JP2006164876A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of removing moisture from the inside of the fuel cell by power saving. <P>SOLUTION: The fuel cell 10 in which a plurality of cells 100 for generating electric energy by electrochemical reaction between air and hydrogen are laminated, and an air supply passage 20a through which the air supplied from an air supply means 21 to the fuel cell 10 passes are installed, and at both ends in a laminating direction of the cells 100 of the fuel cell 10, a plurality of air inlets 23a, 23b for introducing the air into the fuel cell 10 are installed, and the air supply passage 20a is connected to the respective air inlets 23a, 23b. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水素と酸素との電気化学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶およびポータブル発電機等の移動体用発電機、あるいは家庭用発電機に適用して有効である。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The present invention relates to a generator for a mobile body such as a vehicle, a ship, and a portable generator, or a household generator. It is effective to apply.

従来より、水素と空気（酸素）との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムが知られている。燃料電池のセルの積層方向における両端のセルは、外気との接触面積が大きいため冷却されやすく、電気化学反応で生じた生成水が凝縮しやすい。さらに、燃料電池システムでは、一般的に、空気が燃料電池（ＦＣスタック）のセルの積層方向に供給され、セル内部を通過した後で空気入口と同じ端面から排出されるように構成されているため、空気入口から遠い奥側のセル内部での空気流量は少なくなる。これにより、燃料電池の空気入口から遠い奥側のセル内部には生成水が滞留しやすくなる。そして、この奥側のセルに滞留した生成水がセパレータで形成された流路を閉塞すると、フラッディングと呼ばれる状態となって空気の流通が阻害され、燃料電池の出力が低下する。   2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system that generates power using an electrochemical reaction between hydrogen and air (oxygen) is known. The cells at both ends of the fuel cell in the stacking direction have a large contact area with the outside air, and thus are easily cooled, and the water produced by the electrochemical reaction is likely to condense. Further, in the fuel cell system, generally, air is supplied in the stacking direction of the cells of the fuel cell (FC stack), and after passing through the inside of the cell, is discharged from the same end surface as the air inlet. Therefore, the air flow rate in the cell on the far side far from the air inlet is reduced. As a result, the generated water tends to stay inside the cell on the far side far from the air inlet of the fuel cell. Then, when the generated water staying in the cell on the back side closes the flow path formed by the separator, the state is called flooding, the air flow is hindered, and the output of the fuel cell is lowered.

このため、燃料電池に供給する空気の過剰率を上げることによって生成水を燃料電池外へ押し出すことが行われている。   For this reason, the generated water is pushed out of the fuel cell by increasing the excess ratio of air supplied to the fuel cell.

また、燃料電池の空気入口と空気出口を切り替えて空気の流れの方向を逆転させることによって、電解質の含水率を均一化する燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１５８０２３号公報 In addition, a fuel cell system has been proposed in which the moisture content of the electrolyte is made uniform by switching the air inlet and the air outlet of the fuel cell to reverse the direction of the air flow (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-158023

しかしながら、上記特許文献１に記載の燃料電池システムのように、空気入口と空気出口を切り替えても、奥側にあるセルの空気流量が少なくなる点は改善されず、空気入口から離れた奥側のセルでは、生成水が滞留しやすいという問題がある。   However, as in the fuel cell system described in Patent Document 1, even if the air inlet and the air outlet are switched, the point that the air flow rate of the cell on the back side is reduced is not improved, and the back side away from the air inlet This cell has a problem that the generated water tends to stay.

また、燃料電池に供給する空気の過剰率を上げることによって生成水を燃料電池外へ押し出す場合には、空気ポンプの消費動力が増大するという問題がある。   In addition, when the generated water is pushed out of the fuel cell by increasing the excess ratio of air supplied to the fuel cell, there is a problem that the power consumption of the air pump increases.

本発明は、上記点に鑑み、省動力で燃料電池内部より水分を除去可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of removing moisture from the inside of the fuel cell with power saving.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させるセル（１００）が複数積層された燃料電池（１０）と、酸化剤ガス供給手段（２１）から燃料電池（１０）に供給される酸化剤ガスが通過する酸化剤ガス供給流路（２０ａ）とを備え、燃料電池（１０）には、セル（１００）の積層方向の両端に、燃料電池（１０）内に酸化剤ガスを導入する複数の酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）が設けられており、酸化剤ガス供給流路（２０ａ）は、酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれに接続されていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (10) in which a plurality of cells (100) for generating electric energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked; An oxidant gas supply channel (20a) through which an oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means (21) to the fuel cell (10) passes, and the fuel cell (10) includes a stack of cells (100). A plurality of oxidant gas inlets (23a, 23b) for introducing an oxidant gas into the fuel cell (10) are provided at both ends in the direction, and the oxidant gas supply channel (20a) is provided with an oxidant gas inlet. It is characterized by being connected to each of (23a, 23b).

このように、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端から酸化剤ガスを供給することで、各セル（１００）における酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）側の圧力が高くなり、生成水を効率よく押し流すことができる。このため、省動力で燃料電池（１０）内部より水分を除去することが可能となる。   Thus, by supplying the oxidant gas from both ends of the fuel cell (10) in the stacking direction of the cell (100), the pressure on the oxidant gas inlet (23a, 23b) side in each cell (100) is increased. The generated water can be washed away efficiently. For this reason, it becomes possible to remove moisture from the inside of the fuel cell (10) with power saving.

また、請求項２および３に記載の発明では、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させるセル（１００）が複数積層された燃料電池（１０）と、酸化剤ガス供給手段（２１）から燃料電池（１０）に供給される酸化剤ガスが通過する酸化剤ガス供給流路（２０ａ）とを備え、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端に、燃料電池（１０）から電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスを排出する複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）が設けられていることを備えることを特徴としている。   In the inventions of claims 2 and 3, the fuel cell (10) in which a plurality of cells (100) for generating electric energy by the electrochemical reaction between the oxidant gas and the fuel gas are stacked, and the oxidant gas supply An oxidant gas supply channel (20a) through which the oxidant gas supplied from the means (21) to the fuel cell (10) passes, and at both ends in the stacking direction of the cells (100) of the fuel cell (10), A plurality of oxidant gas outlets (24a, 24b) for discharging unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction from the fuel cell (10) are provided.

このように、生成水が滞留しやすい燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端から未反応の酸化剤ガスを排出することで、各セル（１００）における酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）側の圧力が低くなり、生成水を効率よく押し流すことができる。このため、省動力で燃料電池（１０）内部より水分を除去することが可能となる。   In this way, by discharging the unreacted oxidant gas from both ends in the stacking direction of the cell (100) of the fuel cell (10) in which the produced water tends to stay, the oxidant gas outlet (24a) in each cell (100) is discharged. , 24b) pressure is reduced, and the generated water can be washed away efficiently. For this reason, it becomes possible to remove moisture from the inside of the fuel cell (10) with power saving.

また、請求項４に記載の発明では、前記酸化剤ガス供給流路（２０ａ）に設けられ、酸化剤ガス供給手段（２１）から供給される酸化剤ガスが、複数の酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）の少なくとも１つに供給されるように、酸化剤ガスの流路を切り替える酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）を備えることを特徴としている。   In the invention according to claim 4, the oxidant gas provided from the oxidant gas supply means (21) provided in the oxidant gas supply channel (20a) is supplied with a plurality of oxidant gas inlets (23a). , 23b) is provided with oxidant gas supply flow path switching means (25) for switching the flow path of the oxidant gas so as to be supplied to at least one of them.

これにより、酸化剤ガスを燃料電池（１０）に供給する際に、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の片側から供給するか、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両側から供給するかを切り替えることができる。   Thereby, when supplying oxidant gas to a fuel cell (10), it supplies from the one side of the lamination direction of the cell (100) of a fuel cell (10), or lamination | stacking of the cell (100) of a fuel cell (10). Whether to supply from both sides of the direction can be switched.

また、請求項５に記載の発明のように、酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）は、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差によって、燃料電池（１０）に供給する酸化剤ガスの流路を切り替えることができる。これにより、酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）を作動させるのに新たな動力を必要としないため、燃料電池（１０）に供給する酸化剤ガスの流路を、省動力で切り替えることができる。   Further, as in the invention described in claim 5, the oxidant gas supply flow path switching means (25) is caused by the pressure difference of the oxidant gas at both ends in the stacking direction of the cells (100) of the fuel cell (10). The flow path of the oxidant gas supplied to the fuel cell (10) can be switched. Thereby, since no new power is required to operate the oxidant gas supply flow path switching means (25), the flow path of the oxidant gas supplied to the fuel cell (10) can be switched with power saving. it can.

また、請求項６に記載の発明では、酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）は、複数の酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれに対応する酸化剤ガス排出口（２５１、２５２）と、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端の圧力差によって作動することで、酸化剤ガス排出口（２５１、２５２）の流路断面積を調整する弁体（２５５）とを備えることを特徴としている。   In the invention described in claim 6, the oxidant gas supply channel switching means (25) is provided with the oxidant gas discharge ports (251, 252) corresponding to the respective oxidant gas inlets (23a, 23b). And a valve body (255) that adjusts the cross-sectional area of the oxidant gas discharge port (251, 252) by being operated by a pressure difference between both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). It is characterized by having.

これにより、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差に対応して、酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）に供給される酸化剤ガス流量を調節することができる。   Accordingly, the flow rate of the oxidant gas supplied to the oxidant gas inlets (23a, 23b) is adjusted in accordance with the pressure difference of the oxidant gas at both ends in the stacking direction of the cell (100) of the fuel cell (10). be able to.

また、請求項７に記載の発明では、燃料電池（１０）から排出される電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスが、複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）の少なくとも１つから排出されるように、酸化剤ガスの流路を切り替える酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）を備えることを特徴としている。   In the invention according to claim 7, unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction discharged from the fuel cell (10) is at least one of the plurality of oxidant gas outlets (24a, 24b). An oxidant gas discharge flow path switching means (26) for switching the flow path of the oxidant gas so as to be discharged from one is provided.

これにより、未反応の酸化剤ガスを燃料電池（１０）から排出する際に、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の片側から排出するか、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両側から排出するかを切り替えることができる。   Thus, when unreacted oxidant gas is discharged from the fuel cell (10), it is discharged from one side in the stacking direction of the cells (100) of the fuel cell (10) or the cells (100) of the fuel cell (10). ) To be discharged from both sides in the stacking direction.

また、請求項８に記載の発明のように、酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）は、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差によって、燃料電池（１０）から排出される電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスの流路を切り替えることができる。これにより、酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）を作動させるのに新たな動力を必要としないため、燃料電池（１０）から排出される未反応の酸化剤ガスの流路を、省動力で切り替えることができる。   Further, as in the invention described in claim 8, the oxidant gas discharge flow path switching means (26) is caused by the pressure difference of the oxidant gas at both ends in the stacking direction of the cells (100) of the fuel cell (10). The flow path of the unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction discharged from the fuel cell (10) can be switched. Thus, since no new power is required to operate the oxidant gas discharge flow path switching means (26), the flow path of unreacted oxidant gas discharged from the fuel cell (10) is saved. Can be switched.

また、請求項９に記載の発明では、酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）は、複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）のそれぞれに対応する酸化剤ガス導入口（２６０、２６１）と、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端の圧力差によって作動することで、酸化剤ガス導入口（２６０、２６１）の流路断面積を調整する弁体（２６５）とを備えることを特徴としている。   In the invention according to claim 9, the oxidant gas discharge channel switching means (26) is provided with the oxidant gas inlets (260, 261) corresponding to the respective oxidant gas outlets (24a, 24b). And a valve body (265) that adjusts the flow path cross-sectional area of the oxidant gas inlet (260, 261) by being operated by a pressure difference between both ends in the stacking direction of the cell (100) of the fuel cell (10). It is characterized by having.

これにより、燃料電池（１０）のセル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差に対応して、酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）から排出される酸化剤ガス流量を調節することができる。   Thus, the flow rate of the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlets (24a, 24b) is adjusted in accordance with the pressure difference of the oxidant gas at both ends in the stacking direction of the cell (100) of the fuel cell (10). be able to.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１および図２に基づいて説明する。図１は、本第１実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、この燃料電池システムは例えば電気自動車に適用される。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to the first embodiment. This fuel cell system is applied to, for example, an electric vehicle.

図１に示すように、本第１実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池１０（ＦＣスタック）を備えている。この燃料電池１０は、電気負荷１１や２次電池（図示せず）等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行駆動源としての電動モータが電気負荷に相当する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell 10 (FC stack) that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 supplies electric power to electric devices such as an electric load 11 and a secondary battery (not shown). Incidentally, in the case of an electric vehicle, an electric motor as a vehicle driving source corresponds to an electric load.

本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。セルは、電解質膜の両側面に電極が配置されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：電解質・電極接合体）と、このＭＥＡを挟持する空気側セパレータおよび水素側セパレータで構成されている。空気側セパレータには、セル内に空気を流すための空気流路溝が形成されている。セパレータは、カーボン材または導電性金属よりなる板状部材からなる。燃料電池１０では、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。   In the first embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and a plurality of cells serving as basic units are stacked and electrically connected in series. The cell includes an MEA (Membrane Electrode Assembly) in which electrodes are arranged on both sides of the electrolyte membrane, and an air-side separator and a hydrogen-side separator that sandwich the MEA. The air-side separator is formed with an air flow channel for flowing air into the cell. The separator is made of a plate member made of a carbon material or a conductive metal. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

（負極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（正極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極（正極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の水素極（負極）側に水素を供給するための水素流路３０が設けられている。ここで、空気流路２０における燃料電池１０より上流側を空気供給流路２０ａといい、下流側を空気排出流路２０ｂという。また、水素流路３０における燃料電池１０より上流側を水素供給流路３０ａといい、下流側を水素排出流路３０ｂという。なお、空気は本発明の酸化剤ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。 (Negative electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Positive electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The fuel cell system includes an air flow path 20 for supplying air (oxygen) to the air electrode (positive electrode) side of the fuel cell 10 and hydrogen for supplying hydrogen to the hydrogen electrode (negative electrode) side of the fuel cell 10. A flow path 30 is provided. Here, the upstream side of the fuel cell 10 in the air channel 20 is referred to as an air supply channel 20a, and the downstream side is referred to as an air discharge channel 20b. Further, the upstream side of the fuel cell 10 in the hydrogen channel 30 is referred to as a hydrogen supply channel 30a, and the downstream side is referred to as a hydrogen discharge channel 30b. Air corresponds to the oxidant gas of the present invention, and hydrogen corresponds to the fuel gas of the present invention.

空気供給流路２０ａの最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための空気ポンプ２１が設けられ、空気供給流路２０ａにおける空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気への加湿を行う加湿器２２が設けられている。   An air pump 21 for pressure-feeding air sucked from the atmosphere to the fuel cell 10 is provided at the most upstream portion of the air supply channel 20a, and between the air pump 21 and the fuel cell 10 in the air supply channel 20a. Is provided with a humidifier 22 for humidifying the air.

空気排出流路２０ｂには、燃料電池１０に供給される空気の圧力を調整するための空気調圧弁２５が設けられている。   An air pressure adjusting valve 25 for adjusting the pressure of the air supplied to the fuel cell 10 is provided in the air discharge channel 20b.

水素供給流路３０ａの最上流部には、水素が充填された水素タンク３１が設けられ、水素供給流路３０ａにおける水素タンク３１と燃料電池１０との間には、燃料電池１０に供給される水素の圧力を調整するための水素調圧弁３２と、水素への加湿を行う加湿器３３が設けられている。   A hydrogen tank 31 filled with hydrogen is provided in the uppermost stream portion of the hydrogen supply flow path 30a, and is supplied to the fuel cell 10 between the hydrogen tank 31 and the fuel cell 10 in the hydrogen supply flow path 30a. A hydrogen pressure regulating valve 32 for adjusting the hydrogen pressure and a humidifier 33 for humidifying the hydrogen are provided.

水素排出流路３０ｂは、水素供給流路３０ａにおける水素調圧弁３２の下流側に接続されて閉ループに構成されており、これにより水素流路３０内で水素を循環させて、燃料電池１０での未使用水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。そして、水素排出流路３０ｂには、水素流路３０内で水素を循環させるための水素ポンプ３４が設けられている。   The hydrogen discharge passage 30b is connected to the downstream side of the hydrogen pressure regulating valve 32 in the hydrogen supply passage 30a and is configured in a closed loop, whereby hydrogen is circulated in the hydrogen passage 30 and the fuel cell 10 Unused hydrogen is resupplied to the fuel cell 10. The hydrogen discharge channel 30 b is provided with a hydrogen pump 34 for circulating hydrogen in the hydrogen channel 30.

燃料電池制御部４０（ＦＣ−ＥＣＵ）は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、燃料電池制御部４０は、演算結果に基づいて、空気ポンプ２１、加湿器２２、３３、空気調圧弁２５、水素調圧弁３２、水素ポンプ３４に制御信号を出力する。   The fuel cell control unit 40 (FC-ECU) is configured by a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like and its peripheral circuits. Then, the fuel cell control unit 40 outputs control signals to the air pump 21, the humidifiers 22, 33, the air pressure regulating valve 25, the hydrogen pressure regulating valve 32, and the hydrogen pump 34 based on the calculation result.

図２は、本第１実施形態の燃料電池システムの要部を示す模式図である。図２では、水素流路３０の図示を省略している。なお、図中の矢印は燃料電池１０内の空気の流れを示している。   FIG. 2 is a schematic diagram showing a main part of the fuel cell system according to the first embodiment. In FIG. 2, illustration of the hydrogen flow path 30 is omitted. In addition, the arrow in a figure has shown the flow of the air in the fuel cell 10. FIG.

図２に示すように、燃料電池１０のセル１００の積層方向の両端（以下、燃料電池１０の両端という）には、燃料電池１０に空気を供給する第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂがそれぞれ設けられている。また、空気供給流路２０ａは、加湿器２２と第１の空気入口２３ａとの間で分岐して、２つの空気入口２３ａ、２３ｂに接続している。
第１の空気入口２３ａから導入された空気は、燃料電池１０の中央付近より紙面左側のセル１００に供給される。また、第２の空気入口２３ｂから導入された空気は、燃料電池１０の中央付近より紙面右側のセル１００に供給される。途中、空気は各セル１００の内部に流入し、紙面上側から下側に向かって流れる。そして、各セル１００の内部を通過した空気が合流して、燃料電池１０の空気出口２４から排出される。 As shown in FIG. 2, a first air inlet 23 a for supplying air to the fuel cell 10 and a second air are provided at both ends in the stacking direction of the cells 100 of the fuel cell 10 (hereinafter referred to as both ends of the fuel cell 10). An inlet 23b is provided. The air supply channel 20a branches between the humidifier 22 and the first air inlet 23a and is connected to the two air inlets 23a and 23b.
The air introduced from the first air inlet 23 a is supplied to the cell 100 on the left side of the drawing from near the center of the fuel cell 10. Further, the air introduced from the second air inlet 23b is supplied to the cell 100 on the right side of the drawing from the vicinity of the center of the fuel cell 10. On the way, air flows into each cell 100 and flows from the upper side to the lower side of the page. Then, the air that has passed through the inside of each cell 100 joins and is discharged from the air outlet 24 of the fuel cell 10.

次に、上記構成の燃料電池システムの作動を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system configured as described above will be described.

燃料電池システムによる発電を開始するには、空気ポンプ２１および水素ポンプ３４を運転させ、水素調圧弁３２を開放させる。この状態で、空気ポンプ２１から空気供給流路２０ａに導入された空気は、加湿器２２で加湿され、第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂから燃料電池１０に供給される。   In order to start power generation by the fuel cell system, the air pump 21 and the hydrogen pump 34 are operated, and the hydrogen pressure regulating valve 32 is opened. In this state, the air introduced from the air pump 21 into the air supply flow path 20a is humidified by the humidifier 22, and is supplied to the fuel cell 10 from the first air inlet 23a and the second air inlet 23b.

図２中の矢印で示すように、第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂから燃料電池１０内に供給された空気は、上述のように燃料電池１０の各セル１００に供給される。そして、水素タンク３１から水素供給流路３０ａを介して供給された水素と電気化学反応し、電気エネルギを発生させる。   As indicated by the arrows in FIG. 2, the air supplied from the first air inlet 23a and the second air inlet 23b into the fuel cell 10 is supplied to each cell 100 of the fuel cell 10 as described above. . Then, it electrochemically reacts with hydrogen supplied from the hydrogen tank 31 via the hydrogen supply flow path 30a to generate electric energy.

電気化学反応に用いられなかった空気（オフガス）は、燃料電池１０から空気排出流路２０ｂに排出され、さらに空気排出流路２０ｂから大気中に放出される。同様に、電気化学反応に用いられなかった未使用水素は、水素ポンプ３４により燃料電池１０に再供給される。   Air (off-gas) that has not been used in the electrochemical reaction is discharged from the fuel cell 10 to the air discharge channel 20b, and is further released into the atmosphere from the air discharge channel 20b. Similarly, unused hydrogen that has not been used in the electrochemical reaction is resupplied to the fuel cell 10 by the hydrogen pump 34.

また、この電気化学反応により、空気極側では水が生成する。この燃料電池１０内部の水分は、オフガスとともに空気出口２４から外部に排出される。   In addition, water is generated on the air electrode side by this electrochemical reaction. The water inside the fuel cell 10 is discharged to the outside through the air outlet 24 together with the off gas.

このとき、第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂにより燃料電池１０の両端から空気を燃料電池１０内に導入することで、燃料電池１０の両端近傍にあるセル１００の空気入口側の圧力を大きくすることができ、各セル１００における空気入口側と空気出口側の圧力差を大きくすることができる。このため、空気がセル１００内を通過する際の空気の流速が速くなり、セル１００内に滞留した生成水を空気で押し流し、効率よく燃料電池１０外へ排出することができる。   At this time, air is introduced into the fuel cell 10 from both ends of the fuel cell 10 through the first air inlet 23a and the second air inlet 23b. The pressure can be increased, and the pressure difference between the air inlet side and the air outlet side in each cell 100 can be increased. For this reason, the flow velocity of the air when the air passes through the cell 100 is increased, and the generated water staying in the cell 100 can be washed away with the air and efficiently discharged out of the fuel cell 10.

このように、燃料電池１０の両端から供給された空気の流体エネルギで生成水を押し流すことができ、省動力で燃料電池１０内部より水分を除去することが可能となる。   Thus, the generated water can be swept away by the fluid energy of the air supplied from both ends of the fuel cell 10, and the water can be removed from the inside of the fuel cell 10 with power saving.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、空気出口２４ａ、２４ｂを燃料電池１０の両端に設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that air outlets 24 a and 24 b are provided at both ends of the fuel cell 10. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図３は、本第２実施形態の燃料電池システムの要部を示す模式図である。図３では、水素流路３０の図示を省略している。図３に示すように、燃料電池１０の両端には、燃料電池１０からオフガスを排出する第１の空気出口２４ａおよび第２の空気出口２４ｂがそれぞれ設けられている。これらの空気出口２４ａ、２４ｂは、ともに空気排出流路２０ｂに接続されている。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the main part of the fuel cell system of the second embodiment. In FIG. 3, illustration of the hydrogen flow path 30 is omitted. As shown in FIG. 3, a first air outlet 24a and a second air outlet 24b for discharging off-gas from the fuel cell 10 are provided at both ends of the fuel cell 10, respectively. These air outlets 24a and 24b are both connected to the air discharge channel 20b.

燃料電池１０の空気入口２３から導入された空気は、燃料電池１０の空気入口２３から遠い奥側に向かって流れる途中で各セル１００の内部に流入し、紙面上側から下側に向かって流れる。そして、燃料電池１０の中央付近より紙面左側の各セル１００を通過した空気は、合流して燃料電池１０の第１の空気出口２４ａから排出される。また、燃料電池１０の中央付近より紙面右側の各セル１００を通過した空気は、合流して燃料電池１０の第２の空気出口２４ｂから排出される。   The air introduced from the air inlet 23 of the fuel cell 10 flows into the inside of each cell 100 while flowing toward the far side far from the air inlet 23 of the fuel cell 10 and flows from the upper side to the lower side of the drawing. Then, the air that has passed through each cell 100 on the left side of the page from the vicinity of the center of the fuel cell 10 joins and is discharged from the first air outlet 24 a of the fuel cell 10. Further, the air that has passed through each cell 100 on the right side of the paper from the vicinity of the center of the fuel cell 10 joins and is discharged from the second air outlet 24 b of the fuel cell 10.

このとき、燃料電池１０の第１の空気出口２４ａおよび第２の空気出口２４ｂにより燃料電池１０の両端から空気を排出することで、燃料電池１０の両端近傍にあるセル１００の空気出口側の圧力を小さくすることができ、各セル１００における空気入口側と空気出口側の圧力差を大きくすることができる。このため、空気がセル１００内を通過する際の空気の流速が速くなり、セル１００内に滞留した生成水を空気で押し流し、効率よく燃料電池１０外へ排出することができる。   At this time, the pressure on the air outlet side of the cell 100 in the vicinity of both ends of the fuel cell 10 by discharging air from both ends of the fuel cell 10 by the first air outlet 24a and the second air outlet 24b of the fuel cell 10. And the pressure difference between the air inlet side and the air outlet side in each cell 100 can be increased. For this reason, the flow velocity of the air when the air passes through the cell 100 is increased, and the generated water staying in the cell 100 can be washed away with the air and efficiently discharged out of the fuel cell 10.

このように、燃料電池１０の両端から空気を排出することで、空気の流体エネルギで生成水を押し流すことができ、省動力で燃料電池１０内部より水分を除去することが可能となる。   Thus, by discharging air from both ends of the fuel cell 10, the generated water can be swept away by the fluid energy of the air, and moisture can be removed from the fuel cell 10 with power saving.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、空気入口２３ａ、２３ｂおよび空気出口２４ａ、２４ｂを、それぞれ燃料電池１０の両端に設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that air inlets 23a and 23b and air outlets 24a and 24b are provided at both ends of the fuel cell 10, respectively. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図４は、本第３実施形態の燃料電池システムの要部を示す模式図である。図４では、水素流路３０の図示を省略している。図４に示すように、燃料電池１０の両端には、燃料電池１０に空気を供給する第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂがそれぞれ設けられている。これらの空気入口２３ａ、２３ｂは、ともに空気供給流路２０ａに接続されている。また、空気供給流路２０ａは、加湿器２２と第１の空気入口２３ａとの間で分岐して、２つの空気入口２３ａ、２３ｂに接続している。   FIG. 4 is a schematic diagram showing the main part of the fuel cell system of the third embodiment. In FIG. 4, illustration of the hydrogen flow path 30 is omitted. As shown in FIG. 4, a first air inlet 23a and a second air inlet 23b for supplying air to the fuel cell 10 are provided at both ends of the fuel cell 10, respectively. These air inlets 23a and 23b are both connected to the air supply flow path 20a. The air supply channel 20a branches between the humidifier 22 and the first air inlet 23a and is connected to the two air inlets 23a and 23b.

燃料電池１０の両端には、燃料電池１０からオフガスを排出する第１の空気出口２４ａおよび第２の空気出口２４ｂがそれぞれ設けられている。これらの空気出口２４ａ、２４ｂは、ともに空気排出流路２０ｂに接続されている。   At both ends of the fuel cell 10, a first air outlet 24a and a second air outlet 24b for discharging off-gas from the fuel cell 10 are provided. These air outlets 24a and 24b are both connected to the air discharge channel 20b.

第１の空気入口２３ａから導入された空気は、燃料電池の中央付近より紙面左側のセル１００に供給される。また、第２の空気入口２３ｂから導入された空気は、燃料電池１０の中央付近より紙面右側のセル１００に供給される。途中、各セル１００の内部に流入し、紙面上側から下側に向かって流れる。そして、燃料電池１０の中央付近より紙面左側の各セル１００内部を通過した空気は、合流して燃料電池１０の第１の空気出口２４ａから排出される。また、燃料電池１０の中央付近より紙面右側の各セル１００内部を通過した空気は、合流して燃料電池１０の第２の空気出口２４ｂから排出される。   The air introduced from the first air inlet 23a is supplied to the cell 100 on the left side of the drawing from near the center of the fuel cell. Further, the air introduced from the second air inlet 23 b is supplied to the cell 100 on the right side of the drawing from the vicinity of the center of the fuel cell 10. On the way, it flows into each cell 100 and flows from the upper side to the lower side of the page. The air that has passed through the inside of each cell 100 on the left side of the paper from the vicinity of the center of the fuel cell 10 joins and is discharged from the first air outlet 24 a of the fuel cell 10. Further, the air that has passed through the inside of each cell 100 on the right side of the page from the vicinity of the center of the fuel cell 10 joins and is discharged from the second air outlet 24 b of the fuel cell 10.

このとき、第１の空気入口２３ａおよび第２の空気入口２３ｂから燃料電池１０に空気を供給することで、燃料電池１０の両端近傍にあるセル１００の空気入口側の圧力を大きくすることができる。さらに、第１の空気出口２４ａおよび第２の空気出口２４ｂから空気を排出することで、燃料電池１０の両端近傍にあるセル１００の空気出口側の圧力が小さくすることができる。これにより、燃料電池１０の両端近傍にあるセル１００における空気入口側と空気出口側の圧力差を大きくすることができるため、空気がセル１００内を通過する際の空気の流速が速くなり、セル１００内に滞留した生成水を空気で押し流し、効率よく燃料電池１０外へ排出することができる。   At this time, by supplying air to the fuel cell 10 from the first air inlet 23a and the second air inlet 23b, the pressure on the air inlet side of the cell 100 in the vicinity of both ends of the fuel cell 10 can be increased. . Furthermore, by discharging air from the first air outlet 24a and the second air outlet 24b, the pressure on the air outlet side of the cell 100 in the vicinity of both ends of the fuel cell 10 can be reduced. Thereby, since the pressure difference between the air inlet side and the air outlet side in the cell 100 in the vicinity of both ends of the fuel cell 10 can be increased, the flow rate of air when the air passes through the cell 100 is increased, and the cell The generated water staying in 100 can be washed away with air and efficiently discharged out of the fuel cell 10.

このように、空気を燃料電池１０の両端から供給し、さらに両端から排出することで、空気の流体エネルギで生成水を押し流すことができ、省動力で燃料電池１０内部より水分を除去することが可能となる。   Thus, by supplying air from both ends of the fuel cell 10 and discharging it from both ends, the generated water can be swept away by the fluid energy of the air, and moisture can be removed from the fuel cell 10 with power saving. It becomes possible.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５および図６に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態と比較して、燃料電池１０に空気を供給する流路を切り替えることができる空気供給流路切替バルブ２５を設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that an air supply flow path switching valve 25 that can switch a flow path for supplying air to the fuel cell 10 is provided. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図５は本第４実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、図６は本第４実施形態に係る空気供給流路切替バルブ２５を示す模式図である。図６（ａ）は通常時における空気供給流路切替バルブ２５の状態を示し、図６（ｂ）は空気流量低下時における空気供給流路切替バルブ２５の状態を示している。   FIG. 5 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to the fourth embodiment, and FIG. 6 is a schematic diagram showing an air supply flow path switching valve 25 according to the fourth embodiment. FIG. 6A shows the state of the air supply flow path switching valve 25 at the normal time, and FIG. 6B shows the state of the air supply flow path switching valve 25 when the air flow rate is reduced.

図５および図６（ａ）、（ｂ）に示すように、空気供給流路２０ａにおける分岐点には、空気供給流路切替バルブ２５が設けられている。   As shown in FIGS. 5 and 6A, 6B, an air supply flow path switching valve 25 is provided at a branch point in the air supply flow path 20a.

空気供給流路切替バルブ２５には、空気導入口２５０、第１の空気排出口２５１、第２の空気排出口２５２、空気出口側圧力受部２５３、空気入口側圧力受部２５４および弁体２５５が設けられており、弁体２５５が紙面上下方向に動くことによって、空気の流路の切り替えが可能になっている。   The air supply flow path switching valve 25 includes an air inlet 250, a first air outlet 251, a second air outlet 252, an air outlet side pressure receiver 253, an air inlet side pressure receiver 254, and a valve body 255. The valve body 255 moves in the vertical direction on the paper surface, so that the air flow path can be switched.

空気導入口２５０は、空気供給流路２０ａにおける上流側に接続され、空気供給流路切替バルブ２５内に空気を導入する。   The air introduction port 250 is connected to the upstream side of the air supply channel 20 a and introduces air into the air supply channel switching valve 25.

第１の空気排出口２５１の下流側は燃料電池１０の第１の空気入口２３ａに接続され、第２の空気排出口２５２の下流側は第２の空気入口２３ｂに接続されている。空気供給流路切替バルブ２５内に導入された空気は、第１の空気排出口２５１もしくは第２の空気排出口２５２から排出される。第１の空気排出口２５１から排出された空気は、第１の空気入口２３ａから燃料電池１０内部に流入する。第２の空気排出口２５２から排出された空気は、第２の空気入口２３ｂから燃料電池１０内部に流入する。   The downstream side of the first air outlet 251 is connected to the first air inlet 23a of the fuel cell 10, and the downstream side of the second air outlet 252 is connected to the second air inlet 23b. The air introduced into the air supply flow path switching valve 25 is discharged from the first air discharge port 251 or the second air discharge port 252. The air discharged from the first air discharge port 251 flows into the fuel cell 10 from the first air inlet 23a. The air discharged from the second air outlet 252 flows into the fuel cell 10 from the second air inlet 23b.

弁体２５５の一端（紙面上側）は空気出口側圧力受部２５３として構成され、弁体２５５の他端（紙面下側）は空気入口側圧力受部２５４として構成されている。空気出口側圧力受部２５３は、第２の空気出口２４ｂに接続され、第２の空気出口２４ｂ部分の空気圧を受ける。空気入口側圧力受部２５４は第１の空気入口２３ａに接続され、第１の空気入口２３ａ部分の空気圧を受ける。これにより、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって、弁体２５５を動かすことができる。そして、弁体２５５が紙面上下方向に移動することによって、第１の空気排出口２５１のみを開くか、第１の空気排出口２５１および第２の空気排出口２５２を開くかを切り替えるようになっている。   One end (upper side of the paper) of the valve body 255 is configured as an air outlet side pressure receiving portion 253, and the other end (lower side of the paper surface) of the valve body 255 is configured as an air inlet side pressure receiving portion 254. The air outlet side pressure receiving portion 253 is connected to the second air outlet 24b and receives the air pressure of the second air outlet 24b portion. The air inlet side pressure receiver 254 is connected to the first air inlet 23a and receives the air pressure of the first air inlet 23a portion. Thereby, the valve body 255 can be moved by the pressure difference of the air at both ends of the fuel cell 10. Then, when the valve body 255 moves in the vertical direction on the paper surface, only the first air exhaust port 251 is opened or the first air exhaust port 251 and the second air exhaust port 252 are opened. ing.

このとき、空気排出口２５１、２５２の流路断面積は、第１の空気入口２３ａ側の端にあるセル１００の空気入口側と第２の空気出口２４ｂ側の端にあるセル１００の空気出口側との圧力差に応じて変化する。このため、各空気入口２３ａ、２３ｂに供給される空気の流量は、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって変化する。   At this time, the flow passage cross-sectional areas of the air outlets 251 and 252 are the air outlet of the cell 100 at the end of the cell 100 at the end of the first air inlet 23a and the end of the second air outlet 24b. It changes according to the pressure difference with the side. For this reason, the flow rate of air supplied to the air inlets 23 a and 23 b varies depending on the pressure difference of air at both ends of the fuel cell 10.

次に、上記構成の空気供給流路切替バルブ２５による空気供給流路の切り替えについて、図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。   Next, switching of the air supply flow path by the air supply flow path switching valve 25 having the above configuration will be described with reference to FIGS. 6 (a) and 6 (b).

図６（ａ）に示すように、第２の空気出口２４ｂ側の端の方のセル１００に生成水が滞留していない状態のとき（以下、通常時という）は、弁体２５５を紙面下側へ動かす力（＝第２の空気出口２４ｂ側の圧力×圧力受部２５３の面積）よりも、弁体２５５を紙面上側へ動かす力（＝第１の空気入口２３ａ側の圧力×圧力受部２５４の面積）の方が高いため、弁体２５５が紙面上側に押し上げられ、第１の空気排出口２５１のみが開いた状態になっており、燃料電池１０の第１の空気入口２３ａにのみ空気が供給される。
また、図６（ｂ）に示すように、第２の空気出口２４ｂ側の端の方のセル１００に生成水が滞留し、空気の流量が低下した場合は、第２の空気出口２４ｂ部分の空気圧が通常時よりも上昇する。これにより、空気出口側圧力受部２５３にかかる圧力が上昇し、弁体２５５が紙面下側に押し下げられ、第１の空気排出口２５１に加え第２の空気排出口２５２が開く。これにより、燃料電池１０の両端から燃料電池１０に空気を供給することができる。 As shown in FIG. 6A, when the generated water is not staying in the cell 100 on the end on the second air outlet 24b side (hereinafter, referred to as normal time), the valve body 255 is placed below the paper surface. Force to move the valve body 255 to the upper side of the drawing (= pressure on the first air inlet 23a × pressure receiving portion) rather than force to move to the side (= pressure on the second air outlet 24b × area of the pressure receiving portion 253) Therefore, only the first air outlet 251 is open, and only the first air inlet 23a of the fuel cell 10 has air. Is supplied.
Further, as shown in FIG. 6B, when the generated water stays in the cell 100 at the end on the second air outlet 24b side and the flow rate of the air decreases, the second air outlet 24b portion Air pressure rises more than usual. As a result, the pressure applied to the air outlet side pressure receiving portion 253 is increased, the valve body 255 is pushed down on the paper surface, and the second air discharge port 252 is opened in addition to the first air discharge port 251. Thereby, air can be supplied to the fuel cell 10 from both ends of the fuel cell 10.

以上説明したように、空気供給流路切替バルブ２２５は、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって作動するため、空気供給流路切替バルブ２２５を作動させるための動力を必要としない。したがって、省動力で燃料電池１０に供給する空気の流路を切り替えることが可能となる。   As described above, the air supply flow path switching valve 225 is operated by the difference in air pressure at both ends of the fuel cell 10, and therefore does not require power for operating the air supply flow path switching valve 225. Therefore, it is possible to switch the flow path of the air supplied to the fuel cell 10 with power saving.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図７および図８に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第２実施形態と比較して、燃料電池１０から空気を排出する流路を切り替えることができる空気排出流路切替バルブ２６を設けた点が異なるものである。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The fifth embodiment is different from the second embodiment in that an air discharge flow path switching valve 26 that can switch a flow path for discharging air from the fuel cell 10 is provided. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図７は本第５実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図で、図８は本第５実施形態に係る空気排出流路切替バルブ２６を示す模式図である。図８（ａ）は通常時における空気排出流路切替バルブ２６の状態を示し、図８（ｂ）は空気流量低下時における空気排出流路切替バルブ２６の状態を示している。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to the fifth embodiment, and FIG. 8 is a schematic diagram showing an air discharge flow path switching valve 26 according to the fifth embodiment. FIG. 8A shows the state of the air discharge flow path switching valve 26 at the normal time, and FIG. 8B shows the state of the air discharge flow path switching valve 26 when the air flow rate is reduced.

図７および図８（ａ）、（ｂ）に示すように、空気排出流路２０ｂにおける分岐点には、空気排出流路切替バルブ２６が設けられている。   As shown in FIGS. 7 and 8A and 8B, an air discharge flow path switching valve 26 is provided at a branch point in the air discharge flow path 20b.

空気排出流路切替バルブ２６には、第１の排気導入口２６０、第２の排気導入口２６１、空気排出口２６２、空気入口側圧力受部２６３、空気出口側圧力受部２６４、および弁体２６５が設けられており、弁体２６５が紙面上下方向に動くことによって、空気の流路の切り替えが可能になっている。なお、排気導入口２６０、２６１は、本発明の酸化剤ガス導入口に相当する。   The air discharge flow path switching valve 26 includes a first exhaust inlet 260, a second exhaust inlet 261, an air outlet 262, an air inlet side pressure receiver 263, an air outlet side pressure receiver 264, and a valve body. 265 is provided, and the air flow path can be switched by moving the valve body 265 in the vertical direction on the paper surface. The exhaust inlets 260 and 261 correspond to the oxidant gas inlet of the present invention.

第１の排気導入口２６０の上流側は燃料電池１０の第１の空気出口２４ａに接続され、第１の空気出口２４ａから排出されたオフガスを空気排出流路切替バルブ２６内に導入する。第２の排気導入口２６１の上流側は第２の空気出口２４ｂに接続され、第２の空気出口２４ｂから排出されたオフガスを空気排出流路切替バルブ２６内に導入する。   The upstream side of the first exhaust introduction port 260 is connected to the first air outlet 24 a of the fuel cell 10, and introduces the off gas discharged from the first air outlet 24 a into the air discharge flow path switching valve 26. The upstream side of the second exhaust introduction port 261 is connected to the second air outlet 24 b, and introduces the off gas discharged from the second air outlet 24 b into the air discharge flow path switching valve 26.

空気排出口２６２は、空気排出流路２０ｂにおける下流側に接続され、空気排出流路切替バルブ２６内のオフガスを排出する。   The air discharge port 262 is connected to the downstream side of the air discharge flow path 20b, and discharges off-gas in the air discharge flow path switching valve 26.

弁体２６５の一端（紙面上側）は、空気入口側圧力受部２６３として構成され、弁体２６５の他端（紙面下側）は空気出口側圧力受部２６４として構成されている。空気入口側圧力受部２６３は、第１の空気入口２３ａに接続され、第１の空気入口２３ａ部分の空気圧を受ける。空気出口側圧力受部２６４は、第２の空気出口２４ｂに接続され、第２の空気出口２４ｂ部分の空気圧を受ける。これにより、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって、弁体２６５を動かすことができる。そして、弁体２６５が紙面上下方向に移動することによって、第１の排気導入口２６０のみを開くか、第１の排気導入口２６０および第２の排気導入口２６１を開くかを切り替えるようになっている。   One end (upper side of the paper) of the valve body 265 is configured as an air inlet side pressure receiving portion 263, and the other end (lower side of the paper surface) of the valve body 265 is configured as an air outlet side pressure receiving portion 264. The air inlet side pressure receiver 263 is connected to the first air inlet 23a and receives the air pressure of the first air inlet 23a portion. The air outlet side pressure receiving portion 264 is connected to the second air outlet 24b and receives the air pressure of the second air outlet 24b portion. Thereby, the valve body 265 can be moved by the pressure difference of the air at both ends of the fuel cell 10. Then, when the valve body 265 moves in the vertical direction on the paper surface, only the first exhaust inlet 260 is opened, or the first exhaust inlet 260 and the second exhaust inlet 261 are switched. ing.

このとき、排気導入口２６０、２６１の流路断面積は、第１の空気入口２３ａ側の端にあるセル１００の空気入口側と第２の空気出口２４ｂ側の端にあるセル１００の空気出口側との圧力差によって変化する。このため、各空気出口２４ａ、２４ｂから排出される空気の流量は、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって変化する。   At this time, the flow passage cross-sectional areas of the exhaust inlets 260 and 261 are such that the air outlet of the cell 100 at the air inlet side of the cell 100 at the end on the first air inlet 23a side and the end of the second air outlet 24b side. Varies depending on the pressure difference from the side. For this reason, the flow rate of the air discharged from the air outlets 24 a and 24 b varies depending on the air pressure difference at both ends of the fuel cell 10.

次に、上記構成の空気排出流路切替バルブ２６による空気排出流路の切り替えについて、図８（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。   Next, switching of the air discharge flow path by the air discharge flow path switching valve 26 configured as described above will be described with reference to FIGS. 8 (a) and 8 (b).

図８（ａ）に示すように、通常時には、弁体２６５を紙面下側へ動かす力（＝第２の空気出口２４ｂ側の圧力×圧力受部２６４の面積）よりも、弁体２６５を紙面上側へ動かす力（第１の空気入口２３ａ側の圧力×圧力受部２６３の面積）の方が高いため、弁体２６５が紙面下側に押し下げられ、第１の排気導入口２６０のみが開いた状態になっており、燃料電池１０の第１の空気出口２４ａのみから空気が排出される。   As shown in FIG. 8A, at normal times, the valve body 265 is made to be smaller than the force that moves the valve body 265 downward (= pressure on the second air outlet 24b side × area of the pressure receiving portion 264). Since the force to move upward (pressure on the side of the first air inlet 23a × area of the pressure receiving portion 263) is higher, the valve body 265 is pushed down on the page, and only the first exhaust inlet 260 is opened. In this state, air is discharged only from the first air outlet 24 a of the fuel cell 10.

また、図８（ｂ）に示すように、第２の空気出口２４ｂ側の端の方のセル１００に生成水が滞留し、空気の流量が低下した場合は、第２の空気出口２４ｂ部分の空気圧が通常時よりも上昇する。これにより、空気出口側圧力受部２６４にかかる圧力が上昇し、弁体２６５が紙面上側に押し上げられ、第１の排気導入口２６０に加え第２の排気導入口２６１が開く。これにより、燃料電池１０の両端から燃料電池１０内の空気を排出することができる。   Further, as shown in FIG. 8B, when the generated water stays in the cell 100 at the end on the second air outlet 24b side and the flow rate of the air decreases, the second air outlet 24b portion Air pressure rises more than usual. As a result, the pressure applied to the air outlet side pressure receiving portion 264 increases, the valve body 265 is pushed up on the paper surface, and the second exhaust introduction port 261 opens in addition to the first exhaust introduction port 260. Thereby, the air in the fuel cell 10 can be discharged from both ends of the fuel cell 10.

以上説明したように、空気排出流路切替バルブ２６は、燃料電池１０の両端における空気の圧力差によって作動するため、空気排出流路切替バルブ２６を作動させるための動力を必要としない。したがって、省動力で燃料電池１０から排出される空気の流路を切り替えることが可能となる。   As described above, the air discharge flow path switching valve 26 is operated by the pressure difference between the air at both ends of the fuel cell 10, so that no power is required to operate the air discharge flow path switching valve 26. Therefore, it is possible to switch the flow path of the air discharged from the fuel cell 10 with power saving.

（他の実施形態）
なお、上記第４実施形態において、第１の空気排出口２５１のみを開くか、第１の空気排出口２５１および第２の空気排出口２５２を開くかを切り替えるようにしたが、第１の空気排出口２５１と第２の空気排出口２５２のうちどちらか一方のみを開くようにしてもよい。 (Other embodiments)
In the fourth embodiment, only the first air exhaust port 251 is opened or the first air exhaust port 251 and the second air exhaust port 252 are opened. Only one of the discharge port 251 and the second air discharge port 252 may be opened.

また、上記第５実施形態において、第１の排気導入口２６０のみを開くか、第１の排気導入口２６０および第２の排気導入口２６１を開くかを切り替えるようにしたが、第１の排気導入口２６０と第２の排気導入口２６１のうちどちらか一方のみを開くようにしてもよい。   In the fifth embodiment, whether to open only the first exhaust inlet 260 or whether to open the first exhaust inlet 260 and the second exhaust inlet 261 is switched. Only one of the inlet 260 and the second exhaust inlet 261 may be opened.

また、上記第４実施形態において、弁体２５５の圧力受部２５３、２５４の面積は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、上記第５実施形態において、弁体２６５の圧力受部２６３、２６４の面積は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。   Moreover, in the said 4th Embodiment, the area of the pressure receiving parts 253 and 254 of the valve body 255 may be the same, and may differ. Moreover, in the said 5th Embodiment, the area of the pressure receiving parts 263 and 264 of the valve body 265 may be the same, and may differ.

また、弁体２５５、２６５には、圧力がかかっていないときに弁体２５５、２６５を図６または図８における紙面上側あるいは紙面下側のいずれか一方に押しつけるためのスプリングを設けてもよい。   Further, the valve bodies 255 and 265 may be provided with springs for pressing the valve bodies 255 and 265 against either the upper side or the lower side in FIG. 6 or 8 when no pressure is applied.

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the important section of the fuel cell system concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fuel cell system which concerns on 4th Embodiment of this invention. （ａ）は本発明の第４実施形態に係る通常時における空気供給流路切替バルブの状態を示す模式図で、（ｂ）は空気流量低下時における空気供給流路切替バルブの状態を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the state of the air supply flow path switching valve in the normal time which concerns on 4th Embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram which shows the state of the air supply flow path switching valve at the time of the air flow rate fall. FIG. 本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fuel cell system which concerns on 5th Embodiment of this invention. （ａ）は本発明の第５実施形態に係る通常時における空気供給流路切替バルブの状態を示す模式図で、（ｂ）は空気流量低下時における空気供給流路切替バルブの状態を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the state of the air supply flow path switching valve in the normal time which concerns on 5th Embodiment of this invention, (b) is a schematic which shows the state of the air supply flow path switching valve at the time of the air flow rate fall. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池、１００…セル、２０ａ…空気供給流路、２３ａ、２３ｂ…空気入口、２４ａ、２４ｂ…空気出口、２５…空気供給流路切替手段、２５１、２５２…空気排出口、２５５、２６５…弁体、２６…空気排出流路切替手段、２６０、２６１…排気導入口。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 100 ... Cell, 20a ... Air supply flow path, 23a, 23b ... Air inlet, 24a, 24b ... Air outlet, 25 ... Air supply flow path switching means, 251, 252 ... Air discharge port, 255, 265 ... Valve, 26 ... Air discharge flow path switching means, 260, 261 ... Exhaust inlet.

Claims (9)

酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させるセル（１００）が複数積層された燃料電池（１０）と、
酸化剤ガス供給手段（２１）から前記燃料電池（１０）に供給される酸化剤ガスが通過する酸化剤ガス供給流路（２０ａ）とを備え、
前記燃料電池（１０）には、前記セル（１００）の積層方向の両端に、前記燃料電池（１０）内に酸化剤ガスを導入する複数の酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）が設けられており、前記酸化剤ガス供給流路（２０ａ）は、前記酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれに接続されていることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (10) in which a plurality of cells (100) for generating electrical energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked;
An oxidant gas supply channel (20a) through which an oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means (21) to the fuel cell (10) passes,
The fuel cell (10) is provided with a plurality of oxidant gas inlets (23a, 23b) for introducing an oxidant gas into the fuel cell (10) at both ends of the cell (100) in the stacking direction. The oxidant gas supply channel (20a) is connected to each of the oxidant gas inlets (23a, 23b). 酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生させるセル（１００）が複数積層された燃料電池（１０）と、
酸化剤ガス供給手段（２１）から前記燃料電池（１０）に供給される酸化剤ガスが通過する酸化剤ガス供給流路（２０ａ）とを備え、
前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端に、前記燃料電池（１０）から前記電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスを排出する複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）が設けられていることを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (10) in which a plurality of cells (100) for generating electrical energy by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas are stacked;
An oxidant gas supply channel (20a) through which an oxidant gas supplied from the oxidant gas supply means (21) to the fuel cell (10) passes,
A plurality of oxidant gas outlets for discharging unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction from the fuel cell (10) at both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). (24a, 24b) is provided, The fuel cell system characterized by the above-mentioned. 前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端に、前記燃料電池（１０）から前記電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスを排出する複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A plurality of oxidant gas outlets for discharging unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction from the fuel cell (10) at both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). (24a, 24b) is provided, The fuel cell system of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記酸化剤ガス供給流路（２０ａ）に設けられ、前記酸化剤ガス供給手段（２１）から供給される酸化剤ガスが、前記複数の酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）の少なくとも１つに供給されるように、酸化剤ガスの流路を切り替える酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）を備えることを特徴とする請求項１または３に記載の燃料電池システム。 An oxidant gas provided in the oxidant gas supply channel (20a) and supplied from the oxidant gas supply means (21) is supplied to at least one of the plurality of oxidant gas inlets (23a, 23b). The fuel cell system according to claim 1 or 3, further comprising an oxidant gas supply flow path switching means (25) for switching a flow path of the oxidant gas. 前記酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）は、前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差によって、前記燃料電池（１０）に供給する酸化剤ガスの流路を切り替えることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas supply flow path switching means (25) is an oxidant gas supplied to the fuel cell (10) by the pressure difference of the oxidant gas at both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). 5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the flow path of the agent gas is switched. 前記酸化剤ガス供給流路切替手段（２５）は、複数の前記酸化剤ガス入口（２３ａ、２３ｂ）のそれぞれに対応する酸化剤ガス排出口（２５１、２５２）と、
前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端の圧力差によって作動することで、前記酸化剤ガス排出口（２５１、２５２）の流路断面積を調整する弁体（２５５）とを備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas supply channel switching means (25) includes an oxidant gas discharge port (251, 252) corresponding to each of the plurality of oxidant gas inlets (23a, 23b),
A valve body (255) that adjusts the flow path cross-sectional area of the oxidant gas discharge port (251, 252) by being operated by a pressure difference between both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). The fuel cell system according to claim 5, comprising: 前記燃料電池（１０）から排出される前記電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスが、前記複数の酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）の少なくとも１つから排出されるように、酸化剤ガスの流路を切り替える酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料電池システム。 An unreacted oxidant gas that has not been used for the electrochemical reaction discharged from the fuel cell (10) is discharged from at least one of the plurality of oxidant gas outlets (24a, 24b). The fuel cell system according to claim 2 or 3, further comprising an oxidant gas discharge channel switching means (26) for switching the channel of the oxidant gas. 前記酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）は、前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端における酸化剤ガスの圧力差によって、前記燃料電池（１０）から排出される前記電気化学反応に用いられなかった未反応の酸化剤ガスの流路を切り替えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas discharge channel switching means (26) is discharged from the fuel cell (10) due to the pressure difference of the oxidant gas at both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). The fuel cell system according to claim 7, wherein a flow path of an unreacted oxidant gas that has not been used in the electrochemical reaction is switched. 前記酸化剤ガス排出流路切替手段（２６）は、複数の前記酸化剤ガス出口（２４ａ、２４ｂ）のそれぞれに対応する酸化剤ガス導入口（２６０、２６１）と、
前記燃料電池（１０）の前記セル（１００）の積層方向の両端の圧力差によって作動することで、前記酸化剤ガス導入口（２６０、２６１）の流路断面積を調整する弁体（２６５）とを備えることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。 The oxidant gas discharge channel switching means (26) includes an oxidant gas inlet (260, 261) corresponding to each of the plurality of oxidant gas outlets (24a, 24b),
A valve body (265) that adjusts the flow path cross-sectional area of the oxidant gas inlet (260, 261) by operating according to the pressure difference between both ends of the cell (100) in the stacking direction of the fuel cell (10). The fuel cell system according to claim 8, further comprising:
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