JP2008034248A - Fuel cell system - Google Patents

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Seiji Sano
誠治 佐野
Takashi Kajiwara
▲隆▼ 梶原
Hiromichi Sato
博道 佐藤
Yutaka Hotta
裕 堀田
Fuminari Shizuku
文成 雫
Yoshifumi Ota
佳史 大田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve problems that there is difficulty in keeping a suitable moisture content since moisture inside a fuel cell has a possibility of becoming a dried-up state by being evaporated and becoming apt to be discharged in a high temperature state, and has a possibility of becoming a flooding state by being condensed and becoming hard to be discharged in a low temperature state. <P>SOLUTION: This is a fuel cell system equipped with the fuel cell which has a membrane electrode assembly and in which power generation is carried out using a reaction gas, a measuring part in which a measured temperature value is obtained by measuring a temperature in the fuel cell, and a switching part to switch a flow direction of the reaction gas in the membrane electrode assembly so that according to the temperature measured value, it becomes either one of the forward direction which is the gravity direction, or the reverse direction reversed to the forward direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池内部の水分量調整の技術に関する。   The present invention relates to a technique for adjusting the amount of water inside a fuel cell.

従来、膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly、以下MEAと呼ぶ。)を備える燃料電池では、MEAに含まれる電解質膜が湿潤環境下において高いプロトン導電性を示すことから、電気化学反応に用いられる反応ガス(燃料ガス及び酸化ガス)を加湿することが多い。燃料電池のカソードでは、酸化ガスを用いた電気化学反応によって水が生成される。この生成水と反応ガスの加湿に用いられた水とが過剰に燃料電池内部に存在する状態(フラッディング状態)では、かかる水が反応ガスの拡散の抵抗となり、電解質膜に対して反応ガスを十分に供給することができなくなる。そこで、供給する反応ガスの流れによって、燃料電池内部の水を排出する燃料電池が種々提案されている(下記特許文献1,2参照)。   Conventionally, in a fuel cell including a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA), the electrolyte membrane contained in the MEA exhibits high proton conductivity in a humid environment, and therefore, a reaction used for an electrochemical reaction. Gases (fuel gas and oxidizing gas) are often humidified. At the cathode of the fuel cell, water is generated by an electrochemical reaction using an oxidizing gas. In a state where the generated water and the water used for humidifying the reaction gas are excessively present in the fuel cell (flooding state), the water acts as a resistance to diffusion of the reaction gas, and the reaction gas is sufficiently supplied to the electrolyte membrane. Can not be supplied to. Therefore, various fuel cells have been proposed that discharge water in the fuel cell depending on the flow of the reaction gas to be supplied (see Patent Documents 1 and 2 below).

特開2003−142133号公報JP 2003-142133 A 特開2003−249247号公報JP 2003-249247 A

上記のように反応ガスの流れにより燃料電池内部の水を排出する燃料電池では、運転中に高温状態になると、燃料電池内部の水が蒸発するために、反応ガスの流れによって水分が排出され易くなる。それゆえ、水分が過剰に排出されて電解質膜が乾燥する状態(ドライアップ状態)となり、MEAにおける発電能力の低下を招くおそれがある。一方、運転開始時等で燃料電池が低温である場合には、燃料電池内部の水が凝縮しており、十分に水を排出できずにフラッディング状態となるおそれもある。   In the fuel cell that discharges the water inside the fuel cell by the flow of the reaction gas as described above, the water inside the fuel cell evaporates when the temperature becomes high during operation, so that the water is easily discharged by the flow of the reaction gas. Become. Therefore, moisture is excessively discharged and the electrolyte membrane is dried (dry-up state), which may cause a decrease in power generation capacity in the MEA. On the other hand, when the fuel cell is at a low temperature at the start of operation or the like, the water inside the fuel cell is condensed, and there is a possibility that the water cannot be sufficiently discharged and a flooding state occurs.

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池内部の水分量を適切に保つことを可能とする技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a technique that makes it possible to appropriately maintain the moisture content inside the fuel cell.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、膜電極接合体を有し、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池における温度を測定して温度測定値を得る測定部と、前記膜電極接合体における前記反応ガスの流れ方向を、前記温度測定値に応じて、重力方向である順方向と、前記順方向とは逆となる逆方向と、のうち、いずれかの方向となるように切替える切替部と、を備えることを要旨とする。   In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention has a membrane electrode assembly, and generates a temperature measurement value by measuring the temperature in the fuel cell, which generates power using a reaction gas. Depending on the temperature measurement value, the flow direction of the reaction gas in the measurement unit and the membrane electrode assembly may be any of a forward direction that is a gravitational direction and a reverse direction that is opposite to the forward direction. The gist of the invention is to include a switching unit that switches so as to be in such a direction.

このように、本発明の燃料電池システムは、燃料電池における温度測定値に応じて、膜電極接合体における反応ガスの流れ方向を、順方向と逆方向とのうち、いずれかの方向となるように切り替えるので、例えば、燃料電池が低温でフラッディング状態になるおそれがある場合には順方向に切り替えることで、重力に従って燃料電池内の水分を排出し易くし、また、高温でドライアップ状態になるおそれがある場合には逆方向に切り替えることで、重力に逆らって水分を排出しにくくして、燃料電池内部の水分量を適切に保つことができる。   Thus, in the fuel cell system of the present invention, the flow direction of the reaction gas in the membrane electrode assembly is set to one of the forward direction and the reverse direction according to the temperature measurement value in the fuel cell. For example, when there is a possibility that the fuel cell may be flooded at a low temperature, it is easy to drain moisture in the fuel cell according to gravity, and the fuel cell becomes dry up at a high temperature. When there is a fear, switching in the opposite direction makes it difficult to drain moisture against gravity, and the moisture content inside the fuel cell can be kept appropriate.

上記燃料電池システムにおいて、前記切替部は、前記温度測定値が、第1のしきい値よりも高いときに前記流れ方向を前記順方向となるように切替え、第2のしきい値よりも低いときに前記流れ方向を前記逆方向となるように切替えるようにしてもよい。   In the fuel cell system, the switching unit switches the flow direction to the forward direction when the temperature measurement value is higher than a first threshold value, and is lower than a second threshold value. Sometimes, the flow direction may be switched to the opposite direction.

このようにすることで、燃料電池における温度が第1のしきい値よりも高い場合には、逆方向に切り替えるので、重力に逆らって燃料電池内部の水分を排出しにくくすることができる。また、第2のしき値よりも低い場合には、重力方向に切り替えるので、重力に従って水分を排出しやすくすることができる。   By doing in this way, when the temperature in the fuel cell is higher than the first threshold value, the direction is switched in the reverse direction, so that it is difficult to discharge moisture inside the fuel cell against gravity. Moreover, since it switches to the gravity direction when it is lower than the 2nd threshold value, it can be made easy to discharge | emit water according to gravity.

上記燃料電池システムにおいて、前記第1のしきい値は、前記第2のしきい値よりも高い値であるようにしてもよい。   In the fuel cell system, the first threshold value may be higher than the second threshold value.

このように、第1のしきい値と第2のしきい値とを異なる値とすることで、燃料電池における温度がしきい値付近の場合に、反応ガスの流れ方向が頻繁に切り替わることを抑制することができる。それゆえ、反応ガスの流れが頻繁に切り替わることに起因して、燃料電池に反応ガスが供給されにくくなることを抑制することができる。   In this way, by making the first threshold value and the second threshold value different from each other, the flow direction of the reaction gas is frequently switched when the temperature in the fuel cell is near the threshold value. Can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the reaction gas from being hardly supplied to the fuel cell due to frequent switching of the flow of the reaction gas.

上記燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池の出力電力を制御可能な制御部を備え、前記制御部は、前記切替部が前記流れ方向を切替える際に、前記出力電力を低下させるようにしてもよい。   The fuel cell system may further include a control unit capable of controlling the output power of the fuel cell, and the control unit may reduce the output power when the switching unit switches the flow direction. Good.

このようにすることで、反応ガスの流れ方向が切り替わる際に、一時的に燃料電池に供給される反応ガスの供給量が通常運転時よりも低減することとなっても、燃料電池の出力電力を低下させるので、燃料電池の発電動作を抑制することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。   In this way, when the flow direction of the reaction gas is switched, the output power of the fuel cell can be reduced even if the amount of the reaction gas supplied to the fuel cell temporarily decreases compared to that during normal operation. Therefore, the power generation operation of the fuel cell can be suppressed, and the deterioration of the fuel cell can be suppressed.

上記燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池とは異なる他の電力供給部を備え、
前記電力供給部は、前記低下した出力電力を補うように、前記燃料電池システムに接続された負荷に対して電力を供給するようにしてもよい。
The fuel cell system further includes another power supply unit different from the fuel cell,
The power supply unit may supply power to a load connected to the fuel cell system so as to compensate for the reduced output power.

このようにすることで、反応ガスの流れ方向を切り替えて、一時的に燃料電池の出力電力が低下する場合であっても、燃料電池システムに接続された負荷に対して電力を低下させることなく供給することができる。   In this way, even if the output power of the fuel cell is temporarily reduced by switching the flow direction of the reaction gas, the power is not reduced with respect to the load connected to the fuel cell system. Can be supplied.

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、反応ガス供給方法や、反応ガス供給方法または燃料電池システムの機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、等の形態で実現することができる。   The present invention can be realized in various forms, for example, a reaction gas supply method, a computer program for realizing the function of the reaction gas supply method or the fuel cell system, and the computer program recorded therein. The present invention can be realized in the form of a recording medium, a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave, and the like.

以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.第1の実施例:
B.第2の実施例:
C.第3の実施例:
D.第4の実施例:
E.変形例:
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment:
B. Second embodiment:
C. Third embodiment:
D. Fourth embodiment:
E. Variation:

A.第1の実施例:
A1.燃料電池システムの構成:
図1は、本発明の燃料電池を適用した燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
この燃料電池システム200は、燃料電池スタック10と、水素タンク201と、ラジエータ202と、エアフィルタ203と、循環ポンプ204,206と、気液分離器205と、温度センサ207と、エアコンプレッサ260と、制御部50と、を備えている。燃料電池スタック10は、複数の燃料電池モジュール15が水平方向に積層されて構成されている。制御部50の各種の制御動作は、制御部50に内蔵されている図示せざるメモリ内に格納されたコンピュータプログラムを、図示せざるCPUが実行することによって実現される。なお、この燃料電池システム200は、電気車両に搭載されており、動力源としての電力を供給する。
A. First embodiment:
A1. Configuration of fuel cell system:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system to which the fuel cell of the present invention is applied.
This fuel cell system 200 includes a fuel cell stack 10, a hydrogen tank 201, a radiator 202, an air filter 203, circulation pumps 204 and 206, a gas-liquid separator 205, a temperature sensor 207, an air compressor 260, The control unit 50 is provided. The fuel cell stack 10 is configured by stacking a plurality of fuel cell modules 15 in the horizontal direction. Various control operations of the control unit 50 are realized by a CPU (not shown) executing a computer program stored in a memory (not shown) built in the control unit 50. The fuel cell system 200 is mounted on an electric vehicle and supplies electric power as a power source.

燃料電池システム200の運転時において、燃料電池スタック10には、電気化学反応に用いられる反応ガス及び冷却媒体が供給される。具体的には、燃料電池スタック10には、エアコンプレッサ260によって、エアフィルタ203を通した空気が酸化ガスとして供給される。燃料電池スタック10に供給された酸化ガスは、各燃料電池モジュール15のカソードにおいて電気化学反応に使用される。そして、使用済みの酸化ガスは、オフガスとして大気へ排出される。   During the operation of the fuel cell system 200, the fuel cell stack 10 is supplied with a reaction gas and a cooling medium used for an electrochemical reaction. Specifically, air that has passed through the air filter 203 is supplied to the fuel cell stack 10 as an oxidizing gas by an air compressor 260. The oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 is used for an electrochemical reaction at the cathode of each fuel cell module 15. The used oxidizing gas is discharged to the atmosphere as off-gas.

燃料電池スタック10への酸化ガスの供給ルートは2つある。1つ目の供給ルートは、電磁弁220aを介して配管250aから供給するルート(以下、「供給順ルート」と呼ぶ。)であり、2つ目の供給ルートは、電磁弁220bを介して配管250bから供給するルート(以下、「供給逆ルート」と呼ぶ。」)である。また、カソード側オフガスの排出ルートは2つある。1つ目の排出ルートは、配管350a及び電磁弁320aを介して排出するルート(以下、「排出順ルート」と呼ぶ。)であり、2つめの排出ルートは、配管350b及び電磁弁320bを介して排出するルート(以下、「排出逆ルート」と呼ぶ。)である。これら供給ルート及び排出ルートについて、それぞれ、いずれのルートを使用するかは、後述する酸化ガス供給方向切替処理において、制御部50によって決定される。なお、前述の電磁弁220a,220b,320a,330bは、いずれも制御部50によって開閉が制御される。   There are two routes for supplying the oxidizing gas to the fuel cell stack 10. The first supply route is a route supplied from the pipe 250a via the solenoid valve 220a (hereinafter referred to as “supply order route”), and the second supply route is the pipe via the solenoid valve 220b. This is a route supplied from 250b (hereinafter referred to as “supply reverse route”). In addition, there are two cathode-side off-gas discharge routes. The first discharge route is a route for discharging through the pipe 350a and the electromagnetic valve 320a (hereinafter referred to as “discharge order route”), and the second discharge route is through the pipe 350b and the electromagnetic valve 320b. This is a discharge route (hereinafter referred to as “discharge reverse route”). Which of the supply route and the discharge route is used is determined by the control unit 50 in the oxidizing gas supply direction switching process described later. The electromagnetic valves 220a, 220b, 320a, and 330b described above are controlled to be opened and closed by the control unit 50.

また、燃料電池スタック10には、水素タンク201から燃料ガスとしての水素ガスが供給される。なお、燃料ガスは、加湿器(図示省略)で加湿されて燃料電池スタック10に供給される。燃料電池スタック10に供給された燃料ガスは、各燃料電池モジュール15のアノードにおいて電気化学反応に使用された後、オフガスとして排出される。このオフガスには、電気化学反応に使用されずに排出された水素ガスの他に、電気化学反応で生成された水や、加湿で用いられた水を含んでいる。このオフガスは、気液分離器205において水分を除去されて、循環ポンプ204によって再び燃料電池スタック10に循環される。   Further, hydrogen gas as fuel gas is supplied from the hydrogen tank 201 to the fuel cell stack 10. The fuel gas is humidified by a humidifier (not shown) and supplied to the fuel cell stack 10. The fuel gas supplied to the fuel cell stack 10 is used for an electrochemical reaction at the anode of each fuel cell module 15 and then discharged as an off gas. In addition to the hydrogen gas discharged without being used for the electrochemical reaction, the off-gas includes water generated by the electrochemical reaction and water used for humidification. The off-gas is removed from the water in the gas-liquid separator 205 and is circulated again to the fuel cell stack 10 by the circulation pump 204.

また、燃料電池スタック10には、ラジエータ202から冷却媒体としての水が供給される。燃料電池スタック10から排出された冷却水は、循環ポンプ206によってラジエータ202に送られて、再び燃料電池スタック10に循環される。なお、温度センサ207は、燃料電池スタック10から排出される冷却媒体の温度を測定して、測定値を制御部50に通知する。   Further, water as a cooling medium is supplied from the radiator 202 to the fuel cell stack 10. The cooling water discharged from the fuel cell stack 10 is sent to the radiator 202 by the circulation pump 206 and is circulated again to the fuel cell stack 10. The temperature sensor 207 measures the temperature of the cooling medium discharged from the fuel cell stack 10 and notifies the control unit 50 of the measured value.

図2は、図1に示す燃料電池モジュール15の詳細構成を示す分解図である。この燃料電池モジュール15は、シール一体型MEA21及びセパレータ25を備えている。そして、燃料電池モジュール15は、これらシール一体型MEA21及びセパレータ25が交互に積層されて構成されている。   FIG. 2 is an exploded view showing a detailed configuration of the fuel cell module 15 shown in FIG. The fuel cell module 15 includes a seal-integrated MEA 21 and a separator 25. The fuel cell module 15 is configured by alternately laminating these seal-integrated MEAs 21 and separators 25.

シール一体型MEA21は、MEA部60と、MEA部を囲むシール部61と、を備えている。MEA部60は、電解質膜を有する。かかる電解質膜として、フッ素樹脂系イオン交換膜のNafion(登録商標)やFlemion(登録商標)やAciplex(登録商標)等を用いることができる。なお、図2では、シール一体型MEA21は、表面がアノード面であり、裏面がカソード面である。シール部61は、上部に設けられた複数の上部酸化ガスマニホールド形成部211aと、下部に設けられた複数の下部酸化ガスマニホールド形成部211bと、燃料ガス供給マニホールド形成部212aと、冷却媒体供給マニホールド形成部213aと、燃料ガス排出マニホールド形成部212bと、冷却媒体排出マニホールド形成部213bと、を備えている。これらの各マニホールド形成部211a,211b,212a,212b,213a,213bは、シール部61を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。なお、シール部61は、シリコンゴムから成る。   The seal-integrated MEA 21 includes an MEA portion 60 and a seal portion 61 that surrounds the MEA portion. The MEA unit 60 has an electrolyte membrane. As such an electrolyte membrane, Nafion (registered trademark), Flemion (registered trademark), Aciplex (registered trademark) or the like of a fluororesin ion exchange membrane can be used. In FIG. 2, the seal-integrated MEA 21 has a surface on the anode surface and a back surface on the cathode surface. The seal portion 61 includes a plurality of upper oxidizing gas manifold forming portions 211a provided in the upper portion, a plurality of lower oxidizing gas manifold forming portions 211b provided in the lower portion, a fuel gas supply manifold forming portion 212a, and a cooling medium supply manifold. A forming portion 213a, a fuel gas discharge manifold forming portion 212b, and a cooling medium discharge manifold forming portion 213b are provided. Each of these manifold forming portions 211a, 211b, 212a, 212b, 213a, and 213b is formed as a through portion that penetrates the seal portion 61 in the thickness direction. The seal portion 61 is made of silicon rubber.

セパレータ25は、アノード側プレート22と、中間プレート23と、カソード側プレート24と、を備えている。アノード側プレート22は、シール一体型MEA21のアノード面に対向し、カソード側プレート24は、図面下方において隣接することとなるシール一体型MEA(図示省略)のカソード面に対向する。中間プレート23は、これらアノード側プレート22及びカソード側プレート24に挟持されている。   The separator 25 includes an anode side plate 22, an intermediate plate 23, and a cathode side plate 24. The anode side plate 22 faces the anode surface of the seal-integrated MEA 21, and the cathode side plate 24 faces the cathode surface of the seal-integrated MEA (not shown) that is adjacent in the lower part of the drawing. The intermediate plate 23 is sandwiched between the anode side plate 22 and the cathode side plate 24.

アノード側プレート22は、シール一体型MEA21と同じ位置に、上部酸化ガスマニホールド形成部221aと、下部酸化ガスマニホールド形成部221bと、燃料ガス供給マニホールド形成部222aと、燃料ガス排出マニホールド形成部222bと、冷却媒体供給マニホールド形成部223aと、冷却媒体排出マニホールド形成部223bと、を備えている。これらの各マニホールド形成部221a,221b,222a,222b,223a,223bは、アノード側プレート22を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、アノード側プレート22は、シール一体型MEA21のMEA部60に対向する部分に、長孔である燃料ガス供給孔225及び燃料ガス排出孔226を備えている。これら燃料ガス供給孔225及び燃料ガス排出孔226は、アノード側プレート22を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。   The anode side plate 22 is located at the same position as the seal-integrated MEA 21 at an upper oxidizing gas manifold forming portion 221a, a lower oxidizing gas manifold forming portion 221b, a fuel gas supply manifold forming portion 222a, and a fuel gas discharge manifold forming portion 222b. The cooling medium supply manifold forming part 223a and the cooling medium discharge manifold forming part 223b are provided. Each of these manifold forming portions 221a, 221b, 222a, 222b, 223a, and 223b is formed as a through portion that penetrates the anode side plate 22 in the thickness direction. Further, the anode side plate 22 is provided with a fuel gas supply hole 225 and a fuel gas discharge hole 226 which are long holes in a portion facing the MEA portion 60 of the seal-integrated MEA 21. The fuel gas supply hole 225 and the fuel gas discharge hole 226 are formed as through portions that penetrate the anode side plate 22 in the thickness direction.

カソード側プレート24は、シール一体型MEA21と同じ位置に、上部酸化ガスマニホールド形成部241aと、下部酸化ガスマニホールド形成部241bと、燃料ガス供給マニホールド形成部242aと、燃料ガス排出マニホールド形成部242bと、冷却媒体供給マニホールド形成部243aと、冷却媒体排出マニホールド形成部243bと、を備えている。これらの各マニホールド形成部241a,241b,242a,242b,243a,243bは、カソード側プレート24を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。また、カソード側プレート24は、上部に設けられた複数の酸化ガス流路孔245と、下部に設けられた複数個の酸化ガス流路孔246と、を備えている。これら酸化ガス流路孔245,246は、カソード側プレート24を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。   The cathode side plate 24 is located at the same position as the seal-integrated MEA 21 at an upper oxidizing gas manifold forming portion 241a, a lower oxidizing gas manifold forming portion 241b, a fuel gas supply manifold forming portion 242a, and a fuel gas discharge manifold forming portion 242b. The cooling medium supply manifold forming portion 243a and the cooling medium discharge manifold forming portion 243b are provided. Each of these manifold forming portions 241a, 241b, 242a, 242b, 243a, 243b is formed as a through portion that penetrates the cathode side plate 24 in the thickness direction. Further, the cathode side plate 24 includes a plurality of oxidizing gas passage holes 245 provided in the upper portion and a plurality of oxidizing gas passage holes 246 provided in the lower portion. These oxidizing gas passage holes 245 and 246 are formed as penetrating portions that penetrate the cathode side plate 24 in the thickness direction.

中間プレート23は、アノード側プレート22及びカソード側プレート24と同じ位置に、上部酸化ガスマニホールド形成部231aと、下部酸化ガスマニホールド形成部231bと、燃料ガス供給マニホールド形成部232aと、燃料ガス排出マニホールド形成部232bと、冷却媒体供給マニホールド形成部233aと、冷却媒体排出マニホールド形成部233bと、を備えている。これらの各マニホールド形成部231a,231b,232a,232b,233a,233bは、中間プレート23を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。さらに、中間プレート23は、複数の上部酸化ガス流路形成部235と、下部酸化ガス流路形成部236と、燃料ガス供給流路形成部237と、燃料ガス排出流路形成部238と、を備えている。これらの各流路形成部235〜238の一端は、それぞれ各マニホールド形成部231a,231b,232a,232bと連通している。また、上部酸化ガス流路形成部235及び下部酸化ガス流路形成部236の他端は、それぞれ、積層状態においてカソード側プレート24に形成された酸化ガス流路孔245及び酸化ガス流路孔246に連通している。同様にして、燃料ガス供給流路形成部237及び燃料ガス排出流路形成部238の他端は、それぞれ、アノード側プレート22に形成された燃料ガス供給孔225及び燃料ガス排出孔226に連通している。また、中間プレート23は、中間プレート23を横断する冷却媒体流路形成部239を複数個備えている。そして、上述した中間プレート23における各流路形成部235〜239は、いずれも中間プレート23を厚さ方向に貫通する貫通部として形成されている。なお、この中間プレート23の他、上述したアノード側プレート22及びカソード側プレート24は、いずれもチタン製の薄板に上述した各貫通部を形成することにより製造されている。   The intermediate plate 23 is located at the same position as the anode side plate 22 and the cathode side plate 24, and includes an upper oxidizing gas manifold forming portion 231a, a lower oxidizing gas manifold forming portion 231b, a fuel gas supply manifold forming portion 232a, and a fuel gas discharge manifold. A forming unit 232b, a cooling medium supply manifold forming unit 233a, and a cooling medium discharge manifold forming unit 233b are provided. Each of these manifold forming portions 231a, 231b, 232a, 232b, 233a, and 233b is formed as a through portion that penetrates the intermediate plate 23 in the thickness direction. Further, the intermediate plate 23 includes a plurality of upper oxidizing gas flow path forming portions 235, a lower oxidizing gas flow path forming portion 236, a fuel gas supply flow path forming portion 237, and a fuel gas discharge flow path forming portion 238. I have. One end of each of these flow path forming portions 235 to 238 communicates with each of the manifold forming portions 231a, 231b, 232a, and 232b. Further, the other ends of the upper oxidizing gas channel forming part 235 and the lower oxidizing gas channel forming part 236 are respectively connected to the oxidizing gas channel hole 245 and the oxidizing gas channel hole 246 formed in the cathode side plate 24 in the laminated state. Communicating with Similarly, the other ends of the fuel gas supply flow path forming part 237 and the fuel gas discharge flow path forming part 238 communicate with the fuel gas supply hole 225 and the fuel gas discharge hole 226 formed in the anode side plate 22, respectively. ing. Further, the intermediate plate 23 includes a plurality of cooling medium flow path forming portions 239 that traverse the intermediate plate 23. And each flow-path formation part 235-239 in the intermediate | middle plate 23 mentioned above is all formed as a penetration part which penetrates the intermediate | middle plate 23 in thickness direction. In addition to the intermediate plate 23, the above-described anode side plate 22 and cathode side plate 24 are both manufactured by forming the above-described through portions in a thin titanium plate.

A2.燃料電池モジュール15におけるカソード側の動作:
図3は、シール一体型MEA21及びセパレータ25を積層した状態での図2におけるA−A断面を示す断面図である。なお、積層状態を分かり易く示すため、2つのセパレータ25a,25bを記載している。シール一体型MEA21のMEA部60は、電解質膜60cを挟んでカソード側ガス拡散層60a及びアノード側ガス拡散層60bを備えている。なお、MEA部60は、他に触媒層や電極を備えているが説明の便宜上省略している。
A2. Operation on the cathode side in the fuel cell module 15:
3 is a cross-sectional view showing the AA cross section in FIG. 2 in a state where the seal-integrated MEA 21 and the separator 25 are stacked. Note that two separators 25a and 25b are shown for easy understanding of the stacked state. The MEA portion 60 of the seal-integrated MEA 21 includes a cathode side gas diffusion layer 60a and an anode side gas diffusion layer 60b with an electrolyte membrane 60c interposed therebetween. The MEA unit 60 includes other catalyst layers and electrodes, but is omitted for convenience of explanation.

図3の例では、上部酸化ガスマニホールド形成部211a,241a,231a,221aにより上部酸化剤ガスマニホールドが形成されており、また、下部酸化ガスマニホールド形成部221b,241b,231b,221bにより下部酸化ガスマニホールドが形成されている。ここで、燃料電池スタック10の各燃料電池モジュール15には、酸化ガス(空気)が、重力方向(以下、「順方向」と呼ぶ。)と、重力方向とは逆の方向(以下、「逆方向」と呼ぶ。)と、のうちいずれかの方向に切替えられて供給される。そして、図4の例では、酸化ガスが順方向に供給されている状態を示しており、上部酸化ガスマニホールドから酸化ガスが供給され、下部酸化ガスマニホールドからオフガスが排出されている。なお、酸化ガスの供給方向は、後述する酸化ガス供給方向切替処理において、制御部50によって決定される。   In the example of FIG. 3, the upper oxidizing gas manifold is formed by the upper oxidizing gas manifold forming portions 211a, 241a, 231a, and 221a, and the lower oxidizing gas is formed by the lower oxidizing gas manifold forming portions 221b, 241b, 231b, and 221b. A manifold is formed. Here, in each fuel cell module 15 of the fuel cell stack 10, the oxidizing gas (air) is in the direction of gravity (hereinafter referred to as “forward direction”) and the direction opposite to the direction of gravity (hereinafter referred to as “reverse”). The direction is referred to as “direction”. 4 shows a state in which the oxidizing gas is supplied in the forward direction. The oxidizing gas is supplied from the upper oxidizing gas manifold, and the off-gas is discharged from the lower oxidizing gas manifold. The supply direction of the oxidizing gas is determined by the control unit 50 in the oxidizing gas supply direction switching process described later.

また、中間プレート23における貫通部である上部酸化ガス流路形成部235と、アノード側プレート22と、カソード側プレート24と、で囲まれた空間(以下、「上部酸化ガス流路」と呼ぶ。)が形成されている。この上部酸化ガス流路の一端は、酸化ガス流路孔245に連通し、他端は上部酸化ガスマニホールドに連通している。同様にして、下部酸化ガス流路形成部236と、アノード側プレート22と、カソード側プレート24と、で囲まれた空間(以下、「下部酸化ガス流路」と呼ぶ。)が形成されている。この下部酸化ガス流路の一端は、酸化ガス流路孔246に連通し、他端は下部酸化ガスマニホールドに連通している。なお、中間プレート23における貫通部である冷却媒体流路形成部239と、アノード側プレート22と、カソード側プレート24と、で囲まれた空間(以下、「冷却媒体流路」と呼ぶ。)が複数形成されている。この冷却媒体流路内には、冷却媒体である水が流れて各燃料電池モジュール15を冷却する。   In addition, a space surrounded by the upper oxidizing gas flow path forming portion 235, which is a penetrating portion in the intermediate plate 23, the anode side plate 22, and the cathode side plate 24 (hereinafter referred to as “upper oxidizing gas flow path”). ) Is formed. One end of the upper oxidant gas channel communicates with the oxidant gas channel hole 245 and the other end communicates with the upper oxidant gas manifold. Similarly, a space (hereinafter referred to as “lower oxidant gas flow path”) surrounded by the lower oxidant gas flow path forming part 236, the anode side plate 22, and the cathode side plate 24 is formed. . One end of the lower oxidant gas flow path communicates with the oxidant gas flow path hole 246, and the other end communicates with the lower oxidant gas manifold. Note that a space (hereinafter referred to as “cooling medium flow path”) surrounded by the cooling medium flow path forming portion 239, which is a through-hole in the intermediate plate 23, the anode side plate 22, and the cathode side plate 24. A plurality are formed. Water, which is a cooling medium, flows through the cooling medium flow path to cool each fuel cell module 15.

上部酸化ガスマニホールドを流れる酸化ガス(空気)の一部は、セパレータ25bの中間プレート23において、上部酸化ガスマニホールド形成部231aから上部酸化ガス流路に流入し、酸化ガス流路孔245を通ってシール一体型MEA21のカソード側ガス拡散層60aに供給される。この供給された空気は、ガスの流れ及び重力に従って上から下へと電解質膜60c全体に亘って拡散して電気化学反応に供される。電気化学反応後、余剰空気は、図4に示すセパレータ25bのカソード側プレート24の酸化ガス流路孔246を通って、下部酸化ガス流路に流入し、下部酸化ガスマニホールドを通って燃料電池スタック10の外部に排出される。   Part of the oxidizing gas (air) flowing through the upper oxidizing gas manifold flows into the upper oxidizing gas channel from the upper oxidizing gas manifold forming portion 231a in the intermediate plate 23 of the separator 25b, and passes through the oxidizing gas channel hole 245. It is supplied to the cathode-side gas diffusion layer 60a of the seal-integrated MEA 21. The supplied air is diffused over the entire electrolyte membrane 60c from the top to the bottom in accordance with the gas flow and gravity, and is supplied to the electrochemical reaction. After the electrochemical reaction, surplus air flows into the lower oxidizing gas channel through the oxidizing gas channel hole 246 of the cathode side plate 24 of the separator 25b shown in FIG. 4, and passes through the lower oxidizing gas manifold to the fuel cell stack. 10 is discharged to the outside.

ここで、運転中に燃料電池モジュール15が高温となると、燃料電池モジュール15内部の水が蒸発し易くなり、ガスの流れ及び重力に従って多量に排出されてドライアップ状態となるおそれがある。そこで、燃料電池システム200では、後述する酸化ガス供給方向切替処理を行うことで、燃料電池モジュール15内部の水分量を調整するように構成されている。   Here, when the temperature of the fuel cell module 15 becomes high during operation, the water inside the fuel cell module 15 is likely to evaporate, and there is a possibility that a large amount of water is discharged according to the gas flow and gravity, resulting in a dry-up state. Therefore, the fuel cell system 200 is configured to adjust the moisture content in the fuel cell module 15 by performing an oxidizing gas supply direction switching process described later.

A3.酸化ガス供給方向切替処理:
図4は、燃料電池システム200における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャートである。ユーザが電気車両のイグニッションスイッチをオンすると、燃料電池システム200において酸化ガス供給方向切替処理が開始される。なお、イグニッションスイッチがオンされた後は、燃料電池スタック10に対して反応ガス(水素ガス及び空気)が供給されている。図4に示す酸化ガス供給方向切替処理が開始されると、図1に示す制御部50は、各電磁弁220a,220b,320a,320bを制御して、酸化ガスの供給方向を順方向となるようにする(ステップS505)。
A3. Oxidation gas supply direction switching processing:
FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the oxidizing gas supply direction switching process in the fuel cell system 200. When the user turns on the ignition switch of the electric vehicle, the oxidizing gas supply direction switching process is started in the fuel cell system 200. In addition, after the ignition switch is turned on, the reaction gas (hydrogen gas and air) is supplied to the fuel cell stack 10. When the oxidizing gas supply direction switching process shown in FIG. 4 is started, the control unit 50 shown in FIG. 1 controls each electromagnetic valve 220a, 220b, 320a, 320b, and the oxidizing gas supply direction becomes the forward direction. (Step S505).

図5は、酸化ガスの供給方向が順方向の場合の各電磁弁の開閉状況を示す説明図である。図5に示すように、制御部50が電磁弁220aを開き電磁弁220bを閉じるように制御することで、供給順ルートで燃料電池スタック10に酸化ガスが供給される。この場合、図3に示すように、酸化ガスが上部酸化ガスマニホールドを通じて各燃料電池モジュール15に供給され、図5に示すように、カソード側プレート24(シール一体型MEA21対向面)において、酸化ガスが順方向(上から下)に供給される。そして、酸化ガス(オフガス)が下部酸化ガスマニホールドを通じて各燃料電池モジュール15から排出される。このとき、図5に示すように、制御部50が電磁弁320aを開き電磁弁320bを閉じるように制御することで、排出順ルートで燃料電池スタック10からオフガスが排出される。   FIG. 5 is an explanatory view showing the open / close state of each solenoid valve when the supply direction of the oxidizing gas is the forward direction. As shown in FIG. 5, the control unit 50 controls the solenoid valve 220a to open and closes the solenoid valve 220b, so that the oxidizing gas is supplied to the fuel cell stack 10 through the supply order route. In this case, as shown in FIG. 3, the oxidizing gas is supplied to each fuel cell module 15 through the upper oxidizing gas manifold, and as shown in FIG. 5, the oxidizing gas is present on the cathode side plate 24 (opposite surface of the seal-integrated MEA 21). Are fed in the forward direction (from top to bottom). Then, oxidizing gas (off-gas) is discharged from each fuel cell module 15 through the lower oxidizing gas manifold. At this time, as shown in FIG. 5, the control unit 50 controls the solenoid valve 320a to open and the solenoid valve 320b to close, so that off-gas is discharged from the fuel cell stack 10 in the discharge order route.

燃料電池システム200の運転開始直後は、燃料電池モジュール15の温度は低いので、燃料電池モジュール15内部の水分は凝縮しており、水蒸気として酸化ガスと共に排出されにくくなっている。しかしながら、酸化ガスの供給方向を順方向とすることで、水分の排出方向と重力方向とを一致させ、凝縮した水分を排出しやすくすることができる。それゆえ、フラッディング状態となることを抑制することができる。   Immediately after the start of the operation of the fuel cell system 200, the temperature of the fuel cell module 15 is low, so that the moisture inside the fuel cell module 15 is condensed, and it is difficult for the moisture to be discharged together with the oxidizing gas as water vapor. However, by setting the supply direction of the oxidizing gas to the forward direction, it is possible to make the water discharge direction and the gravity direction coincide with each other and to easily discharge the condensed water. Therefore, the flooding state can be suppressed.

ステップS505の後、制御部50は、温度センサ207(図1)によって測定された測定値Tを取得する(ステップS510)。この測定値は、燃料電池スタック10から排出される冷却媒体の温度を示すが、燃料電池モジュール15内の温度とほぼ等しいものと考えられる。次に制御部50は、イグニッションスイッチがオフされたか否かを判定する(ステップS515)。運転継続中であると、制御部50は、さきほど取得した測定値Tが70℃よりも低いか否かを判定する(ステップS530)。運転開始直後や低温環境下等では、燃料電池モジュール15内の温度は70℃よりも低い。そして、この場合、制御部50は、酸化ガスが順方向で供給中であるか否かを判定する(ステップS525)。前述のように、ステップS505の後において供給方向が切り替わっていない場合、制御部50は、ステップS510に戻って測定値Tを改めて取得する。   After step S505, the control unit 50 acquires the measured value T measured by the temperature sensor 207 (FIG. 1) (step S510). This measured value indicates the temperature of the cooling medium discharged from the fuel cell stack 10 and is considered to be substantially equal to the temperature in the fuel cell module 15. Next, the control unit 50 determines whether or not the ignition switch is turned off (step S515). If the operation is being continued, the control unit 50 determines whether or not the measurement value T acquired earlier is lower than 70 ° C. (step S530). Immediately after the start of operation or in a low temperature environment, the temperature in the fuel cell module 15 is lower than 70 ° C. In this case, the control unit 50 determines whether or not the oxidizing gas is being supplied in the forward direction (step S525). As described above, when the supply direction is not switched after step S505, the control unit 50 returns to step S510 and acquires the measurement value T again.

運転開始後しばらくして、燃料電池モジュール15内の温度が70℃よりも高くなると、ステップS520において、制御部50は、測定値Tが70℃よりも低くないと判定することとなる。この場合、制御部50は、酸化ガスの供給方向を反対の方向となるように切替える(ステップS545)。前述のように、酸化ガスの供給方向が順方向であった場合には、逆方向となるように供給方向が切り替わることとなる。   When the temperature in the fuel cell module 15 becomes higher than 70 ° C. for a while after the start of operation, the control unit 50 determines in step S520 that the measured value T is not lower than 70 ° C. In this case, the control unit 50 switches the supply direction of the oxidizing gas so as to be the opposite direction (step S545). As described above, when the supply direction of the oxidizing gas is the forward direction, the supply direction is switched to be the reverse direction.

図6は、酸化ガスの供給方向が逆方向の場合の各電磁弁の開閉状況を示す説明図である。図6に示すように、電磁弁220aを閉じ電磁弁220bを開くように制御することで、供給逆ルートで燃料電池スタック10に酸化ガスが供給される。この場合、図3とは逆に、酸化ガスが下部酸化ガスマニホールドを通じて各燃料電池モジュール15に供給され、図6に示すように、カソード側プレート24(シール一体型MEA21対向面)において、酸化ガスが逆方向(下から上)に供給される。そして、酸化ガス(オフガス)が上部酸化ガスマニホールドを通じて各燃料電池モジュール15から排出される。このとき、制御部50が電磁弁320aを閉じ電磁弁320bを開くように制御することで、排出逆ルートで燃料電池スタック10からオフガスが排出される。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing the open / close state of each solenoid valve when the supply direction of the oxidizing gas is the reverse direction. As shown in FIG. 6, by controlling the electromagnetic valve 220a to be closed and the electromagnetic valve 220b to be opened, the oxidizing gas is supplied to the fuel cell stack 10 through the reverse supply route. In this case, contrary to FIG. 3, the oxidizing gas is supplied to each fuel cell module 15 through the lower oxidizing gas manifold, and as shown in FIG. 6, the oxidizing gas is present on the cathode side plate 24 (surface facing the seal-integrated MEA 21). Are fed in the reverse direction (from bottom to top). Then, oxidizing gas (off-gas) is discharged from each fuel cell module 15 through the upper oxidizing gas manifold. At this time, the control unit 50 performs control so as to close the electromagnetic valve 320a and open the electromagnetic valve 320b, whereby the off-gas is discharged from the fuel cell stack 10 through the reverse discharge route.

燃料電池モジュール15の温度が上昇して70℃以上になると、飽和水蒸気量の増大によって燃料電池モジュール15内部の水分は蒸発し易くなり、酸化ガスと共に水分が排出され易くなる。しかしながら、酸化ガスの供給方向を逆方向とすることで、水分の排出方向を重力方向と逆向きとし、蒸発した水分の排出を抑えることができる。それゆえ、ドライアップ状態となることを抑制することができる。   When the temperature of the fuel cell module 15 rises to 70 ° C. or higher, the moisture in the fuel cell module 15 is likely to evaporate due to an increase in the amount of saturated water vapor, and the moisture is easily discharged together with the oxidizing gas. However, by setting the supply direction of the oxidizing gas in the reverse direction, the water discharge direction can be opposite to the direction of gravity, and the discharge of evaporated water can be suppressed. Therefore, the dry-up state can be suppressed.

なお、このようにして温度が上昇した後、再び燃料電池モジュール15の温度が70℃以下に下がった場合には、制御部50は、ステップS525において順方向で供給中でないと判定することとなる。そしてこの場合、制御部50は、ステップS545で供給方向を切替えるので、酸化ガスの供給方向は順方向に切り替わることとなる。そして、イグニッションスイッチがオフされた場合には(ステップS515:YES)、酸化ガス供給方向切替処理が終了する。   In addition, when the temperature of the fuel cell module 15 decreases again to 70 ° C. or lower after the temperature has increased in this way, the control unit 50 determines in step S525 that it is not being supplied in the forward direction. . In this case, since the control unit 50 switches the supply direction in step S545, the supply direction of the oxidizing gas is switched to the forward direction. When the ignition switch is turned off (step S515: YES), the oxidizing gas supply direction switching process ends.

以上のように、燃料電池システム200では、燃料電池モジュール15の温度に応じて酸化ガスの供給方向を順方向又は逆方向に切替えるので、燃料電池モジュール15内部がドライアップ状態やフラッディング状態になることを抑制することができ、燃料電池モジュール15内部の水分量を適切に保つことができる。   As described above, in the fuel cell system 200, the supply direction of the oxidizing gas is switched between the forward direction and the reverse direction according to the temperature of the fuel cell module 15, so that the inside of the fuel cell module 15 is in a dry-up state or a flooding state. Can be suppressed, and the amount of water in the fuel cell module 15 can be appropriately maintained.

B.第2の実施例:
図7は、第2の実施例における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャートである。第2の実施例の手順は、図4のステップS515とステップS520との間にステップS519を加えたものであり、他の手順は第1の実施例と同じである。第1の実施例では、ステップS520において「測定値Tが70℃よりも高いか否か」のみを判定する構成であったが、第2の実施例では、「測定値Tが70℃よりも高いか否か」に加えて、「測定値Tが65℃よりも低いか否か」の2段階の判定を行う構成である。なお、第2の実施例における燃料電池システムの構成は、第1の実施例の燃料電池システム200と同じである。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is a flowchart showing the procedure of the oxidizing gas supply direction switching process in the second embodiment. The procedure of the second embodiment is obtained by adding step S519 between steps S515 and S520 of FIG. 4, and the other procedures are the same as those of the first embodiment. In the first example, only “whether or not the measured value T is higher than 70 ° C.” is determined in step S520, but in the second example, “the measured value T is higher than 70 ° C.”. In addition to “whether it is high”, it is a configuration that performs a two-stage determination of “whether the measured value T is lower than 65 ° C.”. The configuration of the fuel cell system in the second embodiment is the same as that of the fuel cell system 200 in the first embodiment.

具体的には、例えば、運転開始後に燃料電池モジュール15の温度が上昇して71℃になった場合、図7に示すステップS519で測定値Tが65℃よりも低くないと判定され、かつ、ステップS520で測定値Tが70℃よりも高いと判定されるので、供給方向は順方向から逆方向に切り替わることとなる(ステップS545)。その後、燃料電池モジュール15の温度が若干下がり70℃になった場合、ステップS520において測定値Tが70℃よりも高くないと判定され、この場合、ステップS510に戻ることとなる。そして、さらに、燃料電池モジュール15の温度が下がり65℃よりも低くなった場合に、ステップS525で酸化ガスの供給方向が順方向でないと判定され、供給方向が逆方向から順方向に切り替わることとなる(ステップS545)。   Specifically, for example, when the temperature of the fuel cell module 15 rises to 71 ° C. after the start of operation, it is determined in step S519 shown in FIG. 7 that the measured value T is not lower than 65 ° C., and Since it is determined in step S520 that the measured value T is higher than 70 ° C., the supply direction is switched from the forward direction to the reverse direction (step S545). Thereafter, when the temperature of the fuel cell module 15 slightly decreases to 70 ° C., it is determined in step S520 that the measured value T is not higher than 70 ° C. In this case, the process returns to step S510. Further, when the temperature of the fuel cell module 15 decreases and becomes lower than 65 ° C., it is determined in step S525 that the supply direction of the oxidizing gas is not the forward direction, and the supply direction is switched from the reverse direction to the forward direction. (Step S545).

このように、本実施例では、測定値Tについて2つのしきい値(高いしきい値及び低いしきい値)を設けている。そして、測定値Tが、高いしきい値(70℃)よりも高い値であったのが、燃料電池モジュール15の温度低下と共に測定値Tが低下していき、低いしきい値(65℃)を下回った場合に供給方向を切替えるようにしている。また、測定値Tが65℃よりも低い値であったのが、燃料電池モジュール15の温度上昇と共に測定値Tが上昇していき、高いしきい値(70℃)を上回った場合に供給方向を切替えるようにしている。従って、測定値Tがしきい値付近である場合に、酸化ガスの供給方向が頻繁に切り替わることを抑制することができる。それゆえ、各電磁弁の開閉が頻繁に行われることに起因して、いずれの供給ルートからも燃料電池スタック10に酸化ガスが供給されない状態を回避することができる。   Thus, in this embodiment, two threshold values (high threshold value and low threshold value) are provided for the measurement value T. The measured value T is higher than the high threshold value (70 ° C.). However, the measured value T decreases as the temperature of the fuel cell module 15 decreases, and the lower threshold value (65 ° C.). The supply direction is switched when the value falls below. Also, the measured value T was lower than 65 ° C., but the measured value T increased with the temperature rise of the fuel cell module 15, and the supply direction when the measured value T exceeded a high threshold (70 ° C.). Is switched. Therefore, when the measured value T is near the threshold value, it is possible to suppress frequent switching of the supply direction of the oxidizing gas. Therefore, it is possible to avoid a state in which the oxidizing gas is not supplied to the fuel cell stack 10 from any supply route due to frequent opening and closing of each electromagnetic valve.

C.第3の実施例:
図8は、第3の実施例における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャートである。第3の実施例の手順は、図7のステップS545の前にステップS540を加え、かつ、ステップS545の後ろにステップS550,S555を加えたものであり、他の手順は、第2の実施例と同じである。酸化ガスの供給方向を切替える場合、供給ルートの切替に伴って、一時的に酸化ガスの供給量が通常の運転時の供給量よりも低い状態となる。かかる場合に燃料電池スタック10に対して通常の運転時と同じ電力を要求して発電を促すと燃料電池モジュール15の劣化を招くこととなる。そこで、本実施例では、供給方向を切り替える際に燃料電池スタック10の出力電力(以下、単に「FC電力」とも呼ぶ。)を低下させる。なお、第3の実施例における燃料電池システムの構成は、第1の実施例の燃料電池システム200と同じである。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is a flowchart showing the procedure of the oxidizing gas supply direction switching process in the third embodiment. The procedure of the third embodiment is such that step S540 is added before step S545 of FIG. 7 and steps S550 and S555 are added after step S545. The other procedures are the same as those of the second embodiment. Is the same. When the supply direction of the oxidizing gas is switched, the supply amount of the oxidizing gas is temporarily lower than the supply amount during normal operation as the supply route is switched. In such a case, if the fuel cell stack 10 is requested to have the same electric power as in normal operation and the power generation is promoted, the fuel cell module 15 is deteriorated. Therefore, in this embodiment, the output power of the fuel cell stack 10 (hereinafter also simply referred to as “FC power”) is reduced when the supply direction is switched. The configuration of the fuel cell system in the third embodiment is the same as that of the fuel cell system 200 in the first embodiment.

図9は、第3の実施例における燃料電池システム200を備える車両の概略構成を示す説明図である。この車両100は、電源システム20と、負荷部30と、制御部50と、を備えている。電源システム20は、車両100の動力源としての電力を供給する。負荷部30は、供給された電力を車両100を駆動するための機械的動力に変換する。制御部50は、電源システム20と負荷部30とを制御する。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a vehicle including the fuel cell system 200 in the third embodiment. The vehicle 100 includes a power supply system 20, a load unit 30, and a control unit 50. The power supply system 20 supplies electric power as a power source for the vehicle 100. The load unit 30 converts the supplied electric power into mechanical power for driving the vehicle 100. The control unit 50 controls the power supply system 20 and the load unit 30.

電源システム20は、燃料電池システム200と、2次電池26と、DC−DCコンバータ27と、を備えている。負荷部30は、アクセル37と、アクセル37の踏み込み量(アクセル開度とも呼ばれる)Wtを計測するアクセルセンサ35と、駆動回路36と、モータ31と、ギヤ機構32と、車輪34とを備えている。駆動回路36は、モータ31を駆動するための回路であり、たとえばトランジスタインバータで構成されている。モータ31で発生した動力は、ギヤ機構32を介して車輪34に伝達される。駆動回路36は、電源システム20から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ31に供給する。供給される三相交流電力の大きさは、アクセルセンサ35からの入力(アクセル開度Wt)に応じて制御部50によって決定される。なお、上述した第1,第2の実施例では、制御部50は、燃料電池システム200の一部であったが、本実施例では、燃料電池システム200とは別に存在している。そして制御部50は、燃料電池システム200の他に、DC−DCコンバータ27と、駆動回路36とに電気的に接続されて、これらの回路の制御を含む各種の制御を実行する。   The power supply system 20 includes a fuel cell system 200, a secondary battery 26, and a DC-DC converter 27. The load unit 30 includes an accelerator 37, an accelerator sensor 35 that measures the amount of depression (also referred to as accelerator opening) Wt of the accelerator 37, a drive circuit 36, a motor 31, a gear mechanism 32, and wheels 34. Yes. The drive circuit 36 is a circuit for driving the motor 31, and is composed of, for example, a transistor inverter. The power generated by the motor 31 is transmitted to the wheels 34 via the gear mechanism 32. The drive circuit 36 converts the DC power supplied from the power supply system 20 into three-phase AC power and supplies it to the motor 31. The magnitude of the supplied three-phase AC power is determined by the control unit 50 according to the input from the accelerator sensor 35 (accelerator opening Wt). In the first and second embodiments described above, the control unit 50 is a part of the fuel cell system 200. However, in the present embodiment, the control unit 50 exists separately from the fuel cell system 200. The control unit 50 is electrically connected to the DC-DC converter 27 and the drive circuit 36 in addition to the fuel cell system 200, and executes various controls including control of these circuits.

図8に示すように、測定値Tが65℃よりも低く且つ酸化ガスの供給方向が逆方向の場合、または、測定値Tが70℃よりも高く且つ酸化ガスの供給方向が順方向の場合には、制御部50は、ステップS545で供給方向を切替える前に、FC電力を低下する(ステップS540)。そして、制御部50は、ステップS545で酸化ガスの供給方向を切替えた後、所定時間が経過したか否かを判定し(ステップS550)、所定時間経過した場合に、低下したFC電力を戻す(ステップS555)。所定時間経過後にFC電力を戻すようにしているのは、以下の理由による。すなわち、供給方向が切り替わってしばらくすると各燃料電池モジュール15への酸化ガスの供給量が通常運転時の供給量まで戻るので、FC電力を戻しても燃料電池モジュール15の劣化を招かないからである。以下、FC電力低下の具体的方法について説明する。   As shown in FIG. 8, when the measured value T is lower than 65 ° C. and the oxidizing gas supply direction is reverse, or when the measured value T is higher than 70 ° C. and the oxidizing gas supply direction is forward. First, the control unit 50 reduces the FC power before switching the supply direction in step S545 (step S540). Then, the controller 50 determines whether or not a predetermined time has elapsed after switching the supply direction of the oxidizing gas in step S545 (step S550), and returns the reduced FC power when the predetermined time has elapsed ( Step S555). The reason why the FC power is returned after a predetermined time has elapsed is as follows. That is, since the supply amount of the oxidizing gas to each fuel cell module 15 returns to the supply amount during normal operation after a while after the supply direction is switched, the fuel cell module 15 is not deteriorated even if the FC power is returned. . Hereinafter, a specific method for reducing the FC power will be described.

図10(A)は、燃料電池システム200の出力電圧であるFC電圧と出力電流であるFC電流との間の関係を示し、図10(B)は、燃料電池システム200の電力供給状態を示している。図10(A)に示すように、燃料電池システム200(燃料電池スタック10)については、FC電圧−FC電流特性として、FC電圧が高くなるとFC電流が小さくなり、FC電圧が低くなるとFC電流が大きくなる関係にある。具体的には、FC電圧がV0のときには、FC電流はI0であり、FC電力はP0である。FC電圧がV1に下降すると、FC電流はI1に、FC電力はP1にそれぞれ上昇する。しかし、V1からさらにFC電圧が下降しても、FC電流の増加は飽和しつつあり、FC電流とFC電圧の積であるFC電力は逆に下降し始める。なお、電源システム20は、燃料電池システム200を保護するためにFC電圧が運用最小電圧Vmin未満とならないように構成されている。この結果、燃料電池システム200は、開放電圧OCVと運用最小電圧Vminの間の出力電圧で運用されることになる。   FIG. 10A shows the relationship between the FC voltage that is the output voltage of the fuel cell system 200 and the FC current that is the output current, and FIG. 10B shows the power supply state of the fuel cell system 200. ing. As shown in FIG. 10A, for the fuel cell system 200 (fuel cell stack 10), as the FC voltage-FC current characteristic, the FC current decreases as the FC voltage increases, and the FC current decreases as the FC voltage decreases. There is a growing relationship. Specifically, when the FC voltage is V0, the FC current is I0 and the FC power is P0. When the FC voltage decreases to V1, the FC current increases to I1, and the FC power increases to P1. However, even if the FC voltage further decreases from V1, the increase in the FC current is being saturated, and the FC power that is the product of the FC current and the FC voltage starts to decrease. The power supply system 20 is configured so that the FC voltage does not become less than the minimum operation voltage Vmin in order to protect the fuel cell system 200. As a result, the fuel cell system 200 is operated at an output voltage between the open circuit voltage OCV and the operation minimum voltage Vmin.

かかるFC電圧−FC電力特性を利用して、電源システム20では、FC電圧を上昇させることでFC電力を低下させるようにしている。たとえば、通常運転時のFC電圧がV1であったならば、酸化ガス供給方向を切り替える際に、FC電圧をV0に昇圧することで、FC電力を低下させる。なお、かかるFC電圧の昇圧は、燃料電池システム200と並列に接続されているDC−DCコンバータ27の出力電圧を調整することで行われる。   Utilizing such FC voltage-FC power characteristics, the power supply system 20 reduces the FC power by increasing the FC voltage. For example, if the FC voltage during normal operation is V1, the FC power is reduced by increasing the FC voltage to V0 when switching the oxidizing gas supply direction. The boosting of the FC voltage is performed by adjusting the output voltage of the DC-DC converter 27 connected in parallel with the fuel cell system 200.

ここで、図9に示す電源システム20では、2次電池26と燃料電池システム200の双方が負荷部30(駆動回路36)に対して電力を供給し得る。そして、制御部50が、DC−DCコンバータ27の出力電圧値を調整することで、2次電池26及び燃料電池システム200の電力供給量を調整して、駆動要求電力を駆動回路36に対して供給するように制御する。   Here, in the power supply system 20 shown in FIG. 9, both the secondary battery 26 and the fuel cell system 200 can supply electric power to the load unit 30 (drive circuit 36). Then, the control unit 50 adjusts the output voltage value of the DC-DC converter 27 to adjust the power supply amount of the secondary battery 26 and the fuel cell system 200, and the drive request power is supplied to the drive circuit 36. Control to supply.

具体的には、図10(B)に示すように、DC−DCコンバータ27の出力電圧(並列接続されている燃料電池システム200のFC電圧)がV1であった場合、FC電力P1により駆動要求電力Ptを十分に供給することができる。したがって、燃料電池システム200のみが負荷部30に電力を供給する。しかしながら、前述のように、FC電力を低下させるために、DC−DCコンバータ27の出力電圧(FC電圧)をV0に昇圧すると、FC電力P0だけでは駆動要求電力Ptは供給しきれなくなる。この場合、2次電池26が差分電力(Pt−P0)を供給することで、駆動要求電力Ptを負荷部30に供給することができる。なお、FC電圧がV1の場合の余剰電力(P0−Pt)は、DC−DCコンバータ27を介して2次電池26に蓄えられる。   Specifically, as shown in FIG. 10B, when the output voltage of the DC-DC converter 27 (FC voltage of the fuel cell system 200 connected in parallel) is V1, a drive request is made by FC power P1. The electric power Pt can be sufficiently supplied. Therefore, only the fuel cell system 200 supplies power to the load unit 30. However, as described above, when the output voltage (FC voltage) of the DC-DC converter 27 is boosted to V0 in order to reduce the FC power, the drive request power Pt cannot be supplied with the FC power P0 alone. In this case, when the secondary battery 26 supplies the differential power (Pt−P0), the required drive power Pt can be supplied to the load unit 30. The surplus power (P0-Pt) when the FC voltage is V1 is stored in the secondary battery 26 via the DC-DC converter 27.

以上説明したように、第3の実施例では、酸化ガス供給方向を切り替える際にFC電力を低下させるので、酸化ガスの供給量の低減に伴う燃料電池モジュール15の劣化を抑制することができる。また、FC電力を低下させた場合においても、2次電池から電力を供給することで、駆動要求電力を負荷部30に供給することができる。   As described above, in the third embodiment, since the FC power is reduced when the oxidant gas supply direction is switched, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell module 15 due to the reduction in the supply amount of the oxidant gas. In addition, even when the FC power is reduced, the required drive power can be supplied to the load unit 30 by supplying power from the secondary battery.

D.第4の実施例:
図11は、第4の実施例におけるカソード側セパレータ表面での酸化ガス流れを示す説明図である。上述した各実施例では、図5,6に示すように、カソード側プレート24(シール一体型MEA21対向面)において、酸化ガスは順方向又は逆方向のいずれかの方向を直線的に流れるものであったが、本実施例では、直線的ではないが、全体として順方向又は逆方向に流れる構成である。
D. Fourth embodiment:
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an oxidizing gas flow on the cathode separator surface in the fourth embodiment. In each of the above-described embodiments, as shown in FIGS. 5 and 6, the oxidizing gas flows linearly in either the forward direction or the reverse direction on the cathode side plate 24 (the surface facing the seal-integrated MEA 21). However, in this embodiment, although it is not linear, it is configured to flow in the forward direction or the reverse direction as a whole.

図11に示すカソード側プレート24’は、いわゆるサーペンタイン型セパレータであり、複数の流路が蛇行した形状のサーペンタイン流路249を備えている。このサーペンタイン流路249の両端は、上部酸化ガスマニホールド形成部241a’及び下部酸化ガスマニホールド形成部241b’に連通している。酸化ガスの供給方向が順方向の場合、図11(A)に示すように、上部酸化ガスマニホールド形成部241a’から供給された酸化ガスは、サーペンタイン流路249に沿って蛇行しながら下部酸化ガスマニホールド形成部241b’に流れて排出される。一方、酸化ガスの供給方向が逆方向の場合、図11(B)に示すように、下部酸化ガスマニホールド形成部241b’から供給された酸化ガスは、サーペンタイン流路249に沿って蛇行しながらに流れて上部酸化ガスマニホールド形成部241a’から排出される。   The cathode side plate 24 ′ shown in FIG. 11 is a so-called serpentine separator, and includes a serpentine channel 249 having a plurality of channels meandering. Both ends of the serpentine channel 249 communicate with the upper oxidizing gas manifold forming portion 241a 'and the lower oxidizing gas manifold forming portion 241b'. When the supply direction of the oxidizing gas is the forward direction, as shown in FIG. 11A, the oxidizing gas supplied from the upper oxidizing gas manifold forming portion 241a ′ is meandering along the serpentine flow path 249 while lowering the oxidizing gas. It flows to the manifold forming portion 241b ′ and is discharged. On the other hand, when the supply direction of the oxidizing gas is the reverse direction, as shown in FIG. 11B, the oxidizing gas supplied from the lower oxidizing gas manifold forming portion 241b ′ meanders along the serpentine flow path 249. It flows and is discharged from the upper oxidizing gas manifold forming portion 241a ′.

このような構成であっても、燃料電池モジュール15の温度が比較的低い場合に酸化ガス供給方向を順方向とすることで、水分の排出方向を全体として順方向とすることができ、フラッディング状態となることを抑制することができる。また、燃料電池モジュール15の温度が比較的高い場合に酸化ガスの供給方向を逆方向とすることで、水分の排出方向を全体として逆方向とすることができ、ドライアップ状態となることを抑制することができる。   Even in such a configuration, when the temperature of the fuel cell module 15 is relatively low, the oxidant gas supply direction is set to the forward direction, so that the moisture discharge direction as a whole can be set to the forward direction. Can be suppressed. Further, when the temperature of the fuel cell module 15 is relatively high, the supply direction of the oxidizing gas is reversed, so that the moisture discharge direction can be reversed as a whole, and the dry-up state is suppressed. can do.

E.変形例:
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
E. Variation:
In addition, elements other than the elements claimed in the independent claims among the constituent elements in each of the above embodiments are additional elements and can be omitted as appropriate. The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, and can be implemented in various modes without departing from the gist thereof. For example, the following modifications are possible.

E1.変形例1:
上述した各実施例では、カソード側についてのみ、反応ガス(酸化ガス)の供給方向を切り替えていたが、カソード側に代えて、または、カソード側に加えて、アノード側についても反応ガス(燃料ガス)の供給方向を切り替えるようにしてもよい。具体的には、上述した各実施例と同様に、燃料電池モジュール15の温度が比較的低い場合に、アノード側プレート22(シール一体型MEA21対向面)における燃料ガスの供給方向を順方向とし、燃料電池モジュール15の温度が比較的高い場合に、供給方向を逆方向としてもよい。このようにすることで、アノード側についてもフラッディング状態やドライアップ状態となることを抑制することができ、燃料電池モジュール15内部の水分量を適切に保つことができる。
E1. Modification 1:
In each of the above-described embodiments, the supply direction of the reaction gas (oxidizing gas) is switched only on the cathode side. ) May be switched. Specifically, as in the above-described embodiments, when the temperature of the fuel cell module 15 is relatively low, the fuel gas supply direction on the anode side plate 22 (opposite surface of the seal-integrated MEA 21) is the forward direction, When the temperature of the fuel cell module 15 is relatively high, the supply direction may be reversed. By doing in this way, it can suppress that it becomes a flooding state or a dry-up state also about the anode side, and can keep the moisture content in the fuel cell module 15 appropriately.

E2.変形例2:
上述した各実施例では、イグニッションスイッチがオフされた場合には、酸化ガス供給方向切替処理が終了していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化ガスの供給方向を強制的に順方向とした上で、燃料電池スタック10における発電は行わずに酸化ガスの供給を所定時間だけ行ってから終了する構成であってもよい。このような構成とすることで、燃料電池システム200運転終了後において、燃料電池スタック10内部に残留する水分を十分に排出することができる。従って、かかる残留水分に起因する低温始動時のガス拡散性の低下を抑制することができる。なお、供給方向を強制的に順方向とするのは、発電停止とともに燃料電池モジュール15の温度が低下するので、酸化ガスの供給方向を順方向として多量の水分を排出させるためである。
E2. Modification 2:
In each of the above-described embodiments, when the ignition switch is turned off, the oxidizing gas supply direction switching processing is completed. However, the present invention is not limited to this, and the oxidizing gas supply direction is forcibly limited. Alternatively, the fuel cell stack 10 may be configured so as to end after supplying the oxidizing gas for a predetermined time without generating power in the forward direction. With such a configuration, water remaining in the fuel cell stack 10 can be sufficiently discharged after the operation of the fuel cell system 200 is completed. Therefore, it is possible to suppress a decrease in gas diffusibility at the time of low-temperature starting due to such residual moisture. The reason why the supply direction is forced to be forward is to discharge a large amount of moisture with the supply direction of the oxidizing gas as the forward direction because the temperature of the fuel cell module 15 decreases as power generation stops.

E3.変形例3:
上述した第3の実施例では、燃料電池システム200の他に負荷部30に電力を供給する手段として2次電池26を備える構成であったが、本発明は2次電池に限定されるものではなく、他の電力供給手段を備える構成であってもよい。例えば、2次電池26に代えてキャパシタを備える構成とすることもできる。
E3. Modification 3:
In the third embodiment described above, the secondary battery 26 is provided as means for supplying power to the load unit 30 in addition to the fuel cell system 200. However, the present invention is not limited to the secondary battery. It may be the composition provided with other electric power supply means. For example, it can also be set as the structure provided with a capacitor instead of the secondary battery 26. FIG.

E4.変形例4:
上述した各実施例では、測定値Tにしきい値を設けて、測定値Tがこのしきい値よりも高くなったら(または低くなったら)、酸化ガスの供給方向を切り替える構成であったが、しきい値を使用する必要はなく、一般に燃料電池モジュール15の温度に応じて酸化ガスの供給方向を切り替える構成とすればよい。具体的には、例えば、前回の測定値Tに比べて所定温度以上上昇した場合や、前回の測定値Tに比べて所定温度以上低下した場合に、酸化ガスの供給方向を切り替える構成とすることもできる。このような構成であっても、実験等によって、適切な所定温度を求めて設定することで、フラッディング状態やドライアップ状態となることを抑制することができる。
E4. Modification 4:
In each of the embodiments described above, a threshold value is provided for the measurement value T, and when the measurement value T becomes higher (or lower) than the threshold value, the supply direction of the oxidizing gas is switched. There is no need to use a threshold value, and the supply direction of the oxidizing gas may be generally switched according to the temperature of the fuel cell module 15. Specifically, for example, when the temperature rises by a predetermined temperature or more compared to the previous measurement value T or when the temperature decreases by a predetermined temperature or more compared to the previous measurement value T, the supply direction of the oxidizing gas is switched. You can also. Even in such a configuration, it is possible to suppress a flooding state or a dry-up state by obtaining and setting an appropriate predetermined temperature through experiments or the like.

E5.変形例5:
上述した各実施例では、燃料電池システム200は、複数の燃料電池モジュール15が積層した燃料電池スタック10を備えるものとしたが、1つの燃料電池モジュール15のみで構成されるものであってもよい。このような構成であっても、かかる燃料電池モジュール15内部の水分を適切に保つことができる。
E5. Modification 5:
In each of the above-described embodiments, the fuel cell system 200 includes the fuel cell stack 10 in which a plurality of fuel cell modules 15 are stacked. However, the fuel cell system 200 may include only one fuel cell module 15. . Even with such a configuration, the moisture inside the fuel cell module 15 can be appropriately maintained.

本発明の燃料電池を適用した燃料電池システムの概略構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system to which the fuel cell of this invention is applied. 図1に示す燃料電池モジュール15の詳細構成を示す分解図。FIG. 2 is an exploded view showing a detailed configuration of the fuel cell module 15 shown in FIG. 1. シール一体型MEA21及びセパレータ25を積層した状態での図2におけるA−A断面を示す断面図。Sectional drawing which shows the AA cross section in FIG. 2 in the state which laminated | stacked seal integrated MEA21 and the separator 25. FIG. 燃料電池システム200における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャート。5 is a flowchart showing the procedure of an oxidizing gas supply direction switching process in the fuel cell system. 酸化ガスの供給方向が順方向の場合の各電磁弁の開閉状況を示す説明図。Explanatory drawing which shows the opening / closing state of each solenoid valve when the supply direction of oxidizing gas is a forward direction. 酸化ガスの供給方向が逆方向の場合の各電磁弁の開閉状況を示す説明図。Explanatory drawing which shows the opening / closing state of each solenoid valve in case the supply direction of oxidizing gas is a reverse direction. 第2の実施例における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the oxidizing gas supply direction switching process in a 2nd Example. 第3の実施例における酸化ガス供給方向切替処理の手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure of the oxidizing gas supply direction switching process in a 3rd Example. 第3の実施例における燃料電池システム200を備える車両の概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows schematic structure of a vehicle provided with the fuel cell system 200 in a 3rd Example. 燃料電池システム200のFC電圧−FC電流特性及び電力供給状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the FC voltage-FC current characteristic and electric power supply state of the fuel cell system 200. FIG. 第4の実施例におけるカソード側セパレータ表面での酸化ガス流れを示す説明図。Explanatory drawing which shows the oxidizing gas flow on the cathode side separator surface in a 4th Example.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池スタック
15…燃料電池モジュール
20…電源システム
21…シール一体型MEA
22…アノード側プレート
23…中間プレート
24…カソード側プレート
25…セパレータ
30…負荷部
31…モータ
32…ギヤ機構
34…車輪
35…アクセルセンサ
36…駆動回路
37…アクセル
40…ラジエータ
50…制御部
60…MEA部
60a…カソード側ガス拡散層
60b…アノード側ガス拡散層
60c…電解質膜
61…シール部
100…車両
200…燃料電池システム
201…水素タンク
202…ラジエータ
203…エアフィルタ
204,206…循環ポンプ
205…気液分離器
207…温度センサ
220a,220b,320a,320b…電磁弁
250a,250b,350a,350b…配管
260…エアコンプレッサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell stack 15 ... Fuel cell module 20 ... Power supply system 21 ... Seal-integrated MEA
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ... Anode side plate 23 ... Intermediate | middle plate 24 ... Cathode side plate 25 ... Separator 30 ... Load part 31 ... Motor 32 ... Gear mechanism 34 ... Wheel 35 ... Accelerator sensor 36 ... Drive circuit 37 ... Accelerator 40 ... Radiator 50 ... Control part 60 DESCRIPTION OF SYMBOLS MEA part 60a ... Cathode side gas diffusion layer 60b ... Anode side gas diffusion layer 60c ... Electrolyte membrane 61 ... Seal part 100 ... Vehicle 200 ... Fuel cell system 201 ... Hydrogen tank 202 ... Radiator 203 ... Air filter 204, 206 ... Circulation pump 205 ... Gas-liquid separator 207 ... Temperature sensor 220a, 220b, 320a, 320b ... Solenoid valve 250a, 250b, 350a, 350b ... Pipe 260 ... Air compressor

Claims (6)

燃料電池システムであって、
膜電極接合体を有し、反応ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池における温度を測定して温度測定値を得る測定部と、
前記膜電極接合体における前記反応ガスの流れ方向を、前記温度測定値に応じて、重力方向である順方向と、前記順方向とは逆となる逆方向と、のうち、いずれかの方向となるように切替える切替部と、
を備える燃料電池システム。
A fuel cell system,
A fuel cell having a membrane electrode assembly and generating power using a reaction gas;
A measurement unit for measuring a temperature in the fuel cell to obtain a temperature measurement value;
Depending on the temperature measurement value, the flow direction of the reaction gas in the membrane electrode assembly may be any one of a forward direction that is a gravity direction and a reverse direction that is opposite to the forward direction. A switching unit that switches so that
A fuel cell system comprising:
請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記切替部は、前記温度測定値が、第1のしきい値よりも高いときに前記流れ方向を前記順方向となるように切替え、第2のしきい値よりも低いときに前記流れ方向を前記逆方向となるように切替える、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1, wherein
The switching unit switches the flow direction to the forward direction when the temperature measurement value is higher than a first threshold value, and changes the flow direction when the temperature measurement value is lower than a second threshold value. Switch to the opposite direction,
Fuel cell system.
請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第1のしきい値は、前記第2のしきい値よりも高い値である、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 2, wherein
The first threshold value is higher than the second threshold value.
Fuel cell system.
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池の出力電力を制御可能な制御部を備え、
前記制御部は、前記切替部が前記流れ方向を切替える際に、前記出力電力を低下させる、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
A control unit capable of controlling the output power of the fuel cell;
The control unit reduces the output power when the switching unit switches the flow direction.
Fuel cell system.
請求項4に記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記燃料電池とは異なる他の電力供給部を備え、
前記電力供給部は、前記低下した出力電力を補うように、前記燃料電池システムに接続された負荷に対して電力を供給する、
燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 4, further comprising:
Comprising another power supply unit different from the fuel cell,
The power supply unit supplies power to a load connected to the fuel cell system so as to compensate for the reduced output power.
Fuel cell system.
膜電極接合体を有し反応ガスを用いて発電を行う燃料電池に対して、前記反応ガスを供給するための、反応ガス供給方法であって、
(a)前記燃料電池における温度を測定して温度測定値を得る工程と、
(b)前記温度測定値に応じて、前記膜電極接合体における前記反応ガスの流れ方向を、重力方向である順方向と、前記順方向とは逆となる逆方向とのうち、いずれかの方向となるように切替える工程と、
を備える反応ガス供給方法。
A reaction gas supply method for supplying the reaction gas to a fuel cell having a membrane electrode assembly and generating power using the reaction gas,
(A) measuring a temperature in the fuel cell to obtain a temperature measurement value;
(B) according to the temperature measurement value, the flow direction of the reaction gas in the membrane electrode assembly is any one of a forward direction that is a gravity direction and a reverse direction that is opposite to the forward direction. Switching to be in the direction;
A reaction gas supply method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013164938A (en) * 2012-02-09 2013-08-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system and method for operating the same
JP2018041652A (en) * 2016-09-08 2018-03-15 愛三工業株式会社 Fuel cell system
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