JP2001351666A - Fuel cell system using phosphoric acid and stopping method of the same - Google Patents

Fuel cell system using phosphoric acid and stopping method of the same

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JP2001351666A
JP2001351666A JP2000166594A JP2000166594A JP2001351666A JP 2001351666 A JP2001351666 A JP 2001351666A JP 2000166594 A JP2000166594 A JP 2000166594A JP 2000166594 A JP2000166594 A JP 2000166594A JP 2001351666 A JP2001351666 A JP 2001351666A
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JP
Japan
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fuel cell
phosphoric acid
gas
reaction gas
cell stack
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Application number
JP2000166594A
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Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Okamoto
隆文 岡本
Hiroyuki Koyanagi
洋之 小柳
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely prevent an outflow of phosphoric acid caused by the water generated as a reaction product, and to enable to efficiently keep an electric power generating property. SOLUTION: The fuel cell system comprises a fuel cell stack 12, an oxidant gas flow path 44 connected to an oxidant gas flow path 32 inside the fuel cell stack 12, a fuel gas flow path 46 connected to a fuel gas flow path 34 inside the fuel cell stack 12, and the first and the second connection paths 48a, 48b enabled to connect the oxidant gas flow path 44 with the fuel gas flow path 46.

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、リン酸を含浸させ
た電解質をアノード側電極とカソード側電極とで挟んで
構成される接合体を有し、前記接合体をセパレータによ
り挟持した複数の発電セルが積層される燃料電池スタッ
クを備えたリン酸型燃料電池システムおよびその停止方
法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plurality of power generators having a joined body composed of an electrolyte impregnated with phosphoric acid sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and the joined body sandwiched between separators. The present invention relates to a phosphoric acid type fuel cell system including a fuel cell stack in which cells are stacked and a method for stopping the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池、例えば、リン酸型燃料電池
(PAFC)は、炭化珪素多孔質(マトリックス)に濃
厚リン酸を含浸させた電解質の両側に、それぞれカーボ
ンを主体とするアノード側電極およびカソード側電極を
対設して構成される接合体(MEA)を、セパレータ
(バイポーラ板)によって挟持することにより構成され
る発電セルを備えており、通常、この発電セルを所定数
だけ積層して燃料電池スタックとして使用している。
2. Description of the Related Art A fuel cell, for example, a phosphoric acid type fuel cell (PAFC) is provided on both sides of an electrolyte in which porous phosphoric acid (matrix) is impregnated with concentrated phosphoric acid. A power generation cell is provided by sandwiching a joined body (MEA) having a pair of cathode electrodes with a separator (bipolar plate). Usually, a predetermined number of the power generation cells are stacked. Used as a fuel cell stack.

【0003】上記の燃料電池スタックにおいて、アノー
ド側電極に供給された燃料ガス(反応ガス)、例えば、
主に水素を含有するガス(水素含有ガス)は、触媒電極
上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電
極側へと移動する。その間に生じた電子が外部回路に取
り出され、直流の電気エネルギとして利用される。
In the above fuel cell stack, a fuel gas (reactive gas) supplied to the anode electrode, for example,
In a gas mainly containing hydrogen (hydrogen-containing gas), hydrogen is ionized on the catalyst electrode, and moves toward the cathode side electrode through the electrolyte. The electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy.

【0004】一方、カソード側電極には、酸化剤ガス
(反応ガス)、例えば、主に酸素を含有するガスあるい
は空気(酸素含有ガス)が供給されているために、この
カソード側電極において、水素イオン、電子および酸素
が反応して水が生成される。
On the other hand, an oxidizing gas (reactive gas), for example, a gas mainly containing oxygen or air (oxygen-containing gas) is supplied to the cathode side electrode. Ions, electrons and oxygen react to produce water.

【0005】一般に、リン酸型燃料電池では、運転温度
が比較的高温(140℃〜200℃前後)に設定されて
いるために、運転に伴って発生する生成水が水蒸気化さ
れて外部に排出されている。ところが、運転停止時のよ
うに温度が低下する際には、生成水が液状水として存在
してしまい、電解質層および電極に蓄積可能な量を超え
る液状水が反応ガス流路に導入されてしまう。
Generally, in a phosphoric acid type fuel cell, since the operating temperature is set to a relatively high temperature (around 140 ° C. to 200 ° C.), water generated during operation is vaporized and discharged to the outside. Have been. However, when the temperature is lowered, for example, when the operation is stopped, the generated water is present as liquid water, and liquid water exceeding the amount that can be stored in the electrolyte layer and the electrode is introduced into the reaction gas flow path. .

【0006】しかしながら、電解質を構成するリン酸
は、親水性がきわめて高く、反応ガス流路に導入された
液状水とともに電解質層および電極から流出してしま
う。これにより、発電セルの発電性能が低下するととも
に、燃料電池自体の寿命が短くなるという問題がある。
However, the phosphoric acid constituting the electrolyte has a very high hydrophilicity and flows out of the electrolyte layer and the electrode together with the liquid water introduced into the reaction gas flow path. As a result, there is a problem that the power generation performance of the power generation cell is reduced and the life of the fuel cell itself is shortened.

【0007】そこで、停止時のリン酸濃度の低下を防止
するために、例えば、特開平3−93166号公報に開
示されている燃料電池システムが知られている。この従
来技術では、燃料ガスの供給を停止した後、空気を加熱
するとともに乾燥して電極に供給し、電極内のガススペ
ースに乾燥空気を充填した状態で電極の給排バルブを閉
じるようにしている。
In order to prevent a decrease in the concentration of phosphoric acid during shutdown, a fuel cell system disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-93166 is known. In this conventional technique, after the supply of fuel gas is stopped, the air is heated and dried and supplied to the electrode, and the supply / discharge valve of the electrode is closed while the gas space in the electrode is filled with dry air. I have.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、空気を加熱および乾燥するために熱交換
器を用いなければならず、構造が煩雑化する。しかも、
上記の従来技術では、空気電極に給排される反応空気の
給排経路にのみ採用されているが、実際上、水素電極側
にも生成水が発生している。このため、温度低下に伴っ
て水素電極側に生成水が液状水として存在し、リン酸の
流出によるリン酸濃度の低下が惹起されるという問題が
指摘されている。
However, in the above-mentioned prior art, a heat exchanger must be used for heating and drying the air, which complicates the structure. Moreover,
In the above-described conventional technology, the reaction water is supplied only to the supply / discharge path of the reaction air supplied / discharged to / from the air electrode. However, actually, generated water is also generated on the hydrogen electrode side. For this reason, it has been pointed out that the generated water exists as liquid water on the hydrogen electrode side as the temperature decreases, and the phosphoric acid concentration decreases due to the outflow of phosphoric acid.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の請求項1および
4に係るリン酸型燃料電池システムおよびその停止方法
では、燃料電池スタック内の第1流路に酸化剤ガスまた
は燃料ガスである一方の反応ガスが供給されるととも
に、前記燃料電池スタック内の第2流路に他方の反応ガ
スが供給され、発電が行われる。そして、燃料電池スタ
ックの発電が終了する際には、他方の反応ガスの供給お
よび排出が停止されるとともに、前記燃料電池スタック
内の第1および第2流路に一方の反応ガスのみが供給さ
れる。
In the phosphoric acid type fuel cell system according to the first and fourth aspects of the present invention and the method for stopping the same, the oxidizing gas or the fuel gas is supplied to the first flow path in the fuel cell stack. Is supplied, and the other reaction gas is supplied to the second flow passage in the fuel cell stack, thereby generating power. When the power generation of the fuel cell stack ends, supply and discharge of the other reaction gas are stopped, and only one reaction gas is supplied to the first and second flow paths in the fuel cell stack. You.

【0010】これにより、第1および第2流路内では、
反応が惹起されることがなく、一方の反応ガスのみの流
通作用下に、この第1および第2流路内に存在する水分
を確実に除去することができる。従って、燃料電池スタ
ックの発電停止時に第1および第2流路に液状水が存在
することがなく、簡単な構成および工程で、リン酸の流
出を確実に阻止することができ、所望の発電性能を有効
に維持するとともに、寿命低下を回避することが可能に
なる。
Thus, in the first and second flow paths,
The reaction is not caused, and the water present in the first and second flow paths can be reliably removed under the flow of only one reaction gas. Therefore, when the power generation of the fuel cell stack is stopped, there is no liquid water in the first and second flow paths, and the outflow of phosphoric acid can be reliably prevented with a simple configuration and steps, and the desired power generation performance can be obtained. Can be maintained effectively, and a reduction in the life can be avoided.

【0011】また、本発明の請求項2に係るリン酸型燃
料電池システムでは、一方の反応ガスの給排を行う第1
反応ガス経路と、他方の反応ガスの給排を行う第2反応
ガス経路とに、第1および第2連通路が連通可能に設け
られている。そして、前記第1および第2反応ガス経路
は、第1および第2入口側開閉弁と第1および第2出口
側開閉弁とを配設する一方、第1および第2連通路は、
第3入口側開閉弁と第3出口側開閉弁とを配設してい
る。
Further, in the phosphoric acid type fuel cell system according to claim 2 of the present invention, the first supply / discharge of one reaction gas is performed.
First and second communication paths are provided so as to be able to communicate with the reaction gas path and the second reaction gas path for supplying and discharging the other reaction gas. The first and second reaction gas paths are provided with first and second inlet-side on-off valves and first and second outlet-side on-off valves, while the first and second communication paths are
A third inlet side on-off valve and a third outlet side on-off valve are provided.

【0012】このため、第2入口側開閉弁と第2出口側
開閉弁とを閉塞する一方、第1および第3入口側開閉弁
と第1および第3出口側開閉弁とを開放することによ
り、第1反応ガスを燃料電池スタック内の第1および第
2流路に円滑に供給することができる。これにより、簡
単な構成で、第1および第2反応ガスの供給、供給停止
および供給路の変更が容易かつ確実に遂行される。
Therefore, by closing the second inlet-side on-off valve and the second outlet-side on-off valve, the first and third inlet-side on-off valves and the first and third outlet-side on-off valves are opened. The first reaction gas can be smoothly supplied to the first and second flow paths in the fuel cell stack. Thus, with a simple configuration, the supply and stop of the first and second reaction gases and the change of the supply path are easily and reliably performed.

【0013】さらに、本発明の請求項3および6に係る
リン酸型燃料電池システムおよびその停止方法では、電
解質がポリベンズイミダゾールにリン酸を保持させた電
解質層を備えている。このため、燃料電池スタック全体
の軽量化および小型化が容易に図られる。
Further, in the phosphoric acid type fuel cell system according to the third and sixth aspects of the present invention and the method for stopping the same, the electrolyte includes an electrolyte layer in which polybenzimidazole holds phosphoric acid. Therefore, the weight and size of the entire fuel cell stack can be easily reduced.

【0014】さらにまた、本発明の請求項5に係るリン
酸型燃料電池システムの停止方法では、酸化剤ガスと燃
料ガスとが混合したときの燃焼範囲外で、第2流路に一
方の反応ガスが導入される。このため、第2流路内で酸
化剤ガスと燃料ガスとによる燃焼が行われることがな
く、水分の除去という本来の目的のみが確実に遂行され
る。
Further, in the method for shutting down the phosphoric acid type fuel cell system according to the fifth aspect of the present invention, one reaction may be caused to flow into the second flow path outside the combustion range when the oxidizing gas and the fuel gas are mixed. Gas is introduced. For this reason, the combustion by the oxidizing gas and the fuel gas is not performed in the second flow path, and only the original purpose of removing moisture is reliably performed.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
リン酸型燃料電池システム10の概略構成説明図であ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a phosphoric acid fuel cell system 10 according to an embodiment of the present invention.

【0016】リン酸型燃料電池システム10は、燃料電
池スタック12を備えており、この燃料電池スタック1
2を構成する発電セル14が矢印A方向に所定数だけ積
層されるとともに、その積層方向両端側にエンドプレー
ト16a、16bが配置される。エンドプレート16
a、16bが締め付けボルト18とナット20により締
め付けられることにより、複数の発電セル14が一体的
に矢印A方向に締め付け保持される。
The phosphoric acid type fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12.
A predetermined number of power generation cells 14 are stacked in the direction of arrow A, and end plates 16a and 16b are arranged at both ends in the stacking direction. End plate 16
A plurality of power generation cells 14 are integrally tightened and held in the direction of arrow A by tightening a and 16b with the tightening bolts 18 and the nuts 20.

【0017】発電セル14は、炭化珪素多孔質、また
は、塩基性ポリマー、例えば、ポリベンズイミダゾール
にリン酸を含浸させた電解質層22を挟んでカソード側
電極24およびアノード側電極26が配設される接合体
28を有するとともに、前記カソード側電極24および
前記アノード側電極26には、例えば、多孔質層である
多孔質カーボンペーパ等からなるガス拡散層が配設され
る。接合体28の両側にバイポーラ板として一対のセパ
レータ30が配置されることにより、発電セル14が構
成される。
The power generation cell 14 includes a cathode electrode 24 and an anode electrode 26 sandwiching an electrolyte layer 22 made of porous silicon carbide or a basic polymer, for example, polybenzimidazole impregnated with phosphoric acid. The cathode electrode 24 and the anode electrode 26 are provided with a gas diffusion layer made of, for example, porous carbon paper, which is a porous layer. The power generation cell 14 is configured by disposing a pair of separators 30 as bipolar plates on both sides of the joined body 28.

【0018】セパレータ30のカソード側電極24に対
向する面には、一方の反応ガスである酸化剤ガスを供給
する酸化剤ガス流路(第1流路)32が形成されるとと
もに、前記セパレータ30のアノード側電極26に対向
する面には、他方の反応ガスである燃料ガスを供給する
ための燃料ガス流路(第2流路)34が形成される。
An oxidizing gas flow path (first flow path) 32 for supplying an oxidizing gas, which is one reactive gas, is formed on the surface of the separator 30 facing the cathode-side electrode 24. A fuel gas flow path (second flow path) 34 for supplying a fuel gas, which is the other reaction gas, is formed on the surface facing the anode-side electrode 26.

【0019】エンドプレート16aには、酸化剤ガス入
口(反応ガス入口)36と、燃料ガス入口(反応ガス入
口)38とが設けられるとともに、エンドプレート16
bには、酸化剤ガス出口(反応ガス出口)40と、燃料
ガス出口(反応ガス出口)42とが設けられる。
The end plate 16a is provided with an oxidizing gas inlet (reaction gas inlet) 36 and a fuel gas inlet (reaction gas inlet) 38.
In b, an oxidizing gas outlet (reaction gas outlet) 40 and a fuel gas outlet (reaction gas outlet) 42 are provided.

【0020】リン酸型燃料電池システム10は、上記の
ように構成される燃料電池スタック12と、酸化剤ガス
入口36および酸化剤ガス出口40を介して前記燃料電
池スタック12の酸化剤ガス流路32に連通する酸化剤
ガス経路(第1反応ガス経路)44と、燃料ガス入口3
8および燃料ガス出口42を介して前記燃料電池スタッ
ク12の燃料ガス流路34に連通する燃料ガス経路(第
2反応ガス経路)46と、前記燃料電池スタック12の
反応ガス入口側で前記酸化剤ガス経路44と前記燃料ガ
ス経路46とを連通可能な第1連通路48aと、前記燃
料電池スタック12の反応ガス出口側で前記酸化剤ガス
経路44と前記燃料ガス経路46とを連通可能な第2連
通路48bとを備える。
The phosphoric acid type fuel cell system 10 includes a fuel cell stack 12 configured as described above, and an oxidant gas flow path of the fuel cell stack 12 through an oxidant gas inlet 36 and an oxidant gas outlet 40. An oxidizing gas passage (first reaction gas passage) 44 communicating with the fuel gas inlet 3;
A fuel gas passage (second reaction gas passage) 46 communicating with the fuel gas flow path 34 of the fuel cell stack 12 via the fuel gas stack 8 and the fuel gas outlet 42; A first communication path 48a that allows communication between the gas path 44 and the fuel gas path 46; and a first communication path 48a that allows communication between the oxidizing gas path 44 and the fuel gas path 46 on the reaction gas outlet side of the fuel cell stack 12. And a two-way passage 48b.

【0021】酸化剤ガス経路44は、第1および第2連
通路48a、48bが連通する部位の外方に位置して第
1入口側開閉弁50および第1出口側開閉弁52を配設
する一方、燃料ガス経路46は、前記第1および第2連
通路48a、48bが連通する部位の外方に位置して第
2入口側開閉弁54と第2出口側開閉弁56とを配設す
る。酸化剤ガス経路44の上流側には、ポンプ60が配
設されている。第1および第2連通路48a、48b
は、酸化剤ガス経路44と燃料ガス経路46とを連通お
よび遮断可能な第3入口側開閉弁62と第3出口側開閉
弁64とを配設する。
The oxidizing gas passage 44 is provided outside the portion where the first and second communication passages 48a and 48b communicate with each other, and is provided with a first inlet side opening / closing valve 50 and a first outlet side opening / closing valve 52. On the other hand, the fuel gas passage 46 has a second inlet-side opening / closing valve 54 and a second outlet-side opening / closing valve 56 located outside a portion where the first and second communication passages 48a and 48b communicate. . A pump 60 is provided on the upstream side of the oxidizing gas path 44. First and second communication paths 48a, 48b
Is provided with a third inlet-side opening / closing valve 62 and a third outlet-side opening / closing valve 64 capable of communicating with and shutting off the oxidizing gas passage 44 and the fuel gas passage 46.

【0022】このように構成されるリン酸型燃料電池シ
ステム10の動作について、以下に説明する。
The operation of the thus constructed phosphoric acid fuel cell system 10 will be described below.

【0023】燃料電池スタック12の運転時には、図1
に示すように、第1および第2入口側開閉弁50、54
および第1および第2出口側開閉弁52、56が連通位
置(開放位置)に配置される一方、第3入口側開閉弁6
2および第3出口側開閉弁64が閉塞位置に配置され
る。このため、酸化剤ガス経路44からエンドプレート
16aの酸化剤ガス入口36に空気または酸素含有ガス
である酸化剤ガスが供給される一方、燃料ガス経路46
から前記エンドプレート16aの燃料ガス入口38に水
素含有ガス等の燃料ガスが供給される。
During operation of the fuel cell stack 12, FIG.
As shown in the figure, the first and second inlet-side on-off valves 50, 54
And the first and second outlet-side on-off valves 52 and 56 are arranged at the communicating position (open position), while the third inlet-side on-off valve 6
The second and third outlet side opening / closing valves 64 are arranged in the closed position. Therefore, the oxidizing gas, which is air or an oxygen-containing gas, is supplied from the oxidizing gas passage 44 to the oxidizing gas inlet 36 of the end plate 16a, while the fuel gas passage 46 is provided.
A fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet 38 of the end plate 16a.

【0024】燃料電池スタック12内では、酸化剤ガス
がセパレータ30の酸化剤ガス流路32を介してカソー
ド側電極24に供給されるとともに、燃料ガスは、セパ
レータ30の燃料ガス流路34を介してアノード側電極
26に供給される。これにより、各発電セル14で発電
が行われ、モータ等の負荷に電力が供給されることにな
る。
In the fuel cell stack 12, the oxidizing gas is supplied to the cathode 24 through the oxidizing gas flow path 32 of the separator 30, and the fuel gas flows through the fuel gas flow path 34 of the separator 30. And supplied to the anode 26. Thus, power is generated in each power generation cell 14, and power is supplied to a load such as a motor.

【0025】次に、上記のように運転を行っている燃料
電池スタック12を停止する方法について説明する。
Next, a method of stopping the fuel cell stack 12 operating as described above will be described.

【0026】図2に示すように、第2入口側開閉弁54
および第2出口側開閉弁56が閉塞されて燃料ガス経路
46から燃料電池スタック12への燃料ガスの供給およ
び排出が停止される。一方、第3入口側開閉弁62およ
び第3出口側開閉弁64が開放される。従って、ポンプ
60を介して酸化剤ガス経路44に供給される酸化剤ガ
スは、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口36を介
して酸化剤ガス流路32に供給されるとともに、第1連
通路48aを通って前記燃料電池スタック12の燃料ガ
ス入口38から燃料ガス流路34に供給される。
As shown in FIG. 2, the second inlet-side on-off valve 54
In addition, the second outlet opening / closing valve 56 is closed, and supply and discharge of the fuel gas from the fuel gas path 46 to the fuel cell stack 12 are stopped. On the other hand, the third inlet side on-off valve 62 and the third outlet side on-off valve 64 are opened. Therefore, the oxidizing gas supplied to the oxidizing gas passage 44 via the pump 60 is supplied to the oxidizing gas passage 32 via the oxidizing gas inlet 36 of the fuel cell stack 12 and the first communication passage The fuel gas is supplied to the fuel gas flow path 34 from the fuel gas inlet 38 of the fuel cell stack 12 through 48a.

【0027】これにより、各発電セル14では、カソー
ド側電極24およびアノード側電極26に沿って酸化剤
ガスのみが供給されるため、この発電セル14で発電が
行われることがなく、酸化剤ガス流路32および燃料ガ
ス流路34に残存している水分(水蒸気)が燃料電池ス
タック12の酸化剤ガス出口40および燃料ガス出口4
2から排出される。水分を含んだ酸化剤ガスは、一部分
が第2連通路48bを介して酸化剤ガス経路44に排出
される一方、残余の部分が、直接、この酸化剤ガス経路
44に排出される。
As a result, in each of the power generation cells 14, only the oxidizing gas is supplied along the cathode 24 and the anode 26. Moisture (water vapor) remaining in the flow path 32 and the fuel gas flow path 34 is generated by the oxidizing gas outlet 40 and the fuel gas outlet 4 of the fuel cell stack 12.
Exhausted from 2. A part of the oxidizing gas containing moisture is discharged to the oxidizing gas path 44 via the second communication path 48b, while the remaining part is directly discharged to the oxidizing gas path 44.

【0028】その際、燃料ガス流路34への酸化剤ガス
の導入は、この酸化剤ガスと燃料ガスが混合したときの
燃焼範囲外、例えば、酸化剤ガスが空気でかつ燃料ガス
が水素である場合、混合時の水素濃度が4%〜75%以
外の範囲で行われる。すなわち、燃料ガス流路34で燃
焼が起こることを阻止するためである。
At this time, the oxidizing gas is introduced into the fuel gas flow path 34 outside the combustion range when the oxidizing gas and the fuel gas are mixed, for example, when the oxidizing gas is air and the fuel gas is hydrogen. In some cases, the mixing is performed at a hydrogen concentration other than 4% to 75%. That is, this is to prevent combustion from occurring in the fuel gas flow path 34.

【0029】上記のように、酸化剤ガス流路32および
燃料ガス流路34への酸化剤ガスの流通は、発電セル1
4の温度が外気温度まで低下した際にも、燃料電池スタ
ック12内の水蒸気が凝縮して余剰の液状水とならない
状態まで行われる。
As described above, the flow of the oxidizing gas to the oxidizing gas flow path 32 and the fuel gas flow path 34
Even when the temperature of the fuel cell 4 drops to the outside air temperature, the process is performed until the water vapor in the fuel cell stack 12 does not condense into excess liquid water.

【0030】次いで、図3に示すように、第1および第
3入口側開閉弁50、62と、第1および第3出口側開
閉弁52、64とが閉塞される。従って、酸化剤ガスの
燃料電池スタック12への供給および排出が停止される
とともに、前記燃料電池スタック12内に前記酸化剤ガ
スが密閉される。
Next, as shown in FIG. 3, the first and third inlet side opening / closing valves 50, 62 and the first and third outlet side opening / closing valves 52, 64 are closed. Accordingly, the supply and discharge of the oxidizing gas to and from the fuel cell stack 12 are stopped, and the oxidizing gas is sealed in the fuel cell stack 12.

【0031】このように、本実施形態では、燃料電池ス
タック12の発電が停止される際に、酸化剤ガス流路3
2および燃料ガス流路34内に反応による生成水が液状
水として存在することがなく、電解質層22に保持され
ているリン酸が、この液状水とともに流出することを確
実に阻止することが可能になる。これによって、各発電
セル14の発電性能を有効に維持するとともに、電池寿
命の低下を回避することができるという効果が得られ
る。
As described above, in this embodiment, when the power generation of the fuel cell stack 12 is stopped, the oxidizing gas passage 3
2 and the water produced by the reaction in the fuel gas flow path 34 do not exist as liquid water, and the phosphoric acid held in the electrolyte layer 22 can be reliably prevented from flowing out together with the liquid water. become. As a result, the power generation performance of each power generation cell 14 can be effectively maintained, and a reduction in battery life can be avoided.

【0032】また、本実施形態では、酸化剤ガス経路4
4と燃料ガス経路46とに燃料電池スタック12の反応
ガス入口側および反応ガス出口側に位置して第1および
第2連通路48a、48bを設けるだけでよい。従っ
て、リン酸型燃料電池システム10全体の構成が有効に
簡素化され、経済的であるという利点がある。
In the present embodiment, the oxidizing gas passage 4
It is only necessary to provide the first and second communication passages 48a and 48b at the reaction gas inlet side and the reaction gas outlet side of the fuel cell stack 12 in the fuel gas stack 4 and the fuel gas path 46, respectively. Therefore, there is an advantage that the entire configuration of the phosphoric acid type fuel cell system 10 is effectively simplified and economical.

【0033】さらに、本実施形態では、電解質層22
が、塩基性ポリマー、特にポリベンズイミダゾールのマ
トリックスにリン酸を保持させた電解質層により構成さ
れている。このため、燃料電池スタック12全体の軽量
化および小型化が容易に遂行されるという利点が得られ
る。
Further, in the present embodiment, the electrolyte layer 22
Is composed of an electrolyte layer in which phosphoric acid is held in a matrix of a basic polymer, particularly polybenzimidazole. For this reason, there is an advantage that the weight and size of the entire fuel cell stack 12 can be easily reduced.

【0034】なお、本実施形態では、燃料電池スタック
12の停止時に酸化剤ガスを酸化剤ガス流路32および
燃料ガス流路34に供給して水分の除去を行っている
が、これに代替して、燃料ガスを前記酸化剤ガス流路3
2および前記燃料ガス流路34に供給することにより、
水分の除去を行うことも可能である。
In this embodiment, when the fuel cell stack 12 is stopped, the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas passage 32 and the fuel gas passage 34 to remove moisture. And the fuel gas is supplied to the oxidizing gas passage
2 and to the fuel gas flow path 34,
It is also possible to remove water.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明に係るリン酸型燃料電池システム
およびその停止方法では、燃料電池スタックの発電が終
了する際に、この燃料電池スタック内の酸化剤ガスおよ
び燃料ガスを供給するための第1および第2流路に一方
の反応ガスのみが供給され、前記第1および第2流路に
残存する水分が確実に除去される。このため、運転停止
に伴って燃料電池スタックの温度が低下する際に、生成
水が液状水として電解質に保持されているリン酸を流出
させることがなく、所望の発電性能を有効に維持すると
ともに、電池寿命の低下を確実に阻止することが可能に
なる。
According to the phosphoric acid type fuel cell system and the method for stopping the same according to the present invention, when the power generation of the fuel cell stack is completed, the oxidizing gas and the fuel gas for supplying the oxidizing gas and the fuel gas in the fuel cell stack are reduced. Only one reaction gas is supplied to the first and second flow paths, and the water remaining in the first and second flow paths is reliably removed. Therefore, when the temperature of the fuel cell stack is reduced due to the shutdown, the generated water does not cause the phosphoric acid held in the electrolyte to flow out as liquid water, and the desired power generation performance is effectively maintained. In addition, it is possible to reliably prevent a decrease in battery life.

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

【図1】本発明の実施形態に係るリン酸型燃料電池シス
テムの概略構成説明図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a phosphoric acid fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

【図2】前記リン酸型燃料電池システムを停止する際の
動作説明図である。
FIG. 2 is an operation explanatory diagram when the phosphoric acid type fuel cell system is stopped.

【図3】前記リン酸型燃料電池システムの停止完了時の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram when the phosphoric acid type fuel cell system is completely stopped.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…リン酸型燃料電池システム 12…燃料電池スタ
ック 14…発電セル 16a、16b…エ
ンドプレート 18…締め付けボルト 20…ナット 22…電解質層 24…カソード側電
極 26…アノード側電極 28…接合体 30…セパレータ 32…酸化剤ガス流
路 34…燃料ガス流路 36…酸化剤ガス入
口 38…燃料ガス入口 40…酸化剤ガス出
口 42…燃料ガス出口 44…酸化剤ガス経
路 46…燃料ガス経路 48a、48b…連
通路 50、52、54、56、62、64…開閉弁 60…ポンプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Phosphoric acid type fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14 ... Power generation cell 16a, 16b ... End plate 18 ... Tightening bolt 20 ... Nut 22 ... Electrolyte layer 24 ... Cathode side electrode 26 ... Anode side electrode 28 ... Joint body 30 ... Separator 32 ... Oxidizing gas flow path 34 ... Fuel gas flow path 36 ... Oxidizing gas inlet 38 ... Fuel gas inlet 40 ... Oxidizing gas outlet 42 ... Fuel gas outlet 44 ... Oxidizing gas path 46 ... Fuel gas path 48a, 48b ... Communication passages 50, 52, 54, 56, 62, 64 ... On-off valve 60 ... Pump

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】リン酸を含浸させた電解質をアノード側電
極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有
し、前記接合体をセパレータにより挟持した複数の発電
セルが積層される燃料電池スタックと、 酸化剤ガスまたは燃料ガスである一方の反応ガスを前記
燃料電池スタック内の第1流路に対し供給および排出す
るための第1反応ガス経路と、 他方の反応ガスを前記燃料電池スタック内の第2流路に
対し供給および排出するための第2反応ガス経路と、 前記燃料電池スタックの反応ガス入口側で前記第1およ
び第2反応ガス経路を連通可能な第1連通路と、 前記燃料電池スタックの反応ガス出口側で前記第1およ
び第2反応ガス経路を連通可能な第2連通路と、 を備え、 前記燃料電池スタックの発電が終了する際に、前記第2
反応ガス経路を閉塞するとともに、前記第1および第2
連通路を開放させることにより、前記第1反応ガス経路
から前記燃料電池スタック内の前記第1および第2流路
に前記一方の反応ガスを供給することを特徴とするリン
酸型燃料電池システム。
1. A fuel comprising a joined body comprising an electrolyte impregnated with phosphoric acid sandwiched between an anode electrode and a cathode electrode, and a plurality of power generation cells having the joined body sandwiched between separators. A cell stack; a first reaction gas path for supplying and discharging one reaction gas, which is an oxidant gas or a fuel gas, to and from a first flow path in the fuel cell stack; A second reaction gas path for supplying and discharging to and from a second flow path in the stack; and a first communication path capable of communicating the first and second reaction gas paths on a reaction gas inlet side of the fuel cell stack. A second communication path that can communicate the first and second reaction gas paths at a reaction gas outlet side of the fuel cell stack, wherein the second communication path is used when the power generation of the fuel cell stack ends.
While blocking the reaction gas path, the first and second
A phosphoric acid-type fuel cell system, wherein the one reaction gas is supplied from the first reaction gas path to the first and second flow paths in the fuel cell stack by opening a communication path.
【請求項2】請求項1記載のリン酸型燃料電池システム
において、前記第1および第2反応ガス経路は、前記第
1および第2連通路の両端が連通する部位の外方に位置
して第1および第2入口側開閉弁と第1および第2出口
側開閉弁とを配設する一方、前記第1および第2連通路
は、第3入口側開閉弁と第3出口側開閉弁とを配設する
ことを特徴とするリン酸型燃料電池システム。
2. The phosphoric acid type fuel cell system according to claim 1, wherein said first and second reaction gas paths are located outside a portion where both ends of said first and second communication paths communicate with each other. While the first and second inlet-side on-off valves and the first and second outlet-side on-off valves are provided, the first and second communication passages include a third inlet-side on-off valve, a third outlet-side on-off valve, The phosphoric acid type fuel cell system characterized by disposing.
【請求項3】請求項1または2記載のリン酸型燃料電池
システムにおいて、前記電解質は、ポリベンズイミダゾ
ールにリン酸を保持させた電解質層を備えることを特徴
とするリン酸型燃料電池システム。
3. The phosphoric acid type fuel cell system according to claim 1, wherein said electrolyte comprises an electrolyte layer in which polybenzimidazole holds phosphoric acid.
【請求項4】リン酸を含浸させた電解質をアノード側電
極とカソード側電極とで挟んで構成される接合体を有
し、前記接合体をセパレータにより挟持した複数の発電
セルが積層される燃料電池スタックを備えたリン酸型燃
料電池システムの停止方法であって、 酸化剤ガスまたは燃料ガスである一方の反応ガスを前記
燃料電池スタック内の第1流路に供給するとともに、他
方の反応ガスを前記燃料電池スタック内の第2流路に供
給して発電を行う工程と、 前記燃料電池スタックの発電が終了する際に、前記他方
の反応ガスの供給および排出を停止するとともに、前記
燃料電池スタック内の前記第1および第2流路に前記一
方の反応ガスのみを供給することにより、該燃料電池ス
タック内の水分を除去する工程と、 を有することを特徴とするリン酸型燃料電池システムの
停止方法。
4. A fuel comprising a joined body comprising an electrolyte impregnated with phosphoric acid sandwiched between an anode-side electrode and a cathode-side electrode, wherein a plurality of power generation cells having the joined body sandwiched by separators are stacked. A method for stopping a phosphoric acid type fuel cell system including a cell stack, comprising supplying one reaction gas, which is an oxidizing gas or a fuel gas, to a first flow path in the fuel cell stack and the other reaction gas. Supplying power to the second flow path in the fuel cell stack to generate power; and stopping power supply and discharge of the other reactant gas when the power generation of the fuel cell stack is completed. Removing only water from the fuel cell stack by supplying only the one reaction gas to the first and second flow passages in the stack. The method of stopping acid fuel cell system.
【請求項5】請求項4記載の停止方法において、前記酸
化剤ガスと前記燃料ガスとが混合したときの燃焼範囲外
で、前記第2流路に前記一方の反応ガスを導入すること
を特徴とするリン酸型燃料電池システムの停止方法。
5. The stopping method according to claim 4, wherein said one reaction gas is introduced into said second flow path outside a combustion range when said oxidizing gas and said fuel gas are mixed. Method for stopping a phosphoric acid type fuel cell system.
【請求項6】請求項4または5記載の停止方法におい
て、前記電解質は、ポリベンズイミダゾールにリン酸を
保持させた電解質層であることを特徴とするリン酸型燃
料電池システムの停止方法。
6. The method for stopping a phosphoric acid type fuel cell system according to claim 4, wherein said electrolyte is an electrolyte layer in which phosphoric acid is retained on polybenzimidazole.
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