JP2006260863A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system advantageous for restraining a flooding phenomenon at the time of start-up of the system. <P>SOLUTION: The fuel cell system is provided with a humidifier 2 equipped with: a humidifying part 23 humidifying reaction gas to be supplied to a fuel cell 1; a reaction gas outlet for supplying the reaction gas humidified by the humidifying part 23 to the fuel cell 1; and and an offgas inlet 25 into which the offgas after generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell 1. It is also provided with: a flow limitation factor for limiting a flow volume of the offgas discharged from the fuel cell 1 and supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2; and a control means for controlling the flow limitation factor at the start-up of the humidifier 2, and executing offgas control including flow limiting operation for limiting a flow volume of the offgas supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は反応ガスを加湿する加湿器を有する燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system having a humidifier for humidifying a reaction gas.

燃料電池システムは、一般的には、燃料電池と、燃料電池に供給される反応ガスを加湿する加湿器とを備えている。このように反応ガスを加湿すれば、燃料電池の出力を高めることができる。   A fuel cell system generally includes a fuel cell and a humidifier that humidifies a reaction gas supplied to the fuel cell. If the reaction gas is humidified in this way, the output of the fuel cell can be increased.

上記した加湿器は、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する。この場合、加湿部で加湿された反応ガスは反応ガス出口から燃料電池に供給され、発電反応に使用される。発電反応に使用されたオフガスは、燃料電池から吐出され、加湿器のオフガス入口から加湿器内に供給される。   The humidifier described above includes a humidifying unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and a power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell. Off-gas inlet to which the off-gas is supplied. In this case, the reaction gas humidified by the humidification unit is supplied to the fuel cell from the reaction gas outlet and used for the power generation reaction. The off gas used for the power generation reaction is discharged from the fuel cell and supplied into the humidifier from the off gas inlet of the humidifier.

特許文献1には、貯湯槽に貯留されている温水の熱を利用して加湿器を暖める燃料電池システムが開示されている。このものでは、貯湯槽に貯留されている温水の熱を利用して加湿器を暖めることができる。   Patent Document 1 discloses a fuel cell system that warms a humidifier using the heat of hot water stored in a hot water tank. With this, the humidifier can be warmed using the heat of hot water stored in the hot water storage tank.

また特許文献2には、燃料電池の温度を検出し、燃料電池の温度が低下したときに加湿器の供給水量を補正し、燃料電池の内部における凍結を防止する燃料電池システムが開示されている。特許文献2によれば、燃料電池の温度が湿分の凍結温度以下であるとき、燃料電池の内部で凍結が生じないように、起動時から加湿量を低下させることにしている。具体的には、燃料電池の上流側に加湿器を配置すると共に、加湿器を経ないで燃料電池にガスを供給するバイパス路を燃料電池の上流側に設け、ガスが加湿器を流れないようして加湿量を減じ、バイパス路により燃料電池に供給することにしている。
特開2003−068337号公報 特開2003−197237号公報
Patent Document 2 discloses a fuel cell system that detects the temperature of the fuel cell, corrects the amount of water supplied to the humidifier when the temperature of the fuel cell decreases, and prevents freezing inside the fuel cell. . According to Patent Document 2, when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the freezing temperature of moisture, the humidification amount is reduced from the start-up so that freezing does not occur inside the fuel cell. Specifically, a humidifier is disposed on the upstream side of the fuel cell, and a bypass path for supplying gas to the fuel cell without passing through the humidifier is provided on the upstream side of the fuel cell so that the gas does not flow through the humidifier. Therefore, the amount of humidification is reduced and the fuel cell is supplied by a bypass.
JP 2003-068337 A JP 2003-197237 A

燃料電池システムによれば、図8に示すように、当該システムの立上がり時には、燃料電池のスタックの昇温速度は比較的早いものの、スタックの昇温に比較して加湿器の昇温速度は遅くなる傾向がある。殊に、配置レイアウトなどの関係で、燃料電池と加湿器とが離間して配置されている場合には、燃料電池の熱が加湿器に伝達されにくいため、燃料電池のスタックの昇温に比べて、加湿器の昇温速度は遅くなる傾向がある。   According to the fuel cell system, as shown in FIG. 8, when the system starts up, the temperature increase rate of the stack of the fuel cell is relatively fast, but the temperature increase rate of the humidifier is slower than the temperature increase of the stack. Tend to be. In particular, when the fuel cell and the humidifier are arranged apart from each other due to the layout, etc., the heat of the fuel cell is difficult to be transmitted to the humidifier. Therefore, the heating rate of the humidifier tends to be slow.

このため当該システムの立上がり時には、加湿器の温度があまり昇温していない割に、加湿器における湿分が多めとなることがある。この場合、湿分が多いガスが燃料電池に供給されることになり、燃料電池の内部において水が過剰となり、フラッディング現象が生じることがある。ここで、フラッディング現象は、燃料電池の内部のガス通路が水で塞がれ、燃料電池の内部におけるガスの分配が制限されることをいう。   For this reason, at the time of starting up the system, the humidity in the humidifier may become excessive even though the temperature of the humidifier has not increased so much. In this case, a gas having a high moisture content is supplied to the fuel cell, so that water becomes excessive inside the fuel cell and a flooding phenomenon may occur. Here, the flooding phenomenon means that the gas passage inside the fuel cell is blocked with water, and the gas distribution inside the fuel cell is restricted.

また上記した特許文献1によれば、加湿器の立上げ時に、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限するものではない。また上記した特許文献2も、加湿器の立上げ時に、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限するものではない。   According to Patent Document 1 described above, the flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier when the humidifier is started up is not limited. In addition, Patent Document 2 described above does not limit the flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier when the humidifier is started up.

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、システムの立上がり時におけるフラッディング現象を抑制するのに有利な燃料電池システムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that is advantageous in suppressing the flooding phenomenon at the start-up of the system.

(1)様相1の本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、
燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する加湿器とを具備する燃料電池システムにおいて、
燃料電池から吐出されたオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限要素と、
加湿器の立上げ時に流量制限要素を制御し、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含むオフガス制御を実行する制御手段とを具備していることを特徴とするものである。
(1) A fuel cell system according to the present invention of aspect 1 includes a fuel cell,
A humidification unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after the power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell are supplied A fuel cell system comprising a humidifier having an off-gas inlet;
A flow rate limiting element that limits the flow rate at which the off gas discharged from the fuel cell is supplied to the off gas inlet of the humidifier;
And a control means for performing off-gas control including a flow restriction operation for controlling a flow restriction element when starting up the humidifier and restricting a flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier. To do.

様相1の本発明に係る燃料電池システムによれば、加湿器の立上げ時には、制御手段は流量制限要素を制御し、オフガス制御を実行する。オフガス制御では、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作が実行される。このように加湿器の立上げ時に、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限されるため、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化され、燃料電池におけるフラッディング現象が抑制される。   According to the fuel cell system according to the first aspect of the present invention, when the humidifier is started up, the control means controls the flow rate limiting element and executes off-gas control. In the off gas control, a flow rate limiting operation is performed to limit the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet of the humidifier. As described above, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off-gas containing moisture is supplied to the off-gas inlet of the humidifier is limited, so that the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is suppressed from being excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized, and the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed.

(2)様相2の本発明に係る燃料電池システムによれば、制御手段は、加湿器の立上げ時に流量制限要素を制御し、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作とを含むオフガス制御を実行することを特徴とするものである。   (2) According to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, the control means controls the flow restriction element when the humidifier is started up, and supplies the off gas to the off gas inlet of the humidifier. Off-gas control including a flow rate limiting operation for limiting the flow rate supplied to the off-gas inlet of the humidifier is performed.

様相2の本発明に係る燃料電池システムによれば、加湿器の立上げ時には、制御手段は流量制限要素を制御し、オフガス制御を実行する。オフガス制御では、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作とが実行される。このように加湿器の立上げ時に、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限されるため、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化され、燃料電池におけるフラッディング現象が抑制される。   According to the fuel cell system according to the second aspect of the present invention, when the humidifier is started up, the control unit controls the flow rate limiting element and executes off-gas control. In the off gas control, a supply operation for supplying off gas to the off gas inlet of the humidifier and a flow rate limiting operation for limiting the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet of the humidifier are executed. As described above, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off-gas containing moisture is supplied to the off-gas inlet of the humidifier is limited, so that the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is suppressed from being excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized, and the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed.

本発明によれば、燃料電池システムの起動時、即ち、加湿器の立上げ時において、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限される。このため加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。この結果、加湿器の立上げ時において、燃料電池に供給される反応ガスの加湿量が適正化される。故に燃料電池におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池における発電反応が良好に確保される。   According to the present invention, when the fuel cell system is started, that is, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited. For this reason, it is suppressed that the moisture content of the humidification part of a humidifier becomes excessive. As a result, the humidification amount of the reaction gas supplied to the fuel cell is optimized when the humidifier is started up. Therefore, the flooding phenomenon in the fuel cell is suppressed, and the power generation reaction in the fuel cell is ensured satisfactorily.

加湿器は、燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、加湿部で加湿した反応ガスを燃料電池に供給する反応ガス出口と、燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する。加湿器は、燃料電池の酸化剤極に供給される反応ガスとしての酸化剤ガスを加湿するものでも良いし、あるいは、燃料電池の燃料極に供給される反応ガスとしての燃料ガスを加湿するものでも良い。酸化剤ガスとしては空気等の酸素含有ガスを採用することができる。   The humidifier includes a humidifying unit that humidifies the reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet that supplies the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after the power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell. And an off-gas inlet to which is supplied. The humidifier may humidify the oxidant gas as the reaction gas supplied to the oxidant electrode of the fuel cell, or may humidify the fuel gas as the reaction gas supplied to the fuel cell of the fuel cell. But it ’s okay. An oxygen-containing gas such as air can be adopted as the oxidant gas.

流量制限要素は、燃料電池から吐出されたオフガスが加湿器に供給される流量を制限するものである。流量制限要素は、燃料電池と加湿器のオフガス入口との間に設けられオフガスが加湿器のオフガス入口を迂回するようにオフガスを流す迂回通路と、迂回通路に設けられ加湿器に供給するオフガスの流量を調整する流体機器とを備えている形態を採用することができる。オフガスが加湿器のオフガス入口を迂回するようにすれば、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限される。流体機器としては、加湿器に供給するオフガスの流量を調整するものであれば良い。また、流量制限要素は、燃料電池と加湿器のオフガス入口とを繋ぐ通路に設けられ、加湿器に供給するオフガスの流量を調整する流体機器とを備えている形態を採用することができる。この場合、加湿器に供給されないオフガスを吐出させる吐出口が当該通路に設けられていることが好ましい。前記した流体機器としては例えばバルブ、可変絞りが例示される。バルブとしては開度を調整できるものであれば良い。可変絞りは流量を調整できる絞りである。   The flow rate limiting element limits the flow rate at which the off gas discharged from the fuel cell is supplied to the humidifier. The flow restricting element is provided between the fuel cell and the off-gas inlet of the humidifier, and includes a detour passage through which the off-gas flows so that the off-gas bypasses the off-gas inlet of the humidifier, and an off-gas that is provided in the detour passage and supplied to the humidifier. The form provided with the fluid apparatus which adjusts a flow volume is employable. If the off gas bypasses the off gas inlet of the humidifier, it is effectively limited that moisture contained in the off gas is brought into the humidifier. Any fluid device may be used as long as it adjusts the flow rate of off-gas supplied to the humidifier. Further, the flow rate limiting element may be provided with a fluid device that is provided in a passage connecting the fuel cell and the off gas inlet of the humidifier and adjusts the flow rate of the off gas supplied to the humidifier. In this case, it is preferable that a discharge port for discharging off gas not supplied to the humidifier is provided in the passage. Examples of the fluid device described above include a valve and a variable throttle. Any valve can be used as long as the opening can be adjusted. The variable throttle is a throttle that can adjust the flow rate.

本発明によれば、流量制限要素としては、燃料電池から吐出された反応ガスのオフガスがバルブにより迂回通路に流れるときであっても、燃料電池から吐出された反応ガスのオフガスの一部を加湿器に流す形態を採用することができる。この場合、オフガスの一部が加湿器に流れるため、加湿器の内部が過剰に乾くことが抑制される。   According to the present invention, as the flow rate limiting element, even when the off gas of the reaction gas discharged from the fuel cell flows to the bypass passage by the valve, a part of the off gas of the reaction gas discharged from the fuel cell is humidified. It is possible to adopt a form that flows in a vessel. In this case, since part of the off gas flows to the humidifier, the inside of the humidifier is suppressed from being excessively dried.

本発明によれば、制御手段は加湿器の立上げ時においてオフガス制御を実行する。オフガス制御は、流量制限要素を制御し、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含む。ここで、『流量を制限する』とは、流量制限操作を実行しない場合に比較して、燃料電池から加湿器に供給されるオフガスの単位時間当たりの流量を減少させるという意味である。   According to the present invention, the control means performs off-gas control when the humidifier is started up. Off-gas control includes a flow restriction operation that controls the flow restriction element and restricts the flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier. Here, “limit the flow rate” means that the flow rate per unit time of the off gas supplied from the fuel cell to the humidifier is reduced as compared with the case where the flow rate limiting operation is not performed.

前記した流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量が通常操作(流量制限操作をしていないとき、例えば定常運転時)のときよりも制限される。流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量を0にすることができる。この場合、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限される。   In the above-described flow rate limiting operation, the flow rate of the off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited compared to the normal operation (when the flow rate limiting operation is not performed, for example, during steady operation). In the flow restriction operation, the flow rate of off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier can be reduced to zero. In this case, the moisture contained in the off gas is effectively limited from being brought into the humidifier.

また、制御手段により実行されるオフガス制御は、オフガスを加湿器のオフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量(単位時間あたりの流量)を制限する流量制限操作とを含む形態を採用することができる。流量制限操作では、加湿器のオフガス入口に供給されるオフガスの流量(単位時間あたりの流量)が供給操作のときよりも制限される。供給操作は、流量制限操作の場合よりも、単位時間当たり多い流量のオフガスを加湿器に供給する操作である。   The off-gas control executed by the control means includes a supply operation for supplying off-gas to the off-gas inlet of the humidifier, and a flow restriction that limits the flow rate (flow per unit time) of off-gas supplied to the off-gas inlet of the humidifier. A form including an operation can be adopted. In the flow rate limiting operation, the flow rate of the off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier (the flow rate per unit time) is more limited than in the supply operation. The supply operation is an operation for supplying the humidifier with an off gas having a higher flow rate per unit time than in the case of the flow rate limiting operation.

制御手段は、加湿部で加湿した反応ガスの温度が設定温度に到達したら流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、流量制限操作を実行すれば、オフガスに含まれている湿分が加湿器に持ち込まれることが効果的に制限され、加湿器における湿分の過剰化の抑制に効果的である。ここで、『加湿部で加湿した反応ガスの温度』としては、例えば次のa〜dを例示でき、燃料電池システムの各種制御において基準温度として使用することができる。
a:燃料電池の反応ガス入口における反応ガスの温度
b:加湿器の反応ガス出口から吐出される反応ガスの温度
c:加湿器内において加湿部で反応ガスを加湿する通路を形成する加湿器のハウジングの温度
d:加湿器の反応ガス出口と燃料電池の反応ガス入口とを繋ぐ通路における反応ガスの温度
The control means can adopt a form in which a flow rate limiting operation is performed when the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit reaches a set temperature. In this case, if the flow restricting operation is executed, the moisture contained in the off-gas is effectively restricted from being brought into the humidifier, which is effective in suppressing excess moisture in the humidifier. Here, as the “temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit”, for example, the following a to d can be exemplified, and can be used as a reference temperature in various controls of the fuel cell system.
a: temperature of the reaction gas at the reaction gas inlet of the fuel cell b: temperature of the reaction gas discharged from the reaction gas outlet of the humidifier c: a humidifier that forms a passage for humidifying the reaction gas in the humidifier in the humidifier Housing temperature d: temperature of the reaction gas in the passage connecting the reaction gas outlet of the humidifier and the reaction gas inlet of the fuel cell

また本発明によれば、制御手段は、低温側から高温側にかけて複数の設定温度を設定し、燃料電池システムにおける加湿部で加湿した反応ガスの温度が各設定温度に到達するに伴い流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、湿分を含むオフガスが加湿器に急激に且つ過剰に供給されることが抑制されるので、加湿器における湿分の過剰化の抑制に一層効果的である。   Further, according to the present invention, the control means sets a plurality of set temperatures from the low temperature side to the high temperature side, and the flow rate limiting operation is performed as the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit in the fuel cell system reaches each set temperature. The form which performs can be employ | adopted. In this case, since the off gas containing moisture is suppressed from being rapidly and excessively supplied to the humidifier, it is more effective in suppressing excess moisture in the humidifier.

本発明によれば、制御手段は、起動開始からの経過時間または加湿器の温度に応じて流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合、燃料電池システムの起動時、即ち、加湿器の立上げ時において、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限され、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。また、制御手段は、加湿器で加湿された反応ガスの温度が予め決められた温度プロファイルになるように、流量制限操作を実行する形態を採用することができる。この場合においても、湿分を含むオフガスが加湿器のオフガス入口に供給される流量が制限され、加湿器の加湿部の湿分量が過剰になることが抑制される。   According to the present invention, the control means can adopt a mode in which the flow rate limiting operation is executed according to the elapsed time from the start of activation or the temperature of the humidifier. In this case, when the fuel cell system is started up, that is, when the humidifier is started up, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited, and the amount of moisture in the humidifier of the humidifier is excessive. Is suppressed. Further, the control means can adopt a form in which the flow rate limiting operation is executed so that the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier becomes a predetermined temperature profile. Even in this case, the flow rate at which the off gas containing moisture is supplied to the off gas inlet of the humidifier is limited, and the amount of moisture in the humidifying portion of the humidifier is suppressed from being excessive.

以下、本発明の実施例について図1〜図3を参照して説明する。図1に示すように、スタックを構成する燃料電池1は、高分子膜型の電解質層10を挟む酸化剤極11及び燃料極12を有する。燃料電池1における発電反応では水が生成される。従って、発電反応を経たオフガスは、燃料電池1の発電反応で生じた湿分及び熱を有するものであり、湿度が高いものである。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell 1 constituting the stack includes an oxidant electrode 11 and a fuel electrode 12 that sandwich a polymer membrane type electrolyte layer 10. Water is generated in the power generation reaction in the fuel cell 1. Therefore, the off-gas that has undergone the power generation reaction has moisture and heat generated by the power generation reaction of the fuel cell 1, and has high humidity.

レイアウトなどの関係で、加湿器2は燃料電池1に対して距離LA離間して配置されている。加湿器2は、第1通路21及び第2通路22に仕切るシート状の加湿部23を有するハウジング20と、加湿部23で加湿した反応ガスとしての酸化剤ガスを吐出する酸化剤ガス出口24(反応ガス出口)と、燃料電池1の酸化剤極11のオフガス出口11pから吐出された酸化剤ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口25とを有する。図1では、加湿器2は模式的に図示されているが、実際的には、加湿部23を介して第1通路21及び第2通路22が複数積層されている構造とされている。   The humidifier 2 is disposed at a distance LA from the fuel cell 1 due to the layout and the like. The humidifier 2 includes a housing 20 having a sheet-like humidifying portion 23 that is divided into a first passage 21 and a second passage 22, and an oxidant gas outlet 24 that discharges an oxidant gas as a reaction gas humidified by the humidifying portion 23. Reaction gas outlet) and an off gas inlet 25 to which off gas after power generation reaction of the oxidant gas discharged from the off gas outlet 11p of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 is supplied. In FIG. 1, the humidifier 2 is schematically illustrated, but actually, the humidifier 2 has a structure in which a plurality of first passages 21 and second passages 22 are stacked via a humidifying unit 23.

図1に示すように、加湿器2の酸化剤ガス出口24と燃料電池1の酸化剤極11の入口11iとは、所定の長さを有する供給路3で繋がれている。加湿器2のオフガス入口25と燃料電池1のオフガス出口11pとは、所定の長さをもつオフガス通路4で繋がれている。   As shown in FIG. 1, the oxidant gas outlet 24 of the humidifier 2 and the inlet 11i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 are connected by a supply path 3 having a predetermined length. The off gas inlet 25 of the humidifier 2 and the off gas outlet 11p of the fuel cell 1 are connected by an off gas passage 4 having a predetermined length.

加湿器2のオフガス入口25から加湿器2内に供給されたオフガスは、加湿器2の第2通路22に至り、加湿部23に湿分をあたえる。故に、加湿部23は湿潤状態となる。加湿器2の第1通路21に流入された酸化剤ガスは、湿潤状態の加湿部23により加湿され、加湿器2の酸化剤ガス出口24から吐出され、供給路3を介して燃料電池1の酸化剤極11の入口11iに供給される。この酸化剤ガスは酸素含有ガスであり、一般的には空気である。   The off gas supplied from the off gas inlet 25 of the humidifier 2 into the humidifier 2 reaches the second passage 22 of the humidifier 2 and gives moisture to the humidifier 23. Therefore, the humidification part 23 will be in a moist state. The oxidant gas that has flowed into the first passage 21 of the humidifier 2 is humidified by the humidified humidifier 23, is discharged from the oxidant gas outlet 24 of the humidifier 2, and is supplied to the fuel cell 1 via the supply path 3. It is supplied to the inlet 11 i of the oxidant electrode 11. This oxidant gas is an oxygen-containing gas and is generally air.

図1に示すように、流量制限要素6は燃料電池1のオフガス出口11pと加湿器2のオフガス入口25との間に設けられており、燃料電池1のオフガス出口11pから吐出されたオフガスが加湿器2に供給される単位時間当たりの流量を制限するものである。具体的には、流量制限要素6は、オフガス通路4の途中部位から分岐すると共にオフガスを加湿器2外に流す迂回通路61と、迂回通路61に設けられ迂回通路61の開度を制御する流体機器としてのバルブ62とを備えている。   As shown in FIG. 1, the flow restricting element 6 is provided between the off-gas outlet 11p of the fuel cell 1 and the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 so that the off-gas discharged from the off-gas outlet 11p of the fuel cell 1 is humidified. The flow rate per unit time supplied to the vessel 2 is limited. Specifically, the flow restricting element 6 is branched from an intermediate portion of the off gas passage 4 and flows to the outside of the humidifier 2, and a fluid that is provided in the bypass passage 61 and controls the opening of the bypass passage 61. And a valve 62 as a device.

バルブ62はオンオフ式の開閉弁で形成されている。バルブ62が全閉のときには、燃料電池1から吐出されたオフガスは加湿器2のオフガス入口25に供給され、迂回通路61には流れない。これに対してバルブ62が全開のときには、燃料電池1から吐出されたオフガスの大半は迂回通路61に流れ、更に、加湿器2のオフガス入口25にも少量流れるように設定されている。この場合、迂回通路61に流れる単位時間当たりの流量のうちの例えば20%以下または10%以下とすることができる。これは迂回通路61と加湿器2との流路抵抗の差に基づく。即ち、加湿器2の第2通路22の流路抵抗が迂回通路61の流路抵抗よりも遙かに大きいため、バルブ62が全開のときであっても、オフガスが加湿器2の第2通路22に少量流れ、これにより加湿部23が過剰に乾くことが抑制される。   The valve 62 is an on / off type on-off valve. When the valve 62 is fully closed, the off gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 and does not flow into the bypass passage 61. On the other hand, when the valve 62 is fully open, most of the off gas discharged from the fuel cell 1 flows to the bypass passage 61 and further flows to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 in a small amount. In this case, the flow rate per unit time flowing through the bypass passage 61 can be, for example, 20% or less or 10% or less. This is based on the difference in flow path resistance between the bypass passage 61 and the humidifier 2. That is, since the flow resistance of the second passage 22 of the humidifier 2 is much larger than the flow resistance of the bypass passage 61, even when the valve 62 is fully open, the off-gas is supplied to the second passage of the humidifier 2. A small amount flows to 22, so that the humidifying part 23 is prevented from drying excessively.

迂回通路61は、燃料電池1のオフガス出口11pと加湿器2のオフガス入口25との間に設けられており、オフガスが加湿器2のオフガス入口25を迂回するようにオフガスを流して放出する。   The bypass passage 61 is provided between the off-gas outlet 11p of the fuel cell 1 and the off-gas inlet 25 of the humidifier 2, and the off-gas flows and discharges so that the off-gas bypasses the off-gas inlet 25 of the humidifier 2.

制御手段を構成する制御ユニット7は、加湿器2の立上げ時に流量制限要素6を制御してオフガス制御を実行する。オフガス制御においては、オフガスを加湿器2のオフガス入口25に供給する供給操作と、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給される流量を制限する流量制限操作とが実行される。   The control unit 7 constituting the control means controls the flow restricting element 6 when the humidifier 2 is started up and performs off-gas control. In the off gas control, a supply operation for supplying off gas to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 and a flow rate limiting operation for limiting the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 are executed.

制御ユニット7は、入力処理回路とCPUとメモリと出力処理回路とを有するが、これに限られるものではない。燃料電池システムを制御する制御パラメータとなる加湿部23で加湿した反応ガスの温度に関する設定温度として、低温側から高温側にかけて複数の温度T1,T2,T3,T4が設定されている。ここで本実施例では、加湿部23で加湿した反応ガスの温度としては、燃料電池1の酸化剤極11の入口11iを通過する酸化剤ガスの温度とされている。従って、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tを測定するために、燃料電池1の酸化剤極11の入口11iには温度センサ70が設けられている。複数の設定温度T1,T2,T3,T4は制御ユニット7に設定されており、具体的には制御ユニット7のメモリにおける所定のエリアに格納されている。ここで、設定温度としてはT1,T2,T3,T4となるにつれて、温度が順に高温となる。更に、設定温度T1に関する時間的パラメータとして設定時間A1が設定されている。設定温度T2に関する時間的パラメータとして設定時間A2が設定されている。設定温度T3に関する時間的パラメータとして設定時間A3が設定されている。設定時間A1〜A3は、加湿器2に供給されるオフガスの流量を制限する流量制限操作を実行している時間に相当する。   The control unit 7 includes an input processing circuit, a CPU, a memory, and an output processing circuit, but is not limited thereto. A plurality of temperatures T1, T2, T3, and T4 are set from the low temperature side to the high temperature side as set temperatures related to the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit 23, which is a control parameter for controlling the fuel cell system. Here, in this embodiment, the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit 23 is the temperature of the oxidant gas that passes through the inlet 11 i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1. Accordingly, a temperature sensor 70 is provided at the inlet 11 i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 in order to measure the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23. The plurality of set temperatures T1, T2, T3, and T4 are set in the control unit 7, and specifically, are stored in a predetermined area in the memory of the control unit 7. Here, as the set temperature becomes T1, T2, T3, T4, the temperature becomes higher in order. Furthermore, a set time A1 is set as a time parameter related to the set temperature T1. A set time A2 is set as a time parameter related to the set temperature T2. A set time A3 is set as a temporal parameter related to the set temperature T3. The set times A <b> 1 to A <b> 3 correspond to a time during which a flow rate limiting operation for limiting the flow rate of the off gas supplied to the humidifier 2 is performed.

さて、燃料電池システムの起動時には、つまり、加湿器2の立上がり時には、燃料搬送用の第1搬送源15が駆動するため、燃料ガスが燃料通路16を介して燃料電池1の燃料極12に供給される。更に、酸化剤ガス搬送用の第2搬送源18が駆動するため、反応ガスである酸化剤ガス(一般的には空気)が加湿器2を介して燃料電池1の酸化剤極11の入口11iに供給される。これにより燃料電池1の内部において発電反応が生じ、電気エネルギが生成される。発電反応後の燃料のオフガスは燃料極12の出口12pから燃料オフガス通路17に排出される。発電反応後の酸化剤ガスのオフガスは酸化剤極11のオフガス出口11pからオフガス通路4に排出される。   Now, when the fuel cell system is started up, that is, when the humidifier 2 is started up, the first transport source 15 for fuel transport is driven, so that fuel gas is supplied to the fuel electrode 12 of the fuel cell 1 through the fuel passage 16. Is done. Further, since the second transport source 18 for transporting the oxidant gas is driven, the oxidant gas (generally air), which is the reaction gas, passes through the humidifier 2 and the inlet 11i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1. To be supplied. As a result, a power generation reaction occurs inside the fuel cell 1 and electric energy is generated. The fuel off-gas after the power generation reaction is discharged from the outlet 12 p of the fuel electrode 12 to the fuel off-gas passage 17. The off-gas of the oxidant gas after the power generation reaction is discharged from the off-gas outlet 11p of the oxidant electrode 11 to the off-gas passage 4.

加湿器2の立上がり時には、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの目標温度として、設定温度T1が制御ユニット7に予め設定されている。そして、温度センサ70で検知される加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tが設定温度T1に上昇するまで、バルブ62の閉じ状態は維持される。この結果、燃料電池1のオフガス出口11pから吐出された酸化剤ガスのオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25から第2通路22内に供給される。ここでオフガスは発電反応に起因する熱により暖められているため、加湿器2の温度は特性線α1(図2参照)のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器2の第2通路22に供給されるため、加湿器2の加湿部23は湿潤度が次第に増加し、加湿器2の加湿能力が高まる。なお特性線α1は、後述する特性線α2、α3、α4と共に、オフガスを加湿器2のオフガス入口25に供給する供給操作を実行している時間に相当する。   When the humidifier 2 starts up, a set temperature T1 is preset in the control unit 7 as a target temperature of the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifier 23. Then, the closed state of the valve 62 is maintained until the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 detected by the temperature sensor 70 rises to the set temperature T1. As a result, the oxidant gas off-gas discharged from the off-gas outlet 11p of the fuel cell 1 is supplied from the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 into the second passage 22 via the off-gas passage 4. Here, since the off-gas is warmed by heat caused by the power generation reaction, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α1 (see FIG. 2). Since the moisture contained in the off-gas is also supplied to the second passage 22 of the humidifier 2, the humidification unit 23 of the humidifier 2 gradually increases in wetness, and the humidification capacity of the humidifier 2 increases. The characteristic line α1 corresponds to the time during which a supply operation for supplying offgas to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 is executed together with characteristic lines α2, α3, and α4 described later.

そして、前記した反応ガスの温度Tが設定温度T1を越えて昇温すると、バルブ62が開放する。この結果、暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが制限され、オフガスの大半は迂回通路61から放出される。これにより加湿器2の昇温は抑制される。この場合、外気の影響を受けて加湿器2の温度は低下する。   When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T1, the valve 62 is opened. As a result, the supply of warm off-gas to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is restricted, and most of the off-gas is discharged from the bypass passage 61. Thereby, the temperature rise of the humidifier 2 is suppressed. In this case, the temperature of the humidifier 2 decreases due to the influence of outside air.

そして、反応ガスの温度Tが設定温度T1を基準として降温すると、バルブ62が閉じる。このため、燃料電池1から吐出された酸化剤ガスの暖かいオフガスは迂回通路61を流れず、加湿器2のオフガス入口25に供給され、加湿器2が昇温する。温度Tが再び設定温度T1を越えて昇温すると、バルブ62が開放し、オフガスの大半は迂回通路61から放出され、加湿器2の昇温は抑制される。このようなバルブ62の開閉作動の繰り返しにより、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tは設定温度T1を目標温度として維持される。   Then, when the temperature T of the reaction gas decreases with reference to the set temperature T1, the valve 62 is closed. For this reason, the warm off-gas of the oxidant gas discharged from the fuel cell 1 does not flow through the bypass passage 61 but is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 and the humidifier 2 is heated. When the temperature T rises above the set temperature T1 again, the valve 62 is opened, most of the off gas is released from the bypass passage 61, and the temperature rise of the humidifier 2 is suppressed. By repeating the opening and closing operation of the valve 62, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is maintained with the set temperature T1 as the target temperature.

そして設定温度T1に最初に到達してから設定時間A1が経過すると、今度は、設定温度T2が加湿部23で加湿した反応ガスの温度の目標温度として機能する。故に、前記した反応ガスの温度Tが設定温度T2に上昇するまで、バルブ62は閉じ、暖かいオフガスは迂回通路61を流れず、加湿器2のオフガス入口25に供給される。これにより加湿器2は暖められる。このため、加湿器2の温度は特性線α2のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器2の第2通路22に供給されるため、加湿器2の加湿部23は湿潤度が次第に増加する。   When the set time A1 elapses after the set temperature T1 is first reached, the set temperature T2 functions as the target temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23. Therefore, the valve 62 is closed until the temperature T of the reaction gas rises to the set temperature T2, and the warm off gas does not flow through the bypass passage 61 but is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2. Thereby, the humidifier 2 is warmed. For this reason, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α2. Since the moisture contained in the off gas is also supplied to the second passage 22 of the humidifier 2, the wetness of the humidifier 23 of the humidifier 2 gradually increases.

更に、反応ガスの温度Tが設定温度T2を越えて昇温すると、バルブ62が再び開放し、暖かいオフガスの大半が迂回通路61に流れる。これにより加湿器2の昇温が抑制され、ひいては反応ガスの温度Tの昇温は抑制される。ここで、湿分を有するオフガスの加湿器2への供給が制限されるため、加湿器2における湿分の過剰化も抑制される。そして反応ガスの温度Tが設定温度T2よりも降温すると、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出されたオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。このようなバルブ62の開閉作動の繰り返しにより、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tは設定温度T2を目標温度として維持される。   Further, when the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T2, the valve 62 is opened again, and most of the warm off gas flows into the bypass passage 61. Thereby, the temperature increase of the humidifier 2 is suppressed, and consequently the temperature increase of the reaction gas temperature T is suppressed. Here, since supply of the off gas having moisture to the humidifier 2 is restricted, excessive moisture in the humidifier 2 is also suppressed. When the temperature T of the reaction gas drops below the set temperature T2, the valve 62 is closed, so that the offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 through the offgas passage 4. By repeating such opening and closing operation of the valve 62, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is maintained with the set temperature T2 as the target temperature.

そして設定温度T2に最初に到達してから設定時間A2経過すると、今度は、設定温度T3が目標温度として機能する。故に、反応ガスの温度Tが設定温度T3に上昇するまで、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。これにより加湿器2は暖められ、加湿器2の温度は特性線α3のように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器2の第2通路22に供給されるため、加湿器2の加湿部23は湿潤度が次第に増加する。   When the set time A2 has elapsed since the set temperature T2 was first reached, the set temperature T3 now functions as the target temperature. Therefore, since the valve 62 is closed until the temperature T of the reaction gas rises to the set temperature T3, the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 via the offgas passage 4. The As a result, the humidifier 2 is warmed, and the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α3. Since the moisture contained in the off gas is also supplied to the second passage 22 of the humidifier 2, the wetness of the humidifier 23 of the humidifier 2 gradually increases.

そして反応ガスの温度Tが設定温度T3を越えると、バルブ62が開放し、オフガスの大半は迂回通路61に流れる。故に、暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが制限される。これにより加湿器1の昇温が抑制され、ひいては加湿部23で加湿した反応ガスの温度の昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器2への供給が制限されるため、加湿器2における湿分の過剰化も抑制される。また、反応ガスの温度Tが設定温度T3よりも降温すると、バルブ62が閉じ、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給されるため、加湿器2は昇温する。   When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T3, the valve 62 is opened and most of the off gas flows into the bypass passage 61. Therefore, the supply of warm off-gas to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is limited. Thereby, the temperature increase of the humidifier 1 is suppressed, and consequently the temperature increase of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed. Furthermore, since supply of the off gas having moisture to the humidifier 2 is restricted, excessive moisture in the humidifier 2 is also suppressed. Further, when the temperature T of the reaction gas falls below the set temperature T3, the valve 62 is closed, and the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 through the offgas passage 4. Therefore, the humidifier 2 is heated.

そして設定温度T3に最初に到達してから設定時間A3経過すると、設定温度T4が目標温度として機能する。即ち、反応ガスの温度Tが設定温度T4に上昇するまで、バルブ62が閉じ、燃料電池1から吐出されたオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。これにより加湿器2の温度は特性線α4に示すように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器2の第2通路22に供給されるため、加湿器2の加湿部23は湿潤度が次第に増加する。   When the set time A3 has elapsed since the set temperature T3 was first reached, the set temperature T4 functions as the target temperature. That is, the valve 62 is closed until the temperature T of the reaction gas rises to the set temperature T4, and the off gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 through the off gas passage 4. As a result, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α4. Since the moisture contained in the off gas is also supplied to the second passage 22 of the humidifier 2, the wetness of the humidifier 23 of the humidifier 2 gradually increases.

反応ガスの温度Tが設定温度T4を越えると、バルブ62が開放し、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが制限され、暖かいオフガスの大半は迂回通路61から放出される。これにより加湿器2の過剰昇温は抑制され、加湿部23で加湿した反応ガスの温度の過剰昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器2への供給が制限されるため、加湿器2における湿分の過剰化も抑制される。反応ガスの温度Tが設定温度T4未満となると、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出されたオフガスは加湿器2のオフガス入口25に供給され、加湿器2が昇温する。   When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T4, the valve 62 is opened, the supply of the off gas to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 is restricted, and most of the warm off gas is discharged from the bypass passage 61. Thereby, the excessive temperature increase of the humidifier 2 is suppressed, and the excessive temperature increase of the temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed. Furthermore, since supply of the off gas having moisture to the humidifier 2 is restricted, excessive moisture in the humidifier 2 is also suppressed. When the temperature T of the reaction gas becomes lower than the set temperature T4, the valve 62 is closed, so that the off gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 and the humidifier 2 is heated.

本実施例によれば、前述したようなバルブ62の開閉作動の繰り返しにより、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tとしては、図2に示すように、設定温度T1を目標温度として設定時間A1の間維持され、その後、設定温度T3を目標温度として設定時間A3の間維持され、その後、設定温度T4を目標温度(定常運転時における加湿器2の目標温度)として維持される。   According to the present embodiment, the reaction gas temperature T humidified by the humidifying unit 23 by repeating the opening / closing operation of the valve 62 as described above is set to a set time with a set temperature T1 as a target temperature as shown in FIG. It is maintained for A1, and then is maintained for a set time A3 with the set temperature T3 as the target temperature, and then is set with the set temperature T4 as the target temperature (target temperature of the humidifier 2 during steady operation).

以上説明したように本実施例によれば、加湿器2の立上げ時には、バルブ62の開閉作動を制御し、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給される流量を、本来的に供給できるオフガス流量よりも制限する流量制限操作を実行する。このため、湿分を有するオフガスが過剰に加湿器2に供給されることが抑制され、加湿器2における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器2の立上げ時において、燃料電池1の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池1の発電性能が良好に維持される。   As described above, according to the present embodiment, when the humidifier 2 is started up, the opening / closing operation of the valve 62 is controlled, and the flow rate at which the off gas is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 can be essentially supplied. A flow restriction operation that restricts the flow rate of the off gas is performed. For this reason, it is suppressed that the off gas which has moisture is supplied to the humidifier 2 excessively, and the excess moisture in the humidifier 2 is suppressed. As a result, when the humidifier 2 is started up, the flooding phenomenon inside the fuel cell 1 is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell 1 is maintained well.

殊に本実施例によれば、前述したように加湿器2は燃料電池1に対して距離LA離間して配置されており、加湿器2の立上げ時には、燃料電池1から加湿器2への伝熱をあまり期待できないため、加湿器2の温度は低めとなりやすい。このため加湿器2の立上げ時には、加湿器2の温度の割に、加湿器2の湿分量が多めとなるため、燃料電池1ではフラッディング現象が生じるおそれがある。このように加湿器2が燃料電池1に対して離間して配置されているときであっても、上記した流量制限操作を実行すれば、加湿器2の立上げ時において、燃料電池1の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池1の発電性能が良好に維持される。   In particular, according to the present embodiment, as described above, the humidifier 2 is arranged at a distance LA from the fuel cell 1, and when the humidifier 2 is started up, the humidifier 2 is connected to the humidifier 2 from the fuel cell 1. Since heat transfer cannot be expected so much, the temperature of the humidifier 2 tends to be low. For this reason, when the humidifier 2 is started up, the amount of moisture in the humidifier 2 becomes larger than the temperature of the humidifier 2, so that the flooding phenomenon may occur in the fuel cell 1. Even when the humidifier 2 is disposed away from the fuel cell 1 as described above, if the flow restricting operation described above is performed, the inside of the fuel cell 1 is The flooding phenomenon is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell 1 is maintained well.

図3は制御ユニット7が実行する制御のフローチャートの一例を示す。フローチャートはこれに限定されるものではない。まず、初期の設定温度としてT1を設定する(ステップS102)。温度センサ70で検知している加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tを読み込む(ステップS104)。温度Tが設定温度Tを超えているか判定する(ステップS106)。温度Tが設定温度T1を超えていなければ、越えるまで読み込みを続ける。温度Tが設定温度T1を超えていれば、タイマの計測を開始する(ステップS108)。タイマとしてはマイコンの内部タイマでも、外部タイマでも良い。更に、バルブ62を開放させる(ステップS110)。これにより暖かいオフガスの大半は迂回通路61に流れるため、加湿器2の昇温は抑制される。   FIG. 3 shows an example of a flowchart of control executed by the control unit 7. The flowchart is not limited to this. First, T1 is set as an initial set temperature (step S102). The temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 detected by the temperature sensor 70 is read (step S104). It is determined whether the temperature T exceeds the set temperature T (step S106). If the temperature T does not exceed the set temperature T1, the reading is continued until it exceeds. If the temperature T exceeds the set temperature T1, timer measurement is started (step S108). The timer may be an internal timer of the microcomputer or an external timer. Further, the valve 62 is opened (step S110). As a result, most of the warm off-gas flows into the bypass passage 61, so that the temperature rise of the humidifier 2 is suppressed.

更に、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tを読み込む(ステップS112)。温度Tと設定温度T1とを比較する(ステップS114)。温度Tが設定温度T1を超えていれば(YES)、バルブ62の開放を維持する。この場合、暖かいオフガスの大半は迂回通路61から放出される。温度Tが設定温度T1を超えていなければ(NO)、バルブ62を閉じる。バルブ62を閉じれば、湿度を有する暖かいオフガスが加湿器2に供給される。   Further, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is read (step S112). The temperature T is compared with the set temperature T1 (step S114). If the temperature T exceeds the set temperature T1 (YES), the valve 62 is kept open. In this case, most of the warm off-gas is released from the bypass passage 61. If the temperature T does not exceed the set temperature T1 (NO), the valve 62 is closed. If the valve 62 is closed, warm off-gas having humidity is supplied to the humidifier 2.

更に、計測時間が設定時間に到達したか否か判定する(ステップS120)。設定時間に到達していなければ、設定温度を更新せず、ステップS112に戻る。計測時間が設定時間に到達していれば、設定温度を高温側に更新する。例えば、設定温度がT1であれば、T2に更新する。設定温度がT2であれば、T3に更新する。設定温度がT3であれば、T4に更新する。そしてタイマをクリアし、計測時間を0に戻す(ステップS124)。設定温度がT4か否か判定し(ステップS126)、設定温度がT4でなければ、ステップS104に戻り、ステップS104からステップS124を実行する。その際、ステップS106,114のT1は更新された設定温度に変更されている。ステップS126において、設定温度がT4であると判定されると、定常運転モードに移行する。   Further, it is determined whether or not the measurement time has reached the set time (step S120). If the set time has not been reached, the set temperature is not updated and the process returns to step S112. If the measurement time has reached the set time, the set temperature is updated to the high temperature side. For example, if the set temperature is T1, it is updated to T2. If the set temperature is T2, it is updated to T3. If the set temperature is T3, it is updated to T4. Then, the timer is cleared and the measurement time is returned to 0 (step S124). It is determined whether or not the set temperature is T4 (step S126). If the set temperature is not T4, the process returns to step S104, and steps S104 to S124 are executed. At that time, T1 in steps S106 and S114 is changed to the updated set temperature. If it is determined in step S126 that the set temperature is T4, the operation mode is shifted to the steady operation mode.

図4は実施例2を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有し、図1を準用する。本実施例によれば、設定温度T1に関する回数的パラメータとして設定回数B1が設定されている。設定温度T2に関する回数的パラメータとして設定回数B2が設定されている。設定温度T3に関する回数的パラメータとして設定回数B3が設定されている。ここで、設定回数はその設定温度におけるバルブ62の開き又は閉じの作動回数を意味する。設定回数B1〜B3は、加湿器2に供給されるオフガスの流量を制限している流量制限操作を実行している時間に相当する。   FIG. 4 shows a second embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and FIG. 1 is applied mutatis mutandis. According to the present embodiment, the set number of times B1 is set as a number parameter related to the set temperature T1. A set number of times B2 is set as a frequency parameter for the set temperature T2. A set number of times B3 is set as a frequency parameter for the set temperature T3. Here, the set number of times means the number of opening and closing operations of the valve 62 at the set temperature. The set times B <b> 1 to B <b> 3 correspond to the time during which a flow rate limiting operation for limiting the flow rate of the off gas supplied to the humidifier 2 is performed.

本実施例においても、加湿器2の立上がり時には、予め、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの目標温度として、設定温度T1が制御ユニット7に設定されている。そして、その温度Tが設定温度T1に上昇するまで、バルブ62が閉じる。この結果、燃料電池1の吐出された酸化剤ガスの暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25から第2通路22内に供給される。これにより加湿器2の温度は特性線α1のように次第に昇温する。   Also in the present embodiment, when the humidifier 2 rises, the set temperature T1 is set in the control unit 7 as the target temperature of the reaction gas temperature T previously humidified by the humidifying unit 23. The valve 62 is closed until the temperature T rises to the set temperature T1. As a result, the warm off-gas of the oxidant gas discharged from the fuel cell 1 is supplied from the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 into the second passage 22 via the off-gas passage 4. As a result, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as indicated by the characteristic line α1.

そして、反応ガスの温度Tが設定温度T1を越えて昇温すると、バルブ62が開放し、暖かいオフガスの大半は迂回通路61から放出される。これにより加湿器2の昇温は抑制される。この場合、外気の影響を受けて加湿器2の温度は低下する。そして、反応ガスの温度Tが設定温度T1を基準として降温すると、バルブ62が閉じるため、暖かいオフガスは迂回通路61を流れず、加湿器2のオフガス入口25に供給され、加湿器2が昇温する。   When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T1, the valve 62 is opened, and most of the warm off-gas is released from the bypass passage 61. Thereby, the temperature rise of the humidifier 2 is suppressed. In this case, the temperature of the humidifier 2 decreases due to the influence of outside air. When the temperature T of the reaction gas is lowered with reference to the set temperature T1, the valve 62 is closed, so that the warm off-gas does not flow through the bypass passage 61 and is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 so that the humidifier 2 is heated. To do.

そして設定温度T1に最初に到達してから、バルブ62の作動回数が設定回数B1を経過すると、今度は、設定温度T2が反応ガスの温度Tの目標温度として機能する。故に、温度Tが設定温度T2に上昇するまで、バルブ62は閉じる。この結果、暖かいオフガスは迂回通路61を流れず、加湿器2のオフガス入口25に供給され、加湿器2は暖められる。このため加湿器2の温度は特性線α2のように次第に昇温する。   Then, after the set temperature T1 is first reached, when the number of actuations of the valve 62 exceeds the set number B1, the set temperature T2 now functions as the target temperature of the reaction gas temperature T. Therefore, the valve 62 is closed until the temperature T rises to the set temperature T2. As a result, the warm off-gas does not flow through the bypass passage 61 but is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 so that the humidifier 2 is warmed. For this reason, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α2.

更に、温度Tが設定温度T2を越えて昇温すると、バルブ62が開放し、暖かいオフガスの大半が迂回通路61に流れ、加湿器2の昇温が抑制され、ひいては加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの昇温は抑制される。そして温度Tが設定温度T2よりも降温すると、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。   Further, when the temperature T rises beyond the set temperature T2, the valve 62 is opened, and most of the warm off-gas flows into the bypass passage 61, the temperature rise of the humidifier 2 is suppressed, and as a result, the reaction humidified by the humidifying unit 23. The temperature rise of the gas temperature T is suppressed. When the temperature T falls below the set temperature T2, the valve 62 is closed, so that the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 through the offgas passage 4.

そして設定温度T2に最初に到達してから、バルブ62の作動回数が設定回数B2経過すると、今度は、設定温度T3が目標温度として機能する。故に、温度Tが設定温度T3に上昇するまで、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。これにより加湿器2は暖められ、加湿器2の温度は特性線α3のように次第に昇温する。そして温度Tが設定温度T3を越えると、バルブ62が開放し、オフガスの大半は迂回通路61に流れる。故に、加湿器1の昇温が抑制され、ひいては加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの昇温は抑制される。反応ガスの温度Tが設定温度T3を基準として降温すると、バルブ62が閉じ、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給されるため、加湿器2は昇温する。   Then, after the set temperature T2 is first reached, when the set number of times B2 elapses, the set temperature T3 functions as the target temperature. Therefore, since the valve 62 is closed until the temperature T rises to the set temperature T3, the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 via the offgas passage 4. As a result, the humidifier 2 is warmed, and the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α3. When the temperature T exceeds the set temperature T3, the valve 62 is opened, and most of the off gas flows into the bypass passage 61. Therefore, the temperature increase of the humidifier 1 is suppressed, and as a result, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed. When the temperature T of the reaction gas is lowered with reference to the set temperature T3, the valve 62 is closed, and the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 through the offgas passage 4. The humidifier 2 is heated.

そして設定温度T3に最初に到達してから、バルブ62の作動回数が設定回数B3経過すると、設定温度T4が目標温度として機能する。即ち、反応ガスの温度Tが設定温度T4に上昇するまで、バルブ62が閉じ、燃料電池1から吐出された暖かいオフガスは、オフガス通路4を介して、加湿器2のオフガス入口25に供給される。これにより加湿器2の温度は特性線α4に示すように次第に昇温する。オフガスに含まれている湿分も加湿器2の第2通路22に供給されるため、加湿器2の加湿部23は湿潤度が次第に増加する。反応ガスの温度Tが設定温度T4越えると、バルブ62が開放し、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが制限され、暖かいオフガスの大半は迂回通路61から放出される。これにより加湿器2の過剰昇温は抑制され、加湿部23で加湿した反応ガスの温度の過剰昇温は抑制される。更に、湿分を有するオフガスの加湿器2への供給が制限されるため、加湿器2における湿分の過剰化も抑制される。反応ガスの温度Tが設定温度T4を基準として降温すると、バルブ62が閉じるため、燃料電池1から吐出されたオフガスは加湿器2のオフガス入口25に供給され、加湿器2が昇温する。   Then, after the set temperature T3 is initially reached, when the set number of times B3 of the operation of the valve 62 has elapsed, the set temperature T4 functions as the target temperature. That is, the valve 62 is closed until the temperature T of the reaction gas rises to the set temperature T4, and the warm offgas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the offgas inlet 25 of the humidifier 2 through the offgas passage 4. . As a result, the temperature of the humidifier 2 gradually increases as shown by the characteristic line α4. Since the moisture contained in the off gas is also supplied to the second passage 22 of the humidifier 2, the wetness of the humidifier 23 of the humidifier 2 gradually increases. When the temperature T of the reaction gas exceeds the set temperature T4, the valve 62 is opened, and the supply of the off gas to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 is restricted, and most of the warm off gas is discharged from the bypass passage 61. Thereby, the excessive temperature increase of the humidifier 2 is suppressed, and the excessive temperature increase of the temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed. Furthermore, since supply of the off gas having moisture to the humidifier 2 is restricted, excessive moisture in the humidifier 2 is also suppressed. When the temperature T of the reaction gas is lowered with reference to the set temperature T4, the valve 62 is closed, so that the off gas discharged from the fuel cell 1 is supplied to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 and the humidifier 2 is heated.

本実施例によれば、前述したようなバルブ62の開閉作動により、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tとしては、設定温度T1を目標温度として設定回数B1の間維持され、設定温度T2を目標温度として設定回数B2の間維持され、設定温度T3を目標温度として設定回数B3の間維持され、設定温度T4を目標温度(定常運転時における加湿器2の目標温度)として維持される。   According to the present embodiment, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 by the opening / closing operation of the valve 62 as described above is maintained for the set number of times B1 with the set temperature T1 as the target temperature, and the set temperature T2 Is maintained for the set number of times B2, with the set temperature T3 as the target temperature, and is maintained for the set number of times B3, and the set temperature T4 is maintained as the target temperature (the target temperature of the humidifier 2 during steady operation).

以上説明したように本実施例においても、実施例1と同様に、加湿器2の立上げ時には、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給される流量を制限することにしている。このため加湿器2における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器2の立上げ時において、燃料電池1の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池1の発電性能が良好に維持される。   As described above, also in the present embodiment, when the humidifier 2 is started up, the flow rate at which the warm off-gas having moisture is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is limited as in the first embodiment. ing. For this reason, excessive moisture in the humidifier 2 is suppressed. As a result, when the humidifier 2 is started up, the flooding phenomenon inside the fuel cell 1 is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell 1 is maintained well.

なお実施例1,2では、設定温度T1,T2,T3,T4とされているが、設定温度としては2種でも、3種でも、5種でも良い。設定温度T1,T2,T3,T4は、ある所定値とされているが、T1からT4へ順に所定の温度幅で変化するように設定しても良い。即ち、設定温度T1から次の設定温度を設定するときにT1に所定の温度幅ΔTだけ加算する。こうして順次ΔTを加算して次の設定温度を決める。   In the first and second embodiments, the set temperatures T1, T2, T3, and T4 are used. However, the set temperatures may be two, three, or five. The set temperatures T1, T2, T3, and T4 are set to certain predetermined values, but may be set so as to change sequentially from T1 to T4 with a predetermined temperature range. That is, when the next set temperature is set from the set temperature T1, a predetermined temperature width ΔT is added to T1. In this way, the next set temperature is determined by sequentially adding ΔT.

あるいは、設定温度に所定の温度幅を持たせるように設定しても良い。例えば、T1について、相対的に高い温度T1a(T1a=T1+α1)と、相対的に低い温度T1b(T1b=T1−α2)とを設定する。T1a−T1bは、所定間の温度幅とされている。そして、温度Tが低温側からT1bを越えるとき、流量制限操作を実行するように制御する。また、温度Tが高温側からT1aよりも低下するとき、流量制限操作を解除するように制御する。これにより、煩雑に流量制限操作することなく、設定温度を維持できる。また、T2について、相対的に高い温度T2a(T2a=T2+α1)と、相対的に低い温度T2b(T2b=T2−α2)とを設定し、同様に制御する。設定温度T3,T4についても同様にできる。   Alternatively, the set temperature may be set to have a predetermined temperature range. For example, for T1, a relatively high temperature T1a (T1a = T1 + α1) and a relatively low temperature T1b (T1b = T1−α2) are set. T1a-T1b is a predetermined temperature range. And when temperature T exceeds T1b from a low temperature side, it controls so that flow volume control operation may be performed. Moreover, when the temperature T falls below T1a from the high temperature side, control is performed so as to cancel the flow rate restriction operation. Accordingly, the set temperature can be maintained without performing a complicated flow restriction operation. For T2, a relatively high temperature T2a (T2a = T2 + α1) and a relatively low temperature T2b (T2b = T2-α2) are set and controlled in the same manner. The same can be done for the set temperatures T3 and T4.

図5は実施例3を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有し、図1を準用する。本実施例に係るバルブ62は、流量制御弁であり、100%開放から0%開放までの間において段階的またはリニア的に流量を調整できるように設定されている。   FIG. 5 shows a third embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same operation and effect as the first embodiment, and FIG. 1 is applied mutatis mutandis. The valve 62 according to the present embodiment is a flow rate control valve, and is set so that the flow rate can be adjusted stepwise or linearly from 100% open to 0% open.

本実施例においても、加湿器2の立上がり時には、設定温度T1は、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの目標温度として機能する。温度Tが設定温度T1を越えて昇温するまで、燃料電池1とオフガス入口25との連通度を増加させるように、バルブ62の開度は制御される。この結果、燃料電池1の酸化剤極11から吐出された暖かいオフガスは、オフガス入口25から加湿器2の第2通路22に供給される。これにより加湿部23で加湿した反応ガスの温度は特性線α1のように次第に昇温する。   Also in the present embodiment, when the humidifier 2 rises, the set temperature T1 functions as a target temperature of the reaction gas temperature T humidified by the humidifying unit 23. The opening degree of the valve 62 is controlled so that the degree of communication between the fuel cell 1 and the offgas inlet 25 is increased until the temperature T rises beyond the set temperature T1. As a result, the warm off gas discharged from the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 is supplied from the off gas inlet 25 to the second passage 22 of the humidifier 2. As a result, the temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 gradually increases as shown by the characteristic line α1.

温度Tが設定温度T1に到達すると、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を減少させるように、バルブ62の開度が制御される。これは設定時間C1ぶん行われる。故に、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが抑制される。この結果、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの昇温は特性線γ1のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α1>特性線γ1である。   When the temperature T reaches the set temperature T1, the opening degree of the valve 62 is controlled so as to reduce the degree of communication between the off-gas outlet 11p and the off-gas inlet 25. This is performed for the set time C1. Therefore, supply of the warm off-gas having moisture to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is suppressed. As a result, the temperature increase of the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed as indicated by the characteristic line γ1. As the temperature rising gradient, characteristic line α1> characteristic line γ1.

そして反応ガスの温度Tが設定温度T1に最初に到達してから、設定時間C1経過すると、設定温度T2が加湿部23で加湿した反応ガスの温度の目標温度として機能する。温度Tが設定温度T2を越えて昇温するまで、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を増加させるように、バルブ62の開度は制御される。この結果、燃料電池1の酸化剤極11から吐出されたオフガスは、オフガス通路4を流れ、加湿器2のオフガス入口25から第2通路22に供給され、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tは特性線α2のように昇温する。   When the set time C1 elapses after the reaction gas temperature T first reaches the set temperature T1, the set temperature T2 functions as the target temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23. The opening degree of the valve 62 is controlled so as to increase the degree of communication between the offgas outlet 11p and the offgas inlet 25 until the temperature T rises beyond the set temperature T2. As a result, the off-gas discharged from the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 flows through the off-gas passage 4, is supplied to the second passage 22 from the off-gas inlet 25 of the humidifier 2, and the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier 23. T increases in temperature as indicated by characteristic line α2.

そして、温度Tが設定温度T2に到達すると、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を減少させるように、バルブ62の開度が制御される。これは、温度Tが設定温度T1に最初に到達してから設定時間C2ぶん行われる。故に、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが抑制される。この場合、加湿部23で加湿した反応ガスの温度の昇温は特性線γ2のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α2>特性線γ2である。   When the temperature T reaches the set temperature T2, the opening degree of the valve 62 is controlled so as to reduce the degree of communication between the offgas outlet 11p and the offgas inlet 25. This is performed for the set time C2 after the temperature T first reaches the set temperature T1. Therefore, supply of the off gas to the off gas inlet 25 of the humidifier 2 is suppressed. In this case, the temperature rise of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed as indicated by the characteristic line γ2. The temperature rising gradient is characteristic line α2> characteristic line γ2.

そして温度Tが設定温度T2に最初に到達してから、設定時間C2経過すると、設定温度T3が加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tの目標温度として機能する。そして温度Tが設定温度T3を越えて昇温するまで、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を増加させるように、バルブ62の開度は制御される。この結果、燃料電池1の酸化剤極11から吐出されたオフガスは、加湿器2のオフガス入口25から第2通路22に供給され、加湿部23で加湿した反応ガスの温度は特性線α3のように次第に昇温する。加湿部23で加湿した反応ガスの温度が設定温度T3に到達すると、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を減少させるように、バルブ62の開度が制御される。これは、加湿部23で加湿した反応ガスの温度が設定温度T3に最初に到達してから設定時間C3ぶん行われる。故に、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給されることが抑制される。この場合、加湿部23で加湿した反応ガスの温度の昇温は特性線γ3のように抑えられる。温度の上昇勾配としては、特性線α3>特性線γ3である。   When the set time C2 elapses after the temperature T first reaches the set temperature T2, the set temperature T3 functions as a target temperature of the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23. The opening degree of the valve 62 is controlled so as to increase the degree of communication between the offgas outlet 11p and the offgas inlet 25 until the temperature T rises beyond the set temperature T3. As a result, the off-gas discharged from the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 is supplied from the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 to the second passage 22, and the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier 23 is as indicated by a characteristic line α 3. The temperature gradually increases. When the temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 reaches the set temperature T3, the opening degree of the valve 62 is controlled so as to reduce the degree of communication between the off-gas outlet 11p and the off-gas inlet 25. This is performed for a set time C3 after the temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 first reaches the set temperature T3. Therefore, supply of the warm off-gas having moisture to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is suppressed. In this case, the temperature rise of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is suppressed as indicated by the characteristic line γ3. As the temperature rising gradient, characteristic line α3> characteristic line γ3.

そして設定時間C3経過した後に、設定温度T4が温度Tの目標温度として機能する。温度Tが設定温度T4に上昇するまで、オフガス出口11pとオフガス入口25との連通度を増加させるように、バルブ62の開度は制御される。この結果、燃料電池1の酸化剤極11から吐出されたオフガスは、加湿器2のオフガス入口25から第2通路22に供給され、加湿部23で加湿した反応ガスの温度は特性線α4のように次第に昇温する。本実施例によれば、設定時間C1〜C3は、加湿器2に供給されるオフガスの流量を制限している流量制限操作を実行している時間に相当する。   Then, after the set time C3 has elapsed, the set temperature T4 functions as the target temperature of the temperature T. Until the temperature T rises to the set temperature T4, the opening degree of the valve 62 is controlled so as to increase the degree of communication between the offgas outlet 11p and the offgas inlet 25. As a result, the off-gas discharged from the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1 is supplied from the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 to the second passage 22, and the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier 23 is as indicated by a characteristic line α4. The temperature gradually increases. According to the present embodiment, the set times C <b> 1 to C <b> 3 correspond to a time during which a flow rate limiting operation that limits the flow rate of the off gas supplied to the humidifier 2 is performed.

本実施例によれば、図5における特性線α1、α2、α3、α4の領域では、バルブ62は全開状態またはそれに近い状態とされている。これに対して、図5における特性線γ1,γ2,γ3の領域では、バルブ62の開度は全開ではなく、実施例1に係るA1〜A3の領域(または実施例2に係るB1〜B3の領域)における開度よりも開いた状態と全開状態との間の中間の開度とされている。   According to the present embodiment, the valve 62 is in a fully open state or a state close thereto in the regions of the characteristic lines α1, α2, α3, α4 in FIG. On the other hand, in the region of the characteristic lines γ1, γ2, and γ3 in FIG. 5, the opening degree of the valve 62 is not fully opened, and the region of A1 to A3 according to the first embodiment (or the range of B1 to B3 according to the second embodiment) The opening degree is intermediate between the opened state and the fully opened state, rather than the opening degree in the region.

以上説明したように本実施例によれば、加湿器2の立上げ時には、バルブ62の開度を制御し、湿分を有する暖かいオフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給される流量を制限する流量制限操作を実行する。このため加湿器2における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器2の立上げ時において、燃料電池1の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池1の発電性能が良好に維持される。   As described above, according to the present embodiment, when the humidifier 2 is started up, the opening degree of the valve 62 is controlled, and the flow rate at which the warm off-gas having moisture is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 is limited. Execute the flow restriction operation. For this reason, excessive moisture in the humidifier 2 is suppressed. As a result, when the humidifier 2 is started up, the flooding phenomenon inside the fuel cell 1 is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell 1 is maintained well.

図6は実施例4を示す。本実施例は実施例1と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。本実施例においては、図6に示すように、流量制限要素6は、燃料電池1のオフガス出口11pと加湿器2のオフガス入口25とを繋ぐオフガス通路4から分岐する迂回通路61と、オフガス通路4と迂回通路61との分岐部に設けられたバルブ62とを備えている。このバルブ62は、燃料電池1から吐出された酸化剤ガスのオフガスを加湿器2のオフガス入口25に流す形態と、オフガスを迂回通路61に流す形態とに切り替える切替バルブとされている。   FIG. 6 shows a fourth embodiment. The present embodiment basically has the same configuration and the same function and effect as the first embodiment. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the flow restriction element 6 includes a bypass passage 61 that branches off from the offgas passage 4 that connects the offgas outlet 11 p of the fuel cell 1 and the offgas inlet 25 of the humidifier 2, and an offgas passage. 4 and a valve 62 provided at a branch portion between the bypass passage 61 and the bypass passage 61. The valve 62 is a switching valve that switches between a mode in which the off-gas of the oxidant gas discharged from the fuel cell 1 flows to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 and a mode in which the off-gas flows to the bypass passage 61.

本実施例においても、加湿器2の立上げ時には、バルブ62の開閉作動を制御し、オフガスが加湿器2のオフガス入口25に供給される流量を、本来的に供給できるオフガス流量よりも制限する流量制限操作を実行する。このため、湿分を有するオフガスが過剰に加湿器2に供給されることが抑制され、加湿器2における湿分の過剰化が抑制される。この結果、加湿器2の立上げ時において、燃料電池1の内部におけるフラッディング現象が抑制され、燃料電池1の発電性能が良好に維持される。場合によっては、分岐部に設けられたバルブ62としては、加湿器2のオフガス入口25及び迂回通路61にオフガスを分配する比率を調整できる流量分配バルブとしても良い。   Also in the present embodiment, when the humidifier 2 is started up, the opening / closing operation of the valve 62 is controlled to limit the flow rate at which off-gas is supplied to the off-gas inlet 25 of the humidifier 2 more than the off-gas flow rate that can be essentially supplied. Perform a flow restriction operation. For this reason, it is suppressed that the off gas which has moisture is supplied to the humidifier 2 excessively, and the excess moisture in the humidifier 2 is suppressed. As a result, when the humidifier 2 is started up, the flooding phenomenon inside the fuel cell 1 is suppressed, and the power generation performance of the fuel cell 1 is maintained well. In some cases, the valve 62 provided at the branching portion may be a flow rate distribution valve capable of adjusting a ratio of distributing the off gas to the off gas inlet 25 and the bypass passage 61 of the humidifier 2.

(他の実施例)
図7(A)〜図7(D)は他の実施例に係り、加湿器2の温度についての制御形態を示すグラフを示す。特性線TSはスタックの温度を示す。特性線THは加湿器2の温度を示す。図7(A)に示す実施例によれば、図8に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、流量制限操作により加湿器2の温度が連続的に昇温するように温度制御する。この場合、バルブ62としては、オンオフ式でも良いし、通過流量を可変に絞る式でも良い。また、図7(B)に示す実施例によれば、図8に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、1段階目の流量制限操作と2段階目の流量制限操作により、加湿器2の温度が2段階的に昇温するように温度制御する。あるいは、2段階的に昇温するのではなく、図8に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、曲線的に昇温させることにしても良い。この場合、バルブ62としては、オンオフ式でも良いし、通過流量を可変に絞る式でも良い。
(Other examples)
FIGS. 7A to 7D show graphs showing control modes for the temperature of the humidifier 2 according to another embodiment. A characteristic line TS indicates the temperature of the stack. A characteristic line TH indicates the temperature of the humidifier 2. According to the embodiment shown in FIG. 7A, the temperature is controlled so that the temperature of the humidifier 2 is continuously raised by the flow rate limiting operation so as to be slower than the conventional temperature raising rate shown in FIG. . In this case, the valve 62 may be an on-off type or a type that variably restricts the passing flow rate. Further, according to the embodiment shown in FIG. 7B, the humidifier is operated by the first-stage flow rate restriction operation and the second-stage flow rate restriction operation so as to be slower than the conventional temperature increase rate shown in FIG. The temperature is controlled so that the temperature of 2 rises in two steps. Alternatively, the temperature may be raised in a curve so as to be slower than the conventional temperature raising rate shown in FIG. In this case, the valve 62 may be an on-off type or a type that variably restricts the passing flow rate.

図7(C)に示す実施例によれば、図8に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、所定時間txだけ流量制限操作するように温度制御する。この場合、バルブ62としては、通過流量を可変に絞る式が好ましい。時間tx以後は、流量制限操作を実行しない。時間tx以後は、加湿器2の温度が昇温しているため、燃料電池1における過剰なフラッディングが抑えられるためである。また、図7(D)に示す実施例によれば、図8に示す従来の昇温速度よりも遅くなるように、バルブ62の流量操作により加湿器2に少量のオフガスが流れるようにし、設定温度T4になるまで流量制限操作するように温度制御する。上記したように加湿器2で加湿された反応ガスの温度が予め決められた図7(A)〜図7(D)に示す温度プロファイルになるように、制御手段は、流量制限操作を実行する。   According to the embodiment shown in FIG. 7C, the temperature is controlled so that the flow rate is limited for a predetermined time tx so as to be slower than the conventional temperature increase rate shown in FIG. In this case, the valve 62 is preferably of a type that variably restricts the passage flow rate. After the time tx, the flow restriction operation is not executed. This is because after the time tx, the temperature of the humidifier 2 has risen, so that excessive flooding in the fuel cell 1 is suppressed. Further, according to the embodiment shown in FIG. 7D, a small amount of off-gas flows through the humidifier 2 by operating the flow rate of the valve 62 so as to be slower than the conventional temperature increase rate shown in FIG. The temperature is controlled so that the flow rate is limited until the temperature reaches T4. As described above, the control unit executes the flow rate limiting operation so that the temperature of the reaction gas humidified by the humidifier 2 becomes a predetermined temperature profile shown in FIGS. 7A to 7D. .

上記した実施例によれば、加湿部23で加湿した反応ガスの温度Tとしては、燃料電池1の酸化剤極11の入口11iを通過する酸化剤ガスの温度とされており、その温度Tを測定するために、燃料電池1の酸化剤極11の入口11iに温度センサ70が設けられている。しかしながらこれに限らず、加湿器2の酸化剤ガス出口24に温度センサを設け、加湿器2の酸化剤ガス出口24から吐出される酸化剤ガスの温度を温度Tとして測定しても良い。あるいは、加湿器2の第1通路21内に温度センサを設け、第1通路21の温度を温度Tとして測定しても良い。あるいは、加湿器2の第1通路21を形成するハウジングに温度センサを設け、そのハウジングの温度を温度Tとして測定しても良い。あるいは、加湿器2と燃料電池1とを繋ぐ供給路3に温度センサを設け、供給路3を流れる酸化剤ガスの温度を温度Tとして測定しても良い。   According to the above-described embodiment, the temperature T of the reaction gas humidified by the humidifying unit 23 is the temperature of the oxidant gas passing through the inlet 11i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1, and the temperature T is In order to perform the measurement, a temperature sensor 70 is provided at the inlet 11 i of the oxidant electrode 11 of the fuel cell 1. However, the present invention is not limited to this, and a temperature sensor may be provided at the oxidant gas outlet 24 of the humidifier 2, and the temperature of the oxidant gas discharged from the oxidant gas outlet 24 of the humidifier 2 may be measured as the temperature T. Alternatively, a temperature sensor may be provided in the first passage 21 of the humidifier 2 and the temperature of the first passage 21 may be measured as the temperature T. Alternatively, a temperature sensor may be provided in the housing forming the first passage 21 of the humidifier 2 and the temperature of the housing may be measured as the temperature T. Alternatively, a temperature sensor may be provided in the supply path 3 that connects the humidifier 2 and the fuel cell 1, and the temperature of the oxidant gas flowing through the supply path 3 may be measured as the temperature T.

上記した実施例では、酸化剤ガスの加湿に適用しているが、これに限らず、燃料ガスの加湿に適用しても良い。上記した実施例では、燃料電池1と加湿器2とは離間して配置されているが、これに限らず、燃料電池1と加湿器2とは一体的に組み込まれていても良い。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to humidification of the oxidant gas, but is not limited thereto, and may be applied to humidification of the fuel gas. In the above-described embodiment, the fuel cell 1 and the humidifier 2 are disposed apart from each other. However, the present invention is not limited to this, and the fuel cell 1 and the humidifier 2 may be integrated. In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist.

本発明は例えば定置用、車両用、電気機器用、電子機器用、携帯用の燃料電池システムに利用することができる。   The present invention can be used in, for example, stationary fuel cells, vehicles, electric devices, electronic devices, and portable fuel cell systems.

実施例1に係り、燃料電池システムを模式的に示す構成図である。1 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system according to Example 1. FIG. 実施例1に係り、制御形態を示すグラフである。6 is a graph illustrating a control mode according to the first embodiment. 実施例1に係り、制御における代表的なフローチャートである。3 is a typical flowchart in control according to the first embodiment. 実施例2に係り、制御形態を示すグラフである。10 is a graph illustrating a control mode according to the second embodiment. 実施例3に係り、制御形態を示すグラフである。10 is a graph illustrating a control mode according to the third embodiment. 実施例4に係り、燃料電池システムを模式的に示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram schematically showing a fuel cell system according to Example 4; 他の実施例に係り、制御形態を示すグラフである。It is a graph which concerns on another Example and shows a control form. 従来技術に係り、加湿器の起動時におけるスタック温度と加湿器温度との昇温形態を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature rising form of stack temperature and humidifier temperature at the time of starting of a humidifier according to a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1は燃料電池、2は加湿器、24は酸化剤ガス出口(反応ガス出口)、25はオフガス入口、6は流量制御要素、61は迂回通路、62はバルブ、7は制御ユニット(制御手段)を示す。   1 is a fuel cell, 2 is a humidifier, 24 is an oxidant gas outlet (reaction gas outlet), 25 is an off-gas inlet, 6 is a flow control element, 61 is a bypass passage, 62 is a valve, 7 is a control unit (control means) Indicates.

Claims (8)

燃料電池と、
前記燃料電池に供給する反応ガスを加湿する加湿部と、前記加湿部で加湿した反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス出口と、前記燃料電池から吐出された反応ガスの発電反応後のオフガスが供給されるオフガス入口とを有する加湿器とを具備する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池から吐出されたオフガスが前記加湿器の前記オフガス入口に供給される流量を制限する流量制限要素と、
前記加湿器の立上げ時に前記流量制限要素を制御し、オフガスが前記加湿器の前記オフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作を含むオフガス制御を実行する制御手段とを具備していることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell;
A humidifying unit for humidifying a reaction gas supplied to the fuel cell, a reaction gas outlet for supplying the reaction gas humidified by the humidification unit to the fuel cell, and an off-gas after a power generation reaction of the reaction gas discharged from the fuel cell A fuel cell system comprising a humidifier having an off-gas inlet supplied with
A flow rate limiting element for limiting a flow rate at which off gas discharged from the fuel cell is supplied to the off gas inlet of the humidifier;
Control means for controlling the flow rate limiting element when starting up the humidifier and performing off gas control including a flow rate limiting operation for limiting the flow rate of off gas supplied to the off gas inlet of the humidifier. A fuel cell system.
請求項1において、前記制御手段は、前記加湿器の立上げ時に前記流量制限要素を制御し、オフガスを前記加湿器の前記オフガス入口に供給する供給操作と、オフガスが前記加湿器の前記オフガス入口に供給される流量を制限する流量制限操作とを含むオフガス制御を実行することを特徴とする燃料電池システム。   2. The supply operation according to claim 1, wherein the control unit controls the flow rate limiting element when the humidifier is started up to supply off-gas to the off-gas inlet of the humidifier, and off-gas is supplied to the off-gas inlet of the humidifier. A fuel cell system that performs off-gas control including a flow restriction operation that restricts a flow rate supplied to the fuel cell. 請求項1または2において、前記制御手段は、前記加湿部が加湿した反応ガスの温度が設定温度に到達したら前記流量制限操作を実行することを特徴とする燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit executes the flow rate limiting operation when a temperature of the reaction gas humidified by the humidifying unit reaches a set temperature. 請求項3において、前記制御手段は、低温側から高温側にかけて複数の設定温度を設定し、前記加湿部で加湿した反応ガスの温度が各設定温度に到達するに伴い前記流量制限操作を実行することを特徴とする燃料電池システム。   4. The control unit according to claim 3, wherein the control unit sets a plurality of set temperatures from a low temperature side to a high temperature side, and executes the flow rate limiting operation as the temperature of the reaction gas humidified by the humidification unit reaches each set temperature. A fuel cell system. 請求項1〜4のうちのいずれか一項において、前記流量制限要素は、前記燃料電池と前記加湿器のオフガス入口との間に設けられ、オフガスが前記加湿器の前記オフガス入口を迂回するようにオフガスを流す迂回通路と、前記迂回通路に設けられ前記加湿器に供給するオフガスの流量を調整する流体機器とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。   5. The flow rate limiting element according to claim 1, wherein the flow restriction element is provided between the fuel cell and an off-gas inlet of the humidifier so that off-gas bypasses the off-gas inlet of the humidifier. A fuel cell system, comprising: a bypass passage for supplying off gas to the exhaust passage; and a fluid device that is provided in the bypass passage and adjusts a flow rate of the off gas supplied to the humidifier. 請求項1〜5のうちのいずれか一項において、前記制御手段は、起動開始からの経過時間または前記加湿器の温度に応じて前記流量制限操作を実行することを特徴とする燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit executes the flow rate limiting operation in accordance with an elapsed time from the start of activation or a temperature of the humidifier. 請求項1〜6のうちのいずれか一項において、前記制御手段は、前記加湿器で加湿された反応ガスの温度が予め決められた温度プロファイルになるように、前記流量制限操作を実行することを特徴とする燃料電池システム。   The control unit according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit performs the flow rate limiting operation so that a temperature of the reaction gas humidified by the humidifier becomes a predetermined temperature profile. A fuel cell system. 請求項1〜7のうちのいずれか一項において、前記燃料電池と前記加湿器とは離間して配置されていることを特徴とする燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel cell and the humidifier are spaced apart from each other.
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