(57)【要約】【課題】  加湿器の加湿能力低下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（１００）は、固体高分子型の燃料電池（３０）と、燃料電池からの排出ガスを用いて燃料電池への供給ガスを加湿する加湿器（２０）と、加湿器の加湿能力の低下を予測または検出する加湿能力検知手段（８０）と、加湿能力検知手段によって加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に、加湿器における排出ガスの相対湿度を上昇させる相対湿度調整手段（５０）とを備える。【選択図】        図１
2008177004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型の燃料電池と、
前記燃料電池からの排出ガスを用いて前記燃料電池への供給ガスを加湿する加湿器と、
前記加湿器の加湿能力の低下を予測または検出する加湿能力検知手段と、
前記加湿能力検知手段によって前記加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に、前記加湿器における前記排出ガスの相対湿度を上昇させる相対湿度調整手段とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記相対湿度調整手段は、前記加湿器よりも上流側または前記加湿器内の前記排出ガスを冷却する冷却手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却手段は、前記加湿器を冷却する手段であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記燃料電池の排出ガス出口と前記加湿器とを接続する配管の少なくとも一部を冷却する手段であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記冷却手段は、前記燃料電池の排出ガス出口と前記加湿器とを接続する第１通路と、前記燃料電池の排出ガス出口と前記加湿器とを接続しかつ前記第１通路の熱容量よりも大きい熱容量を備えた第２通路と、前記第１通路および前記第２通路の少なくともいずれか一方を開通させる切替手段とを備え、前記加湿能力検知手段によって前記加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に前記第２通路を開通させることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記加湿器よりも上流側の前記供給ガスと前記加湿器よりも上流側の前記排出ガスとの間で熱交換を行う手段であることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記相対湿度調整手段は、前記排出ガスの背圧を調整する背圧調整手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記相対湿度調整手段は、前記排出ガスに水分を供給する水分供給手段であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記加湿能力検知手段は、前記燃料電池における生成水量が前記排出ガスの飽和時水量を下回ると予測または検出した場合に、前記加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記加湿能力検知手段は、前記燃料電池における生成水量と前記加湿器における前記排出ガスから前記供給ガスへの加湿水量との合計が前記排出ガスの飽和時水量を下回ると予測または検出した場合に、前記加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記加湿能力検知手段は、前記排出ガスの単位時間当たりの温度変化量に基づいて、所定時間後に前記加湿器の加湿能力が低下するか否かを推定することを特徴とする請求項９または１０記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記加湿能力検知手段は、前記加湿器へ流入する前記排出ガスの熱量から前記加湿器から流出する前記排出ガスの熱量を差し引いた熱量が前記燃料電池において生成された水の気化熱を上回る場合に、前記加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池の排出ガス出口と前記加湿器とを接続する配管の熱容量は、前記加湿器と前記燃料電池の供給ガス入口とを接続する配管の熱容量よりも大きいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記加湿器は、水分交換膜を備え、
前記加湿器において、前記供給ガスは前記水分交換膜の一方面側を流動し、前記排出ガスは前記水分交換膜の他方面側を流動することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【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】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質からなる電解質層の両側に、それぞれアノードおよびカソードが設けられた膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が、セパレータによって挟持された構造を有している。
【０００４】
この燃料電池においては、アノードに供給された燃料ガスに含まれる水素が触媒を介してプロトンと電子とに解離する。このプロトンは、電解質層を介してカソード側へと移動する。水素の解離によって生じた電子は、外部回路に取り出されて直流の電気エネルギとして利用される。カソードには、酸素を含有する酸化剤ガスが供給される。カソードにおいては、触媒を介してプロトン、電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００５】
ところで、固体高分子電解質の含水量が低下すると、固体高分子電解質のイオン伝導性が低下する。したがって、固体高分子電解質に適度に水分を供給する必要がある。そこで、燃料電池からの排出ガスから燃料電池への供給ガスに水分を移動させる加湿器が設けられていることがある。例えば、加湿器として、水分交換膜からなる中空糸が用いられる。しかしながら、この水分交換膜の毛管において水蒸気が凝縮して加湿器の加湿能力が低下するおそれがある。そこで、加湿器の昇温を行って加湿器の加湿能力を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許３７２５３８７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術によれば、負荷の増大に伴って燃料電池の温度が上昇すると、燃料電池からの排出ガスの温度が上昇する。この場合、排出ガスの相対湿度の低下に伴って、加湿器の加湿能力が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、加湿器の加湿能力低下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】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムは、固体高分子型の燃料電池と、燃料電池からの排出ガスを用いて燃料電池への供給ガスを加湿する加湿器と、加湿器の加湿能力の低下を予測または検出する加湿能力検知手段と、加湿能力検知手段によって加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に、加湿器における排出ガスの相対湿度を上昇させる相対湿度調整手段とを備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に、加湿器における排出ガスの相対湿度が相対湿度調整手段によって上昇する。この場合、加湿器の加湿能力低下を抑制することができる。
【００１０】
相対湿度調整手段は、加湿器よりも上流側または加湿器内の排出ガスを冷却する冷却手段であってもよい。この場合、排出ガスの飽和時水量が低下する。それにより、排出ガスの相対湿度が上昇する。冷却手段は、加湿器を冷却する手段であってもよい。また、冷却手段は、燃料電池の排出ガス出口と加湿器とを接続する配管の少なくとも一部を冷却する手段であってもよい。
【００１１】
冷却手段は、燃料電池の排出ガス出口と加湿器とを接続する第１通路と、燃料電池の排出ガス出口と加湿器とを接続しかつ第１通路の熱容量よりも大きい熱容量を備えた第２通路と、第１通路および第２通路の少なくともいずれか一方を開通させる切替手段とを備え、加湿能力検知手段によって加湿器の加湿能力の低下が予測または検出された場合に第２通路を開通させてもよい。
【００１２】
冷却手段は、加湿器よりも上流側の供給ガスと加湿器よりも上流側の排出ガスとの間で熱交換を行う手段であってもよい。この場合、供給ガスの温度が上昇する。それにより、供給ガスが含有することができる水分量が増加する。それにより、燃料電池の電解質膜の乾燥を抑制することができる。相対湿度調整手段は、排出ガスの背圧を調整する背圧調整手段であってもよい。また、相対湿度調整手段は、排出ガスに水分を供給する水分供給手段であってもよい。この場合、排出ガスの相対湿度が上昇する。
【００１３】
加湿能力検知手段は、燃料電池における生成水量が排出ガスの飽和時水量を下回ると予測または検出した場合に、加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出してもよい。また、加湿能力検知手段は、燃料電池における生成水量と加湿器における排出ガスから供給ガスへの加湿水量との合計が排出ガスの飽和時水量を下回ると予測または検出した場合に、加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出してもよい。
【００１４】
加湿能力検知手段は、排出ガスの単位時間当たりの温度変化量に基づいて、所定時間後に加湿器の加湿能力が低下するか否かを推定してもよい。この場合、加湿器の加湿能力低下を予防することができる。したがって、加湿器の加湿能力低下に対する応答性が向上する。
【００１５】
加湿能力検知手段は、加湿器へ流入する排出ガスの熱量から加湿器から流出する排出ガスの熱量を差し引いた熱量が燃料電池において生成された水の気化熱を上回る場合に、加湿器の加湿能力が低下すると予測または検出してもよい。
【００１６】
燃料電池の排出ガス出口と加湿器とを接続する配管の熱容量は、加湿器と燃料電池の供給ガス入口とを接続する配管の熱容量よりも大きくてもよい。この場合、排出ガスの一時的な温度変化が吸収される。したがって、不要な制御を抑制することができる。なお、加湿器は、水分交換膜を備え、加湿器において、供給ガスは水分交換膜の一方面側を流動し、排出ガスは水分交換膜の他方面側を流動してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、加湿器の加湿能力低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図３を参照しつつ、本発明の第１実施例に係る燃料電池システム１００について説明する。図１は、燃料電池システム１００の全体構成を示す模式図である。図２は、後述する単セル３３の模式的断面図である。図３は、後述する加湿器２０に設けられた中空糸２１の断面図である。図１に示すように、燃料電池システム１００は、ポンプ１０、加湿器２０、燃料電池３０、温度センサ３１、電流計３２、圧力調整弁４０、圧力センサ４１、温度センサ４２、ポンプ５０および制御部８０を備える。
【００２０】
ポンプ１０は、エアを燃料電池３０に供給するためのポンプである。ポンプ１０は、制御部８０の指示に従ってエアを圧縮する。この圧縮されたエアは、加湿器２０を経由して供給ガスとして燃料電池３０に供給される。加湿器２０の詳細は、後述する。供給ガスは、後述するように燃料電池３０において発電反応に用いられ、排出ガスとして加湿器２０を経由して外部に排出される。温度センサ３１は、燃料電池３０のセル温度を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。電流計３２は、燃料電池３０の発電電流を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。
【００２１】
圧力調整弁４０は、燃料電池３０の排出口と加湿器２０との間に設けられている。圧力調整弁４０は、制御部８０の指示に従って、燃料電池３０内における供給ガスの背圧を調整する。圧力センサ４１および温度センサ４２は、圧力調整弁４０と加湿器２０との間に配置されている。圧力センサ４１は、排出ガスの圧力を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。温度センサ４２は、排出ガスの温度を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。
【００２２】
ポンプ５０は、エアを加湿器２０に供給するためのポンプである。ポンプ５０は、制御部８０の指示に従ってエアを圧縮する。この圧縮されたエアは、加湿器２０を経由して外部に排出される。この場合、エアによって加湿器２０が冷却される。制御部８０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御部８０は、温度センサ３１、電流計３２、圧力センサ４１および温度センサ４２から与えられる検出結果に基づいて、燃料電池システム１００を制御する。
【００２３】
次に、燃料電池３０の詳細について説明する。燃料電池３０は、複数の単セル３３が積層されたスタック構造を有する。本実施例においては、単セル３３は、固体高分子型燃料電池構造を有する。図２に示すように、単セル３３は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜３３１の一方の面にアノード触媒層３３２、ガス拡散層３３３およびセパレータ３３４が積層され、他方の面にカソード触媒層３３５、ガス拡散層３３６、セパレータ３３７が積層された構造を有する。
【００２４】
固体高分子電解質膜３３１は、例えば、パーフルオロスルフォン酸型ポリマーからなる。アノード触媒層３３２は、水素のプロトン化を促進する触媒層である。カソード触媒層３３５は、プロトンと酸素との反応を促進する触媒層である。アノード触媒層３３２およびカソード触媒層３３５は、例えば、白金担持カーボンからなる。ガス拡散層３３３は水素を含有する燃料ガスを透過する層である。ガス拡散層３３６は、酸素を含有する酸化剤ガスを透過する層である。ガス拡散層３３３，３３６は、例えば、カーボンペーパからなる。セパレータ３３４には、燃料ガス流路が設けられている。セパレータ３３７には、酸化剤ガス流路が設けられている。
【００２５】
セパレータ３３４の燃料ガス流路には、図示しない燃料ガス供給手段から燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、ガス拡散層３３３を透過してアノード触媒層３３２に到達する。燃料ガスに含まれる水素は、アノード触媒層３３２の触媒を介してプロトンと電子とに解離する。プロトンは、固体高分子電解質膜３３１を伝導してカソード触媒層３３５に到達する。
【００２６】
一方、セパレータ３３７の酸化剤ガス流路には、図１のポンプ１０からエアが供給される。この酸化剤ガスは、ガス拡散層３３６を透過してカソード触媒層３３５に到達する。カソード触媒層３３５においては、触媒を介してプロトンと酸素とが反応する。それにより、発電が行われるとともに、水分が生成される。排出ガスには、この水分が含まれる。
【００２７】
次に、図３を参照しつつ加湿器２０の詳細について説明する。加湿器２０は、複数の中空糸２１から構成される。中空糸２１は、多孔質状の水分交換膜からなる。図３に示すように、中空糸２１には複数の毛管部２２が形成されている。中空糸２１の外側には供給ガスが供給される。中空糸２１の内側には水分を含んだ排出ガスが供給される。この場合、中空糸２１の内側の水蒸気圧は、中空糸２１の外側の水蒸気圧に比較して大きくなる。それにより、排出ガスに含まれる水分は、毛管部２２を移動し、供給ガスに与えられる。その結果、供給ガスが加湿される。
【００２８】
以上のことから、燃料電池システム１００においては、燃料電池３０に加湿された供給ガスが供給される。それにより、固体高分子電解質膜３３１の乾燥を抑制することができる。その結果、燃料電池３０の発電効率低下を抑制することができる。ところで、燃料電池３０におけるセル温度が上昇した場合、排出ガスの相対湿度が低下することがある。この場合、排出ガスの水蒸気圧が低下する。その結果、加湿器２０における供給ガスの加湿が十分に行われないおそれがある。以下、加湿器２０の加湿能力の低下について説明する。
【００２９】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、排出ガスの温度と排出ガスの相対湿度との関係を示す図である。図４（ａ）および図４（ｂ）において、縦軸は水量を示し、横軸は温度を示し、実線は排出ガスが飽和した場合（相対湿度１００％）の飽和時水量を示し、一点鎖線は燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計を示す。
【００３０】
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、飽和時水量は温度の上昇とともに多くなる。温度が高くなると排出ガスが含有することができる水蒸気量が多くなるからである。図４（ａ）に示すように、燃料電池３０からの排出ガスの温度が比較的低い場合、生成水量と加湿水量との合計は、排出ガスの飽和時水量を超えている。この場合、排出ガスは過飽和になっている。その結果、加湿器２０において排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００３１】
一方、図４（ｂ）に示すように、燃料電池３０からの排出ガスの温度が比較的高い場合、生成水量と加湿水量との合計が排出ガスの飽和時水量を下回ることがある。この場合、排出ガスの相対湿度が低下し、排出ガスの水蒸気圧が低下する。それにより、加湿器２０における加湿能力が低下する。その結果、供給ガスが十分に加湿されなくなる。本実施例においては、制御部８０は、生成水量と加湿水量との合計が排出ガスの飽和時水量を下回る場合に、加湿器２０の加湿能力の低下を検出する。
【００３２】
ここで、図５に、加湿器２０の温度と排出ガスの背圧と排出ガスの相対湿度との関係を示す。図５の縦軸は加湿器２０内の温度を示し、図５の横軸は加湿器２０内の排出ガスの背圧を示す。図５に示すように、排出ガスの背圧が一定の場合、加湿器２０内の温度低下に伴って排出ガスの相対湿度が上昇する。図４で示したように、温度が低下すると飽和時水量が低下するからである。
【００３３】
本実施例においては、制御部８０は、加湿器２０の加湿能力の低下を検出した場合に、ポンプ５０を制御してエアを加湿器２０に供給する。この場合、エアによって加湿器２０が冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００３４】
図６に、その場合のフローチャートを示す。図６に示すように、制御部８０は、温度センサ３１からセル温度Ｔｗを取得し、セル温度Ｔｗが規定温度を超えているか否かを判断する。以下、上記規定温度として８０℃を例にして説明する（ステップＳ１）。ステップＳ１においてセル温度Ｔｗが８０℃を超えていると判定された場合、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量Ｗｐおよび燃料電池３０からの排出ガス量Ｑｏｕｔを計算する（ステップＳ２）。
【００３５】
生成水量Ｗｐは、燃料電池３０の発電電流から求めることができる。したがって、制御部８０は、電流計３２の検出結果に基づいて生成水量Ｗｐを計算することができる。また、排出ガス量Ｑｏｕｔは、ポンプ１０によって燃料電池３０に与えられる供給ガス量Ｑｉｎと燃料電池３０の発電電流とから求めることができる。すなわち、供給ガス量Ｑｉｎから、発電によって消費された酸素量を差し引くことによって排出ガス量Ｑｏｕｔが求められる。
【００３６】
次に、制御部８０は、排出ガスの飽和時水量Ｗｓを計算する（ステップＳ３）。この場合、制御部８０は、排出ガス量Ｑｏｕｔ、圧力センサ４１の検出結果、および温度センサ４２の検出結果に基づいて、蒸気圧曲線を用いて飽和時水量Ｗｓを計算することができる。次いで、制御部８０は、供給ガスへの加湿水量Ｗｉｎを推定する（ステップＳ４）。この場合、制御部８０は、飽和時水量Ｗｓ、供給ガス量Ｑｉｎおよび加湿器２０における水分交換率に基づいて、加湿水量Ｗｉｎを推定することができる。加湿器２０の水分交換率は、マップとしてあらかじめ制御部８０に記憶されていてもよい。
【００３７】
次に、制御部８０は、生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいと判定された場合、制御部８０は、ポンプ５０を制御して加湿器２０にエアを供給する（ステップＳ６）。その後、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。
【００３８】
なお、ステップＳ１においてセル温度が例えば８０℃よりも大きいと判定されなかった場合、および、ステップＳ５において生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいと判定されなかった場合、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。この場合、不要な制御を抑制することができる。
【００３９】
このように、上記フローチャートに従った制御により、加湿器２０の加湿能力低下を抑制することができる。なお、ステップＳ５において、制御部８０は、生成水量Ｗｐが飽和時水量Ｗｓよりも小さいか否かを判定してもよい。この場合、加湿器２０の加湿能力低下を未然に抑制することができる。
【００４０】
本実施例においては、電流計３２、圧力センサ４１、温度センサ４２および制御部８０が加湿能力検知手段に相当し、ポンプ５０が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例２】
【００４１】
図７は、本発明の第２実施例に係る燃料電池システム１００ａの全体構成を示す模式図である。図７に示すように、燃料電池システム１００ａは、図１の燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに第１貯水部５１、バルブ５２、第２貯水部５３およびポンプ５４を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００４２】
第１貯水部５１には水が貯留されている。バルブ５２は、制御部８０の指示に従って、第１貯水部５１に貯留されている水を加湿器２０に供給する。加湿器２０に供給された水は、第２貯水部５３に貯留される。ポンプ５４は、制御部８０の指示に従って、第２貯水部５３に貯留されている水を第１貯水部５１に戻す。
【００４３】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、バルブ５２を制御して第１貯水部５１に貯留されている水を加湿器２０に供給する。この場合、加湿器２０が冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００４４】
本実施例においては、第１貯水部５１、バルブ５２、第２貯水部５３およびポンプ５４が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例３】
【００４５】
図８は、本発明の第３実施例に係る燃料電池システム１００ｂの全体構成を示す模式図である。図８に示すように、燃料電池システム１００ｂは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに一対の切替弁５５，５６を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００４６】
切替弁５５，５６は、燃料電池システム１００ｂが搭載される車両の車速風が通る配管に配置されている。切替弁５５，５６は、制御部８０の指示に従って、切替弁５５と切替弁５６とを接続する配管と、切替弁５５から加湿器２０を経由して切替弁５６に接続される配管と、を切り替える。本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、切替弁５５，５６を制御して加湿器２０を経由する通路を開通させる。この場合、車速風によって加湿器２０が冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００４７】
本実施例においては、切替弁５５，５６が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例４】
【００４８】
図９は、本発明の第４実施例に係る燃料電池システム１００ｃの全体構成を示す模式図である。図９に示すように、燃料電池システム１００ｃは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりにポンプ５７および熱交換器５８を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００４９】
ポンプ５７は、熱交換器５８にエアを供給するためのポンプである。燃料電池３０の排出ガス出口と加湿器２０との間に配置されている。熱交換器５８においては、ポンプ５７から供給されたエアと燃料電池３０からの排出ガスとの間で熱交換が行われる。本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、ポンプ５７を制御して熱交換器５８にエアを供給する。この場合、熱交換器５８において排出ガスが冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００５０】
本実施例においては、ポンプ５７および熱交換器５８が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例５】
【００５１】
図１０は、本発明の第５実施例に係る燃料電池システム１００ｄの全体構成を示す模式図である。図１０に示すように、燃料電池システム１００ｄは、図１の燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに第１貯水部５９、バルブ６０、第２貯水部６１およびポンプ６２を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００５２】
第１貯水部５９には水が貯留されている。バルブ６０は、制御部８０の指示に従って、第１貯水部５９に貯留されている水を、燃料電池３０の排出口と加湿器２０とを接続する配管（以下、排出ガス配管と称する）の外壁に供給する。その後、排出ガス配管の外壁に供給された水は、第２貯水部６１に貯留される。ポンプ６２は、制御部８０の指示に従って、第２貯水部６１に貯留されている水を第１貯水部５９に戻す。
【００５３】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、バルブ６０を制御して第１貯水部５９に貯留されている水を、排出ガス配管の外壁に供給する。この場合、排出ガスが冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００５４】
本実施例においては、第１貯水部５９、バルブ６０、第２貯水部６１およびポンプ６２が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例６】
【００５５】
図１１は、本発明の第６実施例に係る燃料電池システム１００ｅを説明するための図である。図１１（ａ）は、燃料電池システム１００ｅの全体構成を示す模式図である。図１１（ｂ）〜図１１（ｄ）は、後述する第２通路６５を説明するための模式図である。図１１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００ｅは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに一対の切替弁６３，６４を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００５６】
切替弁６３，６４は、排出ガス配管において、圧力調整弁４０と圧力センサ４１との間に配置されている。切替弁６３，６４は、制御部８０の指示に従って、切替弁６３と切替弁６４とを接続する第１通路と、排出ガス配管の熱容量よりも大きい熱容量を有する第２通路６５と、を切り替える。図１１（ｂ）に示すように、第２通路６５は、燃料電池システム１００ｅが搭載される車両において外気にさらされる箇所に配置される。
【００５７】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、切替弁６３，６４を制御して第２通路６５を開通させる。この場合、第２通路６５において排出ガスが冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００５８】
なお、第２通路６５は、図１１（ｃ）に示すように第１通路に比較して大きい表面積を有していてもよい。この場合、第２通路６５において排出ガスが効率よく冷却される。また、第２通路６５は、図１１（ｄ）に示すように、第１通路に比較して大きい肉厚を有していてもよい。この場合、第２通路６５の外壁に排出ガスの熱が吸収される。それにより、第２通路６５において排出ガスが効率よく冷却される。
【００５９】
本実施例においては、切替弁６３，６４および第２通路６５が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例７】
【００６０】
図１２は、本発明の第６実施例に係る燃料電池システム１００ｆの全体構成を示す模式図である。図１２に示すように、燃料電池システム１００ｆは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに一対の切替弁６６，６７および熱交換器６８を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００６１】
切替弁６６，６７は、排出ガス配管において、圧力調整弁４０と圧力センサ４１との間に配置されている。切替弁６６，６７は、制御部８０の指示に従って、切替弁６６と切替弁６７とを接続する配管と、熱交換器６８を経由する配管と、を切り替える。熱交換器６８は、ポンプ１０と加湿器２０との間に配置されている。熱交換器６８においては、排出ガスと供給ガスとの間で熱交換が行われる。
【００６２】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、切替弁６６，６７を制御して熱交換器６８を経由する通路を開通させる。この場合、熱交換器６８において排出ガスが冷却される。それにより、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。図１３に、熱交換器６８を経由する通路を開通させる場合の効果について示す。
【００６３】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）において、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示す。図１３（ａ）に示すように、負荷が増大すると燃料電池３０の温度が上昇する。すなわち、燃料電池３０の冷媒温度が上昇する。それに伴い、加湿器２０の温度も上昇する。ただし、加湿器２０の温度上昇速度は、燃料電池３０の温度上昇速度に比較して小さくなる。加湿器２０は燃料電池３０から離れた箇所に配置されており、燃料電池３０から加湿器２０までの配管バルブ等の熱容量のため、加湿器２０の温度は燃料電池３０からの排出ガスを媒体として変化するからである。上述したように、加湿器２０における排出ガスの相対湿度が１００％以下になると、排出ガスは供給ガスによって冷却される。それにより、排出ガスの温度は、加湿器２０における排出ガスの相対湿度が１００％となる温度以下となる。その結果、加湿器２０における排出ガスの相対湿度は１００％を超える。
【００６４】
また、排出ガスが冷却されると、熱交換器６８における熱交換によって供給ガスの温度が上昇する。この場合、図１３（ｂ）に示すように、供給ガスの露点が上昇する。供給ガスの温度上昇に伴い、供給ガスに含有される水分量が増加するからである。以上のことから、本実施例においては、加湿器２０の加湿能力の低下を抑制することができるとともに、供給ガスへの加湿量を増加させることができる。それにより、図２の固体高分子電解質膜３３１の乾燥を抑制することができる。
【００６５】
本実施例においては、切替弁６６，６７および熱交換器６８が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例８】
【００６６】
図１４は、本発明の第８実施例に係る燃料電池システム１００ｇの全体構成を示す模式図である。図１４に示すように、燃料電池システム１００ｇは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに圧力調整弁６９および圧力センサ７０を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００６７】
圧力調整弁６９は、加湿器２０から排出される排出ガスの配管に配置されている。圧力調整弁６９は、加湿器２０における排出ガスの背圧を調整する。制御部８０は、圧力センサ４１の検出結果に基づいて、圧力調整弁６９を制御する。圧力センサ７０は、燃料電池３０の排出ガス出口と圧力調整弁４０との間に配置されている。圧力センサ７０は、燃料電池３０における供給ガスの圧力を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。制御部８０は、圧力センサ７０の検出結果に基づいて、圧力調整弁４０を制御する。
【００６８】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、圧力調整弁６９を制御して加湿器２０における排出ガスの背圧を増加させる。ここで、図５に示したように加湿器２０の温度が一定の場合、排出ガスの背圧増加に伴って排出ガスの相対湿度が上昇する。排出ガスの背圧増加に伴って、排出ガス中の水蒸気圧が増加するからである。したがって、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００６９】
図１５は、圧力調整弁４０および圧力調整弁６９による背圧増加の効果について説明するための図である。図１５の上側の縦軸は、燃料電池３０のセル電圧を示す。図１５の下側の縦軸は、燃料電池３０に供給される供給ガスの背圧を示す。図１５の横軸は、セルにおける電流密度を示す。図１５に示すように、負荷が増大して固体高分子電解質膜３３１の含水量が低下すると、燃料電池３０の発電性能が低下する。例えば、システム作動電圧一定の場合、値Ａから値Ｂまで電流密度が低下する。
【００７０】
本実施例においては、加湿器２０の加湿能力低下が抑制されて燃料電池３０の発電性能が回復する。燃料電池３０の発電性能をさらに向上させる必要がある場合には、制御部８０は、圧力調整弁４０を制御して燃料電池３０における供給ガスの背圧を増加させる。それにより、例えば、値Ｂから値Ｃまで電流密度が増加する。以上のことから、本実施例においては、加湿器２０の加湿能力を回復させるとともに供給ガスの背圧を増加させることによって、燃料電池３０の発電性能を維持することができる。
【００７１】
本実施例においては、圧力調整弁６９が相対湿度調整手段および背圧調整手段に相当する。
【実施例９】
【００７２】
図１６は、本発明の第９実施例に係る燃料電池システム１００ｈの全体構成を示す模式図である。図１６に示すように、燃料電池システム１００ｈは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに水噴霧装置７１を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。水噴霧装置７１は、排出ガス配管において、圧力調整弁４０と圧力センサ４１との間に配置されている、水噴霧装置７１は、制御部８０の指示に従って、水を排出ガス配管内に噴霧する。
【００７３】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、水噴霧装置７１を制御して排出ガス配管内に水分を供給する。この場合、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００７４】
（変形例）
燃料電池システム１００ｈは、水噴霧装置７１の代わりに図１７に示す水分供給装置７１ａを備えていてもよい。図１７（ａ）は排出ガス配管の模式的断面図であり、図１７（ｂ）は排出ガス配管の長さ方向の模式的断面図である。図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、水分供給装置７１ａは、貯水部７１１、バルブ７１２および複数の多孔体７１３を備える。
【００７５】
貯水部７１１は、水を貯留する。多孔体７１３は、排出ガス配管に挿入されている。また、多孔体７１３は、吸水機能を備えるとともに、排出ガスとの間における水分交換機能を備える。制御部８０は、加湿器２０の加湿能力が低下すると判断した場合、貯水部７１１の水が多孔体７１３に供給されるようにバルブ７１２を制御する。それにより、排出ガスに水分が供給される。
【００７６】
本実施例においては、水噴霧装置７１および水分供給装置７１ａが、相対湿度調整手段および水分供給手段に相当する。
【実施例１０】
【００７７】
図１８は、本発明の第１０実施例に係る燃料電池システム１００ｉの全体構成を示す模式図である。図１８に示すように、燃料電池システム１００ｉは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、ポンプ５０の代わりに水噴霧装置７２、一対の切替弁７３，７４および熱交換器７５を備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。
【００７８】
水噴霧装置７２は、排出ガス配管において、圧力調整弁４０と圧力センサ４１との間に配置されている。水噴霧装置７２は、制御部８０の指示に従って、水を排出ガス配管内に噴霧する。切替弁７３，７４は、燃料電池３０を流動する冷媒の配管であって燃料電池３０よりも下流側に配置されている。切替弁７３，７４は、制御部８０の指示に従って、切替弁７３と切替弁７４とを接続する配管と、熱交換器７５を経由する配管と、を切り替える。熱交換器７５は、ポンプ１０と加湿器２０との間に配置されている。熱交換器７５においては、燃料電池３０によって加熱された冷媒と供給ガスとの間で熱交換が行われる。
【００７９】
本実施例においては、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が燃料電池３０からの排出ガスの飽和時水量を下回る場合に加湿器２０の加湿能力の低下を検出し、水噴霧装置７２を制御して排出ガス配管内に水分を供給する。この場合、加湿器２０に供給される排出ガスの相対湿度が上昇する。また、制御部８０は、燃料電池３０の冷媒が熱交換器７５を経由するように、切替弁７３，７４を制御する。この場合、冷媒によって供給ガスの温度が上昇する。それにより、供給ガスが含有することができる水分量が多くなる。その結果、加湿器２０における排出ガスから供給ガスへの水移動が促進される。
【００８０】
図１９は、上記制御の効果の詳細について説明するための図である。図１９の縦軸は温度を示し、図１９の横軸は時間を示す。図１９に示すように、負荷が増大すると燃料電池３０の冷媒温度が上昇する。それに伴い、加湿器２０の温度も上昇する。
【００８１】
上述したように、加湿器２０における排出ガスの相対湿度が１００％以下になると、水噴霧装置７２から排出ガスに水分が供給される。この場合、排出ガスは過飽和になる。それにより、排出ガスの水飽和温度が上昇する。また、水分供給によって排出ガスの温度が低下する。したがって、負荷がさらに増大しても、排出ガスの相対湿度は１００％を下回りにくい。また、燃料電池３０の冷媒によって供給ガスの温度が上昇する。それにより、供給ガスに供給される水分量が増加する。その結果、図２の固体高分子電解質膜３３１の乾燥を抑制することができる。
【００８２】
本実施例においては、水噴霧装置７２が相対湿度調整手段および水分供給手段に相当する。
【実施例１１】
【００８３】
図２０は、本発明の第１１実施例に係る燃料電池システム１００ｊの全体構成を示す模式図である。図２０に示すように、燃料電池システム１００ｊは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、温度センサ７６をさらに備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。温度センサ７６は、加湿器２０から排出される排出ガスの配管に配置されている。温度センサ７６は、加湿器２０からの排出ガスの温度を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。
【００８４】
本実施例においては、制御部８０は、加湿器２０における放熱量が、加湿器２０において供給ガスに与える必要がある水分の気化熱を上回るか否かによって、加湿器２０の加湿能力の低下を検出する。すなわち、制御部８０は、供給ガスに供給する必要がある水蒸気が排出ガスによって持ち去られているか否かによって、加湿器２０の加湿能力の低下を検出する。
【００８５】
図２１に、その場合のフローチャートを示す。図２１に示すように、制御部８０は、温度センサ３１からセル温度Ｔｗを取得し、セル温度Ｔｗが例えば８０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１においてセル温度Ｔｗが８０℃を超えていると判定された場合、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量Ｗｐおよび燃料電池３０からの排出ガス量Ｑｏｕｔを計算する（ステップＳ１２）。
【００８６】
次に、制御部８０は、加湿器２０に流入する排出ガスの熱量Ｂｉｎおよび加湿器２０から排出される排出ガスの熱量Ｂｏｕｔを計算する（ステップＳ１３）。この場合、制御部８０は、排出ガス量Ｑｏｕｔ、圧力センサ４１の検出結果および温度センサ４２の検出結果に基づいて、熱量Ｂｉｎを計算することができる。また、制御部８０は、排出ガス量Ｑｏｕｔ、圧力センサ４１の検出結果および温度センサ７６の検出結果に基づいて、熱量Ｂｏｕｔを計算することができる。
【００８７】
次いで、制御部８０は、供給ガスへの加湿水量Ｗｉｎを推定する（ステップＳ１４）。この場合、制御部８０は、排出ガス量Ｑｏｕｔ、圧力センサ４１の検出結果、および温度センサ４２の検出結果に基づいて、蒸気圧曲線を用いて飽和時水量Ｗｓを計算することができる。次に、制御部８０は、加湿水量Ｗｉｎ分の気化熱Ｂｖを推定する（ステップＳ１５）。
【００８８】
次いで、制御部８０は、熱量Ｂｉｎから熱量Ｂｏｕｔを差し引いた値が気化熱Ｂｖを上回るか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において熱量Ｂｉｎから熱量Ｂｏｕｔを差し引いた値が気化熱Ｂｖを上回ると判定された場合、制御部８０は、ポンプ５０を制御して加湿器２０にエアを供給する（ステップＳ１７）。その後、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。
【００８９】
なお、ステップＳ１１においてセル温度が、例えば、８０℃よりも大きいと判定されなかった場合、および、ステップＳ１６において熱量Ｂｉｎから熱量Ｂｏｕｔを差し引いた値が気化熱Ｂｖを上回ると判定されなかった場合、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。この場合、不要な制御を抑制することができる。
【００９０】
このように、上記フローチャートに従った制御により、加湿器２０の加湿能力低下を抑制することができる。なお、ステップＳ１６において、制御部８０は、熱量Ｂｉｎから熱量Ｂｏｕｔと加湿器２０のケースからの放熱量との合計の熱量を差し引いた値が気化熱Ｂｖを上回るか否かを判定してもよい。この場合、加湿器２０における放熱量の検出精度が向上するからである。また、ステップＳ１７において、実施例２〜実施例１０で説明した制御により、加湿器２０における排出ガスの相対湿度を上昇させてもよい。
【００９１】
本実施例においては、電流計３２、圧力センサ４１、温度センサ４２、温度センサ７６および制御部８０が加湿能力検知手段に相当し、ポンプ５０が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【実施例１２】
【００９２】
図２２は、本発明の第１２実施例に係る燃料電池システム１００ｋの全体構成を示す模式図である。図２２に示すように、燃料電池システム１００ｋは、図１に示す燃料電池システム１００と異なり、温度センサ７７をさらに備える。なお、前述した第１実施例と同一符号を付した部材は、第１実施例と同様のものであり、第１実施例と同様の位置に配置されている。温度センサ７７は、加湿器２０内に配置されている。温度センサ７７は、加湿器２０内の温度を検出し、その検出結果を制御部８０に与える。
【００９３】
本実施例においては、制御部８０は、加湿器２０内の温度変化に基づいて加湿器２０の加湿能力の低下を予測する。具体的には、制御部８０は、温度センサ７７の検出結果に基づいて加湿器２０の温度を予測し、加湿器２０内の排出ガスの相対湿度が１００％を下回るか否かを予測する。
【００９４】
図２３に、排出ガスの温度と加湿器２０の温度との関係を示す。図２３（ａ）の縦軸は温度を示し、図２３（ａ）の横軸は時間を示す。図２３（ａ）に示すように、負荷の増大に伴って、排出ガスの温度が上昇する。それに伴い、加湿器２０の温度も上昇する。ただし、加湿器２０の温度上昇速度は、排出ガスの温度上昇速度に比較して小さくなる。加湿器２０は燃料電池３０から離れた箇所に配置されており、加湿器２０の温度は排出ガスを媒体として変化するからである。したがって、燃料電池３０直後の排出ガスの相対湿度が１００％を下回っていても、加湿器２０における排出ガスの相対湿度が１００％を上回っている場合がある。図２３（ｂ）にその場合を示す。
【００９５】
図２３（ｂ）において、縦軸は水量を示し、横軸は温度を示し、実線は排出ガスの飽和時水量を示し、一点鎖線は燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計を示す。図２３（ｂ）に示すように、燃料電池３０直後の排出ガス温度においては、生成水量と加湿水量との合計が飽和時水量を下回っている。それに比較して、加湿器２０内の温度においては、生成水量と加湿水量との合計が飽和時水量を上回っている。
【００９６】
本実施例においては、制御部８０は、加湿器２０内の温度変化に基づいて加湿器２０内の排出ガスの相対湿度が所定時間後に１００％を下回るか否かを予測する。図２４にその詳細を示す。図２４（ａ）は加湿器２０内の温度変化を示す図である。図２４（ａ）の縦軸は加湿器２０内の温度を示し、図２４（ａ）の横軸は時間を示す。燃料電池３０の負荷が増大した場合、図２４（ａ）に示すように加湿器２０内の温度が上昇する。
【００９７】
図２４（ａ）において、時間ｔ０においては加湿器２０の温度はＤ１である。この場合、制御部８０は、時間ｔ０における温度変化の傾きを求め、時間ｔ０から時間ｔａ経過した後の加湿器２０の温度Ｄ２を推定する。次に、制御部８０は、温度Ｄ２において燃料電池３０における生成水量と供給ガスへの加湿水量との合計が飽和時水量を下回っている場合には、加湿器２０内の排出ガスの相対湿度を増加させる制御を行う。
【００９８】
図２５に、その場合のフローチャートを示す。図２５に示すように、制御部８０は、温度センサ３１からセル温度Ｔｗを取得し、セル温度Ｔｗが例えば８０℃を超えているか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ１１においてセル温度Ｔｗが８０℃を超えていると判定された場合、制御部８０は、図２４（ａ）の手順に従って温度Ｄ２を推定する（ステップＳ２２）。
【００９９】
次に、制御部８０は、燃料電池３０における生成水量Ｗｐおよび燃料電池３０からの排出ガス量Ｑｏｕｔを計算する（ステップＳ２３）。次いで、制御部８０は、排出ガスの飽和時水量Ｗｓを計算する（ステップＳ２４）。次いで、制御部８０は、供給ガスへの加湿水量Ｗｉｎを推定する（ステップＳ２５）。
【０１００】
次に、制御部８０は、生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいと判定された場合、制御部８０は、ポンプ５０を制御して加湿器２０にエアを供給する（ステップＳ２７）。その後、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。
【０１０１】
なお、ステップＳ２１においてセル温度が、例えば、８０℃よりも大きいと判定されなかった場合、および、ステップＳ２６において生成水量Ｗｐと加湿水量Ｗｉｎとの合計が飽和時水量Ｗｓよりも小さいと判定されなかった場合、制御部８０は、フローチャートの実行を終了する。この場合、不要な制御を抑制することができる。
【０１０２】
上記フローチャートに従った制御により、制御部８０は、あらかじめ加湿器２０内の温度を予測することができる。この場合、加湿器２０の加湿能力低下を予防することができる。また、燃料電池３０の温度変化と加湿器２０の温度変化との差異に起因する制御部８０の応答遅れを抑制することができる。ここで、加湿器２０の加湿能力低下に対する応答性を向上させようとすると複雑なシステムが必要になるおそれがある。しかしながら、図２２に示す燃料電池システム１００ｋにおいては、簡易な構成で加湿器２０の加湿能力低下を予防することができる。なお、ステップＳ２６において、制御部８０は、生成水量Ｗｐが飽和時水量Ｗｓよりも小さいか否かを判定してもよい。この場合、加湿器２０の加湿能力低下を未然に抑制することができる。また、ステップＳ２７において、実施例２〜実施例１０で説明した制御により、加湿器２０における排出ガスの相対湿度を上昇させてもよい。
【０１０３】
（変形例）
図２６（ａ）に示すように、燃料電池システム１００ｋは、排出ガス配管に温度変化緩和部７８を備えていてもよい。温度変化緩和部７８は、燃料電池３０からの排出ガスの温度変化を緩和する部材からなる。例えば、温度変化緩和部７８は、供給ガス配管に比較して大きい熱容量を有している。この場合、温度変化緩和部７８において、排出ガスの温度変化が吸収される。したがって、排出ガスの温度が一時的に上昇しても、加湿器２０内の温度変化を抑制することができる。その結果、加湿器２０における加湿能力低下を抑制することができるとともに、不要な制御を抑制することができる。
【０１０４】
例えば、温度変化緩和部７８は、供給ガス配管を構成する材料の熱容量よりも大きい熱容量を有する材料から構成されていてもよい。また、温度変化緩和部７８は、燃料電池３０の排出口から加湿器２０までの排出ガス配管全体にわたって設けられていてもよい。
【０１０５】
また、図２６（ｂ）に示すように、温度変化緩和部７８は、供給ガス配管に比較して大きい表面積を有する配管から構成されていてもよい。また、図２６（ｃ）に示すように、温度変化緩和部７８は、供給配管に比較して大きい肉厚を有していてもよい。これらの場合、温度変化緩和部７８を流動する排出ガスの温度変化を抑制することができる。
【０１０６】
なお、温度変化緩和部７８は、上記各実施例に係る燃料電池システムに設けられていてもよい。この場合、上記各燃料電池システムにおいても、温度変化緩和部７８における温度変化吸収によって加湿器２０の加湿能力低下を抑制することができる。
【０１０７】
本実施例においては、電流計３２、圧力センサ４１、温度センサ４２、温度センサ７７および制御部８０が加湿能力検知手段に相当し、ポンプ５０が相対湿度調整手段および冷却手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】単セルの模式的断面図である。
【図３】加湿器に設けられた中空糸の断面図である。
【図４】排出ガスの温度と排出ガスの相対湿度との関係を示す図である。
【図５】加湿器の温度と排出ガスの背圧と排出ガスの相対湿度との関係を示す図である。
【図６】第１実施例に係るフローチャートを示す図である。
【図７】本発明の第２実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図８】本発明の第３実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である
【図９】本発明の第４実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１０】本発明の第５実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１１】本発明の第６実施例に係る燃料電池システムを説明するための図である。
【図１２】本発明の第６実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１３】熱交換器を経由する通路を開通させる場合の効果について示す図である。
【図１４】本発明の第８実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１５】圧力調整弁による背圧増加の効果について説明するための図である。
【図１６】本発明の第９実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１７】水噴霧装置の他の例を示す図である。
【図１８】本発明の第１０実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図１９】本発明の第１０実施例に係る制御の効果の詳細について説明するための図である。
【図２０】本発明の第１１実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図２１】本発明の第１１実施例に係るフローチャートを示す図である。
【図２２】本発明の第１２実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図２３】排出ガスの温度と加湿器の温度との関係を示す図である。
【図２４】加湿器内の温度変化を示す図である。
【図２５】本発明の第１２実施例に係るフローチャートを示す図である。
【図２６】温度変化緩衝部について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  ポンプ
２０  加湿器
３０  燃料電池
３１  温度センサ
３２  電流計
４０  圧力調整弁
４１  圧力センサ
４２  温度センサ
５０  ポンプ
８０  制御部
１００  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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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