JP2003331891A - Fuel cell system, and starting method of fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system, and starting method of fuel cell system

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JP2003331891A
JP2003331891A JP2002137765A JP2002137765A JP2003331891A JP 2003331891 A JP2003331891 A JP 2003331891A JP 2002137765 A JP2002137765 A JP 2002137765A JP 2002137765 A JP2002137765 A JP 2002137765A JP 2003331891 A JP2003331891 A JP 2003331891A
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JP
Japan
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fuel cell
stack
current
cell stack
fuel
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JP2002137765A
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Hiroshi Konuma
浩 小沼
Tokuichi Mineo
徳一 峰尾
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently heat and humidify a fuel cell stack to reduce the start time of a fuel cell system, when starting the fuel cell system. <P>SOLUTION: This fuel cell system provided with a control part 18, a fuel cell stack 3, and current regulation parts 12 and 13 is used. The cell stack 3 is fed with an oxidation gas and a fuel gas. The regulation parts 12 and 13 are electrically connected to the cell stack 3. The control part 18 controls the regulation parts 12 and 13 so as to carry a stack current to the cell stack 3 when the cell stack 3 is heated. The stack current is a substantial constant current, or a stack current setting its ratio to the open circuit voltage of the cell stack 3 at a preset value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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
及び燃料電池システムの起動方法に関し、特に、燃料電
池スタックの起動にかかる時間を短縮する燃料電池シス
テム及び燃料電池システムの起動方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell system start-up method, and more particularly to a fuel cell system and a fuel cell system start-up method for reducing the time required to start a fuel cell stack.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池システムの概要を図8を用いて
説明する。図8は、従来の燃料電池システムの構成を示
す図である。燃料電池システムは、燃料ガス供給部10
1、酸化ガス供給部102、燃料電池スタック103、
加熱部105、冷却部106、ポンプ107、ダイオー
ド110、出力スイッチ111、燃料ガス流量制御弁1
16、酸化ガス流量制御弁117、制御部118を具備
する。燃料ガス供給部101−燃料ガス流量制御弁11
6−燃料電池スタック103は、燃料ガス配管152−
1〜152−3で接続されている。酸化ガス供給部10
2−酸化ガス流量制御弁117−燃料電池スタック10
3は、酸化ガス配管153−1〜153−3で接続され
ている。ポンプ107−加熱部105−燃料電池スタッ
ク103−冷却部106は、冷却水配管157−1〜1
57−4により接続されている。燃料電池スタック10
3−ダイオード110−出力スイッチ111は、負荷装
置104に、配線158−1〜158−2で接続してい
る。そして、負荷装置104へ電力を供給している。
2. Description of the Related Art An outline of a fuel cell system will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system. The fuel cell system includes a fuel gas supply unit 10
1, oxidizing gas supply unit 102, fuel cell stack 103,
Heating unit 105, cooling unit 106, pump 107, diode 110, output switch 111, fuel gas flow control valve 1
16, an oxidizing gas flow rate control valve 117, and a control unit 118. Fuel gas supply unit 101-Fuel gas flow control valve 11
6- The fuel cell stack 103 includes the fuel gas pipe 152-
1 to 152-3 are connected. Oxidizing gas supply unit 10
2-Oxidizing Gas Flow Control Valve 117-Fuel Cell Stack 10
3 are connected by oxidizing gas pipes 153-1 to 153-3. The pump 107-heating unit 105-fuel cell stack 103-cooling unit 106 includes cooling water pipes 157-1 to 15-1.
57-4 are connected. Fuel cell stack 10
The 3-diode 110-output switch 111 is connected to the load device 104 by wiring 158-1 to 158-2. Then, power is supplied to the load device 104.

【0003】燃料ガス供給部101は、水素を含むであ
る燃料ガス(水素又はメタノールやガソリン等を改質し
て得られる水素リッチガス)を、燃料電池スタック10
3へ供給する。燃料ガス流量制御弁116は、その燃料
ガスの流量を制御する。酸化ガス供給部102は、酸素
を含むガスである酸化ガス(酸素又は空気)を、燃料電
池スタック103へ供給する。酸化ガス流量制御弁11
7は、その酸化ガスの流量を制御する。燃料電池スタッ
ク103は、燃料ガスと酸化ガスとを用いて発電を行な
う。ここで、燃料電池スタック103は、単独のスタッ
クの場合だけでなく、複数のスタックを直列に接続する
場合や、並列に接続する場合などが有る。加熱部105
は、通常運転時に燃料電池スタック103の冷却水とし
て循環させる水(以下、冷却水)を加熱することによ
り、起動時に燃料電池スタック103を加熱する。冷却
部106は、通常運転時に、燃料電池スタック103の
冷却水を冷却する。ポンプ107は、冷却水を、燃料電
池スタック103と加熱器105と冷却器106との間
で循環させる。ダイオード110は、燃料電池スタック
103からの電流の向きを一方向に制限する。出力スイ
ッチ111は、スイッチON/OFFにより、燃料電池
スタック103と負荷装置104との電気的接続をON
/OFFする。制御部118は、上記各部、弁等の制御
を行なう。負荷装置104は、車両用燃料電池システム
の場合には、車両駆動用のインバータ、モータ等であ
る。据置型の燃料電池システムの場合には、商用インバ
ータ等である。
The fuel gas supply unit 101 supplies a fuel gas containing hydrogen (hydrogen-rich gas obtained by reforming hydrogen or methanol, gasoline, etc.) to the fuel cell stack 10.
Supply to 3. The fuel gas flow rate control valve 116 controls the flow rate of the fuel gas. The oxidizing gas supply unit 102 supplies an oxidizing gas (oxygen or air) that is a gas containing oxygen to the fuel cell stack 103. Oxidizing gas flow control valve 11
Reference numeral 7 controls the flow rate of the oxidizing gas. The fuel cell stack 103 uses a fuel gas and an oxidizing gas to generate electricity. Here, the fuel cell stack 103 includes not only a single stack but also a case where a plurality of stacks are connected in series and a case where they are connected in parallel. Heating unit 105
Heats the fuel cell stack 103 at the time of startup by heating water (hereinafter, cooling water) that is circulated as cooling water for the fuel cell stack 103 during normal operation. The cooling unit 106 cools the cooling water of the fuel cell stack 103 during normal operation. The pump 107 circulates cooling water among the fuel cell stack 103, the heater 105, and the cooler 106. The diode 110 limits the direction of the current from the fuel cell stack 103 to one direction. The output switch 111 turns ON / OFF the electrical connection between the fuel cell stack 103 and the load device 104.
/ OFF. The control unit 118 controls the above-mentioned units, valves and the like. In the case of the fuel cell system for a vehicle, the load device 104 is an inverter, a motor or the like for driving the vehicle. In the case of a stationary fuel cell system, it is a commercial inverter or the like.

【0004】固体高分子型の燃料電池システムでは、起
動時には、燃料電池セルの高分子膜(電解質膜)の加湿
が必要である。また、通常運転温度(70〜90℃)ま
での加熱が必要である。加湿については、酸化ガス及び
燃料ガスを加湿して供給し、電解質膜を加湿している。
加熱については、加熱部105で冷却水を温め、それを
燃料電池スタック103へ循環させることにより、燃料
電池スタック103を加熱している。この場合、加熱部
105では、電気ヒータを用いる方法や、燃料電池スタ
ック103の排ガス(燃料ガス配管152−3及び酸化
剤ガス配管153−3の排気を混合したもの)の燃焼熱
を用いる方法等により、加熱部105で冷却水の加熱を
行っている。
In the polymer electrolyte fuel cell system, it is necessary to humidify the polymer membrane (electrolyte membrane) of the fuel cell at the time of startup. In addition, heating to the normal operating temperature (70 to 90 ° C) is required. Regarding humidification, the oxidizing gas and the fuel gas are humidified and supplied to humidify the electrolyte membrane.
For heating, the heating unit 105 warms the cooling water and circulates it through the fuel cell stack 103 to heat the fuel cell stack 103. In this case, in the heating unit 105, a method using an electric heater, a method using combustion heat of exhaust gas of the fuel cell stack 103 (mixed exhaust gas of the fuel gas pipe 152-3 and the oxidant gas pipe 153-3), and the like Thus, the heating unit 105 heats the cooling water.

【0005】冷却水は、燃料電池スタックのセパレータ
内部に設けられた通路内を流れる。冷却水の熱は、セパ
レータを暖めた後、燃料電池セルを暖めることになる。
従って、冷却水の熱が燃料電池セルまで伝わるのに、遅
れがある。また、燃料ガスや酸化ガスも加熱して供給さ
れるが、ガスであるため熱量が小さいので、燃料電池ス
タックの加熱には時間を要する。また、加湿した燃料ガ
ス及び酸化ガスにより電解質膜を加湿するが、電極部に
多孔質のカーボン材が用いられ、電解質膜全面を覆って
いるので、水蒸気が電解質膜にまで到達するのに時間を
要する。
The cooling water flows in the passage provided inside the separator of the fuel cell stack. The heat of the cooling water heats the fuel cell unit after heating the separator.
Therefore, there is a delay in transferring the heat of the cooling water to the fuel cell unit. Further, the fuel gas and the oxidizing gas are also heated and supplied, but since the amount of heat is small because they are gases, it takes time to heat the fuel cell stack. Further, the electrolyte membrane is humidified by the humidified fuel gas and oxidizing gas, but since the porous carbon material is used for the electrode portion and covers the entire surface of the electrolyte membrane, it takes time for the water vapor to reach the electrolyte membrane. It costs.

【0006】車両用の燃料電池スタックなどは、起動か
ら運転までの時間が出来るだけ短いことが期待されてい
る。燃料電池システムの起動時間を短縮する技術が望ま
れている。燃料電池システムにおける燃料電池スタック
の加熱時間を短縮する技術が求められている。燃料電池
スタック中の燃料電池セルの加湿時間を短縮する技術が
求められている。
Fuel cell stacks for vehicles are expected to be as short as possible from startup to operation. A technique for shortening the startup time of a fuel cell system is desired. There is a demand for a technique for reducing the heating time of a fuel cell stack in a fuel cell system. There is a demand for a technique for shortening the humidification time of fuel cells in a fuel cell stack.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、起動にかかる時間を短縮することが可能な燃料電池
システム及び燃料電池システムの起動方法を提供するこ
とである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a fuel cell system and a fuel cell system starting method capable of shortening the time required for starting.

【0008】また、本発明の他の目的は、燃料電池スタ
ックの加熱時間を短縮することが可能な燃料電池システ
ム及び燃料電池システムの起動方法を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a method of starting the fuel cell system, which can shorten the heating time of the fuel cell stack.

【0009】本発明の更に他の目的は、燃料電池スタッ
ク中の燃料電池セルの加湿時間を短縮することが可能な
燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法を提
供することである。
Still another object of the present invention is to provide a fuel cell system and a method of starting the fuel cell system, which can shorten the humidification time of the fuel cells in the fuel cell stack.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以下に、[発明の実施の
形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、[特
許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]との対応
関係を明らかにするために括弧付きで付加されたもので
ある。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範
囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いて
はならない。
[Means for Solving the Problems] Means for solving the problems will be described below by using the numbers and symbols used in the embodiments of the present invention. These numbers / codes are added in parentheses in order to clarify the correspondence between the description of [Claims] and the [Embodiment of the Invention]. However, those numbers and signs should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in [Claims].

【0011】従って、上記課題を解決するために、本発
明の燃料電池システムは、制御部(18)と、燃料電池
スタック(3)と、電流調整部(12,13(13’)
/19,20)とを具備する。燃料電池スタック(3)
は、酸化ガスと燃料ガスとを供給されている。電流調整
部(12,13(13’)/19,20)は、燃料電池
スタック(3)に電気的に接続されている。制御部(1
8)は、燃料電池スタック(3)を昇温する際に、燃料
電池スタック(3)に電流としてのスタック電流(I
s)を流すように電流調整部(12,13(13’)/
19,20)を制御する。ここで、燃料電池スタック
は、一つ以上の燃料電池セルを有していれば良く、必ず
しも複数の燃料電池セルを有する必要はない。
Therefore, in order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell system of the present invention comprises a control unit (18), a fuel cell stack (3), and current adjusting units (12, 13 (13 ')).
/ 19, 20). Fuel cell stack (3)
Are supplied with oxidizing gas and fuel gas. The current adjusting unit (12, 13 (13 ') / 19, 20) is electrically connected to the fuel cell stack (3). Control unit (1
8) is a stack current (I) as a current flowing through the fuel cell stack (3) when heating the fuel cell stack (3).
s) so that the current adjusting unit (12, 13 (13 ') /
19, 20). Here, the fuel cell stack only needs to have one or more fuel battery cells, and does not necessarily have to have a plurality of fuel battery cells.

【0012】また、本発明の燃料電池システムは、スタ
ック電流(Is)が、実質的に定電流(Ia)である。
In the fuel cell system of the present invention, the stack current (Is) is substantially constant current (Ia).

【0013】また、本発明の燃料電池システムは、スタ
ック電流(Is)を測定する電流センサ(9)と、燃料
電池スタック(3)の電圧としてのスタック電圧(V
s)を測定する電圧センサ(8)とを更に具備する。制
御部(18)は、燃料電池スタック(3)の温度(T)
とスタック電圧(Vs)とスタック電流(Is)とを関
連付けるテーブル(図6)を含んでいる。そして、測定
されたスタック電圧(Vs)の燃料電池スタック(3)
の開放電圧に対する割合が予め設定された値になるスタ
ック電流(Is)となるように電流調整部(12,13
(13’)/19,20)を制御する。
Further, the fuel cell system of the present invention comprises a current sensor (9) for measuring a stack current (Is) and a stack voltage (V) as a voltage of the fuel cell stack (3).
and a voltage sensor (8) for measuring s). The control unit (18) controls the temperature (T) of the fuel cell stack (3).
And a stack voltage (Vs) and a stack current (Is) are associated with each other (FIG. 6). And the fuel cell stack (3) of the measured stack voltage (Vs)
Current adjusting unit (12, 13) so that the ratio of the open circuit voltage to the open circuit voltage becomes a stack current (Is) having a preset value.
(13 ') / 19, 20) is controlled.

【0014】また、本発明の燃料電池システムは、電流
調整部(12,13(13’))が、負荷(13(1
3’))を含む。そして、電流調整部(12,13(1
3’))は、負荷(13(13’))の大きさを制御し
て、スタック電流(Is)を調整する。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the current adjusting section (12, 13 (13 ')) is connected to the load (13 (1
3 ')) is included. Then, the current adjusting unit (12, 13 (1
3 ')) controls the size of the load (13 (13')) to adjust the stack current (Is).

【0015】更に、本発明の燃料電池システムは、燃料
電池スタック(3)内を流れる水を加熱する第1加熱部
(5)を更に具備する。そして、制御部(18)は、そ
を昇温する際のスタック電流(Is)を流す前に、その
加熱により燃料電池スタック(3)を昇温するように第
1加熱部(5)を制御する。
Further, the fuel cell system of the present invention further comprises a first heating section (5) for heating water flowing in the fuel cell stack (3). The control unit (18) controls the first heating unit (5) so as to heat the fuel cell stack (3) by heating the stack current (Is) before heating the stack current (Is). To do.

【0016】更に、本発明の燃料電池システムは、負荷
(13(13’))が、スタック電流(Is)に基づい
て、その水を加熱する第2加熱部(13’)である。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the load (13 (13 ')) is the second heating section (13') which heats the water based on the stack current (Is).

【0017】更に、本発明の燃料電池システムは、電流
調整部(12,13(13’)/19,20)が、燃料
電池スタック(3)の電力の特性を変換する電力変換器
(19)と、その変換された電力により充電される2次
電池(20)とを含む。そして、制御部(18)は、ス
タック電流(Is)を電力変換器(19)で制御する。
Further, in the fuel cell system of the present invention, the electric current converter (12, 13 (13 ') / 19, 20) converts the electric power characteristics of the fuel cell stack (3) into a power converter (19). And a secondary battery (20) charged by the converted electric power. Then, the control unit (18) controls the stack current (Is) with the power converter (19).

【0018】上記課題を解決するための、本発明の燃料
電池システムの起動方法は、燃料電池スタック(3)に
燃料ガス及び酸化ガスを供給するステップと、燃料電池
スタック(3)を昇温する際に、燃料電池スタック
(3)に電流としてのスタック電流(Is)を流すステ
ップとを具備する。
A method of starting a fuel cell system according to the present invention for solving the above-mentioned problems includes a step of supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell stack (3) and a temperature rise of the fuel cell stack (3). At this time, a step of flowing a stack current (Is) as a current through the fuel cell stack (3) is provided.

【0019】また、本発明の燃料電池システムの起動方
法は、スタック電流(Is)を流すステップが、燃料電
池スタック(3)を予め設定された第1温度まで、又
は、予め設定された第1時間の間、昇温を行うステップ
と、その昇温開始後、予め設定された第2温度から、又
は、予め設定された第2時間後に、スタック電流(I
s)を流すステップとを具備する。
Further, in the method for starting the fuel cell system of the present invention, the step of causing the stack current (Is) to flow is such that the fuel cell stack (3) is brought to a preset first temperature or a preset first temperature. The step of raising the temperature for a period of time and, after the start of the temperature raising, from the preset second temperature or after the preset second time, the stack current (I
s) flowing.

【0020】更に、本発明の燃料電池システムの起動方
法は、スタック電流(Is)を流すステップが、スタッ
ク電流(Is)が、予め設定された定電流(Ia)であ
る。
Further, in the method of starting the fuel cell system according to the present invention, the step of causing the stack current (Is) to flow is such that the stack current (Is) is a preset constant current (Ia).

【0021】更に、本発明の燃料電池システムの起動方
法は、スタック電流(Is)を流すステップが、スタッ
ク電流(Is)と、燃料電池スタック(3)の電圧とし
てのスタック電圧(Vs)とに基づいて、燃料電池スタ
ック(3)の温度(T)を特定するステップと、スタッ
ク電圧(Vs)が、温度(T)での燃料電池スタック
(3)の開放電圧に対して予め設定した割合の電圧にな
るように、スタック電流(Is)を変更するステップと
を具備する。
Further, in the starting method of the fuel cell system of the present invention, the step of causing the stack current (Is) to flow includes the stack current (Is) and the stack voltage (Vs) as the voltage of the fuel cell stack (3). Based on the temperature (T) of the fuel cell stack (3), the stack voltage (Vs) having a preset ratio to the open circuit voltage of the fuel cell stack (3) at the temperature (T). Changing the stack current (Is) to be a voltage.

【0022】上記課題を解決するための本発明に関わる
プログラムは、燃料電池スタック(3)に燃料ガス及び
酸化ガスを供給するステップと、燃料電池スタック
(3)を予め設定された第1温度まで、又は、予め設定
された第1時間の間、昇温を行うステップと、その昇温
開始後、予め設定された第2温度から、又は、予め設定
された第2時間後に、スタック電流(Is)を流すステ
ップとを具備する方法をコンピュータに実行させる。
A program relating to the present invention for solving the above-mentioned problems includes a step of supplying a fuel gas and an oxidizing gas to the fuel cell stack (3), and a step of supplying the fuel cell stack (3) up to a preset first temperature. , Or a step of raising the temperature for a preset first time, and after starting the raising of the temperature, from the preset second temperature or after the preset second time, the stack current (Is ) Is performed by the computer.

【0023】また、本発明に関わるプログラムにおい
て、スタック電流(Is)を流すステップは、スタック
電流(Is)が、予め設定された定電流(Ia)である
上記の方法をコンピュータに実行させる。
In the program according to the present invention, the step of causing the stack current (Is) to flow causes the computer to execute the above method in which the stack current (Is) is a preset constant current (Ia).

【0024】また、本発明に関わるプログラムは、スタ
ック電流(Is)を流すステップが、スタック電流(I
s)と、燃料電池スタック(3)の電圧としてのスタッ
ク電圧(Vs)とに基づいて、燃料電池スタック(3)
の温度(T)を特定するステップと、スタック電圧(V
s)が、温度(T)での燃料電池スタック(3)の開放
電圧に対して予め設定した割合の電圧になるように、ス
タック電流(Is)を変更するステップとを具備する上
記の方法をコンピュータに実行させる。
Further, in the program according to the present invention, the step of flowing the stack current (Is) is
s) and the stack voltage (Vs) as the voltage of the fuel cell stack (3), based on the fuel cell stack (3)
The temperature (T) of the stack and the stack voltage (V
changing the stack current (Is) such that s) is a voltage at a preset ratio to the open circuit voltage of the fuel cell stack (3) at temperature (T). Let the computer run.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、本発明である燃料電池シス
テムの実施の形態に関して、添付図面を参照して説明す
る。本実施例において、固体高分子型の燃料電池システ
ムを例に示して説明するが、他のタイプの燃料電池を有
するシステムにおいても、適用可能である。(なお、各
実施の形態において同一又は相当部分には同一の符号を
付して説明する。)
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a polymer electrolyte fuel cell system will be described as an example, but the present invention is also applicable to a system having other types of fuel cells. (In the respective embodiments, the same or corresponding parts will be described with the same reference numerals.)

【0026】(実施例1)先ず、本発明である燃料電池
システムの第1の実施の形態における構成について説明
する。図1は、本発明である燃料電池システムの第1の
実施の形態における構成を示す図である。燃料電池シス
テムは、燃料ガス供給部1、酸化ガス供給部2、燃料電
池スタック3、加熱部5、冷却部6、ポンプ7、電圧セ
ンサ8、電流センサ9、ダイオード10、出力スイッチ
11、放電制御部12、放電抵抗13、第2燃料ガス流
量制御弁14、第2酸化ガス流量制御弁15、第1燃料
ガス流量制御弁16、第1酸化ガス流量制御弁17、制
御部18を具備する。そして、負荷装置4に接続され、
負荷装置4へ電力を供給している。そして、燃料ガス用
の配管である第1燃料ガス配管52−1〜52−3及び
第2燃料ガス配管54−1〜54−2、酸化ガス用の配
管である第1酸化ガス配管53−1〜53−3及び第2
酸化ガス配管55−1〜55−2、排気管56、冷却水
用の配管である冷却水配管57−1〜57−4を有す
る。また、電気用の配線である配線58−1〜58−
2、放電制御部12用の配線59−1〜59−2、放電
抵抗13用の配線61−1〜61−2を備える。
(Embodiment 1) First, the configuration of the first embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system includes a fuel gas supply unit 1, an oxidizing gas supply unit 2, a fuel cell stack 3, a heating unit 5, a cooling unit 6, a pump 7, a voltage sensor 8, a current sensor 9, a diode 10, an output switch 11, and discharge control. The unit 12, the discharge resistor 13, the second fuel gas flow rate control valve 14, the second oxidizing gas flow rate control valve 15, the first fuel gas flow rate control valve 16, the first oxidizing gas flow rate control valve 17, and the control unit 18. And connected to the load device 4,
Electric power is supplied to the load device 4. Then, the first fuel gas pipes 52-1 to 52-3 and the second fuel gas pipes 54-1 to 54-2 which are pipes for fuel gas, and the first oxidizing gas pipe 53-1 which is a pipe for oxidizing gas ~ 53-3 and the second
It has oxidizing gas pipes 55-1 to 55-2, an exhaust pipe 56, and cooling water pipes 57-1 to 57-4 which are pipes for cooling water. In addition, wirings 58-1 to 58- that are wirings for electricity
2, wirings 59-1 to 59-2 for the discharge control unit 12, and wirings 61-1 to 61-2 for the discharge resistance 13.

【0027】燃料ガス供給部1は、内部に改質部、CO
変成部、加湿部(ただし、水蒸気改質の場合、改質ガス
は既にそのプロセスで加湿されており、加湿部は不要)
を有する。第1燃料ガス配管52−1−第1燃料ガス流
量制御弁16−第1燃料ガス配管52−2を介して燃料
電池スタック3の燃料極32(後述)へ燃料ガスAの供
給を行う。ここで、燃料ガスAは、水素、又はメタノー
ルやメタン等の炭化水素系材料を改質して得られる水素
リッチガスに例示される水素を含むガスであり、CO濃
度は所定の量未満であり、加湿されている。また、燃料
ガス供給部1は、第2燃料ガス配管54−1−第2燃料
ガス流量制御弁14−第2燃料ガス配管54−2を介し
て加熱部5へ燃料ガスBの供給を行う。ここで、燃料ガ
スBは、燃料ガスAの原料となる燃料であり、加湿及び
改質されていない。
The fuel gas supply unit 1 has a reforming unit, a CO
Metamorphic section, humidification section (However, in the case of steam reforming, the reformed gas has already been humidified in the process, so no humidification section is required)
Have. The fuel gas A is supplied to the fuel electrode 32 (described later) of the fuel cell stack 3 via the first fuel gas pipe 52-1, the first fuel gas flow rate control valve 16 and the first fuel gas pipe 52-2. Here, the fuel gas A is a gas containing hydrogen, which is exemplified by hydrogen or a hydrogen-rich gas obtained by reforming a hydrocarbon-based material such as methanol or methane, and the CO concentration is less than a predetermined amount, It is humidified. Further, the fuel gas supply unit 1 supplies the fuel gas B to the heating unit 5 via the second fuel gas pipe 54-1, the second fuel gas flow rate control valve 14 and the second fuel gas pipe 54-2. Here, the fuel gas B is a fuel that is a raw material of the fuel gas A, and is not humidified or reformed.

【0028】酸化ガス供給部2は、内部に加湿部を有す
る。第1酸化ガス配管53−1−第1酸化ガス流量制御
弁17−第1酸化ガス配管53−2を介して燃料電池ス
タック3の酸素極33(後述)へ酸化ガスAを供給す
る。ここで、酸化ガスAは、酸素、又は空気に例示され
る酸素を含むガスであり、加湿されている。また、酸化
ガス供給部2は、第2酸化ガス配管55−1−第2酸化
ガス流量制御弁15−第2酸化ガス配管55−2を介し
て加熱部5へ酸化ガスBの供給を行う。ここで、酸化ガ
スBは、酸化ガスAの原料となる酸化ガスであり、加湿
されていない。
The oxidizing gas supply section 2 has a humidifying section inside. The oxidizing gas A is supplied to the oxygen electrode 33 (described later) of the fuel cell stack 3 via the first oxidizing gas pipe 53-1, the first oxidizing gas flow rate control valve 17 and the first oxidizing gas pipe 53-2. Here, the oxidizing gas A is a gas containing oxygen or oxygen exemplified by air, and is humidified. In addition, the oxidizing gas supply unit 2 supplies the oxidizing gas B to the heating unit 5 via the second oxidizing gas pipe 55-1, the second oxidizing gas flow rate control valve 15 and the second oxidizing gas pipe 55-2. Here, the oxidizing gas B is an oxidizing gas that is a raw material of the oxidizing gas A and is not humidified.

【0029】燃料電池スタック3は、燃料ガスA中の水
素と酸化ガス中の酸素とを用いて発電を行う燃料電池セ
ルの集合体(燃料電池セルを一つ又は直列に複数個接続
したスタック)である。詳細は後述する。ここで、燃料
電池スタック3は、単独のスタックの場合だけでなく、
複数のスタックを直列に接続する場合(出力電圧を高く
することが出来る)や、並列に接続する場合(出力電流
を多くすることが出来る)などが有る。また、燃料電池
セルとしては、固体高分子型の他、リン酸型、溶融炭酸
塩型、固体酸化物型等を用いることが出来る。
The fuel cell stack 3 is an assembly of fuel cell units (one fuel cell unit or a stack of a plurality of fuel cell units connected in series) for generating electric power using hydrogen in the fuel gas A and oxygen in the oxidizing gas. Is. Details will be described later. Here, the fuel cell stack 3 is not limited to a single stack,
There are cases where a plurality of stacks are connected in series (the output voltage can be increased) and cases where they are connected in parallel (the output current can be increased). Further, as the fuel cell, a phosphoric acid type, a molten carbonate type, a solid oxide type or the like can be used in addition to the solid polymer type.

【0030】加熱部5は、起動時において、通常運転時
に燃料電池スタック3を冷却するために循環させる水
(冷却水)を冷却水配管57−1経由で供給され、燃料
電池スタック3を加熱するために加熱する。そして、加
熱された冷却水を冷却水配管57−2経由で燃料電池ス
タック3へ供給する。加熱に際して、燃料ガス供給部1
から、第2燃料ガス配管54−1−第2燃料ガス流量制
御弁14−第2燃料ガス配管54−2を介して、燃料ガ
スBの供給を受ける。同時に、酸化ガス供給部2から、
第2酸化ガス配管55−1−第2酸化ガス流量制御弁1
5−第2酸化ガス配管55−2を介して、酸化ガスBの
供給を受ける。それらの燃料ガスB及び酸化ガスBを燃
焼して、その熱により加熱を行う。燃焼後の排気ガス
は、排気管56から排出する。なお、燃料電池スタック
3の起動時以外は、加熱を行わない。
The heating unit 5 is supplied with water (cooling water) that circulates to cool the fuel cell stack 3 during normal operation at the time of startup via the cooling water pipe 57-1 to heat the fuel cell stack 3. To heat up. Then, the heated cooling water is supplied to the fuel cell stack 3 via the cooling water pipe 57-2. When heating, fuel gas supply unit 1
From the second fuel gas pipe 54-1, the second fuel gas flow rate control valve 14 and the second fuel gas pipe 54-2. At the same time, from the oxidizing gas supply unit 2,
Second oxidizing gas pipe 55-1-Second oxidizing gas flow control valve 1
The oxidant gas B is supplied through the 5-second oxidant gas pipe 55-2. The fuel gas B and the oxidizing gas B are burned, and heating is performed by the heat. The exhaust gas after combustion is discharged from the exhaust pipe 56. The heating is not performed except when the fuel cell stack 3 is started.

【0031】冷却部6は、通常運転時に、燃料電池スタ
ック3を通過して加熱された冷却水を、冷却水配管57
−3経由で供給され、熱交換等の手法等により冷却す
る。そして、冷却された冷却水を冷却水配管57−4経
由でポンプ7へ送出する。燃料電池スタック3の起動時
には、冷却を行わない。
The cooling unit 6 cools the cooling water heated by passing through the fuel cell stack 3 during the normal operation.
-3, and is cooled by a method such as heat exchange. Then, the cooled cooling water is sent to the pump 7 via the cooling water pipe 57-4. When the fuel cell stack 3 is activated, it is not cooled.

【0032】ポンプ7は、冷却された冷却水を冷却水配
管57−4から供給され、冷却水配管57−1へ吐出す
る。ポンプ7により、冷却水は、冷却水配管57−1〜
57−4を介して、ポンプ7−加熱部5−燃料電池スタ
ック3−冷却部6−ポンプ7の順で循環する。
The pump 7 is supplied with the cooled cooling water from the cooling water pipe 57-4 and discharges it to the cooling water pipe 57-1. Cooling water is supplied from the pump 7 to the cooling water pipe 57-1.
It is circulated in the order of pump 7-heating unit 5-fuel cell stack 3-cooling unit 6-pump 7 via 57-4.

【0033】電圧センサ8は、燃料電池スタック3の電
圧であるスタック電圧Vsを測定する。一方の端子を、
燃料電池スタック3から電力を取り出す配線58−1
に、他方の端子を配線58−2へ接続している。測定さ
れたスタック電圧Vsは、放電制御部12へ出力され
る。電流センサ9は、燃料電池スタック3の電流である
スタック電流Isを測定する。配線58−1の途中に直
列に接続している。測定されたスタック電流Isは、放
電制御部12へ出力される。
The voltage sensor 8 measures the stack voltage Vs which is the voltage of the fuel cell stack 3. One terminal,
Wiring 58-1 for extracting electric power from the fuel cell stack 3
Further, the other terminal is connected to the wiring 58-2. The measured stack voltage Vs is output to the discharge controller 12. The current sensor 9 measures the stack current Is, which is the current of the fuel cell stack 3. It is connected in series in the middle of the wiring 58-1. The measured stack current Is is output to the discharge controller 12.

【0034】ダイオード10は、燃料電池スタック3か
らの電流の向きを一方向に制限する。配線58−1の途
中に直列に接続している。出力スイッチ11は、スイッ
チON/OFFにより、燃料電池スタック3と負荷装置
4との電気的接続をON/OFFする。起動時には、O
FFになっている。
The diode 10 limits the direction of the current from the fuel cell stack 3 to one direction. It is connected in series in the middle of the wiring 58-1. The output switch 11 turns ON / OFF the electrical connection between the fuel cell stack 3 and the load device 4 by turning the switch ON / OFF. At startup, O
It is FF.

【0035】電力調整部の構成の一つとしての放電制御
部12は、スタック電圧Vsとスタック電流Isと制御
部18からの指令とに基づいて、燃料電池スタック3の
スタック電流Isの大きさを制御するために、燃料電池
スタック3に電気的に接続される放電抵抗13の負荷の
大きさを制御する(放電抵抗を可変とし、スタック電流
Isを大きくする場合には放電抵抗13を小さく、スタ
ック電流Isを小さくする場合には放電抵抗を大きくす
る)。又は、放電抵抗13の大きさは一定とし、チョッ
パ等で放電電流を制御する等の方法を用いても良い。一
方の端子を、燃料電池スタック3から電力を取り出す配
線58−1の出力スイッチ11と燃料電池スタック3と
の間のa点に、他方の端子を配線58−2のb点に接続
している。電力調整部の構成の一つの負荷としての放電
抵抗13は、放電制御部12によりその負荷の大きさを
制御され、燃料電池セルで発電された電力を消費する。
The discharge controller 12, which is one of the components of the power controller, determines the magnitude of the stack current Is of the fuel cell stack 3 based on the stack voltage Vs, the stack current Is, and the command from the controller 18. In order to control, the magnitude of the load of the discharge resistance 13 electrically connected to the fuel cell stack 3 is controlled (when the discharge resistance is variable and the stack current Is is large, the discharge resistance 13 is small, When decreasing the current Is, the discharge resistance is increased). Alternatively, a method may be used in which the size of the discharge resistor 13 is fixed and the discharge current is controlled by a chopper or the like. One terminal is connected to the point a between the output switch 11 and the fuel cell stack 3 of the wiring 58-1 for extracting electric power from the fuel cell stack 3, and the other terminal is connected to the point b of the wiring 58-2. . The discharge resistor 13 as one load in the configuration of the power adjustment unit controls the magnitude of the load by the discharge control unit 12 and consumes the power generated by the fuel cell unit.

【0036】第2燃料ガス流量制御弁14は、第2燃料
ガス配管54−1と第2燃料ガス配管54−2との間に
あり、燃料ガス供給部1から加熱部5へ供給する燃料ガ
スBの流量(供給量)を制御する。第1燃料ガス流量制
御弁16は、第1燃料ガス配管52−1と第1燃料ガス
配管52−2との間にあり、燃料ガス供給部1から燃料
電池スタック3へ供給する燃料ガスAの流量(供給量)
を制御する。
The second fuel gas flow rate control valve 14 is located between the second fuel gas pipe 54-1 and the second fuel gas pipe 54-2, and is the fuel gas supplied from the fuel gas supply unit 1 to the heating unit 5. The flow rate (supply amount) of B is controlled. The first fuel gas flow rate control valve 16 is located between the first fuel gas pipe 52-1 and the first fuel gas pipe 52-2, and controls the fuel gas A supplied from the fuel gas supply unit 1 to the fuel cell stack 3. Flow rate (supply amount)
To control.

【0037】第2酸化ガス流量制御弁15は、第2酸化
ガス配管55−1と第2酸化ガス配管55−2との間に
あり、酸化ガス供給部2から加熱部5へ供給する酸化ガ
スBの流量(供給量)を制御する。第1酸化ガス流量制
御弁17は、第1酸化ガス配管53−1と第1酸化ガス
配管53−2との間にあり、酸化ガス供給部2から燃料
電池スタック3へ供給する酸化ガスAの流量(供給量)
を制御する。
The second oxidant gas flow control valve 15 is located between the second oxidant gas pipe 55-1 and the second oxidant gas pipe 55-2, and oxidant gas supplied from the oxidant gas supply unit 2 to the heating unit 5 is supplied. The flow rate (supply amount) of B is controlled. The first oxidizing gas flow control valve 17 is located between the first oxidizing gas pipe 53-1 and the first oxidizing gas pipe 53-2, and controls the oxidizing gas A supplied from the oxidizing gas supply unit 2 to the fuel cell stack 3. Flow rate (supply amount)
To control.

【0038】制御部18は、燃料電池システム全体(燃
料ガス供給部1、酸化ガス供給部2、燃料電池スタック
3、加熱部5、冷却部6、ポンプ7、電圧センサ8、電
流センサ9、ダイオード10、出力スイッチ11、放電
制御部12(放電抵抗13)、第2燃料ガス流量制御弁
14、第2酸化ガス流量制御弁15、第1燃料ガス流量
制御弁16、第1酸化ガス流量制御弁17を含む)を制
御する。
The control unit 18 controls the entire fuel cell system (fuel gas supply unit 1, oxidizing gas supply unit 2, fuel cell stack 3, heating unit 5, cooling unit 6, pump 7, voltage sensor 8, current sensor 9, diode). 10, output switch 11, discharge control unit 12 (discharge resistance 13), second fuel gas flow rate control valve 14, second oxidizing gas flow rate control valve 15, first fuel gas flow rate control valve 16, first oxidizing gas flow rate control valve (Including 17).

【0039】負荷装置4は、車両用燃料電池システムの
場合には、車両駆動用のインバータ、モータ等である。
据置型の燃料電池システムの場合には、商用インバータ
等である。
In the case of a vehicle fuel cell system, the load device 4 is an inverter, a motor or the like for driving the vehicle.
In the case of a stationary fuel cell system, it is a commercial inverter or the like.

【0040】次に、図2を参照して、燃料電池セルにつ
いて説明する。図2は、燃料電池セル30及びセパレー
タ34を説明する断面図である。固体高分子型燃料電池
は、基本構造として2つのセパレータ34と、それらに
挟まれた燃料電池セル30とを備える。
Next, the fuel cell will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the fuel cell 30 and the separator 34. The polymer electrolyte fuel cell includes, as a basic structure, two separators 34 and a fuel battery cell 30 sandwiched between them.

【0041】燃料電池セル30は、燃料極32、酸素極
33、電解質膜31を有する。電解質膜31は、燃料極
32及び酸素極33に挟まれ、これら電極経由で供給さ
れる燃料ガスA中の水素および酸化ガスA中の酸素を用
いて、電気化学反応(電池反応)により発電を行う。電
解質膜31は、パーフルオロスルホン酸膜のようなイオ
ン交換樹脂の膜に例示される。燃料極32及び酸素極3
3は、燃料ガス及び酸化ガスを流通させ、また、燃料ガ
ス中の水素と酸化ガス中の酸素とによる電気化学反応を
媒介する。電池反応に伴う電子の通路でもある。燃料極
32及び酸素極33は、発電した電力を取り出すための
集電層及び、電池反応に関わる反応層(触媒層)を含
む。
The fuel cell 30 has a fuel electrode 32, an oxygen electrode 33, and an electrolyte membrane 31. The electrolyte membrane 31 is sandwiched between a fuel electrode 32 and an oxygen electrode 33, and the hydrogen in the fuel gas A and the oxygen in the oxidizing gas A supplied via these electrodes are used to generate electricity by an electrochemical reaction (cell reaction). To do. The electrolyte membrane 31 is exemplified by a membrane of ion exchange resin such as a perfluorosulfonic acid membrane. Fuel electrode 32 and oxygen electrode 3
3 circulates the fuel gas and the oxidizing gas, and mediates the electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidizing gas. It is also a passage for electrons accompanying the battery reaction. The fuel electrode 32 and the oxygen electrode 33 include a current collecting layer for taking out the generated electric power and a reaction layer (catalyst layer) involved in the cell reaction.

【0042】セパレータ34は、一方の面において燃料
電池セル30の燃料極32へ燃料ガスAを供給する燃料
ガス通路35と、他方の面において燃料電池セル30の
酸素極33へ酸化ガスを供給する酸化ガス通路36とを
有する。また、燃料ガス通路35と酸化ガス通路36と
の間に設けられ、燃料電池スタック3を冷却する(起動
時には加熱する)冷却水を供給する冷却水通路37を有
する。また、各燃料電池セル30同士を電気的に接合す
る。セパレータ34は、カーボン(グラファイト)コン
ポジットに例示される。
The separator 34 supplies a fuel gas passage 35 for supplying the fuel gas A to the fuel electrode 32 of the fuel cell 30 on one surface and an oxidizing gas to the oxygen electrode 33 of the fuel cell 30 on the other surface. And an oxidizing gas passage 36. Further, it has a cooling water passage 37 which is provided between the fuel gas passage 35 and the oxidizing gas passage 36 and supplies cooling water for cooling the fuel cell stack 3 (heating at the time of startup). Further, the fuel cells 30 are electrically joined together. The separator 34 is exemplified by a carbon (graphite) composite.

【0043】次に、燃料電池スタックの構成について図
3を参照して説明する。図3は、燃料電池スタック3の
構成を示す斜視図である。燃料電池スタック3は、セパ
レータ34−1〜34−n(nは2以上の自然数、以下
同じ)、燃料電池セル30−1〜30−n−1、発電部
39、集電プレート40、絶縁プレート41、エンドプ
レート42、集電プレート46、絶縁プレート47、エ
ンドプレート48、燃料ガス導入口43、冷却水導入口
44、酸化ガス導入口45、酸化ガス排出口49、冷却
水排出口50、燃料ガス排出口51を具備する。
Next, the structure of the fuel cell stack will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the fuel cell stack 3. The fuel cell stack 3 includes separators 34-1 to 34-n (n is a natural number of 2 or more, the same applies hereinafter), fuel cell units 30-1 to 30-n-1, a power generation section 39, a current collecting plate 40, an insulating plate. 41, end plate 42, current collecting plate 46, insulating plate 47, end plate 48, fuel gas inlet 43, cooling water inlet 44, oxidizing gas inlet 45, oxidizing gas outlet 49, cooling water outlet 50, fuel A gas outlet 51 is provided.

【0044】発電部39は、燃料電池スタック3におい
て、発電を行う部分であり、燃料電池セル30−s(s
=1〜n−1、自然数、以下同じ)が、セパレータ34
−r(r=s及びr=s+1)を介して直列に接続され
ている。セパレータ34−r(r=s及びr=s+1)
は、燃料電池セル30−sの両側に配設され、隣接する
燃料電池セル30同士を電気的に接続する。セパレータ
34−r及び燃料電池セル30−sは、図2での説明の
通りである。
The power generation section 39 is a section for generating power in the fuel cell stack 3, and is the fuel cell 30-s (s
= 1 to n-1, a natural number, the same applies hereinafter) is the separator 34
They are connected in series via -r (r = s and r = s + 1). Separator 34-r (r = s and r = s + 1)
Are arranged on both sides of the fuel battery cells 30-s and electrically connect adjacent fuel battery cells 30 to each other. The separator 34-r and the fuel cell 30-s are as described in FIG.

【0045】集電プレート40及び集電プレート46
は、燃料電池セル30−1〜30−n−1で発電された
電力を集電し、外部へ取り出すための電極である。絶縁
プレート41及び絶縁プレート47は、集電プレート4
0及び集電プレート46と、エンドプレート42及びエ
ンドプレート48とを絶縁する。エンドプレート42及
びエンドプレート48は、発電部39を両側から挟みこ
む。また、エンドプレート42には燃料ガス導入口4
3、冷却水導入口44及び酸化ガス導入口45が設けら
れている。燃料電池スタック3へ、それぞれ燃料ガス、
冷却水及び酸化ガスを供給する。同様にエンドプレート
48には、酸化ガス排出口49、冷却水排出口50及び
燃料ガス排出口51が設けられている。燃料電池スタッ
ク3から、それぞれ酸化ガス、冷却水及び燃料ガスを排
出する。
Current collecting plate 40 and current collecting plate 46
Is an electrode for collecting the electric power generated by the fuel cells 30-1 to 30-n-1 and taking it to the outside. The insulating plate 41 and the insulating plate 47 are the current collecting plate 4
0 and the current collecting plate 46 are insulated from the end plate 42 and the end plate 48. The end plate 42 and the end plate 48 sandwich the power generation unit 39 from both sides. Further, the fuel gas inlet 4 is provided in the end plate 42.
3, a cooling water inlet 44 and an oxidizing gas inlet 45 are provided. Fuel gas to the fuel cell stack 3,
Supply cooling water and oxidizing gas. Similarly, the end plate 48 is provided with an oxidizing gas outlet 49, a cooling water outlet 50, and a fuel gas outlet 51. Oxidizing gas, cooling water, and fuel gas are discharged from the fuel cell stack 3, respectively.

【0046】次に、本発明である燃料電池システムの第
1の実施の形態における動作(燃料電池システムの起動
方法)について、図1、図6、図7を参照して説明す
る。
Next, the operation (starting method of the fuel cell system) in the first embodiment of the fuel cell system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 6 and 7.

【0047】まず、図6及び図7について説明する。図
6は、燃料電池スタック3のスタック電圧Vsとスタッ
ク電流Isとの関係を示す図である。横軸は、スタック
電流Is、縦軸は、スタック電圧Vsである。曲線D1
〜D4は、互いに異なる温度T〜T(T>T
>T)におけるIs−Vs曲線である。V01
04は、曲線D1〜D4(温度T〜T)のそれぞ
れの場合における開放電圧である。点a1〜点a4は、
曲線D1〜D4(温度T〜T)のそれぞれの場合に
おける、スタック電流Is=Ia(定電流)の点であ
る。Vs点b1〜点b4は、曲線D1〜D4(温度T
〜T)のそれぞれの場合における、開放電圧に対して
一定の割合(例示:70%、b1のスタック電圧Vs=
0.7×V01)のスタック電圧Vsを有する点であ
る。Vは、スタック電流Isを流す際の、スタック電
圧Vsの最低値(許容範囲)である。各点での(スタッ
ク電流Is、スタック電圧Vs)は、点a1〜点a4で
は、(Ia、Vs(a1))〜(Ia、Vs(a
4))、点b1〜点b4では、(Is(b1)、Vs
(b1))〜(Is(b4)、Vs(b4))と表現す
るものとする。
First, FIGS. 6 and 7 will be described. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the stack voltage Vs and the stack current Is of the fuel cell stack 3. The horizontal axis represents the stack current Is and the vertical axis represents the stack voltage Vs. Curve D1
To D4 are different temperatures T 1 to T 4 (T 1 > T 2 >).
T 3> is an Is-Vs curve in T 4). V 01 ~
V 04 is an open circuit voltage in each case of the curves D1 to D4 (temperatures T 1 to T 4 ). The points a1 to a4 are
The points are the stack current Is = Ia (constant current) in each of the curves D1 to D4 (temperatures T 1 to T 4 ). Vs points b1 to b4 are curves D1 to D4 (temperature T 1
To T 4 ) in each case, a fixed ratio (eg, 70%, stack voltage Vs of b1 = Vs =) to the open circuit voltage.
It has a stack voltage Vs of 0.7 × V 01 ). V E is the minimum value (allowable range) of the stack voltage Vs when the stack current Is is passed. The (stack current Is, stack voltage Vs) at each point is (Ia, Vs (a1)) to (Ia, Vs (a) at points a1 to a4.
4)), at points b1 to b4, (Is (b1), Vs
(B1)) to (Is (b4), Vs (b4)).

【0048】図7は、燃料電池システムの起動時の動作
を示すタイミングチャートである。ここで、(a)燃料
電池スタック3の温度と時間との関係、(b)加熱部5
へ供給される燃料ガスBと時間との関係、(c)加熱部
5へ供給される酸化ガスBと時間との関係、(d)燃料
電池スタック3へ供給される燃料ガスAと時間との関
係、(e)燃料電池スタック3へ供給される酸化ガスA
と時間との関係、(f)燃料電池スタック3の出力電流
であるスタック電流Isと時間との関係、である。縦軸
は、それぞれ(a)燃料電池スタック3の温度、(b)
燃料ガスBの流量、(c)酸化ガスBの流量、(d)燃
料ガスAの流量、(e)酸化ガスAの流量、(f)電流
Is、であり、横軸は、時間である。なお、本発明は、
図7のタイミングチャートに制限されるものではない。
FIG. 7 is a timing chart showing the operation at the time of starting the fuel cell system. Here, (a) the relationship between the temperature of the fuel cell stack 3 and time, (b) the heating unit 5
Between the fuel gas B supplied to the heating unit 5, (c) the relationship between the oxidizing gas B supplied to the heating unit 5 and the time, and (d) the fuel gas A supplied to the fuel cell stack 3 and the time. (E) Oxidizing gas A supplied to the fuel cell stack 3
And (f) the relationship between stack current Is, which is the output current of the fuel cell stack 3, and time. The vertical axis represents (a) the temperature of the fuel cell stack 3, (b).
The flow rate of the fuel gas B, (c) flow rate of the oxidizing gas B, (d) flow rate of the fuel gas A, (e) flow rate of the oxidizing gas A, (f) current Is, and the horizontal axis is time. The present invention is
It is not limited to the timing chart of FIG.

【0049】図6ような燃料電池スタック3の各温度T
におけるスタック電圧Vsとスタック電流Isとの関係
を示すデータ(テーブル)は、燃料ガスA及び酸化ガス
Bの流量の組合せ毎に、制御部18の記憶部(図示せ
ず)に格納され、制御部18の制御に用いられる。ま
た、図7のようなタイミングチャートを示すデータは、
制御部18の記憶部(図示せず)に格納され、制御部1
8の制御に用いられる。
Each temperature T of the fuel cell stack 3 as shown in FIG.
The data (table) indicating the relationship between the stack voltage Vs and the stack current Is in the above is stored in the storage unit (not shown) of the control unit 18 for each combination of the flow rates of the fuel gas A and the oxidizing gas B, and the control unit Used for control of 18. Further, the data showing the timing chart as shown in FIG.
The control unit 1 is stored in a storage unit (not shown) of the control unit 18.
8 is used for control.

【0050】以下に動作を説明する。本実施例では、燃
料ガスの原料となる原燃料ガスとしてメタンガス、酸化
ガスとして空気を用いるものとする。
The operation will be described below. In this embodiment, methane gas is used as the raw fuel gas that is the raw material of the fuel gas, and air is used as the oxidizing gas.

【0051】(1)ステップS01(時間0) 燃料ガス供給部1は、メタンガスを燃料ガスBとして供
給可能な状態である。しかし、改質部でメタンガスを改
質して、CO変成部でCOを所低の濃度以下に除去し
て、加湿部で水蒸気を添加(加湿)できる状態ではな
い。すなわち、燃料ガスAの準備はまだ出来ていない。
このとき、燃料ガスB流量(図7(b))=0、燃料ガ
スA流量(図7(d))=0、である。
(1) Step S01 (Time 0) The fuel gas supply unit 1 is in a state capable of supplying methane gas as the fuel gas B. However, it is not in a state where the methane gas is reformed in the reforming section, CO is removed to a low concentration or less in the CO shift conversion section, and water vapor can be added (humidification) in the humidification section. That is, the fuel gas A is not ready yet.
At this time, the flow rate of the fuel gas B (FIG. 7B) = 0, and the flow rate of the fuel gas A (FIG. 7D) = 0.

【0052】酸化ガス供給部2は、空気を酸化ガスBと
して供給可能な状態である。しかし、加湿部で水蒸気を
添加(加湿)できる状態ではない。すなわち、酸化ガス
Aの準備はまだ出来ていない。このとき、酸化ガスB流
量(図7(c))=0、酸化ガスA流量(図7(e))
=0、である。
The oxidizing gas supply unit 2 is in a state in which air can be supplied as the oxidizing gas B. However, the steam cannot be added (humidified) in the humidifying section. That is, the oxidizing gas A is not yet ready. At this time, the oxidizing gas B flow rate (FIG. 7C) = 0, the oxidizing gas A flow rate (FIG. 7E)
= 0.

【0053】冷却水の循環するライン(冷却水配管57
−1〜57−4、以下、冷却水循環ライン)では、冷却
水の循環は行っていない。加熱部5の温度は室温であ
る。
Line for circulating cooling water (cooling water pipe 57
No cooling water is circulated in the cooling water circulation lines (-1 to 57-4, hereinafter referred to as cooling water circulation line). The temperature of the heating part 5 is room temperature.

【0054】燃料電池スタック3は、温度T(図7
(a))=室温(R.T.)、スタック電流Is(図7
(f))=0である。出力スイッチ11、放電制御部1
2は、OFF状態である。
The fuel cell stack 3 has a temperature T (see FIG.
(A)) = room temperature (RT), stack current Is (FIG. 7)
(F)) = 0. Output switch 11, discharge control unit 1
2 is an OFF state.

【0055】(2)ステップS02(時間0〜t) ユーザー等は、燃料電池システムをONにする。制御部
18は、燃料電池システムの起動を開始する。制御部1
8は、第2燃料ガス流量制御弁14の制御により、燃料
ガス供給部1から、メタンガスを燃料ガスBとして加熱
部5へ、流量Q10で供給する。同時に、燃料ガス供給
部1の制御により、改質部、CO変成部、加湿部を起動
する。ただし、燃料ガスAの準備はまだ出来ていないの
で、燃料ガスAを燃料電池スタック3へ供給しない。こ
のとき、燃料ガスB流量(図7(b))=Q10、燃料
ガスA流量(図7(d))=0、である。
[0055] (2) Step S02 (time 0 to t 1) the user or the like, the fuel cell system to ON. The control unit 18 starts the activation of the fuel cell system. Control unit 1
Under the control of the second fuel gas flow rate control valve 8, 8 supplies methane gas as the fuel gas B from the fuel gas supply section 1 to the heating section 5 at a flow rate Q 10 . At the same time, the fuel gas supply unit 1 is controlled to activate the reforming unit, the CO shift conversion unit, and the humidification unit. However, the fuel gas A is not prepared yet, so the fuel gas A is not supplied to the fuel cell stack 3. At this time, the fuel gas B flow rate (FIG. 7B) = Q 10 and the fuel gas A flow rate (FIG. 7D) = 0.

【0056】制御部18は、第2酸化ガス流量制御弁1
5の制御により、酸化ガス供給部2から、空気を酸化ガ
スBとして加熱部5へ、流量P10で供給する。ただ
し、燃料ガスAの準備が終了するまで、酸化ガスAを燃
料電池スタック3へ供給しない。このとき、酸化ガスB
流量(図7(c))=P10、酸化ガスA流量(図7
(e))=0、である。
The control section 18 includes the second oxidizing gas flow rate control valve 1
Under the control of No. 5, air is supplied from the oxidizing gas supply unit 2 as the oxidizing gas B to the heating unit 5 at a flow rate P 10 . However, the oxidizing gas A is not supplied to the fuel cell stack 3 until the preparation of the fuel gas A is completed. At this time, the oxidizing gas B
Flow rate (FIG. 7C) = P 10 , flow rate of oxidizing gas A (FIG. 7)
(E)) = 0.

【0057】制御部18は、ポンプ7を起動させ、冷却
水循環ラインに一定の流量で冷却水を循環させる。それ
と同時に、燃料ガスB及び酸化ガスBの供給を受ける加
熱部5を起動する。加熱部5では、一定の流量の燃料ガ
スB及び酸化ガスBの燃焼により、冷却水が加熱され
る。そして、加熱された冷却水が、冷却水循環ラインを
循環する。
The controller 18 activates the pump 7 to circulate the cooling water in the cooling water circulation line at a constant flow rate. At the same time, the heating unit 5 that receives the supply of the fuel gas B and the oxidizing gas B is started. In the heating unit 5, the cooling water is heated by the combustion of the fuel gas B and the oxidizing gas B at a constant flow rate. Then, the heated cooling water circulates in the cooling water circulation line.

【0058】燃料電池スタック3は、加熱された冷却水
の供給を受けて、徐々に加熱される。温度Tは、室温
(R.T.)から徐々に高くなる(図7(a))。スタ
ック電流Is(図7(f))=0である。出力スイッチ
11、放電制御部12は、OFF状態である。
The fuel cell stack 3 is gradually heated by the supply of heated cooling water. The temperature T gradually increases from room temperature (RT) (FIG. 7 (a)). The stack current Is (FIG. 7 (f)) = 0. The output switch 11 and the discharge control unit 12 are in the OFF state.

【0059】(3)ステップS03(時間t〜t) 制御部18は、第2燃料ガス流量制御弁14の制御によ
り、燃料ガス供給部1から、メタンガスを燃料ガスBと
して加熱部5へ、流量Q10で供給している。同時に、
制御部18は、燃料ガス供給部1での燃料ガスAの準備
が完了したので、第1燃料ガス流量制御弁16の制御に
より、燃料ガス供給部1から、燃料ガスAを燃料電池ス
タック3の燃料極32へ供給する。その際、流量は、徐
々に増加させ、最終的にQ20にする。このとき、燃料
ガスB流量(図7(b))=Q10、燃料ガスA流量
(図7(d))=0〜Q20、である。
(3) Step S03 (time t 1 to t 2 ) The control section 18 controls the second fuel gas flow rate control valve 14 to transfer the methane gas as the fuel gas B to the heating section 5. , And the flow rate is Q 10 . at the same time,
Since the preparation of the fuel gas A in the fuel gas supply unit 1 is completed, the control unit 18 controls the fuel gas supply unit 1 to supply the fuel gas A to the fuel cell stack 3 under the control of the first fuel gas flow rate control valve 16. Supply to the fuel electrode 32. At that time, the flow rate is gradually increased, finally to Q 20. At this time, the fuel gas B flow rate (FIG. 7 (b)) = Q 10 and the fuel gas A flow rate (FIG. 7 (d)) = 0 to Q 20 .

【0060】制御部18は、第2酸化ガス流量制御弁1
5の制御により、酸化ガス供給部2から、空気を酸化ガ
スBとして加熱部5へ、流量P10で供給している。同
時に、燃料ガスAの供給開始にあわせて(酸化ガス供給
部2での酸化ガスAの準備は、燃料ガスAの準備よりも
早く終了する)、第1酸化ガス流量制御弁17の制御に
より、酸化ガス供給部2から、酸化ガスAを燃料電池ス
タック3の酸素極33へ供給する。その際、流量は、徐
々に増加させ、最終的にP20にする。このとき、酸化
ガスB流量(図7(c))=P10、酸化ガスA流量
(図7(e))=0〜P20、である。
The control unit 18 includes the second oxidizing gas flow rate control valve 1
Under the control of No. 5, air is supplied from the oxidizing gas supply unit 2 as the oxidizing gas B to the heating unit 5 at a flow rate P 10 . At the same time, when the supply of the fuel gas A is started (preparation of the oxidizing gas A in the oxidizing gas supply unit 2 is completed earlier than preparation of the fuel gas A), by the control of the first oxidizing gas flow rate control valve 17, The oxidizing gas supply unit 2 supplies the oxidizing gas A to the oxygen electrode 33 of the fuel cell stack 3. At that time, the flow rate is gradually increased to finally reach P 20 . At this time, the oxidizing gas B flow rate (FIG. 7C) = P 10 and the oxidizing gas A flow rate (FIG. 7E) = 0 to P 20 .

【0061】制御部18は、ポンプ7を定常運転させ、
冷却水循環ラインに冷却水を定常的に循環させている。
また、加熱部5では、一定流量の燃料ガスB及び酸化ガ
スBの供給を受け、冷却水が一定の熱で加熱されてい
る。加熱された冷却水は、冷却水循環ラインを循環して
いる。
The control unit 18 causes the pump 7 to operate in a steady state,
Cooling water is constantly circulated in the cooling water circulation line.
Further, in the heating section 5, the fuel gas B and the oxidizing gas B are supplied at a constant flow rate, and the cooling water is heated with a constant heat. The heated cooling water circulates in the cooling water circulation line.

【0062】燃料電池スタック3は、加熱された冷却水
の供給を受けて、徐々に加熱されている。また、加湿さ
れている燃料ガスAと、加湿されている酸化ガスBとを
供給され、電解質膜31が加湿される。温度Tは、室温
(R.T.)から徐々に高くなっている(図7
(a))。スタック電流Is(図7(f))=0であ
る。出力スイッチ11、放電制御部12は、OFF状態
である。
The fuel cell stack 3 is gradually heated by the supply of heated cooling water. Further, the humidified fuel gas A and the humidified oxidizing gas B are supplied to humidify the electrolyte membrane 31. The temperature T gradually increases from room temperature (RT) (FIG. 7).
(A)). The stack current Is (FIG. 7 (f)) = 0. The output switch 11 and the discharge control unit 12 are in the OFF state.

【0063】(4)ステップS04(時間t〜t) 制御部18は、第1燃料ガス流量制御弁16の制御によ
り、燃料ガス供給部1から、燃料ガスAを一定の流量
で、燃料電池スタック3へ供給している。このとき、燃
料ガスB流量(図7(b))=Q10、燃料ガスA流量
(図7(d))=Q20、である。
[0063] (4) Step S04 (time t 2 ~t 3) control unit 18, under the control of the first fuel gas flow control valve 16, the fuel gas supply unit 1, the fuel gas A at a constant flow rate, the fuel It is supplied to the battery stack 3. At this time, the flow rate of the fuel gas B (FIG. 7 (b)) = Q 10 and the flow rate of the fuel gas A (FIG. 7 (d)) = Q 20 .

【0064】制御部18は、第1酸化ガス流量制御弁1
7の制御により、酸化ガス供給部2から、酸化ガスAを
一定の流量で、燃料電池スタック3へ供給している。こ
のとき、酸化ガスB流量(図7(c))=P10、酸化
ガスA流量(図7(e))=P20、である。
The control unit 18 includes the first oxidizing gas flow rate control valve 1
By the control of 7, the oxidizing gas supply unit 2 supplies the oxidizing gas A to the fuel cell stack 3 at a constant flow rate. At this time, the flow rate of the oxidizing gas B (FIG. 7C) = P 10 and the flow rate of the oxidizing gas A (FIG. 7E) = P 20 .

【0065】制御部18は、ポンプ7を定常運転させ、
冷却水循環ラインに冷却水を定常的に循環させている。
燃料電池スタック3は、加熱部5で加熱された冷却水
と、燃料電池スタックの運転温度(目標温度)Tに加
熱された燃料ガスA及び酸化ガスAにより加熱され、昇
温速度を増し、昇温し続ける。
The control unit 18 causes the pump 7 to perform a steady operation,
Cooling water is constantly circulated in the cooling water circulation line.
The fuel cell stack 3 is heated by the cooling water heated by the heating unit 5 and the fuel gas A and the oxidizing gas A heated to the operating temperature (target temperature) T 0 of the fuel cell stack, increasing the temperature rising rate, Continue to raise the temperature.

【0066】燃料電池スタック3は、燃料ガスAと酸化
ガスAとを供給され、少ないスタック電流Isでの発電
が可能な状態まで電解質膜31が昇温、加湿される。た
だし、通常の発電を行うために必要な昇温、加湿の程度
までは達していない。すなわち、昇温、加湿は不十分の
状態である。そして、制御部18は、放電制御部12を
制御して、燃料電池スタック3の発電を行う。その発電
の熱により、燃料電池スタック3を加熱する。温度T
は、更に昇温速度を増し、高くなり、最終的に燃料電池
スタックの運転温度(目標温度)のTとなる(図7
(a))。その際、電解質膜31上で、発電により水が
生成される。それにより、電解質膜31は、加湿が進
む。すなわち、燃料ガスA及び酸化ガスAによる加湿だ
けでなく、生成水でも加湿され、加湿が十分な状態とな
る。
The fuel cell stack 3 is supplied with the fuel gas A and the oxidizing gas A, and the electrolyte membrane 31 is heated and humidified to a state where power generation with a small stack current Is is possible. However, the temperature and humidification levels required for normal power generation have not been reached. That is, the temperature rise and humidification are insufficient. Then, the control unit 18 controls the discharge control unit 12 to generate power in the fuel cell stack 3. The fuel cell stack 3 is heated by the heat of the power generation. Temperature T
Further increases the temperature rising rate, becomes higher, and finally becomes T 0 of the operating temperature (target temperature) of the fuel cell stack (FIG. 7).
(A)). At that time, water is generated on the electrolyte membrane 31 by power generation. As a result, the electrolyte membrane 31 is humidified. That is, not only the humidification by the fuel gas A and the oxidizing gas A but also the generated water is humidified, and the humidification is in a sufficient state.

【0067】放電制御部12は、スタック電流Isを放
電抵抗13へ流す。スタック電流Isは、そこで放電に
より消費される。出力スイッチ11は、OFF状態であ
る。
The discharge controller 12 causes the stack current Is to flow to the discharge resistor 13. The stack current Is is then consumed by the discharge. The output switch 11 is in the OFF state.

【0068】発電の方法として、例えば、スタック電流
Isを(実質的な)定電流Iaとする方法と、開放電圧
に対する一定の割合のスタック電圧Vsとなるスタック
電流Isとする方法、などがある。なお、スタック電圧
Vsは、電圧センサ8で、スタック電流Isは、電流セ
ンサ9で測定される。ただし、「実質的に」とは、機器
構成上の誤差を含んでいるという意味である。
As a method of power generation, for example, there are a method of setting the stack current Is as a (substantially) constant current Ia, and a method of setting the stack current Is as a stack voltage Vs having a constant ratio to the open circuit voltage. The stack voltage Vs is measured by the voltage sensor 8 and the stack current Is is measured by the current sensor 9. However, “substantially” means including an error in the device configuration.

【0069】(I)スタック電流Isを(実質的な)定
電流Iaとする場合 (i)放電制御部12は、開放電圧V04を示す温度T
(ただし、時刻t)において、定電流Iaを流す制
御を行う。すなわち、燃料電池スタック3を放電抵抗1
3に接続する。そして、その放電抵抗13の負荷の大き
さを徐々に大きくすることにより、スタック電流Isの
値を徐々に大きくして、スタック電流Is=Iaとする
(点a4)。その際、スタック電圧Vsが、予め設定さ
れた許容範囲V以下にならないようにする。 (ii)燃料電池スタック3は、発電により温度が徐々
に上昇し、開放電圧が徐々に大きくなる(V04→V
03→V02→V01)。それにあわせて、放電制御部
12は、放電抵抗13の負荷の大きさを徐々に小さく
し、常に一定の電流Iaとなるようにする(点a4→点
a3→点a2→点a1)。スタック電圧Vsは、継続的
に、制御部18へ出力される。 (iii)曲線D1(温度T)が、運転温度Tでの
Is−Vs曲線とする(T=T)と、点a1のスタ
ック電圧Vs(a1)に到達した時点で、制御部18
は、放電制御部12による発電を停止する。
(I) When the stack current Is is a (substantially) constant current Ia (i) The discharge controller 12 controls the temperature T indicating the open circuit voltage V 04.
At 4 (however, at time t 2 ), the constant current Ia is controlled to flow. That is, the fuel cell stack 3 is connected to the discharge resistor 1
Connect to 3. Then, the value of the stack current Is is gradually increased by gradually increasing the magnitude of the load of the discharge resistor 13 to set the stack current Is = Ia (point a4). At that time, the stack voltage Vs is prevented from falling below a preset allowable range V E. (Ii) The temperature of the fuel cell stack 3 gradually rises due to power generation, and the open circuit voltage gradually increases (V 04 → V
03 → V 02 → V 01 ). In accordance therewith, the discharge control unit 12 gradually reduces the load of the discharge resistor 13 so that the current Ia is always constant (point a4 → point a3 → point a2 → point a1). The stack voltage Vs is continuously output to the control unit 18. (Iii) When the curve D1 (temperature T 1 ) is the Is-Vs curve at the operating temperature T 0 (T 1 = T 0 ), and the stack voltage Vs (a1) at the point a1 is reached, the control unit is reached. 18
Stops the power generation by the discharge control unit 12.

【0070】(II)スタック電流Isを開放電圧に対
する一定の割合(ここでは、70%とする)のスタック
電圧Vsとなるスタック電流Isとする場合 (i)放電制御部12は、開放電圧V04を示す温度T
(ただし、時刻t)において、スタック電圧Vs
(b4)=0.7×V04となるスタック電流Is(b
4)を流す制御を行う。すなわち、燃料電池スタック3
を放電抵抗13に接続する。そして、その放電抵抗13
の負荷の大きさを徐々に大きくすることにより、スタッ
ク電流Isの値を徐々に大きくして、スタック電流Is
=Is(b4)とする(点b4)。その際、スタック電
圧Vs(b4)が、予め設定された許容範囲V以下に
ならないようにする。 (ii)燃料電池スタック3は、発電により温度が徐々
に上昇し、開放電圧が徐々に大きくなる(V04→V
03→V02→V01)。それにあわせて、放電制御部
12は、放電抵抗13の負荷の大きさを徐々に大きく
(Is(b4)→Is(b3)→Is(b2)→Is
(b1))し、スタック電流Isを開放電圧に対する一
定の割合(70%)となるようにする(点b4→点b3
→点b2→点b1)。スタック電圧Vsは、継続的に、
制御部18へ出力される。 (iii)曲線D1(温度T)が、運転温度Tでの
Is−Vs曲線とする(T=T)と、点b1のスタ
ック電圧Vs(b1)(又はスタック電流Is(b
1))に到達した時点で、制御部18は、放電制御部1
2による発電を停止する。
(II) When the stack current Is is set to the stack current Is which becomes the stack voltage Vs at a constant rate (here, 70%) with respect to the open circuit voltage (i) The discharge controller 12 opens the open circuit voltage V 04. Indicating temperature T
4 (however, at time t 2 ) the stack voltage Vs
(B4) = 0.7 × V 04 Stack current Is (b
4) Flow control is performed. That is, the fuel cell stack 3
Is connected to the discharge resistor 13. Then, the discharge resistance 13
By gradually increasing the size of the load of the stack current Is, the value of the stack current Is is gradually increased, and the stack current Is is increased.
= Is (b4) (point b4). At that time, the stack voltage Vs (b4) is prevented from falling below a preset allowable range V E. (Ii) The temperature of the fuel cell stack 3 gradually rises due to power generation, and the open circuit voltage gradually increases (V 04 → V
03 → V 02 → V 01 ). Accordingly, the discharge control unit 12 gradually increases the load of the discharge resistor 13 (Is (b4) → Is (b3) → Is (b2) → Is.
(B1)) so that the stack current Is has a constant ratio (70%) to the open circuit voltage (point b4 → point b3).
→ point b2 → point b1). The stack voltage Vs is continuously
It is output to the control unit 18. (Iii) When the curve D1 (temperature T 1 ) is the Is-Vs curve at the operating temperature T 0 (T 1 = T 0 ), the stack voltage Vs (b1) at the point b1 (or the stack current Is (b)
1)), the control unit 18 determines that the discharge control unit 1
Power generation by 2 is stopped.

【0071】(5)ステップS05(時間t〜) 制御部18は、第2燃料ガス流量制御弁14を閉止し、
燃料ガス供給部1から加熱部5へ供給する燃料ガスBの
流量を0とする。同時に、制御部18は、第1燃料ガス
流量制御弁16の制御により、燃料ガス供給部1から、
燃料ガスAを一定の流量で、燃料電池スタック3へ供給
している。燃料電池スタック3の運転条件により、流量
を変更しても良い。このとき、燃料ガスB流量(図7
(b))=0、燃料ガスA流量(図7(d))=Q20
(変更可)、である。
[0071] (5) Step S05 (time t 3 ~) control unit 18, closes the second fuel gas flow control valve 14,
The flow rate of the fuel gas B supplied from the fuel gas supply unit 1 to the heating unit 5 is zero. At the same time, the control unit 18 controls the first fuel gas flow rate control valve 16 to control the fuel gas from the fuel gas supply unit 1.
The fuel gas A is supplied to the fuel cell stack 3 at a constant flow rate. The flow rate may be changed depending on the operating conditions of the fuel cell stack 3. At this time, the flow rate of the fuel gas B (see FIG.
(B)) = 0, fuel gas A flow rate (FIG. 7 (d)) = Q 20
(Can be changed).

【0072】制御部18は、第2酸化ガス流量制御弁1
5を閉止し、酸化ガス供給部2から加熱部5へ供給する
酸化ガスBの流量を0とする。同時に、制御部18は、
第1酸化ガス流量制御弁17の制御により、酸化ガス供
給部2から、酸化ガスAを一定の流量で、燃料電池スタ
ック3へ供給している。燃料電池スタック3の運転条件
により、流量を変更しても良い。このとき、酸化ガスB
流量(図7(c))=0、酸化ガスA流量(図7
(e))=P20(変更可)、である。
The control unit 18 uses the second oxidizing gas flow rate control valve 1
5 is closed, and the flow rate of the oxidizing gas B supplied from the oxidizing gas supply unit 2 to the heating unit 5 is set to 0. At the same time, the control unit 18
By the control of the first oxidizing gas flow rate control valve 17, the oxidizing gas supply unit 2 supplies the oxidizing gas A to the fuel cell stack 3 at a constant flow rate. The flow rate may be changed depending on the operating conditions of the fuel cell stack 3. At this time, the oxidizing gas B
Flow rate (FIG. 7C) = 0, oxidizing gas A flow rate (FIG. 7C)
(E)) = P 20 (changeable).

【0073】制御部18は、ポンプ7を定常運転させ、
冷却水循環ラインに冷却水を定常的に循環させている。
また、加熱部5では、燃料ガスB及び酸化ガスBの流量
がいずれも0であり、加熱は行われない。そして、冷却
部6をONにして、冷却部6での冷却水の冷却を開始す
る。冷却水は、冷却水循環ラインを循環している。
The control unit 18 causes the pump 7 to operate in a steady state,
Cooling water is constantly circulated in the cooling water circulation line.
Further, in the heating section 5, the flow rates of the fuel gas B and the oxidizing gas B are both 0, and heating is not performed. Then, the cooling unit 6 is turned on to start cooling the cooling water in the cooling unit 6. The cooling water circulates in the cooling water circulation line.

【0074】燃料電池スタック3は、運転温度Tであ
り、電解質膜31の加湿状態も十分である。制御部18
は、放電制御部12をOFFにすると共に、出力スイッ
チ11をONにして、負荷装置4に対して、燃料電池ス
タック3の電力の供給を開始する。燃料電池スタック3
の発電で発生する熱は、冷却水により持ち去られる。発
熱する熱の大きさ(燃料電池スタック3通過後の冷却水
の水温で検出)により、制御部18は、ポンプ7の吐出
量や、冷却部6の冷却能力の調節を行う。温度Tは、燃
料電池スタック3の運転温度Tを維持される(図7
(a))。
The fuel cell stack 3 has an operating temperature T 0 and the electrolyte membrane 31 is sufficiently humidified. Control unit 18
Turns off the discharge control unit 12 and turns on the output switch 11 to start the supply of the electric power of the fuel cell stack 3 to the load device 4. Fuel cell stack 3
The heat generated by the power generation is carried away by the cooling water. The control unit 18 adjusts the discharge amount of the pump 7 and the cooling capacity of the cooling unit 6 depending on the amount of heat generated (detected by the water temperature of the cooling water after passing through the fuel cell stack 3). The temperature T is maintained at the operating temperature T 0 of the fuel cell stack 3 (see FIG. 7).
(A)).

【0075】上記のステップS01〜ステップS04に
より、燃料電池システムの起動が終了する。そして、ス
テップS05のようにして、通常の運転状態となる。
With the above steps S01 to S04, the startup of the fuel cell system is completed. Then, as in step S05, a normal operating state is established.

【0076】本実施例では、発電の方法として、例え
ば、スタック電流Isを(実質的な)定電流Iaとする
方法と、開放電圧に対する一定の割合のスタック電圧V
sとなるスタック電流Isとする方法、を挙げている
が、本発明は、これらの方法に限定されるものではな
い。
In this embodiment, as a method of power generation, for example, the stack current Is is set to a (substantially) constant current Ia, and the stack voltage V at a constant ratio to the open circuit voltage.
However, the present invention is not limited to these methods.

【0077】本実施例では、一つの燃料ガスA及び酸化
ガスAの流量の組合せ(Q20,P 20)に対して、制
御を行っている。ただし、図6のようなデータテーブル
の流量毎のデータを用いれば、例えば、スタック電流I
sの変化に伴って、所定の燃料利用率(及び空気利用
率)になるように燃料ガスA(及び酸化ガスA)の流量
を変更する制御を行うことも可能である。この場合、燃
料ガスA及び酸化ガスAがより効率に利用されるので、
効率が向上する。
In the present embodiment, one fuel gas A and oxidation
Gas A flow rate combination (Q20, P 20) Against
I am in control. However, the data table as shown in Figure 6
Using the data for each flow rate of, for example, the stack current I
As a result, the specified fuel utilization rate (and air utilization
Flow rate of fuel gas A (and oxidizing gas A)
It is also possible to perform control to change the. In this case,
Since the raw gas A and the oxidizing gas A are used more efficiently,
Efficiency is improved.

【0078】本発明においては、燃料電池スタックのセ
パレータ内部に設けられた通路内を流れる冷却水による
加熱、及び、燃料ガスや酸化ガスによる加熱を用いるだ
けでなく、燃料電池スタック3(の燃料電池セル30)
に電流を流し、その内部抵抗損で発生する熱を用いて加
熱を行っている。すなわち、燃料電池スタック3(の燃
料電池セル30)自身で発生する熱により加熱するの
で、加熱の効率が非常に高い。そのため、非常に短時間
での昇温が可能となる。
In the present invention, not only the heating by the cooling water flowing in the passage provided inside the separator of the fuel cell stack and the heating by the fuel gas and the oxidizing gas are used, but also the fuel cell stack 3 (the fuel cell Cell 30)
An electric current is passed through and heating is performed using the heat generated by the internal resistance loss. That is, since the fuel cell stack 3 (the fuel cell unit 30 of the fuel cell stack) itself heats by heating, the heating efficiency is very high. Therefore, the temperature can be raised in a very short time.

【0079】また、発電により加熱が行われる際、発電
により生成する水を用いて、電解質膜31を加湿してい
る。すなわち、燃料電池スタック3(の燃料電池セル3
0)上に水が供給されることになり、加湿の効率が非常
に高くなる。そのため、非常に短時間での加湿が可能と
なる。
When heating is performed by power generation, water generated by power generation is used to humidify the electrolyte membrane 31. That is, the fuel cell stack 3 (of the fuel cell 3
0) water will be supplied on top, and the efficiency of humidification will be very high. Therefore, humidification can be performed in a very short time.

【0080】本発明により、燃料電池システム起動時
に、燃料電池スタックで小出力の発電を行い、燃料電池
セルで発熱及び生成水を発生させることにより、直接燃
料電池セルを暖気、加湿することが出来る。そして、燃
料電池システム全体の起動時間を大幅に短縮することが
可能となる。
According to the present invention, when the fuel cell system is started up, the fuel cell stack generates electric power with a small output to generate heat and generate water in the fuel cell, so that the fuel cell can be directly warmed and humidified. . Then, it becomes possible to significantly reduce the startup time of the entire fuel cell system.

【0081】(実施例2)次に、本発明である燃料電池
システムの第2の実施の形態における構成について説明
する。図4は、本発明である燃料電池システムの第2の
実施の形態における構成を示す図である。燃料電池シス
テムは、燃料ガス供給部1、酸化ガス供給部2、燃料電
池スタック3、加熱部5、冷却部6、ポンプ7、電圧セ
ンサ8、電流センサ9、DC/DCコンバータ19、2
次電池20、第2燃料ガス流量制御弁14、第2酸化ガ
ス流量制御弁15、第1燃料ガス流量制御弁16、第1
酸化ガス流量制御弁17、制御部18を具備する。そし
て、負荷装置4に接続され、負荷装置4へ電力を供給し
ている。そして、燃料ガス用の配管である第1燃料ガス
配管52−1〜52−3及び第2燃料ガス配管54−1
〜54−2、酸化ガス用の配管である第1酸化ガス配管
53−1〜53−3及び第2酸化ガス配管55−1〜5
5−2、冷却水用の配管である冷却水配管57−1〜5
7−4を有する。また、電気用の配線である配線58−
1〜58−2、2次電池20用の配線59−3〜59−
4、負荷装置4用の配線60−1〜60−2を備える。
(Embodiment 2) Next, the configuration of the second embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described. FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention. The fuel cell system includes a fuel gas supply unit 1, an oxidizing gas supply unit 2, a fuel cell stack 3, a heating unit 5, a cooling unit 6, a pump 7, a voltage sensor 8, a current sensor 9, a DC / DC converter 19 and 2.
Secondary battery 20, second fuel gas flow control valve 14, second oxidizing gas flow control valve 15, first fuel gas flow control valve 16, first
An oxidizing gas flow rate control valve 17 and a control unit 18 are provided. Then, it is connected to the load device 4 and supplies power to the load device 4. Then, the first fuel gas pipes 52-1 to 52-3 and the second fuel gas pipe 54-1 which are pipes for fuel gas
54-2, first oxidizing gas pipes 53-1 to 53-3 and second oxidizing gas pipes 55-1 to 5-5 which are pipes for oxidizing gas
5-2, cooling water pipes 57-1 to 5-5 which are pipes for cooling water
7-4. In addition, wiring 58- which is wiring for electricity
1 to 58-2, wirings 59-3 to 59-for the secondary battery 20
4, wiring 60-1 and 60-2 for the load device 4 are provided.

【0082】本実施例では、実施例1で発電に用いた放
電制御部12及び放電抵抗13(ダイオード10、出力
スイッチ11)の代わりに、DC/DCコンバータ19
及び2次電池20を用いた点が実施例1と異なる。
In this embodiment, a DC / DC converter 19 is used instead of the discharge controller 12 and the discharge resistor 13 (diode 10, output switch 11) used for power generation in the first embodiment.
Also, the second embodiment is different from the first embodiment in that the secondary battery 20 is used.

【0083】電力調整部の構成の一つとしてのDC/D
Cコンバータ19は、制御部18に制御され、配線58
−1及び配線58−2から燃料電池スタック3で発電し
た電力を供給される。燃料電池スタック3のスタック電
流Isを所定の値になるように制御する。その場合、ス
タック電圧Vsは、温度とスタック電流Isとに基づい
て、図6の関係で示される値となる。そして、DC/D
Cコンバータ19は、燃料電池スタック3の電力Ws
(スタック電圧Vs及びスタック電流Is)を、2次電
池20及び負荷装置4に基づいて定まるシステム電圧V
を有する電力W(=ρ×Vs×Is)に変換する。
そして、配線60−1及び配線60−2へ出力する。た
だし、ρはDC/DCコンバータ19の電力変換効率で
ある。そのときの電流Iは、Ix=ρ×Vs×Is/
、である。
DC / D as one of the configurations of the power adjusting unit
The C converter 19 is controlled by the control unit 18, and the wiring 58
-1 and the wiring 58-2 supply electric power generated by the fuel cell stack 3. The stack current Is of the fuel cell stack 3 is controlled to have a predetermined value. In that case, the stack voltage Vs has a value shown in the relationship of FIG. 6 based on the temperature and the stack current Is. And DC / D
The C converter 19 uses the electric power Ws of the fuel cell stack 3.
(Stack voltage Vs and stack current Is) is a system voltage V determined based on the secondary battery 20 and the load device 4.
Converting the power W X (= ρ × Vs × Is) having X.
Then, the data is output to the wiring 60-1 and the wiring 60-2. However, ρ is the power conversion efficiency of the DC / DC converter 19. The current I X at that time is Ix = ρ × Vs × Is /
V X.

【0084】電力調整部の構成の一つの負荷としての2
次電池20は、燃料電池スタック3の起動時に燃料電池
スタック3が発電する電力を保存する。DC/DCコン
バータ19に対して、配線59−1及び配線59−2を
介して、負荷装置4と並列に接続されている。なお、2
次電池20の機能は、必要電気量に応じては、コンデン
サ等でも代替が可能である。
2 as one load of the configuration of the power adjusting unit
The secondary battery 20 stores the electric power generated by the fuel cell stack 3 when the fuel cell stack 3 is activated. The load device 4 is connected in parallel to the DC / DC converter 19 via a wire 59-1 and a wire 59-2. 2
The function of the secondary battery 20 can be replaced by a capacitor or the like depending on the required amount of electricity.

【0085】その他の構成は、実施例1と同様であるの
で、その説明を省略する。
The other structure is similar to that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

【0086】次に、本発明である燃料電池システムの第
2の実施の形態における動作(燃料電池システムの起動
方法)について、図4、図6、図7を参照して説明す
る。
Next, the operation of the second embodiment of the fuel cell system of the present invention (method of starting the fuel cell system) will be described with reference to FIGS. 4, 6 and 7.

【0087】本実施例では、燃料電池スタック3のスタ
ック電流Isの制御を、放電制御部12ではなく、DC
/DCコンバータ19で行っている点、発電した電力を
2次電池20で貯蔵している点が、実施例1と異なる。
ただし、上記の点を考慮すれば、その他の点は実施例1
と同様の動作で実施することが可能であるので、その説
明を省略する。
In the present embodiment, the stack current Is of the fuel cell stack 3 is controlled by the DC instead of the discharge controller 12.
This is different from the first embodiment in that the / DC converter 19 is used and generated power is stored in the secondary battery 20.
However, in consideration of the above points, the other points are the same as those in the first embodiment.
Since the operation can be performed in the same manner as, the description thereof will be omitted.

【0088】本実施例においても、実施例1と同様の効
果を得ることが出来る。更に本実施例では、燃料電池ス
タック3の起動時に燃料電池スタック3が発電する電力
を保存するので、例えば、燃料電池スタック起動用電力
(例示:ポンプ7の動力、弁の開閉の動力)の供給、負
荷変動による燃料電池スタックの電力の不足の場合にお
ける負荷装置4への電力の供給等に用いることが出来
る。すなわち、電力を有効に用いることが出来るので、
エネルギー効率が向上する。
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in this embodiment, since the electric power generated by the fuel cell stack 3 is stored when the fuel cell stack 3 is started up, for example, the fuel cell stack starting electric power (eg, the power of the pump 7 and the power of opening / closing the valve) is supplied. It can be used for supplying electric power to the load device 4 when the electric power of the fuel cell stack is insufficient due to load fluctuation. That is, since the power can be used effectively,
Energy efficiency is improved.

【0089】(実施例3)次に、本発明である燃料電池
システムの第3の実施の形態における構成について説明
する。図5は、本発明である燃料電池システムの第3の
実施の形態における構成を示す図である。燃料電池シス
テムは、燃料ガス供給部1、酸化ガス供給部2、燃料電
池スタック3、加熱部5、冷却部6、ポンプ7、電圧セ
ンサ8、電流センサ9、ダイオード10、出力スイッチ
11、放電制御部12、電気加熱部13’、第2燃料ガ
ス流量制御弁14、第2酸化ガス流量制御弁15、第1
燃料ガス流量制御弁16、第1酸化ガス流量制御弁1
7、制御部18を具備する。そして、負荷装置4に接続
され、負荷装置4へ電力を供給している。そして、燃料
ガス用の配管である第1燃料ガス配管52−1〜52−
3及び第2燃料ガス配管54−1〜54−2、酸化ガス
用の配管である第1酸化ガス配管53−1〜53−3及
び第2酸化ガス配管55−1〜55−2、冷却水用の配
管である冷却水配管57−1〜57−4を有する。ま
た、電気用の配線である配線58−1〜58−2、放電
制御部12用の配線59−1〜59−2、電気加熱部1
3’用の配線61−1’〜61−2’を備える。
(Embodiment 3) Next, the configuration of the third embodiment of the fuel cell system of the present invention will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention. The fuel cell system includes a fuel gas supply unit 1, an oxidizing gas supply unit 2, a fuel cell stack 3, a heating unit 5, a cooling unit 6, a pump 7, a voltage sensor 8, a current sensor 9, a diode 10, an output switch 11, and discharge control. Section 12, electric heating section 13 ', second fuel gas flow rate control valve 14, second oxidizing gas flow rate control valve 15, first
Fuel gas flow control valve 16, first oxidizing gas flow control valve 1
7, a control unit 18 is provided. Then, it is connected to the load device 4 and supplies power to the load device 4. Then, the first fuel gas pipes 52-1 to 52- which are pipes for fuel gas
3 and 2nd fuel gas piping 54-1 to 54-2, 1st oxidizing gas piping 53-1 to 53-3 which are piping for oxidizing gas, and 2nd oxidizing gas piping 55-1 to 55-2, cooling water It has the cooling water piping 57-1 to 57-4 which is piping for. Further, wirings 58-1 to 58-2 which are wirings for electricity, wirings 59-1 to 59-2 for the discharge control section 12, and the electric heating section 1
Wirings 61-1 'and 61-2' for 3'are provided.

【0090】本実施例では、実施例1で発電に用いた放
電抵抗13の代わりに、冷却水配管57−1中に電気加
熱部13’を設け、燃料電池スタック3の起動時に発電
した電力を冷却水の加熱用の電気加熱部13’に用いた
点が実施例1と異なる。
In this embodiment, instead of the discharge resistor 13 used for power generation in the first embodiment, an electric heating section 13 'is provided in the cooling water pipe 57-1 so that the electric power generated when the fuel cell stack 3 is started up is supplied. It is different from the first embodiment in that it is used as an electric heating unit 13 'for heating the cooling water.

【0091】電力調整部の構成の一つの負荷としての電
気加熱部13’は、電気ヒーターであり、ポンプ7と加
熱部5との間の冷却水配管57−1の途中に設けられて
いる。そして、放電制御部12に制御され、燃料電池ス
タック3の起動時に発電した電力を用いて、冷却水の加
熱を行う。
The electric heating unit 13 ′ as one load of the configuration of the electric power adjusting unit is an electric heater, and is provided in the middle of the cooling water pipe 57-1 between the pump 7 and the heating unit 5. Then, under the control of the discharge control unit 12, the cooling water is heated using the electric power generated when the fuel cell stack 3 is started.

【0092】その他の構成は、実施例1と同様であるの
で、その説明を省略する。
The other structure is similar to that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

【0093】次に、本発明である燃料電池システムの第
3の実施の形態における動作(燃料電池システムの起動
方法)について、図5、図6、図7を参照して説明す
る。
Next, the operation of the third embodiment of the fuel cell system according to the present invention (method of starting the fuel cell system) will be described with reference to FIGS. 5, 6 and 7.

【0094】本実施例では、燃料電池スタック3の起動
時に発電した電力を放電抵抗13で放電することはせ
ず、その電力を用い、電気加熱部13’で冷却水の加熱
を行う点が実施例1と異なる。ただし、上記の点を考慮
すれば、その他の点は実施例1と同様の動作で実施する
ことが可能であるので、その説明を省略する。
In the present embodiment, the electric power generated at the time of starting the fuel cell stack 3 is not discharged by the discharge resistor 13, but the electric power is used to heat the cooling water by the electric heating unit 13 '. Different from Example 1. However, in consideration of the above points, the other points can be performed by the same operation as that of the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.

【0095】本実施例においても、実施例1と同様の効
果を得ることが出来る。更に本実施例では、加熱部5で
冷却水を加熱しているほかに、電気加熱部13’で加熱
するので、冷却水の温度が高くなる。そして、実施例1
や実施例2に比較して、短時間で燃料電池スタック3の
温度を運転温度Tへ到達させることが可能となる。す
なわち、t〜t間の時間を短縮することが出来る。
そして、電力を有効に用いることが出来るので、エネル
ギー効率が向上する。
Also in this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the present embodiment, the cooling water is heated by the heating unit 5, and is also heated by the electric heating unit 13 ', so that the temperature of the cooling water becomes high. And Example 1
Compared with the second embodiment, the temperature of the fuel cell stack 3 can reach the operating temperature T 0 in a shorter time. That is, the time between t 2 and t 3 can be shortened.
Moreover, since the electric power can be effectively used, the energy efficiency is improved.

【0096】実施例1〜実施例3において、燃料電池シ
ステムの起動の際に発電した電力の使用方法について説
明しているが、本発明がこれらの方法に限定されるのも
ではない。
Although the methods of using the electric power generated when the fuel cell system is started are described in Examples 1 to 3, the present invention is not limited to these methods.

【0097】また、本発明は、燃料電池システムの起動
時だけでなく、運転の途中において燃料電池スタックを
昇温したい状態が発生した場合にも同様に使用できる。
その場合、冷却部6での冷却を停止して昇温させる場合
に比較して、燃料電池スタックで発電する電力の量を増
やすことにより、より迅速に昇温することが出来る。
The present invention can be similarly used not only at the time of starting the fuel cell system, but also when a state where the temperature of the fuel cell stack is desired to be raised occurs during the operation.
In that case, the temperature can be raised more quickly by increasing the amount of electric power generated by the fuel cell stack, as compared with the case where the cooling in the cooling unit 6 is stopped and the temperature is raised.

【0098】[0098]

【発明の効果】本発明により、燃料電池システムの起動
の際、燃料電池スタックの暖気及び加湿を効率的に行う
ことが出来、燃料電池システムの起動時間を短縮するこ
とが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently warm and humidify the fuel cell stack when the fuel cell system is started, and it is possible to shorten the startup time of the fuel cell system.

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

【図1】本発明である燃料電池システムの第1の実施の
形態における構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】燃料電池セル及びセパレータを説明する断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a fuel cell and a separator.

【図3】燃料電池スタックの構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a fuel cell stack.

【図4】本発明である燃料電池システムの第2の実施の
形態における構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明である燃料電池システムの第3の実施の
形態における構成を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図6】燃料電池スタックのスタック電圧Vsとスタッ
ク電流Isとの関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a stack voltage Vs and a stack current Is of a fuel cell stack.

【図7】燃料電池システムの起動時の動作を示すタイミ
ングチャートである。
FIG. 7 is a timing chart showing an operation at startup of the fuel cell system.

【図8】従来の燃料電池システムの構成を示す図であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a conventional fuel cell system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料ガス供給部 2 酸化ガス供給部 3 燃料電池スタック 4 負荷装置 5 加熱部 6 冷却部 7 ポンプ 8 電圧センサ 9 電流センサ 10 ダイオード 11 出力スイッチ 12 放電制御部 13 放電抵抗 13’ 電気加熱部 14 第2燃料ガス流量制御弁 15 第2酸化ガス流量制御弁 16 第1燃料ガス流量制御弁 17 第1酸化ガス流量制御弁 18 制御部 19 DC/DCコンバータ 20 2次電池 30(−1〜n−1) 燃料電池セル 31 電解質膜 32 燃料極 33 酸素極 34(−1〜n) セパレータ 35 燃料ガス通路 36 酸化ガス通路 39 発電部 40 集電プレート 41 絶縁プレート 42 エンドプレート 43 燃料ガス導入口 44 冷却水導入口 45 酸化ガス導入口 46 集電プレート 47 絶縁プレート 48 エンドプレート 49 酸化ガス排出口 50 冷却水排出口 51 燃料ガス排出口 52−1〜52−3 第1燃料ガス配管 53−1〜53−3 第1酸化ガス配管 54−1〜54−2 第2燃料ガス配管 55−1〜55−2 第2酸化ガス配管 57−1(’)〜57−4 冷却水配管 58−1〜58−2 配線 59−1〜59−2 配線 60−1〜61−2 配線 61−1(’)〜61−2(’) 配線 101 燃料ガス供給部 102 酸化ガス供給部 103 燃料電池スタック 104 負荷装置 105 加熱部 106 冷却部 107 ポンプ 110 ダイオード 111 出力スイッチ 116 燃料ガス流量制御弁 117 酸化ガス流量制御弁 118 制御部 152−1〜152−3 燃料ガス配管 153−1〜153−3 酸化ガス配管 157−1〜157−4 冷却水配管 158−1〜158−2 配線 1 Fuel gas supply section 2 Oxidizing gas supply unit 3 Fuel cell stack 4 load device 5 heating section 6 Cooling unit 7 pumps 8 voltage sensor 9 Current sensor 10 diode 11 Output switch 12 Discharge controller 13 Discharge resistance 13 'Electric heating unit 14 Second fuel gas flow control valve 15 Second oxidizing gas flow control valve 16 First fuel gas flow control valve 17 First oxidizing gas flow control valve 18 Control unit 19 DC / DC converter 20 secondary battery 30 (-1 to n-1) fuel cell 31 Electrolyte membrane 32 fuel pole 33 oxygen pole 34 (-1 to n) separator 35 Fuel gas passage 36 Oxidizing gas passage 39 Power Generation Department 40 current collector plate 41 Insulation plate 42 End plate 43 Fuel gas inlet 44 Cooling water inlet 45 Oxidizing gas inlet 46 Current collector plate 47 insulating plate 48 End plate 49 Oxidizing gas outlet 50 Cooling water outlet 51 Fuel gas outlet 52-1 to 52-3 First fuel gas pipe 53-1 to 53-3 First oxidizing gas pipe 54-1 to 54-2 Second fuel gas pipe 55-1 to 55-2 Second oxidizing gas pipe 57-1 (') to 57-4 Cooling water piping 58-1 to 58-2 wiring 59-1 to 59-2 Wiring 60-1 to 61-2 Wiring 61-1 (') to 61-2 (') wiring 101 Fuel gas supply unit 102 oxidizing gas supply unit 103 fuel cell stack 104 load device 105 heating part 106 Cooling unit 107 pumps 110 diode 111 output switch 116 Fuel gas flow control valve 117 Oxidizing gas flow control valve 118 control unit 152-1 to 152-3 Fuel gas piping 153-1 to 153-3 Oxidizing gas piping 157-1 to 157-4 Cooling water piping 158-1 to 158-2 wiring

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御部と、 酸化ガスと燃料ガスとを供給された燃料電池スタック
と、 前記燃料電池スタックに電気的に接続された電流調整部
と、 を具備し、 前記制御部は、前記燃料電池スタックを昇温する際に、
前記燃料電池スタックに電流としてのスタック電流を流
すように前記電流調整部を制御する、 燃料電池システム。
1. A control unit, a fuel cell stack supplied with an oxidant gas and a fuel gas, and a current adjusting unit electrically connected to the fuel cell stack, wherein the control unit comprises: When raising the temperature of the fuel cell stack,
A fuel cell system that controls the current adjusting unit so that a stack current as a current is passed through the fuel cell stack.
【請求項2】前記スタック電流は、実質的に定電流であ
る、 請求項1に記載の燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the stack current is a substantially constant current.
【請求項3】前記スタック電流を測定する電流センサ
と、 前記燃料電池スタックの電圧としてのスタック電圧を測
定する電圧センサと、 を更に具備し、 前記制御部は、前記燃料電池スタックの温度と前記スタ
ック電圧と前記スタック電流とを関連付けるテーブルを
含み、測定された前記スタック電圧の前記燃料電池スタ
ックの開放電圧に対する割合が予め設定された値になる
前記スタック電流となるように前記電流調整部を制御す
る、 請求項1に記載の燃料電池システム。
3. A current sensor for measuring the stack current, and a voltage sensor for measuring a stack voltage as a voltage of the fuel cell stack, further comprising: the controller controlling the temperature of the fuel cell stack and the temperature of the fuel cell stack. The current adjusting unit is controlled so that a stack voltage and a stack current are associated with each other, and the ratio of the measured stack voltage to the open circuit voltage of the fuel cell stack becomes the stack current having a preset value. The fuel cell system according to claim 1.
【請求項4】前記電流調整部は、負荷を含み、 前記電流調整部は、前記負荷の大きさを制御して、前記
スタック電流を調整する、 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。
4. The current adjusting unit includes a load, and the current adjusting unit controls the size of the load to adjust the stack current. Fuel cell system.
【請求項5】前記燃料電池スタック内を流れる水を加熱
する第1加熱部を更に具備し、 前記制御部は、前記昇温時の前記スタック電流を流す前
に、前記加熱により前記燃料電池スタックを昇温するよ
うに前記第1加熱部を制御する、 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。
5. The fuel cell stack further comprises a first heating section for heating water flowing in the fuel cell stack, wherein the control section heats the fuel cell stack by the heating before flowing the stack current at the time of temperature rise. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the first heating unit is controlled to raise the temperature of the fuel cell.
【請求項6】前記負荷は、前記スタック電流に基づい
て、前記水を加熱する第2加熱部である、 請求項5に記載の燃料電池システム。
6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the load is a second heating unit that heats the water based on the stack current.
【請求項7】前記電流調整部は、 前記燃料電池スタックの電力の特性を変換する電力変換
器と、 前記変換された電力により充電される2次電池と、 を含み、 前記制御部は、前記スタック電流を前記電力変換器で制
御する、 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の燃料電池システ
ム。
7. The current adjusting unit includes a power converter that converts the characteristics of the electric power of the fuel cell stack, and a secondary battery that is charged by the converted electric power, and the control unit is the The fuel cell system according to claim 1, wherein a stack current is controlled by the power converter.
【請求項8】燃料電池スタックに燃料ガス及び酸化ガス
を供給するステップと、 前記燃料電池スタックを昇温する際に、前記燃料電池ス
タックに電流としてのスタック電流を流すステップと、 を具備する、 燃料電池システムの起動方法。
8. A step of supplying a fuel gas and an oxidizing gas to the fuel cell stack, and a step of supplying a stack current as a current to the fuel cell stack when the temperature of the fuel cell stack is raised. How to start the fuel cell system.
【請求項9】前記スタック電流を流すステップは、 前記燃料電池スタックを予め設定された第1温度まで、
又は、予め設定された第1時間の間、昇温を行うステッ
プと、 前記昇温開始後、予め設定された第2温度から、又は、
予め設定された第2時間後に、前記スタック電流を流す
ステップと、 を具備する、 請求項8に記載の燃料電池システムの起動方法。
9. The step of causing the stack current to flow comprises bringing the fuel cell stack to a preset first temperature,
Or, a step of raising the temperature for a preset first time, and from the preset second temperature after the start of the raising of temperature, or
The method of starting the fuel cell system according to claim 8, further comprising: flowing the stack current after a preset second time.
【請求項10】前記スタック電流を流すステップは、 前記スタック電流が、予め設定された定電流である、 請求項8又は9に記載の燃料電池システムの起動方法。10. The step of passing the stack current comprises: The stack current is a preset constant current, The method for starting the fuel cell system according to claim 8. 【請求項11】前記スタック電流を流すステップは、 前記スタック電流と、前記燃料電池スタックの電圧とし
てのスタック電圧とに基づいて、前記燃料電池スタック
の温度を特定するステップと、 前記スタック電圧が、前記温度での前記燃料電池スタッ
クの開放電圧に対して予め設定した割合の電圧になるよ
うに、前記スタック電流を変更するステップと、 を具備する、 請求項8又は9に記載の燃料電池システムの起動方法。
11. The step of causing the stack current to flow includes a step of specifying a temperature of the fuel cell stack based on the stack current and a stack voltage as a voltage of the fuel cell stack; 10. The fuel cell system according to claim 8, further comprising a step of changing the stack current so that a voltage has a preset ratio with respect to an open circuit voltage of the fuel cell stack at the temperature. starting method.
【請求項12】燃料電池スタックに燃料ガス及び酸化ガ
スを供給するステップと、 前記燃料電池スタックを予め設定された第1温度まで、
又は、予め設定された第1時間の間、昇温を行うステッ
プと、 前記昇温開始後、予め設定された第2温度から、又は、
予め設定された第2時間後に、前記スタック電流を流す
ステップと、 を具備する方法をコンピュータに実行させるためのプロ
グラム。
12. A step of supplying a fuel gas and an oxidizing gas to a fuel cell stack, the fuel cell stack up to a preset first temperature,
Or, a step of raising the temperature for a preset first time, and from the preset second temperature after the start of the raising of temperature, or
A program for causing a computer to execute a method comprising: passing the stack current after a preset second time.
【請求項13】前記スタック電流を流すステップは、 前記スタック電流が、予め設定された定電流である、 請求項12に記載の方法をコンピュータに実行させるた
めのプログラム。
13. The program for causing a computer to execute the method according to claim 12, wherein in the step of causing the stack current to flow, the stack current is a preset constant current.
【請求項14】前記スタック電流を流すステップは、 前記スタック電流と、前記燃料電池スタックの電圧とし
てのスタック電圧とに基づいて、前記燃料電池スタック
の温度を特定するステップと、 前記スタック電圧が、前記温度での前記燃料電池スタッ
クの開放電圧に対して予め設定した割合の電圧になるよ
うに、前記スタック電流を変更するステップと、 を具備する、 請求項12に記載の方法をコンピュータに実行させるた
めのプログラム。
14. The step of causing the stack current to flow includes a step of specifying a temperature of the fuel cell stack based on the stack current and a stack voltage as a voltage of the fuel cell stack; 13. The method according to claim 12, further comprising the step of changing the stack current so that a voltage is a preset ratio with respect to an open circuit voltage of the fuel cell stack at the temperature. Program for.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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