JP2000164233A - Power generating system for solid high molecular fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、固体高分子膜を電
解質として用いた固体高分子型燃料電池を備えて構成さ
れる固体高分子型燃料電池発電システムに係り、特に低
外気温時のシステムの起動を短時間で行なえるようにし
た固体高分子型燃料電池発電システムに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generation system comprising a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte membrane as an electrolyte, and particularly to a system at low outside air temperature. The present invention relates to a polymer electrolyte fuel cell power generation system capable of starting the fuel cell in a short time.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、燃料電池は、反応ガスである水
素等の燃料ガスと空気等の酸化剤ガスを電気化学的に反
応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを直接
電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池
は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類さ
れるが、その一つとして、電解質に固体高分子膜を用い
た固体高分子型燃料電池が知られている。2. Description of the Related Art In general, a fuel cell is a device for directly converting chemical energy of fuel into electric energy by electrochemically reacting a fuel gas such as hydrogen as a reactant gas with an oxidizing gas such as air. It is. This fuel cell is classified into various types depending on the difference in electrolyte and the like, and as one of them, a solid polymer type fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is known.
【0003】図8は、この種の固体高分子型燃料電池の
基本構成(単電池構成)を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the basic configuration (unit cell configuration) of this type of polymer electrolyte fuel cell.
【0004】図8において、固体高分子型燃料電池は、
イオン導電性を有する固体高分子膜102を挟んで配置
した燃料極(以下、アノード電極と称する)103、お
よび酸化剤極(以下、カソード電極と称する)104か
らなる単電池101と、それぞれの電極に反応ガスであ
る燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための溝103
(c) 、104(c) を設けた導電性を有するガス不透過性
のガス供給溝付きセパレータ105とから基本的に構成
されている。[0004] In FIG. 8, a polymer electrolyte fuel cell comprises:
A unit cell 101 including a fuel electrode (hereinafter, referred to as an anode electrode) 103 and an oxidant electrode (hereinafter, referred to as a cathode electrode) 104 disposed with a solid polymer membrane 102 having ion conductivity interposed therebetween; 103 for supplying a fuel gas and an oxidizing gas which are reaction gases to the
(c), 104 (c), and a gas-impermeable separator 105 having a gas supply groove having conductivity.
【0005】なお、アノード電極103は、アノード触
媒層103(a)とアノード多孔質カーボン平板103
(b)とから、またカソード電極104は、カソード触
媒層104(a)とカソード多孔質カーボン平板104
(b)とからそれぞれ形成されている。The anode electrode 103 is composed of an anode catalyst layer 103 (a) and an anode porous carbon flat plate 103.
(B), the cathode electrode 104 is composed of the cathode catalyst layer 104 (a) and the cathode porous carbon flat plate 104.
(B).
【0006】以上のような構成の固体高分子型燃料電池
において、アノード電極103に燃料ガスを、カソード
電極104に酸化剤ガスをそれぞれ供給すると、単電池
101の一対の電極間で電気化学反応により起電力が生
じる。ここで、通常、燃料ガスとして水素、酸化剤ガス
として空気がそれぞれ使用されている。In the polymer electrolyte fuel cell having the above-described structure, when a fuel gas is supplied to the anode electrode 103 and an oxidizing gas is supplied to the cathode electrode 104, an electrochemical reaction occurs between the pair of electrodes of the unit cell 101. An electromotive force is generated. Here, usually, hydrogen is used as fuel gas and air is used as oxidant gas.
【0007】アノード電極103に水素、カソード電極
104に空気をそれぞれ供給すると、アノード電極10
3では、供給された水素はアノード触媒層103(a)
で水素イオンと電子に解離し、水素イオンは固体高分子
膜102を通って、電子は外部回路を通って、カソード
電極104にそれぞれ移動する。When hydrogen is supplied to the anode electrode 103 and air is supplied to the cathode electrode 104, respectively,
In 3, the supplied hydrogen is supplied to the anode catalyst layer 103 (a).
Dissociates into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions move through the solid polymer membrane 102, and the electrons move through the external circuit to the cathode electrode 104.
【0008】一方、カソード電極104では、供給した
空気中の酸素と上記水素イオンと電子が、カソード触媒
層104(a)で反応して水を生成する。この時、外部
回路を通った電子は電流となり、電力を供給することが
できる。すなわち、アノード電極103とカソード電極
104では、それぞれ以下のような反応が進行する。な
お、生成した水は、未反応ガスと共に電池外に排出され
る。On the other hand, in the cathode electrode 104, oxygen in the supplied air, the above-mentioned hydrogen ions, and electrons react in the cathode catalyst layer 104 (a) to generate water. At this time, the electrons that have passed through the external circuit become currents and can supply power. That is, the following reactions progress on the anode electrode 103 and the cathode electrode 104, respectively. The generated water is discharged out of the battery together with the unreacted gas.
【0009】 アノード反応 : H2 →2H+ +2e- カソード反応 : 2H+ +1/2O2 +2e- → H2 O 単電池101の起電力は、1V以下と低いため、通常
は、上記セパレータ105を介して数十〜数百枚の単電
池101を積層し、燃料電池スタックとして使用され
る。また、発電に伴なう燃料電池スタックの昇温を制御
するため、冷却媒体が流通する冷却板が、数枚の単電池
101毎に挿入されている。Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e − Cathode reaction: 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O Since the electromotive force of the single cell 101 is as low as 1 V or less, it is usually passed through the separator 105. In this case, several tens to several hundreds of unit cells 101 are stacked and used as a fuel cell stack. Further, in order to control the temperature rise of the fuel cell stack due to power generation, a cooling plate through which a cooling medium flows is inserted for every several cells 101.
【0010】一方、イオン導電性を有する固体高分子膜
102としては、例えばプロトン交換膜であるパーフル
オロロカーボンスルホン酸(ナフィオンR:米国、デュ
ポン社)が知られている。On the other hand, as the solid polymer membrane 102 having ionic conductivity, for example, a perfluorocarbon sulfonic acid (Nafion R : DuPont, USA) which is a proton exchange membrane is known.
【0011】この固体高分子膜102は、分子中に水素
イオンの交換基を持ち、飽和含水することにより、イオ
ン導電性電解質として機能すると共に、燃料ガスと酸化
剤ガスとを分離する機能も有する。The solid polymer membrane 102 has a hydrogen ion exchange group in the molecule and, by being saturated with water, functions as an ion conductive electrolyte and also has a function of separating fuel gas and oxidizing gas. .
【0012】逆に、固体高分子膜102の含水量が少な
くなると、イオン抵抗が高くなり、燃料ガスと酸化剤ガ
スとの混合(クロスオーバ)が発生し、電池での発電が
不可能となる。このため、固体高分子膜102を飽和含
水としておくことが望ましい。Conversely, when the water content of the solid polymer membrane 102 decreases, the ionic resistance increases, and a mixture (crossover) of the fuel gas and the oxidizing gas occurs, and power generation by the battery becomes impossible. . For this reason, it is desirable that the solid polymer film 102 be saturated with water.
【0013】一方、発電によりアノード電極103で分
離した水素イオンが、固体高分子膜102を通りカソー
ド電極104に移動する時に、水も一緒に移動するた
め、アノード電極103側では、固体高分子膜102は
乾燥傾向になる。On the other hand, when hydrogen ions separated at the anode electrode 103 by power generation move through the solid polymer membrane 102 to the cathode electrode 104, water also moves therewith. 102 tends to dry.
【0014】また、供給する燃料ガスまたは酸化剤ガス
である空気に含まれる水蒸気が少ないと、それぞれの反
応ガス入り口付近で固体高分子膜102は乾燥傾向にな
る。If the amount of water vapor contained in the supplied fuel gas or oxidant gas air is small, the solid polymer film 102 tends to dry near the respective reaction gas inlets.
【0015】以上のような理由から、固体高分子型燃料
電池には、あらかじめ加湿した燃料ガスと酸化剤ガスを
供給することが、一般的に行なわれている。For the above reasons, it is common practice to supply a fuel gas and an oxidizing gas which have been humidified in advance to a polymer electrolyte fuel cell.
【0016】ところで、このような固体高分子型燃料電
池は、通常、約80℃程度の動作温度で作動するが、例
えば車載用の電源等、屋外で使用される場合には、氷点
下まで気温が下がることがあるため、システム停止時に
はシステム全体の凍結対策をとる必要がある。さらに、
システムがスタートするまでの起動時間を、できる限り
短縮する必要もある。By the way, such a polymer electrolyte fuel cell usually operates at an operating temperature of about 80 ° C., but when it is used outdoors, for example, in a vehicle-mounted power supply, the temperature of the fuel cell falls below freezing. When the system is stopped, it is necessary to take measures to freeze the entire system. further,
It is also necessary to reduce the startup time before the system starts as much as possible.
【0017】この場合、これまで、1997年に開催された
The 14th International ElectricVehicle Symposium a
nd ExpositionにおいてRon I. Sims が“Cold Weather
Operational Considerations for Direct Hydrogen Aut
omotive Fuel Cell Systemのタイトルで発表した論文に
述べられているように、様々な方式が提案されてきてい
る。その代表的なものとして、 (a)微量な燃料ガスを常時反応させることにより、シ
ステムを氷点下にならないように保温する方法 (b)燃料電池スタックに酸化剤である空気を供給する
コンプレッサを起動させ、高温の圧縮空気によって、予
熱、起動させる方法 (c)電気ヒータおよび燃料電池スタック動作時の廃熱
によって、システムの予熱をする方法 (d)燃料ガスを燃焼器(バーナ)によって燃焼させ、
その反応熱で不凍液を加熱することにより燃料電池スタ
ックを加熱する方法 等が提案されている。In this case, it was held in 1997
The 14 th International ElectricVehicle Symposium a
Ron I. Sims at “nd Exposition
Operational Considerations for Direct Hydrogen Aut
Various schemes have been proposed as described in the paper published under the title omotive Fuel Cell System. Typical examples are: (a) a method of keeping the system freezing below zero by constantly reacting a small amount of fuel gas; (b) Starting a compressor that supplies air as an oxidant to the fuel cell stack. (C) a method of preheating the system by waste heat generated during operation of an electric heater and a fuel cell stack; (d) a method of burning fuel gas by a combustor (burner);
A method of heating the fuel cell stack by heating the antifreeze with the reaction heat has been proposed.
【0018】特に、極低温からの立ち上げには、当然の
ことではあるが、上記(d)のシステムで大きなバーナ
を搭載することにより、短時間で立ち上げが可能である
としている。In particular, as a matter of course, when starting up from an extremely low temperature, it is described that the system can be started up in a short time by mounting a large burner in the system (d).
【0019】また、同論文には、システム動作中に用い
た水を、システム停止時に重力でタンクに回収し、さら
に燃料電池スタックに残った水を空気で吹き飛ばして回
収するといった方法も提案されている。Further, the same paper proposes a method in which water used during operation of the system is collected in a tank by gravity when the system is stopped, and water remaining in the fuel cell stack is blown off by air to collect the water. I have.
【0020】一方、例えば“特開平9−147892号
公報”に開示されている方法も、これと同様な考え方で
あり、システム停止時に燃料電池スタックに溜まった水
を、重力もしくは反応ガスによって水回収タンクに回収
し、システム内部の水の凍結を防止する技術も知られて
いる。On the other hand, for example, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-147892 has a similar concept, and water collected in the fuel cell stack when the system is stopped is recovered by gravity or by a reaction gas. A technique for collecting water in a tank to prevent freezing of water inside the system is also known.
【0021】さらに、例えば“特開平8−185877
号公報”に開示されている方法では、反応ガスの加湿に
水を用いないようにすることにより、水の凍結の問題を
回避するようにしている。Further, for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-185877.
In the method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. H06-115, the problem of freezing of water is avoided by not using water for humidifying the reaction gas.
【0022】すなわち、不凍液に含まれる水を限外ろ過
膜を用いて精製・分離することにより反応ガスを加湿す
るため、水が液体として燃料電池スタック内部に溜まら
ない構成となっているため、凍結の問題がなくなり、短
時間の起動が可能であるとしている。That is, since the reaction gas is humidified by purifying and separating the water contained in the antifreeze using an ultrafiltration membrane, the structure is such that water does not accumulate as a liquid inside the fuel cell stack. The problem is eliminated, and a short startup time is possible.
【0023】[0023]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた従来の方法を採用した固体高分子型燃料電池では、
次に示すような問題点がある。However, in a polymer electrolyte fuel cell employing the above-described conventional method,
There are the following problems.
【0024】上記(a)の微量な燃料ガスを常時反応さ
せる方法では、微量な量と言っても燃料ガスを常時消費
しているため、エネルギーの損失につながることにな
る。特に、極低温地域ではこの損失は大きなものとな
る。また、安全性の面からも好ましいものとは言えな
い。In the above method (a) in which a small amount of fuel gas is constantly reacted, even a small amount of fuel gas is constantly consumed, which leads to energy loss. Especially in cryogenic regions, this loss is significant. Moreover, it cannot be said that it is preferable from the viewpoint of safety.
【0025】上記(b)のコンプレッサの圧縮空気によ
って予熱する方法では、酸化剤ガスである空気を熱媒と
して用いるが、空気は比熱の小さな媒体で、しかも顕熱
による加熱になるため、運べる熱量が小さく、システム
のウォームアップに多くの時間がかかる。また、コンプ
レッサは電気動力で動作させるため、大きなバッテリが
必要となり、システム全体が大型化し、重量になるとい
った問題がある。In the method (b) of preheating with compressed air of a compressor, air as an oxidizing gas is used as a heat medium. However, air is a medium having a small specific heat, and is heated by sensible heat, so that the amount of heat that can be carried is And it takes a lot of time to warm up the system. Further, since the compressor is operated by electric power, a large battery is required, which causes a problem that the whole system becomes large and heavy.
【0026】上記(c)の電気ヒータおよび燃料電池ス
タック動作時の廃熱によってシステムの予熱をする方法
では、上記(b)と同様に、大きなバッテリが必要にな
るといった問題が生じると共に、発電が可能な条件にな
るまでに多くの時間が必要になる。In the method (c) of preheating the system by waste heat generated during operation of the electric heater and the fuel cell stack, similar to the above (b), there arises a problem that a large battery is required, and power generation is not performed. It takes a lot of time to reach possible conditions.
【0027】上記(d)のバーナの燃焼熱で不凍液を加
熱する方法では、大きな比熱を有する不凍液を熱媒とす
るため、確かに大量の熱を投入できて予熱時間を短縮で
きるが、燃料電池スタック内では冷却媒体の流路が始め
に加熱され、その後に燃料電池スタック内の熱伝導によ
り固体高分子膜周辺が加熱されることになるため、どう
してもウォーミングアップ時間の短縮には限界がある。
また、高温の燃焼廃ガスを外部へ捨てることになるた
め、エネルギーの無駄にもつながる。In the method (d) of heating the antifreeze with the heat of combustion of the burner, since the antifreeze having a large specific heat is used as a heat medium, a large amount of heat can be supplied and the preheating time can be shortened. In the stack, the flow path of the cooling medium is heated first, and thereafter, the periphery of the solid polymer film is heated by heat conduction in the fuel cell stack, so that there is a limit to shortening the warm-up time.
In addition, high-temperature combustion waste gas is discarded to the outside, which leads to waste of energy.
【0028】さらに、冷却水を水タンクに回収する方式
では、燃料電池スタック内部には水の溜まりがなくな
り、確かに凍結の問題はなくなるが、タンク内の水が凍
結するため、スタートに先立って、まずタンク内の水を
解氷する必要がある。また、システム停止時に水を回収
する必要があるため、配管系が複雑になると共に、その
制御も複雑となるため、より多くのスペースを要した
り、またコストアップの要因となる。Further, in the system in which the cooling water is collected in the water tank, there is no water pool inside the fuel cell stack, and there is no problem of freezing. However, since the water in the tank is frozen, prior to the start. First, the water in the tank needs to be thawed. Further, since it is necessary to collect water when the system is stopped, the piping system becomes complicated and its control becomes complicated, so that more space is required and the cost is increased.
【0029】一方、反応ガスの加湿に不凍液から精製し
た水を用いるシステムでは、一般にろ過膜により不凍液
から水を精製する際に、大きな圧力をかける必要がある
ため、強力なポンプと、耐熱容器が必要となり、機器の
大型化、さらにはコストアップの要因となる。そして、
運転中常時ポンプを動作させるため、システム効率の低
下を招くことになる。また、ろ過膜を用いる限り、膜に
不純物が詰まる可能性があり、定期的なメンテナンスが
必要になるという問題がある。On the other hand, in a system using water purified from an antifreeze for humidifying a reaction gas, a large pressure is generally required when water is purified from the antifreeze by a filtration membrane. Therefore, a strong pump and a heat-resistant container are required. It becomes necessary, which causes an increase in the size of the equipment and an increase in cost. And
Since the pump is always operated during the operation, the system efficiency is reduced. Further, as long as the filtration membrane is used, there is a possibility that the membrane may be clogged with impurities, and there is a problem that periodic maintenance is required.
【0030】本発明の目的は、周囲環境温度が0℃以下
の低温になっても、短時間で安全にかつ高効率でしかも
コンパクトな構造で起動することが可能な固体高分子型
燃料電池発電システムを提供することにある。An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell power generation system which can be started safely, efficiently and with a compact structure in a short time even when the ambient temperature is as low as 0 ° C. or less. It is to provide a system.
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、燃料極および酸化剤極からなる一対のガス拡散電
極間に触媒層を介して固体高分子膜を挟持させてなり、
燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応により発電
を行ない電気的出力を発生する単電池を、燃料極および
酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給するための
溝を有するガス不透過性のセパレータ、および冷却媒体
である不凍液が流通する冷却板を介して複数積層して成
る固体高分子型燃料電池スタックを備えて構成される固
体高分子型燃料電池発電システムにおいて、請求項1の
発明では、不凍液が流通する冷却系路の途中に設けら
れ、燃焼器によって燃料ガスを酸化剤ガスと共に燃焼さ
せてその反応熱で不凍液を加熱する不凍液加熱手段と、
不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスを、固体高分
子型燃料電池スタックの燃料ガス供給経路または酸化剤
ガス供給経路の少なくとも一方に供給する燃焼廃ガス供
給手段とを備えている。In order to achieve the above object, a solid polymer film is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer,
A cell which generates electric power by generating electricity by an electrochemical reaction of a fuel gas and an oxidizing gas and has a gas impermeability having a groove for supplying the fuel gas and the oxidizing gas to the fuel electrode and the oxidizing electrode 2. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, comprising a polymer electrolyte fuel cell stack formed by stacking a plurality of separators through a cooling plate through which antifreeze as a cooling medium flows. In the antifreeze heating means provided in the middle of the cooling system path through which the antifreeze flows, the fuel gas is burned by the combustor together with the oxidizing gas, and the antifreeze is heated by the reaction heat.
Combustion waste gas supply means for supplying combustion waste gas discharged from the antifreeze liquid heating means to at least one of a fuel gas supply path and an oxidizing gas supply path of the polymer electrolyte fuel cell stack.
【0032】従って、請求項1の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液の冷却経路の途
中に、燃焼器で不凍液を加熱する不凍液加熱手段を設け
ることにより、加熱された高温の不凍液が燃料電池スタ
ック内部へ供給され、低温の燃料電池スタックが加熱昇
温される。同時に、不凍液加熱手段の燃焼器の廃ガスを
燃料電池スタック内部の燃料ガス供給経路または酸化剤
ガス供給経路の少なくとも一方に供給することにより、
燃料電池スタック内部の反応ガス供給経路に高温の燃焼
廃ガスが導かれるため、電池本体の固体高分子膜を直接
加熱でき、システム起動までの予熱時間を大幅に短縮す
ることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention, by providing the antifreeze heating means for heating the antifreeze with a combustor in the middle of the antifreeze cooling path, the heated high-temperature The antifreeze is supplied into the fuel cell stack, and the low-temperature fuel cell stack is heated and heated. At the same time, by supplying waste gas from the combustor of the antifreeze heating means to at least one of the fuel gas supply path and the oxidizing gas supply path inside the fuel cell stack,
Since the high-temperature combustion waste gas is guided to the reaction gas supply path inside the fuel cell stack, the solid polymer membrane of the cell body can be directly heated, and the preheating time until system startup can be greatly reduced.
【0033】また、請求項2の発明では、不凍液が流通
する冷却系路の途中に設けられ、燃焼器によって燃料ガ
スを酸化剤ガスと共に燃焼させてその反応熱で不凍液を
加熱する不凍液加熱手段と、不凍液加熱手段から排出さ
れる燃焼廃ガスを、固体高分子型燃料電池スタックの周
囲に沿って流すように設けられた燃焼廃ガス流通手段と
を備えている。According to the second aspect of the present invention, there is provided an antifreeze heating means which is provided in the middle of the cooling system path through which the antifreeze flows, and which burns the fuel gas together with the oxidizing gas by the combustor and heats the antifreeze with the reaction heat. And a combustion waste gas distribution means provided to flow the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means around the periphery of the polymer electrolyte fuel cell stack.
【0034】従って、請求項2の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液の冷却経路の途
中に、燃焼器で不凍液を加熱する不凍液加熱手段を設け
ることにより、加熱された高温の不凍液が燃料電池スタ
ック内部へ供給され、低温の燃料電池スタックが加熱昇
温される。同時に、不凍液加熱手段の燃焼器の廃ガス
を、燃料電池スタック周囲に設けられた燃焼ガス廃ガス
流通手段に沿って流すようにすることにより、燃料電池
スタックを外側からも加熱することができ、システム起
動までの予熱時間を大幅に短縮することができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the second aspect of the present invention, by providing the antifreeze heating means for heating the antifreeze in the combustor in the middle of the antifreeze cooling path, the heated high-temperature The antifreeze is supplied into the fuel cell stack, and the low-temperature fuel cell stack is heated and heated. At the same time, by causing the waste gas of the combustor of the antifreeze heating means to flow along the combustion gas waste gas distribution means provided around the fuel cell stack, the fuel cell stack can be heated from the outside, Preheating time until system startup can be greatly reduced.
【0035】さらに、請求項3の発明では、燃料極およ
び酸化剤極からなる一対のガス拡散電極間に触媒層を介
して固体高分子膜を挟持させてなり、燃料ガスおよび酸
化剤ガスの電気化学的反応により発電を行ない電気的出
力を発生する単電池を、燃料極および酸化剤極に燃料ガ
スおよび酸化剤ガスを供給するための溝を有するガス不
透過性のセパレータ、および冷却媒体である不凍液が流
通する冷却板を介して複数積層して成る固体高分子型燃
料電池スタックと、燃料を改質させて固体高分子型燃料
電池スタックの燃料極へ燃料ガスを供給する改質器とを
備えて構成される固体高分子型燃料電池発電システムに
おいて、不凍液が流通する冷却系路の途中に設けられ、
燃焼器によって改質器による改質前の燃料を酸化剤ガス
と共に燃焼させてその反応熱で不凍液を加熱する不凍液
加熱手段と、不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガス
を、改質器のガス流通経路に供給する燃焼廃ガス供給手
段とを備えている。Further, according to the third aspect of the present invention, a solid polymer film is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and the electric power of the fuel gas and the oxidant gas is reduced. A single cell that generates electric power by generating power by a chemical reaction is a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to a fuel electrode and an oxidant electrode, and a cooling medium. A polymer electrolyte fuel cell stack formed by stacking a plurality of layers through a cooling plate through which antifreeze flows, and a reformer that reforms the fuel and supplies fuel gas to the fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack In the solid polymer fuel cell power generation system configured to be provided, provided in the middle of the cooling system path through which the antifreeze flows,
An antifreeze heating means for burning a fuel before reforming by a reformer with an oxidant gas by a combustor and heating the antifreeze with the reaction heat, and combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means is supplied to the reformer gas. And combustion waste gas supply means for supplying to the distribution channel.
【0036】従って、請求項3の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液の冷却経路の途
中に、燃焼器で不凍液を加熱する不凍液加熱手段を設け
ることにより、加熱された高温の不凍液が燃料電池スタ
ック内部へ供給され、低温の燃料電池スタックが加熱昇
温される。同時に、不凍液加熱手段の燃焼器の廃ガス
を、改質器内部のガス流通経路に供給することにより、
改質器の予熱を行なうことができ、新たな改質器予熱用
の燃焼器を不要として、システムの簡素化、コンパクト
化を図ることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the third aspect of the present invention, by providing an antifreeze heating means for heating the antifreeze with a combustor in the middle of the antifreeze cooling path, the heated high-temperature The antifreeze is supplied into the fuel cell stack, and the low-temperature fuel cell stack is heated and heated. At the same time, by supplying the waste gas of the combustor of the antifreeze heating means to the gas flow path inside the reformer,
Since the reformer can be preheated, a new combustor for preheating the reformer is not required, and the system can be simplified and downsized.
【0037】一方、請求項4の発明では、上記請求項1
または請求項2の発明の固体高分子型燃料電池発電シス
テムにおいて、不凍液加熱手段の燃料ガスとしては、固
体高分子型燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料
ガス供給手段から供給するようにしている。On the other hand, according to the fourth aspect of the present invention,
Alternatively, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the second aspect of the present invention, the fuel gas for the antifreeze heating means is supplied from a fuel gas supply means for supplying a fuel gas to the polymer electrolyte fuel cell stack. .
【0038】従って、請求項4の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液加熱手段の燃焼
器の燃料ガスに、固体高分子型燃料電池スタックの燃料
ガスとなる燃料ガス供給手段から供給される燃料ガスを
用いることにより、燃料供給系統を単純化でき、システ
ムの小型化、低コスト化を図ることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fourth aspect of the present invention, the fuel gas of the combustor of the antifreeze heating means is supplied from the fuel gas supply means serving as the fuel gas of the polymer electrolyte fuel cell stack. By using the supplied fuel gas, the fuel supply system can be simplified, and the size and cost of the system can be reduced.
【0039】また、請求項5の発明では、上記請求項1
または請求項2の発明の固体高分子型燃料電池発電シス
テムにおいて、不凍液加熱手段の酸化剤ガスとしては、
固体高分子型燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する
酸化剤ガス供給手段から供給するようにしている。According to the fifth aspect of the present invention, the above first aspect is provided.
Alternatively, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the second aspect of the present invention, the oxidizing gas for the antifreeze heating means may be:
The oxidant gas is supplied from an oxidant gas supply unit that supplies an oxidant gas to the polymer electrolyte fuel cell stack.
【0040】従って、請求項5の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液加熱手段の燃焼
器の酸化剤ガスに、固体高分子型燃料電池スタックの酸
化剤ガスとなる酸化剤ガス供給手段から供給される酸化
剤ガスを用いることにより、酸化剤ガス供給系統を単純
化でき、システムの小型化、低コスト化が可能となる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fifth aspect of the present invention, the oxidizer gas serving as the oxidizer gas of the polymer electrolyte fuel cell stack is added to the oxidizer gas of the combustor of the antifreeze heating means. By using the oxidizing gas supplied from the supplying means, the oxidizing gas supply system can be simplified, and the size and cost of the system can be reduced.
【0041】さらに、請求項6の発明では、上記請求項
1の発明の固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、不凍液加熱手段の燃焼器として触媒燃焼器を用い、
触媒燃焼器からの燃焼廃ガスと不凍液との熱交換を行な
う熱交換器を付加している。According to a sixth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the first aspect of the present invention, a catalytic combustor is used as a combustor for the antifreeze heating means.
A heat exchanger for exchanging heat between the combustion waste gas from the catalytic combustor and the antifreeze is added.
【0042】従って、請求項6の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液加熱手段の燃焼
器に触媒燃焼器を用いることにより、通常の火炎を伴な
う燃焼器に比べて、よりクリーンな燃焼を行なうことが
でき、固体高分子型燃料電池スタックのCOによる被毒
をより少なくすることができる。さらに、触媒燃焼器の
燃焼廃ガスと不凍液との熱交換器を備えることにより、
触媒燃焼器からの輻射熱により熱交換器を加熱すること
ができるため、よりコンパクトな熱交換器とすることが
できる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the sixth aspect of the present invention, the use of a catalytic combustor as the combustor of the antifreeze heating means makes it possible to reduce the size of the fuel cell compared to a combustor with a normal flame. Cleaner combustion can be performed, and poisoning of the polymer electrolyte fuel cell stack by CO can be further reduced. Furthermore, by providing a heat exchanger between the combustion waste gas of the catalytic combustor and the antifreeze,
Since the heat exchanger can be heated by radiant heat from the catalytic combustor, a more compact heat exchanger can be provided.
【0043】一方、請求項7の発明では、上記請求項1
乃至請求項3のいずれか1項の発明の固体高分子型燃料
電池発電システムにおいて、固体高分子型燃料電池スタ
ックの温度を検出する温度検出手段と、システム起動時
に温度検出手段により検出された固体高分子型燃料電池
スタックの温度があらかじめ設定された温度以下の場合
に、不凍液加熱手段を動作させる制御手段とを付加して
いる。On the other hand, according to the invention of claim 7, the above-mentioned claim 1
4. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack is detected by the temperature detection means, and the solid state detected by the temperature detection means at the time of starting the system. Control means for operating the antifreeze heating means when the temperature of the polymer fuel cell stack is equal to or lower than a preset temperature is added.
【0044】従って、請求項7の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、固体高分子型燃料電池
スタックに温度検出手段を備え、固体高分子型燃料電池
スタックの温度があらかじめ設定された温度以下の時に
不凍液加熱手段を動作させることにより、燃料ガスを有
効に使用することができるため、効率のよい予熱を行な
うことができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the invention of claim 7, the polymer electrolyte fuel cell stack is provided with temperature detecting means, and the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack is set in advance. By operating the antifreeze heating means when the temperature is equal to or lower than the temperature, the fuel gas can be used effectively, so that efficient preheating can be performed.
【0045】また、請求項8の発明では、上記請求項1
乃至請求項3のいずれか1項の発明の固体高分子型燃料
電池発電システムにおいて、固体高分子型燃料電池スタ
ックの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段に
より検出された固体高分子型燃料電池スタックの温度が
あらかじめ設定された温度を超えた場合に、不凍液加熱
手段を停止させる制御手段とを付加している。According to the eighth aspect of the present invention, the first aspect is provided.
4. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack is detected by the temperature detection means, and the temperature of the polymer electrolyte fuel cell is detected by the temperature detection means. Control means for stopping the antifreeze heating means when the temperature of the fuel cell stack exceeds a preset temperature is added.
【0046】従って、請求項8の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、固体高分子型燃料電池
スタックに温度検出手段を備え、固体高分子型燃料電池
スタックの温度があらかじめ設定された温度を超えた時
に不凍液加熱手段を停止させることにより、燃料ガスを
有効に使用することができると共に、固体高分子型燃料
電池スタックの過熱を防止することができるため、より
効率的で安全なシステムとすることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the eighth aspect of the present invention, the polymer electrolyte fuel cell stack is provided with temperature detecting means, and the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack is set in advance. By stopping the antifreeze heating means when the temperature is exceeded, the fuel gas can be used effectively and the polymer electrolyte fuel cell stack can be prevented from overheating, so that a more efficient and safe system It can be.
【0047】さらに、請求項9の発明では、上記請求項
1または請求項2の発明の固体高分子型燃料電池発電シ
ステムにおいて、不凍液加熱手段から排出される燃焼廃
ガスの温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段に
より検出された燃焼廃ガスの温度が固体高分子型燃料電
池スタックの構成材料の耐熱温度を超えないように、不
凍液加熱手段の燃焼量、または不凍液の循環量を制御す
る制御手段とを付加している。According to a ninth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the first or second aspect of the present invention, the temperature detection for detecting the temperature of the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means. Means for controlling the amount of combustion of the antifreeze heating means or the amount of circulation of the antifreeze so that the temperature of the combustion waste gas detected by the temperature detection means does not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the polymer electrolyte fuel cell stack. Control means is added.
【0048】従って、請求項9の発明の固体高分子型燃
料電池発電システムにおいては、不凍液加熱手段の燃焼
廃ガスの温度が固体高分子型燃料電池スタックの構成材
料の耐熱温度を超えないように、不凍液加熱手段の燃焼
量、または不凍液の循環量を制御することにより、固体
高分子型燃料電池スタックの加熱を防止して、より安全
で信頼性の高いシステムとすることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the ninth aspect of the present invention, the temperature of the combustion waste gas of the antifreeze heating means does not exceed the heat resistant temperature of the constituent materials of the polymer electrolyte fuel cell stack. By controlling the amount of combustion of the antifreeze heating means or the amount of circulation of the antifreeze, heating of the polymer electrolyte fuel cell stack can be prevented, and a more secure and reliable system can be obtained.
【0049】さらにまた、請求項10の発明では、上記
請求項1または請求項2の発明の固体高分子型燃料電池
発電システムにおいて、不凍液加熱手段から排出される
燃焼廃ガスの温度を検出する温度検出手段と、温度検出
手段により検出された燃焼廃ガスの温度が改質器の構成
材料の耐熱温度を超えないように、不凍液加熱手段の燃
焼量、または不凍液の循環量を制御する制御手段とを付
加している。According to a tenth aspect of the present invention, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the first or second aspect, the temperature for detecting the temperature of the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means is provided. Detection means, and control means for controlling the amount of combustion of the antifreeze heating means, or the amount of circulation of the antifreeze, so that the temperature of the combustion waste gas detected by the temperature detection means does not exceed the allowable temperature limit of the constituent material of the reformer. Is added.
【0050】従って、請求項10の発明の固体高分子型
燃料電池発電システムにおいては、不凍液加熱手段の燃
焼廃ガスの温度が改質器の構成材料の耐熱温度を超えな
いように、不凍液加熱手段の燃焼量、または不凍液の循
環量を制御することにより、固体高分子型燃料電池スタ
ックの加熱を防止して、より安全で信頼性の高いシステ
ムとすることができる。Therefore, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the tenth aspect of the present invention, the antifreeze heating means is controlled so that the temperature of the combustion waste gas of the antifreeze heating means does not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the reformer. By controlling the amount of combustion or the amount of circulation of the antifreeze, heating of the polymer electrolyte fuel cell stack can be prevented, and a more secure and reliable system can be obtained.
【0051】[0051]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0052】(第1の実施の形態:請求項1、請求項
4、請求項5に対応)図1は、本実施の形態による固体
高分子型燃料電池発電システムの系統構成例を示す模式
図である。(First Embodiment: Corresponding to Claims 1, 4, and 5) FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration example of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to this embodiment. It is.
【0053】図1において、固体高分子型燃料電池スタ
ック(以下、単に燃料電池スタックと称する)1は、前
記図8に示したように、単電池101を、ガス供給溝付
きのセパレータ105、および冷却媒体である不凍液が
流通する冷却板を介して、複数積層して構成される。In FIG. 1, a polymer electrolyte fuel cell stack (hereinafter, simply referred to as a fuel cell stack) 1 is composed of a unit cell 101 as shown in FIG. A plurality of layers are laminated via a cooling plate through which an antifreeze as a cooling medium flows.
【0054】酸化剤ガス供給手段2は、燃料電池スタッ
ク1に酸化剤ガスである空気を供給する。この酸化剤ガ
ス供給手段2としては、通常、例えばコンプレッサやブ
ロワが用いられる。The oxidizing gas supply means 2 supplies air, which is an oxidizing gas, to the fuel cell stack 1. Usually, for example, a compressor or a blower is used as the oxidizing gas supply means 2.
【0055】燃料ガス供給手段3は、水素を直接燃料ガ
スとして用いる場合には、高圧ボンベや液体水素タン
ク、水素貯蔵合金容器と水素を適正な圧力で供給するた
めのレギュレータやストップバルブ等から構成される。When hydrogen is used directly as fuel gas, the fuel gas supply means 3 comprises a high-pressure cylinder, a liquid hydrogen tank, a hydrogen storage alloy container, a regulator for supplying hydrogen at an appropriate pressure, a stop valve, and the like. Is done.
【0056】酸化剤ガスおよび燃料ガスは、それぞれ酸
化剤ガス供給経路5および燃料ガス供給経路6、酸化剤
ガスバルブ7および燃料ガスバルブ8を通して、燃料電
池スタック1へと供給されて発電を行なった後、余剰に
供給されたガスが、それぞれ酸化剤ガス排出経路9およ
び燃料ガス排出経路10を通して外部へ排出される。The oxidizing gas and the fuel gas are supplied to the fuel cell stack 1 through the oxidizing gas supply path 5 and the fuel gas supply path 6, the oxidizing gas valve 7 and the fuel gas valve 8, respectively, to generate electric power. The excess gas is discharged to the outside through the oxidizing gas discharge path 9 and the fuel gas discharge path 10, respectively.
【0057】不凍液加熱手段11は、システム起動時
に、不凍液ポンプ12より供給される不凍液を不凍液循
環経路14を通して導入し、燃料ガスを酸化剤ガスと共
に燃焼させて、その反応熱で不凍液を加熱する。不凍液
は、不凍液加熱手段11で加熱された後に、燃料電池ス
タック1へ供給されて、燃料電池スタック1を加熱す
る。When the system is started, the antifreeze heating means 11 introduces the antifreeze supplied from the antifreeze pump 12 through the antifreeze circulation path 14, burns the fuel gas together with the oxidizing gas, and heats the antifreeze by the reaction heat. The antifreeze is heated by the antifreeze heating means 11 and then supplied to the fuel cell stack 1 to heat the fuel cell stack 1.
【0058】不凍液加熱手段11は、燃焼器20と、燃
焼器20からの燃焼廃ガスと不凍液との熱交換を行なう
熱交換器21とから構成される。The antifreeze heating means 11 comprises a combustor 20 and a heat exchanger 21 for exchanging heat between the combustion waste gas from the combustor 20 and the antifreeze.
【0059】燃料電池スタック1を出た不凍液は、不凍
液バイパスライン15、不凍液バイパスバルブ16を通
して不凍液ポンプ12へ戻り、再び不凍液加熱手段11
へと導かれて加熱される。The antifreeze that has exited the fuel cell stack 1 returns to the antifreeze pump 12 through the antifreeze bypass line 15 and the antifreeze bypass valve 16, and returns to the antifreeze heating means 11 again.
It is led to and heated.
【0060】不凍液ラジエータ13は、システム起動後
燃料電池スタック1が定常運転となっている間は、燃料
電池スタック1からの廃熱を外部へ逃がす役割を果た
す。この時、不凍液バイパスバルブ16は閉じた状態と
なる。The antifreeze radiator 13 plays a role of releasing waste heat from the fuel cell stack 1 to the outside while the fuel cell stack 1 is in a normal operation after the system is started. At this time, the antifreeze bypass valve 16 is in a closed state.
【0061】バイパスライン15は、不凍液を用いて加
熱している間に用いるラインであるが、これは加熱時の
ラジエータ13からの放熱を避けるために設けられるも
のである。The bypass line 15 is a line that is used while heating using antifreeze, and is provided to avoid heat radiation from the radiator 13 during heating.
【0062】燃料ガス供給経路17および酸化剤ガス供
給経路18は、それぞれ不凍液加熱手段11へ燃料ガス
および酸化剤ガスを供給するものである。The fuel gas supply path 17 and the oxidant gas supply path 18 supply the fuel gas and the oxidant gas to the antifreeze heating means 11, respectively.
【0063】燃焼廃ガス供給経路19は、酸化剤ガス供
給経路5および燃料ガス供給経路6にそれぞれ接続さ
れ、不凍液加熱手段11から排出される燃焼廃ガスを、
燃料電池スタック1へ供給する。The combustion waste gas supply path 19 is connected to the oxidizing gas supply path 5 and the fuel gas supply path 6, respectively.
Supply to the fuel cell stack 1.
【0064】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池発電システムの作用について説
明する。Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present embodiment configured as described above will be described.
【0065】図1において、システム起動時、不凍液加
熱手段11に供給された酸化剤ガスおよび燃料ガスは燃
焼器20内で燃焼し、その高温の燃焼ガスは熱交換器2
1で不凍液を加熱し、高温となった不凍液は不凍液循環
経路14を通って燃料電池スタック1へと導かれ、燃料
電池スタック1の内部を加熱する。In FIG. 1, when the system is started, the oxidizing gas and the fuel gas supplied to the antifreeze heating means 11 are burned in the combustor 20, and the hot combustion gas is supplied to the heat exchanger 2.
The antifreeze is heated at 1 and the high temperature antifreeze is guided to the fuel cell stack 1 through the antifreeze circulation path 14 to heat the inside of the fuel cell stack 1.
【0066】この時、システム起動時に、周囲温度が0
℃以下の低温になっていても、冷却媒体として不凍液を
用いているために、不凍液循環経路14が凍結する恐れ
がなく、燃料電池スタック1を確実に予熱することがで
きる。At this time, when the system is started, the ambient temperature becomes zero.
Even when the temperature is lower than or equal to ° C., since the antifreeze is used as the cooling medium, the antifreeze circulation path 14 does not freeze and the fuel cell stack 1 can be reliably preheated.
【0067】また、同時に、熱交換器21から排出され
た燃焼廃ガスは、燃料電池スタック1への酸化剤ガス供
給経路5および燃料ガス供給経路6を通って燃料電池ス
タック1へと供給され、燃料電池スタック1の主構成要
素である固体高分子膜102、アノード電極103、カ
ソード電極104、セパレータ105等を直接加熱す
る。At the same time, the combustion waste gas discharged from the heat exchanger 21 is supplied to the fuel cell stack 1 through the oxidizing gas supply path 5 and the fuel gas supply path 6 to the fuel cell stack 1, and The solid polymer film 102, the anode electrode 103, the cathode electrode 104, the separator 105, and the like, which are main components of the fuel cell stack 1, are directly heated.
【0068】この燃焼廃ガスには、燃焼反応に伴なう水
蒸気が含まれているため、固体高分子膜102を加熱す
ると同時に、この水蒸気が凝縮することにより、固体高
分子膜102に適度な水分を与える。また、水蒸気が凝
縮する時に蒸発潜熱を開放するため、単に気体の顕熱だ
けで加熱するよりも、同流量でもはるかに多量の熱を伝
えることができる。Since the combustion waste gas contains water vapor associated with the combustion reaction, the solid polymer film 102 is heated and, at the same time, condensed. Give moisture. Further, since the latent heat of evaporation is released when the water vapor condenses, much more heat can be transmitted even at the same flow rate than when heating is performed only by the sensible heat of the gas.
【0069】なお、この燃焼廃ガスは、空気供給経路
5、または燃料ガス供給経路6のいずれか一方にのみ供
給するようにしてもよい。The combustion waste gas may be supplied to only one of the air supply path 5 and the fuel gas supply path 6.
【0070】さらに、本実施の形態においては、不凍液
加熱手段11の酸化剤ガス供給源および燃料ガス供給源
を、燃料電池スタック1の酸化剤ガス供給手段2および
燃料ガス供給手段3と共有する構成をとっているため、
新たに専用の供給源を備える必要がなくなり、より一層
システムを簡素化することができる。Further, in the present embodiment, the oxidizing gas supply source and the fuel gas supply source of the antifreeze heating means 11 are shared with the oxidizing gas supply means 2 and the fuel gas supply means 3 of the fuel cell stack 1. To take
There is no need to newly provide a dedicated supply source, and the system can be further simplified.
【0071】上述したように、本実施の形態の固体高分
子型燃料電池発電システムでは、冷却媒体として不凍液
を用いているため、周囲環境温度が0℃以下となっても
凍結することがなく、燃焼器20を有する不凍液加熱手
段11によって加熱された不凍液が、不凍液循環経路1
4を通って燃料電池スタック1を加熱するため、低温時
でも燃料電池スタック1を予熱することができ、確実な
起動を行なうことが可能となる。As described above, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment, since the antifreeze is used as the cooling medium, it does not freeze even when the ambient environment temperature becomes 0 ° C. or less. The antifreeze heated by the antifreeze heating means 11 having the combustor 20 is supplied to the antifreeze circulation path 1.
Since the fuel cell stack 1 is heated through the fuel cell 4, the fuel cell stack 1 can be preheated even at a low temperature, and a reliable start can be performed.
【0072】一方、不凍液加熱手段11の燃焼廃ガスを
直接燃料電池スタック1内部へ供給することができるた
め、燃料電池スタック1の主構成要素である固体高分子
膜102や、アノード電極103、カソード電極10
4、セパレータ105等を直接加熱することができ、シ
ステム起動までの予熱時間を大幅に短縮することが可能
となる。また、不凍液加熱手段11の燃焼廃ガスに含ま
れる水蒸気によって、固体高分子膜102に適度な水分
を供給できるため、余熱後の運転によりよい条件を与え
ることが可能となる。On the other hand, since the combustion waste gas of the antifreeze heating means 11 can be directly supplied to the inside of the fuel cell stack 1, the solid polymer film 102, the anode 103, and the cathode 103, which are main components of the fuel cell stack 1, are provided. Electrode 10
4. It is possible to directly heat the separator 105 and the like, and it is possible to significantly reduce the preheating time until the system is started. In addition, since a suitable amount of water can be supplied to the solid polymer film 102 by the water vapor contained in the combustion waste gas of the antifreeze liquid heating means 11, it is possible to provide better conditions for the operation after the residual heat.
【0073】すなわち、燃料電池スタック1の起動時間
の一層の短縮化と、固体高分子膜102の信頼性の向
上、耐久性の向上を図ることが可能となる。同時に、水
蒸気に含まれる潜熱を有効に用いることができるため、
システムのコンパクト化、エネルギ効率の向上にもつな
がる。That is, it is possible to further shorten the startup time of the fuel cell stack 1 and to improve the reliability and durability of the solid polymer film 102. At the same time, the latent heat contained in the steam can be used effectively,
This leads to a more compact system and improved energy efficiency.
【0074】さらに、不凍液加熱手段11の酸化剤ガス
供給源および燃料ガス供給源を、燃料電池スタック1の
同供給源と共有化しているため、システムの簡素化、低
コスト化、コンパクト化を図ることが可能となる。Furthermore, since the oxidizing gas supply source and the fuel gas supply source of the antifreeze heating means 11 are shared with the same supply source of the fuel cell stack 1, the system can be simplified, reduced in cost and downsized. It becomes possible.
【0075】(第2の実施の形態:請求項2に対応)図
2は、本実施の形態による固体高分子型燃料電池発電シ
ステムの系統構成例を示す模式図であり、図1と同一要
素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。(Second Embodiment: Corresponding to Claim 2) FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the system configuration of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to this embodiment. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different portions will be described here.
【0076】図2において、燃料電池スタック1の周囲
を囲むように燃焼廃ガス流通経路22が設けられてお
り、不凍液加熱手段11から排出された燃焼廃ガスは、
燃焼廃ガス供給経路23と通して燃焼廃ガス流通経路2
2に導かれる。In FIG. 2, a combustion waste gas flow path 22 is provided so as to surround the periphery of the fuel cell stack 1, and the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means 11 is
Combustion waste gas distribution path 2 through combustion waste gas supply path 23
It is led to 2.
【0077】燃焼廃ガス流通経路22内で燃料電池スタ
ック1を加熱した燃焼廃ガスは、燃焼廃ガス排出経路2
4から外部へと排出される。The combustion waste gas that has heated the fuel cell stack 1 in the combustion waste gas distribution path 22 is discharged to the combustion waste gas discharge path 2
4 to the outside.
【0078】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池発電システムの作用について説
明する。Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present embodiment configured as described above will be described.
【0079】図2において、システム起動時、不凍液加
熱手段11に供給された酸化剤ガスおよび燃料ガスは燃
焼器20内で燃焼し、その高温の燃焼ガスは熱交換器2
1で不凍液を加熱し、高温となった不凍液は不凍液循環
経路14を通って燃料電池スタック1へと導かれ、燃料
電池スタック1の内部を加熱する。In FIG. 2, when the system is started, the oxidizing gas and the fuel gas supplied to the antifreeze heating means 11 are burned in the combustor 20, and the high-temperature combustion gas is supplied to the heat exchanger 2.
The antifreeze is heated at 1 and the high temperature antifreeze is guided to the fuel cell stack 1 through the antifreeze circulation path 14 to heat the inside of the fuel cell stack 1.
【0080】この時、システム起動時に、周囲温度が0
℃以下の低温になっていても、冷却媒体として不凍液を
用いているために、不凍液循環経路14が凍結する恐れ
がなく、燃料電池スタック1を確実に予熱することがで
きる。At this time, when the system is started, the ambient temperature becomes zero.
Even when the temperature is lower than or equal to ° C., since the antifreeze is used as the cooling medium, the antifreeze circulation path 14 does not freeze and the fuel cell stack 1 can be reliably preheated.
【0081】また、同時に、熱交換器21から排出され
た燃焼廃ガスは、燃焼廃ガス供給経路23と通って燃焼
廃ガス流通経路22に導かれ、燃焼廃ガス流通経路22
内で燃料電池スタック1を外部から加熱した後に、燃焼
廃ガス排出経路24からシステム外部へと排出される。At the same time, the combustion waste gas discharged from the heat exchanger 21 passes through the combustion waste gas supply path 23 and is guided to the combustion waste gas distribution path 22, and the combustion waste gas distribution path 22
After the fuel cell stack 1 is heated from the outside, the fuel is discharged from the combustion waste gas discharge path 24 to the outside of the system.
【0082】すなわち、燃料電池スタック1を、不凍液
により内部から加湿すると同時に、燃焼廃ガスにより燃
料電池スタック1を外部から加熱するため、熱伝導に要
する時間が短くなり、短時間で予熱を行なうことができ
る。That is, since the fuel cell stack 1 is humidified from the inside with the antifreeze, and the fuel cell stack 1 is heated from the outside with the combustion waste gas, the time required for heat conduction is shortened, and the preheating is performed in a short time. Can be.
【0083】また、燃焼廃ガスは水蒸気を含んでいるた
めに、凝縮潜熱も有効に用いることができるため、同流
量でも、顕熱による熱交換に比べて大量の熱を運ぶこと
ができる。Further, since the combustion waste gas contains water vapor, the latent heat of condensation can also be used effectively, so that even at the same flow rate, a large amount of heat can be carried as compared with heat exchange by sensible heat.
【0084】なお、本実施の形態は、図2の構成に限定
されるものではなく、前述した第1の実施の形態と組み
合わせるようにしてもよいことは明らかである。The present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 2, but it is obvious that the present embodiment may be combined with the first embodiment.
【0085】上述したように、本実施の形態の固体高分
子型燃料電池発電システムでは、冷却媒体として不凍液
を用いているため、周囲環境温度が0℃以下となっても
凍結することがなく、燃焼器20を有する不凍液加熱手
段11によって加熱された不凍液が、不凍液循環経路1
4を通って燃料電池スタック1を加熱するため、低温時
でも燃料電池スタック1を予熱することができ、確実な
起動を行なうことが可能となる。As described above, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment, since the antifreeze is used as the cooling medium, it does not freeze even when the ambient environment temperature becomes 0 ° C. or less. The antifreeze heated by the antifreeze heating means 11 having the combustor 20 is supplied to the antifreeze circulation path 1.
Since the fuel cell stack 1 is heated through the fuel cell 4, the fuel cell stack 1 can be preheated even at a low temperature, and a reliable start can be performed.
【0086】一方、不凍液により内部から加湿すると同
時に、燃焼廃ガスにより燃料電池スタック1を外部から
加熱するため、熱伝導に要する時間が短くなり、システ
ム起動までの予熱時間を大幅に短縮することが可能とな
る。また、燃焼廃ガスは水蒸気を含んでいるために、凝
縮潜熱も有効に用いることができるため、同流量でも、
顕熱による熱交換に比べて大量の熱を運べることが可能
となる。On the other hand, since the fuel cell stack 1 is heated from the outside by the combustion waste gas while humidifying from the inside with the antifreeze, the time required for heat conduction is shortened, and the preheating time until the system is started can be greatly shortened. It becomes possible. Further, since the combustion waste gas contains water vapor, the latent heat of condensation can also be used effectively.
It is possible to carry a large amount of heat compared to heat exchange by sensible heat.
【0087】すなわち、より一層短時間で燃料電池スタ
ック1の予熱が可能になると共に、通常廃棄されていた
凝縮潜熱を有効に利用できるため、効率的な燃料ガスの
消費が可能となり、システムの効率を向上させることが
できる。That is, the fuel cell stack 1 can be preheated in a much shorter time, and the condensed latent heat that has been normally discarded can be effectively used, so that efficient fuel gas consumption can be achieved and the efficiency of the system can be improved. Can be improved.
【0088】(第3の実施の形態:請求項3に対応)図
3は、本実施の形態による固体高分子型燃料電池発電シ
ステムの系統構成例を示す模式図であり、図1と同一要
素には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。(Third Embodiment: Corresponding to Claim 3) FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a system configuration of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present embodiment, and the same elements as FIG. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different portions will be described here.
【0089】図3において、改質器25は、炭化水素系
の第1次燃料を改質させて水素を主成分とする燃料ガス
に変換し、前記燃料ガス供給経路6へ供給する。In FIG. 3, a reformer 25 reforms a primary hydrocarbon fuel to convert it into a fuel gas containing hydrogen as a main component, and supplies it to the fuel gas supply path 6.
【0090】改質器用水分供給手段26は、改質器25
での燃料の改質に必要な水分を供給するものであり、通
常、水タンクとポンプとから構成される。The water supply means 26 for the reformer is
For supplying the water necessary for reforming the fuel in the fuel tank, and usually comprises a water tank and a pump.
【0091】不凍液加熱手段11より排出された燃焼廃
ガスは、燃焼廃ガス供給経路27を通して改質器25へ
と供給され、改質器25を予熱する。The combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means 11 is supplied to the reformer 25 through the combustion waste gas supply path 27, and preheats the reformer 25.
【0092】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池発電システムの作用について説
明する。Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present embodiment configured as described above will be described.
【0093】図3において、システム起動時、不凍液加
熱手段11に供給された酸化剤ガスおよび燃料ガスは燃
焼器20内で燃焼し、その高温の燃焼ガスは熱交換器2
1で不凍液を加熱し、高温となった不凍液は不凍液循環
経路14を通って燃料電池スタック1へと導かれ、燃料
電池スタック1の内部を加熱する。In FIG. 3, when the system is started, the oxidizing gas and the fuel gas supplied to the antifreeze heating means 11 burn in the combustor 20, and the high-temperature combustion gas is supplied to the heat exchanger 2.
The antifreeze is heated at 1 and the high temperature antifreeze is guided to the fuel cell stack 1 through the antifreeze circulation path 14 to heat the inside of the fuel cell stack 1.
【0094】この時、システム起動時に、周囲温度が0
℃以下の低温になっていても、冷却媒体として不凍液を
用いているために、不凍液循環経路14が凍結する恐れ
がなく、燃料電池スタック1を確実に予熱することがで
きる。At this time, when the system is started, the ambient temperature becomes zero.
Even when the temperature is lower than or equal to ° C., since the antifreeze is used as the cooling medium, the antifreeze circulation path 14 does not freeze and the fuel cell stack 1 can be reliably preheated.
【0095】また、同時に、熱交換器21から排出され
た燃焼廃ガスは、まず改質器25を加熱した後に燃料電
池スタック1へと供給され、燃料電池スタック1の主構
成要素である固体高分子膜102、アノード電極10
3、カソード電極104、セパレータ105等を直接加
熱する。At the same time, the combustion waste gas discharged from the heat exchanger 21 is first supplied to the fuel cell stack 1 after heating the reformer 25, and the solid fuel, which is a main constituent element of the fuel cell stack 1, is heated. Molecular film 102, anode electrode 10
3. The cathode electrode 104, the separator 105 and the like are directly heated.
【0096】この燃焼廃ガスの温度は、改質器25を予
熱するのに十分な温度とすることは言うまでもないこと
である。また、この燃焼廃ガスには、燃焼反応に伴なう
水蒸気が含まれているため、燃料電池スタック1の内部
では、前述した第1の実施の形態と同様に、固体高分子
膜102を加熱すると同時に、この水蒸気が凝縮するこ
とにより、固体高分子膜102に適度な水分を与える。
さらに、水蒸気が凝縮する時に蒸発潜熱を開放するた
め、単に気体の顕熱だけで加熱するよりも、同流量でも
はるかに多量の熱を伝えることができる。It goes without saying that the temperature of the combustion waste gas is set to a temperature sufficient to preheat the reformer 25. Further, since the combustion waste gas contains water vapor accompanying the combustion reaction, the solid polymer membrane 102 is heated inside the fuel cell stack 1 in the same manner as in the first embodiment. At the same time, the water vapor is condensed to give the solid polymer film 102 an appropriate amount of water.
Furthermore, since the latent heat of vaporization is released when the water vapor condenses, much more heat can be transmitted at the same flow rate than when heating is performed using only the sensible heat of the gas.
【0097】なお、この燃焼廃ガスは、酸化剤ガス供給
経路5へ分配するようにしてもかまわない。The combustion waste gas may be distributed to the oxidizing gas supply path 5.
【0098】また、本実施の形態は、図3の構成に限定
されるものではなく、前述した第2の実施の形態と組み
合わせるようにしてもよいことは明らかである。It is apparent that the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 3, but may be combined with the above-described second embodiment.
【0099】上述したように、本実施の形態の固体高分
子型燃料電池発電システムでは、冷却媒体として不凍液
を用いているため、周囲環境温度が0℃以下となっても
凍結することがなく、燃焼器20を有する不凍液加熱手
段11によって加熱された不凍液が、不凍液循環経路1
4を通って燃料電池スタック1を加熱するため、低温時
でも燃料電池スタック1を予熱することができ、確実な
起動を行なうことが可能となる。As described above, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment, since the antifreeze is used as the cooling medium, it does not freeze even when the ambient environment temperature becomes 0 ° C. or less. The antifreeze heated by the antifreeze heating means 11 having the combustor 20 is supplied to the antifreeze circulation path 1.
Since the fuel cell stack 1 is heated through the fuel cell 4, the fuel cell stack 1 can be preheated even at a low temperature, and a reliable start can be performed.
【0100】一方、燃焼廃ガスにより、改質器25を予
熱した後に、燃料電池スタック1の内部を加熱、加湿す
るため、燃料電池スタック1の主構成要素である固体高
分子膜102、アノード電極103、カソード電極10
4、セパレータ105等を直接加熱することができ、シ
ステム起動までのシステム全体の予熱時間を大幅に短縮
することが可能となる。また、燃焼廃ガスに含まれる水
蒸気によって、固体高分子膜102に適度な水分を供給
できるため、余熱後の運転によりよい条件を与えること
が可能となる。On the other hand, after the reformer 25 has been preheated with the combustion waste gas, the inside of the fuel cell stack 1 is heated and humidified. 103, cathode electrode 10
4. It is possible to directly heat the separator 105 and the like, and it is possible to greatly reduce the preheating time of the entire system until the system is started. In addition, since a suitable amount of water can be supplied to the solid polymer film 102 by the water vapor contained in the combustion waste gas, it is possible to give better conditions for the operation after the residual heat.
【0101】すなわち、燃料電池スタック1の起動時間
のより一層の短縮と、固体高分子膜102の信頼性の向
上、耐久性の向上を図ることが可能となる。同時に、水
蒸気に含まれる潜熱を有効に用いることができるため、
システムのコンパクト化、エネルギ効率の向上にもつな
がる。That is, it is possible to further shorten the startup time of the fuel cell stack 1 and to improve the reliability and durability of the solid polymer film 102. At the same time, the latent heat contained in the steam can be used effectively,
This leads to a more compact system and improved energy efficiency.
【0102】以上により、より一層短時間で燃料電池ス
タック1の予熱が可能になると共に、通常廃棄されてい
た凝縮潜熱を有効に利用できるため、効率的な燃料ガス
の消費が可能となり、システムの効率を向上させること
ができる。As described above, the fuel cell stack 1 can be preheated in a much shorter time, and the condensed latent heat, which has been normally discarded, can be effectively used, so that the fuel gas can be efficiently consumed. Efficiency can be improved.
【0103】(第4の実施の形態:請求項6に対応)図
4は、本実施の形態による固体高分子型燃料電池発電シ
ステムにおける不凍液加熱手段の構成例を示す模式図で
ある。(Fourth Embodiment: Corresponding to Claim 6) FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration example of an antifreeze heating means in a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to this embodiment.
【0104】図4において、不凍液加熱手段30は、触
媒燃焼器31と、この触媒燃焼器31からの燃焼廃ガス
と不凍液との熱交換を行なう熱交換器32とから構成さ
れる。In FIG. 4, the antifreeze heating means 30 comprises a catalyst combustor 31 and a heat exchanger 32 for exchanging heat between the combustion waste gas from the catalyst combustor 31 and the antifreeze.
【0105】触媒燃焼器31としては、通常、コージェ
ライト等でできたセラミック製のハニカム担体に、活性
成分となる白金やパラディウム等の貴金属類が担持され
たものが用いられる。As the catalytic combustor 31, a ceramic combustor made of cordierite or the like, which carries a noble metal such as platinum or palladium as an active component, is usually used.
【0106】熱交換器32としては、不凍液流路36と
放熱フィン37とからなるフィンドチューブ型の熱交換
器が用いられるが、何等これに限定されるものではな
く、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いてもかま
わない。As the heat exchanger 32, a finned tube type heat exchanger including an antifreeze liquid passage 36 and a radiation fin 37 is used, but the present invention is not limited to this, and a shell and tube type heat exchanger is used. A vessel may be used.
【0107】燃料ガス供給経路33および酸化剤ガス供
給経路34は、それぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスであ
る空気を供給するものであり、予混合室35で予混合さ
れた後に、触媒燃焼器31へと供給されて燃焼する。The fuel gas supply path 33 and the oxidizing gas supply path 34 supply the fuel gas and the air as the oxidizing gas, respectively, and are premixed in the premixing chamber 35 before being supplied to the catalytic combustor 31. It is supplied and burns.
【0108】触媒燃焼器31からの燃焼廃ガスは、熱交
換器32で不凍液を加熱した後に、燃焼廃ガス排出口3
8より排出される。The combustion waste gas from the catalytic combustor 31 is heated by the heat exchanger 32 to heat the antifreeze and then discharged to the combustion waste gas outlet 3.
Emitted from 8.
【0109】なお、液体燃料の場合には、もちろん燃料
蒸発器、あるいは霧化器が必要であることは言うまでも
ない。In the case of liquid fuel, it goes without saying that a fuel evaporator or an atomizer is required.
【0110】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池発電システムにおける不凍液加
熱手段30の作用について説明する。Next, the operation of the antifreeze heating means 30 in the solid polymer fuel cell power generation system according to the present embodiment configured as described above will be described.
【0111】図4において、燃料ガスは酸化剤ガスと混
合し、触媒燃焼器31へ送られて触媒燃焼を行なう。こ
の触媒燃焼は、通常の火炎燃焼に比べて、NOxやCO
といった有害排出ガスの生成をより一層抑制することが
でき、クリーンな燃焼を行なうことができる。In FIG. 4, a fuel gas is mixed with an oxidizing gas and sent to a catalytic combustor 31 to perform catalytic combustion. This catalytic combustion has NOx and CO2 compared to normal flame combustion.
Such harmful exhaust gas generation can be further suppressed, and clean combustion can be performed.
【0112】特に、COは燃料電池スタック1のアノー
ドあるいはカソード触媒に用いられている白金触媒を被
毒させる可能性があるが、この触媒燃焼器31を用いる
と、その恐れがない。In particular, CO may poison the platinum catalyst used for the anode or cathode catalyst of the fuel cell stack 1, but using this catalytic combustor 31 does not pose such a risk.
【0113】また、触媒燃焼器31は、触媒自体が高温
に熱せられるため、触媒からの輻射熱が多く発生し、フ
ィンドチューブ型の熱交換器32において、燃焼ガスだ
けの対流による熱伝達に比べて、輻射熱を加えた熱伝達
が期待でき、より一層高い熱伝達率を得ることができ
る。Further, in the catalytic combustor 31, since the catalyst itself is heated to a high temperature, a large amount of radiant heat from the catalyst is generated. In addition, heat transfer with radiant heat can be expected, and a higher heat transfer coefficient can be obtained.
【0114】上述したように、本実施の形態の固体高分
子型燃料電池発電システムにおける不凍液加熱手段30
では、燃焼器に触媒燃焼器31を用いているため、燃焼
廃ガスをより一層クリーンにすることが可能となり、こ
の燃焼廃ガスを燃料電池スタック1の内部に供給して
も、COの電池触媒への悪影響を最小限に抑えることが
できるため、より一層信頼性の高い固体高分子型燃料電
池発電システムとすることが可能となる。As described above, the antifreeze heating means 30 in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment.
Since the catalyst combustor 31 is used for the combustor, the combustion waste gas can be further cleaned, and even if the combustion waste gas is supplied into the fuel cell stack 1, the CO Therefore, it is possible to provide a more reliable polymer electrolyte fuel cell power generation system.
【0115】さらに、触媒からの輻射熱を利用するよう
にしているため、触媒燃焼器31の燃焼廃ガスから熱交
換器32へより高い熱伝達率を得ることができるため、
伝熱面積を小さくすることができ、より一層コンパクト
なシステムを実現することが可能となる。Further, since the radiant heat from the catalyst is used, a higher heat transfer coefficient from the combustion waste gas of the catalytic combustor 31 to the heat exchanger 32 can be obtained.
The heat transfer area can be reduced, and a more compact system can be realized.
【0116】(第5の実施の形態:請求項7乃至請求項
10に対応)図5は、本実施の形態による固体高分子型
燃料電池発電システムの系統構成例を示す模式図であ
り、図1と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。(Fifth Embodiment: Corresponding to Claims 7 to 10) FIG. 5 is a schematic diagram showing a system configuration example of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to this embodiment. The same elements as in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described here.
【0117】すなわち、本実施の形態の固体高分子型燃
料電池発電システムでは、図5に示すように、前記図1
における酸化剤ガス供給手段2、燃料ガス供給手段3、
酸化剤ガスバルブ7、燃料ガスバルブ8、不凍液ポンプ
12、および不凍液バイパスバルブ16を省略し、これ
らに代えて、酸化剤ガス供給手段54、燃料ガス供給手
段55、不凍液ポンプ56、酸化剤ガスバルブ57、燃
料ガスバルブ58、および不凍液バイパスバルブ59を
設け、さらに制御ユニット51と、燃料電池スタック温
度検出手段52と、燃焼廃ガス温度検出手段53とを付
加した構成としている。That is, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of this embodiment, as shown in FIG.
Oxidant gas supply means 2, fuel gas supply means 3,
The oxidant gas valve 7, the fuel gas valve 8, the antifreeze pump 12, and the antifreeze bypass valve 16 are omitted, and the oxidant gas supply means 54, the fuel gas supply means 55, the antifreeze pump 56, the oxidant gas valve 57, the fuel A gas valve 58 and an antifreeze bypass valve 59 are provided, and a control unit 51, a fuel cell stack temperature detecting means 52, and a combustion waste gas temperature detecting means 53 are added.
【0118】なお、本実施の形態を、前述した改質器2
5を用いる第3の実施の形態に適用する場合において
も、制御系システムの構成はほぼ共通であり、燃焼廃ガ
スが改質器25の予熱に用いられる以外は構成上も同様
であるため、ここではそのシステム系統の図示は省略す
る。This embodiment is different from the reformer 2 described above.
5 is applied to the third embodiment, the configuration of the control system is almost the same, and the configuration is the same except that the combustion waste gas is used for preheating the reformer 25. Here, illustration of the system system is omitted.
【0119】燃料電池スタック温度検出手段52は、前
記燃料電池スタック1に設けられてその温度を検出す
る。The fuel cell stack temperature detecting means 52 is provided in the fuel cell stack 1 and detects the temperature.
【0120】燃焼廃ガス温度検出手段53は、前記不凍
液加熱手段11から排出される燃焼廃ガスの温度を検出
する。The combustion waste gas temperature detecting means 53 detects the temperature of the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means 11.
【0121】制御ユニット51は、燃料電池スタック温
度検出手段52により検出された燃料電池スタック1の
温度と、燃焼廃ガス温度検出手段53により検出された
燃焼廃ガスの温度とを入力とし、これらの温度に基づい
てシステムの運転状態を把握し、制御対象となる機器で
ある、酸化剤ガス供給手段54、燃料ガス供給手段5
5、不凍液ポンプ56、酸化剤ガスバルブ57、燃料ガ
スバルブ58、不凍液バイパスバルブ59を制御する。The control unit 51 receives the temperature of the fuel cell stack 1 detected by the fuel cell stack temperature detecting means 52 and the temperature of the combustion waste gas detected by the combustion waste gas temperature detecting means 53 as inputs. The operating state of the system is grasped based on the temperature, and the oxidizing gas supply means 54 and the fuel gas supply means 5 which are devices to be controlled are controlled.
5. Control the antifreeze pump 56, the oxidant gas valve 57, the fuel gas valve 58, and the antifreeze bypass valve 59.
【0122】すなわち、制御ユニット51は、システム
起動時に燃料電池スタック温度検出手段52により検出
された燃料電池スタック1の温度があらかじめ設定され
た所定の温度以下の場合に、不凍液加熱手段11を動作
させ、また燃料電池スタック温度検出手段52により検
出された燃料電池スタック1の温度があらかじめ設定さ
れた所定の温度を超えた場合に、不凍液加熱手段11を
停止させるように、上記制御対象となる機器を制御す
る。That is, when the temperature of the fuel cell stack 1 detected by the fuel cell stack temperature detecting means 52 at the time of starting the system is equal to or lower than a predetermined temperature, the control unit 51 operates the antifreeze heating means 11. Further, when the temperature of the fuel cell stack 1 detected by the fuel cell stack temperature detecting means 52 exceeds a predetermined temperature, the device to be controlled is stopped so that the antifreeze heating means 11 is stopped. Control.
【0123】また、制御ユニット51は、燃焼廃ガス温
度検出手段53により検出された燃焼廃ガスの温度が燃
料電池スタック1の構成材料の耐熱温度を超えないよう
に、不凍液加熱手段11の燃焼量、または不凍液の循環
量を制御するように、上記制御対象となる機器を制御す
る。Further, the control unit 51 controls the amount of combustion of the antifreeze heating means 11 so that the temperature of the combustion waste gas detected by the combustion waste gas temperature detection means 53 does not exceed the allowable temperature limit of the constituent materials of the fuel cell stack 1. Or the device to be controlled is controlled so as to control the circulation amount of the antifreeze.
【0124】さらに、制御ユニット51は、改質器25
を用いる第3の実施の形態に適用する場合、燃焼廃ガス
温度検出手段53により検出された燃焼廃ガスの温度が
改質器の構成材料の耐熱温度を超えないように、不凍液
加熱手段11の燃焼量、または不凍液の循環量を制御す
るように、上記制御対象となる機器を制御する。Further, the control unit 51 includes the reformer 25
When applied to the third embodiment using the method, the temperature of the combustion waste gas detected by the combustion waste gas temperature detecting means 53 does not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the reformer. The device to be controlled is controlled so as to control the amount of combustion or the amount of circulation of the antifreeze.
【0125】次に、以上のように構成した本実施の形態
の固体高分子型燃料電池発電システムの作用について、
図6および図7を用いて説明する。Next, the operation of the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment configured as described above will be described.
This will be described with reference to FIGS.
【0126】図6は図5に示したシステムの制御フロー
チャートを示す図であり、図7は改質器25を有するシ
ステムの場合の制御フローチャートを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a control flowchart of the system shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a diagram showing a control flowchart of a system having the reformer 25.
【0127】図5において、システムが起動された時、
燃料電池スタック温度検出手段52によって検出された
燃料電池スタック1の温度が、あらかじめ設定された所
定の温度T1以下の場合には、燃料電池スタック1を予
熱する制御モードへ移行する。Referring to FIG. 5, when the system is started,
When the temperature of the fuel cell stack 1 detected by the fuel cell stack temperature detecting means 52 is equal to or lower than a predetermined temperature T1, a transition is made to a control mode for preheating the fuel cell stack 1.
【0128】通常、この所定の温度T1としては、燃料
電池スタック1の動作温度に近い値が設定される。すな
わち、固体高分子型燃料電池発電システムでは、例えば
約70℃から80℃の値が設定される。Normally, a value close to the operating temperature of the fuel cell stack 1 is set as the predetermined temperature T1. That is, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system, for example, a value of about 70 ° C. to 80 ° C. is set.
【0129】もし、停止直後に起動指令が出された場合
には、燃料電池スタック1の温度は十分高く、すなわち
所定の温度T1よりも高い場合には、予熱する必要がな
いため、直ちに発電モードへと移行する。If a start command is issued immediately after the stop, the temperature of the fuel cell stack 1 is sufficiently high, that is, if it is higher than a predetermined temperature T1, it is not necessary to preheat the fuel cell stack 1; Move to.
【0130】また、燃料電池スタック1の温度が所定の
温度T1以下の場合には、不凍液バイパスバルブ59を
開として、バイパス側に不凍液を流せる状態にすると共
に、酸化剤ガスバルブ57および燃料ガスバルブ58を
閉として、不凍液加熱手段11へ酸化剤ガスおよび燃料
ガスを供給できる状態とする。When the temperature of the fuel cell stack 1 is equal to or lower than the predetermined temperature T1, the antifreeze bypass valve 59 is opened to allow the antifreeze to flow to the bypass side, and the oxidizing gas valve 57 and the fuel gas valve 58 are opened. When closed, the oxidizing gas and the fuel gas can be supplied to the antifreeze heating means 11.
【0131】その後、酸化剤ガス供給手段54、燃料ガ
ス供給手段55、さらに不凍液ポンプ56、さらには不
凍液加熱手段11の燃焼器20を動作させる。Thereafter, the oxidizing gas supply means 54, the fuel gas supply means 55, the antifreeze pump 56, and the combustor 20 of the antifreeze heating means 11 are operated.
【0132】次に、不凍液加熱手段11の燃焼量や不凍
液の循環量を調整しながら不凍液を加熱し、燃料電池ス
タック1を予熱するモードとなり、燃料電池スタック1
の温度があらかじめ設定された所定の温度T2を超える
まで、予熱モードが継続する。Next, the antifreeze is heated while adjusting the amount of combustion of the antifreeze heating means 11 and the amount of circulation of the antifreeze, and the fuel cell stack 1 is preheated.
Until the temperature exceeds a predetermined temperature T2 set in advance, the preheating mode is continued.
【0133】通常、この所定の温度T2としては、上記
所定の温度T1と同様に、燃料電池スタック1の動作温
度に近い値が採用される。すなわち、予熱モードの状態
が続いている間は、燃焼廃ガスの温度Tgを常に燃焼廃
ガス温度検出手段53で監視する。Normally, as the predetermined temperature T2, a value close to the operating temperature of the fuel cell stack 1 is employed as in the case of the predetermined temperature T1. That is, while the state of the preheating mode continues, the temperature Tg of the combustion waste gas is constantly monitored by the combustion waste gas temperature detecting means 53.
【0134】もし、燃焼廃ガスの温度Tgがあらかじめ
設定された燃料電池スタック1の構成材料の耐熱温度T
3よりも高くなったら、直ちに動作条件を変更して、燃
焼廃ガスの温度Tgが耐熱温度T3よりも低い温度とな
るように制御する。If the temperature Tg of the combustion waste gas is set in advance, the heat-resistant temperature T of the constituent material of the fuel cell stack 1 is set.
When the temperature becomes higher than 3, the operating condition is immediately changed to control the temperature Tg of the combustion waste gas to be lower than the allowable temperature T3.
【0135】通常、この耐熱温度は、燃料電池スタック
1の要素部品の中で固体高分子膜102が一番低く、例
えば120℃以下に設定される。Normally, the heat resistant temperature of the solid polymer film 102 is the lowest among the component parts of the fuel cell stack 1, and is set to, for example, 120 ° C. or less.
【0136】燃料電池スタック1の温度が所定の温度T
2を超えると、予熱が完了し、不凍液加熱手段11の燃
焼器20を停止した後に、酸化剤ガスバルブ57、燃料
ガスバルブ58を発電時のモードへと変更して、発電を
開始することになる。When the temperature of the fuel cell stack 1 reaches a predetermined temperature T
If it exceeds 2, the preheating is completed, the combustor 20 of the antifreeze heating means 11 is stopped, and then the oxidizing gas valve 57 and the fuel gas valve 58 are changed to the mode at the time of power generation to start power generation.
【0137】一方、改質器25を予熱するシステムの場
合には、この燃焼廃ガスの温度は高く設定され、改質器
25の構成材料の耐熱温度も高く設定される。On the other hand, in the case of a system in which the reformer 25 is preheated, the temperature of the combustion waste gas is set high, and the heat-resistant temperature of the constituent materials of the reformer 25 is also set high.
【0138】ただし、燃料電池スタック1に関する耐熱
温度等は同じであり、制御フローは図7に示すように、
図6とほぼ同様となる。However, the heat resistance temperature and the like of the fuel cell stack 1 are the same, and the control flow is as shown in FIG.
It is almost the same as FIG.
【0139】上述したように、本実施の形態の固体高分
子型燃料電池発電システムでは、燃料電池スタック1の
温度があらかじめ設定された温度以下の時に、不凍液加
熱手段11を動作させるようにしているため、燃料ガス
を有効に使用することができ、より一層効率のよい予熱
を行なうことが可能となる。As described above, in the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present embodiment, the antifreeze heating means 11 is operated when the temperature of the fuel cell stack 1 is lower than a preset temperature. Therefore, the fuel gas can be used effectively, and preheating can be performed more efficiently.
【0140】また、燃料電池スタック1の温度があらか
じめ設定された温度を超えた時に不凍液加熱手段11を
停止させるようにしているため、燃料ガスを有効に使用
することができると共に、燃料電池スタック1の過熱を
防止することができ、より一層効率的で安全なシステム
とすることが可能となる。Further, since the antifreeze heating means 11 is stopped when the temperature of the fuel cell stack 1 exceeds a preset temperature, the fuel gas can be used effectively and the fuel cell stack 1 can be used effectively. Can be prevented from overheating, and a more efficient and safe system can be provided.
【0141】さらに、不凍液加熱手段11の燃焼廃ガス
の温度が燃料電池スタック1の構成材料の耐熱温度を超
えないように、不凍液加熱手段11の燃焼量、または不
凍液の循環量を制御しているため、燃料電池スタック1
の加熱を防止して、より一層安全で信頼性の高いシステ
ムとすることが可能となる。Further, the amount of combustion of the antifreeze heating means 11 or the amount of circulation of the antifreeze is controlled so that the temperature of the combustion waste gas of the antifreeze heating means 11 does not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the fuel cell stack 1. Fuel cell stack 1
This prevents the heating of the system, thereby making it possible to provide a safer and more reliable system.
【0142】さらにまた、改質器25を予熱するシステ
ムの場合には、不凍液加熱手段11の燃焼廃ガスの温度
が改質器25の構成材料の耐熱温度を超えないように、
不凍液加熱手段11の燃焼量、または不凍液の循環量を
制御しているため、燃料電池スタック1の加熱を防止し
て、より一層安全で信頼性の高いシステムとすることが
可能となる。Further, in the case of a system for preheating the reformer 25, the temperature of the combustion waste gas of the antifreeze heating means 11 should not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the reformer 25.
Since the amount of combustion of the antifreeze heating means 11 or the amount of circulation of the antifreeze is controlled, heating of the fuel cell stack 1 can be prevented, and a more secure and reliable system can be provided.
【0143】以上により、各制御対象機器(酸化剤ガス
供給手段54、燃料ガス供給手段55、不凍液ポンプ5
6、酸化剤ガスバルブ57、燃料ガスバルブ58、不凍
液バイパスバルブ59)を適切に制御するようにしてい
るため、過熱等の危険がない安全でかつ信頼性の高いシ
ステムとすることができると共に、燃料ガスを有効に用
いることができるため、より一層エネルギー効率の高い
システムとすることができる。As described above, each control target device (oxidizing gas supply means 54, fuel gas supply means 55, antifreeze pump 5
6. Since the oxidizing gas valve 57, the fuel gas valve 58, and the antifreeze bypass valve 59) are appropriately controlled, it is possible to provide a safe and highly reliable system without danger of overheating and the like, Can be used effectively, so that a more energy-efficient system can be obtained.
【0144】[0144]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体高分
子型燃料電池発電システムによれば、燃料電池スタック
の冷却媒体として不凍液を用いるようにしているので、
周囲環境温度が0℃以下となっても凍結することがな
く、燃焼器を有する不凍液加熱手段によって加熱された
不凍液が、不凍液循環経路を通って燃料電池スタックを
加熱するため、低温時でも燃料電池スタックを予熱する
ことができ、確実に起動を行なうことが可能となる。As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell power generation system of the present invention, antifreeze is used as a cooling medium for the fuel cell stack.
Even if the ambient temperature becomes 0 ° C. or lower, the fuel cell stack does not freeze, and the antifreeze heated by the antifreeze heating means having the combustor heats the fuel cell stack through the antifreeze circulation path. The stack can be preheated, and the start can be reliably performed.
【0145】また、不凍液加熱手段の燃焼廃ガスを有効
に用いて燃料電池スタックを加熱したり、また改質器を
加熱するようにしているので、燃料電池スタックの起動
時間の一層の短縮化を図ると共に、燃焼廃ガスに含まれ
る水蒸気を用いるようにしているので、固体高分子膜の
信頼性の向上、耐久性の向上を図ることが可能となる。Further, since the fuel cell stack is heated or the reformer is heated by effectively using the combustion waste gas of the antifreeze heating means, the startup time of the fuel cell stack can be further reduced. At the same time, since the steam contained in the combustion waste gas is used, it is possible to improve the reliability and durability of the solid polymer membrane.
【0146】さらに、水蒸気に含まれる潜熱を有効に用
いることができるため、システムのコンパクト化、エネ
ルギー効率の向上を図ることが可能となる。Further, since the latent heat contained in the steam can be effectively used, the system can be made compact and the energy efficiency can be improved.
【0147】以上により、周囲環境温度が0℃以下の低
温になっても、短時間で安全にかつ高効率でしかもコン
パクトな構造で起動することができる。As described above, even if the temperature of the surrounding environment is reduced to 0 ° C. or less, it is possible to start up safely, efficiently, and with a compact structure in a short time.
【図1】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムの第1の実施の形態を示す模式図。FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention.
【図2】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムの第2の実施の形態を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention.
【図3】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムの第3の実施の形態を示す模式図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a third embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention.
【図4】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムの第4の実施の形態を示す不凍液加熱手段の縦断面
図。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an antifreeze heating means showing a fourth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention.
【図5】本発明による固体高分子型燃料電池発電システ
ムの第5の実施の形態を示す模式図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the present invention.
【図6】同第5の実施の形態の固体高分子型燃料電池発
電システムの制御フローチャートを示す図。FIG. 6 is a diagram showing a control flowchart of a polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fifth embodiment.
【図7】同第5の実施の形態の固体高分子型燃料電池発
電システムで、改質器を有する場合の制御フローチャー
トを示す図。FIG. 7 is a view showing a control flowchart in the case where a reformer is provided in the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the fifth embodiment.
【図8】従来の固体高分子型燃料電池の基本構成(単電
池構成)を示す断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a basic configuration (unit cell configuration) of a conventional polymer electrolyte fuel cell.
1…燃料電池スタック、 2…酸化剤ガス供給手段、 3…燃料ガス供給手段、 5…酸化剤ガス供給経路、 6…燃料ガス供給経路、 7…酸化剤ガスバルブ、 8…燃料ガスバルブ、 9…酸化剤ガス排出経路、 10…燃料ガス排出経路、 11…不凍液加熱手段、 12…不凍液ポンプ、 13…不凍液ラジエータ、 14…不凍液循環経路、 15…不凍液バイパスライン、 16…不凍液バイパスバルブ、 17…不凍液加熱手段11への燃料ガス供給経路、 18…不凍液加熱手段11への酸化剤ガス供給経路、 19…燃焼廃ガス供給経路、 20…燃焼器、 21…熱交換器、 22…燃焼廃ガス流通経路、 23…燃焼廃ガス供給経路、 24…燃焼廃ガス排出経路、 25…改質器、 26…改質器用水供給手段、 27…燃焼廃ガス供給経路、 30…不凍液加熱手段、 31…触媒燃焼器、 32…不凍液熱交換器、 33…燃料ガス供給経路、 34…酸化剤ガス供給経路、 35…予混合室、 36…不凍液流路、 37…放熱フィン、 38…燃焼廃ガス排出口、 51…制御ユニット燃料電池スタック温度検出手段、 52…燃料電池スタック温度検出手段、 53…燃焼廃ガス温度検出手段、 54…酸化剤ガス供給手段、 55…燃料ガス供給手段、 56…不凍液ポンプ、 57…酸化剤ガスバルブ、 58…燃料ガスバルブ、 59…不凍液バイパスバルブ、 101…単電池、 102…固体高分子膜、 103…アノード電極、 103(a) …アノード触媒層、 103(b) …アノード多孔質カーボン平板、 103(c) …燃料供給溝、 104…カソード電極、 104(a) …カソード触媒層、 104(b) …カソード多孔質カーボン平板、 104(c) …酸化剤供給溝、 105… ガス供給溝付きセパレータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack, 2 ... Oxidizing gas supply means, 3 ... Fuel gas supply means, 5 ... Oxidizing gas supply path, 6 ... Fuel gas supply path, 7 ... Oxidizing gas valve, 8 ... Fuel gas valve, 9 ... Oxidation Agent gas discharge path, 10: fuel gas discharge path, 11: antifreeze heating means, 12: antifreeze pump, 13: antifreeze radiator, 14: antifreeze circulation path, 15: antifreeze bypass line, 16: antifreeze bypass valve, 17: antifreeze heating A fuel gas supply path to the means 11, 18 an oxidant gas supply path to the antifreeze heating means 11, 19 a combustion waste gas supply path, 20 a combustor, 21 a heat exchanger, 22 a combustion waste gas distribution path, 23: combustion waste gas supply path, 24: combustion waste gas discharge path, 25: reformer, 26: water supply means for the reformer, 27: combustion waste gas supply path, 30 ... Freezing liquid heating means, 31: catalytic combustor, 32: antifreeze heat exchanger, 33: fuel gas supply path, 34: oxidizing gas supply path, 35: premixing chamber, 36: antifreeze liquid flow path, 37: radiation fin, 38: combustion waste gas discharge port, 51: control unit fuel cell stack temperature detection means, 52: fuel cell stack temperature detection means, 53: combustion waste gas temperature detection means, 54: oxidizing gas supply means, 55: fuel gas supply Means 56 Antifreeze pump 57 Antioxidant gas valve 58 Fuel gas valve 59 Antifreeze bypass valve 101 Single cell 102 Solid polymer membrane 103 Anode electrode 103 (a) Anode catalyst layer 103 (b): anode porous carbon flat plate, 103 (c): fuel supply groove, 104: cathode electrode, 104 (a): cathode catalyst layer, 104 (b): gas Over de porous carbon flat, 104 (c) ... oxidant supply groove, 105 ... Gas supply grooved separators.
フロントページの続き (72)発明者 霜鳥 宗一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 大間 敦史 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 宗内 篤夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 堀 美知郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5H026 AA06 CC03 HH08 5H027 AA06 BA01 BA13 BA14 CC06 KK41 KK46 MM01 MM16 Continuing from the front page (72) Inventor, Soichiro Shimotori 1 Toshiba-cho, Komukai-shi, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center Co., Ltd. Inside Toshiba Research & Development Center Co., Ltd. (72) Inventor Atsushi Muneuchi No. 1, Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Research & Development Center Co., Ltd. (72) Michiro Hori, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture No. 1 Komukai Toshiba Town F-term in Toshiba R & D Center (reference) 5H026 AA06 CC03 HH08 5H027 AA06 BA01 BA13 BA14 CC06 KK41 KK46 MM01 MM16
Claims (10)
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子膜を挟持させ
てなり、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応に
より発電を行ない電気的出力を発生する単電池を、前記
燃料極および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するための溝を有するガス不透過性のセパレータ、お
よび冷却媒体である不凍液が流通する冷却板を介して複
数積層して成る固体高分子型燃料電池スタックを備えて
構成される固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、 前記不凍液が流通する冷却系路の途中に設けられ、燃焼
器によって燃料ガスを酸化剤ガスと共に燃焼させてその
反応熱で前記不凍液を加熱する不凍液加熱手段と、 前記不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスを、前記
固体高分子型燃料電池スタックの燃料ガス供給経路また
は酸化剤ガス供給経路の少なくとも一方に供給する燃焼
廃ガス供給手段と、 を備えて成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池発
電システム。A solid polymer film is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and power is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. A cell that generates an electrical output, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling plate through which an antifreeze as a cooling medium flows In a polymer electrolyte fuel cell power generation system configured to include a polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating a plurality of fuel cells, a fuel gas is provided in the middle of a cooling system path through which the antifreeze flows, and a fuel gas is supplied by a combustor. With an oxidizing gas to heat the antifreeze with the reaction heat, and burning waste gas discharged from the antifreeze heating means with the solid polymer fuel cell. Polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized in that it comprises an, a combustion waste gas supply means for supplying at least one of the fuel gas supply passage or the oxidant gas supply path of the stack.
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子膜を挟持させ
てなり、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応に
より発電を行ない電気的出力を発生する単電池を、前記
燃料極および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するための溝を有するガス不透過性のセパレータ、お
よび冷却媒体である不凍液が流通する冷却板を介して複
数積層して成る固体高分子型燃料電池スタックを備えて
構成される固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、 前記不凍液が流通する冷却系路の途中に設けられ、燃焼
器によって燃料ガスを酸化剤ガスと共に燃焼させてその
反応熱で前記不凍液を加熱する不凍液加熱手段と、 前記不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスを、前記
固体高分子型燃料電池スタックの周囲に沿って流すよう
に設けられた燃焼廃ガス流通手段と、 を備えて成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池発
電システム。2. A solid polymer film is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes composed of a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and power is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. A cell that generates an electrical output, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling plate through which an antifreeze as a cooling medium flows In a polymer electrolyte fuel cell power generation system configured to include a polymer electrolyte fuel cell stack formed by laminating a plurality of fuel cells, a fuel gas is provided in the middle of a cooling system path through which the antifreeze flows, and a fuel gas is supplied by a combustor. With an oxidizing gas to heat the antifreeze with the reaction heat, and burning waste gas discharged from the antifreeze heating means with the solid polymer fuel cell. Polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized in that it comprises an, and combustion exhaust gas flow means arranged to flow along the periphery of the stack.
ス拡散電極間に触媒層を介して固体高分子膜を挟持させ
てなり、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学的反応に
より発電を行ない電気的出力を発生する単電池を、前記
燃料極および酸化剤極に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供
給するための溝を有するガス不透過性のセパレータ、お
よび冷却媒体である不凍液が流通する冷却板を介して複
数積層して成る固体高分子型燃料電池スタックと、燃料
を改質させて前記固体高分子型燃料電池スタックの燃料
極へ燃料ガスを供給する改質器とを備えて構成される固
体高分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記不凍液が流通する冷却系路の途中に設けられ、燃焼
器によって前記改質器による改質前の燃料を酸化剤ガス
と共に燃焼させてその反応熱で前記不凍液を加熱する不
凍液加熱手段と、 前記不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスを、前記
改質器のガス流通経路に供給する燃焼廃ガス供給手段
と、 を備えて成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池発
電システム。3. A solid polymer film is sandwiched between a pair of gas diffusion electrodes comprising a fuel electrode and an oxidant electrode via a catalyst layer, and power is generated by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas. A cell that generates an electrical output, a gas-impermeable separator having a groove for supplying a fuel gas and an oxidant gas to the fuel electrode and the oxidant electrode, and a cooling plate through which an antifreeze as a cooling medium flows And a reformer for reforming the fuel and supplying a fuel gas to a fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell stack. In the solid polymer type fuel cell power generation system, the fuel before the reforming by the reformer is burned together with the oxidizing gas by a combustor, provided in the middle of the cooling system path through which the antifreeze flows, and the reaction heat Antifreeze heating means for heating the antifreeze, and combustion waste gas supply means for supplying combustion waste gas discharged from the antifreeze heating means to a gas flow path of the reformer. Solid polymer fuel cell power generation system.
体高分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記不凍液加熱手段の燃料ガスとしては、前記固体高分
子型燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供
給手段から供給するようにしたことを特徴とする固体高
分子型燃料電池発電システム。4. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a fuel gas is supplied to the polymer electrolyte fuel cell stack as a fuel gas of the antifreeze heating means. A polymer electrolyte fuel cell power generation system, wherein the fuel gas is supplied from fuel gas supply means.
項に記載の固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、 前記不凍液加熱手段の酸化剤ガスとしては、前記固体高
分子型燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤
ガス供給手段から供給するようにしたことを特徴とする
固体高分子型燃料電池発電システム。5. The method according to claim 1, wherein
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the item, the oxidizing gas for the antifreeze heating means is supplied from an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the polymer electrolyte fuel cell stack. A polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized in that:
電池発電システムにおいて、 前記不凍液加熱手段の燃焼器として触媒燃焼器を用い、 前記触媒燃焼器からの燃焼廃ガスと前記不凍液との熱交
換を行なう熱交換器を付加して成ることを特徴とする固
体高分子型燃料電池発電システム。6. The solid polymer fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a catalyst combustor is used as a combustor of the antifreeze heating means, and a combustion waste gas from the catalyst combustor and the antifreeze are mixed with each other. A polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized by adding a heat exchanger for performing heat exchange.
項に記載の固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、 前記固体高分子型燃料電池スタックの温度を検出する温
度検出手段と、 システム起動時に前記温度検出手段により検出された固
体高分子型燃料電池スタックの温度があらかじめ設定さ
れた温度以下の場合に、前記不凍液加熱手段を動作させ
る制御手段と、 を付加して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池
発電システム。7. The method according to claim 1, wherein
The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a temperature detection means for detecting a temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack, and a polymer electrolyte fuel cell stack detected by the temperature detection means at system startup And a control means for operating the antifreeze liquid heating means when the temperature is equal to or lower than a preset temperature.
項に記載の固体高分子型燃料電池発電システムにおい
て、 前記固体高分子型燃料電池スタック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り検出された固体高分子型燃料電
池スタックの温度があらかじめ設定された温度を超えた
場合に、前記不凍液加熱手段を停止させる制御手段と、 を付加して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池
発電システム。8. The method according to claim 1, wherein
In the polymer electrolyte fuel cell power generation system according to the item, a temperature detection means for detecting the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack, and the temperature of the polymer electrolyte fuel cell stack detected by the temperature detection means And a control means for stopping the antifreeze heating means when the temperature exceeds a preset temperature, and a polymer electrolyte fuel cell power generation system.
体高分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスの温度を
検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により検出された燃焼廃ガスの温度が
前記固体高分子型燃料電池スタックの構成材料の耐熱温
度を超えないように、前記不凍液加熱手段の燃焼量、ま
たは前記不凍液の循環量を制御する制御手段と、 を付加して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池
発電システム。9. The solid polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a temperature of said combustion waste gas discharged from said antifreeze heating means is detected, and said temperature detection is performed. Control means for controlling the amount of combustion of the antifreeze heating means or the amount of circulation of the antifreeze so that the temperature of the combustion waste gas detected by the means does not exceed the allowable temperature limit of the constituent materials of the polymer electrolyte fuel cell stack And a polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized by adding:
固体高分子型燃料電池発電システムにおいて、 前記不凍液加熱手段から排出される燃焼廃ガスの温度を
検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により検出された燃焼廃ガスの温度が
前記改質器の構成材料の耐熱温度を超えないように、前
記不凍液加熱手段の燃焼量、または前記不凍液の循環量
を制御する制御手段と、 を付加して成ることを特徴とする固体高分子型燃料電池
発電システム。10. The polymer electrolyte fuel cell power generation system according to claim 1, wherein a temperature of the combustion waste gas discharged from the antifreeze heating unit is detected, and the temperature is detected. Control means for controlling the amount of combustion of the antifreeze heating means or the amount of circulation of the antifreeze so that the temperature of the combustion waste gas detected by the means does not exceed the heat resistant temperature of the constituent material of the reformer. A polymer electrolyte fuel cell power generation system characterized by comprising:
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---|---|---|---|
JP10335965A JP2000164233A (en) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | Power generating system for solid high molecular fuel cell |
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---|---|---|---|
JP10335965A JP2000164233A (en) | 1998-11-26 | 1998-11-26 | Power generating system for solid high molecular fuel cell |
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---|---|
JP (1) | JP2000164233A (en) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000294263A (en) * | 1999-04-08 | 2000-10-20 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and heating method for fuel cell |
JP2001118593A (en) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2001155753A (en) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2002246054A (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2004103367A (en) * | 2002-09-09 | 2004-04-02 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2005514746A (en) * | 2001-12-26 | 2005-05-19 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | Free water reduction fuel cell power equipment |
JP2006004806A (en) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2006185657A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toyota Motor Corp | Warming-up device of fuel cell stack |
JP2007026903A (en) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2007157468A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2007280925A (en) * | 2006-03-15 | 2007-10-25 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and drive method thereof |
US7303831B2 (en) | 1998-09-22 | 2007-12-04 | Ballard Powers Systems Inc. | Antifreeze cooling subsystem |
KR100813275B1 (en) | 2007-01-23 | 2008-03-13 | 삼성전자주식회사 | Fuel cell system and managing method thereof |
US7537850B2 (en) | 2002-08-27 | 2009-05-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell device and related control method |
JP2011151043A (en) * | 1999-09-27 | 2011-08-04 | Bdf Ip Holdings Ltd | Method for improving cold starting capability of electrochemical fuel cell |
JP2012023054A (en) * | 2011-09-29 | 2012-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2013157134A (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Nissan Motor Co Ltd | Solid oxide fuel cell system |
-
1998
- 1998-11-26 JP JP10335965A patent/JP2000164233A/en not_active Withdrawn
Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7303831B2 (en) | 1998-09-22 | 2007-12-04 | Ballard Powers Systems Inc. | Antifreeze cooling subsystem |
JP2000294263A (en) * | 1999-04-08 | 2000-10-20 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system and heating method for fuel cell |
JP2001118593A (en) * | 1999-08-06 | 2001-04-27 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2011151043A (en) * | 1999-09-27 | 2011-08-04 | Bdf Ip Holdings Ltd | Method for improving cold starting capability of electrochemical fuel cell |
JP2001155753A (en) * | 1999-11-24 | 2001-06-08 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP4534281B2 (en) * | 1999-11-24 | 2010-09-01 | 株式会社デンソー | Fuel cell system |
JP2002246054A (en) * | 2001-02-13 | 2002-08-30 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP2005514746A (en) * | 2001-12-26 | 2005-05-19 | ユーティーシー フューエル セルズ,エルエルシー | Free water reduction fuel cell power equipment |
US7537850B2 (en) | 2002-08-27 | 2009-05-26 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell device and related control method |
JP2004103367A (en) * | 2002-09-09 | 2004-04-02 | Denso Corp | Fuel cell system |
JP4656286B2 (en) * | 2004-06-18 | 2011-03-23 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell system |
JP2006004806A (en) * | 2004-06-18 | 2006-01-05 | Toyota Motor Corp | Fuel cell system |
JP2006185657A (en) * | 2004-12-27 | 2006-07-13 | Toyota Motor Corp | Warming-up device of fuel cell stack |
JP2007026903A (en) * | 2005-07-15 | 2007-02-01 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2007157468A (en) * | 2005-12-05 | 2007-06-21 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
US7998633B2 (en) | 2005-12-05 | 2011-08-16 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
JP2007280925A (en) * | 2006-03-15 | 2007-10-25 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system and drive method thereof |
KR100813275B1 (en) | 2007-01-23 | 2008-03-13 | 삼성전자주식회사 | Fuel cell system and managing method thereof |
US8512904B2 (en) | 2007-01-23 | 2013-08-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fuel cell system for promptly increasing temperature of fuel cell stack during start up operation of the fuel cell system and method of managing the fuel cell system |
JP2012023054A (en) * | 2011-09-29 | 2012-02-02 | Nissan Motor Co Ltd | Fuel cell system |
JP2013157134A (en) * | 2012-01-27 | 2013-08-15 | Nissan Motor Co Ltd | Solid oxide fuel cell system |
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