(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加湿水の貯蔵タンクと、
この貯蔵タンク内の加湿水を燃料電池に供給するための供給管と、
この供給管と協働して前記貯蔵タンクを含む加湿水の循環経路を形成する戻し管と、
この循環経路内で加湿水を循環させるポンプと、
この循環経路内の加湿水を加熱するヒータと、
前記ポンプ及びヒータを制御するコントローラと、を含んで構成され、
前記コントローラは、燃料電池の運転停止後に前記ポンプ及びヒータを作動させて、凍結前の加湿水を循環させ、その凍結を防止する燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項２】
外気温を検出する外気温センサを備え、
前記コントローラが、燃料電池の運転停止後、検出された外気温が加湿水の凍結を来す所定値以下である場合にのみ、前記ポンプ及びヒータを作動させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項３】
前記循環経路内の加湿水温を検出する水温センサを備え、
前記コントローラが、検出された加湿水温に基づいて、燃料電池の運転停止後に低下する加湿水温が所定温度に達した時点として定められる時期に前記ポンプ及びヒータを作動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ポンプのみを作動させた後、前記ポンプ及びヒータの双方を作動させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項５】
前記コントローラが、燃料電池の運転停止後、前記検出された加湿水温が加湿水の凍結温度よりも高い第１の所定温度に達したときに、前記ポンプのみを作動させるとともに、前記検出された加湿水温が加湿水の凍結温度よりも高く、かつこの第１の所定温度よりも低い第２の所定温度に達したときに、前記ポンプ及びヒータの双方を作動させることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項６】
外気温を検出する外気温センサを備え、
前記コントローラが、ヒータを作動させる際に、検出された外気温に基づいてヒータへのエネルギー投入量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項７】
前記循環経路内の加湿水温を検出する水温センサを備え、
前記コントローラが、前記検出された外気温と前記エネルギー投入量とを関連付ける係数を、前記エネルギー投入量の制御の結果、加湿水が温度平衡状態に達した後の温度として前記水温センサにより検出された加湿水温に基づいて補正することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項８】
前記コントローラが、前記係数を、前記温度平衡状態に達した後の加湿水温と、そのときの外気温及びエネルギー投入量とに基づいて補正することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の加湿水供給装置。
【請求項９】
加湿水の貯蔵タンクと、この貯蔵タンク内の加湿水を燃料電池に供給するための供給経路と、この供給経路内の加湿水を前記貯蔵タンクに戻すための戻し経路とを含んで加湿水の循環経路を形成し、燃料電池の運転停止後、加湿水を前記循環経路内で循環させるとともに、そのときの外気温が低いときほどこの経路内の加湿水に大きな熱量を供給して、加湿水をその凍結温度よりも高い目標温度に保持する燃料電池の加湿水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、燃料電池の加湿水供給装置に関し、詳細には、燃料電池の運転停止後に、この装置に蓄えられている加湿水が凍結することを防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池では、純水により反応膜を湿らせた状態で発電を行わせる。燃料電池を寒冷地等の低温環境下で使用する場合には、運転を停止させたまま長時間に渡って放置することにより、この純水が凍結することがある。純水が凍結すると、始動に際して凍結した氷を解かさなければならないが、氷の融解熱は非常に大きく（一般的には、３３５［ｋＪ／ｋｇ］として知られている。）、 そのために多くのエネルギーが消費されてしまう。また、始動が完了するまでに時間がかかってしまう。このような問題は、燃料電池を低温環境にある定位置に固定して使用する場合に限らず、車両用動力装置の構成要素とするなど、燃料電池を移動電源として使用する場合にも生じる。
【０００３】
従来より、燃料電池において反応膜を加湿するための純水（以下「加湿水」という。）を蓄えておくタンクとして主タンクと、加熱及び保温手段を備えた補助タンクとを設け、低温環境下での始動に際して、この補助タンク内の氷を解かして得られた加湿水を使用して発電を行わせる方法が知られている（特開２０００−１４９９７０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法を適用したものにあっては、構造面について、いうまでもなく主タンク以外に補助タンク及びその周辺要素を設けなければならないので、多くの部品が必要となる。また、加湿水を燃料電池に供給するための配管内で凍結した氷を解かさなければならないので、そのための手段を別に設ける必要がある。
【０００５】
一方、機能面について、一旦凍結した氷を解かすこととすると、始動に相当の時間を要することに変わりはない。また、従来は、補助タンク内を単に加熱することとしていたが、それではエネルギーが必要以上に消費されてしまう。従って、加湿水の凍結を未然に防ごうにも、エネルギーのむだのために加熱機能の持続時間が制限されてしまう。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池の加湿水供給装置において、加湿水の凍結を、簡素な構成により長時間に渡って防止する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、加湿水の貯蔵タンクと、この貯蔵タンク内の加湿水を燃料電池に供給するための供給管と、この供給管と協働して貯蔵タンクを含む加湿水の循環経路を形成する戻し管と、この循環経路内で加湿水を循環させるポンプと、この循環経路内の加湿水を加熱するヒータと、これらのポンプ及びヒータを制御するコントローラとを含んで燃料電池の加湿水供給装置を構成し、ポンプ及びヒータをコントローラにより燃料電池の運転停止後に作動させて、凍結前の加湿水を循環させ、その凍結を防止することとした。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、外気温を検出する外気温センサを設け、燃料電池の運転停止後、検出された外気温が加湿水の凍結を来す所定値以下である場合にのみ、ポンプ及びヒータを作動させることとした。
請求項３に記載の発明では、循環経路内の加湿水温を検出する水温センサを設け、検出された加湿水温に基づいて、燃料電池の運転停止後に低下する加湿水温が所定温度に達した時点として定められる時期にポンプ及びヒータを作動させることとした。
【０００９】
請求項４に記載の発明では、ポンプのみを作動させた後、ポンプ及びヒータの双方を作動させることとした。
請求項５に記載の発明では、燃料電池の運転停止後、検出された加湿水温が加湿水の凍結温度よりも高い第１の所定温度に達したときに、ポンプのみを作動させるとともに、検出された加湿水温が加湿水の凍結温度よりも高く、かつこの第１の所定温度よりも低い第２の所定温度に達したときに、ポンプ及びヒータの双方を作動させることとした。
請求項６に記載の発明では、外気温を検出する外気温センサを設け、ヒータを作動させる際に、検出された外気温に基づいてヒータへのエネルギー投入量を制御することとした。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、循環経路内の加湿水温を検出する水温センサを設け、検出された外気温とエネルギー投入量とを関連付ける係数を、前記エネルギー投入量の制御の結果、加湿水が温度平衡状態に達した後の温度としてこの水温センサにより検出された加湿水温に基づいて補正することとした。
請求項８に記載の発明では、前記係数を、温度平衡状態に達した後の加湿水温と、そのときの外気温及びエネルギー投入量とに基づいて補正することとした。
【００１１】
請求項９に記載の発明では、燃料電池の加湿水供給装置において、加湿水の貯蔵タンクと、この貯蔵タンク内の加湿水を燃料電池に供給するための供給経路と、この供給経路内の加湿水を貯蔵タンクに戻すための戻し経路とを含んで加湿水の循環経路を形成し、燃料電池の運転停止後、加湿水をこの循環経路内で循環させるとともに、そのときの外気温が低いときほどこの経路内の加湿水に大きな熱量を供給して、加湿水をその凍結温度よりも高い目標温度に保持することとした。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、貯蔵タンク及び供給管を含んで加湿水の循環経路を形成し、燃料電池の運転停止後、ポンプ及びヒータを作動させて、凍結前の加湿水をこの経路内で循環させるとともに加熱するようにしたので、簡素な構成でありながら、貯蔵タンク及び供給管内での加湿水の凍結を防止することが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、外気温が所定値以下である場合にのみポンプ及びヒータを作動させることとしたので、温暖な環境にある場合など凍結のおそれがない条件での作動によるエネルギーのむだをなくすことができる。
請求項３に係る発明によれば、加湿水温に基づいてポンプ及びヒータの作動時期を設定することとしたので、高温であるうちから加湿水を加熱することによるエネルギーのむだをなくすことができる。
【００１４】
請求項４に係る発明によれば、ポンプのみを作動させた後、ポンプ及びヒータの双方を作動させることとしたので、ポンプから放出される熱により加湿水が加熱され、このような加熱により加湿水の凍結が回避される場合には、ヒータを作動させないでエネルギーを節約することができる。
また、循環経路内の加湿水温を１つの水温センサによって正確に検出することが可能となるので、請求項３の発明において、ポンプ等を的確な時期に作動させることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明によれば、燃料電池の運転停止後、加湿水温が第１の所定温度に達したときに、ポンプのみを作動させるとともに、加湿水温が更に低下して、第２の所定温度に達したときに、ポンプ及びヒータの双方を作動させることとしたので、請求項４の発明を実現するための具体的手段が提供され、ヒータを最適な時期に作動させることができる。
請求項６に係る発明によれば、外気温に基づいてヒータへのエネルギー投入量を制御することとしたので、消費エネルギーを極力抑えて、長時間に渡って加湿水の凍結を防止することができる。
【００１６】
請求項７に係る発明によれば、外気温とエネルギー投入量とを関連付ける係数を、エネルギー投入量の制御の結果、加湿水が温度平衡状態に達した後の実際の加湿水温に基づいて補正することとしたので、この係数を現状に適合させ、エネルギー投入量を必要最小限に設定することができる。
請求項８に係る発明によれば、温度平衡状態に達した後の加湿水温と、そのときの外気温及びエネルギー投入量とに基づいて、前記係数を容易に適合させることができる。
【００１７】
請求項９に係る発明によれば、貯蔵タンク及び供給経路における加湿水の凍結を、簡素な構成により、かつ消費熱量を極力抑えて防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る加湿水供給装置１を備えた燃料電池発電システムの構成を示している。図１において、燃料電池２は自動車の動力源であり、燃料電池２により取り出された電力で図示しない電気モータを回転させ、そのトルクで車軸を回転させるように構成されている。
【００１９】
燃料電池２のアノード側は、水素導入管３により圧縮水素タンク４と接続されている。アノードには、燃料としての水素ガスが、圧縮水素タンク４から、水素導入管３の途中に設けられた圧力調節弁４により所定の圧力に調整されて供給される。アノードに供給された水素ガスのうち発電に寄与しなかった成分は、アノードから水素排出管６を通して排出される。ここでは、燃料の貯蔵形態として水素直接搭載型のものを示しているが、ガソリン系燃料やメタノールを改質して水素ガスを得る燃料改質型のものを採用することも可能である。また、水素の貯蔵手段としては、圧縮水素タンクの他に水素吸蔵合金タンクが知られており、これを本燃料電池発電システムに採用することも可能である。
【００２０】
一方、カソード側は、空気導入管７を介して大気と連通している。カソードには、酸化剤としての酸素を含む空気が、ブロワー８により圧縮された状態で供給される。大気中の空気が、ブロワー８により空気導入管７に吸い込まれるとともに、フィルタ９により粉塵等が除去され、さらに加湿水供給装置１により純水（加湿水）が添加された後、カソードに供給される。カソードに供給された空気のうち発電に寄与しなかった成分は、カソードから空気排出管１０を通して排出される。
【００２１】
ここで、本実施形態に係る加湿水供給装置１について説明する。加湿水供給装置１は、加湿器１０１においてインジェクタ（図示せず）により純水を空気に添加するように構成されている。添加される純水は、貯蔵タンク１０２に蓄えられている。貯蔵タンク１０２と加湿器１０１とが供給管１０３により接続されており、この供給管１０３に介装されたポンプ１０４により昇圧されてインジェクタに供給される。また、余剰の純水が貯蔵タンク１０２に戻されるように、供給管１０３と貯蔵タンク１０２とが戻し管１０５により接続されている。ここでは、空気のみを加湿するものを示しているが、ここに示した加湿水供給装置１を使用して、空気及び水素ガスをともに加湿することも可能である。その場合には、水素導入管３にも加湿器１０１を介装すればよい。
【００２２】
また、加湿水供給装置１は、純水、すなわち加湿水を加熱するためのヒータを備えている。ここでは、このヒータとしてコイルヒータ１１１（以下「ヒータ」と略す。）が採用され、貯蔵タンク１０２の貯蔵空間内に設置されている。ヒータ１１１には、補助電源１１２から電圧が印加され、この電圧は、コントローラ１５１により制御される。
【００２３】
コントローラ１５１には、ポンプ１０４の上流側においてその吸込口付近に設置された水温センサ１６１から加湿水温Ｔｗを示す信号が入力されるとともに、外気温センサ１６２から外気温Ｔａを示す信号が入力される。そして、コントローラ１５１は、燃料電池２の運転中にはポンプ１０４を作動させて、インジェクタにより水素ガスに加湿水を添加し、さらに運転停止後には、加湿水の凍結を防止するべく、加湿水温Ｔｗ及び外気温Ｔａに基づいてヒータ１１１及びポンプ１０４を制御する。
【００２４】
次に、コントローラ１５１が燃料電池２の運転停止後に実行するヒータ１１１等の制御について、フローチャートを参照して説明する。図２は、この制御の一例を示すフロチャートである。
ステップ（以下「Ｓ」と略す。）１では、燃料電池２の運転が停止したか否かを、上位コントローラからの発電停止指令があったか否かにより判定する。発電停止指令がないと判定しているうちは、本ルーチンをリターンする。一方、この指令があったと判定した場合は、Ｓ２へ進む。
【００２５】
Ｓ２では、外気温Ｔａを読み込み、これが加湿水の凍結を来す温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。ここでは、加湿水が純水であり、その凍結温度が０［℃］であるので、この温度Ｔ１を０［℃］に設定している。しかしながら、貯蔵タンク１０２や供給管１０３が断熱構造とされるなど、外気が氷点下である状態でも加湿水の凍結を防ぎうる場合には、この温度Ｔ１を０［℃］よりも低い温度に設定することができる。外気温Ｔａが所定の温度Ｔ１よりも高く、加湿水の凍結のおそれがないと判定した場合は、本ルーチンをリターンする。一方、ＴａがＴ１以下であり、凍結のおそれがあると判定した場合は、Ｓ３以降の処理によりこの凍結を防止する。
【００２６】
Ｓ３では、加湿水温Ｔｗを読み込み、これが加湿水の凍結温度Ｔｆ（ここでは、０［℃］）よりも高いポンプ作動温度（「第１の所定温度」に相当する。）Ｔｐ以下であるか否かを判定する。このポンプ作動温度Ｔｐは、比較的高い温度として、上記凍結温度Ｔｆよりも所定の温度ΔＴｐ（例えば、５［℃］）だけ高い値に設定する。従って、Ｔｐ＝Ｔｆ＋ΔＴｐであり、加湿水が純水であるため、Ｔｐ＝ΔＴｐ（＝５［℃］）である。加湿水温Ｔｗがポンプ作動温度Ｔｐ以下ではないと判定した場合は、Ｓ５へ進み、ポンプ１０４を停止したままとするか、あるいはポンプ１０４が作動している場合にこれを停止する。一方、加湿水温Ｔｗがポンプ作動温度Ｔｐ以下であると判定した場合は、Ｓ４へ進み、ポンプ１０４を作動させる。
【００２７】
Ｓ６では、加湿水温Ｔｗが凍結温度Ｔｆよりも高いヒータ作動温度（「第２の所定温度」に相当する。）Ｔｈ以下であるか否かを判定する。このヒータ作動温度Ｔｈは、上記ポンプ作動温度Ｔｐよりも低い温度として、比較的に小さな温度ΔＴｈ（例えば、３［℃］）だけ凍結温度Ｔｆよりも高い値に設定する。従って、Ｔｈ＝Ｔｆ＋ΔＴｈであり、ここではＴｈ＝ΔＴｈ（＝３［℃］）である。加湿水温Ｔｗがヒータ作動温度Ｔｈ以下ではないと判定した場合は、Ｓ９に進み、ヒータ１１１を停止したままとするか、あるいはヒータ１１１に通電している場合にこの通電を停止する。一方、加湿水温Ｔｗがヒータ作動温度Ｔｈ以下であると判定した場合は、Ｓ７以降においてヒータ１１１を作動させる。
【００２８】
Ｓ７では、ヒータ１１１へのエネルギー投入量Ｗを算出する。このエネルギー投入量Ｗは、加湿水をその凍結温度Ｔｆよりもわずかな温度ΔＴｅだけ高い目標平衡温度Ｔｅ（＝Ｔｆ＋ΔＴｅ）に保持するために必要な最小限のエネルギー量とする。また、この温度ΔＴｅは、外気温Ｔａのもとで加湿水が凍結しない範囲で、できるだけ小さな値とする。なお、このようなエネルギー投入量Ｗの算出方法について後述する。
【００２９】
Ｓ８では、Ｓ７において算出したエネルギー投入量Ｗに相当する電圧をヒータ１１１に印加する。
ここで、以上のようにしてエネルギーを投入することで得られる加湿水温Ｔｗの変化について、図３に示すタイムチャートを参照して説明する。このタイムチャートでは、燃料電池２の運転が時刻ｔ０に停止されたこととしている。
【００３０】
燃料電池２が運転している時刻ｔ０までは、燃料電池２から放出される熱や、ブロワー８から放出される熱、さらに吸入された空気がブロワー４により圧縮されることで放出される熱等の影響があり、加湿水が凍結することはない。しかしながら、駐車などのために時刻ｔ０において燃料電池２の運転が停止されると、これらの熱源がなくなるので、加湿水温Ｔｗは次第に低下していく。そして、寒冷地等の低温環境にある場合にそのまま放置されると、加湿水はやがて凍結してしまう（Ｃ１）。
【００３１】
本実施形態に係る加湿水供給装置１（Ｃ２ａ）では、加湿水温Ｔｗが所定のポンプ作動温度Ｔｐ（例えば、５［℃］）以下となった時刻ｔ１にポンプ１０４を作動させる。これにより貯蔵タンク１０２、供給管１０３及び戻し管１０５からなる循環経路内を加湿水が循環し、この経路内の水温がほぼ均一とされる。ただし、水温センサ１６１がポンプ１０４の吸込口付近に設置されているので、検出される加湿水温Ｔｗは、経路内のうちで最も低い温度であるとみなすことができる。そして、このように加湿水が循環されるとともに、ポンプ１０４から放出される熱により温められることで、その温度低下が多少なりとも抑えられる。
【００３２】
ポンプ１０４からの放熱にも拘わらず加湿水温Ｔｗがさらに低下し続けた場合は、Ｔｗが所定のヒータ作動温度Ｔｈ以下となった時刻ｔ２にヒータ１１１を作動させる。これにより循環経路内の加湿水を凍結温度Ｔｆよりも高い目標平衡温度Ｔｅに保持し、凍結を防止する。
ここで、ヒータ１１１へのエネルギー投入量Ｗの算出方法について説明する。まず、加湿水温Ｔｗを安定させるために投入すべきエネルギー量は、ポンプ１０４等の他の熱源からの影響を無視すれば、循環経路の外表面から大気中に放出される熱量に相当する。この放熱量Ｑｃｏｎｖは、下式（１）で表される。
【００３３】
Ｑｃｏｎｖ＝Ｋ×（Ｔｗ−Ｔａ）  ・・・（１）
（１）式において、Ｋは、純水から大気への放熱係数［ｋＷ／Ｋ］であり、循環経路内の加湿水量、周囲の風速、貯蔵タンク１０２等の循環経路構成部品の仕様（例えば、肉厚、材質、表面積及び断熱仕様）等の関数である。これらの要素のうち、周囲の風速を駐車時であるために一定とし、循環経路構成部品の仕様を車両毎に固有の値として不変であるとする。このような近似のもとで、経路内の水量を一定とすれば、Ｋを一定と考えることができる。そこで、実験や計算により、Ｋの値を予め求めておく。
【００３４】
また、前述の通り、エネルギー投入量Ｗは、加湿水を凍結温度Ｔｆよりも若干高いだけの目標平衡温度Ｔｅに保持するためのエネルギー量とする。従って、エネルギー投入量Ｗは、加湿水温Ｔｗをこの温度Ｔｅで平衡状態とするためのエネルギー量として、（１）式に基づいて下式（２）により外気温Ｔａの一次関数として表される。
【００３５】
Ｗ＝Ｋ×（Ｔｅ−Ｔａ）  ・・・（２）
（２）式によれば、外気温Ｔａとそのときにヒータ１１１に投入すべきエネルギーとの関係は、図４の通りである。なお、ここでは、ポンプ１０４等の他の熱源からの影響を考慮していないが、より厳密な温度管理のためにそれらの影響を考慮し、ポンプ等回収熱をＱｐとして、下式（３）によりエネルギー投入量Ｗを算出することもできる。
【００３６】
Ｗ＝Ｋ×（Ｔｅ−Ｔａ）−Ｑｐ；ただし、Ｗ＞０  ・・・（３）
このように、本実施形態では、加湿水供給装置１において貯蔵タンク１０２及び供給管１０３を含んで循環経路を形成し、加湿水をこの経路内で循環させながら加熱することとしたので、加湿水を装置全体で凍結温度Ｔｆよりも高い温度Ｔｅに保持し、凍結を防止することができる。従って、寒冷地等の低温環境下で停止した後でも燃料電池２を速やかに、かつ安定して再始動させることが可能となる。
【００３７】
ここで、ポンプ１０４を作動させて加湿水を循環させてからヒータ１１１を作動させることとしたので、ヒータ１１１の作動に先立って循環経路内の水温をほぼ均一とし、水温センサ１６１により検出された信頼性の高い加湿水温Ｔｗに基づいて、ヒータ１１１の通電開始時期を的確に設定することができる。また、ポンプ１０４から放出される熱により加湿水の凍結が回避される場合にヒータ１１１を作動させないようにしたので、エネルギーを節約することができる。
【００３８】
さらに、エネルギー投入量Ｗを外気温Ｔａに基づいて算出することにより、加湿水をその凍結防止のために必要な最低温度、すなわち目標平衡温度Ｔｅに制御するようにしたので、消費エネルギーを極力抑えて、長時間に渡って凍結を防止することができる。
ここで、一般的なデューティ制御によりエネルギーを投入する場合を、図３に示す（Ｅｂ）。デューティ制御による場合は、エネルギーの投入とその遮断とが繰り返されるので、加湿水温Ｔｗにハンチングが生じる（Ｃ２ｂ）。このようなハンチングにより、加湿水温Ｔｗの変化において必要以上に温度の高い領域が現れる。従って、エネルギー投入量が累積的に過大となり、エネルギーにむだが生じてしまう。また、投入及び遮断に伴うロスが大きいことも考えられる。これに対して、本実施形態（Ｅａ，Ｃ２ａ）によれば、通電当初からエネルギー投入量が低く抑えられるとともに、投入及び遮断を繰り返すこともないので、エネルギーのむだを少なくすることができる。
【００３９】
以上では、循環経路内の水量、周囲の風速、貯蔵タンク１０２等の循環経路構成部品の仕様等を一定若しくは不変として、一定の放熱係数Ｋのもとでエネルギー投入量Ｗを算出する例について説明した。しかしながら、同じ型式の車であっても個体差が存在するので、実際のＫの値は個体毎に少しずつ異なっている。また、貯蔵タンク１０２に残される水量も、燃料電池２の運転を停止するたびに異なってくる。そこで、Ｋの値を個体毎に現状に適合させる学習機能を持たせた本発明の他の実施形態について、以下に説明する。
【００４０】
本実施形態に係る燃料電池の加湿水供給装置は、先の実施形態と同様に構成されるシステムにおいて、コントローラ１５１に放熱係数Ｋの値を学習する機能を付加したものである。従って、ここでは、図１に示した符号をそのまま適用して、この学習について説明する。図５は、その一例を示すフローチャートである。
Ｓ１１では、燃料電池２の発電停止指令があったか否かを判定する。発電停止指令がないと判定しているうちは、本ルーチンをリターンする。一方、この指令があったと判定した場合は、Ｓ１２へ進む。
【００４１】
Ｓ１２では、ヒータ１１１に通電している最中であるか否かを判定する。これは、図２に示したフローチャートにおいてＳ７に進んだ場合にフラグを立てるなどして判定する。通電中ではないと判定した場合は、本ルーチンをリターンする。一方、通電中であると判定した場合は、Ｓ１３へ進む。
Ｓ１３では、水温センサ１６１により検出された加湿水温ＴｗをＴｗ１として記憶する。
【００４２】
Ｓ１４では、タイマーをリセットする。そして、続くＳ１５では、加湿水温Ｔｗ１を検出してから所定の時間が経過したか否かを判定する。未だこの時間が経過していないと判定しているうちは、Ｓ１６を経てＳ１５に戻り、同様の判定を繰り返す。一方、この時間を経過したと判定した場合は、Ｓ１７ヘ進む。なお、Ｓ１６では、燃料電池２の発電開始指令があったか否か、すなわち燃料電池２が再始動されるか否かを判定し、再始動されると判定した場合に本ルーチンをリターンする。
【００４３】
Ｓ１７では、加湿水温Ｔｗ１を検出してから所定の時間を経過した時点で水温センサ１６１により検出された加湿水温Ｔｗを、Ｔｗ２として記憶する。
Ｓ１８では、上記Ｔｗ１及びＴｗ２の差ΔＴｗ（＝Ｔｗ１−Ｔｗ２）が所定値ＤＴよりも小さくなったか否かを判定する。この差ΔＴｗがＤＴよりも小さくなっていないと判定しているうちは、循環経路内の加湿水温が未だ平衡状態となっていないとして、Ｓ１３へ戻り、Ｓ１３〜１８までの処理を繰り返す。一方、Ｔｗ１及びＴｗ２の差ΔＴｗが所定値ＤＴよりも小さくなったと判定した場合は、平衡状態となったとして、Ｓ１９ヘ進む。
【００４４】
Ｓ１９では、平衡状態となったときの加湿水温Ｔｗ１に基づいて、下式（４）により実際の放熱係数Ｋを算出する。算出されたＫは、その車に固有の値として記憶され、次回からエネルギー投入量Ｗを算出する際に使用される。
Ｋ＝Ｗ／（Ｔｗ１−Ｔａ）  ・・・（４）
ここで、Ｗは、図２のフローチャートにおいてＳ７で算出された値Ｗ＝Ｋ×（Ｔｅ−Ｔａ）を読み込むとよい。
【００４５】
このように、本実施形態では、放熱係数Ｋを個体毎に適合させるとともに、適合させたＫに基づいてエネルギー投入量Ｗを算出することとしたので、目標平衡温度Ｔｅをより一層低く設定することが可能となる。個体差等によらずＫの値を一定とする場合には、実際のＫの値が設定よりも大きいことによりエネルギー投入量Ｗが不足して加湿水が凍結することを防止するため、目標平衡温度Ｔｅを余裕をもって高めに設定して置かなければならないからである。
【００４６】
また、このような放熱係数Ｋの値の学習を燃料電池２の運転が停止するたびに行うようにすれば、現状に適合したＫによりエネルギー投入量Ｗを算出することができるので、加湿水温Ｔｗを目標平衡温度Ｔｅに正確に制御することが可能となる。
なお、放熱係数Ｋの値の学習は、以上で述べた方法に限らず、実際に加湿水を目標平衡温度Ｔｅで安定させ、その際に要したエネルギー投入量Ｗをヒータ１１１への電流及び電圧に基づいて検出し、検出されたＷ、目標平衡温度Ｔｅ及びそのときの外気温Ｔａから（２）式により新たな放熱係数Ｋを算出することによっても行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池発電システムの構成
【図２】同上実施形態に係る加湿水凍結防止制御の流れを示すフローチャート
【図３】同上凍結防止制御によるヒータへのエネルギー投入量及び加湿水温の変化
【図４】外気温とエネルギー投入量との関係
【図５】放熱係数Ｋの学習ルーチンのフローチャート
【符号の説明】
１…加湿水供給装置
１０１…加湿器
１０２…貯蔵タンク
１０３…供給管
１０４…ポンプ
１０５…戻し管
１１１…ヒータ
１５１…コントローラ
１６１…水温センサ
１６２…外気温センサ
２…燃料電池
【図１】
0003899953.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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