JP2001210341A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2001210341A
JP2001210341A JP2000015797A JP2000015797A JP2001210341A JP 2001210341 A JP2001210341 A JP 2001210341A JP 2000015797 A JP2000015797 A JP 2000015797A JP 2000015797 A JP2000015797 A JP 2000015797A JP 2001210341 A JP2001210341 A JP 2001210341A
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JP
Japan
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fuel cell
gas
cell stack
flow
cell system
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Application number
JP2000015797A
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Japanese (ja)
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Katsunori Aoki
克徳 青木
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system which can evade troubles caused by flooding without letting efficiency of the fuel cell system deteriorate. SOLUTION: When the cell voltage of the fuel cell stack 1 becomes less than the alarm threshold value, a current of gas supplied to the fuel cell stack 1 is reversed, and the gas is introduced from a gas exit part 7, and is drained from a gas inlet 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
に関し、燃料電池の発電性能を回復することができる燃
料電池システムに関する。
The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of restoring the power generation performance of a fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の環境問題、特に自動車の排気ガス
による大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題に
対して、クリーンな排気と高いエネルギー効率を可能と
する燃料電池技術が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, attention has been paid to a fuel cell technology capable of achieving clean exhaust and high energy efficiency with respect to environmental problems, particularly, air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming caused by carbon dioxide. .

【0003】燃料電池は、燃料となる水素又は水素を豊
富に含む改質ガスと空気とを高分子膜と電極触媒の複合
体に供給して電気化学反応を起こさせ、化学エネルギー
を電気エネルギーに変換するエネルギー変換システムで
ある。その中でも特に高い出力密度を有する固体高分子
電解質型燃料電池が、自動車などの移動体用の電源とし
て注目されている。
A fuel cell supplies hydrogen, which is a fuel, or a reformed gas rich in hydrogen, and air to a composite of a polymer membrane and an electrode catalyst to cause an electrochemical reaction to convert chemical energy into electric energy. It is an energy conversion system that converts. Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell having a particularly high output density has attracted attention as a power source for a mobile body such as an automobile.

【0004】この固体高分子電解質型燃料電池において
は、高分子膜の乾燥を防ぐために水蒸気で加湿されたガ
スを供給して運転しており、負荷量に見合うガス流量が
供給されていない場合や、燃料電池スタック(以下単に
「スタック」ともいう)の運転温度よりも供給される加
湿ガスの温度の方が高い場合には、スタック内部で水の
凝縮(以下「フラッディング」という)が起こることが
知られている。
This solid polymer electrolyte fuel cell is operated by supplying a gas humidified with water vapor in order to prevent drying of the polymer membrane, and when the gas flow rate corresponding to the load is not supplied, If the temperature of the supplied humidified gas is higher than the operating temperature of the fuel cell stack (hereinafter simply referred to as “stack”), water condensation (hereinafter, “flooding”) may occur inside the stack. Are known.

【0005】このフラッディングが起こると、凝縮した
水がガス流路内に溜まって高分子膜に付着し、高分子膜
上の電極触媒に供給されるべき反応ガスの空気や水素
(改質ガス)が十分に供給されなくなるため、燃料電池
スタックに発電不良が生じて、燃料電池の性能が低下
し、燃料電池が損傷を受けるといった問題があった。
When this flooding occurs, condensed water accumulates in the gas flow path and adheres to the polymer film, and the reaction gas air or hydrogen (reformed gas) to be supplied to the electrode catalyst on the polymer film. Is insufficiently supplied, so that a power generation failure occurs in the fuel cell stack, which degrades the performance of the fuel cell and damages the fuel cell.

【0006】この問題を解決するため、従来の燃料電池
システムとしては、例えば特開平6−223859号公
報に開示されている技術が知られている。これは、燃料
電池スタックに発電不良が生じたとき、スタックに供給
するガスの流量を増加させて、ガス流路内に溜まってい
る水を吹き飛ばすことで、フラッディングに起因するト
ラブルの防止を図るものである。
[0006] In order to solve this problem, as a conventional fuel cell system, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-223859 is known. This is to prevent problems caused by flooding by increasing the flow rate of gas supplied to the fuel cell stack and blowing off water accumulated in the gas flow path when power generation failure occurs in the fuel cell stack. It is.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の燃料電池システムにあっては、ガスの流量を
増加させるため、車両用の燃料電池システムを考えた場
合、例えば、空気のガス流量を増加させようとすると空
気圧縮機の消費電力が増大し、一方、燃料の水素のガス
流量を増加させようとするとその分の水素は無駄に燃や
されてしまい、燃料電池システムの効率が低下するとい
った問題があった。
However, in such a conventional fuel cell system, when a fuel cell system for a vehicle is considered in order to increase the gas flow rate, for example, the gas flow rate of air is reduced. Attempting to increase the power consumption of the air compressor increases, while at the same time, increasing the gas flow rate of hydrogen as fuel results in wasted combustion of the hydrogen, which lowers the efficiency of the fuel cell system. There was a problem.

【0008】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、燃料電池システムの効率を低下させ
ることなく、フラッディングに起因するトラブルを回避
して、燃料電池の性能を回復させ、燃料電池が損傷を受
けないように保護することができる燃料電池システムを
提供することにある。
[0008] The present invention has been made in view of the above,
The purpose of the fuel cell is to reduce the efficiency of the fuel cell system, avoid troubles caused by flooding, restore the performance of the fuel cell, and protect the fuel cell from damage. It is to provide a system.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記課題を解決するため、供給される所定のガスを反応
させて発電する燃料電池スタックを備えた燃料電池シス
テムにおいて、前記燃料電池スタックに供給するガスの
流れを反転させて、ガス出口部からガスを導入し、ガス
入口部からガスを排出するガス流れ反転機構と、前記燃
料電池スタックに供給するガスの流れを一時的に反転さ
せるように前記ガス流れ反転機構を制御する制御手段と
を有することを要旨とする。
According to the first aspect of the present invention,
In order to solve the above-mentioned problem, in a fuel cell system including a fuel cell stack that generates power by reacting a supplied predetermined gas, a flow of a gas supplied to the fuel cell stack is reversed, and a gas is supplied from a gas outlet portion. And a control means for controlling the gas flow reversing mechanism so as to temporarily reverse the flow of gas supplied to the fuel cell stack. Is the gist.

【0010】請求項2記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記燃料電池スタックの出力を測定する測定手
段を有し、前記制御手段は、前記燃料電池スタックの出
力が設定値以下になったときに、前記燃料電池スタック
に供給するガスの流れを反転させることを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, there is provided a measuring means for measuring an output of the fuel cell stack, and the control means controls the output of the fuel cell stack to be equal to or less than a set value. In this case, the flow of the gas supplied to the fuel cell stack is reversed.

【0011】請求項3記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記制御手段は、一定時間ごとに前記燃料電池
スタックに供給するガスの流れを反転させることを要旨
とする。
According to a third aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the control means reverses the flow of gas supplied to the fuel cell stack at regular intervals.

【0012】請求項4記載の発明は、上記課題を解決す
るため、流れを反転させる前記ガスは、空気であること
を要旨とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in order to solve the above problem, the gas for reversing the flow is air.

【0013】[0013]

【発明の効果】請求項1記載の本発明によれば、燃料電
池スタックに供給するガスの流れを一時的に反転させ
て、ガス出口部からガスを導入し、ガス入口部からガス
を排出することで、燃料電池スタック内部のフラッディ
ングを緩和することができ、燃料電池システムの効率を
低下させることなく、フラッディングに起因するトラブ
ルを回避して、燃料電池の性能を回復させ、燃料電池が
損傷を受けないように保護することができる。
According to the present invention, the flow of gas supplied to the fuel cell stack is temporarily reversed, gas is introduced from the gas outlet, and gas is discharged from the gas inlet. By doing so, flooding inside the fuel cell stack can be mitigated, troubles caused by flooding can be avoided, the performance of the fuel cell can be restored, and the fuel cell can be damaged without lowering the efficiency of the fuel cell system. Can be protected from receiving.

【0014】また、請求項2記載の本発明によれば、燃
料電池スタックの出力が設定値以下になったときに、燃
料電池スタックに供給するガスの流れを反転させること
で、フラッディングが起きていることを検知してからガ
スの流れを反転させることができ、フラッディングの緩
和を効果的に行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, when the output of the fuel cell stack becomes equal to or less than the set value, the flow of gas supplied to the fuel cell stack is reversed to cause flooding. , The flow of gas can be reversed, and flooding can be effectively alleviated.

【0015】また、請求項3記載の本発明によれば、一
定時間ごとに燃料電池スタックに供給するガスの流れを
反転させることで、切替えのタイミングを適切に決める
ことによって、効率良く燃料電池システムを運転するこ
とができる。
According to the third aspect of the present invention, the flow of gas supplied to the fuel cell stack is reversed at regular time intervals, so that the switching timing is appropriately determined, so that the fuel cell system can be efficiently performed. Can be driven.

【0016】請求項4記載の本発明によれば、流れを反
転させるガスを空気とすることで、フラッディングが起
こりやすい空気側において流れの反転が行われ、より効
果的であることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, by using air as the gas for reversing the flow, the reversal of the flow is performed on the air side where flooding is likely to occur, which can be more effective.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】まず、本発明の原理を説明してお
く。車両に用いる固体高分子電解質型の燃料電池スタッ
クにおいては、システム効率を最大にするために、でき
るだけ低流量のガスでスタックを運転することが望まれ
る。しかしながら、そのような低流量のガス供給運転が
長い時間続くと、上述のように、スタック内の各セルの
細管ガス流路で水が凝縮し(フラッディング)、凝縮し
た水がガス流路内に溜まって高分子膜に付着してしま
い、セル電圧が急激に低下したり、あるいは不規則に振
動するのが観察され、その結果、安定的に発電すること
ができなくなる(燃料電池スタックの発電不良)。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the principle of the present invention will be described. In a polymer electrolyte fuel cell stack used in a vehicle, it is desirable to operate the stack with a gas at a flow rate as low as possible in order to maximize system efficiency. However, if such a low flow rate gas supply operation continues for a long time, as described above, water condenses (floods) in the capillary gas flow path of each cell in the stack, and condensed water enters the gas flow path. It is observed that the fuel cell accumulates and adheres to the polymer film, and the cell voltage is rapidly reduced or irregularly vibrated. As a result, stable power generation becomes impossible (power generation failure of the fuel cell stack). ).

【0018】このフラッディングは、特に、スタック内
部のガス流れの末端や、スタックのガス流路出口に最も
近いカソード極流路で起こりやすい。これは、供給され
る空気ガス中の酸素が負荷に応じて消費されるためガス
流路の末端に行くほど相対湿度が増加するのでフラッデ
ィングが起こりやすくなり、また、細管ガス流路の一部
が水で閉塞された状態では、ガスが他の閉塞されていな
いガス流路のみを流れるため、ガス流路内に溜まってい
る水を効率的に吹き飛ばすことができないためであると
推測される。
This flooding is particularly likely to occur at the end of the gas flow inside the stack or at the cathode flow path closest to the gas flow path outlet of the stack. This is because the oxygen in the supplied air gas is consumed in accordance with the load, so that the relative humidity increases toward the end of the gas flow path, so that flooding is likely to occur, and a part of the capillary gas flow path is It is presumed that, in the state where the gas is blocked by water, the gas flows only through the other unblocked gas flow paths, so that water accumulated in the gas flow paths cannot be efficiently blown off.

【0019】そこで、フラッディングが発生した場合、
燃料電池スタックのガス流路内のガス流れを反転させる
ことによって、閉塞されたガス流路に対して流れの変化
又は瞬間的な衝撃を与え、また、フラッディングが起こ
っているガス流路末端セルに相対湿度が低いガス流を流
すことによって、ガス流路内に溜まっている水を一時的
に吹き飛ばすことができ、そのセル電圧を回復させて、
燃料電池スタックの運転をそのまま続行させることが可
能になる。ガスの流路の切替え(ガス流れの反転)は、
後述する実施の形態に示すように、ガス流れ反転機構と
して流路切替バルブと補助バイパス管を設けることによ
って行うことができる。
Therefore, when flooding occurs,
By reversing the gas flow in the gas flow path of the fuel cell stack, a flow change or an instantaneous impact is applied to the closed gas flow path, and the gas flow path end cell where flooding is occurring is applied. By flowing a gas flow having a low relative humidity, water accumulated in the gas flow path can be temporarily blown off, and the cell voltage can be recovered,
The operation of the fuel cell stack can be continued as it is. Switching of gas flow path (reversal of gas flow)
As shown in an embodiment described later, this can be performed by providing a flow path switching valve and an auxiliary bypass pipe as a gas flow reversing mechanism.

【0020】流路切替バルブの開閉操作のタイミング
は、例えば、任意の数のセル電圧が、セルを保護するた
めに予め定められた警報しきい値(設定値)以下になっ
た時に行う。なお、このとき、流路切替バルブの開閉操
作によって一時的にガス流れが停止するが、その停止時
間は、実質的には燃料電池スタックの出力性能には影響
しない。また、ガス流れの反転が起こると、フラッディ
ング箇所のセルの水は吹き飛ばされ、スタック内部で水
滴が移動することになり、その結果、水滴が他の場所へ
移動するが、フラッディングが他の場所や他のセルで起
こるまでには遅れ時間があるため、燃料電池スタックの
運転をそのまま続けることができる。
The opening and closing operation of the flow path switching valve is performed, for example, when an arbitrary number of cell voltages becomes equal to or less than a predetermined alarm threshold value (set value) for protecting the cells. At this time, the gas flow is temporarily stopped by the opening / closing operation of the flow path switching valve, but the stop time does not substantially affect the output performance of the fuel cell stack. Also, when a reversal of gas flow occurs, the water in the cell at the flooding location is blown off, causing water droplets to move inside the stack, and as a result, the water droplets move to other locations, but flooding occurs at other locations and Since there is a delay before it occurs in another cell, the operation of the fuel cell stack can be continued as it is.

【0021】以上のフラッディングの回避又は緩和の方
法において、流路切替バルブの開閉操作時の消費電力
は、実質的には十数ワット(W)程度であり、車両用燃
料電池システムの効率にはほとんど影響を与えない。し
かも、流路切替バルブは、常時閉型と常時開型のバルブ
を組み合わせて最小の消費電力となるようにすることが
できる。
In the above method of avoiding or mitigating flooding, the power consumption at the time of opening and closing the flow path switching valve is substantially about ten and several watts (W), and the efficiency of the fuel cell system for a vehicle is reduced. Has little effect. Moreover, the flow path switching valve can minimize power consumption by combining a normally closed type and a normally open type valve.

【0022】従って、本発明によれば、例えば空気のガ
ス流量を増加させる場合のように空気圧縮機の消費電力
が大幅に増大することがなく、その結果、燃料電池シス
テムの効率を低下させることなく、フラッディングに起
因するトラブルを回避することができる。なお、流路切
替バルブの開閉操作のタイミングとしては、上記のよう
に、任意のセル電圧が警報しきい値以下になるタイミン
グと同期させてガス流れを反転させる場合だけでなく、
一定時間ごとに、燃料電池スタックに供給するガスの流
れを反転させることもできる。
Therefore, according to the present invention, the power consumption of the air compressor does not greatly increase, for example, when the gas flow rate of air is increased, and as a result, the efficiency of the fuel cell system is reduced. Thus, troubles caused by flooding can be avoided. The timing of the opening and closing operation of the flow path switching valve is not limited to the case where the gas flow is reversed in synchronization with the timing at which an arbitrary cell voltage becomes equal to or lower than the alarm threshold, as described above,
The flow of the gas supplied to the fuel cell stack can be reversed at regular intervals.

【0023】この場合は、頻繁に流路を切り替えるので
はなく、効果的な排水(ガス流路内の水の吹き飛ばし)
が起こるように切替えのタイミングを適切に決めること
で、効率良く燃料電池システムを運転することができ
る。また、本発明におけるガス流れの反転操作は、空気
側と水素(又は改質ガス)側のどちらでも行うことがで
きるが、一般的には、燃料電池の電気化学反応によって
生成水ができるカソード極側でフラッディングが起こり
やすいことから、空気側のガス流れで反転操作を行う
と、より効果的である。
In this case, instead of frequently switching the flow path, effective drainage (blowing of water in the gas flow path) is performed.
The fuel cell system can be efficiently operated by appropriately determining the timing of the switching so as to cause the above. In addition, the gas flow reversing operation in the present invention can be performed on either the air side or the hydrogen (or reformed gas) side. Generally, however, the cathode electrode that can generate water by the electrochemical reaction of the fuel cell It is more effective to perform the reversing operation with the gas flow on the air side because flooding is likely to occur on the air side.

【0024】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態に係る燃料電池システムの要部の構成を示す図であ
る。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【0025】図1において、固体高分子電解質型の燃料
電池スタック1の空気流路3に対して、燃料電池スタッ
ク1のガス入口部5とガス出口部7との間に二系統のバ
イパス流路9,11を設けるとともに、各バイパス流路
9,11に流路切替用のシャットオフバルブ13,15
をそれぞれ設ける。
In FIG. 1, two bypass passages are provided between a gas inlet 5 and a gas outlet 7 of the fuel cell stack 1 with respect to the air passage 3 of the solid polymer electrolyte type fuel cell stack 1. 9 and 11 and shutoff valves 13 and 15 for switching the flow paths in the respective bypass flow paths 9 and 11.
Are provided.

【0026】また、正規の空気流路3のガス配管のガス
入口部5側にも、空気流路3とバイパス流路9,11と
の連結点17,19の間に流路切替用のシャットオフバ
ルブ25を設ける。さらに、正規の空気流路3のガス配
管のガス出口部7側にも、各バイパス流路9,11との
連結点21,23の間に流路切替用のシャットオフバル
ブ27を設ける。
A shutoff for switching the flow path is also provided between the connection points 17 and 19 between the air flow path 3 and the bypass flow paths 9 and 11 on the gas inlet 5 side of the gas pipe of the regular air flow path 3. An off valve 25 is provided. Further, a shutoff valve 27 for switching the flow path is provided between the connection points 21 and 23 with the bypass flow paths 9 and 11 on the gas outlet 7 side of the gas pipe of the regular air flow path 3.

【0027】シャットオフバルブ13,15は、常時閉
型のバルブを使用し、シャットオフバルブ25,27
は、常時開型のバルブを使用する。各シャットオフバル
ブ13,15,25,27は、例えば、電気信号によっ
て開弁又は閉弁する電磁弁で構成されている。なお、ガ
ス流れ反転機構は、バイパス流路9,11及びシャット
オフバルブ13,15,25,27で構成されている。
The shut-off valves 13 and 15 are normally closed type valves, and are shut-off valves 25 and 27.
Uses a normally open valve. Each of the shut-off valves 13, 15, 25, 27 is formed of, for example, an electromagnetic valve that opens or closes in response to an electric signal. Note that the gas flow reversing mechanism is configured by bypass flow paths 9 and 11 and shut-off valves 13, 15, 25 and 27.

【0028】また、燃料電池スタック1には、セル電圧
を計測する電圧センサ29を設ける。電圧センサ29
は、燃料電池システムを制御するためのコントロールユ
ニット31に接続されており、測定信号をコントロール
ユニット31へ出力する。
Further, the fuel cell stack 1 is provided with a voltage sensor 29 for measuring a cell voltage. Voltage sensor 29
Is connected to a control unit 31 for controlling the fuel cell system, and outputs a measurement signal to the control unit 31.

【0029】コントロールユニット31(制御手段)
は、内部に制御プログラムを記憶した制御ROM、制御
時のワークエリアとなるRAMを有しており、電圧セン
サ29からの測定信号を入力して燃料電池スタック1の
セル電圧を読み込み、読み込まれたセル電圧が予め定め
られた警報しきい値(図2参照)以下になった時、空気
のガス流れを反転させるための制御信号(バルブの開閉
信号)を各シャットオフバルブ13,15,25,27
に出力する。なお、電圧センサ29とコントロールユニ
ット31は、セル電圧モニタとして一体化してもよい。
Control unit 31 (control means)
Has a control ROM storing a control program therein and a RAM serving as a work area at the time of control. A measurement signal from the voltage sensor 29 is input to read the cell voltage of the fuel cell stack 1 and read. When the cell voltage falls below a predetermined alarm threshold (see FIG. 2), a control signal (valve opening / closing signal) for reversing the gas flow of air is sent to each of the shut-off valves 13, 15, 25,. 27
Output to Note that the voltage sensor 29 and the control unit 31 may be integrated as a cell voltage monitor.

【0030】次に、図1を参照して、本発明の第1の実
施の形態に係る燃料電池システムの動作を説明する。通
常の運転開始時は、シャットオフバルブ13,15は閉
状態、シャットオフバルブ25,27は開状態であるた
め、供給される空気は、正規の空気流路3のガス配管を
通って、正規のガス入口部5から燃料電池スタック1に
導入され、正規のガス出口部7から排出される。
Next, the operation of the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. At the start of normal operation, the shut-off valves 13 and 15 are closed and the shut-off valves 25 and 27 are open. The gas is introduced into the fuel cell stack 1 from the gas inlet 5 and discharged from the regular gas outlet 7.

【0031】その後、運転中に燃料電池スタック1のガ
ス流路の出口7に最も近いセルの電圧が低下し始め、警
報しきい値以下になった時、コントロールユニット31
から制御信号が出力され、シャットオフバルブ13,1
5は開状態、シャットオフバルブ25,27は閉状態に
それぞれ切り替えられる。これにより、空気のガス流れ
は反転し、供給される空気は、バイパス流路9を通って
正規のガス出口部7から燃料電池スタック1に導入さ
れ、正規のガス入口部5からバイパス流路11を通って
排出される。これにより、フラッディングが緩和される
ため、セル電圧が回復し、燃料電池スタック1を運転し
続けることができる。
Thereafter, during operation, when the voltage of the cell closest to the outlet 7 of the gas flow path of the fuel cell stack 1 starts to drop and falls below the alarm threshold, the control unit 31
Output a control signal from the shut-off valves 13, 1
5 is switched to an open state, and the shutoff valves 25 and 27 are switched to a closed state. Thereby, the gas flow of the air is reversed, and the supplied air is introduced into the fuel cell stack 1 from the regular gas outlet 7 through the bypass passage 9, and is supplied from the regular gas inlet 5 to the bypass passage 11. Is discharged through. Thereby, the flooding is reduced, so that the cell voltage is recovered, and the fuel cell stack 1 can be continuously operated.

【0032】この結果、第1の実施の形態に関する効果
としては、燃料電池スタック1のセル電圧が警報しきい
値以下になった時、燃料電池スタック1に供給するガス
の流れを反転させることで、フラッディングが起きてい
ることを検知してからガスの流れを反転させることがで
き、フラッディングの緩和を効果的に行うことができ
る。
As a result, the effect of the first embodiment is that when the cell voltage of the fuel cell stack 1 falls below the alarm threshold, the flow of gas supplied to the fuel cell stack 1 is reversed. After detecting that flooding has occurred, the flow of gas can be reversed, and flooding can be effectively alleviated.

【0033】(第2の実施の形態)図2は、本発明の第
2の実施の形態に係る燃料電池システムのバルブ切替タ
イミングによるセル電圧の変化を示す図である。なお、
第2の実施の形態は、図1に示す第1の実施の形態に対
応する燃料電池システムと電圧センサ29が不要な点を
除いて同様の構成を有しており、その説明を省略するこ
ととする。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a diagram showing a change in cell voltage according to a valve switching timing of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. In addition,
The second embodiment has the same configuration as the fuel cell system corresponding to the first embodiment shown in FIG. 1 except that the voltage sensor 29 is unnecessary, and a description thereof will be omitted. And

【0034】次に、図2を参照して、本発明の第2の実
施の形態に係る燃料電池システムの動作を説明する。本
実施の形態では、一定時間ごとに(図2中の時間間隔
T)、各シャットオフバルブ13,15,25,27を
開閉状態を切り替えて、燃料電池スタック1に供給する
ガスの流れを反転させる。
Next, the operation of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the flow of gas supplied to the fuel cell stack 1 is reversed by switching the shutoff valves 13, 15, 25, 27 between open and closed states at regular time intervals (time interval T in FIG. 2). Let it.

【0035】図2において、実線のグラフaと破線のグ
ラフbは、それぞれ、シャットオフバルブ13,15,
25,27を一定時間Tごとに切り替えて運転した場合
のガス入口部5に最も近いセルの電圧変化を示すグラフ
とガス出口部7に最も近いセルの電圧変化を示すグラフ
とである。図2に示すように、一定時間ごとにシャット
オフバルブ13,15,25,27を切り替えることに
よって、どちらのセル電圧が低下してもセル電圧の警報
しきい値まで低下する前にセル電圧を回復させることが
でき、余裕をもって燃料電池スタック1を運転すること
ができる。
In FIG. 2, a solid line graph a and a broken line graph b represent shut-off valves 13, 15, and respectively.
7 is a graph showing the voltage change of the cell closest to the gas inlet 5 and the graph showing the voltage change of the cell closest to the gas outlet 7 when 25 and 27 are switched and operated at regular time intervals T. As shown in FIG. 2, by switching the shut-off valves 13, 15, 25, and 27 at regular time intervals, the cell voltage is reduced before the cell voltage drops to the alarm threshold value regardless of which cell voltage decreases. The fuel cell stack 1 can be recovered, and the fuel cell stack 1 can be operated with a margin.

【0036】この結果、第2の実施の形態に関する効果
としては、一定時間ごとに、燃料電池スタック1に供給
するガスの流れを反転させることで、効果的な排水(ガ
ス流路内の水の吹き飛ばし)が起こるように切替えのタ
イミングを適切に決めることによって、効率良く燃料電
池システムを運転することができる。
As a result, the effect of the second embodiment is that, by inverting the flow of the gas supplied to the fuel cell stack 1 at regular intervals, effective drainage (water in the gas flow path) is achieved. The fuel cell system can be efficiently operated by appropriately determining the timing of the switching so as to cause the blow-off.

【0037】(第3の実施の形態)図3は、本発明の第
3の実施の形態に係る燃料電池システムの要部の構成を
示す図である。なお、第3の実施の形態において、図1
に示す第1の実施の形態に対応する燃料電池電池システ
ムと同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略
することとする。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. Note that, in the third embodiment, FIG.
The same reference numerals are given to the same components as those of the fuel cell system according to the first embodiment shown in FIG.

【0038】第3の実施の形態の特徴は、図3に示すよ
うに、固体高分子電解質型の燃料電池スタック1の空気
流路3を二系統のガス供給用流路33,35に分割し
て、各系統に、流路切替用のシャットオフバルブ37,
39をそれぞれ設けるとともに、燃料電池スタック1か
らのガスを排出させるためのガス排出用流路41,43
をそれぞれ設けることにある。このガス排出用流路4
1,43にも、流路切替用のシャットオフバルブ45,
47をそれぞれ設ける。各シャットオフバルブ37,3
9,45,47は、例えば、電気信号によって開閉する
電磁弁で構成されている。なお、ガス流れ反転機構は、
流路33,35,41,43及びシャットオフバルブ3
7,39,45,47で構成されている。
The feature of the third embodiment is that, as shown in FIG. 3, the air passage 3 of the solid polymer electrolyte type fuel cell stack 1 is divided into two gas supply passages 33 and 35. In each system, a shutoff valve 37 for switching a flow path is provided.
39, and gas discharge channels 41, 43 for discharging gas from the fuel cell stack 1.
Is provided separately. This gas discharge channel 4
1, 43 also include a shutoff valve 45 for switching the flow path.
47 are provided respectively. Each shut-off valve 37,3
9, 45 and 47 are configured by, for example, electromagnetic valves that are opened and closed by electric signals. The gas flow reversal mechanism is
Flow paths 33, 35, 41, 43 and shut-off valve 3
7, 39, 45 and 47.

【0039】次に、図3を参照して、本発明の第3の実
施の形態に係る燃料電池システムの動作を説明する。一
方のガス供給用流路33にガスが流れる場合は、各シャ
ットオフバルブ37,39,45,47の開閉状態は、
バルブ37が開状態、バルブ39が閉状態、バルブ45
が閉状態、バルブ47が開状態となるように制御され、
一方のガス排出用流路43からガスが排出される。
Next, the operation of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. When gas flows through one of the gas supply passages 33, the shutoff valves 37, 39, 45, and 47 are opened and closed.
Valve 37 is open, valve 39 is closed, valve 45
Is controlled to be closed and the valve 47 is opened.
Gas is discharged from one gas discharge channel 43.

【0040】これに対し、もう一方のガス供給用流路3
5にガスが流れる場合は、各シャットオフバルブ37,
39,45,47の開閉状態は、バルブ37が閉状態、
バルブ39が開状態、バルブ45が開状態、バルブ47
が閉状態となるように制御され、もう一方のガス排出用
流路41からガスが排出される。
On the other hand, the other gas supply passage 3
5, when the gas flows through each shut-off valve 37,
The open / close state of 39, 45, 47 is such that the valve 37 is closed,
Valve 39 is open, valve 45 is open, valve 47
Is controlled to be in the closed state, and the gas is discharged from the other gas discharge channel 41.

【0041】なお、バルブ切替えのタイミングは、第1
の実施の形態において説明した内容、すなわち、セル電
圧が警報しきい値以下になったとき、又は、第2の実施
の形態において説明した内容、すなわち、一定時間ごと
と同様であるので、その説明を省略することとする。
Note that the valve switching timing is the first.
Since the contents described in the second embodiment, that is, when the cell voltage becomes equal to or lower than the alarm threshold, or the contents described in the second embodiment, that is, the same as the case of every fixed time, the description thereof will be omitted. Is omitted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの要部の構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池シス
テムのバルブ切替タイミングによるセル電圧の変化を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a change in cell voltage according to a valve switching timing of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池シス
テムの要部の構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a main part of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 固体高分子電解質型燃料電池スタック 3 空気流路 5 ガス入口部 7 ガス出口部 9,11 バイパス流路 13,15 常時閉型のシャットオフバルブ 25,27 常時開型のシャットオフバルブ 29 電圧センサ 31 コントロールユニット 33,35 ガス供給用流路 37,39,45,47 シャットオフバルブ 41,43 ガス排出用流路 REFERENCE SIGNS LIST 1 solid polymer electrolyte fuel cell stack 3 air flow path 5 gas inlet 7 gas outlet 9, 11 bypass flow path 13, 15 normally closed shut-off valve 25, 27 normally open shut-off valve 29 voltage sensor 31 Control unit 33, 35 Flow path for gas supply 37, 39, 45, 47 Shut-off valve 41, 43 Flow path for gas discharge

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 供給される所定のガスを反応させて発電
する燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおい
て、 前記燃料電池スタックに供給するガスの流れを反転させ
て、ガス出口部からガスを導入し、ガス入口部からガス
を排出するガス流れ反転機構と、 前記燃料電池スタックに供給するガスの流れを一時的に
反転させるように前記ガス流れ反転機構を制御する制御
手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system comprising a fuel cell stack that generates power by reacting a supplied predetermined gas, wherein a flow of a gas supplied to the fuel cell stack is reversed to introduce a gas from a gas outlet. A gas flow reversal mechanism for discharging gas from a gas inlet, and a control means for controlling the gas flow reversal mechanism to temporarily reverse the flow of gas supplied to the fuel cell stack. And fuel cell system.
【請求項2】 前記燃料電池スタックの出力を測定する
測定手段を有し、 前記制御手段は、 前記燃料電池スタックの出力が設定値以下になったとき
に、前記燃料電池スタックに供給するガスの流れを反転
させることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システ
ム。
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a measuring unit configured to measure an output of the fuel cell stack, wherein the control unit controls a gas supply to the fuel cell stack when an output of the fuel cell stack becomes equal to or less than a set value. The fuel cell system according to claim 1, wherein the flow is reversed.
【請求項3】 前記制御手段は、 一定時間ごとに前記燃料電池スタックに供給するガスの
流れを反転させることを特徴とする請求項1記載の燃料
電池システム。
3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit reverses a flow of gas supplied to the fuel cell stack at regular time intervals.
【請求項4】 流れを反転させる前記ガスは、 空気であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池シ
ステム。
4. The fuel cell system according to claim 1, wherein the gas that reverses the flow is air.
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