JP2002313405A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に係り、特に空気極から排出される空気排ガス中の水分
回収技術を改良した燃料電池システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having an improved technique for recovering moisture from air exhaust gas discharged from an air electrode.
【０００２】[0002]
【従来の技術】燃料電池は、水素を燃料ガスとして燃料
極に供給し、酸素を含んだ空気を空気極に供給すること
により、水素と酸素を電気化学的に反応させて直接発電
するものであり、小規模でも高い発電効率が得られると
共に、環境に優れている。2. Description of the Related Art In a fuel cell, hydrogen is supplied as a fuel gas to a fuel electrode, and air containing oxygen is supplied to an air electrode, whereby hydrogen and oxygen are electrochemically reacted to directly generate power. Yes, high power generation efficiency can be obtained even on a small scale, and the environment is excellent.
【０００３】燃料電池において水素と酸素はそれぞれ燃
料極と空気極に供給され、燃料極では水素が水素イオン
と電子に電離する。水素イオンは固体高分子膜を通って
空気極へ移動し、この水素イオンと酸素と外部回路を流
れた電子とが反応して水を生成する。固体高分子膜を水
素イオンが通過するには水分が必要であり、また燃料極
空気極ともにガスと水分と触媒との３相の接触部で反応
が生じるため、水素ガスと空気ガスは十分に水蒸気を含
んだ状態で燃料電池本体に送りこまれる方式が良く知ら
れている。燃料電池に送りこまれるガスを水蒸気で加湿
するために、燃料電池入り口側には加湿器が備えられる
ことが多いが、加湿に費やされる水分は水貯蔵タンクな
どに蓄えられていることが多く、限りがあるので、タン
クの水が空になったりしないように外から補給してやる
必要がある。In a fuel cell, hydrogen and oxygen are supplied to a fuel electrode and an air electrode, respectively, where hydrogen is ionized into hydrogen ions and electrons. The hydrogen ions move to the air electrode through the solid polymer membrane, and the hydrogen ions and oxygen react with the electrons flowing through the external circuit to generate water. Moisture is required for hydrogen ions to pass through the solid polymer membrane, and a reaction occurs at the three-phase contact portion between the gas, moisture, and the catalyst at both the fuel electrode and the air electrode. A well-known method is that water is sent to a fuel cell body in a state containing water vapor. A humidifier is often provided at the entrance of the fuel cell to humidify the gas sent to the fuel cell with water vapor, but the water used for humidification is often stored in a water storage tank or the like. Therefore, it is necessary to supply water from outside so that the water in the tank does not become empty.
【０００４】自動車などの移動手段では、外から水を補
給するにも限度があるので、同じシステム内で生成する
水を回収して、加湿器用の水タンクに回収する方法がよ
く知られている。ところが、燃料電池の運転状態は常に
変化しているので水タンクの水がなくならないように生
成水を回収してシステムの水収支を成立させるのはなか
なか困難な課題である。[0004] Since there is a limit in supplying water from outside in transportation means such as automobiles, a method of collecting water generated in the same system and collecting it in a water tank for a humidifier is well known. . However, since the operating state of the fuel cell is constantly changing, it is very difficult to collect the generated water so that the water in the water tank does not run out and establish the water balance of the system.
【０００５】そのため、例えば、特開平１０−２８９７
２６号公報では、ガス中の水分を温度降下により凝縮さ
せる凝縮器の排気ガス温度をほぼ一定に保つように凝縮
器の冷却水の流量を制御する、という方式が考案されて
いる。[0005] Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2897
In Japanese Patent Publication No. 26, a system has been devised in which the flow rate of the cooling water of the condenser is controlled so that the exhaust gas temperature of the condenser for condensing the moisture in the gas by the temperature drop is kept almost constant.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来例
では、スチームにより加湿する空気ガスの湿度に関係無
く加湿を行うことになるので、例えば外気が非常に乾燥
している時などは加湿器により消費される水分が非常に
多くなり、凝縮器などで回収される水の回収速度が、加
湿器により消費される水の消費速度よりも小さくなり、
水収支が成立しなくなる場合がある。このような状況が
継続すれば、加湿用水タンクの水が無くなり、燃料電池
システムの運転を継続することが出来なくなるという問
題点があった。However, in the above conventional example, humidification is performed irrespective of the humidity of the air gas humidified by steam. For example, when the outside air is extremely dry, the humidifier is used. The amount of water consumed becomes very large, and the recovery rate of water collected by the condenser etc. becomes smaller than the consumption rate of water consumed by the humidifier,
Water balance may not be established. If such a situation continues, there is a problem that the water in the humidification water tank runs out and the operation of the fuel cell system cannot be continued.
【０００７】以上の問題点に鑑み本発明の目的は、外気
の湿度に応じて凝縮水回収を制御することによって水収
支を成立させ、安定した発電性能を継続して保証出来る
燃料電池システムを提供することである。[0007] In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of establishing a water balance by controlling the condensed water recovery in accordance with the humidity of the outside air and continuously ensuring stable power generation performance. It is to be.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は上
記目的を達成するため、燃料極と空気極とを有する燃料
電池本体と、前記空気極へ供給する空気を加湿する加湿
器と、前記加湿器に供給する外気の湿度を検出する外気
湿度検出手段と、前記空気極から排出される空気排ガス
中の水蒸気を凝縮して前記加湿器へ供給する凝縮水回収
手段と、前記外気湿度検出手段が検出した湿度に応じて
前記凝縮水回収手段による凝縮水量を調節する凝縮水量
調節手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システ
ムである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell body having a fuel electrode and an air electrode, a humidifier for humidifying air supplied to the air electrode, and Outside air humidity detection means for detecting the humidity of the outside air supplied to the humidifier, condensed water recovery means for condensing water vapor in air exhaust gas discharged from the air electrode and supplying the condensed water to the humidifier, and the outside air humidity detection A condensed water amount adjusting means for adjusting the amount of condensed water by the condensed water collecting means according to the humidity detected by the means.
【０００９】請求項２記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記
凝縮水量調節手段は、前記凝縮水回収手段に供給する冷
却液の温度を制御する冷却液温度制御手段を備え、前記
外気湿度検出手段が検出した湿度が低いときには、前記
冷却液温度の目標値を低く設定することを要旨とする。According to a second aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system according to the first aspect, wherein the condensed water amount adjusting means controls a temperature of a cooling liquid supplied to the condensed water collecting means. The gist of the invention is to provide liquid temperature control means, and to set the target value of the coolant temperature low when the humidity detected by the outside air humidity detection means is low.
【００１０】請求項３記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記
外気湿度検出手段が検出した湿度が低く、かつ燃料電池
の出力が小さいときには、前記冷却液温度の目標値を更
に低く設定することを要旨とする。According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell system according to the second aspect, when the humidity detected by the outside air humidity detecting means is low and the output of the fuel cell is small, the cooling is performed. The point is to set the target value of the liquid temperature even lower.
【００１１】請求項４記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項２または請求項３記載の燃料電池システム
において、前記冷却液温度の最低限度目標値を設定し、
前記外気湿度検出手段が検出した湿度及び燃料電池出力
に応じた前記冷却液温度の目標値が前記最低限度目標値
以下となる場合には、燃料電池の出力目標値が大きくな
るように補正することを要旨とする。According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the fuel cell system according to the second or third aspect, a minimum target value of the coolant temperature is set.
When the target value of the coolant temperature according to the humidity and the fuel cell output detected by the outside air humidity detecting means is equal to or less than the minimum target value, the output target value of the fuel cell is corrected to be large. Is the gist.
【００１２】請求項５記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記外気湿度検出手段は、前
記加湿器の出口の空気ガスの温度を検出する加湿器出口
温度検出手段と、外気温を検出する外気温度検出手段
と、加湿器へ導入する外気の吸気量を検出する吸気量検
出手段と、前記加湿器で消費される加湿水量を検出する
加湿水量検出手段と、を備え、前記加湿器出口温度、前
記外気温度、前記吸気量及び前記加湿水量に基づいて外
気の湿度を演算することを要旨とする。According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, the outside air humidity detecting means includes an air outlet at the outlet of the humidifier. Humidifier outlet temperature detecting means for detecting the temperature of the gas, outside air temperature detecting means for detecting the outside air temperature, intake air amount detecting means for detecting the intake amount of outside air introduced into the humidifier, and consumed by the humidifier. A humidifying water amount detecting means for detecting a humidifying water amount, wherein the humidity of the outside air is calculated based on the humidifier outlet temperature, the outside air temperature, the intake air amount and the humidifying water amount.
【００１３】請求項６記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項４または請求項５に記載の燃料電池システ
ムにおいて、前記燃料電池出力目標値の補正値に制限を
設け、補正値が制限に達した場合には、燃料電池へ供給
する空気の過剰率を小さく補正することを要旨とする。According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the fuel cell system according to the fourth or fifth aspect, the correction value of the fuel cell output target value is limited, and the correction value is limited. In this case, the gist is to correct the excess ratio of the air supplied to the fuel cell to a small value.
【００１４】請求項７記載の発明は上記目的を達成する
ため、請求項４ないし請求項６のいずれか１項記載の燃
料電池システムにおいて、前記燃料電池出力目標値の補
正値に制限を設け、補正値が制限に達した場合には、前
記加湿器の目標湿度を低く補正することを要旨とする。According to a seventh aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the fuel cell system according to any one of the fourth to sixth aspects, the correction value of the fuel cell output target value is limited. When the correction value reaches the limit, the gist is to correct the target humidity of the humidifier to be low.
【００１５】[0015]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、燃料極と
空気極とを有する燃料電池本体と、前記空気極へ供給す
る空気を加湿する加湿器と、前記加湿器に供給する外気
の湿度を検出する外気湿度検出手段と、前記空気極から
排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮して前記加湿器
へ供給する凝縮水回収手段と、前記外気湿度検出手段が
検出した湿度に応じて前記凝縮水回収手段による凝縮水
量を調節する凝縮水量調節手段と、を備えたことによ
り、外気湿度の変化によって加湿器で消費される水の量
が変わっても、常に外気湿度に応じて凝縮水回収手段に
よる凝縮水量を調節することが出来るので、外気湿度に
依らず水収支性能を維持し、外部からの給水を不要とす
ることができるという効果がある。According to the first aspect of the present invention, a fuel cell main body having a fuel electrode and an air electrode, a humidifier for humidifying the air supplied to the air electrode, and an outside air supplied to the humidifier are provided. Outside air humidity detecting means for detecting humidity, condensed water collecting means for condensing water vapor in air exhaust gas discharged from the air electrode and supplying the water to the humidifier, and according to the humidity detected by the outside air humidity detecting means The condensed water amount adjusting means for adjusting the amount of condensed water by the condensed water collecting means, even if the amount of water consumed in the humidifier changes due to a change in outside air humidity, the condensed water is always adjusted according to the outside air humidity. Since the amount of condensed water by the recovery means can be adjusted, there is an effect that the water balance performance can be maintained irrespective of the outside air humidity and external water supply can be eliminated.
【００１６】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の効果に加えて、前記凝縮水量調節手段は、前
記凝縮水回収手段に供給する冷却液の温度を制御する冷
却液温度制御手段を備え、前記外気湿度検出手段が検出
した湿度が低いときには、前記冷却液温度の目標値を低
く設定するようにしたので、特に冬など外気が乾燥して
いて、加湿器による加湿消費水量が大きい場合でも、冷
却液の温度を低く調節し、外気が乾燥していないときに
比べて凝縮水量を多く回収することが出来、季節に依ら
ず水収支を成立させる凝縮回収水量を確保することがで
きるという効果がある。According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, the condensed water amount adjusting means controls the temperature of the cooling liquid supplied to the condensed water collecting means. When the humidity detected by the outside air humidity detection unit is low, the target value of the coolant temperature is set low, so that the outside air is dry especially in winter, and the amount of humidified water consumed by the humidifier is provided. Even if the temperature is large, the temperature of the coolant can be adjusted to a lower level to collect a larger amount of condensed water than when the outside air is not dry, and to secure a sufficient amount of condensed and recovered water to establish a water balance regardless of the season. There is an effect that can be.
【００１７】請求項３記載の発明によれば、請求項２記
載の発明の効果に加えて、前記外気湿度検出手段が検出
した湿度が低く、かつ燃料電池の出力が小さいときに
は、前記冷却液温度の目標値を更に低く設定するように
したので、外気湿度が低く、かつ、燃料電池の出力が小
さく排ガス中の水蒸気発生量が少ない時には、燃料電池
の出力が大きい時に比べて、凝縮水回収手段に供給する
冷却液の温度をさらに低くすることで、より安定した水
収支性能が得られるという効果がある。According to a third aspect of the present invention, in addition to the effect of the second aspect, when the humidity detected by the outside air humidity detecting means is low and the output of the fuel cell is low, the temperature of the cooling liquid is reduced. When the outside air humidity is low, the output of the fuel cell is small, and the amount of water vapor generated in the exhaust gas is small, the condensed water collecting means is lower than when the output of the fuel cell is large. By further lowering the temperature of the cooling liquid supplied to the chiller, there is an effect that more stable water balance performance can be obtained.
【００１８】請求項４記載の発明によれば、請求項２ま
たは請求項３記載の発明の効果に加えて、前記冷却液温
度の最低限度目標値を設定し、前記外気湿度検出手段が
検出した湿度及び燃料電池出力に応じた前記冷却液温度
の目標値が前記最低限度目標値以下となる場合には、燃
料電池の出力目標値が大きくなるように補正するように
したので、排気ガス中の水分を回収するための冷却液温
度が最低限度になっても水収支が成立しなくなるほど加
湿消費水量が大きくなるような外気湿度状態でも、燃料
電池の出力目標値を増大させ、発電による生成水を増加
させて凝縮水回収量を増加させることで、非常に乾燥し
ているような状態でも水収支を成立させることが出来る
という効果がある。According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effect of the second or third aspect, the minimum target value of the coolant temperature is set and the outside air humidity detecting means detects the target value. When the target value of the coolant temperature according to the humidity and the output of the fuel cell is equal to or less than the minimum target value, the output target value of the fuel cell is corrected so as to be large. Even when the temperature of the coolant for recovering the water reaches the minimum limit, the output target value of the fuel cell is increased even in an outside air humidity state in which the amount of humidified water is large enough that the water balance is not established, and the water generated by the power generation is increased. By increasing the amount of condensed water recovery by increasing the amount of water, there is an effect that a water balance can be established even in a very dry state.
【００１９】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし請求項４に記載の発明の効果に加えて、前記外気湿
度検出手段は、前記加湿器の出口の空気ガスの温度を検
出する加湿器出口温度検出手段と、外気温を検出する外
気温度検出手段と、加湿器へ導入する外気の吸気量を検
出する吸気量検出手段と、前記加湿器で消費される加湿
水量を検出する加湿水量検出手段と、を備え、前記加湿
器出口温度、前記外気温度、前記吸気量及び前記加湿水
量に基づいて外気の湿度を演算する構成としたので、加
湿器出口の温度に対する飽和蒸気水量と、加湿器で消費
される水量とから、加湿器に導入される空気中の水量が
分かり、外気の温度の飽和水蒸気量と比較して外気の湿
度が分かる。このため、外気湿度計などを備えたりする
こと無く外気湿度を検出することができるという効果が
ある。According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the effects of the first to fourth aspects, the outside air humidity detecting means detects the temperature of the air gas at the outlet of the humidifier. Humidifier outlet temperature detecting means, outside air temperature detecting means for detecting an outside air temperature, air intake amount detecting means for detecting an intake air amount of outside air introduced into the humidifier, and humidification detecting an amount of humidifying water consumed by the humidifier. Water amount detecting means, and the humidifier outlet temperature, the outside air temperature, the intake air amount and the humidification water amount, so as to calculate the humidity of the outside air, the saturated steam water amount with respect to the humidifier outlet temperature, From the amount of water consumed by the humidifier, the amount of water in the air introduced into the humidifier is known, and the humidity of the outside air is known as compared with the amount of saturated steam at the temperature of the outside air. Therefore, there is an effect that the outside air humidity can be detected without providing an outside air humidity meter or the like.
【００２０】請求項６記載の発明によれば、請求項４ま
たは請求項５に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池出力目標値の補正値に制限を設け、補正値が制限に達
した場合には、燃料電池へ供給する空気の過剰率を小さ
く補正するようにしたので、外気が異常に乾燥している
場合などで、冷却液の温度目標値を下げて凝縮水量を増
やし、燃料電池の出力目標値を上げて生成水量を増やし
ても水収支が成立しないような状態でも、燃料電池にお
ける反応空気の量に対する供給空気の量を小さくするこ
とで、燃料電池での未反応空気の量を低減し、結果とし
て燃料電池への供給空気加湿総量を低減することが出来
る。このため、排出空気の量も減り、システム全体とし
てさらに水収支性能を改善することができるという効果
がある。According to the sixth aspect of the invention, in addition to the effects of the fourth or fifth aspect, a limit is provided for the correction value of the fuel cell output target value, and the correction value reaches the limit. In this case, the excess rate of air supplied to the fuel cell is corrected to a small value.In cases such as when the outside air is abnormally dry, the target temperature of the coolant is lowered and the amount of condensed water is increased. Even if the water balance is not established even if the amount of generated water is increased by increasing the output target value of the battery, reducing the amount of supply air relative to the amount of reaction air in the fuel cell reduces the amount of unreacted air in the fuel cell. The amount can be reduced, and as a result, the total amount of humidified air supplied to the fuel cell can be reduced. For this reason, the amount of discharged air is also reduced, and there is an effect that the water balance performance can be further improved as a whole system.
【００２１】請求項７記載の発明によれば、請求項４な
いし請求項６に記載の発明の効果に加えて、前記燃料電
池出力目標値の補正値に制限を設け、補正値が制限に達
した場合には、前記加湿器の目標湿度を低く補正するよ
うにしたので、外気が異常に乾燥している場合などで、
冷却液の温度目標値を下げて凝縮水量を増やし、燃料電
池の出力目標値を上げて生成水量を増やしても水収支が
成立しないような状態でも、加湿器の湿度を低く補正す
ることで、加湿器の消費水量より排ガスの凝縮回収水量
を多くするようにして、水収支を成立させることが出来
るという効果がある。According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the effects of the fourth to sixth aspects, a limit is provided for the correction value of the fuel cell output target value, and the correction value reaches the limit. In such a case, the target humidity of the humidifier was corrected to be low, so that when the outside air is abnormally dry,
By lowering the temperature target value of the coolant to increase the amount of condensed water and increasing the output target value of the fuel cell to increase the amount of generated water, even in a state where the water balance does not hold, by lowering the humidity of the humidifier, There is an effect that the water balance can be established by increasing the amount of condensed and recovered water of the exhaust gas than the amount of water consumed by the humidifier.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃料
電池システムの第１実施形態の要部を説明する構成図で
ある。同図において、燃料電池システムは、燃料極２と
空気極３とを有する燃料電池本体であるスタック１と、
空気極３へ供給する空気を加湿する加湿器４と、加湿器
４に供給する外気の湿度を検出する外気湿度検出装置５
と、空気極３から排出される高温排出空気ガス中の水分
を凝縮して加湿器４へ供給する凝縮水回収装置６と、外
気湿度検出装置５が検出した外気湿度の大きさに応じて
凝縮水回収装置６による凝縮水量を調節する凝縮水量調
節装置７と、を備えている。尚、図中符号８は、凝縮水
回収装置６から加湿器４へ凝縮水を供給する給水経路で
あるが、実装状態によっては、途中にタンクやポンプを
備えてもよい。Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a main part of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention. In FIG. 1, a fuel cell system includes a stack 1 which is a fuel cell body having a fuel electrode 2 and an air electrode 3;
A humidifier 4 for humidifying the air supplied to the air electrode 3 and an outside air humidity detecting device 5 for detecting the humidity of the outside air supplied to the humidifier 4
And a condensed water recovery device 6 that condenses moisture in the high-temperature exhaust air gas discharged from the air electrode 3 and supplies it to the humidifier 4, and condenses according to the magnitude of the outside air humidity detected by the outside air humidity detection device 5. A condensed water amount adjusting device 7 for adjusting the amount of condensed water by the water recovery device 6. Reference numeral 8 in the drawing denotes a water supply path for supplying condensed water from the condensed water recovery device 6 to the humidifier 4, but a tank or a pump may be provided on the way depending on the mounting state.
【００２３】また、外気湿度検出装置５としては、セレ
ン（Ｓｅ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、窒化バナジウム
（ＶＮ）などの半導体薄膜の表面に吸着される水分の変
化をコンダクタンス変化として検出する半導体湿度セン
サや、多孔質セラミック湿度センサ等が利用可能であ
る。The outside air humidity detecting device 5 includes a semiconductor humidity sensor for detecting a change in moisture adsorbed on the surface of a semiconductor thin film such as selenium (Se), germanium (Ge), vanadium nitride (VN) as a conductance change. Alternatively, a porous ceramic humidity sensor or the like can be used.
【００２４】図２は、本発明に係る燃料電池システムの
各実施形態に共通のガス流路を説明する概略構成図であ
る。スタック１は、固体電解質膜を挟んで対向して設け
られた燃料極２と空気極３とを所望の数だけ積層したも
のである。実際はこれに冷却水の配管が組み込まれる
が、本図ではガス系のみを示す。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a gas flow path common to each embodiment of the fuel cell system according to the present invention. The stack 1 is formed by laminating a desired number of fuel electrodes 2 and air electrodes 3 provided to face each other with a solid electrolyte membrane interposed therebetween. Actually, a cooling water pipe is incorporated in this, but in this figure, only the gas system is shown.
【００２５】また図２では、燃料の水素ガスを直接保有
する方式を示している。水素貯蔵タンク９は、水素ガス
が圧縮されて高圧状態で保有されている。そこから圧力
制御弁５を介して減圧されて、スタック１を含む循環管
路に送られる。本図では水素貯蔵タンク９と圧力制御弁
１０を直接つないであるように示したが、実際は一度減
圧するための別の弁を中間に設けるなどする例が多い。FIG. 2 shows a system in which hydrogen gas as fuel is directly held. The hydrogen storage tank 9 is stored in a high pressure state in which hydrogen gas is compressed. From there, the pressure is reduced through the pressure control valve 5 and sent to the circulation line including the stack 1. In this figure, the hydrogen storage tank 9 and the pressure control valve 10 are shown to be directly connected. However, in practice, there are many examples in which another valve for once reducing the pressure is provided in the middle.
【００２６】エゼクタ循環装置１１は、水素貯蔵タンク
９から来る乾燥した水素ガスと、スタック１の燃料極２
を通過した後の水素ガスを混合させて下流に流すもので
ある。スタック１の入り口にエゼクタ循環装置１１で混
合された水素ガスを加湿する加湿器１２を設ける。そし
てスタック１の燃料極２で水素を消費し、余った残留水
素ガスは再び、水回収装置１４を通し水分を回収してエ
ゼクタ循環装置１１へ送られる。スタック１に対する電
力出力要求が急に小さくなると、循環管路中の水素がス
タック１で消費しきれなくなるので、そのときは、スタ
ック下流に設けたパージ弁１５を開き水素ガスを外部へ
放出する。ただし、水素ガスを直接大気へ放出すること
は好ましくないので、後に説明する余剰空気とともに反
応器１９で反応させて水蒸気としてから大気に放出す
る。スタック１の燃料極２への供給水素圧力制御は圧力
制御弁１０にて行うが、その際、燃料極付近の圧力を検
出する方法を用いることが多いので、本図では圧力セン
サ１３をスタック入り口に設置している。The ejector circulating device 11 is provided with the dry hydrogen gas coming from the hydrogen storage tank 9 and the fuel electrode 2 of the stack 1.
Is mixed with the hydrogen gas after passing through and flows downstream. A humidifier 12 for humidifying the hydrogen gas mixed by the ejector circulation device 11 is provided at the entrance of the stack 1. Then, hydrogen is consumed in the fuel electrode 2 of the stack 1, and the remaining residual hydrogen gas is again recovered through the water recovery device 14 to be sent to the ejector circulation device 11. If the power output request for the stack 1 suddenly decreases, the hydrogen in the circulation line cannot be consumed by the stack 1, and in this case, the purge valve 15 provided downstream of the stack is opened to discharge hydrogen gas to the outside. However, since it is not preferable to directly release the hydrogen gas to the atmosphere, the hydrogen gas is reacted with the surplus air described later in the reactor 19 to form water vapor and then to the atmosphere. The pressure of the hydrogen supplied to the fuel electrode 2 of the stack 1 is controlled by the pressure control valve 10. At this time, a method of detecting the pressure near the fuel electrode is often used. Installed in
【００２７】一方、酸化剤ガスとしての空気は、まず最
上流に設置された圧縮機１６で圧縮され、スタック入り
口に設置された加湿器４で露点まで加湿して空気極３へ
供給される。スタック１の空気極３で空気中の酸素分を
消費して余った空気ガスは、スタック内で反応して出来
た水分も含んでおり、再び凝縮水回収装置６を通過し、
さらに空気ラインの圧力制御バルブ１７を通過して大気
へ放出する。空気圧力を大きくしたい場合には圧力制御
バルブ１７を閉じ側へ制御することとなる。On the other hand, air as the oxidizing gas is first compressed by the compressor 16 installed at the uppermost stream, humidified to the dew point by the humidifier 4 installed at the entrance of the stack, and supplied to the air electrode 3. The excess air gas that has consumed the oxygen content in the air at the air electrode 3 of the stack 1 also contains water produced by the reaction in the stack, and passes through the condensed water recovery device 6 again,
Further, the gas passes through the pressure control valve 17 of the air line and is discharged to the atmosphere. When it is desired to increase the air pressure, the pressure control valve 17 is controlled to the closed side.
【００２８】図３及び図４は、本発明に係る燃料電池シ
ステムの第２実施形態を説明する図である。図３は図１
の凝縮水量調節装置７として、排出空気ガスを冷却液に
て冷却して凝縮水を発生させる液冷式の凝縮水回収装置
６の冷却液の温度を制御する冷却液温度制御装置７０を
用いた構成を示す図であり、図４は、この冷却液の温度
制御のフローを示す図である。FIGS. 3 and 4 are views for explaining a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 3 is FIG.
As the condensed water amount control device 7, a cooling liquid temperature control device 70 for controlling the temperature of the cooling liquid in a liquid-cooled condensed water recovery device 6 for cooling the discharged air gas with a cooling liquid to generate condensed water was used. FIG. 4 is a diagram showing a configuration, and FIG. 4 is a diagram showing a flow of temperature control of the coolant.
【００２９】図３において、凝縮水回収装置６は、排空
気ガスと冷却液との間で熱交換を行う水凝縮装置６１
（コンデンサ）と、水凝縮装置６１で温められた冷却液
の熱を外気へ放出するラジエータ６３と、水凝縮装置６
１とラジエータ６３との間で冷却液を循環させるポンプ
６２と、冷却液の温度を検出する温度センサ６５と、を
備えている。凝縮水回収装置６に用いる冷却液は、純水
であってもよいし、純水または精製水にグリコール等を
混入して不凍液としたロングライフクーラントであって
もよい。In FIG. 3, a condensed water recovery device 6 is provided with a water condensing device 61 for exchanging heat between the exhaust air gas and the cooling liquid.
(Condenser), a radiator 63 for releasing the heat of the coolant heated by the water condenser 61 to the outside air, and a water condenser 6
The pump includes a pump 62 for circulating the cooling liquid between the radiator 1 and the radiator 63, and a temperature sensor 65 for detecting the temperature of the cooling liquid. The cooling liquid used in the condensed water recovery device 6 may be pure water, or may be a long life coolant which is an antifreezing liquid obtained by mixing glycol or the like in pure water or purified water.
【００３０】冷却液温度制御装置７０は、ラジエータ６
３をバイパスする流路を開閉または開度調節するバイパ
スバルブ６４と、温度センサ６５が検出した冷却液温度
に基づいてバイパスバルブ６４を開閉制御または開度制
御することにより冷却液温度を制御する制御回路７１と
を備えている。制御回路７１による温度制御は、目標上
限温度と目標下限温度の範囲に冷却液の温度が収まるよ
うに、バイパスバルブ６４を制御してラジエータ６３へ
流す流量とラジエータ６３をバイパスさせる流量を制御
したり、あるいは流路を切り替えたりなどして行う。The coolant temperature control device 70 includes a radiator 6
A bypass valve 64 for opening / closing or adjusting the opening degree of the flow path bypassing the flow path 3; and a control for controlling the coolant temperature by opening / closing control or opening degree control of the bypass valve 64 based on the coolant temperature detected by the temperature sensor 65. And a circuit 71. The temperature control by the control circuit 71 controls the flow rate to flow to the radiator 63 and the flow rate to bypass the radiator 63 by controlling the bypass valve 64 so that the coolant temperature falls within the range between the target upper limit temperature and the target lower limit temperature. Or by switching the flow path.
【００３１】この変形例としてバイパスバルブ６４を設
けず、その代わりに冷却液を循環させるポンプ６２を吐
出量可変型のポンプとし、制御回路７１からポンプ６２
の吐出量を制御することにより冷却液の温度制御を行う
ようにしてもよい。As a modification of this embodiment, the bypass valve 64 is not provided, and the pump 62 for circulating the coolant is replaced with a variable discharge pump.
The temperature of the coolant may be controlled by controlling the discharge amount of the coolant.
【００３２】図４は、この温度制御の目標値を外気湿度
に応じて制御する制御フローを示したものである。FIG. 4 shows a control flow for controlling the target value of the temperature control in accordance with the outside air humidity.
【００３３】まず、外気湿度検出装置５により外気の湿
度Ｈ＿ａｉｒを検出し（ステップＳ１０）、次いで温度
センサ６５により冷却液の温度Ｔ＿ＬＬＣを検出する
（ステップＳ１２）。First, the humidity H_air of the outside air is detected by the outside air humidity detecting device 5 (step S10), and then the temperature T_LLC of the coolant is detected by the temperature sensor 65 (step S12).
【００３４】次いで、検出した外気湿度Ｈ＿ａｉｒの大
きさに応じて、冷却液の目標温度ｔＴ＿ＬＬＣを算出し
て設定する（ステップＳ１４）。本実施形態では、図４
（ｂ）に示すようなマップを検索する方式を用いてい
る。図４（ｂ）のマップは、外気湿度Ｈ＿ａｉｒが小さ
くなるに連れて、目標冷却液温度ｔＴ＿ＬＬＣが小さく
なるように設定している。但し、外気湿度Ｈ＿ａｉｒが
充分低い領域及び外気湿度Ｈ＿ａｉｒが充分高い領域に
おいては、目標冷却液温度ｔＴ＿ＬＬＣはそれぞれ目標
最低値、目標最高値に制限されている。Next, the target temperature tT_LLC of the coolant is calculated and set according to the detected outside air humidity H_air (step S14). In the present embodiment, FIG.
A method for searching a map as shown in FIG. The map in FIG. 4B is set so that the target coolant temperature tT_LLC decreases as the outside air humidity H_air decreases. However, in a region where the outside air humidity H_air is sufficiently low and a region where the outside air humidity H_air is sufficiently high, the target coolant temperature tT_LLC is limited to a target minimum value and a target maximum value, respectively.
【００３５】次に、ステップＳ１６では、冷却液の温度
が目標温度ｔＴ＿ＬＬＣになるようにバイパスバルブ６
４の開度制御、または開閉制御によって冷却液温度制御
を実行する。Next, at step S16, the bypass valve 6 is set so that the temperature of the coolant becomes the target temperature tT_LLC.
The coolant temperature control is executed by the opening degree control or the opening / closing control of Step 4.
【００３６】図５および図６は、本発明に係る燃料電池
システムの第３実施形態を説明する図である。図５は図
１の凝縮水量調節装置７として、燃料電池スタック１の
出力に応じて液冷式の凝縮水回収装置６の冷却液の温度
目標値を変更する冷却液温度制御装置７０を用いた構成
を示す図である。図５の冷却液温度制御装置７０は、図
３の制御回路７１に代えて、外気温度信号及びスタック
出力信号に応じて、凝縮水回収装置６の冷却液の温度を
制御できる制御回路７２を備えた点が異なっている。図
６は、この制御回路７２による冷却液の温度制御のフロ
ーを示す図である。FIGS. 5 and 6 are views for explaining a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 5 uses, as the condensed water amount control device 7 in FIG. 1, a coolant temperature control device 70 that changes the target temperature of the coolant of the liquid-cooled condensed water recovery device 6 according to the output of the fuel cell stack 1. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration. The coolant temperature control device 70 of FIG. 5 includes a control circuit 72 that can control the temperature of the coolant of the condensed water recovery device 6 according to the outside air temperature signal and the stack output signal, instead of the control circuit 71 of FIG. Is different. FIG. 6 is a diagram showing a flow of controlling the temperature of the coolant by the control circuit 72.
【００３７】図６において、まず外気湿度検出装置５に
より外気の湿度Ｈ＿ａｉｒを検出し（ステップＳ２
０）、燃料電池スタック１の出力Ｐｗ＿ＳＴＫを検出し
（ステップＳ２２）、温度センサ６５により冷却液の温
度Ｔ＿ＬＬＣを検出する（ステップＳ２４）。次いで、
検出した外気湿度Ｈ＿ａｉｒおよび、燃料電池スタック
の出力Ｐｗ＿ＳＴＫの大きさに応じて、冷却液の目標温
度ｔＴ＿ＬＬＣを算出して設定する（ステップＳ２
６）。本実施形態では、図６（ｂ）に示すようなマップ
を検索する方式を用いている。図６（ｂ）は、基本的に
外気湿度が小さい時には冷却液目標温度を小さくして、
凝縮水量を大きくするように構成しているが、燃料電池
スタックの出力が小さい時には、さらに冷却液の目標温
度ｔＴ＿ＬＬＣが小さくなるように設定する。次いでス
テップＳ２８では、冷却液の温度が目標温度ｔＴ＿ＬＬ
Ｃになるようにバイパスバルブ６４の開度制御、または
開閉制御によって冷却液温度制御を実行する。In FIG. 6, first, the outside air humidity detector 5 detects the outside air humidity H_air (step S2).
0), the output Pw_STK of the fuel cell stack 1 is detected (Step S22), and the temperature T_LLC of the coolant is detected by the temperature sensor 65 (Step S24). Then
The target temperature tT_LLC of the coolant is calculated and set according to the detected outside air humidity H_air and the magnitude of the output Pw_STK of the fuel cell stack (step S2).
6). In the present embodiment, a method for searching a map as shown in FIG. 6B is used. FIG. 6B shows that the target temperature of the coolant is basically reduced when the outside air humidity is low,
Although the amount of condensed water is increased, when the output of the fuel cell stack is small, the target temperature tT_LLC of the coolant is set to be further reduced. Next, at step S28, the temperature of the coolant is changed to the target temperature tT_LL.
The coolant temperature control is executed by controlling the opening of the bypass valve 64 or controlling the opening and closing of the bypass valve 64 so that the temperature becomes C.
【００３８】図７（ａ）および図７（ｂ）は、本発明に
係る燃料電池システムの第４実施形態を示す制御フロー
図で、図７（ａ）は燃料電池の目標出力を演算するフロ
ー、図７（ｂ）は、図６の水凝縮回収用の冷却液目標温
度演算に加え、燃料電池スタックの出力補正値を演算す
るフローである。それぞれ、制御コントローラで演算処
理される。FIGS. 7A and 7B are control flow charts showing a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 7A is a flow chart for calculating a target output of the fuel cell. FIG. 7B is a flow chart for calculating the output correction value of the fuel cell stack in addition to the calculation of the target coolant temperature for water condensation and recovery in FIG. Each is processed by the controller.
【００３９】図７（ａ）では、まずステップＳ４２にお
いて、運転者のアクセルペダル操作量ＡＰＳと、車両速
度ＶＳＰ、バッテリ充電量ＳＯＣを検出する。In FIG. 7A, first, in step S42, the accelerator pedal operation amount APS, the vehicle speed VSP, and the battery charge amount SOC of the driver are detected.
【００４０】次いでステップＳ４４では、車両の推進力
の目標値である目標駆動力ｔｇｔ＿ＶＦをアクセル操作
量ＡＰＳおよび車両速度ＶＳＰに基づいて演算する。通
常はアクセル操作量および車両速度に応じた３次元マッ
プに予め記憶されている目標駆動力ｔｇｔ＿ＶＦを検索
して求められることが多い。Next, in step S44, a target driving force tgt_VF which is a target value of the propulsion force of the vehicle is calculated based on the accelerator operation amount APS and the vehicle speed VSP. Usually, it is often obtained by searching for a target driving force tgt_VF stored in advance in a three-dimensional map corresponding to the accelerator operation amount and the vehicle speed.
【００４１】次にステップＳ４６では、車両目標駆動力
ｔｇｔ＿ＶＦとバッテリ充電量ＳＯＣから、燃料電池の
出力目標値ｔｇｔ＿ＰｗＳＴＫを演算する。一般的に
は、バッテリ残量が多いときは、燃料電池の出力目標値
は小さく、逆にバッテリ残量が少ない時には、燃料電池
の出力目標値は大きくして、運転者の要求に応じた車両
駆動力を実現するための適切な車両馬力を、バッテリお
よび燃料電池で並列して出力する。Next, at step S46, a fuel cell output target value tgt_PwSTK is calculated from the vehicle target driving force tgt_VF and the battery charge amount SOC. In general, when the remaining battery level is high, the output target value of the fuel cell is small, and when the remaining battery level is low, the output target value of the fuel cell is increased. Appropriate vehicle horsepower for realizing the driving force is output in parallel by the battery and the fuel cell.
【００４２】次に、ステップＳ４８では、図７（ｂ）の
フローにより演算される凝縮水量調節用の冷却液温度に
応じて定まる燃料電池目標出力の補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳ
ＴＫにより、ステップＳ４６で求めた目標燃料電池出力
を補正する。フローでは、目標燃料電池出力を以下の式
（１）により加算補正している。Next, in step S48, a correction value Add_PwS of the fuel cell target output determined according to the condensed water amount adjusting coolant temperature calculated according to the flow of FIG. 7B.
The target fuel cell output obtained in step S46 is corrected by TK. In the flow, the target fuel cell output is added and corrected by the following equation (1).
【００４３】[0043]
【数１】 ｔｇｔ＿ＰｗＳＴＫ＝ｔｇｔ＿ＰｗＳＴＫ＋Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫ …（１） 図７（ｂ）では、図６のステップＳ２６までは同じ処理
であり、ステップＳ２６の後に、ステップＳ４０を実行
する。## EQU00001 ## tgt_PwSTK = tgt_PwSTK + Add_PwSTK (1) In FIG. 7B, the same processing is performed up to step S26 in FIG. 6, and step S40 is executed after step S26.
【００４４】ステップＳ４０では、ステップＳ２６にて
外気湿度Ｈ＿ａｉｒおよび燃料電池スタックの出力Ｐｗ
＿ｓｔｋにより補正した目標冷却液温度ｔＴ＿ＬＬＣ
が、目標冷却液の温度の下限値ｔＬｉｍ＿ＬＬＣに達し
ていないかを判断し、達している（下限値以下の）場合
には、燃料電池の出力目標値を加算補正するために、出
力補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫを演算する。本ステップＳ
４０では、目標冷却液温度ｔＴ＿ＬＬＣと目標冷却液の
温度の下限値ｔＬｉｍ＿ＬＬＣとの差に応じて、燃料電
池の出力補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫを図７（ｃ）で示さ
れるテーブルから索引して演算する。In step S40, in step S26, the outside air humidity H_air and the output Pw of the fuel cell stack
Target coolant temperature tT_LLC corrected by _stk
Is lower than the target coolant temperature lower limit value tLim_LLC, and if it has reached (less than or equal to the lower limit value), the output correction value Add_PwSTK is added to correct the output target value of the fuel cell. Is calculated. This step S
At 40, the output correction value Add_PwSTK of the fuel cell is calculated from the table shown in FIG. 7C according to the difference between the target coolant temperature tT_LLC and the lower limit value tLim_LLC of the target coolant temperature.
【００４５】冷却液の目標温度ｔＴ＿ＬＬＣが下限値Ｌ
ｉｍ＿ＬＬＣに達していない（下限値より大きい）時に
は、燃料電池の出力目標補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫは０
となるので、図７（ａ）の燃料電池出力目標値ｔｇｔ＿
ＰｗＳＴＫは補正しない。逆に冷却液の目標温度ｔＴ＿
ＬＬＣが下限値ｔＬｉｍ＿ＬＬＣに達している（下限値
以下）時には、燃料電池の出力目標補正値Ａｄｄ＿Ｐｗ
ＳＴＫは正の値となるので、図７（ａ）のステップＳ４
８により、燃料電池の出力目標値が大きくなるように補
正する。The target temperature tT_LLC of the coolant is lower limit value L
When im_LLC has not been reached (greater than the lower limit), the output target correction value Add_PwSTK of the fuel cell is 0.
Therefore, the fuel cell output target value tgt_ in FIG.
PwSTK is not corrected. Conversely, the target temperature tT_ of the coolant
When the LLC reaches the lower limit value tLim_LLC (below the lower limit value), the output target correction value Add_Pw of the fuel cell.
Since STK is a positive value, step S4 in FIG.
According to 8, the output target value of the fuel cell is corrected so as to increase.
【００４６】次いで、ステップＳ２８では、図６（ａ）
と同様に、冷却液の温度が目標温度ｔＴ＿ＬＬＣになる
ようにバイパスバルブ６４の開度制御、または開閉制御
によって冷却液温度制御を実行する。Next, in step S28, FIG.
Similarly to the above, the coolant temperature control is executed by opening degree control or opening / closing control of the bypass valve 64 so that the temperature of the coolant becomes the target temperature tT_LLC.
【００４７】図８および図９は、本発明に係る燃料電池
システムの第５実施形態を示す図である。図８は空気を
加湿する加湿器で消費される水の量と加湿器の前後の空
気温度とから外気の湿度を推定するためのシステム構成
図で、図９は同じく外気の湿度を推定する演算フローを
示す。FIGS. 8 and 9 are views showing a fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 8 is a system configuration diagram for estimating the humidity of the outside air from the amount of water consumed by the humidifier for humidifying the air and the air temperature before and after the humidifier. FIG. 9 is also a calculation for estimating the humidity of the outside air. Shows the flow.
【００４８】図８は、図１の構成図に対し、外気湿度検
出装置５の他の実施形態を示す例である。図８におい
て、外気湿度検出装置５は、加湿器４へ導入する外気の
吸気量を検出する吸気量センサ５１と、外気温を検出す
る外気温度センサ５２と、加湿器４の出口の空気ガスの
温度を検出する加湿器出口空気温度センサ５３と、加湿
器４の入り口の水量を検出する加湿器入口水量センサ５
４と、加湿器出口水量センサ５５とを備えている。そし
て、加湿器出口温度、外気温度、外気の吸気量、及び加
湿器入口と出口との水量差である加湿器消費水量に基づ
いて外気の湿度を演算する構成としたので、加湿器出口
の温度に対する飽和蒸気水量と、加湿器で消費される水
量とから、加湿器に導入される空気中の水量が分かり、
外気の温度の飽和水蒸気量と比較して外気の湿度が分か
る。FIG. 8 is an example showing another embodiment of the outside air humidity detecting device 5 with respect to the configuration diagram of FIG. In FIG. 8, an outside air humidity detecting device 5 includes an intake air amount sensor 51 that detects an intake amount of outside air introduced into the humidifier 4, an outside air temperature sensor 52 that detects outside air temperature, and an air gas at the outlet of the humidifier 4. Humidifier outlet air temperature sensor 53 for detecting the temperature, and humidifier inlet water amount sensor 5 for detecting the amount of water at the inlet of the humidifier 4
4 and a humidifier outlet water amount sensor 55. Since the humidifier outlet temperature, the outside air temperature, the amount of outside air intake, and the humidifier consumption water amount that is the difference between the humidifier inlet and outlet water amounts are calculated, the humidifier outlet temperature is calculated. From the amount of saturated steam water and the amount of water consumed by the humidifier, the amount of water in the air introduced into the humidifier is known,
The humidity of the outside air can be found by comparing with the amount of saturated steam at the temperature of the outside air.
【００４９】図９は、外気湿度を推定演算する制御フロ
ーであり、外気湿度検出装置５に内蔵した制御装置また
は車両に搭載された制御装置で演算される。FIG. 9 is a control flow for estimating and calculating the outside air humidity, which is calculated by a control device built in the outside air humidity detection device 5 or a control device mounted on the vehicle.
【００５０】ステップＳ６０は、吸気量Ｖ＿ａｍｂ、外
気温度Ｔ＿ａｍｂ、加湿器出口空気温度Ｔ＿ｈｕｍを検
出し、ステップＳ６２は、加湿器の入口純水水量Ｑ＿Ｐ
ｗｉｎ、加湿器の出口純水水量Ｑ＿Ｐｗｏｕｔを検出す
る。In step S60, the intake air amount V_amb, the outside air temperature T_amb, and the humidifier outlet air temperature T_hum are detected. In step S62, the humidifier inlet pure water amount Q_P is detected.
win, the outlet pure water amount Q_Pwout of the humidifier is detected.
【００５１】ステップＳ６４は、加湿器で加湿に消費し
た純水の量を以下の式（２）により演算する。In step S64, the amount of pure water consumed for humidification by the humidifier is calculated by the following equation (2).
【００５２】[0052]
【数２】 Ｑ＿Ｐｗｕｓｅ＝（Ｑ＿Ｐｗｉｎ−Ｑ＿Ｐｗｏｕｔ）×ΔＴ …（２） ここで、ΔＴは単位時間を示す。Q_Pwuse = (Q_Pwin−Q_Pwout) × ΔT (2) where ΔT indicates a unit time.
【００５３】ステップＳ６６では、外気温度Ｔ＿ａｍ
ｂ、および加湿器出口温度Ｔ＿ｈｕｍに応じた飽和水蒸
気量ＱＳ＿ａｍｂ、およびＱＳ＿ｈｕｍを予め記憶した
テーブル検索により求める。In step S66, the outside air temperature T_am
b, and the saturated water vapor amounts QS_amb and QS_hum corresponding to the humidifier outlet temperature T_hum are obtained by searching a table stored in advance.
【００５４】次にステップＳ６８では、ステップＳ６６
で演算された水蒸気量を用いて、外気の湿度Ｈ＿ａｍｂ
を推定演算する。Next, in step S68, step S66
Using the amount of water vapor calculated in the above, the humidity H_amb of the outside air
Is estimated.
【００５５】[0055]
【数３】 Ｈ＿ａｍｂ ＝（ＱＳ＿ｈｕｍ×Ｖ＿ａｍｂ−Ｑ＿Ｐｗｕｓｅ）／ＱＳ＿ａｍｂ×１００ …（３） ここで、ステップＳ６６で検索する飽和水蒸気量のテー
ブルは、図１０に示すように、空気の温度に対する飽和
水蒸気量の関係であり、ある温度の時に湿度１００％で
加湿した時の空気中に含んでいる水蒸気の量を示すもの
である。図１０の関係から、上式のように外気湿度が推
定できる。H_amb = (QS_hum × V_amb−Q_Pwuse) / QS_amb × 100 (3) Here, the table of the saturated water vapor amount searched in step S66 is, as shown in FIG. And shows the amount of water vapor contained in the air when humidified at 100% humidity at a certain temperature. From the relationship of FIG. 10, the outside air humidity can be estimated as in the above equation.
【００５６】図１１は、本発明に係る燃料電池システム
の第６実施形態を示す図であり、第４実施形態の図７
（ｂ）に対し、ステップＳ７０を加えたものである。FIG. 11 is a view showing a sixth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
Step S70 is added to (b).
【００５７】ステップＳ７０では、燃料電池の出力目標
補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫの大きさに基づいて燃料電池
の目標空気過剰率（ストイキ）の補正値を演算してい
る。燃料電池の出力目標補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫが限
界値Ｌｉｍ＿ａｄｄＰを超えるまでは、目標空気過剰率
補正値ｃｒｃｔＳＴＯＩＫは０なので、補正は行わな
い。燃料電池の出力目標補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫが限
界値Ｌｉｍ＿ＡｄｄＰを超えると、補正値ｃｒｃｔＳＴ
ＯＩＫは大きくなるように図１１（ｂ）は示してある。
この補正値を通常の目標空気過剰率から減算すること
で、新たな目標空気過剰率を設定することで、外気湿度
が非常に低い場合に、燃料電池の出力目標値を補正し、
この補正値が限界に達した時には燃料電池の目標空気過
剰率を小さくする、ことを実現している。In step S70, a correction value of the target excess air ratio (stoichiometric) of the fuel cell is calculated based on the magnitude of the output target correction value Add_PwSTK of the fuel cell. Until the output target correction value Add_PwSTK of the fuel cell exceeds the limit value Lim_addP, the correction is not performed because the target excess air ratio correction value crctSTOIK is 0. When the output target correction value Add_PwSTK of the fuel cell exceeds the limit value Lim_AddP, the correction value crctST
FIG. 11B shows the OIK to be larger.
By subtracting this correction value from the normal target excess air ratio, a new target excess air ratio is set to correct the output target value of the fuel cell when the outside air humidity is extremely low.
When the correction value reaches the limit, the target excess air ratio of the fuel cell is reduced.
【００５８】なお、ここで言う「空気過剰率」とは、燃
料電池の発電状態から要求される酸素量に応じた空気量
（燃料電池へ供給される空気の量）の過剰率、言い換え
れば空気の余剰分の度合いを表すものであり、一般的に
は「空気ストイキ」として表す場合もある。Here, the "excess air ratio" is an excess ratio of the amount of air (the amount of air supplied to the fuel cell) according to the amount of oxygen required from the power generation state of the fuel cell, in other words, the air Represents a degree of surplus, and may be generally expressed as “air stoichiometry”.
【００５９】図１２は、本発明に係る燃料電池システム
の第７実施形態を示す図であり、第４実施形態の図７
（ｂ）に対し、ステップＳ８０を加えたものである。FIG. 12 is a view showing a seventh embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
Step S80 is added to (b).
【００６０】ステップＳ８０では、燃料電池の出力目標
値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫの大きさに基づいて燃料電池へ送
る空気ガスの加湿目標湿度ｔｇｔＨＵＭＩＤを演算して
いる。燃料電池の出力目標補正値Ａｄｄ＿ＰｗＳＴＫが
限界値Ｌｉｍ＿ＡｄｄＰを超えるまでは、加湿目標湿度
ｔｇｔＨＵＭＩＤは１００％なので、完全に飽和するま
で加湿することになる。燃料電池の出力目標補正値Ａｄ
ｄ＿ＰｗＳＴＫが限界値Ｌｉｍ＿ＡｄｄＰを超えると、
加湿目標湿度ｔｇｔＨＵＭＩＤは小さくなるように図１
２（ｂ）は示してある。これにより、外気湿度が非常に
低い場合で、燃料電池の出力目標補正値が限界に達した
時には燃料電池へ送る空気ガスの加湿目標湿度を小さく
することを実現している。In step S80, a target humidification humidity tgtHUMID of the air gas sent to the fuel cell is calculated based on the magnitude of the output target value Add_PwSTK of the fuel cell. Until the output target correction value Add_PwSTK of the fuel cell exceeds the limit value Lim_AddP, the humidification target humidity tgtHUMID is 100%, so that the humidification is performed until it is completely saturated. Fuel cell output target correction value Ad
When d_PwSTK exceeds the limit value Lim_AddP,
FIG. 1 shows that the humidification target humidity tgtHUMID is reduced.
2 (b) is shown. Thus, when the outside air humidity is very low, when the output target correction value of the fuel cell reaches the limit, the humidification target humidity of the air gas sent to the fuel cell is reduced.
【図１】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態
の構成を示すシステム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram showing a configuration of a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention.
【図２】各実施形態に共通のガス流路を説明する概略構
成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a gas flow path common to each embodiment.
【図３】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態
の構成を示すシステム構成図である。FIG. 3 is a system configuration diagram showing a configuration of a second embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
【図４】第２実施形態の動作を説明するフローチャート
である。FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the second embodiment.
【図５】本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態
の構成を示すシステム構成図である。FIG. 5 is a system configuration diagram showing a configuration of a third embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
【図６】第３実施形態の動作を説明するフローチャート
である。FIG. 6 is a flowchart illustrating the operation of the third embodiment.
【図７】本発明に係る燃料電池システムの第４実施形態
の動作を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation of a fourth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
【図８】本発明に係る燃料電池システムの第５実施形態
の構成を示すシステム構成図である。FIG. 8 is a system configuration diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the fuel cell system according to the present invention.
【図９】第５実施形態の動作を説明するフローチャート
である。FIG. 9 is a flowchart illustrating the operation of the fifth embodiment.
【図１０】空気の温度に対する飽和水蒸気量の関係を示
すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relationship between the temperature of air and the amount of saturated water vapor.
【図１１】本発明に係る燃料電池システムの第６実施形
態の動作を説明するフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart illustrating an operation of a fuel cell system according to a sixth embodiment of the present invention.
【図１２】本発明に係る燃料電池システムの第７実施形
態の動作を説明するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating an operation of a fuel cell system according to a seventh embodiment of the present invention.
１ スタック ２ 燃料極 ３ 空気極 ４ 加湿器 ５ 外気湿度検出装置 ６ 凝縮水回収装置 ７ 凝縮水量調節装置 ８ 給水経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stack 2 Fuel electrode 3 Air electrode 4 Humidifier 5 Outside air humidity detection device 6 Condensed water recovery device 7 Condensed water amount control device 8 Water supply path
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 BA19 CC06 DD03 KK00 KK21 KK22 KK41 KK44 KK48 KK52 MM01 MM16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA13 BA19 CC06 DD03 KK00 KK21 KK22 KK41 KK44 KK48 KK52 MM01 MM16
Claims (7)
と、 前記空気極へ供給する空気を加湿する加湿器と、 前記加湿器に供給する外気の湿度を検出する外気湿度検
出手段と、 前記空気極から排出される空気排ガス中の水蒸気を凝縮
して前記加湿器へ供給する凝縮水回収手段と、 前記外気湿度検出手段が検出した湿度に応じて前記凝縮
水回収手段による凝縮水量を調節する凝縮水量調節手段
と、 を備えたことを特徴とする燃料電池システム。A fuel cell body having a fuel electrode and an air electrode; a humidifier for humidifying air supplied to the air electrode; and an outside air humidity detecting means for detecting humidity of outside air supplied to the humidifier. A condensed water collecting means for condensing water vapor in the air exhaust gas discharged from the air electrode and supplying the condensed water to the humidifier; and adjusting an amount of condensed water by the condensed water collecting means according to the humidity detected by the outside air humidity detecting means. And a condensed water amount adjusting means.
冷却液温度制御手段を備え、 前記外気湿度検出手段が検出した湿度が低いときには、
前記冷却液温度の目標値を低く設定することを特徴とす
る請求項１記載の燃料電池システム。2. The condensed water amount adjusting means includes a cooling liquid temperature control means for controlling a temperature of a cooling liquid supplied to the condensed water collecting means, and when the humidity detected by the outside air humidity detecting means is low,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the target value of the coolant temperature is set low.
低く、かつ燃料電池の出力が小さいときには、前記冷却
液温度の目標値を更に低く設定することを特徴とする請
求項２記載の燃料電池システム。3. The fuel cell according to claim 2, wherein when the humidity detected by the outside air humidity detecting means is low and the output of the fuel cell is low, the target value of the coolant temperature is set further lower. system.
し、 前記外気湿度検出手段が検出した湿度及び燃料電池出力
に応じた前記冷却液温度の目標値が前記最低限度目標値
以下となる場合には、燃料電池の出力目標値が大きくな
るように補正することを特徴とする請求項２または請求
項３記載の燃料電池システム。4. A minimum target value of the coolant temperature is set, and a target value of the coolant temperature according to the humidity and fuel cell output detected by the outside air humidity detecting means is equal to or less than the minimum target value. 4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the correction is performed so that the output target value of the fuel cell increases in the case.
口温度検出手段と、 外気温を検出する外気温度検出手段と、 加湿器へ導入する外気の吸気量を検出する吸気量検出手
段と、前記加湿器で消費される加湿水量を検出する加湿
水量検出手段と、を備え、 前記加湿器出口温度、前記外気温度、前記吸気量及び前
記加湿水量に基づいて外気の湿度を演算することを特徴
とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の燃
料電池システム。5. The humidifier outlet temperature detecting means for detecting the temperature of air gas at the outlet of the humidifier, the outside air temperature detecting means for detecting an outside air temperature, and the outside air introduced into the humidifier. And a humidifying water amount detecting means for detecting an amount of humidifying water consumed by the humidifier. The humidifier outlet temperature, the outside air temperature, the intake air amount, and the humidifying water amount. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the humidity of the outside air is calculated based on:
を設け、補正値が制限に達した場合には、燃料電池へ供
給する空気の過剰率を小さく補正することを特徴とする
請求項４または請求項５に記載の燃料電池システム。6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the correction value of the fuel cell output target value is limited, and when the correction value reaches the limit, the excess rate of air supplied to the fuel cell is corrected to be small. The fuel cell system according to claim 4 or claim 5.
を設け、補正値が制限に達した場合には、前記加湿器の
目標湿度を低く補正することを特徴とする請求項４ない
し請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。7. The fuel cell system according to claim 4, wherein a limit is set for a correction value of the fuel cell output target value, and when the correction value reaches the limit, the target humidity of the humidifier is corrected to be low. Item 7. The fuel cell system according to any one of items 6.
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