CN113690476B - 燃料电池层叠体及其控制方法、燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池层叠体及其控制方法、燃料电池系统 Download PDF

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Abstract

本公开提供燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法，既能抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能实现小型化。本公开的燃料电池层叠体在邻接的两个燃料电池单电池彼此之间具有由相互的隔膜、壁部件、以及垫圈包围且通过壁部件的间隙与反应气体排出歧管连通的贮水部。本公开的燃料电池系统通过控制反应气体供给流路的阀和压缩机、以及反应气体排出流路的阀的至少一个，来将滞留于贮水部的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。本公开的控制方法对反应气体排出歧管内进行减压以及扫气来将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。

Description

燃料电池层叠体及其控制方法、燃料电池系统
技术领域
本公开涉及燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。
背景技术
公知有一种通过使阳极气体例如氢与阴极气体例如氧进行化学反应来进行发电的燃料电池单电池。
在具有将多个这样的燃料电池单电池相互层叠而成的燃料电池层叠体的燃料电池系统中存在如下情况：发电时生成的水、反应气体即阳极气体以及/或者阴极气体的加湿所使用的液态水在燃料电池层叠体中的反应气体排出歧管内、比燃料电池层叠体靠下游的配管内等流路内滞留。
若在这样的状态下燃料电池系统被暴露于冰点下，则滞留水有可能在流路内结冰而阻塞燃料电池系统内的反应气体的流路，从而阻碍反应气体向燃料电池单电池的供给。
因此，燃料电池系统有可能难以在冰点下启动。
针对上述那样的问题，例如专利文献1公开了如下的燃料电池模块：具有在比燃料电池层叠体靠下游侧的位置设置有贮水部的结构。
另外，专利文献2公开了如下的燃料电池模块：反应气体排出歧管在燃料电池被搭载于车辆的状态下在膜电极接合体的下方具有供液态水存积的贮水部。在该文献所公开的燃料电池模块中，多个燃料电池单电池的电解质膜被延伸插入于贮水部，一对端板的任意一方具有能够将存积于贮水部的液态水向燃料电池模块的外部排出的排水流路。
专利文献1：日本特开2019-192648号公报
专利文献2：日本特开2017-117757号公报
如专利文献1以及2那样，从在燃料电池系统中抑制反应气体的流路的阻塞的观点出发，可考虑在燃料电池模块等配置贮水部，但这样的贮水部的配置有可能使包括燃料电池模块等在内的燃料电池系统整体大型化。
然而，在燃料电池系统的实用化的情况下、例如应用于搭载空间有限的车辆等的情况下，希望使燃料电池系统整体小型化。
发明内容
本发明的目的在于，提供既能够抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能够实现小型化的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。
本发明人发现可通过以下的方式来解决上述课题：
《方式1》
一种燃料电池层叠体，由两个以上的燃料电池单电池相互层叠而成，
上述燃料电池单电池具有发电元件、以及层叠于上述发电元件的两面的一对隔膜，
上述一对隔膜具有沿上述燃料电池单电池的层叠方向贯通上述一对隔膜的反应气体排出流通孔，并且，
邻接的两个上述燃料电池单电池以相互的上述隔膜邻接、且相互的上述隔膜的上述反应气体排出流通孔彼此连结而形成反应气体排出歧管的方式相互层叠，
在上述燃料电池层叠体中，
上述燃料电池层叠体在邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜间具有壁部件以及垫圈，
上述壁部件被配置为在邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜之间的至少一部分具有间隙，且当从上述层叠方向观察时围绕上述反应气体排出流通孔，
上述垫圈将邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜，并且被配置为当从上述层叠方向观察时，隔着上述壁部件在上述反应气体排出流通孔的相反侧与上述壁部件至少部分地具有间隔，
由此形成由邻接的两个上述燃料电池单电池彼此的相互的上述隔膜、上述壁部件、以及上述垫圈包围并且通过上述壁部件的上述间隙与上述反应气体排出歧管连通的贮水部。
《方式2》
根据方式1所述的燃料电池层叠体，其中，
上述壁部件由邻接的两个上述燃料电池单电池彼此的相互的上述隔膜的至少一方形成。
《方式3》
根据方式1或者2所述的燃料电池层叠体，其中，
上述反应气体排出歧管是阴极气体排出歧管或者阳极气体排出歧管。
《方式4》
根据方式1～3中任一项所述的燃料电池层叠体，其中，
上述发电元件依次具有阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层。
《方式5》
一种燃料电池系统，具有方式1～4中任一项所述的燃料电池层叠体、反应气体供给流路、反应气体排出流路、以及控制部，其中，
反应气体按照上述反应气体供给流路、上述燃料电池层叠体、以及上述反应气体排出流路的顺序流通，
上述反应气体供给流路具有阀以及/或者压缩机，
上述反应气体排出流路具有阀，
上述控制部构成为通过控制上述反应气体供给流路的上述阀和上述压缩机、以及上述反应气体排出流路的上述阀的至少一个，来对上述反应气体排出歧管内进行减压，由此将滞留于上述贮水部的因电池反应而生成的液态水向上述反应气体排出歧管内排出，并且对上述反应气体排出歧管内进行扫气，而能够将排出至上述反应气体排出歧管内的上述液态水向上述燃料电池层叠体的外部排出。
《方式6》
根据方式5所述的燃料电池系统，其中，
通过控制上述反应气体供给流路的上述阀和上述压缩机、以及上述反应气体排出流路的上述阀的至少一个，能够对上述反应气体排出歧管内进行增压而使未被排出至上述燃料电池层叠体的外部的上述液态水流入上述贮水部内并滞留。
《方式7》
一种燃料电池层叠体的控制方法，是方式1～4中任一项所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，包括：
对上述反应气体排出歧管内进行减压，来将滞留于上述贮水部的因燃料电池层叠体中的发电而生成的液态水向上述反应气体排出歧管内排出；以及
对上述反应气体排出歧管内进行扫气，来将排出至上述反应气体排出歧管内的上述液态水向上述燃料电池层叠体的外部排出。
《方式8》
根据方式7所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，还包括：
对上述反应气体排出歧管内进行增压，来使通过上述扫气未被排出至上述燃料电池层叠体的外部的上述液态水流入上述贮水部内并滞留。
根据本公开，可提供既能抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能实现小型化的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。
附图说明
图1是从侧面观察本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的示意图。
图2是从层叠方向观察本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100所具有的燃料电池单电池1的示意图。
图3是图2的X的部分的放大图。
图4是本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的沿着图3所示的A-A’剖面的剖视图。
图5是使用本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的状态下的沿着图3所示的A-A’剖面的剖视图。
图6是使用本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的状态下的沿着图3所示的A-A’剖面的剖视图。
图7是使用本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的状态下的沿着图3所示的A-A’剖面的剖视图。
图8是本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的沿着与图3所示的A-A’剖面对应的剖面的剖视图。
图9是本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700的示意图。
图10是本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池系统700的示意图。
图11是表示本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体10的控制方法的流程图。
附图标记的说明
1...燃料电池单电池；3...反应气体排出歧管；10...隔膜；30...反应气体排出流通孔；31...壁部件；33...垫圈；34...贮水部；100...燃料电池层叠体；300...反应气体供给流路；310...阀；320...压缩机；400...反应气体排出流路；410...阀；600...控制部；700...燃料电池系统。
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式进行详述。此外，本公开并不限定于以下的实施方式，能够在公开的主旨范围内进行各种变形来实施。
《燃料电池层叠体》
本公开的燃料电池层叠体由两个以上燃料电池单电池相互层叠而成，燃料电池单电池具有发电元件、以及层叠于发电元件的两面的一对隔膜，一对隔膜具有沿燃料电池单电池的层叠方向贯通一对隔膜的反应气体排出流通孔，并且邻接的两个燃料电池单电池以相互的隔膜邻接且相互的隔膜的反应气体排出流通孔彼此连结而形成反应气体排出歧管的方式相互层叠。
本公开的燃料电池层叠体在邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜间具有壁部件以及垫圈。壁部件被配置为在邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜之间的至少一部分具有间隙、且当从层叠方向观察时围绕反应气体排出流通孔。垫圈将邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜接合，并且被配置为当从层叠方向观察时，隔着壁部件在反应气体排出流通孔的相反侧与壁部件至少部分地具有间隔。由此，在本公开的燃料电池层叠体中，形成有由邻接的两个燃料电池单电池彼此的相互的隔膜、壁部件、以及垫圈包围并且通过壁部件的间隙与反应气体排出歧管连通的贮水部。
使用图1～4对本公开的燃料电池层叠体的具体结构进行说明。
图1～4是本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的整体或者部分的示意图。
如图1所示，本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100具有多个燃料电池单电池1相互层叠的结构。
这里，虽未图示，但各燃料电池单电池1具有发电元件、以及层叠于发电元件的两面的一对隔膜10。而且，如图2所示，一对隔膜10具有沿燃料电池单电池1的层叠方向贯通一对隔膜10的反应气体供给流通孔20和40、反应气体排出流通孔30和50、以及制冷剂流通流路60和70。
而且，对于邻接的两个燃料电池单电池1而言，相互的隔膜10邻接，并且相互的隔膜10的反应气体供给流通孔20和40、反应气体排出流通孔30和50、以及制冷剂流通流路60和70彼此相互连结而分别形成反应气体供给歧管2、反应气体排出歧管3、以及未图示的制冷剂流通歧管。
另外，在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100中，各燃料电池单电池1在邻接的两个燃料电池单电池1的相互的隔膜10间具有壁部件31以及垫圈33。
而且，壁部件31如图3所示，在从层叠方向观察时，以围绕反应气体排出流通孔30的方式配置。而且，如图4所示，以在邻接的两个燃料电池单电池1的相互的隔膜10之间的至少一部分具有间隙32的方式配置。其中，在图4中，壁部件31与邻接的两个燃料电池单电池1的相互的隔膜10中的一方接合，在壁部件31与另一方的隔膜10之间形成有间隙32。
另外，垫圈33如图3所示，被配置为当从层叠方向观察时，隔着壁部件31在反应气体排出流通孔30的相反侧与壁部件31具有间隔。而且，如图4所示，被配置为将邻接的两个燃料电池单电池1的相互的隔膜10接合。
而且，通过壁部件31以及垫圈33具有上述那样的结构，从而形成由邻接的两个燃料电池单电池1彼此的相互的隔膜10、壁部件31、以及垫圈33包围并且通过壁部件31的间隙32与反应气体排出歧管3连通的贮水部34。
其中，在图4中，白色箭头表示在发电时反应气体流动的方向。另外，图1～4并不旨在限定本公开的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及控制方法。
如图5所示，在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体中，燃料电池层叠体中的发电时所生成的液态水、反应气体即阳极气体以及/或者阴极气体的加湿所使用的液态水和反应气体一同在反应气体排出歧管内流动，其一部分向燃料电池层叠体的外部排出，但剩余的液态水200向将贮水部34与反应气体排出歧管3连通的间隙32流入而被捕获至贮水部34内。因此，能够减少滞留在反应气体排出歧管3内的液态水。
由此，例如能够抑制在冰点下启动时因滞留在反应气体排出歧管内的液态水200结冰而引起的反应气体排出歧管的阻塞。
另外，当外部空气的温度降低而预料为在启动时燃料电池层叠体100以及/或者其下游的反应气体排出流路等的温度成为冰点下以下等而为了在启动时使液态水200滞留于贮水部34，可能需要预先从贮水部34排出液态水200。在这样的情况下，如图6所示，通过对反应气体排出歧管3内进行减压，来从贮水部34内向反应气体排出歧管3内排出，并通过选择性地进一步对反应气体排出歧管3内进行扫气，能够利用贮水部34内与反应气体排出歧管3内的气压差，向燃料电池层叠体的外部排出。此外，针对未向燃料电池层叠体的外部排出干净的液态水，通过如图7所示对反应气体排出歧管3内进行增压，能够利用贮水部34内和反应气体排出歧管3内的气压差，再次捕获到贮水部34内而进行贮水。
其中，在图5～7中，白色箭头表示在发电时反应气体流动的方向。另外，图5～7并不旨在限定本公开的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及控制方法。
对于本公开的燃料电池层叠体而言，由于当将各燃料电池单电池相互层叠时，在相邻的燃料电池单电池彼此之间配置垫圈等，所以在燃料电池单电池彼此之间产生规定的厚度。在本公开的燃料电池层叠体中，在该厚度部分设置空间来作为贮水部。因此，本公开的燃料电池层叠体不需要像以往的燃料电池系统那样在燃料电池层叠体的下游设置贮水部或者使燃料电池单电池向面内方向扩张来设置贮水部分等使包含燃料电池模块等在内的燃料电池系统整体大型化。
因此，本公开的燃料电池层叠体既能够抑制反应气体的流路的阻塞又能够实现小型化。
除此之外，本公开的燃料电池层叠体由于能够通过反应气体排出歧管内的减压以及增压来控制贮水部的液态水的排水以及贮水，所以容易进行贮水部中的贮水量的控制。
〈燃料电池单电池〉
在本公开的燃料电池层叠体中，燃料电池单电池具有发电元件以及层叠于发电元件的两面的一对隔膜。
这里，发电元件以及层叠于发电元件的两面的一对隔膜被层叠的方向即燃料电池单电池的层叠方向、与在燃料电池层叠体中各燃料电池单电池被层叠的方向即燃料电池层叠体的层叠方向能够一致。
(发电元件)
发电元件是能够通过燃料电池中的电池反应、即阳极气体(氢)与阴极气体(氧或者空气等)的电化学反应来进行发电的元件。
发电元件能够依次具有阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层。
其中，阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层的材料以及形状可以适当地采用在燃料电池中一般使用的材料以及形状。
(隔膜)
一对隔膜具有沿燃料电池单电池的层叠方向贯通一对隔膜的反应气体排出流通孔。反应气体排出流通孔可以是阳极气体排出流通孔以及阴极气体排出流通孔中的任一个。
一对隔膜能够还具有反应气体供给流通孔以及制冷剂流通孔。
一对隔膜的材料可以适当地采用在燃料电池中一般使用的材料。另外，一对隔膜的形状只要能够与壁部件以及垫圈一并形成贮水部即可，可以适当地采用在燃料电池中一般使用的形状。
〈反应气体排出歧管〉
反应气体排出歧管通过将邻接的两个燃料电池单电池的相互的上述隔膜的反应气体排出流通孔彼此连结而形成。
反应气体排出歧管能够沿燃料电池层叠体的层叠方向延伸。
反应气体排出歧管可以是阴极气体排出歧管或者阳极气体排出歧管的任意一个或者两方。
〈壁部件〉
壁部件在邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜间被配置为在邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜之间的至少一部分具有间隙，并且在从层叠方向观察时围绕反应气体排出流通孔。
壁部件可以是能够通过间隙将贮水部与反应气体排出歧管连通且对它们进行划分的任意的形状。
壁部件例如可以是通过与一方的隔膜接合并且不与另一方的隔膜接合而在与另一方的隔膜之间具有间隙的形状。另外，壁部件例如也可以是与两方的隔膜接合并且具有将贮水部与反应气体排出歧管连通的间隙的形状。
间隙可以是相对于壁部件在两个燃料电池单电池的相互的隔膜之间不具有间隙时的壁部件的表面积成为超过0％且50％以下的面积的大小。间隙可以是相对于壁部件的表面积成为超过0％、5％以上、10％以上、或者20％以上的面积的大小，也可以为50％以下、40％以下、或者30％以下的面积的大小。
壁部件的材料例如可以是金属、碳材料、或者塑料材料等，也可以是与隔膜相同的材料。
优选壁部件由邻接的两个燃料电池单电池彼此的相互的隔膜的至少一方形成。若壁部件由隔膜的至少一方形成，则由于燃料电池层叠体的部件件数减少，所以容易进行燃料电池层叠体的组装。另外，在将燃料电池单电池彼此层叠时，能够抑制壁部件与反应气体排出流通孔的位置偏移。
作为壁部件由隔膜的至少一方形成的方式，例如能够举出图8所示那样的方式。
在图8中，壁部件11由隔膜10形成。
其中，在图8中，白色箭头表示在发电时反应气体流动的方向。另外，图8并不旨在限定本公开的燃料电池层叠体、燃料电池系统以及控制方法。
〈垫圈〉
垫圈被配置在邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜间。垫圈被配置为将邻接的两个燃料电池单电池的相互的隔膜接合，并且当从层叠方向观察时，隔着壁部件在反应气体排出流通孔的相反侧与壁部件至少部分地具有间隔。
垫圈的材料可以是在燃料电池的垫圈中一般使用的材料，例如可以是树脂材料。树脂材料例如可以是橡胶。
〈贮水部〉
贮水部由邻接的两个燃料电池单电池彼此的相互的隔膜、壁部件、以及垫圈包围，并且通过壁部件的间隙与反应气体排出歧管连通。
从将滞留于反应气体排出歧管的液态水高效地收容在贮水部内的观点出发，优选贮水部以及间隙以在从层叠方向观察时包围反应气体排出歧管的方式形成。
贮水部的体积无特别限定，例如能够从如下等观点来确定：成为能够充分地捕获在未设置贮水部的情况下预料的燃料电池层叠体中的发电时所生成的液态水、反应气体即阳极气体以及/或者阴极气体的加湿所使用的液态水中的、滞留在反应气体排出歧管内的液态水的程度的体积。
《燃料电池系统》
本公开的燃料电池系统是具有本公开的燃料电池层叠体、反应气体供给流路、反应气体排出流路、以及控制部的燃料电池系统。本公开的燃料电池系统使反应气体按照反应气体供给流路、燃料电池层叠体、以及反应气体排出流路的顺序流通。反应气体供给流路具有阀以及/或者压缩机。反应气体排出流路具有阀。
控制部通过控制反应气体供给流路的阀及压缩机、反应气体排出流路的阀的至少一个，来对反应气体排出歧管内进行减压，由此将滞留于贮水部的、因电池反应而生成的液态水向反应气体排出歧管内排出，并且对反应气体排出歧管内进行扫气而能够将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。
如上述那样，本公开的燃料电池层叠体通过对反应气体排出歧管内进行减压以及增压，能够控制贮存于贮水部的液态水的量。在本公开的燃料电池系统中，通过由配置于反应气体供给流路以及反应气体排出流路的阀、压缩机等进行反应气体排出歧管内的减压以及增压，能够简单地控制贮存于贮水部的液态水的量。
在本公开的燃料电池系统中，当将滞留于贮水部的因电池反应而生成的液态水向反应气体排出歧管内排出，并将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出时，存在液态水未被排出至燃料电池层叠体的外部而残留在反应气体排出歧管内的情况。
在这样的情况下，控制部可以通过进一步控制反应气体供给流路的阀及压缩机、反应气体排出流路的阀的至少一个，来对反应气体排出歧管内进行增压而使未被排出至燃料电池层叠体的外部的液态水流入贮水部内并滞留。
本公开的燃料电池系统例如能够具有图9以及图10那样的结构。
图9是本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700的示意图。
如图9所示，本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700具有燃料电池层叠体100、反应气体供给流路300、反应气体排出流路400、以及控制部600。在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700中，构成为反应气体按照反应气体供给流路300、燃料电池层叠体100、以及反应气体排出流路400的顺序流通。另外，反应气体供给流路300具有阀310以及压缩机320。另外，反应气体排出流路400具有阀410。
在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700中，通过由控制部600控制反应气体供给流路300的阀310及压缩机320、和反应气体排出流路400的阀410的至少一个，来对反应气体排出歧管3内进行减压，由此将滞留于贮水部34的因电池反应而生成的液态水200向反应气体排出歧管3内排出，并且对反应气体排出歧管3内进行扫气而能够将排出至反应气体排出歧管3内的液态水200向燃料电池层叠体100的外部排出。
另外，在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700中，通过由控制部600对反应气体供给流路300的阀310及压缩机320、和反应气体排出流路400的阀410的至少一个进行控制，来对反应气体排出歧管3内进行增压，而能够使未被排出至燃料电池层叠体100的外部的液态水200流入贮水部34内并滞留。
更具体而言，在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700中，例如通过由控制部600对反应气体供给流路300的阀310以及/或者压缩机320进行控制，来减少从反应气体供给流路300向燃料电池层叠体100供给的反应气体的流量，并且/或者通过控制反应气体排出流路400的阀410，来增加从燃料电池层叠体100向反应气体排出流路400排出的反应气体的流量，而能够减少反应气体排出歧管3内的气压。而且，例如通过由控制部600控制反应气体供给流路300的阀310以及/或者压缩机320，来增加反应气体排出歧管3内的反应气体的流量而能够对反应气体排出歧管3内进行扫气。
另外，在本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池系统700中，例如通过由控制部600对反应气体供给流路300的阀310以及/或者压缩机320进行控制，来增加从反应气体供给流路300向燃料电池层叠体100供给的反应气体的流量，并且/或者通过控制反应气体排出流路400的阀410，来减少从燃料电池层叠体100向反应气体排出流路400排出的反应气体的流量，由此能够增加反应气体排出歧管3内的气压。
图10是本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池系统700的示意图。
如图10所示，本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池系统700具有燃料电池层叠体100、反应气体供给流路300、反应气体排出流路400、以及控制部600。在本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池系统700中，反应气体供给流路300与反应气体排出流路400通过流路500而连通。另外，流路500具有压缩机510。
这里，流路500也能够理解为反应气体供给流路300的一部分，在本公开的第2实施方式所涉及的燃料电池系统700中，通过由控制部600控制反应气体供给流路300的阀310及流路500的压缩机510、和反应气体排出流路400的阀410的至少一个，来对反应气体排出歧管3内进行减压，由此能够将滞留于贮水部34的因电池反应而生成的液态水200向反应气体排出歧管3内排出，并将排出至反应气体排出歧管3内的液态水200向燃料电池层叠体100的外部排出。
其中，图9以及10并不旨在限定本公开的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及控制方法。
〈燃料电池层叠体〉
本公开的燃料电池系统所具有的燃料电池层叠体如针对本公开的燃料电池层叠体所记载那样。
〈反应气体供给流路〉
本公开的燃料电池系统所具有的反应气体供给流路是用于向燃料电池层叠体供给反应气体的流路。反应气体供给流路具有阀以及/或者压缩机。
在反应气体为氢气那样的阳极气体的情况下，反应气体供给流路能够将反应气体供给源例如阳极气体罐和燃料电池层叠体的反应气体供给流路连通。另外，在反应气体为氧或者空气那样的阴极气体的情况下，反应气体供给流路例如能够将燃料电池系统外部和燃料电池层叠体的反应气体供给流路连通。
〈反应气体排出流路〉
本公开的燃料电池系统所具有的反应气体排出流路是用于从燃料电池层叠体排出反应气体的流路。反应气体排出流路具有阀。反应气体排出流路能够将燃料电池层叠体的反应气体排出歧管与燃料电池系统外部连通。特别是在反应气体为氢气那样的阳极气体的情况下，反应气体排出流路能够分支成与燃料电池系统外部相连的流路、和与反应气体供给流路相连的流路。在这种情况下，能够在与燃料电池系统外部相连的流路配置阀，并且在与反应气体供给流路相连的流路配置压缩机。此外，与反应气体供给流路相连的流路也能作为反应气体供给流路的一部分来理解。
〈控制部〉
本公开的燃料电池系统所具有的控制部通过控制反应气体供给流路的阀及压缩机、和反应气体排出流路的阀的至少一个，来对反应气体排出歧管内进行减压，由此能够将滞留于贮水部的因电池反应而生成的液态水向反应气体排出歧管内排出，并将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。
另外，控制部也可以通过控制反应气体供给流路的阀及压缩机、和反应气体排出流路的阀的至少一个，来对反应气体排出歧管内进行增压，而能够使未被排出至燃料电池层叠体的外部的液态水流入贮水部内并滞留。
能够在需要从贮水部排出液态水的情况下进行由控制部对反应气体供给流路的阀及压缩机、和反应气体排出流路的阀的控制。
作为需要从贮水部排出液态水的情况，虽没有特别限定，但例如能够举出如下情况：预测为在燃料电池系统启动时燃料电池层叠体、其下游的反应气体排出流路等成为冰点下以下。
作为这种情况下的控制方法，虽没有特别限定，但例如能够举出如下方法：在外部空气温度变为规定的温度时由温度传感器向控制部发出信号，控制部接收该信号而开始控制。
《控制方法》
本公开的控制方法是本公开的燃料电池层叠体的控制方法。
本公开的控制方法包括：对反应气体排出歧管内进行减压而将滞留于贮水部的、因燃料电池层叠体中的发电而生成的液态水向反应气体排出歧管内排出；以及对反应气体排出歧管内进行扫气，来将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。
本公开的控制方法还包括：对反应气体排出歧管内进行增压，通过扫气使未被排出至燃料电池层叠体的外部的液态水流入贮水部内并滞留。
本公开的控制方法例如能够由本公开的燃料电池系统进行。
也可以判断是否需要反应气体排出歧管内的排水并在判断为需要的情况下进行本公开的控制方法。此外，是否需要反应气体排出歧管内的排水的判断例如可以是是否预测为在燃料电池系统启动时燃料电池层叠体、其下游的反应气体排出流路等成为冰点下以下的判断。
图11是表示本公开的第1实施方式所涉及的控制方法的流程图。
如图11所示，在需要进行反应气体排出歧管内的排水的情况下，进行本公开的第1实施方式所涉及的控制方法(S1)。在判断为不需要反应气体排出歧管内的排水的情况下，不进行本公开的第1实施方式所涉及的控制方法。
在判断为需要反应气体排出歧管内的排水的情况下，将反应气体排出歧管内减压至规定的压力P1(S2)，由此将滞留于贮水部的、因燃料电池层叠体中的发电而生成的液态水向反应气体排出歧管内排出。
接着，对反应气体排出歧管内进行扫气(S3)。
之后，判断是否经过了规定的时间(S4)，在经过了规定的时间的情况下，通过将反应气体排出歧管内增压至P2(S5)，来通过扫气使未被排出至燃料电池层叠体的外部的液态水流入贮水部内并滞留其中。
此外，图11并不旨在限定本公开的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及控制方法。
反应气体排出歧管内的减压以及增压能够通过如针对本公开的燃料电池系统所记载那样的控制来进行。另外，例如能够通过配置于反应气体供给流路或者反应气体排出流路的气压传感器来判断反应气体排出歧管内是否是规定的气压。

Claims (7)

1.一种燃料电池层叠体，
由两个以上的燃料电池单电池相互层叠而成，
所述燃料电池单电池具有发电元件、以及层叠于所述发电元件的两面的一对隔膜，
所述一对隔膜具有沿所述燃料电池单电池的层叠方向贯通所述一对隔膜的反应气体排出流通孔，并且，
邻接的两个所述燃料电池单电池以相互的所述隔膜邻接、且相互的所述隔膜的所述反应气体排出流通孔彼此连结而形成反应气体排出歧管的方式相互层叠，
其中，
所述燃料电池层叠体在邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜间具有壁部件以及垫圈，
所述壁部件被配置为在邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜之间的至少一部分具有间隙，并且当从所述层叠方向观察时围绕所述反应气体排出流通孔，
所述垫圈将邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜接合，并且被配置为当从所述层叠方向观察时隔着所述壁部件在所述反应气体排出流通孔的相反侧与所述壁部件至少部分地具有间隔，
由此形成由邻接的两个所述燃料电池单电池彼此的相互的所述隔膜、所述壁部件、以及所述垫圈包围且通过所述壁部件的所述间隙与所述反应气体排出歧管连通的贮水部，
所述壁部件由邻接的两个所述燃料电池单电池彼此的相互的所述隔膜的至少一方形成。
2.根据权利要求1所述的燃料电池层叠体，其中，
所述反应气体排出歧管是阴极气体排出歧管或者阳极气体排出歧管。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池层叠体，其中，
所述发电元件依次具有阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层。
4.一种燃料电池系统，具有权利要求1～3中任一项所述的燃料电池层叠体、反应气体供给流路、反应气体排出流路、以及控制部，其中，
反应气体按照所述反应气体供给流路、所述燃料电池层叠体、以及所述反应气体排出流路的顺序流通，
所述反应气体供给流路具有阀以及/或者压缩机，
所述反应气体排出流路具有阀，
所述控制部构成为通过控制所述反应气体供给流路的所述阀和所述压缩机、以及所述反应气体排出流路的所述阀的至少一个，来对所述反应气体排出歧管内进行减压，由此将滞留于所述贮水部的因电池反应而生成的液态水向所述反应气体排出歧管内排出，并且对所述反应气体排出歧管内进行扫气，而能够将排出至所述反应气体排出歧管内的所述液态水向所述燃料电池层叠体的外部排出。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
通过控制所述反应气体供给流路的所述阀和所述压缩机、以及所述反应气体排出流路的所述阀的至少一个，能够对所述反应气体排出歧管内进行增压，而使未被排出至所述燃料电池层叠体的外部的所述液态水流入所述贮水部内并滞留。
6.一种燃料电池层叠体的控制方法，是权利要求1～3中任一项所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，包括：
对所述反应气体排出歧管内进行减压，来将滞留于所述贮水部的、因燃料电池层叠体中的发电而生成的液态水向所述反应气体排出歧管内排出；以及
对所述反应气体排出歧管内进行扫气，来将排出至所述反应气体排出歧管内的所述液态水向所述燃料电池层叠体的外部排出。
7.根据权利要求6所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，
还包括对所述反应气体排出歧管内进行增压来使通过所述扫气未被排出至所述燃料电池层叠体的外部的所述液态水流入所述贮水部内并滞留。
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