JP2002158023A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002158023A
JP2002158023A JP2000354257A JP2000354257A JP2002158023A JP 2002158023 A JP2002158023 A JP 2002158023A JP 2000354257 A JP2000354257 A JP 2000354257A JP 2000354257 A JP2000354257 A JP 2000354257A JP 2002158023 A JP2002158023 A JP 2002158023A
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JP
Japan
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fuel cell
air
gas
electrolyte
fuel
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Application number
JP2000354257A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaya Kawakado
昌弥 川角
Takashi Shimazu
孝 志満津
Masahiko Asaoka
賢彦 朝岡
Tomo Morimoto
友 森本
Hiroshi Aoki
博史 青木
Kazuo Kawahara
和生 河原
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system with a solid polymer fuel cell enabled to disuse a supplemental device for the electrolyte humidification, to unify the moisture content ratio of the electrolyte, with few power loss caused by disusing the humidification of the electrolyte, and easy to reuse the water generated inside the cell. SOLUTION: The fuel cell system 10 comprises a solid polymer fuel cell 20, a fuel gas supplying means 30 supplying the fuel gas to a fuel electrode of the solid polymer fuel cell 20, and an oxidant gas supplying means 40 supplying the oxidant gas to an air electrode of the solid polymer fuel cell 20. A switching means 46, reversibly switching the flow path of the air to be supplied to solid polymer fuel cell 20, is installed to the oxidant gas supplying means 40. Further, recirculating means 62, 72 and/or trapping means 82, 84 may be installed to the oxidant gas supplying means.

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、さらに詳しくは、可搬型の小型電源、車載用動
力源、コジェネレーションシステム等として好適な燃料
電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system suitable as a portable small power source, a vehicle power source, a cogeneration system, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体高分子型燃料電池は、一般に、固体
高分子電解質膜の両面に燃料極及び空気極を接合し、そ
の両側を反応ガス流路が形成されたセパレータで挟んだ
構造を取る。また、燃料極及び空気極は、一般に、拡散
層と触媒層の2層構造になっており、触媒層は、触媒を
担持した担体と固体高分子電解質の複合体からなる。固
体高分子型燃料電池を用いた燃料電池システムは、通
常、このような単電池を多数積層した燃料電池スタック
と、燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
空気極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段とを
備えている。
2. Description of the Related Art A polymer electrolyte fuel cell generally has a structure in which a fuel electrode and an air electrode are joined to both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and both sides are sandwiched by a separator having a reaction gas flow path formed therein. . In addition, the fuel electrode and the air electrode generally have a two-layer structure of a diffusion layer and a catalyst layer, and the catalyst layer is composed of a composite of a carrier supporting a catalyst and a solid polymer electrolyte. A fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell generally includes a fuel cell stack in which a number of such unit cells are stacked, a fuel gas supply unit that supplies a fuel gas to a fuel electrode,
Oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the air electrode.

【0003】燃料ガス供給手段及び酸化剤ガス供給手段
を用いて、燃料極及び空気極に、それぞれ、燃料ガス及
び酸化剤ガスを供給すると、燃料が酸化され、水が生成
する。その際に放出される自由エネルギー変化は、集電
体を兼ねたセパレータを介して、直接、電気エネルギー
として取り出すことができる。この時、触媒層に含まれ
る固体高分子電解質は、三相界面においてプロトンの授
受を行い、固体高分子電解質膜は、燃料極で生成したプ
ロトンを空気極側に移動させる役割を果たす。従って、
高い出力を安定して得るためには、膜及び電極の双方に
含まれる電解質には、高プロトン伝導性が要求される。
When the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to the fuel electrode and the air electrode using the fuel gas supplying means and the oxidizing gas supplying means, respectively, the fuel is oxidized to produce water. The change in free energy released at that time can be directly taken out as electric energy via a separator also serving as a current collector. At this time, the solid polymer electrolyte contained in the catalyst layer exchanges protons at the three-phase interface, and the solid polymer electrolyte membrane plays a role of moving protons generated at the fuel electrode to the air electrode side. Therefore,
In order to stably obtain a high output, the electrolyte contained in both the membrane and the electrode is required to have high proton conductivity.

【0004】一方、固体高分子型燃料電池に用いられる
電解質には、種々の材料が知られているが、これらは、
いずれもプロトン伝導性を発現するためには水を必要と
する。従って、連続的に供給される反応ガスによって電
解質に含まれる水分が持ち去られると、電解質のプロト
ン伝導性が低下し、燃料電池の出力を低下させる原因と
なる。すなわち、固体高分子型燃料電池を用いた燃料電
池システムにおいて、高い出力を安定して得るために
は、電解質の含水率を一定に保つ必要がある。
On the other hand, various materials are known for an electrolyte used in a polymer electrolyte fuel cell.
In any case, water is required to develop proton conductivity. Therefore, when the moisture contained in the electrolyte is removed by the continuously supplied reaction gas, the proton conductivity of the electrolyte is reduced, which causes the output of the fuel cell to be reduced. That is, in a fuel cell system using a polymer electrolyte fuel cell, it is necessary to keep the water content of the electrolyte constant in order to stably obtain a high output.

【0005】従来の燃料電池システムにおいては、この
問題を解決するために、バブラ、ミスト発生器等を用い
て反応ガスを加湿したり、あるいは、セパレータ内部に
形成された反応ガス流路に直接水分を注入する等、補機
を用いて電解質に水分を補給する方法が用いるのが一般
的である。
In the conventional fuel cell system, in order to solve this problem, the reaction gas is humidified by using a bubbler, a mist generator, or the like, or the moisture is directly supplied to the reaction gas flow path formed inside the separator. In general, a method of replenishing the electrolyte with water using an auxiliary machine, such as injecting water, is used.

【0006】しかしながら、補機を用いた電解質の加湿
は、加湿用の水を貯蔵するための水タンク、加湿器、燃
料電池から排出される水を回収するための凝縮器等、さ
まざまなコンポーネントが必要となり、燃料電池システ
ムが複雑かつ大型化するという問題がある。特に、高出
力密度で発電を行う場合等、発熱が大きい場合には、燃
料電池の温度の上昇によって電解質が乾燥し、電解質の
抵抗が極端に上昇するので、大量の水を用いて電解質を
加湿する必要がある。従って、このような場合には、大
容量の水タンクとその回収システムが必要となり、燃料
電池システムがさらに複雑かつ大型化する。
However, the humidification of the electrolyte using the auxiliary equipment includes various components such as a water tank for storing water for humidification, a humidifier, and a condenser for collecting water discharged from the fuel cell. This necessitates a problem that the fuel cell system becomes complicated and large. In particular, when the power generation is high, such as when generating power at a high output density, the electrolyte dries due to the increase in the temperature of the fuel cell, and the resistance of the electrolyte increases extremely. There is a need to. Therefore, in such a case, a large-capacity water tank and its recovery system are required, and the fuel cell system is further complicated and large.

【0007】また、補機を用いた電解質の加湿は、余分
な補機動力が必要となり、燃料電池システムの発電効率
を低下させる原因となる。さらに、車載用動力源への応
用を考える場合、冬場に水タンクや燃料電池内部で水が
凍結し、起動不能や、電池の故障の原因となることがあ
る。そのため、固体高分子型燃料電池を備えた燃料電池
システムにおいては、補機による電解質の加湿を軽減又
は不要化することが望まれており、従来から種々の提案
がなされている。
In addition, humidification of the electrolyte using the auxiliary equipment requires extra auxiliary power, which lowers the power generation efficiency of the fuel cell system. Further, when considering application to a vehicle-mounted power source, water may freeze in a water tank or a fuel cell in winter, which may cause a start-up failure or battery failure. Therefore, in a fuel cell system including a polymer electrolyte fuel cell, it is desired to reduce or eliminate humidification of an electrolyte by an auxiliary machine, and various proposals have been made.

【0008】例えば、特表平8−500931号公報に
は、固体高分子型燃料電池の空気極に空気を供給する空
気供給管と、空気極から排ガスを排出する排ガス管とを
再循環路で接続し、ガス圧縮器又は空気ジェット圧縮器
を用いて、空気極から排出される排ガスの一部を空気極
供給管に再循環させる燃料電池が開示されている。
For example, Japanese Patent Publication No. Hei 8-500931 discloses an air supply pipe for supplying air to an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell and an exhaust gas pipe for discharging exhaust gas from the air electrode through a recirculation path. A fuel cell is disclosed in which a part of exhaust gas discharged from an air electrode is recirculated to an air electrode supply pipe using a gas compressor or an air jet compressor.

【0009】また、例えば、特開平9−266002号
公報には、固体高分子型燃料電池の空気極に空気を供給
する空気導入路と、空気極から排ガスを排出する空気排
出路とを循環経路で接続し、さらに、空気排出路に、空
気極から排出される排出ガスに含まれる水蒸気を凝縮さ
せる冷却手段を設けた燃料電池発電装置が開示されてい
る。
[0009] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-266002 discloses an air introduction path for supplying air to an air electrode of a polymer electrolyte fuel cell and an air discharge path for discharging exhaust gas from the air electrode. Further, a fuel cell power generator is disclosed in which a cooling means for condensing water vapor contained in exhaust gas discharged from an air electrode is provided in an air discharge path.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】固体高分子型燃料電池
の場合、空気極側で水が生成するので、燃料電池内部の
水分の大部分は、排ガス(オフガス)と共に空気極側か
ら外部に排出され、一部が燃料極側から排出される。従
って、特に空気極側に循環経路を設け、ガス圧縮器を用
いてオフガスに含まれる水分の一部を空気極に供給され
る酸化剤ガス(インガス)に戻すと、水分の排出量が少
なくなり、補機による電解質の加湿を不要化できる。
In the case of a polymer electrolyte fuel cell, since water is generated on the air electrode side, most of the water inside the fuel cell is discharged from the air electrode side to the outside together with the exhaust gas (off gas). And a part is discharged from the fuel electrode side. Accordingly, when a circulation path is provided particularly on the air electrode side and a part of the water contained in the off-gas is returned to the oxidizing gas (in-gas) supplied to the air electrode using a gas compressor, the amount of discharged water is reduced. In addition, humidification of the electrolyte by the auxiliary equipment can be eliminated.

【0011】しかしながら、オフガスの一部を再循環さ
せるためにガス圧縮器を用いると、その動力損失が大き
いという問題がある。また、オフガスの再循環によって
電解質の加湿を行った場合であっても、電解質の含水率
は、空気極の供給側で低く、排出側に行くほど高くなる
傾向がある。電解質の含水率が位置によって不均一であ
ると、電池反応も不均一となり、高い出力や効率は得ら
れない。
However, when a gas compressor is used to recirculate a part of the off-gas, there is a problem that the power loss is large. Further, even when the electrolyte is humidified by recirculation of off-gas, the water content of the electrolyte tends to be lower on the supply side of the air electrode and higher on the discharge side. If the water content of the electrolyte is non-uniform depending on the position, the battery reaction also becomes non-uniform, and high output and efficiency cannot be obtained.

【0012】また、酸化剤ガスとして空気を用いた場合
において、再循環させるオフガス量が多くなると、イン
ガス中の酸素濃度が低下する。従って、一定の空気スト
イキ比を維持するためには、インガスの流量を大きくす
る必要がある。しかしながら、インガスの流量が増大す
ると、電解質の含水率がさらに不均一となり、燃料電池
の出力が低下するという問題がある。
In the case where air is used as the oxidizing gas, when the amount of recirculated off-gas increases, the oxygen concentration in the in-gas decreases. Therefore, in order to maintain a constant air stoichiometric ratio, it is necessary to increase the flow rate of the ingas. However, when the flow rate of the ingas is increased, there is a problem that the water content of the electrolyte becomes more uneven, and the output of the fuel cell is reduced.

【0013】さらに、空気排出路に冷却手段を設けた場
合、燃料電池から排出される水分量を最小限に抑えるこ
とができる。しかしながら、排出ガス中の水蒸気を冷却
凝縮して得られる水を電解質に戻すためには、そのため
の機構が別途必要となる。また、冷却凝縮した水を蒸気
化又は霧化して空気供給路に供給しても、電解質の含水
率を均一化することはできず、高い出力は得られない。
Further, when the cooling means is provided in the air discharge path, the amount of water discharged from the fuel cell can be minimized. However, in order to return the water obtained by cooling and condensing the water vapor in the exhaust gas to the electrolyte, a separate mechanism is required. Further, even if the water condensed by cooling is vaporized or atomized and supplied to the air supply path, the water content of the electrolyte cannot be made uniform, and a high output cannot be obtained.

【0014】本発明が解決しようとする課題は、固体高
分子型燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、補
機による電解質の加湿を不要化することにある。また、
本発明が解決しようとする他の課題は、電解質の含水率
を均一化でき、電解質の無加湿化に要する動力損失が少
なく、しかも、電池内部で生成した水の再利用が容易な
燃料電池システムを提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the need for auxiliary equipment to humidify an electrolyte in a fuel cell system having a polymer electrolyte fuel cell. Also,
Another object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system capable of equalizing the water content of the electrolyte, reducing the power loss required for dehumidifying the electrolyte, and easily reusing water generated inside the battery. Is to provide.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、固体高分子型燃料電池と、該固体高分子型
燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手
段と、前記固体高分子型燃料電池の空気極に酸化剤ガス
を供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池シス
テムにおいて、前記酸化剤ガス供給手段及び/又は前記
燃料ガス供給手段は、前記空気極及び/又は前記燃料極
に供給される反応ガスの流れの方向を可逆的に切り替え
る切替手段を備えていることを要旨とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell, fuel gas supply means for supplying a fuel gas to a fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell, An oxidizing gas supply unit that supplies an oxidizing gas to an air electrode of the polymer electrolyte fuel cell, wherein the oxidizing gas supply unit and / or the fuel gas supplying unit includes the air electrode. And / or switching means for reversibly switching the direction of the flow of the reaction gas supplied to the fuel electrode.

【0016】反応ガスの流れの方向を所定の時間間隔で
切り替えると、オフガスに含まれる水蒸気の一部や、通
路、電極等に溜まった水が、そのまま燃料電池内部に戻
され、電解質の加湿に再利用される。そのため、燃料電
池から排出される水分量が少なくなり、補機による電解
質の加湿を不要化できる。また、反応ガスの流れの方向
を逆転させることによって、電解質の含水率がガスの入
り口と出口で均一化するので、入り口の電解質の乾燥と
出口のフラッディング(水過剰による酸素供給阻害の状
態をいう。)を緩和し、反応を均一化することにより、
高い出力と効率が得られる。さらに、反応ガスの流れの
方向を切り替えるだけで無加湿化が可能となるので、動
力損失も最小限に抑えることができる。
When the flow direction of the reaction gas is switched at predetermined time intervals, a part of the water vapor contained in the off-gas and water collected in the passages, electrodes, etc. are returned to the fuel cell as it is, and the humidified electrolyte is removed. Reused. Therefore, the amount of water discharged from the fuel cell is reduced, and the humidification of the electrolyte by the auxiliary equipment can be eliminated. In addition, by reversing the direction of the flow of the reaction gas, the water content of the electrolyte is made uniform at the inlet and outlet of the gas. Therefore, the drying of the electrolyte at the inlet and the flooding of the outlet (a state of oxygen supply inhibition due to excess water. )) And make the reaction more homogeneous,
High output and efficiency are obtained. Further, since humidification can be achieved only by switching the flow direction of the reaction gas, power loss can be minimized.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1に、本発明
の第1の実施の形態に係る燃料電池システム10の概略
構成図を示す。図1において、燃料電池システム10
は、燃料電池20と、燃料ガス供給手段30と、空気供
給手段(酸化剤ガス供給手段)40と、制御ユニット5
0とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell system 10 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a fuel cell system 10
Are a fuel cell 20, a fuel gas supply means 30, an air supply means (oxidant gas supply means) 40, and a control unit 5.
0.

【0018】本実施の形態において、燃料電池20に
は、固体高分子型燃料電池が用いられる。固体高分子型
燃料電池は、上述したように、固体高分子電解質膜の両
面に燃料極及び空気極を接合して膜電極接合体とし、そ
の両側を燃料流路及び空気流路(いずれも図示せず)が
形成されたセパレータで挟んだ構造を取る。また、燃料
極及び空気極の一部を構成する触媒層は、触媒を担持し
た担体と固体高分子電解質との複合体からなる。燃料電
池20には、通常、このような構造を備えた単電池が多
数積層されたスタックが用いられる。
In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 20. As described above, the solid polymer electrolyte fuel cell has a fuel electrode and an air electrode joined to both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane to form a membrane electrode assembly, and a fuel flow path and an air flow path (both in FIG. (Not shown)). Further, the catalyst layer constituting a part of the fuel electrode and the air electrode is composed of a composite of a carrier supporting a catalyst and a solid polymer electrolyte. As the fuel cell 20, a stack in which many unit cells having such a structure are stacked is usually used.

【0019】燃料ガス供給手段30は、燃料インガス通
路32と、燃料オフガス通路34と、流速コントロール
弁36と、水素供給源38とを備えている。燃料インガ
ス通路32の一端は、水素供給源38に接続され、燃料
インガス通路32の他端は、燃料電池20の燃料流路の
一端(以下、これを「A端」という。)に接続されてい
る。また、燃料オフガス通路34の一端は、燃料電池2
0の燃料流路の他端(以下、これを「B端」という。)
に接続され、燃料オフガス通路34の他端は、排気口
(図示せず)に接続されている。
The fuel gas supply means 30 includes a fuel in gas passage 32, a fuel off gas passage 34, a flow rate control valve 36, and a hydrogen supply source 38. One end of the fuel ingas passage 32 is connected to a hydrogen supply source 38, and the other end of the fuel ingas passage 32 is connected to one end of a fuel flow path of the fuel cell 20 (hereinafter, referred to as “A end”). I have. One end of the fuel off-gas passage 34 is connected to the fuel cell 2
The other end of the fuel passage 0 (hereinafter referred to as “B end”).
The other end of the fuel off-gas passage 34 is connected to an exhaust port (not shown).

【0020】さらに、燃料インガス通路32には、水素
供給源38から燃料電池20に供給される燃料流量を制
御するための流速コントロール弁36が設けられてい
る。なお、水素供給源38には、純水素を供給する水素
ボンベ、あるいは改質ガスを供給する改質器のいずれで
あっても良く、特に限定されるものではない。また、燃
料オフガス通路34は、燃料インガス通路32に接続
し、循環回路を形成しても良い。
Further, a flow rate control valve 36 for controlling the flow rate of the fuel supplied from the hydrogen supply source 38 to the fuel cell 20 is provided in the fuel ingas passage 32. The hydrogen supply source 38 may be any of a hydrogen cylinder for supplying pure hydrogen and a reformer for supplying a reformed gas, and is not particularly limited. Further, the fuel off-gas passage 34 may be connected to the fuel-in gas passage 32 to form a circulation circuit.

【0021】空気供給手段40は、第1空気通路42a
と、第2空気通路42bと、第3空気通路42cと、第
4空気通路42dと、空気ポンプ44と、切替手段46
とを備えている。第1空気通路42aの一端は、空気を
取り込むための吸気口(図示せず)に接続され、第1空
気通路42aの他端は、切替手段46に接続されてい
る。第1空気通路42aには、さらに、空気ポンプ44
が設けられ、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池20の
空気流路に送り込むようになっている。
The air supply means 40 includes a first air passage 42a.
, A second air passage 42b, a third air passage 42c, a fourth air passage 42d, an air pump 44,
And One end of the first air passage 42a is connected to an intake port (not shown) for taking in air, and the other end of the first air passage 42a is connected to the switching means 46. An air pump 44 is further provided in the first air passage 42a.
Is provided so that air as an oxidizing gas is sent into the air flow path of the fuel cell 20.

【0022】また、第2空気通路42bの一端は、切替
手段46に接続され、第2空気通路42bの他端は、燃
料電池20の空気流路の一端(以下、これを「B端」と
いう。)に接続されている。また、第3空気通路42c
の一端は、燃料電池20の空気流路の他端(以下、これ
を「A端」という。)に接続され、第3空気通路42c
の他端は、切替手段46に接続されている。さらに、第
4空気通路42dの一端は、切替手段46に接続され、
第4空気通路42dの他端は、排気口(図示せず)に接
続されている。
Further, one end of the second air passage 42b is connected to the switching means 46, and the other end of the second air passage 42b is connected to one end of an air flow passage of the fuel cell 20 (hereinafter referred to as "B end"). .)It is connected to the. Also, the third air passage 42c
Is connected to the other end of the air flow path of the fuel cell 20 (hereinafter referred to as “A end”), and the third air passage 42c
Is connected to the switching means 46. Further, one end of the fourth air passage 42d is connected to the switching means 46,
The other end of the fourth air passage 42d is connected to an exhaust port (not shown).

【0023】切替手段46は、燃料電池20の空気流路
に供給される空気の流れの方向を可逆的に切り替えるた
めのものである。すなわち、切替手段46は、空気流路
のB端からA端に向かって空気を流す(図1中、点線で
表示)時には、第1空気通路42aから供給される空気
を第2空気通路42bに導き、空気流路のA端から排出
される空気を、第3空気通路42cから第4空気通路4
2dに導く機能を備えている。また、切替手段46は、
空気流路のA端からB端に向かって空気を流す(図1
中、実線で表示)時には、第1空気通路42aから供給
される空気を第3空気通路42cに導き、空気流路のB
端から排出される空気を、第2空気通路42bから第4
空気通路42dに導く機能を備えている。
The switching means 46 is for reversibly switching the direction of the flow of air supplied to the air flow path of the fuel cell 20. That is, the switching unit 46 transfers the air supplied from the first air passage 42a to the second air passage 42b when the air flows from the end B to the end A of the air flow path (indicated by a dotted line in FIG. 1). The air discharged from the end A of the air passage is guided from the third air passage 42 c to the fourth air passage 4.
It has the function of leading to 2d. Further, the switching means 46
Air flows from end A to end B of the air flow path (FIG. 1).
(Indicated by middle and solid lines), the air supplied from the first air passage 42a is guided to the third air passage 42c,
The air discharged from the end is transferred from the second air passage 42b to the fourth air passage 42b.
It has a function of leading to the air passage 42d.

【0024】図2に、このような機能を備えた切替手段
46の一例を示す。図2に例示する切替手段46は、2
つの3方向バルブ48a、48bを備えている。第1空
気通路42aは、一方の3方向バルブ(以下、これを
「第1バルブ」という。)48aに接続され、第4空気
通路42dは、他方の3方向バルブ(以下、これを「第
2バルブ」という。)48bに接続されている。また、
第2空気通路42bは、第1バルブ48aに接続され、
さらに、バイパス通路42fを介して第2バルブ48b
にも接続されている。同様に、第3空気通路42cは、
第2バルブ48bに接続され、さらに、バイパス通路4
2gを介して第1バルブ48aにも接続されている。
FIG. 2 shows an example of the switching means 46 having such a function. The switching means 46 illustrated in FIG.
It has two three-way valves 48a, 48b. The first air passage 42a is connected to one three-way valve (hereinafter, referred to as "first valve") 48a, and the fourth air passage 42d is connected to the other three-way valve (hereinafter, referred to as "second valve"). This is connected to the valve 48b.) Also,
The second air passage 42b is connected to the first valve 48a,
Further, the second valve 48b is connected via the bypass passage 42f.
Is also connected. Similarly, the third air passage 42c is
The bypass valve 4 is connected to the second valve 48b.
It is also connected to the first valve 48a via 2g.

【0025】従って、このような構造を備えた切替手段
46において、第1バルブ48aを第2空気通路42b
側に、かつ、第2バルブ48bを第3空気通路42c側
に切り替えれば、図2(a)に示すように、空気ポンプ
44から供給される空気を燃料電池20の空気流路のB
端からA端に向かって流すことができる。逆に、第1バ
ルブ48aを第3空気通路42c側に、かつ、第2バル
ブ48bを第2空気通路42b側に切り替えれば、図2
(b)に示すように、空気を燃料電池20の空気流路の
A端からB端に向かって流すことができる。
Therefore, in the switching means 46 having such a structure, the first valve 48a is connected to the second air passage 42b.
When the second valve 48b is switched to the third air passage 42c side, the air supplied from the air pump 44 is supplied to the air flow path B of the fuel cell 20 as shown in FIG.
It can flow from the end to the A end. Conversely, if the first valve 48a is switched to the third air passage 42c and the second valve 48b is switched to the second air passage 42b, FIG.
As shown in (b), air can flow from the end A to the end B of the air flow path of the fuel cell 20.

【0026】制御ユニット50は、燃料電池システム1
0の制御に必要な情報(例えば、燃料電池20の電圧、
電流、出力、抵抗等。)を受信する信号受信手段(図示
せず)と、入力信号に基づいてシステム内にある各装置
の制御量を算出する演算手段(図示せず)と、算出され
た制御量をシステム内の各装置に送信する信号送信手段
(図示せず)を備えている。演算手段は、CPU、RO
M、RAM等により構成され、ROMには、切替手段4
6の切り替え方向及び切り替えタイミングを制御するた
めの制御プログラムや、要求される出力が得られるよう
に燃料流量及び空気流量を制御する制御プログラムな
ど、燃料電池システム10全体を制御するための各種の
制御プログラムが格納されている。
The control unit 50 controls the fuel cell system 1
0 (for example, the voltage of the fuel cell 20,
Current, output, resistance etc. ), Calculating means (not shown) for calculating the control amount of each device in the system based on the input signal, and calculating the control amount for each device in the system. There is provided a signal transmitting means (not shown) for transmitting to the device. The calculating means is a CPU, RO
M, RAM, etc., and a switching means 4
Various controls for controlling the entire fuel cell system 10, such as a control program for controlling the switching direction and the switching timing of No. 6, and a control program for controlling the fuel flow rate and the air flow rate so as to obtain the required output. The program is stored.

【0027】次に、本実施の形態に係る燃料電池システ
ム10の運転方法について説明する。まず、燃料電池シ
ステム10に対して燃料電池20の出力の増減を指示す
る制御信号が入力されると、制御ユニット50は、要求
される出力を得るために必要な燃料流量及び空気流量を
算出する。次いで、算出された燃料流量及び空気流量が
得られるように、流量コントロール弁36の開度及び空
気ポンプ44の出力を調節する。
Next, an operation method of the fuel cell system 10 according to the present embodiment will be described. First, when a control signal instructing the fuel cell system 10 to increase or decrease the output of the fuel cell 20 is input, the control unit 50 calculates a fuel flow rate and an air flow rate necessary to obtain a required output. . Next, the opening degree of the flow control valve 36 and the output of the air pump 44 are adjusted so that the calculated fuel flow rate and air flow rate are obtained.

【0028】この場合、燃料極インガスは、常に燃料流
路のA端から供給され、燃料極オフガスは、常に燃料流
路のB端から排出される。一方、空気極インガスは、ま
ず、第1空気通路42aから切替手段46に導かれ、次
いで、切替手段46の切り替え方向に応じて、空気流路
のA端又はB端のいずれか一方に供給される。また、A
端又はB端の他方から排出された空気極オフガスは、切
替手段46を介して第4空気通路42dに導かれる。
In this case, the fuel electrode in-gas is always supplied from the end A of the fuel flow path, and the fuel electrode off-gas is always discharged from the end B of the fuel flow path. On the other hand, the air electrode ingas is first guided from the first air passage 42a to the switching means 46, and then supplied to one of the A end and the B end of the air flow path according to the switching direction of the switching means 46. You. Also, A
The air electrode off-gas discharged from the other end or the end B is guided to the fourth air passage 42 d via the switching means 46.

【0029】制御ユニット50は、この状態で燃料電池
20の運転を続けながら、燃料電池20の電圧及び抵抗
をモニタする。一般に、電解質のドライアップが発生す
ると、一定の電圧に対する電流が減少し、抵抗の増大と
なって現れる。そのため、少なくとも燃料電池20の電
圧及び抵抗をモニタすれば、電解質の含水状態を判定す
ることができる。次いで、制御ユニット50は、電圧及
び抵抗から推定される電解質の含水率があるしきい値を
下回ったと判定した場合には、切替手段46により空気
の流れ方向を反対方向に切り替える。以後、燃料電池シ
ステム10の運転を停止させるまで、このようなフィー
ドバック制御が繰り返される。
The control unit 50 monitors the voltage and resistance of the fuel cell 20 while continuing the operation of the fuel cell 20 in this state. Generally, when electrolyte dry-up occurs, the current for a certain voltage decreases, which appears as an increase in resistance. Therefore, by monitoring at least the voltage and the resistance of the fuel cell 20, it is possible to determine the water-containing state of the electrolyte. Next, when the control unit 50 determines that the water content of the electrolyte estimated from the voltage and the resistance has fallen below a certain threshold value, the switching unit 46 switches the air flow direction to the opposite direction. Thereafter, such feedback control is repeated until the operation of the fuel cell system 10 is stopped.

【0030】次に、本実施の形態に係る燃料電池システ
ムの作用について説明する。固体高分子型燃料電池の場
合、空気極側では、電池反応により水が生成する。ま
た、プロトンが空気極側に移動する際に、電気浸透によ
り水分子も同時に空気極側に移動する。一方、燃料極側
においては、水は生成せず、空気極側にある水の一部
が、バックディフュージョンにより燃料極側に移動す
る。
Next, the operation of the fuel cell system according to this embodiment will be described. In the case of a polymer electrolyte fuel cell, water is generated on the air electrode side by a cell reaction. When protons move to the air electrode side, water molecules also move to the air electrode side by electroosmosis. On the other hand, on the fuel electrode side, water is not generated, and a part of the water on the air electrode side moves to the fuel electrode side by back diffusion.

【0031】すなわち、燃料電池20の内部では、燃料
極側よりも空気極側の方がより多くの水分を含んだ状態
にある。従って、反応ガスを一方向に流しながら発電を
行うと、燃料電池内部の水分の大部分は、オフガスと共
に空気極側から外部に排出される。この排出される水分
量は、通常、電池反応による生成水量より多いので、反
応ガスに対する加湿量が少ないと、電解質の含水率が低
下し、出力低下を引き起こす。
That is, inside the fuel cell 20, the air electrode side contains more moisture than the fuel electrode side. Therefore, when power is generated while flowing the reaction gas in one direction, most of the water inside the fuel cell is discharged to the outside from the air electrode side together with the off-gas. Since the amount of water discharged is usually larger than the amount of water generated by the battery reaction, if the amount of humidification with respect to the reaction gas is small, the water content of the electrolyte decreases, causing a decrease in output.

【0032】これに対し、本実施の形態に係る燃料電池
システム10は、空気の流れの方向を可逆的に切り替え
る切替手段46を備えているので、空気の流れの方向を
逆転させた時に、空気極オフガスに含まれている水分の
一部がそのまま燃料電池20内部に戻され、燃料電池2
0から排出される水分量が減少する。燃料電池20内部
に戻された水分は、そのまま電解質の加湿に再利用され
るので、電池反応による生成水のみでも電解質の含水率
を一定の水準に維持することができる。そのため、補機
を用いて電解質の加湿を行わなくても、発電を行うこと
ができる。
On the other hand, the fuel cell system 10 according to the present embodiment is provided with the switching means 46 for reversibly switching the direction of the air flow, so that when the direction of the air flow is reversed, Part of the water contained in the pole off-gas is returned to the fuel cell 20 as it is, and the fuel cell 2
The amount of water discharged from zero decreases. The water returned to the inside of the fuel cell 20 is reused for humidifying the electrolyte as it is, so that the water content of the electrolyte can be maintained at a constant level only by the water generated by the cell reaction. Therefore, power generation can be performed without humidifying the electrolyte using the auxiliary device.

【0033】また、例えば、空気流路のB端からA端に
向かって空気を一方向に流す場合、空気は、空気流路内
の水分によって徐々に加湿される。そのため、空気の湿
度は、B端側で低く、A端側に行くほど高くなる。ま
た、これに応じて電解質の含水率もA端側に行くほど高
くなる傾向があり、B端では乾燥による抵抗増大が、ま
た、A端では水分の増大によるフラッディングが生じや
すくなる。このように、電解質の含水率が位置によって
不均一であると、電池反応も不均一となり、高い出力は
得られない。
For example, when air flows in one direction from end B to end A of the air flow path, the air is gradually humidified by the moisture in the air flow path. Therefore, the humidity of the air is low on the B end side, and becomes higher toward the A end side. Accordingly, the water content of the electrolyte also tends to increase toward the A-end side, and resistance increases due to drying at the B-end, and flooding due to an increase in moisture tends to occur at the A-end. As described above, when the water content of the electrolyte is non-uniform depending on the position, the battery reaction also becomes non-uniform, and a high output cannot be obtained.

【0034】これに対し、空気流路のB端からA端に向
かって空気を流した後、切替手段46を用いて空気の流
れの方向を逆転させると、低湿度の空気が流れていたB
端側に高湿度の空気が流れ込む。そのため、所定の時間
間隔で空気の流れの方向を可逆的に切り替えると、電解
質膜の含水率が均一化し、高い出力が得られる。
On the other hand, when air is caused to flow from the end B to the end A of the air flow path and then the direction of the air flow is reversed by using the switching means 46, the air having the low humidity flows.
High humidity air flows into the end. Therefore, when the direction of the flow of air is reversibly switched at predetermined time intervals, the water content of the electrolyte membrane becomes uniform, and a high output is obtained.

【0035】さらに、燃料電池20の作動状況をモニタ
しながら切替手段46の切り替え方向及び切り替えタイ
ミングをフィードバック制御すると、電解質の含水率を
高い精度で制御することができ、高い出力が安定して得
られる。また、切替手段46を用いた空気の流れの方向
の切替には、大きな圧力損失を伴わないので、電解質の
無加湿化に伴う動力損失も最小限に抑えることができ
る。
Further, if the switching direction and the switching timing of the switching means 46 are feedback-controlled while monitoring the operating condition of the fuel cell 20, the water content of the electrolyte can be controlled with high accuracy, and a high output can be obtained stably. Can be Further, since the switching of the direction of the air flow using the switching means 46 does not involve a large pressure loss, the power loss due to non-humidification of the electrolyte can be minimized.

【0036】なお、本実施の形態において、切替手段4
6は、空気極側にのみ設けられているが、水分の一部
は、燃料電池20の燃料極側からも排出される。従っ
て、切替手段46は、燃料極側に設けても良く、あるい
は、空気極側及び燃料極側の双方に設けても良い。
In this embodiment, the switching means 4
Although 6 is provided only on the air electrode side, part of the water is also discharged from the fuel electrode side of the fuel cell 20. Therefore, the switching means 46 may be provided on the fuel electrode side, or may be provided on both the air electrode side and the fuel electrode side.

【0037】次に、本発明の第2の実施の形態に係る燃
料電池システムについて説明する。図3に、本実施の形
態に係る燃料電池システム12の概略構成図を示す。図
3において、燃料電池システム12は、燃料電池20
と、燃料ガス供給手段30と、空気供給手段60と、制
御ユニット52とを備えている。
Next, a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the fuel cell system 12 according to the present embodiment. In FIG. 3, the fuel cell system 12 includes a fuel cell 20
, A fuel gas supply means 30, an air supply means 60, and a control unit 52.

【0038】ここで、燃料電池20及び燃料ガス供給手
段30は、第1の実施の形態に係る燃料電池システム1
0と同一であるので説明を省略する。また、空気供給手
段60は、第1〜第4空気通路42a〜42d、空気ポ
ンプ44及び切替手段46を備えている点は、第1の実
施の形態に係る燃料電池システム10の空気供給手段4
0と同一であるが、再循環手段62をさらに備えている
点が異なっている。
Here, the fuel cell 20 and the fuel gas supply means 30 correspond to the fuel cell system 1 according to the first embodiment.
Since it is the same as 0, the description is omitted. Further, the point that the air supply means 60 includes first to fourth air passages 42a to 42d, an air pump 44 and a switching means 46 is different from the air supply means 4 of the fuel cell system 10 according to the first embodiment.
0, except that the recirculation means 62 is further provided.

【0039】再循環手段62は、再循環通路64と、動
差圧発生器66と、流量制御バルブ68とを備えてい
る。動差圧発生器66は、第1空気通路42a上であっ
て、空気ポンプ44と切替手段46の中間に設けられ
る。また、流量制御バルブ68は、第4空気通路42d
上に設けられる。さらに、動差圧発生器66と流量制御
バルブ68とは、再循環通路64により連結されてい
る。
The recirculation means 62 includes a recirculation passage 64, a dynamic pressure difference generator 66, and a flow control valve 68. The dynamic differential pressure generator 66 is provided on the first air passage 42a and between the air pump 44 and the switching means 46. The flow control valve 68 is connected to the fourth air passage 42d.
Provided above. Further, the dynamic differential pressure generator 66 and the flow control valve 68 are connected by a recirculation passage 64.

【0040】動差圧発生器66は、空気極オフガスの一
部を流速の違いに基づく動差圧を利用して、空気極イン
ガスに引き込む機能を備えている。図4に、このような
機能を備えた動差圧発生器66の一例を示す。図4に例
示する動差圧発生器66は、本体66aと、その内部に
設けられたノズル66bとを備えている。本体66a
は、第1空気通路42a上に設けられ、本体66aの側
面には、再循環通路64が接続されている。また、ノズ
ル66bは、空気極インガスの流れの方向に沿って設け
られ、その尾端は、空気ポンプ44側の第1空気通路4
2aに接続されている。
The dynamic differential pressure generator 66 has a function of drawing a part of the air electrode off-gas into the air electrode in-gas by utilizing a dynamic differential pressure based on a difference in flow velocity. FIG. 4 shows an example of the dynamic differential pressure generator 66 having such a function. The dynamic differential pressure generator 66 illustrated in FIG. 4 includes a main body 66a and a nozzle 66b provided therein. Body 66a
Is provided on the first air passage 42a, and a recirculation passage 64 is connected to a side surface of the main body 66a. The nozzle 66b is provided along the direction of the flow of the air electrode ingas, and its tail end is connected to the first air passage 4 on the air pump 44 side.
2a.

【0041】流量制御バルブ68は、第4空気通路42
dに排出された空気極オフガスの一部を再循環通路64
に分配するためのものであり、流量制御バルブ68の開
度を調節することによって、再循環通路64に流入する
再循環オフガスの流量を可変できるようになっている。
The flow control valve 68 is connected to the fourth air passage 42
a part of the air electrode off-gas discharged to
The flow rate of the recirculated off-gas flowing into the recirculation passage 64 can be varied by adjusting the opening of the flow control valve 68.

【0042】制御ユニット52は、信号受信手段、演算
手段、及び信号送信手段を備えている点、及び、演算手
段には燃料電池システム12を制御するための各種の制
御プログラムが格納されている点は、第1の実施の形態
と同様であるが、演算手段には、さらに、電解質の含水
状態に応じて、流量制御バルブ68の開度を調節するた
めの制御プログラムが格納されている点が異なってい
る。
The control unit 52 includes signal receiving means, arithmetic means, and signal transmitting means, and the arithmetic means stores various control programs for controlling the fuel cell system 12. Is the same as in the first embodiment, except that the arithmetic means further stores a control program for adjusting the opening of the flow control valve 68 in accordance with the water content of the electrolyte. Is different.

【0043】次に、本実施の形態に係る燃料電池システ
ム12の作用について説明する。空気ポンプ44から第
1空気通路42aに空気を送り込むと、動差圧発生器6
6において動差圧が発生する。例えば、図4に示す構造
を備えた動差圧発生器66の場合、空気ポンプ44から
供給される空気がノズル66b先端から噴射されると、
ノズル66bの先端に動差圧が発生する。この動差圧に
よって、空気極オフガスの一部が再循環オフガスとして
再循環通路64に引き込まれ、この再循環オフガスが、
再循環通路64を通って本体66a内部に流れ込む。
Next, the operation of the fuel cell system 12 according to the present embodiment will be described. When air is sent from the air pump 44 to the first air passage 42a, the dynamic differential pressure generator 6
At 6, a dynamic differential pressure is generated. For example, in the case of the dynamic differential pressure generator 66 having the structure shown in FIG. 4, when air supplied from the air pump 44 is jetted from the tip of the nozzle 66b,
A dynamic pressure difference is generated at the tip of the nozzle 66b. Due to this dynamic differential pressure, a part of the air electrode off-gas is drawn into the recirculation passage 64 as a recirculation off-gas, and this recirculation off-gas is
It flows into the main body 66a through the recirculation passage 64.

【0044】この時、電解質の含水率に応じて流量制御
バルブ68の開度を調節すれば、本体66a内部に引き
込まれる再循環オフガス量を制御することができる。具
体的には、まず、燃料電池20の電圧及び抵抗をモニタ
し、電解質の含水率を判定する。次いで、電解質の含水
率が過少であると判定された場合には、流量制御バルブ
68の開度を大きくし、再循環オフガス量を増加させれ
ば良い。一方、電解質の含水率が過剰であると判定され
た場合には、流量制御バルブ68の開度を小さくし、再
循環オフガス量を減少させれば良い。
At this time, if the opening of the flow control valve 68 is adjusted according to the water content of the electrolyte, the amount of recirculated off-gas drawn into the main body 66a can be controlled. Specifically, first, the voltage and resistance of the fuel cell 20 are monitored to determine the water content of the electrolyte. Next, when it is determined that the water content of the electrolyte is too low, the opening degree of the flow control valve 68 may be increased to increase the amount of recirculated off-gas. On the other hand, when it is determined that the water content of the electrolyte is excessive, the opening of the flow control valve 68 may be reduced to reduce the amount of recirculated off-gas.

【0045】本実施の形態に係る燃料電池システム12
は、このような再循環手段62に加えて、さらに切替手
段46を備えているので、空気極オフガスに含まれる水
分の一部が燃料電池20内部に戻され、電解質の加湿に
再利用される。そのため、補機による電解質の加湿を行
わなくても、電解質の含水率が一定の水準に維持され、
発電を継続することができる。また、燃料電池20の作
動環境に基づいて、再循環手段60による再循環オフガ
ス量、並びに、切替手段46の切り替え方向及び切り替
えタイミングをフィードバック制御すれば、燃料電池2
0から排出される水分量をより細かく制御することがで
きる。
The fuel cell system 12 according to the present embodiment
Has a switching means 46 in addition to the recirculation means 62, so that part of the water contained in the air electrode off-gas is returned to the fuel cell 20 and reused for humidifying the electrolyte. . Therefore, even if the electrolyte is not humidified by the auxiliary equipment, the water content of the electrolyte is maintained at a certain level,
Power generation can be continued. Further, if the recirculation off-gas amount by the recirculation unit 60 and the switching direction and the switching timing of the switching unit 46 are feedback-controlled based on the operating environment of the fuel cell 20, the fuel cell 2
The amount of water discharged from zero can be more finely controlled.

【0046】さらに、切替手段46により空気の流れの
方向が切り替えられることに加え、再循環手段62によ
り空気極インガスが加湿されるので、電解質の含水率が
さらに均一化し、高い出力が安定して得られる。また、
空気極オフガスを再循環させるために動差圧発生装置6
6を用いているので、簡素な構成となり、しかも、再循
環に要する動力損失を最小限に抑えることができる。
Further, in addition to the switching of the air flow direction by the switching means 46, the recirculation means 62 humidifies the air electrode ingas, so that the water content of the electrolyte is further uniformed, and the high output is stabilized. can get. Also,
Dynamic differential pressure generator 6 for recirculating air electrode off-gas
6, the structure is simple, and the power loss required for recirculation can be minimized.

【0047】なお、本実施の形態において、切替手段4
6及び再循環手段62は、空気極側に設けられている
が、これらの手段を燃料極側に設けても良く、あるい
は、空気極及び燃料極側の双方に設けても良い。
In this embodiment, the switching means 4
6 and the recirculation means 62 are provided on the air electrode side, but these means may be provided on the fuel electrode side, or may be provided on both the air electrode and the fuel electrode side.

【0048】次に、本発明の第3の実施の形態に係る燃
料電池システムについて説明する。図5に、本実施の形
態に係る燃料電池システム14の概略構成図を示す。図
5において、燃料電池システム14は、燃料電池20
と、燃料ガス供給手段30と、空気供給手段70と、制
御ユニット54とを備えている。
Next, a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a schematic configuration diagram of the fuel cell system 14 according to the present embodiment. In FIG. 5, the fuel cell system 14 includes a fuel cell 20
, A fuel gas supply means 30, an air supply means 70, and a control unit 54.

【0049】ここで、燃料電池20及び燃料ガス供給手
段30は、第1の実施の形態に係る燃料電池システム1
0と同一であるので説明を省略する。また、空気供給手
段70は、第1〜第4空気通路42a〜42d、空気ポ
ンプ44及び切替手段46を備えている点は、第1の実
施の形態に係る燃料電池システム10の空気供給手段4
0と同一であるが、再循環手段72をさらに備えている
点が異なっている。
Here, the fuel cell 20 and the fuel gas supply means 30 correspond to the fuel cell system 1 according to the first embodiment.
Since it is the same as 0, the description is omitted. Further, the point that the air supply means 70 includes the first to fourth air passages 42a to 42d, the air pump 44, and the switching means 46 is different from the air supply means 4 of the fuel cell system 10 according to the first embodiment.
0, except that the recirculation means 72 is further provided.

【0050】再循環手段72は、再循環通路74と、2
つの可変動差圧発生器76、78とを備えている。一方
の可変動差圧発生器(以下、これを「第1可変動差圧発
生器」という。)76は、第2空気通路42b上に設け
られ、他方の可変動差圧発生器(以下、これを「第2可
変動差圧発生器」という。)78は、第3空気通路42
c上に設けられている。また、第1可変動差圧発生器7
6及び第2動差圧発生器78は、再循環通路74により
連結されている。
The recirculation means 72 includes a recirculation passage 74, 2
And two variable dynamic differential pressure generators 76 and 78. One variable dynamic differential pressure generator (hereinafter, referred to as “first variable dynamic differential pressure generator”) 76 is provided on the second air passage 42b, and the other variable dynamic differential pressure generator (hereinafter, referred to as “first variable dynamic differential pressure generator”). This is referred to as a "second variable dynamic differential pressure generator.") 78 is the third air passage 42.
c. In addition, the first variable dynamic differential pressure generator 7
The sixth and second dynamic differential pressure generators 78 are connected by a recirculation passage 74.

【0051】第1及び第2可変動差圧発生器76、78
は、その内部に空気極インガスが流れる際に動差圧を発
生させ、しかも、発生する動差圧を可変できる機能を備
えている。図6に、このような機能を備えた第1可変動
差圧発生器76の一例を示す。図6に例示する第1可変
動差圧発生器76は、本体76aと、その内部に設けら
れた可変ノズル76bとを備えている。本体76aは、
第2空気通路42b上に設けられ、本体76aの側面に
は、再循環通路74が接続されている。また、可変ノズ
ル76bは、空気極インガスの流れの方向に沿って設け
られ、その尾端は、切替手段46側の第2空気通路42
aに接続されている。さらに、可変ノズル76bは、そ
の先端の長さを可変できるようになっている。第3空気
通路42cに設けられる第2可変動差圧発生装置78
も、これと同様の構成を有している。
The first and second variable dynamic differential pressure generators 76 and 78
Has a function of generating a dynamic pressure difference when the air electrode ingas flows therein, and furthermore, has a function of varying the generated dynamic pressure difference. FIG. 6 shows an example of the first variable dynamic differential pressure generator 76 having such a function. The first variable dynamic differential pressure generator 76 illustrated in FIG. 6 includes a main body 76a and a variable nozzle 76b provided therein. The main body 76a
The recirculation passage 74 is provided on the second air passage 42b, and is connected to a side surface of the main body 76a. The variable nozzle 76b is provided along the direction of the flow of the air electrode ingas, and its tail end is connected to the second air passage 42 on the switching unit 46 side.
a. Further, the variable nozzle 76b can change the length of its tip. The second variable dynamic differential pressure generator 78 provided in the third air passage 42c
Also has a similar configuration.

【0052】制御ユニット54は、信号受信手段、演算
手段、及び信号送信手段を備えている点、及び、演算手
段には、燃料電池システム14を制御するための各種の
制御プログラムが格納されている点は、第1の実施の形
態と同様であるが、演算手段には、さらに、電解質膜の
含水状態及び空気の流れの方向に応じて、第1及び第2
可変動差圧発生器76、78の可変ノズル76b、78
bの長さを調節するための制御プログラムが格納されて
いる点が異なっている。
The control unit 54 is provided with a signal receiving means, a calculating means, and a signal transmitting means. The calculating means stores various control programs for controlling the fuel cell system 14. The point is the same as that of the first embodiment, but the arithmetic means further includes first and second points according to the water-containing state of the electrolyte membrane and the direction of the air flow.
Variable nozzles 76b, 78 of variable dynamic pressure difference generators 76, 78
The difference is that a control program for adjusting the length of b is stored.

【0053】次に、本実施の形態に係る燃料電池システ
ム14の作用について説明する。空気流路のB端からA
端に向かって空気を流す場合には、第1可変動差圧発生
器76は、図6(a)に示すように、可変ノズル76a
の先端を長く伸ばす。また、第2可変動差圧発生器78
は、図6(b)に示すように、可変ノズル78bの先端
を短くする。この状態で第1可変動差圧発生器76にイ
ンガスを流すと、可変ノズル76a先端でより大きな動
差圧が発生する。そのため、空気極オフガスの一部が再
循環オフガスとして再循環通路74に引き込まれ、この
再循環オフガスが再循環通路74を通って第1可変動作
圧発生器の本体76aに流れ込む。
Next, the operation of the fuel cell system 14 according to the present embodiment will be described. A from the B end of the air flow path
When the air flows toward the end, the first variable dynamic differential pressure generator 76, as shown in FIG.
Extend the tip of the. Also, the second variable dynamic differential pressure generator 78
As shown in FIG. 6B, the tip of the variable nozzle 78b is shortened. In this state, when the in-gas flows into the first variable dynamic differential pressure generator 76, a larger dynamic differential pressure is generated at the tip of the variable nozzle 76a. Therefore, part of the air electrode off-gas is drawn into the recirculation passage 74 as a recirculation off-gas, and the recirculation off-gas flows through the recirculation passage 74 into the main body 76a of the first variable operating pressure generator.

【0054】また、空気流路のA端からB端に向かって
空気を流す場合には、逆に、第2可変動差圧発生器78
は、図6(a)に示すように、可変ノズル78aの先端
を長く伸ばす。また、第1可変動差圧発生器76は、図
6(b)に示すように、可変ノズル76bの先端を短く
する。この状態で第2可変動差圧発生器78にインガス
を流すと、可変ノズル78b先端でより大きな動差圧が
発生する。そのため、空気極オフガスの一部が再循環オ
フガスとして再循環通路74に引き込まれ、この再循環
オフガスが再循環通路74を通って第2可変動差圧発生
器78の本体76aに流れ込む。
On the other hand, when air flows from the end A to the end B of the air flow path, the second variable dynamic differential pressure generator 78
As shown in FIG. 6A, the tip of the variable nozzle 78a is elongated. The first variable dynamic differential pressure generator 76 shortens the tip of the variable nozzle 76b as shown in FIG. 6B. In this state, when the in-gas flows into the second variable dynamic differential pressure generator 78, a larger dynamic differential pressure is generated at the tip of the variable nozzle 78b. Therefore, a part of the air electrode off-gas is drawn into the recirculation passage 74 as a recirculation off-gas, and the recirculation off-gas flows into the main body 76 a of the second variable dynamic differential pressure generator 78 through the recirculation passage 74.

【0055】この時、各可変ノズル76b、78bの長
さを調節すると、発生する動差圧及び再循環通路74へ
の流入抵抗が変化し、その結果として、再循環オフガス
量を制御することができる。具体的には、まず、燃料電
池20の電圧及び抵抗をモニタし、電解質の含水率を判
定する。次いで、電解質の含水率が過少であると判定さ
れた場合には、インガス側に発生する動差圧が大きく、
及び/又は、オフガス側の流入抵抗が小さくなるよう
に、各可変ノズル76b、78bの長さを調節する。こ
れにより、再循環オフガス量を増加させることができ
る。一方、電解質の含水率が過剰であると判定された場
合には、インガス側に発生する動差圧が小さく、及び/
又は、オフガス側の流入抵抗が大きくなるように、各可
変ノズル76b、78bの長さを調節する。これによ
り、再循環オフガス量を減少させることができる。
At this time, when the length of each of the variable nozzles 76b and 78b is adjusted, the generated dynamic differential pressure and the resistance to inflow into the recirculation passage 74 change, and as a result, the amount of recirculated off-gas can be controlled. it can. Specifically, first, the voltage and resistance of the fuel cell 20 are monitored to determine the water content of the electrolyte. Next, when it is determined that the water content of the electrolyte is too low, the dynamic differential pressure generated on the ingas side is large,
And / or the length of each variable nozzle 76b, 78b is adjusted so that the inflow resistance on the off-gas side is reduced. Thereby, the amount of recirculated off-gas can be increased. On the other hand, when it is determined that the water content of the electrolyte is excessive, the dynamic differential pressure generated on the ingas side is small, and / or
Alternatively, the length of each of the variable nozzles 76b and 78b is adjusted so that the inflow resistance on the off-gas side is increased. Thereby, the amount of recirculated off-gas can be reduced.

【0056】本実施の形態に係る燃料電池システム14
は、このような再循環手段72に加えて、さらに、切替
手段46を備えているので、空気極オフガスに含まれる
水分の一部が燃料電池20内部に戻され、電解質の加湿
に再利用される。そのため、補機による電解質の加湿を
行わなくても、電解質の含水率が一定の水準に維持さ
れ、発電を継続することができる。また、燃料電池20
の作動環境に基づいて、再循環手段70による再循環オ
フガス量、並びに、切替手段46の切り替え方向及び切
り替えタイミングをフィードバック制御すれば、燃料電
池20から排出される水分量をより細かく制御すること
ができる。
The fuel cell system 14 according to the present embodiment
Has a switching means 46 in addition to the recirculation means 72, so that a part of the water contained in the air electrode off-gas is returned to the fuel cell 20 and reused for humidifying the electrolyte. You. Therefore, even if the electrolyte is not humidified by the auxiliary equipment, the water content of the electrolyte is maintained at a constant level, and the power generation can be continued. Also, the fuel cell 20
If the recirculation off-gas amount by the recirculation unit 70 and the switching direction and the switching timing of the switching unit 46 are feedback-controlled based on the operating environment of, the amount of water discharged from the fuel cell 20 can be more finely controlled. it can.

【0057】さらに、切替手段46により空気の流れの
方向が切り替えられることに加え、再循環手段72によ
り空気極インガスが加湿されるので、電解質の含水率が
さらに均一化し、高い出力が安定して得られる。また、
空気極オフガスを再循環させるために可変動差圧発生装
置76、78を用いているので、簡素な構成となり、し
かも、再循環に要する動力損失を最小限に抑えることが
できる。
Further, in addition to the switching of the direction of the air flow by the switching means 46, the recirculation means 72 humidifies the air electrode ingas, so that the water content of the electrolyte is further uniformed, and the high output is stabilized. can get. Also,
Since the variable dynamic differential pressure generators 76 and 78 are used to recirculate the air electrode off-gas, the configuration is simple, and the power loss required for recirculation can be minimized.

【0058】なお、切替手段46及び再循環手段72を
空気極側に設ける代わり燃料極側に設けても良い点、及
び、これらの手段を空気極及び燃料極側の双方に設けて
も良い点は、第2の実施の形態に係る燃料電池システム
12と同様である。
The switching means 46 and the recirculation means 72 may be provided on the fuel electrode side instead of being provided on the air electrode side, and these means may be provided on both the air electrode and the fuel electrode side. Is similar to the fuel cell system 12 according to the second embodiment.

【0059】次に、本発明の第4の実施の形態に係る燃
料電池システムについて説明する。図7に、本実施の形
態に係る燃料電池システム16の概略構成図を示す。図
7において、燃料電池システム16は、燃料電池20
と、燃料ガス供給手段30と、空気供給手段80と、制
御ユニット56とを備えている。
Next, a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a fuel cell system 16 according to the present embodiment. 7, the fuel cell system 16 includes a fuel cell 20
, A fuel gas supply means 30, an air supply means 80, and a control unit 56.

【0060】ここで、燃料電池20及び燃料ガス供給手
段30は、第1の実施の形態に係る燃料電池システム1
0と同一であるので説明を省略する。また、空気供給手
段80は、第1〜第4空気通路42a〜42d、空気ポ
ンプ44及び切替手段46を備えている点は、第1の実
施の形態に係る燃料電池システム10の空気供給手段4
0と同一であるが、トラップ手段82、84をさらに備
えている点が異なっている。
Here, the fuel cell 20 and the fuel gas supply means 30 correspond to the fuel cell system 1 according to the first embodiment.
Since it is the same as 0, the description is omitted. Further, the point that the air supply means 80 includes first to fourth air passages 42a to 42d, an air pump 44 and a switching means 46 is different from the air supply means 4 of the fuel cell system 10 according to the first embodiment.
0, except that trap units 82 and 84 are further provided.

【0061】トラップ手段82、84は、反応ガスの流
れの方向が可逆的に切り替えられる通路、すなわち、第
2空気通路42b及び第3空気通路42cにそれぞれ設
けられている。トラップ手段82は、切替手段46によ
って第2空気通路42b内に空気極オフガスが流れてい
る場合には、空気極オフガス中の水分をトラップし、第
2空気通路42b内に空気極インガスが流れている場合
には、トラップされた水分を空気極インガス中に放出す
る機能を備えているものである。トラップ手段84も同
様であり、空気極オフガス中の水分をトラップし、トラ
ップされた水分を空気極インガス中に放出する機能を備
えている。
The trap means 82 and 84 are provided in passages in which the flow direction of the reaction gas is reversibly switched, that is, in the second air passage 42b and the third air passage 42c. When the air electrode off-gas is flowing into the second air passage 42b by the switching means 46, the trap means 82 traps the moisture in the air electrode off-gas, and the air electrode in-gas flows into the second air passage 42b. In this case, it has a function of releasing trapped moisture into the air electrode ingas. Similarly, the trap unit 84 has a function of trapping moisture in the air electrode off-gas and releasing the trapped moisture into the air electrode in-gas.

【0062】このような機能を備えたトラップ手段とし
ては、例えば、加熱・冷却手段を備えた水蒸気凝縮器、
雰囲気中の湿度や温度に応じて水分を吸蔵・放出する吸
水材(例えば、吸湿性の樹脂、シリカゲル、ナノメート
ルの細孔を有する多孔材料等。)が好適な一例として挙
げられる。特に、吸水材は、簡素な構成によって水分の
吸蔵・放出ができるので、トラップ手段82、84とし
て好適である。
As the trap means having such a function, for example, a steam condenser having a heating / cooling means,
A water-absorbing material (for example, a hygroscopic resin, silica gel, or a porous material having nanometer pores) that absorbs and releases moisture according to the humidity and temperature in the atmosphere is a preferred example. In particular, the water-absorbing material is suitable as the trap means 82 and 84 because it can occlude and release moisture with a simple configuration.

【0063】制御ユニット56は、信号受信手段、演算
手段、及び信号送信手段を備えている点、及び、演算手
段には、燃料電池システム16の動作を制御するための
各種の制御プログラムが格納されている点は、第1の実
施の形態と同様である。また、演算手段には、必要に応
じて、トラップ手段82、84の動作を制御するための
制御プログラムが格納される。
The control unit 56 includes a signal receiving means, a calculating means, and a signal transmitting means. The calculating means stores various control programs for controlling the operation of the fuel cell system 16. This is the same as in the first embodiment. Further, a control program for controlling the operation of the trap units 82 and 84 is stored in the arithmetic unit as needed.

【0064】次に、本実施の形態に係る燃料電池システ
ム16の作用について説明する。本実施の形態に係る燃
料電池システム16において、例えば、第2空気通路4
2bがオフガス通路として機能している時には、トラッ
プ手段82は、空気極オフガスから水分を回収する。一
方、第2空気通路42bがインガス通路として機能して
いる時には、トラップ手段82は、空気極インガスに対
してトラップした水分を放出する。放出された水分は、
そのまま空気極に運ばれ、電解質の加湿に再利用され
る。第3空気通路42cに設けられたトラップ手段84
も同様である。そのため、補機による加湿を行わなくて
も、電解質の含水率が一定の水準に維持され、発電を継
続することができる。
Next, the operation of the fuel cell system 16 according to the present embodiment will be described. In the fuel cell system 16 according to the present embodiment, for example, the second air passage 4
When 2b functions as an off-gas passage, the trap unit 82 collects moisture from the air electrode off-gas. On the other hand, when the second air passage 42b functions as an ingas passage, the trap unit 82 releases the trapped moisture to the air electrode ingas. The released moisture is
It is transported to the cathode as it is and reused for humidifying the electrolyte. Trap means 84 provided in the third air passage 42c
The same is true for Therefore, even if humidification by the auxiliary equipment is not performed, the water content of the electrolyte is maintained at a constant level, and power generation can be continued.

【0065】さらに、切替手段46により空気の流れの
方向が切り替えられることに加え、トラップ手段82、
84により空気極インガスが加湿されるので、電解質の
含水率がさらに均一化し、高い出力が安定して得られ
る。
Further, in addition to the switching of the direction of the air flow by the switching means 46, the trapping means 82,
Since the air electrode ingas is humidified by 84, the water content of the electrolyte is further uniformed, and a high output is stably obtained.

【0066】なお、本実施の形態において、トラップ手
段82、84は、第2空気通路42b及び第3空気通路
42cの2か所に設けられているが、いずれか一方にの
みトラップ手段を設けても良い。また、切替手段46及
びトラップ手段82、84は、空気極側に設けられてい
るが、これらを燃料極側に設けても良く、あるいは、空
気極側及び燃料極側の双方に設けても良い。さらに、ト
ラップ手段82、84は、切替手段46を備えた燃料電
池システムに対して、単独で用いても良く、あるいは、
上述した再循環手段62、72と併用しても良い。
In the present embodiment, the trap means 82 and 84 are provided at two places of the second air passage 42b and the third air passage 42c, but the trap means is provided only at one of them. Is also good. Further, although the switching means 46 and the trap means 82 and 84 are provided on the air electrode side, they may be provided on the fuel electrode side, or may be provided on both the air electrode side and the fuel electrode side. . Further, the trap means 82 and 84 may be used alone for the fuel cell system provided with the switching means 46, or
You may use together with the recirculation means 62 and 72 mentioned above.

【0067】[0067]

【実施例】(実施例1)図3に示すように、空気極側に
切替手段46及び再循環手段62を設けた燃料電池シス
テム12を作製し、定常運転試験を行った。作動条件
は、両極無加湿、セル温度:70℃、空気過剰率:1.
8、水素過剰率:1.2、圧力:1.2ataとした。
また、再循環オフガス量は、30%一定となるように設
定した。さらに、空気の流れの方向は、燃料電池20の
電圧及び抵抗から判定される電解質の含水率に基づい
て、切替手段46により周期的に反転させた。このよう
な条件下で定常運転を行ったところ、0.7A/cm
の電流密度で、0.62Vと高い電圧を示し、燃料電池
20は安定して作動した。
EXAMPLE 1 As shown in FIG. 3, a fuel cell system 12 provided with a switching means 46 and a recirculation means 62 on the air electrode side was manufactured, and a steady operation test was performed. The operating conditions are as follows: bipolar humidification, cell temperature: 70 ° C, excess air ratio: 1.
8. Excess hydrogen ratio: 1.2, pressure: 1.2 ata.
The amount of recirculated off-gas was set to be constant at 30%. Further, the direction of the air flow was periodically reversed by the switching means 46 based on the water content of the electrolyte determined from the voltage and resistance of the fuel cell 20. When steady operation was performed under such conditions, 0.7 A / cm 2
At a current density of 0.62 V, the fuel cell 20 operated stably.

【0068】(実施例2)実施例1で作製した燃料電池
システム12を用いて、セル温度を80℃から95℃ま
で変化させながら発電試験を行った。作動条件は、両極
無加湿、空気過剰率:1.8、水素過剰率1.2、圧
力:1.5ataとした。また、再循環オフガス量は、
出力電圧をモニタしながら、空気過剰率1.8が維持さ
れるように制御した。さらに、空気の流れの方向は、燃
料電池20の電圧及び抵抗から判定される電解質の含水
率に基づいて、切替手段46により周期的に反転させ
た。このような条件下で運転を行ったところ、セル温度
が高くなるほど再循環オフガス量は多くなるが、燃料電
池20は、いずれの温度でも安定して作動した。
(Example 2) A power generation test was performed using the fuel cell system 12 manufactured in Example 1 while changing the cell temperature from 80 ° C to 95 ° C. The operating conditions were bipolar humidification, an excess air ratio of 1.8, an excess hydrogen ratio of 1.2, and a pressure of 1.5 ata. Also, the amount of recirculated off-gas is
While monitoring the output voltage, control was performed so that the excess air ratio of 1.8 was maintained. Further, the direction of the air flow was periodically reversed by the switching means 46 based on the water content of the electrolyte determined from the voltage and resistance of the fuel cell 20. When the operation was performed under such conditions, the amount of recirculated off-gas increased as the cell temperature increased, but the fuel cell 20 operated stably at any temperature.

【0069】(比較例1)再循環オフガス量を0とし、
切替手段46による空気の流れの方向の切り替えを行わ
なかった以外は、実施例1と同一の条件下で、定常運転
試験を行った。両極無加湿であるために、運転直後に
は、電圧が0.52Vに低下した。また、しばらくする
と電解質が乾燥して運転できなくなった。
(Comparative Example 1) The amount of recirculated off gas was set to 0,
A steady operation test was performed under the same conditions as in Example 1 except that the direction of the air flow was not switched by the switching unit 46. Immediately after the operation, the voltage dropped to 0.52 V due to no humidification in both electrodes. After a while, the electrolyte was dried and the operation became impossible.

【0070】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の改変が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. is there.

【0071】例えば、上記実施の形態では、酸化剤ガス
として空気を用いた例について主に説明したが、酸化剤
ガスとして酸素を用いてもよい。また、本発明による電
解質の無加湿化の手法は、特に、固体高分子型燃料電池
を備えた燃料電池システムに対して好適であるが、これ
らの手法は、電解質の水管理が必須である他の種類の燃
料電池(例えば、リン酸型燃料電池、アルカリ型燃料電
池等)を備えた燃料電池システムに対しても同様に適用
することができる。
For example, in the above embodiment, an example in which air is used as the oxidizing gas has been mainly described, but oxygen may be used as the oxidizing gas. In addition, the method of dehumidifying an electrolyte according to the present invention is particularly suitable for a fuel cell system having a polymer electrolyte fuel cell, but these methods require water management of the electrolyte. The present invention can be similarly applied to a fuel cell system including a fuel cell of the type (for example, a phosphoric acid fuel cell, an alkaline fuel cell, and the like).

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明に係る燃料電池システムは、固体
高分子型燃料電池に供給される反応ガスの流れの方向を
可逆的に切り替える切替手段が設けられているので、燃
料電池から排出される水分量が少なくなり、補機による
電解質の加湿を不要化できるという効果がある。また、
反応ガスの流れの方向を逆転させることによって、電解
質の含水率が均一化し、局所的なフラッディングや乾燥
を抑制し、高い出力と効率が得られるという効果があ
る。さらに、反応ガスの流れの方向を切り替えるだけ電
解質の無加湿化が可能となるので、動力損失も最小限に
抑えることができるという効果がある。
The fuel cell system according to the present invention is provided with switching means for reversibly switching the direction of the flow of the reaction gas supplied to the polymer electrolyte fuel cell, so that the reaction gas is discharged from the fuel cell. There is an effect that the amount of water is reduced and the humidification of the electrolyte by the auxiliary equipment can be made unnecessary. Also,
By reversing the direction of the flow of the reaction gas, there is an effect that the water content of the electrolyte is made uniform, local flooding and drying are suppressed, and high output and efficiency are obtained. Furthermore, since the electrolyte can be dehumidified only by switching the flow direction of the reaction gas, there is an effect that power loss can be minimized.

【0073】また、一方の電極から排出されるオフガス
の一部を、その電極に供給されるインガスに戻す再循環
手段をさらに設けた場合には、燃料電池から排出される
水分を電解質の加湿に容易に再利用でき、電解質の無加
湿化がさらに容易化されるという効果がある。
When a recirculation means for returning a part of the off-gas discharged from one electrode to the in-gas supplied to the electrode is further provided, the water discharged from the fuel cell is used for humidifying the electrolyte. There is an effect that the electrolyte can be easily reused and dehumidification of the electrolyte is further facilitated.

【0074】さらに、反応ガスの流れの方向が可逆的に
切り替えられる通路の少なくとも1つに、オフガス中の
水分をトラップし、トラップされた前記水分をインガス
中に放出するトラップ手段を設けた場合には、燃料電池
から排出される水分を電解質の加湿に容易にかつ効率的
に再利用でき、電解質の無加湿化がさらに容易化される
という効果がある。
Further, when at least one of the passages in which the direction of the flow of the reaction gas is reversibly switched is provided with a trap means for trapping moisture in the off-gas and releasing the trapped moisture into the in-gas. Has an effect that water discharged from the fuel cell can be easily and efficiently reused for humidifying the electrolyte, and dehumidification of the electrolyte is further facilitated.

【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
ステムの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 切替手段の一例を示す概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a switching unit.

【図3】 本発明の第2の実施の形態に係る燃料電池シ
ステムの概略構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 動差圧発生器の一例を示す概略構成図であ
る。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a dynamic differential pressure generator.

【図5】 本発明の第3の実施の形態に係る燃料電池シ
ステムの概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 可変動差圧発生器の一例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a variable dynamic differential pressure generator.

【図7】 本発明の第4の実施の形態に係る燃料電池シ
ステムの概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、12、14、16 燃料電池システム 20 燃料電池(固体高分子型燃料
電池) 30 燃料ガス供給手段 40、60,70、80 酸化剤ガス供給手段(空気供
給手段) 46 切替手段 62、72 再循環手段 82、84 トラップ手段
10, 12, 14, 16 fuel cell system 20 fuel cell (polymer electrolyte fuel cell) 30 fuel gas supply means 40, 60, 70, 80 oxidant gas supply means (air supply means) 46 switching means 62, 72 Circulation means 82, 84 Trap means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 朝岡 賢彦 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 森本 友 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 青木 博史 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 河原 和生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA13 BA19 BC19 MM03 MM08  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Takehiko Asaoka 41-cho, Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tomo Morimoto Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi 41, Chochu-Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Hiroshi Aoki 41, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture, Oji-cho, Toyota Chuo Research Institute, Inc. (72) Inventor Kazuo Kawahara 41F, No. 41, Chuchu-Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture F-term in Toyota Central R & D Laboratories Co., Ltd. 5H026 AA06 5H027 AA06 BA01 BA13 BA19 BC19 MM03 MM08

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子型燃料電池と、該固体高分子
型燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給
手段と、前記固体高分子型燃料電池の空気極に酸化剤ガ
スを供給する酸化剤ガス供給手段とを備えた燃料電池シ
ステムにおいて、 前記酸化剤ガス供給手段及び/又は前記燃料ガス供給手
段は、前記空気極及び/又は前記燃料極に供給される反
応ガスの流れの方向を可逆的に切り替える切替手段を備
えていることを特徴とする燃料電池システム。
1. A polymer electrolyte fuel cell, fuel gas supply means for supplying a fuel gas to a fuel electrode of the polymer electrolyte fuel cell, and an oxidant gas to an air electrode of the polymer electrolyte fuel cell. A fuel cell system provided with an oxidizing gas supply unit for supplying the oxidizing gas supply unit and / or the fuel gas supplying unit. A fuel cell system comprising switching means for reversibly switching directions.
【請求項2】 前記酸化剤ガス供給手段及び/又は前記
燃料ガス供給手段は、一方の電極から排出されるオフガ
スの一部を、その電極に供給されるインガスに戻す再循
環手段をさらに備えている請求項1に記載の燃料電池シ
ステム。
2. The oxidizing gas supply unit and / or the fuel gas supply unit further include a recirculation unit that returns a part of the off-gas discharged from one electrode to the in-gas supplied to the electrode. The fuel cell system according to claim 1.
【請求項3】 前記酸化剤ガス供給手段及び/又は前記
燃料ガス供給手段は、前記反応ガスの流れの方向が可逆
的に切り替えられる通路の少なくとも1つに、オフガス
中の水分をトラップし、トラップされた前記水分をイン
ガス中に放出するトラップ手段をさらに備えている請求
項1又は2に記載の燃料電池システム。
3. The method according to claim 1, wherein the oxidizing gas supply unit and / or the fuel gas supply unit trap moisture in the off-gas in at least one of the passages in which the flow direction of the reaction gas is reversibly switched. The fuel cell system according to claim 1, further comprising a trap unit configured to release the moisture into ingas.
JP2000354257A 2000-11-21 2000-11-21 Fuel cell system Pending JP2002158023A (en)

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