JP2009021209A - Fuel cell system - Google Patents

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Toru Yajima
亨 矢嶋
Yumiko Takizawa
由美子 瀧澤
Yuichi Sato
雄一 佐藤
Asako Sato
麻子 佐藤
Genta Omichi
元太 大道
Daisuke Watanabe
大介 渡邉
Hiroshi Suga
博史 菅
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of keeping the water content held in a cathode catalyst layer or a cathode gas diffusion layer composing a membrane electrode assembly in an optimum range, and keeping stable output for a long time. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 is equipped with a fuel cell 2 having a cathode conductive layer 19 and a heating means 50. A current shutoff means 102 shutting off current flowing to the fuel cell 2 is installed in output wiring 100, 101 outputting power from the fuel cell 2, and a voltage detecting means 103 detecting voltage generating in a unit cell 10 of the fuel cell is installed between the output wiring 100 and the output wiring 101. A control means 110 electrically connected to the heating means 50, the current shutoff means 102, and the voltage detecting means 103 is installed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体燃料を用いた燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell using liquid fuel.

近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は、燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムとなる。   In recent years, attempts have been made to use a fuel cell as a power source for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones so that they can be used for a long time without being charged. The fuel cell has a feature that it can generate electric power simply by supplying fuel and air, and can generate electric power continuously for a long time if fuel is replenished. For this reason, if the fuel cell can be reduced in size, it becomes a very advantageous system as a power source for portable electronic devices.

直接メタノール型燃料電池(Direct Methanol Fuel Cell:DMFC)は、小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。DMFCにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式や、燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。   The direct methanol fuel cell (DMFC) is promising as a power source for portable electronic devices because it can be miniaturized and the fuel can be easily handled. As the liquid fuel supply method in the DMFC, there are known an active method such as a gas supply type and a liquid supply type, and a passive method such as an internal vaporization type in which the liquid fuel in the fuel container is vaporized inside the cell and supplied to the fuel electrode. It has been.

これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はDMFCの小型化に対して特に有利である。パッシブ型DMFCにおいては、例えばアノード(燃料極)、電解質膜およびカソード(空気極)を有する膜電極接合体(燃料電池セル)を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。燃料収容部から気化した燃料を直接燃料電池セルに供給する場合、燃料電池の出力の制御性を高めることが重要となるが、現状のパッシブ型DMFCでは必ずしも十分な出力制御性は得られていない。   Among these, a passive system such as an internal vaporization type is particularly advantageous for downsizing of the DMFC. In the passive type DMFC, for example, a structure in which a membrane electrode assembly (fuel cell) having an anode (fuel electrode), an electrolyte membrane, and a cathode (air electrode) is disposed on a fuel housing portion made of a resin box-like container. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1). When the fuel vaporized from the fuel container is directly supplied to the fuel cell, it is important to improve the output controllability of the fuel cell, but the current passive DMFC does not always have sufficient output controllability. .

一方、DMFCの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することが検討されている(例えば、特許文献2−4参照。)。燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整することができる。特許文献3には、燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給する燃料電池が記載され、特許文献4には、電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給する燃料電池が記載されている。   On the other hand, it has been studied to connect a fuel cell of DMFC and a fuel storage part via a flow path (see, for example, Patent Documents 2-4). By supplying the liquid fuel supplied from the fuel storage unit to the fuel cell via the flow path, the supply amount of the liquid fuel can be adjusted based on the shape and diameter of the flow path. Patent Document 3 describes a fuel cell that supplies liquid fuel by a pump from a fuel storage portion to a flow path, and Patent Document 4 describes a fuel cell that supplies liquid fuel or the like using an electroosmotic flow pump. ing.

また、従来、燃料電池にヒータ等の加熱部を設けて、燃料電池の出力を調整することが行われている。例えば、燃料電池に燃料電池を加熱する加熱部を設け、例えば、電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも要求電力が大きいときには、加熱部の加熱に使用される電力を制限する技術等が開示されている(例えば、特許文献5参照。)。
国際公開第2005/112172号パンフレット 特表2005−518646号公報 特開2006−085952号公報 米国特許公開第2006/0029851号公報 特開2006−114364号公報
Conventionally, a heating unit such as a heater is provided in the fuel cell to adjust the output of the fuel cell. For example, a heating unit that heats the fuel cell is provided in the fuel cell. For example, when the required power is larger than the suppliable power that is the power that can be supplied by the power supply, the technology that limits the power used to heat the heating unit (For example, refer to Patent Document 5).
International Publication No. 2005/112172 Pamphlet JP 2005-518646 A JP 2006-089552 A US Patent Publication No. 2006/0029851 JP 2006-114364 A

燃料電池を作動させて発電する際、発電反応の結果としてカソード触媒層で水が発生する。従来の燃料電池では、その水がカソード触媒層やカソードガス拡散層の中に必要以上に保持されることによって、カソード触媒層で反応に必要な酸素が十分に供給されないことがあった。また、水がカソード触媒層やカソードガス拡散層の中に必要以上に保持されることによって、膜電極接合体を構成する部材の少なくとも一部の劣化を早め、燃料電池の出力が低下する恐れがあった。また、ヒータ等の加熱部が設けられた従来の燃料電池では、これらのカソードにおける問題を解決できる構成ではなかった。   When power is generated by operating the fuel cell, water is generated in the cathode catalyst layer as a result of the power generation reaction. In conventional fuel cells, the water necessary for the reaction in the cathode catalyst layer may not be sufficiently supplied by holding the water in the cathode catalyst layer or the cathode gas diffusion layer more than necessary. In addition, if water is retained more than necessary in the cathode catalyst layer or the cathode gas diffusion layer, at least part of the members constituting the membrane electrode assembly may be accelerated, and the output of the fuel cell may be reduced. there were. In addition, the conventional fuel cell provided with a heating unit such as a heater has not been configured to solve these problems in the cathode.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、膜電極接合体を構成するカソード触媒層やカソードガス拡散層の中に保持される水量を適切な範囲に維持することができ、長期間に亘って安定した出力を維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and it is possible to maintain the amount of water retained in the cathode catalyst layer and cathode gas diffusion layer constituting the membrane electrode assembly within an appropriate range. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that can maintain a stable output over a long period of time.

本発明の一態様によれば、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、前記空気極を加熱可能に設けられた加熱手段と、前記加熱手段を制御する制御手段とを具備することを特徴とする燃料電池システムが提供される。   According to one aspect of the present invention, a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and the fuel electrode side of the membrane electrode assembly And a fuel supply mechanism for supplying fuel to the fuel electrode, a heating means provided so as to heat the air electrode, and a control means for controlling the heating means. A fuel cell system is provided.

また、本発明の一態様によれば、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給手段を有する燃料供給機構と、前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値に制御する電流制御手段と、前記膜電極接合体で発生する電圧を検知する電圧検知手段と、前記電流制御手段を制御し、前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値にし、前記電圧検知手段で検知された電圧値に基づいて、前記燃料供給手段を制御して前記燃料極への燃料供給量を調整する制御手段とを具備することを特徴とする燃料電池システムが提供される。   Moreover, according to one aspect of the present invention, a membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode, and the fuel of the membrane electrode assembly A fuel supply mechanism that is disposed on the pole side and has a fuel supply means for supplying fuel to the fuel electrode; and a current control means that cuts off a current flowing through the membrane electrode assembly or controls the current value to be a predetermined value or less. The voltage detection means for detecting the voltage generated in the membrane electrode assembly and the current control means are controlled, the current flowing through the membrane electrode assembly is cut off or set to a current value below a predetermined value, and the voltage detection means There is provided a fuel cell system comprising: a control means for controlling the fuel supply means based on the detected voltage value to adjust the amount of fuel supplied to the fuel electrode.

本発明に係る燃料電池システムによれば、膜電極接合体を構成するカソード触媒層やカソードガス拡散層の中に保持される水量を適切な範囲に維持することができ、長期間に亘って安定した出力を維持することができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the amount of water retained in the cathode catalyst layer and the cathode gas diffusion layer constituting the membrane electrode assembly can be maintained in an appropriate range and stable over a long period of time. Output can be maintained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明に係る第1の実施の形態の燃料電池システム1の構成を示す断面図である。図2は、本発明に係る第1の実施の形態の燃料電池においてポンプ80を備えた場合の燃料電池システム1の構成を示す断面図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell system 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the fuel cell system 1 when the fuel cell according to the first embodiment of the present invention includes the pump 80.

図1に示すように、燃料電池システム1は、起電部を構成する燃料電池セル10と、この燃料電池セル10のアノード(燃料極)側およびカソード(空気極)側にそれぞれ設けられたアノード導電層18、カソード導電層19と、このアノード導電層18に対向させて設けられた複数の開口部31を有する燃料分配層30と、この燃料分配層30の燃料電池セル10側とは異なる側に配置され、燃料分配層30に液体燃料Fを供給する燃料供給機構40と、カソード導電層19に積層された加熱手段50と、この加熱手段50に積層された保湿層60と、この保湿層60に積層された、複数の空気導入口61を有する表面カバー62とを有する燃料電池2を備える。また、カソード(空気極)16のカソードガス拡散層15の所定位置に、カソードガス拡散層15の温度を計測する温度検知手段70が設けられている。   As shown in FIG. 1, a fuel cell system 1 includes a fuel cell 10 constituting an electromotive unit, and anodes provided on the anode (fuel electrode) side and the cathode (air electrode) side of the fuel cell 10 respectively. A conductive layer 18, a cathode conductive layer 19, a fuel distribution layer 30 having a plurality of openings 31 provided to face the anode conductive layer 18, and a side of the fuel distribution layer 30 different from the fuel cell 10 side The fuel supply mechanism 40 for supplying the liquid fuel F to the fuel distribution layer 30, the heating means 50 laminated on the cathode conductive layer 19, the moisture retention layer 60 laminated on the heating means 50, and the moisture retention layer A fuel cell 2 having a surface cover 62 having a plurality of air inlets 61 stacked on 60 is provided. Further, a temperature detecting means 70 for measuring the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is provided at a predetermined position of the cathode gas diffusion layer 15 of the cathode (air electrode) 16.

また、燃料電池システム1は、アノード導電層18、カソード導電層19のそれぞれに接続された、燃料電池2からの電力を出力する出力配線100、101を備える。また、出力配線100には、燃料電池2に流れる電流を遮断する電流遮断手段102が設けられている。また、燃料電池2は、これらの出力配線100、101を介して図示しない外部負荷に接続されている。さらに、燃料電池システム1は、出力配線100、101間に設けられた、燃料電池セル10で発生する電圧を検知する電圧検知手段103を備える。さらに、燃料電池システム1は、加熱手段50、温度検知手段70、電流遮断手段102、電圧検知手段103と電気的に接続された制御手段110を備える。なお、図中では、制御手段110と各手段とを電気的に接続する配線は省略している。   The fuel cell system 1 includes output wirings 100 and 101 that output power from the fuel cell 2 and are connected to the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19, respectively. Further, the output wiring 100 is provided with a current interrupting means 102 that interrupts the current flowing through the fuel cell 2. The fuel cell 2 is connected to an external load (not shown) via these output wirings 100 and 101. Furthermore, the fuel cell system 1 includes voltage detection means 103 that is provided between the output wirings 100 and 101 and detects a voltage generated in the fuel cell 10. The fuel cell system 1 further includes a control unit 110 electrically connected to the heating unit 50, the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102, and the voltage detection unit 103. In the drawing, the wiring for electrically connecting the control means 110 and each means is omitted.

燃料電池セル10は、いわゆる膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly:MEA)であり、アノード触媒層11とアノードガス拡散層12とを有するアノード(燃料極)13と、カソード触媒層14とカソードガス拡散層15とを有するカソード(空気極)16と、アノード触媒層11とカソード触媒層14とで挟持されたプロトン(水素イオン)伝導性を有する電解質膜17とから構成される。   The fuel cell 10 is a so-called membrane electrode assembly (MEA), and includes an anode (fuel electrode) 13 having an anode catalyst layer 11 and an anode gas diffusion layer 12, a cathode catalyst layer 14, and a cathode gas diffusion. A cathode (air electrode) 16 having a layer 15 and an electrolyte membrane 17 having proton (hydrogen ion) conductivity sandwiched between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14.

アノード触媒層11やカソード触媒層14に含有される触媒としては、例えばPt、Ru、Rh、Ir、Os、Pd等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層11として、例えば、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するPt−RuやPt−Mo等を用いることが好ましい。カソード触媒層14として、例えば、Pt、Pt−Ni、Pt−Co等を用いることが好ましい。ただし、触媒は、これらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は、炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。   Examples of the catalyst contained in the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 include a simple substance of a platinum group element such as Pt, Ru, Rh, Ir, Os, and Pd, and an alloy containing the platinum group element. As the anode catalyst layer 11, for example, Pt—Ru, Pt—Mo, or the like having strong resistance to methanol, carbon monoxide, or the like is preferably used. As the cathode catalyst layer 14, for example, Pt, Pt—Ni, Pt—Co or the like is preferably used. However, the catalyst is not limited to these, and various substances having catalytic activity can be used. The catalyst may be either a supported catalyst using a conductive support such as a carbon material or an unsupported catalyst.

電解質膜17を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂(ナフィオン(商品名、デュポン社製)やフレミオン(商品名、旭硝子社製)等)、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜17は、これらに限られるものではない。   Examples of the proton conductive material constituting the electrolyte membrane 17 include fluorine-based resins (Nafion (trade name, manufactured by DuPont) and Flemion (trade name, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) such as a perfluorosulfonic acid polymer having a sulfonic acid group. Etc.), organic materials such as hydrocarbon resins having sulfonic acid groups, or inorganic materials such as tungstic acid and phosphotungstic acid. However, the proton conductive electrolyte membrane 17 is not limited to these.

アノード触媒層11に積層されるアノードガス拡散層12は、アノード触媒層11に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層11の集電体も兼ねている。カソード触媒層14に積層されるカソードガス拡散層15は、カソード触媒層14に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層14の集電体も兼ねている。また、アノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15は、カーボンペーパ、カーボンクロス、カーボンシルク等の多孔性炭素質材、チタン、チタン合金、ステンレス、金などの金属材料からなる多孔質体またはメッシュなどで構成される。   The anode gas diffusion layer 12 laminated on the anode catalyst layer 11 serves to uniformly supply fuel to the anode catalyst layer 11 and also serves as a current collector for the anode catalyst layer 11. The cathode gas diffusion layer 15 laminated on the cathode catalyst layer 14 serves to uniformly supply the oxidant to the cathode catalyst layer 14 and also serves as a current collector for the cathode catalyst layer 14. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 are porous bodies or meshes made of a porous carbonaceous material such as carbon paper, carbon cloth, or carbon silk, or a metal material such as titanium, titanium alloy, stainless steel, or gold. Etc.

アノードガス拡散層12の表面に積層されたアノード導電層18、およびカソードガス拡散層15の表面に積層されたカソード導電層19は、例えば、Auのような導電金属材料からなるメッシュ、多孔質膜等で構成される。これらの中でも、アノード導電層18やカソード導電層19は、燃料電池セル10に対応して開口された複数の開口部を有する薄膜で構成されることが好ましく、この開口部を介して、燃料電池セル10に対向して設けられている燃料分配層30の開口部31からの燃料を燃料電池セル10に導く。なお、アノード導電層18およびカソード導電層19は、それらの周縁から燃料や酸化剤が漏れないように構成されている。また、電解質膜17とアノード導電層18およびカソード導電層19との間には、それぞれゴム製のOリング20が介在されており、これらによって燃料電池セル10からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。なお、ここでは、アノード導電層18およびカソード導電層19を備えた燃料電池2を示しているが、アノード導電層18およびカソード導電層19を設けずに、上記したようにアノードガス拡散層12およびカソードガス拡散層15を拡散層として機能させるとともに、導電層として機能させてもよい。   The anode conductive layer 18 laminated on the surface of the anode gas diffusion layer 12 and the cathode conductive layer 19 laminated on the surface of the cathode gas diffusion layer 15 are, for example, a mesh or a porous film made of a conductive metal material such as Au. Etc. Among these, the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are preferably formed of a thin film having a plurality of openings opened corresponding to the fuel cell 10, and the fuel cell is formed through the openings. The fuel from the opening 31 of the fuel distribution layer 30 provided facing the cell 10 is guided to the fuel cell 10. The anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are configured so that fuel and oxidant do not leak from their peripheral edges. Also, rubber O-rings 20 are interposed between the electrolyte membrane 17 and the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19, respectively, thereby preventing fuel leakage and oxidant leakage from the fuel cell 10. is doing. Here, the fuel cell 2 including the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 is shown, but the anode gas diffusion layer 12 and the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19 are not provided as described above. The cathode gas diffusion layer 15 may function as a diffusion layer and may function as a conductive layer.

加熱手段50は、カソード導電層19を介しての空気や燃料などの通過を可能とした状態で、カソード導電層19の表面に接するように積層される。なお、加熱手段50の設置位置は、この位置に限られるものではなく、例えば、カソードガス拡散層15を直接的に加熱するように、例えばカソードガス拡散層15内に埋設させても、カソードガス拡散層15の表面に接するように設けられてもよい。すなわち、加熱手段50は、カソード16、特にカソードガス拡散層15を、直接的または間接的に加熱可能に配設されていればよい。また、加熱手段50は、制御手段110による制御によって、作動または停止、温度調整等がなされる。加熱手段50は、電気ヒータ等で構成され、具体的には、例えば、ニクロム線、ラバーヒータ、セラミックヒータなどのように、電流が流れることによって発熱する素子で構成されることが好ましい。   The heating means 50 is laminated so as to be in contact with the surface of the cathode conductive layer 19 while allowing passage of air, fuel, and the like through the cathode conductive layer 19. The installation position of the heating means 50 is not limited to this position. For example, even if the cathode gas diffusion layer 15 is embedded in the cathode gas diffusion layer 15 so as to directly heat the cathode gas diffusion layer 15, for example, It may be provided in contact with the surface of the diffusion layer 15. In other words, the heating means 50 may be arranged so that the cathode 16, particularly the cathode gas diffusion layer 15, can be directly or indirectly heated. The heating unit 50 is activated or stopped, temperature-controlled, and the like under the control of the control unit 110. The heating means 50 is configured by an electric heater or the like, and specifically, preferably configured by an element that generates heat when a current flows, such as a nichrome wire, a rubber heater, or a ceramic heater.

温度検知手段70は、例えば、カソードガス拡散層15の表面や内部の所定位置に設けられ、カソードガス拡散層15の温度を検知するものである。この温度検知手段70は、例えば、最も温度が高くなる可能性のある、カソードガス拡散層15の中心(例えば、カソードガス拡散層の外形が長方形であれば、その対角線の交点)またはその近傍のカソードガス拡散層15の表面や内部に設置されることが好ましい。また、カソードガス拡散層15の中心またはその近傍に対向するカソード導電層19の表面や内部に温度検知手段70を設置してもよい。なお、燃料電池2の外形や構成などによって、上記したカソードガス拡散層15の中心以外に、温度が最も高くなる可能性のある位置が存在する場合には、その位置またはその近傍のカソードガス拡散層15、またはカソードガス拡散層15の中心またはその近傍に対向するカソード導電層19の表面や内部に温度検知手段70を設けるのが好ましい。なお、温度検知手段70をカソードガス拡散層15またはカソード導電層19の内部に設ける場合には、例えば、貫通しない程度の孔や凹部を形成して、孔や凹部に温度検知手段70を設置することが好ましい。   The temperature detection means 70 is provided, for example, at a predetermined position on the surface or inside of the cathode gas diffusion layer 15 and detects the temperature of the cathode gas diffusion layer 15. This temperature detection means 70 is, for example, at the center of the cathode gas diffusion layer 15 (for example, the intersection of the diagonal lines if the cathode gas diffusion layer has a rectangular outer shape) or the vicinity of the cathode gas diffusion layer 15 where the temperature may be highest. It is preferably installed on the surface or inside of the cathode gas diffusion layer 15. Further, the temperature detecting means 70 may be provided on the surface or inside of the cathode conductive layer 19 facing the center of the cathode gas diffusion layer 15 or the vicinity thereof. If there is a position where the temperature is likely to be the highest other than the center of the cathode gas diffusion layer 15 due to the outer shape or configuration of the fuel cell 2, the cathode gas diffusion at or near that position is likely to be present. It is preferable to provide the temperature detection means 70 on the surface or inside of the cathode conductive layer 19 facing the layer 15 or the center of the cathode gas diffusion layer 15 or the vicinity thereof. In the case where the temperature detection means 70 is provided inside the cathode gas diffusion layer 15 or the cathode conductive layer 19, for example, holes or recesses that do not penetrate are formed, and the temperature detection means 70 is installed in the holes or recesses. It is preferable.

温度検知手段70として、例えば、熱電対、抵抗式温度計、サーミスタ、ペルチエ素子、その他、温度によって電気的な信号を出力する素子等を用いることができる。また、温度検知手段70からの出力は、制御手段110に入力される。   As the temperature detection means 70, for example, a thermocouple, a resistance thermometer, a thermistor, a Peltier element, or other elements that output an electrical signal according to temperature can be used. Further, the output from the temperature detection means 70 is input to the control means 110.

保湿層60は、カソード触媒層14で生成された水の一部が含浸して、水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層14への空気の均一拡散を促進するものである。この保湿層60は、例えば、ポリエチレン多孔質膜等からなる平板で構成される。なお、保湿層60を設けずに燃料電池2を構成してもよい。   The moisturizing layer 60 is impregnated with a part of the water generated in the cathode catalyst layer 14 to suppress the transpiration of water and promote uniform diffusion of air to the cathode catalyst layer 14. The moisturizing layer 60 is composed of a flat plate made of, for example, a polyethylene porous film. Note that the fuel cell 2 may be configured without providing the moisture retention layer 60.

表面カバー62は、空気の取入れ量を調整するものであり、その調整は、空気導入口61の個数や大きさ等を変更することで行われる。表面カバー62は、例えば、SUS304のような金属で構成することができるが、これに限定されるものではない。   The front cover 62 is for adjusting the amount of air taken in, and the adjustment is performed by changing the number and size of the air inlets 61. For example, the front cover 62 can be made of a metal such as SUS304, but is not limited thereto.

燃料供給機構40は、燃料収容部41と、燃料供給部42と、流路43とを主に備える。   The fuel supply mechanism 40 mainly includes a fuel storage part 41, a fuel supply part 42, and a flow path 43.

燃料収容部41には、燃料電池セル10に対応した液体燃料Fが収容されている。液体燃料Fとしては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料Fは、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料Fは、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料収容部41には、燃料電池セル10に応じた液体燃料が収容される。   The fuel storage unit 41 stores liquid fuel F corresponding to the fuel battery cell 10. Examples of the liquid fuel F include methanol fuels such as methanol aqueous solutions having various concentrations and pure methanol. The liquid fuel F is not necessarily limited to methanol fuel. The liquid fuel F may be, for example, an ethanol fuel such as an ethanol aqueous solution or pure ethanol, a propanol fuel such as a propanol aqueous solution or pure propanol, a glycol fuel such as a glycol aqueous solution or pure glycol, dimethyl ether, formic acid, or other liquid fuel. In any case, liquid fuel corresponding to the fuel cell 10 is stored in the fuel storage portion 41.

燃料供給部42は、配管等で構成される液体燃料Fの流路43を介して燃料収容部41と接続されている。燃料供給部42には、燃料収容部41から流路43を介して液体燃料Fが導入され、導入された液体燃料Fおよび/またはこの液体燃料Fが気化した気化成分は、燃料分配層30およびアノード導電層18を介して燃料電池セル10に供給される。流路43は、燃料供給部42や燃料収容部41と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部42や燃料収容部41とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Fの流路であってもよい。すなわち、燃料供給部42は、流路等を介して燃料収容部41と連通されていればよい。   The fuel supply unit 42 is connected to the fuel storage unit 41 via a flow path 43 of the liquid fuel F configured by piping or the like. Liquid fuel F is introduced into the fuel supply unit 42 from the fuel storage unit 41 via the flow path 43, and the introduced liquid fuel F and / or the vaporized component of the liquid fuel F vaporized are the fuel distribution layer 30 and The fuel cell 10 is supplied via the anode conductive layer 18. The flow path 43 is not limited to piping independent of the fuel supply unit 42 and the fuel storage unit 41. For example, when the fuel supply unit 42 and the fuel storage unit 41 are stacked and integrated, a flow path of the liquid fuel F that connects them may be used. That is, the fuel supply unit 42 only needs to communicate with the fuel storage unit 41 through a flow path or the like.

燃料収容部41に収容された液体燃料Fは、重力を利用して流路43を介して燃料供給部42まで落下させて送液することができる。また、流路43に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部41に収容された液体燃料Fを燃料供給部42まで送液してもよい。さらに、図2に示すように、流路43の一部に、燃料供給手段として機能するポンプ80を介在させて、燃料収容部41に収容された液体燃料Fを燃料供給部42まで強制的に送液してもよい。   The liquid fuel F accommodated in the fuel accommodating part 41 can be dropped and sent to the fuel supply part 42 via the flow path 43 using gravity. Alternatively, the flow path 43 may be filled with a porous body or the like, and the liquid fuel F stored in the fuel storage section 41 may be fed to the fuel supply section 42 by capillary action. Further, as shown in FIG. 2, a pump 80 functioning as a fuel supply means is interposed in a part of the flow path 43 to force the liquid fuel F stored in the fuel storage unit 41 to the fuel supply unit 42. You may send liquid.

このポンプ80は、燃料収容部41から燃料供給部42に液体燃料Fを単に送液する供給ポンプとして機能するものであり、燃料電池セル10に供給された過剰な液体燃料Fを循環する循環ポンプとしての機能を備えるものではない。このポンプ80を備えた燃料電池2は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは構成が異なり、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも構成が異なる、いわゆるセミパッシブ型と呼ばれる方式に該当する。なお、燃料供給手段として機能するポンプ80の種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料Fを制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリベーンポンプは、モータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは、電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは、電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは、柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。上記したようにポンプ80を設ける場合、ポンプ80は、制御手段110と電気的に接続され、制御手段110によって、燃料供給部42に供給される液体燃料Fの供給量が制御される。   The pump 80 functions as a supply pump that simply supplies the liquid fuel F from the fuel storage unit 41 to the fuel supply unit 42, and is a circulation pump that circulates excess liquid fuel F supplied to the fuel cells 10. It does not have the function as. Since the fuel cell 2 provided with the pump 80 does not circulate fuel, the fuel cell 2 is called a so-called semi-passive type, which has a different configuration from a conventional active method and a different configuration from a pure passive method such as a conventional internal vaporization type. Applicable to the method. The type of the pump 80 that functions as the fuel supply means is not particularly limited, but from the viewpoint that a small amount of the liquid fuel F can be fed with good controllability and that further reduction in size and weight can be achieved. It is preferable to use a vane pump, an electroosmotic flow pump, a diaphragm pump, a squeezing pump, or the like. The rotary vane pump feeds liquid by rotating wings with a motor. The electroosmotic flow pump uses a sintered porous body such as silica that causes an electroosmotic flow phenomenon. A diaphragm pump drives a diaphragm with an electromagnet or piezoelectric ceramics to send liquid. The squeezing pump presses a part of a flexible fuel flow path and squeezes the fuel. Among these, it is more preferable to use an electroosmotic pump or a diaphragm pump having piezoelectric ceramics from the viewpoint of driving power, size, and the like. When the pump 80 is provided as described above, the pump 80 is electrically connected to the control unit 110, and the supply amount of the liquid fuel F supplied to the fuel supply unit 42 is controlled by the control unit 110.

また、燃料供給部42から燃料電池セル10への燃料供給が行われる構成であればポンプ80に代えて、燃料供給手段として燃料制御弁を配置する構成とすることも可能である。この燃料制御弁は、流路43による液体燃料Fの供給を制御するために設けられるものである。また、燃料制御弁は、ポンプ80と同様に、制御手段110と電気的に接続され、制御手段110によって燃料制御弁の開度等が調整され、燃料供給部42に供給される液体燃料Fの供給量が制御される。   In addition, if the fuel is supplied from the fuel supply unit 42 to the fuel cells 10, a fuel control valve may be arranged as a fuel supply means instead of the pump 80. This fuel control valve is provided to control the supply of the liquid fuel F through the flow path 43. In addition, the fuel control valve is electrically connected to the control means 110 in the same manner as the pump 80, the opening degree of the fuel control valve is adjusted by the control means 110, and the liquid fuel F supplied to the fuel supply unit 42 is adjusted. The supply amount is controlled.

燃料分配層30は、例えば、複数の開口部31が形成された平板で構成され、アノードガス拡散層12と燃料供給部42との間に挟持される。この燃料分配層30は、液体燃料Fの気化成分や液体燃料Fを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。また、燃料分配層30は、例えば、液体燃料Fの気化成分と液体燃料Fとを分離し、その気化成分を燃料電池セル10側へ透過させる気液分離膜で構成されてもよい。気液分離膜には、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン(LDPE)薄膜、ポリ塩化ビニル(PVC)薄膜、ポリエチレンテレフタレート(PET)薄膜、フッ素樹脂(たとえばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)など)微多孔膜などが用いられる。   The fuel distribution layer 30 is configured by, for example, a flat plate in which a plurality of openings 31 are formed, and is sandwiched between the anode gas diffusion layer 12 and the fuel supply unit 42. The fuel distribution layer 30 is made of a material that does not allow the vaporized component of the liquid fuel F or the liquid fuel F to permeate. Specifically, for example, a polyethylene terephthalate (PET) resin, a polyethylene naphthalate (PEN) resin, or a polyimide resin. Etc. Further, the fuel distribution layer 30 may be constituted by, for example, a gas-liquid separation membrane that separates the vaporized component of the liquid fuel F and the liquid fuel F and permeates the vaporized component to the fuel cell unit 10 side. Examples of the gas-liquid separation membrane include silicone rubber, low density polyethylene (LDPE) thin film, polyvinyl chloride (PVC) thin film, polyethylene terephthalate (PET) thin film, fluororesin (for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene). -Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) etc.) A microporous film etc. are used.

電圧検知手段103は、燃料電池セル10で発生する電圧を検知するもので、出力配線100、101間に設けられている。電圧検知手段103として、例えば、電子回路を使用したデジタル電圧計などを用いることができる。また、電圧検知手段103からの出力は、制御手段110に入力される。   The voltage detection unit 103 detects a voltage generated in the fuel battery cell 10 and is provided between the output wirings 100 and 101. As the voltage detection means 103, for example, a digital voltmeter using an electronic circuit can be used. Further, the output from the voltage detection means 103 is input to the control means 110.

制御手段110は、例えば、演算装置(CPU)、読み出し専用メモリ(ROM)やランダムアクセスメモリ(RAM)、内蔵するタイマー、その他必要に応じて情報を保持し続ける半導体メモリ等の記憶手段から主に構成され、CPUでは、そのROMやRAM等の記憶手段に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する。また、制御手段110は、加熱手段50、温度検知手段70、電流遮断手段102、電圧検知手段103の各手段との信号の出入力等を制御する。   The control means 110 mainly includes, for example, an arithmetic unit (CPU), a read-only memory (ROM), a random access memory (RAM), a built-in timer, and other storage means such as a semiconductor memory that keeps information as necessary. The CPU is configured to execute various arithmetic processes using programs and data stored in the storage means such as the ROM and RAM. The control unit 110 controls input / output of signals to / from each of the heating unit 50, the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102, and the voltage detection unit 103.

ここで、ROMやRAM等の記憶手段に格納されたプログラムには、後述する、カソード16中に保持されている水量の適否を判定するプログラム等が含まれており、例えば、制御手段110は、そのプログラムに従ってカソード16中に保持されている水量の適否の判定を実行する。   Here, the program stored in the storage means such as the ROM or RAM includes a program for determining the suitability of the amount of water held in the cathode 16, which will be described later. In accordance with the program, it is determined whether or not the amount of water held in the cathode 16 is appropriate.

ここで、燃料電池システム1は、上記した構成に限られるものではなく、例えば、燃料電池2が複数の燃料電池セル10を備え、それらの燃料電池セル10が直列、並列あるいはそれらを組み合わせた構成で電気的に接続されている場合においても適用することができる。   Here, the fuel cell system 1 is not limited to the above-described configuration. For example, the fuel cell 2 includes a plurality of fuel cells 10 and the fuel cells 10 are connected in series, in parallel, or a combination thereof. The present invention can be applied even in the case of being electrically connected with.

図3Aおよび図3Bには、複数の燃料電池セル10が直列に接続された場合における燃料電池システム1の一例を模式的に示す図である。   3A and 3B are diagrams schematically showing an example of the fuel cell system 1 when a plurality of fuel cells 10 are connected in series.

図3Aおよび図3Bに示すように、複数の燃料電池セル10のうち、少なくとも1つの燃料電池セル10に対して、電流を遮断可能に電流遮断手段102を設けてもよい。この場合、図3Aに示すように、通常は、複数の燃料電池セル10が直列に接続され、各燃料電池セル10の出力は外部負荷に供給される。そして、カソード16中に保持されている水量の適否を判定する際に、図3Bに示すように、制御手段110が電流遮断手段102を制御して、1つの燃料電池セル10に対して電流を遮断し、この燃料電池セル10で発生する電圧を電圧検知手段103で検知する。制御手段110は、この燃料電池セル10の電圧に基づいて、カソード16中に保持されている水量の適否を判定し、各燃料電池セル10の加熱手段50を制御する。そして、上記判定後、制御手段110は、電流遮断手段102を制御して、図3Aに示す、複数の燃料電池セル10が直列に接続され配線状態に戻す。   As shown in FIG. 3A and FIG. 3B, the current interrupting means 102 may be provided for at least one fuel cell 10 among the plurality of fuel cells 10 so that the current can be interrupted. In this case, as shown in FIG. 3A, normally, a plurality of fuel cells 10 are connected in series, and the output of each fuel cell 10 is supplied to an external load. When determining whether or not the amount of water held in the cathode 16 is appropriate, the control means 110 controls the current interrupting means 102 to supply a current to one fuel cell 10 as shown in FIG. 3B. The voltage detection means 103 detects the voltage generated in the fuel cell 10. Based on the voltage of the fuel cell 10, the control unit 110 determines whether or not the amount of water held in the cathode 16 is appropriate, and controls the heating unit 50 of each fuel cell 10. Then, after the above determination, the control means 110 controls the current interrupting means 102 so that the plurality of fuel cells 10 shown in FIG. 3A are connected in series and returned to the wiring state.

このように、複数の燃料電池セル10のうち、1つの燃料電池セル10を用いて、カソード16中に保持されている水量の適否を判定することで、他の燃料電池セル10の出力は、外部負荷に供給される。これによって、カソード16中に保持されている水量の適否を判定する際に、燃料電池システム1としての出力の減少を最小限に抑えることができる。   Thus, by using one fuel cell 10 among the plurality of fuel cells 10 to determine the suitability of the amount of water held in the cathode 16, the output of the other fuel cells 10 is Supplied to external load. As a result, when determining the appropriateness of the amount of water held in the cathode 16, it is possible to minimize a decrease in output as the fuel cell system 1.

次に、上記した燃料電池2における作用について説明する。   Next, the operation of the fuel cell 2 described above will be described.

燃料収容部41から流路43を介して燃料供給部42に供給された液体燃料Fは、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層30およびアノード導電層18を介して燃料電池セル10のアノードガス拡散層12に供給される。アノードガス拡散層12に供給された燃料は、アノードガス拡散層12で拡散してアノード触媒層11に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層11で次の式(1)に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
CHOH+HO → CO+6H++6e- …式(1)
The liquid fuel F supplied from the fuel storage unit 41 to the fuel supply unit 42 via the flow path 43 remains as a liquid fuel, or in a state where liquid fuel and vaporized fuel vaporized from the liquid fuel are mixed. And supplied to the anode gas diffusion layer 12 of the fuel cell 10 through the anode conductive layer 18. The fuel supplied to the anode gas diffusion layer 12 is diffused in the anode gas diffusion layer 12 and supplied to the anode catalyst layer 11. When methanol fuel is used as the liquid fuel, an internal reforming reaction of methanol represented by the following formula (1) occurs in the anode catalyst layer 11.
CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e Formula (1)

なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、メタノールは、カソード触媒層14で生成した水や電解質膜17中の水と上記した式(1)の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。   When pure methanol is used as the methanol fuel, is methanol reformed by water generated in the cathode catalyst layer 14 or water in the electrolyte membrane 17 and the internal reforming reaction of the above formula (1)? Or other reaction mechanisms that do not require water.

この反応で生成した電子(e-)は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード16に導かれる。また、式(1)の内部改質反応で生成したプロトン(H+)は、電解質膜17を経てカソード16に導かれる。カソード16には酸化剤として空気が供給される。カソード16に到達した電子(e-)とプロトン(H+)は、カソード触媒層14で空気中の酸素と次の式(2)に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
(3/2)O+6e-+6H+ → 3HO …式(2)
Electrons (e ) generated by this reaction are guided to the outside through a current collector, and are guided to the cathode 16 after operating a portable electronic device or the like as so-called electricity. Proton (H + ) generated by the internal reforming reaction of the formula (1) is guided to the cathode 16 through the electrolyte membrane 17. Air is supplied to the cathode 16 as an oxidant. The electrons (e ) and protons (H + ) that have reached the cathode 16 cause a reaction shown in the following equation (2) with oxygen in the air at the cathode catalyst layer 14, and water is generated along with this power generation reaction. .
(3/2) O 2 + 6e + 6H + → 3H 2 O Formula (2)

上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池2において得ることができる。   The internal reforming reaction described above is performed smoothly, and a high output and a stable output can be obtained in the fuel cell 2.

また、本発明に係る燃料電池システム1では、燃料電池2の面積1cm当りに流れる電流を20mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)に設定した状態で、カソード16を構成するカソード触媒層やカソードガス拡散層の中に保持されている水量の適否を判定する。そして、カソード16に保持されている水量が多く、燃料電池2の出力を妨げると判定した場合には、カソード16、特にカソードガス拡散層15を加熱して、カソード16に保持されている水を蒸発させることで、カソード16中に保持される水の量を適切な範囲に維持している。 Further, in the fuel cell system 1 according to the present invention, the following 20mA the current flowing through the area of 1cm per second fuel cell 2 (cut-off state, that is, the current value including 0) in a state set to the cathode constituting the cathode 16 The suitability of the amount of water retained in the catalyst layer and the cathode gas diffusion layer is determined. When it is determined that the amount of water held in the cathode 16 is large and impedes the output of the fuel cell 2, the cathode 16, particularly the cathode gas diffusion layer 15 is heated, and the water held in the cathode 16 is discharged. By evaporating, the amount of water retained in the cathode 16 is maintained within an appropriate range.

ここでは、燃料電池セル(膜電極接合体)の面積1cm当りに流れる電流を20mA以下に設定した状態で、カソード16中に保持されている水量の適否を判定することが好適である理由について説明する。 Here, the reason why it is preferable to determine the suitability of the amount of water held in the cathode 16 in a state where the current flowing per 1 cm 2 area of the fuel cell (membrane electrode assembly) is set to 20 mA or less. explain.

カソード16中に水が必要以上に保持されたことを判定する方法として、発明者らは、研究の結果、燃料電池セル10に流れる電流を遮断、もしくは通常発電時よりも小さな電流値(面積1cm当りに流れる電流を20mA以下)に制御した場合に、燃料電池セル10に発生する電圧を測定することにより、カソード16中に保持されている水量の適否を簡便かつ確実に判定できることを見出した。 As a method for determining that water is held more than necessary in the cathode 16, the inventors, as a result of research, cut off the current flowing through the fuel cell 10, or a current value smaller than that during normal power generation (area 1 cm). When the current flowing per 2 is controlled to 20 mA or less), it has been found that by measuring the voltage generated in the fuel cell 10, the suitability of the amount of water retained in the cathode 16 can be easily and reliably determined. .

図4は、燃料電池セル(膜電極接合体)の面積1cm当りに流れる電流と、その際に燃料電池セルで発生する電圧との関係を示した図である。図4には、(A)カソード中に保持される水の量が最適な場合、(B)カソード中に保持される水の量は最適であるが、他の原因によって通常の発電時の電圧値において電流値が減少した場合、(C)カソード中に保持される水の量が過剰で不適な場合について、上記した電流と電圧の関係を示している。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the current flowing per 1 cm 2 area of the fuel cell (membrane electrode assembly) and the voltage generated in the fuel cell at that time. FIG. 4 shows that (A) when the amount of water held in the cathode is optimal, (B) the amount of water held in the cathode is optimal, but the voltage during normal power generation due to other causes. When the current value decreases in value, (C) the relationship between the current and voltage is shown for the case where the amount of water retained in the cathode is excessive and inappropriate.

図4に示すように、(C)の場合、すなわちカソード中に保持される水の量が過剰で不適な場合における電流に対する電圧の変化曲線は、(A)の場合、すなわちカソード中に保持される水の量が最適な場合における電流に対する電圧の変化曲線を、電圧が減少する方向に平行移動した状態に近い形状を示している。また、(C)の場合には、(A)の場合よりも、通常発電時の電圧値(通常発電時には電圧が一定になるように制御されている場合)における電流値は減少する。しかしながら、(C)の場合には、(B)の場合、すなわちカソード中に保持される水の量は最適であるが、他の原因によって通常の発電時の電圧値において電流値が減少した場合と、通常発電時の電圧値における電流値が同程度となるため、この通常の発電時の電圧値における電流値から、(B)の場合であるか、(C)の場合であるかを判定することはできない。   As shown in FIG. 4, the change curve of the voltage with respect to the current in the case of (C), that is, when the amount of water retained in the cathode is excessive and inappropriate, is retained in the case of (A), that is, in the cathode. The voltage change curve with respect to the current in the case where the amount of water is optimal shows a shape close to a state in which the voltage is reduced in parallel. In the case of (C), the current value at the voltage value during normal power generation (when the voltage is controlled to be constant during normal power generation) is smaller than in the case of (A). However, in the case of (C), in the case of (B), that is, the amount of water retained in the cathode is optimal, but the current value decreases in the voltage value during normal power generation due to other causes. Since the current value at the voltage value during normal power generation is approximately the same, it is determined from the current value at the voltage value during normal power generation whether the case is (B) or (C). I can't do it.

これに対して、電流を遮断あるいは20mA以下の条件では、(B)の場合における電圧値と、(C)の場合における電圧値との差が大きくなる。そこで、この電流を遮断あるいは20mA以下としたときの、(C)の場合における電圧値を境界値とし、この境界値よりも電圧値が小さくなる場合には、カソード中に保持される水の量が過剰で不適であると判定することができる。   On the other hand, under the condition where the current is interrupted or 20 mA or less, the difference between the voltage value in the case of (B) and the voltage value in the case of (C) becomes large. Therefore, when this current is cut off or 20 mA or less, the voltage value in the case of (C) is used as a boundary value, and when the voltage value is smaller than this boundary value, the amount of water retained in the cathode Can be determined to be excessive and inappropriate.

なお、カソード中に保持されている水量の適否を判定することがさらに好ましい燃料電池セル(膜電極接合体)の面積1cm当りに流れる電流は、(B)の場合における電圧値と(C)の場合における電圧値との差がさらに大きくなる10mA以下である。 The current flowing per 1 cm 2 area of the fuel cell (membrane electrode assembly), which is more preferably determined as to whether or not the amount of water held in the cathode is appropriate, is the voltage value in the case of (B) and (C). In this case, the difference from the voltage value is 10 mA or less.

また、電流を遮断あるいは20mA以下の条件に設定した直後は、燃料電池セルで発生する電圧は上昇し、その後徐々に減少して所定値となる。したがって、電流の制御後すぐに所定の電圧値とはならないので、電圧値の評価は、電流の制御後所定の時間をおいてすることが好ましい。一方、電流を遮断あるいは20mA以下の条件に制御している間は、燃料電池の出力の値が「0」もしくは通常発電時よりも小さな値となるため、燃料電池を他の機器の電源として用いる場合には、電流を制御する時間は短いほど好ましい。そこで、電圧値がほぼ安定し、かつ電源としての機能の低下を最小限とすることを考慮して、電圧値の評価は、電流の制御後、1秒以上10分以下の範囲で行うことが好ましい。さらに好ましいのは、1分以上5分以下である。   Immediately after the current is cut off or set to 20 mA or less, the voltage generated in the fuel cell rises and then gradually decreases to a predetermined value. Therefore, since the predetermined voltage value is not obtained immediately after the current control, the voltage value is preferably evaluated after a predetermined time after the current control. On the other hand, while the current is cut off or controlled to a condition of 20 mA or less, the output value of the fuel cell is “0” or smaller than that during normal power generation, so the fuel cell is used as a power source for other devices. In some cases, the shorter the time for controlling the current, the better. Therefore, in consideration of the fact that the voltage value is almost stable and the deterioration of the function as a power source is minimized, the voltage value can be evaluated within a range of 1 second to 10 minutes after current control. preferable. More preferably, it is 1 minute or more and 5 minutes or less.

次に、燃料電池システム1の動作について、図5を参照して説明する。   Next, the operation of the fuel cell system 1 will be described with reference to FIG.

図5は、燃料電池システム1の動作を示すフローチャートである。
まず、制御手段110は、例えば、燃料電池システム1の作動に基づいて、内蔵するタイマーの現時刻t1を「0」とし、その後の経過時間をカウントする(ステップS210)。
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system 1.
First, for example, based on the operation of the fuel cell system 1, the control unit 110 sets the current time t1 of the built-in timer to “0” and counts the elapsed time thereafter (step S210).

続いて、制御手段110は、タイマーにおける現時刻t1と、例えばROMやRAM等の記憶手段に格納され、予め設定された時間t2とを比較する(ステップS211)。ここで、予め設定された時間t2は、運転開始から、カソード16中に保持されている水量の適否の判定を開始するまでの時間であり、適宜に設定可能である。   Subsequently, the control unit 110 compares the current time t1 in the timer with a preset time t2 stored in a storage unit such as a ROM or a RAM (step S211). Here, the preset time t2 is the time from the start of operation until the start of determination of the suitability of the amount of water held in the cathode 16, and can be set as appropriate.

ステップS211の判定で、現時刻t1が予め設定された時間t2よりも小さい、すなわち予め設定された時間t2に達していないと判定した場合(ステップS211の「t1<t2」)には、制御手段110は、再度、ステップS211からの処理を実行する。   If it is determined in step S211 that the current time t1 is smaller than the preset time t2, that is, the preset time t2 has not been reached (“t1 <t2” in step S211), the control means 110 again executes the processing from step S211.

ステップS211の判定で、現時刻t1が予め設定された時間t2以上、すなわち予め設定された時間t2に達したと判定した場合(ステップS211の「t1≧t2」)には、制御手段110は、電流遮断手段102等を所定時間制御し、燃料電池2に流れる電流を20mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)、さらに好ましくは、燃料電池2に流れる電流を10mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)に設定する(ステップS212)。   When it is determined in step S211 that the current time t1 is equal to or greater than the preset time t2, that is, the preset time t2 (“t1 ≧ t2” in step S211), the control unit 110 The current interrupting means 102 and the like are controlled for a predetermined time, and the current flowing through the fuel cell 2 is 20 mA or less (in the interrupted state, that is, the current value includes 0). That is, the current value is set to 0 (step S212).

ここで、燃料電池2に流れる電流を遮断する場合には、電流遮断手段102を制御して、遮断状態とすることで実現できる。また、燃料電池2に流れる電流を0より大きく20mA以下に設定する場合には、燃料電池セルと外部負荷との間に接続されるDC/DCコンバータを電流一定で制御し、その制御される電流の値を上記の設定値にすることで実現できる。この際、燃料電池2に流れる電流を制御する所定時間は、1秒以上10分以下、さらに好ましくは1分以上5分以下である。   Here, the interruption of the current flowing through the fuel cell 2 can be realized by controlling the current interruption means 102 to be in the interruption state. When the current flowing through the fuel cell 2 is set to be larger than 0 and 20 mA or less, the DC / DC converter connected between the fuel cell and the external load is controlled at a constant current, and the controlled current This value can be realized by setting the above value to the above set value. At this time, the predetermined time for controlling the current flowing through the fuel cell 2 is not less than 1 second and not more than 10 minutes, more preferably not less than 1 minute and not more than 5 minutes.

続いて、制御手段110は、電圧検知手段103からの出力に基づいて、燃料電池2で発生している電圧V1を特定し、例えばROMやRAM等の記憶手段に格納され、予め設定された電圧V2と比較する(ステップS213)。ここで、予め設定された電圧V2は、前述した、燃料電池2に流れる電流を20mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)に設定した状態で、カソード16中に保持される水の量が過剰で不適な場合における電圧値(図4の(C)の場合)である。すなわち、電圧V2は、燃料電池2に流れる20mA以下の電流値に対応して予め設定された値である。また、電圧V1は、上記した電流を制御する所定時間の範囲内で計測された値である。   Subsequently, the control unit 110 specifies the voltage V1 generated in the fuel cell 2 based on the output from the voltage detection unit 103, and is stored in a storage unit such as a ROM or a RAM, for example. Compare with V2 (step S213). Here, the preset voltage V2 is the water held in the cathode 16 in the state where the current flowing through the fuel cell 2 is set to 20 mA or less (cut-off state, that is, the current value includes 0). This is a voltage value when the amount is excessive and inappropriate (in the case of FIG. 4C). That is, the voltage V2 is a value set in advance corresponding to a current value of 20 mA or less flowing through the fuel cell 2. The voltage V1 is a value measured within a predetermined time range for controlling the above-described current.

ステップS213の判定で、特定した電圧V1が、予め設定された電圧V2以上であると判定した場合(ステップS213の「V1≧V2」)には、リターンしスタートからの処理を実行する。   If it is determined in step S213 that the specified voltage V1 is equal to or higher than the preset voltage V2 (“V1 ≧ V2” in step S213), the process returns and the process from the start is executed.

一方、ステップS213の判定で、特定した電圧V1が、予め設定された電圧V2よりも小さいと判定した場合(ステップS213の「V1<V2」)には、続いて、制御手段110は、温度検知手段70からの出力に基づいて、カソードガス拡散層15の温度T1を特定し、特定した温度T1が、例えばROMやRAM等の記憶手段に格納され、予め設定された温度T2と比較する(ステップS214)。   On the other hand, when it is determined in step S213 that the specified voltage V1 is smaller than the preset voltage V2 (“V1 <V2” in step S213), the control unit 110 subsequently detects the temperature. Based on the output from the means 70, the temperature T1 of the cathode gas diffusion layer 15 is specified, and the specified temperature T1 is stored in a storage means such as ROM or RAM and compared with a preset temperature T2 (step). S214).

ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2よりも高いと判定した場合(ステップS214の「T1>T2」)には、再度、ステップS210からの処理を実行する。   If it is determined in step S214 that the identified temperature T1 is higher than the preset temperature T2 (“T1> T2” in step S214), the processing from step S210 is executed again.

一方、ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2以下であると判定した場合(ステップS214の「T1≦T2」)には、制御手段110は、加熱手段50を作動させる(ステップS215)。これによって、加熱手段50で発生した熱は、カソード導電層19を介してカソードガス拡散層15に伝導し、カソードガス拡散層15を加熱する。   On the other hand, when it is determined in step S214 that the specified temperature T1 is equal to or lower than the preset temperature T2 (“T1 ≦ T2” in step S214), the control unit 110 operates the heating unit 50. (Step S215). Thus, the heat generated by the heating means 50 is conducted to the cathode gas diffusion layer 15 through the cathode conductive layer 19 and heats the cathode gas diffusion layer 15.

続いて、制御手段110は、内蔵するタイマーの現時刻t1を「0」とし、加熱手段50を作動後の経過時間をカウントする(ステップS216)。   Subsequently, the control unit 110 sets the current time t1 of the built-in timer to “0”, and counts the elapsed time after the heating unit 50 is activated (step S216).

続いて、制御手段110は、タイマーにおける現時刻t1と、例えばROMやRAM等の記憶手段に格納され、予め設定された時間t3とを比較する(ステップS217)。ここで、予め設定された時間t3は、加熱手段50を作動させてから、カソード16中に保持されている水量の適否の判定を開始するまでの時間であり、適宜に設定可能である。   Subsequently, the control unit 110 compares the current time t1 in the timer with a preset time t3 stored in a storage unit such as a ROM or a RAM (step S217). Here, the preset time t3 is the time from when the heating means 50 is operated until the determination of the suitability of the amount of water held in the cathode 16 is started, and can be set as appropriate.

ステップS217の判定で、現時刻t1が予め設定された時間t3よりも小さい、すなわち予め設定された時間t3に達していないと判定した場合(ステップS217の「t1<t3」)には、制御手段110は、再度、ステップS217からの処理を実行する。   If it is determined in step S217 that the current time t1 is smaller than the preset time t3, that is, has not reached the preset time t3 (“t1 <t3” in step S217), the control means 110 again executes the processing from step S217.

ステップS217の判定で、現時刻t1が予め設定された時間t3以上、すなわち予め設定された時間t3に達したと判定した場合(ステップS217の「t1≧t3」)には、制御手段110は、電流遮断手段102等を所定時間制御し、燃料電池2に流れる電流を20mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)、さらに好ましくは、燃料電池2に流れる電流を10mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)に設定する(ステップS218)。   When it is determined in step S217 that the current time t1 is equal to or greater than the preset time t3, that is, the preset time t3 (“t1 ≧ t3” in step S217), the control unit 110 The current interrupting means 102 and the like are controlled for a predetermined time, and the current flowing through the fuel cell 2 is 20 mA or less (in the interrupted state, that is, the current value includes 0). That is, the current value is set to 0 (step S218).

ここで、燃料電池2に流れる電流を遮断する場合には、電流遮断手段102を制御して、遮断状態とすることで実現できる。また、燃料電池2に流れる電流を0より大きく20mA以下に設定する場合には、燃料電池セルと外部負荷との間に接続されるDC/DCコンバータを電流一定で制御し、その制御される電流の値を上記の設定値にすることで実現できる。この際、燃料電池2に流れる電流を制御する所定時間は、1秒以上10分以下、さらに好ましくは1分以上5分以下である。   Here, the interruption of the current flowing through the fuel cell 2 can be realized by controlling the current interruption means 102 to be in the interruption state. When the current flowing through the fuel cell 2 is set to be larger than 0 and 20 mA or less, the DC / DC converter connected between the fuel cell and the external load is controlled at a constant current, and the controlled current This value can be realized by setting the above value to the above set value. At this time, the predetermined time for controlling the current flowing through the fuel cell 2 is not less than 1 second and not more than 10 minutes, more preferably not less than 1 minute and not more than 5 minutes.

続いて、制御手段110は、電圧検知手段103からの出力に基づいて、燃料電池2で発生している電圧V1を特定し、例えばROMやRAM等の記憶手段に格納され、予め設定された電圧V2と比較する(ステップS219)。ここで、予め設定された電圧V2は、前述した、燃料電池2に流れる電流を20mA以下(遮断状態、すなわち電流値が0を含む)に設定した状態で、カソード16中に保持される水の量が過剰で不適な場合における電圧値(図4の(C)の場合)である。すなわち、電圧V2は、燃料電池2に流れる20mA以下の電流値に対応して予め設定された値である。また、電圧V1は、上記した電流を制御する所定時間の範囲内で計測された値である。   Subsequently, the control unit 110 specifies the voltage V1 generated in the fuel cell 2 based on the output from the voltage detection unit 103, and is stored in a storage unit such as a ROM or a RAM, for example. Compare with V2 (step S219). Here, the preset voltage V2 is the water held in the cathode 16 in the state where the current flowing through the fuel cell 2 is set to 20 mA or less (cut-off state, that is, the current value includes 0). This is a voltage value when the amount is excessive and inappropriate (in the case of FIG. 4C). That is, the voltage V2 is a value set in advance corresponding to a current value of 20 mA or less flowing through the fuel cell 2. The voltage V1 is a value measured within a predetermined time range for controlling the above-described current.

ステップS219の判定で、特定した電圧V1が、予め設定された電圧V2よりも小さいと判定した場合(ステップS219の「V1<V2」)には、再度、ステップS216からの処理を実行する。   If it is determined in step S219 that the specified voltage V1 is smaller than the preset voltage V2 (“V1 <V2” in step S219), the processing from step S216 is executed again.

一方、ステップS219の判定で、特定した電圧V1が、予め設定された電圧V2以上であると判定した場合(ステップS219の「V1≧V2」)には、制御手段110は、加熱手段50を停止させる(ステップS220)。そして、リターンしスタートからの処理を実行する。   On the other hand, when it is determined in step S219 that the specified voltage V1 is equal to or higher than the preset voltage V2 (“V1 ≧ V2” in step S219), the control unit 110 stops the heating unit 50. (Step S220). Then, the process returns and the process from the start is executed.

ここで、前述したように、カソードガス拡散層15の加熱は、加熱手段50を用いる代わりに、燃料供給手段として機能するポンプ80や燃料制御弁を用いてもよい。この場合には、上記ステップS215において、制御手段110は、ポンプ80や燃料制御弁を制御して、燃料電池セル10に供給する燃料の供給量を増加させる。また、上記ステップS220において、制御手段110は、ポンプ80や燃料制御弁を制御して、燃料電池セル10に供給する燃料の供給量を通常の量に戻す。   Here, as described above, the cathode gas diffusion layer 15 may be heated by using the pump 80 or the fuel control valve functioning as the fuel supply means instead of using the heating means 50. In this case, in step S 215, the control unit 110 controls the pump 80 and the fuel control valve to increase the amount of fuel supplied to the fuel cell 10. In step S220, the control unit 110 controls the pump 80 and the fuel control valve to return the amount of fuel supplied to the fuel cell 10 to a normal amount.

このように、ポンプ80や燃料制御弁によって燃料電池セル10に供給する燃料の供給量を増加させると、電解質膜17を通過してカソード側に透過する燃料の量が増加する。すなわち燃料のクロスオーバが促進される。カソード側に透過した燃料は、カソード側の酸素と発熱反応を生じる。この反応によって発生した熱を利用して、カソードガス拡散層15を加熱する。ここで、カソード側に透過させる燃料の量は、例えば、カソード側で発熱反応をして発生する熱量が、加熱手段50で発生する熱量に等しくなる程度とすることが好ましい。具体的には、例えば、カソードガス拡散層15の温度が、上記した予め設定された温度T2になるまで、燃料の供給量を増加させることが好ましい。   Thus, when the amount of fuel supplied to the fuel cell 10 is increased by the pump 80 or the fuel control valve, the amount of fuel that passes through the electrolyte membrane 17 and permeates to the cathode side increases. That is, fuel crossover is promoted. The fuel permeated to the cathode side causes an exothermic reaction with oxygen on the cathode side. The cathode gas diffusion layer 15 is heated using the heat generated by this reaction. Here, the amount of fuel to be permeated to the cathode side is preferably set such that, for example, the amount of heat generated by an exothermic reaction on the cathode side is equal to the amount of heat generated by the heating means 50. Specifically, for example, it is preferable to increase the fuel supply amount until the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 reaches the above-described preset temperature T2.

また、燃料電池システム1において、温度検知手段70を設けないか、または作動させずに、燃料電池システムを作動させてもよい。この場合には、上記したステップS214の処理が実行されずに、ステップS213の処理後、ステップS215の処理が実行され、加熱手段50が作動される。   Further, in the fuel cell system 1, the fuel cell system may be operated without providing or operating the temperature detecting means 70. In this case, the process of step S214 is not performed, the process of step S215 is performed after the process of step S213, and the heating unit 50 is activated.

上記した本発明に係る第1の実施の形態の燃料電池システム1によれば、燃料電池セル10に流れる電流を遮断もしくは通常発電時の電流よりも小さな電流に制御し、電圧検知手段103で検知した電圧値が、予め設定された値を下回った場合に、カソード16中に保持されている水量が過剰と判定して、カソード16の少なくとも一部、特にカソードガス拡散層15を加熱することができる。これによって、カソード16中の水が蒸発し、カソード16中に保持される水量を減少させることができ、カソード16中に過剰の水が保持されることによる燃料電池2の出力の低下を抑制することができる。   According to the fuel cell system 1 of the first embodiment of the present invention described above, the current flowing through the fuel cell 10 is controlled to be cut off or smaller than the current during normal power generation and detected by the voltage detection means 103. When the measured voltage value falls below a preset value, it is determined that the amount of water retained in the cathode 16 is excessive, and at least a part of the cathode 16, particularly the cathode gas diffusion layer 15, can be heated. it can. As a result, the water in the cathode 16 evaporates and the amount of water retained in the cathode 16 can be reduced, and a decrease in the output of the fuel cell 2 due to the retention of excess water in the cathode 16 is suppressed. be able to.

(他の実施の形態)
第1の実施の形態の燃料電池システム1では、温度検知手段70、電流遮断手段102、電圧検知手段103などを備え、燃料電池セル10に流れる電流を遮断もしくは通常発電時の電流よりも小さな電流に制御し、電圧検知手段103で検知した電圧値が、予め設定された値を下回った場合に、カソードガス拡散層15を加熱するシステムについて説明したが、カソードガス拡散層15を加熱するシステムは、この構成に限られるものではない。
(Other embodiments)
The fuel cell system 1 according to the first embodiment includes a temperature detection unit 70, a current interruption unit 102, a voltage detection unit 103, and the like, and interrupts the current flowing through the fuel cell 10 or is smaller than the current during normal power generation. The system that heats the cathode gas diffusion layer 15 when the voltage value detected by the voltage detection means 103 falls below a preset value has been described. However, the system that heats the cathode gas diffusion layer 15 is described below. The configuration is not limited to this.

図6は、本発明に係る他の実施の形態の燃料電池システム1の構成を示す断面図である。図7は、加熱手段50および制御手段110を備える燃料電池システム1の制御の一例を示す図である。例えば、図6に示すように、燃料電池システム1において、温度検知手段70、電流遮断手段102および電圧検知手段103を備えず、加熱手段50および制御手段110を備える構成としてもよい。この構成では、図7に示すように、所定時間毎に加熱手段50を所定時間作動させ、カソードガス拡散層15を加熱する。また、加熱する時間間隔は、図7に示すように、燃料電池セル10のカソードガス拡散層15の表面の温度が急激に低下する時間に対応させて設定されることが好ましい。なお、この燃料電池セル10の温度が急激に低下する時間は、予め試験などで得られた結果等に基づいて把握することができる。例えば、加熱手段50を50分間オフ(非加熱状態)とし、その後10分間オン(加熱状態)する。ここで、制御手段110は、所定時間毎に加熱手段50を所定時間作動させる制御ができるものであればよく、例えばタイマーなどで構成されてもよい。また、加熱手段50を作動させたときにおけるカソードガス拡散層15の温度の上限値は、燃料電池セル10を構成する各部材の熱による劣化や変形などを最小限にし、かつ、本発明に係る燃料電池を搭載した携帯機器の利用者が、携帯機器の表面に触れたときに火傷(低温火傷を含む)などを生じる危険性を最小限にするという安全性の観点から、60〜80℃とすることが好ましい。なお、図6では、ポンプを備えていない燃料電池システム1の構成を示しているが、図2に示す燃料電池システム1と同様にポンプ80を備えてもよい。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell system 1 according to another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of control of the fuel cell system 1 including the heating unit 50 and the control unit 110. For example, as shown in FIG. 6, the fuel cell system 1 may be configured to include the heating unit 50 and the control unit 110 without including the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102, and the voltage detection unit 103. In this configuration, as shown in FIG. 7, the heating means 50 is operated for a predetermined time every predetermined time to heat the cathode gas diffusion layer 15. Further, as shown in FIG. 7, the heating time interval is preferably set in correspondence with the time when the temperature of the surface of the cathode gas diffusion layer 15 of the fuel cell 10 rapidly decreases. It should be noted that the time during which the temperature of the fuel cell 10 rapidly decreases can be grasped based on the results obtained in advance through tests or the like. For example, the heating means 50 is turned off for 50 minutes (non-heated state) and then turned on for 10 minutes (heated state). Here, the control means 110 only needs to be able to control the heating means 50 to operate for a predetermined time every predetermined time, and may be constituted by, for example, a timer. Further, the upper limit value of the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 when the heating unit 50 is operated minimizes deterioration and deformation of each member constituting the fuel cell 10 due to heat, and the present invention relates to the present invention. From a safety point of view of minimizing the risk that a user of a portable device equipped with a fuel cell may cause a burn (including low temperature burn) when touching the surface of the portable device, the temperature is 60 to 80 ° C. It is preferable to do. 6 shows the configuration of the fuel cell system 1 that is not provided with a pump, the pump 80 may be provided similarly to the fuel cell system 1 shown in FIG.

また、加熱手段50は、前述した、電気ヒータ等で構成することや、加熱手段50を用いる代わりに、燃料供給手段として機能するポンプ80や燃料制御弁を用いることに限られない。例えば、図1で設けられた場合と同様に電流遮断手段102を設け、この電流遮断手段102を加熱手段として機能させてもよい。すなわち、燃料電池2に流れる電流を遮断することでカソードガス拡散層15を加熱する構成としてもよい。具体的には、燃料電池2に流れる電流を遮断すると、燃料は、アノード触媒層11で反応せずにカソード触媒層側に透過する。そして、カソード触媒層側に透過した燃料は、カソード触媒層側で酸化反応を生じて熱を発生する。カソードガス拡散層15は、その熱によって加熱される。図8は、電流遮断手段102を加熱手段として機能させた場合における燃料電池システム1の制御の一例を示す図である。図8に示すように、所定時間毎に電流遮断手段102により所定時間燃料電池セル10に流れる電流を遮断し、カソードガス拡散層15を加熱する。また、加熱する時間間隔は、図8に示すように、燃料電池セル10のカソードガス拡散層15の表面の温度が所定温度(例えば、30〜50℃)に低下する時間に対応させて設定されることが好ましい。なお、この燃料電池セル10の温度が所定温度に低下する時間は、予め試験などで得られた結果等に基づいて把握することができる。例えば、50分間電流を流し(非加熱状態)、その後10分間電流を遮断(加熱状態)する。また、この場合、電流を遮断し続けていれば温度が上がり続けるというものではなく、遮断している時間が長くなると燃料電池セル10の温度が低下する。また、電流を遮断した場合、燃料電池セル10は発電してない状態となるため、電流を遮断する時間は最小限に抑えることが好ましい。   Further, the heating unit 50 is not limited to the above-described electric heater or the like, or the pump 80 or the fuel control valve functioning as the fuel supply unit instead of using the heating unit 50. For example, the current interrupting means 102 may be provided in the same manner as the case shown in FIG. 1, and the current interrupting means 102 may function as a heating means. That is, the cathode gas diffusion layer 15 may be heated by cutting off the current flowing through the fuel cell 2. Specifically, when the current flowing through the fuel cell 2 is interrupted, the fuel permeates the cathode catalyst layer without reacting with the anode catalyst layer 11. The fuel that has permeated the cathode catalyst layer side generates an oxidation reaction on the cathode catalyst layer side to generate heat. The cathode gas diffusion layer 15 is heated by the heat. FIG. 8 is a diagram illustrating an example of control of the fuel cell system 1 when the current interrupting unit 102 is caused to function as a heating unit. As shown in FIG. 8, the current interrupting means 102 interrupts the current flowing through the fuel cell 10 for a predetermined time every predetermined time, and the cathode gas diffusion layer 15 is heated. Further, as shown in FIG. 8, the heating time interval is set corresponding to the time during which the temperature of the surface of the cathode gas diffusion layer 15 of the fuel cell 10 is lowered to a predetermined temperature (for example, 30 to 50 ° C.). It is preferable. The time for which the temperature of the fuel cell 10 is lowered to the predetermined temperature can be grasped based on the result obtained in advance through a test or the like. For example, a current is supplied for 50 minutes (non-heated state), and then the current is interrupted (heated state) for 10 minutes. Further, in this case, if the current is kept interrupted, the temperature does not continue to rise, and the temperature of the fuel cell 10 decreases as the interrupting time becomes longer. Further, when the current is cut off, the fuel battery cell 10 is in a state where it does not generate power. Therefore, it is preferable to minimize the time for cutting off the current.

また、さらに他の実施の形態として、図6に示した他の実施の形態の燃料電池システム1において、図1に示す燃料電池システム1と同様に、カソードガス拡散層15の表面や内部の所定位置に温度検知手段70を備えてもよい。図9は、図6に示した他の実施の形態の燃料電池システム1において、さらに温度検知手段70を備えた燃料電池システム1の制御の一例を示す図である。この構成では、図9に示すように、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を作動させ、カソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。例えば、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が、予め設定された温度である50℃よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を作動させ、50℃を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。なお、この場合においても、前述したように、例えば、図1で設けられた場合と同様に電流遮断手段102を設け、この電流遮断手段102を加熱手段として機能させカソードガス拡散層15を加熱してもよい。   Further, as still another embodiment, in the fuel cell system 1 of the other embodiment shown in FIG. 6, as in the fuel cell system 1 shown in FIG. You may provide the temperature detection means 70 in a position. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of control of the fuel cell system 1 further including the temperature detection means 70 in the fuel cell system 1 of the other embodiment illustrated in FIG. 6. In this configuration, as shown in FIG. 9, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset temperature based on information from the temperature detection unit 70, The heating means 50 is operated to heat the cathode gas diffusion layer 15. When the control means 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 exceeds a preset temperature based on the information from the temperature detection means 70, the control means 110 stops the heating means 50. For example, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than 50 ° C., which is a preset temperature, based on information from the temperature detection unit 70, the control unit 110 switches the heating unit 50. When it is determined that the temperature exceeds 50 ° C., the heating means 50 is stopped. Also in this case, as described above, for example, the current interrupting means 102 is provided in the same manner as in the case of FIG. 1, and the current interrupting means 102 functions as a heating means to heat the cathode gas diffusion layer 15. May be.

また、図10は、図9に示した燃料電池システム1の制御と異なる制御の一例を示す図である。図10に示すように、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された下限値よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を作動させ、温度検知手段70からの情報に基づいて、予め設定された上限値までカソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された上限値を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。例えば、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が、予め設定された下限値である50℃よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を作動させ、予め設定された上限値である60℃よりも高いと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。また、加熱手段50を作動させたときにおける予め設定されるカソードガス拡散層15の温度の上限値は、燃料電池セル10を構成する各部材の熱による劣化や変形などを最小限にし、かつ、本発明に係る燃料電池を搭載した携帯機器の利用者が、携帯機器の表面に触れたときに火傷(低温火傷を含む)などを生じる危険性を最小限にするという安全性の観点から、60〜80℃とすることが好ましい。なお、この場合においても、前述したように、例えば、図1で設けられた場合と同様に電流遮断手段102を設け、この電流遮断手段102を加熱手段として機能させカソードガス拡散層15を加熱してもよい。   FIG. 10 is a diagram showing an example of control different from the control of the fuel cell system 1 shown in FIG. As shown in FIG. 10, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset lower limit value based on the information from the temperature detection unit 70, the heating unit 50. And the cathode gas diffusion layer 15 is heated to a preset upper limit value based on information from the temperature detection means 70. When the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 exceeds a preset upper limit value based on the information from the temperature detection unit 70, the control unit 110 stops the heating unit 50. For example, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset lower limit value of 50 ° C. based on the information from the temperature detection unit 70, the heating unit 50. If it is determined that the temperature is higher than the preset upper limit of 60 ° C., the heating means 50 is stopped. Further, the upper limit value of the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 set in advance when the heating means 50 is operated minimizes deterioration or deformation of each member constituting the fuel cell 10 due to heat, and From the viewpoint of safety, a user of a portable device equipped with the fuel cell according to the present invention minimizes the risk of causing burns (including low temperature burns) when touching the surface of the portable device. It is preferable to set it to -80 degreeC. Also in this case, as described above, for example, the current interrupting means 102 is provided in the same manner as in the case of FIG. 1, and the current interrupting means 102 functions as a heating means to heat the cathode gas diffusion layer 15. May be.

また、加熱工程において、上記した一例では連続的に加熱手段50を作動させた一例を示したが、これに限られるものではない。図11は、加熱工程において、加熱手段50を断続的に作動させた場合における燃料電池システム1の制御の一例を示した図である。図11に示すように、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を断続的に作動させ、カソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。例えば、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が、予め設定された温度である50℃よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を1分間隔でオン・オフさせ、50℃を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。なお、オン・オフの間隔等は使用条件に合わせて適宜設定可能である。   Further, in the heating process, the above example shows an example in which the heating means 50 is continuously operated, but the present invention is not limited to this. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of control of the fuel cell system 1 when the heating unit 50 is intermittently operated in the heating process. As shown in FIG. 11, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset temperature based on the information from the temperature detection unit 70, the control unit 110 switches the heating unit 50. The cathode gas diffusion layer 15 is heated by operating intermittently. When the control means 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 exceeds a preset temperature based on the information from the temperature detection means 70, the control means 110 stops the heating means 50. For example, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than 50 ° C., which is a preset temperature, based on information from the temperature detection unit 70, the control unit 110 switches the heating unit 50. When it is determined that the temperature exceeds 50 ° C., the heating unit 50 is stopped. The on / off interval and the like can be appropriately set according to the use conditions.

また、この場合においても、前述したように、例えば、図1で設けられた場合と同様に電流遮断手段102を設け、この電流遮断手段102を加熱手段として機能させカソードガス拡散層15を加熱してもよい。図12は、電流遮断手段102を加熱手段として機能させたときに、加熱手段50を断続的に作動させた場合における燃料電池システム1の制御の一例を示した図である。図12に示すように、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度よりも低いと判定した場合には、電流遮断手段102を断続的に作動させ、燃料電池セル10に流れる電流を断続的にオン(非加熱状態)・オフ(加熱状態)することで、カソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が予め設定された温度を超えたと判定した場合には、電流遮断手段102を制御し、燃料電池セル10に連続的に電流が流れるようにする。例えば、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が、予め設定された温度である50℃よりも低いと判定した場合には、電流遮断手段102を1分間隔で制御し、燃料電池セル10に流れる電流を1分間隔でオン・オフさせ、50℃を超えたと判定した場合には、燃料電池2に連続的に電流が流れるようにする。   Also in this case, as described above, for example, the current interrupting means 102 is provided in the same manner as in the case of FIG. 1, and the current interrupting means 102 functions as a heating means to heat the cathode gas diffusion layer 15. May be. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the control of the fuel cell system 1 when the heating unit 50 is intermittently operated when the current interrupting unit 102 functions as the heating unit. As shown in FIG. 12, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset temperature based on information from the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102. Is intermittently operated, and the cathode gas diffusion layer 15 is heated by intermittently turning on (non-heating state) / off (heating state) the current flowing through the fuel cell 10. When the control means 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 exceeds a preset temperature based on the information from the temperature detection means 70, the control means 110 controls the current interrupting means 102 to control the fuel cell. A current is allowed to flow continuously through the cell 10. For example, when the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is lower than a preset temperature of 50 ° C. based on the information from the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102. Is controlled at intervals of 1 minute, and the current flowing through the fuel cell 10 is turned on / off at intervals of 1 minute. When it is determined that the temperature has exceeded 50 ° C., the current is continuously supplied to the fuel cell 2.

また、加熱を始める基準となる予め設定された温度は、一定温度であることに限らず、一定時間毎に異なる温度となるように設定してもよい。図13は、加熱を始める基準となる予め設定された温度が、一定時間毎に異なる温度となるように設定した場合における燃料電池システム1の制御の一例を示した図である。なお、加熱を始める基準となる予め設定された温度は、加熱を停止する基準の温度ともなり得る。ここでは、加熱を始める基準となる予め設定された温度として、第1の設定温度および第2の設定温度の異なる2つの値を設定した場合を例示して説明する。なお、この予め設定される温度は、異なる3つ以上の値を設定してもよい。   Moreover, the preset temperature used as the reference | standard which starts heating is not restricted to constant temperature, You may set so that it may become different temperature for every fixed time. FIG. 13 is a diagram illustrating an example of control of the fuel cell system 1 when a preset temperature that is a reference for starting heating is set to be different at regular time intervals. In addition, the preset temperature used as the reference | standard which starts a heating can also become a reference | standard temperature which stops a heating. Here, a case where two different values of the first set temperature and the second set temperature are set as the preset temperature as a reference for starting heating will be described as an example. Note that three or more different values may be set as the preset temperature.

図13に示すように、制御手段110は、予め設定された温度として第1の設定温度を設定値とする所定時間の間は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が第1の設定温度よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を断続的に作動させ、カソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が第1の設定温度を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。一方、制御手段110は、予め設定された温度として第2の設定温度を設定値とする所定時間の間は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が第2の設定温度よりも低いと判定した場合には、加熱手段50を断続的に作動させ、カソードガス拡散層15を加熱する。そして、制御手段110は、温度検知手段70からの情報に基づいて、カソードガス拡散層15の温度が第2の設定温度を超えたと判定した場合には、加熱手段50を停止させる。例えば、10時間は、第1の設定温度である50℃を設定値とし、その後1時間は、第2の設定温度である60℃を設定値とする。なお、第1および第2の設定温度を設定値とする所定時間や加熱手段50のオン・オフの間隔等は、使用条件に合わせて適宜設定可能である。また、この場合においても、前述したように、例えば、図1で設けられた場合と同様に電流遮断手段102を設け、この電流遮断手段102を加熱手段として機能させカソードガス拡散層15を加熱してもよい。   As shown in FIG. 13, the control means 110 is based on the information from the temperature detection means 70 for a predetermined time with the first set temperature as a preset temperature as a set value. When it is determined that the temperature is lower than the first set temperature, the heating means 50 is intermittently operated to heat the cathode gas diffusion layer 15. When the control unit 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 has exceeded the first set temperature based on the information from the temperature detection unit 70, the control unit 110 stops the heating unit 50. On the other hand, the control means 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 is the second temperature based on the information from the temperature detection means 70 for a predetermined time in which the second preset temperature is set as a preset temperature. When it is determined that the temperature is lower than the set temperature, the heating means 50 is intermittently operated to heat the cathode gas diffusion layer 15. When the control means 110 determines that the temperature of the cathode gas diffusion layer 15 exceeds the second set temperature based on the information from the temperature detection means 70, the control means 110 stops the heating means 50. For example, the first set temperature is 50 ° C. for 10 hours, and the second set temperature is 60 ° C. for 1 hour. It should be noted that the predetermined time using the first and second set temperatures as set values, the on / off interval of the heating means 50, and the like can be appropriately set according to the use conditions. Also in this case, as described above, for example, the current interrupting means 102 is provided in the same manner as in the case of FIG. 1, and the current interrupting means 102 functions as a heating means to heat the cathode gas diffusion layer 15. May be.

上記した本発明に係る他の実施の形態の燃料電池システム1においても、第1の実施の形態の燃料電池システム1における作用効果と同様の作用効果が得られ、さらに、使用条件に合わせた最適な燃料電池システムの制御が可能となる。   In the above-described fuel cell system 1 according to another embodiment of the present invention, the same effects as those of the fuel cell system 1 according to the first embodiment can be obtained, and the optimum according to the use conditions can be obtained. Control of a fuel cell system is possible.

次に、本発明に係る燃料電池システムが優れた出力特性を有することを実施例1〜実施例5、比較例1に基づいて説明する。   Next, it will be described based on Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 that the fuel cell system according to the present invention has excellent output characteristics.

(実施例1)
実施例1で使用した燃料電池システムは、図1に示した燃料電池システム1と同一の構成を備えるものであるので、図1を参照して説明する。
Example 1
The fuel cell system used in Example 1 has the same configuration as that of the fuel cell system 1 shown in FIG. 1, and will be described with reference to FIG.

まず、燃料電池セル10の作製方法について説明する。   First, a method for producing the fuel battery cell 10 will be described.

アノード用触媒粒子(Pt:Ru=1:1)を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをアノードガス拡散層12としての多孔質カーボンペーパ(40mm×30mmの長方形)に塗布することにより、厚さが100μmのアノード触媒層11を得た。   To the carbon black supporting the anode catalyst particles (Pt: Ru = 1: 1), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium were added to support the anode catalyst particles. A paste was prepared by dispersing carbon black. The obtained paste was applied to porous carbon paper (40 mm × 30 mm rectangle) as the anode gas diffusion layer 12 to obtain an anode catalyst layer 11 having a thickness of 100 μm.

カソード用触媒粒子(Pt)を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。得られたペーストをカソードガス拡散層15としての多孔質カーボンペーパに塗布することにより、厚さが100μmのカソード触媒層14を得た。なお、アノードガス拡散層12と、カソードガス拡散層15とは、同形同大であり、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層11およびカソード触媒層14も同形同大である。   To the carbon black carrying the cathode catalyst particles (Pt), a perfluorocarbon sulfonic acid solution as a proton conductive resin and water and methoxypropanol as a dispersion medium are added to disperse the carbon black carrying the cathode catalyst particles. A paste was prepared. The obtained paste was applied to porous carbon paper as the cathode gas diffusion layer 15 to obtain a cathode catalyst layer 14 having a thickness of 100 μm. The anode gas diffusion layer 12 and the cathode gas diffusion layer 15 have the same shape and size, and the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 applied to these gas diffusion layers have the same shape and size.

上記したように作製したアノード触媒層11とカソード触媒層14との間に、電解質膜17として厚さが30μmで、含水率が10〜20重量%のパーフルオロカーボンスルホン酸膜(商品名:nafion膜、デュポン社製)を配置し、アノード触媒層11とカソード触媒層14とが対向するように位置を合わせた状態でホットプレスを施すことにより、燃料電池セル10を得た。   A perfluorocarbon sulfonic acid membrane (trade name: nafion membrane) having a thickness of 30 μm and a water content of 10 to 20% by weight as the electrolyte membrane 17 between the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 produced as described above. The fuel cell 10 was obtained by performing hot pressing in a state where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other.

続いて、この燃料電池セル10を、複数の開孔を有する金箔で挟み、アノード導電層18およびカソード導電層19を形成した。なお、電解質膜17とアノード導電層18との間、電解質膜17とカソード導電層19との間には、それぞれゴム製のOリング20を挟持してシールを施した。   Subsequently, the fuel battery cell 10 was sandwiched between gold foils having a plurality of openings to form an anode conductive layer 18 and a cathode conductive layer 19. A rubber O-ring 20 was sandwiched between the electrolyte membrane 17 and the anode conductive layer 18 and between the electrolyte membrane 17 and the cathode conductive layer 19 for sealing.

また、保湿層60として、厚さが500μmで、透気度が2秒/100cm(JIS P−8117に規定の測定方法による)で、透湿度が4000g/(m・24h)(JIS L−1099 A−1に規定の測定方法による)のポリエチレン製多孔質フィルムを用いた。 Further, as the moisture retaining layer 60, the thickness is 500 μm, the air permeability is 2 seconds / 100 cm 3 (according to the measurement method specified in JIS P-8117), and the moisture permeability is 4000 g / (m 2 · 24 h) (JIS L -1099 A-1 polyethylene porous film (by the measurement method specified in A-1) was used.

この保湿層60の上に、空気取り入れのための空気導入口61(直径3.6mmの円形、口数35個)が形成された厚さが1mmのステンレス板(SUS304)を配置して表面カバー62とした。   A stainless steel plate (SUS304) having a thickness of 1 mm on which an air introduction port 61 (circular diameter of 3.6 mm, number of units: 35) for air intake is formed is disposed on the moisturizing layer 60 and the surface cover 62 is arranged. It was.

カソード導電層19の表面に接するように、加熱手段50として電気ヒータを設置し、カソードガス拡散層15の表面に温度検知手段70として熱電対を設置した。また、アノード導電層18、カソード導電層19に、それぞれ燃料電池2からの電力を出力する出力配線100、101を接続した。そして、これらの出力配線100、101を介して燃料電池2を図示しない外部負荷に接続した。また、出力配線100に、燃料電池2に流れる電流を遮断する電流遮断手段102を設けた。さらに、燃料電池セル10で発生する電圧を検知する電圧検知手段103として電子回路を使用したデジタル電圧計を出力配線100、101間に設けた。そして、加熱手段50、温度検知手段70、電流遮断手段102、電圧検知手段103を制御手段110と電気的に接続し、制御手段110によって制御可能とした。   An electric heater was installed as the heating means 50 so as to contact the surface of the cathode conductive layer 19, and a thermocouple was installed as the temperature detection means 70 on the surface of the cathode gas diffusion layer 15. Further, output wirings 100 and 101 for outputting electric power from the fuel cell 2 were connected to the anode conductive layer 18 and the cathode conductive layer 19, respectively. The fuel cell 2 was connected to an external load (not shown) via these output wirings 100 and 101. The output wiring 100 is provided with current interrupting means 102 that interrupts the current flowing through the fuel cell 2. Further, a digital voltmeter using an electronic circuit is provided between the output wirings 100 and 101 as the voltage detecting means 103 for detecting the voltage generated in the fuel cell 10. The heating means 50, the temperature detection means 70, the current interruption means 102, and the voltage detection means 103 are electrically connected to the control means 110 and can be controlled by the control means 110.

前述した燃料電池システムの動作(図5参照)に基づいて、燃料電池システムを作動させた。ここで、予め設定された時間t2を60分、ステップS212およびステップS218で電流を遮断する時間を1分とした。また、ステップS213およびステップS219で検知された電圧V1と比較される予め設定された電圧V2を0.6Vとした。また、ステップS214で検知された温度T1と比較される予め設定された温度T2を45℃とした。また、ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2以下であると判定した場合における、加熱手段50で発生させる熱量を、燃料電池2の発電を開始したときに発生する電力の10%に相当する値とした。すなわち、例えば、燃料電池2において発電開始時に発生する電力が1Wである場合には、加熱手段50で発生する熱量が0.1Wとなるように、加熱手段50の抵抗値や流れる電流値を設定した。   The fuel cell system was operated based on the operation of the fuel cell system described above (see FIG. 5). Here, the preset time t2 is set to 60 minutes, and the time for cutting off the current in steps S212 and S218 is set to 1 minute. Further, the preset voltage V2 to be compared with the voltage V1 detected in step S213 and step S219 is set to 0.6V. In addition, a preset temperature T2 to be compared with the temperature T1 detected in step S214 was set to 45 ° C. Further, when it is determined in step S214 that the specified temperature T1 is equal to or lower than the preset temperature T2, the amount of heat generated by the heating means 50 is generated when the power generation of the fuel cell 2 is started. The value was equivalent to 10% of the electric power. That is, for example, when the electric power generated at the start of power generation in the fuel cell 2 is 1 W, the resistance value and the flowing current value of the heating unit 50 are set so that the amount of heat generated by the heating unit 50 is 0.1 W. did.

また、燃料電池2に供給される燃料の供給量を、燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量(電流1Aにつき、1分間当りのメタノールの供給量3.3mg)の1.4倍とし、常に一定となるように設定した。   Further, the amount of fuel supplied to the fuel cell 2 is set to the amount of fuel required to cause an electrochemical reaction for current to flow through the fuel cell 2 (the amount of methanol supplied 3 per minute per current 1A). .3 mg) and set to be always constant.

そして、温度が25℃、相対湿度が50%の環境の下、上記した燃料電池2に、純度99.9重量%の純メタノールを、上記の供給量となるように供給した。外部負荷としての定電圧電源を接続して、燃料電池2の出力電圧が0.3Vで一定になるように、燃料電池2に流れる電流を制御した。   Then, pure methanol having a purity of 99.9% by weight was supplied to the above-described fuel cell 2 under the environment where the temperature was 25 ° C. and the relative humidity was 50% so as to satisfy the above supply amount. A constant voltage power source as an external load was connected, and the current flowing through the fuel cell 2 was controlled so that the output voltage of the fuel cell 2 was constant at 0.3V.

上記した条件の下、1000時間発電を行った後の燃料電池2の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池2の出力密度P0を計測した。そして、出力密度P1の、出力密度P0に対する割合(P1/P0)を算出した。ここで、燃料電池2の出力密度(mW/cm)とは、燃料電池2に流れる電流密度(発電部の面積1cm当りの電流値(mA/cm))に燃料電池2の出力電圧を乗じたものである。また、発電部の面積とは、アノード触媒層11とカソード触媒層14とが対向している部分の面積である。本実施例では、アノード触媒層11とカソード触媒層14の面積が等しく、かつ完全に対向しているので、発電部の面積はこれらの触媒層の面積に等しい。上記算出した出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.81(81%)であった。 Under the above conditions, the output density P1 of the fuel cell 2 after 1000 hours of power generation and the output density P0 of the fuel cell 2 when the power generation was started were measured. Then, a ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 was calculated. Here, the output density (mW / cm 2 ) of the fuel cell 2 refers to the current density flowing through the fuel cell 2 (current value per 1 cm 2 area (mA / cm 2 ) of the power generation unit) and the output voltage of the fuel cell 2. Multiplied by. Further, the area of the power generation unit is the area of the portion where the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 face each other. In this embodiment, since the anode catalyst layer 11 and the cathode catalyst layer 14 have the same area and are completely opposed to each other, the area of the power generation unit is equal to the area of these catalyst layers. The ratio (P1 / P0) of the calculated output density P1 to the output density P0 was 0.81 (81%).

(実施例2)
実施例2では、実施例1で使用した燃料電池2の加熱手段50の代わりに、燃料電池2に供給する燃料の供給量を制御する燃料制御弁を設けた。そして、この燃料制御弁を電気的に制御手段110と接続し、制御手段110によって制御可能とした。また、本実施例では、温度検知手段70を備えず、すなわち上記したステップS214の処理が実行されずに、ステップS213の処理後、ステップS215の処理が実行され、加熱手段50を作動した。
(Example 2)
In the second embodiment, a fuel control valve for controlling the amount of fuel supplied to the fuel cell 2 is provided in place of the heating means 50 of the fuel cell 2 used in the first embodiment. The fuel control valve is electrically connected to the control means 110 and can be controlled by the control means 110. Further, in the present embodiment, the temperature detecting means 70 is not provided, that is, the above-described processing in step S214 is not executed, and the processing in step S215 is executed after the processing in step S213, and the heating means 50 is operated.

燃料電池2に供給される燃料の供給量は、燃料制御弁の開度によって制御され、電圧検知手段103で検知された電圧V2が、予め設定された電圧V1よりも大きいときは、燃料の供給量を、燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.4倍とした。そして、この供給量を通常の燃料供給量とした。   The amount of fuel supplied to the fuel cell 2 is controlled by the opening of the fuel control valve, and when the voltage V2 detected by the voltage detection means 103 is greater than the preset voltage V1, the fuel supply The amount was set to 1.4 times the fuel supply amount necessary to cause an electrochemical reaction for the current to flow through the fuel cell 2. This supply amount was set as a normal fuel supply amount.

電圧検知手段103で検知された電圧V2が、予め設定された電圧V1以下のときは、燃料制御弁を制御して、燃料供給量を通常の燃料供給量の1.2倍、すなわち、燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.68倍とした。   When the voltage V2 detected by the voltage detection means 103 is equal to or lower than the preset voltage V1, the fuel control valve is controlled so that the fuel supply amount is 1.2 times the normal fuel supply amount, that is, the fuel cell. 2 is 1.68 times the fuel supply amount necessary to cause an electrochemical reaction for current to flow.

それ以外の構成や設定値については、実施例1で使用された燃料電池システムと同様である。また、1000時間発電を行った後の燃料電池2の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池2の出力密度P0の計測方法および計測条件は、実施例1における計測方法および計測条件と同じである。   Other configurations and set values are the same as those of the fuel cell system used in the first embodiment. The measurement method and measurement conditions of the output density P1 of the fuel cell 2 after 1000 hours of power generation and the output density P0 of the fuel cell 2 when power generation is started are the same as the measurement method and measurement conditions in the first embodiment. It is.

計測結果に基づいて算出された、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.77(77%)であった。   The ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 calculated based on the measurement result was 0.77 (77%).

(実施例3)
実施例3では、実施例2で使用した燃料電池2に、温度検知手段70を備えた燃料電池を使用した。すなわち、本実施例では、上記したステップS214の処理を実行した。そして、ステップS214で検知された温度T1と比較される予め設定された温度T2を45℃とした。
(Example 3)
In Example 3, the fuel cell provided with the temperature detection means 70 was used for the fuel cell 2 used in Example 2. That is, in the present embodiment, the above-described process of step S214 is executed. A preset temperature T2 to be compared with the temperature T1 detected in step S214 was set to 45 ° C.

ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2よりも高いと判定した場合における燃料の供給量を、実施例2の通常の燃料供給量、すなわち燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.4倍とした。一方、ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2以下であると判定した場合における燃料の供給量を、燃料制御弁を制御して、実施例2の通常の燃料供給量の1.5倍、すなわち燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の2.1倍とした。   In step S214, when the determined temperature T1 is determined to be higher than the preset temperature T2, the amount of fuel supplied is the normal fuel supply amount of the second embodiment, that is, the current flows through the fuel cell 2. Therefore, the amount of fuel supply necessary to cause an electrochemical reaction was 1.4 times. On the other hand, when it is determined in step S214 that the specified temperature T1 is equal to or lower than the preset temperature T2, the fuel supply amount is controlled by controlling the fuel control valve to control the fuel supply amount in the second embodiment. The amount is 1.5 times the amount, that is, 2.1 times the fuel supply amount necessary for causing an electrochemical reaction for the current to flow through the fuel cell 2.

それ以外の構成や設定値については、実施例2で使用された燃料電池システムと同様である。また、1000時間発電を行った後の燃料電池2の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池2の出力密度P0の計測方法および計測条件は、実施例1における計測方法および計測条件と同じである。   Other configurations and set values are the same as those of the fuel cell system used in the second embodiment. The measurement method and measurement conditions of the output density P1 of the fuel cell 2 after 1000 hours of power generation and the output density P0 of the fuel cell 2 when power generation is started are the same as the measurement method and measurement conditions in the first embodiment. It is.

計測結果に基づいて算出された、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.83(83%)であった。   The ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 calculated based on the measurement result was 0.83 (83%).

(実施例4)
実施例4では、実施例1で使用した燃料電池2の加熱手段50の代わりに、図2に示すように、燃料電池2に供給する燃料の供給量を制御するポンプ80を設けた。そして、このポンプ80を電気的に制御手段110と接続し、制御手段110によって制御可能とした。また、本実施例では、温度検知手段70を備えず、すなわち上記したステップS214の処理が実行されずに、ステップS213の処理後、ステップS215の処理が実行され、ポンプ80を作動した。
Example 4
In Example 4, instead of the heating means 50 of the fuel cell 2 used in Example 1, a pump 80 for controlling the amount of fuel supplied to the fuel cell 2 was provided as shown in FIG. The pump 80 is electrically connected to the control means 110 and can be controlled by the control means 110. Further, in the present embodiment, the temperature detecting means 70 is not provided, that is, the above-described process of step S214 is not performed, the process of step S213 is performed after the process of step S213, and the pump 80 is operated.

燃料電池2に供給される燃料の供給量は、ポンプ80によって制御、具体的にはポンプ80の回転速度によって制御され、電圧検知手段103で検知された電圧V2が、予め設定された電圧V1よりも大きいときは、燃料の供給量を、燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.4倍とした。そして、この供給量を通常の燃料供給量とした。   The amount of fuel supplied to the fuel cell 2 is controlled by the pump 80, specifically, by the rotational speed of the pump 80, and the voltage V2 detected by the voltage detecting means 103 is greater than the preset voltage V1. Is larger than that, the fuel supply amount is set to 1.4 times the fuel supply amount necessary for causing an electrochemical reaction for current to flow through the fuel cell 2. This supply amount was set as a normal fuel supply amount.

電圧検知手段103で検知された電圧V2が、予め設定された電圧V1以下のときは、ポンプ80を制御して、燃料供給量を通常の燃料供給量の1.2倍、すなわち、燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.68倍とした。   When the voltage V2 detected by the voltage detection means 103 is equal to or lower than the preset voltage V1, the pump 80 is controlled so that the fuel supply amount is 1.2 times the normal fuel supply amount, that is, the fuel cell 2 1.68 times the fuel supply amount necessary to cause an electrochemical reaction for current to flow through.

それ以外の構成や設定値については、実施例1で使用された燃料電池システムと同様である。また、1000時間発電を行った後の燃料電池2の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池2の出力密度P0の計測方法および計測条件は、実施例1における計測方法および計測条件と同じである。   Other configurations and set values are the same as those of the fuel cell system used in the first embodiment. The measurement method and measurement conditions of the output density P1 of the fuel cell 2 after 1000 hours of power generation and the output density P0 of the fuel cell 2 when power generation is started are the same as the measurement method and measurement conditions in the first embodiment. It is.

計測結果に基づいて算出された、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.78(78%)であった。   The ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 calculated based on the measurement result was 0.78 (78%).

(実施例5)
実施例5では、実施例4で使用した燃料電池2に、温度検知手段70を備えた燃料電池を使用した。すなわち、本実施例では、上記したステップS214の処理を実行した。そして、ステップS214で検知された温度T1と比較される予め設定された温度T2を45℃とした。
(Example 5)
In Example 5, the fuel cell provided with the temperature detection means 70 was used for the fuel cell 2 used in Example 4. That is, in the present embodiment, the above-described process of step S214 is executed. A preset temperature T2 to be compared with the temperature T1 detected in step S214 was set to 45 ° C.

ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2よりも高いと判定した場合における燃料の供給量を、実施例4の通常の燃料供給量、すなわち燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.4倍とした。一方、ステップS214の判定で、特定した温度T1が、予め設定された温度T2以下であると判定した場合における燃料の供給量を、ポンプ80を制御して、実施例4の通常の燃料供給量の1.5倍、すなわち燃料電池2に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の2.1倍とした。   In step S214, when the determined temperature T1 is determined to be higher than the preset temperature T2, the fuel supply amount is the normal fuel supply amount of the fourth embodiment, that is, the current flows through the fuel cell 2. Therefore, the amount of fuel supply necessary to cause an electrochemical reaction was 1.4 times. On the other hand, when it is determined in step S214 that the specified temperature T1 is equal to or lower than the preset temperature T2, the fuel supply amount is controlled by the pump 80 to control the normal fuel supply amount of the fourth embodiment. Of the fuel supply amount required to cause an electrochemical reaction for causing a current to flow through the fuel cell 2 is 2.1 times the fuel supply amount.

それ以外の構成や設定値については、実施例4で使用された燃料電池システムと同様である。また、1000時間発電を行った後の燃料電池2の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池2の出力密度P0の計測方法および計測条件は、実施例1における計測方法および計測条件と同じである。   Other configurations and set values are the same as those of the fuel cell system used in the fourth embodiment. The measurement method and measurement conditions of the output density P1 of the fuel cell 2 after 1000 hours of power generation and the output density P0 of the fuel cell 2 when power generation is started are the same as the measurement method and measurement conditions in the first embodiment. It is.

計測結果に基づいて算出された、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.82(82%)であった。   The ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 calculated based on the measurement result was 0.82 (82%).

(比較例1)
比較例1では、実施例1で使用した燃料電池2を使用し、この燃料電池2を単に出力配線を介して外部負荷に接続した。すなわち、比較例1では、加熱手段50、温度検知手段70、電流遮断手段102、電圧検知手段103、制御手段110を備えた実施例1〜5と同様のシステムは備えず、単に燃料電池2からの出力を外部負荷に供給した。また、本比較例で使用された燃料電池に供給する燃料の供給量を、燃料電池に電流が流れるための電気化学反応を生じるのに必要な燃料供給量の1.4倍とした。そして、この供給量を常時維持した。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the fuel cell 2 used in Example 1 was used, and this fuel cell 2 was simply connected to an external load via an output wiring. That is, Comparative Example 1 does not include the same system as that of Examples 1 to 5 including the heating unit 50, the temperature detection unit 70, the current interruption unit 102, the voltage detection unit 103, and the control unit 110, but simply from the fuel cell 2. Output to an external load. In addition, the amount of fuel supplied to the fuel cell used in this comparative example was set to 1.4 times the amount of fuel necessary to cause an electrochemical reaction for current to flow through the fuel cell. And this supply amount was always maintained.

また、1000時間発電を行った後の燃料電池の出力密度P1および発電を開始したときの燃料電池の出力密度P0の計測方法および計測条件は、実施例1における計測方法および計測条件と同じである。   Further, the fuel cell output density P1 after 1000 hours of power generation and the measurement method and measurement conditions of the fuel cell output density P0 when power generation is started are the same as the measurement method and measurement conditions in the first embodiment. .

計測結果に基づいて算出された、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、0.6(60%)であった。   The ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 calculated based on the measurement result was 0.6 (60%).

(実施例1〜実施例5、比較例1のまとめ)
表1に、実施例1〜実施例5、比較例1における、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)を示す。
(Summary of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1)
Table 1 shows the ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1.

Figure 2009021209
Figure 2009021209

表1に示すように、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)は、実施例1〜実施例5の方が、比較例1よりも高い値を示すことがわかった。すなわち、燃料電池2に流れる電流を遮断もしくは通常発電時の電流よりも小さな電流に制御し、電圧検知手段103で検知した電圧値が、予め設定された値を下回った場合に、カソード16中に保持されている水量が過剰と判定して、カソード16の少なくとも一部、特にカソードガス拡散層15を加熱することで、優れた出力特性が得られることが明らかとなった。   As shown in Table 1, it was found that the ratio of the output density P1 to the output density P0 (P1 / P0) was higher in Examples 1 to 5 than in Comparative Example 1. That is, the current flowing through the fuel cell 2 is cut off or controlled to a current smaller than the current during normal power generation, and when the voltage value detected by the voltage detection means 103 falls below a preset value, It was clarified that excellent output characteristics can be obtained by determining that the amount of water retained is excessive and heating at least a part of the cathode 16, particularly the cathode gas diffusion layer 15.

また、実施例1〜実施例5において、温度検知手段70を備え、上記したステップS214の処理を実行した方が、温度検知手段70を備えず、ステップS213の処理後、ステップS215の処理を実行したものより、出力密度P1の出力密度P0に対する割合(P1/P0)が高いことがわかった。これは、温度検知手段70を備え、上記したステップS214の処理を実行することで、燃料電池2の温度の必要以上の上昇を抑制し、温度上昇による燃料電池2の出力の低下を抑制できたためと考えられる。   In the first to fifth embodiments, when the temperature detection unit 70 is provided and the process of step S214 described above is performed, the temperature detection unit 70 is not included, and the process of step S213 is performed after the process of step S213. It was found that the ratio (P1 / P0) of the output density P1 to the output density P0 is higher than that obtained. This is because the temperature detection means 70 is provided, and the above-described processing of step S214 is executed, thereby suppressing an increase in the temperature of the fuel cell 2 more than necessary and suppressing a decrease in the output of the fuel cell 2 due to the temperature increase. it is conceivable that.

なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、燃料電池セルに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、すべてが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組み合わせたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除する等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention can be applied to various fuel cells using liquid fuel. Further, the specific configuration of the fuel cell, the supply state of the fuel, etc. are not particularly limited, and all the fuel supplied to the fuel cell is liquid fuel vapor, all is liquid fuel, or part is liquid. The present invention can be applied to various forms such as liquid fuel vapor supplied in a state. In the implementation stage, the constituent elements can be modified and embodied without departing from the technical idea of the present invention. Furthermore, various modifications are possible, such as appropriately combining a plurality of components shown in the above embodiment, or deleting some components from all the components shown in the embodiment. Embodiments of the present invention can be expanded or modified within the scope of the technical idea of the present invention, and these expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.

本発明に係る一実施形態の燃料電池システムの構成を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明に係る一実施形態の燃料電池においてポンプを備えた場合の燃料電池システムの構成を示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows the structure of the fuel cell system at the time of providing the pump in the fuel cell of one Embodiment which concerns on this invention. 複数の燃料電池セルが直列に接続された場合における燃料電池システムの一例を模式的に示す図。The figure which shows typically an example of the fuel cell system in case a some fuel cell is connected in series. 複数の燃料電池セルが直列に接続された場合における燃料電池システムの一例を模式的に示す図。The figure which shows typically an example of the fuel cell system in case a some fuel cell is connected in series. 燃料電池セル(膜電極接合体)の面積1cm当りに流れる電流と、その際に燃料電池セルで発生する電圧との関係を示した図。The figure which showed the relationship between the electric current which flows per 1 cm < 2 > area of a fuel cell (membrane electrode assembly), and the voltage which generate | occur | produces in a fuel cell at that time. 燃料電池システムの動作を示すフローチャート。The flowchart which shows operation | movement of a fuel cell system. 本発明に係る他の実施の形態の燃料電池システムの構成を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the fuel cell system of other embodiment which concerns on this invention. 加熱手段および制御手段を備える燃料電池システムの制御の一例を示す図。The figure which shows an example of control of a fuel cell system provided with a heating means and a control means. 電流遮断手段を加熱手段として機能させた場合における燃料電池システムの制御の一例を示す図。The figure which shows an example of control of a fuel cell system at the time of making an electric current interruption means function as a heating means. 図6に示した他の実施の形態の燃料電池システムにおいて、さらに温度検知手段を備えた燃料電池システムの制御の一例を示す図。The figure which shows an example of control of the fuel cell system further provided with the temperature detection means in the fuel cell system of other embodiment shown in FIG. 図9に示した燃料電池システムの制御と異なる制御の一例を示す図。The figure which shows an example of control different from control of the fuel cell system shown in FIG. 加熱工程において、加熱手段を断続的に作動させた場合における燃料電池システムの制御の一例を示した図。The figure which showed an example of control of the fuel cell system when a heating means is intermittently operated in a heating process. 電流遮断手段を加熱手段として機能させたときに、加熱手段を断続的に作動させた場合における燃料電池システムの制御の一例を示した図。The figure which showed an example of control of a fuel cell system in the case of making a heating means operate | move intermittently when an electric current interruption means is made to function as a heating means. 加熱を始める基準となる予め設定された温度が、一定時間毎に異なる温度となるように設定した場合における燃料電池システムの制御の一例を示した図。The figure which showed an example of control of the fuel cell system in case the preset temperature used as the reference | standard which starts a heating is set so that it may become a different temperature for every fixed time.

符号の説明Explanation of symbols

1…燃料電池システム、10…燃料電池セル、11…アノード触媒層、12…アノードガス拡散層、13…アノード(燃料極)、14…カソード触媒層、15…カソードガス拡散層、16…カソード(空気極)、17…電解質膜、18…アノード導電層、19…カソード導電層、20…Oリング、30…燃料分配層、31…開口部、40…燃料供給機構、41…燃料収容部、42…燃料供給部、43…流路、50…加熱手段、60…保湿層、61…空気導入口、62…表面カバー、70…温度検知手段、100,101…出力配線、102…電流遮断手段、103…電圧検知手段、110…制御手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system, 10 ... Fuel cell, 11 ... Anode catalyst layer, 12 ... Anode gas diffusion layer, 13 ... Anode (fuel electrode), 14 ... Cathode catalyst layer, 15 ... Cathode gas diffusion layer, 16 ... Cathode ( Air electrode), 17 ... electrolyte membrane, 18 ... anode conductive layer, 19 ... cathode conductive layer, 20 ... O-ring, 30 ... fuel distribution layer, 31 ... opening, 40 ... fuel supply mechanism, 41 ... fuel storage portion, 42 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Fuel supply part, 43 ... Flow path, 50 ... Heating means, 60 ... Moisturizing layer, 61 ... Air inlet, 62 ... Surface cover, 70 ... Temperature detection means, 100, 101 ... Output wiring, 102 ... Current interruption means, 103: Voltage detection means, 110: Control means.

Claims (10)

燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給機構と、
前記空気極を加熱可能に設けられた加熱手段と、
前記加熱手段を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
A membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A fuel supply mechanism disposed on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly for supplying fuel to the fuel electrode;
Heating means provided to be able to heat the air electrode;
And a control means for controlling the heating means.
前記空気極の温度を検知する温度検知手段をさらに具備し、
前記制御手段が、前記温度検知手段で検知された情報に基づいて前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
Further comprising temperature detecting means for detecting the temperature of the air electrode;
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the heating unit based on information detected by the temperature detection unit.
前記加熱手段が、前記膜電極接合体に流れる電流を遮断する電流遮断機構を備えることを特徴とする請求項1または2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 1, wherein the heating unit includes a current interruption mechanism that interrupts a current flowing through the membrane electrode assembly. 4. 前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値に制御する電流制御手段と、
前記膜電極接合体で発生する電圧を検知する電圧検知手段と
をさらに具備し、
前記制御手段が、前記電流制御手段を制御し、前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値にし、前記電圧検知手段で検知された電圧値に基づいて、前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
A current control means for cutting off or controlling the current flowing through the membrane electrode assembly to a current value of a predetermined value or less;
Voltage detecting means for detecting a voltage generated in the membrane electrode assembly, and
The control means controls the current control means, cuts off the current flowing through the membrane electrode assembly or sets the current value to a value equal to or less than a predetermined value, and controls the heating means based on the voltage value detected by the voltage detection means. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is controlled.
前記加熱手段が、外部からのエネルギによって発熱する発熱体であることを特徴とする請求項1、2および4のいずれか1項記載の燃料電池システム。   5. The fuel cell system according to claim 1, wherein the heating means is a heating element that generates heat by energy from the outside. 前記加熱手段を作動させる際、前記制御手段によって前記加熱手段を断続的に作動させることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の燃料電池システム。   6. The fuel cell system according to claim 1, wherein when the heating unit is operated, the heating unit is intermittently operated by the control unit. 燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持された電解質膜とを有する膜電極接合体と、
前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に燃料を供給するための燃料供給手段を有する燃料供給機構と、
前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値に制御する電流制御手段と、
前記膜電極接合体で発生する電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電流制御手段を制御し、前記膜電極接合体に流れる電流を遮断または所定値以下の電流値にし、前記電圧検知手段で検知された電圧値に基づいて、前記燃料供給手段を制御して前記燃料極への燃料供給量を調整する制御手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
A membrane electrode assembly having a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte membrane sandwiched between the fuel electrode and the air electrode;
A fuel supply mechanism disposed on the fuel electrode side of the membrane electrode assembly and having a fuel supply means for supplying fuel to the fuel electrode;
A current control means for cutting off or controlling the current flowing through the membrane electrode assembly to a current value of a predetermined value or less;
Voltage detecting means for detecting a voltage generated in the membrane electrode assembly;
Controlling the current control means, cutting off the current flowing through the membrane electrode assembly or setting the current value to a predetermined value or less, and controlling the fuel supply means based on the voltage value detected by the voltage detection means to And a control means for adjusting a fuel supply amount to the fuel electrode.
前記燃料供給手段がポンプであることを特徴とする請求項7記載の燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel supply means is a pump. 前記燃料供給手段が燃料制御弁であることを特徴とする請求項7記載の燃料電池システム。   8. The fuel cell system according to claim 7, wherein the fuel supply means is a fuel control valve. 前記燃料がメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel is an aqueous methanol solution or pure methanol.
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