(57)【要約】【課題】  固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても反応ガスの流れが阻害されていることを判定でき、固体高分子形燃料電池への反応ガスの供給を制御できる固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置等を提供する。【解決手段】  検出部１２が固体高分子形燃料電池１の高圧側測定管３の圧力と低圧側測定管４の圧力とから圧力差信号２の検出を行なう。抽出部１４は所定の周波数成分の信号と不要なノイズ信号とを分離して、圧力差信号２から所定の周波数成分を抽出する。制御部１６は抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池１における空気の流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号９を出力する。信号出力部１８は所定の制御信号９に基づき、空気ブロワー５の空気の供給を制御する空気流量制御信号２１を空気ブロワー５へ出力する。【選択図】  図１
2005085546.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置であって、
固体高分子形燃料電池へ反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出部と、
前記検出部により検出された圧力差信号から所定の周波数成分を抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号を出力する制御部と、
前記制御部により出力された所定の制御信号に基づき、前記反応ガス供給部の反応ガスの供給を制御する信号を出力する信号出力部と
を備えたことを特徴とする固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、前記抽出部および前記制御部の機能は制御コンピュータにより実行されるものであり、該制御コンピュータは、
前記検出部により検出された圧力差信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄコンバータと、
前記Ａ／Ｄコンバータによりディジタル信号へ変換された圧力差信号を記録部に記録する記録手段と、
前記記録手段により記録部に記録された圧力差信号に対し高速フーリエ変換処理を行って、所定の周波数成分を抽出する高速フーリエ変換処理手段と、
前記高速フーリエ変換処理手段により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により阻害が生じたと判定された場合、所定の制御信号を出力する制御手段と
を備えたことを特徴とする固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、
前記抽出部は所定の周波数成分を通過させるフィルタであり、該フィルタ、前記制御部および前記信号出力部はカスタムＩＣ化されたことを特徴とする固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、前記検出部は差圧センサーであることを特徴とする固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置。
【請求項５】
固体高分子形燃料電池へ反応ガス供給部から供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御方法であって、
前記反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出工程と、
前記検出工程により検出された圧力差信号から所定の周波数成分を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号を出力する制御工程と、
前記制御工程により出力された所定の制御信号に基づき、前記反応ガス供給部の反応ガスの供給を制御する信号を出力する信号出力工程と
を備えたことを特徴とする固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御方法。
【請求項６】
固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置における制御コンピュータ上で動作するプログラムであって、該制御コンピュータを、
反応ガスを供給する反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出部により検出された圧力差信号であって、Ａ／Ｄコンバータによりディジタル信号へ変換された圧力差信号を記録部に記録する記録手段、
前記記録手段により記録部に記録された圧力差信号に対し高速フーリエ変換処理を行って、所定の周波数成分を抽出する高速フーリエ変換処理手段、
前記高速フーリエ変換処理手段により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定する判定手段、
前記判定手段により阻害が生じたと判定された場合、所定の制御信号を出力する制御手段
として機能させるためのプログラム。
【請求項７】
請求項６記載のプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体高分子形燃料電池（固体電解質形燃料電池。Polymer Electrolyte Fuel Cell : ＰＥＦＣ）の開発が進められている。固体高分子形燃料電池の発電の仕組みは基本的に他の燃料電池と同様であり、反応ガス中の水素と酸素とから水を生成する反応を利用して発電が行なわれている。
【０００３】
図４は、固体高分子形燃料電池の最小単位である単電池（又は単セル）５０の電極構造を示す。図４に示されるように、中央部の固体高分子電解質膜５２を挟んで燃料極触媒層５４ａおよび空気極触媒層５４ｂが形成され、燃料極触媒層５４ａおよび空気極触媒層５４ｂの外側に各々ガス拡散層５６ａと５６ｂとが形成されている。燃料極触媒層５４ａおよびガス拡散層５６ａにより燃料側の電極（燃料極５３）が構成され、空気極触媒層５４ｂおよびガス拡散層５６ｂにより空気側の電極（空気極５５）が構成されている。燃料極５３の外側には、燃料である水素のガス流路６０ａ、６２ａ、６４ａ等を有するセパレータ５８ａがあり、空気極５５の外側には空気のガス流路６０ｂ、６２ｂ、６４ｂ等を有するセパレータ５８ｂがある。以上のような単セル５０を積層して燃料電池スタックを構成している。
【０００４】
水素または空気といった反応ガスは、電極（燃料極５３または空気極５５）付近に形成されたガス流路６０ａ等または６０ｂ等を通って供給・排出が行なわれる。固体高分子形燃料電池は固体高分子電解質膜５２の膜抵抗が小さいため１００℃以下の低温の運転温度でも作動できるという特性を有しているが、この結果、生成された水が固体高分子形電池内で凝縮され、電池特性を低下させる場合があるという問題があった。電池特性を低下させる原因としては、１）電極を構成する触媒層（燃料極触媒層５４ａ、空気極触媒層５４ｂ）または拡散層（ガス拡散層５６ａ、５６ｂ）の内部で凝縮された水が滞留する結果、反応ガスの拡散を阻害する場合、２）反応ガス流路６０ａ等または６０ｂ等で水滴が滞留する結果、反応ガスの流れを阻害する場合、３）単セル５０を積層した固体高分子形燃料電池スタックは、反応ガスを各単セル５０に分配する入口マニホールドの分配部および反応ガスを各単セル５０から集合させる出口マニホールドの集合部を有しているが、この分配部および集合部を凝縮された水が塞いでしまう結果、反応ガスの分配不良が生じる場合等が考えられる。
【０００５】
上述の１）に示される電極内の水凝縮に対しては、特許文献１に記載されているように、インピーダンス測定等の電極濡れ状態検出手段を用いることにより反応ガスの動圧を一時的に増加させて凝縮水を吹き飛ばすという対策が提案されている。しかし、このようなインピーダンス測定等では電解質膜近傍の触媒層濡れ状態の検出は可能であるが、上述の２）に示される反応ガス流路における水凝縮に起因する反応ガスの流れの変化、および３）に示される入口マニホールドの分配部または出口マニホールドの集合部における水凝縮に起因する反応ガスの分配不良を検出することはできないという問題があった。
【０００６】
上述の２）および３）に示されるように反応ガスの流れが凝縮された水によって阻害される場合、固体高分子形燃料電池の入口と出口との間の反応ガスの圧力差が時間的に変化する。特許文献２には、差圧センサーを用いて当該圧力差の時間的変化（圧力損失の変化）を測定することにより反応ガスの流れが阻害されていることを検出する方法が記載されている。測定された圧力差には大気圧の変動、周辺機器の振動、供給ガス圧力の変動または電源ノイズ等の様々な要因によるノイズが含まれているため、特許文献２では測定結果を平均化してノイズを除去する方法が記載されている。
【特許文献１】特開平７−２３５３２４
【特許文献２】特開２００１−１４８２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
単セル５０を多数積層した固体高分子形燃料電池スタックでは、特定の単セル５０において流路の閉塞による反応ガス流量の変化が生じた場合であっても、固体高分子形燃料電池スタック全体における圧力損失の変化は非常に小さい。このため、上述の特許文献２における測定結果の平均化によるノイズの除去方法では、測定したい信号まで除去されてしまうことになるという問題があった。例えば、６０個の単セル５０を積層した固体高分子形燃料電池スタックでは、１つの単セル５０において完全に反応ガスの流れが止まってしまった場合であっても、固体高分子形燃料電池スタック全体における圧力損失の変化は定格時圧力損失の１／６０と非常に小さい。単セル５０の複数の流路中の１本が閉塞したような状態では、固体高分子形燃料電池スタック全体における圧力損失の変化はさらに減少する。このため、特許文献２における測定結果の平均化によるノイズの除去方法では圧力損失の変化とノイズとの分離は極めて困難であるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、単セル５０を多数積層した固体高分子燃料電池スタックにおいて、単セル５０の流路の閉塞または単セル５０の複数の流路中の１本の閉塞等のような固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、反応ガスの流れが阻害されていることを判定することができ、固体高分子形燃料電池への反応ガスの供給を制御することができる固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置は、固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置であって、固体高分子形燃料電池へ反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出部と、前記検出部により検出された圧力差信号から所定の周波数成分を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号を出力する制御部と、前記制御部により出力された所定の制御信号に基づき、前記反応ガス供給部の反応ガスの供給を制御する信号を出力する信号出力部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、この発明の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、前記抽出部および前記制御部の機能は制御コンピュータにより実行されるものであり、該制御コンピュータは、前記検出部により検出された圧力差信号をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄコンバータと、前記Ａ／Ｄコンバータによりディジタル信号へ変換された圧力差信号を記録部に記録する記録手段と、前記記録手段により記録部に記録された圧力差信号に対し高速フーリエ変換処理を行って、所定の周波数成分を抽出する高速フーリエ変換処理手段と、前記高速フーリエ変換処理手段により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により阻害が生じたと判定された場合、所定の制御信号を出力する制御手段とを備えることができる。
【００１１】
ここで、この発明の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、前記抽出部は所定の周波数成分を通過させるフィルタであり、該フィルタ、前記制御部および前記信号出力部はカスタムＩＣ化することができる。
【００１２】
ここで、この発明の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置において、前記検出部は差圧センサーとすることができる。
【００１３】
この発明の固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御方法は、固体高分子形燃料電池へ反応ガス供給部から供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御方法であって、前記反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出工程と、前記検出工程により検出された圧力差信号から所定の周波数成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号を出力する制御工程と、前記制御工程により出力された所定の制御信号に基づき、前記反応ガス供給部の反応ガスの供給を制御する信号を出力する信号出力工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明のプログラムは、固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置における制御コンピュータ上で動作するプログラムであって、該制御コンピュータを、反応ガスを供給する反応ガス供給部から固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を検出する検出部により検出された圧力差信号であって、Ａ／Ｄコンバータによりディジタル信号へ変換された圧力差信号を記録部に記録する記録手段、前記記録手段により記録部に記録された圧力差信号に対し高速フーリエ変換処理を行って、所定の周波数成分を抽出する高速フーリエ変換処理手段、前記高速フーリエ変換処理手段により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における反応ガスの流れに阻害が生じたか否かを判定する判定手段、前記判定手段により阻害が生じたと判定された場合、所定の制御信号を出力する制御手段として機能させるためのプログラムである。
【００１５】
この発明の記録媒体は、本発明のプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの供給を制御する固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置等によれば、固体高分子形燃料電池の高圧側測定管の圧力と低圧側測定管の圧力とから圧力差信号の検出を行ない、当該圧力差信号から所定の周波数成分の信号と不要なノイズ信号とを分離することにより、当該圧力差信号から所定の周波数成分を抽出することができる。抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池における空気の流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号を出力する。所定の制御信号に基づき、空気の供給を制御し、固体高分子形燃料電池へ供給される冷却水の流量を制御することができる。この結果、固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、空気の流れが阻害されていることを判定することができ、固体高分子形燃料電池への空気の供給を制御することができる固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置等を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
概要.
固体高分子形燃料電池のガス流路内における凝縮水の滞留と移動とによって生じる圧力損失の時間的変化は、水の凝縮量、セパレータのガス流路（溝）の形状および反応ガスの流速等の関係により、特定の周波数での信号を生じる傾向がある。本発明はこのような傾向を利用して、固体高分子形燃料電池へ供給される反応ガスの圧力と固体高分子形燃料電池から排出される反応ガスの圧力との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号を測定する。測定された圧力差信号に対し高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform : ＦＦＴ）処理等による周波数分析を行って、特定の周波数での信号と不要なノイズ信号とを分離することができる。あるいはこの圧力差信号に対しフィルタ処理を行なって、特定の周波数での信号と不要なノイズ信号とを分離することもできる。得られた特定の周波数の範囲における信号出力が一定以上の振幅値である場合は、反応ガスの流れが阻害されていると判断することができる。当該判断に基づき、固体高分子形燃料電池への反応ガスの供給量を制御することにより、反応ガスの流れの阻害が生じないような運転条件に設定することができる。
【００１８】
以下、各実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１における固体高分子形燃料電池の反応ガス供給制御装置１０の概要を示す。図１では図面の都合上、反応ガスとして空気系のみ示し燃料（水素）系は省略する。しかし、燃料系においても以下に示される空気系の構成と同様の構成を用いることができることは勿論である。さらに説明の簡略化のため、固体高分子形燃料電池内部の水分を保持するための加湿装置および反応後の空気から水分を除去する装置等も省略する。
【００２０】
図１において、符号１は固体高分子形燃料電池スタック中の固体高分子形燃料電池、５は固体高分子形燃料電池１へ空気（反応ガス）を供給する空気ブロワー（反応ガス供給部）、６は固体高分子形燃料電池１から反応後の空気を外部へ排出する空気排出口、８は固体高分子形燃料電池１を冷却するための冷却水を保持する冷却水タンク、７は冷却水タンク８の冷却水を固体高分子形燃料電池１へ供給させるための冷却水ポンプ、３は空気ブロワー５から固体高分子形燃料電池１へ供給される空気の圧力を測定するための高圧側測定管、４は固体高分子形燃料電池１から排出される反応ガスの圧力を測定するための低圧側測定管、１０は固体高分子形燃料電池１へ供給される空気の供給を制御する本発明の反応ガス供給制御装置である。
【００２１】
次に、本発明の反応ガス供給制御装置１０について説明する。図１に示されるように、反応ガス供給制御装置１０は検出部１２、抽出部１４、制御部１６および信号出力部１８を有している。検出部１２は、高圧側測定管３の圧力（空気ブロワー５から固体高分子形燃料電池１へ供給される空気の圧力）と低圧側測定管４の圧力（固体高分子形燃料電池１から排出される空気の圧力）との間の圧力差の時間的変動を示す圧力差信号２の検出を行なう。抽出部１４は、検出部１２により検出された圧力差信号２から所定の周波数成分を抽出する。すなわち、固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、所定の周波数成分の信号と不要なノイズ信号とを分離することができる。制御部１６は、抽出部１４により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池１における空気の流れに阻害が生じたか否かを判定する。詳しくは、抽出された所定の周波数成分の振幅値が一定以上である場合は、反応ガスの流れが阻害されていると判断することができる。制御部１６は阻害が生じたと判定した場合、所定の制御信号９を出力する。信号出力部１８は制御部１６により出力された所定の制御信号９に基づき、空気ブロワー５の空気の供給を制御する空気流量制御信号２１を空気ブロワー５へ出力する。さらに冷却ポンプ７へ冷却水流量制御信号２２を出力して、冷却水タンク８から固体高分子形燃料電池１へ供給される冷却水の流量を制御する。この結果、固体高分子形燃料電池１における空気の流れの阻害が生じないような条件にすることができる。
【００２２】
前述のように、図１では図面の都合上、反応ガスとして空気系のみ示し燃料（水素）系は省略したが、燃料系においても上述の空気系の構成と同様の構成を用いることができる。この場合、空気ブロワー５に対応させて水素ガスの供給を行なう水素ガス供給部、高圧側測定管３に対応させて水素ガスを固体高分子形燃料電池１へ供給する高圧側測定管、低圧側測定管６に対応させて水素ガスを固体高分子形燃料電池１から排出する低圧側測定管、空気流量制御信号２１に対応させて水素ガス流量制御信号等を設けることができる。反応ガス供給制御装置１０の検出部１２、抽出部１４、制御部１６および信号出力部１８は、反応ガスが空気から水素ガスへ替わるだけで同様の機能を有するものとすることができる。
【００２３】
以上より、本発明の実施例１によれば、検出部１２が固体高分子形燃料電池１の高圧側測定管３の圧力と低圧側測定管４の圧力とから圧力差信号２の検出を行なう。抽出部１４は所定の周波数成分の信号と不要なノイズ信号とを分離して、圧力差信号２から所定の周波数成分を抽出する。制御部１６は抽出部１４により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池１における空気の流れに阻害が生じたか否かを判定し、阻害が生じたと判定した場合に所定の制御信号９を出力する。このように必要な周波数帯域の信号を監視することができるため、対象となる周波数帯域が固体高分子形燃料電池１の運転条件により変化した場合であっても、本発明の反応ガス供給制御装置１０は柔軟に対処することができる。判定手段により反応ガスの流れの阻害が生じたと判定された場合、信号出力部１８は所定の制御信号９に基づき、空気ブロワー５の空気の供給を制御する空気流量制御信号２１を空気ブロワー５へ出力し、さらに冷却ポンプ７へ冷却水流量制御信号２２を出力して、冷却水タンク８から固体高分子形燃料電池１へ供給される冷却水の流量を制御する。この結果、固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、空気の流れが阻害されていることを判定することができ、固体高分子形燃料電池１への空気の供給を制御することができる。
【実施例２】
【００２４】
本発明の実施例２では、上述の圧力差信号２の周波数帯域が既知でない場合に特定の周波数の信号の正確な抽出および精密な凝縮判定を行なうことができる反応ガス供給制御装置について説明する。図２は、本発明の実施例２における固体高分子形燃料電池１の反応ガス供給制御装置１０ａの概要を示す。図２で図１と同じ符号を付した要素は同じ機能を有するため説明は省略する。図２では図１と同様に図面の都合上、反応ガスとして空気系のみ示し燃料（水素）系は省略する。しかし、燃料系においても以下に示される空気系の構成と同様の構成を用いることができることは勿論である。さらに説明の簡略化のため、固体高分子形燃料電池１内部の水分を保持するための加湿装置および反応後の空気から水分を除去する装置等も省略する。図２において、符号１２ａは実施例１の検出部１２に対応する差圧センサーである。差圧センサー１２ａは、例えばコスモ計器製ＰＴ−１６２Ａのように、フルオロシリコーンの隔膜による静電容量の変化の変化を利用する構造であり、微小な差圧変化を電圧信号へ変換する装置である。耐久性が必要な場合にはステンレスのような金属隔膜を用いたセンサーを使用することもできる。固体高分子形燃料電池スタックの定格圧力損失が５ｋＰａである場合、常時測定する圧力差は１〜１０ｋＰａ程度の範囲である。しかし、反応ガスの流れが阻害された場合に圧力差は一時的に増加するため、数１０ｋＰａ以上の耐圧を要する。
【００２５】
図２において、符号３０（図２の点線内で示される部分）は実施例１の抽出部１４および制御部１６の機能を実行する制御コンピュータである。制御コンピュータ３０において、符号３１は差圧センサー１２ａにより検出された圧力差信号２をディジタル信号へ変換するＡ／Ｄコンバータであり、例えばNational Instruments製のＡ／Ｄ変換ボードＰＣＩ−６０３５を用いることができる。Ａ／Ｄ変換ボードＰＣＩ−６０３５は１６ｂｉｔの分解能と最大２００ｋＨｚのサンプリング速度とを有する。従って、上例の差圧センサー１２ａの応答速度１０ｋＨｚに対して充分高速なサンプリングを行なうことができる。
【００２６】
制御コンピュータ３０内の他の要素は内部回路を示しており、符号３７はＡ／Ｄコンバータ３１および信号出力部１８等と接続されたインタフェース（Ｉ／Ｆ）部、３２はＣＰＵ、３３はＲＯＭ、３４はＲＡＭ、３５はＣＤ−ＲＯＭ３６等の記録媒体からプログラムおよびデータを入力するコントローラである。ＣＰＵ３２、ＲＯＭ３３、ＲＡＭ３４、コントローラ３５およびＩ／Ｆ部３７はバス３８に接続されている。制御コンピュータ３０は、Ａ／Ｄコンバータ３１によりディジタル信号へ変換された圧力差信号２をＩ／Ｆ部３７およびバス３８を介してＲＡＭ３４（記録部）に記録する記録手段と、記録手段によりＲＡＭ３４に記録された圧力差信号２に対し高速フーリエ変換処理を行って、所定の周波数成分を抽出する高速フーリエ変換処理手段と、高速フーリエ変換処理手段により抽出された所定の周波数成分の振幅値に基づいて、固体高分子形燃料電池１における空気の流れに阻害が生じたか否かを判定する判定手段と、判定手段により阻害が生じたと判定された場合、所定の制御信号９をバス３８およびＩ／Ｆ部３７を介して信号出力部１８へ出力する制御手段という機能を備えている。
【００２７】
信号出力部１８は上述のＡ／Ｄ変換ボードＰＣＩ−６０３５のアナログ出力機能を利用することができる。以降は実施例１と同様に、信号出力部１８は所定の制御信号９に基づき、空気ブロワー５の空気の供給を制御する空気流量制御信号２１を空気ブロワー５へ出力し、さらに冷却ポンプ７へ冷却水流量制御信号２２を出力して、冷却水タンク８から固体高分子形燃料電池１へ供給される冷却水の流量を制御することができる。
【００２８】
以上より、本発明の実施例２によれば、差圧センサー１２ａからＡ／Ｄコンバータ３１によりサンプリングされた圧力差信号２は制御コンピュータ３０によって高速フーリエ変換処理を施され、必要な周波数帯域の信号を監視される。このため、対象となる周波数帯域が固体高分子形燃料電池１の運転条件により変化した場合であっても、本発明の反応ガス供給制御装置１０ａは柔軟に対処することができる。制御コンピュータ３０を用いることにより、圧力差信号２の周波数帯域が既知でない場合に特定の周波数の信号の正確な抽出および精密な凝縮判定を行なうことができる。このため実施例１と同様に、固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、空気の流れが阻害されていることを判定することができ、固体高分子形燃料電池１への空気の供給を制御することができる。
【００２９】
上述の制御コンピュータ３０の機能はコンピュータ・プログラムとしてＲＯＭ３３またはＣＤ−ＲＯＭ３６等の脱着可能な記録媒体に記録しておくことができる。このコンピュータ・プログラムは、ＲＯＭ３３またはＣＤ−ＲＯＭ３６等の記録媒体からコントローラ３５を介しバス３８を通ってＲＡＭ３４へロードされる。ＣＰＵ３２がＲＡＭ３４内の本発明のコンピュータ・プログラムを実行することにより、本発明の目的を達成することができる。当該コンピュータ・プログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ３６等の記録媒体も同様に本発明を構成することになる。当該コンピュータ・プログラムを記録した記録媒体としては上述された記録媒体の他に、例えばＤＶＤ、光ディスク、メモリ・カード、メモリスティック、ＭＯ、ＦＤ等を用いることができる。その他、制御コンピュータ３０へ所望のデータを入力するためのマウスまたはテンキー等の入力装置（不図示）およびディスプレイ等の表示装置（不図示）を設けることもできる。
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３では、上述の圧力差信号２の周波数帯域が既知である場合に安価な装置により特定の周波数の信号の抽出および凝縮判定を行なうことができる反応ガス供給制御装置について説明する。図３は、本発明の実施例３における固体高分子形燃料電池１の反応ガス供給制御装置１０ｂの概要を示す。図３で図１および図２と同じ符号を付した要素は同じ機能を有するため説明は省略する。図３では図１および図２と同様に図面の都合上、反応ガスとして空気系のみ示し燃料（水素）系は省略する。しかし、燃料系においても以下に示される空気系の構成と同様の構成を用いることができることは勿論である。さらに説明の簡略化のため、固体高分子形燃料電池１内部の水分を保持するための加湿装置および反応後の空気から水分を除去する装置等も省略する。
【００３１】
図３において、符号１４ａは実施例１の抽出部１４に対応する所定の周波数成分を通過させる帯域通過フィルタである。帯域通過フィルタ１４ａは、測定対象となる周波数帯域とノイズ信号の周波数とに応じて低域通過フィルタ、高域通過フィルタ、帯域阻止フィルタ等から任意に選択し組み合わせることができる。固体高分子形燃料電池１の運転条件の変化による測定周波数の変更を可能とするため、複数のフィルタを搭載して任意に選択することもできる。符号４０は、微小な圧力損失の変動を増幅して、実施例１の制御部１６に対応する振幅判定処理部４２の入力仕様に適合させるためのアンプである。アンプ４０は固体高分子形燃料電池スタックの積層単セル数が少ない等の場合、省略することもできる。アンプ４０、振幅判定処理部４２および信号出力部１８はカスタムＩＣ化することができる。
【００３２】
以上より、本発明の実施例３によれば、差圧センサー１２ａから帯域フィルタ１４ａにより得られた圧力差信号２は、アンプ２により増幅された後、実施例１の制御部１６と同様の機能を有する振幅判定処理部４２に入力されて凝縮判定される。従って、実施例１と同様に、固体高分子形燃料電池スタック全体における微小な圧力損失の変化が生じた場合であっても、空気の流れが阻害されていることを判定することができ、固体高分子形燃料電池１への空気の供給を制御することができる。アンプ４０、振幅判定処理部４２および信号出力部１８はカスタムＩＣ化することができるため、圧力差信号２の周波数帯域が既知である場合に安価な装置により特定の周波数の信号の抽出および凝縮判定を行なうことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の活用例として、定置形のコ・ジェネレーション発電装置への適用を挙げることができる。好適には、家庭用または業務用の都市ガス改質タイプの固体高分子形燃料電池への適用が活用例として挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１における固体高分子形燃料電池１の反応ガス供給制御装置１０の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施例２における固体高分子形燃料電池１の反応ガス供給制御装置１０ａの概要を示す図である。
【図３】本発明の実施例３における固体高分子形燃料電池１の反応ガス供給制御装置１０ｂの概要を示す図である。
【図４】固体高分子形燃料電池の最小単位である単電池（又は単セル）５０の電極構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  固体高分子形燃料電池、  ２  圧力差信号、  ３  高圧側測定管、  ４    低圧側測定管、  ５  空気ブロワー、  ６  空気排出口、  ７  冷却水ポンプ、  ８  冷却水タンク、  ９  制御信号、  １０，１０ａ，１０ｂ  反応ガス供給制御装置、  １２，１２ａ  検出部（差圧センサー）、  １４  抽出部、  １６  制御部、  １８  信号出力部、  ２１  空気流量制御信号、  ２２  冷却水流量制御信号、  ３０  制御コンピュータ、  ３１  Ａ／Ｄコンバータ、  ３２  ＣＰＵ、  ３３  ＲＯＭ、  ３４  ＲＡＭ、  ３５  コントローラ、  ３６  記録媒体、  ３７  Ｉ／Ｆ部、  ３８  バス、  ４０  アンプ、  ４２  振幅判定処理部、  ５０  単セル、  ５２  固体高分子電解質膜、  ５３  燃料極、  ５４ａ  燃料極触媒層、  ５４ｂ  空気極触媒層、  ５５  空気極、  ５６ａ，５６ｂ  ガス拡散層、  ５８ａ、５８ｂ  セパレータ、  ６０ａ，６０ｂ，６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂ  ガス流路（溝）。
【図１】
2005085546.tif 000003
【図２】
2005085546.tif 000004
【図３】
2005085546.tif 000005
【図４】
2005085546.tif 000006