(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池に接続される排出管の内部における残水量を正確に推定して排水制御を行うことにより、排水に要するエネルギを節減する。【解決手段】燃料電池と、この燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、この排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムであって、排出管の入口付近におけるガス温度と排出管の出口付近におけるガス温度とに基づいて排出管の内部における残水量を推定する残水量推定手段と、残水量推定手段で推定された残水量が所定の許容量を超えた場合に排水手段を駆動して排出管からの排水を実現させる排水制御手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、前記排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムであって、
前記排出管の前記入口付近におけるガス温度と前記排出管の前記出口付近におけるガス温度とに基づいて前記排出管の内部における残水量を推定する残水量推定手段と、
前記残水量推定手段で推定された残水量が所定の許容量を超えた場合に前記排水手段を駆動させて前記排出管からの排水を実現させる排水制御手段と、を備える、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記排出管は、前記入口付近におけるガス温度と前記出口付近におけるガス温度との差を低減させるように構成されてなる、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排出管は、断熱材で構成されてなる、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、前記燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、前記排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記排出管の前記入口付近におけるガス温度と前記排出管の前記出口付近におけるガス温度とに基づいて前記排出管の内部における残水量を推定する残水量推定工程と、
前記残水量推定工程で推定された残水量が所定の許容量を超えた場合に前記排水手段を駆動させて前記排出管からの排水を実現させる排水制御工程と、を含む、
燃料電池システムの制御方法。
【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その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが提案され、実用化されている。かかる燃料電池システムの燃料電池のカソード極側には酸化ガスとしての空気が供給され、燃料電池のアノード極側には燃料ガスとしての水素ガスが供給され、これら空気と水素ガスとの電気化学反応により、電力が生成される。
【０００３】
このような燃料電池システムの発電の際には、燃料電池の内部に水分（水蒸気）が生成される。現在においては、このような水分の排出量を推定したり制御したりする技術が種々提案されている。例えば、燃料電池を構成する電解質膜の湿潤状態を最適に保つため、燃料電池のカソード極側に接続される排出管（排出流路）の排気弁を開閉制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、燃料電池システムの循環流路における水分量（アノード極側から排出されるガスに含まれる水分量）を、燃料電池の運転状態に基づいて推定する技術が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２６６００３号公報
【特許文献２】特開２００７−２４２２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池のカソード極側に接続される排出管は、発電の際の生成水を重力によって効率良く排出することができるように、上流の入口側（燃料電池との接続部側）から下流の出口側に向けて漸次下方に傾斜するように配置されることが好ましい。しかし、配置スペースが限られる車両搭載用の燃料電池システム等においては、排出管をこのように傾斜させることが困難となって排水の際に重力を利用できない場合がある。かかる場合には、エアコンプレッサ等の排水装置を用いて、排出管の内部に残留した生成水を強制的に排出するようにしていた。
【０００６】
ところが、特許文献１や特許文献２に記載されているような従来の燃料電池システムにおいては、排出管の内部における残水量を正確に推定することができないため、排水装置を必要以上に駆動して多くのエネルギ（燃料）を消費してしまう場合があった。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、燃料電池に接続される排出管の内部における残水量を正確に推定して排水制御を行うことにより、排水に要するエネルギを節減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、この排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムであって、排出管の入口付近におけるガス温度と排出管の出口付近におけるガス温度とに基づいて排出管の内部における残水量を推定する残水量推定手段と、残水量推定手段で推定された残水量が所定の許容量を超えた場合に排水手段を駆動して排出管からの排水を実現させる排水制御手段と、を備えるものである。
【０００９】
また、本発明に係る制御方法は、燃料電池と、この燃料電池から排出されるガス及び水分を上流側の入口から流入させて下流側の出口から外部に排出させる排出管と、この排出管の内部に残留した水分を強制的に外部に排出させる排水手段と、を備える燃料電池システムであって、排出管の入口付近におけるガス温度と排出管の出口付近におけるガス温度とに基づいて排出管の内部における残水量を推定する残水量推定工程と、残水量推定工程で推定された残水量が所定の許容量を超えた場合に排水手段を駆動させて排出管からの排水を実現させる排水制御工程と、を含むものである。
【００１０】
かかる構成及び方法を採用すると、排出管の入口（燃料電池との接続部）付近及び出口（ガス及び生成水の排出口）付近におけるガス温度に基づいて、排出管における残水量を精度良く推定することができ、その推定した残水量に応じて適切に排水制御を実施することができる。従って、排水手段を適切なタイミングで駆動させることができる（すなわち余分に駆動させる必要がない）ので、排水に要するエネルギ（燃料）を節減することができる。
【００１１】
前記燃料電池システムにおいて、入口付近におけるガス温度と出口付近におけるガス温度との差を低減させるように排出管を構成する（例えば、断熱材で排出管を構成する）ことが好ましい。
【００１２】
かかる構成を採用すると、排出管の入口付近におけるガス温度と出口付近におけるガス温度との差を低減させて、排出管内の残水量を低減することができる。従って、排水装置の駆動時間や駆動回数を低減させることができるので、排水に要するエネルギをさらに節減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池システムにおいて、燃料電池に接続される排出管の内部における残水量を正確に推定して排水制御を行うことにより、排水に要するエネルギを節減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの燃料電池及び排出管の配置構成を説明するための説明図である。
【図３】図１に示した燃料電池システムの排水制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示した燃料電池システムの排出管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。本実施形態に係る燃料電池システムは、移動体としての燃料電池車両に搭載された発電システムである。
【００１６】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１の構成について説明する。
【００１７】
本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４、システムの電力を充放電する電力系５、システム全体を統括制御する制御装置６等を備えている。
【００１８】
燃料電池２は、例えば車載や定置用に好適な固体高分子電解質型で構成され、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池スタックを構成する単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にカソード極を有し、他方の面にアノード極を有し、さらにカソード極及びアノード極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有している。セパレータの一方に設けられた酸化ガス流路に酸化ガス（空気）が供給され、他方のセパレータに設けられた燃料ガス流路に燃料ガス（水素）が供給される。酸化ガス及び燃料ガスの供給を受けた単電池において電気化学反応が行われ、これにより燃料電池２は電力を発生する。また、燃料電池２のカソード極からはカソードオフガスが排出される。カソードオフガスには、燃料電池２の電池反応に供した後の酸素オフガスのほか、カソード極で生成される水分（生成水）が含まれる。
【００１９】
なお、燃料電池システム１には図示していない冷媒配管系が設けられており、この冷媒配管系を用いて燃料電池２の内部に冷媒を循環させることにより、燃料電池２の内部の温度が適度に維持される。燃料電池２としては、固体高分子電解質型のほか、燐酸型や熔融炭酸塩型のものを採用することができる。
【００２０】
酸化ガス配管系３は、エアコンプレッサ３１、酸化ガス供給流路３２、加湿モジュール３３、カソードオフガス流路３４、バイパス流路３５、バイパス弁３６、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１等を有している。
【００２１】
エアコンプレッサ３１は、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ１の駆動力により駆動されて、図示していないエアフィルタを介して外気から取り込んだ酸素（酸化ガス）を燃料電池２のカソード極に供給するものである。酸化ガス供給流路３２は、エアコンプレッサ３１から供給される酸素を燃料電池２のカソード極に導くためのガス流路である。加湿モジュール３３は、酸化ガス供給流路３２を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、カソードオフガス流路３４を流れる高湿潤状態のカソードオフガスと、の間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。カソードオフガス流路３４は、カソードオフガス及び生成水をシステム外に排気するためのガス流路であり、後述する排出管３０（図２）によって形成される。なお、カソードオフガス流路３４のカソード極出口付近には、図示していない背圧弁が配設されており、制御装置６がこの背圧弁の開閉動作を制御することにより、カソードオフガス流路３４を流通するカソードオフガスの圧力が調整される。
【００２２】
バイパス流路３５は、酸化ガス供給流路３２を流れる酸化ガスの一部を、燃料電池２をバイパスして、カソードオフガス流路３４へと導くものである。バイパス流路３５には、バイパス弁３６が設けられている。バイパス流路３５を流通する酸化ガスの流量は、バイパス弁３６によって調整される。制御装置６がバイパス弁３６の開閉動作を制御することにより、エアコンプレッサ３１から供給される空気が酸化ガス供給流路３２からバイパス流路３５を経由してカソードオフガス流路３４へと導入され、これにより、カソードオフガス流路３４（排出管３０）の内部に残留した生成水が排出される。すなわち、エアコンプレッサ３１、バイパス流路３５及びバイパス弁３６は、本発明における排水手段を構成する。
【００２３】
本実施形態においては、図２に示すように、燃料電池２の側方に、カソードオフガス流路３４を形成する排出管３０を取り付けている。排出管３０は、燃料電池２の側方から水平方向に延在するように形成された水平部３０ａと、水平部３０ａの下流側端部に連接され下流側になるに従って鉛直方向上方に延在するように形成された第一傾斜部３０ｂと、第一傾斜部３０ｂの下流側端部に連接され下流側になるに従って鉛直方向下方に延在するように形成された第二傾斜部３０ｃと、から構成されている。なお、図２においては、加湿モジュール３３や背圧弁の図示を省略している。
【００２４】
排出管３０の入口（燃料電池２に接続される上流側の開口）３０ｄ付近には、この入口３０ｄ付近におけるカソードオフガスの温度（入口ガス温度）を検出するための入口ガス温度センサＴ１が設けられている。一方、排出管３０の出口（カソードオフガスや生成水が排出される下流側の開口）３０ｅ付近には、この出口３０ｅ付近におけるカソードオフガスの温度（出口ガス温度）を検出するための出口ガス温度センサＴ２が設けられている。また、排出管３０の水平部分３０ａの下流側端部には、図２に示すように、排出管３０の内部に残留する生成水を一時的に溜める貯水バッファ３０ｆが設けられている。
【００２５】
なお、排出管３０を断熱材で構成することにより、排出管３０の入口３０ｄ付近におけるガス温度（入口ガス温度）と出口３０ｅ付近におけるガス温度（出口ガス温度）との差を低減させることができる。このような断熱材の採用による残水量低減効果については、図４を用いて後述する。
【００２６】
燃料ガス配管系４は、燃料ガス供給源４１、燃料ガス供給流路４２、燃料ガス循環流路４３、アノードオフガス流路４４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６、水素循環ポンプ４５を駆動するためのモータＭ２等を有している。
【００２７】
燃料ガス供給源４１は、燃料電池２へ水素ガス等の燃料ガスを供給する手段であり、例えば高圧水素タンクや水素貯蔵タンク等によって構成される。燃料ガス供給流路４２は、燃料ガス供給源４１から放出される燃料ガスを燃料電池２のアノード極に導くためのガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてタンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２、ＦＣ入口バルブＨ３等の弁が配設されている。タンクバルブＨ１、水素供給バルブＨ２及びＦＣ入口バルブＨ３は、燃料電池２へと燃料ガスを供給（又は遮断）するためのシャットバルブであり、例えば電磁弁によって構成されている。
【００２８】
燃料ガス循環流路４３は、未反応燃料ガスを燃料電池２へ還流させるための帰還ガス流路であり、そのガス流路には上流から下流にかけてＦＣ出口バルブＨ４、水素循環ポンプ４５、逆止弁４６が各々配設されている。燃料電池２から排出された低圧の未反応燃料ガスは、制御装置６の制御指令で作動するモータＭ２の駆動力により駆動される水素循環ポンプ４５によって適度に加圧され、燃料ガス供給流路４２へ導かれる。燃料ガス供給流路４２から燃料ガス循環流路４３への燃料ガスの逆流は、逆止弁４６によって抑制される。アノードオフガス流路４４は、燃料電池２から排出された水素オフガスを含むアノードオフガスをシステム外に排気するためのガス流路であり、そのガス流路にはパージバルブＨ５が配設されている。なお、アノードオフガス流路４４内のガスは、図示されていない希釈器によって希釈されるようになっている。
【００２９】
電力系５は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、補機インバータ５４、トラクションモータＭ３、補機モータＭ４等を備えている。
【００３０】
高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ５２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ５３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータＭ３から入力された直流電圧を調整してバッテリ５２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００３１】
バッテリ５２は、充放電可能な二次電池（例えばニッケル水素電池等）である。バッテリ５２は、図示していないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。燃料電池２で発電された直流電力の一部は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって昇降圧され、バッテリ５２に充電される。なお、バッテリ５２に代えて二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を採用することもできる。
【００３２】
トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４は、パルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、与えられる制御指令に応じて燃料電池２又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭ３及び補機モータＭ４へ供給する。トラクションモータＭ３は、車輪７Ｌ、７Ｒを駆動するためのモータである。補機モータＭ４は、各種補機類を駆動するためのモータであり、エアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１や水素循環ポンプ４５を駆動するモータＭ２等を総称したものである。
【００３３】
制御装置６は、図示していない車両のアクセル信号等の要求負荷信号、各種操作信号、温度センサＴ１・Ｔ２等の各種センサの検出信号、等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、制御装置６は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。
【００３４】
具体的には、制御装置６は、アクセルペダル開度を検出する図示されていないアクセルペダルセンサ等から送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池２の出力要求電力を算出する。そして、制御装置６は、この出力要求電力に対応する出力電力を発生させるように燃料電池２の出力電圧及び出力電流を制御する。また、制御装置６は、トラクションインバータ５３及び補機インバータ５４の出力パルス幅等を制御して、トラクションモータＭ３及び補機モータＭ４を制御する。
【００３５】
また、制御装置６は、入口ガス温度センサＴ１で検出した排出管３０の入口３０ｄ付近におけるガス温度（入口ガス温度）と、出口ガス温度センサＴ２で検出した排出管３０の出口３０ｅ付近におけるガス温度（出口ガス温度）と、に基づいて排出管３０の内部における残水量を推定する。すなわち、制御装置６は、本発明における残水量推定手段として機能する。また、制御装置６は、推定した排出管３０の内部における残水量が所定の許容量を超えた場合に、排水手段（エアコンプレッサ３１及びバイパス弁３６）を駆動して、排出管３０からの排水を実現させる。すなわち、制御装置６は、本発明における排水制御手段としても機能する。
【００３６】
次に、図３のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の排水制御方法について説明する。
【００３７】
燃料電池システム１の通常運転時においては、燃料電池２のカソード極に空気が供給され、燃料電池２のアノード極に水素ガスが供給され、これら空気と水素ガスとの電気化学反応により電力が発生する。また、かかる電気化学反応に伴い、燃料電池２のカソード極において水分が生成し、この水分が燃料電池２から排出されて排出管３０（カソードオフガス流路３４）内に流通する。また、燃料電池２から排出された水蒸気が排出管３０の内部で凝結して水分となり、この水分が排出されずに排出管３０の内部に残留する。本実施形態に係る燃料電池システム１においては、このように排出管３０の内部に残留する生成水の排水制御を以下の手順で行う。
【００３８】
まず、制御装置６は、入口ガス温度センサＴ１で検出した排出管３０の入口３０ｄ付近におけるガス温度（入口ガス温度）Ｔ1と、発電に伴って燃料電池２で生成された水分（生成水）の量と、に基づいて、燃料電池２から排出管３０に移動した水分の量（移動水分量）Ｗfcを算出する（移動水分量算出工程：Ｓ１）。発電に伴う生成水量は、燃料電池２の発電量や発電時間に対応するため、これら発電量（又は発電時間）と生成水量との関係を規定したマップ等を用いて算出することができる。そして、入口ガス温度Ｔ1と、燃料電池２における生成水量と、に基づいて所定の算出式を用いて移動水分量Ｗfcを算出することができる。
【００３９】
次いで、制御装置６は、入口ガス温度センサＴ１で検出した入口ガス温度Ｔ1における水蒸気分圧（入口分圧）Ｐt1を算出する（入口分圧算出工程：Ｓ２）。また、制御装置６は、出口ガス温度センサＴ２で検出した排出管３０の出口３０ｅ付近におけるガス温度（出口ガス温度）Ｔ2における水蒸気分圧（出口分圧）Ｐt2を算出する（出口分圧算出工程：Ｓ３）。入口分圧Ｐt1及び出口分圧Ｐt2は、所定の算出式を用いて算出することができる。
【００４０】
次いで、制御装置６は、移動水分量算出工程Ｓ１で算出した移動水分量Ｗfcと、入口分圧算出工程Ｓ２で算出した入口分圧Ｐt1と、出口分圧算出工程Ｓ３で算出した出口分圧Ｐt2と、に基づいて排出管３０の内部における推定残水量Ｗexを算出する（推定残水量算出工程：Ｓ４）。推定残水量算出工程Ｓ４においては、以下のような算出式（１）を採用している。
Ｗex＝Ｗfc×｛（Ｐt1−Ｐt2）／Ｐt1｝  （１）
【００４１】
例えば、５時間の運転における移動水分量Ｗfcが１８００cc（６cc/min）であり、入口ガス温度Ｔ1が６０℃で入口分圧Ｐt1が１９．８kPaであり、出口ガス温度Ｔ2が５０℃で出口分圧Ｐt2が１２．２kPaである場合には、推定残水量Ｗexは約６９０ccと算出される。なお、移動水分量算出工程Ｓ１、入口分圧算出工程Ｓ２、出口分圧算出工程Ｓ３及び推定残水量算出工程Ｓ４は、本発明における残水量推定工程を構成する。
【００４２】
続いて、制御装置６は、推定残水量算出工程Ｓ４で算出した推定残水量Ｗexが所定の許容量Ｗrefを超えたか否かを判定する（残水量判定工程：Ｓ５）。そして、制御装置６は、残水量判定工程Ｓ５において推定残水量Ｗexが許容量Ｗrefを超えたものと判定した場合に、排水手段（エアコンプレッサ３１及びバイパス弁３６）を駆動して、排出管３０からの排水を実現させる（排水工程：Ｓ６）。一方、制御装置６は、残水量判定工程Ｓ５において推定残水量Ｗexが許容量Ｗref以下であると判定した場合に、移動水分量算出工程Ｓ１に戻ってそれ以降の工程を繰り返す。残水量判定工程Ｓ５及び排水工程Ｓ６は、本発明における排水制御工程を構成する。
【００４３】
残水量判定工程Ｓ５においては、許容量Ｗrefを貯水バッファ３０ｆの容量と同一量に設定する（すなわち貯水バッファ３０ｆが生成水で充填された場合に排水を開始させる）ことができる。例えば、前記したように入口ガス温度Ｔ1と出口ガス温度Ｔ2の差が１０℃であり５時間の運転における推定残水量Ｗexが約６９０ccと算出された場合において、貯水バッファ３０ｆの容量（許容量Ｗref）を１００ccとすると、排水手段の駆動回数は約７回（約４３分に１度）となる。
【００４４】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の排出管３０を断熱材で構成した場合の残水量低減効果について説明する。
【００４５】
排出管３０を断熱材で構成することにより、排出管３０の入口３０ｄ付近におけるガス温度と出口３０ｅ付近におけるガス温度との差を低減させることができる。例えば、断熱性の合成樹脂である発泡ポリスチレン（熱伝導率ｋ：０．０３８W/(m・k)）を用いて、押出成形により、図４に示すような円筒状の排出管３０（内径ｒ：０．０２ｍ、断熱材厚さｔｈ：０．０２６ｍ、長さＬ：３ｍ）を構成した場合における残水量低減効果について説明する。
【００４６】
排出管３０の熱抵抗Ｒは、以下の算出式（２）を用いて算出することができる。
Ｒ＝ｔｈ／（ｋ×２πｒＬ）    （２）
ここで、「ｔｈ＝０．０２６、ｋ＝０．０３８、ｒ＝０．０２、Ｌ＝３」を算出式（２）に代入すると、「Ｒ＝１．８２（K/W）」と算出される。
【００４７】
次に、排出管３０の入口ガス温度をＴ1（℃）、外気温をＴ0（℃）、排出管３０の内部におけるガス流量をＮ（mol/sec）とすると、出口ガス温度Ｔ2（℃）は以下の算出式（３）を用いて算出することができる（αは正定数）。
Ｔ2＝｛Ｔ1×（α×Ｎ×Ｒ−１）＋２Ｔ0｝／（１＋α×Ｎ×Ｒ）  （３）
ここで、「Ｔ1＝６０、Ｔ0＝２０、Ｎ＝０．２、Ｒ＝１．８２、α＝５×８．３１」を算出式（３）に代入すると、「Ｔ2＝３２８（Ｋ）＝５５（℃）」と算出される。
【００４８】
このように発泡ポリスチレン製の排出管３０を採用すると、入口ガス温度Ｔ1と出口ガス温度Ｔ2の差が「５℃」に抑制されることとなった。出口ガス温度Ｔ2が５５℃である場合には、出口分圧Ｐt2は１５．６kPaと算出される。５時間の運転における移動水分量Ｗfcが１８００cc（６cc/min）、入口ガス温度Ｔ1が６０℃で入口分圧Ｐt1が１９．８kPa、出口ガス温度Ｔ2が５５℃で出口分圧Ｐt2が１５．６kPaである場合における推定残水量Ｗexは、算出式（１）により、約３８２ccと算出される。許容量Ｗrefを１００ccとすると、駆動回数は約４回（約７５分に１度）となる。すなわち、入口ガス温度Ｔ1と出口ガス温度Ｔ2の差が１０℃の場合（駆動回数が約７回）と比較すると、排水手段の駆動回数はほぼ半減されることとなる。
【００４９】
以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、排出管３０の入口３０ｄ付近及び出口３０ｅ付近におけるガス温度に基づいて、排出管３０の内部における残水量を精度良く推定することができ、その推定した残水量に応じて適切に排水制御を実施することができる。従って、排水手段を適切なタイミングで駆動させることができる（すなわち余分に駆動させる必要がない）ので、排水に要するエネルギ（燃料）を節減することができる。
【００５０】
また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１において、発泡ポリスチレン等の断熱材で排出管３０を構成すると、排出管３０の入口３０ｄ付近におけるガス温度と出口３０ｅ付近におけるガス温度との差を低減させることができ、排出管３０内の残水量を低減させることができる。従って、排水手段の駆動回数を低減させることができるので、排水に要するエネルギをさらに節減することができる。
【００５１】
なお、以上の実施形態においては、断熱材として発泡ポリスチレンを採用した例を示したが、断熱材はこれに限られるものではない。また、以上の実施形態においては、排水手段として、エアコンプレッサ３１とバイパス流路３５とバイパス弁３６とを採用した例を示したが、排出管３０の内部に残留した生成水を外部に排出することができるものであれば、いかなる構成を採用してもよい。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（ロボット、船舶、航空機等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。
【００５３】
また、以上の実施形態においては、発電に伴って水分を生成する燃料電池と、この燃料電池から排出される水分を流通させる排出管と、を備えるシステムに本発明を適用した例を示したが、燃料電池の他にも、作動時に発熱して水蒸気を発生するような装置（例えば原動機等）を備えるシステムにも本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池システム、２…燃料電池、６…制御装置（残水量推定手段、排水制御手段）、３０…排出管、３０ｄ…（排出管の）入口、３０ｅ…（排出管の）出口、３１…エアコンプレッサ（排水手段）、３５…バイパス流路（排水手段）、３６…バイパス弁（排水手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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