JP2007128802A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of surely processing hydrogen contained in anode off-gas with a simple structure. <P>SOLUTION: This fuel cell system comprises a fuel cell 12 which generates electric power by receiving the supply of cathode-gas including oxygen into the cathode, and anode-gas including hydrogen into an anode, a humidifier 32 by which cathode-gas sent to the cathode is humidified, an anode off-gas passage 24 through which anode off-gas exhausted from the anode is sent to the humidifier 32, and a catalyst 36 which is installed in the humidifier 32 and burns hydrogen remained in anode off-gas. The humidifier 32 can burn residual hydrogen in anode off-gas, so that such devices as a dilution device and a combustor are not required, thereby processing residual hydrogen with a simple system. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池で安定的に発電を行うためには、アノードから窒素、水分等の不純物を適宜排出する必要がある。しかしながら、アノードから排出されたアノードガス中には未反応の水素が含まれているため、水素の低濃度化処理を行うために希釈器、コンバスター（触媒燃焼器）などの大掛かりな装置が必要となる。このため、システムの複雑化、大型化、高コスト化を招来するとともに、これらの装置にガスを供給するために動力損失、騒音等が生じるという問題がある。   In order to stably generate power in the fuel cell, it is necessary to appropriately discharge impurities such as nitrogen and moisture from the anode. However, since the unreacted hydrogen is contained in the anode gas discharged from the anode, a large-scale device such as a diluter or a combiner (catalyst combustor) is required to reduce the hydrogen concentration. It becomes. For this reason, there is a problem in that the system becomes complicated, large, and expensive, and power loss, noise, and the like occur because gas is supplied to these devices.

一方、特開２００４−３１９３１８号公報には、燃料電池のアノードオフガスを燃料電池内に供給してカソード触媒で燃焼させる方法が開示されている。また、特開２００５−１７４７５７号公報には、カソード極の入口側に設けた希釈器にアノードオフガスを供給することで、アノードオフガスの濃度を低減する方法が開示されている。   On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319318 discloses a method of supplying an anode off gas of a fuel cell into the fuel cell and burning it with a cathode catalyst. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-174757 discloses a method of reducing the concentration of anode off gas by supplying anode off gas to a diluter provided on the inlet side of the cathode electrode.

特開２００４−３１９３１８号公報JP 2004-319318 A 特開２００５−１７４７５７号公報JP 2005-174757 A 特開平９−３１２１６７号公報JP 9-31167 A 特開平１１−１８５７８２号公報JP-A-11-185782 特開平１１−１８５７８３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-185783 特開平８−１３８７０５号公報JP-A-8-138705 特開２０００−３１５５１６号公報JP 2000-315516 A

しかしながら、特開２００４−３１９３１８号公報に記載された方法では、アノードオフガスを燃料電池のカソード触媒で燃焼させるため、カソード触媒が高温状態となり、電解質膜（ＭＥＡ等）を含む燃料電池の内部構成が劣化する虞がある。また、特開２００５−１７４７５７号公報に記載された方法では、カソード極の入口側に新たに希釈器を設ける必要があるため、カソードガスの流路の構成が複雑になり、製造コストが増大するという問題が生じる。   However, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-319318, since the anode off gas is burned by the cathode catalyst of the fuel cell, the cathode catalyst becomes a high temperature state, and the internal configuration of the fuel cell including the electrolyte membrane (MEA or the like) There is a risk of deterioration. Further, in the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-174757, it is necessary to newly provide a diluter on the inlet side of the cathode electrode, so that the configuration of the cathode gas flow path becomes complicated and the manufacturing cost increases. The problem arises.

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成でアノードオフガス中に含まれる水素を確実に処理することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reliably process hydrogen contained in the anode off-gas with a simple configuration.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、発電を行う燃料電池と、前記カソードに送られる前記カソードガスを加湿する加湿手段と、前記アノードから排出されたアノードオフガスを前記加湿手段に送るアノードオフガス供給手段と、前記加湿手段に設けられ、前記アノードオフガス中の残留水素を燃焼させる燃焼手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a first invention is provided with a fuel cell that receives an anode gas containing hydrogen at the anode and a cathode gas containing oxygen at the cathode to generate power, and the cathode Humidification means for humidifying the cathode gas to be sent, anode offgas supply means for sending anode offgas discharged from the anode to the humidification means, and combustion provided in the humidification means for burning residual hydrogen in the anode offgas Means.

第２の発明は、第１の発明において、前記カソードから排出されたカソードオフガスを前記加湿手段に送るカソードオフガス供給手段を備え、前記加湿手段は、前記カソードオフガス中の水分を透過させて前記カソードガスに送る水蒸気透過膜を有し、前記燃焼手段は前記水蒸気透過膜に担持された触媒であり、前記加湿手段の内部において、前記アノードオフガスと前記カソードガスが同じ経路を流れることを特徴とする。   According to a second invention, there is provided a cathode offgas supply means for sending the cathode offgas discharged from the cathode to the humidification means in the first invention, and the humidification means allows the moisture in the cathode offgas to permeate the cathode. It has a water vapor permeable membrane for sending gas, and the combustion means is a catalyst supported on the water vapor permeable membrane, and the anode off gas and the cathode gas flow in the same path inside the humidifying means. .

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記加湿手段の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて、前記加湿手段への前記アノードオフガスの供給量を制御する制御手段と、を更に備えたことを特徴とする。   According to a third invention, in the first or second invention, a temperature detecting means for detecting the temperature of the humidifying means, and the anode off-gas to the humidifying means based on the temperature detected by the temperature detecting means. And a control means for controlling the supply amount.

第１の発明によれば、加湿手段においてアノードオフガス中の残留水素を燃焼させることができるため、残留水素を処理するための希釈器、燃焼器などの装置が不要となる。従って、簡素なシステムで残留水素を処理することが可能となり、システムを小型化することが可能となる。また、残留水素を処理するためのコンプレッサー等の駆動源が不要となるため、システム効率を高めることができる。更に、残留水素は燃料電池の外部で燃焼するため、燃焼による影響が燃料電池へ及ぶことを抑止できる。   According to the first invention, since the residual hydrogen in the anode off gas can be combusted in the humidifying means, a device such as a diluter or a combustor for treating the residual hydrogen is not necessary. Therefore, it is possible to treat residual hydrogen with a simple system, and the system can be miniaturized. Further, since a driving source such as a compressor for treating residual hydrogen is not necessary, system efficiency can be improved. Furthermore, since residual hydrogen burns outside the fuel cell, it is possible to suppress the influence of the combustion on the fuel cell.

第２の発明によれば、水蒸気透過膜に残留水素を燃焼させるための触媒を担持し、加湿手段の内部において、アノードオフガスをカソードガスと同じ経路に流すことで、アノードオフガス中の残留水素を触媒と接触させることができる。これにより、触媒の作用によって残留水素を燃焼させることが可能となる。また、燃焼で生成された水分によってカソードガスを加湿することができるため、加湿手段の加湿機能を向上させることができる。   According to the second invention, a catalyst for burning residual hydrogen is supported on the water vapor permeable membrane, and the anode off gas is caused to flow in the same path as the cathode gas inside the humidifying means, so that the residual hydrogen in the anode off gas is reduced. It can be contacted with a catalyst. Thereby, residual hydrogen can be burned by the action of the catalyst. Moreover, since the cathode gas can be humidified by moisture generated by combustion, the humidifying function of the humidifying means can be improved.

第３の発明によれば、温度検出手段によって検出された温度に基づいて、加湿手段へのアノードオフガスの供給量を制御するため、過熱によって加湿手段が劣化してしまうことを確実に抑止できる。   According to the third invention, since the supply amount of the anode off gas to the humidifying means is controlled based on the temperature detected by the temperature detecting means, it is possible to reliably prevent the humidifying means from being deteriorated due to overheating.

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Several embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。本実施形態において、燃料電池（ＦＣ）１２は固体高分子分離膜を備えた燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。アノード、カソードの間には、水素ガスおよび酸化ガスの流路が形成されている。電解質膜は、例えばフッ素系の固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノードおよびカソードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system 10 according to Embodiment 1 of the present invention. In the present embodiment, the fuel cell (FC) 12 is a fuel cell (PEMFC) provided with a solid polymer separation membrane, and is configured by stacking a plurality of cells including an electrolyte membrane, an anode, a cathode, and a separator. The Between the anode and the cathode, a flow path for hydrogen gas and oxidizing gas is formed. The electrolyte membrane is a proton-conductive ion exchange membrane made of, for example, a fluorine-based solid polymer material. Both the anode and the cathode are made of carbon cloth woven from carbon fibers. The separator is formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon which is compressed by gas and impermeable to gas.

図１に示すように、燃料電池１２には、アノードガス流路１４及びカソードガス流路１６が導入されている。アノードガス流路１４は高圧の水素タンク１８と接続されており、水素タンク１８からアノードへ水素リッチなアノードガスが送られる。アノードガス流路１４には、アノードガスの圧力を調整する調圧弁１６が設けられている。   As shown in FIG. 1, an anode gas channel 14 and a cathode gas channel 16 are introduced into the fuel cell 12. The anode gas flow path 14 is connected to a high-pressure hydrogen tank 18, and hydrogen-rich anode gas is sent from the hydrogen tank 18 to the anode. The anode gas flow path 14 is provided with a pressure regulating valve 16 that adjusts the pressure of the anode gas.

また、カソードガス流路１６はエアフィルタ２０及びポンプ２２と接続されており、ポンプ２２の駆動により、エアフィルタ２２から取り込まれた空気（カソードガス）がカソードへ送られる。   The cathode gas channel 16 is connected to the air filter 20 and the pump 22, and the air (cathode gas) taken in from the air filter 22 is sent to the cathode by driving the pump 22.

燃料電池１２のアノードでは、アノードガスが送り込まれると、このアノードガス中の水素から水素イオンを生成し（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）、カソードは、カソードガスが送り込まれると、このカソードガス中の酸素から酸素イオンを生成し、燃料電池１２内では電力が発生する。また、これと同時にカソードにおいて、上記の水素イオンと酸素イオンとから水（生成水）が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。この水のほとんどは、燃料電池１２内で発生する熱を吸収して水蒸気となり、カソードオフガス中に含まれて排出される。 In the anode of the fuel cell 12, when the anode gas is sent, hydrogen ions are generated from hydrogen in the anode gas (H 2 → 2H + + 2e − ), and when the cathode gas is sent, the cathode Oxygen ions are generated from the oxygen and electric power is generated in the fuel cell 12. At the same time, water (product water) is generated from the hydrogen ions and oxygen ions at the cathode ((1/2) O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O). Most of this water absorbs the heat generated in the fuel cell 12 to become water vapor, which is contained in the cathode offgas and discharged.

燃料電池１２には、アノードオフガス流路２４およびカソードオフガス流路２８が接続されている。アノードで反応した後のガスは、アノードオフガスとして、アノードオフガス流路２４から排出される。アノードオフガス流路２４には、アノードオフガスの流量を制御するアノードパージ弁２６が設けられている。アノードパージ弁２６は、供給エア流量、電気負荷、スロットル開度などの運転条件に応じて制御される。アノードオフガス流路２４は、加湿器３２の上流において、カソードガス流路１６と接続されている。   An anode offgas passage 24 and a cathode offgas passage 28 are connected to the fuel cell 12. The gas after reacting at the anode is discharged from the anode off-gas flow path 24 as the anode off-gas. The anode off gas flow path 24 is provided with an anode purge valve 26 that controls the flow rate of the anode off gas. The anode purge valve 26 is controlled according to operating conditions such as the supply air flow rate, the electrical load, and the throttle opening. The anode off gas channel 24 is connected to the cathode gas channel 16 upstream of the humidifier 32.

一方、カソードで反応した後のガスは、カソードオフガスとして、カソードオフガス流路２８から排出される。カソードオフガス流路２８には、カソードオフガスの圧力を調整する調圧弁３０が設けられている。   On the other hand, the gas after reacting at the cathode is discharged from the cathode offgas channel 28 as cathode offgas. The cathode off gas flow path 28 is provided with a pressure regulating valve 30 that adjusts the pressure of the cathode off gas.

カソードガス流路１６は、ポンプ２２の下流で加湿器３２へ導入されている。また、カソードオフガス流路２８は、調圧弁３０の下流で加湿器３２へ導入されている。上述したように、カソードオフガス中には燃料電池１２内で生成された水分が含まれている。加湿器３２は、カソードオフガス中に含まれる水分を吸収してカソードガスに送る機能を有している。これにより、カソードガスを十分に加湿することができ、燃料電池１２の反応効率を高めることが可能となる。   The cathode gas channel 16 is introduced into the humidifier 32 downstream of the pump 22. Further, the cathode off-gas channel 28 is introduced into the humidifier 32 downstream of the pressure regulating valve 30. As described above, the cathode off gas contains moisture generated in the fuel cell 12. The humidifier 32 has a function of absorbing moisture contained in the cathode off gas and sending it to the cathode gas. Thereby, the cathode gas can be sufficiently humidified, and the reaction efficiency of the fuel cell 12 can be increased.

図２は、加湿器３２の内部構造を説明するための模式図である。ここで、図２（Ａ）は、加湿器３２の内部構造の全体を示す斜視図である。図２（Ａ）に示すように、加湿器３２には、中空状の管状部材（中空糸）３４が複数個、同じ方向に配置されている。管状部材３４は、ポリイミド等の水蒸気透過膜から構成されている。管状部材３４の内部の空間はカソードオフガス流路２８と接続されており、管状部材３４の内部にはカソードオフガスが流れるように構成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the internal structure of the humidifier 32. Here, FIG. 2A is a perspective view showing the entire internal structure of the humidifier 32. As shown in FIG. 2A, the humidifier 32 has a plurality of hollow tubular members (hollow fibers) 34 arranged in the same direction. The tubular member 34 is made of a water vapor permeable membrane such as polyimide. The space inside the tubular member 34 is connected to the cathode offgas flow path 28, and the cathode offgas flows inside the tubular member 34.

一方、管状部材３４の外部の空間、すなわち隣接する管状部材３４の間の空間はカソードガス流路１６と接続されている。上述したように加湿器３２の上流でカソードガス流路１６はアノードオフガス流路２４と接続されている。このため、管状部材３４の外側にはカソードガスとアノードオフガスとが混合した状態で流れる。   On the other hand, a space outside the tubular member 34, that is, a space between adjacent tubular members 34 is connected to the cathode gas flow path 16. As described above, the cathode gas channel 16 is connected to the anode off-gas channel 24 upstream of the humidifier 32. For this reason, the cathode gas and the anode off gas flow in a mixed state outside the tubular member 34.

図２（Ｂ）は、１つの管状部材３４の長手方向に沿った断面を示している。また、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）の矢印Ｘ方向から管状部材３４を見た状態を示している。   FIG. 2B shows a cross section of one tubular member 34 along the longitudinal direction. FIG. 2C shows a state in which the tubular member 34 is viewed from the direction of the arrow X in FIG.

図２（Ｂ）に示すように、管状部材３４の内部にはカソードオフガス(Wet Gas)が流れる。一方、管状部材３４の外側には、カソードオフガスの流れ方向と反対向きにカソードガスおよびアノードガスが(Dry Gas)が流れる。このような構成によれば、カソードオフガスに含まれる水分（水蒸気）が蒸気拡散するため、水蒸気が管状部材３４を透過して管状部材３４の外側に送られる。従って、カソードオフガス中の水分によってカソードガスが加湿することができる。加湿されたカソードガスは燃料電池１２のカソードに送られる。   As shown in FIG. 2B, a cathode off gas (wet gas) flows inside the tubular member 34. On the other hand, the cathode gas and the anode gas (Dry Gas) flow outside the tubular member 34 in the direction opposite to the flow direction of the cathode off-gas. According to such a configuration, since moisture (water vapor) contained in the cathode off-gas diffuses, the water vapor passes through the tubular member 34 and is sent to the outside of the tubular member 34. Therefore, the cathode gas can be humidified by moisture in the cathode off gas. The humidified cathode gas is sent to the cathode of the fuel cell 12.

図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、管状部材３４には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の金属が触媒３６として担持されている。触媒３６は、アノードオフガス中の水素を酸化させる機能を有しており、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示すように、主として管状部材３４の外側の表面近傍に担持されている。   As shown in FIGS. 2B and 2C, the tubular member 34 supports a metal such as platinum (Pt), palladium (Pd) or the like as a catalyst 36. The catalyst 36 has a function of oxidizing hydrogen in the anode off gas, and is supported mainly in the vicinity of the outer surface of the tubular member 34 as shown in FIGS. 2 (B) and 2 (C).

アノードオフガス中には、燃料電池１２内で反応しなかった未反応の水素（残留水素）が含まれている。以上のような構成によれば、燃料電池１２から排出されたアノードオフガスは、カソードガスとともに加湿器３２内へ送られる。そして、管状部材３４の外側にアノードオフガスおよびカソードガスが流れると、管状部材３４の表面近傍に担持された触媒３６の作用により、アノードオフガスに含まれる未反応の水素とカソードガス中の酸素とが反応し、水が生成される。   The anode off gas contains unreacted hydrogen (residual hydrogen) that has not reacted in the fuel cell 12. According to the above configuration, the anode off gas discharged from the fuel cell 12 is sent into the humidifier 32 together with the cathode gas. When the anode off gas and the cathode gas flow outside the tubular member 34, unreacted hydrogen contained in the anode off gas and oxygen in the cathode gas are generated by the action of the catalyst 36 supported near the surface of the tubular member 34. Reacts to produce water.

従って、加湿器３２の内部でアノードオフガス中の残留水素を処理することができ、残留水素を処理するための特別な処理器（希釈器、燃焼器等）の構成が不要となる。これにより、希釈器、燃焼器等に空気を送るコンプレッサー等の装置が不要となり、燃料電池システム１０を簡素に構成することが可能となり、システムの効率を高めることが可能となる。   Therefore, the residual hydrogen in the anode off-gas can be processed inside the humidifier 32, and a special processing device (a diluter, a combustor, etc.) for processing the residual hydrogen becomes unnecessary. This eliminates the need for a device such as a compressor that sends air to a diluter, a combustor, etc., makes it possible to simply configure the fuel cell system 10 and increase the efficiency of the system.

また、水素の燃焼により生成された水分は、管状部材３４の外側を流れるカソードガス中に含まれることとなるため、カソードガスを加湿することができる。従って、カソードオフガス中に含まれる水分と、水素の燃焼による水分の双方をカソードガスの加湿に利用することができ、加湿器３２の加湿性能を向上することが可能となる。   Further, since the moisture generated by the combustion of hydrogen is contained in the cathode gas flowing outside the tubular member 34, the cathode gas can be humidified. Therefore, both the moisture contained in the cathode off gas and the moisture due to the combustion of hydrogen can be used for humidifying the cathode gas, and the humidifying performance of the humidifier 32 can be improved.

図３は、加湿器３２の構成の他の例を示す模式図である。図３において、ガスの流れ方向は紙面と垂直方向である。図３の例では、カソードガスおよびアノードオフガス(Dry Gas)が流れる領域と、カソードオフガス(Wet Gas)が流れる領域とを蛇腹状（プリーツ状）の樹脂部材３８で仕切っている。樹脂部材３８は、管状部材３４と同様にポリイミド等の水蒸気透過膜から構成されている。そして、樹脂部材３８のアノードオフガスが流れる側の表面近傍には触媒３６が担持されている。図３の構成においても、カソードオフガス中に含まれる水分は蒸気拡散により樹脂部材３８を透過し、カソードガス側へ送られる。また、アノードオフガス中の水素は、触媒３６の作用によりカソードガス中の酸素と反応し、水が生成される。従って、カソードガスを加湿するとともに、アノードオフガス中の残留水素を処理することができる。また、図３の例では、樹脂部材３８を蛇腹状に形成することで、樹脂部材３８の表面積を拡大することができ、加湿機能、水素処理機能を向上させることができる。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another example of the configuration of the humidifier 32. In FIG. 3, the gas flow direction is perpendicular to the paper surface. In the example of FIG. 3, the region where the cathode gas and anode off gas (Dry Gas) flow and the region where the cathode off gas (Wet Gas) flows are partitioned by a bellows-like (pleated) resin member 38. The resin member 38 is made of a water vapor permeable film such as polyimide, like the tubular member 34. A catalyst 36 is supported near the surface of the resin member 38 on the side where the anode off gas flows. In the configuration of FIG. 3 as well, moisture contained in the cathode off gas passes through the resin member 38 by vapor diffusion and is sent to the cathode gas side. Further, hydrogen in the anode off gas reacts with oxygen in the cathode gas by the action of the catalyst 36 to generate water. Therefore, the cathode gas can be humidified and the residual hydrogen in the anode off gas can be treated. In the example of FIG. 3, by forming the resin member 38 in a bellows shape, the surface area of the resin member 38 can be increased, and the humidification function and the hydrogen treatment function can be improved.

以上説明したように実施の形態１によれば、アノードオフガス中に含まれる残留水素を加湿器３２内で燃焼させることができる。従って、希釈器、燃焼器等を設けることなく、アノードオフガス中に含まれる水素を処理することができ、システムを簡素に構成することが可能となる。また、残留水素の燃焼により生じた水分を用いてカソードガスを加湿できるため、加湿器３２の加湿機能を向上することが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the residual hydrogen contained in the anode off gas can be combusted in the humidifier 32. Accordingly, hydrogen contained in the anode off-gas can be processed without providing a diluter, a combustor, etc., and the system can be configured simply. Further, since the cathode gas can be humidified using moisture generated by the combustion of residual hydrogen, the humidifying function of the humidifier 32 can be improved.

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図４は、実施の形態２に係る燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。実施の形態２は、加湿器３２内で水素を燃焼させた場合に、燃焼量を最適に制御することで、管状部材３４、または樹脂部材３８の劣化を抑えるとともに、これらの部材に担持された触媒３６のシンタリングを抑えるものである。 Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 10 according to the second embodiment. In the second embodiment, when hydrogen is combusted in the humidifier 32, the amount of combustion is optimally controlled, so that the deterioration of the tubular member 34 or the resin member 38 is suppressed, and these members are supported by these members. This suppresses sintering of the catalyst 36.

図４に示すように、加湿器３２には温度センサ４２が設けられている。温度センサ４２は加湿器３２内に担持された触媒３６の近傍に配置され、触媒３６の近傍の温度を検出する機能を有している。温度センサ４２の検出値は制御部４０へ送られる。制御部４０は、温度センサ４２の検出値に基づいてアノードパージ弁２６の開度を制御する。   As shown in FIG. 4, the humidifier 32 is provided with a temperature sensor 42. The temperature sensor 42 is disposed in the vicinity of the catalyst 36 carried in the humidifier 32 and has a function of detecting the temperature in the vicinity of the catalyst 36. The detection value of the temperature sensor 42 is sent to the control unit 40. The control unit 40 controls the opening degree of the anode purge valve 26 based on the detection value of the temperature sensor 42.

このように構成された実施の形態２のシステムでは、温度センサ４２によって検出された触媒３６の近傍の温度が所定のしきい値を超えた場合は、アノードオフガス流路２４に設けられたアノードパージ弁２６の開度を減少させる制御を行う。これにより、加湿器３２に送られるアノードオフガス量を減少させることができ、加湿器３２内における水素の燃焼を抑えることができる。   In the system of the second embodiment configured as described above, when the temperature in the vicinity of the catalyst 36 detected by the temperature sensor 42 exceeds a predetermined threshold value, the anode purge provided in the anode off-gas channel 24 Control to reduce the opening of the valve 26 is performed. Thereby, the amount of anode off gas sent to the humidifier 32 can be reduced, and combustion of hydrogen in the humidifier 32 can be suppressed.

触媒３６の担体である管状部材３４、樹脂部材３８をポリイミド等の樹脂で構成した場合、耐熱温度は１５０℃〜１６０℃程度であるため、温度センサ４２の検出値がこの温度に達する以前にアノードパージ弁２６の開度を減少させる制御を行うことが好適である。   When the tubular member 34 and the resin member 38 which are carriers of the catalyst 36 are made of a resin such as polyimide, the heat-resistant temperature is about 150 ° C. to 160 ° C. Therefore, before the detected value of the temperature sensor 42 reaches this temperature, the anode It is preferable to perform control to reduce the opening degree of the purge valve 26.

これにより、加湿器３２内の管状部材３４、樹脂部材３８が残留水素が燃焼する際の燃焼熱で劣化してしまうことを抑えることができ、また、これらの部材に担持された触媒３６がシンタリングにより劣化してしまうことを抑えることができる。   As a result, the tubular member 34 and the resin member 38 in the humidifier 32 can be prevented from being deteriorated by the combustion heat generated when the residual hydrogen is combusted, and the catalyst 36 supported by these members can be combined. It can suppress that it deteriorates with a ring.

以上説明したように実施の形態２によれば、温度センサ４２の検出値に基づいて、加湿器３２へ送られるアノードオフガス量を制御するようにしたため、加湿器３２が過熱して触媒３６、またはその担体である管状部材３４、樹脂部材３８が劣化してしまうことを抑止できる。従って、システムの信頼性を高めることが可能となる。   As described above, according to the second embodiment, the anode off-gas amount sent to the humidifier 32 is controlled based on the detection value of the temperature sensor 42, so the humidifier 32 is overheated and the catalyst 36 or It can suppress that the tubular member 34 and the resin member 38 which are the carriers deteriorate. Therefore, the reliability of the system can be improved.

なお、本発明は上記の構成に限定されるものではなく、アノードオフガスを再度アノードに送るアノード循環系に適用することも可能である。この場合、循環系からのガスの排出経路を加湿器３２に導入することで、アノードオフガスを加湿器３２へ送ることができ、アノードオフガス中に含まれる残留水素を加湿器３２内で燃焼させることができる。   In addition, this invention is not limited to said structure, It is also possible to apply to the anode circulation system which sends anode off gas to an anode again. In this case, the anode off-gas can be sent to the humidifier 32 by introducing the gas discharge path from the circulation system to the humidifier 32, and the residual hydrogen contained in the anode off-gas is burned in the humidifier 32. Can do.

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the fuel cell system which concerns on Embodiment 1 of this invention. 加湿器の内部構造を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the internal structure of a humidifier. 加湿器の構成の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of a structure of a humidifier. 実施の形態２に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。4 is a schematic diagram showing a configuration of a fuel cell system according to Embodiment 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池
３２ 加湿器
２４ アノードオフガス流路
３６ 触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 12 Fuel cell 32 Humidifier 24 Anode off-gas flow path 36 Catalyst

Claims (3)

アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、発電を行う燃料電池と、
前記カソードに送られる前記カソードガスを加湿する加湿手段と、
前記アノードから排出されたアノードオフガスを前記加湿手段に送るアノードオフガス供給手段と、
前記加湿手段に設けられ、前記アノードオフガス中の残留水素を燃焼させる燃焼手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell that receives an anode gas containing hydrogen at the anode and a cathode gas containing oxygen at the cathode to generate power; and
Humidifying means for humidifying the cathode gas sent to the cathode;
Anode offgas supply means for sending anode offgas discharged from the anode to the humidification means;
Combustion means provided in the humidification means for burning residual hydrogen in the anode off gas;
A fuel cell system comprising: 前記カソードから排出されたカソードオフガスを前記加湿手段に送るカソードオフガス供給手段を備え、
前記加湿手段は、前記カソードオフガス中の水分を透過させて前記カソードガスに送る水蒸気透過膜を有し、
前記燃焼手段は前記水蒸気透過膜に担持された触媒であり、
前記加湿手段の内部において、前記アノードオフガスと前記カソードガスが同じ経路を流れることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。 Cathode offgas supply means for sending cathode offgas discharged from the cathode to the humidification means,
The humidifying means has a water vapor permeable membrane that transmits moisture to the cathode gas through the cathode offgas,
The combustion means is a catalyst supported on the water vapor permeable membrane;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the anode off-gas and the cathode gas flow in the same path inside the humidifying unit. 前記加湿手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段によって検出された温度に基づいて、前記加湿手段への前記アノードオフガスの供給量を制御する制御手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the humidifying means;
Control means for controlling the supply amount of the anode off gas to the humidifying means based on the temperature detected by the temperature detecting means;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
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