(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいてガスの露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制する技術を提供する。【解決手段】燃料電池評価システム１０００は、評価対象である燃料電池ＦＣと接続される供給配管２０１に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管１０，２０と、第１の分岐配管１０に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点計１３とを備える。第２の分岐配管２０は、第１の分岐配管１０から計測対象ガスの一部または全部をバイパスさせるためのバイパス配管として機能する。【選択図】図２
2010123336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、
前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部と、
を備え、
前記第２の分岐配管は、前記第１の分岐配管から前記計測対象ガスの一部または全部をバイパスさせるためのバイパス配管として機能する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第１と第２の分岐配管に流入するガス量を調整するための流量調整弁と、
前記計測対象ガスの温度を検出するガス温度検出部と、
前記流量調整弁を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記温度検出部の検出温度が許容温度範囲にある場合には、前記計測対象ガスの全てを前記第１の分岐配管に流入させ、前記検出温度が前記許容温度範囲から外れている場合には、前記計測対象ガスの一部または全部を前記第２の分岐配管にバイパスさせるバイパス処理を実行する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記ガス配管は、前記燃料電池の供給側に接続される供給用ガス配管であり、
前記露点温度検出部は、前記燃料電池の供給側における前記計測対象ガスの露点温度を検出する供給側露点温度検出部であり、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記燃料電池の排出側に接続される排出用ガス配管に設けられ、互いに並列な第３と第４の分岐配管と、
前記第３の分岐配管に流入する前記燃料電池の排出側における前記計測対象ガスの露点温度を検出する排出側露点温度検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記供給側露点温度検出部の検出値と、前記排出側露点温度検出部の検出値とを用いて前記燃料電池における水分収支を示す指標値を算出する特性評価を実行する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記計測対象ガスは、前記燃料電池システム内の水分をパージするためのパージ処理に用いられるパージガスを含み、
前記制御部は、前記燃料電池システムの停止前に前記パージ処理を実行するとともに、前記パージ処理の際には、前記温度検出部の検出温度に拘わらず、前記露点温度検出部の検出値が室温より高い場合には、前記パージガスを前記第１の分岐配管に流入させ、前記露点温度検出部の検出値が室温以下である場合には、前記パージガスを前記第２の分岐配管にバイパスさせるバイパス処理を実行する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第２の分岐配管に設けられ、前記供給側露点温度検出部とは計測範囲が異なる第２の供給側露点温度検出部と、
前記第４の分岐配管に設けられ、前記排出側露点温度検出部とは計測範囲が異なる第２の排出側露点温度検出部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部とを備える燃料電池システムの起動方法であって、
（ａ）前記計測対象ガスのガス温度を検出する工程と、
（ｂ）前記ガス温度が許容温度範囲にある場合には、前記第１の分岐配管へ前記計測対象ガスの全てを流入させ、前記ガス温度が前記許容温度範囲から外れる場合には、前記第２の分岐配管に前記計測対象ガスの一部または全部をバイパスさせる工程と、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
【請求項７】
燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部とを備える燃料電池システムの停止方法であって、
（ａ）前記第１の分岐配管をドライパージする工程と、
（ｂ）前記露点温度検出部により、前記工程（ａ）のドライパージに用いられるパージガスの露点温度を検出する工程と、
（ｃ）前記パージガスの露点温度が許容露点温度以下である場合には、前記第２の分岐配管に前記パージガスをバイパスさせて前記第２の分岐配管をドライパージする工程と、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す。そのため、発電中の燃料電池の内部は、適度な湿潤状態に保持されていることが好ましい。そこで、燃料電池システムにおいては、燃料電池に加湿した反応ガスを供給しつつ、その加湿量を制御するために反応ガスの露点温度を検出するものがある（特許文献１等）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０４７１５４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４６８５５号公報
【０００４】
ところで、一般に、反応ガスの露点温度を検出するためには、反応ガスの温度をその露点温度よりある程度（例えば２０℃）高い状態にした上で検出する。しかし、反応ガスの温度が露点温度より著しく高くなる場合（例えば、露点温度より３０℃程度高くなる場合）には、当該センサ素子が反応ガスからの熱により劣化する可能性がある。なお、こうした問題は、燃料電池に供給される反応ガスの露点温度を計測する場合に限られず、気体の露点温度を計測する場合に共通する問題であった。しかし、これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされていなかったのが実情であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池システムにおいてガスの露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制する技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
燃料電池システムであって、燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部とを備え、前記第２の分岐配管は、前記第１の分岐配管から前記計測対象ガスの一部または全部をバイパスさせるためのバイパス配管として機能する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、露点温度検出部に供給される計測対象ガスのガス量を、第２の分岐配管にバイパスさせる分だけ低減できる。従って、露点温度検出部が、計測対象ガスから受ける負荷を低減できるため、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第１と第２の分岐配管に流入するガス量を調整するための流量調整弁と、前記計測対象ガスの温度を検出するガス温度検出部と、前記流量調整弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記温度検出部の検出温度が許容温度範囲にある場合には、前記計測対象ガスの全てを前記第１の分岐配管に流入させ、前記検出温度が前記許容温度範囲から外れている場合には、前記計測対象ガスの一部または全部を前記第２の分岐配管にバイパスさせるバイパス処理を実行する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、許容温度範囲から外れる温度を有する計測対象ガスの一部または全部を第２の分岐配管にバイパスできる。従って、露点温度検出部が、許容温度範囲から外れる温度を有する計測対象ガスから受ける負荷を低減できるため、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【０００９】
［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池システムであって、前記ガス配管は、前記燃料電池の供給側に接続される供給用ガス配管であり、前記露点温度検出部は、前記燃料電池の供給側における前記計測対象ガスの露点温度を検出する供給側露点温度検出部であり、前記燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池の排出側に接続される排出用ガス配管に設けられ、互いに並列な第３と第４の分岐配管と、前記第３の分岐配管に流入する前記燃料電池の排出側における前記計測対象ガスの露点温度を検出する排出側露点温度検出部とを備え、前記制御部は、前記供給側露点温度検出部の検出値と、前記排出側露点温度検出部の検出値とを用いて前記燃料電池における水分収支を示す指標値を算出する特性評価を実行する、燃料電池システム。
この燃料電池の特性評価をするための燃料電池評価システムによれば、燃料電池の特性評価において、供給側露点温度検出部及び排出側露点温度検出部が計測対象ガスから受ける負荷を低減できる。従って、燃料電池評価システムにおいて、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１０】
［適用例４］
適用例２または適用例３に記載の燃料電池システムであって、前記計測対象ガスは、前記燃料電池システム内の水分をパージするためのパージ処理に用いられるパージガスを含み、前記制御部は、前記燃料電池システムの停止前に前記パージ処理を実行するとともに、前記パージ処理の際には、前記温度検出部の検出温度に拘わらず、前記露点温度検出部の検出値が室温より高い場合には、前記パージガスを前記第１の分岐配管に流入させ、前記露点温度検出部の検出値が室温以下である場合には、前記パージガスを前記第２の分岐配管にバイパスさせるバイパス処理を実行する、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、第１の分岐配管に流れるパージガスが許容露点温度以下となったときにパージ処理の対象を第２の分岐配管に切り替えることができる。従って、第１の分岐配管に対してパージ処理が必要以上に実行されることを抑制でき、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１１】
［適用例５］
適用例３に記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第２の分岐配管に設けられ、前記供給側露点温度検出部とは計測範囲が異なる第２の供給側露点温度検出部と、前記第４の分岐配管に設けられ、前記排出側露点温度検出部とは計測範囲が異なる第２の排出側露点温度検出部とを備える、燃料電池システム。
この燃料電池システムによれば、計測範囲（計測レンジ）の異なる露点温度検出部を備えた２以上の並列な計測用配管が設けられているため、計測対象ガスの状態に応じて、計測対象ガスが流入する計測用配管を切り替えることができる。これによって、各露点温度検出部に対応した状態の計測対象ガスを適切に供給できるため、露点計が受ける負荷を軽減でき、その劣化を抑制できる。
【００１２】
［適用例６］
燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部とを備える燃料電池システムの起動方法であって、
（ａ）前記計測対象ガスのガス温度を検出する工程と、
（ｂ）前記ガス温度が許容温度範囲にある場合には、前記第１の分岐配管へ前記計測対象ガスの全てを流入させ、前記ガス温度が前記許容温度範囲から外れる場合には、前記第２の分岐配管に前記計測対象ガスの一部または全部をバイパスさせる工程と、
を備える、燃料電池システムの起動方法。
この燃料電池システムの起動方法によれば、システム起動時に、露点温度検出部に対して、許容温度範囲から外れる計測対象ガスの全部が供給されてしまうことを抑制できる。従って、露点温度検出部が計測対象ガスから受ける負荷を軽減できるため、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１３】
［適用例７］
燃料電池と接続されるガス配管に設けられ、互いに並列に分岐した第１と第２の分岐配管と、前記第１の分岐配管に流入する計測対象ガスの露点温度を検出する露点温度検出部とを備える燃料電池システムの停止方法であって、
（ａ）前記第１の分岐配管をドライパージする工程と、
（ｂ）前記露点温度検出部により、前記工程（ａ）のドライパージに用いられるパージガスの露点温度を検出する工程と、
（ｃ）前記パージガスの露点温度が許容露点温度以下である場合には、前記第２の分岐配管に前記パージガスをバイパスさせて前記第２の分岐配管をドライパージする工程と、
を備える、燃料電池システムの停止方法。
この燃料電池システムの停止方法によれば、露点温度検出部の検出した露点温度が許容露点温度以下である場合には、ドライパージの対象である配管を第２の分岐配管に切り替える。従って、許容露点温度に到達した後も第１の分岐配管に対してパージガスが供給され続けることを抑制でき、パージガスによって露点温度検出部が受ける負荷を低減でき、露点温度を計測するためのセンサ素子が劣化してしまうことを抑制できる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ガスの露点温度を計測する露点計測部を備える燃料電池システムや燃料電池評価システム、燃料電池システムや燃料電池評価システムの制御方法および制御装置、それらの制御方法または制御装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としての燃料電池評価システムの構成を示すブロック図である。図１は、燃料電池評価システム１０００に、評価対象である固体高分子型の燃料電池ＦＣが接続された状態を示している。この燃料電池評価システム１０００は、ユーザから入力された運転条件に従って燃料電池ＦＣを運転し、その運転状態に関する各種の計測値から燃料電池ＦＣの特性を示す指標値を算出するシステムである。燃料電池評価システム１０００は、ユーザインタフェース１００と、アノードガス供給部２００及びカソードガス供給部３００と、アノード排ガス排出部４００及びカソード排ガス排出部５００と、制御部６００とを備える。
【００１６】
ユーザインタフェース１００は、入力部１１０と表示部１２０とを備え、ユーザと制御部６００とのやりとりを仲介する。入力部１１０は、例えば、キーボードやタッチパネルによって構成することができ、ユーザから燃料電池ＦＣの運転条件（後述）の入力を受け付ける。表示部１２０は、例えば、モニタディスプレイにより構成され、制御部６００の指示により、ユーザに対して燃料電池ＦＣの特性に関する計測結果やシステムの操作に関する情報等を表示する。
【００１７】
アノードガス供給部２００は、燃料電池ＦＣのアノード側に接続された供給配管２０１を介して燃料電池ＦＣに燃料ガス（水素）を供給する。供給配管２０１には、その上流側から、燃料ガス供給源２１０と、加湿部２２０と、供給側露点計測部２３０と、入口側圧力計２４０とが設けられている。燃料ガス供給源２１０は、例えば、水素タンクによって構成でき、制御部６００の指示により、供給配管２０１に水素を導入する。なお、燃料ガス供給源２１０は、図示せざるレギュレータやマスフロメータ、逆止弁などを備えており、供給水素の圧力や流量を制御部６００の指示に応じて調整できる。
【００１８】
加湿部２２０は、制御部６００の指示に応じて燃料電池ＦＣに供給される水素を加湿する。加湿部２２０は、制御部６００により温度制御された温水２２１に加湿対象であるガスを通過させて加湿するバブラー方式の加湿器により構成される。加湿部２２０には、温水２２１の温度を検出する加湿温度検出部２２５が設けられている。加湿温度検出部２２５は、検出値を制御部６００へと送信する。なお、加湿部２２０を通過した直後の反応ガスは、加湿温度に対する飽和水蒸気に近い水蒸気量を含んでいる。
【００１９】
供給側露点計測部２３０は、加湿後の反応ガスの露点温度の実測値を検出し、制御部６００へと送信する。供給側露点計測部２３０の詳細な構成については後述する。入口側圧力計２４０は、燃料電池ＦＣの入口側の水素の圧力を計測し、その実測値を制御部６００へと送信する。
【００２０】
カソードガス供給部３００は、燃料電池ＦＣのカソード側に接続された供給配管３０１を介して燃料電池ＦＣに酸化ガス（酸素）を供給する。供給配管３０１には、その上流側から、酸化ガス供給源３１０と、加湿部３２０と、供給側露点計測部３３０と、入口側圧力計３４０とが接続されている。酸化ガス供給源３１０は、例えば、エアコンプレッサによって構成され、制御部６００の指示により圧力制御された高圧空気を供給配管３０１に導入する。また、酸化ガス供給源３１０は、マスフロメータ（図示せず）を備えており、制御部６００の指示により、高圧空気の配管３０１への導入量を制御する。加湿部３２０は、アノードガス供給部２００の加湿部３２０と同様な構成であり、加湿に用いられる温水３２１と、その温度を検出する加湿温度検出部３２５とを備えている。なお、供給側露点計測部３３０及び入口側圧力計３４０についても、アノードガス供給部２００の供給側露点計測部２３０及び入口側圧力計２４０と同様な構成である。
【００２１】
アノード排ガス排出部４００及びカソード排ガス排出部５００はそれぞれ、燃料電池ＦＣのアノード側及びカソード側に接続された排出配管４０１，５０１を介して反応に供されることのなかった反応ガスを含む排ガスを燃料電池ＦＣの外部に排出する。アノード排ガス排出部４００の排出配管４０１には上流側から、燃料電池ＦＣの排出側のガスの圧力（背圧）の実測値を計測するための出口側圧力計４１０と、排ガスの露点温度を計測するための排出側露点温度計測部４２０と、制御部６００の指示に従って背圧を調整するための背圧調整弁４３０とが設けられている。出口側圧力計４１０及び排出側露点計測部４２０はその計測値を制御部６００に送信する。
【００２２】
カソード排ガス排出部５００は、燃料電池ＦＣのカソード側に接続された排出配管５０１を介して反応に供されることのなかった酸化ガスを含むカソード排ガスを燃料電池ＦＣの外部に排出する。カソード排ガス排出部５００の排出配管５０１には上流側から、出口側圧力計５１０と、排出側露点温度計測部５２０と、背圧調整弁５３０とが設けられている。出口側圧力計５１０及び排出側露点温度計測部５２０、背圧調整弁５３０については、アノード排ガス排出部４００の出口側圧力計４１０及び排出側露点温度計測部４２０、背圧調整弁４３０と同様であるため説明を省略する。
【００２３】
なお、本明細書中において、システム内を流通し、ガス供給部２００，３００や排ガス排出部４００，５００において圧力や露点温度の計測対象となるガスを「計測対象ガス」と呼ぶ。本実施例では、この計測対象ガスには、燃料電池ＦＣに供給される反応ガス及びアノード排ガス、カソード排ガスが含まれる。
【００２４】
制御部６００は、中央演算処理装置及び主記憶装置を備えるマイクロコンピュータによって構成することができる。制御部６００は、ユーザが入力部１１０を介して入力した運転条件に応じて、上述のガス供給部２００，３００や排ガス排出部４００，５００を制御し、燃料電池ＦＣに供給される反応ガスの状態を変化させつつ、燃料電池ＦＣに発電させる。また、制御部６００は、計測対象ガスの流量や圧力、露点温度などのガス状態値を用いて、燃料電池ＦＣの特性を示す指標値を算出する。具体的には、制御部６００は、供給側露点計測部２３０，３３０の計測値と排出側露点計測部４２０，５２０の計測値との差を用いて燃料電池ＦＣにおける水分収支を示す指標値を算出することができる。より具体的には、例えば、アノードとカソードとの間の水分の移動量を算出することができる。さらに、制御部６００は、入口側圧力計２４０，３４０の計測値と出口側圧力計４１０，５１０の計測値とを用いて燃料電池ＦＣにおける計測対象ガスの圧力損失を算出することができる。なお、制御部６００は、これらの算出結果を表示部１２０に表示する。
【００２５】
なお、この燃料電池評価システム１０００の燃料電池ＦＣと供給側露点計測部２３０，３３０との間には、反応ガスの温度を制御するための入口側ガス温度制御機構が設けられているものとしても良い。また、燃料電池ＦＣと出口側圧力計４１０，５１０との間には、排ガス中に含まれる水蒸気の結露を抑制するために排ガスを加熱する排ガス温度制御機構が設けられているものとしても良い。
【００２６】
図２は、アノードガス供給部２００の供給側露点計測部２３０の構成を示す概略図である。なお、他の露点計測部３３０，４２０，５２０の構成も図２に示す構成と同様であるため、説明を省略する。供給側露点計測部２３０は、供給配管２０１から上流側三方弁２０２によって分岐した第１の分岐配管１０と第２の分岐配管２０とを有する。第１と第２の分岐配管１０，２０はそれぞれ、下流側三方弁２０３によって下流側において再び供給配管２０１と合流する。
【００２７】
第１の分岐配管１０には上流側から、温度検出部１２と、露点計１３と、圧力計１４と、流量計１５とが設けられている。ところで、露点計１３の上流側の供給配管２０１及び第１の分岐配管１０には電熱線を巻き付けることにより、配管ヒータ１１が設けられている。配管ヒータ１１は、制御部６００の指示により供給配管２０１や第１の分岐配管１０に流入する計測対象ガスを加熱する。配管ヒータ１１によって計測対象ガスを加熱する理由は後述する。なお、配管ヒータ１１は、他の部位の配管にも設けられるものとしても良い。配管ヒータ１１は少なくとも、露点計１３の入口側近傍に設けられていることが好ましい。
【００２８】
温度検出部１２は、配管ヒータ１１によって加熱された露点計１３の近傍における計測対象ガスの温度の実測値を検出し、制御部６００へと送信する。露点計１３は、例えば、高分子容量式露点計によって構成できる。ここで、高分子容量式露点計とは、露点温度を計測するためのセンサ素子が、高分子膜を誘電体とした一種のコンデンサとして形成された露点計である。高分子容量式露点計は、高分子膜の湿潤状態に応じた静電容量の変化を露点温度の変化として計測する。圧力計１４及び流量計１５は、第１の分岐配管１０に流入する計測対象ガスの圧力と流量とを計測する。露点計１３及び圧力計１４、流量計１５の計測値はいずれも制御部６００へと送信される。圧力計１４の計測値は、計測対象ガス中の水蒸気量を算出する際に用いられ、流量計１５の計測値は計測用配管１０へ流入する反応ガスの流量の制御に用いられる。以後、この第１の分岐配管１０を「計測用配管１０」と呼ぶ。
【００２９】
第２の分岐配管２０には流量調整弁２２が設けられている。流量調整弁２２は、例えば、ボールバルブによって構成することができる。制御部６００は、計測用配管１０の流量計１５の実測値に基づいて、この流量調整弁２２の開度を制御することにより、第１と第２の分岐配管１０，２０のそれぞれに流入する計測対象ガスのガス流量の比率を制御する。即ち、制御部６００は、供給側露点計測部２３０に供給された計測対象ガスの一部または全部を、第２の分岐配管２０に流入させることにより、第１の分岐配管１０からバイパスさせることができる。以後、この第２の分岐配管２０を「バイパス配管２０」と呼ぶ。
【００３０】
図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、露点計測部２３０の計測用配管１０及びバイパス配管２０における計測対象ガスの流れを説明するための説明図である。図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ、計測対象ガスの流れを示す矢印が図示されており、計測対象ガスが導通していない配管を破線で図示している点以外は、図２とほぼ同じである。
【００３１】
図３（Ａ）は、２つの三方弁２０２，２０３の全てのポートが開放されることにより、計測対象ガスの一部をバイパス配管２０へとバイパスさせた状態を示している。以後、この状態を「バイパス配管２０が接続された状態」と呼ぶ。なお、このように計測対象ガスをバイパスさせる理由については後述する。一方、図３（Ｂ）は、２つの三方弁２０２，２０３のバイパス配管２０と接続されたポートを閉じることにより、計測対象ガスの全部が計測用配管１０に流入している状態を示している。以後、この状態を「バイパス配管２０が遮断された状態」と呼ぶ。図３（Ｃ）は、２つの三方弁２０２，２０３の計測用配管１０との接続ポートを閉じるとともに、バイパス配管２０の接続ポートを開き、計測対象ガスの全てがバイパス配管２０に流入する状態を示している。この状態を「計測用配管１０が遮断された状態」と呼ぶ。
【００３２】
図４は、燃料電池評価システム１０００の起動時における制御部６００の処理手順を示すフローチャートである。この燃料電池評価システム１０００では、システム起動時であって、燃料電池ＦＣの特性評価のための計測処理を実行する前に、以下に説明するシステム起動処理を実行する。なお、以下の説明において、制御部６００が実行する供給側露点計測部２３０に対する制御は、他の露点計測部３３０，４２０，５２０に対しても同様に実行されるが、その説明は省略する。
【００３３】
ステップＳ１００では、制御部６００は、供給側露点計測部２３０の計測用配管１０が接続された状態であるか否かを判定する。計測用配管１０が接続されている場合には、制御部６００は、２つの三方弁２０２，２０３のポートの開閉を制御して、計測用配管１０を遮断するとともに、バイパス配管２０が供給配管２０１に接続された状態とする（ステップＳ１１０：図３（Ｃ））。一方、計測用配管１０が遮断された状態である場合には、制御部６００は、そのままステップＳ１２０の処理を実行する。
【００３４】
ステップＳ１２０では、制御部６００は、入力部１１０を介してユーザからの燃料電池ＦＣの運転条件の入力を受け付ける。本実施例においては、燃料電池ＦＣの運転条件として、計測対象ガスの流量と、各加湿部２２０，３２０における計測対象ガスの加湿温度と、計測対象ガスの背圧とが入力・設定される。ステップＳ１３０では、制御部６００は、入力された運転条件に従って、各加湿部２２０，３２０の温水２２１，３２１（図１）の温度を上昇させるとともに、配管ヒータ１１（図２）の温度を上昇させる。なお、制御部６００は、配管ヒータ１１による加熱温度を、加湿部２２０，３２０の加湿温度より高く制御することが好ましい。また、制御部６００は、計測対象ガスの昇温を効果的に実行するために、流量計１５の実測値が大きいほど配管ヒータ１１による加熱温度を高く制御することが好ましい。
【００３５】
ここで、配管ヒータ１１によって計測対象ガスを加熱する理由は、配管ヒータ１１により計測対象ガスの温度を露点計測のための好適な温度範囲に調整するためである。計測対象ガスの温度がその露点温度（加湿温度）より低下すると、計測対象ガス中に含まれる水蒸気は結露を始める。特に、露点計１３の近傍で結露による液水が発生すると、センサ素子が水没して露点温度を正常に計測できない。また、排出側露点計測部４２０，５２０において結露による液水が発生した場合には、計測対象ガス中に燃料電池ＦＣ内部で混入した酸性の不純物が当該液水に含まれる可能性があり、その不純物の付着が計測素子の劣化を引き起こすおそれがある。一方、計測対象ガスの温度がその露点温度に対して高くなりすぎると、露点計１３の高分子膜が極度の乾燥状態に至り、不可逆的に劣化してしまう可能性がある。そこで、一般には、露点計１３の計測対象ガスの温度Ｔｇは、計測対象ガスの露点温度Ｔｄに対して下記の不等式（１）の範囲にあることが好ましい。
Ｔｄ≦Ｔｇ≦Ｔｄ＋２０℃  …（１）
【００３６】
ステップＳ１４０では、制御部６００は、温度検出部１２の計測値を配管ヒータ１１による計測用配管１０の加熱温度として検出する。また、制御部６００は、加湿温度検出部２２５により計測対象ガスの加湿温度を検出する。制御部６００は、温度検出部１２の実測値を、計測用配管１０に流入したときの計測対象ガスの温度Ｔｇの予測値として用い、加湿温度の実測値を露点温度Ｔｄの予測値として用いて、温度検出部１２の計測値が上記不等式（１）に示された許容範囲にあるか否かを判定する。制御部６００は、温度検出部１２の計測値がこの許容範囲から外れる場合には、配管ヒータ１１によって計測対象ガスを十分に加熱できないため、露点計１３によって露点計測を開始するには不適当な温度であると判定する。
【００３７】
この場合には、制御部６００は、加湿部２２０の加湿温度及び配管ヒータ１１の加熱温度の昇温工程を継続する（ステップＳ１３０）。即ち、ステップＳ１３０〜Ｓ１４０の処理ループにおいて、露点計１３を通過する計測対象ガスの温度及び加湿温度の調整が継続される。なお、この処理ループの間には、計測対象ガスは、計測用配管１０に流入しないため、上記の不等式（１）の範囲から外れる温度の計測対象ガスによって露点計１３のセンサ素子が負荷を受けることを抑制できる。
【００３８】
なお、温度検出部１２の計測値が上記許容範囲の下限値より低い場合には、制御部６００は、配管ヒータ１１による加熱温度をさらに上昇させる処理を実行するものとしても良い。また、温度検出部１２の計測値が上記許容範囲の上限値より高い場合には、制御部６００は、配管ヒータ１１による加熱温度を低下させる処理を実行するものとしても良い。これによって、反応ガスの温度をより適切に調整することが可能である。
【００３９】
ステップＳ１４０において、温度検出部１２の計測値が許容範囲内にあると判定された場合には、制御部６００は、計測用配管１０が接続された状態（図３（Ａ））とする（ステップＳ１５０）。これによって、温度調整された計測対象ガスの一部が計測用配管１０の露点計１３に供給される。なお、この状態では、計測対象ガスの一部がバイパス配管２０により計測用配管１０からバイパスされている分だけ露点計１３のセンサ素子が計測対象ガスから受ける負荷は軽減されている。
【００４０】
さらに、制御部６００は、温度検出部１２によって計測対象ガスの温度を検出する。制御部６００は、計測対象ガスの温度の実測値を上記不等式（１）の温度Ｔｇとし、露点計１３の計測値を露点温度Ｔｄとして用いて、計測対象ガスの温度が上記不等式（１）に示された許容範囲にあるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。制御部６００は、計測対象ガスの温度が許容範囲内にあるときには、バイパス配管２０を遮断し（図３（Ｂ））、全ての計測対象ガスを計測用配管１０へと流入させる（ステップＳ１７０）。制御部６００は、このシステム起動処理実行後、燃料電池ＦＣの特性評価のための計測処理の実行を開始する。一方、ステップＳ１６０において、計測対象ガスの温度が許容範囲から外れる場合には、制御部６００は、計測対象ガスの温度が許容範囲内に入るまで、計測用配管１０とバイパス配管２０との両方に計測対象ガスが流入する状態を継続する。なお、制御部６００は、計測対象ガスの温度が許容範囲となるまで、配管ヒータ１１の温度及び加湿器１２０の加湿温度を制御して計測対象ガスの状態を調整する。
【００４１】
このように、本実施例の燃料電池評価システム１０００では、計測対象ガスの温度及び露点温度の調整が比較的不安定であるシステム起動時において、配管ヒータ１１によって計測用配管１０が十分に加熱されるまで、計測対象ガスを露点計１３に供給しない。また、計測対象ガスの温度が許容範囲内となるまで、露点計１３に対する計測対象ガスの供給量が低減される。従って、温度が露点計測に好適な許容範囲にない計測対象ガスの供給により、露点計１３が液水に水没したり、劣化してしまったりすることを抑制できる。また、計測対象ガスの温度が許容範囲内にあるときに、露点温度の計測を開始することができるため、より適切な計測結果を得ることができる。
【００４２】
図５は、燃料電池評価システム１０００の停止時における制御部６００の処理手順を示すフローチャートである。燃料電池評価システム１０００の動作時にシステム内を流通する計測対象ガスには多量の水分が含まれている。そのため、システム停止後に、システム内にその水分が残存した場合には、当該水分がシステム内の計測機器や配管などの各構成部の劣化を引き起こす可能性がある。そこで、この燃料電池評価システム１０００では、システム停止時に、以下に説明するシステム停止処理を実行することによって、システム停止後にシステム内に水分が残存してしまうことを抑制する。なお、以下の説明において、制御部６００が実行する供給側露点計測部２３０に対する制御は、他の露点計測部３３０，４２０，５２０に対しても同様に実行されるが、その説明は省略する。
【００４３】
ステップＳ２１０では、制御部６００は加湿部２２０，３２０（図１）を停止する。具体的には、温水２２１，３２１の温度制御を停止するとともに、温水２２１，３２１への配管の接続を解除するとともに、加湿部２２０，３２０内の配管２２２，３２２を接続する。これにより、加湿部２２０，３２０に供給されるガスは、加湿されることなく、加湿部２２０，３２０を通過する。
【００４４】
ステップＳ２２０では、制御部６００は、ドライパージ処理を実行する。具体的には、燃料ガス供給源２１０及び酸化ガス供給源３１０のそれぞれから、計測処理実行時にシステム内に流通された計測対象ガスよりも圧力を低下させ、流量を増大したパージガスをシステム内に流通させて、システム内のガス系統における水分をパージする。
【００４５】
パージガスは、露点計測部２３０，３３０，４２０，５２０において配管ヒータ１１（図２）により加熱される。ところで、このシステム停止処理が実行されるのは、計測処理実行後である。そのため、このステップＳ２２０では、供給側露点計測部２３０は、バイパス配管２０が遮断された状態であり（図３（Ｂ））、パージガスの全てが計測用配管１０に流れる。
【００４６】
ステップＳ２３０では、制御部６００はドライパージが完了したか否かを判定する。具体的には、供給側露点計測部２３０の露点計１３により、パージガスの露点温度を計測する。制御部６００は、パージガスの露点温度が室温より高い場合には、システム停止後に室温状態となったときに計測用配管１０内において水蒸気が結露する可能性があるため、ドライパージ処理（ステップＳ２２０）を続行して露点温度を低下させる。一方、パージガスの露点温度が室温より低い場合には、システム停止後の室温状態において結露が発生する可能性がほとんどないため、ドライパージ処理を完了する。即ち、このシステム停止処理においては、パージガスが露点計１３の計測対象ガスとなる。
【００４７】
このように、計測用配管１０に対するドライパージ処理を、結露の可能性がほとんどなくなるまで確実に実行することができる。従って、システム停止後に結露によって発生した液水により露点計１３が劣化してしまうことを抑制できる。また、結露の可能性がほとんどなくなったと判定されたときにドライパージ処理を終了するため、十分に水分がパージされた後にも無駄にパージガスが計測用配管１０に流れることを抑制できる。従って、露点計１３がパージガスの熱に曝される余剰時間を低減でき、システム停止処理実行中に露点計１３が劣化してしまう可能性を低減できる。
【００４８】
ステップＳ２３０では、制御部６００は、供給側露点計測部２３０の配管接続を切り替えて、計測用配管１０が遮断された状態とする（図３（Ｃ））。ステップＳ２４０では、再び、所定の時間（例えば５分程度）だけドライパージ処理を実行する。即ち、ステップＳ２２０のドライパージ処理では、計測用配管１０をパージしていたが、このステップＳ２４０のドライパージ処理では、パージガスの全てをバイパス配管２０に流入させて、バイパス配管２０をパージする。バイパス配管２０に対するドライパージ処理が完了した後に、制御部６００は、配管ヒータ１１による加熱を停止し（ステップＳ２６０）、システムを停止状態とする。
【００４９】
このように、この燃料電池評価システム１０００によれば、システムの起動時や停止時において、露点計１３の劣化の原因となる状態のガスの全部または一部を、バイパス配管２０にバイパスさせることができる。従って、露点計１３への負荷を低減することができ、その劣化を抑制することができる。
【００５０】
B．第２実施例：
図６（Ａ）は、本発明の第２実施例としての燃料電池評価システムの露点計測部２３０Ａ，３３０Ａ，４２０Ａ，５２０Ａの構成を示す概略図である。図６（Ａ）は、高分子容量式の露点計１３に換えて鏡面式露点計１３Ａが図示されている点以外は、ほぼ図２と同じである。なお、第２実施例の燃料電池評価システムの全体構成は、露点計測部２３０，３３０，４２０，５２０に換えて、この露点計測部２３０Ａ，３３０Ａ，４２０Ａ，５２０Ａが用いられている点以外は、第１実施例の燃料電池評価システム１０００とほぼ同じである（図１）。
【００５１】
図６（Ｂ）は、鏡面式露点計１３Ａの構成を示す概略図である。鏡面式露点計１３Ａは、発光素子１と、受光素子２と、ミラー３と、ペルチェ素子４とを備える。発光素子１及び受光素子２は、計測対象ガスが供給される計測空間ＭＳを挟んで、ミラー３と対向するように配置されている。より具体的には、発光素子１は、ミラー３の鏡面に向かって光を射出可能なように配置されており、受光素子２は、ミラー３の鏡面によって反射された発光素子１の射出光を受光できるように配置されている。ミラー３は、その鏡面が計測空間ＭＳに供給された反応ガスに曝されるように配置されている。ミラー３の鏡面とは反対側の面には、ペルチェ素子４が配置されている。ペルチェ素子４は、制御部６００の指示によりミラー３を冷却する。鏡面式露点計１３Ａは、ペルチェ素子４によって冷却されるミラー３の鏡面に、計測対象ガス中の水蒸気が結露するのを発光素子１及び受光素子２によって光学的に検出する。そして、そのときのミラー３の鏡面温度を、計測対象ガスの露点温度として検出する。
【００５２】
ところで、鏡面式露点計１３Ａを用いて計測する場合に、計測対象ガスの温度がその露点温度より低い場合には、第１実施例で説明した高分子容量式の露点計１３と同様に、ガス中の水蒸気の結露により発生した液水により水没してしまう可能性がある。また、計測対象ガスの温度が高すぎる場合（例えば、１５０℃以上の場合）には、ペルチェ素子４がミラー３を冷却するために高出力で動作し続けることとなり、鏡面式露点計１３Ａの劣化を促進する可能性がある。そこで、この第２実施例の燃料電池評価システムでは、一般に計測対象ガスの温度制御が不安定な状態であるシステム起動時に、鏡面式露点計１３Ａに対する負荷を軽減できるシステム起動処理を実行する。
【００５３】
図７は、第２実施例の燃料電池評価システムにおけるシステム起動処理の処理手順を示すフローチャートである。図７は、ステップＳ１００，Ｓ１１０に換えてステップＳ１１１，Ｓ１１２，Ｓ１１４，が追加されている点と、ステップＳ１５０，Ｓ１６０に換えて、ステップＳ１４２，Ｓ１４４，Ｓ１４６が追加されている点以外は、図４と同様である。なお、以下の説明において、制御部６００が実行する供給側露点計測部２３０Ａに対する制御は、他の露点計測部３３０Ａ，４２０Ａ，５２０Ａに対しても同様に実行されるが、その説明は省略する。
【００５４】
制御部６００は、ステップＳ１１１において、供給側露点計測部２３０Ａのバイパ配管２０が供給配管２０１に接続された状態とし、計測用配管１０及びバイパス配管２０のそれぞれに計測対象ガスが流入可能な状態とする（図３（Ａ））。制御部６００は、ステップＳ１１２においてペルチェ素子４の作動状況を確認し、作動状態にある場合には停止させる（ステップＳ１１４）。ステップＳ１２０では、ユーザから燃料電池ＦＣの運転条件の入力を受け付け、その運転条件に従って、配管ヒータ１１及び加湿部２２０，３２０の加湿温度の昇温を開始する（ステップＳ１３０）。
【００５５】
ステップＳ１３０で所定の時間（例えば１０分程度）だけ昇温処理を継続した後、制御部６００は、ステップＳ１４０において、加湿温度検出部２２５の計測値を計測対象ガスの露点温度の予測値として用いて、温度検出部１２による計測対象ガスの検出温度が、第１実施例で説明した許容範囲内（不等式（１））にあるか否かを判定する。温度検出部１２の計測値が許容範囲から外れている場合には、配管ヒータ１１による計測用配管１０の加熱が十分でないものとして、加湿部２２０，３２０の加湿温度及び配管ヒータ１１の昇温処理を継続する（ステップＳ１３０）。
【００５６】
一方、温度検出部１２の計測値が許容範囲内であった場合には、制御部６００は、現時点における計測対象ガスの露点温度を計測するためにペルチェ素子４を作動させる（ステップＳ１４２）。計測対象ガスの露点温度が、ユーザにより入力された運転条件に従って設定された露点温度の目標値に到達していない場合には、制御部６００は、ペルチェ素子４の作動を停止する（ステップＳ１４６）。そして、ステップＳ１３０において、加湿部２２０，３２０の加湿温度及び配管ヒータ１１の昇温処理を継続して、計測対象ガスの露点温度を上昇させる。即ち、ステップＳ１４６でペルチェ素子４の作動を停止することにより、ステップＳ１３０における計測対象ガスの昇温に応じてペルチェ素子４が過剰に冷却作動を続けてしまうことを回避することができる。
【００５７】
ステップＳ１４０において計測対象ガスの温度が許容範囲内であり、かつ、ステップＳ１４４において計測対象ガスの露点温度が目標値に到達していた場合には、制御部６００は、ステップＳ１７０において配管の接続を切り替える。即ち、制御部６００は、供給側露点計測部２３０Ａのバイパス配管２０を遮断された状態とする（図３（Ｂ））。これにより、計測対象ガスの全てが計測用配管１０へと流入可能な状態となる。この後、制御部６００は、燃料電池評価システムによる計測処理を開始する。
【００５８】
このように、第２実施例の燃料電池評価装置におけるシステム起動処理によれば、配管ヒータ１１による計測対象ガスの加熱が十分でない場合や、過剰である場合には、ペルチェ素子４の作動を停止する。また、計測対象ガスが目標露点温度に到達していない場合にも、ペルチェ素子４の作動を停止する。従って、ペルチェ素子４が配管ヒータ１１による加熱温度に応じて過剰に作動し続けて鏡面式露点計１３Ａの劣化が促進されることを抑制できる。また、計測対象ガスの温度が露点温度に比較して著しく低い場合に、ペルチェ素子４が作動することによって、ミラー３が液水により水没してしまうことを抑制できる。
【００５９】
ところで、第２実施例の燃料電池評価システムでも、第１実施例の燃料電池評価システム１０００と同様に、システム停止後のシステムのガス系統内に余分な水分が残存しないようにドライパージ処理を実行する。しかし、ペルチェ素子４が作動した状態で鏡面式露点計１３Ａのミラー３が高温（例えば１００℃以上）なパージガスに長時間に渡って曝されると、ペルチェ素子４に対する負荷が大きくなり、その劣化を促進する可能性がある。そこで、第２実施例の燃料電池評価システムでは、そのシステム停止時に以下に説明するシステム停止処理を実行する。
【００６０】
図８は、第２実施例の燃料電池評価システムのシステム停止時に実行されるシステム停止処理の処理手順を示すフローチャートである。図８は、ステップＳ２１２，Ｓ２１４，Ｓ２２２，Ｓ２２４，Ｓ２３５が追加されている点以外は、図５とほぼ同じである。なお、以下の説明において、制御部６００が実行する供給側露点計測部２３０Ａに対する制御は、他の露点計測部３３０Ａ，４２０Ａ，５２０Ａに対しても同様に実行されるが、その説明は省略する。
【００６１】
制御部６００は、ステップＳ２１０で加湿部２２０，３２０を駆動停止させる。また、制御部６００は、ステップＳ２１２，Ｓ２１４において、図７のステップＳ１１２，Ｓ１１４で説明したのと同様の手順で、ペルチェ素子４の作動を停止させる。ステップＳ２２０では、制御部６００は、ドライパージ処理を実行する。なお、このステップＳ２２０におけるドライパージ処理では、供給側露点計測部２３０Ａのバイパス配管２０は遮断されており、計測用配管１０に対してドライパージ処理が実行される。このように、ペルチェ素子４の作動を停止した状態で鏡面式露点計１３Ａにパージガスが供給されるため、パージガスによるペルチェ素子４に対する負荷が軽減され、鏡面式露点計１３Ａの劣化が抑制される。
【００６２】
制御部６００は、ステップＳ２２０のドライパージ処理を所定の時間（例えば１０分程度）だけ継続する。その後、制御部６００は、ステップＳ２２２〜Ｓ２３０において計測用配管１０に対するドライパージ処理の完了を判定するための処理を実行する。具体的には、制御部６００は、ステップＳ２２２において配管ヒータ１１の温度を所定の温度（例えば、５０℃程度）まで低下させ、ステップＳ２２４においてペルチェ素子４を作動させる。ステップＳ２２２で配管ヒータ１１の温度を低下させるのは、パージガスの温度を低下させて、ペルチェ素子４に対する負荷を軽減するためである。ステップＳ２４０では、制御部６００は、鏡面式露点計１３Ａにパージガスの露点温度を検出させ、検出されたパージガスの露点温度が室温以下である場合に、計測用配管１０に対するドライパージ処理が完了したと判定する。
【００６３】
ステップＳ２３０において、ドライパージ処理が完了したと判定された場合には、制御部６００は、ステップＳ２４０，Ｓ２５０において、バイパス配管２０に対するドライパージ処理を実行する。バイパス配管２０に対するドライパージ処理の後、制御部６００は、配管ヒータ１１の加熱を停止し（ステップＳ２６０）、燃料電池評価システム全体を停止させる。一方、ステップＳ２３０において、計測用配管１０に対するドライパージ処理が完了していないと判定された場合には、制御部６００は、配管ヒータ１１の温度を再びドライパージ処理実行時の温度にまで上昇させ（ステップＳ２３５）、ペルチェ素子４を作動停止させるとともに（ステップＳ２１４）、計測用配管１０に対するドライパージ処理を再開する（ステップＳ２２０）。
【００６４】
このシステム停止処理によれば、第１実施例と同様に、鏡面式露点計１３Ａを備える計測用配管１０に対するドライパージ処理の完了をパージガスの露点温度を計測して判定する。そのため、第１実施例と同様に、計測用配管１０にパージガスが供給される余剰時間を低減でき、パージガスによる鏡面式露点計１３Ａに対する負荷が軽減される。また、ドライパージ処理の完了判定処理実行時以外は、鏡面式露点計１３Ａのペルチェ素子４の作動を停止させるため、ペルチェ素子４がパージガスの温度に応じて高出力で作動してしまうことを抑制でき、その劣化を抑制できる。
【００６５】
このように、第２実施例の燃料電池評価システムによれば、システムの起動時において、計測対象ガスの温度が許容範囲から外れている場合や、計測対象ガスが目標露点温度に到達していない場合に、ペルチェ素子４が必要以上に作動してしまうことを抑制できる。従って、過負荷による鏡面式露点計１３Ａの劣化を抑制することができる。また、ドライパージ処理実行時にも、適切にペルチェ素子４の作動を制御するため、鏡面式露点計１３Ａの劣化を抑制できる。
【００６６】
C．第３実施例：
図９は、本発明の第３実施例としての燃料電池評価システムの露点計測部２３０Ｂ，３３０Ｂ，４２０Ｂ，５２０Ｂの構成を示す概略図である。図９は、第２のバイパス配管３０が追加されている点以外は、図２とほぼ同じである。以下においては、上記実施例で説明したバイパス配管２０を、便宜上、「第１のバイパス配管２０」と呼ぶ。また、以下において、供給側露点計測部２３０Ｂについて説明するが、他の露点計測部３３０Ｂ，４２０Ｂ，５２０Ｂについても同様であるため、説明は省略する。なお、第３実施例の燃料電池評価システムの全体構成は、各露点計測部２２０，３２０，４２０，５２０に換えて、この各露点計測部２３０Ｂ，３３０Ｂ，４２０Ｂ，５２０Ｂが用いられる点以外は、第１実施例と同様である（図１）。
【００６７】
第２のバイパス配管３０は、２つの三方弁２０２，２０３によって、供給配管２０１から分岐して、計測用配管１０及び第１のバイパス配管２０と並列に接続されている。即ち、この供給側露点計測部２３０Ｂでは、計測用配管１０及び第１と第２のバイパス配管２０，３０が、第１と第２のバイパス配管２０，３０のそれぞれに設けられた三方弁２０２，２０３によって互いに連結されている。なお、配管ヒータ１１は、露点計１３の上流側の供給配管２０１から露点計１３の入口までの配管に設けられている。この供給側露点計測部２３０Ｂでは、このような構成により、多様な配管接続態様を実現できる。
【００６８】
図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、供給側露点計測部２３０Ｂの各配管１０，２０，３０の接続態様の例を説明するための説明図である。図１０（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）はそれぞれ、計測対象ガスの流れを示す矢印が図示されており、計測対象ガスが導通していない配管を破線で図示している点以外は、図９とほぼ同じである。
【００６９】
図１０（Ａ）は、第２のバイパス配管３０が遮断され、計測用配管１０と第１のバイパス配管２０とが供給配管２０１に接続された状態を示している。図１０（Ｂ）は、計測用配管１０と第１のバイパス配管２０とが遮断され、第２のバイパス配管３０が供給配管２０１と接続された状態を示している。図１０（Ｃ）は、計測用配管１０と第２のバイパス配管３０とが遮断され、第１のバイパス配管２０のみが供給配管２０１と接続された状態を示している。図１０（Ｄ）は、計測用配管１０のみが供給配管２０１と接続され、第１と第２のバイパス配管２０，３０が遮断された状態を示している。
【００７０】
制御部６００は、図１０（Ａ）に示す配管接続態様で燃料電池評価システムの計測処理を実行する。この配管接続態様では、第１のバイパス配管２０の流量調整弁２２によって、計測用配管１０に流れるガス量を制御できる。即ち、第１のバイパス配管２０は、燃料電池ＦＣの特性を評価する計測処理において、計測用配管１０への計測対象ガスの流量を調整する流量調整配管として機能する。制御部６００は、計測用配管１０へと供給される計測対象ガスの流量を調整して、露点計１３が計測対象ガスから受ける負荷を軽減させつつ、露点温度の計測処理を実行することができる。
【００７１】
また、この燃料電池評価システムでは、システム起動時に、第１実施例で説明したシステム起動処理と同様な処理を実行する（図４）。具体的には、制御部６００は、ステップＳ１００〜Ｓ１４０では、計測用配管１０及び第１のバイパス配管２０を遮断し、第２のバイパス配管３０に計測対象ガスを流入させて各処理工程を実行する。即ち、図１０（Ｂ）の配管接続態様でステップＳ１００〜Ｓ１４０が実行される。そして、ステップＳ１５０では、第２のバイパス配管３０を遮断して、図１０（Ａ）に示す配管接続態様へと切り替える。即ち、この場合には、計測用配管１０及び第１のバイパス配管２０が、計測処理において計測に用いられる計測用配管として機能し、第２のバイパス配管３０が当該計測用配管に対するバイパス配管として機能していると解釈できる。その後、ステップＳ１７０では、図１０（Ａ）の配管接続態様から図１０（Ｄ）の配管接続態様へと切り替えられる。これによって、計測用配管１０に全ての計測対象ガスが流入した状態で計測処理が開始される。
【００７２】
さらに、この燃料電池評価システムでは、システム停止時に、第１実施例で説明したシステム停止処理におけるドライパージ処理（図５；ステップＳ２２０，Ｓ２５０）と同様な処理を実行する。具体的には、図１０（Ｂ）〜図１０（Ｄ）に示した配管接続態様を順に切り替えることにより、第２のバイパス３０、第２のバイパス配管２０，計測用配管１０の順に、各配管１０，２０，３０ごとにドライパージ処理が実行される。なお、計測用配管１０に対するドライパージ処理が実行される場合には、図５のステップＳ２３０と同様なドライパージ処理の完了判定処理が実行される。
【００７３】
このように、第１と第２のバイパス配管２０，３０のように、計測用配管１０と並列な２以上のバイパス配管を設けることにより、計測用配管１０の露点計１３に供給されるガス量をより適切に制御することができる。従って、さらに、露点計１３の劣化を抑制できる。
【００７４】
D．第４実施例：
図１１は、本発明の第４実施例としての燃料電池評価システムの露点計測部２３０Ｃ，３３０Ｃ，４２０Ｃ，５２０Ｃの構成を示す概略図である。図１１は、第１のバイパス配管２０と第２のバイパス配管３０との間に、第２の計測用配管４０が追加されている点以外は、図９とほぼ同じである。以下においては、上記実施例で説明した計測用配管１０を、便宜上、「第１の計測用配管１０」と呼ぶ。また、以下において、供給側露点計測部２３０Ｃについて説明するが、他の露点計測部３３０Ｃ，４２０Ｃ，５２０Ｃも同様であるため、説明は省略する。なお、第３実施例の燃料電池評価システムの全体構成は、各露点計測部２２０，３２０，４２０，５２０に換えて、この各露点計測部２３０Ｂ，３３０Ｂ，４２０Ｂ，５２０Ｂが用いられる点以外は、第１実施例と同様である（図１）。
【００７５】
第２の計測用配管４０は、第１の計測用配管１０や第１と第２のバイパス配管２０，３０と同様に、供給配管２０１から分岐した配管である。具体的には、第１と第２のバイパス配管２０，３０の間において三方弁２０２，２０３によって連結されている。第２の計測用配管４０は、露点計１３に換えて露点計１３Ｃが設けられている点と、流量計１５がない点以外は、第１の計測用配管１０と同様である。なお、配管ヒータ１１も、第１の計測用配管１０と同様に、第２の計測用配管４０において、露点計１３Ｃの入口まで設けられている。
【００７６】
ここで、第１の計測用配管１０の露点計１３と第２の計測用配管４０の露点計１３Ｃとはそれぞれ計測レンジが異なる露点計である。具体的には、第１の計測用配管１０の露点計１３は、高温（７０℃以上）の露点温度の計測に対応でき、第２の計測用配管４０の露点計１３Ｃは、低温（例えば９０℃以下）の露点温度の計測に対応できる。なお、以下において第１の計測用配管１０の露点計１３を「高露点計測用露点計１３」と呼び、第２の計測用配管４０の露点計１３Ｃを「低露点計測用露点計１３Ｃ」と呼ぶ。
【００７７】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、供給側露点計測部２３０Ｃにおける配管接続態様を説明するための説明図である。図１２（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、計測対象ガスの流れを示す矢印が図示されている点と、計測対象ガスが導通しない配管を破線で示してある点以外は、図１１とほぼ同じである。
【００７８】
図１２（Ａ）は、計測対象ガスの露点温度が低温である場合の配管接続態様であり、図１２（Ｂ）は、計測対象ガスの露点温度が高温である場合の配管接続態様である。即ち、制御部６００は、計測対象ガスの露点温度が、許容露点温度（例えば８０℃）に到達するまで、供給側露点計測部２３０Ｃを図１２（Ａ）に示す低露点温度計測時の配管接続態様とする。また、制御部６００は、計測対象ガスの露点温度が許容露点温度に到達し、高温となった場合には、供給側露点計測部２３０Ｃを、図１２（Ａ）に示す高露点温度計測時の配管接続態様へと切り替える。なお、図１２（Ａ）では、第１のバイパス配管２０は、第２の計測用配管４０に対する計測対象ガスの流量を調整する流量調整用配管として機能する。一方、図１２（Ｂ）では、第１のバイパス配管２０は、第１の計測用配管１０に対する計測対象ガスの流量を調整する流量調整用配管として機能する。
【００７９】
この燃料電池評価システムでは、システム起動時に、第１実施例で説明したシステム起動処理と同様な処理を実行する（図４）。ただし、制御部６００は、システムの起動当初には、第１の計測用配管１０を遮断し、第２の計測用配管４０と、第１と第２のバイパス配管２０，３０とが接続された状態で、ステップＳ１００〜Ｓ１４０の工程を実行する。そして、制御部６００は、ステップＳ１３０〜Ｓ１４０の処理ループにおいて、加湿部２２０，３２０における加湿温度の実測値が８０℃に到達した場合には、第２の計測用配管４０を遮断し、第１の計測用配管１０を接続する。なお、制御部６００は、配管ヒータ１１の温度が許容範囲である場合には、第２のバイパス配管３０を遮断して、燃料電池ＦＣの特性評価のための計測処理へと移行する。
【００８０】
また、この燃料電池評価システムでは、システム停止時に、第１実施例で説明したシステム停止処理におけるドライパージ処理（図５；ステップＳ２２０，Ｓ２５０）と同様な処理を実行する。具体的には、第２のバイパス３０、第２のバイパス配管２０，第２の計測用配管４０，第１の計測用配管１０の順に、各配管１０，２０，３０，４０ごとにドライパージ処理が実行される。なお、第１と第２の計測用配管１０，４０に対するドライパージ処理が実行される場合には、図５のステップＳ２３０と同様なドライパージ処理の完了判定処理が実行される。
【００８１】
このように、第４実施例の燃料電池評価システムでは、露点計測部に計測レンジの異なる露点計を備えた２以上の並列な計測用配管を設け、計測対象ガスの露点温度に応じて、各計測用配管の接続を切り替える。これによって、各露点計の計測レンジに対応した状態の計測対象ガスを適切に供給できるため、露点計が受ける負荷を軽減でき、その劣化を抑制できる。
【００８２】
E．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、燃料電池評価システムを燃料電池評価装置として実施することも可能である。また、他に、次のような変形も可能である。
【００８３】
E1．変形例１：
上記実施例において、燃料電池評価システムの評価対象である燃料電池ＦＣは固体高分子型燃料電池であったが、他の種類の燃料電池を評価対象とするものとしても良い。
【００８４】
E2．変形例２：
上記実施例において、燃料電池評価システム１０００が計測用配管１０及びバイパス配管２０を備えていた。しかし、計測用配管１０及びバイパス配管２０は、燃料電池評価システム以外の燃料電池を備える他の燃料電池システムに設けられているものとしても良い。例えば、燃料電池に供給される反応ガスの露点温度を制御しつつ、燃料電池を運転する燃料電池システムに用いられるものとしても良い。
【００８５】
E3．変形例３：
上記実施例において、計測用配管１０に設けられた圧力計１４及び流量計１５や、バイパス配管に設けられた流量調整弁２２は省略されるものとしても良い。また、上記実施例では、システム起動時及びシステム停止時に三方弁２０２，２０３によって、計測用配管１０またはバイパス配管２０のいずれかを遮断する制御を実行していた。しかし、そうした制御を行うことなく、システムの起動時及び停止時には常時、計測用配管１０及びバイパス配管２０のいずれにもガスが導通されるように制御されるものとしても良い。このような構成であっても、システム起動時及びドライパージ処理実行時に露点計１３に供給されるガス流量を低減できるため、露点計１３の劣化を抑制できる。
【００８６】
E4．変形例４：
上記実施例において、制御部６００は、システム起動時及びシステム停止時に、計測対象ガスの温度（露点温度を含む）が許容範囲から外れる場合に、バイパス配管に計測対象ガスの一部または全部を流すバイパス処理を実行していた。しかし、システム起動時やシステム停止時以外にも、バイパス処理が実行されるものとしても良い。例えば、計測処理実行中に、何らかの原因で計測対象ガスの温度が予め設定された許容範囲から外れた場合に、計測処理を中止して、バイパス処理を実行し、露点計１３に対する過負荷を回避するものとしても良い。
【００８７】
E5．変形例５：
上記実施例において、燃料電池ＦＣに接続される各配管２０１，３０１，４０１，５０１のそれぞれについて、計測用配管１０とバイパス配管２０とを備える露点温度計測部２２０，３２０，４２０，５２０が設けられていた。しかし、計測用配管１０とバイパス配管２０のような分岐配管を備える露点温度計測部は、各配管２０１，３０１，４０１，５０１の全てに設けられている必要はなく、例えば、供給側の配管２０１，３０１にのみ設けられているものとしても良い。
【００８８】
E6．変形例６：
上記第１実施例のシステム起動処理において、計測対象ガスの温度許容範囲を上記不等式（１）に示された範囲としていたが、許容範囲は、さらに広範な範囲で設定されても良いし、狭い範囲に設定されるものとしても良い。また、計測対象ガスの温度許容範囲は、露点温度の予測値を用いることなく設定されるものとしても良い。
【００８９】
E7．変形例７：
上記第１実施例のシステム停止処理において、制御部６００は、パージガスの露点温度が室温以下となったときに、ドライパージ処理を完了していた。しかし、ドライパージ処理の完了条件は、他の条件であるものとしても良い。例えば、制御部６００は、露点温度が１０℃以下のときにドライパージ処理を完了するものとしても良い。
【００９０】
E8．変形例８：
上記第１実施例のシステム停止処理において、制御部６００は、計測用配管１０に流れるパージガスの温度を温度検出部１２によって検出し、パージガスの温度をその許容範囲内となるように制御するものとしても良い。これによって、ドライパージ処理実行時にパージガスから露点計１３が受ける負荷を軽減できる。
【００９１】
E9．変形例９：
上記第１実施例において、計測用配管１０に流入させる計測対象ガスの一部をバイパス配管２０にバイパスさせていた（図４；ステップＳ１５０〜Ｓ１６０）。しかし、ステップＳ１５０〜Ｓ１６０の工程は省略されるものとしても良く、ステップＳ１４０の後に、全ての計測対象ガスが計測用配管１０に流入されるものとしても良い。
【００９２】
E10．変形例１０：
上記第２実施例において、ステップＳ１１１及びステップＳ１７０において、計測用配管１０またはバイパス配管２０の接続切替処理が実行されていた。しかし、ステップＳ１１１やステップＳ１７０は実行されなくとも良く、計測用配管１０に計測対象ガスの全てが流入する状態で、ペルチェ素子４の作動制御（ステップＳ１１４，Ｓ１４０，Ｓ１４６）が実行されるものとしても良い。ただし、バイパス配管２０に計測対象ガスの一部をバイパスさせることにより、鏡面式露点計１３Ａが計測対象ガスから受ける負荷を軽減できるため、上記第２実施例の処理手順で実行されることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】燃料電池評価システムの構成を示す概略図。
【図２】露点計測部の構成を示す概略図。
【図３】露点計測部におけるガスの流れを説明するための説明図。
【図４】第１実施例における燃料電池評価システムの起動処理の処理手順を示すフローチャート。
【図５】第１実施例における燃料電池評価システムの停止処理の処理手順を示すフローチャート。
【図６】第２実施例における鏡面式露点計の構成を示す概略図。
【図７】第２実施例における燃料電池評価システムの起動処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】第２実施例における燃料電池評価システムの停止処理の処理手順を示すフローチャート。
【図９】第３実施例における露点計測部の構成を示す概略図。
【図１０】第３実施例における露点計測部の配管接続態様の例を示す概略図。
【図１１】第４実施例における露点計測部の構成を示す概略図。
【図１２】第４実施例における露点計測部の配管接続態様を説明するための概略図。
【符号の説明】
【００９４】
１…発光素子
２…受光素子
３…ミラー
４…ペルチェ素子
１０…計測用配管（第１の分岐配管）
１１…配管ヒータ
１２…温度検出部
１３…露点計（高露点計測用露点計）
１３Ａ…鏡面式露点計
１３Ｃ…低露点計測用露点計
１４…圧力計
１５…流量計
２０…バイパス配管（第２の分岐配管、第１のバイパス配管）
２２…流量調整弁
３０…第２のバイパス配管
４０…第２の計測用配管
１００…ユーザインタフェース
１１０…入力部
１２０…表示部
２００…アノードガス供給部
２０２…上流側三方弁
２０３…下流側三方弁
２１０…燃料ガス供給源
３００…カソードガス供給部
３１０…酸化ガス供給源
２０１，３０１…供給配管
２２０，３２０…加湿部
２２１，３２１…温水
２２２，３２２…配管
２２５，３２５…加湿温度検出部
２３０，３３０，２３０Ａ，３３０Ａ，２３０Ｂ，３３０Ｂ，２２０Ｃ，３３０Ｃ…供給側露点計測部
２４０，３４０…入口側圧力計
４００，５００…排ガス排出部
４０１，５０１…排出配管
４１０，５１０…出口側圧力計
４２０，５２０，４２０Ａ，５２０Ａ，４２０Ｂ，５２０Ｂ，４２０Ｃ，５２０Ｃ…排出側露点計測部
４３０，５３０…背圧調整弁
５００…カソード排ガス排出部
６００…制御部
１０００…燃料電池評価システム
ＦＣ…燃料電池
ＭＳ…計測空間
【図１】
2010123336.tif 000003
【図２】
2010123336.tif 000004
【図３】
2010123336.tif 000005
【図４】
2010123336.tif 000006
【図５】
2010123336.tif 000007
【図６】
2010123336.tif 000008
【図７】
2010123336.tif 000009
【図８】
2010123336.tif 000010
【図９】
2010123336.tif 000011
【図１０】
2010123336.tif 000012
【図１１】
2010123336.tif 000013
【図１２】
2010123336.tif 000014