JP2006100101A - 燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池により生成される生成水を適切にシステムの外に排出する。
【解決手段】 バイパス供給管６２により空気供給系４０の空気の一部を燃料電池スタック２２をバイパスして空気排出系５０のオフガス排出管５２へ供給し、オフガス排出管５２内の水を貯留タンク５４に回収し、ヒータ５６により貯留タンク５４内の水位や燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃに応じた加熱量で貯留された水を加熱して気化し、気化した水を燃料電池スタック２２からのオフガスとバイパス供給管６２からの空気とを用いて掃気しシステムの外に排出する。こうすれば、システムを停止したときにオフガス排出管５２内に水が残留するのを抑制することができ、生成された水の量に応じて適切に貯留タンク５４内の水を気化し排出することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体に関する。

従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池により生成される生成水をタンクに貯留し、貯留した生成水を燃料電池の冷却液を用いて加熱するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、貯留した生成水を冷却液を用いて加熱することにより、生成水を気化し外部に排出することができる。
特開２００３−７３２３号公報（図１）

しかしながら、上述の燃料電池システムでは、システムを起動した直後の暖機運転中や外気温が低いときなど冷却液の温度が低いときには、貯留した生成水を十分に気化することができず適切に外部に排出できない場合がある。また、燃料電池からの生成水は、燃料電池からのオフガスの排気通路内を流れタンクに貯留されるが、システムを停止すると排気通路内に生成水が残留することがある。このような状態でシステムを放置すると、外気温が低いときには排気通路内に残留した生成水が凍結する場合がある。

本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体は、燃料電池により生成される生成水を適切に外部に排出することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体は、オフガスが流通する通路内での生成水の移動を容易にすることを目的の一つとする。そして、本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体は、オフガスが流通する通路内での生成水の凍結を抑制することを目的の一つとする。

本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに移動体は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の第１の燃料電池システムは、
水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池で生成された生成水を貯留可能な貯留手段と、
該貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する排出手段と、
システムの状態を検出する状態検出手段と、
該検出されたシステムの状態に基づいて前記生成水を気化または霧化して排出するよう前記排出手段を制御する排出制御手段と、
を備えることを要旨とする。

本発明の第１の燃料電池システムでは、状態検出手段により検出されたシステムの状態に基づいて貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する。この結果、システムの状態に応じて適切に生成水を外部に排出することができる。

こうした本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記状態検出手段は、前記貯留手段により貯留された生成水の水位，該貯留された生成水の水温，前記燃料電池の出力，外気温の少なくとも一つを前記システムの状態として検出する手段であるものとすることもできる。この場合、前記状態検出手段は、前記貯留手段により貯留された生成水の水位を前記システムの状態として検出する手段であり、前記排出制御手段は、前記検出された水位が高いほど前記貯留された生成水の気化または霧化される気化霧化量が多くなる傾向に前記排出手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、貯留手段により貯留された生成水の水位に応じて生成水を適切に外部に排出することができる。また、前記状態検出手段は、前記燃料電池の出力を前記システムの状態として検出する手段であり、前記排出制御手段は、前記検出された燃料電池の出力が高いほど前記貯留された生成水の気化または霧化される気化霧化量が多くなる傾向に前記排出手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池の出力に応じて生成水を適切に外部に排出することができる。

また、本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記排出手段は、前記貯留された生成水を加熱することにより気化して外部に排出する手段であるものとすることもできるし、前記排出手段は、前記貯留された生成水を加振することにより霧化して外部に排出する手段であるものとすることもできる。

そして、本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記貯留手段は、前記燃料電池からのオフガスが流通するオフガス通路の下流に連通してなり、該燃料電池システムは、更に、前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給手段と、該空気供給手段からの空気の少なくとも一部を前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給可能なバイパス供給手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、バイパス供給手段がオフガス通路に供給する空気とオフガスとによりオフガス通路内の生成水を移動させ、貯留手段に集めることができる。このようにして、オフガス通路内の生成水を貯留手段に集めることができるから、システム停止後にオフガス通路内に生成水が残留して凍結することを抑制できる。この場合、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段と、該検出された前記燃料電池の出力が低くなるほど前記空気供給手段から前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給される空気量が多くなる傾向に前記バイパス供給手段を制御するバイパス供給制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池の出力が低いときにオフガス通路の生成水をより容易に移動させることができる。また、前記空気供給手段から前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給される空気量が脈動するよう前記バイパス供給手段を制御するバイパス供給制御手段を備えるものとすることもできる。空気供給手段からオフガス通路に供給される空気量を脈動させるから、オフガス通路内の生成水を容易に移動させることができる。

本発明の第２の燃料電池システムは、
水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池からのオフガスを排気通路を介して排気する排気手段と、
前記空気供給手段からの空気の少なくとも一部を前記燃料電池をバイパスして前記排気通路に供給可能なバイパス供給手段と、
を備えることを要旨とする。

本発明の第２の燃料電池システムでは、バイパス供給手段が排気通路に供給する空気とオフガスとにより排気通路内の生成水を移動させることができる。また、排気通路内の生成水を移動させることができるから、排気通路内に生成水が残留して凍結することを抑制できる。

本発明の移動体は、上述したいずれかの態様の本発明の燃料電池システム、即ち、基本的には、水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池で生成された生成水を貯留可能な貯留手段と、該貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する排出手段と、システムの状態を検出する状態検出手段と、該検出されたシステムの状態に基づいて前記生成水を気化または霧化して排出するよう前記排出手段を制御する排出制御手段と、を備える本発明の第１の燃料電池システムや、水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給手段と、前記燃料電池からのオフガスを排気通路を介して排気する排気手段と、前記空気供給手段からの空気の少なくとも一部を前記燃料電池をバイパスして前記排気通路に供給可能なバイパス供給手段と、を備える本発明の第２の燃料電池システムを電力源とすることを要旨とする。

本発明の移動体では、上述したいずれかの態様の本発明の第１または第２の燃料電池システムを搭載しているから、本発明の第１または第２の燃料電池システムの奏する効果、例えば、システムの状態に応じて適切に生成水を外部に排出することができる効果や排気通路内に生成水が残留して凍結するのを抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。

本発明の燃料電池システムの制御方法は、
水の生成を伴って発電する燃料電池と、該燃料電池で生成された生成水を貯留可能な貯留手段と、該貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する排出手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）システムの状態を検出し、
（ｂ）該検出されたシステムの状態に基づいて前記生成水を気化または霧化して排出するよう前記排出手段を制御する
ことを要旨とする。

本発明の燃料電池システムの制御方法では、検出されたシステムの状態に基づいて生成水が気化または霧化されて排出するよう排出手段を制御する。この結果、システムの状態に応じて適切に生成水を外部に排出することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システム２０を搭載した燃料電池車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池車１０は、図示するように、燃料電池システム２０からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ１２と、インバータ１２により変換された三相交流電力により駆動し図示しない駆動軸に動力を出力する走行用のモータ１４と、直流電力を変換すると共に燃料電池システム２０の出力電圧Ｖｆｃや出力電流Ｉｆｃを調整するＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介して燃料電池システム２０に並列に接続された二次電池１８とを備える。

燃料電池システム２０は、遮断器２１を介してインバータ１２やＤＣ／ＤＣコンバータ１６に接続されており、例えば高分子により形成された電解質膜を二つの電極（燃料極と空気極）で狭持してなる単電池ユニットを複数積層して構成した燃料電池スタック２２と、この燃料電池スタック２２の燃料極（負極）に高圧水素タンク３１からの水素を供給する水素供給系３０と、燃料電池スタック２２の空気極（正極）に空気を供給する空気供給系４０と、燃料電池スタック２２の空気極からの空気（オフガス）を外部に排出する空気排出系５０と、燃料電池スタック２２を冷却する図示しない冷却系と、燃料電池システム２０を含む全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。

水素供給系３０は、高圧水素タンク３１からの水素を燃料電池スタック２２に供給する水素供給流路３２と、燃料電池スタック２２から排出された水素を水素供給流路３２に返送する水素循環流路３３とを備える。水素供給流路３２には、高圧水素タンク３１からの水素が逆流しないようにするための逆流防止弁（チェック弁）や燃料電池スタック２２への水素の供給や供給停止を行なうための図示しない仕切弁などが設けられている。水素循環流路３３には、水素を水素供給流路３２に圧送するための水素ポンプ３４や、循環している水素中の水蒸気を液化することにより気液分離する気液分離器３８，水素供給流路３２側の水素が逆流しないようにするための図示しない逆流防止弁（チェック弁）、燃料電池スタック２２からの水素の排出を停止するための仕切弁などが設けられている。また、水素供給流路３２や水素循環流路３３には、燃料電池スタック２２に供給する水素の供給量や燃料電池スタック２２の運転状態を制御するために用いられる図示しない各種センサが取り付けられている。気液分離器３８により分離された水は、空気排出系５０を介して貯留タンク５４に貯留される。なお、水素循環流路３３には分岐管３５が取り付けられており、水素循環流路３３内の水素は、希釈器３９で空気排出系５０からの空気の一部を用いて希釈され、その後、空気排出系５０を介して大気に開放される。

空気供給系４０では、マスフローメータ４３により計量されエアコンプレッサ４４により加圧された空気を供給管４１により加湿器４６に導いて加湿して供給管４２により燃料電池スタック２２の空気極に供給する。

空気排出系５０では、燃料電池スタック２２の空気極からのオフガスをオフガス排出管５１により加湿器４６に導いて空気供給系４０のエアコンプレッサ４４からの空気を加湿し、その後、オフガス排出管５２や貯留タンク５４を介して大気に解放する。貯留タンク５４は、燃料電池スタック２２の空気極からの生成水や気液分離器３８で分離された水を貯留するようオフガス排出管５２の下流端に連通して設けられている。貯留タンク５４には、二次電池１８からの電力で作動し通常の出力（Ｌｏｗ出力）と通常より高い出力（Ｈｉ出力）との２段階の出力で貯留された水を加熱するヒータ５６や貯留タンク５４内の水位Ｈｗを検出する水位センサ５８が取り付けられている。オフガス排出管５２と空気供給系４０の供給管４１との間には、空気供給系４０の供給管４１を流通する乾いた空気の一部を加湿器４６や燃料電池スタック２２をバイパスしてオフガス排出管５２に供給するようバイパス供給管６２が設けられている。バイパス供給管６２には、供給管４１からバイパス供給管６２に供給される空気量を調整できるよう図示しないアクチュエータにより駆動されるダンパ６４が取り付けられている。図２は、ダンパ６４の構成の概略を示す構成図である。ダンパ６４は、図２に示すように、バイパス供給管６２側への開度Ｄを調整することによりエアコンプレッサ４４から供給管４１を通り加湿器４６，燃料電池スタック２２へ供給される空気量と加湿器４６，燃料電池スタック２２をバイパスしてバイパス供給管６２側へ供給される空気量とを調整する。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロコンピュータとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４やデータを一時的に記憶するＲＡＭ７６、図示しない入出力ポートを備える。電子制御ユニット７０には、燃料電池スタック２２の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた電圧センサ２８からの出力電圧Ｖｆｃや同じく電力ラインに取り付けられた電流センサ２９からの出力電流Ｉｆｃ，貯留タンク５４に取り付けられ貯留タンク５４内の水位が所定の水位を超えるとオンとなる水位センサ５８からのセンサ信号，燃料電池スタック２２を運転するために取り付けられた各種センサからの検出信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、遮断器２３への駆動信号や水素ポンプ３４への駆動信号，エアコンプレッサ４４への駆動信号，ダンパ６４の図示しないアクチュエータへの駆動信号，ヒータ５６への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、電子制御ユニット７０は、燃料電池車１０の全体をコントロールする電子制御ユニットを兼ねており、インバータ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ２６を駆動するための入力信号が入力ポートを介して入力されたり、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６へのスイッチング制御信号やインバータ２４へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。

こうした燃料電池システム２０は、各種センサからの信号に基づいて水素ポンプ３４やエアコンプレッサ４４，図示しない冷却水ポンプを駆動したり各仕切弁やダンパ６４の開度を調節することにより燃料電池スタック２２を制御する。

次に、こうして構成された実施例の燃料電池システム２０の燃料電池スタック２２により生成された水を貯留タンク５４に回収し外部に排出する際の動作について説明する。最初に燃料電池システム２０で生成された水を貯留タンク５４に回収する動作について説明し、その後、貯留タンク５４に貯留された水を外部に排出する動作について説明する。なお、実施例では、エアコンプレッサ４４は、予め設定された供給空気量で一定運転しているものとする。

図３は、電子制御ユニット７０により実行される回収制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、電圧センサ２８からの出力電圧Ｖｆｃ，電流センサ２９からの出力電流Ｉｆｃなど制御に必要な信号やデータを入力する処理を実行し（ステップＳ１００）、入力された出力電圧Ｖｆｃと出力電流Ｉｆｃとの積を燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃとして設定する（ステップＳ１１０）。

続いて、設定された燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃに基づいてダンパ６４のバイパス供給管６２側への開度Ｄを設定する（ステップＳ１２０）。ダンパ６４の開度Ｄは、実施例では、エアコンプレッサ４４を予め設定された供給空気量で一定運転したときのダンパ６４の開度Ｄと燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃとの関係を予め定めて、ダンパ開度設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが与えられると記憶したマップから対応するダンパ６４の開度Ｄを導出して設定するものとした。図４にダンパ開度設定用マップの一例を示す。図４において、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが低くなるほどダンパ６４の開度Ｄが大きくなるように設定したのは、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが低くなると燃料電池スタック２２が運転のために必要とする空気量が少なくなるから、エアコンプレッサ４４から供給される空気量が一定のときにはダンパ６４の開度Ｄを大きくして燃料電池スタック２２に供給する空気量を減らすと共にバイパス供給管６２に供給する空気量を増加させることに基づく。

このようにしてダンパ６４の開度Ｄが設定されると、ダンパ６４の開度を設定された開度にして、バイパス供給管６２へ供給される空気量が脈動するよう一定時間毎にダンパ６４を開閉しバイパス供給管６２の上流端を塞ぐようダンパ６４の図示しないアクチュエータを駆動制御し（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。このようにして、供給管４１からバイパス供給管６２を介してオフガス排出管５２に乾燥した空気を供給することにより、燃料電池スタック２２から生成されたり気液分離器３８から分離されてオフガス排出管５２内の滞留している水を、バイパス供給管６２からの空気と燃料電池スタック２２からのオフガスとにより掃気しオフガス排出管５２の下流側に移動させ貯留タンク５４に回収することができる。このような水の回収は、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃの高低に関わらず行なうことができる。例えば、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが低いときには、燃料電池スタック２２に供給される空気量が少なく燃料電池スタック２２からのオフガス量が少なくなるが、バイパス供給管６２から供給される空気量が多くなるからオフガス排出管５２内の水を十分貯留タンク５４に回収することができる。一方、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが高いときには、バイパス供給管６２に供給される空気量は少なくなるが、燃料電池スタック２２に供給される空気量が多く燃料電池スタック２２からのオフガス量が多くなるからオフガス排出管５２内の水を十分貯留タンク５４に回収することができる。このように、燃料電池スタック２２の運転中にオフガス排出管５２内の水を貯留タンク５４に回収するから、システム停止後にオフガス排出管５２内に水が残留するのを抑制することができる。なお、燃料電池スタック２２には、ダンパ６４により運転に必要な空気量が供給されるから、エアコンプレッサ４４からの空気の一部をバイパス供給管６２に供給しても燃料電池スタック２２の運転に支障をきたすことはない。

次に、貯留タンク５４に回収された水を外部に排出する動作について説明する。図５は、電子制御ユニット７０により実行される生成水排出制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。このルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、電圧センサ２８から出力電圧Ｖｆｃや電流センサ２９からの出力電流Ｉｆｃ，水位センサ５８からの貯留タンク５４の水位Ｈｗなど制御に必要な信号やデータを入力する処理を実行し（ステップＳ２００）、入力された出力電圧Ｖｆｃと出力電流Ｉｆｃとの積を燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃとして設定する（ステップＳ２１０）。

続いて、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが閾値Ｐｌｏを超えているか否かと、貯留タンク５４の水位Ｈｗが閾値Ｈｌｏを超えているか否かとを判定する（ステップＳ２２０）。ここで、閾値Ｐｌｏは、燃料電池スタック２２からの生成水の量が少なく貯留タンク５４に水を貯留しても気化する必要がないと判断される燃料電池スタック２２の出力の上限値として設定されている。また、閾値Ｈｌｏは、貯留タンク５４内の水量が少なく貯留された水を気化する必要がないと判断される水位の上限値として設定されている。燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが閾値Ｐｌｏ以下であったり、水位Ｈｗが閾値Ｈｌｏ以下であれば、貯留タンク５４内の水を気化する必要がないと判断して、ヒータ５６が作動していたらヒータ５６の作動を停止し（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。

燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが閾値Ｐｌｏを超えていたり、貯留タンク５４の水位Ｈｗが閾値Ｈｌｏを超えているときには、続いて、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが閾値Ｐｈｉより低いか否かと、貯留タンク５４の水位Ｈｗが閾値Ｈｈｉより低い否かとを判定する（ステップＳ２４０）。ここで、閾値Ｐｈｉは、燃料電池スタック２２からの生成水の量がヒータ５６をＬｏｗ出力で運転したときの水の気化量に対してそれほど多くないと判断される燃料電池スタック２２の出力の上限値として設定されている。また、閾値Ｈｈｉは、貯留タンク５４内の水量がヒータ５６をＬｏｗ出力で運転したときの水の気化量に対してそれほど多くないと判断される水位の上限値として設定されている。燃料電池スタック２２からの出力Ｐｆｃが閾値Ｐｈｉより低かったり、水位Ｈｗが閾値Ｈｈｉより低いときには、ヒータ５６をＬｏｗ出力で運転しても差し支えないと判断して、ヒータ５６をＬｏｗ出力で作動するよう制御し（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。一方、燃料電池スタック２２からの出力Ｐｆｃが閾値Ｐｈｉより高かったり、水位Ｈｗが閾値Ｈｈｉより高いときには、ヒータ５６の出力を高くして貯留タンク５４内の水の気化量を多くする必要があると判断して、ヒータ５６をＨｉ出力で作動するよう制御し（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。このようにヒータ５６を作動することにより、貯留タンク５４に貯留された水を加熱して気化し、気化した水をオフガス排出管５２からのオフガスやバイパス供給管４１からの空気を用いて掃気しシステムの外に排出する。ヒータ５６の出力が燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃや水位Ｈｗに基づいて設定されるから、生成された水の量や貯留タンク５４に貯留された水量に応じて適切に貯留タンク５４内の水を気化し排出することができる。また、システム停止後にヒータを作動するシステムと比較して、システム停止後の二次電池１８の電力の消費を抑えることができる。

以上説明した実施例の燃料電池システム２０によれば、燃料電池スタック２２を運転しているときに、バイパス供給管６２を介して空気供給系４０の空気の一部を空気排出系５０のオフガス排出管５２へ供給してオフガス排出管５２内の水を貯留タンク５４に集めることができる。したがって、システムを停止したときにオフガス排出管５２内に水が残留するのを抑制することができる。また、貯留タンク５４に貯留された水は、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃや貯留タンク５４内の水位Ｈｗに応じた加熱量でヒータ５６により加熱されて気化し排出されるから、生成された水の量に応じて適切に貯留タンク５４内の水を気化し排出することができる。また、システム停止後にヒータを作動するシステムと比較して、システム停止後の二次電池１８の電力の消費を抑えることができる。

実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃに応じてダンパ６４の開度Ｄを調整すると共に一定時間毎にダンパ６４を開閉するものとしたが、ダンパ６４を開閉させず燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃに基づいた開度でダンパ６４を調整するものとしたり、ダンパ６４の開度Ｄの調整を行なわずにダンパ６４を一定時間毎に開閉するものとしてもよい。

実施例の燃料電池システム２０では、エアコンプレッサ４４を一定運転させてダンパ６４の開度Ｄを調整することにより燃料電池スタック２２に供給する空気量とバイパス供給管６２に供給する空気量とを調整するものとしたが、ダンパ６４の開度Ｄを一定にしてエアコンプレッサ４４の運転を制御することにより燃料電池スタック２２に供給する空気量とバイパス供給管６２に供給する空気量とを調整するものとしてもよい。

実施例の燃料電池システム２０では、バイパス供給管６２から供給される空気と燃料電池スタック２２からのオフガスとによりオフガス排出管５２内の水を貯留タンク５４に移動させるものとしたが、更に、オフガス排出管５２から貯留タンク５４に水が容易に移動できるようオフガス排出管５２に傾斜を持たせたりオフガス排出管５２内に撥水処理を施したりするものとしてもよい。こうすれば、オフガス排出管５２内の水を更に容易に貯留タンク５４へ移動させることができる。

実施例の燃料電池システム２０では、ヒータ５６を２段階の出力で貯留タンク５４の水を加熱し気化するものとしたが、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが高いほど、または、貯留タンク５４内の水位Ｈｗが高いほどヒータ５６の出力が高くなる傾向とすればよいから、ヒータ５６の切り替え段数は、何段階に設定してもよく、２段階より多いものとしたり１段階であるものとしてもよい。また、切り替え段数を設けずに燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃに応じてヒータ５６の出力Ｐｆｃを可変制御するものとしてもよい。この場合、ヒータ５６と燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃとの関係を予め定めて、ヒータ出力設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃが与えられると記憶したマップから対応するヒータ５６の出力Ｐｈを導出して設定するものとするのが望ましい。図６にヒータ出力設定用マップの一例を示す。また、貯留タンク５４内の水位Ｈｗがある所定値を超えたときにヒータ５６を作動するものとしてもよい。

実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃや貯留タンク５４の水位などの検出値に基づいてヒータ５６の出力を設定するものとしたが、燃料電池スタック２２の出力Ｐｆｃや貯留タンク５４の水位以外のシステムの状態を示す検出値，例えば、外気温センサからの外気温や貯留タンク５４に貯留された水の水温などの他のシステムの状態を示す検出値の少なくとも一つに基づいてヒータ５６の出力を設定するものとしてもよい。

実施例の燃料電池システム２０では、貯留タンク５４に貯留された水をヒータ５６で加熱して気化し排出するものとしたが、貯留タンク５４に超音波振動子を取り付け、この超音波振動子により水を加振して霧化して排出するものとしてもよい。この場合、貯留タンク５４に貯留された水の量が多いほど超音波振動子で霧化量が多くなるようにするのが望ましい。

実施例の燃料電池システム２０では、ダンパ６４を用いて燃料電池スタック２２に供給する空気量とバイパス供給管６２に供給する空気量とを調整するものとしたが、燃料電池スタック２２に供給する空気量とバイパス供給管６２に供給する空気量とを調整するものであればどのようなものを用いてもよく、ポペット弁，ロータリ弁，スプール弁などの電磁弁を用いるものとしてもよい。

以上説明した実施例では、本発明を燃料電池システムを電力源として搭載した燃料電池車に適用するものとしたが、車以外の列車などの車両を含む各種の移動体に適用するものとしてもよいし、移動体以外の燃料電池システムを電力源として含むシステムに適用するものとしてもよい。

本発明の一実施例としての燃料電池車に電力源として搭載された燃料電池システム２０の構成の概略を示すシステム構成図である。 ダンパ６４の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット７０により実行される生成水回収制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ダンパ開度設定用マップの一例を示す説明図である。 電子制御ユニット７０により実行される生成水排出制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 ヒータ出力設定用マップの一例を示す説明図である。

符号の説明

１０ 燃料電池車、１２ インバータ、１４ モータ、１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１８ 二次電池、２０ 燃料電池システム、２２ 燃料電池スタック、２１ 遮断器、２８ 電圧センサ、２９ 電流センサ、３０ 水素供給系、３１ 高圧水素タンク、３２ 水素供給流路、３３ 水素循環流路、３４ 水素ポンプ、３５ 分岐管、３８ 気液分離器、４０ 空気供給系、４１，４２ 供給管、４３ マスフローメータ、４４ エアコンプレッサ、４６ 加湿器、５０ 空気排出系、５１，５２ オフガス排出管、５４ 貯留タンク、５６ ヒータ、５８ 水位センサ、６２ バイパス供給管、６４ ダンパ、７０ 電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ。

Claims (12)

1. 水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
   前記燃料電池で生成された生成水を貯留可能な貯留手段と、
   該貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する排出手段と、
   システムの状態を検出する状態検出手段と、
   該検出されたシステムの状態に基づいて前記生成水を気化または霧化して排出するよう前記排出手段を制御する排出制御手段と、
   を備える燃料電池システム。
2. 前記状態検出手段は、前記貯留手段により貯留された生成水の水位，該貯留された生成水の水温，前記燃料電池の出力，外気温の少なくとも一つを前記システムの状態として検出する手段である請求項１記載の燃料電池システム。
3. 請求項２記載の燃料電池システムであって、
   前記状態検出手段は、前記貯留手段により貯留された生成水の水位を前記システムの状態として検出する手段であり、
   前記排出制御手段は、前記検出された水位が高いほど前記貯留された生成水の気化または霧化される気化霧化量が多くなる傾向に前記排出手段を制御する手段である
   燃料電池システム。
4. 請求項２または３記載の燃料電池システムであって、
   前記状態検出手段は、前記燃料電池の出力を前記システムの状態として検出する手段であり、
   前記排出制御手段は、前記検出された燃料電池の出力が高いほど前記貯留された生成水の気化または霧化される気化霧化量が多くなる傾向に前記排出手段を制御する手段である
   燃料電池システム。
5. 前記排出手段は、前記貯留された生成水を加熱することにより気化して外部に排出する手段である請求項１ないし４いずれか記載の燃料電池システム。
6. 前記排出手段は、前記貯留された生成水を加振することにより霧化して外部に排出する手段である請求項１ないし４いずれか記載の燃料電池システム。
7. 請求項１ないし６いずれか記載の燃料電池システムであって、
   前記貯留手段は、前記燃料電池からのオフガスが流通するオフガス通路の下流に連通してなり、
   該燃料電池システムは、更に、
   前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給手段と、
   該空気供給手段からの空気の少なくとも一部を前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給可能なバイパス供給手段と、
   を備える燃料電池システム。
8. 請求項７記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段と、
   該検出された前記燃料電池の出力が低くなるほど前記空気供給手段から前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給される空気量が多くなる傾向に前記バイパス供給手段を制御するバイパス供給制御手段と、
   を備える燃料電池システム。
9. 前記空気供給手段から前記燃料電池をバイパスして前記オフガス通路に供給される空気量が脈動するよう前記バイパス供給手段を制御するバイパス供給制御手段を備える請求項７記載の燃料電池システム。
10. 水の生成を伴って発電する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
    前記燃料電池に酸化ガスとしての空気を供給する空気供給手段と、
    前記燃料電池からのオフガスを排気通路を介して排気する排気手段と、
    前記空気供給手段からの空気の少なくとも一部を前記燃料電池をバイパスして前記排気通路に供給可能なバイパス供給手段と、
    を備える燃料電池システム。
11. 請求項１ないし１０いずれか記載の燃料電池システムを電力源とする移動体。
12. 水の生成を伴って発電する燃料電池と、該燃料電池で生成された生成水を貯留可能な貯留手段と、該貯留手段により貯留された生成水を気化または霧化して外部に排出する排出手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    （ａ）システムの状態を検出し、
    （ｂ）該検出されたシステムの状態に基づいて前記生成水を気化または霧化して排出するよう前記排出手段を制御する
    燃料電池システムの制御方法。
    
    
    

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