JP2007048597A - Fuel cell system - Google Patents

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亮 松永
Susumu Maejima
晋 前嶋
Satoshi Sato
聡 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve promptly a dry-out state of a gas separator. <P>SOLUTION: In the fuel cell system, when gas leak is detected by air bubble detection sensors 11a-11c, a controller 14 judges that a dry-out state of a porous plate 4 has occurred, and sprays humidifying water to a reaction gas in a gas manifold 2. Thereby, the porous plate 4 portion which is in the dry-out state is humidified by the reaction gas, and the dry-out state can be promptly improved. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ポーラス型のガスセパレータを有する燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell having a porous gas separator.

近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素に伴う地球温暖化に対する対策の一つとして、クリーンな排気及び高エネルギー効率運転を可能にする燃料電池が注目されている（特許文献１を参照）。中でも、電解質膜として固体高分子膜を用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易である上に高い出力密度を有することから、自動車等の移動体用の駆動動力源としての用途が期待されている。   As a measure against environmental problems in recent years, especially air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming due to carbon dioxide, fuel cells that enable clean exhaust and high energy efficient operation are attracting attention (Patent Literature). 1). Among them, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte membrane is low in cost and easy to be compact and has a high output density. Therefore, a driving power source for a moving body such as an automobile. The use as is expected.

ところで、一般に、燃料電池に乾燥した反応ガスを供給した場合、燃料電池のガス入口付近では、相対湿度が低くなり、電解質膜が乾燥傾向になるのに対して、ガス出口付近では、電気化学反応に伴い生成された水によって相対湿度が高くなり、電解質膜は湿潤状態になる。そして、燃料電池内部の相対湿度が１００［％］に達した場合には、生成水が過剰になるために、生成水が反応ガス流路やガス拡散層を閉塞するフラッディング現象が生じる。   By the way, in general, when dry reaction gas is supplied to the fuel cell, the relative humidity decreases near the gas inlet of the fuel cell and the electrolyte membrane tends to dry, whereas the electrochemical reaction occurs near the gas outlet. The relative humidity is increased by the generated water, and the electrolyte membrane becomes wet. When the relative humidity inside the fuel cell reaches 100 [%], the generated water becomes excessive, and a flooding phenomenon occurs in which the generated water closes the reaction gas flow path and the gas diffusion layer.

このような背景から、近年、ポーラス型のガスセパレータを設け、ガス入口付近の乾燥した反応ガスをガスセパレータ内部に蓄えられた加湿水によって加湿すると共に、ガス出口付近の生成水をガスセパレータ内部に吸収することによってフラッディング現象の発生を防止する燃料電池が提案されている。
特開平８−１０６９１４号公報 From such a background, in recent years, a porous gas separator is provided, and the dry reaction gas near the gas inlet is humidified by the humidified water stored inside the gas separator, and the generated water near the gas outlet is put inside the gas separator. Fuel cells have been proposed that prevent flooding from occurring by absorbing.
JP-A-8-106914

しかしながら、燃料電池にポーラス型のガスセパレータを設けた場合には、ガスセパレータが乾燥した際、反応ガスがガスセパレータを透過して加湿水流路側に漏れるドライアウト状態が発生することがある。そしてこのドライアウト状態が発生した場合には、反応ガスの利用効率が低下するばかりでなく、反応ガスが加湿されずに供給されることによって電解質膜が乾燥し、電解質膜が劣化する可能性がある。このような背景から、ドライアウト状態が発生した際にドライアウト状態を速やかに改善することが可能な燃料電池システムの提供が急務になっている。   However, when a porous gas separator is provided in the fuel cell, when the gas separator is dried, a dry-out state may occur in which the reaction gas passes through the gas separator and leaks to the humidified water flow path side. And when this dry-out state occurs, not only the utilization efficiency of the reaction gas is lowered, but the electrolyte membrane is dried by supplying the reaction gas without being humidified, and the electrolyte membrane may be deteriorated. is there. From such a background, there is an urgent need to provide a fuel cell system that can quickly improve the dryout state when the dryout state occurs.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ポーラス型のガスセパレータのドライアウト状態を速やかに改善することが可能な燃料電池システムを提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can quickly improve the dry-out state of a porous gas separator.

上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システムは、ガス流路側から加湿水流路側への反応ガスのガス漏れを検知する検知手段と、検知手段によりガス漏れが検知された際、加湿水流路を流れる加湿水をガス流路中の反応ガスに噴霧することにより反応ガスを加湿する制御手段とを備える。   In order to solve the above-described problem, the fuel cell system according to the present invention includes a detection unit that detects a gas leak of the reaction gas from the gas channel side to the humidified water channel side, and when the gas leak is detected by the detection unit, And control means for humidifying the reaction gas by spraying humidified water flowing through the humidification water channel onto the reaction gas in the gas channel.

本発明に係る燃料電池システムによれば、反応ガスに加湿水を噴霧することによりドライアウト状態になっているガスセパレータ部分を加湿することができるので、ポーラス型のガスセパレータのドライアウト状態を速やかに改善することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, it is possible to humidify the gas separator portion that is in a dry-out state by spraying humidified water on the reaction gas, so that the dry-out state of the porous gas separator can be quickly adjusted. Can be improved.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池の構成及びその動作について説明する。   Hereinafter, the configuration and operation of a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔燃料電池システムの構成〕
本発明の実施形態となる燃料電池システムは、車両の駆動動力源として使用され、図１に示すように、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ燃料ガス及び酸化剤ガスとしての水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック１備える。なお、燃料電池は、燃料極と酸化剤極により挟持された電解質膜を備え、この実施形態では、電解質膜は、高エネルギー密度化，低コスト化，及び軽量化を考慮して、固体高分子電解質膜により形成されている。固体高分子電解質膜は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等のイオン（プロトン）伝導性を有する高分子膜から成るものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。また、燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池スタック１全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。 [Configuration of fuel cell system]
A fuel cell system according to an embodiment of the present invention is used as a driving power source for a vehicle. As shown in FIG. 1, hydrogen and air as fuel gas and oxidant gas are supplied to a fuel electrode and an oxidant electrode, respectively. A fuel cell stack 1 in which a plurality of fuel cells that receive and generate electric power are stacked is provided. The fuel cell includes an electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode. In this embodiment, the electrolyte membrane is a solid polymer in consideration of high energy density, low cost, and light weight. It is formed of an electrolyte membrane. The solid polymer electrolyte membrane is made of a polymer membrane having ion (proton) conductivity, such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water. Moreover, the electrochemical reaction in the fuel electrode and the oxidant electrode and the electrochemical reaction of the fuel cell stack 1 as a whole are based on the following formulas (1) to (3).

〔燃料極〕 Ｈ2 → ２Ｈ+ ＋２ｅ- …（１）
〔酸化剤極〕 1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
〔全体〕 Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
また、この燃料電池システムでは、燃料電池スタック１は、ガスマニホールド２から供給された反応ガスを各燃料電池に供給するガス流路３と、ポーラス型のガスセパレータ（以下、ポーラスプレートと表記）４に加湿水を供給することによりガス流路３中の反応ガスを加湿する加湿水流路５とを備える。また、この燃料電池システムは、加湿水を貯留する加湿水タンク７と、加湿水供給流路６を介して加湿水タンク７内の加湿水を加湿水流路５に供給する加湿水循環ポンプ８と、加湿水流路５から排出された加湿水を加湿水タンク７に戻す加湿水排出流路９と、加湿水流路５に供給される加湿水の流量を制御する加湿水流量調整バルブ１０を備える。 [Fuel electrode] H 2 → 2H + + 2e − (1)
[Oxidant electrode] 1/2 O 2 + 2H + + 2e − → H 2 O (2)
[Overall] H 2 +1/2 O 2 → H 2 O (3)
In this fuel cell system, the fuel cell stack 1 includes a gas flow path 3 for supplying the reaction gas supplied from the gas manifold 2 to each fuel cell, and a porous gas separator (hereinafter referred to as a porous plate) 4. And a humidified water channel 5 for humidifying the reaction gas in the gas channel 3 by supplying humidified water. In addition, the fuel cell system includes a humidifying water tank 7 that stores humidified water, a humidifying water circulation pump 8 that supplies the humidifying water in the humidifying water tank 7 to the humidifying water channel 5 via the humidifying water supply channel 6, A humidified water discharge flow path 9 for returning the humidified water discharged from the humidified water flow path 5 to the humidified water tank 7 and a humidified water flow rate adjusting valve 10 for controlling the flow rate of the humidified water supplied to the humidified water flow path 5 are provided.

また、加湿水排出流路９には、加湿水流路５から排出された加湿水中の気泡を検知する気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃと、加湿水流路５中の加湿水の圧力を調整するための圧力調整弁１２が設けられている。また、ガスマニホールド２には、加湿水供給流路６中の加湿水を噴霧することにより反応ガスを加湿する加湿水噴霧バルブ１３が設けられている。そして、このような構成を有する燃料電池システムでは、コントローラ１４が以下に示すドライアウト制御処理を実行することにより、ポーラスプレート４のドライアウト状態が発生した際、ドライアウト状態を速やかに改善する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、このドライアウト制御処理を実行する際のコントローラ１４の動作について説明する。   The humidified water discharge channel 9 includes bubble detection sensors 11 a to 11 c that detect bubbles in the humidified water discharged from the humidified water channel 5, and pressure for adjusting the pressure of the humidified water in the humidified water channel 5. A regulating valve 12 is provided. Further, the gas manifold 2 is provided with a humidified water spray valve 13 that humidifies the reaction gas by spraying the humidified water in the humidified water supply channel 6. And in the fuel cell system which has such a structure, when the dry-out state of the porous plate 4 generate | occur | produces, the controller 14 performs the dry-out control process shown below, and improves a dry-out state rapidly. Hereinafter, the operation of the controller 14 when executing the dryout control process will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

［ドライアウト制御処理］
図２に示すフローチャートは、燃料電池システムが起動されるのに応じて開始となり、ドライアウト制御処理はステップＳ１の処理に進む。なお、このドライアウト制御処理は、燃料電池システムが起動された後、所定制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。 [Dry-out control processing]
The flowchart shown in FIG. 2 starts when the fuel cell system is activated, and the dryout control process proceeds to the process of step S1. This dry-out control process is repeatedly executed every predetermined control period after the fuel cell system is started.

ステップＳ１の処理では、コントローラ１４が、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知したか否かを判別することにより、ポーラスプレート４がドライアウト状態になることによりガス流路３側から加湿水流路５側への反応ガスのガス漏れが発生しているか否かを判別する。   In the process of step S1, the controller 14 determines whether or not the bubble detection sensors 11a to 11c have simultaneously detected bubbles, so that the humidified water flow from the gas flow path 3 side when the porous plate 4 is in a dry-out state. It is determined whether or not a gas leakage of the reaction gas to the path 5 side has occurred.

より具体的には、一般に、ガス漏れが発生していない場合、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃは加湿水循環ポンプ８が噛み込んだエアを検知する程度で気泡を検知する回数は少ないために、図３（ａ）に示すように気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知することはない。   More specifically, in general, when there is no gas leakage, the bubble detection sensors 11a to 11c detect the bubbles with the degree that the humidified water circulation pump 8 detects air, and therefore the number of bubbles detected is small. As shown to (a), the bubble detection sensors 11a-11c do not detect a bubble simultaneously.

これに対して、ガス漏れが発生している場合には、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが気泡を検知する回数が増加するために、図３（ｂ）の時刻Ｔ＝Ｔ０に示すように気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知するようになる。従って、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知したか否かを判別することによりガス漏れが発生しているか否かを判別することができる。   On the other hand, when a gas leak has occurred, the number of times the bubble detection sensors 11a to 11c detect the bubbles increases, so that the bubble detection is performed as shown at time T = T0 in FIG. The sensors 11a to 11c simultaneously detect bubbles. Therefore, it is possible to determine whether or not gas leakage has occurred by determining whether or not the bubble detection sensors 11a to 11c have simultaneously detected bubbles.

そして、判別の結果、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知していない場合、コントローラ１４は、ガス漏れが発生していないと判断し、ステップＳ２の処理として燃料電池スタック１の運転状態を現在の状態のまま継続する設定を行った後、一連のドライアウト制御処理を終了する。   As a result of the determination, if the bubble detection sensors 11a to 11c do not detect bubbles at the same time, the controller 14 determines that no gas leak has occurred, and the operation state of the fuel cell stack 1 is determined as a process of step S2. After setting to continue in the current state, the series of dryout control processing ends.

一方、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知した場合には、コントローラ１４は、ポーラスプレート４がドライアウト状態になることによりガス流路３側から加湿水流路５側へのガス漏れが発生していると判断し、ドライアウト制御処理をステップＳ３の処理に進める。   On the other hand, when the bubble detection sensors 11a to 11c detect bubbles simultaneously, the controller 14 causes a gas leak from the gas channel 3 side to the humidified water channel 5 side when the porous plate 4 is in a dry-out state. The dryout control process proceeds to step S3.

ステップＳ３の処理では、コントローラ１４が、電解質膜の劣化を抑制するために燃料電池スタック１の出力を制限する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、ドライアウト制御処理はステップＳ４の処理に進む。   In step S3, the controller 14 limits the output of the fuel cell stack 1 in order to suppress the deterioration of the electrolyte membrane. Thereby, the process of step S3 is completed and the dryout control process proceeds to the process of step S4.

ステップＳ４の処理では、コントローラ１４が、加湿水流量調整バルブ１０及び加湿水噴霧バルブ１３をそれぞれ閉状態及び開状態に制御することにより、ガスマニホールド２中の反応ガスに加湿水を噴霧する。また、反応ガスの圧力は通常加湿水の圧力よりも高い状態にあるので、コントローラ１４は加湿水循環ポンプ８の出力を増加させることにより加湿水の圧力を増加させる。   In the process of step S4, the controller 14 sprays humidified water onto the reaction gas in the gas manifold 2 by controlling the humidified water flow rate adjustment valve 10 and the humidified water spray valve 13 to a closed state and an opened state, respectively. Further, since the pressure of the reaction gas is normally higher than the pressure of the humidified water, the controller 14 increases the pressure of the humidified water by increasing the output of the humidified water circulation pump 8.

なお、この時、加湿水流量調整バルブ１０は閉状態となっており、加湿水流路５には加湿水は供給されないので、ガスマニホールド２中の反応ガスに噴霧された加湿水は、図４に示すように、ポーラスプレート４のドライアウト領域Ａを介してガス流路３側から加湿水流路５側に回収される。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、ドライアウト制御処理はステップＳ５の処理に進む。   At this time, the humidifying water flow rate adjustment valve 10 is in a closed state, and no humidifying water is supplied to the humidifying water passage 5, so that the humidifying water sprayed on the reaction gas in the gas manifold 2 is shown in FIG. As shown, the gas is recovered from the gas channel 3 side to the humidified water channel 5 side via the dry-out region A of the porous plate 4. Thereby, the process of step S4 is completed, and the dryout control process proceeds to the process of step S5.

ステップＳ５の処理では、コントローラ１４が、ステップＳ４のシステム状態を保持したまま一定時間待機する。なお、一定時間待機している間、燃料電池スタック１の負荷状態は出力制限を行う最大負荷状態以下であればどのような負荷状態であっても構わない。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、ドライアウト制御処理はステップＳ６の処理に進む。   In the process of step S5, the controller 14 stands by for a predetermined time while maintaining the system state of step S4. It should be noted that the load state of the fuel cell stack 1 may be any load state as long as the load state of the fuel cell stack 1 is equal to or less than the maximum load state in which the output is limited while waiting for a certain time. Thereby, the process of step S5 is completed, and the dryout control process proceeds to the process of step S6.

ステップＳ６の処理では、コントローラ１４が、加湿水流量調整バルブ１０及び加湿水噴霧バルブ１３をそれぞれ開状態及び閉状態に制御することにより、ガスマニホールド２中の反応ガスへの加湿水の噴霧を停止する。また、コントローラ１４は加湿水循環ポンプ８の出力を元通りにする。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、ドライアウト制御処理はステップＳ７の処理に進む。   In step S6, the controller 14 controls the humidifying water flow rate adjustment valve 10 and the humidifying water spray valve 13 to be in an open state and a closed state, respectively, thereby stopping the spraying of the humidifying water on the reaction gas in the gas manifold 2. To do. In addition, the controller 14 restores the output of the humidified water circulation pump 8. Thereby, the process of step S6 is completed and the dryout control process proceeds to the process of step S7.

ステップＳ７の処理では、コントローラ１４が、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知したか否かを判別することによりガス漏れがいぜんとして発生しているか否かを判別する。そして、判別の結果、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知した場合、コントローラ１４は、ポーラスプレート４がいぜんとしてガス漏れが発生していると判断し、ドライアウト制御処理をステップＳ４の処理に戻す。一方、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃが同時に気泡を検知していない場合には、コントローラ１４は、ガス漏れがおさまったと判断し、ドライアウト制御処理をステップＳ８の処理に進める。   In the process of step S7, the controller 14 determines whether or not a gas leak has occurred by determining whether or not the bubble detection sensors 11a to 11c have simultaneously detected bubbles. As a result of the determination, if the bubble detection sensors 11a to 11c detect bubbles simultaneously, the controller 14 determines that the porous plate 4 is still leaking gas, and performs the dryout control process in step S4. Return to. On the other hand, when the bubble detection sensors 11a to 11c do not detect bubbles at the same time, the controller 14 determines that the gas leakage has stopped, and advances the dryout control process to the process of step S8.

ステップＳ８の処理では、コントローラ１４が、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃを利用して加湿水流路５から排出された加湿水中の気泡を所定時間検知する。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、ドライアウト制御処理はステップＳ９の処理に進む。   In step S8, the controller 14 detects bubbles in the humidified water discharged from the humidified water flow path 5 for a predetermined time using the bubble detection sensors 11a to 11c. Thereby, the process of step S8 is completed, and the dryout control process proceeds to the process of step S9.

ステップＳ９の処理では、コントローラ１４が、ステップＳ８の処理結果に基づいて加湿水流路５から排出された加湿水中に所定時間の間気泡が検知されなかったか否かを判別する。そして、判別の結果、所定時間の間に気泡が検知された場合、コントローラ１４は、ドライアウト状態は改善されていないと判断し、ドライアウト制御処理をステップＳ４の処理に戻す。一方、所定時間の間気泡が検知されなかった場合には、コントローラ１４は、ドライアウト状態は改善されたと判断し、ステップＳ１０の処理として燃料電池スタック１の出力制限を解除した後、一連のドライアウト制御処理を終了する。   In the process of step S9, the controller 14 determines whether bubbles have not been detected for a predetermined time in the humidified water discharged from the humidified water flow path 5 based on the result of the process of step S8. As a result of the determination, if air bubbles are detected for a predetermined time, the controller 14 determines that the dry-out state has not been improved, and returns the dry-out control process to the process of step S4. On the other hand, if no bubbles are detected for a predetermined time, the controller 14 determines that the dry-out state has been improved, and after releasing the output restriction of the fuel cell stack 1 as a process of step S10, The out control process is terminated.

一般に、燃料電池に乾燥した反応ガスを供給した場合、図５に示すように、燃料電池のガス入口付近では、相対湿度が低くなり、電解質膜が乾燥傾向になるのに対して、ガス出口付近では、電気化学反応に伴い生成された水によって相対湿度が高くなり、電解質膜は湿潤状態になる。そして、燃料電池内部の相対湿度が１００［％］に達した場合には、生成水が過剰になるために、生成水が反応ガス流路やガス拡散層を閉塞するフラッディング現象が生じる。   In general, when dry reaction gas is supplied to the fuel cell, as shown in FIG. 5, the relative humidity decreases near the gas inlet of the fuel cell, and the electrolyte membrane tends to dry, whereas the vicinity of the gas outlet Then, the relative humidity is increased by the water generated by the electrochemical reaction, and the electrolyte membrane becomes wet. When the relative humidity inside the fuel cell reaches 100 [%], the generated water becomes excessive, and a flooding phenomenon occurs in which the generated water closes the reaction gas flow path and the gas diffusion layer.

このような背景から、近年、ポーラスプレートを設け、ガス入口付近の乾燥した反応ガスをポーラスプレート内部に蓄えられた加湿水によって加湿すると共に、ガス出口付近の生成水をポーラスプレート内部に吸収することによってフラッディング現象の発生を防止する燃料電池が提案されている。   Against this background, in recent years, a porous plate has been provided, and the dry reaction gas near the gas inlet is humidified by the humidified water stored inside the porous plate, and the generated water near the gas outlet is absorbed inside the porous plate. A fuel cell that prevents the occurrence of flooding has been proposed.

しかしながら、燃料電池にポーラスプレートを設けた場合には、ポーラスプレートが乾燥した際、反応ガスがポーラスプレートを透過して加湿水流路側に漏れるドライアウト状態が発生することがある。そしてこのドライアウト状態が発生した場合には、反応ガスの利用効率が低下するばかりでなく、反応ガスが加湿されずに供給されることによって電解質膜が乾燥し、電解質膜が劣化する可能性がある。   However, when the porous plate is provided in the fuel cell, when the porous plate is dried, a dry-out state may occur in which the reaction gas passes through the porous plate and leaks to the humidified water flow path side. And when this dry-out state occurs, not only the utilization efficiency of the reaction gas is lowered, but the electrolyte membrane is dried by supplying the reaction gas without being humidified, and the electrolyte membrane may be deteriorated. is there.

これに対して、本発明の実施形態となる燃料電池システムによれば、上述の通り、気泡検知センサ１１ａ〜１１ｃによりガス漏れが検知された際、コントローラ１４が、ポーラスプレーと４のドライアウト状態が発生しと判断し、ガスマニホールド２中の反応ガスに加湿水を噴霧するので、ドライアウト状態となっているポーラスプレート４部分が反応ガスによって加湿され、ドライアウト状態を速やかに改善することができる。従って、本発明の実施形態となる燃料電池システムによれば、反応ガスの利用効率の低下と共に電解質膜の劣化を抑制することができる。   On the other hand, according to the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, as described above, when gas leakage is detected by the bubble detection sensors 11a to 11c, the controller 14 is in the dry-out state of the polar spray and 4 Since the humidified water is sprayed on the reaction gas in the gas manifold 2, the porous plate 4 portion in the dry-out state is humidified by the reaction gas, and the dry-out state can be improved quickly. it can. Therefore, according to the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress the deterioration of the electrolyte membrane as well as the use efficiency of the reaction gas.

また、本発明の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ１４はガスマニホールド２中の反応ガスに加湿水を噴霧することによりドライアウト状態を改善するので、燃料電池スタック１の構成を大きく変更することなく、ドライアウト状態を速やかに改善することができる。また、本発明の実施形態となる燃料電池システムによれば、コントローラ１４は、ガスマニホールド２中の反応ガスに供給した加湿水をポーラスプレート４を介してガス流路３側から加湿水流路５側に回収するので、ドライアウト状態となっているポーラスプレート４部分に優先的に加湿水を供給し、ドライアウト状態を効率的に改善することができる。   Further, according to the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the controller 14 improves the dry-out state by spraying humidified water on the reaction gas in the gas manifold 2, so that the configuration of the fuel cell stack 1 is greatly increased. The dryout state can be promptly improved without change. Further, according to the fuel cell system according to the embodiment of the present invention, the controller 14 supplies the humidified water supplied to the reaction gas in the gas manifold 2 from the gas channel 3 side to the humidified water channel 5 side via the porous plate 4. Therefore, the humidified water is preferentially supplied to the porous plate 4 in the dry-out state, and the dry-out state can be improved efficiently.

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。   As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. As described above, it is a matter of course that all other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are included in the scope of the present invention.

本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the fuel cell system used as embodiment of this invention. 本発明の実施形態となるドライアウト制御処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of the dryout control process used as embodiment of this invention. 複数の気泡検知センサを用いたガス漏れ検知処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the gas leak detection process using several bubble detection sensors. ガス漏れを検知した際の加湿水の流れを説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the flow of humidification water at the time of detecting gas leak. 乾燥した反応ガスを供給した際の燃料電池内部の相対湿度を示す図である。It is a figure which shows the relative humidity inside a fuel cell at the time of supplying the dry reaction gas.

符号の説明Explanation of symbols

１：燃料電池スタック
２：ガスマニホールド
３：ガス流路
４：ポーラスプレート
５：加湿水流路
６：加湿水供給流路
７：加湿水タンク
８：加湿水循環ポンプ
９：加湿水排出流路
１０：加湿水流量調整バルブ
１１ａ〜１１ｃ：気泡検知センサ
１２：圧力調整弁
１３：加湿水噴霧バルブ
１４：コントローラ 1: Fuel cell stack 2: Gas manifold 3: Gas flow path 4: Porous plate 5: Humidification water flow path 6: Humidification water supply flow path 7: Humidification water tank 8: Humidification water circulation pump 9: Humidification water discharge flow path 10: Humidification Water flow rate adjustment valves 11a to 11c: Bubble detection sensor 12: Pressure adjustment valve 13: Humidified water spray valve 14: Controller

Claims (4)

加湿水流路を流れる加湿水によって燃料電池に反応ガスを供給するガス流路中の反応ガスを加湿するポーラス型のガスセパレータを有する燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記ガス流路側から前記加湿水流路側への反応ガスのガス漏れを検知する検知手段と、
前記検知手段によりガス漏れが検知された際、前記加湿水流路を流れる加湿水をガス流路中の反応ガスに噴霧することにより反応ガスを加湿する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising a fuel cell having a porous gas separator that humidifies a reaction gas in a gas flow channel for supplying a reaction gas to the fuel cell by humidified water flowing through the humidified water flow channel,
Detecting means for detecting a gas leak of the reaction gas from the gas channel side to the humidified water channel side;
And a control means for humidifying the reaction gas by spraying the humidified water flowing through the humidified water passage onto the reaction gas in the gas passage when a gas leak is detected by the detection means. system. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記加湿水流路は、前記ガスセパレータに加湿水を供給するセパレータ側流路と前記燃料電池スタックのガス供給マニホールドに加湿水を供給するマニホールド側流路とを備え、前記制御手段は、ガス供給マニホールド中の反応ガスに加湿水を噴霧することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1,
The humidified water flow path includes a separator side flow path for supplying humidified water to the gas separator and a manifold side flow path for supplying humidified water to the gas supply manifold of the fuel cell stack, and the control means includes a gas supply manifold. A fuel cell system characterized by spraying humidified water onto a reaction gas therein. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、加湿水を噴霧している際、セパレータ側流路への加湿水の供給を停止し、前記反応ガスに噴霧した加湿水をガスセパレータを介してセパレータ側流路側に回収することを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
When the humidifying water is sprayed, the control means stops the supply of the humidifying water to the separator side flow path, and collects the humidified water sprayed on the reaction gas to the separator side flow path side via the gas separator. A fuel cell system. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御手段は、加湿水を噴霧している際、前記燃料電池スタックの出力を制限す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 3, wherein
The control means limits the output of the fuel cell stack when spraying humidified water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102324537A (en) * 2011-08-31 2012-01-18 上海尧豫实业有限公司 Humidification system of fuel cell
CN109361002A (en) * 2018-11-30 2019-02-19 安徽明天氢能科技股份有限公司 A kind of high power fuel cell testboard humidifier

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102324537A (en) * 2011-08-31 2012-01-18 上海尧豫实业有限公司 Humidification system of fuel cell
CN109361002A (en) * 2018-11-30 2019-02-19 安徽明天氢能科技股份有限公司 A kind of high power fuel cell testboard humidifier
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