JP2007042305A

JP2007042305A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2007042305A
Application number: JP2005222277A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Miki; 修昭三木; Kenji Kato; 憲二加藤
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of easily increasing output of a fuel cell. <P>SOLUTION: Both ends of a second cylinder 15s are connected to an oxygen holding part and a hydrogen holding part of the fuel cell stack 1. Ratio of internal gas pressure of the oxygen holding part to that of the hydrogen holding part is kept constant by a balance piston 15p in the second cylinder 15s. A first cylinder 13s is connected to an air supply passage 110 communicated with the hydrogen holding part. Gas pressure of the oxygen holding part and the hydrogen holding part can be simultaneously and easily manipulated by operating a first piston 13p in the first cylinder 13s, and improvement of output can be easily realized by increasing the gas pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、燃料電池システムにかかり、詳しくは、負荷に応じてガス圧を調節できる燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system capable of adjusting a gas pressure according to a load.

従来、燃料電池では、燃料電池に供給される燃料ガスや酸化ガスの圧力を上げることにより、出力が増大することが知られている。例えば、自動車の駆動電源システムとして燃料電池システムを用いた場合には、上り坂や、急加速時又は積載重量が特に多い場合など、負荷が増大した場合には、負荷に応じて燃料電池の出力を上げる必要がある。 Conventionally, it is known that the output of a fuel cell increases by increasing the pressure of fuel gas or oxidant gas supplied to the fuel cell. For example, when a fuel cell system is used as a drive power system for an automobile, the output of the fuel cell is increased according to the load when the load increases, such as when going uphill, during sudden acceleration, or when the load weight is particularly large. It is necessary to raise.

このような場合には、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を上げるなど、エネルギーポテンシャルを向上させて、燃料極に接触する燃料ガス分子の量を増やし、発電反応を促進させ、燃料電池自体の出力を上げる必要がある。
このように、燃料電池の出力を要時に増大させる構成として、例えば特許文献１に記載されているシステムがある。
特願平８−１５３５３２号。 In such a case, the energy potential is improved by increasing the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell, the amount of fuel gas molecules in contact with the fuel electrode is increased, the power generation reaction is promoted, and the fuel cell itself Need to increase the output.
As described above, for example, there is a system described in Patent Document 1 as a configuration for increasing the output of the fuel cell when necessary.
Japanese Patent Application No. 8-153532.

上記特許文献１に記載のシステムでは、燃料ガスの流量を増大させることにより、燃料電池の出力を増加させている。このような構成では、流量を増大させるためにホンプなどの駆動装置の出力を上げる必要があり、燃料電池の出力を増大させるために消費エネルギーも増加してしまうという問題がある。また、酸化ガス側の供給量も増加させる必要があり、例えば燃料ガス側と同様に供給装置の出力を上げる必要がある。一方、燃料ガスと酸化ガスとの反応による生成水が、燃料ガス室や酸化ガス室に溜まり、この水を排出する場合にも、ガスの流量を増加させ、燃料電池外へ水を排出する方法が取られる。この際、上記出力を増加させる場合と同様に、ガスの流量を増大させるために駆動装置の消費エネルギーも増大するため、エネルギー効率が悪化するといった問題があった。 In the system described in Patent Document 1, the output of the fuel cell is increased by increasing the flow rate of the fuel gas. In such a configuration, it is necessary to increase the output of a driving device such as a pump in order to increase the flow rate, and there is a problem in that energy consumption increases in order to increase the output of the fuel cell. Further, it is necessary to increase the supply amount on the oxidizing gas side, and for example, it is necessary to increase the output of the supply device similarly to the fuel gas side. On the other hand, the water produced by the reaction between the fuel gas and the oxidizing gas collects in the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber, and when this water is discharged, the gas flow rate is increased and the water is discharged outside the fuel cell. Is taken. At this time, as in the case where the output is increased, the energy consumption of the drive device is increased in order to increase the gas flow rate.

この発明の目的は、容易に燃料電池の出力を上げることができる燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can easily increase the output of the fuel cell.

以上のような目的は、以下の本発明により達成される。 The above object is achieved by the present invention described below.

（１）燃料電池の単位セルと、
前記単位セルの一方の側に設けられ、燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス室と、
前記単位セルの他方の側に設けられ、酸化極に酸化ガスを供給する酸化ガス室と、
前記燃料ガス室へ燃料ガスを給排気する燃料ガス流路と、
前記酸化ガス室へ酸化ガスを給排気する酸化ガス流路とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガス室又は前記酸素ガス室の一方のガス圧を調節するガス圧調節手段と、
前記燃料ガス室と前記酸化ガス室との間に設けられ、両ガス室のガス圧を所定の圧力比の範囲内に維持するガス圧比調整手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。 (1) a unit cell of a fuel cell;
A fuel gas chamber provided on one side of the unit cell and supplying fuel gas to the fuel electrode;
An oxidizing gas chamber which is provided on the other side of the unit cell and supplies an oxidizing gas to the oxidizing electrode;
A fuel gas passage for supplying and exhausting fuel gas to and from the fuel gas chamber;
A fuel cell system comprising an oxidizing gas flow path for supplying and exhausting oxidizing gas to and from the oxidizing gas chamber,
Gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure of one of the fuel gas chamber or the oxygen gas chamber;
A fuel cell system comprising gas pressure ratio adjusting means provided between the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber and maintaining the gas pressure of both gas chambers within a predetermined pressure ratio range.

（２）燃料電池の単位セルと、
前記単位セルの一方の側に設けられ、燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス室と、
前記単位セルの他方の側に設けられ、酸化極に酸化ガスを供給する酸化ガス室と、
前記燃料ガス室へ燃料ガスを給排気する燃料ガス流路と、
前記酸化ガス室へ酸化ガスを給排気する酸化ガス流路とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガス室を含む空間を、気密状態と非気密状態とに切り換え可能な燃料ガス側切換手段と、
前記酸化ガス室を含む空間を、気密状態と非気密状態とに切り換え可能な酸化ガス側切換手段と、
前記燃料ガス室と前記酸化ガス室のいずれか一方のガス圧を調節するガス圧調節手段と、
前記燃料ガス室と前記酸化ガス室との間に設けられ、両ガス室のガス圧を所定の圧力比の範囲内に維持するガス圧比調整手段と、
前記ガス圧調節手段は、前記燃料ガス側切換手段と前記酸化ガス側切換手段とを気密状態として、ガス圧を調節することを特徴とする燃料電池システム。 (2) a unit cell of a fuel cell;
A fuel gas chamber provided on one side of the unit cell and supplying fuel gas to the fuel electrode;
An oxidizing gas chamber which is provided on the other side of the unit cell and supplies an oxidizing gas to the oxidizing electrode;
A fuel gas passage for supplying and exhausting fuel gas to and from the fuel gas chamber;
A fuel cell system comprising an oxidizing gas flow path for supplying and exhausting oxidizing gas to and from the oxidizing gas chamber,
A fuel gas side switching means capable of switching a space including the fuel gas chamber between an airtight state and a non-airtight state;
An oxidizing gas side switching means capable of switching the space including the oxidizing gas chamber between an airtight state and a non-airtight state;
Gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure of any one of the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber;
A gas pressure ratio adjusting means which is provided between the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber and maintains the gas pressures of both gas chambers within a predetermined pressure ratio range;
The fuel cell system, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure with the fuel gas side switching means and the oxidizing gas side switching means being in an airtight state.

（３）前記ガス圧調節手段は、前記燃料ガス室又は前記酸化ガス室のいずれか一方に接続された、容積を変更可能な可変容積装置と、
前記可変容積装置の容積を調節する容積制御装置とを有する上記（２）に記載の燃料電池システム。 (3) The gas pressure adjusting means is connected to either one of the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber, and a variable volume device capable of changing a volume;
The fuel cell system according to (2), further including a volume control device that adjusts the volume of the variable volume device.

（４）前記可変容積装置は、第１シリンダーと、該第１シリンダー内に収容された第１ピストンと、前記第１ピストンを移動させ、前記第１シリンダー内の容積を調節する容積調節装置を有する上記（３）に記載の燃料電池システム。 (4) The variable volume device includes a first cylinder, a first piston accommodated in the first cylinder, and a volume adjusting device that moves the first piston and adjusts the volume in the first cylinder. The fuel cell system according to (3) above.

（５）前記容積調節装置は、前記燃料ガス流路へ燃料ガスを供給する高圧燃料ガス容器のガス圧より第１ピストンの駆動力を得る上記（４）に記載の燃料電池システム。 (5) The fuel cell system according to (4), wherein the volume adjusting device obtains a driving force of the first piston from a gas pressure of a high-pressure fuel gas container that supplies fuel gas to the fuel gas passage.

（６）前記ガス圧比調整手段は、第２シリンダーと、該第２シリンダー内に収容された第２ピストンとを有し、該第２ピストンで分けられた前記第２シリンダー内の２つの空間には、前記燃料ガス室を含む空間と前記酸化ガス室を含む空間がそれぞれガス流通可能に接続されている上記（１）〜（５）のいずれか１に記載の燃料電池システム。 (6) The gas pressure ratio adjusting means has a second cylinder and a second piston accommodated in the second cylinder, and is divided into two spaces in the second cylinder divided by the second piston. The fuel cell system according to any one of (1) to (5), wherein a space including the fuel gas chamber and a space including the oxidizing gas chamber are connected so as to allow gas flow.

（７）前記第２ピストンにガス圧が作用する２面の内、燃料ガス室側の面の面積と酸化ガス室側の面の面積との比は、燃料ガス室内のガス圧と酸化ガス室内のガス圧の比に対応して設定されている上記（６）に記載の燃料電池システム。 (7) Of the two surfaces on which the gas pressure acts on the second piston, the ratio of the area of the surface on the fuel gas chamber side and the area of the surface on the oxidant gas chamber side is the gas pressure in the fuel gas chamber and the oxidant gas chamber The fuel cell system according to (6), wherein the fuel cell system is set corresponding to the ratio of gas pressures.

（８）さらに、燃料電池に加わる負荷を検出する負荷検出手段を有し、
前記ガス圧調節手段は、前記負荷検出手段で検出された負荷の値に応じて、ガス圧を調節する上記（１）〜（７）のいずれか１に記載の燃料電池システム。 (8) Furthermore, it has load detection means for detecting the load applied to the fuel cell,
The fuel cell system according to any one of (1) to (7), wherein the gas pressure adjusting unit adjusts the gas pressure in accordance with a load value detected by the load detecting unit.

（９）さらに、燃料電池の湿潤状態を検出する湿度検出手段を有し、前記ガス圧調整手段は、前記湿度検出手段で検出された湿度に応じて、ガス圧を調整する上記（１）〜（７）のいずれか１に記載の燃料電池システム。 (9) Furthermore, it has humidity detection means for detecting the wet state of the fuel cell, and the gas pressure adjustment means adjusts the gas pressure according to the humidity detected by the humidity detection means. The fuel cell system according to any one of (7).

請求項１に記載の発明によれば、ガス圧調節手段によって、燃料ガス室側又は酸化ガス室側の一方の圧力を調節することによって、ガス圧比調整手段により、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が調整される。これにより、ガス圧の変化による単位セルの損傷が抑制される。また、ガス圧調節手段により、ガス圧を上げた場合には、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が上昇し、燃料電池の出力が増加する。また、ガス圧調節手段により、ガス圧を下げた場合には、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が低下し、生成水の気化が促され、生成水の除去が促進される。 According to the first aspect of the present invention, the gas pressure adjusting means adjusts the pressure on one side of the fuel gas chamber side or the oxidizing gas chamber side so that the gas pressure ratio adjusting means allows the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber to be Both gas pressures are adjusted. Thereby, the damage of the unit cell by the change of gas pressure is suppressed. Further, when the gas pressure is increased by the gas pressure adjusting means, both the gas pressures in the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber are increased, and the output of the fuel cell is increased. In addition, when the gas pressure is lowered by the gas pressure adjusting means, both the gas pressures in the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber are lowered, the vaporization of the produced water is promoted, and the removal of the produced water is promoted.

請求項２に記載の発明によれば、ガス圧調節手段によって、燃料ガス室側又は酸化ガス室側の一方の圧力を調節することによって、ガス圧比調整手段により、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が調整される。これにより、ガス圧の変化による単位セルの損傷が抑制される。また、ガス圧調節手段により、ガス圧を上げた場合には、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が上昇し、燃料電池の出力が増加する。また、ガス圧調節手段により、ガス圧を下げた場合には、燃料ガス室と酸化ガス室の両ガス圧が低下し、生成水の気化が促され、生成水の除去が促進される。この場合、燃料ガス室と酸化ガス室とを気密状態とすることによって、ガス圧調節をより容易にすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the gas pressure adjusting means adjusts the pressure on the fuel gas chamber side or the oxidizing gas chamber side so that the gas pressure ratio adjusting means allows the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber to be adjusted. Both gas pressures are adjusted. Thereby, the damage of the unit cell by the change of gas pressure is suppressed. Further, when the gas pressure is increased by the gas pressure adjusting means, both the gas pressures in the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber are increased, and the output of the fuel cell is increased. In addition, when the gas pressure is lowered by the gas pressure adjusting means, both the gas pressures in the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber are lowered, the vaporization of the produced water is promoted, and the removal of the produced water is promoted. In this case, the gas pressure can be adjusted more easily by making the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber airtight.

請求項３に記載の発明によれば、燃料ガス室又は酸化ガス室に、容積を調節可能な可変容積装置を設け、この可変容積装置の容積を変更することによって、これに接続されている燃料ガス室又は酸化ガス室の室内ガス圧を調節することができる。つまり、容積を増加させることによって、ガス圧を低下させ、容積を縮小することによって、ガス圧を増加させることができる。可変容積装置の容積は、容積制御装置によって変更される。
請求項４に記載の発明によれば、ピストンを移動させることによりシンリダー内の容積を容易に調節できるので、ガス圧調節も容易に可能となる。 According to the invention described in claim 3, the variable volume device whose volume can be adjusted is provided in the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber, and the fuel connected to the variable volume device is changed by changing the volume of the variable volume device. The room gas pressure of the gas chamber or the oxidizing gas chamber can be adjusted. That is, by increasing the volume, the gas pressure can be reduced, and by reducing the volume, the gas pressure can be increased. The volume of the variable volume device is changed by the volume control device.
According to the fourth aspect of the present invention, since the volume in the cylinder can be easily adjusted by moving the piston, the gas pressure can be easily adjusted.

請求項５に記載の発明によれば、高圧燃料ガス容器の圧力を、ピストンを移動させる動力として利用するので、圧力を調節するための動力装置を別個に設ける必要がなく、エネルギー消費量を軽減することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the pressure of the high-pressure fuel gas container is used as power for moving the piston, it is not necessary to separately provide a power device for adjusting the pressure, thereby reducing energy consumption. can do.

請求項６に記載の発明によれば、第２シリンダー内の第２ピストンに対して、燃料ガス室内の圧力と、酸化ガス室内の圧力が両側から加わるので、燃料ガス室又は酸化ガス室の一方のガス圧が変化すれば、それに応じて第２ピストンが第２シリンダー内で移動する。この移動によって、第２ピストンで分離された第２シリンダー内の容積が変更される。つまり、圧力が高い側の容積が増え、圧力の低い側の容積が減少し、結果として、燃料ガス室の圧力と酸化ガス室の圧力との均衡が採れるように、圧力が調整される。 According to the invention described in claim 6, since the pressure in the fuel gas chamber and the pressure in the oxidizing gas chamber are applied from both sides to the second piston in the second cylinder, either the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber is applied. If the gas pressure changes, the second piston moves in the second cylinder accordingly. By this movement, the volume in the second cylinder separated by the second piston is changed. That is, the volume on the higher pressure side increases and the volume on the lower pressure side decreases, and as a result, the pressure is adjusted so that the pressure of the fuel gas chamber and the pressure of the oxidizing gas chamber are balanced.

請求項７に記載の発明によれば、前記第２ピストンにガス圧が作用する２面の内、燃料ガス室側の面の面積と酸化ガス室側の面の面積との比が、燃料ガス室内のガス圧と酸化ガス室内のガス圧の比に対応して設定されているので、一方のガス圧を変動させた場合に、常時設定されたガス圧比となるように、第２ピストンが移動することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, the ratio of the area of the surface on the fuel gas chamber side to the area of the surface on the oxidant gas chamber side of the two surfaces on which the gas pressure acts on the second piston is the fuel gas. Since it is set according to the ratio of the gas pressure inside the chamber and the gas pressure inside the oxidizing gas chamber, the second piston moves so that when one gas pressure is changed, the gas pressure ratio is always set. can do.

請求項８に記載の発明によれば、ガス圧調節手段は負荷検出手段で検出された負荷の値に応じて、ガス圧を調節するので、負荷に応じて適宜、圧力を調節し、燃料電池の出力を調節することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure according to the value of the load detected by the load detecting means. The output of can be adjusted.

請求項９に記載の発明によれば、ガス圧調節手段は湿度検出手段で検出された湿度に応じてガス圧を調節するので、燃料電池スタック内に溜まった水の減少を促進し、或は水の増加を抑制することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure according to the humidity detected by the humidity detecting means, the reduction of the water accumulated in the fuel cell stack is promoted, or Increase in water can be suppressed.

以下、本発明の燃料電池システムに用いられる燃料電池スタック１について、添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、燃料電池スタック１の部分断面側面図、図２は部分断面斜視図、である。燃料電池スタック１は、単位セル２と、セパレータ３とを備えている。単位セル２は、面状の酸素極２１と燃料極２２とによって、固体高分子電解質膜２３を挟持して構成されている。セパレータ３は、酸素極２１と燃料極２２にそれぞれ接触して電流を外部に取り出すための集電部材３１、３２と、各集電部材３１、３２の周端部に重ねられるガスケット３３、３４、３５とを有している。 Hereinafter, the fuel cell stack 1 used in the fuel cell system of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack 1, and FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view. The fuel cell stack 1 includes a unit cell 2 and a separator 3. The unit cell 2 is configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane 23 between a planar oxygen electrode 21 and a fuel electrode 22. The separator 3 includes current collecting members 31 and 32 for contacting the oxygen electrode 21 and the fuel electrode 22 and taking out current to the outside, and gaskets 33 and 34 that are stacked on the peripheral ends of the current collecting members 31 and 32. 35.

集電部材３１、３２は、それぞれ金属板で構成されている。この構成金属は、集電部材としての機能を果たすために、導電性を有しているもので、かつ、通電状態となることから耐蝕性を有するものが用いられる。例えば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等に耐蝕導電処理を施したもの等が挙げられる。ここで、耐蝕導電処理とは、例えば、金メッキ等が挙げられる。 The current collecting members 31 and 32 are each made of a metal plate. In order to fulfill the function as a current collecting member, this constituent metal is conductive and has a corrosion resistance because it is in an energized state. For example, stainless steel, nickel alloy, titanium alloy or the like subjected to corrosion-resistant conductive treatment can be used. Here, the corrosion-resistant conductive treatment includes, for example, gold plating.

集電部材３１は、酸素極２１に接触し、集電部材３２は、燃料極２２に接触する。図３は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。集電部材３１は、矩形の板材から成り、表面に設けられた酸素極接触部３１２と、酸素極接触部３１２の周囲に形成された平面部３１１とを備えている。酸素極接触部３１２は、酸素極２１側に突出して形成された、複数の凸状部３１３を有している。凸状部３１３は、平面部３１１の表面から隆起し、直線状に連続して形成されており、集電部材３１の短辺方向に沿って設けられている。このように形成された複数の凸状部３１３は、集電部材３１の長辺に沿って等間隔で配置されている。凸状部３１３の突出方向における先端の部分は、酸素極２１に対して平行に、かつ直線状に形成され、酸素極２１に接触する接触端部３１４となっており、集電部として作用する。集電部材３１が単位セル２に重ねられると、複数の接触端部３１４が、それぞれ酸素極２１の表面に接触する。 The current collecting member 31 is in contact with the oxygen electrode 21, and the current collecting member 32 is in contact with the fuel electrode 22. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The current collecting member 31 is made of a rectangular plate, and includes an oxygen electrode contact portion 312 provided on the surface and a flat portion 311 formed around the oxygen electrode contact portion 312. The oxygen electrode contact portion 312 has a plurality of convex portions 313 formed to protrude toward the oxygen electrode 21 side. The convex portion 313 protrudes from the surface of the flat portion 311, is continuously formed in a straight line shape, and is provided along the short side direction of the current collecting member 31. The plurality of convex portions 313 formed in this way are arranged at equal intervals along the long side of the current collecting member 31. The tip portion of the protruding portion 313 in the protruding direction is formed in a straight line parallel to the oxygen electrode 21 and is a contact end portion 314 that contacts the oxygen electrode 21, and acts as a current collector. . When the current collecting member 31 is stacked on the unit cell 2, the plurality of contact end portions 314 come into contact with the surface of the oxygen electrode 21.

凸状部３１３の間には、溝３１５が形成される。溝３１５の底面は平面部３１１と同一平面上に位置する。集電部材３１と単位セル２が重ねられると、溝３１５と酸素極２１とによって、酸素が流通する酸素流通路４１１が形成される。
集電部材３１の裏面には、凸状部３１３の形成部分は凹部となり、複数の溝３１６が形成される。従って、この溝３１６も、集電部材３１の短辺に平行に、直線状に形成され、長辺方向に沿って等間隔に配置されている。 A groove 315 is formed between the convex portions 313. The bottom surface of the groove 315 is located on the same plane as the plane portion 311. When the current collecting member 31 and the unit cell 2 are overlapped, the groove 315 and the oxygen electrode 21 form an oxygen flow passage 411 through which oxygen flows.
On the back surface of the current collecting member 31, a portion where the convex portion 313 is formed becomes a concave portion, and a plurality of grooves 316 are formed. Accordingly, the grooves 316 are also formed in a straight line parallel to the short side of the current collecting member 31 and are arranged at equal intervals along the long side direction.

また、集電部材３１の長辺方向に両端部近傍には、酸素流出孔５１１ａ、水素流出孔５２１ａ、冷却液流出孔５３１ａが形成され、他方の端部には、酸素流入孔５１２ａ、水素流入孔５２２ａ、冷却液流入孔５３２ａが形成されている。酸素流出孔５１１ａと酸素流入孔５１２ａは、集電部材３１の平面視における図心を中心として点対称の位置に（対角線方向）に、それぞれ配置されており、他の水素流出孔５２１ａと水素流入孔５２２ａや、冷却液流出孔５３１ａと冷却液流入孔５３２ａも、同様の位置関係で配置されている。このような配置することで、セパレータ３内に形成された各空間内に流入する流体が、該空間内をより均一に通過することができる。 In addition, an oxygen outflow hole 511a, a hydrogen outflow hole 521a, and a coolant outflow hole 531a are formed in the vicinity of both ends in the long side direction of the current collecting member 31, and an oxygen inflow hole 512a and hydrogen inflow are formed at the other end. A hole 522a and a coolant inflow hole 532a are formed. The oxygen outflow hole 511a and the oxygen inflow hole 512a are respectively arranged at point-symmetrical positions (diagonal direction) about the centroid in plan view of the current collecting member 31, and the other hydrogen outflow holes 521a and the hydrogen inflow The holes 522a, the coolant outflow holes 531a, and the coolant inflow holes 532a are also arranged in the same positional relationship. With such an arrangement, the fluid flowing into each space formed in the separator 3 can pass through the space more uniformly.

一方、図４は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。集電部材３２は、矩形の板材から成り、表面に設けられた燃料極接触部３２２と、燃料極接触部３２２の周囲に形成された平面部３２１とを備えている。燃料極接触部３２２は、燃料極２２側に突出して形成された、複数の表凸状部３２３を有している。表凸状部３２３は、平面部３２１の表面から隆起し、直線状に連続して形成されており、集電部材３２の短辺方向に沿って設けられている。このように形成された複数の表凸状部３２３は、集電部材３２の長辺に沿って等間隔で配置されている。表凸状部３２３の突出方向における先端の部分は、燃料極２２に対して平行に、かつ直線状に形成され、燃料極２２に接触する接触端部３２４となっており、集電部として作用する。集電部材３２が単位セル２に重ねられると、複数の接触端部３２４が、それぞれ燃料極２２の表面に接触する。表凸状部３２３の間には、溝３２５が形成される。集電部材３２と単位セル２が重ねられると、溝３２５と燃料極２２とによって、水素ガスが流通する水素流通路４２１が形成される。 On the other hand, FIG. 4 is a BB cross-sectional view in FIG. The current collecting member 32 is made of a rectangular plate material, and includes a fuel electrode contact portion 322 provided on the surface and a flat portion 321 formed around the fuel electrode contact portion 322. The fuel electrode contact portion 322 has a plurality of front convex portions 323 formed to protrude toward the fuel electrode 22 side. The front convex portion 323 protrudes from the surface of the flat portion 321, is continuously formed linearly, and is provided along the short side direction of the current collecting member 32. The plurality of front convex portions 323 formed in this way are arranged at equal intervals along the long side of the current collecting member 32. The front end portion of the front convex portion 323 in the protruding direction is formed in a straight line parallel to the fuel electrode 22 and is a contact end portion 324 that contacts the fuel electrode 22 and acts as a current collector. To do. When the current collecting member 32 is overlaid on the unit cell 2, the plurality of contact end portions 324 come into contact with the surface of the fuel electrode 22. A groove 325 is formed between the front convex portions 323. When the current collecting member 32 and the unit cell 2 are overlapped, the groove 325 and the fuel electrode 22 form a hydrogen flow passage 421 through which hydrogen gas flows.

図５は、図１のＣ−Ｃ断面図である。集電部材３２の裏面には、平面部３２１の裏側面から突出した裏凸状部３２６が形成され、その間には、溝３２７が形成されている。表凸状部３２３と裏凸状部３２６とは、表裏の関係にあり、表凸状部３２３の裏側が溝３２７となり、裏凸状部３２６の表側が溝３２５となる。集電部材３２の横断面形状は、燃料極接触部３２２においては、表側（燃料極側）と裏側とに同様に、凸状部３２３、３２６が突出した波型となっている。従って、裏凸状部３２６は、表凸状部３２３と同様に、直線状に連続して形成されており、集電部材３２の短辺方向に沿って設けられている。このように形成された複数の裏凸状部３２６は、集電部材３２の長辺に沿って等間隔で配置されている。裏凸状部３２６の突出方向における先端の部分は、上記集電部材３１の裏面に接触する当接面３２８となっている。 5 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. On the back surface of the current collecting member 32, a back convex portion 326 that protrudes from the back side surface of the flat portion 321 is formed, and a groove 327 is formed therebetween. The front convex portion 323 and the back convex portion 326 are in a front-back relationship, and the back side of the front convex portion 323 becomes a groove 327 and the front side of the back convex portion 326 becomes a groove 325. The cross-sectional shape of the current collecting member 32 is a wave shape in which the convex portions 323 and 326 protrude in the fuel electrode contact portion 322 in the same manner on the front side (fuel electrode side) and the back side. Therefore, the back convex portion 326 is formed continuously in a straight line like the front convex portion 323, and is provided along the short side direction of the current collecting member 32. The plurality of back convex portions 326 formed in this way are arranged at equal intervals along the long side of the current collecting member 32. The tip portion of the back convex portion 326 in the protruding direction is an abutting surface 328 that contacts the back surface of the current collecting member 31.

集電部材３２には、集電部材３１と同じ位置に、酸素流出孔５１１ｂ、水素流出孔５２１ｂ、冷却液流出孔５３１ｂ、酸素流入孔５１２ｂ、水素流入孔５２２ｂ、冷却液流入孔５３２ｂがそれぞれ形成されている。
上記集電部材３１、３２は、金属板で構成されているので、それぞれの集電部材３１、３２に形成さている凸状部３１３、表凸状部３２３、裏凸状部３２６は、例えばプレス加工等によって容易に形成することができ、また、酸素流出孔５１１ａ等の孔も、打ち抜き加工により安価に形成できるので、全体の製造コストの低減を図ることができる。また、板材であるため、薄型に形成できる。 In the current collecting member 32, an oxygen outflow hole 511b, a hydrogen outflow hole 521b, a coolant outflow hole 531b, an oxygen inflow hole 512b, a hydrogen inflow hole 522b, and a coolant inflow hole 532b are formed at the same position as the current collection member 31, respectively. Has been.
Since the current collecting members 31 and 32 are made of metal plates, the convex portions 313, the front convex portions 323, and the back convex portions 326 formed on the current collecting members 31 and 32 are, for example, presses. It can be easily formed by processing or the like, and holes such as the oxygen outflow holes 511a can be formed at a low cost by punching, so that the overall manufacturing cost can be reduced. Moreover, since it is a board | plate material, it can form thinly.

以上のように構成された集電部材３１、３２は、同じ大きさで、同じ形状の矩形に形成されており、相互の裏面を対向させた状態で重ねられる。当接面３２８と集電部材３１の裏面とが接触することにより、セパレータ３は、隣接する単位セル２の酸素極と燃料極とを通電可能状態に接続できる構成となる。また、集電部材３１、３２の間には、冷却液ガスケット３４が介挿され、また、集電部材３１と単位セル２との間には、酸素ガスケット３３が介挿され、集電部材３２と単位セル２との間には、水素ガスケット３５が介挿される。 The current collecting members 31 and 32 configured as described above are formed in a rectangular shape having the same size and the same shape, and are stacked with their back surfaces facing each other. When the contact surface 328 and the back surface of the current collecting member 31 are in contact with each other, the separator 3 is configured to be able to connect the oxygen electrode and the fuel electrode of the adjacent unit cell 2 to a state in which energization is possible. A coolant gasket 34 is interposed between the current collecting members 31 and 32, and an oxygen gasket 33 is interposed between the current collecting member 31 and the unit cell 2, thereby collecting the current collecting member 32. A hydrogen gasket 35 is inserted between the unit cell 2 and the unit cell 2.

各ガスケット３３、３４、３５の外形の形状はいずれも矩形に形成され、集電部材３１、３２と同一の形状に構成されている。また、各ガスケット３３、３４、３５は、集電部材３１、３２の周端に沿って枠状に形成され、各集電部材３１、３２に形成された酸素流出孔５１１ａ（ｂ）、水素流出孔５２１ａ（ｂ）、冷却液流出孔５３１ａ（ｂ）、酸素流入孔５１２ａ（ｂ）、水素流入孔５２２ａ（ｂ）、冷却液流入孔５３２ａ（ｂ）と同じ位置に、同様の孔が形成されている。また、各ガスケット３３、３４、３５は絶縁材料で構成されている。 The outer shapes of the gaskets 33, 34, and 35 are all formed in a rectangular shape, and are configured in the same shape as the current collecting members 31 and 32. Each gasket 33, 34, 35 is formed in a frame shape along the peripheral ends of the current collecting members 31, 32, and the oxygen outflow holes 511 a (b) formed in the respective current collecting members 31, 32, hydrogen outflow Similar holes are formed at the same positions as the holes 521a (b), the coolant outflow holes 531a (b), the oxygen inflow holes 512a (b), the hydrogen inflow holes 522a (b), and the coolant inflow holes 532a (b). ing. Each gasket 33, 34, 35 is made of an insulating material.

酸素ガスケット３３は、集電部材３１の凸状部３１３の突出高さと、単位セル２の酸素極２１の厚さとを合わせた厚さに形成されている。集電部材３１と酸素ガスケット３３と単位セル２を重ねた状態で、集電部材３１の表面と、酸素極２１の表面と、酸素ガスケット３３の内周端面３３１によって空間が形成され、この空間が、酸素が充填される酸化ガス室としての酸素保持部４１となる。また、酸素ガスケット３３は、酸素流出孔５１１ａと酸素保持部４１とを連通するための通路３３２と、酸素流入孔５１２ａと酸素保持部４１とを連通するための通路３３３とを備えており、酸素保持部４１に臨む端部は、酸素流出口３３４と酸素流入口３３５がそれぞれの通路３３２、３３３に形成される。 The oxygen gasket 33 is formed to have a thickness obtained by combining the protruding height of the convex portion 313 of the current collecting member 31 and the thickness of the oxygen electrode 21 of the unit cell 2. A space is formed by the surface of the current collector 31, the surface of the oxygen electrode 21, and the inner peripheral end surface 331 of the oxygen gasket 33 in a state where the current collector 31, the oxygen gasket 33 and the unit cell 2 are stacked. The oxygen holding part 41 as an oxidizing gas chamber filled with oxygen is formed. The oxygen gasket 33 includes a passage 332 for communicating the oxygen outflow hole 511a and the oxygen holding portion 41, and a passage 333 for communicating the oxygen inflow hole 512a and the oxygen holding portion 41. At the end facing the holding portion 41, an oxygen outlet 334 and an oxygen inlet 335 are formed in the respective passages 332 and 333.

水素ガスケット３５は、集電部材３２の表凸状部３２３の突出高さと、単位セル２の燃料極２２の厚さとを合わせた厚さに形成されている。集電部材３２と水素ガスケット３５と単位セル２を重ねた状態で、集電部材３２の表面と、燃料極２２の表面と、水素ガスケット３５の内周端面３５１によって空間が形成され、この空間が、水素が充填される燃料ガス室としての水素保持部４２となる。また、水素ガスケット３５は、水素流出孔５２１ｂと水素保持部４２とを連通するための通路３５２と、水素流入孔５２２ｂと水素保持部４２とを連通するための通路３５３とを備えており、水素保持部４２に臨む端部は、水素流出口３５４と水素流入口３５５がそれぞれの通路３５２、３５３に形成される。 The hydrogen gasket 35 is formed to have a thickness obtained by combining the protruding height of the front convex portion 323 of the current collecting member 32 and the thickness of the fuel electrode 22 of the unit cell 2. In a state where the current collecting member 32, the hydrogen gasket 35 and the unit cell 2 are overlapped, a space is formed by the surface of the current collecting member 32, the surface of the fuel electrode 22, and the inner peripheral end surface 351 of the hydrogen gasket 35. The hydrogen holding portion 42 is a fuel gas chamber filled with hydrogen. The hydrogen gasket 35 includes a passage 352 for communicating the hydrogen outflow hole 521b and the hydrogen holding portion 42, and a passage 353 for communicating the hydrogen inflow hole 522b and the hydrogen holding portion 42. At the end facing the holding portion 42, a hydrogen outlet 354 and a hydrogen inlet 355 are formed in the passages 352 and 353, respectively.

冷却液ガスケット３４は、集電部材３２の裏凸状部３２６の突出高さと同じ厚さに形成されている。集電部材３１の裏面と集電部材３２の裏面と、間に挟まれた冷却液ガスケット３４の内周端面３４１とによって空間が形成され、この空間が、冷却液が充填される冷却液保持部４３となる。冷却液保持部４３は、集電部材３１の裏面に形成された複数の溝３１６と、集電部材３２の裏面に形成された複数の溝３２７によって、冷却液を保持する容量を可能な限り大きくするように設定されている。つまり、各凸状部３１３、３２３の裏側に形成された空間（溝３１６、３２７）を利用して冷却液の保持容量を可能な限り確保し、セパレータの厚さを薄く維持しつつも、冷却効率を向上させている。 The coolant gasket 34 is formed to have the same thickness as the protruding height of the back convex portion 326 of the current collecting member 32. A space is formed by the back surface of the current collecting member 31, the back surface of the current collecting member 32, and the inner peripheral end surface 341 of the coolant gasket 34 sandwiched therebetween, and this space is a coolant holding portion that is filled with coolant. 43. The cooling liquid holding unit 43 has a plurality of grooves 316 formed on the back surface of the current collecting member 31 and a plurality of grooves 327 formed on the back surface of the current collecting member 32 to increase the capacity for holding the cooling liquid as much as possible. It is set to be. In other words, the space (grooves 316 and 327) formed on the back side of the convex portions 313 and 323 is used to secure the cooling liquid holding capacity as much as possible, and the separator is kept thin while maintaining the cooling thickness. Improves efficiency.

冷却液ガスケット３４は、冷却液流出孔５３１ｂと冷却液保持部４３とを連通するための通路３４２と、冷却液流入孔５３２ｂと冷却液保持部４３とを連通するための通路３４３とを備えており、冷却液保持部４３に臨む端部は、冷却液流出口３４４と冷却液流入口３４５がそれぞれの通路３４２、３４３に形成される。 The coolant gasket 34 includes a passage 342 for communicating the coolant outflow hole 531b and the coolant holding portion 43, and a passage 343 for communicating the coolant inflow hole 532b and the coolant holding portion 43. In addition, at the end facing the coolant holding portion 43, a coolant outlet 344 and a coolant inlet 345 are formed in the passages 342 and 343, respectively.

図６は、燃料電池スタック１の、図３におけるＤ−Ｄ断面図である。上記単位セル２とセパレータ３を積層すると、図６に示されているように、それぞれ同じ位置に形成された、酸素流出孔５１１ａ（ｂ）、水素流出孔５２１ａ（ｂ）、冷却液流出孔５３１ａ（ｂ）、酸素流入孔５１２ａ（ｂ）、水素流入孔５２２ａ（ｂ）、冷却液入出孔５３２ａ（ｂ）によって、酸素排出通路５１１、水素排出通路５２１、冷却液排出通路５３１、酸素供給通路５１２、水素供給通路５２２、冷却液供給通路５３２が形成される。酸素供給通路５１２には、酸素保持部４１に連通する通路３３３が連通し、水素供給通路５２２には、水素保持部４２に連通する通路３５３が連し、冷却液供給通路５３２には、冷却液保持部４３に連通する通路３４３が連通する。この酸素供給通路５１２と複数の通路３３３によって酸素マニホールドが構成され、水素供給通路５２２と複数の通路３５３によって水素マニホールドが構成され、冷却液供給通路５３２と通路３４３によって冷却液マニホールドが構成される。同様に酸素排出通路５１１、水素排出通路５２１、冷却液排出通路５３１は、それぞれ通路３３２、３５２、３４２に連通している。 6 is a cross-sectional view of the fuel cell stack 1 taken along the line DD in FIG. When the unit cell 2 and the separator 3 are stacked, as shown in FIG. 6, the oxygen outflow holes 511a (b), the hydrogen outflow holes 521a (b), and the coolant outflow holes 531a are formed at the same positions. (B) The oxygen discharge passage 511, the hydrogen discharge passage 521, the coolant discharge passage 531, and the oxygen supply passage 512 are formed by the oxygen inlet hole 512 a (b), the hydrogen inlet hole 522 a (b), and the coolant inlet / outlet hole 532 a (b). A hydrogen supply passage 522 and a coolant supply passage 532 are formed. The oxygen supply passage 512 communicates with a passage 333 communicating with the oxygen holding portion 41, the hydrogen supply passage 522 communicates with a passage 353 communicated with the hydrogen holding portion 42, and the coolant supply passage 532 receives a coolant. A passage 343 communicating with the holding portion 43 communicates. The oxygen supply passage 512 and the plurality of passages 333 constitute an oxygen manifold, the hydrogen supply passage 522 and the plurality of passages 353 constitute a hydrogen manifold, and the coolant supply passage 532 and the passage 343 constitute a coolant manifold. Similarly, the oxygen discharge passage 511, the hydrogen discharge passage 521, and the coolant discharge passage 531 communicate with the passages 332, 352, and 342, respectively.

図７は、燃料電池スタック１の全体斜視図である。図７に示されているように、
以上のように構成された、単位セル２とセパレータ３は交互に積層され、発電部６１が構成される。発電部６１の両端には、外側へ向けて、熱伝導性調整部材６２ａ、６２ｂ、集電体６３ａ、６３ｂ、絶縁部材６４ａ、６４ｂ、エンドプレート６５ａ、６５ｂが、それぞれが両側に接続されており、対向する側面には、積層されたこれらの部材を一体として保持するための保持部材６６が、それぞれ一対ずつ設けられている。 FIG. 7 is an overall perspective view of the fuel cell stack 1. As shown in FIG.
The unit cells 2 and the separators 3 configured as described above are alternately stacked, and the power generation unit 61 is configured. Thermal conductivity adjusting members 62a and 62b, current collectors 63a and 63b, insulating members 64a and 64b, end plates 65a and 65b are respectively connected to both sides of the power generation unit 61 toward the outside. Each of the opposing side surfaces is provided with a pair of holding members 66 for holding these laminated members together.

次に、燃料電池スタック１を用いた燃料電池システム１００の構成について、説明する。図８は、燃料電池システム１００の構成を示す模式図である。燃料電池システム１００は、電気自動車に搭載されるものであり、後述する負荷系のバッテリ１４６とともに駆動モータ１４３の電源を構成している。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１へ対して、空気を供給する空気供給系１１と、同じく、水素を供給する水素供給系１２と、図示しない冷却液を供給する冷却系と、負荷系１４と、酸素供給系１１に水分を供給する図示しない加湿系とを備えている。 Next, the configuration of the fuel cell system 100 using the fuel cell stack 1 will be described. FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the fuel cell system 100. The fuel cell system 100 is mounted on an electric vehicle, and constitutes a power source for a drive motor 143 together with a load battery 146 described later. The fuel cell system 100 includes an air supply system 11 that supplies air to the fuel cell stack 1, a hydrogen supply system 12 that supplies hydrogen, a cooling system that supplies a coolant (not shown), and a load system 14. And a humidification system (not shown) for supplying moisture to the oxygen supply system 11.

空気供給系１１は、空気供給路１１０と空気排出路１１１を備えた酸化ガス流路を有している。空気供給路１１０には、上流側から順に、空気の供給量を調整する空気供給ポンプ１１３、空気供給ポンプ１１３への逆流を防止する逆止弁１１２、空気供給電磁弁Ｖ４、最終的に燃料電池スタック１の酸素供給通路５１２が接続されている。
空気排出路１１１の上流側端は、燃料電池スタック１の酸素排出通路５１１に接続され、さらに下流側へ向けて順に、酸化ガス側切換手段としての閉鎖弁Ｖ５が設けられ、その下流側には、図示しない凝縮器が設けられ、最終的に系の外部に空気を排出する。以上のように、空気供給系１１は、燃料電池スタック１内に設けられている酸素保持部４１に空気を送り込み、酸化ガスである空気中の酸素を酸素極２１に供給する。 The air supply system 11 has an oxidizing gas flow path including an air supply path 110 and an air discharge path 111. The air supply path 110 includes, in order from the upstream side, an air supply pump 113 that adjusts the air supply amount, a check valve 112 that prevents backflow to the air supply pump 113, an air supply electromagnetic valve V4, and finally a fuel cell. The oxygen supply passage 512 of the stack 1 is connected.
The upstream end of the air discharge path 111 is connected to the oxygen discharge path 511 of the fuel cell stack 1, and is further provided with a shut-off valve V5 as an oxidizing gas side switching means in order toward the downstream side. A condenser (not shown) is provided, and finally air is discharged to the outside of the system. As described above, the air supply system 11 sends air to the oxygen holding unit 41 provided in the fuel cell stack 1 and supplies oxygen in the air, which is an oxidizing gas, to the oxygen electrode 21.

加湿系は、燃料電池スタック１へ送られる空気を加湿するために設けられる。この加湿系の加湿器によって加湿された空気は、燃料電池スタック１の酸素極２１を湿潤状態（水分で潤った状態）に維持する。
水素供給系１２は、高圧水素タンク１２１と、高圧水素タンク１２１から、燃料電池スタック１の水素供給通路５２２へ水素を供給する供給路１２２と、燃料電池スタック１の水素排出路５２１から外部へ水素を排出する排出路１２３とを備えている。燃料ガス流路は、供給路１２２と排出路１２３で構成される。 The humidification system is provided to humidify the air sent to the fuel cell stack 1. The air humidified by the humidifier humidifier maintains the oxygen electrode 21 of the fuel cell stack 1 in a wet state (a state moistened with moisture).
The hydrogen supply system 12 includes a high-pressure hydrogen tank 121, a supply path 122 for supplying hydrogen from the high-pressure hydrogen tank 121 to the hydrogen supply path 522 of the fuel cell stack 1, and a hydrogen discharge path 521 of the fuel cell stack 1 to the outside. And a discharge path 123 for discharging the gas. The fuel gas flow path includes a supply path 122 and a discharge path 123.

供給路１２２には、燃料極に供給する水素の圧力（量）を調整するための水素調圧弁Ｖ１と、水素の逆流を防止する逆止弁１２４と、水素の供給量を制御する水素供給電磁弁Ｖ２とが、下流へ向けて、それぞれ順に接続されている。さらに、排出路１２３には、下流へ向けて順に、逆流を防止する逆止弁、水素の排出をコントロールする燃料ガス側切換手段である水素排気電磁弁１２８が接続されている。水素は運転中、連続して供給されてもよいし、間欠的に供給されてもよい。 In the supply path 122, a hydrogen pressure regulating valve V1 for adjusting the pressure (amount) of hydrogen supplied to the fuel electrode, a check valve 124 for preventing a back flow of hydrogen, and a hydrogen supply electromagnetic for controlling the amount of hydrogen supplied. The valve V2 is connected in order toward the downstream. Further, a check valve for preventing a backflow and a hydrogen exhaust electromagnetic valve 128 serving as a fuel gas side switching means for controlling the discharge of hydrogen are connected to the discharge path 123 in order toward the downstream. Hydrogen may be supplied continuously during operation or may be supplied intermittently.

負荷系１４は、接続端子６７ａ、６７ｂに接続されたコード１４７から、燃料電池スタック１の出力を、インバータ１４２を介して外部に取り出す。この出力によって、モータ１４３等の負荷が駆動される。この負荷系１４には、逆電流を防止するダイオード１４８と、スイッチとしてのリレー１４４が設けられている。また、負荷系１４には、リレー１４４とインバータ１４２の間に、出力制御回路１４５を介してバッテリ１４６が接続されている。バッテリ１４６は、モータ１４３の回生電流を蓄積し、また、燃料電池の出力が不足している場合には、出力を補う。バッテリ１４６は、キャパシタ等の他の蓄電装置であってもよい。 The load system 14 takes out the output of the fuel cell stack 1 to the outside through the inverter 142 from the cord 147 connected to the connection terminals 67a and 67b. With this output, a load such as the motor 143 is driven. The load system 14 is provided with a diode 148 for preventing reverse current and a relay 144 as a switch. In addition, a battery 146 is connected to the load system 14 via the output control circuit 145 between the relay 144 and the inverter 142. The battery 146 accumulates the regenerative current of the motor 143, and supplements the output when the output of the fuel cell is insufficient. The battery 146 may be another power storage device such as a capacitor.

供給路１２２の水素調圧弁Ｖ１の上流側には、圧力供給路１３１の一端が接続され、この圧力供給路１３１には、開閉弁Ｖ６が設けられている。圧力供給路１３１の他端は、切換弁Ｖ８の入力側に接続されている。切換弁Ｖ８の出力側には、圧縮側経路１３１ａ又は吸引側経路１３１ｂの一端がそれぞれ接続されている。切換弁Ｖ８は、圧力供給路１３１を、圧縮側経路１３１ａ又は吸引側経路１３１ｂのいずれか一方に接続し、接続方向は制御装置により切換られる構成となっている。 One end of a pressure supply path 131 is connected to the supply path 122 upstream of the hydrogen pressure regulating valve V1, and an open / close valve V6 is provided in the pressure supply path 131. The other end of the pressure supply path 131 is connected to the input side of the switching valve V8. One end of the compression side path 131a or the suction side path 131b is connected to the output side of the switching valve V8. The switching valve V8 connects the pressure supply path 131 to either the compression side path 131a or the suction side path 131b, and the connection direction is switched by the control device.

圧縮側経路１３１ａの他端は、操作シリンダ１６ｓの圧縮側に接続され、吸引側経路１３１ｂの他端は、操作シリンダ１６ｓの吸引側に接続される。操作シリンダ１６ｓ内には、ピストン１６ｐが収容され、操作シリンダ１６ｓ内を空間を２つに分割している。また、ピストン１６ｐには、連結ロッド１３ｐｌの一端が接続され、連結ロッド１３ｐｌの他端は、後述する第１ピストン１３ｐに接続されており、ピストン１６ｐと、第１ピストン１３ｐは、一体として往復動する構成となっている。 The other end of the compression side path 131a is connected to the compression side of the operation cylinder 16s, and the other end of the suction side path 131b is connected to the suction side of the operation cylinder 16s. A piston 16p is accommodated in the operation cylinder 16s, and the space in the operation cylinder 16s is divided into two. Further, one end of a connecting rod 13pl is connected to the piston 16p, and the other end of the connecting rod 13pl is connected to a first piston 13p, which will be described later. The piston 16p and the first piston 13p are reciprocally moved as a unit. It is the composition to do.

ピストン１６ｐで分割された操作シリンダ１６ｓ内は、ガス圧が加わることによって第１ピストン１３ｐを圧縮方向へ動かす側を圧縮側、ガス圧が加わることによって第１ピストン１３ｐを吸引方向へ動かす側を吸引側とし、上記圧縮側経路１３１ａは圧縮側に、上記吸引側経路１３１ｂは吸引側にそれぞれ接続される。 In the operating cylinder 16s divided by the piston 16p, the side that moves the first piston 13p in the compression direction when the gas pressure is applied is compressed, and the side that moves the first piston 13p in the suction direction when the gas pressure is applied is sucked The compression side path 131a is connected to the compression side, and the suction side path 131b is connected to the suction side.

このような構成において、圧縮側経路１３１ａからガスが供給されると、ピストン１６ｐは、第１ピストン１３ｐを圧縮方向（空気供給路１１０内の圧力を上げる方向）へ動かす方向へ移動する。また、吸引側経路１３１ｂからガスが供給されると、ピストン１６ｐは、第１ピストン１３ｐを吸引方向（空気供給路１１０内の圧力を下げる方向）へへ動かす方向へ移動する。 In such a configuration, when gas is supplied from the compression-side path 131a, the piston 16p moves in a direction to move the first piston 13p in the compression direction (direction in which the pressure in the air supply path 110 is increased). Further, when the gas is supplied from the suction side path 131b, the piston 16p moves in a direction to move the first piston 13p in the suction direction (direction in which the pressure in the air supply path 110 is reduced).

第１ピストン１３ｐを収容している第１シリンダ１３ｓの一端には、圧力調節路１３２の一端が接続され、圧力調節路１３２の他端は、空気供給路１１０の燃料電池スタック１と空気供給電磁弁Ｖ４の間に接続されている。
第１ピストン１３ｐが、空気供給路１１０からガスを吸引する方向に移動することにより、空気供給路１１０内の圧力が下がり、空気供給路１１０へガスを吐き出す方向に移動することにより、空気供給路１１０内の圧力が上がる。 One end of the first cylinder 13s that houses the first piston 13p is connected to one end of the pressure adjustment path 132, and the other end of the pressure adjustment path 132 is connected to the fuel cell stack 1 of the air supply path 110 and the air supply electromagnetic wave. Connected between valves V4.
When the first piston 13p moves in the direction of sucking gas from the air supply path 110, the pressure in the air supply path 110 decreases and moves in the direction of discharging gas to the air supply path 110, so that the air supply path The pressure in 110 increases.

空気供給路１１０側の圧力と、水素ガスの１次圧とを異なる値とするには、第１シリンダ１３ｓの内径と、操作シリンダ１６ｓの内径とを異なる径とすることにより、水素ガスの１次圧に基づいて上昇する空気供給路１１０側の圧力値を任意に設定することができる。例えば、空気供給路１１０のガス圧と水素ガスの１次圧との同じ圧力とするには、第１シリンダ１３ｓの内径と、操作シリンダ１６ｓの内径とを同一とすればよい。また、空気供給路１１０のガス圧を水素ガスの１次圧より小さくするには、第１シリンダ１３ｓの内径を操作シリンダ１６ｓの内径より大きくすれば良い。逆に、空気供給路１１０のガス圧を水素ガスの１次圧より大きくするには、第１シリンダ１３ｓの内径を操作シリンダ１６ｓの内径より小さくすれば良い。 In order to make the pressure on the air supply path 110 side different from the primary pressure of the hydrogen gas, the inner diameter of the first cylinder 13s and the inner diameter of the operation cylinder 16s are made different from each other, so The pressure value on the air supply path 110 side that rises based on the next pressure can be arbitrarily set. For example, in order to make the gas pressure in the air supply path 110 the same as the primary pressure of the hydrogen gas, the inner diameter of the first cylinder 13s and the inner diameter of the operation cylinder 16s may be the same. Further, in order to make the gas pressure in the air supply passage 110 smaller than the primary pressure of hydrogen gas, the inner diameter of the first cylinder 13s may be made larger than the inner diameter of the operation cylinder 16s. Conversely, in order to make the gas pressure in the air supply path 110 greater than the primary pressure of hydrogen gas, the inner diameter of the first cylinder 13s may be made smaller than the inner diameter of the operation cylinder 16s.

なお、圧力供給路１３１には、排出経路１３３が接続され、排出経路１３３には、排出弁Ｖ７が設けられている。第１シリンダ１３ｓと、第１ピストン１３ｐによって、可変容積装置が構成され、圧力供給路１３１と開閉弁Ｖ６、切換弁Ｖ８、操作シリンダ１６ｓ、ピストン１６ｐとによって、容積調節装置が構成される。そして、これらの、第１シリンダ１３ｓ、第１ピストン１３ｐ、圧力供給路１３１と開閉弁Ｖ６、切換弁Ｖ８、操作シリンダ１６ｓ、ピストン１６ｐによって、ガス圧調節手段が構成される。また、容積調節装置は、上記構成の他、例えば第１ピストン１３ｐに接続されたピストンロッドに、ソレノイドのプランジャを接続し、コイルを通電する電流を制御することによって、第１ピストン１３ｐの移動量を制御して、圧力を調節する構成としてもよい。 Note that a discharge path 133 is connected to the pressure supply path 131, and a discharge valve V <b> 7 is provided in the discharge path 133. The first cylinder 13s and the first piston 13p constitute a variable volume device, and the pressure supply path 131, the on-off valve V6, the switching valve V8, the operation cylinder 16s, and the piston 16p constitute a volume adjusting device. The first cylinder 13s, the first piston 13p, the pressure supply path 131, the on-off valve V6, the switching valve V8, the operation cylinder 16s, and the piston 16p constitute a gas pressure adjusting means. In addition to the above-described configuration, the volume adjusting device, for example, connects a solenoid plunger to a piston rod connected to the first piston 13p, and controls the current flowing through the coil, thereby controlling the amount of movement of the first piston 13p. It is good also as a structure which controls pressure and adjusts a pressure.

この場合には、電流を制御することによって、空気供給路１１０の圧力を精密に調節することが可能となる。また、上記第１ピストン１３ｐは、バランスピストンとして作用するが、他の例として、ピストンロッドにラックを形成し、ラックに噛み合うピニオンにモータの出力軸を接続して、モータの回転量により、第１ピストン１３ｐの移動量を制御して、圧力を調節する構成としてもよい。この場合は、モータをステッピングモータ等の回転量を制御可能なモータとすれば、モータの回転量を制御することによって、空気供給路１１０の圧力を精密に調節することが可能となる。 In this case, the pressure of the air supply path 110 can be precisely adjusted by controlling the current. The first piston 13p acts as a balance piston. As another example, a rack is formed on the piston rod, and a motor output shaft is connected to a pinion that meshes with the rack. It is good also as a structure which controls the movement amount of 1 piston 13p, and adjusts a pressure. In this case, if the motor is a motor capable of controlling the amount of rotation such as a stepping motor, the pressure of the air supply path 110 can be precisely adjusted by controlling the amount of rotation of the motor.

なお、上記説明したガス圧調節手段は、空気供給路１１０でなく、空気排出路１１１において、閉鎖弁Ｖ５の上流側に接続されていてもよい。また、燃料ガス室側のガス圧を上げるために、ガス圧調節手段は、供給路１２２において、水素供給電磁弁Ｖ２の下流側に接続されていてもよい。また、排出路１２３において、閉鎖弁Ｖ３の上流側に設けられていてもよい。
ガス圧調節手段は、燃料ガス流路又は酸化ガス流路のガス圧を調節することによって、間接的に燃料ガス室又は酸化ガス室のガス圧を調節している。 The gas pressure adjusting means described above may be connected to the upstream side of the shutoff valve V5 in the air discharge path 111 instead of the air supply path 110. In order to increase the gas pressure on the fuel gas chamber side, the gas pressure adjusting means may be connected to the downstream side of the hydrogen supply electromagnetic valve V2 in the supply path 122. Moreover, in the discharge path 123, you may provide in the upstream of the closing valve V3.
The gas pressure adjusting means indirectly adjusts the gas pressure in the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber by adjusting the gas pressure in the fuel gas channel or the oxidizing gas channel.

次に、燃料ガス室と前記酸化ガス室の両ガス圧を所定の圧力比の範囲内に維持するガス圧比調整手段について説明する。供給路１２２において、水素供給電磁弁Ｖ２と燃料電池スタック１の間には、燃料ガス側調圧路１５１の一端が接続され、他端は第２シリンダー１５ｓの一端に接続されている。空気供給路１１０において、空気供給電磁弁Ｖ４と燃料電池スタック１との間には、酸化ガス側調圧路１５２の一端が接続され、その他端は第２シリンダー１５ｓの一端に接続されている。第２シリンダ１５ｓ内には、第２ピストン１５ｐが収容され、バランスピストンとして作用する。燃料ガス室側のガス圧は、第２ピストン１５ｐの受圧面１５ｐｈに加わり、酸化ガス室側のガス圧は、受圧面１５ｐｏに加わる。この実施形態では、通常の作動状態で、燃料ガス室側のガス圧が酸化ガス室側のガス圧よりも高く設定されている。このため、通常作動状態でのガス圧比に合致するように、第２シリンダー１５ｓの内径は、燃料ガス室側に接続されている側が小さく、酸化ガス室側に接続されている側が大きく設定され、第２ピストン１５ｐにおいて、燃料ガス室側の受圧面１５ｐｈの径は、酸化ガス室側の受圧面１５ｐｏの径よりも小さく形成されている。 Next, gas pressure ratio adjusting means for maintaining both gas pressures of the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber within a predetermined pressure ratio range will be described. In the supply path 122, one end of the fuel gas side pressure regulation path 151 is connected between the hydrogen supply electromagnetic valve V2 and the fuel cell stack 1, and the other end is connected to one end of the second cylinder 15s. In the air supply path 110, one end of the oxidizing gas side pressure adjusting path 152 is connected between the air supply electromagnetic valve V4 and the fuel cell stack 1, and the other end is connected to one end of the second cylinder 15s. A second piston 15p is accommodated in the second cylinder 15s and acts as a balance piston. The gas pressure on the fuel gas chamber side is applied to the pressure receiving surface 15ph of the second piston 15p, and the gas pressure on the oxidizing gas chamber side is applied to the pressure receiving surface 15po. In this embodiment, the gas pressure on the fuel gas chamber side is set higher than the gas pressure on the oxidizing gas chamber side in a normal operating state. For this reason, the inner diameter of the second cylinder 15s is set small on the side connected to the fuel gas chamber side and large on the side connected to the oxidizing gas chamber side so as to match the gas pressure ratio in the normal operation state, In the second piston 15p, the diameter of the pressure receiving surface 15ph on the fuel gas chamber side is formed smaller than the diameter of the pressure receiving surface 15po on the oxidation gas chamber side.

これにより、燃料ガス室側又は酸化ガス室側の一方のガス圧が変動した場合には、このバランスピストンの移動によって、両ガス室のガス圧は、通常作動状態でのガス圧比となるように構成されている。
上記説明した構成において、各弁Ｖ２〜Ｖ８は、電磁弁であり、図示しない制御装置（ＦＣ−ＥＣＵ／ＦＣ制御コントローラ）によって開閉が制御される。切換弁Ｖ８は、制御装置によって、圧縮側経路１３１ａ又は吸引側経路１３１ｂへの接続の切換が制御される。容積制御装置は、開閉弁Ｖ６とこれを開閉制御する制御装置によって構成される。 Thereby, when the gas pressure on one side of the fuel gas chamber side or the oxidizing gas chamber side fluctuates, the gas pressure in both gas chambers becomes the gas pressure ratio in the normal operation state by the movement of the balance piston. It is configured.
In the above-described configuration, each of the valves V2 to V8 is an electromagnetic valve, and opening / closing is controlled by a control device (FC-ECU / FC control controller) (not shown). In the switching valve V8, switching of connection to the compression side path 131a or the suction side path 131b is controlled by the control device. The volume control device includes an on-off valve V6 and a control device that controls the opening / closing of the on-off valve V6.

また、制御装置には、燃料電池スタック１に接続される負荷の値を検出する負荷検出手段を有し、該負荷検出手段から負荷の値が供給される。なお、負荷を検出する負荷検出手段として、上記負荷系において、燃料電池スタック１００の電圧を検出する電圧測定装置を設け。更に出力電流を測定する電流測定装置を設けてもよい。これらの測定値から、負荷を特定することができる。また、他の構成としては、車両用コントローラ（ＥＶ−ＥＣＵ）にて、アクセル開度と車速から、次に必要な出力を算出し、その値を上記ＦＣ−ＥＣＵへ負荷値として供給する構成としてもよい。 Further, the control device has load detection means for detecting the value of the load connected to the fuel cell stack 1, and the load value is supplied from the load detection means. Note that a voltage measuring device for detecting the voltage of the fuel cell stack 100 in the load system is provided as load detecting means for detecting the load. Further, a current measuring device for measuring the output current may be provided. From these measurements, the load can be identified. As another configuration, the vehicle controller (EV-ECU) calculates the next required output from the accelerator opening and the vehicle speed, and supplies the calculated value as a load value to the FC-ECU. Also good.

以上のように構成される燃料電池システム１００の作用について、図９に示されるフローチャートに基づき説明する。ＥＶ−ＥＣＵにおいて、アクセル開度と車速から、次に必要とされる出力を算出し、その値を負荷値としてＦＣ−ＥＣＵが受け取る（ステップＳ１０１）。得られた数値から、燃料電池スタック１にどの程度の電力が要求されるか計算する（ステップＳ１０３）。その結果得られた値が、予め定められた所定値以上であるか否か判断する（ステップＳ１０５）。予め定められた所定値は、例えば、加圧に必要な補機動力を引いて発電効率を算出した時、加圧しない場合より効率が良くなる出力値であり、例えば、５０％に設定される。 The operation of the fuel cell system 100 configured as described above will be described based on the flowchart shown in FIG. In the EV-ECU, the next required output is calculated from the accelerator opening and the vehicle speed, and the FC-ECU receives the calculated value as a load value (step S101). From the obtained numerical value, it is calculated how much power is required for the fuel cell stack 1 (step S103). It is determined whether the value obtained as a result is equal to or greater than a predetermined value (step S105). The predetermined value is, for example, an output value that is more efficient than when no pressure is applied when the power generation efficiency is calculated by subtracting the auxiliary power necessary for pressurization, and is set to 50%, for example. .

所定値以上でない場合には、ステップＳ１０１を再度実行し、所定値以上である場合には、燃料電池スタック１の出力を上げる必要があるので、燃料ガス室と、酸化ガス室のガス圧を上げる制御が行われる。即ち、弁Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を閉じる（ステップＳ１０７）。弁Ｖ２、Ｖ３を閉じることによって、燃料ガス室である水素保持部４２と、これに連通する供給路１２２と排出路１２３の一部は、気密状態となる。また弁Ｖ４、Ｖ５を閉じることによって、酸化ガス室である酸素保持部４１と、これに連通する空気供給路１１０と空気排出路１１１の一部は、気密状態となる。 If it is not equal to or greater than the predetermined value, step S101 is executed again. If it is equal to or greater than the predetermined value, the output of the fuel cell stack 1 needs to be increased. Control is performed. That is, the valves V2, V3, V4, V5 are closed (step S107). By closing the valves V2 and V3, the hydrogen holding portion 42 that is a fuel gas chamber, and the supply passage 122 and a part of the discharge passage 123 that communicate with the hydrogen holding portion 42 are in an airtight state. Further, by closing the valves V4 and V5, the oxygen holding part 41, which is an oxidizing gas chamber, and the air supply path 110 and a part of the air discharge path 111 communicating with the oxygen holding part 41 are in an airtight state.

次に、切換弁Ｖ８を切り換えて、圧力供給路１３１と圧縮側経路１３１ａとを接続する（ステップＳ１０９）。これにより、操作シリンダ１６ａ内の圧縮側にガスが供給される経路が構成される。開閉弁Ｖ６を開く（ステップＳ１１１）。開閉弁Ｖ６の開放によって、高圧水素ガス容器１２１内の水素ガスが、操作シリンダ１６ａの圧縮側に導入され、この水素ガスの１次圧が、操作ピストン１６ｐに作用し、第１ピストン１３ｐを圧縮方向へ（第１シリンダ１３ａの容積を縮小する方向へ）押し込む。 Next, the switching valve V8 is switched to connect the pressure supply path 131 and the compression side path 131a (step S109). Thereby, the path | route through which gas is supplied to the compression side in the operation cylinder 16a is comprised. The on-off valve V6 is opened (step S111). By opening the on-off valve V6, the hydrogen gas in the high-pressure hydrogen gas container 121 is introduced to the compression side of the operation cylinder 16a, and the primary pressure of this hydrogen gas acts on the operation piston 16p to compress the first piston 13p. Push in the direction (to reduce the volume of the first cylinder 13a).

これにより、密閉された酸素保持部４１を含む空間内は、ガス圧が上昇する。このガス圧の上昇によって、第２ピストン１５ｐが押されて移動し、第２シリンダ１５ｓ内を、水素保持部４２側へ移動する。第２ピストン１５ｐの移動によって、第２シリンダ１５ｐ内のガスが水素保持部４２側へ排出され、水素保持部４２を含む密閉空間の圧力が上昇する。第２ピストン１５ｐは、水素保持部４２のガス圧と酸素保持部４１のガス圧との釣り合いの取れる位置に移動し、最終的に、水素保持部４２のガス圧と酸素保持部４１のガス圧はともに上昇した状態で平衡状態となる。
ガス圧が上昇することにより、単位セルにおける発電量が上昇し、燃料電池スタック１自体の出力が、通常運転状態に比較して上昇する。 Thereby, the gas pressure rises in the space including the sealed oxygen holding portion 41. Due to the increase in gas pressure, the second piston 15p is pushed and moved, and moves in the second cylinder 15s toward the hydrogen holding part 42 side. By the movement of the second piston 15p, the gas in the second cylinder 15p is discharged to the hydrogen holding part 42 side, and the pressure in the sealed space including the hydrogen holding part 42 increases. The second piston 15p moves to a position where the gas pressure of the hydrogen holding part 42 and the gas pressure of the oxygen holding part 41 can be balanced. Finally, the gas pressure of the hydrogen holding part 42 and the gas pressure of the oxygen holding part 41 are moved. Are both in an elevated state and in an equilibrium state.
As the gas pressure increases, the power generation amount in the unit cell increases, and the output of the fuel cell stack 1 itself increases as compared with the normal operation state.

開閉弁Ｖ６を開放した時点で、燃料電池スタック１から供給される電力の積算を開始する（ステップＳ１１３）。ステップＳ１０１と同様に、負荷を示唆する数値を取得する（ステップＳ１１５）。得られた数値から、燃料電池スタック１にどの程度の電力が要求されるか計算する（ステップＳ１１７）。ステップＳ１０５で判断に用いた所定値を用い、ステップＳ１１７で算出された要求電力が該所定値未満であるか判断する（ステップＳ１１９）。所定未満でない場合には、燃料電池スタック１の出力を、通常運転時よりも、いまだ高く維持する必要があると判断し、ステップＳ１１５にリターンし、ステップＳ１１９までを繰り返す。 When the on-off valve V6 is opened, integration of electric power supplied from the fuel cell stack 1 is started (step S113). As in step S101, a numerical value indicating a load is acquired (step S115). From the obtained numerical value, it is calculated how much power is required for the fuel cell stack 1 (step S117). Using the predetermined value used for the determination in step S105, it is determined whether the required power calculated in step S117 is less than the predetermined value (step S119). If it is not less than the predetermined value, it is determined that the output of the fuel cell stack 1 still needs to be maintained higher than that during normal operation, the process returns to step S115, and steps up to step S119 are repeated.

所定値未満である場合には、燃料電池スタック１の出力を高く維持する必要性が解消したものと判断し、供給電力の積算を終了する（ステップＳ１２１）。そして、積算された電力値が、所定値以上であるか判断する（ステップＳ１２３）。ガス圧を高くし、発電反応を促進させ、出力を高く維持することによって、反応生成水が通常運転時よりも多量に発生する。発生する生成水の量は、出力した電力を積算することにより経験的に推定することができる。つまり、経験的に得られた所定値を設定し、その所定値以上の積算電力を出力した場合には、水素保持部４２や酸素保持部４１内に存在する生成水を除去する必要があると判断する。 If it is less than the predetermined value, it is determined that the necessity of maintaining the output of the fuel cell stack 1 high has been resolved, and the integration of the supplied power is terminated (step S121). And it is judged whether the integrated electric power value is more than predetermined value (step S123). By increasing the gas pressure, promoting the power generation reaction, and maintaining the output high, a larger amount of reaction product water is generated than during normal operation. The amount of generated water generated can be estimated empirically by integrating the output power. In other words, when a predetermined value obtained empirically is set and the accumulated power exceeding the predetermined value is output, it is necessary to remove the generated water existing in the hydrogen holding unit 42 and the oxygen holding unit 41. to decide.

この他、燃料電池の水素保持部４２や酸素保持部４１内の湿潤状態を検出する方法としては、高分子膜抵抗に基づき湿潤状態を検出する方法、単位セル電圧の挙動から湿潤状態を検出する方法、電流電圧特性から湿潤状態を検出する方法などが挙げられる。例えば、単位セル電圧の挙動から湿潤状態を検出する方法を採った場合、単位セル電圧は、生成水が溜まるほど、下がるといった因果関係があるので、単位セル電圧が所定値以下となった場合には、生成水が溜まっていると判断することができる。この判断は、単位セル電圧をモニターすることで、図９のフローチャートの処理中でなく、単独で判断する処理ルーチンを設けてもよい。 In addition, as a method for detecting the wet state in the hydrogen holding unit 42 and the oxygen holding unit 41 of the fuel cell, a method for detecting the wet state based on the polymer membrane resistance, and a wet state is detected from the behavior of the unit cell voltage. Examples thereof include a method and a method of detecting a wet state from current-voltage characteristics. For example, when the method of detecting the wet state from the behavior of the unit cell voltage is adopted, the unit cell voltage has a causal relationship that it falls as the generated water accumulates, so when the unit cell voltage becomes a predetermined value or less. It can be determined that the produced water has accumulated. This determination may be made by monitoring the unit cell voltage, and by providing a processing routine for independent determination instead of during the processing of the flowchart of FIG.

積算電力値が、所定値以上である場合には、切換弁Ｖ８を切り換え、圧力供給路１３１と吸引側経路１３１ｂとを接続する（ステップＳ１２５）。操作シリンダ１６ａ内の吸引側にガスが供給される経路が構成される。高圧水素ガス容器１２１内の水素ガスが、操作シリンダ１６ａの吸引側に導入され、この水素ガスの１次圧が、操作ピストン１６ｐに作用し、第１ピストン１３ｐを吸引方向へ（第１シリンダ１３ａの容積を拡大する方向へ）引っ張る。密閉された酸素保持部４１を含む空間内は、ガス圧が下降する。このガス圧の下降によって、第２ピストン１５ｐが引っ張られて移動し、第２シリンダ１５ｓ内を、酸素保持部４１側へ移動する。第２ピストン１５ｐの移動によって、第２シリンダ１５ｐ内に水素保持部４２側のガスから吸引され、水素保持部４２を含む密閉空間の圧力が下降する。第２ピストン１５ｐは、水素保持部４２のガス圧と酸素保持部４１のガス圧との釣り合いの取れる位置に移動し、最終的に、水素保持部４２のガス圧と酸素保持部４１のガス圧はともに下降した状態で平衡状態となる。 If the integrated power value is greater than or equal to the predetermined value, the switching valve V8 is switched to connect the pressure supply path 131 and the suction side path 131b (step S125). A path through which gas is supplied to the suction side in the operation cylinder 16a is configured. Hydrogen gas in the high-pressure hydrogen gas container 121 is introduced to the suction side of the operation cylinder 16a, and the primary pressure of this hydrogen gas acts on the operation piston 16p, causing the first piston 13p to move in the suction direction (first cylinder 13a Pull in the direction of enlarging the volume. In the space including the sealed oxygen holding part 41, the gas pressure decreases. Due to the lowering of the gas pressure, the second piston 15p is pulled and moved, and moves in the second cylinder 15s toward the oxygen holding part 41 side. Due to the movement of the second piston 15p, the pressure in the sealed space including the hydrogen holding part 42 is reduced by being drawn into the second cylinder 15p from the gas on the hydrogen holding part 42 side. The second piston 15p moves to a position where the gas pressure of the hydrogen holding part 42 and the gas pressure of the oxygen holding part 41 can be balanced. Finally, the gas pressure of the hydrogen holding part 42 and the gas pressure of the oxygen holding part 41 are moved. Are in an equilibrium state when both are lowered.

このようにガス圧を下降させることで、酸素保持部４１や水素保持部４２に溜まっていた生成水の気化が促進され、生成水を減らすことができる。切換弁Ｖ８の切換から所定時間経過したか判断する（ステップＳ１２７）。この所定時間は、圧力を低下させた場合に、生成水を気化させるために必要な時間であり、経験値として予め設定されている。経過した場合には、開閉弁Ｖ６を閉じ（ステップＳ１２９）、操作シリンダ１６ｓへのガス供給を遮断する。ステップＳ１２３で、積算電力値が所定値未満であると判断された場合には、生成水は溜まっていないと判断し、上記ステップＳ１２９が実行される。 By lowering the gas pressure in this way, vaporization of the produced water accumulated in the oxygen holding unit 41 and the hydrogen holding unit 42 is promoted, and the produced water can be reduced. It is determined whether a predetermined time has elapsed since the switching of the switching valve V8 (step S127). This predetermined time is a time required for vaporizing the generated water when the pressure is lowered, and is set in advance as an experience value. When the time has elapsed, the on-off valve V6 is closed (step S129), and the gas supply to the operation cylinder 16s is shut off. If it is determined in step S123 that the integrated power value is less than the predetermined value, it is determined that the generated water has not accumulated, and step S129 is executed.

次に排出弁Ｖ７を開き、圧力供給路１３１内にある高圧のガスを排出する（ステップＳ１３１）。これにより、気密にされた酸素保持部４１や水素保持部４２のガス圧は、通常運転時のガス圧に戻る。
最後に、弁Ｖ２、Ｖ４を開放し、通常運転状態に以降する（ステップＳ１３３）。 Next, the discharge valve V7 is opened, and the high-pressure gas in the pressure supply path 131 is discharged (step S131). Thereby, the gas pressures of the oxygen holding unit 41 and the hydrogen holding unit 42 which are made airtight return to the gas pressures during normal operation.
Finally, the valves V2 and V4 are opened, and the normal operation state is followed (step S133).

以上説明した実施形態の他、例えば、ガス圧調節手段を可変容積装置を用いずに、水素調圧弁Ｖ１の二次圧を電気的に調節可能な調圧弁とし、負荷が増大した場合には、二次圧値を通常運転時の二次圧値よりも大きくなるように、制御装置により調圧弁を制御してもよい。この場合には、可変調圧弁と制御装置がガス圧調節手段となる。
尚、本実施形態では、集電部材３１、３２は、金属板で構成されているが、カーボンにより構成されていてもよい。 In addition to the embodiment described above, for example, if the gas pressure adjusting means is a pressure regulating valve that can electrically adjust the secondary pressure of the hydrogen pressure regulating valve V1 without using a variable volume device, and the load increases, The pressure regulating valve may be controlled by the control device so that the secondary pressure value becomes larger than the secondary pressure value during normal operation. In this case, the adjustable pressure valve and the control device serve as gas pressure adjusting means.
In addition, in this embodiment, although the current collection members 31 and 32 are comprised with the metal plate, you may comprise with carbon.

本発明の燃料電池スタックの部分断面側面図である。It is a partial cross section side view of the fuel cell stack of the present invention. 本発明の燃料電池スタックの部分断面斜視図である。1 is a partial cross-sectional perspective view of a fuel cell stack of the present invention. 図１におけるＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing in FIG. 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing in FIG. 図１におけるＣ−Ｃ断面図である。It is CC sectional drawing in FIG. 図３におけるＤ−Ｄ断面図である。It is DD sectional drawing in FIG. 燃料電池スタックを示す全体斜視図である。It is a whole perspective view which shows a fuel cell stack. 燃料電池システムの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of a fuel cell system. 制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a control apparatus.

Explanation of symbols

１燃料電池スタック
２単位セル
３セパレータ
３１集電部材
３２集電部材
４１酸素保持部
４２水素保持部
１００燃料電池システム
１３ｓ第１シリンダー
１３ｐ第１ピストン
１５ｓ第２シリンダー
１５ｐ第２ピストン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell stack 2 Unit cell 3 Separator 31 Current collection member 32 Current collection member 41 Oxygen holding part 42 Hydrogen holding part 100 Fuel cell system 13s 1st cylinder 13p 1st piston 15s 2nd cylinder 15p 2nd piston

Claims

A unit cell of a fuel cell;
A fuel gas chamber provided on one side of the unit cell and supplying fuel gas to the fuel electrode;
An oxidizing gas chamber which is provided on the other side of the unit cell and supplies an oxidizing gas to the oxidizing electrode;
A fuel gas passage for supplying and exhausting fuel gas to and from the fuel gas chamber;
A fuel cell system comprising an oxidizing gas flow path for supplying and exhausting oxidizing gas to and from the oxidizing gas chamber,
Gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure of one of the fuel gas chamber or the oxygen gas chamber;
A fuel cell system comprising gas pressure ratio adjusting means provided between the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber and maintaining the gas pressure of both gas chambers within a predetermined pressure ratio range.

A unit cell of a fuel cell;
A fuel gas chamber provided on one side of the unit cell and supplying fuel gas to the fuel electrode;
An oxidizing gas chamber which is provided on the other side of the unit cell and supplies an oxidizing gas to the oxidizing electrode;
A fuel gas passage for supplying and exhausting fuel gas to and from the fuel gas chamber;
A fuel cell system comprising an oxidizing gas flow path for supplying and exhausting oxidizing gas to and from the oxidizing gas chamber,
A fuel gas side switching means capable of switching a space including the fuel gas chamber between an airtight state and a non-airtight state;
An oxidizing gas side switching means capable of switching the space including the oxidizing gas chamber between an airtight state and a non-airtight state;
Gas pressure adjusting means for adjusting the gas pressure of any one of the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber;
A gas pressure ratio adjusting means which is provided between the fuel gas chamber and the oxidizing gas chamber and maintains the gas pressures of both gas chambers within a predetermined pressure ratio range;
The fuel cell system, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure with the fuel gas side switching means and the oxidizing gas side switching means being in an airtight state.

The gas pressure adjusting means is connected to either one of the fuel gas chamber or the oxidizing gas chamber, and a variable volume device capable of changing a volume;
The fuel cell system according to claim 2, further comprising a volume control device that adjusts a volume of the variable volume device.

The variable volume device includes a first cylinder, a first piston housed in the first cylinder, and a volume adjusting device that moves the first piston and adjusts a volume in the first cylinder. 4. The fuel cell system according to 3.

5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the volume adjusting device obtains a driving pressure from a gas pressure of a high-pressure fuel gas container that supplies fuel gas to the fuel gas flow path.

The gas pressure ratio adjusting means has a second cylinder and a second piston accommodated in the second cylinder, and the two spaces in the second cylinder divided by the second piston include the The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein a space including a fuel gas chamber and a space including the oxidant gas chamber are connected so as to allow gas flow.

Of the two surfaces on which the gas pressure acts on the second piston, the ratio of the area of the surface on the fuel gas chamber side to the area of the surface on the oxidizing gas chamber side is the gas pressure in the fuel gas chamber and the gas pressure in the oxidizing gas chamber. The fuel cell system according to claim 6, wherein the fuel cell system is set so as to correspond to the ratio.

Furthermore, it has load detection means for detecting the load applied to the fuel cell,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7, wherein the gas pressure adjusting means adjusts the gas pressure in accordance with a load value detected by the load detecting means.

Furthermore, it has a humidity detection means which detects the wet state of a fuel cell, The said gas pressure adjustment means adjusts a gas pressure according to the humidity detected by the said humidity detection means. 2. The fuel cell system according to 1.