JP2002373682A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JP2002373682A
JP2002373682A JP2001181524A JP2001181524A JP2002373682A JP 2002373682 A JP2002373682 A JP 2002373682A JP 2001181524 A JP2001181524 A JP 2001181524A JP 2001181524 A JP2001181524 A JP 2001181524A JP 2002373682 A JP2002373682 A JP 2002373682A
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JP
Japan
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valve
pressure
gas
fuel cell
differential pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001181524A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Sugawara
竜也 菅原
Koji Miyano
貢次 宮野
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Filing date
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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure interpolar differential pressure control, in a solid polymer electrolyte membrane fuel cell. SOLUTION: This fuel cell system comprises the fuel cell 1, having an anode electrode and a cathode electrode on the opposite sides of a solid polymer electrolyte membrane to generate power, when gaseous hydrogen is supplied to the anode electrode and air is supplied to the cathode electrode, a regulator 5 for reducing the pressure of the gaseous hydrogen supplied to the fuel cell 1 according to the pressure of the air, and a purge valve 8, disposed in a hydrogen off-gas recovery line 11 as a passage of gaseous hydrogen discharged from the fuel cell 1 and adapted to open, according to a differential pressure between both electrodes to release the pressure of hydrogen off-gas; and further comprises, on downstream side of the regulator 5, an interpolar differential pressure control valve 20 for controlling the differential pressure between both electrodes by releasing the gaseous hydrogen via valve travel control, according to thrust difference caused, when a first thrust based on the pressure of the air and urging force of a bias setting spring and a second thrust, based on the pressure of the gaseous hydrogen are brought in opposed action.

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】この発明は、固体高分子電解
質膜型の燃料電池における極間差圧制御技術に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for controlling a pressure difference between electrodes in a solid polymer electrolyte membrane fuel cell.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池自動車等に搭載される燃料電池
には、固体高分子電解質膜の両側にアノード電極とカソ
ード電極とを備え、アノード電極に燃料ガス(例えば水
素ガス)を供給し、カソード電極に酸化剤ガス(例えば
酸素あるいは空気)を供給して、これらガスの酸化還元
反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽
出するようにしたものがある。この燃料電池では、アノ
ード側で水素ガスがイオン化して固体高分子電解質中を
移動し、電子は、外部負荷を通ってカソード側に移動
し、酸素と反応して水を生成する一連の電気化学反応に
よる電気エネルギを取り出すことができるようになって
いる。
2. Description of the Related Art A fuel cell mounted on a fuel cell vehicle or the like is provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas (for example, hydrogen gas) is supplied to the anode electrode. There is an electrode in which an oxidizing gas (for example, oxygen or air) is supplied to an electrode, and chemical energy involved in a redox reaction of the gas is directly extracted as electric energy. In this fuel cell, hydrogen gas is ionized on the anode side and moves through the solid polymer electrolyte, and electrons move to the cathode side through an external load, reacting with oxygen to produce water, a series of electrochemical processes. Electric energy from the reaction can be extracted.

【0003】この燃料電池を備えた従来の燃料電池シス
テムの一例を図5に示す。この燃料電池システムでは、
酸化剤ガスとしての空気をコンプレッサ52により所定
圧力に昇圧し、カソード加湿器53で加湿して燃料電池
51のカソード電極に供給する。この空気は発電に供さ
れた後、燃料電池1から空気オフガスとして排出され、
圧力制御弁54を介して排出される。この圧力制御弁5
4はカソード電極での空気の供給圧を制御する。一方、
燃料ガスとしての水素ガスをレギュレータ55で減圧
し、エゼクタ56を経由して、アノード加湿器57で加
湿し、燃料電池1のアノード電極に供給する。ここで、
レギュレータ55は、カソード電極に供給される空気の
圧力に応じて、アノード電極に供給される水素ガスの圧
力を減少させる。水素ガスは発電に供された後、燃料電
池1から水素オフガスとして排出され、水素オフガス回
収路61を通ってエゼクタに吸引され、レギュレータを
通過した新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池1のア
ノード電極に供給される。
FIG. 5 shows an example of a conventional fuel cell system provided with this fuel cell. In this fuel cell system,
The air as the oxidizing gas is pressurized to a predetermined pressure by the compressor 52, humidified by the cathode humidifier 53, and supplied to the cathode electrode of the fuel cell 51. After this air is used for power generation, it is discharged from the fuel cell 1 as air off-gas,
It is discharged via the pressure control valve 54. This pressure control valve 5
4 controls the supply pressure of air at the cathode electrode. on the other hand,
Hydrogen gas as a fuel gas is depressurized by the regulator 55, humidified by the anode humidifier 57 via the ejector 56, and supplied to the anode electrode of the fuel cell 1. here,
The regulator 55 reduces the pressure of the hydrogen gas supplied to the anode electrode according to the pressure of the air supplied to the cathode electrode. After being supplied to the power generation, the hydrogen gas is discharged as hydrogen off-gas from the fuel cell 1, is sucked into the ejector through the hydrogen off-gas recovery path 61, merges with the fresh hydrogen gas that has passed through the regulator, and is again supplied to the fuel cell 1. It is supplied to the anode electrode.

【0004】ところで、この燃料電池システムでは、固
体高分子電解質膜の破損を回避するために、アノード電
極の水素ガスの圧力とカソード電極の空気の圧力との差
圧を所定の規定値以下に抑えて運転する必要がある。そ
こで、従来は、水素オフガス回収路61に電磁駆動式の
パージ弁58を設け、前記差圧が前記規定値に達したと
きにパージ弁58を開弁させるようにパージ弁58を電
気的に制御していた。特開平7−78624号公報にも
これと同様の技術が開示されている。なお、パージ弁5
8は、前記差圧制御のために開弁されるだけでなく、水
素オフガス中に含まれる水分が凝縮して生成される凝縮
水を排水するときなど、必要に応じて適宜開弁されるも
のである。
In this fuel cell system, in order to avoid breakage of the solid polymer electrolyte membrane, the pressure difference between the hydrogen gas pressure at the anode electrode and the air pressure at the cathode electrode is suppressed to a predetermined value or less. Need to drive. Therefore, conventionally, an electromagnetically driven purge valve 58 is provided in the hydrogen off-gas recovery passage 61, and the purge valve 58 is electrically controlled so as to open the purge valve 58 when the differential pressure reaches the specified value. Was. Japanese Patent Laid-Open No. 7-78624 discloses a similar technique. The purge valve 5
Reference numeral 8 denotes a valve which is not only opened for controlling the differential pressure but also opened as required when draining condensed water generated by condensing water contained in the hydrogen off-gas. It is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ようにパージ弁58の開閉を電気的に制御して前記両極
間の差圧を制御した場合には、電気信号線の破断や電力
の低下により、あるいはコンピュータ上で不具合が生じ
た場合には、パージ弁58が作動しなくなったり、不必
要な開弁を行ってシステム効率を低下させる虞がある。
However, when the pressure difference between the two electrodes is controlled by electrically controlling the opening and closing of the purge valve 58 as in the prior art, the breakage of the electric signal line and the decrease in the electric power may cause a problem. Alternatively, if a failure occurs on the computer, the purge valve 58 may not operate, or unnecessary opening may be performed, thereby lowering system efficiency.

【0006】また、前記パージ弁を用いた極間差圧管理
に代えて、バネ式ポップオフ弁を用いた最大圧力管理に
より機械的に過大圧力を逃がすことも考えられる。ここ
で、バネ式ポップオフ弁は、最大規定圧力値で開弁する
ようにバネ荷重を予め設定しておき、圧力が規定値を超
えるとバネ荷重により閉弁状態に押さえられていた弁体
が開弁して圧力を逃がす構造を有する機械式の逃がし弁
である。このバネ式ポップオフ弁は開弁閾値である最大
規定圧力をどこか1点の圧力値(一定圧)にしか設定で
きない。
It is also conceivable that the excessive pressure is mechanically released by the maximum pressure management using a spring-type pop-off valve instead of the gap pressure management using the purge valve. Here, the spring-loaded pop-off valve has a spring load set in advance so as to open at the maximum specified pressure value, and when the pressure exceeds the specified value, the valve body that has been held closed by the spring load is opened. This is a mechanical relief valve having a structure for releasing pressure by valve. In this spring-type pop-off valve, the maximum specified pressure, which is the valve opening threshold, can be set to only one pressure value (constant pressure).

【0007】しかしながら、燃料電池の場合には、図6
に示すように、燃料電池の出力値に応じてアノード電極
の上限圧が変化する。したがって、開弁閾値(最大規定
圧力値)を一点しか設定できないバネ式ポップオフ弁
で、燃料電池のアノード電極の最大圧力を管理するのは
困難であり、実質的に不可能である。そこで、この発明
は、燃料電池の出力値に応じて反応ガスの上限圧力が変
化しても極間差圧の管理を確実に行うことができ、固体
高分子電解質膜の破損防止をより確実にできる燃料電池
システムを提供するものである。
However, in the case of a fuel cell, FIG.
As shown in (2), the upper limit pressure of the anode electrode changes according to the output value of the fuel cell. Therefore, it is difficult and practically impossible to control the maximum pressure of the anode electrode of the fuel cell with a spring-type pop-off valve that can set only one point of the valve opening threshold (maximum specified pressure value). Thus, the present invention can reliably manage the gap pressure between electrodes even if the upper limit pressure of the reaction gas changes according to the output value of the fuel cell, and more reliably prevents breakage of the solid polymer electrolyte membrane. It is intended to provide a fuel cell system which can be used.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載した発明は、固体高分子電解質膜の
両側にアノード電極とカソード電極を有し、アノード電
極に燃料ガス(例えば、後述する実施の形態における水
素ガス)が供給されカソード電極に酸化剤ガス(例え
ば、後述する実施の形態における空気)が供給されて発
電する燃料電池(例えば、後述する実施の形態における
燃料電池1)と、前記燃料電池に供給される前記燃料ガ
スと酸化剤ガスのいずれか一方のガス(例えば、後述す
る実施の形態における水素ガス)の圧力を他方のガス
(例えば、後述する実施の形態における空気)の圧力に
応じて減少させるレギュレータ(例えば、後述する実施
の形態におけるレギュレータ5)と、前記燃料電池から
排出される前記一方のガスのオフガスの流路(例えば、
後述する実施の形態における水素オフガス回収路11)
に設けられ、前記両電極間の差圧に応じて開き前記オフ
ガスの圧力を逃がすパージ弁(例えば、後述する実施の
形態におけるパージ弁8)と、を備えた燃料電池システ
ムにおいて、前記他方のガスの圧力および弾性体(例え
ば、後述する実施の形態におけるバイアス設定用スプリ
ング29)の付勢力に基づく第1の推力と前記一方のガ
スの圧力に基づく第2の推力とを互いに対向して作用さ
せたときに生じる推力差に応じて弁開度調整を行い前記
一方のガスを逃がして前記両電極間の差圧を調整する極
間差圧調整弁(例えば、後述する実施の形態における極
間差圧調整弁20)を、前記レギュレータの下流に備え
たことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in claim 1 has an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas (for example, A fuel cell (for example, a fuel cell 1 according to an embodiment described later) is supplied with an oxidant gas (eg, air according to an embodiment described later) and a oxidant gas (eg, air according to an embodiment described below) is supplied to a cathode electrode. ), And the pressure of one of the fuel gas and the oxidant gas (for example, hydrogen gas in the embodiment described later) supplied to the fuel cell is increased by the other gas (for example, in the embodiment described later). A regulator (for example, a regulator 5 in an embodiment described later) that decreases in accordance with the pressure of the air) and the one of the ones discharged from the fuel cell. The flow path of the scan of the off-gas (e.g.,
Hydrogen off-gas recovery path 11 in an embodiment described later)
A purge valve (e.g., a purge valve 8 in an embodiment described later) that opens in response to the pressure difference between the two electrodes and releases the pressure of the off-gas. And a second thrust based on the pressure of the one gas and the first thrust based on the urging force of the elastic body (for example, a bias setting spring 29 in an embodiment described later). An inter-pole differential pressure adjusting valve that adjusts the valve opening degree in accordance with the thrust difference generated when the pressure is released to release the one gas and adjust the differential pressure between the two electrodes (for example, the inter-pole differential pressure adjusting valve in an embodiment described later) A pressure regulating valve 20) is provided downstream of the regulator.

【0009】このように構成することにより、アノード
電極に供給される燃料ガスの圧力あるいはカソード電極
に供給される酸化剤ガスの圧力が燃料電池の出力に応じ
て変化しても、両電極間の差圧(以下、極間差圧とい
う)をパージ弁と極間差圧調整弁のいずれかあるいは両
方で制御することができる。特に、極間差圧調整弁で
は、前記一方のガスの圧力と他方のガスの圧力との差圧
が大きいほど前記推力差も大きくなり、極間差圧調整弁
は、前記推力差が大きいほど弁開度を大きくなるように
調整して極間差圧を小さくし、前記推力差が小さいほど
弁開度を小さくなるように調整して極間差圧を大きくす
る。その結果、極間差圧調整弁は、極間差圧を所定範囲
に調整することが可能になる。また、極間差圧調整弁の
作動は純粋に機械式であるので、システムに電気的なト
ラブルが生じた時にも正常に作動する。
With this configuration, even if the pressure of the fuel gas supplied to the anode electrode or the pressure of the oxidizing gas supplied to the cathode electrode changes in accordance with the output of the fuel cell, the voltage between the two electrodes is reduced. The differential pressure (hereinafter referred to as the interelectrode differential pressure) can be controlled by one or both of the purge valve and the interelectrode differential pressure adjusting valve. In particular, in the gap pressure regulating valve, the larger the pressure difference between the pressure of the one gas and the pressure of the other gas, the larger the thrust difference, and the larger the gap pressure difference valve, the larger the thrust difference. The inter-pole differential pressure is reduced by adjusting the valve opening to increase, and the inter-pole differential pressure is increased by adjusting the valve opening to decrease as the thrust difference decreases. As a result, the gap differential pressure regulating valve can adjust the gap differential pressure to a predetermined range. Further, since the operation of the gap differential pressure regulating valve is purely mechanical, it operates normally even when an electrical trouble occurs in the system.

【0010】請求項2に記載した発明は、請求項1に記
載の発明において、前記パージ弁の開弁閾値である両電
極間の差圧は、前記差圧調整弁の開弁閾値である両電極
間の差圧よりも小さく設定されていることを特徴とす
る。このように構成することにより、正常運転時の極間
差圧の管理は開弁閾値が小さいパージ弁の作動により実
行し、極間差圧が極間差圧調整弁の開弁閾値よりも大と
なったときには、パージ弁と極間差圧調整弁の両方が開
弁して極間差圧をより迅速に低下させる。また、万が
一、パージ弁が作動不良を起こした時にも、極間差圧調
整弁が作動して固体高分子電解質膜の破損を防止する。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the differential pressure between the two electrodes, which is the valve opening threshold value of the purge valve, is the same as the valve opening threshold value of the differential pressure regulating valve. It is characterized in that it is set smaller than the pressure difference between the electrodes. With this configuration, the control of the gap pressure during normal operation is performed by the operation of the purge valve having a small valve opening threshold, and the gap pressure between the gaps is greater than the opening threshold of the gap pressure regulating valve. , Both the purge valve and the inter-pole differential pressure adjusting valve are opened to reduce the inter-pole differential pressure more quickly. Also, even in the event that the purge valve malfunctions, the gap pressure regulating valve operates to prevent breakage of the solid polymer electrolyte membrane.

【0011】請求3項に記載した発明は、請求項1また
は請求項2に記載の発明において、前記パージ弁と前記
極間差圧調整弁は一体に構成されており、一つの弁体
(例えば、後述する実施の形態における弁体27)が前
記パージ弁の弁体と前記極間差圧調整弁の弁体を共有
し、この弁体は、電気的信号を駆動タイミングとする前
記パージ弁の駆動部(例えば、後述する実施の形態にお
けるプランジャ35,ソレノイド用コイル37)により
開閉動作可能であるとともに、前記弁体に連係する隔壁
であってその両側に前記第1の推力と前記第2の推力が
対向して作用する隔壁(例えば、後述する実施の形態に
おける調圧ダイヤフラム22)を前記極間差圧調整弁の
駆動部として弁開度調整可能であることを特徴とする。
このように構成することにより、部品点数の減少、設置
スペースの減少を図ることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the purge valve and the inter-pole differential pressure regulating valve are integrally formed, and one valve body (for example, The valve element 27) in the embodiment described later shares the valve element of the purge valve and the valve element of the inter-pole differential pressure regulating valve, and this valve element is provided with an electric signal as a drive timing. The partition can be opened and closed by a drive unit (for example, a plunger 35 and a solenoid coil 37 in an embodiment to be described later), and is a partition wall linked to the valve body. A partition (for example, a pressure regulating diaphragm 22 in an embodiment to be described later) on which a thrust acts in opposition is capable of adjusting a valve opening as a drive unit of the inter-pole differential pressure adjusting valve.
With this configuration, it is possible to reduce the number of components and the installation space.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る燃料電池シ
ステムの実施の形態を図1から図4の図面を参照して説
明する。なお、以下の各実施の形態における燃料電池シ
ステムは燃料電池自動車に搭載された態様である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The fuel cell system according to each of the following embodiments is an embodiment mounted on a fuel cell vehicle.

【0013】〔第1の実施の形態〕初めに、この発明に
係る燃料電池システムの第1の実施の形態を図1から図
3の図面を参照して説明する。図1は燃料電池システム
の概略構成図である。燃料電池1は、固体高分子電解質
膜の両側にアノード電極とカソード電極が設けられ各電
極の外側に反応ガスを供給するためのガス通路が設けら
れてなるセルを多数積層して構成されている。この燃料
電池1は、アノード電極に燃料ガスとしての水素ガスが
供給され、カソード電極に酸化剤ガスとしての空気が供
給されて発電を行う。
[First Embodiment] First, a first embodiment of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system. The fuel cell 1 is configured by stacking a large number of cells in which an anode electrode and a cathode electrode are provided on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a gas passage for supplying a reaction gas is provided outside each electrode. . The fuel cell 1 generates power by supplying hydrogen gas as a fuel gas to an anode electrode and air as an oxidant gas to a cathode electrode.

【0014】空気はエアコンプレッサ2によって加圧さ
れ、カソード加湿器3で加湿されて燃料電池1のカソー
ド電極に供給され、この空気中の酸素が酸化剤として供
された後、燃料電池1から空気オフガスとして排出さ
れ、圧力制御弁4を介して大気に放出される。ECU1
0は、燃料電池1に要求されている出力(以下、要求出
力)に応じて、エアコンプレッサ2を駆動して所定量の
空気を燃料電池1に供給するとともに、圧力制御弁4を
制御してカソード電極での空気の供給圧を燃料電池1の
要求出力に応じた圧力に調整する。
The air is pressurized by an air compressor 2, humidified by a cathode humidifier 3 and supplied to the cathode electrode of the fuel cell 1. After oxygen in the air is provided as an oxidant, the air is supplied from the fuel cell 1 to the air. It is discharged as off-gas and released to the atmosphere via the pressure control valve 4. ECU1
0 controls the pressure control valve 4 while driving the air compressor 2 to supply a predetermined amount of air to the fuel cell 1 according to the output required for the fuel cell 1 (hereinafter, required output). The supply pressure of air at the cathode electrode is adjusted to a pressure according to the required output of the fuel cell 1.

【0015】一方、図示しない高圧水素タンクから放出
された水素ガスはレギュレータ5により減圧された後、
エゼクタ6を通り、アノード加湿器7で加湿されて燃料
電池1のアノード電極に供給される。この水素ガスは発
電に供された後、燃料電池1から水素オフガスとして排
出され、水素オフガス回収路11を通ってエゼクタ6に
吸引され、前記高圧水素タンクから供給される水素ガス
と合流し再び燃料電池1に供給され循環するようになっ
ている。
On the other hand, hydrogen gas released from a high-pressure hydrogen tank (not shown) is
After passing through the ejector 6, it is humidified by the anode humidifier 7 and supplied to the anode electrode of the fuel cell 1. After being supplied to the power generation, this hydrogen gas is discharged from the fuel cell 1 as hydrogen off-gas, sucked into the ejector 6 through the hydrogen off-gas recovery path 11, merged with the hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank, and re-fueled. It is supplied to the battery 1 and circulates.

【0016】レギュレータ5は、例えば空気式の比例圧
力制御弁からなり、エアコンプレッサ2から供給される
空気の圧力を信号圧として空気信号導入路15を介して
入力され、レギュレータ5出口の水素ガスの圧力が前記
信号圧に応じた所定圧力範囲となるように減圧制御す
る。なお、この実施の形態における燃料電池システムで
は、レギュレータ5は、アノード電極に供給される水素
ガスの圧力(以下、「アノード極ガス圧」と称す)がカ
ソード電極に供給される空気の圧力(以下、「カソード
極ガス圧」と称す)よりも大きくなるように制御する。
The regulator 5 is composed of, for example, a pneumatic proportional pressure control valve. The pressure of the air supplied from the air compressor 2 is input as a signal pressure through the air signal introduction path 15 and the pressure of the hydrogen gas at the outlet of the regulator 5 is controlled. The pressure is reduced so that the pressure falls within a predetermined pressure range corresponding to the signal pressure. In the fuel cell system according to this embodiment, the regulator 5 controls the pressure of the hydrogen gas supplied to the anode electrode (hereinafter referred to as “anode gas pressure”) to the pressure of the air supplied to the cathode electrode (hereinafter referred to as “anode electrode gas pressure”). , "Cathode electrode gas pressure").

【0017】水素オフガス回収路11は電磁駆動式のパ
ージ弁8を介して水素オフガス排出路12に接続されて
いる。ECU10は、アノード極ガス圧とカソード極ガ
ス圧との差圧、すなわち極間差圧を検出する差圧センサ
9の出力に基づいて、パージ弁8の電磁駆動部を作動し
て開閉制御を行う。すなわち、パージ弁8の電磁駆動部
は電気的信号を駆動タイミングとしている。このパージ
弁8は、差圧センサ9の出力値がΔP1に達したときに
開弁して極間差圧をΔP1以下に制御するほか、所定の
条件が満たされたときに開弁して、燃料電池1のアノー
ド電極側に水が溜まらないように排水するなどの作用が
ある。
The hydrogen off-gas recovery path 11 is connected to a hydrogen off-gas discharge path 12 via an electromagnetically driven purge valve 8. The ECU 10 operates the electromagnetic drive unit of the purge valve 8 to perform opening / closing control based on the differential pressure between the anode electrode gas pressure and the cathode electrode gas pressure, that is, the output of the differential pressure sensor 9 that detects the interelectrode differential pressure. . That is, the electromagnetic driver of the purge valve 8 uses the electric signal as the drive timing. The purge valve 8 is opened when the output value of the differential pressure sensor 9 reaches ΔP1 to control the gap differential pressure to be equal to or less than ΔP1, and opens when a predetermined condition is satisfied. There is an operation of draining water so that water does not accumulate on the anode electrode side of the fuel cell 1.

【0018】エゼクタ6とアノード加湿器7を接続する
水素供給路13は、本発明の特徴的な構成を有する極間
差圧調整弁20を備えた水素ガス排出路14を介して水
素オフガス排出路12に接続されている。この極間差圧
調整弁20について図2の概略断面図を参照して説明す
る。極間差圧調整弁20のボディ21の内部空間は調圧
ダイヤフラム22によって上下に仕切られていて、ダイ
ヤフラム22よりも上側の空間は信号圧室23になって
いて、下側の空間は水素ガス通路24になっている。信
号圧室23は空気導入孔25を備えた密閉空間になって
いて、コンプレッサ2で加圧された空気が空気信号導入
路15を介して空気導入孔25から信号圧室23に導入
される。
A hydrogen supply path 13 connecting the ejector 6 and the anode humidifier 7 is connected to a hydrogen off-gas discharge path via a hydrogen gas discharge path 14 provided with an inter-pole differential pressure regulating valve 20 having a characteristic configuration of the present invention. 12 is connected. This inter-pole differential pressure regulating valve 20 will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. The internal space of the body 21 of the inter-pole differential pressure regulating valve 20 is vertically divided by a pressure regulating diaphragm 22, the space above the diaphragm 22 is a signal pressure chamber 23, and the lower space is hydrogen gas. It is a passage 24. The signal pressure chamber 23 is a closed space having an air introduction hole 25, and air pressurized by the compressor 2 is introduced into the signal pressure chamber 23 from the air introduction hole 25 via the air signal introduction path 15.

【0019】ダイヤフラム22の下面にはステム26が
取り付けられており、ステム26には、水素ガス通路2
4内のバルブシート部28に対して上側から着座離反可
能な弁体27が設けられている。そして、信号圧室23
には、弁体27をバルブシート部28に着座する方向に
付勢するバイアス設定用スプリング(弾性体)29が設
けられている。
A stem 26 is attached to the lower surface of the diaphragm 22.
A valve body 27 that can be seated and separated from an upper side with respect to a valve seat portion 28 in 4 is provided. And the signal pressure chamber 23
Is provided with a bias setting spring (elastic body) 29 for urging the valve body 27 in a direction of sitting on the valve seat portion 28.

【0020】また、ボディ21には、弁体27が配置さ
れている側の水素ガス通路24aに連通する水素ガス入
口31と、弁体27が配置されていない側の水素ガス通
路24bに連通する水素ガス出口32が設けられてい
て、水素ガス入口31は水素ガス排出路14を介して水
素供給管13に接続され、水素ガス出口32は水素ガス
排出路14を介して水素オフガス排出路12に接続され
ている。したがって、図1および図2に示すように、エ
ゼクタ6で減圧された水素ガスが水素ガス入口31から
水素ガス通路24aに導入され、弁体27がバルブシー
ト部28から離間して開弁すると、水素ガス通路24a
に導入された水素ガスは水素ガス通路24bに流出し、
さらに水素ガス出口32から水素オフガス排出路12へ
と流れるようになる。
The body 21 communicates with a hydrogen gas inlet 31 communicating with the hydrogen gas passage 24a on the side where the valve body 27 is arranged, and with a hydrogen gas passage 24b on the side where the valve body 27 is not arranged. A hydrogen gas outlet 32 is provided. The hydrogen gas inlet 31 is connected to the hydrogen supply pipe 13 via the hydrogen gas discharge path 14, and the hydrogen gas outlet 32 is connected to the hydrogen off gas discharge path 12 via the hydrogen gas discharge path 14. It is connected. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, when the hydrogen gas decompressed by the ejector 6 is introduced into the hydrogen gas passage 24 a from the hydrogen gas inlet 31, and the valve 27 is separated from the valve seat 28 and opened, Hydrogen gas passage 24a
Is introduced into the hydrogen gas passage 24b,
Further, the hydrogen gas flows from the hydrogen gas outlet 32 to the hydrogen off-gas discharge path 12.

【0021】なお、極間差圧調整弁20を構成する部品
のうち水素ガスに触れる部品については水素に対する耐
食性に優れたものを使用するのが好ましく、例えば、ボ
ディ21、弁体27、ステム26にはステンレスあるい
は表面アルマイト処理を施したアルミニウムなどが好適
であり、ダイヤフラム22にはフッ素ゴムが好適であ
る。
It is preferable to use, of the components constituting the gap differential pressure regulating valve 20, components which are exposed to hydrogen gas and have excellent corrosion resistance to hydrogen. For example, the body 21, the valve body 27 and the stem 26 are preferably used. Is preferably made of stainless steel or aluminum subjected to surface alumite treatment, and the diaphragm 22 is preferably made of fluorine rubber.

【0022】このように構成された極間差圧調整弁20
では、信号圧室23内の空気の圧力とスプリング29の
付勢力がダイヤフラム22の上面に作用する結果、これ
らに基づく第1の推力がダイヤフラム22の上面に下向
きに作用し、一方、水素ガス通路24a内の水素ガスの
圧力がダイヤフラム22の下面に作用する結果、これに
基づく第2の推力がダイヤフラム22の下面に上向きに
作用する。そして、ダイヤフラム22はこれら第1の推
力と第2の推力の推力差に支配されて動くこととなる。
すなわち、第2の推力が第1の推力よりも小さいときに
はダイヤフラム22に下向きの力が作用し、弁体27を
バルブシート部28に接近させる方向(すなわち、閉弁
方向)へ押動し、第2の推力が第1の推力よりも大きく
なったときにはダイヤフラム22に上向きの力が作用
し、弁体27をバルブシート部28から離間させる方向
(すなわち、開弁方向)へ押動する。
The inter-pole differential pressure regulating valve 20 constructed as described above
Then, as a result of the air pressure in the signal pressure chamber 23 and the urging force of the spring 29 acting on the upper surface of the diaphragm 22, a first thrust based on these acts downward on the upper surface of the diaphragm 22, while the hydrogen gas passage As a result of the pressure of the hydrogen gas in 24 a acting on the lower surface of the diaphragm 22, a second thrust based thereon acts upward on the lower surface of the diaphragm 22. The diaphragm 22 moves by being governed by the difference between the first thrust and the second thrust.
That is, when the second thrust is smaller than the first thrust, a downward force acts on the diaphragm 22 and pushes the valve body 27 in a direction of approaching the valve seat portion 28 (that is, the valve closing direction). When the second thrust is greater than the first thrust, an upward force acts on the diaphragm 22 to push the valve body 27 away from the valve seat 28 (ie, in the valve opening direction).

【0023】ところで、信号圧室23に供給される空気
の圧力はカソード極ガス圧とほぼ同圧であり、水素ガス
通路24aに供給される水素ガスの圧力はアノード極ガ
ス圧とほぼ同圧である。したがって、極間差圧調整弁2
0は、カソード極ガス圧およびスプリング29の付勢力
に基づく第1の推力とアノード極ガス圧に基づく第2の
推力とをダイヤフラム22を挟んで対向して作用させた
ときに生じる推力差に応じて弁開度調整を行う調整弁と
言うことができる。
The pressure of the air supplied to the signal pressure chamber 23 is substantially the same as the cathode gas pressure, and the pressure of the hydrogen gas supplied to the hydrogen gas passage 24a is substantially the same as the anode gas pressure. is there. Therefore, the gap differential pressure regulating valve 2
0 corresponds to a thrust difference generated when a first thrust based on the cathode electrode gas pressure and the urging force of the spring 29 and a second thrust based on the anode electrode gas pressure are applied to face each other with the diaphragm 22 interposed therebetween. Thus, it can be said that the valve is an adjustment valve for adjusting the valve opening.

【0024】そして、この実施の形態の極間差圧調整弁
10においては、閉弁状態でスプリング29が圧縮され
ているように設定し(換言すれば、閉弁状態においてス
プリング29の付勢力がダイヤフラム22に作用するよ
うに設定し)、且つ、閉弁状態におけるスプリング29
の付勢力に対応する圧力を極間差圧の上限値Plimに設
定する。このように設定すると、極間差圧がPlim以下
のときには第1の推力が第2の推力よりも大となるの
で、弁体27がバルブシート部28に着座した閉弁状態
を保持し、極間差圧が上限値Plimを越えたときには第
2の推力が第1の推力よりも大となるので、弁体27が
バルブシート部28から離間して開弁し、水素ガス通路
24a内の水素ガスを水素オフガス排出路12へと逃が
して、極間差圧を減少させるように作用する。そして、
極間差圧の減少とともに弁体27が閉弁方向に動き、極
間差圧が上限値Plim以下になると弁体27がバルブシ
ート部28に着座して閉弁する。なお、閉弁状態におけ
るスプリング29の付勢力F、極間差圧の上限値Pli
m、ダイヤフラム22の面積Sとの間には、次式が成立
する。 F=Plim・S
In the gap differential pressure regulating valve 10 of this embodiment, the spring 29 is set to be compressed in the closed state (in other words, the urging force of the spring 29 is reduced in the closed state). It is set so as to act on the diaphragm 22) and the spring 29 in the valve closed state.
Is set to the upper limit value Plim of the gap differential pressure. With this setting, when the gap pressure is equal to or less than Plim, the first thrust is larger than the second thrust. Therefore, the valve body 27 maintains the closed state in which the valve body 27 is seated on the valve seat portion 28, When the pressure difference exceeds the upper limit value Plim, the second thrust is larger than the first thrust. Therefore, the valve body 27 is separated from the valve seat 28 and opens, and the hydrogen in the hydrogen gas passage 24a is opened. The gas escapes to the hydrogen off-gas discharge path 12 and acts to reduce the pressure difference between the electrodes. And
The valve body 27 moves in the valve closing direction with the decrease in the gap pressure, and when the gap pressure becomes equal to or less than the upper limit value Plim, the valve body 27 is seated on the valve seat portion 28 to close the valve. In the closed state, the biasing force F of the spring 29 and the upper limit value Pli of the gap pressure
The following equation holds between m and the area S of the diaphragm 22. F = Plim · S

【0025】また、この実施の形態においては、パージ
弁8の開弁閾値である差圧値ΔP1を、極間差圧調整弁
20の開弁閾値である上限値Plimよりも小さく設定す
る。このようにすると、正常運転時においては開弁閾値
が小さいパージ弁8により極間差圧の管理が行われ、燃
料電池1を良好な運転状態に維持することができる。そ
して、極間差圧が極間差圧調整弁20の開弁閾値よりも
大となったときには、パージ弁8に加え極間差圧調整弁
20の両方が開弁して極間差圧を迅速に低下させ、固体
高分子電解質膜の破損を確実に防止することができる。
In this embodiment, the differential pressure value ΔP1 which is the valve opening threshold value of the purge valve 8 is set smaller than the upper limit value Plim which is the valve opening threshold value of the gap differential pressure regulating valve 20. In this way, during normal operation, the gap differential pressure is managed by the purge valve 8 having a small valve opening threshold, and the fuel cell 1 can be maintained in a good operation state. Then, when the inter-electrode differential pressure becomes larger than the opening threshold value of the inter-electrode differential pressure control valve 20, both the inter-electrode differential pressure control valve 20 in addition to the purge valve 8 are opened to reduce the inter-electrode differential pressure. It can be quickly lowered to reliably prevent breakage of the solid polymer electrolyte membrane.

【0026】さらに、極間差圧調整弁20は純粋に機械
的に作動するので、万が一、システム上の電気的なトラ
ブル(例えば、パージ弁8に対する電気信号線の破断や
電力低下、コンピュータ上のトラブル等)などによりパ
ージ弁8が作動不良を起こした時にも、極間差圧調整弁
20は確実に作動して固体高分子電解質膜の破損を防止
し、フェールセーフの点で極めて優れている。また、こ
の燃料電池システムにおける圧力管理は、開弁閾値を1
点しか設定できないバネ式ポップオフ弁を用いてアノー
ド極ガス圧の最大圧力を管理するのではなく、パージ弁
8と極間差圧調整弁20のいずれかあるいは両方によっ
て極間差圧を管理しているので、アノード極ガス圧ある
いはカソード極ガス圧が燃料電池1の出力に応じて変化
しても、極間差圧を管理する上では殆ど影響がなく、し
たがって、固体高分子電解質膜の破損を確実に防止する
ことができる。
Further, since the gap differential pressure regulating valve 20 is operated purely mechanically, any electrical troubles in the system (for example, breakage of the electric signal line to the purge valve 8 or a decrease in power, or a computer) Even if the purge valve 8 malfunctions due to a trouble or the like, the gap differential pressure regulating valve 20 operates reliably to prevent breakage of the solid polymer electrolyte membrane, and is extremely excellent in fail-safe point. . The pressure management in this fuel cell system is performed by setting the valve opening threshold to 1
Instead of using a spring-type pop-off valve that can only set a point to control the maximum pressure of the anode electrode gas pressure, the inter-pole differential pressure is controlled by one or both of the purge valve 8 and the inter-pole differential pressure adjustment valve 20. Therefore, even if the anode gas pressure or the cathode gas pressure changes according to the output of the fuel cell 1, there is almost no effect on the control of the pressure difference between the electrodes. It can be prevented reliably.

【0027】図3は極間差圧調整弁20の設置位置を変
更した変形例である。すなわち、図3の例では、水素オ
フガス回収路11と水素オフガス排出路12とを接続す
る水素オフガス排出路16に極間差圧調整弁20を設け
ている。そして、水素オフガス回収路11を流れる水素
オフガスが水素オフガス路16を介して図2の極間差圧
調整弁20の水素ガス入口31から水素ガス通路24a
に導入される。さらに、コンプレッサ2で加圧された空
気が空気信号導入路17を介して空気導入孔25から信
号圧室23に導入される。このように設置した極間差圧
調整弁20によっても、極間差圧がPlimを越えた場合
に極間差圧調整弁20が開弁して極間差圧を減少させる
ことができ、図1の態様のものと同様の作用・効果を得
ることができる。
FIG. 3 shows a modification in which the installation position of the gap differential pressure regulating valve 20 is changed. That is, in the example of FIG. 3, the inter-electrode differential pressure regulating valve 20 is provided in the hydrogen off-gas discharge path 16 connecting the hydrogen off-gas recovery path 11 and the hydrogen off-gas discharge path 12. Then, the hydrogen off-gas flowing through the hydrogen off-gas recovery passage 11 passes through the hydrogen off-gas passage 16 from the hydrogen gas inlet 31 of the inter-pole differential pressure regulating valve 20 in FIG.
Will be introduced. Further, the air pressurized by the compressor 2 is introduced into the signal pressure chamber 23 from the air introduction hole 25 via the air signal introduction passage 17. With the inter-pole differential pressure regulating valve 20 installed in this way, the inter-pole differential pressure regulating valve 20 can be opened and reduced in the case where the inter-pole differential pressure exceeds Plim. The same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.

【0028】〔第2の実施の形態〕図4はパージ弁8と
極間差圧調整弁20とを一体化した例を示している。な
お、ここでは一体化された弁全体を便宜上、極間差圧調
整弁20と呼ぶこととする。この極間差圧調整弁20の
場合にも、ボディ21と、調圧ダイヤフラム(隔壁)2
2と、信号圧室23と、水素ガス通路24,24a,2
4bと、空気導入孔25と、ステム26と、弁体27
と、バルブシート部28と、バイアス設定用スプリング
29と、水素ガス入口31と、水素ガス出口32を備え
ている。弁体27は、パージ弁の弁体であるとともに極
間差圧調整弁の弁体でもあり、したがって、弁体27を
共有している。この極間差圧調整弁20では、ステム2
6がダイヤフラム22の上側にも延びていて、ステム2
6の上端にパージ弁用のプランジャ(パージ弁の駆動
部)35が設けられており、ボディ21にはプランジャ
35を上下動可能に収納するプランジャ収納部36が設
けられており、プランジャ収納部36の外側にプランジ
ャ35を昇降動させるためのソレノイド用コイル(パー
ジ弁の駆動部)37が設けられている。
[Second Embodiment] FIG. 4 shows an example in which the purge valve 8 and the inter-electrode differential pressure regulating valve 20 are integrated. Note that, here, the whole integrated valve is referred to as an interelectrode differential pressure regulating valve 20 for convenience. Also in the case of the gap differential pressure regulating valve 20, the body 21 and the pressure regulating diaphragm (partition) 2
2, the signal pressure chamber 23, and the hydrogen gas passages 24, 24a, 2
4b, air introduction hole 25, stem 26, valve body 27
, A valve seat 28, a bias setting spring 29, a hydrogen gas inlet 31, and a hydrogen gas outlet 32. The valve element 27 is a valve element of the purge valve as well as a valve element of the inter-pole differential pressure adjusting valve, and thus shares the valve element 27. In the gap differential pressure regulating valve 20, the stem 2
6 also extends above the diaphragm 22 and the stem 2
A purge valve plunger (drive section for the purge valve) 35 is provided at the upper end of the plunger 6, and a plunger storage section 36 that stores the plunger 35 movably up and down is provided in the body 21. A solenoid coil (driving unit of a purge valve) 37 for moving the plunger 35 up and down is provided outside the.

【0029】この極間差圧調整弁20を前述したパージ
弁8として機能させるときには、ソレノイド用コイルに
電流を流して電磁石とし、プランジャ35をスプリング
29の付勢力に抗して上方に引き上げることにより、弁
体27をバルブシート部28から離間させ開弁する。す
なわち、パージ弁としての弁体27は、電気的信号を駆
動タイミングとする駆動部(プランジャ35,ソレノイ
ド用コイル37)によって開閉動作される。
When the inter-pole differential pressure adjusting valve 20 functions as the above-described purge valve 8, a current flows through the solenoid coil to form an electromagnet, and the plunger 35 is pulled upward against the urging force of the spring 29. Then, the valve body 27 is separated from the valve seat portion 28 to open the valve. That is, the valve element 27 as a purge valve is opened and closed by a drive unit (plunger 35, solenoid coil 37) that uses an electric signal as a drive timing.

【0030】また、ステム26を介して弁体27に連係
する隔壁22には、信号圧室23内の空気の圧力および
スプリング29の付勢力に基づく第1の推力と、水素ガ
ス通路24a内の水素ガスの圧力に基づく第2の推力
が、対向して作用しており、この隔壁22は弁体27の
弁開度調整を行う駆動部(極間差圧調整弁の駆動部)と
しての機能を有している。すなわち、何らかの電気的ト
ラブル(例えば、電気信号線の破断や電力低下等)など
によりパージ弁としての正常な作動が行われない事態が
生じて、極間差圧が上限値Plimを越えたときには、前
記第2の推力が前記第1の推力よりも大となるので、弁
体27がバルブシート部28から離間して開弁し、水素
ガス通路24a内の水素ガスを水素オフガス排出路12
へと逃がして、極間差圧を減少させるように作用する。
そして、極間差圧の減少とともに弁体27が閉弁方向に
動き、極間差圧が上限値Plim以下になると弁体27が
バルブシート部28に着座して閉弁する。
The first thrust based on the pressure of the air in the signal pressure chamber 23 and the urging force of the spring 29 and the first thrust in the hydrogen gas passage 24a are provided in the partition wall 22 linked to the valve body 27 through the stem 26. The second thrust based on the pressure of the hydrogen gas acts in opposition, and the partition wall 22 functions as a drive unit for adjusting the valve opening of the valve body 27 (drive unit for the inter-electrode differential pressure adjustment valve). have. That is, when a normal operation as the purge valve is not performed due to some kind of electric trouble (for example, breakage of the electric signal line or a decrease in power), and the gap pressure exceeds the upper limit value Plim, Since the second thrust is larger than the first thrust, the valve body 27 is opened apart from the valve seat portion 28, and the hydrogen gas in the hydrogen gas passage 24a is removed from the hydrogen off-gas discharge passage 12a.
And acts to reduce the gap pressure.
Then, the valve element 27 moves in the valve closing direction with the decrease in the gap pressure, and when the gap pressure falls below the upper limit value Plim, the valve body 27 sits on the valve seat portion 28 and closes the valve.

【0031】このように、パージ弁と極間差圧調整弁を
一体化すると、システムの構成部品を一つ減らすことが
でき、専有空間を減らすことができるので、設置スペー
スに限りがある車両搭載用の燃料電池システムでは非常
に有利になる。
As described above, by integrating the purge valve and the inter-pole differential pressure regulating valve, the number of components of the system can be reduced by one, and the space occupied by the system can be reduced. This is very advantageous in a fuel cell system for use.

【0032】〔他の実施の形態〕尚、この発明は前述し
た実施の形態に限られるものではない。例えば、前述し
た実施の形態は、アノード極ガス圧をカソード極ガス圧
よりも大きく制御する燃料電池システムにおける極間差
圧調整に極間圧調整弁を用いているが、カソード極ガス
圧をアノード極ガス圧よりも大きく制御する燃料電池シ
ステムにおける極間差圧調整に極間圧調整弁20を用い
ることも可能である。
[Other Embodiments] The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, in the above-described embodiment, the inter-electrode pressure adjusting valve is used for the inter-electrode differential pressure adjustment in the fuel cell system in which the anode electrode gas pressure is controlled to be larger than the cathode electrode gas pressure. It is also possible to use the pole-to-pole pressure regulating valve 20 for regulating the pole-to-pole differential pressure in a fuel cell system that controls to be greater than the pole gas pressure.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明するように、請求項1に記載し
た発明によれば、アノード電極に供給される燃料ガスの
圧力あるいはカソード電極に供給される酸化剤ガスの圧
力が燃料電池の出力に応じて変化しても、極間差圧をパ
ージ弁と極間差圧調整弁のいずれかあるいは両方で制御
することができるので、システム効率を低下させること
なく燃料電池の良好な運転状態を確実に維持することが
できるとともに、固体高分子電解質膜の破損を確実に防
止することができるという優れた効果が奏される。特
に、極間差圧調整弁は、純粋に機械的な作動により極間
差圧を所望の範囲に調整するので、システムに電気的な
トラブルが生じた時にも正常に作動し、フェールセーフ
の点でも極めて優れている。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the pressure of the fuel gas supplied to the anode electrode or the pressure of the oxidizing gas supplied to the cathode electrode changes the output of the fuel cell. Even if it changes accordingly, the gap pressure can be controlled by one or both of the purge valve and the gap pressure regulating valve, so that a good operating condition of the fuel cell can be ensured without reducing the system efficiency. And the solid polymer electrolyte membrane can be reliably prevented from being damaged. In particular, the gap differential pressure control valve adjusts the gap differential pressure to a desired range by purely mechanical operation, so that it operates normally even when an electrical trouble occurs in the system, and has a fail-safe point. But it is extremely good.

【0034】請求項2に記載した発明によれば、正常運
転時の極間差圧の管理は開弁閾値が小さいパージ弁の作
動により実行することができ、極間差圧が極間差圧調整
弁の開弁閾値よりも大となったときには、パージ弁と極
間差圧調整弁の両方が開弁して極間差圧を迅速に低下さ
せるので、固体高分子電解質膜の破損を確実に防止する
ことができる。また、万が一、パージ弁が作動不良を起
こした場合も、極間差圧調整弁が作動して固体高分子電
解質膜の破損を確実に防止するので、フェールセーフの
点でも極めて優れている。請求項3に記載した発明によ
れば、部品点数の減少、設置スペースの減少を図ること
ができるという効果がある。
According to the second aspect of the invention, the control of the gap pressure during normal operation can be performed by operating the purge valve having a small valve opening threshold, and the gap pressure is reduced. When the pressure exceeds the opening threshold of the regulating valve, both the purge valve and the gap pressure regulating valve are opened to quickly reduce the gap pressure, so that the solid polymer electrolyte membrane is surely damaged. Can be prevented. Also, even in the event that the purge valve malfunctions, the gap differential pressure regulating valve operates to reliably prevent breakage of the solid polymer electrolyte membrane, and is therefore extremely excellent in terms of fail-safe. According to the third aspect of the invention, there is an effect that the number of parts and the installation space can be reduced.

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

【図1】 この発明に係る燃料電池システムの第1の実
施の形態における概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 前記第1の実施の形態に使用される極間差圧
調整弁の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of an inter-pole differential pressure regulating valve used in the first embodiment.

【図3】 前記第1の実施の形態の変形例における概略
構成図である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram in a modified example of the first embodiment.

【図4】 この発明に係る燃料電池システムの第2の実
施の形態における極間差圧調整弁の断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of an inter-electrode differential pressure regulating valve in a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】 従来の燃料電池システムの一例を示す概略構
成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional fuel cell system.

【図6】 燃料電池の出力と水素極上限値との関係を示
すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the output of the fuel cell and the upper limit of the hydrogen pole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 5 レギュレータ 8 パージ弁 11 水素オフガス回収路(一方のガスのオフガスの流
路) 20 極間差圧調整弁 22 調圧ダイヤフラム(隔壁) 27 弁体 29 バイアス設定用スプリング(弾性体) 35 プランジャ(パージ弁の駆動部) 37 ソレノイド用コイル(パージ弁の駆動部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 5 Regulator 8 Purge valve 11 Hydrogen off-gas recovery path (off-gas flow path of one gas) 20 Pole difference pressure regulating valve 22 Pressure regulating diaphragm (partition wall) 27 Valve element 29 Bias setting spring (elastic body) 35 Plunger (drive section for purge valve) 37 Coil for solenoid (drive section for purge valve)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK02 KK05 KK12 MM01 MM02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5H026 AA06 5H027 AA06 KK02 KK05 KK12 MM01 MM02

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 固体高分子電解質膜の両側にアノード電
極とカソード電極を有し、アノード電極に燃料ガスが供
給されカソード電極に酸化剤ガスが供給されて発電する
燃料電池と、 前記燃料電池に供給される前記燃料ガスと酸化剤ガスの
いずれか一方のガスの圧力を他方のガスの圧力に応じて
減少させるレギュレータと、 前記燃料電池から排出される前記一方のガスのオフガス
の流路に設けられ、前記両電極間の差圧に応じて開き前
記オフガスの圧力を逃がすパージ弁と、 を備えた燃料電池システムにおいて、 前記他方のガスの圧力および弾性体の付勢力に基づく第
1の推力と前記一方のガスの圧力に基づく第2の推力と
を互いに対向して作用させたときに生じる推力差に応じ
て弁開度調整を行い前記一方のガスを逃がして前記両電
極間の差圧を調整する極間差圧調整弁を、前記レギュレ
ータの下流に備えたことを特徴とする燃料電池システ
ム。
1. A fuel cell having an anode electrode and a cathode electrode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, wherein a fuel gas is supplied to the anode electrode and an oxidant gas is supplied to the cathode electrode to generate power, and the fuel cell A regulator for reducing the pressure of one of the supplied fuel gas and the oxidizing gas in accordance with the pressure of the other gas; and a regulator provided in a flow path of the off-gas of the one gas discharged from the fuel cell. A purge valve that opens in response to the pressure difference between the two electrodes to release the pressure of the off-gas, and a first thrust based on the pressure of the other gas and the urging force of an elastic body. The second thrust based on the pressure of the one gas and the thrust difference generated when the two thrusts are caused to act opposite to each other, the valve opening is adjusted according to the thrust difference, the one gas is released, and the gap between the two electrodes is released. Fuel cell system, characterized in that the inter-electrode differential pressure control valve for adjusting the pressure, provided downstream of the regulator.
【請求項2】 前記パージ弁の開弁閾値である両電極間
の差圧は、前記差圧調整弁の開弁閾値である両電極間の
差圧よりも小さく設定されていることを特徴とする請求
項1に記載の燃料電池システム。
2. A pressure difference between both electrodes, which is a valve opening threshold of said purge valve, is set smaller than a pressure difference between both electrodes which is a valve opening threshold of said differential pressure regulating valve. The fuel cell system according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記パージ弁と前記極間差圧調整弁は一
体に構成されており、一つの弁体が前記パージ弁の弁体
と前記極間差圧調整弁の弁体を共有し、この弁体は、電
気的信号を駆動タイミングとする前記パージ弁の駆動部
により開閉動作可能であるとともに、前記弁体に連係す
る隔壁であってその両側に前記第1の推力と前記第2の
推力が対向して作用する隔壁を前記極間差圧調整弁の駆
動部として弁開度調整可能であることを特徴とする請求
項1または請求項2に記載の燃料電池システム。
3. The purge valve and the inter-pole differential pressure adjusting valve are integrally formed, and one valve body shares the valve body of the purge valve and the inter-pole differential pressure adjusting valve. The valve body can be opened and closed by a drive unit of the purge valve whose drive timing is an electric signal, and is a partition wall associated with the valve body, and the first thrust and the second thrust force are provided on both sides thereof. 3. The fuel cell system according to claim 1, wherein a partition wall on which thrust acts in opposition is capable of adjusting a valve opening as a drive unit of the inter-pole differential pressure regulating valve. 4.
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