度合いによって変動する。また、要求される出力、環境温度等の要因によっても変動する。このため、例えば、予め電池単体と燃料電池システム１０との特性を把握し、ｋの値のマップを作成しておき、液水を回収するタイミングで種々の条件に従ってマップからｋ値を読み取る方法を採用し得る。また、他の方法として、水素と酸素との吸入量を計測しておき、この計測結果からｋ値を算出してもよい。
【００４７】
ここで、仮に吸入酸素のモル比ｋを１とし、吸気の相対湿度φが０（％）であった場合、上記数式（５）にｋ＝１を代入し、φ＝０を代入すれば、以下の数式（６）となる。
【００４８】
【数６】
2020017356.tif 000009
・・・・・（６）
【００４９】
上記の数式（６）の内容から、ｋ＝１かつφ＝０の場合における液水の割合との全圧との関係は、図５に示される通りである。この図５において、排気温度が６５（℃）の状態における液水の割合と全圧との関係が実線Ｌ１で示されており、排気温度が７５（℃）の状態における液水の割合と全圧との関係が一点鎖線Ｌ２で示されている。また、排気温度が８５（℃）の状態における液水の割合と全圧との関係が二点鎖線Ｌ３で示されており、排気温度が９５（℃）の状態における液水の割合と全圧との関係が破線Ｌ４で示されている。このため、例えば、排気温度が６５（℃）の場合における全圧２５０（ｋＰａ）時の液水の割合は、実線Ｌ１から８０（％）程度となることが分かる。以上のようにして、燃料電池スタック１２で生成される液水の量を予測することができる。
【００５０】
図７のフローチャートを用いて、生成される液水量の予測方法の一例について説明する。始めに、ステップ１０２では、発電電流量及び吸気量（燃料電池スタック１２へ供給される空気の量）をセンサ等により計測する。なお、ここでいう発電電流量は、水素ガスの消費量に比例するため、水素ガスの消費量から発電電流量を求めてもよい。
【００５１】
次に、ステップ１０４では、燃料電池スタック１２へ供給される空気の温度ＴＨ（℃）と、燃料電池スタック１２へ供給される空気の相対湿度φ（％）と、燃料電池スタック１２から排出される排気の温度Ｔ（℃）及び燃料電池スタック１２から排出される排気の圧力Ｐ（ｋＰａ）をセンサ等により計測する。
【００５２】
続くステップ１０６では、ｋ値を設定する。ここでは一例として、予め設定されたｋ値のマップから条件に応じたｋ値を読み取ることで、ｋ値が設定される。
【００５３】
最後に、ステップ１０８では、上記の数式（１）〜（５）に計測値を代入することで生成される予定の液水量を算出する。
【００５４】
ここで、図６に示されるバルブ制御部６２は、液水量予測部５６で予測された液水量に応じて排水バルブ２８の開度を制御する。具体的には、図１において、予測された液水量が多くなるほど排水バルブ２８の開度を大きくして排水管２６の流路断面積を大きくする。また逆に、バルブ制御部６２は、液水量予測部５６で予測された液水量が少なくなるほど、排水バルブ２８の開度を小さくして排水管２６の流路断面積を小さくする。
【００５５】
一方、図６に示されるポンプ制御部６０は、貯水タンク３０（図１参照）に貯水された液水が一定以上の場合で、ラジエータ３８の熱交換を促す必要が生じた場合に作動されるように送液ポンプ３４を制御する。
【００５６】
ここで、液水量予測部５６で予測された液水量と、送液ポンプ３４を作動することで送液された液水量とに基づいて、貯水タンク３０に貯水されている液水量、及び貯水タンク３０に貯水される予定の液水量を把握する。
【００５７】
（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５８】
本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池スタック１２の発電電流量、供給される空気量、空気の温度、空気の相対湿度、排気温度及び排気圧力に基づいて生成される液水量を予測する。このように、燃料電池スタック１２の発電電流量に対して、燃料電池スタック１２へ供給される空気の量、温度及び相対湿度といった供給側の情報、及び燃料電池スタック１２から排出される排気の温度及び排気圧といった排気側の情報を加えることで、発電電流量のみに基づいて生成水量を予測する方法と比較して、生成水のうちの液水の量を正確に予測することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、図１に示されるように、燃料電池スタック１２から排出された液水を貯水する貯水タンク３０を備えている。また、燃料電池スタック１２と貯水タンク３０とが排水管２６によって連結されており、この排水管２６には排水バルブ２８が設けられている。そして、予測された液水量が多いほど排水管２６の流路断面積が大きくなるように排水バルブ２８の開度が制御される。これにより、生成された液水量が多い場合には、排水バルブ２８の開度を大きくすることで、生成された液水の一部が貯水タンク３０に貯水されずに第３排気管２２から大気へ排出されるのを抑制することができる。
【００６０】
また逆に、生成された液水量が少ない場合には、排水バルブ２８の開度を小さくすることで、貯水タンク３０へ水蒸気等の気体が入り込むのを抑制することができる。すなわち、排水バルブ２８の開度が大きい場合、生成された気体の一部が第２排気管１８から貯水タンク３０へ流れる可能性がある。これに対して、本実施形態では上記のように排水バルブ２８を制御することで、貯水タンク３０へ気体が入り込むのを抑制できる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、生成された液水をラジエータ３８へ噴射させるため、ラジエータ３８での熱交換を促進させることができる。すなわち、走行中に燃料電池スタック１２の負荷が大きくなる状況では、燃料電池スタック１２が高温となる場合がある。このような場合に、冷却水で燃料電池スタック１２を冷却するには、ラジエータ３８での熱交換を効果的に行う必要がある。本実施形態のようにラジエータ３８へ液水を噴射させることで、液水の蒸発熱等によってラジエータ３８の温度を下げることが可能となり、熱交換を促進することができる。
【００６２】
なお、図１の構造に限定されず、図２〜４に示される変形例の構成を採用してもよい。
【００６３】
（第１変形例）
図２に示されるように、本変形例に係る燃料電池システム７０は、調圧バルブ２４の位置が異なっている点を除いて実施形態と同様の構造である。
【００６４】
本変形例の調圧バルブ２４は、燃料電池スタック１２と気液分離器２０とを連結する第２排気管１８に設けられている。このため、調圧バルブ２４を閉弁すれば、燃料電池スタック１２で未反応だった酸素と、燃料電池スタック１２を通過した窒素を含む排気及び燃料電池スタック１２で生成された生成水を気液分離器２０へ流れなくさせることができる。
【００６５】
（第２変形例）
図３に示されるように、本変形例に係る燃料電池システム８０は、第１排気管１７の接続位置が異なっている点を除いて実施形態と同様の構造である。
【００６６】
本変形例の第１排気管１７の一端側は、燃料電池スタック１２に接続されている。一方、第１排気管１７の他端側は、第３排気管２２に接続されている。具体的には、第１排気管１７の他端側は、第３排気管２２における調圧バルブ２４よりも下流に接続されている。
【００６７】
このため、燃料電池スタック１２で未反応だった水素ガスは、気液分離器２０から第３排気管２２へ流れた排気と共に大気へ放出される。
【００６８】
（第３変形例）
図４に示されるように、本変形例に係る燃料電池システム９０は、調圧バルブ２４の位置、及び第１排気管１７の接続位置が異なっている点を除いて実施形態と同様の構造である。
【００６９】
本変形例の調圧バルブ２４は、燃料電池スタック１２と気液分離器２０とを連結する第２排気管１８に設けられている。また、第１排気管１７は、第２排気管１８に接続されている。具体的には、第１排気管１７は、第２排気管１８における調圧バルブ２４よりも下流に接続されている。
【００７０】
このため、燃料電池スタック１２で未反応だった水素ガスは、燃料電池スタック１２から第２排気管１８へ流れた排気と共に気液分離器２０へ流れる。
【００７１】
以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、車両の走行中において、生成される液水量を予測する構造としたが、これに限定されず、車両の走行前に生成される液水量を予測するようにしてもよい。以下、この場合の一例について説明する。
【００７２】
予め目的地までのルートを設定し、このルートの通りに車両を走行させる自動運転機能を備えている車両について考える。このような車両では、ルートを設定することで、目的地までの距離や勾配等の情報が取得される。そして、この情報から燃料電池スタック１２の負荷が大きくなると予測されるポイントが把握される。一方で、走行する間に生成される液水量を予測すれば、燃料電池スタック１２の負荷が大きくなると予測されるポイントで効果的にラジエータ３８へ液水を噴射させることができる。
【００７３】
図８のフローチャートを用いて、車両の走行前に生成される液水量を予測する方法の一例を説明する。初めに、ステップ２０２では、乗員の操作によって目的地が設定される。このとき、コンピュータ５０は、設定された目的地から走行ルートを取得する。ここで、予め車両に記憶された地図情報から走行ルートを取得してもよいし、インターネットを経由して外部のサーバから走行ルートの情報を取得してもよい。
【００７４】
次に、ステップ２０４では、走行距離等から発電電流量及び吸気量を算出する。そして、ステップ２０６では、吸気の温度及び相対湿度、排気温度及び排気圧を予測する。このとき、インターネットを経由して外部サーバにアクセスすることで、走行ルートの任意の場所における外気温度や湿度等の情報を参照してもよい。
【００７５】
続くステップ２０８では、ｋ値を設定する。ここでは一例として、予め設定されたｋ値のマップから条件に応じたｋ値を読み取ることで、ｋ値が設定される。
【００７６】
最後に、ステップ２１０では、ステップ２０４〜ステップ２０８で取得された各パラメータを上記の数式（１）〜（５）に計測値を代入することで、生成される予定の液水量を算出する。
【００７７】
以上のように、走行前の段階で、走行中に生成される液水量を予測することができる。また、生成される液水量を予測することで、燃料電池スタック１２の負荷が大きくなるポイントでラジエータ３８へ十分な量の液水を噴射できるように、排水バルブ２８及び送液ポンプ３４を制御することができる。
【００７８】
また、上記実施形態及び変形例では、未反応の水素ガスを大気へ放出する構成としたが、これに限定されない。例えば、未反応の水素ガスを循環させて再び燃料電池スタック１２へ供給するようにしてもよい。
【００７９】
さらに、上記実施形態及び変形例では、燃料電池システムを車両に搭載した構造について説明したが、これに限定されない。水素と酸素との化学反応により発電が行われる燃料電池スタックを備えた燃料電池システムであれば、同様の効果を得ることができる。
【００８０】
さらにまた、上記実施形態及び変形例では、熱交換器の一例としてラジエータを備えた構造について説明したが、これに限定されない。例えば、車両の空調装置を循環する冷媒と外気との熱交換を行うコンデンサ等に適用してもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０      燃料電池システム
１２      燃料電池スタック
２６      排水管
２８      排水バルブ（バルブ）
３０      貯水タンク
３６      噴射部
３８      ラジエータ（熱交換器）
５６      液水量予測部
６２      バルブ制御部
７０      燃料電池システム
８０      燃料電池システム
９０      燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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