JP2008282737A - Fuel cell system, and its control method - Google Patents

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克英 菊地
Shin Yoshida
慎 吉田
Mikio Wada
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Seiji Mizuno
誠司 水野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively prevent corrosion of metal separators arranged in a fuel cell, in operating a fuel cell system. <P>SOLUTION: This fuel cell system 1 is provided with: the fuel cell 2 having the metal separators catching, from both sides, a membrane-electrode assembly composed by arranging electrodes on both sides of a solid polymer electrolyte membrane; a reaction gas supply passage 31 for supplying a reaction gas to the fuel cell 2; and a gas-liquid separator 35 recovering moisture discharged from the fuel cell 2. The fuel cell system is also provided with: a moisture supply passage 36 for introducing the moisture recovered by the gas-liquid separator 35 into the reaction gas supply passage 31; and an ion exchanger 38 arranged in the moisture supply passage 36 to remove impurity ions in the moisture recovered by the gas-liquid separator 35. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

燃料電池システムの燃料電池として、固体高分子電解質膜の両側に触媒層及び拡散層が配置された膜・電極接合体と、膜・電極接合体を両側から挟持するセパレータと、を有するものが採用されている。現在においては、このような燃料電池のセパレータとして、ステンレス鋼等の金属で製作されたセパレータが採用されている。   As a fuel cell of a fuel cell system, a fuel cell system having a membrane / electrode assembly in which a catalyst layer and a diffusion layer are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane and a separator sandwiching the membrane / electrode assembly from both sides is adopted. Has been. At present, separators made of metals such as stainless steel are used as separators for such fuel cells.

ところで、燃料電池内に残存した生成水や加湿用に供給された水分は、次第に蒸発して酸性イオン濃度が高くなり、腐食作用の強い液体に変化する。このように燃料電池内に腐食作用の強い液体が存在すると、金属製セパレータが腐食してしまうおそれがある。 このため、近年においては、生成水の酸性イオン濃度を低減させる目的で、アノードオフガスの循環流路に不純物除去部材を設ける技術が提案されている（特許文献１参照）。また、金属製セパレータの腐食を防止する目的で、システム停止時（燃料電池の発電停止時）に燃料電池内の反応ガス流路を水で満たすことにより、腐食作用の強い液体の発生を抑制する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００６−４９１００号公報 特開２００５−１２３００４号公報 By the way, the generated water remaining in the fuel cell and the water supplied for humidification gradually evaporate and the acidic ion concentration becomes high, and changes to a liquid having a strong corrosive action. Thus, when a liquid having a strong corrosive action exists in the fuel cell, the metal separator may be corroded. For this reason, in recent years, a technique has been proposed in which an impurity removing member is provided in the circulation path of the anode off gas for the purpose of reducing the acidic ion concentration of the produced water (see Patent Document 1). In order to prevent corrosion of metal separators, the generation of highly corrosive liquids is suppressed by filling the reaction gas flow path in the fuel cell with water when the system is shut down (when the power generation of the fuel cell is stopped). A technique has been proposed (see Patent Document 2).
JP 2006-49100 A JP 2005-123004 A

前記した特許文献１に記載された技術においては、燃料電池から排出された水分の酸性イオン濃度を低減させることは可能であるが、燃料電池内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることはできなかった。   In the technique described in Patent Document 1 described above, it is possible to reduce the acidic ion concentration of moisture discharged from the fuel cell, but it is possible to reduce the acidic ion concentration of moisture remaining in the fuel cell. could not.

また、前記した特許文献２に記載された技術は、燃料電池内の反応ガス流路を水で満たすものであるため、システム運転時（燃料電池の発電時）には適用できず、従って、システム運転時における金属セパレータの腐食を抑制することができないという問題があった。また、前記した特許文献２に記載された技術を採用すると、氷点下において燃料電池内の水が凍結することに起因して種々の不具合が生じるおそれがあるとともに、燃料電池内の反応ガス流路を満たすだけの比較的多量の水を補給しなければならないために余分な設備が必要となるという問題が新たに発生する。   Further, since the technique described in Patent Document 2 described above fills the reaction gas flow path in the fuel cell with water, it cannot be applied during system operation (during power generation of the fuel cell). There was a problem that the corrosion of the metal separator during operation could not be suppressed. In addition, when the technique described in Patent Document 2 described above is adopted, various problems may occur due to freezing of water in the fuel cell below freezing point, and the reaction gas flow path in the fuel cell may be reduced. A new problem arises that extra equipment is required because a relatively large amount of water has to be replenished.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムの運転時において、燃料電池に設けられた金属セパレータの腐食を効果的に抑制することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to effectively suppress corrosion of a metal separator provided in a fuel cell during operation of the fuel cell system.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、を備える燃料電池システムであって、気液分離器で回収した水分を反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、気液分離器で回収した水分内の不純物イオンを除去するように水分供給流路に設けられたイオン交換器と、を備えるものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell having a metal separator that sandwiches from both sides a membrane / electrode assembly in which electrodes are disposed on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel cell. A fuel cell system comprising: a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to a gas; and a gas-liquid separator that recovers moisture discharged from the fuel cell, wherein the moisture recovered by the gas-liquid separator is reacted A water supply channel for introduction into the gas supply channel, and an ion exchanger provided in the water supply channel so as to remove impurity ions in the water recovered by the gas-liquid separator. .

かかる構成を採用すると、気液分離器で回収した水分を、イオン交換器で不純物イオンを除去して略中性とした状態で、水分供給流路を経由させて反応ガス供給流路に導入することができる。従って、システム運転時（燃料電池の発電時）に、略中性の水分を含む反応ガスを燃料電池に供給することができ、燃料電池内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることができる。この結果、システム運転時における燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。なお、反応ガス供給流路としては、カソードガス供給流路やアノードガス供給流路を採用することができる。また、気液分離器としては、カソードオフガスに含まれる水分を回収するものや、アノードオフガスに含まれる水分を回収するものを採用することができる。   When such a configuration is adopted, the moisture recovered by the gas-liquid separator is introduced into the reaction gas supply channel via the moisture supply channel in a state of being substantially neutral by removing impurity ions by the ion exchanger. be able to. Accordingly, during system operation (power generation of the fuel cell), a reaction gas containing substantially neutral moisture can be supplied to the fuel cell, and the acidic ion concentration of moisture remaining in the fuel cell can be reduced. . As a result, corrosion of the metal separator in the fuel cell during system operation can be effectively suppressed. As the reaction gas supply channel, a cathode gas supply channel or an anode gas supply channel can be adopted. Further, as the gas-liquid separator, one that collects moisture contained in the cathode offgas and one that collects moisture contained in the anode offgas can be adopted.

前記燃料電池システムにおいて、気液分離器で回収した水分を反応ガス供給流路に導入するように水分供給流路に設けられた水ポンプと、金属セパレータの電位を検出する電位センサと、を採用することができる。かかる場合に、燃料電池の発電時に水ポンプを制御して反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、電位センサで検出される電位を金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に設定する制御手段を採用することができる。   In the fuel cell system, a water pump provided in the moisture supply channel and a potential sensor for detecting the potential of the metal separator are adopted so as to introduce the moisture recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel. can do. In such a case, the potential detected by the potential sensor is adjusted to a specific potential at which corrosion of the metal separator is suppressed by adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel by controlling the water pump during power generation of the fuel cell. Control means for setting in the area can be employed.

かかる構成を採用すると、システム運転時（燃料電池の発電時）に、反応ガス供給流路に導入する水分の量（反応ガスに含ませる水分の量）を調整することにより、金属セパレータの電位を特定電位領域（金属セパレータの腐食が抑制される電位領域）内に設定することができる。すなわち、金属セパレータの電位制御を自動的に実現させて、システム運転時における燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。なお、電位センサとしては、カソード側の金属セパレータの電位を検出するものや、アノード側の金属セパレータの電位を検出するものを採用することができる。   When such a configuration is adopted, the potential of the metal separator is adjusted by adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel (the amount of moisture contained in the reaction gas) during system operation (power generation of the fuel cell). It can be set within a specific potential region (a potential region where corrosion of the metal separator is suppressed). That is, the potential control of the metal separator can be automatically realized, and corrosion of the metal separator in the fuel cell during system operation can be effectively suppressed. As the potential sensor, a sensor that detects the potential of the metal separator on the cathode side or a sensor that detects the potential of the metal separator on the anode side can be used.

また、前記燃料電池システムにおいて、気液分離器で回収した水分を反応ガス供給流路に導入するように水分供給流路に設けられた水ポンプと、気液分離器で回収した水分のｐＨを検出するｐＨセンサと、を備えることができる。かかる場合に、金属セパレータの電位と気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを有し、燃料電池の発電時に前記データを用いて水ポンプを制御して反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、金属セパレータの電位を金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に設定するようにｐＨセンサで検出されるｐＨを特定ｐＨ領域内に設定する制御手段を採用することができる。   In the fuel cell system, the water pump provided in the water supply channel so as to introduce the water recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel, and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator are adjusted. And a pH sensor to detect. In such a case, there is data defining the correlation between the potential of the metal separator and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator, and the reactive gas is supplied by controlling the water pump during power generation of the fuel cell. By adjusting the amount of moisture introduced into the flow path, the pH detected by the pH sensor is set within the specific pH region so that the potential of the metal separator is set within the specific potential region where corrosion of the metal separator is suppressed. Control means can be employed.

かかる構成を採用すると、システム運転時に、特定のデータを用いて、反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、金属セパレータの電位を特定電位領域（金属セパレータの腐食が抑制される電位領域）内に設定するような特定ｐＨ領域内に気液分離器で回収した水分のｐＨを調整することができる。すなわち、気液分離器で回収した水分のｐＨを調整することにより、間接的に金属セパレータの電位制御を実現させて、システム運転時における燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。なお、制御手段としては、カソード側の金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定するようにｐＨ調整を行うものや、アノード側の金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定するようにｐＨ調整を行うものを採用することができる。   When such a configuration is adopted, the potential of the metal separator is adjusted to a specific potential region (corrosion of the metal separator is suppressed by adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel using specific data during system operation. The pH of the water recovered by the gas-liquid separator can be adjusted within a specific pH range as set in the potential region). In other words, by adjusting the pH of the water recovered by the gas-liquid separator, the potential of the metal separator is indirectly controlled, and the corrosion of the metal separator in the fuel cell during system operation is effectively suppressed. Can do. In addition, as a control means, pH adjustment is performed so that the potential of the metal separator on the cathode side is set in a specific potential range, or the potential of the metal separator on the anode side is set in a specific potential range. Anything that performs can be employed.

また、前記燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電停止時に、燃料電池の発電時よりも多量の水分を燃料電池に供給するように水ポンプを制御する制御手段を採用することができる。   In the fuel cell system, it is possible to employ a control means for controlling the water pump so that a larger amount of water is supplied to the fuel cell when the fuel cell stops generating power than when the fuel cell generates power.

かかる構成を採用すると、システム停止時（燃料電池の発電停止時）において、システム運転時（燃料電池の発電時）よりも多量の水分を燃料電池に供給することができる。従って、システム停止時においても、燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。   When such a configuration is adopted, a larger amount of moisture can be supplied to the fuel cell when the system is stopped (when the power generation of the fuel cell is stopped) than when the system is operated (when the fuel cell is generating power). Therefore, even when the system is stopped, corrosion of the metal separator in the fuel cell can be effectively suppressed.

また、本発明に係る燃料電池システムの第１の制御方法は、固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、気液分離器で回収した水分を反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、水分供給流路に設けられたイオン交換器及び水ポンプと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池の発電時に、水ポンプを制御して反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に金属セパレータの電位を設定する電位制御工程を備えるものである。   The first control method of the fuel cell system according to the present invention includes: a fuel cell having a metal separator that sandwiches a membrane / electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane; A reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the battery, a gas-liquid separator for recovering water discharged from the fuel cell, and for introducing the water recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel A fuel cell system control method comprising: a water supply channel; and an ion exchanger and a water pump provided in the water supply channel, wherein the water pump is controlled to supply a reactive gas during power generation of the fuel cell A potential control step of setting the potential of the metal separator in a specific potential region where corrosion of the metal separator is suppressed by adjusting the amount of moisture introduced into the flow path is provided.

かかる方法を採用すると、気液分離器で回収した水分を、イオン交換器で不純物イオンを除去して略中性とした状態で、水分供給流路を経由させて反応ガス供給流路に導入することができる。従って、略中性の水分を含む反応ガスを燃料電池に供給することができ、燃料電池内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることができる。しかも、反応ガス供給流路に導入する水分の量（反応ガスに含ませる水分の量）を調整することにより、金属セパレータの電位を特定電位領域（金属セパレータの腐食が抑制される電位領域）内におさめることができる。従って、システム運転時における燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。   When such a method is adopted, the water recovered by the gas-liquid separator is introduced into the reaction gas supply flow path via the water supply flow path in a state of being substantially neutral by removing impurity ions by the ion exchanger. be able to. Therefore, the reaction gas containing substantially neutral moisture can be supplied to the fuel cell, and the acidic ion concentration of the moisture remaining in the fuel cell can be reduced. Moreover, by adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel (the amount of moisture contained in the reaction gas), the potential of the metal separator can be set within a specific potential region (potential region where corrosion of the metal separator is suppressed). You can snatch. Therefore, corrosion of the metal separator in the fuel cell during system operation can be effectively suppressed.

また、本発明に係る燃料電池システムの第２の制御方法は、固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、気液分離器で回収した水分を反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、水分供給流路に設けられたイオン交換器及び水ポンプと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池の発電時に、金属セパレータの電位と気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを用いて水ポンプを制御して反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に金属セパレータの電位を設定するように気液分離器で回収した水分のｐＨを特定ｐＨ領域内に設定するｐＨ調整工程を備えるものである。   The second control method of the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell having a metal separator that sandwiches a membrane / electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel. A reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the battery, a gas-liquid separator for recovering water discharged from the fuel cell, and for introducing the water recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel A fuel cell system control method comprising: a water supply channel; and an ion exchanger and a water pump provided in the water supply channel, wherein the potential of the metal separator and the gas-liquid separator during power generation of the fuel cell A specific potential at which corrosion of the metal separator is suppressed by controlling the water pump using the data defining the correlation with the pH of the water recovered in step 1 and adjusting the amount of water introduced into the reaction gas supply channel region The pH of the water content collected by the gas-liquid separator so as to set the potential of the metal separator in which comprises a pH adjustment step of setting in a specific pH region on.

かかる方法を採用すると、気液分離器で回収した水分を、イオン交換器で不純物イオンを除去して略中性とした状態で、水分供給流路を経由させて反応ガス供給流路に導入することができる。従って、略中性の水分を含む反応ガスを燃料電池に供給することができ、燃料電池内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることができる。しかも、反応ガス供給流路に導入する水分の量（反応ガスに含ませる水分の量）を調整することにより、金属セパレータの電位を特定電位領域（金属セパレータの腐食が抑制される電位領域）内に設定するような特定ｐＨ領域内に気液分離器で回収した水分のｐＨを調整することができる。従って、システム運転時における燃料電池内の金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。   When such a method is adopted, the water recovered by the gas-liquid separator is introduced into the reaction gas supply flow path via the water supply flow path in a state of being substantially neutral by removing impurity ions by the ion exchanger. be able to. Therefore, the reaction gas containing substantially neutral moisture can be supplied to the fuel cell, and the acidic ion concentration of the moisture remaining in the fuel cell can be reduced. Moreover, by adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel (the amount of moisture contained in the reaction gas), the potential of the metal separator can be set within a specific potential region (potential region where corrosion of the metal separator is suppressed). It is possible to adjust the pH of the water recovered by the gas-liquid separator within a specific pH range as set in FIG. Therefore, corrosion of the metal separator in the fuel cell during system operation can be effectively suppressed.

本発明によれば、燃料電池システムの運転時において、燃料電池に設けられた金属セパレータの腐食を効果的に抑制することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress effectively the corrosion of the metal separator provided in the fuel cell at the time of operation of the fuel cell system.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。本実施形態においては、本発明を燃料電池車両（移動体）の車載発電システムに適用した例について説明することとする。   Hereinafter, a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an on-vehicle power generation system of a fuel cell vehicle (moving body) will be described.

＜第１実施形態＞
最初に、図１〜図４を用いて、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システム１について説明する。 <First Embodiment>
First, the fuel cell system 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係る燃料電池システム１は、図１に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４、システム全体を統括制御する制御装置５等を備える。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 2 that generates electric power upon receiving supply of reaction gases (oxidizing gas and fuel gas), and air as oxidizing gas to the fuel cell 2. An oxidant gas piping system 3 to be supplied, a fuel gas piping system 4 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 2, a control device 5 for overall control of the entire system, and the like are provided.

燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単電池を積層した構造の燃料電池スタックを有する。燃料電池２の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にカソード極を有し、他方の面にアノード極を有し、さらにカソード極及びアノード極を両側から挟みこむように一対の金属セパレータを有している。一方の金属セパレータの燃料ガス流路に燃料ガスが供給され、他方の金属セパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、このガス供給により燃料電池２は電力を発生する。本実施形態においては、ステンレス鋼で製作された金属セパレータを採用している。   The fuel cell 2 is composed of, for example, a solid polymer electrolyte type and has a fuel cell stack having a structure in which a large number of single cells are stacked. The unit cell of the fuel cell 2 has a cathode electrode on one surface of an electrolyte made of an ion exchange membrane, an anode electrode on the other surface, and a pair of metals so as to sandwich the cathode electrode and the anode electrode from both sides. It has a separator. The fuel gas is supplied to the fuel gas flow path of one metal separator, and the oxidizing gas is supplied to the oxidizing gas flow path of the other metal separator, and the fuel cell 2 generates electric power by this gas supply. In the present embodiment, a metal separator made of stainless steel is employed.

燃料電池２は、燃料電池スタックの両端に位置する単電池の外側に、順次、カバープレート、出力端子付きのターミナルプレート及び絶縁プレートを積層し、その外側にエンドプレートを配置して構成されている。燃料電池スタックの一端側のエンドプレートには、燃料電池スタック内に各種流体（酸化ガス、燃料ガス、冷媒）を供給する流体配管の接続部と、燃料電池スタック内を通過した各種流体を外部に排出する流体配管の接続部と、が設けられている。   The fuel cell 2 is configured by sequentially stacking a cover plate, a terminal plate with an output terminal, and an insulating plate on the outside of the unit cell located at both ends of the fuel cell stack, and arranging an end plate on the outside. . The end plate on one end of the fuel cell stack is connected to a fluid pipe for supplying various fluids (oxidizing gas, fuel gas, refrigerant) into the fuel cell stack, and various fluids that have passed through the fuel cell stack to the outside. And a connecting portion of the fluid pipe to be discharged.

また、燃料電池２には、カソード側の金属セパレータの電位を検出するカソード側電位センサ２ａと、アノード側の金属セパレータの電位を検出するアノード側電位センサ２ｂと、が設けられている。これらカソード側電位センサ２ａ及びアノード側電位センサ２ｂで検出された電位に係る情報は、制御装置５に伝送されて、後述する金属セパレータの電位制御に用いられる。   The fuel cell 2 is provided with a cathode side potential sensor 2a for detecting the potential of the cathode side metal separator and an anode side potential sensor 2b for detecting the potential of the anode side metal separator. Information on the potential detected by the cathode side potential sensor 2a and the anode side potential sensor 2b is transmitted to the control device 5 and used for potential control of a metal separator described later.

燃料電池２への酸化ガス及び燃料ガスの供給及び排出は、酸化ガス配管系３及び燃料ガス配管系４によりなされる。また、図示されていない冷媒配管系により燃料電池２への冷媒の供給がなされる。固体高分子電解質型の燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であるが、冷媒の供給により、燃料電池２の温度は所定の温度範囲（例えば約６０〜７０℃）に保たれる。酸化ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称されるものである。また、燃料電池２から排出される酸化ガス及び燃料ガスは、それぞれ酸素オフガス及び燃料オフガスと称され、これらは反応オフガスと総称されるものである。以下では、酸化ガスとして空気（酸素）を例に、また、燃料ガスとして水素ガスを例に説明する。   Supply and discharge of the oxidizing gas and the fuel gas to the fuel cell 2 are performed by the oxidizing gas piping system 3 and the fuel gas piping system 4. Further, the refrigerant is supplied to the fuel cell 2 by a refrigerant piping system (not shown). Although the electrochemical reaction in the solid polymer electrolyte type fuel cell 2 is an exothermic reaction, the temperature of the fuel cell 2 is maintained in a predetermined temperature range (for example, about 60 to 70 ° C.) by supplying the refrigerant. The oxidizing gas and the fuel gas are collectively referred to as a reaction gas. The oxidizing gas and the fuel gas discharged from the fuel cell 2 are referred to as an oxygen off gas and a fuel off gas, respectively, and these are collectively referred to as a reaction off gas. Hereinafter, air (oxygen) will be described as an example of the oxidizing gas, and hydrogen gas will be described as an example of the fuel gas.

酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる空気供給流路３１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排気流路３２と、を有している。空気供給流路３１は、本発明におけるカソードガス供給流路及び反応ガス供給流路の一実施形態に相当する。空気供給流路３１には、図示されていないモータの駆動によりフィルタ３３を介して大気中の酸化ガスを取り込むコンプレッサ３４が設けられている。排気流路３２には、カソード側気液分離器３５を介して、カソード側水分供給流路３６が接続されている。排気流路３２を流れる酸化オフガスは、カソード側気液分離器３５により水分が除去された後、図示されていない希釈器において水素オフガスと合流して水素オフガスを希釈し、最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。   The oxidizing gas piping system 3 has an air supply passage 31 through which oxidizing gas supplied to the fuel cell 2 flows and an exhaust passage 32 through which oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 2 flows. The air supply channel 31 corresponds to an embodiment of the cathode gas supply channel and the reaction gas supply channel in the present invention. The air supply flow path 31 is provided with a compressor 34 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere via a filter 33 by driving a motor (not shown). A cathode-side moisture supply channel 36 is connected to the exhaust channel 32 via a cathode-side gas-liquid separator 35. After the moisture is removed by the cathode-side gas-liquid separator 35, the oxidizing off-gas flowing through the exhaust passage 32 merges with the hydrogen off-gas in a diluter (not shown) to dilute the hydrogen off-gas, and finally becomes a system as exhaust gas. Exhausted into the outside atmosphere.

排気流路３２に設けられたカソード側気液分離器３５は、酸化オフガスから水分を回収するものである。カソード側水分供給流路３６は、カソード側気液分離器３５と空気供給流路３１とを連通接続する流路である。カソード側水分供給流路３６には、カソード側水ポンプ３７と、カソード側イオン交換器３８と、が設けられている。カソード側水ポンプ３７は、制御装置５の制御の下に作動して、カソード側気液分離器３５で回収した水分を空気供給流路３１に導入するものである。カソード側イオン交換器３８は、カソード側気液分離器３５で回収した水分内の不純物イオンを除去することにより、空気供給流路３１に供給される水分を略中性にするものである。   The cathode-side gas-liquid separator 35 provided in the exhaust passage 32 collects moisture from the oxidizing off gas. The cathode-side moisture supply channel 36 is a channel that connects the cathode-side gas-liquid separator 35 and the air supply channel 31 in communication. The cathode side water supply flow path 36 is provided with a cathode side water pump 37 and a cathode side ion exchanger 38. The cathode-side water pump 37 operates under the control of the control device 5 and introduces moisture collected by the cathode-side gas-liquid separator 35 into the air supply channel 31. The cathode side ion exchanger 38 makes the water supplied to the air supply channel 31 substantially neutral by removing impurity ions in the water collected by the cathode side gas-liquid separator 35.

燃料ガス配管系４は、水素供給源４１と、水素供給源４１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる水素供給流路４２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を水素供給流路４２の合流点Ａに戻すための循環流路４３と、循環流路４３内の水素オフガスを水素供給流路４２に圧送する水素ポンプ４４と、循環流路４３にアノード側気液分離器４５を介して接続されたアノード側水分供給流路４６と、を有している。   The fuel gas piping system 4 includes a hydrogen supply source 41, a hydrogen supply passage 42 through which hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 41 to the fuel cell 2 flows, and a hydrogen offgas (fuel offgas) discharged from the fuel cell 2. A circulation flow path 43 for returning to the confluence point A of the hydrogen supply flow path 42, a hydrogen pump 44 that pumps the hydrogen off-gas in the circulation flow path 43 to the hydrogen supply flow path 42, and an anode-side gas-liquid in the circulation flow path 43. And an anode-side moisture supply channel 46 connected via a separator 45.

水素供給源４１は、例えば高圧タンクや水素吸蔵合金などで構成され、所定圧力（例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留可能に構成される。後述する遮断弁４２ａを開くと、水素供給源４１から水素供給流路４２に水素ガスが流出する。なお、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から水素供給源４１を構成してもよい。また、水素吸蔵合金を有するタンクを水素供給源４１として採用することもできる。   The hydrogen supply source 41 is configured by, for example, a high-pressure tank or a hydrogen storage alloy, and configured to store hydrogen gas at a predetermined pressure (for example, 35 MPa or 70 MPa). When a shut-off valve 42a described later is opened, hydrogen gas flows out from the hydrogen supply source 41 into the hydrogen supply flow path 42. The hydrogen supply source 41 includes a reformer that generates a hydrogen-rich reformed gas from a hydrocarbon-based fuel, and a high-pressure gas tank that stores the reformed gas generated by the reformer in a high-pressure state. May be. Further, a tank having a hydrogen storage alloy can be employed as the hydrogen supply source 41.

水素供給流路４２には、水素供給源４１からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁４２ａと、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ４２ｂと、が設けられている。レギュレータ４２ｂは、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する減圧弁である。水素供給流路４２は、本発明におけるアノードガス供給流路及び反応ガス供給流路の一実施形態に相当する。   The hydrogen supply flow path 42 is provided with a shutoff valve 42a that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen supply source 41, and a regulator 42b that adjusts the pressure of the hydrogen gas. The regulator 42b is a pressure reducing valve that regulates the upstream pressure (primary pressure) to a preset secondary pressure. The hydrogen supply channel 42 corresponds to an embodiment of the anode gas supply channel and the reaction gas supply channel in the present invention.

循環流路４３は、水素オフガスを水素供給流路４２に戻すための戻り配管である。水素ポンプ４４は、図示されていないモータの駆動により、循環系内の水素ガスを燃料電池２に循環供給する。このように、水素供給流路４２の合流点Ａの下流側流路と、燃料電池２のセパレータに形成される燃料ガス流路と、循環流路４３と、によって水素ガスの循環系が構成される。循環系内を流れる流体には、水素オフガスのみならず、水素オフガスに比べると微量ではあるが、水分（生成水）、電解質膜を介して透過してきた窒素ガス、及び配管内のコンタミが含まれる。   The circulation channel 43 is a return pipe for returning the hydrogen off gas to the hydrogen supply channel 42. The hydrogen pump 44 circulates and supplies the hydrogen gas in the circulation system to the fuel cell 2 by driving a motor (not shown). Thus, the hydrogen gas circulation system is configured by the downstream flow path of the confluence point A of the hydrogen supply flow path 42, the fuel gas flow path formed in the separator of the fuel cell 2, and the circulation flow path 43. The The fluid flowing in the circulation system contains not only hydrogen off-gas but also moisture (product water), nitrogen gas that has permeated through the electrolyte membrane, and contamination in the piping, although the amount is small compared to hydrogen off-gas. .

循環流路４３に設けられたアノード側気液分離器４５は、水素オフガスから水分を回収するものである。アノード側水分供給流路４６は、アノード側気液分離器４５と水素供給流路４２とを連通接続する流路である。アノード側水分供給流路４６には、アノード側水ポンプ４７と、アノード側イオン交換器４８と、が設けられている。アノード側水ポンプ４７は、制御装置５の制御の下に作動して、アノード側気液分離器４５で回収した水分を水素供給流路４２に導入するものである。アノード側イオン交換器４８は、アノード側気液分離器４５で回収した水分内の不純物イオンを除去することにより、水素供給流路４２に供給される水分を略中性にするものである。   The anode-side gas-liquid separator 45 provided in the circulation channel 43 collects moisture from the hydrogen off gas. The anode-side moisture supply channel 46 is a channel that connects the anode-side gas-liquid separator 45 and the hydrogen supply channel 42 in communication. The anode side water supply channel 46 is provided with an anode side water pump 47 and an anode side ion exchanger 48. The anode-side water pump 47 operates under the control of the control device 5 and introduces the water collected by the anode-side gas-liquid separator 45 into the hydrogen supply channel 42. The anode side ion exchanger 48 makes the water supplied to the hydrogen supply channel 42 substantially neutral by removing impurity ions in the water collected by the anode side gas-liquid separator 45.

制御装置５は、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することにより、種々の制御を行う。   The control device 5 is configured by a computer system (not shown). Such a computer system is provided with a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like. Various control programs recorded in the ROM are read by the CPU to execute desired calculations, whereby various controls are performed. I do.

具体的には、制御装置５は、車両に設けられた加速用の操作部材（アクセルペダル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えばトラクションモータ等の負荷装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、負荷装置とは、トラクションモータのほかに、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ３４や水素ポンプ４４の各モータ等）、車両の走行に関与する各種装置（車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等を含む。   Specifically, the control device 5 detects an operation amount of an acceleration operation member (accelerator pedal or the like) provided in the vehicle, and requests an acceleration request value (for example, a required power generation amount from a load device such as a traction motor). In response to the control information, the operation of various devices in the system is controlled. In addition to the traction motor, the load device is an auxiliary device (for example, each motor of the compressor 34 and the hydrogen pump 44) necessary for operating the fuel cell 2, and various devices (wheels) that are involved in traveling of the vehicle. Control devices, steering devices, suspension devices, etc.), occupant space air conditioners (air conditioners), lighting, audio, etc.

また、制御装置５は、燃料電池２の発電時にカソード側水ポンプ３７を制御して空気供給流路３１に導入する水分の量を調整することにより、カソード側電位センサ２ａで検出される電位を特定電位領域内に設定する。また、制御装置５は、燃料電池２の発電時にアノード側水ポンプ４７を制御して水素供給流路４２に導入する水分の量を調整することにより、アノード側電位センサ２ｂで検出される電位を特定電位領域内に設定する。すなわち、制御装置５は、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。   Further, the control device 5 controls the cathode-side water pump 37 during power generation of the fuel cell 2 to adjust the amount of moisture introduced into the air supply flow path 31, thereby adjusting the potential detected by the cathode-side potential sensor 2a. Set within a specific potential region. In addition, the control device 5 controls the anode-side water pump 47 during power generation of the fuel cell 2 to adjust the amount of moisture introduced into the hydrogen supply flow path 42, thereby adjusting the potential detected by the anode-side potential sensor 2b. Set within a specific potential region. That is, the control device 5 functions as an embodiment of the control means in the present invention.

ここで、「特定電位領域」とは、金属セパレータの腐食を抑制するような電位領域を意味する。本実施形態における金属セパレータは、ステンレス鋼で製作されているため、図２に示すような分極特性を示す。すなわち、金属セパレータの酸化電流が所定の値Ａ０を超えるような電位領域においては、金属セパレータの金属イオンの溶出が大きくなり、腐食が進行する。このため、本実施形態においては、金属セパレータの酸化電流がＡ０未満となるような電位領域の一部を特定電位領域として採用する。具体的には、図２における [ＶＬＣ〜ＶＨＣ]（不働態域）をカソード側の特定電位領域として採用するとともに、図２における[ＶＬＡ〜ＶＨＡ]（不活態域）をアノード側の特定電位領域として採用している。 Here, the “specific potential region” means a potential region that suppresses corrosion of the metal separator. Since the metal separator in the present embodiment is made of stainless steel, it exhibits polarization characteristics as shown in FIG. That is, oxidation current of the metal separator in the potential region exceeding a predetermined value A 0, elution of metal ions of the metallic plates is increased, the corrosion proceeds. Therefore, in the present embodiment, employing a portion of the potential region such as oxidation current of the metallic plates is less than A 0 as the specific potential region. Specifically, [V LC to V HC ] (passive state region) in FIG. 2 is adopted as a specific potential region on the cathode side, and [V LA to V HA ] (inactive state region) in FIG. It is adopted as the specific potential region on the side.

なお、燃料電池２内の水分のｐＨとカソード側金属セパレータの電位との関係を、図３に示した。図３に示されるように、燃料電池２内の水分のｐＨが小さくなる（酸性に近づく）とカソード側金属セパレータの電位は高くなり、燃料電池２内の水分のｐＨが大きくなる（アルカリ性に近づく）とカソード側金属セパレータの電位は低くなる。従って、制御装置５は、カソード側金属セパレータの電位が特定電位領域の下限値（ＶＬＣ）よりも低い場合には、燃料電池２内の水分がアルカリ性に近づいているものと判断して、空気供給流路３１に導入する水分の量を低減させるようにカソード側水ポンプ３７を制御する。一方、制御装置５は、カソード側金属セパレータの電位が特定電位領域の上限値（ＶＨＣ）よりも高い場合には、燃料電池２内の水分が酸性に近づいているものと判断して、空気供給流路３１に導入する水分の量を増加させるようにカソード側水ポンプ３７を制御する。アノード側についても同様に制御することができる。 The relationship between the pH of water in the fuel cell 2 and the potential of the cathode side metal separator is shown in FIG. As shown in FIG. 3, when the pH of the water in the fuel cell 2 decreases (approaching acidity), the potential of the cathode-side metal separator increases, and the pH of the water in the fuel cell 2 increases (approaching alkalinity). ) And the potential of the cathode side metal separator is low. Therefore, when the potential of the cathode-side metal separator is lower than the lower limit value (V LC ) of the specific potential region, the control device 5 determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching alkalinity, and The cathode side water pump 37 is controlled so as to reduce the amount of moisture introduced into the supply flow path 31. On the other hand, when the potential of the cathode side metal separator is higher than the upper limit value (V HC ) of the specific potential region, the control device 5 determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching acidity, and air The cathode side water pump 37 is controlled so as to increase the amount of moisture introduced into the supply flow path 31. The anode side can be similarly controlled.

また、制御装置５は、システム停止時（燃料電池２の発電停止時）に、システム運転時（燃料電池２の発電時）よりも多量の水分を燃料電池２に供給するように、カソード側水ポンプ３７及びアノード側水ポンプ４７を制御する。これにより、システム停止時において、燃料電池２内のカソード側（アノード側）金属セパレータの腐食を一層効果的に抑制することができる。   Moreover, the control device 5 supplies the water on the cathode side so that a larger amount of water is supplied to the fuel cell 2 when the system is stopped (when power generation of the fuel cell 2 is stopped) than when the system is operated (when power generation is performed by the fuel cell 2). The pump 37 and the anode side water pump 47 are controlled. Thereby, when the system is stopped, the corrosion of the cathode side (anode side) metal separator in the fuel cell 2 can be more effectively suppressed.

次に、図４のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１の制御方法について説明する。本実施形態においては、燃料電池２を構成するカソード側金属セパレータの腐食を抑制する目的で、カソード側金属セパレータの電位を制御する方法について説明することとする。なお、アノード側金属セパレータの電位制御方法は、以下に説明する電位制御方法と実質的に同一であるので、説明を省略する。   Next, a control method of the fuel cell system 1 according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. In the present embodiment, a method for controlling the potential of the cathode-side metal separator will be described for the purpose of suppressing corrosion of the cathode-side metal separator constituting the fuel cell 2. Note that the potential control method for the anode-side metal separator is substantially the same as the potential control method described below, and a description thereof will be omitted.

まず、制御装置５は、燃料電池２の発電時に、カソード側電位センサ２ａを用いて、カソード側金属セパレータの電位を検出する（電位検出工程：Ｓ１）。次いで、制御装置５は、電位検出工程Ｓ１で検出した電位が特定電位領域の下限値（ＶＬＣ）以上か否かを判定する（第１電位判定工程：Ｓ２）。そして、制御装置５は、第１電位判定工程Ｓ２において、検出電位が特定電位領域の下限値未満であると判定した場合に、燃料電池２内の水分がアルカリ性に近づいているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値から所定量低減させるように制御して、空気供給流路３１に導入する水分の量を低減させる（供給水低減工程：Ｓ３）。供給水低減工程Ｓ３を経た後、制御装置５は、再び電位検出工程Ｓ１に戻って制御を続行する。 First, the control device 5 detects the potential of the cathode-side metal separator using the cathode-side potential sensor 2a during power generation of the fuel cell 2 (potential detection step: S1). Next, the control device 5 determines whether or not the potential detected in the potential detection step S1 is equal to or higher than the lower limit value (V LC ) of the specific potential region (first potential determination step: S2). When the control device 5 determines that the detected potential is less than the lower limit value of the specific potential region in the first potential determination step S2, the control device 5 determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching alkalinity, The discharge amount of the cathode side water pump 37 is controlled to be reduced by a predetermined amount from the standard value to reduce the amount of moisture introduced into the air supply flow path 31 (supply water reduction step: S3). After the supply water reduction step S3, the control device 5 returns to the potential detection step S1 again and continues the control.

制御装置５は、第１電位判定工程Ｓ２において、検出電位が特定電位領域の下限値以上であると判定した場合に、電位検出工程Ｓ１で検出した電位が特定電位領域の上限値（ＶＨＣ）以下か否かを判定する（第２電位判定工程：Ｓ４）。そして、制御装置５は、第２電位判定工程Ｓ４において、検出電位が特定電位領域の上限値を超えるものと判定した場合に、燃料電池２内の水分が酸性に近づいているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値から所定量増加させるように制御して、空気供給流路３１に導入する水分の量を増加させる（供給水増加工程：Ｓ５）。供給水増加工程Ｓ５を経た後、制御装置５は、再び電位検出工程Ｓ１に戻って制御を続行する。 When the control device 5 determines in the first potential determination step S2 that the detected potential is equal to or higher than the lower limit value of the specific potential region, the potential detected in the potential detection step S1 is the upper limit value (V HC ) of the specific potential region. It is determined whether or not (second potential determination step: S4). Then, in the second potential determination step S4, the control device 5 determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching acidic when it is determined that the detected potential exceeds the upper limit value of the specific potential region, The amount of water introduced into the air supply passage 31 is increased by controlling the discharge amount of the cathode side water pump 37 to be increased by a predetermined amount from the standard value (supply water increasing step: S5). After the supply water increasing step S5, the control device 5 returns to the potential detection step S1 again and continues the control.

制御装置５は、第２電位判定工程Ｓ４において、検出電位が特定電位領域の上限値以下であると判定した場合に、燃料電池２内の水分のｐＨが略中性となっているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値のまま維持する（定常維持工程：Ｓ６）。定常維持工程Ｓ６を経た後、制御装置５は、再び電位検出工程Ｓ１に戻って制御を続行する。以上の工程群（電位検出工程Ｓ１〜定常維持工程Ｓ６）を繰り返すことにより、カソード側金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域[ＶＬＣ〜ＶＨＣ]内に、カソード側金属セパレータの電位が設定されることとなる。以上の工程群は、本発明における電位制御工程の一実施形態を構成するものである。 In the second potential determination step S4, the control device 5 determines that the pH of the moisture in the fuel cell 2 is substantially neutral when it is determined that the detected potential is equal to or lower than the upper limit value of the specific potential region. Then, the discharge amount of the cathode side water pump 37 is maintained at the standard value (steady maintenance step: S6). After the steady maintenance step S6, the control device 5 returns to the potential detection step S1 again and continues the control. By repeating the above process group (potential detection process S1 to steady maintenance process S6), the potential of the cathode side metal separator is within the specific potential region [V LC to V HC ] where corrosion of the cathode side metal separator is suppressed. Will be set. The above process group constitutes one embodiment of the potential control process in the present invention.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、カソード側気液分離器３５で回収した水分を、カソード側イオン交換器３８で不純物イオンを除去して略中性とした状態で、カソード側水分供給流路３６を経由させて空気供給流路３１に導入することができる。従って、略中性の水分を含む酸化ガスを燃料電池２に供給することができ、燃料電池２内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることができる。しかも、空気供給流路３１に導入する水分の量（酸化ガスに含ませる水分の量）を調整することにより、カソード側金属セパレータの電位を特定電位領域内におさめることができる。この結果、システム運転時における燃料電池２内のカソード側金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。   In the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, the water collected by the cathode-side gas-liquid separator 35 is made substantially neutral by removing impurity ions by the cathode-side ion exchanger 38, and then the cathode side. It can be introduced into the air supply channel 31 via the moisture supply channel 36. Therefore, an oxidizing gas containing substantially neutral moisture can be supplied to the fuel cell 2, and the acidic ion concentration of moisture remaining in the fuel cell 2 can be reduced. Moreover, by adjusting the amount of moisture introduced into the air supply channel 31 (the amount of moisture contained in the oxidizing gas), the potential of the cathode-side metal separator can be kept within the specific potential region. As a result, corrosion of the cathode-side metal separator in the fuel cell 2 during system operation can be effectively suppressed.

また、以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１においては、システム停止時（燃料電池２の発電停止時）に、システム運転時（燃料電池２の発電時）よりも多量の水分を燃料電池２に供給することができる。従って、システム停止時において、燃料電池２内のカソード側金属セパレータの腐食を一層効果的に抑制することができる。   Further, in the fuel cell system 1 according to the embodiment described above, a larger amount of water is supplied when the system is stopped (when power generation of the fuel cell 2 is stopped) than when the system is operated (when power generation of the fuel cell 2 is performed). Can be supplied to. Therefore, corrosion of the cathode side metal separator in the fuel cell 2 can be more effectively suppressed when the system is stopped.

＜第２実施形態＞
続いて、図５〜図７を用いて、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システム１Ａについて説明する。 Second Embodiment
Subsequently, a fuel cell system 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施形態に係る燃料電池システム１Ａは、第１実施形態に係る燃料電池システム１の電位センサ２ａ・２ｂに代えてｐＨセンサ３５ａ・４５ａを採用するとともに制御態様を変更したものであり、その他の構成については第１実施形態に係る燃料電池システム１と実質的に同一である。従って、異なる構成を中心に説明し、重複する構成については第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明を省略することとする。   The fuel cell system 1A according to the present embodiment employs pH sensors 35a and 45a instead of the potential sensors 2a and 2b of the fuel cell system 1 according to the first embodiment, and has a changed control mode. The configuration is substantially the same as that of the fuel cell system 1 according to the first embodiment. Accordingly, different configurations will be mainly described, and overlapping configurations will be denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態に係る燃料電池システム１Ａは、図５に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池２、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４、システム全体を統括制御する制御装置５Ａ等を備える。   As shown in FIG. 5, the fuel cell system 1 </ b> A according to the present embodiment includes a fuel cell 2 that generates power upon receiving supply of reaction gas (oxidizing gas and fuel gas), and air as oxidizing gas to the fuel cell 2. An oxidant gas piping system 3 to be supplied, a fuel gas piping system 4 for supplying hydrogen gas as a fuel gas to the fuel cell 2, a control device 5A for overall control of the entire system, and the like are provided.

酸化ガス配管系３の排気流路３２に設けられたカソード側気液分離器３５には、その内部に貯留した水分のｐＨを検出するカソード側ｐＨセンサ３５ａが設けられている。また、燃料ガス配管系４の循環流路４３に設けられたアノード側気液分離器４５には、その内部に貯留した水分のｐＨを検出するアノード側ｐＨセンサ４５ａが設けられている。これらカソード側ｐＨセンサ３５ａ及びアノード側ｐＨセンサ４５ａで検出されたｐＨに係る情報は、制御装置５Ａに伝送されて、後述するｐＨ調整に用いられる。   The cathode-side gas-liquid separator 35 provided in the exhaust flow path 32 of the oxidizing gas piping system 3 is provided with a cathode-side pH sensor 35a that detects the pH of the water stored therein. The anode side gas-liquid separator 45 provided in the circulation passage 43 of the fuel gas piping system 4 is provided with an anode side pH sensor 45a for detecting the pH of water stored therein. Information on the pH detected by the cathode side pH sensor 35a and the anode side pH sensor 45a is transmitted to the control device 5A and used for pH adjustment described later.

制御装置５Ａは、図示していないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで所望の演算を実行することにより、種々の制御を行う。   The control device 5A is configured by a computer system (not shown). Such a computer system is provided with a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like. Various control programs recorded in the ROM are read by the CPU to execute desired calculations, whereby various controls are performed. I do.

具体的には、制御装置５Ａは、燃料電池２の発電時にカソード側水ポンプ３７を制御して空気供給流路３１に導入する水分の量を調整することにより、カソード側金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定するようにカソード側ｐＨセンサ３５ａで検出されるｐＨを特定ｐＨ領域内に設定する。また、制御装置５Ａは、燃料電池２の発電時にアノード側水ポンプ４７を制御して水素供給流路４２に導入する水分の量を調整することにより、アノード側金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定するようにアノード側ｐＨセンサ４５ａで検出されるｐＨを特定ｐＨ領域内に設定する。すなわち、制御装置５Ａは、本発明における制御手段の一実施形態として機能する。   Specifically, the control device 5A specifies the potential of the cathode-side metal separator by controlling the cathode-side water pump 37 during power generation of the fuel cell 2 and adjusting the amount of moisture introduced into the air supply channel 31. The pH detected by the cathode side pH sensor 35a is set in the specific pH region so as to be set in the potential region. Further, the control device 5A controls the anode-side water pump 47 during power generation of the fuel cell 2 to adjust the amount of moisture introduced into the hydrogen supply flow path 42, thereby adjusting the potential of the anode-side metal separator within the specific potential region. The pH detected by the anode side pH sensor 45a is set within a specific pH region. That is, the control device 5A functions as an embodiment of the control means in the present invention.

ここで、「特定電位領域」とは、第１実施形態で説明したように、金属セパレータの腐食を抑制するような電位領域を意味する。また、「特定ｐＨ領域」とは、特定電位領域に対応するｐＨ領域を意味する。本実施形態においては、図６に示すようなマップデータを用いて、特定電位領域と特定ｐＨ領域との関係を規定することとしている。図６に示すとおり、特定電位領域の上限値ＶＨＣには特定ｐＨ領域の下限値ＰＬＣが対応し、特定電位領域の下限値ＶＬＣには特定ｐＨ領域の上限値ＰＨＣが対応している。カソード側ｐＨセンサ３５ａで検出されるｐＨを特定ｐＨ領域[ＰＬＣ〜ＰＨＣ]内に設定することにより、カソード側金属セパレータの電位を特定電位領域[ＶＬＣ〜ＶＨＣ]内に設定することができる。アノード側についても同様に、ｐＨ調整による電位制御を行うことができる。 Here, the “specific potential region” means a potential region that suppresses the corrosion of the metal separator as described in the first embodiment. The “specific pH region” means a pH region corresponding to the specific potential region. In the present embodiment, the relationship between the specific potential region and the specific pH region is defined using map data as shown in FIG. As shown in FIG. 6, the upper limit value V HC of the specific potential region corresponds to the lower limit value P LC of the specific pH region, and the lower limit value V LC of the specific potential region corresponds to the upper limit value P HC of the specific pH region. Yes. By setting the pH detected by the cathode side pH sensor 35a within the specific pH region [P LC to P HC ], the potential of the cathode side metal separator is set within the specific potential region [V LC to V HC ]. Can do. Similarly, potential control by pH adjustment can be performed on the anode side.

次に、図７のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池システム１Ａの制御方法について説明する。本実施形態においては、燃料電池２を構成するカソード側金属セパレータの腐食を抑制する目的で、カソード側の水分のｐＨを調整することにより間接的に金属セパレータの電位を制御する方法について説明することとする。なお、アノード側金属セパレータの電位制御方法は、以下に説明する電位制御方法と実質的に同一であるので、説明を省略する。   Next, a control method of the fuel cell system 1A according to the present embodiment will be described using the flowchart of FIG. In the present embodiment, a method of indirectly controlling the potential of the metal separator by adjusting the pH of the moisture on the cathode side for the purpose of suppressing corrosion of the cathode side metal separator constituting the fuel cell 2 will be described. And Note that the potential control method for the anode-side metal separator is substantially the same as the potential control method described below, and a description thereof will be omitted.

まず、制御装置５Ａは、燃料電池２の発電時に、カソード側ｐＨセンサ３５ａを用いて、カソード側気液分離器３５の内部に貯留した水分のｐＨを検出する（ｐＨ検出工程：Ｓ１１）。次いで、制御装置５Ａは、ｐＨ検出工程Ｓ１１で検出したｐＨが特定ｐＨ領域の下限値（ＰＬＣ）以上か否かを判定する（第１ｐＨ判定工程：Ｓ１２）。そして、制御装置５Ａは、第１ｐＨ判定工程Ｓ１２において、検出ｐＨが特定ｐＨ領域の下限値未満であると判定した場合に、燃料電池２内の水分が酸性に近づいているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値から所定量増加させるように制御して、空気供給流路３１に導入する水分の量を低減させる（供給水増加工程：Ｓ１３）。供給水増加工程Ｓ１３を経た後、制御装置５Ａは、再びｐＨ検出工程Ｓ１１に戻って制御を続行する。 First, the control device 5A detects the pH of water stored in the cathode-side gas-liquid separator 35 using the cathode-side pH sensor 35a during power generation of the fuel cell 2 (pH detection step: S11). Next, the control device 5A determines whether or not the pH detected in the pH detection step S11 is equal to or higher than the lower limit (P LC ) of the specific pH region (first pH determination step: S12). Then, in the first pH determination step S12, the control device 5A determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching acidic when it is determined that the detected pH is less than the lower limit value of the specific pH region, and the cathode The amount of water introduced into the air supply passage 31 is reduced by controlling the discharge amount of the side water pump 37 to be increased by a predetermined amount from the standard value (supply water increasing step: S13). After the supply water increasing step S13, the control device 5A returns to the pH detection step S11 again and continues the control.

制御装置５Ａは、第１ｐＨ判定工程Ｓ１２において、検出ｐＨが特定ｐＨ領域の下限値以上であると判定した場合に、ｐＨ検出工程Ｓ１１で検出した電位が特定ｐＨ領域の上限値（ＰＨＣ）以下か否かを判定する（第２ｐＨ判定工程：Ｓ１４）。そして、制御装置５Ａは、第２ｐＨ判定工程Ｓ１４において、検出ｐＨが特定ｐＨ領域の上限値を超えるものと判定した場合に、燃料電池２内の水分がアルカリ性に近づいているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値から所定量低減させるように制御して、空気供給流路３１に導入する水分の量を低減させる（供給水低減工程：Ｓ１５）。供給水低減工程Ｓ１５を経た後、制御装置５Ａは、再びｐＨ検出工程Ｓ１１に戻って制御を続行する。 When the control device 5A determines in the first pH determination step S12 that the detected pH is equal to or higher than the lower limit value of the specific pH region, the potential detected in the pH detection step S11 is equal to or lower than the upper limit value (P HC ) of the specific pH region. (2nd pH determination process: S14). Then, in the second pH determination step S14, the control device 5A determines that the moisture in the fuel cell 2 is approaching alkalinity when it is determined that the detected pH exceeds the upper limit value of the specific pH region, and the cathode The amount of moisture introduced into the air supply passage 31 is reduced by controlling the discharge amount of the side water pump 37 to be reduced by a predetermined amount from the standard value (supply water reduction step: S15). After the supply water reduction step S15, the control device 5A returns to the pH detection step S11 again and continues the control.

制御装置５Ａは、第２ｐＨ判定工程Ｓ１４において、検出ｐＨが特定ｐＨ領域の上限値以下であると判定した場合に、燃料電池２内の水分のｐＨが略中性となっているものと判断し、カソード側水ポンプ３７の吐出量を標準値のまま維持する（定常維持工程：Ｓ１６）。定常維持工程Ｓ１６を経た後、制御装置５Ａは、再びｐＨ検出工程Ｓ１１に戻って制御を続行する。以上の工程群（ｐＨ検出工程Ｓ１１〜定常維持工程Ｓ１６）を繰り返すことにより、カソード側気液分離器３５の内部に貯留した水分のｐＨが特定ｐＨ領域[ＰＬＣ〜ＰＨＣ]内に設定され、これにより、カソード側金属セパレータの電位が特定電位領域[ＶＬＣ〜ＶＨＣ]内に設定されることとなる。以上の工程群は、本発明におけるｐＨ調整工程の一実施形態を構成するものである。 When determining that the detected pH is equal to or lower than the upper limit value of the specific pH region in the second pH determination step S14, the control device 5A determines that the pH of the water in the fuel cell 2 is substantially neutral. The discharge amount of the cathode side water pump 37 is maintained at the standard value (steady maintenance step: S16). After the steady maintenance step S16, the control device 5A returns to the pH detection step S11 again and continues the control. By repeating the above process group (pH detection process S11 to steady maintenance process S16), the pH of the water stored in the cathode-side gas-liquid separator 35 is set within a specific pH region [P LC to P HC ]. As a result, the potential of the cathode side metal separator is set within the specific potential region [V LC to V HC ]. The above process group constitutes one embodiment of the pH adjustment process in the present invention.

以上説明した実施形態に係る燃料電池システム１Ａにおいては、カソード側気液分離器３５で回収した水分を、カソード側イオン交換器３８で不純物イオンを除去して略中性とした状態で、カソード側水分供給流路３６を経由させて空気供給流路３１に導入することができる。従って、略中性の水分を含む酸化ガスを燃料電池２に供給することができ、燃料電池２内に残存した水分の酸性イオン濃度を低減させることができる。しかも、空気供給流路３１に導入する水分の量（酸化ガスに含ませる水分の量）を調整することにより、カソード側金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定するような特定ｐＨ領域内にカソード側気液分離器３５で回収した水分のｐＨを調整することができる。従って、システム運転時における燃料電池２内のカソード側金属セパレータの腐食を効果的に抑制することができる。   In the fuel cell system 1A according to the embodiment described above, the moisture collected by the cathode-side gas-liquid separator 35 is made substantially neutral by removing impurity ions by the cathode-side ion exchanger 38, and is made neutral. It can be introduced into the air supply channel 31 via the moisture supply channel 36. Therefore, an oxidizing gas containing substantially neutral moisture can be supplied to the fuel cell 2, and the acidic ion concentration of moisture remaining in the fuel cell 2 can be reduced. In addition, by adjusting the amount of moisture introduced into the air supply channel 31 (the amount of moisture included in the oxidizing gas), the potential of the cathode-side metal separator is set within a specific potential region within the specific potential region. The pH of the water recovered by the cathode side gas-liquid separator 35 can be adjusted. Therefore, corrosion of the cathode side metal separator in the fuel cell 2 during system operation can be effectively suppressed.

なお、以上の各実施形態においては、カソード側金属セパレータの腐食を抑制する目的で、カソード側金属セパレータの電位を直接的又は間接的に制御した例を示したが、同様の方法でアノード側金属セパレータの電位を直接的又は間接的に制御することにより、アノード側金属セパレータの腐食を抑制することができる。また、カソード側金属セパレータ及びアノード側金属セパレータ双方の電位を直接的又は間接的に制御して、これら双方の金属セパレータの腐食を抑制することもできる。   In each of the above embodiments, an example in which the potential of the cathode side metal separator is directly or indirectly controlled for the purpose of suppressing corrosion of the cathode side metal separator has been described. By directly or indirectly controlling the potential of the separator, corrosion of the anode side metal separator can be suppressed. Moreover, the potential of both the cathode side metal separator and the anode side metal separator can be controlled directly or indirectly to suppress corrosion of both of the metal separators.

また、以上の各実施形態においては、ステンレス鋼製の金属セパレータの腐食を抑制するための特定電位領域[ＶＬＣ〜ＶＨＣ]及び特定ｐＨ領域[ＰＬＣ〜ＰＨＣ]を設定した例を示したが、これら特定電位領域や特定ｐＨ領域の上限値及び下限値は、金属セパレータの材料に応じて適宜変更することができる。 Further, above respective embodiments, it shows an example of setting a specific potential range [V LC ~V HC] and the specific pH region [P LC ~P HC] for suppressing the corrosion of the metallic plates made of stainless steel However, the upper limit value and the lower limit value of the specific potential region and the specific pH region can be appropriately changed according to the material of the metal separator.

また、第２実施形態においては、気液分離器で回収した水分のｐＨを調整することにより金属セパレータの電位を特定電位領域内に設定した例を示したが、ｐＨセンサを塩化物イオンセンサに置き換え、気液分離器で回収した水分の塩化物イオンを所定濃度以下に調整することにより、塩化物イオンに起因した金属セパレータの腐食を抑制することが可能となる。   Moreover, in 2nd Embodiment, although the example which set the electric potential of the metal separator in the specific electric potential area | region by adjusting the pH of the water | moisture content collect | recovered with the gas-liquid separator was shown, a pH sensor is used as a chloride ion sensor. By replacing the chloride ions of the water collected by the gas-liquid separator to a predetermined concentration or less, corrosion of the metal separator caused by chloride ions can be suppressed.

また、以上の各実施形態においては、本発明に係る燃料電池システムを燃料電池車両に搭載した例を示したが、燃料電池車両以外の各種移動体（例えばロボット、船舶、航空機、電車等）に本発明に係る燃料電池システムを搭載することもできる。また、本発明に係る燃料電池システムを、建物（例えば住宅、ビル、工場等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムに適用してもよい。   In each of the above embodiments, the fuel cell system according to the present invention is mounted on the fuel cell vehicle. However, the present invention can be applied to various mobile bodies (for example, robots, ships, airplanes, trains, etc.) other than the fuel cell vehicle. The fuel cell system according to the present invention can also be mounted. Further, the fuel cell system according to the present invention may be applied to a stationary power generation system used as a power generation facility for buildings (for example, houses, buildings, factories, etc.).

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 図１に示す燃料電池システムの金属セパレータの分極特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the polarization characteristic of the metal separator of the fuel cell system shown in FIG. 図１に示す燃料電池システムの燃料電池内の水分のｐＨとカソード側金属セパレータの電位との関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the pH of water in the fuel cell of the fuel cell system shown in FIG. 1 and the potential of the cathode side metal separator. 図１に示す燃料電池システムの電位制御を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing potential control of the fuel cell system shown in FIG. 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図５に示す燃料電池システムのカソード側気液分離器内の水分のｐＨとカソード側金属セパレータの電位との関係を示すマップデータである。6 is map data showing the relationship between the pH of moisture in the cathode-side gas-liquid separator of the fuel cell system shown in FIG. 5 and the potential of the cathode-side metal separator. 図５に示す燃料電池システムのｐＨ調整を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows pH adjustment of the fuel cell system shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１・１Ａ…燃料電池システム、２…燃料電池、２ａ…カソード側電位センサ、２ｂ…アノード側電位センサ、５・５Ａ…制御装置（制御手段）、３１…空気供給流路（カソードガス供給流路、反応ガス供給流路）、３５…カソード側気液分離器、３５ａ…カソード側ｐＨセンサ、３６…カソード側水分供給流路、３７…カソード側水ポンプ、３８…カソード側イオン交換器、４２…水素供給流路（アノードガス供給流路、反応ガス供給流路）、４５…アノード側気液分離器、４５ａ…アノード側ｐＨセンサ、４６…アノード側水分供給流路、４７…アノード側水ポンプ、４８…アノード側イオン交換器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 * 1A ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 2a ... Cathode side electric potential sensor, 2b ... Anode side electric potential sensor, 5 * 5A ... Control apparatus (control means), 31 ... Air supply flow path (cathode gas supply flow path) , Reaction gas supply flow path), 35 ... cathode side gas-liquid separator, 35a ... cathode side pH sensor, 36 ... cathode side moisture supply flow path, 37 ... cathode side water pump, 38 ... cathode side ion exchanger, 42 ... Hydrogen supply flow path (anode gas supply flow path, reaction gas supply flow path), 45 ... anode side gas-liquid separator, 45a ... anode side pH sensor, 46 ... anode side water supply flow path, 47 ... anode side water pump, 48 ... Anode-side ion exchanger.

Claims (12)

固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、前記燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、を備える燃料電池システムであって、
前記気液分離器で回収した水分を前記反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、
前記気液分離器で回収した水分内の不純物イオンを除去するように水分供給流路に設けられたイオン交換器と、を備える、
燃料電池システム。 A fuel cell having a metal separator that sandwiches a membrane / electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane from both sides, and a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the fuel cell; A gas-liquid separator that collects water discharged from the fuel cell, and a fuel cell system comprising:
A moisture supply channel for introducing moisture recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel;
An ion exchanger provided in the moisture supply channel so as to remove impurity ions in the moisture recovered by the gas-liquid separator,
Fuel cell system. 前記気液分離器で回収した水分を前記反応ガス供給流路に導入するように前記水分供給流路に設けられた水ポンプと、
前記金属セパレータの電位を検出する電位センサと、
前記燃料電池の発電時に前記水ポンプを制御して前記反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、前記電位センサで検出される電位を前記金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に設定する制御手段と、を備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。 A water pump provided in the moisture supply channel so as to introduce the moisture recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel;
A potential sensor for detecting the potential of the metal separator;
By controlling the water pump during power generation of the fuel cell and adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel, the potential detected by the potential sensor is determined to prevent corrosion of the metal separator. Control means for setting in the potential region,
The fuel cell system according to claim 1. 前記反応ガス供給流路は、カソードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、カソードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記電位センサは、カソード側の前記金属セパレータの電位を検出するものである、
請求項２に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is a cathode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the cathode offgas,
The potential sensor detects a potential of the metal separator on the cathode side.
The fuel cell system according to claim 2. 前記反応ガス供給流路は、アノードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、アノードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記電位センサは、アノード側の前記金属セパレータの電位を検出するものである、
請求項２に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is an anode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the anode off gas,
The potential sensor detects a potential of the metal separator on the anode side.
The fuel cell system according to claim 2. 前記反応ガス供給流路は、カソードガス供給流路及びアノードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、カソードオフガス及びアノードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記電位センサは、カソード側及びアノード側の前記金属セパレータの電位を検出するものである、
請求項２に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is a cathode gas supply channel and an anode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the cathode offgas and the anode offgas,
The potential sensor detects the potential of the metal separator on the cathode side and the anode side,
The fuel cell system according to claim 2. 前記気液分離器で回収した水分を前記反応ガス供給流路に導入するように前記水分供給流路に設けられた水ポンプと、
前記気液分離器で回収した水分のｐＨを検出するｐＨセンサと、
前記金属セパレータの電位と前記気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを有し、前記燃料電池の発電時に前記データを用いて前記水ポンプを制御して前記反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、前記金属セパレータの電位を前記金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に設定するように前記ｐＨセンサで検出されるｐＨを特定ｐＨ領域内に設定する制御手段と、を備える、
請求項１に記載の燃料電池システム。 A water pump provided in the moisture supply channel so as to introduce the moisture recovered by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel;
A pH sensor for detecting the pH of the water recovered by the gas-liquid separator;
The reaction gas has data defining a correlation between the potential of the metal separator and the pH of water recovered by the gas-liquid separator, and the water pump is controlled using the data during power generation of the fuel cell. By adjusting the amount of moisture introduced into the supply channel, the pH detected by the pH sensor is set to a specific pH so that the potential of the metal separator is set within a specific potential region where corrosion of the metal separator is suppressed. Control means for setting in the area,
The fuel cell system according to claim 1. 前記反応ガス供給流路は、カソードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、カソードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記制御手段は、カソード側の前記金属セパレータの電位と前記気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを有し、カソード側の前記金属セパレータの電位を前記特定電位領域内に設定するように前記データを用いて前記水ポンプを制御するものである、
請求項６に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is a cathode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the cathode offgas,
The control means has data defining a correlation between the potential of the metal separator on the cathode side and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator, and the potential of the metal separator on the cathode side is set to the specific potential region. The water pump is controlled using the data so as to be set in
The fuel cell system according to claim 6. 前記反応ガス供給流路は、アノードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、アノードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記制御手段は、アノード側の前記金属セパレータの電位と前記気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを有し、アノード側の前記金属セパレータの電位を前記特定電位領域内に設定するように前記データを用いて前記水ポンプを制御するものである、
請求項６に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is an anode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the anode off gas,
The control means has data defining a correlation between the potential of the metal separator on the anode side and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator, and the potential of the metal separator on the anode side is set to the specific potential region. The water pump is controlled using the data so as to be set in
The fuel cell system according to claim 6. 前記反応ガス供給流路は、カソードガス供給流路及びアノードガス供給流路であり、
前記気液分離器は、カソードオフガス及びアノードオフガスに含まれる水分を回収するものであり、
前記制御手段は、カソード側及びアノード側の前記金属セパレータの電位と前記気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを有し、カソード側及びアノード側の前記金属セパレータの電位を前記特定電位領域内に設定するように前記データを用いて前記水ポンプを制御するものである、
請求項６に記載の燃料電池システム。 The reaction gas supply channel is a cathode gas supply channel and an anode gas supply channel,
The gas-liquid separator is for recovering moisture contained in the cathode offgas and the anode offgas,
The control means has data defining the correlation between the potential of the metal separator on the cathode side and the anode side and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator, and the control means has the data of the metal separator on the cathode side and the anode side. The water pump is controlled using the data so as to set a potential within the specific potential region.
The fuel cell system according to claim 6. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時に、前記燃料電池の発電時よりも多量の水分を前記燃料電池に供給するように前記水ポンプを制御するものである、
請求項２から９の何れか一項に記載の燃料電池システム。 The control means controls the water pump so that a larger amount of water is supplied to the fuel cell when the fuel cell stops generating power than when the fuel cell generates power.
The fuel cell system according to any one of claims 2 to 9. 固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、前記燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、前記気液分離器で回収した水分を前記反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、前記水分供給流路に設けられたイオン交換器及び水ポンプと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電時に、前記水ポンプを制御して前記反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、前記金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に前記金属セパレータの電位を設定する電位制御工程を備える、
燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell having a metal separator that sandwiches a membrane / electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane from both sides, and a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the fuel cell; A gas-liquid separator that collects moisture discharged from the fuel cell; a moisture supply channel that introduces moisture collected by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel; and A control method of a fuel cell system comprising an ion exchanger and a water pump provided,
By adjusting the amount of moisture introduced into the reaction gas supply channel by controlling the water pump during power generation of the fuel cell, the metal separator is placed in a specific potential region where corrosion of the metal separator is suppressed. A potential control step for setting the potential;
Control method of fuel cell system. 固体高分子電解質膜の両側に電極が配置されてなる膜・電極接合体を両側から挟持する金属セパレータを有する燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と、前記燃料電池から排出された水分を回収する気液分離器と、前記気液分離器で回収した水分を前記反応ガス供給流路に導入するための水分供給流路と、前記水分供給流路に設けられたイオン交換器及び水ポンプと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電時に、前記金属セパレータの電位と前記気液分離器で回収した水分のｐＨとの相関関係を規定するデータを用いて前記水ポンプを制御して前記反応ガス供給流路に導入する水分の量を調整することにより、前記金属セパレータの腐食が抑制される特定電位領域内に前記金属セパレータの電位を設定するように前記気液分離器で回収した水分のｐＨを特定ｐＨ領域内に設定するｐＨ調整工程を備える、
燃料電池システムの制御方法。 A fuel cell having a metal separator that sandwiches a membrane / electrode assembly in which electrodes are arranged on both sides of a solid polymer electrolyte membrane from both sides, and a reaction gas supply channel for supplying a reaction gas to the fuel cell; A gas-liquid separator that collects moisture discharged from the fuel cell; a moisture supply channel that introduces moisture collected by the gas-liquid separator into the reaction gas supply channel; and A control method of a fuel cell system comprising an ion exchanger and a water pump provided,
During the power generation of the fuel cell, the water pump is controlled and introduced into the reaction gas supply channel using data defining the correlation between the potential of the metal separator and the pH of the water recovered by the gas-liquid separator. By adjusting the amount of moisture to be generated, the pH of the water recovered by the gas-liquid separator is set within the specific pH region so that the potential of the metal separator is set within the specific potential region where corrosion of the metal separator is suppressed. A pH adjustment step to be set,
Control method of fuel cell system.
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