(57)【要約】【課題】できるだけ動力を用いることなく、燃料電池の収納容器内で結露の発生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】水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池１０と、燃料電池１０を収納する収納容器１１と、高圧の水素が充填され、燃料電池１０に水素を供給する水素タンク１３と、水素タンク１３から燃料電池１０に供給される水素が通過する水素供給経路１４と、水素タンク１３から流出した水素を減圧膨張させる膨張手段１６とを備える燃料電池システムにおいて、膨張手段１６により減圧膨張された水素と収納容器１１内の空気とを熱交換させ、空気中に含まれる水分を凝縮させる凝縮手段１７と、凝縮手段１７にて凝縮された水分を収納容器１１の外部に排出する排出手段１５、２０、２３とを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池（１０）と、
前記燃料電池（１０）を収納する収納容器（１１）と、
高圧の水素が充填され、前記燃料電池（１０）に水素を供給する水素タンク（１３）と、
前記水素タンク（１３）から前記燃料電池（１０）に供給される水素が通過する水素供給経路（１４）と、
前記水素供給経路（１４）において、前記水素タンク（１３）から流出した水素を膨張させる膨張手段（１６）と、
前記収納容器（１１）内に設けられ、前記膨張手段（１６）により膨張された水素と前記収納容器（１１）内の空気とを熱交換させ、空気中に含まれる水分を凝縮させる凝縮手段（１７）と、
前記凝縮手段（１７）にて凝縮された水分を前記収納容器（１１）の外部に排出する排出手段（１５、２０、２３）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】
前記燃料電池（１０）に供給される水素または酸素の少なくとも一方のうち前記電気化学反応に用いられなかった排ガスを前記収納容器（１１）の外部に排出するための排出経路（１５）を備え、
前記排出手段は、前記排出経路（１５）と、前記凝縮手段（１７）で凝縮した水分を前記排出経路（１５）に合流させる合流経路（２０）とを有しており、前記凝縮手段（１７）で凝縮した水分を前記排ガスととともに前記収納容器（１１）の外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排出手段は、前記収納容器（１１）に設けられた排水用開口部（２３）を有し、前記凝縮手段（１７）で凝縮した水分を前記排水用開口部（２３）を介して前記収納容器（１１）の外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記膨張手段（１６）による水素の膨張量を調整する制御部（２５）と、
前記凝縮手段（１７）による水分の凝縮量を検出する凝縮量検出手段（２４）とを備え、
前記制御部（２５）は、前記凝縮量検出手段（２４）で検出した凝縮量に基づいて前記膨張手段（１６）による水素の膨張量を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記収納容器（１１）内に設けられ、前記凝縮手段（１７）にて凝縮された水分を貯留する貯水部（１９）を備え、
前記排出手段（１６、２０、２３）は、前記貯水部（１９）で貯留されている水分を前記収納容器（１１）の外部に排出するように構成され、
前記凝縮量検出手段は、前記貯水部（１９）に貯留された水分量を検出する水分量検出手段（２３）であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記収納容器（１１）内に設けられ、前記凝縮手段（１７）で凝縮された水分を貯留する貯水部（１９）を備え、
前記排出手段（１５、２０、２３）は、前記貯水部（１９）で貯留されている水分を前記収納容器（１１）の外部に排出することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記凝縮量検出手段は、前記収納容器（１１）内の湿度を検出する湿度センサ（２４）であることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記貯水部（１９）は、前記凝縮手段（１７）の鉛直方向下方に配置されていることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記貯水部（１９）は、前記凝縮手段（１７）と一体的に構成されていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記凝縮手段は、前記膨張手段（１６）により膨張された水素と前記収納容器（１１）内の空気とを熱交換させる伝熱部（１８、２２）が多孔体から構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記多孔体は、発泡金属から構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記貯水部（１９）に多孔体（２１）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池（１０）は、移動体の移動用駆動源として用いられているとともに、前記収納容器（１１）は前記移動体に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記排出手段（１５、２０、２３）は、前記移動体の移動時に発生する前記収納容器（１１）の内外圧力差により前記凝縮部（１７）にて凝縮された水分を前記収納容器（１１）の外部に排出することを特徴とする請求項１３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、水素と酸素との電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関するするもので、車両、船舶及びポータブル発電器等の移動体に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池は収納容器に収納された状態で移動体に搭載されている。収納容器は、外部からの異物の侵入を防ぐために、シール材などによって密閉されている。そのため、燃料電池から透過した水蒸気により収納容器内の湿度が高くなった場合には、外部との温度差によって収納容器内に結露が起こり易く、燃料電池の発電効率の低下および電子部品等が破壊される恐れがあった。
【０００３】
上記のような問題に対応するため、燃料電池の収納容器の一部をポーラス体で構成し、さらに換気装置により収納容器内を換気する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６―４９１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の構成では、換気装置を作動させるための動力が必要となり、省動力の観点から望ましくない。
【０００５】
本発明は上記点に鑑み、できるだけ動力を用いることなく、燃料電池の収納容器内で結露の発生を抑制することができる燃料電池システムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、水素と酸素の電気化学反応により発電する燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）を収納する収納容器（１１）と、高圧の水素が充填され、燃料電池（１０）に水素を供給する水素タンク（１３）と、水素タンク（１３）から燃料電池（１０）に供給される水素が通過する水素供給経路（１４）と、水素供給経路（１４）において、水素タンク（１３）から流出した水素を膨張させる膨張手段（１６）と、収納容器（１１）内に設けられ、膨張手段（１６）により膨張された水素と収納容器（１１）内の空気とを熱交換させ、空気中に含まれる水分を凝縮させる凝縮手段（１７）と、凝縮手段（１７）にて凝縮された水分を収納容器（１１）の外部に排出する排出手段（１５、２０、２３）とを備えることを特徴としている。
【０００７】
このように、高圧水素を減圧して燃料電池（１０）に供給する際に断熱膨張により水素が低温になることを利用することで、動力を用いることなく、収納容器（１１）内の空気中に蒸気として含まれる水分を凝縮させることができる。また、凝縮させた水分を収納容器（１１）の外部に排出することで、収納容器（１１）内部での結露発生を抑制することができる。ここで、「膨張手段」は、断熱により水素を膨張させるものでもよく、あるいは減圧により水素を膨張させるものでもよい。
【０００８】
また、燃料電池（１０）に供給される水素または酸素の少なくとも一方のうち電気化学反応に用いられなかった排ガスを収納容器（１１）の外部に排出するための排出経路（１５）を備え、排出手段は、排出経路（１５）と、凝縮手段（１７）で凝縮した水分を排出経路（１５）に合流させる合流経路（２０）とを有しており、凝縮手段（１７）で凝縮した水分を前記排ガスととともに収納容器（１１）の外部に排出するように構成することができる。これにより、凝縮手段（１７）で凝縮した水分を排ガスの排出経路（１５）から収納容器（１１）の外部に排出することができる。
【０００９】
また、排出手段は、収納容器（１１）に設けられた排水用開口部（２３）を有し、凝縮手段（１７）で凝縮した水分を排水用開口部（２３）を介して収納容器（１１）の外部に排出するように構成できる。
【００１０】
また、膨張手段（１６）による水素の膨張量を調整する制御部（２５）と、凝縮手段（１７）による水分の凝縮量を検出する凝縮量検出手段（２４）とを備え、制御部（２５）は、凝縮量検出手段（２４）で検出した凝縮量に基づいて膨張手段（１６）による水素の膨張量を制御するように構成することできる。これにより、凝縮部（１７）で発生する凝縮水量を適切に保つことができる。制御部（２５）による膨張手段（１６）に制御は、凝縮量検出手段（２４）で検出した凝縮量が少ない場合には、膨張手段（１６）による水素の膨張量を増加させ、凝縮量検出手段（２４）で検出した凝縮量が多い場合には、膨張手段（１６）による水素の膨張量を減少させるようにすればよい。
【００１１】
また、収納容器（１１）内に設けられ、凝縮手段（１７）で凝縮された水分を貯留する貯水部（１９）を備え、排出手段（１５、２０、２３）は、貯水部（１９）で貯留されている水分を収納容器（１１）の外部に排出するように構成できる。これにより、凝縮部（１７）で発生した凝縮水を一時的に貯水部（１９）で貯留することができる。
【００１２】
また、凝縮量検出手段は、貯水部（１９）に貯留された水分量を検出する水分量検出手段（２３）とすることができる。この場合、「水分量測定手段」は、貯水部の水位を検出するものとすることができ、具体的には浮き子を利用した水位検出手段、あるいは光学式の水位検出手段として構成することができる。
【００１３】
また、凝縮量検出手段は、収納容器（１１）内の湿度を検出する湿度センサ（２４）とすることができる。この場合、「湿度センサ」は、湿度計あるいは露点計から構成することができ、湿度計は絶対湿度計あるいは相対湿度計のいずれも用いることができる。
【００１４】
また、貯水部（１９）は、凝縮手段（１７）の鉛直方向下方に配置されているようにすることで、凝縮手段（１７）から落下した水分を受け取ることができる。
【００１５】
また、貯水部（１９）は、凝縮手段（１７）と一体的に構成されているようにすることができる。
【００１６】
また、凝縮手段は、膨張手段（１６）により膨張された水素と収納容器（１１）内の空気とを熱交換させる伝熱部（１８、２２）を多孔体から構成することで、伝熱部（１８、２２）に付着した水分が飛散することを防止できる。この場合、「多孔体」は、発泡金属から構成でき、銅またはアルミニウムの少なくとも１種類を好適に用いることができる。
【００１７】
また、貯水部（１９）に多孔体（２１）を設けることで、貯水部（１９）に貯留された水分が飛散することを防止できる。この場合、「多孔体」は、発泡金属から構成でき、銅、アルミニウムまたはステンレスの少なくとも１種類を好適に用いることができる。
【００１８】
また、燃料電池（１０）は、移動体の移動用駆動源として用いられているとともに、収納容器（１１）は移動体に搭載されているように構成できる。この場合、排出手段（１５、２０、２３）は、移動体の移動時に発生する収納容器（１１）の内外圧力差により凝縮部（１７）にて凝縮された水分を収納容器（１１）の外部に排出するように構成することができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば移動体としての電気自動車に適用される。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、図示しない電気負荷や２次電池等の電気機器に電力を供給するものである。電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷に相当している。本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となる燃料電池セルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
【００２２】
（負極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（正極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
燃料電池１０は、収納容器１１に収納されている。収納容器１１には通気用の開口部１２が形成されている。収納容器１１は、燃料電池１０を固定できる強度を有するものであればよく、金属材料、非鉄金属材料、非金属材料などいずれ材質も用いることができる。なお、収納容器１１は、その形状は直方体に限定されるものではなく、燃料電池１０を収納できる形状であれば、例えば円錐や六角柱といった特殊形状でもよい。さらに、収納容器１１の開口部１２の形状は特に限定されず、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、三角形、その他の幾何学的な形状とすることができる。
【００２３】
燃料電池システムには、燃料電池１０に水素を供給するための水素タンク１３と、燃料電池１０に供給される水素が通過する水素供給経路１４と、燃料電池１０における電気化学反応に用いられなかった水素排ガスを外部に排出するための水素排出経路１５が設けられている。また、図示を省略しているが、燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気供給装置と、空気供給装置から供給される空気が通過する空気供給経路と、燃料電池１０における電気化学反応に用いられなかった空気排ガスを外部に排出するための空気排出経路が設けられている。
【００２４】
水素タンク１３は高圧水素が充填されており、収納容器１１の外部に配置されている。水素供給経路１４には、水素タンク１３から供給される高圧水素を膨張させる膨張手段としての膨張弁１６が設けられている。膨張弁１６としては、断熱による断熱膨張機もしくは減圧による減圧膨張機のいずれを用いてもよい。水素タンク１３から供給される水素は、膨張弁１６で減圧膨張された後、水素供給経路１４を介して燃料電池１０の水素極（負極）側に供給される。
【００２５】
水素供給経路１４における膨張弁１６の水素流れ方向下流側には、凝縮部１７が設けられている。凝縮部１７は収納容器１１の内部に配置されており、膨張弁１６で断熱膨張して低温低圧になった水素と収納容器１１内の空気との間で熱交換させ、収納容器１１内の空気に水蒸気として含まれる水分を凝縮させる凝縮手段として構成されている。
【００２６】
図２は、凝縮部１７の斜視図である。図２に示すように、凝縮部１７は、水素供給経路１４にフィンとして構成された複数の伝熱部１８が設けられており、フィンチューブ式熱交換器として構成されている。水素供給経路１４は、例えばＳＵＳからなる配管として構成されている。伝熱部１８は、銅またはアルミニウムのような伝熱性の高い金属から構成される金属板から構成されている。
【００２７】
図１に戻り、収納容器１１内には、凝縮部１７で凝縮した水分を貯留するための貯水部１９が設けられている。貯水部１９は上方が開口した容器として構成され、凝縮部１７の鉛直方向下方に配置されている。貯水部１９には、凝縮部１７で生成した凝縮水が落下して集合する。凝縮部１７は、収納容器１１内部において、凝縮部１７で生成した凝縮水を集合させることができる位置であれば、その設置位置は何ら制約を受けることない。さらに、貯水部１９は収納容器１１に固定されているが、固定方法は所定の機械的強度を有する接合手段、例えば溶接、ろう付け、接着、ねじ、リベットなど容易に分離しない方法であればいずれを用いてもよい。
【００２８】
貯水部１９の下端は、合流部２０を介して水素排出経路１５に接続されている。合流部２０は配管として構成されており、貯水部１９に貯留された水分は合流部２０を介して水素排出経路１５に供給され、水素排ガスとともに外部に排出される。なお、合流部２０と水素排出経路１５が本発明の排出手段に相当している。
【００２９】
また、合流部２０は空気排出経路（図示せず）に接続させ、貯水部１９を空気排ガスとともに外部に排出されるようにしてもよい。この場合、合流部２０は、水素排出経路１５または空気排出経路（図示せず）の少なくとも一方に合流するようにすればよい。
【００３０】
ここで、凝縮部１７によって空気中に蒸気として含まれる水分を凝縮させるのに必要な伝熱面積の求め方について説明する。以下の説明は、飽和蒸気がそれより低温部位との接触により凝縮が発生するとの現象に基くとし、さらに凝縮部１７における凝縮が、凝縮部１７の冷却面（伝熱部１８）全体を凝縮水が膜状に覆って流下するいわゆる膜状凝縮であると仮定して行う。
【００３１】
凝縮部１７における凝縮によって奪われる熱量Ｑを、対流伝熱における熱交換を適用し、数式１で表すことができる。なお、数式１では、対流伝熱における熱交換を適用しているが、熱伝導あるいは熱輻射を適用した場合でも、同様に伝熱面積Ａを求めることができる。
（数１）
Ｑ＝ｈ×Ａ×ΔＴ×ｔ
ここで、Ｑ：凝縮によって奪われる熱量［Ｊ／ｓｅｃ］、ｈ：境膜伝熱係数［Ｊ／ｍ2・ｓｅｃ・℃］、Ａ：伝熱面積［ｍ2］、ΔＴ：温度差［℃］、ｔ：経過時間［ｓｅｃ］とする。
【００３２】
次に、凝縮に必要な熱量Ｑ’を数式２で表すことができる。
（数２）
Ｑ’＝ｑ×Ｌ
ここで、Ｑ’：凝縮に必要な熱量［Ｊ］、ｑ：水の凝縮潜熱［Ｊ／ｇ］、Ｌ：有効空間内の水分量［ｇ］とする。
【００３３】
以上から、凝縮によって奪われる熱量Ｑと、凝縮に必要な熱量Ｑ’を等しいとするとき、すなわちＱ＝Ｑ’とするときの方程式より、伝熱面積Ａを求めることができる。
【００３４】
数式１と数式２から数式３が得られる。
（数３）
ｈ×Ａ×ΔＴ×ｔ＝ｑ×Ｌ
この数式３を変形して数式４が得られる。
（数４）
Ａ＝（ｑ×Ｌ）／（ｈ×ΔＴ×ｔ）
以下、数式４に具体的な数値を適用して、凝縮部１７の伝熱面積Ａを求める。
【００３５】
まず、境膜境膜伝熱係数ｈは、学術書に代表値として記載されている、膜状凝縮の場合のｈ＝５．０００Ｊ／ｍ2・ｓｅｃ・℃とする。次に、常温を３０℃とし、膨張弁１６通過前の水素が３０℃、膨張弁１６通過後の水素が０℃になると仮定して、温度差ΔＴ＝３０℃とする。経過時間ｔは、凝縮部１７で発生した液体状態の水分を貯水部１９に集合させるのに要する時間であり、ここではｔ＝６００ｓｅｃとする。また、水の凝縮潜熱ｑは、文献等に記載されている値ｑ＝２．４００Ｊ／ｇとする。
【００３６】
さらに、本実施形態で対象とする空間が大気圧で、飽和蒸気圧の空気で満たされていると仮定した場合、有効空間内の水分量Ｌは数式５で表すことができる。
（数５）
Ｌ＝Ｒ×Ｖ
ここで、Ｒ：空気の飽和水蒸気量［ｇ／ｍ3］、Ｖ：有効空間容積［ｍ3］とする。
【００３７】
有効空間の雰囲気を、燃料電池の通常作動温度８０℃としたとき、空気の飽和水蒸気量Ｒは、温度８０℃での大気圧下ではＲ＝３６４．５ｇ／ｍ3である。さらに、有効空間容積Ｖは、収納容器１１の容積から燃料電池１０ならびに図示しない配管、センサ、バルブ等の付帯機器類の体積を差し引いたものであり、Ｖ＝０．００５ｍ3とする。
【００３８】
これらの具体的数値を用いて伝熱面積Ａを求めるとＡ＝４８．６ｍｍ2となる。この伝熱面積Ａは、凝縮部１７を受放熱部位を多数有する熱交換器とし、水素供給経路１０を直径５ｍｍの配管とした場合に、凝縮部１７に外径が６ｍｍのフィン（伝熱部１８）を３枚設け、受放熱面を６面とすることで実現できる。これにより、他の構成を犠牲にすることなく、凝縮部１７を収納容器１１の内部に配置可能である。なお、凝縮部１７における受放熱部位としてのフィン一枚当たりの厚さ並びに各フィンの配置間隔は、上述の伝熱面積Ａを満たし、他の構成を犠牲にしない範囲であれば、自由に設定できる。
【００３９】
次に、上記構成の燃料電池システムの作動を説明する。まず、空気供給装置（図示せず）から空気供給が開始され、水素タンク１３から水素供給が開始され、燃料電池１０は発電を開始する。凝縮部１７では、膨張弁１６により断熱膨張された低温低圧の水素と収納容器１１内の空気とが熱交換される。
【００４０】
凝縮部１７では、低温水素により空気が冷却されることで空気中に蒸気として含まれる水分が凝縮し、伝熱部１８の表面に水滴が付着することになる。凝縮部１７で生成した凝縮水は下方に落下して貯水部１９で貯留される。そして、貯水部１９で貯留されている水分は合流部２０を介して水素排出経路１５に供給され、水素排ガスとともに外部に排出される。
【００４１】
以上のように、高圧水素を減圧して燃料電池１０に供給する際に断熱膨張により水素が低温になることを利用することで、動力を用いることなく、収納容器１１内の空気中に蒸気として含まれる水分を凝縮させることができる。また、凝縮させた水分を収納容器１１の外部に排出することで、収納容器１１内部での結露発生を抑制することができる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４３】
図３は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図３に示すように、本実施形態の貯水部１９には多孔体２１が設けられている。貯水部１９に設けられる多孔体２１としては、例えば銅、アルミニウム、ステンレスなどからなる発泡金属を用いることができる。
【００４４】
多孔体２１は、毛細管力によって水分を保持することができる。このため、収納容器１１に外的要因、例えば車両の走行に伴う振動や衝撃などが作用した場合でも、貯水部１７で貯留されている水分が貯水部１９の外部に飛散することはない。このため、収納容器１１内にある電子部品等への水分の付着を防止することができる。なお、多孔体２１は、２種以上の材質から構成することができ、あるいは２種以上の気孔率を採用することができる。このように、異なる材質や気孔率を混在させることで、水分をより確実に保持することができ、水分の飛散防止効果を向上させることができる。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００４６】
図４は、本実施形態の凝縮部１７の斜視図である。図４に示すように、本実施形態の凝縮部１７は、水素供給経路１４に筒状の伝熱部２２が設けられて構成されている。伝熱部２２は、水素供給経路１４より径が大きい筒状部材として構成され、伝熱部２２の内壁面と水素供給経路１４の外壁面が接触している。伝熱部２２は、多孔体として構成されている。本実施形態では、伝熱部２２として、例えば銅やアルミニウムなどの受放熱に優れる材料からなる発泡金属を用いている。水素供給経路１４に伝熱部２２を設置する場合には、所定の機械的強度を有する接合手段、例えば溶接、ろう付け、接着、ねじ、リベットなど容易には分離しない方法であればいずれを用いても良い。
【００４７】
ここで、上記第１実施形態で求めた凝縮部１７の伝熱面積Ａを、多孔体からなる伝熱部２２で実現する場合の体積を求める。多孔体を発泡金属で形成すると仮定し、学術書に記載されている発泡金属の比表面積＝１０．０００ｍ2／ｍ3を適用すると、第１実施形態で求めた伝熱面積Ａ＝４８．６ｍｍ2となるに必要な多孔体の体積Ｖａは、Ｖａ＝４．８６ｍｍ3となる。この体積Ｖａは、水素供給経路１４を直径５ｍｍの配管と仮定した場合、伝熱部２２を厚さ０．２ｍｍ、長さ２ｍｍの円筒状の発泡金属部材とすることで実現できる。これにより、他の構成を犠牲にすることなく、凝縮部１７を収納容器１１の内部に配置可能である。
【００４８】
以上の構成によっても、上記第１実施形態の凝縮部１７と同様の効果を得ることができる。
【００４９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
図５は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図５に示すように、本実施形態では、貯水部１９を凝縮部１７の直下に設け、貯水部１９と凝縮部１７を一体的に構成している。貯水部１９を凝縮部１７を一体化するに当たって、水素供給経路１４に設けた保持部材により貯水部１７を保持するようにしてもよく、あるいは凝縮部１７の一部を成す構成部材により貯水部１７を保持するようにしてもよい。貯水部１９と凝縮部１７を一体化するための接合手段は、溶接、ろう付け、接着、ねじ、リベットなど機械的強度を有しており、容易には分離しない方法であれば、いずれを用いても良い。
【００５１】
以上の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図６は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図６に示すように、本実施形態では、収納容器１１における貯水部１９の近傍に排水用開口部２３が設けられている。貯水部１９と排水用開口部２３は連通しており、貯水部１９に貯留された水分は排水用開口部２３から排出される。なお、排水用開口部２３が本発明の排出手段に相当している。
【００５４】
ここで、本実施形態の収納容器１１は移動体（電気自動車）に搭載されており、移動体の走行により収納容器１１の内部が外部より低圧になる。このため、移動体の走行に伴う収納容器１１の内外の圧力差を利用して、貯水部１９に貯留されている水分を排水用開口部２３を介して収納容器１１の外部に排出することができる。
【００５５】
以上の構成によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について説明する。以下、上記第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５７】
図７は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。図７に示すように、本実施形態では、収納容器１１の内部に水量検出センサ２４が設けられている。水量検出センサ２４は、貯水部１９に貯留された水量を検出するものであり、本実施形態では水位を検出する水位センサとして構成している。水量検出センサ２４としては、浮き子を利用する水位センサあるいは光学式の水位センサなどを用いることができる。なお、水量検出センサ２４が本発明の凝縮量検出手段に相当している。
【００５８】
また、本実施形態の膨張弁１６は開度を調整可能に構成されている。膨張弁１６の開度を調整することで水素の膨張量を調整し、凝縮部１７における空気の冷却量を調整して、凝縮部１７における凝縮水の生成量を調整することができる。本実施形態の膨張弁１６は、水素の膨張量を第１所定値と第１所定値より小さい第２所定値との間で調整するように構成されている。ここで、「水素の膨張量」とは、膨張弁１６による調圧値であり、弁開度に等しい。
【００５９】
燃料電池システムには、各種制御を行う制御部（ＥＣＵ）２５が設けられている。制御部２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。制御部２５は、水量検出センサ２４からの検出信号が入力するとともに、膨張弁１６等に制御信号を出力する。貯留部１９に貯留される水量は、収納容器１１内で凝縮部１７により生成された凝縮水量であり、制御部２５は、水量検出センサ２４の検出値に基づいて膨張弁１６による水素の膨張量の制御を行う。
【００６０】
次に、本実施形態の燃料電池システムによる膨張弁１６の制御方法について説明する。図８は、凝縮部１７で発生した水分量と膨張弁１６による水素の膨張量との関係を示している。図８において、上段は凝縮部１７で生成した水分量の時間的変化を示し、下段は膨張弁１６による水素の膨張量の時間的変化を示している。
【００６１】
図８に示すように、制御部２５は水分量検出センサ２３の検出値が所定の上限値に達した場合に、膨張弁１６による水素の膨張量を第１所定値から第２所定値に低下させる。これにより、凝縮部１７で生成される水分量が低下する。次に、制御部２５は水分量検出センサ２３の検出値が所定の下限値に達した場合に、膨張弁１６による水素の膨張量を第２所定値から第１所定値に上昇させる。これにより、凝縮部１７で生成される水分量が増加する。
【００６２】
以上のように、凝縮部１７で生成する水分量が上限値に達した場合は、膨張弁１６による水素の膨張量を低下させることで凝縮部１７で生成する水分量を抑制でき、凝縮部１７で生成する水分量が下限値に達した場合は、膨張弁１６による水素の膨張量を増加させることで凝縮部１７で生成する水分量を増加させることができる。これにより、凝縮部１７で発生する凝縮水量を適切に保つことができ、凝縮部１７での冷却不足による収納容器１１内での結露発生を防止でき、さらに凝縮部１７での冷却過多によって貯水部１９から水が溢れて収納容器１１内の電子部品等への被水等を回避することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、水分量検出センサ２３として貯水部１９の水量を検出するように構成したが、これに限らず、収納容器１１内の湿度を検出する湿度センサを用いてもよい。湿度センサとしては、絶対湿度計、相対湿度計もしくは露点計を用いることができる。
【００６４】
（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態について説明する。以下、上記第６実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６５】
図９は、本実施形態の凝縮部１７で発生した水分量と膨張弁１６による水素の膨張量との関係を示している。図９に示すように、本実施形態では、膨張弁１６による水素の膨張量を、第１所定値から第２所定値まで一定の変化率で減少させ、第２所定値と第１所定値まで一定の変化率で増加させている。
【００６６】
このような構成によっても上記第６実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、図９に示した例では、膨著運弁１６による水素の膨張量を一定の変化率で変化させたが、必ずしも一定の変化率である必要はなく、例えば正弦、余弦、円弧等の曲線からなる変化率でもよく、一定値を階段状に組み合わせた変化率でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第１実施形態の燃料電池システムの概念図である。
【図２】第１実施形態の凝縮部の斜視図である。
【図３】第２実施形態の燃料電池システムの概念図である。
【図４】第３実施形態の凝縮部の斜視図である。
【図５】第４実施形態の燃料電池システムの概念図である。
【図６】第５実施形態の燃料電池システムの概念図である。
【図７】第６実施形態の燃料電池システムの概念図である。
【図８】第６実施形態における凝縮部で発生した水分量と膨張弁による水素の膨張量との関係を示す図である。
【図９】第７実施形態における凝縮部で発生した水分量と膨張弁による水素の膨張量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…燃料電池、１１…収納容器、１２…開口部、１３…水素タンク、１４…水素供給経路、１５…水素排出経路、１６…膨張弁、１７…凝縮部、１８…伝熱部、１９…貯水部、２０…合流部、２１…多孔体、２２…伝熱部、２３…排水用開口部、２４…水量検出センサ。
【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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