JP2009176435A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of suppressing drying of a unit cell constituting a fuel cell, and furthermore, capable of simplifying a structure of the fuel cell. <P>SOLUTION: In the fuel cell system 1, temperature sensors 11 are provided which measure the temperature of the unit cells 10 of the fuel cell 2, and these temperature sensors 11 are electrically connected to controllers 22, respectively. Moreover, on the unit cell 10, an upper side fuel supply passage 38A, an intermediate fuel supply passage 38B and a lower side fuel supply passage 38C which are separated into three passages are formed. Moreover, fuel supply pipes 20A to 20C for supplying fuel to these upper fuel supply passages 38A, intermediate fuel supply passages 38B and upper side supply passages 38C are interposed with supply valves 23A to 23C, respectively, and these supply valves 23A to 23C are electrically connected to the controllers 22. Then, in the controllers 22, the opening degree control of the supply valves 23A to 23C is carried out based on the temperature measured by the temperature sensors 11. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system.

従来より、アルカリ型(AFC)、固体高分子型(PEFC)、リン酸型(PAFC)、溶融炭酸塩型(MCFC)、固体電解質型(SOFC)などの各種燃料電池が知られている。   Conventionally, various fuel cells such as an alkaline type (AFC), a solid polymer type (PEFC), a phosphoric acid type (PAFC), a molten carbonate type (MCFC), and a solid electrolyte type (SOFC) are known.

例えば、固体高分子型燃料電池は、複数の単位セルが積層されたスタック構造に形成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell is formed in a stack structure in which a plurality of unit cells are stacked.

各セルは、電解質膜と、この電解質膜を挟んで対向配置された燃料側電極および酸素側電極とが圧着されて形成されるMEA(Membrane Electrode Assembly:膜電極接合体)として構成されている。そして、複数のMEAが、セパレータを介して積層されることにより、燃料電池のスタック構造が形成されている。   Each cell is configured as an MEA (Membrane Electrode Assembly) formed by pressure-bonding an electrolyte membrane, and a fuel-side electrode and an oxygen-side electrode arranged to face each other with the electrolyte membrane interposed therebetween. A plurality of MEAs are stacked via separators to form a fuel cell stack structure.

セパレータの一方面(燃料側電極に接する面)には、燃料側電極の全面に水素が行き渡るように、1本の燃料供給路が蛇行状に形成されている。一方、セパレータの他方面(酸素側電極に接する面)には、酸素側電極の全面に酸素が行き渡るように、1本の酸素供給路が蛇行状に形成されている。   On one side of the separator (the side in contact with the fuel side electrode), a single fuel supply path is formed in a meandering manner so that hydrogen spreads over the entire surface of the fuel side electrode. On the other hand, on the other surface of the separator (the surface in contact with the oxygen side electrode), one oxygen supply path is formed in a meandering manner so that oxygen spreads over the entire surface of the oxygen side electrode.

燃料電池では、燃料供給路に水素を供給し、酸素供給路に酸素を供給して、各電極で電気化学反応を生じさせることにより、起電力を発生させる。   In a fuel cell, an electromotive force is generated by supplying hydrogen to a fuel supply path, supplying oxygen to an oxygen supply path, and causing an electrochemical reaction at each electrode.

ところが、上記した燃料電池では、燃料供給路および酸素供給路が、それぞれ1本の蛇行流路に形成されている。そのため、例えば、発電量に対して水素や酸素の供給量が過剰になると、各供給路の上流側付近におけるセルの含水量が低下(乾燥)し、当該部分の内部抵抗が大きくなるという不具合がある。
そこで、例えば、燃料極側セパレータの表面に設けられる燃料ガス流路と、酸化剤極側セパレータの表面に設けられる酸化剤ガス流路の、それぞれの上流側に流路断面積減少部材を配置して、この流路断面積減少部材により、各ガス流路の上流側部分のガス圧力を上昇させて、各ガス流路の上流側付近における電極の乾燥を抑制することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−31197号公報
However, in the fuel cell described above, the fuel supply path and the oxygen supply path are each formed in one meandering flow path. Therefore, for example, when the supply amount of hydrogen or oxygen is excessive with respect to the power generation amount, the moisture content of the cell in the vicinity of the upstream side of each supply path decreases (drys), and the internal resistance of the portion increases. is there.
Therefore, for example, a channel cross-sectional area reducing member is disposed upstream of each of the fuel gas channel provided on the surface of the fuel electrode side separator and the oxidant gas channel provided on the surface of the oxidant electrode side separator. Thus, it has been proposed to increase the gas pressure in the upstream portion of each gas flow path with this flow path cross-sectional area reducing member to suppress drying of the electrode near the upstream side of each gas flow path (for example, , See Patent Document 1).
JP 2004-31197 A

ところが、各セルの乾燥は、必ずしも燃料供給路および酸素供給路の上流側付近で発生するとは限らない。そのため、特許文献1に記載の燃料電池のように、各ガス流路の上流側付近における電極の乾燥を抑制するだけでは不十分である。   However, the drying of each cell does not necessarily occur near the upstream side of the fuel supply path and the oxygen supply path. Therefore, as in the fuel cell described in Patent Document 1, it is not sufficient to suppress drying of the electrodes in the vicinity of the upstream side of each gas flow path.

一方、MEAの面積を小さくし、各供給路の流路長を短くすることによって、各供給路の上流側と下流側との温度差を小さくすることが考えられる。これによって、各セルの加湿状態が均一化され、全体的な乾燥の抑制が図られる。   On the other hand, it is conceivable to reduce the temperature difference between the upstream side and the downstream side of each supply channel by reducing the area of the MEA and shortening the channel length of each supply channel. As a result, the humidified state of each cell is made uniform, and the overall drying is suppressed.

しかし、MEAの面積を小さくすると、各セルの出力量が低下するので、セルの積層数を増やす必要がある。それによって、燃料電池の構造が複雑になるという不具合がある。   However, if the area of the MEA is reduced, the output amount of each cell is reduced, so the number of stacked cells must be increased. As a result, the structure of the fuel cell becomes complicated.

本発明の目的は、燃料電池を構成する単位セルの乾燥を抑制することができ、さらには、燃料電池の構造を簡略にすることができる燃料電池システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing the drying of unit cells constituting the fuel cell and further simplifying the structure of the fuel cell.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、電解質層、この電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極、前記燃料側電極に隣接配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給路が形成された燃料側セパレータ、および、前記酸素側電極に隣接配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給路が形成された酸素側セパレータを備える単位セルを有する燃料電池を備え、前記燃料供給路および前記酸素供給路の少なくとも一方は、複数形成されており、前記単位セルの乾燥部分を検出する検出手段と、前記検出手段の検出に基づいて、各前記燃料供給路および/または各前記酸素供給路に供給する燃料および/または酸素の流量を制御する制御手段とをさらに備えることを特徴としている。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes an electrolyte layer, a fuel side electrode and an oxygen side electrode arranged opposite to each other across the electrolyte layer, the fuel side electrode, and the fuel side electrode. A unit cell comprising a fuel-side separator in which a fuel supply path for supplying fuel is formed, and an oxygen-side separator disposed adjacent to the oxygen-side electrode and having an oxygen supply path for supplying oxygen to the oxygen-side electrode A plurality of at least one of the fuel supply path and the oxygen supply path, a detection means for detecting a dry portion of the unit cell, and based on detection of the detection means, The apparatus further comprises control means for controlling the flow rate of fuel and / or oxygen supplied to the fuel supply path and / or each of the oxygen supply paths.

本発明の燃料電池システムによれば、検出手段により、単位セルの乾燥部分を検出することができる。そして、その検出に基づき、各燃料供給路および/または各酸素供給路への燃料および/または酸素の流量を、適切に制御することによって、乾燥部分のさらなる乾燥を抑制することができる。したがって、単位セルの加湿状態を適切な状態に保つことができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the dry portion of the unit cell can be detected by the detecting means. And based on the detection, the further drying of a dry part can be suppressed by controlling appropriately the flow volume of the fuel and / or oxygen to each fuel supply path and / or each oxygen supply path. Therefore, the humidified state of the unit cell can be maintained in an appropriate state.

また、燃料供給路および酸素供給路の少なくとも一方が複数設けられており、各供給路の流量を制御するため、単位セルの加湿状態を均一化することができる。そのため、単位セルの面積を小さくして、各供給路の流路長を短くする必要がない。その結果、単位セルの積層数を低減することができるので、燃料電池の構造を簡略にすることができる。   Further, since at least one of the fuel supply path and the oxygen supply path is provided in plural, and the flow rate of each supply path is controlled, the humidified state of the unit cell can be made uniform. Therefore, it is not necessary to reduce the area of the unit cell and shorten the flow path length of each supply path. As a result, the number of stacked unit cells can be reduced, so that the structure of the fuel cell can be simplified.

また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池は、複数の前記単位セルが積層されたセルスタックを備え、前記セルスタックには、各前記単位セルを冷却する冷却水路が形成されており、前記冷却水路は、各前記単位セルにおいて、複数形成されている前記燃料供給路および前記酸素供給路の少なくとも一方に沿って形成されていることが好適である。   In the fuel cell system of the present invention, the fuel cell includes a cell stack in which a plurality of the unit cells are stacked, and the cell stack is formed with a cooling water channel for cooling each unit cell. It is preferable that a plurality of the cooling water channels are formed along at least one of the fuel supply channel and the oxygen supply channel formed in each unit cell.

冷却水は、発電により加熱された単位セルを冷却すると、当該単位セルとの熱交換により、その温度が上昇する。それゆえ、セルスタックにおいて、冷却水路の下流側の単位セルでは、冷却水の温度が上流側の単位セルに比べて高くなり、セル全体に乾燥部分が生じやすくなる。しかし、冷却水路に沿って燃料供給路および/または酸素供給路が形成されているので、各単位セルの乾燥状態に応じて燃料および/または酸素の流量を制御することによって、セルスタックの加湿状態を全体的に適切な状態に保つことができる。   When the cooling water cools a unit cell heated by power generation, its temperature rises due to heat exchange with the unit cell. Therefore, in the cell stack, in the unit cell on the downstream side of the cooling water channel, the temperature of the cooling water is higher than that of the unit cell on the upstream side, and a dry portion is easily generated in the entire cell. However, since the fuel supply path and / or the oxygen supply path are formed along the cooling water path, the humidified state of the cell stack is controlled by controlling the flow rate of the fuel and / or oxygen according to the dry state of each unit cell. Can be kept in a proper state as a whole.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池を構成する単位セルの乾燥を抑制することができ、さらには、燃料電池の構造を簡略にすることができる。   According to the fuel cell system of the present invention, drying of the unit cells constituting the fuel cell can be suppressed, and further, the structure of the fuel cell can be simplified.

図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム1の構造を説明するための、一方向の斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム1の構造を説明するための、他方向の斜視図である。   FIG. 1 is a unidirectional perspective view for explaining the structure of a fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view in the other direction for explaining the structure of the fuel cell system 1 according to the embodiment of the present invention.

図1および図2において、燃料電池システム1は、燃料電池2と、燃料給排部3と、酸素給排部4と、給排水部5とを備えている。   1 and 2, the fuel cell system 1 includes a fuel cell 2, a fuel supply / discharge unit 3, an oxygen supply / discharge unit 4, and a water supply / drainage unit 5.

燃料電池2は、例えば、固体高分子型燃料電池であって、セルスタック6と、セルスタック6の積層方向(以下、この方向を単に「積層方向」と記述することがある。)において、セルスタック6を挟んでそれぞれ対向する、1対の集電板7、1対の絶縁板8および1対のエンドプレート9とを備えている。すなわち、燃料電池2は、セルスタック6の積層方向両側(正面側および背面側)に、集電板7、絶縁板8およびエンドプレート9が順次積層されることによって、全体としてスタック構造に形成されている。   The fuel cell 2 is, for example, a polymer electrolyte fuel cell, and in the cell stack 6 and the stacking direction of the cell stack 6 (hereinafter, this direction may be simply referred to as “stacking direction”). A pair of current collector plates 7, a pair of insulating plates 8, and a pair of end plates 9 that are opposed to each other across the stack 6 are provided. That is, the fuel cell 2 is formed in a stack structure as a whole by sequentially stacking the current collector plate 7, the insulating plate 8, and the end plate 9 on both sides (front side and back side) of the cell stack 6 in the stacking direction. ing.

セルスタック6は、水素と酸素との電気化学反応により発電する単位セル10を複数備えている。   The cell stack 6 includes a plurality of unit cells 10 that generate power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

各単位セル10は、それぞれ正面視略矩形状に形成されている。そして、これら複数の単位セル10がスタック(積層)されることにより、セルスタック6は、スタック構造に形成されている。各単位セル10には、単位セル10の温度を測定する検出手段としての温度センサ11が備えられている。   Each unit cell 10 is formed in a substantially rectangular shape when viewed from the front. The plurality of unit cells 10 are stacked (stacked), whereby the cell stack 6 is formed in a stack structure. Each unit cell 10 is provided with a temperature sensor 11 as detection means for measuring the temperature of the unit cell 10.

各温度センサ11は、例えば、サーミスタ、熱電対などの公知の温度センサであって、それぞれ後述するコントローラ22と電気的に接続されている。なお、各単位セル10における、温度センサ11の数や配置などについては、図3〜図5を参照して後に説明する。   Each temperature sensor 11 is a known temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple, and is electrically connected to a controller 22 described later. The number and arrangement of the temperature sensors 11 in each unit cell 10 will be described later with reference to FIGS.

集電板7は、例えば、銅などの導電性材料からなり、セルスタック6における積層方向一方側(以下、正面側とする。)に積層された一方の集電板7と、セルスタック6における積層方向他方側(以下、背面側とする。)に積層された他方の集電板7とからなる。各集電板7は、それぞれセルスタック6と正面視略同一形状に形成されている。各集電板7の上側周縁には、それぞれ端子12が設けられている。   The current collector plate 7 is made of, for example, a conductive material such as copper, and the current collector plate 7 stacked on one side in the stacking direction (hereinafter referred to as the front side) of the cell stack 6 and the cell stack 6. It consists of the other collector plate 7 laminated | stacked on the other side (henceforth a back side) of the lamination direction. Each current collecting plate 7 is formed in substantially the same shape as the cell stack 6 in front view. Terminals 12 are provided on the upper peripheral edge of each current collector plate 7.

端子12は、集電板7と一体的に形成され、集電板7の上側周縁から上方に向けて突出する略直方体形状に形成されている。燃料電池2では、セルスタック6で発生した起電力は、集電板7によって外部に取り出される。   The terminal 12 is formed integrally with the current collector plate 7 and is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape protruding upward from the upper peripheral edge of the current collector plate 7. In the fuel cell 2, the electromotive force generated in the cell stack 6 is taken out by the current collector plate 7.

絶縁板8は、例えば、ゴムや樹脂などの絶縁性材料からなり、一方の集電板7における正面側に積層された一方の絶縁板8と、他方の集電板7における背面側に積層された他方の絶縁板8とからなる。各絶縁板8は、それぞれセルスタック6と正面視略同一形状に形成されている。絶縁板8は、セルスタック6と、燃料電池2を収容するケーシング(図示せず)やエンドプレート9との間を絶縁している。   The insulating plate 8 is made of, for example, an insulating material such as rubber or resin, and is stacked on one insulating plate 8 stacked on the front side of one current collecting plate 7 and on the back side of the other current collecting plate 7. And the other insulating plate 8. Each insulating plate 8 is formed in substantially the same shape as the cell stack 6 in front view. The insulating plate 8 insulates the cell stack 6 from the casing (not shown) that houses the fuel cell 2 and the end plate 9.

エンドプレート9は、例えば、鋼などの剛性の高い材料からなり、一方の絶縁板8における正面側に積層された一方のエンドプレート9と、他方の絶縁板8における背面側に積層された他方のエンドプレート9とからなる。各エンドプレート9は、それぞれセルスタック6と正面視略同一形状に形成されている。   The end plate 9 is made of a material having high rigidity such as steel, for example, and one end plate 9 stacked on the front side of one insulating plate 8 and the other end plate 9 stacked on the back side of the other insulating plate 8. And an end plate 9. Each end plate 9 is formed in substantially the same shape as the cell stack 6 in front view.

そして、一方のエンドプレート9、一方の絶縁板8および一方の集電板7には、正面視上下方向に直交する幅方向(以下、この方向を単に「幅方向」と記述することがある。)の一方側端部における下角部に、セルスタック6から酸化ガスを排出するための酸素排出口13が形成されている。酸素排出口13は、正面視略円形に形成されている。   The one end plate 9, the one insulating plate 8, and the one current collector plate 7 may be described as a width direction orthogonal to the vertical direction when viewed from the front (hereinafter, this direction is simply referred to as “width direction”). ) Is formed with an oxygen discharge port 13 for discharging oxidizing gas from the cell stack 6. The oxygen discharge port 13 is formed in a substantially circular shape when viewed from the front.

また、一方のエンドプレート9、一方の絶縁板8および一方の集電板7には、正面視幅方向一方側端部における酸素排出口13よりも内側に、セルスタック6に燃料ガスを供給するための3つの燃料供給口14が形成されている。   Further, the fuel gas is supplied to the cell stack 6 to the one end plate 9, the one insulating plate 8, and the one current collecting plate 7, inside the oxygen discharge port 13 at the one side end in the front view width direction. For this purpose, three fuel supply ports 14 are formed.

燃料供給口14は、正面視略円形に形成されている。また、燃料供給口14は、上下方向に互いに所定の間隔をあけて配置されており、上側の燃料供給口14Aと、上側の燃料供給口14Aよりも下方に配置される下側の燃料供給口14Cと、燃料供給口14Aと燃料供給口14Cとの間に配置される中間の燃料供給口14Bとに区別される。   The fuel supply port 14 is formed in a substantially circular shape when viewed from the front. Further, the fuel supply ports 14 are arranged at predetermined intervals in the vertical direction, and the upper fuel supply port 14A and the lower fuel supply port disposed below the upper fuel supply port 14A. 14C and an intermediate fuel supply port 14B disposed between the fuel supply port 14A and the fuel supply port 14C.

また、一方のエンドプレート9、一方の絶縁板8および一方の集電板7には、正面視幅方向他方側端部における上角部に、セルスタック6に酸素を供給するための酸素供給口15が形成されている。   The one end plate 9, the one insulating plate 8, and the one current collecting plate 7 have oxygen supply ports for supplying oxygen to the cell stack 6 at the upper corner portion at the other side end portion in the front view width direction. 15 is formed.

酸素供給口15は、正面視略円形に形成されている。   The oxygen supply port 15 is formed in a substantially circular shape when viewed from the front.

また、一方のエンドプレート9、一方の絶縁板8および一方の集電板7には、正面視幅方向他方側端部における下角部に、セルスタック6から冷却水を排出するための排水口16が形成されている。   Further, the one end plate 9, the one insulating plate 8, and the one current collecting plate 7 are provided with a drain port 16 for discharging cooling water from the cell stack 6 at a lower corner portion at the other side end portion in the front view width direction. Is formed.

排水口16は、正面視略円形に形成されている。   The drain port 16 is formed in a substantially circular shape when viewed from the front.

また、一方のエンドプレート9、一方の絶縁板8および一方の集電板7には、正面視幅方向他方側端部における、酸素供給口15および排水口16の内側に、セルスタック6から燃料を排出するための3つの燃料排出口17が形成されている。   Further, one end plate 9, one insulating plate 8, and one current collecting plate 7 are provided with fuel from the cell stack 6 inside the oxygen supply port 15 and the drain port 16 at the other side end in the width direction of the front view. Three fuel discharge ports 17 for discharging the fuel are formed.

燃料排出口17は、正面視略円形に形成されている。また、燃料排出口17は、上下方向に互いに所定の間隔をあけて配置されており、上側の燃料排出口17Aと、上側の燃料排出口17Aよりも下方に配置される下側の燃料排出口17Cと、燃料排出口17Aと燃料排出口17Cとの間に配置される中間の燃料排出口17Bとに区別される。   The fuel discharge port 17 is formed in a substantially circular shape when viewed from the front. Further, the fuel discharge ports 17 are arranged at predetermined intervals in the vertical direction, and the upper fuel discharge port 17A and the lower fuel discharge port disposed below the upper fuel discharge port 17A. 17C and an intermediate fuel outlet 17B disposed between the fuel outlet 17A and the fuel outlet 17C.

さらに、他方のエンドプレート、他方の絶縁板8および他方の集電板7には、背面視幅方向一方側端部(積層方向において、正面視一方側端部に対向する部分)における上角部に、セルスタック6に冷却水を供給するための給水口18が形成されている。   Further, the other end plate, the other insulating plate 8 and the other current collecting plate 7 have upper corners at one end portion in the rear view width direction (a portion facing the one end portion in front view in the stacking direction). Further, a water supply port 18 for supplying cooling water to the cell stack 6 is formed.

給水口18は、背面視略円形に形成されている。   The water supply port 18 is formed in a substantially circular shape when viewed from the back.

燃料給排部3は、燃料タンク19と、燃料供給管20と、燃料排出管21と、制御手段としてのコントローラ22とを備えている。   The fuel supply / discharge unit 3 includes a fuel tank 19, a fuel supply pipe 20, a fuel discharge pipe 21, and a controller 22 as control means.

燃料タンク19には、燃料が貯蔵される。貯蔵される燃料としては、少なくとも水素を含む化合物、例えば、水素、例えば、メタン、エタン、プロパンなどの炭化水素類、メタノール、エタノールなどのアルコール類、ヒドラジン、水加ヒドラジン、炭酸ヒドラジン、硫酸ヒドラジン、モノメチルヒドラジン、ジメチルヒドラジンなどのヒドラジン類、例えば、尿素、例えば、アンモニア、例えば、イミダゾール、1,3,5−トリアジン、3−アミノ−1,2,4−トリアゾールなどの複素環類、例えば、ヒドロキシルアミン、硫酸ヒドロキシルアミンなどのヒドロキシルアミン類などが挙げられる。これらは、単独または2種類以上併用してもよい。   Fuel is stored in the fuel tank 19. The fuel to be stored is a compound containing at least hydrogen, for example, hydrogen, for example, hydrocarbons such as methane, ethane, and propane, alcohols such as methanol and ethanol, hydrazine, hydrated hydrazine, hydrazine carbonate, hydrazine sulfate, Hydrazines such as monomethylhydrazine and dimethylhydrazine, for example, urea, for example, ammonia, for example, imidazole, 1,3,5-triazine, 3-amino-1,2,4-triazole and other heterocyclic rings, for example, hydroxyl Examples thereof include hydroxylamines such as amines and hydroxylamine sulfate. These may be used alone or in combination of two or more.

燃料供給管20は、その一方側端部が燃料タンク19に接続されている。燃料供給管20は、一方側端部よりも下流側において、上下方向上側の燃料供給管20Aと、上側の燃料供給管20Aよりも下方に配置される下側の燃料供給管20Cと、燃料供給管20Aと燃料供給管20Cとの間に配置される中間の燃料供給管20Bとに分岐している。これら燃料供給管20A〜20Cの他方側端部は、それぞれ燃料供給口14A〜14Cに接続されている。また、燃料供給管20には、供給弁23が介装されている。   One end of the fuel supply pipe 20 is connected to the fuel tank 19. The fuel supply pipe 20 has a fuel supply pipe 20A on the upper side in the vertical direction, a lower fuel supply pipe 20C disposed below the upper fuel supply pipe 20A, and a fuel supply downstream of the one end portion. It branches off to an intermediate fuel supply pipe 20B disposed between the pipe 20A and the fuel supply pipe 20C. The other end portions of the fuel supply pipes 20A to 20C are connected to the fuel supply ports 14A to 14C, respectively. A supply valve 23 is interposed in the fuel supply pipe 20.

供給弁23は、燃料供給管20A〜20Cのそれぞれに介装され、燃料供給管20Aに介装される供給弁23Aと、燃料供給管20Bに介装される供給弁23Bと、燃料供給管20Cに介装される供給弁23Cとに区別される。これら供給弁23A〜23Cは、それぞれ燃料供給管20A〜20Cを流れる燃料ガスの流量を調節することができる弁であって、例えば、絞り弁など、公知の流量制御弁が用いられる。   The supply valve 23 is interposed in each of the fuel supply pipes 20A to 20C, the supply valve 23A interposed in the fuel supply pipe 20A, the supply valve 23B interposed in the fuel supply pipe 20B, and the fuel supply pipe 20C. It is distinguished from the supply valve 23 </ b> C interposed between the two. These supply valves 23A to 23C are valves that can adjust the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel supply pipes 20A to 20C, respectively. For example, a known flow control valve such as a throttle valve is used.

燃料排出管21は、上下方向上側の燃料排出管21Aと、上側の燃料排出管21Aよりも下方に配置される下側の燃料排出管21Cと、燃料排出管21Aと燃料排出管21Cとの間に配置される中間の燃料排出管21Bとに区別される。これら燃料排出管21A〜21Cの一方側端部は、例えば、セルスタック6から排出される未反応の燃料ガスや、水素と酸素との電気化学反応により生成する水などを処理するためのバッファタンク(図示せず)に接続されている。一方、燃料排出管21A〜21Cの他方側端部は、それぞれ燃料排出口17A〜17Cに接続されている。   The fuel discharge pipe 21 includes an upper fuel discharge pipe 21A in the vertical direction, a lower fuel discharge pipe 21C disposed below the upper fuel discharge pipe 21A, and the fuel discharge pipe 21A and the fuel discharge pipe 21C. It is distinguished from the intermediate fuel discharge pipe 21 </ b> B. One end of each of the fuel discharge pipes 21A to 21C is, for example, a buffer tank for processing unreacted fuel gas discharged from the cell stack 6, water generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and the like. (Not shown). On the other hand, the other end portions of the fuel discharge pipes 21A to 21C are connected to the fuel discharge ports 17A to 17C, respectively.

コントローラ22は、例えば、CPU、ROMおよびRAMなどを備えるマイクロコンピュータで構成されており、温度センサ11および供給弁23と電気的に接続されている。燃料電池システム1では、コントローラ22から供給弁23に対して、所定の制御信号が入力されることによって、燃料供給管20を流れる燃料ガスの流量が制御される。   The controller 22 is composed of, for example, a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and is electrically connected to the temperature sensor 11 and the supply valve 23. In the fuel cell system 1, the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel supply pipe 20 is controlled by inputting a predetermined control signal from the controller 22 to the supply valve 23.

酸素給排部4は、酸素供給管24と、酸素排出管25とを備えている。   The oxygen supply / exhaust unit 4 includes an oxygen supply pipe 24 and an oxygen discharge pipe 25.

酸素供給管24は、その一方側端部が、例えば、コンプレッサ(図示せず)などに接続されている。一方、酸素供給管24の他方側端部は、酸素供給口15に接続されている。   One end of the oxygen supply pipe 24 is connected to, for example, a compressor (not shown). On the other hand, the other end portion of the oxygen supply pipe 24 is connected to the oxygen supply port 15.

酸素排出管25は、その一方側端部が、排気とされる。一方、酸素排出管25の他方側端部は、酸素排出口13に接続されている。   One end of the oxygen exhaust pipe 25 is exhausted. On the other hand, the other end of the oxygen discharge pipe 25 is connected to the oxygen discharge port 13.

給排水部5は、給水管26と、排水管27とを備えている。   The water supply / drainage unit 5 includes a water supply pipe 26 and a drainage pipe 27.

給水管26は、その一方側端部が給水口18に接続されている。給水管26の他方側端部は、例えば、給水装置(図示せず)などに接続されている。   One end of the water supply pipe 26 is connected to the water supply port 18. The other end of the water supply pipe 26 is connected to, for example, a water supply device (not shown).

排水管27は、その一方側端部が、例えば、ドレインとされるか、あるいは、排水管27からの排水を再度給水管26に供給する場合には、例えば、排水を給水管26へ送るためのポンプ(図示せず)などに接続される。一方、排水管27の他方側端部は、排水口16に接続されている。   For example, when the drain pipe 27 is drained at one end thereof, or when drainage from the drain pipe 27 is supplied to the water supply pipe 26 again, for example, the drainage pipe 27 is used to send the drainage to the water supply pipe 26. Connected to a pump (not shown). On the other hand, the other end portion of the drain pipe 27 is connected to the drain port 16.

図3は、図1に示すセルスタック6を、L−Lで示される切断線で切断したときの要部断面図である。図4は、図1に示すセルスタック6の一方向要部分解図である。図5は、図1に示すセルスタック6の他方向要部分解図である。
まず、主として図3を参照して、セルスタック6の構造を説明する。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the main part when the cell stack 6 shown in FIG. 1 is cut along a cutting line indicated by LL. FIG. 4 is an exploded view of the main part of the cell stack 6 shown in FIG. FIG. 5 is an exploded view of the main part in the other direction of the cell stack 6 shown in FIG.
First, the structure of the cell stack 6 will be described mainly with reference to FIG.

セルスタック6は、上記したように、複数の単位セル10が積層されたスタック構造に形成されている。   As described above, the cell stack 6 is formed in a stack structure in which a plurality of unit cells 10 are stacked.

各単位セル10は、電解質層31と、電解質層31を挟んで対向配置される燃料側電極32および酸素側電極33と、燃料側電極32に隣接配置された燃料側セパレータ34と、酸素側電極33に隣接配置された酸素側セパレータ35とを備えている。   Each unit cell 10 includes an electrolyte layer 31, a fuel-side electrode 32 and an oxygen-side electrode 33 that are disposed to face each other with the electrolyte layer 31 interposed therebetween, a fuel-side separator 34 that is disposed adjacent to the fuel-side electrode 32, and an oxygen-side electrode. 33 and an oxygen side separator 35 disposed adjacent to 33.

電解質層31は、正面視略矩形状に形成されている(図4および図5参照。)。電解質層31の積層方向の厚みは、例えば、10〜100μmである。電解質層31としては、例えば、プロトン交換膜やアニオン交換膜などの固体高分子膜が挙げられる。   The electrolyte layer 31 is formed in a substantially rectangular shape when viewed from the front (see FIGS. 4 and 5). The thickness of the electrolyte layer 31 in the stacking direction is, for example, 10 to 100 μm. Examples of the electrolyte layer 31 include solid polymer membranes such as proton exchange membranes and anion exchange membranes.

プロトン交換膜としては、その内部をプロトンが移動できる膜であれば、特に制限され
ず、例えば、パーフルオロスルホン酸膜が挙げられる。
The proton exchange membrane is not particularly limited as long as protons can move inside the proton exchange membrane, and examples thereof include a perfluorosulfonic acid membrane.

一方、アニオン交換膜としては、その内部をアニオン(とりわけ、水酸化物イオン(O
))が移動できる膜であれば、特に制限されず、例えば、4級アンモニウム基、ピリ
ジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜(アニオン交換樹脂)が挙げられ
る。
On the other hand, an anion exchange membrane has an anion (particularly a hydroxide ion (O
The membrane is not particularly limited as long as H )) can move, and examples thereof include a solid polymer membrane (anion exchange resin) having an anion exchange group such as a quaternary ammonium group and a pyridinium group.

燃料側電極32は、正面視において、電解質層31よりも面積の小さい略矩形状に形成されている(図4および図5参照。)。   The fuel-side electrode 32 is formed in a substantially rectangular shape having a smaller area than the electrolyte layer 31 when viewed from the front (see FIGS. 4 and 5).

燃料側電極32の材料としては、特に制限されず、例えば、触媒が担持された多孔質担体などが挙げられる。   The material of the fuel side electrode 32 is not particularly limited, and examples thereof include a porous carrier on which a catalyst is supported.

多孔質担体としては、特に制限されず、例えば、カーボンなどの撥水性担体が挙げられる。   The porous carrier is not particularly limited, and examples thereof include water repellent carriers such as carbon.

触媒としては、特に制限されず、例えば、白金族元素(Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、鉄族元素(Fe、Co、Ni)などの周期表第8〜10(VIII)族元素や、例えば、Cu、Ag、Auなどの周期表第11(IB)族元素など、さらには、これらの組み合わせなどが挙げられる。また、燃料の種類によって一酸化炭素(CO)が副生する場合には、上記例示の元素とともに、ルテニウム(Ru)を用いることで、触媒の被毒を防止することができる。   The catalyst is not particularly limited, and examples thereof include groups 8 to 10 (VIII) of the periodic table such as platinum group elements (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt) and iron group elements (Fe, Co, Ni). Examples of the element include, for example, Group 11 (IB) elements of the periodic table such as Cu, Ag, and Au, and combinations thereof. Further, when carbon monoxide (CO) is by-produced depending on the type of fuel, poisoning of the catalyst can be prevented by using ruthenium (Ru) together with the elements exemplified above.

酸素側電極33は、正面視において、燃料側電極32と略同一形状に形成されている(図4および図5参照。)。   The oxygen side electrode 33 is formed in substantially the same shape as the fuel side electrode 32 in a front view (see FIGS. 4 and 5).

酸素側電極33の材料としては、特に制限されず、例えば、燃料側電極32の材料として例示した、触媒が担持された多孔質担体などが挙げられる。
そして、燃料側電極32および酸素側電極33は、電解質層31を、積層方向両側から挟みこむように、電解質層31の表面に接触形成されている。具体的には、燃料側電極32は、電解質層31の正面側の一方面略中央に形成されており、燃料側電極32の周囲には、電解質層31の一方面が露出している。一方、酸素側電極33は、電解質層31の背面側の他方面略中央に形成されており、酸素側電極33の周囲には、電解質層31の他方面が露出している。
The material for the oxygen side electrode 33 is not particularly limited, and examples thereof include a porous carrier on which a catalyst is supported, which is exemplified as the material for the fuel side electrode 32.
The fuel side electrode 32 and the oxygen side electrode 33 are formed in contact with the surface of the electrolyte layer 31 so as to sandwich the electrolyte layer 31 from both sides in the stacking direction. Specifically, the fuel side electrode 32 is formed in the approximate center of one surface on the front side of the electrolyte layer 31, and one surface of the electrolyte layer 31 is exposed around the fuel side electrode 32. On the other hand, the oxygen side electrode 33 is formed in the approximate center of the other surface on the back side of the electrolyte layer 31, and the other surface of the electrolyte layer 31 is exposed around the oxygen side electrode 33.

燃料側セパレータ34は、電解質層31と正面視略同一形状に形成されており(図4および図5参照。)、例えば、ガス不透過性の導電性部材を用いて形成されている。   The fuel separator 34 is formed in substantially the same shape as the electrolyte layer 31 in front view (see FIGS. 4 and 5), and is formed using, for example, a gas-impermeable conductive member.

燃料側セパレータ34には、燃料側電極32と接触する背面側の他方面に、燃料側電極32を受け入れるための略矩形状の凹部36が形成されている。   The fuel-side separator 34 is formed with a substantially rectangular recess 36 for receiving the fuel-side electrode 32 on the other surface on the back side in contact with the fuel-side electrode 32.

凹部36内には、燃料側電極32に向かって開口される燃料側溝37が形成されており、この燃料側溝37と燃料側電極32との間に、気化された燃料(例えば、水素ガス、メタノールガス、ヒドラジンガス、アンモニアガスなど)からなる燃料ガスを流すための燃料供給路38が形成されている。   A fuel side groove 37 opened toward the fuel side electrode 32 is formed in the recess 36, and vaporized fuel (for example, hydrogen gas, methanol, etc.) is formed between the fuel side groove 37 and the fuel side electrode 32. A fuel supply path 38 for flowing a fuel gas composed of gas, hydrazine gas, ammonia gas, or the like is formed.

また、燃料側セパレータ34には、隣接する単位セル10の酸素側セパレータ35と接触する正面側の一方面に、当該酸素側セパレータ35に向かって開口される通水溝39が、燃料側溝37と平行に(燃料側溝37に沿って)形成されている。この通水溝39と後述する通水溝44との間には、加湿のための冷却水を流すための冷却水路としての通水路40が形成されている。すなわち、通水路40は、燃料供給路38と平行に形成されており、燃料側セパレータ34を挟んで燃料供給路38に対向している。   Further, the fuel side separator 34 has a water flow groove 39 that opens toward the oxygen side separator 35 on one side of the front surface that contacts the oxygen side separator 35 of the adjacent unit cell 10. They are formed in parallel (along the fuel side groove 37). Between the water flow groove 39 and a water flow groove 44 described later, a water flow path 40 is formed as a cooling water path for flowing cooling water for humidification. That is, the water passage 40 is formed in parallel with the fuel supply passage 38 and faces the fuel supply passage 38 with the fuel separator 34 interposed therebetween.

酸素側セパレータ35は、電解質層31と正面視略同一形状に形成されており(図4および図5参照。)、例えば、ガス不透過性の導電性部材を用いて形成されている。   The oxygen-side separator 35 is formed in substantially the same shape as the electrolyte layer 31 in front view (see FIGS. 4 and 5), and is formed using, for example, a gas-impermeable conductive member.

酸素側セパレータ35には、酸素側電極33と接触する正面側の一方面に、酸素側電極33を受け入れるための略矩形状の凹部41が形成されている。   The oxygen-side separator 35 is formed with a substantially rectangular recess 41 for receiving the oxygen-side electrode 33 on one surface on the front side in contact with the oxygen-side electrode 33.

凹部41内には、酸素側電極33に向かって開口される酸素側溝42が形成されており、この酸素側溝42と酸素側電極33との間に、酸化ガス(例えば、空気などの酸素を含むガスなど)を流すための酸素供給路43が形成されている。   An oxygen side groove 42 opened toward the oxygen side electrode 33 is formed in the recess 41, and an oxidizing gas (for example, oxygen such as air is included) between the oxygen side groove 42 and the oxygen side electrode 33. An oxygen supply path 43 for flowing gas or the like is formed.

また、酸素側セパレータ35には、隣接する単位セル10の燃料側セパレータ34と接触する背面側の他方面に、当該燃料側セパレータ34に向かって開口される通水溝44が、酸素側溝42と平行に(酸素側溝42に沿って)形成されている。上記したように、この通水溝44と通水溝39との間には、加湿のための冷却水を流すための通水路40が形成されている。すなわち、通水路40は、酸素供給路43と平行に形成されており、酸素側セパレータ35を挟んで酸素供給路43に対向している。   The oxygen-side separator 35 has a water flow groove 44 that opens toward the fuel-side separator 34 on the other surface on the back side that contacts the fuel-side separator 34 of the adjacent unit cell 10. They are formed in parallel (along the oxygen side groove 42). As described above, the water flow path 40 for flowing the cooling water for humidification is formed between the water flow groove 44 and the water flow groove 39. That is, the water passage 40 is formed in parallel with the oxygen supply passage 43 and faces the oxygen supply passage 43 with the oxygen-side separator 35 interposed therebetween.

次に、主として図4および図5を参照して、セルスタック6の構造を説明する。   Next, the structure of the cell stack 6 will be described mainly with reference to FIGS. 4 and 5.

セルスタック6の各単位セル10において、燃料側セパレータ34、電解質層31および酸素側セパレータ35には、正面視幅方向一方側端部における下角部および他方側端部における上角部に、正面視略円形の2つの酸素孔45が形成されている。   In each unit cell 10 of the cell stack 6, the fuel-side separator 34, the electrolyte layer 31, and the oxygen-side separator 35 have a lower corner portion at one end portion in the front width direction and an upper corner portion at the other end portion in the front view width direction. Two substantially circular oxygen holes 45 are formed.

一方側端部および他方側端部の酸素孔45は、積層状態において、各単位セル10を積層方向に貫通する酸化ガスの流路を形成し、酸素供給路43を介して互いに連通している。また、積層状態において、一方側端部の酸素孔45は酸素排出口13に連通しており、他方側端部の酸素孔45は酸素供給口15に連通している。   The oxygen holes 45 at the one end and the other end form a flow path for oxidizing gas that penetrates the unit cells 10 in the stacking direction in the stacked state, and communicate with each other via the oxygen supply path 43. . Further, in the stacked state, the oxygen hole 45 at one end is in communication with the oxygen discharge port 13, and the oxygen hole 45 at the other end is in communication with the oxygen supply port 15.

また、各単位セル10において、燃料側セパレータ34、電解質層31および酸素側セパレータ35には、正面視幅方向両端部における酸素孔45よりも内側に、正面視略円形の6つの燃料孔46が形成されている。   In each unit cell 10, the fuel-side separator 34, the electrolyte layer 31, and the oxygen-side separator 35 have six fuel holes 46 that are substantially circular in front view, inside the oxygen holes 45 at both ends in the front view width direction. Is formed.

燃料孔46は、一方側端部および他方側端部にそれぞれ3つずつ、それぞれ上下方向に互いに所定の間隔をあけて配置されている。一方側端部および他方側端部の燃料孔46は、積層状態において、各単位セル10を積層方向に貫通する燃料ガスの流路を形成し、幅方向に対向する1対の燃料孔46は、燃料供給路38を介して互いに連通している。また、積層状態において、一方側端部の燃料孔46は燃料供給口14に連通しており、他方側端部の燃料孔46は燃料排出口17に連通している。また、燃料孔46は、燃料供給口14Aおよび燃料排出口17Aに連通する上下方向上側の燃料孔46Aと、上側の燃料孔46Aよりも下方に配置され、燃料供給口14Cおよび燃料排出口17Cに連通する下側の燃料孔46Cと、燃料孔46Aと燃料孔46Cとの間に配置され、燃料供給口14Bおよび燃料排出口17Bに連通する中間の燃料孔46Bとに区別されている。   There are three fuel holes 46 at one end and the other end, respectively, and are arranged at predetermined intervals in the vertical direction. The fuel holes 46 at one end and the other end form a fuel gas flow path penetrating each unit cell 10 in the stacking direction in the stacked state, and a pair of fuel holes 46 facing in the width direction are The fuel supply passages 38 communicate with each other. Also, in the stacked state, the fuel hole 46 at one end is in communication with the fuel supply port 14, and the fuel hole 46 at the other end is in communication with the fuel discharge port 17. The fuel hole 46 is disposed below the upper fuel hole 46A communicating with the fuel supply port 14A and the fuel discharge port 17A and below the upper fuel hole 46A, and is connected to the fuel supply port 14C and the fuel discharge port 17C. A lower fuel hole 46C that communicates with the fuel hole 46A is disposed between the fuel hole 46A and the fuel hole 46C, and an intermediate fuel hole 46B that communicates with the fuel supply port 14B and the fuel discharge port 17B.

さらに、各単位セル10において、燃料側セパレータ34、電解質層31および酸素側セパレータ35には、正面視幅方向一方側端部における上角部および他方側端部における下角部に、正面視略円形の2つの通水孔47が形成されている。   Further, in each unit cell 10, the fuel separator 34, the electrolyte layer 31, and the oxygen separator 35 are substantially circular in front view at the upper corner portion at one end portion in the front view width direction and at the lower corner portion at the other end portion. These two water passage holes 47 are formed.

一方側端部および他方側端部の通水孔47は、積層状態において、各単位セル10を積層方向に貫通する冷却水の流路を形成し、通水路40を介して互いに連通している。また、積層状態において、一方側端部の通水孔47は給水口18に連通しており、他方側端部の通水孔47は排水口16に連通している。   The water holes 47 at the one side end and the other side end form a cooling water flow path that penetrates each unit cell 10 in the stacking direction in the stacked state, and communicate with each other via the water flow path 40. . Further, in the stacked state, the water passage hole 47 at one end portion communicates with the water supply port 18, and the water passage hole 47 at the other end portion communicates with the drain port 16.

セルスタック6の各単位セル10において、燃料側セパレータ34には、上記したように、背面側の他方面に燃料側溝37が形成され、正面側の一方面に通水溝39が形成されている。   In each unit cell 10 of the cell stack 6, as described above, the fuel-side separator 34 is formed with the fuel-side groove 37 on the other surface on the back side, and the water passage groove 39 is formed on one surface on the front side. .

燃料側溝37は、凹部36内において、互いに幅方向に対向する一方側端部の燃料孔46と他方側端部の燃料孔46との間を連絡し、上下方向に互いに間隔をあけて配置される9つの分岐溝48を備えている。   The fuel side groove 37 communicates between the fuel hole 46 at one end and the fuel hole 46 at the other end facing each other in the width direction in the recess 36, and is spaced apart from each other in the vertical direction. Nine branch grooves 48 are provided.

各分岐溝48は、それぞれ幅方向に延び、9つの分岐溝48のうち、上側3つの分岐溝48は、その両端部において合流し、1つの溝ユニット(上側溝ユニット)として一方側端部および他方側端部の燃料孔46Aに連通している。また、9つの分岐溝48のうち、下側3つの分岐溝48は、その両端部において合流し、1つの溝ユニット(下側溝ユニット)として一方側端部および他方側端部の燃料孔46Cに連通している。さらに、9つの分岐溝48のうち、上側3つの分岐溝48と下側3つの分岐溝48との間の中間3つの分岐溝48は、その両端部において合流し、1つの溝ユニット(中間溝ユニット)として一方側端部および他方側端部の燃料孔46Bに連通している。これにより、燃料側溝37は、上側3つの分岐溝48で構成される上側溝ユニット37Aと、中間3つの分岐溝48で構成される中間溝ユニット37Bと、下側3つの分岐溝48で構成される下側溝ユニット37Cとに区別される。すなわち、各単位セル10では、積層状態において、これら上側溝ユニット37A、中間溝ユニット37Bおよび下側溝ユニット37Cは、燃料側電極32との間において、互いに独立した3つ(複数)の燃料供給路として、上側燃料供給路38A、中間燃料供給路38Bおよび下側燃料供給路38Cを形成する。   Each branch groove 48 extends in the width direction, and among the nine branch grooves 48, the upper three branch grooves 48 merge at both ends thereof, and one side end and one groove unit (upper groove unit) and It communicates with the fuel hole 46A at the other end. Of the nine branch grooves 48, the lower three branch grooves 48 merge at both ends thereof, and form one groove unit (lower groove unit) in the fuel hole 46C at one end and the other end. Communicate. Further, among the nine branch grooves 48, the three intermediate branch grooves 48 between the upper three branch grooves 48 and the lower three branch grooves 48 merge at both ends thereof to form one groove unit (intermediate groove). Unit) communicates with the fuel hole 46B at one end and the other end. Accordingly, the fuel side groove 37 is constituted by an upper groove unit 37A constituted by the upper three branch grooves 48, an intermediate groove unit 37B constituted by the middle three branch grooves 48, and the lower three branch grooves 48. And a lower groove unit 37C. That is, in each unit cell 10, in the stacked state, the upper groove unit 37 </ b> A, the intermediate groove unit 37 </ b> B, and the lower groove unit 37 </ b> C are three (a plurality of) fuel supply paths that are independent from each other between the fuel side electrode 32. As shown, an upper fuel supply path 38A, an intermediate fuel supply path 38B, and a lower fuel supply path 38C are formed.

通水溝39は、互いに単位セル10の対角に対向する各通水孔47の間を連絡する、幅方向に延びる9つの直線溝49と略コ字状の折返溝50とが交互に連続する葛折状に形成されている。   In the water flow groove 39, nine linear grooves 49 extending in the width direction and substantially U-shaped folding grooves 50, which communicate with each other between the water flow holes 47 that face each other diagonally of the unit cell 10, are alternately continuous. It is formed in a twisted shape.

9つの直線溝49は、それぞれ燃料側セパレータ34を挟んで分岐溝48と平行に(分岐溝48に沿って)形成されている。そのため、各単位セル10の積層状態においては、通水溝39と通水溝44とで形成される通水路40は、上記したように、燃料側溝37と燃料側電極32とで形成される燃料供給路38と平行に形成される。   The nine straight grooves 49 are formed in parallel with the branch grooves 48 (along the branch grooves 48) with the fuel-side separator 34 interposed therebetween. Therefore, in the stacked state of each unit cell 10, the water passage 40 formed by the water passage groove 39 and the water passage groove 44 is the fuel formed by the fuel side groove 37 and the fuel side electrode 32 as described above. It is formed in parallel with the supply path 38.

また、セルスタック6の各単位セル10において、酸素側セパレータ35には、上記したように、正面側の一方面に酸素側溝42が形成され、背面側の他方面に通水溝44が形成されている。   Further, in each unit cell 10 of the cell stack 6, the oxygen-side separator 35 is formed with the oxygen-side groove 42 on the one surface on the front side and the water flow groove 44 on the other surface on the back side, as described above. ing.

酸素側溝42は、互いに単位セル10の対角に対向する各酸素孔45の間を連絡する、幅方向に延びる直線溝51と略コ字状の折返溝52とが交互に連続する葛折状に形成されている。直線溝51は、上下方向に互いに間隔をあけて配置されており、それぞれが酸素側セパレータ35を挟んで後述する直線溝53に対向するように形成されている。そして、この酸素側溝42は、各単位セル10の積層状態において、上記したように、酸素側電極33との間において酸素供給路43を形成する。   The oxygen-side groove 42 is a twisted shape in which linear grooves 51 extending in the width direction and substantially U-shaped folding grooves 52 are alternately connected to each other to connect the oxygen holes 45 opposite to each other diagonally of the unit cell 10. Is formed. The linear grooves 51 are arranged at intervals in the vertical direction, and are formed so as to face linear grooves 53 described later with the oxygen-side separator 35 interposed therebetween. The oxygen side groove 42 forms an oxygen supply path 43 between the unit cell 10 and the oxygen side electrode 33 as described above.

通水溝44は、互いに単位セル10の対角に対向する各通水孔47の間を連絡する、幅方向に延びる直線溝53と略コ字状の折返溝54とが交互に連続する葛折状に形成されている。直線溝53および折返溝54は、それぞれ酸素側セパレータ35を挟んで、直線溝51および折返溝52と平行に形成されている。そして、この通水溝44は、各単位セル10の積層状態において、上記したように、隣接する単位セル10の燃料側セパレータ34に形成された通水溝39との間において通水路40を形成する。   The water flow groove 44 is a knot in which linear grooves 53 extending in the width direction and substantially U-shaped turn-back grooves 54 are alternately connected to each other through the water flow holes 47 that face each other diagonally of the unit cell 10. It is formed in a folded shape. The linear groove 53 and the folding groove 54 are formed in parallel with the linear groove 51 and the folding groove 52 with the oxygen-side separator 35 interposed therebetween. The water flow groove 44 forms a water flow path 40 with the water flow groove 39 formed in the fuel side separator 34 of the adjacent unit cell 10 in the stacked state of the unit cells 10 as described above. To do.

各単位セル10は、上下方向3つのセクションに区画される。具体的には、例えば、上側溝ユニット37Aの下端やや下方から単位セル10の上端に至る上側セクション55と、下側溝ユニット37Cの上端やや上方から単位セル10の下端に至る下側セクション57と、中間溝ユニット37Bを全部含み、上側セクション55と下側セクション57とで挟まれる中間セクション56とに区画される。   Each unit cell 10 is divided into three sections in the vertical direction. Specifically, for example, the upper section 55 that extends from the lower end of the upper groove unit 37A to the upper end of the unit cell 10 and the lower section 57 that extends from the upper end of the lower groove unit 37C to the lower end of the unit cell 10; The entire intermediate groove unit 37 </ b> B is included and divided into an intermediate section 56 sandwiched between the upper section 55 and the lower section 57.

そして、図1に示した温度センサ11は、各単位セル10において、上側セクション55、中間セクション56および下側セクション57のそれぞれに1つずつ設けられる。すなわち、各単位セル10には、上側セクション55の温度を測定する温度センサ11A、中間セクション56の温度を測定する温度センサ11Bおよび下側セクション57の温度を測定する温度センサ11Cの合計3つの温度センサが設けられる。   One temperature sensor 11 shown in FIG. 1 is provided in each of the upper section 55, the intermediate section 56, and the lower section 57 in each unit cell 10. That is, each unit cell 10 includes a total of three temperatures: a temperature sensor 11A that measures the temperature of the upper section 55, a temperature sensor 11B that measures the temperature of the middle section 56, and a temperature sensor 11C that measures the temperature of the lower section 57. A sensor is provided.

これら温度センサ11A〜11Cは、各単位セル10において、具体的には、積層状態において、燃料側セパレータ34と電解質層31との界面、かつ、正面視幅方向一方側端部において、燃料孔46よりもやや外側に設けられる。また、これら温度センサ11A〜11Cは、図4および図5では図示されていないが、それぞれ独立してコントローラ22と電気的に接続されている。   These temperature sensors 11 </ b> A to 11 </ b> C have fuel holes 46 in each unit cell 10, specifically, at the interface between the fuel-side separator 34 and the electrolyte layer 31 and at one end portion in the width direction when viewed from the front. It is provided slightly outside. The temperature sensors 11A to 11C are not electrically shown in FIGS. 4 and 5, but are electrically connected to the controller 22 independently of each other.

そして、このような各単位セル10が複数積層(スタック)されてセルスタック6が構成され、セルスタック6の積層方向両側に、集電板7、絶縁板8およびエンドプレート9が順次積層されることによって燃料電池2が構成される。   A plurality of such unit cells 10 are stacked (stacked) to form a cell stack 6, and a current collector plate 7, an insulating plate 8 and an end plate 9 are sequentially stacked on both sides of the cell stack 6 in the stacking direction. Thus, the fuel cell 2 is configured.

燃料電池2は、図示しないケーシングに納められ、各給排部、すなわち、燃料給排部3、酸素給排部4および給排水部5が取り付けられることにより、図1に示す燃料電池システム1が構成される。   The fuel cell 2 is housed in a casing (not shown), and each fuel supply / discharge portion, that is, the fuel supply / discharge portion 3, the oxygen supply / discharge portion 4, and the water supply / drainage portion 5 are attached, whereby the fuel cell system 1 shown in FIG. Is done.

燃料電池システム1において、燃料供給口14には、燃料タンク19からの燃料ガスが供給されるとともに、酸素供給口15には、例えば、コンプレッサなどからの酸化ガスが供給される。また、給水口18には、例えば、給水装置からの加湿のための冷却水が供給される。   In the fuel cell system 1, the fuel gas from the fuel tank 19 is supplied to the fuel supply port 14, and the oxidizing gas from, for example, a compressor is supplied to the oxygen supply port 15. Moreover, the cooling water for humidification from the water supply apparatus is supplied to the water supply port 18, for example.

そして、燃料ガスは、燃料供給口14から、スタック構造とされたセルスタック6内に供給され、各単位セル10の燃料孔46および燃料供給路38を順次通過した後、燃料排出口17から排出される。また、酸化ガスは、酸素供給口15から、スタック構造とされたセルスタック6内に供給され、各単位セル10の酸素孔45および酸素供給路43を順次通過した後、酸素排出口13から排出される。また、冷却水は、給水口18からスタック構造とされたセルスタック6内に供給され、各単位セル10の通水孔47および通水路40を順次通過した後、排水口16から排出される。   The fuel gas is supplied from the fuel supply port 14 into the cell stack 6 having a stack structure, and sequentially passes through the fuel hole 46 and the fuel supply path 38 of each unit cell 10 and then discharged from the fuel discharge port 17. Is done. The oxidizing gas is supplied from the oxygen supply port 15 into the cell stack 6 having a stack structure, and sequentially passes through the oxygen hole 45 and the oxygen supply path 43 of each unit cell 10, and then is discharged from the oxygen discharge port 13. Is done. In addition, the cooling water is supplied from the water supply port 18 into the cell stack 6 having a stack structure, and sequentially passes through the water passage holes 47 and the water passages 40 of each unit cell 10 and then is discharged from the drain port 16.

電解質層31がアニオン交換膜である場合、各単位セル10では、下記のように発電が行なわれる。すなわち、燃料ガスが供給された燃料側電極32では、燃料ガスから水素(H)が生成し、この水素(H)の酸化反応によって、水素(H)から電子(e)が解放され、プロトン(H)が生成する。 When the electrolyte layer 31 is an anion exchange membrane, each unit cell 10 generates power as follows. That is, in the fuel-side electrode 32 fuel gas is supplied, and generates from the fuel gas is hydrogen (H 2), the oxidation reaction of the hydrogen (H 2), hydrogen (H 2) from the electronic (e -) is released And protons (H + ) are generated.

水素(H)から解放された電子(e)は、図示しない外部回路を経由して酸素側電極33に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子(e)が、電流となる。 Electrons (e ) released from hydrogen (H 2 ) reach the oxygen side electrode 33 via an external circuit (not shown). That is, electrons (e ) passing through the external circuit become current.

一方、酸素側電極33では、電子(e)と、外部からの供給もしくは単位セル10における反応で生成した水(HO)と、酸素供給路43を流れる空気中の酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)が生成する(下記反応式(2)参照。)。 On the other hand, in the oxygen side electrode 33, electrons (e ), water (H 2 O) generated by a reaction from the outside or unit cell 10, and oxygen (O 2 ) in the air flowing through the oxygen supply path 43. React with each other to produce hydroxide ions (OH ) (see the following reaction formula (2)).

そして、生成した水酸化物イオン(OH)は、電解質層31を通過して燃料側電極32に到達する。水酸化物イオン(OH)が燃料側電極32に到達すると、燃料側電極32では、水酸化物イオン(OH)と、燃料中の水素(H)とが反応して、電子(e)と水(HO)が生成する(下記反応式(1)参照。)。生成した電子(e)は、図示しない外部回路を経由して酸素側電極33へ供給される。 The generated hydroxide ions (OH ) pass through the electrolyte layer 31 and reach the fuel side electrode 32. When the hydroxide ions (OH ) reach the fuel side electrode 32, the hydroxide ions (OH ) react with hydrogen (H 2 ) in the fuel at the fuel side electrode 32 to generate electrons (e - ) And water (H 2 O) are produced (see the following reaction formula (1)). The generated electrons (e ) are supplied to the oxygen side electrode 33 via an external circuit (not shown).

このような燃料側電極32および酸素側電極33における電気化学的反応が連続的に行なわれることによって、単位セル10内に閉回路が形成されて起電力が生じ、発電が行なわれる。
(1) 2H+4OH→4HO+4e (燃料側電極32における反応)
(2) O+2HO+4e→4OH (酸素側電極33における反応)
(3) 2H+O→2HO (単位セル10全体としての反応)
そして、以上説明した燃料電池システム1では、コントローラ22によって、燃料タンク19からの燃料ガスの流量制御が行なわれる。
By continuously performing the electrochemical reaction in the fuel side electrode 32 and the oxygen side electrode 33, a closed circuit is formed in the unit cell 10, an electromotive force is generated, and electric power is generated.
(1) 2H 2 + 4OH → 4H 2 O + 4e (Reaction at the fuel side electrode 32)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (reaction at the oxygen side electrode 33)
(3) 2H 2 + O 2 → 2H 2 O (reaction as a unit cell 10 as a whole)
In the fuel cell system 1 described above, the controller 22 controls the flow rate of the fuel gas from the fuel tank 19.

図6は、コントローラ22において実行される供給弁23に対する制御処理の流れ示すフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing a flow of control processing for the supply valve 23 executed in the controller 22.

燃料ガスの流量制御では、具体的には、発電中、まず、単位セル10の平均温度Tの測定処理が行なわれる(S1)。この平均温度Tの測定処理は、例えば、各単位セル10の温度センサ11で測定された温度がコントローラ22で検出され、この検出された温度の平均値を計算することにより行なわれる。算出された平均温度Tは、後述する乾燥状態を判別するための基準としてコントローラ22に記憶される。 In the fuel gas flow rate control, specifically, during the power generation, first, measurement processing of the average temperature T 0 of the unit cell 10 is performed (S1). The measurement process of the average temperature T 0 is performed by, for example, detecting the temperature measured by the temperature sensor 11 of each unit cell 10 by the controller 22 and calculating the average value of the detected temperatures. The calculated average temperature T 0 is stored in the controller 22 as a reference for determining the dry state described later.

次いで、各単位セル10の各部分の温度Tiが測定される(S2)。ここで、iは、1〜nの正の整数で示され、各単位セル10において温度が測定されるセクションの数である。この燃料電池システム1では、各単位セル10は、上側セクション55、中間セクション56および下側セクション57の3つのセクションに区別されているため、i=1〜3(すなわち、n=3)として燃料ガスの流量制御が行なわれる。   Next, the temperature Ti of each part of each unit cell 10 is measured (S2). Here, i is a positive integer of 1 to n, and is the number of sections in which the temperature is measured in each unit cell 10. In this fuel cell system 1, each unit cell 10 is divided into three sections, that is, an upper section 55, an intermediate section 56, and a lower section 57, so that fuel is set as i = 1 to 3 (that is, n = 3). Gas flow control is performed.

そして、まず、各単位セル10における最初のセクション(i=1)、例えば、上側セクション55の温度Tが温度センサ11Aで測定される。 First, the temperature T 1 of the first section (i = 1) in each unit cell 10, for example, the upper section 55 is measured by the temperature sensor 11A.

測定温度Tとセル平均温度Tとの差が、予め定める上限温度Tupper(例えば、3〜20℃)よりも大きければ(S3:YES)、すなわち、T−T>Tupperであれば、コントローラ22では、上側セクション55が乾燥状態にある乾燥部分であると判断される。この乾燥状態とは、例えば、上側セクション55の含水量が低下することにより、上側セクション55の内部抵抗が増加するなど、いわゆるドライアウトが発生するおそれがある状態のことである。 Measurement temperatures T 1 and the cell average temperature difference between T 0 is, the upper limit temperature T upper (e.g., 3 to 20 ° C.) the predetermined larger than (S3: YES), i.e., at T i -T 0> T upper If there is, the controller 22 determines that the upper section 55 is a dry portion in a dry state. This dry state is a state in which a so-called dry-out may occur, for example, an increase in internal resistance of the upper section 55 due to a decrease in water content of the upper section 55.

上側セクション55が乾燥部分である判断されると、供給弁23Aの開度が小さくされる、down処理が行なわれて(S4)、燃料供給管20Aから燃料孔46を通って上側燃料供給路38Aに流入する燃料ガスの流量が減少する。   When it is determined that the upper section 55 is a dry portion, the opening degree of the supply valve 23A is reduced, down processing is performed (S4), and the upper fuel supply path 38A through the fuel hole 46 from the fuel supply pipe 20A. The flow rate of the fuel gas flowing into the fuel cell decreases.

一方、測定温度Tとセル平均温度Tとの差が、上限温度Tupper以下(S3:NO)、かつ、予め定める下限温度Tlower(例えば、−10〜−3℃)よりも小さければ(S5:YES)、すなわち、T−T≦TupperかつT−T<Tlowコントローラ22では、上側セクション55が湿潤状態にある湿潤部分であると判断される。この湿潤状態とは、例えば、上側セクション55の含水量が過剰になることにより、上側セクション55における燃料側電極32への燃料ガスの拡散が妨げられるなど、いわゆるフラッディングが発生するおそれがある状態のことである。 On the other hand, the difference between the measured temperatures T 1 and the cell average temperature T 0 is, the upper limit temperature T upper follows (S3: NO), and pre-determined lower limit temperature T lower (e.g., -10 to-3 ° C.) is smaller than (S5: YES), that is, in T i −T 0 ≦ T upper and T i −T 0 <T low controller 22, it is determined that the upper section 55 is a wet portion in a wet state. This wet state is a state where there is a possibility that so-called flooding may occur, for example, an excessive water content in the upper section 55 prevents the fuel gas from diffusing into the fuel side electrode 32 in the upper section 55. That is.

上側セクション55が湿潤状態であると判断されると、供給弁23Aの開度が大きくされる、up処理が行なわれて(S6)、燃料供給管20Aから燃料孔46を通って上側燃料供給路38Aに流入する燃料ガスの流量が増加する。   If it is determined that the upper section 55 is in a wet state, the opening degree of the supply valve 23A is increased, an up process is performed (S6), and the upper fuel supply path is passed from the fuel supply pipe 20A through the fuel hole 46. The flow rate of the fuel gas flowing into 38A increases.

そして、供給弁23Aの開度が制御処理されるか(S4およびS6)、あるいは、T−T≦Tupper(S3:NO)かつT−T≧Tlowと判断されると(S5:NO)、再度上側セクション55の温度が温度センサ11Aで測定される(S7)。 Then, if the opening degree of the supply valve 23A is controlled (S4 and S6), or if it is determined that T i −T 0 ≦ T upper (S3: NO) and T i −T 0 ≧ T low ( (S5: NO), the temperature of the upper section 55 is again measured by the temperature sensor 11A (S7).

測定温度Tとセル平均温度Tとの差の絶対値が、予め定める許容温度Tよりも大きければ(S8:NO)、再度上側セクション55の温度が温度センサ11Aで測定され(S2)、上記と同様に、上限温度Tupperおよび/または下限温度Tlowerとの比較(S3およびS5)、および、供給弁23の開度制御処理(S4およびS6)が行なわれる。 If the absolute value of the difference between the measured temperatures T 1 and the cell average temperature T 0 is greater than the allowable temperature T x of predetermined (S8: NO), measured at a temperature the temperature sensor 11A of the upper section 55 again (S2) Similarly to the above, the comparison with the upper limit temperature T upper and / or the lower limit temperature T lower (S3 and S5) and the opening degree control process (S4 and S6) of the supply valve 23 are performed.

そして、測定温度Tとセル平均温度Tとの差の絶対値が、許容温度T以下(すなわち、|T−T|≦Tになると(S8:YES)、コントローラ22では、上側セクション55が適切な加湿状態であると判断される。 When the absolute value of the difference between the measured temperature T 1 and the cell average temperature T 0 is equal to or lower than the allowable temperature T x (ie, | T i −T 0 | ≦ T x (S8: YES)), the controller 22 It is determined that the upper section 55 is in a proper humidified state.

次いで、温度が測定されたセクションの数iが、iの最大値imaxと等しいか否か判別される。この燃料電池システム1では、上側セクション55の他に、温度が測定されるセクションとして、中間セクション56および下側セクション57が設定されているため、i=imaxでないと判断され(S9:NO)、各単位セル10における第2のセクション(i=1+1=2)として、例えば、中間セクション56がロードされる(S10)。 It is then determined whether the number i of sections where the temperature has been measured is equal to the maximum value i max of i. In this fuel cell system 1, since the middle section 56 and the lower section 57 are set as the sections where the temperature is measured in addition to the upper section 55, it is determined that i = i max is not satisfied (S9: NO) For example, the intermediate section 56 is loaded as the second section (i = 1 + 1 = 2) in each unit cell 10 (S10).

そして、中間セクション56および下側セクション57に対して、上記した上側セクション55に対する燃料ガスの流量制御処理と同様の処理が行なわれると、i=imaxと判別されて(S9:YES)、当該単位セル10に対する燃料ガスの流量制御処理が終了となる。 When the same process as the fuel gas flow rate control process for the upper section 55 is performed on the intermediate section 56 and the lower section 57, i = i max is determined (S9: YES), and The fuel gas flow rate control process for the unit cell 10 ends.

その後は、例えば、燃料ガスの流量制御処理が終了した単位セル10に隣接する単位セル10に対して、上記した制御処理が行なわれ、このような処理が、燃料電池2の発電中継続される。   Thereafter, for example, the control process described above is performed on the unit cell 10 adjacent to the unit cell 10 for which the fuel gas flow rate control process has been completed, and such a process is continued during power generation of the fuel cell 2. .

以上のように、本発明の燃料電池システム1では、温度センサ11A、温度センサ11Bおよび温度センサ11Cにより、各単位セル10における上側セクション55、中間セクション56および下側セクション57それぞれの温度が測定される。   As described above, in the fuel cell system 1 of the present invention, the temperature of each of the upper section 55, the middle section 56, and the lower section 57 in each unit cell 10 is measured by the temperature sensor 11A, the temperature sensor 11B, and the temperature sensor 11C. The

そして、その測定温度に基づいて、コントローラ22により、各セクション55〜57が乾燥状態、湿潤状態あるいは適切な加湿状態であるか否かが判別され、供給弁23A〜23Cの開度が適切に制御される。   Based on the measured temperature, the controller 22 determines whether the sections 55 to 57 are in a dry state, a wet state, or an appropriate humidified state, and appropriately controls the opening degree of the supply valves 23A to 23C. Is done.

これによって、各セクション55〜57が乾燥状態や湿潤状態である場合でも、上側燃料供給路38A、中間燃料供給路38Bおよび下側燃料供給路38Cに対して、各セクション55〜57を適切な加湿状態にするために、適切な流量の燃料ガスを供給することができるので、各セクション55〜57のさらなる乾燥および湿潤を抑制することができる。したがって、各単位セル10の加湿状態を適切な状態に保つことができる。   As a result, even when the sections 55 to 57 are in a dry state or a wet state, the sections 55 to 57 are appropriately humidified with respect to the upper fuel supply path 38A, the intermediate fuel supply path 38B, and the lower fuel supply path 38C. Since the fuel gas of an appropriate flow rate can be supplied to obtain the state, further drying and wetting of each section 55 to 57 can be suppressed. Therefore, the humidified state of each unit cell 10 can be maintained in an appropriate state.

また、各単位セル10が、上側セクション55、中間セクション56および下側セクション57に区別され、さらに、3つの燃料供給路38(上側燃料供給路38A、中間燃料供給路38Bおよび下側燃料供給路38C)が、これら各セクションそれぞれに振り分けられて設けられている。そのため、各単位セル10の加湿状態を均一化することができる。したがって、例えば、燃料側セパレータ34の幅方向の長さを短くすることなどによって、各単位セル10の面積を小さくして、燃料供給路38の流路長を短くする必要がない。   Each unit cell 10 is divided into an upper section 55, an intermediate section 56, and a lower section 57, and further includes three fuel supply paths 38 (an upper fuel supply path 38A, an intermediate fuel supply path 38B, and a lower fuel supply path). 38C) are provided for each of these sections. Therefore, the humidified state of each unit cell 10 can be made uniform. Therefore, for example, by reducing the length of the fuel separator 34 in the width direction, it is not necessary to reduce the area of each unit cell 10 and the flow path length of the fuel supply path 38.

そのため、各単位セル10の出力量を幅広くカバーすることができる。その結果、各単位セル10の面積を大きくして、セル積層数を低減することができるので、燃料電池2の構造を簡略にすることができる。   Therefore, the output amount of each unit cell 10 can be covered widely. As a result, the area of each unit cell 10 can be increased and the number of stacked cells can be reduced, so that the structure of the fuel cell 2 can be simplified.

また、燃料供給路38が複数(この実施形態では、3つ)設けられていることにより、燃料側電極32で生成する水を、各単位セル10において部分的にパージすることができる。そのため、パージに必要なエネルギーを低減することができる。その結果、ランニングコストを低減することができる。   Further, by providing a plurality of fuel supply paths 38 (three in this embodiment), water generated by the fuel side electrode 32 can be partially purged in each unit cell 10. Therefore, energy required for purging can be reduced. As a result, the running cost can be reduced.

さらに、通水路40が、燃料供給路38と平行に(燃料供給路38に沿って)形成されており、燃料側セパレータ34を挟んで燃料供給路38に対向している。   Further, a water passage 40 is formed in parallel with the fuel supply passage 38 (along the fuel supply passage 38), and faces the fuel supply passage 38 with the fuel side separator 34 interposed therebetween.

例えば、通水路40を流れる冷却水は、発電により加熱された単位セル10を冷却すると、当該単位セル10との熱交換により、その温度が上昇する。それゆえ、セルスタック6において、通水孔47の下流側(排水口16により近い側)の単位セル10では、冷却水の温度が上流側(給水口18により近い側)の単位セル10に比べて高くなり、単位セル10全体が乾燥状態になりやすくなる。   For example, when the cooling water flowing through the water passage 40 cools the unit cell 10 heated by power generation, the temperature rises due to heat exchange with the unit cell 10. Therefore, in the cell stack 6, in the unit cell 10 on the downstream side (side closer to the drain port 16) of the water passage 47, the temperature of the cooling water is higher than that of the unit cell 10 on the upstream side (side closer to the water supply port 18). The unit cell 10 as a whole tends to become dry.

しかし、この燃料電池システム1では、燃料電池2における通水路40が、燃料側セパレータ34を挟んで燃料供給路38に対向している。そのため、各単位セル10の乾燥状態に応じて燃料ガスの流量を制御することによって、セルスタック6の加湿状態を全体的に適切な状態に保つことができる。   However, in this fuel cell system 1, the water passage 40 in the fuel cell 2 faces the fuel supply passage 38 with the fuel separator 34 interposed therebetween. Therefore, by controlling the flow rate of the fuel gas according to the dry state of each unit cell 10, the humidified state of the cell stack 6 can be maintained in an appropriate state as a whole.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。
本発明の燃料電池システム1の用途としては、例えば、電動車両、鉄道、船舶、航空機などが挙げられる。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, embodiment of this invention is not limited to this, A design can be suitably changed in the range which does not change the summary of this invention.
Applications of the fuel cell system 1 of the present invention include, for example, electric vehicles, railways, ships, and aircraft.

また、前述の実施形態では、燃料側溝37のみを、3つの上側溝ユニット37A、中間溝ユニット37Bおよび下側溝ユニット37Cに区別される溝として形成し、これによって、互いに独立した3つ(複数)の燃料供給路として、上側燃料供給路38A、中間燃料供給路38Bおよび下側燃料供給路38Cを形成したが、例えば、酸素側溝42についても同様に、3つの溝ユニットに区別される溝として形成し、互いに独立した3つの酸素供給路43を形成することができる。この場合には、さらに、3つの酸素供給路43に沿って、通水溝44を形成することもできる。   Further, in the above-described embodiment, only the fuel side groove 37 is formed as a groove that is distinguished from the three upper groove units 37A, the intermediate groove unit 37B, and the lower groove unit 37C, thereby three (a plurality) independent from each other. The upper fuel supply passage 38A, the intermediate fuel supply passage 38B, and the lower fuel supply passage 38C are formed as the fuel supply passages of the fuel. However, for example, the oxygen side groove 42 is also formed as a groove that is distinguished by three groove units. Thus, three oxygen supply paths 43 that are independent of each other can be formed. In this case, a water flow groove 44 can be formed along the three oxygen supply paths 43.

また、前述の実施形態では、各単位セル10を上側セクション55、中間セクション56および下側セクション57の3つのセクションに区別したが、各単位セル10のセクションは、さらに細分化することもできる。
また、前述の実施形態では、通水路40は、燃料側セパレータ34を介して、燃料供給路38と平行に形成されていたが、通水路40と燃料供給路38とは、燃料側セパレータ34を介して、例えば、直交していてもよい。
In the above-described embodiment, each unit cell 10 is divided into three sections, that is, an upper section 55, an intermediate section 56, and a lower section 57. However, the section of each unit cell 10 can be further subdivided.
In the above-described embodiment, the water passage 40 is formed in parallel with the fuel supply passage 38 via the fuel separator 34. However, the water passage 40 and the fuel supply passage 38 are connected to the fuel separator 34. For example, they may be orthogonal.

また、前述の実施形態では、各単位セル10の乾燥状態および湿潤状態を、温度センサ11を用いて検出したが、例えば、各単位セル10に参照電極を設け、当該参照電極から交流を印加することにより行なうインピーダンス法により検出することもできる。また、各単位セル10に圧電素子を設け、各単位セル10の温度変化に伴う単位セル10面内の荷重変化を検出し、これによって各単位セルの温度を検出する方法によって検出することもできる。   In the above-described embodiment, the dry state and the wet state of each unit cell 10 are detected using the temperature sensor 11. For example, a reference electrode is provided in each unit cell 10, and alternating current is applied from the reference electrode. It is also possible to detect by the impedance method. Further, a piezoelectric element may be provided in each unit cell 10 to detect a load change in the surface of the unit cell 10 accompanying a temperature change of each unit cell 10, thereby detecting the temperature of each unit cell. .

また、前述の実施形態では、単位セル10のセル平均温度Tは、温度センサ11の測定値に基づいて算出したが、例えば、給水口18付近の冷却水温度と排水口16付近の冷却水温度との差から、単位セル10を通過する冷却水の温度上昇率に基づいて算出することもできる。 In the above-described embodiment, the cell average temperature T 0 of the unit cell 10 is calculated based on the measured value of the temperature sensor 11. For example, the cooling water temperature near the water supply port 18 and the cooling water near the drain port 16 are used. It can also be calculated based on the temperature rise rate of the cooling water passing through the unit cell 10 from the difference from the temperature.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構造を説明するための、一方向の斜視図である。1 is a unidirectional perspective view for explaining the structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構造を説明するための、他方向の斜視図である。It is a perspective view of the other direction for explaining the structure of the fuel cell system concerning one embodiment of the present invention. 図1に示すセルスタックを、L−Lで示される切断線で切断したときの要部断面図である。It is principal part sectional drawing when the cell stack shown in FIG. 1 is cut | disconnected by the cutting line shown by LL. 図1に示すセルスタックの一方向要部分解図である。FIG. 2 is an exploded view of a main part of the cell stack shown in FIG. 1 in one direction. 図1に示すセルスタックの他方向要部分解図である。FIG. 2 is an exploded view of the main part of the cell stack shown in FIG. 1 in the other direction. コントローラにおいて実行される供給弁に対する制御処理の流れ示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the control processing with respect to the supply valve performed in a controller.

符号の説明Explanation of symbols

1 燃料電池システム
2 燃料電池
6 セルスタック
10 単位セル
11 温度センサ
22 コントローラ
23 供給弁
31 電解質層
32 燃料側電極
33 酸素側電極
34 燃料側セパレータ
35 酸素側セパレータ
37 燃料側溝
38 燃料供給路
39 通水溝
40 通水路
42 酸素側溝
43 酸素供給路
44 通水溝
55 上側セクション
56 中間セクション
57 下側セクション
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Fuel cell 6 Cell stack 10 Unit cell 11 Temperature sensor 22 Controller 23 Supply valve 31 Electrolyte layer 32 Fuel side electrode 33 Oxygen side electrode 34 Fuel side separator 35 Oxygen side separator 37 Fuel side groove 38 Fuel supply path 39 Water flow Groove 40 Water channel 42 Oxygen side groove 43 Oxygen supply channel 44 Water channel 55 Upper section 56 Middle section 57 Lower section

Claims (2)

電解質層、この電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極、前記燃料側電極に隣接配置され、前記燃料側電極に燃料を供給する燃料供給路が形成された燃料側セパレータ、および、前記酸素側電極に隣接配置され、前記酸素側電極に酸素を供給する酸素供給路が形成された酸素側セパレータを備える単位セルを有する燃料電池を備え、
前記燃料供給路および前記酸素供給路の少なくとも一方は、複数形成されており、
前記単位セルの乾燥部分を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出に基づいて、各前記燃料供給路および/または各前記酸素供給路に供給する燃料および/または酸素の流量を制御する制御手段と
をさらに備えることを特徴とする、燃料電池システム。
An electrolyte layer, a fuel-side electrode and an oxygen-side electrode disposed opposite to each other with the electrolyte layer interposed therebetween, a fuel-side separator disposed adjacent to the fuel-side electrode, and formed with a fuel supply path for supplying fuel to the fuel-side electrode; And a fuel cell having a unit cell including an oxygen-side separator disposed adjacent to the oxygen-side electrode and having an oxygen supply path for supplying oxygen to the oxygen-side electrode,
A plurality of at least one of the fuel supply path and the oxygen supply path are formed,
Detecting means for detecting a dry portion of the unit cell;
The fuel cell system further comprising: a control means for controlling a flow rate of fuel and / or oxygen supplied to each of the fuel supply paths and / or each of the oxygen supply paths based on detection of the detection means. .
前記燃料電池は、複数の前記単位セルが積層されたセルスタックを備え、
前記セルスタックには、各前記単位セルを冷却する冷却水路が形成されており、
前記冷却水路は、各前記単位セルにおいて、複数形成されている前記燃料供給路および前記酸素供給路の少なくとも一方に沿って形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の燃料電池システム。
The fuel cell includes a cell stack in which a plurality of the unit cells are stacked,
In the cell stack, a cooling water channel for cooling each unit cell is formed,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a plurality of the cooling water passages are formed along at least one of the fuel supply passages and the oxygen supply passages formed in each of the unit cells. 3. .
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0594831A (en) * 1991-10-03 1993-04-16 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JPH09511356A (en) * 1994-06-24 1997-11-11 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Electrochemical fuel cell stack with simultaneously flowing refrigerant and oxidant
JP2006012684A (en) * 2004-06-28 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell and fuel cell power generation device
JP2007128698A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2008059754A (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Equos Research Co Ltd Fuel cell system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0594831A (en) * 1991-10-03 1993-04-16 Honda Motor Co Ltd Fuel cell
JPH09511356A (en) * 1994-06-24 1997-11-11 バラード パワー システムズ インコーポレイティド Electrochemical fuel cell stack with simultaneously flowing refrigerant and oxidant
JP2006012684A (en) * 2004-06-28 2006-01-12 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell and fuel cell power generation device
JP2007128698A (en) * 2005-11-02 2007-05-24 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2008059754A (en) * 2006-08-29 2008-03-13 Equos Research Co Ltd Fuel cell system

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