JP2006164680A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに係り、特に燃料電池スタックの接触抵抗を制御す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 that controls contact resistance of a fuel cell stack.
一般に、燃料電池は、反応ガスである水素などの燃料と空気などの酸化剤を電気化学的に反応させることにより、燃料の持つ化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。この燃料電池は、電解質の違いなどによりさまざまなタイプのものに分類されるが、その一つとして、電解質に固体高分子電解質を用いる固体高分子電解質形燃料電池が知られている。 In general, a fuel cell is a device that directly converts chemical energy of a fuel into electrical energy by electrochemically reacting a fuel such as hydrogen as a reaction gas with an oxidant such as air. The fuel cells are classified into various types depending on the difference in electrolytes, and one of them is a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer electrolyte as an electrolyte.
この固体高分子型燃料電池の燃料極、酸化剤極の両電極において進行する電極反応は、以下の通りである。 The electrode reaction that proceeds at both the fuel electrode and the oxidant electrode of this polymer electrolyte fuel cell is as follows.
燃料極 : 2H2 →4H+ +4e- …(1)
酸化剤極 : 4H+ +4e- +O2 →2H2O …(2)
そして、燃料極に燃料が供給されると、燃料極では(1)式の反応式が進行して水素イオンが生成する。この生成した水素イオンが水和状態で電解質(固体高分子電解質型燃料電池であれば固体高分子電解質膜)を透過(拡散)して酸化剤極に至り、この酸化剤極に酸素含有ガス、例えば空気が供給されていると、酸化剤極では(2)式の反応式が進行する。この(1)、(2)式の電極反応が各極で進行することで、燃料電池は起電力を生じることとなる。
Fuel electrode: 2H 2 → 4H + + 4e − (1)
Oxidant electrode: 4H + + 4e − + O 2 → 2H 2 O (2)
When the fuel is supplied to the fuel electrode, the reaction formula (1) proceeds to generate hydrogen ions at the fuel electrode. The generated hydrogen ions permeate (diffuse) through the electrolyte (solid polymer electrolyte membrane in the case of a solid polymer electrolyte fuel cell) in a hydrated state to reach the oxidant electrode, and oxygen-containing gas, For example, when air is supplied, the reaction formula (2) proceeds at the oxidizer electrode. The fuel cell generates an electromotive force when the electrode reactions of the equations (1) and (2) proceed at each electrode.
例えば車両用等の駆動源として考えられている固体高分子型燃料電池は、零下起動時には反応により生成した水分の凍結が性能を低下させる。低負荷ならば運転は可能であるが、取り出せる電力は極めて小さいため、速やかに燃料電池スタックの温度を上昇させて高負荷に移行する必要がある。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell that is considered as a driving source for vehicles or the like, freezing of moisture generated by reaction at the time of starting below zero degrades performance. Operation is possible with a low load, but the power that can be extracted is extremely small. Therefore, it is necessary to quickly raise the temperature of the fuel cell stack and shift to a high load.
しかしながら、燃料電池の零下運転は低負荷であるため、(1)、(2)式の反応による発熱量は極めて小さく、燃料電池スタックの速やかな温度上昇は困難である。 However, since the fuel cell has a low load when operated below zero, the amount of heat generated by the reactions (1) and (2) is extremely small, and it is difficult to quickly raise the temperature of the fuel cell stack.
本発明と関連性の高い従来例には、特許文献1記載の技術が知られている。この技術によれば、燃料電池スタック端部と電力取り出し用ターミナル板との間に、波板状の導電性断熱板を設け、断熱効果を高めることで、燃料電池スタックの零下起動時の昇温を促進させている。
しかしながら、上記従来例では、部材の接触面積が減少しているため接触抵抗が増大するので、燃料電池電流によるジュール熱が増大し、零下起動時の燃料電池スタックの昇温を促進させることができるが、通常運転時の接触抵抗も大きいため、通常運転時の燃料電池スタックの出力性能を大きく損なうという問題点があった。 However, in the above conventional example, since the contact area of the member is reduced, the contact resistance increases, so the Joule heat due to the fuel cell current increases, and the temperature rise of the fuel cell stack at the time of starting below zero can be promoted. However, since the contact resistance during normal operation is large, the output performance of the fuel cell stack during normal operation is greatly impaired.
上記問題点を解決するために、本発明は、高分子電解質膜の一方の面に燃料極、他方の面に酸化剤極がそれぞれ形成された膜電極接合体と、該膜電極接合体に燃料および酸化剤を供給する流路を形成されたセパレータとを備えた燃料電池を複数積層した燃料電池スタックを備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの正極および負極の少なくとも一方に配された内部が空洞の中空集電板と、前記中空集電板の空洞内部の流体の圧力を制御する圧力制御機構とを備えたことを要旨とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a membrane electrode assembly in which a fuel electrode is formed on one surface of a polymer electrolyte membrane and an oxidizer electrode is formed on the other surface, and a fuel is provided in the membrane electrode assembly. And a fuel cell stack comprising a plurality of fuel cells each having a separator formed with a flow path for supplying an oxidant, and an internal portion disposed on at least one of a positive electrode and a negative electrode of the fuel cell stack The gist is provided with a hollow current collector plate and a pressure control mechanism for controlling the pressure of the fluid inside the cavity of the hollow current collector plate.
本発明によれば、燃料電池スタックの正極および負極の少なくとも一方に配された内部が空洞の中空集電板と、中空集電板の空洞内部の流体の圧力を制御する圧力制御機構とを備えたことにより、中空集電板の空洞内部の流体の圧力を変化させることで中空集電板が変形し、燃料電池スタックの接触抵抗を可変とすることができるので、低温からの燃料電池の起動時には、中空集電板の空洞内部の圧力を低下させて燃料電池スタックの接触抵抗を増大させ、通電によるジュール熱を増加させて燃料電池スタックの昇温を促進させることができるという効果がある。 According to the present invention, the fuel cell stack includes a hollow current collecting plate disposed inside at least one of the positive electrode and the negative electrode, and a pressure control mechanism for controlling the pressure of the fluid inside the hollow current collecting plate. By changing the pressure of the fluid inside the hollow current collector plate, the hollow current collector plate can be deformed and the contact resistance of the fuel cell stack can be made variable. In some cases, the pressure inside the hollow current collector plate can be reduced to increase the contact resistance of the fuel cell stack, and the Joule heat due to energization can be increased to promote the temperature rise of the fuel cell stack.
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する各実施例は、特に限定されないが、気温が零下となる屋外に駐車される燃料電池車両の電源に好適な燃料電池システムである。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Each embodiment described below is not particularly limited, but is a fuel cell system suitable for a power source of a fuel cell vehicle parked outdoors where the temperature is below zero.
図1は、本発明に係る燃料電池システムの各実施例に共通の原理説明図である。図1(a)は、通常発電時を示し、図1(b)は燃料電池スタックの昇温時を示す。 FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle common to the embodiments of the fuel cell system according to the present invention. FIG. 1A shows the time of normal power generation, and FIG. 1B shows the temperature rise of the fuel cell stack.
図1において、燃料電池の発電単位であるセル101が複数積層された燃料電池スタックの端部には、内部が空洞の中空集電板3と、エンドプレート102が設けられている。中空集電板3がセル101またはエンドプレートに接する側面は、中空集電板の内部圧力が例えば1気圧程度の低圧状態では、凹面となるように形成されている。尚、中空集電板3とエンドプレート102を一体としてもよい。
In FIG. 1, a hollow
図1(a)に示す通常発電時には、中空集電板3の空洞部は、図示しない圧力制御機構により高圧力の流体103で満たされている。これにより、中空集電板3が膨らみ、中空集電板と燃料電池スタックの端部のセル101,及びセル101同士の接触抵抗が低くなり、通常発電時の抵抗損失は低下する。
During normal power generation shown in FIG. 1A, the hollow portion of the hollow
図1(b)に示す燃料電池スタックの昇温時には、中空集電板3の空洞部は、図示しない圧力制御機構により低圧力の流体104で満たされている。これにより、中空集電板3が凹み、中空集電板3と燃料電池スタックの端部のセル101,及びセル101同士の接触抵抗が高い状態となっている。この状態で燃料電池スタックに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給して電流を取り出すと、燃料電池の接触抵抗によるジュール熱が大きくなり、燃料電池スタックを素早く昇温させることができる。
When the temperature of the fuel cell stack shown in FIG. 1B is raised, the hollow portion of the hollow
図2は、中空集電板の空洞内部圧力と燃料電池スタックの接触抵抗との関係を示すグラフである。図2に示すように、中空集電板の空洞内部圧力を高めるほど、接触抵抗は低下する。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the internal pressure of the hollow current collector plate and the contact resistance of the fuel cell stack. As shown in FIG. 2, the contact resistance decreases as the pressure inside the hollow current collector plate increases.
図3は、本発明に係る燃料電池システム1の実施例1の構成を説明する概略構成図である。本実施例の特徴は、中空集電板の内部空洞を空気で満たし、通常発電時には、この空気圧力を高めて接触抵抗を低下させ、低温からの燃料電池起動時には、この空気圧力を低めて、接触抵抗を増大させ、燃料電池電流によるジュール熱を増加させて、燃料電池スタックの昇温を早めることにある。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating the configuration of the first embodiment of the fuel cell system 1 according to the present invention. The feature of this embodiment is that the internal cavity of the hollow current collector plate is filled with air, and during normal power generation, this air pressure is increased to lower the contact resistance, and at the time of starting the fuel cell from a low temperature, this air pressure is reduced, The object is to increase the contact resistance and increase the Joule heat due to the fuel cell current, thereby speeding up the temperature rise of the fuel cell stack.
図3において、燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2の両端部の正極側の中空集電板3a及び負極側の中空集電板3bと、空気供給配管4、8,9,10と、入口側切換弁5と、コンプレッサ6と、注入側弁7と、空気排出配管11,14,15と、中空集電板の空洞の圧力を検出する圧力計12と、排出側弁13と、出口側切換弁16と、水素供給配管17と、水素排出配管18と、燃料電池スタック2の温度を検出する温度センサ19と、中空集電板3aと3bの空洞部を連結する連結配管20と、コントロールユニット21とを備えている。
In FIG. 3, the fuel cell system 1 includes a
コンプレッサ6は、空気供給配管4,入口側切換弁5及び空気供給配管9を介して吸入した空気を圧縮して、注入側弁7及び空気供給配管10を介して、中空集電板3aの空洞部に圧縮空気を供給できるようになっている。
The compressor 6 compresses the air sucked through the
中空集電板3aの空洞部は、連結配管20を介して、中空集電板3bの空洞部と連結されている。また、中空集電板3bの空洞部は、圧力計12,排出側弁13に連通し、空洞部の圧力が圧力計で計測されるようになっている。
The hollow portion of the hollow
排出側弁13は、空気排出配管14,出口側切換弁16を介して、空気排出配管11に接続され、中空集電板3a,3bの空洞部の高圧空気を逃がすことができるようになっている。
The discharge side valve 13 is connected to the
ここで、コントロールユニット21は、燃料電池システムの起動時に、温度センサ19の検出値に応じて、コンプレッサ6、入口側切換弁5,注入側弁7、排出側弁13、出口側切換弁16を制御する。コントロールユニット21、温度センサ19、コンプレッサ6、入口側切換弁5,注入側弁7、排出側弁13、及び出口側切換弁16は、中空集電板3a,3bの空洞内部の圧力を制御する圧力制御機構を構成している。
Here, the
図4は、燃料電池スタック2を構成する固体高分子電解質型燃料電池のセル構造を示す模式断面図である。燃料電池の一単位であるセルは、固体高分子膜からなる高分子電解質膜110と、この高分子電解質膜110を挟持するように電解質膜の両面に配設される燃料極111及び酸化剤極112と、これら両電極の外側に配置された燃料極拡散層113,酸化剤極拡散層114,燃料ガス流路117,酸化剤ガス流路118より構成される。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a cell structure of a solid polymer electrolyte fuel cell constituting the
高分子電解質膜110は、フッ素系樹脂等の固体高分子材料によりプロトン伝導性の膜として形成されている。この高分子電解質膜110の両面に配設される燃料極111及び酸化剤極112は、白金または、白金とその他の金属からなる触媒層を備えている。 The polymer electrolyte membrane 110 is formed as a proton conductive membrane from a solid polymer material such as a fluorine-based resin. The fuel electrode 111 and the oxidant electrode 112 disposed on both surfaces of the polymer electrolyte membrane 110 include platinum or a catalyst layer made of platinum and other metals.
燃料ガス流路117及び酸化剤ガス流路118は、ガス不透過である緻密性カーボン材等による燃料極セパレータ115、酸化剤極セパレータ116に配置された多数のリブにより形成され、酸化剤ガス、燃料ガスはそれぞれの図示しないガス入口から供給され、図示しないガス出口から排出される。
The fuel gas channel 117 and the oxidant gas channel 118 are formed by a large number of ribs disposed on the fuel electrode separator 115 and the
次に、図5のフローチャートを参照して、コントロールユニット21が実施する燃料電池システムの起動時の制御内容を説明する。本フローチャートが開始される前の初期状態では、中空集電板3a,3bの空洞内部の圧力は、大気圧と同じとされている。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 5, the control content at the time of starting of the fuel cell system performed by the
まずステップ(以下、ステップをSと略す)1において、温度センサ19により燃料電池スタック2の温度Tstackを検出する。次いで、S2で、Tstackが所定温度Ts(例えば70[℃])を超えているか、否かを判定する。S2の判定で、Tstackが所定温度Ts以下である場合は、中空集電板の空洞内部の圧力を上昇させることなく発電へ移行する。これにより、燃料電池スタック2を構成する各セル間の接触抵抗、及び燃料電池スタック2の最端部セルと中空集電板3a、3bの接触抵抗は、高い状態のまま、燃料電池スタック2へ水素ガス及び空気が供給され、発電を開始する。これにより、燃料電池内部及び端部の接触抵抗によるジュール熱の発熱量が多くなり、燃料電池スタック2の昇温を早めることができる。その後、温度センサ19が検出したスタック温度Tstackが所定温度Tsを超えたときに、S3乃至S8の操作が行われ、中空集電板3a、3bの空洞内部の圧力が高められて、接触抵抗を低下する操作が行われる。
First, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 1, the temperature sensor 19 detects the temperature Tstack of the
S2の判定で、Tstackが所定温度Tsを超えている場合には、S3へ進み、入口側切換弁5をa方向へ、出口側切換弁16をc方向へ切換え、注入側弁7を開く。次いで、S4において排出側弁13を閉じる。次いで、S5においてコンプレッサ6を運転して空気を中空集電板3a、3bの内部へ注入を開始する。S6において、圧力計12の検出値を読み込み、中空集電板内部の空気圧力Paが所定圧力Psを超えたか否かを判定する。空気圧力Paが所定圧力Psを超えていなければ、S6を繰り返す。空気圧力Paが所定圧力Psを超えたら、S7へ進み、コンプレッサ6を停止して空気注入を停止し、S8で入口側切換弁5をb方向へ、出口側切換弁16をd方向へ切換え、注入側弁7を閉じ、中空集電板3a,3bの空洞内部の空気圧力を所定圧力に保ってから発電を開始する。
If it is determined in S2 that Tstack exceeds the predetermined temperature Ts, the process proceeds to S3, the inlet
このような構成にすることで、図2に示すように、中空集電板の空洞内部の空気圧力を上昇させると、燃料電池スタックの接触抵抗が低下するため、TstackがTs以下である場合は、燃料電池スタックの接触抵抗が高い状態で発電させることができ、TstackがTs以上となったら、燃料電池スタックの接触抵抗を小さくすることができる。また、中空集電板の空洞内部に空気を導入しているため、空気の熱伝導率が小さいため、燃料電池スタック端部からの放熱を防止することができる。 With such a configuration, as shown in FIG. 2, when the air pressure inside the hollow of the hollow current collector plate is increased, the contact resistance of the fuel cell stack is lowered. Therefore, when Tstack is Ts or less, The power generation can be performed with the contact resistance of the fuel cell stack being high, and the contact resistance of the fuel cell stack can be reduced when Tstack is equal to or higher than Ts. Further, since air is introduced into the hollow current collector plate, the heat conductivity of the air is small, so that heat dissipation from the end of the fuel cell stack can be prevented.
本実施例によれば、燃料電池スタックの接触抵抗が高い状態で発電させると、ジュール熱が大きくなるため、燃料電池スタックの昇温を促進させることができ、燃料電池スタック温度Tstackが所定温度Tsに達したら燃料電池スタックの接触抵抗を小さくしているので、発電性能低下を防止することができるという効果がある。 According to the present embodiment, when power generation is performed in a state where the contact resistance of the fuel cell stack is high, Joule heat increases, so that the temperature rise of the fuel cell stack can be promoted, and the fuel cell stack temperature Tstack is equal to the predetermined temperature Ts. Since the contact resistance of the fuel cell stack is reduced, the power generation performance can be prevented from being lowered.
また中空集電板の空洞内部の空気は熱伝導率が小さいため、スタック端部からの放熱を抑制し、燃料電池スタックの昇温をより促進することができるという効果がある。さらに、空気は燃料電池の酸化剤として燃料電池システムに導入されるため、新たに中空集電板の空洞内部に注入する流体を搭載する必要がなくなり、燃料電池システムを簡素化することができる。 In addition, since the air inside the hollow of the hollow current collector plate has a low thermal conductivity, there is an effect that the heat release from the stack end can be suppressed and the temperature rise of the fuel cell stack can be further promoted. Furthermore, since air is introduced into the fuel cell system as an oxidant for the fuel cell, there is no need to newly install a fluid to be injected into the cavity of the hollow current collector plate, and the fuel cell system can be simplified.
図6は、本発明に係る燃料電池システム1の実施例2の構成を説明する概略構成図である。本実施例の燃料電池システムは、中空集電板の空洞内部に、流体として燃料電池を冷却するクーラントを導入し、圧力制御機構は、このクーラントの圧力を制御することを特徴としている。 FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating the configuration of the second embodiment of the fuel cell system 1 according to the present invention. The fuel cell system of the present embodiment is characterized in that a coolant for cooling the fuel cell is introduced as a fluid into the hollow current collector plate, and the pressure control mechanism controls the pressure of the coolant.
図6において、燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2の両端部の正極側の中空集電板3a及び負極側の中空集電板3bと、空気供給配管4と、空気排出配管11と、水素供給配管16と、水素排出配管17と、燃料電池スタック2の温度を検出する温度センサ19と、中空集電板3aと3bの空洞部を連結する連結配管20と、コントロールユニット21と、クーラントタンク30と、クーラントポンプ31と、クーラント配管32,36,37,38,39,40,42と、入口側切換弁33と、コンプレッサ35と、注入側弁34と、排出側弁43と、圧力計44と、出口側切換弁45と、ラジエータ41とを備えている。
In FIG. 6, the fuel cell system 1 includes a
クーラントタンク30に貯留された不凍液等のクーラントは、クーラントポンプ31により圧送され、入口側切換弁33により燃料電池スタック2を冷却するためのクーラント供給配管36か、或いはコンプレッサ35へクーラントを供給するクーラント供給配管37かが選択される。
The coolant such as antifreeze stored in the
クーラント供給配管37は、コンプレッサ35にクーラントを供給し、コンプレッサ35は、クーラントを加圧して注入側弁34を介して、中空集電板3aの空洞内部へ加圧されたクーラントを供給可能となっている。
The
中空集電板3aの空洞部は、連結配管20を介して、中空集電板3bの空洞部と連結されている。また、中空集電板3bの空洞部は、圧力計44,排出側弁43に連通し、空洞部の圧力が圧力計で計測されるようになっている。
The hollow portion of the hollow
排出側弁43は、クーラント配管38、出口側切換弁45、クーラント配管40,ラジエータ41,クーラント配管42を介してクーラントタンク30へ、中空集電板3a,3bの空洞部のクーラントの圧力を逃がすことができるようになっている。
The discharge side valve 43 releases the coolant pressure in the hollow portions of the hollow
燃料電池システムの通常運転時には、入口側切換弁33は、クーラント配管32とクーラント配管36とを連通し、出口側切換弁45は、クーラント配管39とクーラント配管40とを連通している。これにより、通常運転時には、クーラントタンク30,クーラントポンプ31,クーラント配管32,クーラント配管36,燃料電池スタック2,クーラント配管39,クーラント配管40,ラジエータ41,クーラント配管42、クーラントタンク30という経路でクーラントが循環して、燃料電池スタック2を適温に維持できるようになっている。
During normal operation of the fuel cell system, the inlet side switching valve 33 communicates the
ここで、コントロールユニット21は、燃料電池システムの起動時に、温度センサ19の検出値に応じて、コンプレッサ35、入口側切換弁33,注入側弁34、排出側弁43、出口側切換弁45を制御する。コントロールユニット21、温度センサ19、コンプレッサ35、入口側切換弁33、注入側弁34、排出側弁43、及び出口側切換弁45は、中空集電板3a,3bの空洞内部の圧力を制御する圧力制御機構を構成している。
Here, the
本実施例におけるコントロールユニット21における制御は、図5に示した実施例1における制御とほぼ同様であるので、フローチャートを参照した説明は省略する。
Since the control in the
本実施例によれば、クーラントは燃料電池スタックの冷却媒体として燃料電池システムに搭載されているため、新たに中空集電板の空洞内部に注入する流体を搭載する必要がなくなり、燃料電池システムを簡素化することができる。 According to this embodiment, since the coolant is mounted in the fuel cell system as a cooling medium for the fuel cell stack, there is no need to newly install a fluid to be injected into the cavity of the hollow current collector plate. It can be simplified.
図7は、本発明に係る燃料電池システム1の実施例3の構成を説明する概略構成図である。本実施例の燃料電池システムは、中空集電板の空洞内部に、流体として水素を導入し、圧力制御機構は、この水素の圧力を制御することを特徴としている。 FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating the configuration of Example 3 of the fuel cell system 1 according to the present invention. The fuel cell system of the present embodiment is characterized in that hydrogen is introduced as a fluid into the hollow current collector plate, and the pressure control mechanism controls the hydrogen pressure.
図7において、燃料電池システム1は、燃料電池スタック2と、燃料電池スタック2の両端部の正極側の中空集電板3a及び負極側の中空集電板3bと、空気供給配管4と、空気排出配管11と、水素タンク51と、水素供給配管52と、水素圧力調整弁53と、燃料電池スタック2のアノードへ水素を供給する水素供給配管16と、中空集電板3aの空洞内部へ水素を注入する注入側弁54と、中空集電板3bの空洞内部の圧力を検出する圧力計55と、中空集電板3bの空洞内部から水素を排出する排出側弁57と、水素排出配管17と、燃料電池スタック2の温度を検出する温度センサ19と、中空集電板3aと3bの空洞部を連結する連結配管20と、コントロールユニット21とを備えている。
In FIG. 7, the fuel cell system 1 includes a
水素タンク51に貯蔵された高圧水素は、水素圧力調整弁53により燃料電池の運転圧力まで減圧されて、燃料電池スタック2のアノードに供給される。燃料電池スタック2のアノードで使用されなかった水素は、水素排出配管17を介して排出される。
The high-pressure hydrogen stored in the
また、水素タンク51は、水素供給配管52を介して注入側弁54に水素を供給し、注入側弁54は、水素を減圧して中空集電板3aの空洞内部へ圧力調整された水素を供給可能となっている。水素タンク51に貯蔵された水素は高圧であるため、注入側弁54により減圧するだけで所望の圧力が得られ、中空集電板の空洞内部の圧力を高めるためにエネルギーを消費することがない。
Further, the
中空集電板3aの空洞部は、連結配管20を介して、中空集電板3bの空洞部と連結されている。また、中空集電板3bの空洞部は、圧力計55,排出側弁57に連通し、空洞部の圧力が圧力計で計測されるようになっている。
The hollow portion of the hollow
排出側弁57は、水素排出配管17を介して、中空集電板3a,3bの空洞部の高圧水素を逃がすことができるようになっている。
The discharge side valve 57 can escape the high-pressure hydrogen in the hollow portions of the hollow
ここで、コントロールユニット21は、燃料電池システムの起動時に、温度センサ19の検出値に応じて、注入側弁54、排出側弁57を制御する。コントロールユニット21、温度センサ19、注入側弁54、排出側弁57は、中空集電板3a,3bの空洞内部の圧力を制御する圧力制御機構を構成している。
Here, the
本実施例におけるコントロールユニット21における制御は、図5に示した実施例1における制御とほぼ同様であるので、フローチャートを参照した説明は省略する。
Since the control in the
本実施例によれば、燃料電池スタックの燃料として使用される水素を用いて中空集電板の空洞内部の圧力を制御するため、新たに中空集電板の空洞内部に注入する流体を搭載する必要がなくなり、燃料電池システムを簡素化することができ、中空集電板の空洞内部の圧力を高めるために必要となるエネルギーを節約することができるという効果がある。 According to this embodiment, in order to control the pressure inside the cavity of the hollow current collector plate using hydrogen used as the fuel of the fuel cell stack, a new fluid to be injected into the cavity of the hollow current collector plate is mounted. This eliminates the need to simplify the fuel cell system and to save energy required to increase the pressure inside the hollow of the hollow current collector plate.
1:燃料電池システム
2:燃料電池スタック
3a、3b:中空集電板
4,8,9,10:空気供給配管
5:入口側切換弁
6:コンプレッサ
7:注入側弁
11,14,15:空気排出配管
12:圧力計
13:排出側弁
16:出口側切換弁
17:水素供給配管
18:水素排出配管
19:温度センサ
20:連結配管
21:コントロールユニット
1: Fuel cell system 2:
Claims (6)
前記燃料電池スタックの正極および負極の少なくとも一方に配された内部が空洞の中空集電板と、
前記中空集電板の空洞内部の流体の圧力を制御する圧力制御機構と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A membrane electrode assembly in which a fuel electrode is formed on one surface of a polymer electrolyte membrane and an oxidizer electrode is formed on the other surface, and a separator having a flow path for supplying fuel and oxidant to the membrane electrode assembly In a fuel cell system including a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells including
A hollow current collector plate having a hollow interior disposed in at least one of a positive electrode and a negative electrode of the fuel cell stack;
A pressure control mechanism for controlling the pressure of the fluid inside the cavity of the hollow current collector plate;
A fuel cell system comprising:
前記圧力制御機構は、前記温度検出手段が検出した温度が所定温度以下のときは、前記空洞内部の流体の圧力を所定圧力未満とし、前記温度検出手段が検出した温度が前記所定温度以上となったら、前記空洞内部の流体の圧力を所定圧力にすることを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 Comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the fuel cell stack;
When the temperature detected by the temperature detection unit is equal to or lower than a predetermined temperature, the pressure control mechanism sets the pressure of the fluid inside the cavity below a predetermined pressure, and the temperature detected by the temperature detection unit becomes equal to or higher than the predetermined temperature. The fuel cell system according to claim 1, wherein the pressure of the fluid inside the cavity is set to a predetermined pressure.
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