(57)【要約】【課題】燃料電池の燃費の向上と高温時の発電性能の向上の両立を図る。【解決手段】供給される燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池セルを有する燃料電池から排出される燃料オフガスを還流させて利用する燃料電池システムである。燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、燃料オフガスを燃料ガス供給路に還流させる環流路と、環流路に配設され、燃料オフガスに含まれる水分を分離除去する気水分離器と、気水分離器をバイパスして燃料オフガスを燃料ガス供給路に還流させるバイパス流路と、燃料電池セルの乾燥状態に応じて、燃料オフガスをバイパス流路を介して燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える制御部と、を備える。【選択図】図１
2012169150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池セルを有する燃料電池から排出される燃料オフガスを還流させて利用する燃料電池システムであって、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、
前記燃料オフガスを前記燃料ガス供給路に還流させる環流路と、
前記環流路に配設され、前記燃料オフガスに含まれる水分を分離除去する気水分離器と、
前記気水分離器をバイパスして前記燃料オフガスを前記燃料ガス供給路に還流させるバイパス流路と、
前記燃料電池セルの乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える制御部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御部は、前記燃料電池セルの温度の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分に対応する前記燃料電池セル部分の抵抗を測定する抵抗測定手段を備え、
前記制御部は、前記燃料電池セル部分の抵抗値の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分に対応する前記燃料電池セル部分の電流を測定する電流測定手段を備え、
前記制御部は、前記燃料電池セル部分の電流値の低下から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分の露点を測定する酸化ガス露点測定手段を備え、
前記制御部は、前記酸化ガス流路部分の露点の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分に対向する位置の燃料ガス流路部分の露点を測定する燃料ガス露点測定手段を備え、
前記制御部は、前記燃料ガス流路部分の露点の低下から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池から排出される燃料オフガスを還流させて利用する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池の燃費の向上および燃料電池内の水分過多状態を抑制するために、燃料電池に供給された燃料ガス（水素ガス）のうち発電に供されなかったから未反応の燃料ガス（「燃料オフガス」、あるいは「水素オフガス」と呼ばれる）に含まれる水分を分離除去した後、燃料ガスとして還流させて利用する燃料電池システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−０７１３４６号公報
【特許文献２】特開２００３−１７８７７８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、上記燃料電池システムでは、燃料電池内の温度に関わらず、燃料オフガスから水分を分離除去してしまうため、燃料電池内の温度が高温の場合に、燃料電池内の乾燥を抑制するために要する水分まで除去して乾燥が促進されてしまい、高温時の発電性能の向上の点で問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池の燃費の向上と高温時の発電性能の向上の両立を図ることが可能な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］
供給される燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応によって発電する燃料電池セルを有する燃料電池から排出される燃料オフガスを還流させて利用する燃料電池システムであって、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給路と、前記燃料オフガスを前記燃料ガス供給路に還流させる環流路と、前記環流路に配設され、前記燃料オフガスに含まれる水分を分離除去する気水分離器と、前記気水分離器をバイパスして前記燃料オフガスを前記燃料ガス供給路に還流させるバイパス流路と、前記燃料電池セルの乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替える制御部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
上記燃料電池システムによれば、燃料電池の燃料電池セルが高温となって乾燥状態が進む場合において、燃料オフガスから水分を分離除去せずに、燃料ガス供給路に還流させて、乾燥を抑制することができるので、高温時の発電性能を向上させることが可能である。これにより、燃料電池の燃費の向上と高温時の発電性能の向上の両立を図ることが可能となる。
【０００８】
［適用例２］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池セルの温度を検出する温度検出手段を備え、前記制御部は、前記燃料電池セルの温度の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
【０００９】
［適用例３］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分に対応する前記燃料電池セル部分の抵抗を測定する抵抗測定手段を備え、前記制御部は、前記燃料電池セル部分の抵抗値の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１０】
［適用例４］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分に対応する前記燃料電池セル部分の電流を測定する電流測定手段を備え、前記制御部は、前記燃料電池セル部分の電流値の低下から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１１】
［適用例５］
適用例１記載の燃料電池システムであって、前記燃料電池セルを流れる前記酸化ガスの流路のあらかじめ定められた入口側の酸化ガス流路部分の露点を測定する酸化ガス露点測定手段を備え、前記制御部は、前記酸化ガス流路部分の露点の上昇から推定される前記乾燥状態に応じて、前記燃料オフガスを前記バイパス流路を介して前記燃料ガス供給路に還流させるか否かを切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
【００１２】
適用例２〜適用例５のいずれのようにしても、燃料電池の燃料電池セルが高温となって乾燥状態が進むことを容易に推定することができるので、推定した乾燥状態に応じて、燃料オフガスをバイパス流路を介して燃料ガス供給路に還流させるか否かを容易に切り替えることができる。これにより、燃料電池の燃料電池セルが高温となって乾燥状態が進む場合において、燃料オフガスから水分を分離除去せずに、燃料ガス供給路に還流させて、乾燥を抑制することができるので、高温時の発電性能を向上させることが可能である。この結果、燃料電池の燃費の向上と高温時の発電性能の向上の両立を図ることが可能となる。
【００１３】
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、燃料電池システムや燃料電池システムを搭載した車両、燃料電池システムの制御方法などの種々の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池セルの温度と燃料電池セルの抵抗値および電圧の関係を示す説明図である。
【図４】燃料電池セルの温度と燃料オフガスに含まれる水分量との関係を示すグラグである。
【図５】従来例のように水分を除去した燃料オフガスを循環する場合と実施例のように水分を除去しない燃料オフガスを循環する場合における燃料電池セルの高温時の発電性能を比較して示すグラフである。
【図６】第２実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と燃料電池セルの抵抗（セル抵抗）の関係について示すグラフである。
【図８】酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルのセル抵抗を測定するための構造について示す説明図である。
【図９】第２実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。
【図１０】第３実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１２】酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルの電流密度を測定するための構造について示す説明図である。
【図１３】第３実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。
【図１４】第４実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１５】燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と酸化ガスの露点との関係を示すグラフである。
【図１６】酸化ガス流路の入口側の所定の部分の露点を測定するための構造について示す説明図である。
【図１７】第４実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。
【図１８】第５実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離とこれに対向する燃料ガス流路の位置における燃料ガスの露点との関係を示すグラフである。
【図２０】酸化ガス流路の入口側の所定の部分に対向する燃料ガス流路の部分の露点を測定するための構造について示す説明図である。
【図２１】第５実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順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】
【００１５】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．燃料電池システムの構成例：
図１は、第１実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、酸化ガス供給系３００と、燃料電池冷却系４００と、制御部５００と、を備える。
【００１６】
燃料電池１００は、アノードに供給されるアノードガスとしての燃料ガス（水素ガス）と、カソードに供給されるカソードガスとしての酸化ガス（空気、厳密には空気に含まれる酸素ガス）との電気化学反応により電力を発生する。
【００１７】
この燃料電池１００としては、固体高分子電解質膜等の種々の電解質膜を用いた燃料電池セルで構成される燃料電池が対象となる。また、燃料電池１００は、複数の燃料電池セルを積層したスタック構造を有するものとする。
【００１８】
燃料電池セルは、図示は省略するが、基本的に、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）をセパレータで挟持した構成を有している。ＭＥＡは、イオン交換膜からなる電解質膜と、電解質膜のアノード側の面上に形成された触媒電極（「アノード側触媒電極」あるいは単に「アノード」とも呼ぶ）と、電解質膜のカソード側の面上に形成された触媒電極（「カソード側触媒電極」あるいは単に「カソード」とも呼ぶ）とで構成される。ＭＥＡとセパレータとの間には、アノード側およびカソード側に、それぞれガス拡散層（ＧＤＬ）が設けられている。また、セパレータとガス拡散層に接する面には、燃料ガスや酸化ガスを流す溝状のガス流路が形成されている。ただし、セパレータとガス拡散層との間に、ガス流路部が別途設けられる場合もある。なお、電解質膜とアノード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「アノード」とも呼ぶ。また、電解質膜とカソード側のセパレータとの間に形成された各構成要素を纏めて「カソード」とも呼ぶ。また、各燃料電池セルの間のセパレータの面には、燃料電池セルを冷却するための冷媒を流す冷媒流路が形成されている。
【００１９】
燃料電池１００の内部には、燃料電池セルのスタック方向に沿って、各燃料電池セルのアノードの燃料ガス流路に連通するアノードマニホールド（燃料ガスマニホールド）と、各燃料電池セルのカソードの酸化ガス流路に連通するカソードマニホールド（酸化ガスマニホールド）と、各燃料電池セルの冷媒流路に連通する冷媒マニホールドと、がそれぞれ延びている。
【００２０】
燃料ガス供給系２００は、水素タンク２１０と、燃料ガス供給路２２０と、燃料ガス循環路２３０と、を備える。燃料ガスとしての水素ガスが貯蔵された水素タンク２１０は、燃料ガス供給路２２０を介して燃料電池１００の燃料ガスの入口（供給口）に接続されている。そして、燃料ガス供給路２２０にはバルブ２４０が設けられている。このバルブ２４０は、調圧機能を実現する調圧弁としての機能と遮断機能を実現するシャットバルブ(遮断弁)としての機能を有する。
【００２１】
燃料電池１００からの燃料オフガスの出口（排出口）と、燃料ガス供給路２２０のバルブ２４０よりも下流側との間には、燃料電池１００から排出される燃料オフガスを燃料ガスとして燃料ガス供給路２２０に還流させる環流路としての燃料ガス循環路２３０が接続されている。なお、燃料オフガスは、燃料電池１００の各燃料電池セルのアノードで消費されなかった未反応の燃料ガスであり、本例の場合水素ガスである。そして、この燃料オフガスには、カソードからアノードに電解質膜を透過してきた水が含まれる。
【００２２】
この燃料ガス循環路２３０には、燃料オフガスを燃料ガス供給路２２０に還流させるための循環ポンプ２６０が設けられている。燃料電池１００の燃料オフガスの出口と循環ポンプ２６０との間の燃料ガス循環路２３０には、燃料オフガスから水分を分離除去する気水分離器２５０が設けられている。また、燃料ガス循環路２３０の気水分離器２５０の入口と出口との間には、気水分離器２５０をバイパスするためのバイパス流路２８０が設けられており、バイパス流路２８０の上流側には、燃料電池１００から排出される燃料オフガスの流れを、気水分離器２５０側またはバイパス流路２８０側へと切り替える切替バルブ２７０が設けられている。この切替バルブ２７０の切り替えは後述するように制御部５００によって実行される。また、循環ポンプ２６０の上流側の燃料ガス循環路２３０には、燃料ガス排出路２９０が接続されている。そして、燃料ガス排出路２９０には、この燃料ガス排出路２９０を開閉するシャットバルブ２９５が設けられている。
【００２３】
この燃料ガス供給系２００では、水素タンク２１０から燃料ガス供給路２２０を介して燃料電池１００に水素ガスを燃料ガスとして供給するとともに、燃料電池１００から排出された燃料オフガスを燃料ガス循環路２３０を介して燃料ガス供給路２２０に還流し、燃料ガスとして循環利用する。ただし、切替バルブ２７０が、燃料電池１００から排出される燃料オフガスの流れを、気水分離器２５０側とするように設定されている場合には、水分が分離除去された燃料オフガスが、燃料ガス供給路２２０、燃料電池１００内の燃料ガスマニホールド、燃料電池セル内の燃料ガス流路、および、燃料ガス循環路２３０中を循環する。一方、切替バルブ２７０が、燃料電池１００から排出される燃料オフガスの流れを、バイパス流路２８０側とするように設定されている場合には、燃料オフガス中に含まれている水分が除去されることなく、燃料電池１００内の燃料ガスマニホールド、燃料電池セル内の燃料ガス流路、および、燃料ガス循環路２３０中を循環する。いずれの場合においても、燃料オフガスを燃料ガスとして循環利用することにより、燃料ガスの利用効率を向上させて燃費を向上させることができる。
【００２４】
なお、切替バルブ２７０の切り替えによって発生する、気水分離器２５０で水分を除去した燃料オフガスを燃料ガスとして循環させる場合と、気水分離器２５０で水分を除去せずに燃料オフガスを燃料ガスとして循環させル場合とでは、後述するようにその作用効果が異ることになる。これらの作用効果の相違については、後述する制御部５００による燃料ガス循環路切替制御において説明する。
【００２５】
酸化ガス供給系３００は、エアーコンプレッサー３１０と、酸化ガス供給路３２０と、酸化ガス排出路３３０と、背圧弁３４０と、を備える。エアーコンプレッサー３１０は、酸化ガス供給路３２０を介して燃料電池１００の酸化ガスの入口（供給口）に接続されている。燃料電池１００の酸化オフガスの出口（排出口）には、酸化オフガスを排出する酸化ガス排出路３３０が接続されている。そして、酸化ガス排出路３３０には、この酸化ガス排出路３３０を開閉する背圧弁３４０が設けられている。なお、酸化オフガスは、燃料電池１００のカソードで消費されなかった未反応の酸化ガスであり、本例の場合、酸化ガスとして供給された空気のうち、厳密な意味での酸化ガスとして消費された酸素ガスを除いた空気である。そして、この酸化オフガスには、カソードで反応により生成された水が含まれる。
【００２６】
この酸化ガス供給系３００では、エアーコンプレッサー３１０により酸化ガスとしての空気がエアーコンプレッサー３１０の大気取り入れ口（不図示）から取り込まれて、酸化ガス供給路３２０を介して燃料電池１００内に供給される。燃料電池１００内に供給された酸化ガスは、各燃料電池セルの酸化ガス流路を流れて、発電に利用される。そして、発電に利用されなかった酸化ガス（酸化オフガス）は、燃料電池１００から酸化ガス排出路３３０に排出される。酸化ガス排出路３３０に排出された酸化オフガスは、背圧弁３４０を介して大気中に排出される。なお、燃料電池１００の酸化ガス流路を流れる酸化ガスの圧力および流量は、エアーコンプレッサー３１０の動作量、および、背圧弁３４０の開閉量により調整される。
【００２７】
燃料電池冷却系４００は、ラジエーター４１０と、冷媒供給路４２０と、冷媒ポンプ４３０と、冷媒排出路４４０と、温度センサー４５０と、を備える。ラジエーター４１０は、冷媒供給路４２０を介して燃料電池１００の冷媒の入口（供給口）に接続されており、冷媒排出路４４０を介して燃料電池１００の冷媒の出口（排出口）に接続されている。冷媒供給路４２０には冷媒ポンプ４３０が設けられている。また、冷媒排出路４４０には温度センサー４５０が設けられている。
【００２８】
燃料電池冷却系４００は、ラジエーター４１０、冷媒供給路４２０、燃料電池１００内の冷媒流路、および、冷媒排出路４４０により形成される冷媒循環路中の冷媒を、冷媒ポンプ４３０を駆動することによって循環させる。このとき、ラジエーター４１０で冷却された冷媒を、燃料電池１００内に供給することにより、燃料電池１００を構成する各燃料電池セルを冷却することができる。なお、冷媒としては、水、不凍液等を用いることができる。
【００２９】
制御部５００は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を有する１以上のマイクロコンピュータで構成されている。そして、燃料電池システム１０の各種センサー等の構成要素から受け取る情報に基づいて、燃料ガス供給系２００や酸化ガス供給系３００、燃料電池冷却系４００の動作を制御することにより、システム全体の動作を制御する。本例では、特に、温度センサー４５０で検知した温度、すなわち、燃料電池１００の温度、より具体的には、各燃料電池セルの平均温度に対応する温度に応じて、後述するように、燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０の切替を制御して、燃料ガス循環路の切替制御を実行する。
【００３０】
上記構成の燃料電池システム１０では、制御部５００により、燃料ガス供給系２００、酸化ガス供給系３００、および、燃料電池冷却系４００を制御して、燃料電池１００の発電を実行することにより、正極端子（＋）および負極端子（−）から電力が出力される。そして、この燃料電池システム１０では、以下で説明するように、燃料電池１００の温度に応じて燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０を切り替えて、燃料ガス循環路の切替制御を実行する点に特徴を有している。
【００３１】
Ａ２．燃料ガス循環路切替制御：
図２は、第１実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。この燃料ガス循環路切替制御は、燃料電池システム１０の運転に合わせて、制御部５００によって実行される。なお、この循環路切替制御の開始時点では、切替バルブ２７０は［ＯＦＦ］、すなわち、バイパス流路２８０への切り替えが［ＯＦＦ］で、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定されている。
【００３２】
まず、燃料電池セルの温度Ｔとして温度センサー４５０で検知される温度を検知し、閾値Ｔ０よりも高くなったか判定する（ステップＳ１１０）。なお、この温度センサー４５０で検知される温度は、各燃料電池セルの平均温度に対応する温度である。
【００３３】
ここで、上記閾値Ｔ０は、燃料電池１００を構成する燃料電池セルがドライアップする直前の温度を意味している。図３は、燃料電池セルの温度と燃料電池セルの抵抗値および電圧の関係を示す説明図である。ドライアップとは、燃料電池の内部、特にアノードにおいて水分が不足することにより、電解質膜を介したアノードからカソードへのプロトンの移動が滞り、発電効率が低下する現象である。従って、図２に示すように、ドライアップする直前の温度は、燃料電池セルの抵抗値が上昇する直前の燃料電池セルの温度に対応する。そこで、閾値Ｔ０は、あらかじめ実験により、図２に示したような燃料電池セルの温度と燃料電池セルの抵抗値および電圧の関係を求めることにより、設定することができる。
【００３４】
そして、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも高くなっていない場合には、まだドライアップに対して余裕があると判断でき、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも高くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも高くなった場合には、ドライアップの兆候発生と判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＮ］、すなわち、バイパス流路２８０への切り替えを［ＯＮ］として、気水分離器２５０側ではなくバイパス流路２８０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１２０）。これにより、水分を含んだ燃料オフガスが燃料ガスとして循環されて燃料電池１００内に供給される。この結果、燃料オフガスに含まれている水分を、燃料電池セル、より具体的には、燃料電池セルに含まれる電解質膜の加湿に有効に利用することができる。
【００３５】
そして今度は、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低くなったか判定する（ステップＳ１３０）。このとき、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低くなっていない場合には、まだドライアップの兆候が継続していると判断でき、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低くなった場合には、ドライアップが解消されたと判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］、すなわち、バイパス流路２８０への切り替えを［ＯＦＦ］として、バイパス流路２８０側ではなく、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１４０）。これにより、水分が分離除去された燃料オフガスが燃料ガスとして循環されて燃料電池１００内に供給され、燃料電池１００内に滞留する水分を吸収して燃料電池１００から排出することができる。
【００３６】
そして、上記各処理（ステップＳ１１０〜Ｓ１４０）は、燃料ガス循環路切替制御が終了と判断されるまで（ステップＳ１５０）、繰り返し実行される。なお、この燃料ガス循環路切替制御の終了は、燃料電池システムの運転が停止される場合や、燃料電池の発電を停止する場合等、燃料ガス供給系２００において燃料ガスの循環を停止する場合に実行される。
【００３７】
Ａ３．効果：
以上説明した本実施例の燃料ガス循環路切替制御においては、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも高温になり、切替バルブ２７０を［ＯＮ］としてバイパス流路２８０側に燃料オフガスを流す場合には、以下で説明する効果を得ることができる。
【００３８】
図４は、燃料電池セルの温度と燃料オフガスに含まれる水分量との関係を示すグラグである。図４に示すように、燃料電池セルの温度が高くなるにつれて燃料オフガスに含まれる水分量は多くなる傾向にある。このため、上記燃料ガス循環路切替制御を実行することにより、燃料電池セルの温度が高くなった場合に、燃料オフガスに含まれる水分を、燃料電池セル（電解質膜）の加湿に有効利用することができ、ドライアップの発生を抑制することが可能となると考えられる。
【００３９】
図５は、従来例のように水分を除去した燃料オフガスを循環する場合と実施例のように水分を除去しない燃料オフガスを循環する場合における燃料電池セルの高温時の発電性能を比較して示すグラフである。図５に示すように、燃料オフガスの水分を除去しない燃料オフガスを燃料ガスとして循環する場合には、従来のように水分を除去した燃料オフガスを燃料ガスとして循環する場合に比べて高温性能を向上させることができる。
【００４０】
なお、上記燃料ガス循環路切替制御においては、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低温の場合には、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］として気水分離器２５０側に燃料オフガスを流し、燃料ガスとして循環させる燃料オフガスから水分を除去している。この場合には、従来の場合と同様に、以下で説明する効果を得ることができる。すなわち、燃料電池セル内では発電によって水が生成される。この生成された水が燃料電池セル内に滞留すると、燃料電池セル内が水分多過となって、フラッディングが発生する可能性が高い。フラッディングは、滞留する水が燃料ガスや酸化ガスをアノードやカソードに行き渡らせることを妨げて発電性能を低下させる現象である。上記燃料ガス循環切替制御においては、燃料電池セルの温度Ｔが閾値Ｔ０よりも低温の場合に、燃料オフガスに含まれる水分を気水分離器２５０により分離除去し、水分を除去した燃料オフガスを燃料ガスとして循環することにより、燃料電池セル内の過剰な水分を持ち去り、排出することができるので、上記したフラッディングを抑制することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施例の燃料電池システムでは、燃料オフガスを循環させることにより燃費の向上を図りつつ、フラッディングの抑制に加えてドライアップを抑制して、燃料電池の発電性能、特に、高温時の発電性能の向上を図ることができる。
【００４２】
Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成例：
図６は、第２実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ａは、燃料電池セルの抵抗を測定する抵抗測定装置６００を備えており、制御部５００が抵抗測定装置６００によって測定された燃料電池セル抵抗に応じて燃料ガス循環路切替制御を実行する点が、第１実施例の燃料電池システム１０と相違しており、他の点は同じである。
【００４３】
図７は、燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と燃料電池セルの抵抗（セル抵抗）の関係について示すグラフである。なお、発電領域は、燃料電池セルのうち発電に有効に寄与する領域を意味している。図７に示すように、乾燥によるドライアップによって発電性能が低下している場合の抵抗値は、酸化ガス流路の入口側のある範囲において上昇する。図７の例では、全体の２／５の範囲において上昇する例を示している。
【００４４】
そこで、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルのセル抵抗を測定し、その変化に基づいて、切替バルブ２７０の切り替えを制御するようにしてもよい。
【００４５】
図８は、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルのセル抵抗を測定するための構造について示す説明図である。基本的に、燃料電池１００は、燃料電池セル１１０を複数積層したスタック構造を有している。燃料電池セル１１０は、電解質膜１１１の両側に、触媒電極とガス拡散層とガス流路とから構成されるカソード１１２およびアノード１１３が形成され、さらに、カソード側およびアノード側から２つのセパレータ１１４，１１５で挟持した構造を有している。
【００４６】
ただし、複数の燃料電池セル１１０のうち、少なくとも、一つの燃料電池セル１１０Ａの２つのセパレータ１１４，１１５は、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルのセル抵抗を測定するために、以下で説明する構造を有しており、抵抗測定装置６００に電気的に接続されている。
【００４７】
図８に示すように、燃料電池セル１１０内の酸化ガス流路および燃料ガス流路はカウンターフローとなるように形成されている（不図示）。例えば、図８に示すように、カソード１１２に沿って、下から上へ酸化ガスが流れるように酸化ガス流路が形成されており、アノード１１３に沿って上から下へ燃料ガスが流れるように燃料ガスが形成されている。
【００４８】
そして、カソード側のセパレータ１１４には、酸化ガスの流れ方向に沿って入口から１／５の位置に切り欠け１１４ｓが形成され、アノード側のセパレータ１１５の切り欠け１１４ｓに対向する位置にも同様の切り欠け１１５ｓが形成されており、燃料電池セルは、酸化ガス流路の入口から１／５の部分１１０ａと残りの４／５の部分１１０ｂとに区分されている。これらの第１の部分１１０ａのカソード側のセパレータ部分１１４ａとアノード側のセパレータ部分１１５ａはそれぞれ電極端子として、抵抗測定装置６００に電気的に接続されている。
【００４９】
抵抗測定装置６００は、交流インピーダンス法により抵抗を測定する一般的なインピーダンス測定装置である。抵抗測定装置６００は、燃料電池セル１１０Ａの酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａの抵抗を測定することができる。
【００５０】
本実施例の燃料電池システム１０Ａでは、以下で説明するように、抵抗測定装置６００で測定した燃料電池セル１１０Ａの酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａの抵抗に応じて燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０を切り替えて、燃料ガス循環路の切替制御を実行する点に特徴を有している。
【００５１】
Ｂ２．燃料ガス循環路切替制御：
図９は、第２実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。本実施例の燃料ガス循環路切替制御は、第１実施例の燃料ガス循環路切替制御（図２参照）のステップＳ１１０およびＳ１３０の判断ステップをステップＳ１１０ａおよびＳ１３０ａに置き換えた点のみが異なっている。
【００５２】
第２実施例における燃料ガス循環路切替制御において、ステップＳ１１０ａでは、抵抗測定装置６００で測定される燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも大きくなったか判定する。
【００５３】
ここで、上記閾値Ｒ０は、第１実施例における燃料電池セルがドライアップする直前の温度における燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値を意味している。この抵抗値は、第１実施例におけるドライアップする直前の温度として設定した閾値Ｔ０における燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値を、あらかじめ測定することにより設定することができる。
【００５４】
そして、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも大きくなっていない場合には、まだドライアップに対して余裕があると判断でき、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも大きくなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも大きくなった場合には、ドライアップの兆候発生と判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＮ］として、バイパス流路２８０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１２０）。これにより、水分を含んだ燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給する。この結果、燃料オフガスに含まれている水分を、燃料電池セル、より具体的には、燃料電池セルに含まれる電解質膜、の加湿に有効に利用することができる。
【００５５】
そして、ステップＳ１３０ａでは、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも小さくなったか判定する。このとき、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが小さくなっていない場合には、まだドライアップの兆候が継続していると判断でき、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも小さくなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０の第１の部分１１０ａの抵抗値Ｒが閾値Ｒ０よりも小さくなった場合には、ドライアップが解消されたと判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］として、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１４０）。これにより、水分が分離除去された燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給し、燃料電池１００内に滞留する水分を吸収して燃料電池１００から排出することができる。
【００５６】
Ｂ３．効果：
本実施例の燃料電池システム１０Ａにおいても、第１実施例と同様に、燃料電池セル１１０の酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａの抵抗に応じて燃料ガス循環路を切替制御することにより、燃料オフガスを循環させることにより燃費の向上を図りつつ、フラッディングの抑制に加えてドライアップを抑制して、燃料電池の発電性能、特に、高温時の発電性能の向上を図ることができる。
【００５７】
Ｃ．第３実施例：
Ｃ１．燃料電池システムの構成例：
図１０は、第３実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ｂは、燃料電池セルの電流（電流密度）を測定する電流測定装置６００ｂを備えており、制御部５００が電流測定装置６００ｂによって測定された燃料電池セルの電流密度に応じて燃料ガス循環路切替制御を実行する点が、第１実施例の燃料電池システム１０と相違しており、他の点は同じである。
【００５８】
図１１は、燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と電流密度との関係を示すグラフである。図１１に示すように、乾燥によるドライアップによって発電性能が低下している場合の電流密度は、酸化ガス流路の入口側のある範囲において低下する。図７の例では、全体の２／５の範囲において低下する例を示している。
【００５９】
そこで、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルの電流密度を測定し、その変化に基づいて、切替バルブ２７０の切り替えを制御するようにしてもよい。
【００６０】
図１２は、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の燃料電池セルの電流密度を測定するための構造について示す説明図である。図１２に示すように、図８に示した燃料電池セル１１０Ａと同じ構造の燃料電池セルの第１の部分１１０ａのカソード側のセパレータ部分１１４ａとアノード側のセパレータ部分１１５ａがそれぞれ電極端子として、電流測定装置６００ｂに電気的に接続されている。
【００６１】
電流測定装置６００ｂはカソード側のセパレータ部分１１４ａから流れ出す電流あるいはアノード側のセパレータ部分１１５ａに流れ込む電流を、電流センサーにより測定する一般的な電流測定装置である。従って、電流測定装置６００ｂは、燃料電池セル１１０Ａの酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａにより生成される電流（電流密度）を測定することができる。
【００６２】
本実施例の燃料電池システム１０Ｂでは、以下で説明するように、電流測定装置６００ｂで測定した燃料電池セル１１０Ａの酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａの電流（電流密度）に応じて燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０を切り替えて、燃料ガス循環路の切替制御を実行する点に特徴を有している。
【００６３】
Ｃ２．燃料ガス循環路切替制御：
図１３は、第３実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。本実施例の燃料ガス循環路切替制御は、第１実施例の燃料ガス循環路切替制御（図２参照）のステップＳ１１０およびＳ１３０の判断ステップをステップＳ１１０ｂおよびＳ１３０ｂに置き換えた点のみが異なっている。
【００６４】
第３実施例における燃料ガス循環路切替制御において、ステップＳ１１０ｂでは、電流測定装置６００ｂで測定される燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値（電流密度）Ｉが閾値Ｉ０よりも小さくなったか判定する。
【００６５】
ここで、上記閾値Ｉ０は、第１実施例における燃料電池セルがドライアップする直前の温度における燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流（電流密度）の値を意味している。この電流値は、第１実施例におけるドライアップする直前の温度として設定した閾値Ｔ０における燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値を、あらかじめ測定することにより設定することができる。
【００６６】
そして、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも小さくなっていない場合には、まだドライアップに対して余裕があると判断でき、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも小さくなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも小さくなった場合には、ドライアップの兆候発生と判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＮ］として、バイパス流路２８０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１２０）。これにより、水分を含んだ燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給する。この結果、燃料オフガスに含まれている水分を、燃料電池セル、より具体的には、燃料電池セルに含まれる電解質膜、の加湿に有効に利用することができる。
【００６７】
そして、ステップＳ１３０ｂでは、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも大きくなったか判定する。このとき、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが大きくなっていない場合には、まだドライアップの兆候が継続していると判断でき、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも大きくなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流値Ｉが閾値Ｉ０よりも大きくなった場合には、ドライアップが解消されたと判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］として、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１４０）。これにより、水分が分離除去された燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給し、燃料電池１００内に滞留する水分を吸収して燃料電池１００から排出することができる。
【００６８】
Ｃ３．効果：
本実施例の燃料電池システム１０Ｂにおいても、第１実施例と同様に、燃料電池セル１１０Ａの酸化ガス流路の入口側の第１の部分１１０ａの電流（電流密度）に応じて燃料ガス循環路を切替制御することにより、燃料オフガスを循環させることにより燃費の向上を図りつつ、フラッディングの抑制に加えてドライアップを抑制して、燃料電池の発電性能、特に、高温時の発電性能の向上を図ることができる。
【００６９】
Ｄ．第４実施例：
Ｄ１．燃料電池システムの構成例：
図１４は、第４実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ｃは、燃料電池１００の燃料電池セル内の酸化ガス流路を流れる酸化ガス用の露点センサー６００ｃを備えており、制御部５００が酸化ガス用露点センサー６００ｃで検出した酸化ガスの露点に応じて燃料ガス循環路切替制御を実行する点が、第１実施例の燃料電池システム１０と相違しており、他の点は同じである。
【００７０】
図１５は、燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離と酸化ガスの露点との関係を示すグラフである。図１５に示すように、乾燥によるドライアップによって発電性能が低下している場合の酸化ガスの露点は、酸化ガス流路の入口側のある範囲において上昇する。図１５の例では、全体の１／５の範囲において上昇する例を示している。
【００７１】
そこで、酸化ガス用露点センサー６００ｃは、酸化ガス流路の入口側の所定の部分、例えば、１／５の範囲のいずれかに設置し、そこを流れる酸化ガスの露点を測定して、その変化に基づいて切替バルブ２７０の切り替えを制御するようにしてもよい。
【００７２】
図１６は、酸化ガス流路の入口側の所定の部分の露点を測定するための構造について示す説明図である。図１６に示す燃料電池セル１１０Ｃの構造は、第２実施例や第３実施例の燃料電池セル１１０Ａと異なり、基本的には、他の燃料電池セル１１０と同じで、カソード側のセパレータ１１４もアノード側のセパレータ１１５も区分されていない。異なっているのは、酸化ガス流路の入口側の所定の範囲内のいずれかの部分に酸化ガス用露点センサー６００ｃが設置されている点である。本例では、入口から１／５の範囲の中間部分に設置されている。この酸化ガス用露点センサー６００ｃは、燃料電池セル内の酸化ガス流路が溝状の流路であるならばその流路中に、多孔体流路であるならばカソード側のセパレータ１１４と多孔体流路との界面に設置される。そして、酸化ガス用露点センサー６００ｃの端子は、燃料電池セル１１０Ｃから外部に設けられており、制御部５００と電気的に接続されている。
【００７３】
本実施例の燃料電池システム１０Ｃでは、以下で説明するように、酸化ガス用露点センサー６００ｃで検出した酸化ガスの露点に応じて、燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０を切り替えて、燃料ガス循環路の切替制御を実行する点に特徴を有している。
【００７４】
Ｄ２．燃料ガス循環路切替制御：
図１７は、第４実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。本実施例の燃料ガス循環路切替制御は、第１実施例の燃料ガス循環路切替制御（図２参照）のステップＳ１１０およびＳ１３０の判断ステップをステップＳ１１０ｃおよびＳ１３０ｃに置き換えた点のみが異なっている。
【００７５】
第４実施例における燃料ガス循環路切替制御において、ステップＳ１１０ｃでは、酸化ガス用露点センサー６００ｃで検出された燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの入口側の所定の範囲内（本例では１／５の範囲内）における酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０より高くなったか判定する。
【００７６】
ここで、上記閾値Ｄ０は、第１実施例における燃料電池セルがドライアップする直前の温度における燃料電池セル１１０Ｃの露点センサー６００ｃが設置されている酸化ガスの入口側の所定の範囲内（本例では１／５の範囲内）の部分における酸化ガスの露点を意味している。この露点は、第１実施例におけるドライアップする直前の温度として設定した閾値Ｔ０における燃料電池セル１１０Ｃの露点センサー６００ｃが設置されている酸化ガスの入口側の所定の範囲内（本例では１／５の範囲内）の部分における露点を、あらかじめ検出することにより設定することができる。
【００７７】
そして、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも高くなっていない場合には、まだドライアップに対して余裕があると判断でき、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも高くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも高くなった場合には、ドライアップの兆候発生と判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＮ］として、バイパス流路２８０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１２０）。これにより、水分を含んだ燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給する。この結果、燃料オフガスに含まれている水分を、燃料電池セル、より具体的には、燃料電池セルに含まれる電解質膜、の加湿に有効に利用することができる。
【００７８】
そして、ステップＳ１３０ｃでは、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも低くなったか判定する。このとき、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも低くなっていない場合には、まだドライアップの兆候が継続していると判断でき、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも低くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガスの露点Ｄが閾値Ｄ０よりも低くなった場合には、ドライアップが解消されたと判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］として、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１４０）。これにより、水分が分離除去された燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給し、燃料電池１００内に滞留する水分を吸収して燃料電池１００から排出することができる。
【００７９】
Ｄ３．効果：
本実施例の燃料電池システム１０Ｃにおいても、第１実施例と同様に、燃料電池セル１１０Ｃの酸化ガス流路の入口側の所定の範囲（本例では１／５の範囲）内に設定された酸化ガス用露点センサーの示す露点に応じて燃料ガス循環路を切替制御することにより、燃料オフガスを循環させることにより燃費の向上を図りつつ、フラッディングの抑制に加えてドライアップを抑制して、燃料電池の発電性能、特に、高温時の発電性能の向上を図ることができる。
【００８０】
Ｅ．第５実施例：
Ｅ１．燃料電池システムの構成例：
図１８は、第５実施例としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。この燃料電池システム１０Ｄは、燃料電池１００の燃料電池セル内を流れる燃料ガス用の露点センサー６００ｄを備えており、制御部５００が燃料ガス用露点センサー６００ｄで検出した燃料ガスの露点に応じて燃料ガス循環路切替制御を実行する点が、第１実施例の燃料電池システム１０と相違しており、他の点は同じである。
【００８１】
図１９は、燃料電池セル内の酸化ガス流路の発電領域の入口からの距離とこれに対向する燃料ガス流路の位置における燃料ガスの露点との関係を示すグラフである。図１９に示すように、乾燥によるドライアップによって発電性能が低下している場合の燃料ガスの露点は、酸化ガス流路の入口側のある範囲に対向する燃料ガス流路の範囲において上昇する。図１９の例では、全体の１／５の範囲において低下する例を示している。
【００８２】
そこで、燃料ガス用露点センサー６００ｄは、酸化ガス流路の入口側の所定の部分に対向する燃料ガス流路の部分、例えば、１／５の範囲のいずれかに設置し、そこを流れる燃料ガスの露点を測定して、その変化に基づいて切替バルブ２７０の切り替えを制御するようにしてもよい。
【００８３】
図２０は、酸化ガス流路の入口側の所定の部分に対向する燃料ガス流路の部分の露点を測定するための構造について示す説明図である。図２０に示す燃料電池セル１１０Ｄの構造は、基本的に第４実施例の燃料電池セル１１０Ｃと同じであり、燃料ガス用露点センサー６００ｄが、酸化ガス流路の入口側の所定の範囲に対向する燃料ガス流路の範囲内のいずれかの部分に設置されている点のみが異なっている。本例では、酸化ガス流路の入口から１／５の範囲の中間部分に対向する燃料ガス流路の部分に設置されている。この燃料ガス用露点センサー６００ｄは、燃料電池セル内の燃料ガス流路が溝状の流路であるならばその流路中に、多孔質流路であるならばアノード側のセパレータ１１５と多孔質流路との界面に設置される。そして、燃料ガス用露点センサー６００ｄの端子は、燃料電池セル１１０Ｄから外部に設けられており、制御部５００と電気的に接続されている。
【００８４】
本実施例の燃料電池システム１０Ｄでは、以下で説明するように、燃料ガス用露点センサー６００ｄで検出した露点に応じて、燃料ガス供給系２００の切替バルブ２７０を切り替えて、燃料ガス循環路の切替制御を実行する点に特徴を有している。
【００８５】
Ｅ２．燃料ガス循環路切替制御：
図２１は、第５実施例における燃料ガス循環路切替制御の手順を示すフローチャートである。本実施例の燃料ガス循環路切替制御は、第１実施例の燃料ガス循環路切替制御（図２参照）のステップＳ１１０およびＳ１３０の判断ステップをステップＳ１１０ｄおよびＳ１３０ｄに置き換えた点のみが異なっている。
【００８６】
第５実施例における燃料ガス循環路切替制御において、ステップＳ１１０ｄでは、燃料電池セル１１０Ｄの酸化ガス流路の入口側の所定の範囲内（本例では１／５の範囲内）に対向する燃料ガス流路の範囲内に設置された燃料ガス用露点センサー６００ｄで検出された燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０より低くなったか判定する。
【００８７】
ここで、上記閾値Ｓ０は、第１実施例における燃料電池セルがドライアップする直前の温度における燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガス用露点センサー６００ｄが設置されている燃料ガス流路の部分における燃料ガスの露点を意味している。この露点は、第１実施例におけるドライアップする直前の温度として設定した閾値Ｔ０において、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガス流路に設置されている燃料ガス用露点センサー６００ｄによって、酸化ガスの入口側の所定の範囲内（本例では１／５の範囲内）に対向する燃料ガス流路の範囲内の部分における燃料ガスの露点を、あらかじめ検出することにより設定することができる。
【００８８】
そして、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも低くなっていない場合には、まだドライアップに対して余裕があると判断でき、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも低くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも低くなった場合には、ドライアップの兆候発生と判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＮ］として、バイパス流路２８０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１２０）。これにより、水分を含んだ燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給する。この結果、燃料オフガスに含まれている水分を、燃料電池セル、より具体的には、燃料電池セルに含まれる電解質膜、の加湿に有効に利用することができる。
【００８９】
そして、ステップＳ１３０ｄでは、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも高くなったか判定する。このとき、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも高くなっていない場合には、まだドライアップの兆候が継続していると判断でき、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも高くなるまでこの判定を繰り返して待機する。これに対して、燃料電池セル１１０Ｄの燃料ガスの露点Ｓが閾値Ｓ０よりも高くなった場合には、ドライアップが解消されたと判断でき、切替バルブ２７０を［ＯＦＦ］として、気水分離器２５０側に燃料オフガスが流れるように設定する（ステップＳ１４０）。これにより、水分が分離除去された燃料オフガスを燃料ガスとして循環して燃料電池１００内に供給し、燃料電池１００内に滞留する水分を吸収して燃料電池１００から排出することができる。
【００９０】
Ｅ３．効果：
本実施例の燃料電池システム１０Ｄにおいても、第１実施例と同様に、燃料電池セル１１０Ｄの酸化ガス流路の入口側の所定の範囲（本例では１／５の範囲）内に対向する燃料ガス流路の範囲内に設定された燃料ガス用露点センサーの示す露点に応じて燃料ガス循環路を切替制御することにより、燃料オフガスを循環させることにより燃費の向上を図りつつ、フラッディングの抑制に加えてドライアップを抑制して、燃料電池の発電性能、特に、高温時の発電性能の向上を図ることができる。
【００９１】
Ｆ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、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。
【００９２】
（１）変形例１
第１実施例では、冷媒排出路４４０に設けられた温度センサー４５０が検知した温度により、燃料電池１００を構成する燃料電池セルの平均温度を求める場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、複数の燃料電池セルを代表する一つの燃料電池セルに温度センサーを設けて、その燃料電池セルの温度を求めて利用するようにしてもよい。また、各燃料電池セルに温度センサーを設けて、各燃料電池セルの温度を求めて、その最高値や、最低値、平均値を利用するようにしてもよい。すなわち、燃料電池１００の温度を求めることができれば、どのような手段を用いてもよい。なお、燃料電池セル内に温度センサーを設ける場合には、以下で説明する各実施例からわかるように、燃料電池セル内を流れる酸化ガスの酸化ガス流路の入口側の所定の部分が乾燥状態の変化に対応する変化が顕著であるので、この部分に設けることが好ましい。
【００９３】
（２）変形例２
第２実施例では、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａを酸化ガス流路の入口から１／５の部分としたのは一例であり、これに限定されるものではない。ドライアップに応じた燃料電池セルの抵抗値の上昇を検出できる範囲をあらかじめ調べて設定すればよい。
【００９４】
（３）変形例３
また、第２実施例では、１つの燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの抵抗を求めて判定に利用する場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、各燃料電池セルの第１の部分の抵抗を求めて、その最高値や、最低値、平均値を利用するようにしてもよい。
【００９５】
（４）変形例４
第３実施例では、燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａを酸化ガス流路の入口から１／５の部分としたのは一例であり、これに限定されるものではない。ドライアップに応じた燃料電池セルの電流密度の低下を検出できる範囲をあらかじめ調べて設定すればよい。
【００９６】
（５）変形例５
また、第３実施例では、１つの燃料電池セル１１０Ａの第１の部分１１０ａの電流（電流密度）を求めて判定に利用する場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、各燃料電池セルの第１の部分の電流（電流密度）を求めて、その最高値や、最低値、平均値を利用するようにしてもよい。
【００９７】
（６）変形例６
第４実施例では、酸化ガス用露点センサー６００ｃの設置を酸化ガス流路の入口から１／５の範囲内のいずれかの位置としたのは一例であり、これに限定されるものではない。ドライアップに応じた酸化ガスの露点の上昇を検出できる範囲をあらかじめ調べて設定すればよい。
【００９８】
（７）変形例７
また、第４実施例では、１つの燃料電池セル１１０Ｃに設けた酸化ガス用露点センサー６００ｃにより酸化ガスの露点を求めて判定に利用する場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、各燃料電池セルに設けた酸化ガス用露点センサーにより酸化ガスの露点を求めて、その最高値や、最低値、平均値を利用するようにしてもよい。
【００９９】
（８）変形例８
第５実施例では、燃料ガス用露点センサー６００ｄの設置を酸化ガス流路の入口から１／５の範囲に対向する燃料ガス流路の範囲内のいずれかの位置としたのは一例であり、これに限定されるものではない。ドライアップに応じた燃料ガスの露点の低下を検出できる範囲をあらかじめ調べて設定すればよい。
【０１００】
（９）変形例９
また、第５実施例では、１つの燃料電池セル１１０Ｄに設けた燃料ガス用露点センサー６００ｄにより燃料ガスの露点を求めて判定に利用する場合を例に説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、各燃料電池セルに設けた燃料ガス用露点センサーにより燃料ガスの露点を求めて、その最高値や、最低値、平均値を利用するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…燃料電池システム
１０Ａ…燃料電池システム
１０Ｂ…燃料電池システム
１０Ｃ…燃料電池システム
１０Ｄ…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…燃料電池セル
１１０Ａ…燃料電池セル
１１０Ｃ…燃料電池セル
１１０Ｄ…燃料電池セル
１１０ａ…第１の部分
１１０ｂ…第２の部分
１１１…電解質膜
１１２…カソード
１１３…アノード
１１４…セパレータ
１１４ａ…セパレータ部分
１１５…セパレータ
１１５ａ…セパレータ部分
２００…燃料ガス供給系
２１０…水素タンク
２２０…燃料ガス供給路
２３０…燃料ガス循環路
２４０…バルブ
２５０…気水分離器
２６０…循環ポンプ
２７０…切替バルブ
２８０…バイパス流路
２９０…燃料ガス排出路
２９５…シャットバルブ
３００…酸化ガス供給系
３１０…エアーコンプレッサー
３２０…酸化ガス供給路
３３０…酸化ガス排出路
３４０…背圧弁
４００…燃料電池冷却系
４１０…ラジエーター
４２０…冷媒供給路
４３０…冷媒ポンプ
４４０…冷媒排出路
４５０…温度センサー（温度検出手段）
５００…制御部
６００…抵抗測定装置（抵抗測定手段）
６００ｂ…電流測定装置（電流測定手段）
６００ｃ…酸化ガス用露点センサー(酸化ガス露点測定手段)
６００ｄ…燃料ガス用露点センサー(燃料ガス露点測定手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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