JP2007053015A - Fuel cell system - Google Patents

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Keigo Ikezoe
圭吾 池添
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    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To purge efficiently moisture inside a fuel cell and prevent freezing at operation stop of a fuel cell system. <P>SOLUTION: Two systems are provided at an exhaust system from a fuel cell stack 2. The first exhaust system comprises first exhaust pipes 6a, 6b, 6c, a humidity exchanger 4, and a pressure control valve 5. The second exhaust system comprises a second exhaust pipe 7. As an exhaust switching means, an exhaust switching valve 8 to switch over the first exhaust pipe 6a and the second exhaust pipe 7 is provided. At the time of operation stop of the fuel cell system, the exhaust switching valve 8 is switched over so as to open the second exhaust pipe 7. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、運転停止時のパージ動作を改善した燃料電池システムに係り、特に、氷点下からの起動を容易とするための運転停止時のパージを効率化する技術に関する。     The present invention relates to a fuel cell system having improved purge operation at the time of shutdown, and more particularly to a technique for improving the efficiency of purge at the time of shutdown for facilitating start-up from below freezing point.

燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する装置であり、電解質膜を挟んで設けられた一対の電極のうち負極(アノード)に水素を含有する燃料ガスを供給するとともに、他方の正極(カソード)に酸素を含有する酸化剤ガスを供給し、これら一対の電極の電解質膜側の表面で生じる下記の電気化学反応を利用して電極から電気エネルギを取り出すものである。   The fuel cell system is a device that directly converts chemical energy of fuel into electrical energy, and supplies a fuel gas containing hydrogen to a negative electrode (anode) of a pair of electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween, An oxidant gas containing oxygen is supplied to the other positive electrode (cathode), and electric energy is extracted from the electrodes by using the following electrochemical reaction that occurs on the surface of the electrolyte membrane side of the pair of electrodes.

負極反応:H2 → 2H+ + 2e- …(1)
正極反応:2H+ + 2e- + (1/2)O2 → H2O …(2)
負極に供給する燃料ガスは、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して改質した水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンク等がある。正極に供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。
Negative electrode reaction: H 2 → 2H + + 2e (1)
Positive electrode reaction: 2H + + 2e + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
As the fuel gas supplied to the negative electrode, a method of directly supplying from a hydrogen storage device, or a method of supplying a reformed hydrogen-containing gas by reforming a fuel containing hydrogen is known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. Air is generally used as the oxidant gas supplied to the positive electrode.

ところで、例えば燃料電池を自動車の動力源として使用する場合や、寒冷地での定置用として使用する場合には、燃料電池が0℃以下の雰囲気にさらされることがあり、そのような状況下でも燃料電池が起動でき、通常に発電できることが望まれている。しかしながら、0℃以下の低温状態では、セルの中に残留した水分が凍結して、反応ガス流路が閉塞したり、電極近傍に残留している水分が凍結して反応ガスの拡散を阻害したりして、発電ができなくなるという問題がある。   By the way, for example, when a fuel cell is used as a power source for an automobile or used for stationary use in a cold region, the fuel cell may be exposed to an atmosphere of 0 ° C. or lower. It is desired that the fuel cell can be started and can generate electricity normally. However, in a low temperature state of 0 ° C. or lower, moisture remaining in the cell freezes and the reaction gas flow path is blocked, or moisture remaining in the vicinity of the electrode freezes and inhibits diffusion of the reaction gas. There is a problem that power generation becomes impossible.

そこで、燃料電池を0℃以下から起動させるためには、予め燃料電池内部から水分を除去しておくことが必要である。例えば、特許文献1に示されているように、燃料電池の運転停止時に、ガスを加湿しないで燃料電池内に供給して乾燥させ、燃料電池内が一定の湿度に達したら運転を停止するという技術が公知となっている。
特開2001−332281号公報(第4頁、図1)
Therefore, in order to start the fuel cell from 0 ° C. or lower, it is necessary to remove moisture from the inside of the fuel cell in advance. For example, as shown in Patent Document 1, when the operation of the fuel cell is stopped, the gas is supplied to the fuel cell without being humidified and dried, and the operation is stopped when the fuel cell reaches a certain humidity. Technology is known.
JP 2001-332281 A (page 4, FIG. 1)

しかしながら、主に自動車に搭載するような燃料電池システムには、カソード側排気系に湿度交換器や圧力調整弁などが設けてあると同時に、自動車の最後部で排気するための長い排気配管などがあり、圧力調整弁を全開にしたとしてもある程度の圧損がついてしまう。したがって、パージを目的として大流量を流した時にスタックの中は加圧状態になるため、図5に示すように、コンプレッサーの回転数とスタックの中のパージガス流速(体積流量)は比例関係にならない。   However, a fuel cell system that is mainly mounted on an automobile has a humidity exchanger, a pressure control valve, and the like in the cathode side exhaust system, and has a long exhaust pipe for exhausting at the rear end of the automobile. Yes, even if the pressure regulating valve is fully opened, some pressure loss will occur. Therefore, when a large flow rate is flowed for the purpose of purging, the stack is in a pressurized state, and as shown in FIG. 5, the rotational speed of the compressor and the purge gas flow rate (volume flow rate) in the stack are not proportional. .

また、零下起動を成立させるためのパージ流速(体積流量)と必要なパージ時間は図6に示す関係にあり、パージ流速が遅くなるほどパージ時間が増大してしまうため、従来の燃料電池システムでは、コンプレッサーの能力で出せる流速を最大限利用できないためにパージ時間が長くなってしまうという問題点があった。   Also, the purge flow rate (volume flow rate) for establishing sub-zero activation and the required purge time are in the relationship shown in FIG. 6, and the purge time increases as the purge flow rate becomes slower. There is a problem that the purge time becomes long because the flow rate that can be produced by the capacity of the compressor cannot be used to the maximum extent.

パージ時間が長くなるということは、自動車の停止操作にかかる時間が長くなることであり、商品力の著しい低下となる。   An increase in the purge time means an increase in the time required for the stop operation of the automobile, resulting in a significant reduction in merchandise power.

上記問題点を解決するために、請求項1記載の発明は、アノードとカソードとを備える燃料電池本体と、前記カソードへ空気を供給する空気供給手段と、前記カソードへ供給する空気と前記カソードから排出される空気との間で湿度交換を行うことにより前記カソードへ供給する空気を加湿する湿度交換器と、該湿度交換器の下流で空気流量を調整することによりカソード圧力を調整する圧力調整弁と、前記カソードの出口から前記湿度交換器及び前記圧力調整弁を経てカソード排気を排出させる第1排気系と、第1排気系の前記湿度交換器上流から分岐する第2排気系と、第1排気系または第2排気系を選択的に開く排気切替手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池システムである。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is a fuel cell main body comprising an anode and a cathode, air supply means for supplying air to the cathode, air supplied to the cathode, and the cathode. A humidity exchanger that humidifies the air supplied to the cathode by exchanging humidity with the discharged air, and a pressure adjusting valve that adjusts the cathode pressure by adjusting the air flow rate downstream of the humidity exchanger A first exhaust system that exhausts cathode exhaust from the cathode outlet via the humidity exchanger and the pressure regulating valve, a second exhaust system that branches from upstream of the humidity exchanger of the first exhaust system, An exhaust gas switching unit that selectively opens an exhaust system or a second exhaust system.

本発明によれば、燃料電池システム停止時のパージ時には、湿度交換器や圧力調整弁等の圧損要素がない第2排気系を経て排気することができるので、パージ時の燃料電池スタック内の流速を速めることができ、ガス流路や燃料電池本体からの排水が効率良く行われ、凍結防止のためのパージ時間を短縮することができるという効果がある。   According to the present invention, at the time of purging when the fuel cell system is stopped, exhaust can be performed through the second exhaust system having no pressure loss element such as a humidity exchanger or a pressure regulating valve, so the flow velocity in the fuel cell stack at the time of purging The drainage from the gas flow path and the fuel cell main body is efficiently performed, and the purge time for preventing freezing can be shortened.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、以下に説明する各実施例は、本発明を燃料電池自動車に適用した例である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, each Example demonstrated below is an example which applied this invention to the fuel cell vehicle.

図1は、本発明に係る燃料電池システムの実施例1の構成を示すシステム構成図である。同図において、燃料電池システム1は、アノードとカソードを有する燃料電池スタック2、カソードに酸化剤ガスとして空気を供給するコンプレッサ3、カソード排気中の水分を回収して供給空気を加湿する湿度交換器4、カソード圧力を調整する圧力調整弁5、カソード出口2bから湿度交換器4のカソード排気入口までの第1排気管6a、湿度交換器4のカソード排気出口4dから圧力調整弁5までの第1排気管6b、圧力調整弁5から自動車の最後部までの第1排気管6c、第1排気管6aから分岐した第2排気管7、第1排気管6と第2排気管7とを切り替える排気切替弁8を備えている。尚、第1排気管6a、6b、6cを合わせて第1排気管6とも呼ぶ。   FIG. 1 is a system configuration diagram showing the configuration of Embodiment 1 of the fuel cell system according to the present invention. In the figure, a fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 2 having an anode and a cathode, a compressor 3 that supplies air as an oxidant gas to the cathode, and a humidity exchanger that collects moisture in the cathode exhaust and humidifies the supply air. 4, a pressure adjusting valve 5 for adjusting the cathode pressure, a first exhaust pipe 6a from the cathode outlet 2b to the cathode exhaust inlet of the humidity exchanger 4, and a first from the cathode exhaust outlet 4d of the humidity exchanger 4 to the pressure adjusting valve 5 Exhaust pipe 6b, first exhaust pipe 6c from the pressure regulating valve 5 to the rearmost part of the automobile, second exhaust pipe 7 branched from the first exhaust pipe 6a, and exhaust for switching between the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe 7 A switching valve 8 is provided. The first exhaust pipes 6a, 6b, and 6c are also collectively referred to as the first exhaust pipe 6.

第1排気管6,湿度交換器4及び圧力調整弁5は、第1排気系を構成している。第2排気管7は第2排気系を構成している。また排気切替弁8は、排気切替手段である。   The first exhaust pipe 6, the humidity exchanger 4 and the pressure regulating valve 5 constitute a first exhaust system. The second exhaust pipe 7 constitutes a second exhaust system. The exhaust gas switching valve 8 is an exhaust gas switching means.

湿度交換器4は、例えば、ポリイミド樹脂製の中空糸膜を備えて、中空糸膜の内外で水蒸気を移動させる湿度交換器である。湿度交換器4は、コンプレッサ3から空気が供給される給気入口4a、加湿された空気の出口である給気出口4b、燃料電池スタック2のカソード出口2bから水蒸気を含んだカソード排気が第1排気管6aを介して供給される排気入口4c、排気出口4dを備えている。そして、湿度交換器4は、給気入口4aから導入される供給空気と、排気入口4cから導入されるカソード排気との間で湿度交換を行う。加湿された給気は湿度交換器4の給気出口4bからカソード入口2bへ供給され、湿度が低減したアノード排気は、排気出口4dから、第1排気管6b、圧力調整弁5、第1排気管6cを介して車体後部から排出される。   The humidity exchanger 4 is a humidity exchanger that includes, for example, a hollow fiber membrane made of polyimide resin and moves water vapor inside and outside the hollow fiber membrane. In the humidity exchanger 4, the supply air inlet 4 a to which air is supplied from the compressor 3, the supply air outlet 4 b that is an outlet of the humidified air, and the cathode exhaust gas containing water vapor from the cathode outlet 2 b of the fuel cell stack 2 are the first. An exhaust inlet 4c and an exhaust outlet 4d supplied through the exhaust pipe 6a are provided. The humidity exchanger 4 exchanges humidity between the supply air introduced from the air supply inlet 4a and the cathode exhaust introduced from the exhaust inlet 4c. The humidified supply air is supplied from the supply outlet 4b of the humidity exchanger 4 to the cathode inlet 2b, and the anode exhaust with reduced humidity is supplied from the exhaust outlet 4d to the first exhaust pipe 6b, the pressure regulating valve 5, and the first exhaust. It is discharged from the rear part of the vehicle body via the pipe 6c.

本図は、本発明に関係のある部分のみを図示したものであり、実際の燃料電池システムに必要なアノードガス系、冷却系などは省略してある。   This figure shows only the parts related to the present invention, and an anode gas system, a cooling system and the like necessary for an actual fuel cell system are omitted.

燃料電池システムの運転停止操作が開始されると、コンプレッサ3はパージに必要な回転数となり、それと同時に排気切替弁8により、排気管路が第1排気管6から第2排気管7へと切り替わる。これにより、排気系の圧力損失の要因である圧力調整弁5や湿度交換器4を通過することなく外部へ排気できるので、図5に示すように燃料電池スタック中のパージガスの流速を速めることができる。前述でも説明したが、図6に示すようにパージガスの流速を速めることにより、零下起動に必要なパージ時間を短縮することができ、燃料電池システムの停止時間を短くすることができる。   When the operation of stopping the operation of the fuel cell system is started, the compressor 3 reaches the number of revolutions necessary for purging, and at the same time, the exhaust pipe is switched from the first exhaust pipe 6 to the second exhaust pipe 7 by the exhaust switching valve 8. . As a result, the exhaust gas can be exhausted outside without passing through the pressure regulating valve 5 and the humidity exchanger 4 which are the causes of the pressure loss of the exhaust system, so that the flow rate of the purge gas in the fuel cell stack can be increased as shown in FIG. it can. As described above, by increasing the flow rate of the purge gas as shown in FIG. 6, the purge time required for starting below zero can be shortened, and the stop time of the fuel cell system can be shortened.

また、パージ時にパージガスが第1排気管6に設けられた湿度交換器4を通らないので、燃料電池スタック2中の水分が湿度交換器4の中に持ち込まれることがなくなり、パージガスを不必要に加湿してしまうことを防止できる。また、湿度交換器4の中に残留する水分量を減らすことができ、零下になった際の凍結量が少なくなり、次回零下起動時に素早く湿度交換器4を解凍することができる。   Further, since the purge gas does not pass through the humidity exchanger 4 provided in the first exhaust pipe 6 at the time of purging, the moisture in the fuel cell stack 2 is not brought into the humidity exchanger 4 and the purge gas is unnecessary. It can prevent humidifying. Further, the amount of water remaining in the humidity exchanger 4 can be reduced, the amount of freezing when the temperature becomes below zero is reduced, and the humidity exchanger 4 can be quickly thawed at the next startup at below zero.

以上説明した本実施例によれば、燃料電池システム停止時のパージ時には、湿度交換器や圧力調整弁等の圧損要素がない第2排気系を経て排気することができるので、パージ時の燃料電池スタック内の流速を速めることができ、ガス流路や燃料電池本体からの排水が効率良く行われ、凍結防止のためのパージ時間を短縮することができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when purging when the fuel cell system is stopped, exhaust can be performed through the second exhaust system without pressure loss elements such as a humidity exchanger and a pressure regulating valve. The flow rate in the stack can be increased, drainage from the gas flow path and the fuel cell body can be performed efficiently, and the purge time for preventing freezing can be shortened.

次に、本発明の実施例2の要部断面図を図2に示す。実施例2と実施例1との相違点は、排気切替手段として、第1排気管6と第2排気管7との排気切替弁8の代わりに、第2排気管7を開閉する第2排気管開閉弁9を備えている点である。その他の構成は、図1に示した実施例1と同様であるので説明を省略する。   Next, FIG. 2 shows a cross-sectional view of an essential part of Embodiment 2 of the present invention. The difference between the second embodiment and the first embodiment is that, as an exhaust gas switching means, a second exhaust gas that opens and closes the second exhaust pipe 7 instead of the exhaust gas switching valve 8 of the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe 7. This is the point that a tube opening / closing valve 9 is provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

燃料電池システムの運転停止操作が開始されると、コンプレッサ3はパージに必要な回転数となり、通常運転時には閉となっている第2排気管開閉弁9が開となる。これにより、第1排気管6と第2排気管7との両方にガスが流れることになり、より圧力損失を軽減させることができ、パージ流速を速めることができる。   When the operation of stopping the operation of the fuel cell system is started, the compressor 3 has a rotational speed necessary for purging, and the second exhaust pipe opening / closing valve 9 that is closed during normal operation is opened. As a result, the gas flows through both the first exhaust pipe 6 and the second exhaust pipe 7, so that the pressure loss can be further reduced and the purge flow rate can be increased.

以上説明した本実施例によれば、燃料電池システム停止時のパージ時には、湿度交換器や圧力調整弁等の圧損要素がない第2排気系を経て排気することができるので、パージ時の燃料電池スタック内の流速を速めることができ、ガス流路や燃料電池本体からの排水が効率良く行われ、凍結防止のためのパージ時間を短縮することができるという効果がある。   According to the present embodiment described above, when purging when the fuel cell system is stopped, exhaust can be performed through the second exhaust system without pressure loss elements such as a humidity exchanger and a pressure regulating valve. The flow rate in the stack can be increased, drainage from the gas flow path and the fuel cell body can be performed efficiently, and the purge time for preventing freezing can be shortened.

次に、本発明の実施例3の要部断面図を図3に示す。実施例3と実施例1、2との相違は、排気切替手段として、第2排気管開閉弁9に加えて、第1排気管開閉弁10も備えていることである。その他の構成は、図1に示した実施例1と同様であるので説明を省略する。   Next, FIG. 3 shows a cross-sectional view of an essential part of Embodiment 3 of the present invention. The difference between the third embodiment and the first and second embodiments is that, in addition to the second exhaust pipe on / off valve 9, a first exhaust pipe on / off valve 10 is provided as an exhaust gas switching means. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

燃料電池システムの運転停止操作が開始されると、コンプレッサ3はパージに必要な回転数となり、まず、通常運転状態で閉となっている第2排気管開閉弁9が開となり、逆に通常運転状態で開となっている第1排気管開閉弁10が閉となり、所定時間後、第1排気管開閉弁10が開となる。これにより、パージ初期の燃料電池スタックからの水の持ち出し量が多い時は、湿度交換器4にガスを流さないようにし、所定時間後、燃料電池からの水の持ち出し量が少なくなったときに、第1排気管開閉弁10が開となり、湿度交換器4に水を持ち込むことなく、圧損をさらに減少させることができる。本実施例の第1排気管開閉弁10は、圧力調整弁5で代用しても良い。   When the operation of stopping the operation of the fuel cell system is started, the compressor 3 has the number of revolutions necessary for purging. First, the second exhaust pipe opening / closing valve 9 that is closed in the normal operation state is opened, and conversely, the normal operation is performed. The first exhaust pipe on / off valve 10 that is open in the state is closed, and after a predetermined time, the first exhaust pipe on / off valve 10 is opened. As a result, when the amount of water taken out from the fuel cell stack at the beginning of the purge is large, gas is not allowed to flow into the humidity exchanger 4, and when the amount of water taken out from the fuel cell decreases after a predetermined time. The first exhaust pipe opening / closing valve 10 is opened, and the pressure loss can be further reduced without bringing water into the humidity exchanger 4. The first exhaust pipe opening / closing valve 10 of this embodiment may be replaced with the pressure adjustment valve 5.

以上説明した本実施例によれば、第1排気系と第2排気系おのおのに、それぞれの排気系を開閉するための弁を有し、燃料電池システムの停止操作が開始された後、第1排気系の開閉弁が閉じ、第2排気系の開閉弁が開き、所定時間パージした後、第1排気系の開閉弁が開くので、パージ初期の燃料電池スタックからの水の持ち出し量が多い時は、湿度交換器にガスを流さないようにすることができる。所定時間後、燃料電池からの水の持ち出し量が少なくなったときに、第1排気系の開閉手段が開となるので、湿度交換器に水を持ち込むことなく、第1、第1排気系両方からガスを排出させ、圧損をさらに減少させることができる。   According to the present embodiment described above, each of the first exhaust system and the second exhaust system has a valve for opening and closing the respective exhaust system, and after the stop operation of the fuel cell system is started, When the exhaust system closes, the second exhaust system open / close valve opens, and after purging for a predetermined time, the first exhaust system open / close valve opens. Can prevent gas from flowing through the humidity exchanger. When the amount of water taken out from the fuel cell decreases after a predetermined time, the first exhaust system opening / closing means is opened, so that both the first and first exhaust systems can be used without bringing water into the humidity exchanger. The gas can be discharged from the gas, and the pressure loss can be further reduced.

次に、本発明の実施例4を図4を用いて説明する。本実施例の構成は、図1乃至図3に示した実施例1乃至実施例3の構成と同様である。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of this embodiment is the same as the configuration of Embodiments 1 to 3 shown in FIGS.

図4のタイムチャートにおいて、燃料電池システムの運転停止操作が開始されると、コンプレッサ3の回転数が上がり、第1排気管開閉弁10または、第1排気管6に設けてある圧力調整弁5が閉じ、燃料電池スタック2内部の圧力を上昇させる。所定時間T後、或いは燃料電池スタック2内部の圧力が所定値以上となった後に、第1排気管開閉弁10または圧力調整弁5、および第2排気管開閉弁9が全開となり、圧力を一気に下げる。これにより、圧力が一気に下がった時の燃料電池スタック2内部の流速が極めて速くなり、燃料電池スタック2内部のガス流路・ガス拡散層(GDL)・触媒層内の水分を効率的に除去できるので、パージ時間を短くすることができる。   In the time chart of FIG. 4, when the operation of stopping the operation of the fuel cell system is started, the rotation speed of the compressor 3 is increased, and the pressure adjusting valve 5 provided in the first exhaust pipe opening / closing valve 10 or the first exhaust pipe 6. Is closed and the pressure inside the fuel cell stack 2 is increased. After a predetermined time T, or after the pressure inside the fuel cell stack 2 exceeds a predetermined value, the first exhaust pipe opening / closing valve 10 or the pressure regulating valve 5 and the second exhaust pipe opening / closing valve 9 are fully opened, and the pressure is increased all at once. Lower. As a result, the flow velocity inside the fuel cell stack 2 when the pressure drops all at once becomes extremely high, and the water in the gas flow path, gas diffusion layer (GDL), and catalyst layer inside the fuel cell stack 2 can be efficiently removed. Therefore, the purge time can be shortened.

尚、所定時間Tは、例えば、コンプレッサ3の運転を更に続けても、コンプレッサ3の出口から、排気管開閉弁10または圧力調整弁5までの空間の圧力が上昇しない時間であり、コンプレッサ3の出口から、排気管開閉弁10または圧力調整弁5までの容積と、コンプレッサ3の空気圧縮能力に定まる。実際には、実機による実験、あるいは、上記コンプレッサ3の出口から、排気管開閉弁10または圧力調整弁5までの流体力学的数値モデルのコンピュータシミュレーションにより決定することができる。   The predetermined time T is, for example, a time during which the pressure in the space from the outlet of the compressor 3 to the exhaust pipe opening / closing valve 10 or the pressure regulating valve 5 does not increase even if the operation of the compressor 3 is continued. The volume from the outlet to the exhaust pipe opening / closing valve 10 or the pressure regulating valve 5 and the air compression capacity of the compressor 3 are determined. Actually, it can be determined by an experiment with an actual machine or a computer simulation of a hydrodynamic numerical model from the outlet of the compressor 3 to the exhaust pipe opening / closing valve 10 or the pressure regulating valve 5.

以上説明した本実施例によれば、燃料電池システムの停止操作が開始された後、第1排気系の圧力制御弁が閉じ、燃料電池スタック内部の圧力を高めた後に、第2排気系が開放となり排気されるので、燃料電池スタック内部の圧力が急激に抜けるとともに、一瞬極めて速いガスの流れが生じ、ガス流路・ガス拡散層などからの排水が効率良く行われる。   According to the present embodiment described above, after the stop operation of the fuel cell system is started, the pressure control valve of the first exhaust system is closed, and after the pressure inside the fuel cell stack is increased, the second exhaust system is opened. Therefore, the pressure inside the fuel cell stack is suddenly released, and an extremely fast gas flow is generated for a moment, so that drainage from the gas flow path, the gas diffusion layer, and the like is performed efficiently.

尚、上記の各実施例において、第2排気管7には、大流量のガスが流れた時の騒音を軽減するための消音器を設けても良い。   In each of the above embodiments, the second exhaust pipe 7 may be provided with a silencer for reducing noise when a large flow rate of gas flows.

本発明に係る燃料電池システムの実施例1を説明するシステム構成図である。1 is a system configuration diagram illustrating Example 1 of a fuel cell system according to the present invention. 本発明に係る燃料電池システムの実施例2を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining Example 2 of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの実施例3を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining Example 3 of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの実施例4を説明する要部断面図である。It is principal part sectional drawing explaining Example 4 of the fuel cell system which concerns on this invention. パージ流速(体積流量)とコンプレッサー回転数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between purge flow velocity (volumetric flow rate) and compressor rotation speed. パージ流速(体積流量)と零下起動に必要なパージ時間との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the purge flow rate (volume flow rate) and the purge time required for starting below zero.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
2 燃料電池スタック
3 コンプレッサ
4 湿度交換器
5 圧力調整弁
6a,6b,6c 第1排気管
7 第2排気管
8 排気切替弁
9 第2排気管開閉弁
10 第1排気管開閉弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell stack 3 Compressor 4 Humidity exchanger 5 Pressure control valve 6a, 6b, 6c 1st exhaust pipe 7 2nd exhaust pipe 8 Exhaust switching valve 9 2nd exhaust pipe on-off valve 10 1st exhaust pipe on-off valve

Claims (4)

アノードとカソードとを備える燃料電池本体と、
前記カソードへ空気を供給する空気供給手段と、
前記カソードへ供給する空気と前記カソードから排出される空気との間で湿度交換を行うことにより前記カソードへ供給する空気を加湿する湿度交換器と、
該湿度交換器の下流で空気流量を調整することによりカソード圧力を調整する圧力調整弁と、
前記カソードの出口から前記湿度交換器及び前記圧力調整弁を経てカソード排気を排出させる第1排気系と、
第1排気系の前記湿度交換器上流から分岐する第2排気系と、
第1排気系または第2排気系を選択的に開く排気切替手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell body comprising an anode and a cathode;
Air supply means for supplying air to the cathode;
A humidity exchanger that humidifies the air supplied to the cathode by exchanging humidity between the air supplied to the cathode and the air discharged from the cathode;
A pressure regulating valve that regulates the cathode pressure by regulating the air flow downstream of the humidity exchanger;
A first exhaust system for discharging cathode exhaust from the cathode outlet via the humidity exchanger and the pressure regulating valve;
A second exhaust system that branches from upstream of the humidity exchanger of the first exhaust system;
Exhaust switching means for selectively opening the first exhaust system or the second exhaust system;
A fuel cell system comprising:
燃料電池システムの運転停止時、前記排気切替手段により第2排気系を開いてパージを行うことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the operation of the fuel cell system is stopped, purge is performed by opening the second exhaust system by the exhaust gas switching unit. 前記排気切替手段は、第1排気系を開閉する第1排気系開閉手段と、第2排気系を開閉する第2排気系開閉手段と、を備え、
燃料電池システムの停止操作を開始後、第1排気系開閉手段が閉じ、第2排気系開閉手段が開き、所定時間パージした後、第1排気系開閉手段が開くことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The exhaust gas switching means includes first exhaust system opening / closing means for opening / closing a first exhaust system, and second exhaust system opening / closing means for opening / closing a second exhaust system,
The first exhaust system opening / closing means is closed, the second exhaust system opening / closing means is opened after the fuel cell system is stopped, and the first exhaust system opening / closing means is opened after purging for a predetermined time. The fuel cell system described.
燃料電池システムの停止操作を開始後、前記圧力調整弁を閉じ、前記空気供給手段から空気を供給して燃料電池スタック内部の圧力を高めた後に、少なくとも第2排気系を開放することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。   After starting the stop operation of the fuel cell system, the pressure regulating valve is closed, air is supplied from the air supply means to increase the pressure inside the fuel cell stack, and then at least the second exhaust system is opened. The fuel cell system according to claim 1.
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