JP2005079007A

JP2005079007A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2005079007A
Application number: JP2003309978A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Saito; 和男齋藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-03-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system supplementing humidifying volume lacking and preventing water clogging. <P>SOLUTION: The system is provided with a fuel battery stack laminating fuel battery cells generating power by having fuel gas and oxidizer gas react with each other, a compressor compressing cathode supply gas, a heat exchanger cooling the cathode supply gas at downstream of the compressor, a water-permeating film type humidifier humidifying the cathode supply gas by collecting moisture of cathode offgas, an exhaust pressure adjusting valve adjusting pressure of the cathode offgas at downstream of the water-permeating film type humidifier, a three-way valve forming a bypass channel by branching a cathode exhaust channel on the way between the fuel battery stack and the water-permeating film type humidifier, a pressurizing pump arranged on the bypass channel, and a circulation valve arranged on a cathode circulation channel. The cathode circulation channel connects the cathode exhaust channel between a confluence of the bypass channel with the cathode exhaust channel and the water-permeating film type humidifier with the cathode supply channel between the compressor and the heat exchanger for cathode gas cooling. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、カソードオフガスの水分を回収してカソード供給ガスを加湿する水透過膜型加湿器を用いる燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system using a water permeable membrane humidifier that collects moisture of a cathode off gas and humidifies a cathode supply gas.

燃料電池は、燃料の供給と燃料生成物の排出を連続的に行い、燃料の持つ化学的エネルギーを直接電気エネルギーへ変換する電池であり、発電効率が高い、大気汚染物質の排出量が少ない、騒音が少ない等の特徴を有する。燃料電池は、使用する電解質の種類により、固体高分子型、リン酸型、アルカリ型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型等に分類される。 A fuel cell is a battery that continuously supplies fuel and discharges fuel products and directly converts the chemical energy of the fuel into electrical energy, has high power generation efficiency, and emits less air pollutants. Features such as low noise. Fuel cells are classified into solid polymer type, phosphoric acid type, alkali type, molten carbonate type, solid oxide type, etc., depending on the type of electrolyte used.

これらのなかで、固体高分子型、リン酸型、及びアルカリ型の燃料電池は、いずれも燃料極から空気極へプロトン（水素イオン）が移動することにより起電力を発生するものであり、電解質を正常に機能させる為には電解質の含水状態の管理が必須である。 Among these, solid polymer type, phosphoric acid type, and alkaline type fuel cells all generate electromotive force when protons (hydrogen ions) move from the fuel electrode to the air electrode. In order to function normally, it is essential to manage the water content of the electrolyte.

例えば、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜、具体的にはフッ素系の電解質膜が一般的に使用される。フッ素系電解質膜は、耐酸化性に優れ、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示すが、含水率が低下すると膜抵抗が高くなり、電解質として機能しなくなる。そのため、フッ素系電解質膜は、通常、飽和含水状態で使用されている。 For example, a polymer electrolyte fuel cell generally uses a solid polymer electrolyte membrane, specifically, a fluorine-based electrolyte membrane. The fluorine-based electrolyte membrane is excellent in oxidation resistance and exhibits good proton conductivity in a wet state. However, when the water content decreases, the membrane resistance increases and the electrolyte does not function. Therefore, the fluorine-based electrolyte membrane is usually used in a saturated water-containing state.

しかし、固体高分子型燃料電池の動作温度は、８０℃前後である為、動作中に電解質から水分が蒸発して含水率が低下する。これを放置すると、電解質膜の膜抵抗が増大して発熱し、電池出力が低下したり、故障の原因となる。 However, since the operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell is around 80 ° C., moisture is evaporated from the electrolyte during operation, and the water content is lowered. If this is left unattended, the membrane resistance of the electrolyte membrane increases and heat is generated, resulting in a decrease in battery output or failure.

そのため、従来から、固体高分子型燃料電池においては、電解質膜の含水状態を適切に管理して電解質膜を正常に機能させるために、燃料電池から排出された酸化剤ガス（カソードオフガス）の水分を回収して、燃料電池へ供給する酸化剤ガス（カソード供給ガス）を加湿する水透過膜型加湿器を用いた燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１等を参照）。 Therefore, conventionally, in a polymer electrolyte fuel cell, in order to properly control the water content of the electrolyte membrane and to make the electrolyte membrane function normally, the moisture of the oxidant gas (cathode off-gas) discharged from the fuel cell A fuel cell system using a water permeable membrane type humidifier that humidifies an oxidant gas (cathode supply gas) supplied to the fuel cell is known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１の燃料電池システムにおいては、燃料電池を駆動するために必要な動力を低減する目的で、圧縮機を燃料電池のカソード出口に配置した吸い込み型とした場合に不足する加湿量を補うため、加湿器のカソードオフガスの出口下流に設けた凝縮器の水を、低圧側となる燃料電池の上流に噴射するようにしている。
特開２００１−３５１６６０号公報（段落[0020]、第１図等参照） In the fuel cell system of Patent Document 1, in order to reduce the power required to drive the fuel cell, in order to compensate for the insufficient humidification amount when the compressor is a suction type disposed at the cathode outlet of the fuel cell. The water in the condenser provided downstream of the cathode off gas outlet of the humidifier is injected upstream of the fuel cell on the low pressure side.
Japanese Patent Laying-Open No. 2001-351660 (see paragraph [0020], FIG. 1 etc.)

しかしながら、この従来例においては、起動時等、燃料電池の温度が低く且つカソード供給ガスの流量自体が小さい場合、カソード供給ガスとカソードオフガスとの圧力差が小さく、水の噴射量の制御が困難になる。また、水を噴射してもカソード供給ガスの圧力、温度がともに低いため、気化が促進されず、加湿量が不足するとともに、噴射した水が液水のままカソード極に入ってしまい、水詰まりを発生させる可能性があった。 However, in this conventional example, when the temperature of the fuel cell is low and the flow rate of the cathode supply gas itself is small, such as at the time of start-up, the pressure difference between the cathode supply gas and the cathode off gas is small, making it difficult to control the water injection amount. become. Moreover, even when water is injected, the pressure and temperature of the cathode supply gas are both low, so vaporization is not promoted, the amount of humidification is insufficient, and the injected water enters the cathode electrode as liquid water, causing clogging. There was a possibility of generating.

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、不足する加湿量を補い、水詰まりを防止する燃料電池システムを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that compensates for an insufficient amount of humidification and prevents water clogging.

本発明の特徴は、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて電力を生成する燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、燃料電池スタックへ供給される酸化剤ガス（カソード供給ガス）を圧縮する圧縮機と、圧縮機の下流でカソード供給ガスを冷却するカソードガス冷却用熱交換器と、燃料電池スタックから排出される酸化剤ガス（カソードオフガス）の水分を回収してカソード供給ガスを加湿する水透過膜型加湿器と、水透過膜型加湿器の下流でカソードオフガスの圧力を調整する排圧調整弁と、燃料電池スタックから水透過膜型加湿器までの間でカソードオフガスが流通するカソード排出路を分岐させてバイパス路を形成する三方弁と、バイパス路上に配置された、カソードオフガスを加圧する加圧ポンプと、カソード循環路上に配置された循環弁とを有する燃料電池システムであることを要旨とする。ここで、カソード循環路は、バイパス路とカソード排出路との合流点と水透過膜型加湿器との間のカソード排出路と、圧縮機とカソードガス冷却用熱交換器の間のカソード供給ガスが流通するカソード供給路とを接続する。 A feature of the present invention is that a fuel cell stack in which fuel cells that generate electric power by reacting a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and an oxidant gas (cathode supply gas) supplied to the fuel cell stack is compressed. , A cathode gas cooling heat exchanger that cools the cathode supply gas downstream of the compressor, and humidifies the cathode supply gas by collecting moisture from the oxidant gas (cathode off-gas) discharged from the fuel cell stack A cathode permeable gas between the fuel cell stack and the water permeable membrane humidifier, and a water permeable membrane humidifier, a discharge pressure adjusting valve for adjusting the cathode offgas pressure downstream of the water permeable membrane humidifier A three-way valve that branches the cathode discharge path to form a bypass path, a pressurizing pump that pressurizes the cathode off-gas disposed on the bypass path, and is disposed on the cathode circulation path. And summarized in that a fuel cell system including a circulation valve was. Here, the cathode circulation path includes a cathode discharge path between the junction of the bypass path and the cathode discharge path and the water permeable membrane humidifier, and a cathode supply gas between the compressor and the cathode gas cooling heat exchanger. Is connected to the cathode supply channel through which the gas flows.

本発明によれば、不足する加湿量を補い、水詰まりを防止する燃料電池システムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system that compensates for an insufficient amount of humidification and prevents water clogging.

以下図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る燃料電池システム及び燃料電池加湿方法を説明する。図面の記載において同一あるいは類似部分には同一あるいは類似な符号を付している。なお、第１及び第２の実施の形態では、本発明の燃料電池システム及び燃料電池加湿方法を、固体高分子型燃料電池システム及びそのシステムを用いた燃料電池加湿方法に適用した場合について述べる。 Hereinafter, a fuel cell system and a fuel cell humidification method according to first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. In the first and second embodiments, the case where the fuel cell system and the fuel cell humidification method of the present invention are applied to a polymer electrolyte fuel cell system and a fuel cell humidification method using the system will be described.

（第１の実施の形態）
＜燃料電池システム＞
図１に示すように、第１の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて電力を発生させる燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタック１と、燃料電池セルの電圧を検出するセル電圧検出装置２２と、燃料電池スタック１へ供給される酸化剤ガス（以後、「カソード供給ガス」という）中のゴミやオイルミスト等の不純物を取り去るフィルタ２と、フィルタ２の下流でカソード供給ガスを所望の圧力に昇圧する圧縮機３と、圧縮機３の下流でカソード供給ガスを燃料電池スタック１の運転適正温度まで冷却するカソードガス冷却用熱交換器４と、カソードガス冷却用熱交換器４の下流で、前記燃料電池スタック１から排出される前記酸化剤ガス（以後、「カソードオフガス」という）の水分を回収してカソード供給ガスを加湿する水透過膜型加湿器５と、水透過膜型加湿器５の下流でカソードオフガスの圧力を調整する排圧調整弁６と、燃料電池スタック１から水透過膜型加湿器５までの間でカソードオフガスが流通するカソード排出路を分岐させてバイパス路８を形成する三方弁７と、バイパス路８上に配置された、カソードオフガスを加圧する加圧ポンプ９と、加圧ポンプ９の下流のカソード循環路１１上に配置された循環弁１０とを有する。カソード循環路１１は、バイパス路８とカソード排出路との合流点と水透過膜型加湿器５との間のカソード排出路と、圧縮機３とカソードガス冷却用熱交換器４の間のカソード供給ガスが流通するカソード供給路とを接続する。 (First embodiment)
<Fuel cell system>
As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell stack 1 formed by stacking fuel cells that generate fuel by reacting a fuel gas and an oxidant gas, and a fuel cell. A cell voltage detection device 22 for detecting a cell voltage; a filter 2 for removing impurities such as dust and oil mist in an oxidant gas (hereinafter referred to as “cathode supply gas”) supplied to the fuel cell stack 1; 2, a compressor 3 that boosts the cathode supply gas to a desired pressure downstream of 2, a cathode gas cooling heat exchanger 4 that cools the cathode supply gas downstream of the compressor 3 to an appropriate operating temperature of the fuel cell stack 1, Downstream of the heat exchanger 4 for cooling the cathode gas, moisture in the oxidant gas (hereinafter referred to as “cathode off-gas”) discharged from the fuel cell stack 1 is recovered to form the cathode. A water permeable membrane type humidifier 5 for humidifying the supply gas, a discharge pressure adjusting valve 6 for adjusting the pressure of the cathode off-gas downstream of the water permeable membrane type humidifier 5, and the water permeable membrane type humidifier 5 from the fuel cell stack 1. A three-way valve 7 that forms a bypass passage 8 by branching a cathode discharge passage through which the cathode off gas flows, a pressure pump 9 that is disposed on the bypass passage 8 and pressurizes the cathode off gas, and a pressure pump 9 and a circulation valve 10 disposed on the cathode circulation path 11 downstream. The cathode circulation path 11 includes a cathode discharge path between the junction of the bypass path 8 and the cathode discharge path and the water permeable membrane humidifier 5, and a cathode between the compressor 3 and the cathode gas cooling heat exchanger 4. Connect to the cathode supply path through which the supply gas flows.

また、燃料電池システムは、燃料電池スタック１へ供給される燃料ガス（以後、「アノード供給ガス」という）を供給する燃料ガス供給装置１２と、燃料ガス供給装置１２の下流でアノード供給ガスの圧力を調整する供給圧調整弁１３と、供給圧調整弁１３の下流で燃料電池スタック１から排出された燃料ガス（以後、「アノードオフガス」という）をアノード供給ガスと混合させる燃料ガス循環装置１４と、アノードオフガスを循環させるためのアノード循環路１５上に配置されたアノード循環路凝縮器１９と、燃料電池スタック１のアノードオフガス出口に配置されたパージ弁１６とを有する。 The fuel cell system includes a fuel gas supply device 12 that supplies a fuel gas (hereinafter referred to as “anode supply gas”) supplied to the fuel cell stack 1, and a pressure of the anode supply gas downstream of the fuel gas supply device 12. And a fuel gas circulation device 14 for mixing fuel gas discharged from the fuel cell stack 1 downstream of the supply pressure adjustment valve 13 (hereinafter referred to as “anode offgas”) with the anode supply gas; And an anode circulation condenser 19 disposed on the anode circulation path 15 for circulating the anode off gas, and a purge valve 16 disposed at the anode off gas outlet of the fuel cell stack 1.

更に、燃料電池システムは、カソード供給ガスの熱を外部へと排出するためのカソードガス冷却用冷媒循環路１７と、燃料電池スタック１の熱を外部へと排出するための燃料電池冷却用冷媒循環路１８と、センサ２４ａ〜２４ｄと、セル電圧検出装置２２及びセンサ２４ａ〜２４ｄからの情報を基にして三方弁７、加圧ポンプ９、循環弁１０、及び排圧調整弁６を制御する制御装置２５とを有する。 Further, the fuel cell system includes a cathode gas cooling refrigerant circulation path 17 for discharging the heat of the cathode supply gas to the outside, and a fuel cell cooling refrigerant circulation for discharging the heat of the fuel cell stack 1 to the outside. Control for controlling the three-way valve 7, the pressure pump 9, the circulation valve 10, and the exhaust pressure regulating valve 6 based on the information from the path 18, the sensors 24 a to 24 d, the cell voltage detection device 22 and the sensors 24 a to 24 d. Device 25.

このように、カソードオフガスの出口と水透過膜型加湿器５との間に加圧ポンプ９、三方弁７を介して加圧ポンプ９をバイパスするバイパス路８を設け、さらにバイパス路８の合流点と水透過膜型加湿器５との間に、カソード側上流の圧縮機３とカソードガス冷却用熱交換器４との間に連通するカソード循環路１１、カソード循環路１１に循環弁１０が設置されている。 As described above, the bypass passage 8 for bypassing the pressurization pump 9 via the pressurization pump 9 and the three-way valve 7 is provided between the cathode offgas outlet and the water permeable membrane humidifier 5, and the bypass passage 8 is further joined. Between the point and the water permeable membrane humidifier 5, a circulation valve 10 is connected to the cathode circulation path 11, which communicates between the cathode upstream compressor 3 and the cathode gas cooling heat exchanger 4. is set up.

ここでは、燃料電池スタック１に対し、カソード酸化剤ガスとして空気を、アノード燃料ガスとして水素を使用した場合を説明する。 Here, the case where air is used as the cathode oxidant gas and hydrogen is used as the anode fuel gas for the fuel cell stack 1 will be described.

空気（カソード供給ガス）は、まずフィルタ２により、ゴミやオイルミスト等の不純物を取り去られた後、圧縮機３で所望の圧力に昇圧され、カソードガス冷却用熱交換器４により、燃料電池運転適正温度まで冷却されてから、水透過膜型加湿器４により、カソードオフガス中の水分を回収しつつ加湿され、燃料電池スタック１に導入される。 The air (cathode supply gas) is first filtered to remove impurities such as dust and oil mist, and then boosted to a desired pressure by the compressor 3. After being cooled to an appropriate operating temperature, the water permeable membrane humidifier 4 humidifies the moisture in the cathode offgas while collecting it and introduces it into the fuel cell stack 1.

燃料電池スタック１の出口直後に設置された三方弁７は、制御装置２５からの制御信号ＣＴＲにより、カソードオフガスの流通をバイパス路８／カソード排出路とを切り換える。燃料電池システムの「通常制御」において、三方弁７は、カソードオフガスをカソード排出路へ流す。燃料電池システムの「カソード循環制御」において、三方弁７は、カソードオフガスをバイパス路８へ流す。カソード循環制御において、加圧ポンプ９によって加圧されたカソードオフガスは、制御装置２５からの制御信号ＣＴＲによって制御される循環弁１０が開くことにより、カソード循環路１１を通って、カソード冷却用熱交換器４の上流に戻される。このときカソードオフガスの圧力は排圧調整弁６によって制御される。 The three-way valve 7 installed immediately after the outlet of the fuel cell stack 1 switches the cathode off-gas flow between the bypass path 8 and the cathode discharge path in accordance with a control signal CTR from the control device 25. In the “normal control” of the fuel cell system, the three-way valve 7 allows the cathode off gas to flow to the cathode discharge path. In the “cathode circulation control” of the fuel cell system, the three-way valve 7 causes the cathode off gas to flow to the bypass 8. In the cathode circulation control, the cathode off gas pressurized by the pressurizing pump 9 passes through the cathode circulation path 11 when the circulation valve 10 controlled by the control signal CTR from the control device 25 is opened, and heat for cooling the cathode. Returned upstream of the exchanger 4. At this time, the pressure of the cathode off gas is controlled by the exhaust pressure adjusting valve 6.

水素（アノード供給ガス）は、燃料ガス供給装置１２から供給され、供給圧調整弁１３により、調圧された後、燃料ガス循環装置１４により、循環したアノードオフガスと混合してから燃料電池スタック１に導入される。アノード循環路１５に配置されたアノード循環路凝縮器１９は、アノードオフガス中の過剰な水分を回収する。また、アノードオフガス出口に配置されたパージ弁１６は、カソードガスから拡散してきた窒素等の不活性ガスが燃料電池セル内に蓄積した場合や、燃料電池スタック１で水つまりが発生して一時的に流速を上げたい場合等に開くように制御される。 Hydrogen (anode supply gas) is supplied from the fuel gas supply device 12, regulated by the supply pressure adjusting valve 13, mixed with the circulated anode off gas by the fuel gas circulation device 14, and then the fuel cell stack 1. To be introduced. An anode circuit condenser 19 disposed in the anode circuit 15 recovers excess moisture in the anode off gas. Further, the purge valve 16 disposed at the anode off-gas outlet is temporarily used when an inert gas such as nitrogen diffused from the cathode gas accumulates in the fuel cell or when water clogging occurs in the fuel cell stack 1. It is controlled to open when it is desired to increase the flow rate.

カソードガス冷却用冷媒循環路１７は、図示されないラジエータとカソードガス冷却用熱交換器４との間を接続し、カソードガス冷却用冷媒循環路１７内を流通する冷媒がカソード供給ガスの熱を外部へ排出する。燃料電池冷却用冷媒循環路１８は、図示されないラジエータと燃料電池スタック１との間を接続し、燃料電池冷却用冷媒循環路１８内を流通する冷媒が燃料電池スタック１の熱を外部へと排出する。 The cathode gas cooling refrigerant circulation path 17 connects between a radiator (not shown) and the cathode gas cooling heat exchanger 4, and the refrigerant circulating in the cathode gas cooling refrigerant circulation path 17 transfers the heat of the cathode supply gas to the outside. To discharge. The fuel cell cooling refrigerant circuit 18 connects between a radiator (not shown) and the fuel cell stack 1, and the refrigerant flowing through the fuel cell cooling refrigerant circuit 18 discharges the heat of the fuel cell stack 1 to the outside. To do.

センサ２４ａは、燃料電池スタック１への負荷２３を計測する。センサ２４ｂは、燃料電池スタック１の温度を計測する。センサ２４ｃは、カソード供給ガスの温度を計測する。センサ２４ｄは、カソードオフガスの温度を計測する。制御装置２５は、センサ２４ａ〜２４ｄを介して、負荷２３、燃料電池スタック１の温度、カソード供給ガスの温度、及びカソードオフガスの温度をモニターすることができる。 The sensor 24 a measures the load 23 on the fuel cell stack 1. The sensor 24b measures the temperature of the fuel cell stack 1. The sensor 24c measures the temperature of the cathode supply gas. The sensor 24d measures the temperature of the cathode off gas. The control device 25 can monitor the temperature of the load 23, the fuel cell stack 1, the temperature of the cathode supply gas, and the temperature of the cathode off gas via the sensors 24a to 24d.

＜第１の燃料電池加湿方法（起動時基本制御）＞
図２を参照して、図１に示した燃料電池システムを用いた第１の燃料電池加湿方法を説明する。具体的には、第１の燃料電池加湿方法として、カソード循環の基本制御を説明する。 <First fuel cell humidification method (basic control at startup)>
A first fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Specifically, basic control of cathode circulation will be described as a first fuel cell humidification method.

（イ）まず、Ｓ０１段階において、燃料電池システムを起動後、所定時間以内であるか否かを判断する。所定時間以内である場合（Ｓ０１段階においてＹｅｓ）、加湿量は不足していると判断し、Ｓ０３段階に進む。なお、所定時間以内でない場合（Ｓ０１段階においてＮｏ）、Ｓ０２段階に進み、加湿量は足りていると判断して通常制御を行う。 (A) First, in step S01, it is determined whether or not it is within a predetermined time after starting the fuel cell system. If it is within the predetermined time (Yes in step S01), it is determined that the humidification amount is insufficient, and the process proceeds to step S03. If it is not within the predetermined time (No in step S01), the process proceeds to step S02 to determine that the humidification amount is sufficient and perform normal control.

（ロ）Ｓ０３段階において、制御装置２５は、三方弁７をバイパス路８側へ切換、加圧ポンプ９を駆動し、循環弁１０を開いてカソード循環を行う。 (B) In step S03, the control device 25 switches the three-way valve 7 to the bypass path 8 side, drives the pressurizing pump 9, opens the circulation valve 10, and performs cathode circulation.

（ハ）Ｓ０４段階において、燃料電池スタック１の総電圧がその出力での所定値Ｖ１以上であるか否かを判断する。所定値Ｖ１以上でない場合（Ｓ０４段階においてＮｏ）、まだ十分安定した加湿状態にないと判断し、Ｓ０３段階に戻り、カソード循環を継続する。所定値Ｖ１以上である場合（Ｓ０４段階においてＹｅｓ）、Ｓ０５段階に進む。 (C) In step S04, it is determined whether or not the total voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or greater than a predetermined value V1 at the output. If it is not equal to or greater than the predetermined value V1 (No in step S04), it is determined that the humidified state is not yet sufficiently stable, the process returns to step S03, and the cathode circulation is continued. If it is equal to or greater than the predetermined value V1 (Yes in step S04), the process proceeds to step S05.

（ニ）Ｓ０５段階において、制御装置２５は、三方弁７をカソード排出路側へ切換、加圧ポンプを停止し、循環弁を閉じてカソード循環を停止する。 (D) In step S05, the control device 25 switches the three-way valve 7 to the cathode discharge path side, stops the pressurizing pump, closes the circulation valve, and stops the cathode circulation.

（ホ）Ｓ０６段階において、セル電圧検出装置２２により検出された燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ１’よりも大きいか否かを判断する。所定値Ｖ１’よりも大きくない場合（Ｓ０６段階においてＮｏ）、総電圧がＶ１以上になった場合でも、最低セル電圧がＶ１’を下回る場合には安定した運転状態にないものとみなし、Ｓ０８段階に進む。具体的には、最低セル電圧が所定値Ｖ１’未満の燃料電池セルに水詰まりがあるため十分反応ガスが供給されていない状態であるものとみなす。Ｓ０８段階で、パージ弁１６を開き、カソード供給ガスの流量を１０％増加させる。その後、Ｓ０４段階に戻る。 (E) In step S06, it is determined whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell detected by the cell voltage detector 22 is greater than a predetermined value V1 '. If it is not larger than the predetermined value V1 ′ (No in step S06), even if the total voltage is equal to or higher than V1, if the minimum cell voltage is lower than V1 ′, it is regarded as not in a stable operation state, and step S08 Proceed to Specifically, since the fuel cell having the minimum cell voltage less than the predetermined value V1 'is clogged, it is considered that the reaction gas is not sufficiently supplied. In step S08, the purge valve 16 is opened and the flow rate of the cathode supply gas is increased by 10%. Thereafter, the process returns to step S04.

（へ）燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ１’よりも大きい場合（Ｓ０６段階においてＹｅｓ）、Ｓ０７段階に進み、パージ弁１６を閉じ、カソード供給ガスの流量を通常値に戻す。そしてＳ０１段階に戻り、再度、起動からの時間を判定し、所定時間を超えていたら通常制御に戻る。 (F) When the minimum cell voltage of the fuel cell is larger than the predetermined value V1 '(Yes in step S06), the process proceeds to step S07, the purge valve 16 is closed, and the flow rate of the cathode supply gas is returned to the normal value. Then, returning to the S01 stage, the time from the start is determined again, and if the predetermined time is exceeded, the normal control is resumed.

以上説明したように、起動時、制御装置２５は制御信号ＣＴＲにより三方弁７を切り替え、加圧ポンプ９を駆動する。カソードオフガスは、カソードガス冷却用熱交換器４の上流よりもわずかに高くなるよう加圧される。制御装置２５は、制御信号ＣＴＲにより循環弁１０を開いてカソードガス冷却用熱交換器４の上流へカソードオフガスを循環させる。第１の燃料電池加湿方法によれば、水透過膜型加湿器５を介さずにカソードオフガス中の水分を水蒸気としてカソード供給ガスへ供給するバイパス路が形成される。なおかつ、一部配管内で凝縮した液水も、温度の高いカソード供給ガス中で気化しやすいため、水噴射弁を設置するよりも加湿量を制御しやすくなる。 As described above, at the time of activation, the control device 25 switches the three-way valve 7 by the control signal CTR and drives the pressure pump 9. The cathode off gas is pressurized to be slightly higher than the upstream of the cathode gas cooling heat exchanger 4. The control device 25 opens the circulation valve 10 according to the control signal CTR and circulates the cathode off gas upstream of the cathode gas cooling heat exchanger 4. According to the first fuel cell humidification method, a bypass path for supplying moisture in the cathode off-gas as water vapor to the cathode supply gas without using the water permeable membrane humidifier 5 is formed. In addition, since the liquid water partially condensed in the pipe is easily vaporized in the cathode supply gas having a high temperature, it becomes easier to control the humidification amount than installing the water injection valve.

＜第２の燃料電池加湿方法（負荷）＞
図３を参照して、図１に示した燃料電池システムを用いた第２の燃料電池加湿方法を説明する。具体的には、第２の燃料電池加湿方法として、燃料電池スタック１から取り出す負荷２３をパラメータとしたカソード循環制御について説明する。 <Second fuel cell humidification method (load)>
With reference to FIG. 3, the 2nd fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 1 is demonstrated. Specifically, as a second fuel cell humidification method, cathode circulation control using the load 23 taken out from the fuel cell stack 1 as a parameter will be described.

（イ）まず、Ｓ１１段階において、燃料電池スタック１への負荷２３が所定値Ｐ２未満であるか否かを判断する。所定値Ｐ２未満である場合（Ｓ１１段階においてＹｅｓ）、加湿量は不足していると判断し、Ｓ１３段階に進む。なお、所定値Ｐ２未満でない場合（Ｓ１１段階においてＮｏ）、Ｓ１２段階に進み、加湿量は足りていると判断して通常制御を行う。 (A) First, in step S11, it is determined whether or not the load 23 on the fuel cell stack 1 is less than a predetermined value P2. If it is less than the predetermined value P2 (Yes in step S11), it is determined that the humidification amount is insufficient, and the process proceeds to step S13. If it is not less than the predetermined value P2 (No in step S11), the process proceeds to step S12, where it is determined that the humidification amount is sufficient, and normal control is performed.

（ロ）Ｓ１３段階において、制御装置２５は、三方弁７をバイパス路８側へ切換、加圧ポンプ９を駆動し、循環弁１０を開いてカソード循環を行う。但し、循環弁１０を流れるカソードオフガスの循環量は、制御装置２５のメモリ内に格納される、負荷対循環量のテーブルを参照して決定され、加圧ポンプ９の昇圧幅と排圧調整弁６を調整することで制御される。 (B) In step S13, the control device 25 switches the three-way valve 7 to the bypass path 8 side, drives the pressurizing pump 9, opens the circulation valve 10, and performs cathode circulation. However, the circulation amount of the cathode off-gas flowing through the circulation valve 10 is determined with reference to a load-to-circulation amount table stored in the memory of the control device 25. It is controlled by adjusting 6.

（ハ）Ｓ１４段階において、燃料電池スタック１の総電圧がその出力での所定値Ｖ２以上であるか否かを判断する。所定値Ｖ２以上でない場合（Ｓ１４段階においてＮｏ）、まだ十分安定した加湿状態にないと判断し、Ｓ１３段階に戻り、カソード循環を継続する。所定値Ｖ２以上である場合（Ｓ１４段階においてＹｅｓ）、Ｓ１５段階に進む。 (C) In step S14, it is determined whether or not the total voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or greater than a predetermined value V2 at the output. If it is not greater than or equal to the predetermined value V2 (No in step S14), it is determined that the humidified state is not yet sufficiently stable, the process returns to step S13, and the cathode circulation is continued. If it is equal to or greater than the predetermined value V2 (Yes in step S14), the process proceeds to step S15.

（ニ）Ｓ１５段階において、制御装置２５は、三方弁７をカソード排出路側へ切換、加圧ポンプ９を停止し、循環弁１０を閉じてカソード循環を停止する。 (D) In step S15, the control device 25 switches the three-way valve 7 to the cathode discharge path side, stops the pressurizing pump 9, closes the circulation valve 10, and stops cathode circulation.

（ホ）Ｓ１６段階において、燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ２’よりも大きいか否かを判断する。所定値Ｖ２’よりも大きくない場合（Ｓ１６段階においてＮｏ）、安定した運転状態にないものとみなし、Ｓ１８段階に進む。Ｓ１８段階で、パージ弁１６を開き、カソード供給ガスの流量を１０％増加させる。その後、Ｓ１４段階に戻る。 (E) In step S16, it is determined whether or not the minimum cell voltage of the fuel cell is greater than a predetermined value V2 '. If it is not greater than the predetermined value V2 '(No in step S16), it is regarded that the vehicle is not in a stable operating state, and the process proceeds to step S18. In step S18, the purge valve 16 is opened and the flow rate of the cathode supply gas is increased by 10%. Thereafter, the process returns to step S14.

（へ）燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ２’よりも大きい場合（Ｓ１６段階においてＹｅｓ）、Ｓ１７段階に進み、パージ弁１６を閉じ、カソード供給ガスの流量を通常値に戻す。そしてＳ１１段階に戻り、再度、負荷２３を判定し、所定値Ｐ２以上であれば通常運転制御に戻る。 (F) When the minimum cell voltage of the fuel cell is larger than the predetermined value V2 '(Yes in step S16), the process proceeds to step S17, the purge valve 16 is closed, and the flow rate of the cathode supply gas is returned to the normal value. And it returns to S11 stage, the load 23 is determined again, and if it is more than predetermined value P2, it will return to normal operation control.

以上説明したように、図２の起動時基本制御に対して、最初に負荷状態を判断し、負荷が所定の値Ｐ２未満であるときに加湿量が不足すると判断し、カソード循環を行う。そして、図２と同様、その負荷に応じた所定の総電圧Ｖ２とセル電圧Ｖ２’の値を判断してカソード循環を継続するかどうか判断する。第２の燃料電池加湿方法によれば、図２に示した起動時基本制御に加え、負荷２３をパラメータとしてカソード循環を行うため、起動時以外でも加湿量が不足する場合にそれを補うよう動作可能となる。 As described above, with respect to the startup basic control of FIG. 2, the load state is first determined, and when the load is less than the predetermined value P2, it is determined that the humidification amount is insufficient, and the cathode circulation is performed. Then, as in FIG. 2, the values of the predetermined total voltage V2 and the cell voltage V2 'according to the load are determined to determine whether or not to continue the cathode circulation. According to the second fuel cell humidification method, in addition to the basic control at start-up shown in FIG. 2, the cathode circulation is performed using the load 23 as a parameter. It becomes possible.

＜第３の燃料電池加湿方法（負荷、燃料電池温度、供給ガス温度、オフガス温度）＞
図４を参照して、図１に示した燃料電池システムを用いた第３の燃料電池加湿方法を説明する。具体的には、第３の燃料電池加湿方法として、燃料電池スタック１から取り出す負荷２３、燃料電池スタック１の温度、カソード供給ガスの温度、及びカソードオフガスの温度をパラメータとしたカソード循環制御について説明する。 <Third fuel cell humidification method (load, fuel cell temperature, supply gas temperature, off gas temperature)>
With reference to FIG. 4, the 3rd fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 1 is demonstrated. Specifically, as a third fuel cell humidification method, cathode circulation control using the load 23 taken out from the fuel cell stack 1, the temperature of the fuel cell stack 1, the temperature of the cathode supply gas, and the temperature of the cathode offgas as parameters will be described. To do.

（イ）まず、Ｓ２１段階において、制御装置２５は、センサ２４ａ〜２４ｄを介して、燃料電池スタック１への負荷２３、燃料電池スタック１の温度、カソード供給ガスの温度、及びカソードオフガスの温度の情報を収集する。この時、制御装置２５のメモリ内に格納された負荷２３に対する燃料電池スタック１の温度の相関を示すテーブル、及びカソード供給ガスの温度に対するカソードオフガスの温度の相関を示すテーブルを参照する。 (A) First, in step S21, the control device 25 determines the load 23 to the fuel cell stack 1, the temperature of the fuel cell stack 1, the temperature of the cathode supply gas, and the temperature of the cathode off gas via the sensors 24a to 24d. Collect information. At this time, a table showing a correlation between the temperature of the fuel cell stack 1 with respect to the load 23 stored in the memory of the control device 25 and a table showing a correlation between the temperature of the cathode supply gas and the temperature of the cathode supply gas are referred to.

（ロ）Ｓ２２段階において、制御装置２５は、負荷２３に対して相対的に燃料電池スタック１の温度が低く、且つカソード供給ガスの温度に対してカソードオフガスの温度が相対的に低いか否かを判断する。即ち、上記のテーブル上で運転状態が加湿量不足の状態にあるか否かを判断する。負荷２３に対して相対的に燃料電池スタック１の温度が低く、且つカソード供給ガスの温度に対してカソードオフガスの温度が相対的に低く、運転状態が加湿量不足の状態にある場合（Ｓ２２段階においてＹｅｓ）、加湿量は不足していると判断し、Ｓ２５段階に進む。なお、運転状態が加湿量不足の状態にない場合（Ｓ２２段階においてＮｏ）、加湿量は足りていると判断し、Ｓ２３段階に進み、制御装置２５は、三方弁７をカソード排出路側へ切換、加圧ポンプ９を停止し、循環弁１０を閉じてカソード循環を停止する。そして、Ｓ２４段階において通常制御を行う。 (B) In step S22, the control device 25 determines whether the temperature of the fuel cell stack 1 is relatively low with respect to the load 23 and whether the temperature of the cathode off-gas is relatively low with respect to the temperature of the cathode supply gas. Judging. That is, it is determined whether or not the operating state is in a state of insufficient humidification on the above table. When the temperature of the fuel cell stack 1 is relatively low with respect to the load 23, the temperature of the cathode offgas is relatively low with respect to the temperature of the cathode supply gas, and the operation state is in a state of insufficient humidification (step S22) Yes), it is determined that the humidification amount is insufficient, and the process proceeds to step S25. If the operation state is not in a state of insufficient humidification (No in step S22), it is determined that the humidification amount is sufficient, the process proceeds to step S23, and the control device 25 switches the three-way valve 7 to the cathode discharge path side. The pressurizing pump 9 is stopped, the circulation valve 10 is closed, and the cathode circulation is stopped. Then, normal control is performed in step S24.

（ハ）Ｓ２５段階において、制御装置２５は、運転状態が加湿量不足の状態にあると判断し、カソード循環を行う。即ち、三方弁７をバイパス路８側へ切換、加圧ポンプ９を駆動し、循環弁１０を開く。但し、循環弁１０を流れるカソードオフガスの循環量は、制御装置２５のメモリ内に格納される、負荷対循環量のテーブルを参照して決定され、加圧ポンプ９の昇圧幅と排圧調整弁６を調整することで制御される。 (C) In step S25, the control device 25 determines that the operating state is in a state of insufficient humidification, and performs cathode circulation. That is, the three-way valve 7 is switched to the bypass path 8 side, the pressurizing pump 9 is driven, and the circulation valve 10 is opened. However, the circulation amount of the cathode off-gas flowing through the circulation valve 10 is determined with reference to a load-to-circulation amount table stored in the memory of the control device 25. It is controlled by adjusting 6.

（ニ）Ｓ２６段階において、燃料電池スタック１の総電圧がその出力での所定値Ｖ３以上であるか否かを判断する。所定値Ｖ３以上でない場合（Ｓ２６段階においてＮｏ）、まだ十分安定した加湿状態にないと判断し、Ｓ２５段階に戻り、カソード循環を継続する。所定値Ｖ３以上である場合（Ｓ２６段階においてＹｅｓ）、Ｓ２７段階に進む。 (D) In step S26, it is determined whether or not the total voltage of the fuel cell stack 1 is equal to or greater than a predetermined value V3 at the output. If it is not greater than or equal to the predetermined value V3 (No in step S26), it is determined that the humidified state is not yet sufficiently stable, the process returns to step S25, and the cathode circulation is continued. If it is equal to or greater than the predetermined value V3 (Yes in step S26), the process proceeds to step S27.

（ホ）Ｓ２７段階において、燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ３’よりも大きいか否かを判断する。所定値Ｖ３’よりも大きくない場合（Ｓ２７段階においてＮｏ）、安定した運転状態にないものとみなし、Ｓ２９段階に進む。Ｓ２９段階で、パージ弁１６を開き、カソード供給ガスの流量を１０％増加させる。その後、Ｓ２６段階に戻る。 (E) In step S27, it is determined whether or not the lowest cell voltage of the fuel cell is larger than a predetermined value V3 '. If it is not greater than the predetermined value V3 '(No in step S27), it is considered that the vehicle is not in a stable operating state, and the process proceeds to step S29. In step S29, the purge valve 16 is opened and the flow rate of the cathode supply gas is increased by 10%. Thereafter, the process returns to step S26.

（へ）燃料電池セルの最低セル電圧が所定値Ｖ３’よりも大きい場合（Ｓ２７段階においてＹｅｓ）、Ｓ２８段階に進み、パージ弁１６を閉じ、カソード供給ガスの流量を通常値に戻す。そしてＳ２１段階に戻り、再度、上記のテーブルを参照して各種情報を収集及び判定し、加湿量は足りていれば通常制御に戻る。 (F) When the minimum cell voltage of the fuel cell is larger than the predetermined value V3 '(Yes in step S27), the process proceeds to step S28, the purge valve 16 is closed, and the flow rate of the cathode supply gas is returned to the normal value. And it returns to S21 stage, collects and determines various information with reference to said table again, and returns to normal control if the humidification amount is enough.

以上説明したように、図２の起動時基本制御に対して、センサ２４ａ〜２４ｄによって、負荷２３、燃料電池スタック１の温度、カソード供給ガスの温度、カソードオフガスの温度の情報を収集し、これも制御装置２５のメモリに格納された、負荷２３に対する燃料電池スタック１の温度、及びカソード供給ガスの温度に対するカソードオフガスの温度のテーブルを参照し、負荷２３に対して相対的に燃料電池スタック１の温度が低く、且つカソード供給ガスの温度に対してカソードオフガスの温度が相対的に低い場合に加湿量が不足していると判断し、カソード循環を行う。そして、図２と同様、その負荷２３に応じた所定の総電圧Ｖ３とセル電圧Ｖ３’の値を判断してカソード循環を継続するかどうか判断する。第３の燃料電池加湿方法によれば、図２に示した起動時基本制御に加え、負荷２３と、燃料電池スタック温度、カソード供給ガス温度、カソードオフガス温度をパラメータとしてカソード循環を行うため、よりきめ細かな加湿量制御ができ、より安定した運転を実現可能となる。 As described above, information on the load 23, the temperature of the fuel cell stack 1, the temperature of the cathode supply gas, and the temperature of the cathode off gas is collected by the sensors 24a to 24d with respect to the basic control at the time of startup in FIG. Is also stored in the memory of the control device 25, referring to a table of the temperature of the fuel cell stack 1 with respect to the load 23 and the temperature of the cathode off gas with respect to the temperature of the cathode supply gas, and the fuel cell stack 1 relative to the load 23. And the cathode off-gas temperature is relatively lower than the cathode supply gas temperature, it is determined that the humidification amount is insufficient, and the cathode circulation is performed. Then, as in FIG. 2, the values of the predetermined total voltage V3 and the cell voltage V3 'according to the load 23 are determined to determine whether or not to continue the cathode circulation. According to the third fuel cell humidification method, in addition to the basic control at start-up shown in FIG. 2, the cathode circulation is performed using the load 23, the fuel cell stack temperature, the cathode supply gas temperature, and the cathode offgas temperature as parameters. Detailed humidification control is possible and more stable operation can be realized.

このように第１の実施の形態では、カソードオフガスとカソード供給ガスの差圧よりわずかに大きく加圧され、ほぼ燃料電池運転適正温度で水分を含むカソードオフガスを、圧縮機３により燃料電池運転適正温度よりも昇温されたカソード供給ガスに対して戻してやる。これにより、起動時等の燃料電池の温度が低く、カソードガスの流量が小さい場合でも、不足する加湿量を補うとともに、一部凝縮して液化した水分もその温度差により気化しやすく、水つまりを抑制でき、またその水分の気化潜熱により供給ガスの温度を下げるので、カソードガス冷却用熱交換器の負荷を下げて、小型化できる。 As described above, in the first embodiment, the cathode 3 is pressurized to be slightly larger than the differential pressure between the cathode off gas and the cathode supply gas, and the cathode off gas containing water at the fuel cell operation proper temperature is Return to the cathode supply gas whose temperature is higher than the temperature. As a result, even when the temperature of the fuel cell is low at the time of start-up or the like and the flow rate of the cathode gas is small, the amount of humidification that is insufficient is compensated, and water that is partially condensed and liquefied is easily vaporized due to the temperature difference. In addition, since the temperature of the supply gas is lowered by the latent heat of vaporization of the moisture, the load on the heat exchanger for cooling the cathode gas can be reduced and the size can be reduced.

（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態では、カソード供給ガスを冷却するための冷媒と燃料電池スタック１を冷却するための冷媒とが共有され、カソードガス冷却用熱交換器４と燃料電池スタック１が冷媒流路で直列に接続されている。また、カソードガス冷却用熱交換器４と燃料電池スタック１から発生する熱は、図示されないラジエータ等により外部へ排出される。冷媒の流路の途中には冷媒流路切換第１の三方弁２０と第２の三方弁２１が設置され、カソードガス冷却用熱交換器４と燃料電池スタック１への冷媒の流れ方向を変更可能となっている。 (Second Embodiment)
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, the refrigerant for cooling the cathode supply gas and the refrigerant for cooling the fuel cell stack 1 are shared, and the cathode gas cooling heat exchanger 4 and the fuel are shared. The battery stack 1 is connected in series with the refrigerant flow path. The heat generated from the cathode gas cooling heat exchanger 4 and the fuel cell stack 1 is discharged to the outside by a radiator (not shown). A refrigerant flow switching first three-way valve 20 and a second three-way valve 21 are installed in the middle of the refrigerant flow path to change the flow direction of the refrigerant to the cathode gas cooling heat exchanger 4 and the fuel cell stack 1. It is possible.

通常の運転時、即ち燃料電池スタック１の温度が十分に高い時においては、冷媒がまず燃料電池スタック１を冷却してからカソードガス冷却用熱交換器４に流れるように、第１及び第２の三方弁２０、２１を制御する。 During normal operation, that is, when the temperature of the fuel cell stack 1 is sufficiently high, the first and second refrigerants flow so that the refrigerant first cools the fuel cell stack 1 and then flows to the cathode gas cooling heat exchanger 4. The three-way valves 20 and 21 are controlled.

一方、燃料電池の温度が低い時においては、通常の運転とは冷媒の流れ方向を逆に切り換える。即ち、圧縮機３により圧縮され昇温したカソード供給ガスからの熱を持った冷媒を燃料電池スタック１に流すことにより、燃料電池スタック１自体の温度を上げ方向に作用させ、燃料電池スタック１の暖機を促進する。 On the other hand, when the temperature of the fuel cell is low, the flow direction of the refrigerant is switched in reverse to the normal operation. That is, the temperature of the fuel cell stack 1 itself is caused to increase in the direction of the fuel cell stack 1 by flowing the refrigerant having heat from the cathode supply gas compressed by the compressor 3 and heated to the fuel cell stack 1. Promote warm-up.

また、カソードオフガスの温度を上げることで、カソードオフガスが含有できる水分をできるだけ増加させることができる。 Moreover, the water | moisture content which a cathode off gas can contain can be increased as much as possible by raising the temperature of a cathode off gas.

更に、圧縮機３での仕事を熱として回収することにもなり、燃料電池システムの効率を上げることもできる。 Furthermore, the work in the compressor 3 is recovered as heat, and the efficiency of the fuel cell system can be increased.

図６を参照して、図５に示した燃料電池システムの制御方法を説明する。 A control method of the fuel cell system shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG.

（イ）まず、Ｓ３１段階において、燃料電池スタック１の温度が所定の適正運転温度Ｔ４よりも低いか否かを判断する。燃料電池スタック１の温度が適正運転温度Ｔ４よりも低い場合（Ｓ３１においてＹｅｓ）Ｓ３３に進み、冷媒切換モードに入る。燃料電池スタック１の温度が適正運転温度Ｔ４以上である場合（Ｓ３１においてＮｏ）Ｓ３２に進み、通常制御モードに入る。 (A) First, in step S31, it is determined whether or not the temperature of the fuel cell stack 1 is lower than a predetermined proper operating temperature T4. When the temperature of the fuel cell stack 1 is lower than the proper operation temperature T4 (Yes in S31), the process proceeds to S33 and enters the refrigerant switching mode. When the temperature of the fuel cell stack 1 is equal to or higher than the proper operation temperature T4 (No in S31), the process proceeds to S32, and the normal control mode is entered.

（ロ）Ｓ３３段階において、第１及び第２の三方弁２０、２１により冷媒の流路方向を通常と反対に切り替える。具体的には、冷媒を先ずカソードガス冷却用熱交換器４に流し、その後に燃料電池スタック１へ流す。 (B) In step S33, the first and second three-way valves 20 and 21 are used to switch the refrigerant flow direction to the opposite of the normal direction. Specifically, the refrigerant is first passed to the cathode gas cooling heat exchanger 4 and then to the fuel cell stack 1.

（ハ）Ｓ３４段階において、カソードオフガスの温度が所定のＴ４’以上であるか否かを判断する。カソードオフガスの温度が所定のＴ４’以上である場合（Ｓ３４段階においてＹｅｓ）、通常の運転モードに復帰する。カソードオフガスの温度が所定のＴ４’以上でない場合（Ｓ３４段階においてＮｏ）、Ｓ３３段階に戻り、冷媒切換モードを継続し、カソードオフガスの水分運搬量を増加させる。 (C) In step S34, it is determined whether or not the cathode off-gas temperature is equal to or higher than a predetermined T4 '. When the temperature of the cathode off gas is equal to or higher than a predetermined T4 '(Yes in step S34), the normal operation mode is restored. When the temperature of the cathode off gas is not equal to or higher than the predetermined T4 '(No in step S34), the process returns to step S33, the refrigerant switching mode is continued, and the moisture transport amount of the cathode off gas is increased.

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first and second embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

本発明の実施の形態は、固体高分子型燃料電池を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リン酸型、及びアルカリ型などの電解質膜を正常に機能させる為に電解質膜の含水状態を管理する必要がある燃料電池に適用することができる。 The embodiment of the present invention has been described by taking a solid polymer fuel cell as an example. However, the present invention is not limited to this, and the electrolyte membrane of phosphoric acid type and alkaline type is to function normally. In addition, the present invention can be applied to a fuel cell that needs to manage the water content of the electrolyte membrane.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from this disclosure.

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図１に示した燃料電池システムを用いた第１の燃料電池加湿方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the 1st fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 図１に示した燃料電池システムを用いた第２の燃料電池加湿方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a second fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池システムを用いた第３の燃料電池加湿方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart showing a third fuel cell humidification method using the fuel cell system shown in FIG. 1. 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図５に示した燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method of the fuel cell system shown in FIG.

Explanation of symbols

１燃料電池スタック
２フィルタ
３圧縮機
４カソードガス冷却用熱交換器
５水透過膜型加湿器
６排圧調節弁
７三方弁
８バイパス路
９加圧ポンプ
１０循環弁
１１カソード循環路
１２燃料ガス供給装置
１３供給圧調節弁
１４燃料ガス循環装置
１５アノード循環路
１６パージ弁
１７カソードガス冷却用冷媒循環路
１８燃料電池冷却用冷媒循環路
１９アノード循環路凝縮器
２０第１の三方弁
２１第２の三方弁
２２セル電圧検出装置
２３負荷
２４ａ〜２４ｄセンサ
２５制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Filter 3 Compressor 4 Heat exchanger for cathode gas cooling 5 Water permeable membrane type humidifier 6 Exhaust pressure regulating valve 7 Three-way valve 8 Bypass path 9 Pressurizing pump 10 Circulation valve 11 Cathode circulation path 12 Fuel gas supply Device 13 Supply pressure control valve 14 Fuel gas circulation device 15 Anode circulation path 16 Purge valve 17 Refrigerant circulation path for cathode gas cooling 18 Refrigerant circulation path for fuel cell cooling 19 Anode circulation path condenser 20 First three-way valve 21 Second Three-way valve 22 Cell voltage detection device 23 Load 24a-24d Sensor 25 Control device

Claims

A fuel cell stack formed by stacking fuel cells that generate electric power by reacting a fuel gas and an oxidant gas;
A compressor for compressing the oxidant gas (hereinafter referred to as “cathode supply gas”) supplied to the fuel cell stack;
A cathode gas cooling heat exchanger that cools the cathode supply gas downstream of the compressor;
A water permeable membrane humidifier that collects moisture of the oxidant gas (hereinafter referred to as “cathode off-gas”) discharged from the fuel cell stack and humidifies the cathode supply gas;
An exhaust pressure adjusting valve that adjusts the pressure of the cathode offgas downstream of the water permeable membrane humidifier;
A three-way valve that forms a bypass path by branching a cathode discharge path through which the cathode off-gas flows between the fuel cell stack and the water permeable membrane humidifier;
A pressurizing pump disposed on the bypass path for pressurizing the cathode offgas;
The cathode supply gas between the junction of the bypass passage and the cathode discharge passage and the water permeable membrane humidifier, and the cathode supply gas between the compressor and the cathode gas cooling heat exchanger A cathode circulation path that connects the cathode supply path that circulates;
A fuel cell system comprising a circulation valve disposed on the cathode circulation path.

2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the three-way valve, the pressurizing pump, and the circulation valve are controlled in accordance with a load taken out from the fuel cell stack.

Controlling the three-way valve, the pressurizing pump, and the circulation valve in accordance with a load to be taken out from the fuel cell stack, a temperature of the fuel cell stack, a temperature of the cathode supply gas, and a temperature of the cathode off gas. The fuel cell system according to claim 1, wherein:

A fuel cell cooling refrigerant circuit for controlling the temperature of the fuel cell stack and a cathode gas cooling refrigerant circuit for controlling the temperature of the cathode supply gas are commonly used in series. The fuel cell system according to claim 1.

When starting the fuel cell stack, the three-way valve, the pressurizing pump, and the circulation valve are controlled to pressurize the cathode offgas and circulate the cathode offgas upstream of the heat exchanger for cooling the cathode gas. The fuel cell system according to claim 1.