JP2009170337A - Fuel cell system and control method of fuel cell - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing re-freezing of produced water in the starting at below-zero temperature; and to provide its control method. <P>SOLUTION: The fuel cell system 300 includes a fuel cell 100 in which a cathode and oxidant gas passages 48, 49 for supplying oxidant gas to the cathode are installed; and temperature adjusting means 230, 240 for adjusting so that the downstream temperature of the oxidant gas passage is higher than the upstream temperature in the staring at below-zero temperature of the fuel cell. By this constitution, the re-freezing of the produced water can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池の制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell control method.

燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。特に、固体高分子型燃料電池は、各種の燃料電池の中でも比較的低温で作動することから、良好な起動性を有する。そのため、多方面における実用化のために盛んに研究がなされている。   A fuel cell is a device that generally obtains electric energy using hydrogen and oxygen as fuel. Since this fuel cell is excellent in terms of environment and can realize high energy efficiency, it has been widely developed as a future energy supply system. In particular, since the polymer electrolyte fuel cell operates at a relatively low temperature among various types of fuel cells, it has a good startability. For this reason, research has been actively conducted for practical application in various fields.

固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質からなる電解質膜の両側に、それぞれアノードおよびカソードが設けられた膜−電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)が、セパレータによって挟持された構造を有している。   A polymer electrolyte fuel cell has a membrane-electrode assembly (MEA) in which an anode and a cathode are provided on both sides of an electrolyte membrane made of a solid polymer electrolyte having proton conductivity, respectively, by means of a separator. It has a sandwiched structure.

この燃料電池を氷点下において始動させると、カソードで生成された水が凍結して、有効発電面積が減少することがある。そこで、ヒータを備える第2冷却水通路を設け、低温起動時にヒータによって加熱された冷却液を燃料電池に供給する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   When this fuel cell is started below freezing point, the water generated at the cathode may freeze, reducing the effective power generation area. Therefore, a technique has been disclosed in which a second cooling water passage provided with a heater is provided to supply the fuel cell with a coolant heated by the heater at the time of low temperature startup (see, for example, Patent Document 1).

特開2002−313392号公報JP 2002-313392 A

しかしながら、特許文献1の技術では、酸化剤ガス流路の出口側で生成水が再氷結するおそれがある。この場合、発電性能が低下するおそれがある。   However, in the technique of Patent Document 1, the generated water may be re-iced on the outlet side of the oxidant gas flow path. In this case, the power generation performance may be reduced.

本発明は、氷点下起動時に生成水の再氷結を抑制することができる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing re-freezing of generated water at the time of starting below freezing point and a control method thereof.

本発明に係る燃料電池システムは、カソードとカソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路とが設けられた燃料電池と、燃料電池の氷点下起動時に酸化剤ガス流路の下流側の温度を上流側の温度に比較して高く調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、氷点下起動時において、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結が抑制される。それにより、発電性能低下が抑制される。   The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell provided with a cathode and an oxidant gas channel for supplying an oxidant gas to the cathode, and a downstream side of the oxidant gas channel when the fuel cell is started below freezing point. Temperature adjusting means for adjusting the temperature to be higher than the temperature on the upstream side. In the fuel cell system according to the present invention, re-freezing of power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is suppressed at the time of starting below freezing point. Thereby, a power generation performance fall is suppressed.

温度調整手段は、酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と、酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量および第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量を制御する流量制御手段と、を備え、流量制御手段は、燃料電池の氷点下起動時に、第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量が第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量よりも少なくなるように冷却媒体流量を制御してもよい。この場合、酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側の温度上昇が促進される。それにより、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結が抑制される。   The temperature adjusting means includes a first cooling medium flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path, a second cooling medium flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path, and the first cooling medium flow. And a flow rate control means for controlling the flow rate of the cooling medium flowing through the passage and the flow rate of the cooling medium flowing through the second cooling medium flow path. The flow rate control means opens the second cooling medium flow path when the fuel cell is started below freezing point. The cooling medium flow rate may be controlled such that the flowing cooling medium flow rate is less than the cooling medium flow rate flowing through the first cooling medium flow path. In this case, the temperature increase on the downstream side of the oxidant gas is promoted compared to the upstream side of the oxidant gas. Thereby, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is suppressed.

流量制御手段は、燃料電池の氷点下起動時に、第2冷却媒体流路への冷却媒体供給を停止してもよい。この場合、酸化剤ガス下流側の温度上昇を促進することができる。それにより、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結がより抑制される。   The flow rate control means may stop supplying the coolant to the second coolant flow path when the fuel cell is started below freezing point. In this case, the temperature rise on the downstream side of the oxidant gas can be promoted. Thereby, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is further suppressed.

温度調整手段は、酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、を備え、第2冷却媒体流路の断面積は、第1冷却媒体流路の断面積に比較して小さくてもよい。この場合、第2冷却媒体を流動する冷却媒体流量は、第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量に比較して少なくなる。それにより、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結が抑制される。   The temperature adjusting means includes a first cooling medium flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path and a second cooling medium flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path. The cross-sectional area of the medium flow path may be smaller than the cross-sectional area of the first cooling medium flow path. In this case, the flow rate of the cooling medium flowing through the second cooling medium is smaller than the flow rate of the cooling medium flowing through the first cooling medium flow path. Thereby, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is suppressed.

本発明に係る燃料電池の制御方法は、カソードとカソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路とが設けられた燃料電池の制御方法であって、燃料電池の氷点下起動時に、酸化剤ガス流路の下流側の温度を上流側の温度に比較して高く調整する温度調整ステップを含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の制御方法においては、氷点下起動時において、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結が抑制される。それにより、発電性能低下が抑制される。   A control method for a fuel cell according to the present invention is a control method for a fuel cell provided with a cathode and an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode. It includes a temperature adjustment step for adjusting the temperature on the downstream side of the agent gas flow path higher than the temperature on the upstream side. In the fuel cell control method according to the present invention, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is suppressed at the time of starting below freezing point. Thereby, a power generation performance fall is suppressed.

燃料電池は、酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、を備え、温度調整ステップは、燃料電池の氷点下起動時に、第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量が第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量よりも少なくなるように冷却媒体流量を制御するステップであってもよい。この場合、酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側の温度上昇が促進される。それにより、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結が抑制される。   The fuel cell includes a first cooling medium flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path and a second cooling medium flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path. The step of controlling the coolant flow rate so that the coolant flow rate flowing through the second coolant flow path is smaller than the coolant flow rate flowing through the first coolant flow path when the fuel cell starts below freezing point. Good. In this case, the temperature increase on the downstream side of the oxidant gas is promoted compared to the upstream side of the oxidant gas. Thereby, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is suppressed.

温度調整ステップは、燃料電池の氷点下起動時に、第2冷却媒体流路への冷却媒体供給を停止するステップであってもよい。この場合、酸化剤ガス下流側の温度上昇を促進することができる。それにより、酸化剤ガス下流側における発電生成水の再氷結がより抑制される。   The temperature adjustment step may be a step of stopping the supply of the cooling medium to the second cooling medium flow path when the fuel cell is started below the freezing point. In this case, the temperature rise on the downstream side of the oxidant gas can be promoted. Thereby, re-freezing of the power generation product water on the downstream side of the oxidant gas is further suppressed.

本発明によれば、氷点下起動時に生成水の再氷結を抑制することができる。   According to the present invention, re-freezing of generated water can be suppressed at the time of starting below freezing.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図1は、本発明の第1実施例に係る燃料電池システム300の概略を示す模式図である。図1に示すように、燃料電池システム300は、燃料電池スタック100、燃料ガス供給手段210、酸化剤ガス供給手段220、冷却媒体供給手段230および制御部240を備える。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an outline of a fuel cell system 300 according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 300 includes a fuel cell stack 100, a fuel gas supply unit 210, an oxidant gas supply unit 220, a cooling medium supply unit 230, and a control unit 240.

燃料電池スタック100は、積層体110がエンドプレート120aとエンドプレート120bとによって挟持された構造を有する。積層体110は、複数の単セル130が積層された構造を有する。燃料ガス供給手段210は、制御部240の指示に従って、水素を含む燃料ガスを燃料電池スタック100に供給する手段である。酸化剤ガス供給手段220は、制御部240の指示に従って、酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池スタック100に供給する手段である。   The fuel cell stack 100 has a structure in which the stack 110 is sandwiched between an end plate 120a and an end plate 120b. The stacked body 110 has a structure in which a plurality of single cells 130 are stacked. The fuel gas supply unit 210 is a unit that supplies a fuel gas containing hydrogen to the fuel cell stack 100 in accordance with an instruction from the control unit 240. The oxidant gas supply means 220 is a means for supplying an oxidant gas containing oxygen to the fuel cell stack 100 in accordance with an instruction from the controller 240.

冷却媒体供給手段230は、制御部240の指示に従って、エチレングリコール等の冷却媒体を燃料電池スタック100に供給する手段である。冷却媒体供給手段230の詳細は、後述する。制御部240は、CPU(中央演算処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメモリ)等から構成され、燃料ガス供給手段210、酸化剤ガス供給手段220および冷却媒体供給手段230を制御する手段である。   The cooling medium supply unit 230 is a unit that supplies a cooling medium such as ethylene glycol to the fuel cell stack 100 in accordance with an instruction from the control unit 240. Details of the cooling medium supply means 230 will be described later. The control unit 240 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and includes a fuel gas supply unit 210, an oxidant gas supply unit 220, and a cooling medium supply unit 230. It is a means to control.

続いて、単セル130の詳細について説明する。図2は、単セル130の模式的断面図である。図2においては、複数の単セル130が積層されている場合が示されている。図2に示すように、単セル130は、シールガスケット一体型MEA(膜電極接合体)20が2枚のセパレータ10によって挟持された構造を有する。セパレータ10は、カソード対向プレート11とアノード対向プレート13とによって、中間プレート12が挟持された構造を有する。セパレータ10を構成するこれら3枚のプレートは、ホットプレス等によって接合されている。   Next, details of the single cell 130 will be described. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the single cell 130. FIG. 2 shows a case where a plurality of single cells 130 are stacked. As shown in FIG. 2, the single cell 130 has a structure in which a seal gasket-integrated MEA (membrane electrode assembly) 20 is sandwiched between two separators 10. The separator 10 has a structure in which an intermediate plate 12 is sandwiched between a cathode facing plate 11 and an anode facing plate 13. These three plates constituting the separator 10 are joined by hot pressing or the like.

シールガスケット一体型MEA20は、MEA21およびシールガスケット22を備える。MEA21は、プロトン導電性を備える電解質膜の両面に触媒層およびガス拡散層が順に形成された構造を有する。触媒層は、触媒を担持する導電性材料からなり、例えば白金担持カーボン等からなる。ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性材料からなり、例えばカーボンクロス、カーボンペーパ等からなる。本実施例においては、MEA21の上面側(図中左側)がアノードとして機能し、MEA21の下面側(図中右側)がカソードとして機能する。   The seal gasket-integrated MEA 20 includes an MEA 21 and a seal gasket 22. The MEA 21 has a structure in which a catalyst layer and a gas diffusion layer are sequentially formed on both surfaces of an electrolyte membrane having proton conductivity. The catalyst layer is made of a conductive material that supports a catalyst, such as platinum-supported carbon. The gas diffusion layer is made of a conductive material having gas permeability, for example, carbon cloth, carbon paper or the like. In this embodiment, the upper surface side (left side in the figure) of the MEA 21 functions as an anode, and the lower surface side (right side in the figure) of the MEA 21 functions as a cathode.

MEA21の上面側(図中左側)には、多孔体流路23が配置されている。MEA21の下面側(図中右側)には、多孔体流路24が配置されている。多孔体流路23,24は、ガス拡散層よりも硬い導電性材料からなり、チタン等からなる発泡金属、金属メッシュ等の金属多孔体または金属三次元構造体からなる。多孔体流路23,24は、セパレータ10のディンプルの有無にかかわらず、厚みが略一定になるような強度を有していることが好ましい。この場合、ディンプルの有無にかかわらず、気孔率がほとんど変化しない。また、ディンプルの有無にかかわらず、拡散層に対する面圧を面内略一定にすることができる。したがって、拡散層における局所的圧縮を低減することができるため、排水性が向上する。   On the upper surface side (left side in the figure) of the MEA 21, a porous body channel 23 is disposed. On the lower surface side (right side in the figure) of the MEA 21, a porous body flow path 24 is disposed. The porous body channels 23 and 24 are made of a conductive material harder than the gas diffusion layer, and are made of a metal porous body such as a foam metal made of titanium or the like, a metal mesh, or a metal three-dimensional structure. It is preferable that the porous channels 23 and 24 have such strength that the thickness is substantially constant regardless of the presence or absence of dimples in the separator 10. In this case, the porosity hardly changes regardless of the presence or absence of dimples. Further, the surface pressure on the diffusion layer can be made substantially constant in the surface regardless of the presence or absence of dimples. Therefore, since the local compression in the diffusion layer can be reduced, the drainage performance is improved.

図3は、セパレータ10およびシールガスケット一体型MEA20の詳細について説明するための図である。図3(a)はカソード対向プレート11の模式的平面図であり、図3(b)はアノード対向プレート13の模式的平面図であり、図3(c)は中間プレート12の模式的平面図であり、図3(d)はシールガスケット一体型MEA20の模式的平面図である。   FIG. 3 is a diagram for explaining the details of the separator 10 and the seal gasket-integrated MEA 20. 3A is a schematic plan view of the cathode facing plate 11, FIG. 3B is a schematic plan view of the anode facing plate 13, and FIG. 3C is a schematic plan view of the intermediate plate 12. FIG. 3D is a schematic plan view of the seal gasket-integrated MEA 20.

カソード対向プレート11は矩形の金属製のプレートである。この金属製プレートとしては、チタン、チタン合金、ステンレス等の表面に腐食防止のためのメッキ処理が施されたものを用いることができる。   The cathode facing plate 11 is a rectangular metal plate. As the metal plate, a plate made of titanium, titanium alloy, stainless steel, or the like that has been subjected to plating treatment for corrosion prevention can be used.

図3(a)に示すように、カソード対向プレート11においてMEA21と対向する部分(以下、発電領域Xと称する)は平面である。カソード対向プレート11の外周縁部には、燃料ガス供給マニホールド41a、燃料ガス排出マニホールド41b、酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42c、酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42f、冷却媒体供給マニホールド43a,43bおよび冷却媒体排出マニホールド43c,43dが形成されている。   As shown in FIG. 3A, a portion of the cathode facing plate 11 facing the MEA 21 (hereinafter referred to as a power generation region X) is a plane. At the outer peripheral edge of the cathode facing plate 11, a fuel gas supply manifold 41a, a fuel gas discharge manifold 41b, oxidant gas supply manifolds 42a to 42c, oxidant gas discharge manifolds 42d to 42f, cooling medium supply manifolds 43a and 43b, and cooling are provided. Medium discharge manifolds 43c and 43d are formed.

酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42cは、カソード対向プレート11の一辺近傍に辺方向に沿って形成されている。酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42fは、その対辺近傍に辺方向に沿って形成されている。冷却媒体供給マニホールド43a,43bは、残りの2辺のうち一方の近傍に辺方向に沿って形成されている。冷却媒体排出マニホールド43c,43dは、その対辺近傍に辺方向に沿って形成されている。   The oxidant gas supply manifolds 42 a to 42 c are formed in the vicinity of one side of the cathode facing plate 11 along the side direction. The oxidant gas discharge manifolds 42d to 42f are formed in the vicinity of opposite sides along the side direction. The cooling medium supply manifolds 43a and 43b are formed in the vicinity of one of the remaining two sides along the side direction. The cooling medium discharge manifolds 43c and 43d are formed in the vicinity of opposite sides along the side direction.

本実施例においては、冷却媒体供給マニホールド43aは冷却媒体供給マニホールド43bよりも酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42c側に形成されている。また、冷却媒体排出マニホールド43cは、冷却媒体排出マニホールド43dよりも酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42c側に形成されている。また、カソード対向プレート11には、複数の酸化剤ガス供給孔44aおよび複数の酸化剤ガス排出孔44bが形成されている。上記各マニホールドおよび上記各孔は、カソード対向プレート11を厚さ方向に貫通している。   In the present embodiment, the cooling medium supply manifold 43a is formed closer to the oxidizing gas supply manifolds 42a to 42c than the cooling medium supply manifold 43b. The cooling medium discharge manifold 43c is formed closer to the oxidant gas supply manifolds 42a to 42c than the cooling medium discharge manifold 43d. The cathode facing plate 11 has a plurality of oxidant gas supply holes 44a and a plurality of oxidant gas discharge holes 44b. The manifolds and the holes penetrate the cathode facing plate 11 in the thickness direction.

図3(b)に示すように、アノード対向プレート13は、カソード対向プレート11と略同形状の矩形の金属製のプレートであり、カソード対向プレート11と同様の材料から構成される。アノード対向プレート13における発電領域Xは平面である。   As shown in FIG. 3B, the anode facing plate 13 is a rectangular metal plate having substantially the same shape as the cathode facing plate 11 and is made of the same material as the cathode facing plate 11. The power generation region X in the anode facing plate 13 is a plane.

カソード対向プレート11と同様に、アノード対向プレート13の外周縁部には、燃料ガス供給マニホールド41a、燃料ガス排出マニホールド41b、酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42c、酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42f、冷却媒体供給マニホールド43a,43bおよび冷却媒体排出マニホールド43c,43dが形成されている。また、アノード対向プレート13には、燃料ガス供給用のコモンレール45aおよび燃料ガス排出用のコモンレール45bが形成されている。上記各マニホールドおよび上記各コモンレールは、アノード対向プレート13を厚さ方向に貫通している。   Similar to the cathode facing plate 11, the fuel gas supply manifold 41 a, the fuel gas discharge manifold 41 b, the oxidant gas supply manifolds 42 a to 42 c, the oxidant gas discharge manifolds 42 d to 42 f, Medium supply manifolds 43a and 43b and cooling medium discharge manifolds 43c and 43d are formed. The anode facing plate 13 is formed with a common rail 45a for supplying fuel gas and a common rail 45b for discharging fuel gas. The manifolds and the common rails penetrate the anode facing plate 13 in the thickness direction.

図3(c)に示すように、中間プレート12は、カソード対向プレート11と同形状の矩形の金属製プレートであり、カソード対向プレート11と同様の材料から構成される。カソード対向プレート11と同様に、中間プレート12の外周縁部には、燃料ガス供給マニホールド41a、燃料ガス排出マニホールド41b、酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42cおよび酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42fが形成されている。   As shown in FIG. 3C, the intermediate plate 12 is a rectangular metal plate having the same shape as the cathode facing plate 11 and is made of the same material as the cathode facing plate 11. Similar to the cathode facing plate 11, a fuel gas supply manifold 41a, a fuel gas discharge manifold 41b, oxidant gas supply manifolds 42a to 42c, and oxidant gas discharge manifolds 42d to 42f are formed on the outer peripheral edge of the intermediate plate 12. ing.

また、中間プレート12には、一端が燃料ガス供給マニホールド41aに連通し、他端がコモンレール45aに連通する複数の燃料ガス供給流路46aが形成されている。同様に、中間プレート12には、一端が燃料ガス排出マニホールド41bに連通し、他端がコモンレール45bに連通する複数の燃料ガス排出流路46bが形成されている。   The intermediate plate 12 is formed with a plurality of fuel gas supply passages 46a having one end communicating with the fuel gas supply manifold 41a and the other end communicating with the common rail 45a. Similarly, the intermediate plate 12 is formed with a plurality of fuel gas discharge passages 46b having one end communicating with the fuel gas discharge manifold 41b and the other end communicating with the common rail 45b.

さらに、中間プレート12には、一端が酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42cのいずれかに連通し、他端が酸化剤ガス供給孔44aに連通する複数の酸化剤ガス供給流路47aが形成されている。同様に、中間プレート12には、一端が酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42fに連通し、他端が酸化剤ガス排出孔44bに連通する複数の酸化剤ガス排出流路47bが形成されている。また、中間プレート12には、一端が冷却媒体供給マニホールド43aに連通し、他端が冷却媒体排出マニホールド43cに連通する複数の第1冷却媒体流路48が形成されている。さらに、中間プレート12には、一端が冷却媒体供給マニホールド43bに連通し、他端が冷却媒体排出マニホールド43dに連通する複数の第2冷却媒体流路49が形成されている。上記各流路は、中間プレート12を厚さ方向に貫通している。   Further, the intermediate plate 12 is formed with a plurality of oxidant gas supply passages 47a having one end communicating with any of the oxidant gas supply manifolds 42a to 42c and the other end communicating with the oxidant gas supply hole 44a. Yes. Similarly, the intermediate plate 12 is formed with a plurality of oxidant gas discharge passages 47b with one end communicating with the oxidant gas discharge manifolds 42d to 42f and the other end communicating with the oxidant gas discharge hole 44b. Further, the intermediate plate 12 is formed with a plurality of first cooling medium flow paths 48 having one end communicating with the cooling medium supply manifold 43a and the other end communicating with the cooling medium discharge manifold 43c. Further, the intermediate plate 12 is formed with a plurality of second cooling medium flow paths 49 having one end communicating with the cooling medium supply manifold 43b and the other end communicating with the cooling medium discharge manifold 43d. Each flow path penetrates the intermediate plate 12 in the thickness direction.

図3(d)に示すように、シールガスケット一体型MEA20は、MEA21の外周縁部にシールガスケット22が接合された構造を有する。シールガスケット22は、例えば、シリコンゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム等の樹脂材料から構成される。シールガスケット22は、金型のキャビティにMEA21の外周端部を臨ませて、上記樹脂材料を射出成形することによって作製される。この方法によれば、MEA21とシールガスケット22とが隙間なく接合される。それにより、冷却媒体、酸化剤ガスおよび燃料ガスの接合部からの漏出を防止することができる。   As shown in FIG. 3 (d), the seal gasket-integrated MEA 20 has a structure in which a seal gasket 22 is joined to the outer peripheral edge of the MEA 21. The seal gasket 22 is made of a resin material such as silicon rubber, butyl rubber, or fluorine rubber, for example. The seal gasket 22 is manufactured by injection-molding the resin material with the outer peripheral end of the MEA 21 facing the mold cavity. According to this method, the MEA 21 and the seal gasket 22 are joined without a gap. Thereby, leakage from the junction of the cooling medium, the oxidant gas, and the fuel gas can be prevented.

カソード対向プレート11と同様に、シールガスケット22には、燃料ガス供給マニホールド41a、燃料ガス排出マニホールド41b、酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42c、酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42f、冷却媒体供給マニホールド43a,43bおよび冷却媒体排出マニホールド43c,43dが形成されている。シールガスケット22は、上面および下面に当接する2枚のセパレータ10をシールしている。また、シールガスケット22は、MEA21の外周と各マニホールドの外周との間をシールしている。   Similar to the cathode facing plate 11, the seal gasket 22 includes a fuel gas supply manifold 41a, a fuel gas discharge manifold 41b, an oxidant gas supply manifold 42a to 42c, an oxidant gas discharge manifold 42d to 42f, a cooling medium supply manifold 43a, 43b and cooling medium discharge manifolds 43c and 43d are formed. The seal gasket 22 seals the two separators 10 in contact with the upper surface and the lower surface. The seal gasket 22 seals between the outer periphery of the MEA 21 and the outer periphery of each manifold.

続いて、燃料電池スタック100の発電時の燃料電池システム300の動作の概要について説明する。まず、制御部240は、水素を含有する燃料ガスが燃料ガス供給マニホールド41aに供給されるように燃料ガス供給手段210を制御する。この燃料ガスは、燃料ガス供給流路46aおよびコモンレール45aを介して、多孔体流路23に供給される。その後、燃料ガスは、多孔体流路23を流動しつつ、MEA21のアノード側ガス拡散層に供給される。燃料ガス中の水素は、MEA21の触媒層においてプロトンに変換される。変換されたプロトンはMEA21の電解質膜を伝導し、カソード側の触媒層に到達する。   Next, an outline of the operation of the fuel cell system 300 during power generation by the fuel cell stack 100 will be described. First, the control unit 240 controls the fuel gas supply unit 210 so that the fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas supply manifold 41a. This fuel gas is supplied to the porous body flow path 23 via the fuel gas supply flow path 46a and the common rail 45a. Thereafter, the fuel gas is supplied to the anode side gas diffusion layer of the MEA 21 while flowing through the porous body flow path 23. Hydrogen in the fuel gas is converted into protons in the catalyst layer of the MEA 21. The converted protons conduct through the electrolyte membrane of MEA 21 and reach the cathode catalyst layer.

一方、制御部240は、酸素を含有する酸化剤ガスが酸化剤ガス供給マニホールド42a〜42cに供給されるように酸化剤ガス供給手段220を制御する。この酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給流路47aを介して、多孔体流路24に供給される。その後、酸化剤ガスは、多孔体流路24を流動しつつ、MEA21のカソード側ガス拡散層に供給される。MEA21のカソード側触媒層においては、酸化剤ガス中の酸素とプロトンとから水が発生するとともに電力が発生する。この化学反応により、熱が発生する。発生した電力は、セパレータ10を介して回収される。   On the other hand, the control unit 240 controls the oxidant gas supply means 220 so that the oxidant gas containing oxygen is supplied to the oxidant gas supply manifolds 42a to 42c. This oxidant gas is supplied to the porous body flow path 24 via the oxidant gas supply flow path 47a. Thereafter, the oxidant gas is supplied to the cathode side gas diffusion layer of the MEA 21 while flowing through the porous body flow path 24. In the cathode side catalyst layer of the MEA 21, water is generated and oxygen is generated from oxygen and protons in the oxidant gas. This chemical reaction generates heat. The generated electric power is collected through the separator 10.

また、制御部240は、冷却媒体供給マニホールド43a,43bに冷却媒体が供給されるように冷却媒体供給手段230を制御する。冷却媒体供給マニホールド43aに供給された冷却媒体は、第1冷却媒体流路48を流動し冷却媒体排出マニホールド43cを介して外部に排出される。冷却媒体供給マニホールド43bに供給された冷却媒体は、第2冷却媒体流路49を流動し冷却媒体排出マニホールド43dを介して外部に排出される。それにより、燃料電池スタック100が冷却される。その結果、燃料電池スタック100の温度を適切な温度に調整することができる。   In addition, the control unit 240 controls the cooling medium supply unit 230 so that the cooling medium is supplied to the cooling medium supply manifolds 43a and 43b. The cooling medium supplied to the cooling medium supply manifold 43a flows through the first cooling medium flow path 48 and is discharged to the outside through the cooling medium discharge manifold 43c. The cooling medium supplied to the cooling medium supply manifold 43b flows through the second cooling medium flow path 49 and is discharged to the outside through the cooling medium discharge manifold 43d. Thereby, the fuel cell stack 100 is cooled. As a result, the temperature of the fuel cell stack 100 can be adjusted to an appropriate temperature.

なお、発電に用いられなかった燃料ガスは、コモンレール45b、燃料ガス排出流路46bおよび燃料ガス排出マニホールド41bを介して外部に排出される。さらに、発電に用いられなかった酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出流路47bおよび酸化剤ガス排出マニホールド42d〜42fを介して外部に排出される。   The fuel gas that has not been used for power generation is discharged to the outside through the common rail 45b, the fuel gas discharge passage 46b, and the fuel gas discharge manifold 41b. Further, the oxidant gas that has not been used for power generation is discharged to the outside through the oxidant gas discharge passage 47b and the oxidant gas discharge manifolds 42d to 42f.

ここで、燃料電池スタック100の氷点下起動について考える。氷点下で燃料電池スタック100が発電を開始すると、発電に伴う発熱によって燃料電池スタック100の温度が徐々に上昇する。しかしながら、発電に伴って生成された水分が排出されるまでに再氷結することがある。この場合、有効発電面積が減少する。それにより、発電性能が低下するおそれがある。   Here, the sub-freezing start-up of the fuel cell stack 100 will be considered. When the fuel cell stack 100 starts power generation below the freezing point, the temperature of the fuel cell stack 100 gradually increases due to heat generated by power generation. However, re-freezing may occur before the water generated by power generation is discharged. In this case, the effective power generation area decreases. As a result, power generation performance may be reduced.

図4は、低温起動時における発電分布の実験結果を示す図である。図4(a)に示すように、酸化剤ガス供給マニホールド42cから酸化剤ガス排出マニホールド42fまでの間の発電領域Xをテストピースとして用いた。このテストピースを3×5に分割し、−10℃で一定に保持した状態で、各領域の電流密度を測定した。   FIG. 4 is a diagram showing experimental results of power generation distribution at the time of low temperature startup. As shown in FIG. 4A, the power generation region X between the oxidant gas supply manifold 42c and the oxidant gas discharge manifold 42f was used as a test piece. The test piece was divided into 3 × 5, and the current density in each region was measured in a state where the test piece was kept constant at −10 ° C.

図4(b)は、時間の経過に伴う電流密度変化を示す図である。図4(b)に示すように、発電開始時には、面内全体でほぼ均一に発電が行われていた。しかしながら、時間の経過とともに、酸化剤ガスの下流側において電流密度が低下した。これは、発電に伴って生成された水分が再氷結しているからであると考えられる。さらに時間が経過すると、面内の一部の領域だけで発電が行われるようになった。   FIG. 4B is a diagram showing changes in current density over time. As shown in FIG. 4B, at the start of power generation, power generation was performed almost uniformly over the entire surface. However, with the passage of time, the current density decreased on the downstream side of the oxidant gas. This is presumably because the moisture generated with power generation is re-freezing. As time passes, power generation occurs in only a part of the area.

このように、低温起動時においては、酸化剤ガス下流側において発電性能が低下し、徐々に全体の発電性能が低下することがわかった。そこで、本実施例においては、氷点下起動時に、冷却媒体流量を調整する。以下、燃料電池スタック100の氷点下起動時における燃料電池システム300の動作を説明する。   As described above, it was found that at the time of low temperature startup, the power generation performance decreases on the downstream side of the oxidant gas, and the overall power generation performance gradually decreases. Therefore, in this embodiment, the cooling medium flow rate is adjusted at the time of starting below freezing. Hereinafter, the operation of the fuel cell system 300 when the fuel cell stack 100 is activated below the freezing point will be described.

図5は、氷点下起動時(例えば−35℃〜0℃)における燃料電池システム300の動作を説明するための模式図である。図5に示すように、冷却媒体供給手段230は、冷却媒体の流量を調整するための流量調整弁231と、冷却媒体の温度を検出するための温度センサ232と、を備える。本実施例においては、温度センサ232は、冷却媒体排出マニホールド43c,43dよりも下流側の冷却媒体の温度を検出する。燃料電池スタック100の温度を精度良く検出することができるからである。   FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the operation of the fuel cell system 300 at the time of starting below freezing (for example, −35 ° C. to 0 ° C.). As shown in FIG. 5, the cooling medium supply means 230 includes a flow rate adjusting valve 231 for adjusting the flow rate of the cooling medium, and a temperature sensor 232 for detecting the temperature of the cooling medium. In the present embodiment, the temperature sensor 232 detects the temperature of the cooling medium downstream from the cooling medium discharge manifolds 43c and 43d. This is because the temperature of the fuel cell stack 100 can be detected with high accuracy.

まず、制御部240は、燃料ガス供給手段210および酸化剤ガス供給手段220を制御して燃料電池スタック100に発電をさせる。次に、制御部240は、温度センサ232の検出結果に基づいて冷却媒体の温度が氷点下であるか否かを判定する。冷却媒体の温度が氷点下である場合、制御部240は、第2冷却媒体流路49への冷却媒体供給量が第1冷却媒体流路48への冷却媒体供給量に比較して少なくなるように流量調整弁231を制御する。   First, the control unit 240 controls the fuel gas supply unit 210 and the oxidant gas supply unit 220 to cause the fuel cell stack 100 to generate power. Next, the control unit 240 determines whether or not the temperature of the cooling medium is below freezing based on the detection result of the temperature sensor 232. When the temperature of the cooling medium is below the freezing point, the control unit 240 causes the cooling medium supply amount to the second cooling medium flow path 49 to be smaller than the cooling medium supply amount to the first cooling medium flow path 48. The flow rate adjusting valve 231 is controlled.

この場合、酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側の冷却媒体の流量が少なくなる。それにより、酸化剤ガス下流側を流動する氷点下の冷却媒体の流量が少なくなることから、発電に伴う発熱による酸化剤ガス下流側の温度上昇が促進される。その結果、酸化剤ガスに含まれる発電生成水の酸化剤ガス下流側における再氷結が抑制される。以上のことから、有効発電面積の減少を抑制することができる。   In this case, the flow rate of the cooling medium on the downstream side of the oxidant gas is smaller than that on the upstream side of the oxidant gas. As a result, the flow rate of the cooling medium below the freezing point flowing on the downstream side of the oxidant gas is reduced, and the temperature increase on the downstream side of the oxidant gas due to heat generated by power generation is promoted. As a result, re-freezing on the downstream side of the oxidant gas of the power generation generated water contained in the oxidant gas is suppressed. From the above, it is possible to suppress a decrease in the effective power generation area.

なお、本実施例においては、第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体流量を低減させたが、第2冷却媒体流路49への冷却媒体の供給を停止してもよい。この場合、酸化剤ガス下流側においては氷点下の冷却媒体が流動しないことから、酸化剤ガス下流側の温度上昇が促進される。   In the present embodiment, the flow rate of the cooling medium flowing through the second cooling medium flow path 49 is reduced, but the supply of the cooling medium to the second cooling medium flow path 49 may be stopped. In this case, since the cooling medium below freezing point does not flow on the downstream side of the oxidant gas, the temperature increase on the downstream side of the oxidant gas is promoted.

ここで、氷点下起動時に第1冷却媒体流路48および第2冷却媒体流路49への冷却媒体の供給を停止することも考えられる。発電に伴う発熱によって燃料電池スタック100の温度上昇が促進されるからである。しかしながら、この場合、燃料電池スタック100の平均温度の検出が困難になるため、燃料電池スタック100の制御が困難になるおそれがある。また、冷却媒体の循環を停止すると、カソード触媒層において局所的に温度が上昇することになる。この場合、燃料電池スタック100の各部が損傷するおそれがある。したがって、冷却媒体はできるだけ循環していることが好ましい。本実施例においては、冷却媒体の循環が部分的に停止または抑制されるにすぎないので、燃料電池スタック100の各部の損傷等を抑制しつつ、効率よく燃料電池スタック100を起動することができる。   Here, it is also conceivable to stop the supply of the cooling medium to the first cooling medium flow path 48 and the second cooling medium flow path 49 at the time of starting below the freezing point. This is because the temperature rise of the fuel cell stack 100 is promoted by heat generated by power generation. However, in this case, since it becomes difficult to detect the average temperature of the fuel cell stack 100, the control of the fuel cell stack 100 may be difficult. When the circulation of the cooling medium is stopped, the temperature locally rises in the cathode catalyst layer. In this case, each part of the fuel cell stack 100 may be damaged. Therefore, the cooling medium is preferably circulated as much as possible. In the present embodiment, since the circulation of the cooling medium is only partially stopped or suppressed, the fuel cell stack 100 can be efficiently started up while suppressing damage to each part of the fuel cell stack 100 and the like. .

図6に、氷点下起動時のフローチャートの一例を示す。このフローチャートが実行される際には、燃料電池スタック100において発電が開始されている。図6に示すように、制御部240は、温度センサ232の検出結果を受け取って冷却媒体の温度Tを取得する(ステップS1)。次に、制御部240は、冷却媒体の温度Tが0℃未満であるか否かを判定する(ステップS2)。   FIG. 6 shows an example of a flowchart when starting below freezing. When this flowchart is executed, power generation is started in the fuel cell stack 100. As shown in FIG. 6, the control unit 240 receives the detection result of the temperature sensor 232 and acquires the temperature T of the cooling medium (step S1). Next, the control unit 240 determines whether or not the temperature T of the cooling medium is less than 0 ° C. (step S2).

ステップS2において冷却媒体の温度Tが0℃未満であると判定されなかった場合には、制御部240は、フローチャートの実行を終了する。ステップS2において冷却媒体の温度Tが0℃未満であると判定された場合、制御部240は、第1冷却媒体流路48を流動する冷却媒体の流量よりも第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体の流量が少なくなるように、流量調整弁231を制御する(ステップS3)。   If it is not determined in step S2 that the temperature T of the cooling medium is less than 0 ° C., the control unit 240 ends the execution of the flowchart. When it is determined in step S <b> 2 that the temperature T of the cooling medium is less than 0 ° C., the control unit 240 flows through the second cooling medium flow path 49 rather than the flow rate of the cooling medium flowing through the first cooling medium flow path 48. The flow rate adjusting valve 231 is controlled so that the flow rate of the cooling medium to be reduced is reduced (step S3).

次に、制御部240は、温度センサ232の検出結果を受け取って冷却媒体の温度Tを再度取得する(ステップS4)。次いで、制御部240は、冷却媒体の温度Tが0℃以上であるか否かを判定する(ステップS5)。ステップS5において冷却媒体の温度Tが0℃以上であると判定されなかった場合、制御部240は、再度ステップS4を実行する。ステップS5において冷却媒体の温度Tが0℃以上であると判定された場合、制御部240は、第1冷却媒体流路48および第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体流量が同じになるように流量調整弁231を制御する(ステップS6)。その後、制御部240は、フローチャートの実行を終了する。   Next, the control unit 240 receives the detection result of the temperature sensor 232 and acquires the temperature T of the cooling medium again (step S4). Next, the control unit 240 determines whether or not the temperature T of the cooling medium is 0 ° C. or higher (step S5). When it is not determined in step S5 that the temperature T of the cooling medium is 0 ° C. or higher, the control unit 240 executes step S4 again. When it is determined in step S5 that the temperature T of the cooling medium is 0 ° C. or higher, the control unit 240 has the same flow rate of the cooling medium flowing through the first cooling medium flow path 48 and the second cooling medium flow path 49. Thus, the flow rate adjusting valve 231 is controlled (step S6). Thereafter, the control unit 240 ends the execution of the flowchart.

このフローチャートの実行により、冷却媒体の温度が氷点下から0℃になるまでの間、酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側の冷却媒体の流量が少なくなる。それにより、酸化剤ガスに含まれる発電生成水の酸化剤ガス下流側における再氷結が抑制される。その結果、有効発電面積の減少を抑制することができる。   By executing this flowchart, the flow rate of the coolant on the downstream side of the oxidant gas becomes smaller than that on the upstream side of the oxidant gas until the temperature of the coolant reaches 0 ° C. from below freezing point. Thereby, re-freezing on the downstream side of the oxidant gas of the power generation generated water contained in the oxidant gas is suppressed. As a result, a reduction in effective power generation area can be suppressed.

図7(a)は、氷点下起動時における、第1冷却媒体流路48および第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体流量の一例を示す図である。図7(a)に示すように、氷点下起動時点においては、第2冷却媒体流路49への冷却媒体供給を停止し、第1冷却媒体流路48だけに冷却媒体を供給する。その後、徐々にまたは段階的に第2冷却媒体流路49への冷却媒体流量を増加させて、冷却媒体の温度が0℃以上になった場合に第1冷却媒体流路48および第2冷却媒体流路49への冷却媒体の供給量を等しくする。このように冷却媒体流量を制御することによって、酸化剤ガス出口側における水分の再氷結を効率よく抑制することができる。   FIG. 7A is a diagram illustrating an example of the flow rate of the cooling medium flowing through the first cooling medium flow path 48 and the second cooling medium flow path 49 at the time of starting below the freezing point. As shown in FIG. 7A, at the time of starting below freezing, the supply of the cooling medium to the second cooling medium flow path 49 is stopped, and the cooling medium is supplied only to the first cooling medium flow path 48. Thereafter, when the cooling medium flow rate to the second cooling medium flow path 49 is gradually or stepwise increased and the temperature of the cooling medium becomes 0 ° C. or higher, the first cooling medium flow path 48 and the second cooling medium The supply amount of the cooling medium to the flow path 49 is made equal. By controlling the coolant flow rate in this way, it is possible to efficiently suppress re-freezing of moisture on the oxidant gas outlet side.

なお、図7(b)は、第2冷却媒体流路49への冷却媒体供給を停止した場合の温度分布を示す。図7(b)に示すように、第2冷却媒体流路49への冷却媒体供給を停止することによって、酸化剤ガス出口側の温度は酸化剤ガス入口側に比較して温度が高くなる。   FIG. 7B shows a temperature distribution when the supply of the cooling medium to the second cooling medium flow path 49 is stopped. As shown in FIG. 7B, by stopping the supply of the cooling medium to the second cooling medium flow path 49, the temperature on the oxidant gas outlet side becomes higher than that on the oxidant gas inlet side.

また、高温時(例えば冷却媒体温度が80℃以上)には、電解質膜が乾燥して発電性能が低下するおそれがある。そこで、図8(a)に示すように、高温時には第1冷却媒体流路48を流動する冷却媒体の流量よりも第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体の流量が多くなるように、流量調整弁231を制御してもよい。この場合、酸化剤ガスの出口側の温度が低下することによって、酸化剤ガス出口側からの水分の排出が抑制される。それにより、電解質膜の乾燥が抑制される。なお、流量調整弁の代わりに冷却水ポンプを配置し、第1冷却媒体流路48の流量を変えずに第2冷却媒体流路49の流量を増加させると、さらに大きな効果が得られる。   Further, when the temperature is high (for example, the cooling medium temperature is 80 ° C. or higher), the electrolyte membrane may be dried and power generation performance may be reduced. Therefore, as shown in FIG. 8A, at a high temperature, the flow rate of the cooling medium flowing in the second cooling medium flow path 49 is larger than the flow rate of the cooling medium flowing in the first cooling medium flow path 48. The flow rate adjustment valve 231 may be controlled. In this case, when the temperature on the outlet side of the oxidant gas is lowered, the discharge of moisture from the oxidant gas outlet side is suppressed. Thereby, drying of the electrolyte membrane is suppressed. In addition, if a cooling water pump is disposed instead of the flow rate adjusting valve and the flow rate of the second cooling medium flow path 49 is increased without changing the flow rate of the first cooling medium flow path 48, a further great effect can be obtained.

なお、図8(b)は、第2冷却媒体流路49への冷却媒体流量を増加させた場合の温度分布を示す。ここで、本来であれば、酸化剤ガスの出口側かつ冷却媒体の出口側の領域が高温になる。しかしながら、図8(b)に示すように、第2冷却媒体流路49への冷却媒体流量を増加させることによって、酸化剤ガス出口側かつ冷却媒体の出口側の領域の温度上昇が抑制される。それにより、面内温度の均一化を測ることができる。   FIG. 8B shows the temperature distribution when the coolant flow rate to the second coolant flow path 49 is increased. Here, originally, the region on the outlet side of the oxidant gas and the outlet side of the cooling medium becomes high temperature. However, as shown in FIG. 8B, by increasing the coolant flow rate to the second coolant flow path 49, the temperature increase in the region on the oxidant gas outlet side and the outlet side of the coolant is suppressed. . Thereby, the uniformity of the in-plane temperature can be measured.

なお、本実施例においては、冷却媒体供給手段230および制御部240が温度調整手段に相当し、流量調整弁231が流量制御手段に相当する。   In this embodiment, the cooling medium supply unit 230 and the control unit 240 correspond to the temperature adjustment unit, and the flow rate adjustment valve 231 corresponds to the flow rate control unit.

図9は、本発明の第2実施例に係る燃料電池システム300aを説明するための模式図である。本実施例においては、図9に示すように、第2冷却媒体流路49の断面積が第1冷却媒体流路48の断面積よりも小さく設定されている。この場合、第2冷却媒体流路49を流動する冷却媒体流量は第1冷却媒体流路48を流動する冷却媒体流量に比較して少なくなる。したがって、低温起動時における発電生成水の再氷結を抑制することができる。それにより、発電性能低下を抑制することができる。   FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a fuel cell system 300a according to a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the cross-sectional area of the second cooling medium flow path 49 is set smaller than the cross-sectional area of the first cooling medium flow path 48. In this case, the coolant flow rate flowing through the second coolant flow path 49 is smaller than the coolant flow rate flowing through the first coolant flow path 48. Therefore, re-freezing of power generation generated water at the time of low temperature startup can be suppressed. Thereby, a power generation performance fall can be controlled.

なお、上記各実施例においては、冷却媒体を2種類の流路に分けて各流路の流量が調整されているが、それに限られない。3種類以上の流路に分けた場合においても、氷点下起動時に酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側を流動する冷却媒体流量を少なくすることによって、本発明の効果が得られる。また、上記各実施例においては、冷却媒体を用いて温度を調整しているが、それに限られない。例えば、酸化剤ガス上流側に比較して酸化剤ガス下流側の温度を上昇させるヒータ等を備えていてもよい。   In each of the above embodiments, the cooling medium is divided into two types of flow paths and the flow rate of each flow path is adjusted, but the present invention is not limited to this. Even in the case of dividing into three or more types of flow paths, the effect of the present invention can be obtained by reducing the flow rate of the cooling medium flowing downstream of the oxidant gas compared to the upstream side of the oxidant gas when starting below freezing. Moreover, in each said Example, although temperature is adjusted using a cooling medium, it is not restricted to it. For example, you may provide the heater etc. which raise the temperature of oxidant gas downstream compared with oxidant gas upstream.

本発明の第1実施例に係る燃料電池システムの概略を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an outline of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. 単セルの模式的断面図である。It is typical sectional drawing of a single cell. セパレータおよびシールガスケット一体型MEAの詳細について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of a separator and seal gasket integrated MEA. 低温起動時における発電分布の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result of the electric power generation distribution at the time of low temperature starting. 氷点下起動時における燃料電池システムの動作を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating operation | movement of the fuel cell system at the time of starting below freezing point. 氷点下起動時のフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart at the time of starting below freezing point. 氷点下起動時における、第1および第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the coolant flow rate which flows through the 1st and 2nd coolant flow path at the time of starting below freezing point. 高温運転時における、第1および第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cooling medium flow volume which flows through the 1st and 2nd cooling medium flow path at the time of high temperature operation. 本発明の第2実施例に係る燃料電池システムを説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the fuel cell system which concerns on 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

100 燃料電池スタック
130 単セル
230 冷却媒体供給手段
240 制御部
42a〜42c 酸化剤ガス供給マニホールド
42d〜42f 酸化剤ガス排出マニホールド
43a,43b 冷却媒体供給マニホールド
43c,43d 冷却媒体排出マニホールド
48 第1冷却媒体流路
49 第2冷却媒体流路
231 流量調整弁
232 温度センサ
300 燃料電池システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Fuel cell stack 130 Single cell 230 Cooling medium supply means 240 Control part 42a-42c Oxidant gas supply manifold 42d-42f Oxidant gas discharge manifold 43a, 43b Cooling medium supply manifold 43c, 43d Cooling medium discharge manifold 48 1st cooling medium Flow path 49 Second cooling medium flow path 231 Flow rate adjustment valve 232 Temperature sensor 300 Fuel cell system

Claims (7)

カソードと前記カソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路とが設けられた燃料電池と、
前記燃料電池の氷点下起動時に、前記酸化剤ガス流路の下流側の温度を上流側の温度に比較して高く調整する温度調整手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell provided with a cathode and an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode;
A fuel cell system comprising: temperature adjusting means for adjusting the temperature on the downstream side of the oxidant gas flow path to be higher than the temperature on the upstream side when the fuel cell is started below freezing point.
前記温度調整手段は、前記酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と、前記酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、前記第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量および前記第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量を制御する流量制御手段と、を備え、
前記流量制御手段は、前記燃料電池の氷点下起動時に、前記第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量が前記第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量よりも少なくなるように冷却媒体流量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。
The temperature adjusting means includes a first coolant flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path, a second coolant flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path, and the first A flow rate control means for controlling a cooling medium flow rate flowing through the first cooling medium flow path and a cooling medium flow rate flowing through the second cooling medium flow path,
The flow rate control means is configured to reduce the coolant flow rate so that the coolant flow rate flowing through the second coolant flow path is smaller than the coolant flow rate flowing through the first coolant flow path when the fuel cell is started below freezing point. The fuel cell system according to claim 1, wherein the fuel cell system is controlled.
前記流量制御手段は、前記燃料電池の氷点下起動時に、前記第2冷却媒体流路への冷却媒体供給を停止することを特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。   3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the flow rate control unit stops supplying the cooling medium to the second cooling medium flow path when the fuel cell is started below freezing point. 4. 前記温度調整手段は、前記酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と前記酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、を備え、
前記第2冷却媒体流路の断面積は、前記第1冷却媒体流路の断面積に比較して小さいことを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。
The temperature adjusting means includes a first coolant flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path and a second coolant flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the second coolant flow path is smaller than a cross-sectional area of the first coolant flow path.
カソードと前記カソードに酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路とが設けられた燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池の氷点下起動時に、前記酸化剤ガス流路の下流側の温度を上流側の温度に比較して高く調整する温度調整ステップを含むことを特徴とする燃料電池の制御方法。
A control method of a fuel cell provided with a cathode and an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode,
A fuel cell control method comprising a temperature adjustment step of adjusting a temperature on the downstream side of the oxidant gas flow path higher than a temperature on the upstream side when the fuel cell is started below freezing point.
前記燃料電池は、前記酸化剤ガス流路の上流側に形成された第1冷却媒体流路と前記酸化剤ガス流路の下流側に形成された第2冷却媒体流路と、を備え、
前記温度調整ステップは、前記燃料電池の氷点下起動時に、前記第2冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量が前記第1冷却媒体流路を流動する冷却媒体流量よりも少なくなるように冷却媒体流量を制御するステップであることを特徴とする請求項5記載の燃料電池の制御方法。
The fuel cell includes a first coolant flow path formed on the upstream side of the oxidant gas flow path and a second coolant flow path formed on the downstream side of the oxidant gas flow path,
In the temperature adjustment step, the coolant flow rate is such that the coolant flow rate flowing through the second coolant flow path is less than the coolant flow rate flowing through the first coolant flow path when the fuel cell is started below freezing point. 6. The method of controlling a fuel cell according to claim 5, wherein the method is a step of controlling the fuel cell.
前記温度調整ステップは、前記燃料電池の氷点下起動時に、前記第2冷却媒体流路への冷却媒体供給を停止するステップであることを特徴とする請求項6記載の燃料電池の制御方法。   The fuel cell control method according to claim 6, wherein the temperature adjusting step is a step of stopping supply of a cooling medium to the second cooling medium flow path when the fuel cell is started below freezing point.
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