JP2009252552A - Fuel cell system - Google Patents

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真明 松末
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system for suppressing the deterioration of a fuel cell while securing the responsiveness of the system. <P>SOLUTION: A cathode circulation mechanism 60 is provided on the cathode-side construction of the fuel cell 10. The voltage of the fuel cell 10 is measured by a voltmeter 50. When the cathode potential of the fuel cell 10 is predetermined potential or higher, cathode offgas is circulated on the upstream side of the cathode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

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

従来、例えば、特開2007−115533号公報に開示されているように、システムの停止時にカソード内のガスを静止させる燃料電池システムが知られている。特許文献1では、システムを停止する際にガスを静止させることによりカソード電位を低下させ、燃料電池の電圧が実質的に零になったときに停止操作を終了している。   Conventionally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-115533, a fuel cell system that stops a gas in a cathode when the system is stopped is known. In Patent Document 1, the cathode potential is lowered by stopping the gas when the system is stopped, and the stop operation is ended when the voltage of the fuel cell becomes substantially zero.

特開2007−115533号公報JP 2007-115533 A 特開2005−100846号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-1000084 特開2005−251434号公報JP 2005-251434 A

カソード電位が高すぎると、燃料電池の劣化を招くおそれがあり好ましくない。燃料電池の低負荷域での発電中や、燃料電池が開回路(Open Circuit)を形成して発電に備えている状態(発電待機中)では、通常発電中に比して、燃料電池のカソード電位が高くなる。燃料電池の劣化を防ぐ観点からは、カソード電位が高い場合には必要に応じてカソード電位を低下させたい。   If the cathode potential is too high, the fuel cell may be deteriorated, which is not preferable. During power generation in a low load area of the fuel cell, or in a state where the fuel cell forms an open circuit and is ready for power generation (while waiting for power generation), the cathode of the fuel cell compared to during normal power generation The potential increases. From the viewpoint of preventing deterioration of the fuel cell, when the cathode potential is high, it is desired to lower the cathode potential as necessary.

特許文献1には、カソード内のガスを静止させることによりカソード電位を低下させる手法が記載されている。しかしながら、カソード内のガスの流れを止めてしまうと、その後の負荷変動や発電再開要求に対して迅速な対応をとることが困難になる。すなわち、システムの応答性が低下してしまう。   Patent Document 1 describes a technique for lowering the cathode potential by stopping the gas in the cathode. However, if the gas flow in the cathode is stopped, it becomes difficult to quickly respond to subsequent load fluctuations and power generation restart requests. That is, the responsiveness of the system is lowered.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system that can suppress deterioration of the fuel cell while ensuring the responsiveness of the system.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記カソードの電位であるカソード電位を検知する電位検知手段と、
前記電位検知手段が検知したカソード電位が所定電位以上である場合に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a fuel cell system,
An electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, are supplied with hydrogen to the anode and supplied with oxygen to the cathode to generate power A fuel cell,
A cathode gas supply mechanism for flowing a gas containing oxygen into the cathode;
A potential detecting means for detecting a cathode potential which is the potential of the cathode;
A partial pressure reducing means for reducing the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode when the cathode potential detected by the potential detecting means is equal to or higher than a predetermined potential;
It is characterized by providing.

第2の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記燃料電池の所定の低負荷域における発電中、または/および、前記燃料電池の発電待機中に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a second invention is a fuel cell system,
An electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, are supplied with hydrogen to the anode and supplied with oxygen to the cathode to generate power A fuel cell,
A cathode gas supply mechanism for flowing a gas containing oxygen into the cathode;
A partial pressure reducing means for reducing an oxygen partial pressure of a gas flowing into the cathode during power generation in a predetermined low load region of the fuel cell and / or during power generation standby of the fuel cell;
It is characterized by providing.

また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記分圧低減手段が、前記カソードの上流を流れるガスに、該上流を流れるガスに比して酸素濃度が低い希釈ガスを添加することにより、該カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
The partial pressure reducing means reduces the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode by adding to the gas flowing upstream of the cathode a dilution gas having a lower oxygen concentration than the gas flowing upstream. It is characterized by that.

また、第4の発明は、第3の発明において、
前記カソードから排出されたカソードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
Cathode off-gas discharged from the cathode is used as the dilution gas.

また、第5の発明は、第3または第4の発明において、
前記アノードから排出されたアノードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする。
The fifth invention is the third or fourth invention, wherein
The anode off gas discharged from the anode is used as the dilution gas.

また、第6の発明は、第5の発明において、
前記カソードの上流に、水素と酸素との反応を促進する反応促進手段が配置され、
前記アノードオフガスが添加されたガスが、前記反応促進手段を経由して前記カソードへと流入することを特徴とする。
The sixth invention is the fifth invention, wherein
A reaction promoting means for promoting the reaction between hydrogen and oxygen is disposed upstream of the cathode,
The gas added with the anode off gas flows into the cathode through the reaction promoting means.

また、第7の発明は、第1乃至6の発明のいずれか1つにおいて、
ガスの入口と出口を備え、内部を通過するガス中の酸素の量を選択的に低減することができる酸素低減機構をさらに備え、
前記分圧低減手段が、前記酸素低減機構を介して前記カソードにガスを流入させることにより、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする。
According to a seventh invention, in any one of the first to sixth inventions,
A gas inlet and outlet, further comprising an oxygen reduction mechanism capable of selectively reducing the amount of oxygen in the gas passing through the interior;
The partial pressure reducing means reduces the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode by causing the gas to flow into the cathode via the oxygen reducing mechanism.

カソード電位は、カソード内のガスの酸素分圧を低減することにより、低下させることができる。   The cathode potential can be lowered by reducing the oxygen partial pressure of the gas in the cathode.

第1の発明によれば、カソード電位が高くなりすぎた場合に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることにより、カソード内のガスの流れを保ちつつカソード電位を低下させることができる。これにより、カソード電位を低下している最中に出力増加要求や発電再開要求があった場合、速やかにこれらの要求に応えることができる。その結果、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。   According to the first invention, when the cathode potential becomes too high, the cathode potential can be lowered while maintaining the flow of the gas in the cathode by flowing the gas having a reduced oxygen partial pressure into the cathode. it can. Thereby, when there is an output increase request or a power generation resumption request while the cathode potential is being lowered, these requests can be met promptly. As a result, deterioration of the fuel cell can be suppressed while ensuring the responsiveness of the system.

第2の発明によれば、カソード電位が高くなるおそれが高い状況である低負荷域発電中や発電待機中に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることにより、カソード内のガスの流れを保ちつつカソード電位を低下させることができる。これにより、カソード電位を低下している間に出力増加要求や発電再開要求があった場合に、速やかにこれらの要求に応えることができる。その結果、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。   According to the second aspect of the present invention, the gas in the cathode is caused to flow by flowing the gas having a reduced oxygen partial pressure into the cathode during low load region power generation or standby for power generation, which is likely to increase the cathode potential. The cathode potential can be lowered while maintaining the flow of. As a result, when there is an output increase request or a power generation resumption request while the cathode potential is being lowered, these requests can be met promptly. As a result, deterioration of the fuel cell can be suppressed while ensuring the responsiveness of the system.

第3の発明によれば、カソードに流入するガスの酸素濃度を低減することにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減することができる。   According to the third invention, the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode can be selectively reduced by reducing the oxygen concentration of the gas flowing into the cathode.

第4の発明によれば、発電によって酸素が消費されて酸素濃度が低下したカソードオフガスを、酸素濃度希釈用の希釈ガスとして用いることができる。   According to the fourth aspect of the invention, the cathode off-gas whose oxygen concentration has been reduced by the consumption of oxygen by power generation can be used as the dilution gas for diluting the oxygen concentration.

第5の発明によれば、アノードオフガスを、酸素濃度希釈用の希釈ガスとして用いることができる。しかも、カソードの触媒において、アノードオフガス中の水素が、カソードに流れ込んだガス中の酸素と反応することにより、発電反応に寄与する酸素の量を低減してカソード電位を低下させることができる。   According to the fifth invention, the anode off gas can be used as a dilution gas for diluting the oxygen concentration. In addition, in the cathode catalyst, hydrogen in the anode off gas reacts with oxygen in the gas flowing into the cathode, so that the amount of oxygen contributing to the power generation reaction can be reduced and the cathode potential can be lowered.

第6の発明によれば、第4の発明において、カソード上流で水素と酸素とを予め反応させることにより、カソード流入前の段階で、カソードに流れ込むガス中の酸素量を低減しておくことができる。   According to the sixth invention, in the fourth invention, the amount of oxygen in the gas flowing into the cathode can be reduced at a stage before the cathode inflow by reacting hydrogen and oxygen in advance upstream of the cathode. it can.

第7の発明によれば、酸素低減機構を経由させて酸素濃度が低下したガスをカソードに流入させることにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減することができる。   According to the seventh invention, the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode can be selectively reduced by flowing the gas having a reduced oxygen concentration into the cathode via the oxygen reduction mechanism.

実施の形態1.
[実施の形態1の構成]
図1は、本発明にかかる実施の形態1の燃料電池システムの構成図である。燃料電池システムは、燃料電池10を備えている。燃料電池10が発電した電力は、例えば、モータ等の負荷に供給したり、図示しないバッテリに蓄えたりすることができる。例えば、燃料電池システムを補助的に使用する燃料電池車両の場合、燃料電池10の電力をバッテリに供給しつつ、バッテリから車両駆動用モータに電力を供給することができる。
Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. The fuel cell system includes a fuel cell 10. The power generated by the fuel cell 10 can be supplied, for example, to a load such as a motor or stored in a battery (not shown). For example, in the case of a fuel cell vehicle that uses the fuel cell system in an auxiliary manner, power can be supplied from the battery to the vehicle drive motor while supplying power from the fuel cell 10 to the battery.

通常、燃料電池10は、複数の単位燃料電池(以下、簡略に「単位セル」と称す)を積層してなる燃料電池スタックとして使用される。単位セルは、図示は省略するが、膜電極接合体を一対の集電板で挟んだ構成になっている。膜電極接合体は、固体高分子電解質膜の両面に触媒が一体化されたものである。集電板は、隣接する2枚の膜電極接合体の間を仕切るセパレータとしても機能している。各単位セルは、アノードに燃料ガスとしての水素の供給を受けカソードに空気の供給を受けて、水素と酸素の電気化学的反応によって発電する。   In general, the fuel cell 10 is used as a fuel cell stack in which a plurality of unit fuel cells (hereinafter simply referred to as “unit cells”) are stacked. Although not shown, the unit cell has a configuration in which a membrane electrode assembly is sandwiched between a pair of current collector plates. The membrane electrode assembly is obtained by integrating a catalyst on both surfaces of a solid polymer electrolyte membrane. The current collector plate also functions as a separator that partitions between two adjacent membrane electrode assemblies. Each unit cell receives supply of hydrogen as a fuel gas to the anode, and receives supply of air to the cathode, and generates power by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.

燃料電池10には、水素供給源(図1のH)から水素を供給するための水素供給管20が接続されている。水素供給源は、例えば、高圧の水素を貯留した水素タンクとすることができる。水素供給管20の途中には、水素の供給量を適宜に調節可能なインジェクタ22が配置されている。燃料電池10に供給された水素は、燃料電池10内に形成された供給マニホールド(図示略)によって各単位セルのアノードに分配される。 A hydrogen supply pipe 20 for supplying hydrogen from a hydrogen supply source (H 2 in FIG. 1) is connected to the fuel cell 10. The hydrogen supply source can be, for example, a hydrogen tank that stores high-pressure hydrogen. In the middle of the hydrogen supply pipe 20, an injector 22 capable of appropriately adjusting the supply amount of hydrogen is disposed. Hydrogen supplied to the fuel cell 10 is distributed to the anode of each unit cell by a supply manifold (not shown) formed in the fuel cell 10.

燃料電池10は、アノードオフガスを抜き出すための排気管24を備えている。この排気管24は、燃料電池10内に形成された排気マニホールド(図示略)を介して、各単位セルのアノードに接続されている。排気管24には、気液分離器26と排気排水弁28とが順次配置されている。   The fuel cell 10 includes an exhaust pipe 24 for extracting anode off gas. The exhaust pipe 24 is connected to the anode of each unit cell via an exhaust manifold (not shown) formed in the fuel cell 10. A gas-liquid separator 26 and an exhaust drain valve 28 are sequentially arranged in the exhaust pipe 24.

実施の形態1の燃料電池システムは、アノードにおいてガスを循環させるタイプのシステムである。実施の形態1では、水素ポンプ30の吸入口が気液分離器26と接続し、水素ポンプ30の吐出口が水素供給管20と接続し、アノードオフガスをアノードの上流へと循環させる。   The fuel cell system of Embodiment 1 is a type of system that circulates gas at the anode. In Embodiment 1, the suction port of the hydrogen pump 30 is connected to the gas-liquid separator 26, the discharge port of the hydrogen pump 30 is connected to the hydrogen supply pipe 20, and the anode off gas is circulated upstream of the anode.

また、燃料電池10には、カソードに空気を供給するための空気供給管40が接続されている。空気供給管40にはエアポンプ42が配置されている。エアポンプ42の作動によって空気供給管40に空気が取り込まれ燃料電池10に供給される。燃料電池10に供給された空気は、燃料電池10内に形成された供給マニホールドによって各単位セルのカソードに分配される。   The fuel cell 10 is connected to an air supply pipe 40 for supplying air to the cathode. An air pump 42 is disposed in the air supply pipe 40. By the operation of the air pump 42, air is taken into the air supply pipe 40 and supplied to the fuel cell 10. Air supplied to the fuel cell 10 is distributed to the cathode of each unit cell by a supply manifold formed in the fuel cell 10.

各単位セルのカソードを通過した空気は、燃料電池2内に形成された排気マニホールドに集められて排気管44に排出される。カソードを通過する過程で空気中の酸素が発電に消費される。排気管44には、カソード通過済みのガスであるカソードオフガスが排出される。排気管44には、下流側に向かって、調圧弁46と気液分離器48が順次設けられている。   The air that has passed through the cathode of each unit cell is collected in an exhaust manifold formed in the fuel cell 2 and discharged to the exhaust pipe 44. In the process of passing through the cathode, oxygen in the air is consumed for power generation. A cathode off-gas that is a gas that has passed through the cathode is discharged to the exhaust pipe 44. A pressure regulating valve 46 and a gas-liquid separator 48 are sequentially provided in the exhaust pipe 44 toward the downstream side.

実施の形態1の燃料電池システムは、カソード循環機構60を備えている。カソード循環機構60は、管路62と、管路62に備えられたカソード循環弁64とを有する。管路62は、排気管44の気液分離器48下流側の部位と、空気供給管40のエアポンプ42吸入口側の部位とを接続する。カソード循環弁64の開閉により、カソードオフガスを適宜にカソードの上流側へと循環させることができる。   The fuel cell system of Embodiment 1 includes a cathode circulation mechanism 60. The cathode circulation mechanism 60 includes a pipe line 62 and a cathode circulation valve 64 provided in the pipe line 62. The pipe line 62 connects a portion of the exhaust pipe 44 on the downstream side of the gas-liquid separator 48 and a portion of the air supply pipe 40 on the air pump 42 suction port side. By opening and closing the cathode circulation valve 64, the cathode off gas can be appropriately circulated to the upstream side of the cathode.

実施の形態1の燃料電池システムは、ECU(Electronic Control Unit)52と、燃料電池10の発電状態を検知するための電圧計50および電流計54とを備えている。各計器の出力は、ECU52に入力される。また、ECU52は、カソード循環弁64と接続し、カソード循環弁64を制御する。   The fuel cell system of Embodiment 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 52 and a voltmeter 50 and an ammeter 54 for detecting the power generation state of the fuel cell 10. The output of each meter is input to the ECU 52. The ECU 52 is connected to the cathode circulation valve 64 and controls the cathode circulation valve 64.

[実施の形態1の動作]
以下、実施の形態1の燃料電池システムの動作を説明する。燃料電池10の低負荷域での発電中や、燃料電池10が開回路(Open Circuit)を形成している発電待機中には、通常発電中に比して、燃料電池10のカソードの電位(以下、「カソード電位」と称す)が高くなる。カソード電位が高くなりすぎると、燃料電池10の内部構造の劣化を招くおそれがある。このため、必要に応じて、カソード電位を低下させることが好ましい。
[Operation of Embodiment 1]
Hereinafter, the operation of the fuel cell system of Embodiment 1 will be described. During power generation in the low load region of the fuel cell 10 or during power generation standby in which the fuel cell 10 forms an open circuit (Open Circuit), the potential of the cathode of the fuel cell 10 (as compared to during normal power generation) ( Hereinafter, this is referred to as “cathode potential”. If the cathode potential becomes too high, the internal structure of the fuel cell 10 may be deteriorated. For this reason, it is preferable to reduce a cathode potential as needed.

カソード電位は、カソード内のガスの酸素分圧を低減することにより、低下させることができる。そこで、実施の形態1では、燃料電池10の劣化が懸念される程度までカソード電位が高くなっている場合には、通常運転時に比して、カソードに流入する空気の酸素分圧を低くする。これにより、カソード電位を低下させることができる。   The cathode potential can be lowered by reducing the oxygen partial pressure of the gas in the cathode. Therefore, in the first embodiment, when the cathode potential is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10, the oxygen partial pressure of the air flowing into the cathode is lowered as compared with the normal operation. Thereby, the cathode potential can be lowered.

ところで、低負荷域での発電中や発電待機中に、急遽、負荷変動や発電再開要求が発生することが考えられる。これに速やかに対処するためには、システムの応答性が良好であることが重要である。仮に、カソード内部で、ガスの流れが失われていたり、ガスの流動具合が通常運転状態から乖離しすぎていたりすると、通常発電時に必要な程度のガス流れを生じさせるために時間がかかってしまう。その結果、発電状態への復帰が遅れてしまう。システムの応答性を高く保つ観点からは、カソードの内部でのガスの流れが十分に維持されていることが望ましい。   By the way, it is conceivable that a load change or a request to resume power generation occurs suddenly during power generation in a low load range or during power generation standby. In order to cope with this promptly, it is important that the responsiveness of the system is good. If the gas flow is lost inside the cathode, or if the gas flow is too far from the normal operating state, it will take time to generate the necessary gas flow during normal power generation. . As a result, the return to the power generation state is delayed. From the viewpoint of keeping the responsiveness of the system high, it is desirable that the gas flow inside the cathode is sufficiently maintained.

実施の形態1によれば、燃料電池10のカソードに対する空気の供給を継続しつつ、酸素分圧を低減することができる。従って、カソード内のガスの流れは維持された状態で、カソード電位を低下させることができる。これにより、システムの応答性を良好に維持しつつ、燃料電池10のカソードの劣化を抑制することができる。   According to the first embodiment, the oxygen partial pressure can be reduced while the supply of air to the cathode of the fuel cell 10 is continued. Therefore, the cathode potential can be lowered while the gas flow in the cathode is maintained. Thereby, deterioration of the cathode of the fuel cell 10 can be suppressed while maintaining the responsiveness of the system.

特に、実施の形態1によれば、空気に対して、低酸素濃度の希釈用のガス(以下、「希釈ガス」とも称す)を添加し、その結果得られた低酸素分圧のガスを、燃料電池10のカソードに供給することができる。具体的には、実施の形態1では、カソード電位が高い場合に、カソード循環弁64を開くことにより、エアポンプ42が、空気とともにカソードオフガスを取り込んで燃料電池10側に吐出する。空気とカソードオフガスとが混合した結果得られた低酸素分圧のガスを、燃料電池10のカソードに対して供給できる。   In particular, according to Embodiment 1, a low oxygen concentration dilution gas (hereinafter also referred to as “dilution gas”) is added to air, and the resulting low oxygen partial pressure gas is It can be supplied to the cathode of the fuel cell 10. Specifically, in the first embodiment, when the cathode potential is high, by opening the cathode circulation valve 64, the air pump 42 takes in the cathode off gas together with air and discharges it to the fuel cell 10 side. A gas having a low oxygen partial pressure obtained as a result of mixing air and the cathode off-gas can be supplied to the cathode of the fuel cell 10.

更に、実施の形態1では、希釈ガスとして、カソードオフガスを用いている。カソードオフガスは、発電により酸素が消費された、低酸素濃度のガスである。実施の形態1では、このカソードオフガスを有効利用することができる。   Further, in the first embodiment, a cathode off gas is used as the dilution gas. The cathode off gas is a low oxygen concentration gas in which oxygen is consumed by power generation. In the first embodiment, this cathode off gas can be used effectively.

[実施の形態1の具体的処理]
以下、図2を用いて、実施の形態1の燃料電池システムの具体的処理を説明する。図2は、実施の形態1においてECU52が実行するルーチンのフローチャートである。なお、実施の形態1では、始めにカソード循環弁64が閉じられているものとする。
[Specific Processing in First Embodiment]
Hereinafter, specific processing of the fuel cell system of Embodiment 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of a routine executed by ECU 52 in the first embodiment. In the first embodiment, it is assumed that the cathode circulation valve 64 is closed first.

なお、実施の形態1では、電圧計50が示す電圧値を用いて、カソード電位が燃料電池10の劣化を招くほどに高いかどうかを判定する。アノードが水素で満たされている場合、燃料電池の電圧値をカソード電位の指標として利用することができる。但し、電圧計50の電圧値を基礎にして計算を行うなどして、更に精度良くカソード電位を把握してもよい。   In the first embodiment, it is determined whether the cathode potential is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10 using the voltage value indicated by the voltmeter 50. When the anode is filled with hydrogen, the voltage value of the fuel cell can be used as an indicator of the cathode potential. However, the cathode potential may be grasped with higher accuracy by performing calculation based on the voltage value of the voltmeter 50.

図2に示すルーチンでは、先ず、燃料電池10の電圧値が取得される(ステップS100)。具体的には、ECU52が、電圧計50の出力値を取得する。実施の形態1では、ステップS100の処理が継続的に実行されており、燃料電池10の電圧が常時監視されているものとする。   In the routine shown in FIG. 2, first, the voltage value of the fuel cell 10 is acquired (step S100). Specifically, the ECU 52 acquires the output value of the voltmeter 50. In the first embodiment, it is assumed that the process of step S100 is continuously executed and the voltage of the fuel cell 10 is constantly monitored.

次に、ステップS100で取得された電圧値が、所定の電圧以上であるか否かが判定される(ステップS102)。このステップにより、現在の燃料電池10のカソード電位が、燃料電池10の劣化を招くほどに高くなっているか否かが判別される。判定に用いるための所定の電圧は、予め実験或いはシミュレーションなどにより、決定しておけばよい。   Next, it is determined whether or not the voltage value acquired in step S100 is equal to or higher than a predetermined voltage (step S102). By this step, it is determined whether or not the current cathode potential of the fuel cell 10 is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10. The predetermined voltage to be used for the determination may be determined in advance through experiments or simulations.

ステップS102の条件が成立している場合には、カソード循環弁64を開く処理が実行される(ステップS104)。このステップでは、ECU52が制御信号を発し、カソード循環弁64が開放され、その結果、カソードオフガスがエアポンプ42の吸入口側へと添加される。その結果、空気とカソードオフガスとの混合ガスが燃料電池10のカソードに供給されるようになり、空気に比して酸素分圧が低減されたガスが、カソードへと流入するようになる。その後、今回のルーチンが終了し、ステップS100へと処理がリターンする。   When the condition of step S102 is satisfied, a process for opening the cathode circulation valve 64 is executed (step S104). In this step, the ECU 52 issues a control signal, the cathode circulation valve 64 is opened, and as a result, the cathode off gas is added to the suction port side of the air pump 42. As a result, a mixed gas of air and cathode off gas is supplied to the cathode of the fuel cell 10, and a gas having a reduced oxygen partial pressure as compared with air flows into the cathode. Thereafter, the current routine ends, and the process returns to step S100.

ステップS102の条件が不成立の場合には、カソード循環弁64を閉じる処理が実行される(ステップS106)。このステップでは、現在カソード循環弁64が開かれている場合には、カソード循環弁64が閉じられ、現在カソード循環弁64が閉じられている場合には、そのまま閉状態が維持される。これにより、酸素分圧の低減措置が解除され、カソードに対して通常通り空気のみが供給されるようになる。ステップS106実行後は、今回のルーチンが終了し、ステップS100へと処理がリターンする。   When the condition of step S102 is not satisfied, a process for closing the cathode circulation valve 64 is executed (step S106). In this step, when the cathode circulation valve 64 is currently opened, the cathode circulation valve 64 is closed, and when the cathode circulation valve 64 is currently closed, the closed state is maintained as it is. As a result, the measure for reducing the oxygen partial pressure is released, and only air is supplied to the cathode as usual. After execution of step S106, the current routine ends, and the process returns to step S100.

以上の処理によれば、燃料電池10のカソードが高電位である状況を確実に検出し、カソード循環弁64の開閉を的確に行うことができる。燃料電池10の劣化を抑制し、かつ、システムの応答性も確保しながら、燃料電池システムを運転することができる。また、実施の形態1によれば、カソード循環弁64の開閉に伴って酸素分圧低減の実行と停止を即座に切り換えることができるため、システムの応答性を高く維持することが可能である。   According to the above processing, the situation where the cathode of the fuel cell 10 is at a high potential can be reliably detected, and the cathode circulation valve 64 can be accurately opened and closed. The fuel cell system can be operated while suppressing deterioration of the fuel cell 10 and ensuring the responsiveness of the system. Further, according to the first embodiment, it is possible to immediately switch between execution and stop of the oxygen partial pressure reduction as the cathode circulation valve 64 is opened and closed, so that the responsiveness of the system can be maintained high.

尚、上述した実施の形態1では、燃料電池10が前記第1の発明における「燃料電池」に、電圧計50が前記第1の発明における「電位検知手段」に、それぞれ相当している。また、実施の形態1では、空気供給管40およびエアポンプ42により前記第1の発明における「カソードガス供給機構」が実現され、図2のルーチンのステップS102およびS104の各処理に従ってカソード循環機構60が制御されることにより、前記第1の発明における「分圧低減手段」が実現されている。   In the first embodiment described above, the fuel cell 10 corresponds to the “fuel cell” in the first invention, and the voltmeter 50 corresponds to the “potential detection means” in the first invention. Further, in the first embodiment, the “cathode gas supply mechanism” in the first invention is realized by the air supply pipe 40 and the air pump 42, and the cathode circulation mechanism 60 is configured in accordance with the processes in steps S 102 and S 104 of the routine of FIG. By being controlled, the “partial pressure reducing means” in the first aspect of the present invention is realized.

[実施の形態1の変形例]
(第1変形例)
実施の形態1では、アノードを経由してガス(水素)を循環させるタイプの燃料電池システムを対象にした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。実施の形態1とは異なり、アノードを経由してガスを循環させない、いわゆる循環レス型の燃料電池システムが知られている。このような循環レス型の燃料電池システムに対して、カソード循環機構60(つまり、管路62およびカソード循環弁64)を設けて、実施の形態1と同様の処理を実行することができる。
[Modification of Embodiment 1]
(First modification)
In the first embodiment, a fuel cell system of a type in which a gas (hydrogen) is circulated through an anode is targeted. However, the present invention is not limited to this. Unlike Embodiment 1, a so-called circulation-less fuel cell system is known in which gas is not circulated via an anode. For such a circulation-less fuel cell system, the cathode circulation mechanism 60 (that is, the pipe line 62 and the cathode circulation valve 64) can be provided to perform the same processing as in the first embodiment.

(第2変形例)
実施の形態1では、カソードオフガスを、酸素分圧を低減するための希釈ガスとして利用した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。燃料電池10の通常運転時にカソードに供給されるガス(実施の形態1では空気)に比して、酸素濃度が十分に低いあるいはほぼ零のガスを、希釈ガスとして利用することができる。このようなガスを、例えばタンクに個別に貯留するなどして用いても良い。
(Second modification)
In the first embodiment, the cathode off-gas is used as a dilution gas for reducing the oxygen partial pressure. However, the present invention is not limited to this. A gas having a sufficiently low or almost zero oxygen concentration can be used as the dilution gas as compared with the gas (air in the first embodiment) supplied to the cathode during normal operation of the fuel cell 10. Such a gas may be used, for example, separately stored in a tank.

(第3変形例)
実施の形態1では、カソード電位を電圧計50が示す電圧値に基づいて検知して、検知した電圧値の大きさに応じてカソード循環弁64を開閉した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。電圧値の実測に代えて(又はそれと共に)、下記の手法に従って、カソード循環弁64を制御してもよい。
(Third Modification)
In the first embodiment, the cathode potential is detected based on the voltage value indicated by the voltmeter 50, and the cathode circulation valve 64 is opened and closed in accordance with the detected voltage value. However, the present invention is not limited to this. Instead of (or with) the actual measurement of the voltage value, the cathode circulation valve 64 may be controlled according to the following method.

(i)負荷状態の検知よる判定
燃料電池10が低負荷で発電している場合、燃料電池10のカソード電位が高くなるのが普通である。そこで、第3変形例では、燃料電池10の負荷状態に基づいて、燃料電池10の劣化を招くほどにカソード電位が高くなっているか否かを、間接的に判別する。
(i) Determination by detection of load state When the fuel cell 10 is generating power at a low load, the cathode potential of the fuel cell 10 is usually high. Therefore, in the third modification, based on the load state of the fuel cell 10, it is indirectly determined whether or not the cathode potential is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10.

先ず、燃料電池10を低負荷状態で発電させつつカソード電位を計測することにより、燃料電池10の劣化を招くほどに高くなるような低負荷域を予め把握しておく。燃料電池システムの現在の負荷が、特定した低負荷域にあるか否かを、継続的に監視すればよい。   First, by measuring the cathode potential while generating power in the low load state of the fuel cell 10, a low load region that becomes high enough to cause deterioration of the fuel cell 10 is grasped in advance. What is necessary is just to monitor continuously whether the present load of a fuel cell system exists in the specified low load region.

具体的には、第3変形例では、実施の形態1のシステム構成において、電流計54が計測した電流値が、所定値以下であるか否かを判定する。電流値が所定値以下の場合には、燃料電池10が劣化の恐れがある低負荷域で運転されていると判定して、実施の形態1と同様にステップS104の動作を実行すればよい。これにより、カソード電位が高くなるおそれが高い状況である低負荷域発電中に、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させることができる。   Specifically, in the third modification, it is determined whether or not the current value measured by the ammeter 54 is equal to or less than a predetermined value in the system configuration of the first embodiment. When the current value is less than or equal to the predetermined value, it is determined that the fuel cell 10 is operated in a low load region where there is a risk of deterioration, and the operation of step S104 may be executed as in the first embodiment. As a result, the gas with a reduced oxygen partial pressure can be caused to flow into the cathode during low load region power generation, which is a situation where the cathode potential is likely to increase.

(ii)発電待機中か否かに基づく判定
通常、燃料電池10内部においてアノードに水素が存在しカソードに空気が存在し、かつ、燃料電池10が開回路(Open Circuit)を形成して発電に備えている状態(以下、「発電待機中」とも称す)では、カソード電位が1V付近になる。このような状態では、燃料電池10の劣化が懸念される。
(ii) Judgment based on whether or not power generation is on standby Normally, hydrogen is present at the anode and air is present at the cathode inside the fuel cell 10, and the fuel cell 10 forms an open circuit for power generation. In the equipped state (hereinafter also referred to as “power generation standby”), the cathode potential is around 1V. In such a state, the fuel cell 10 may be deteriorated.

そこで、第3変形例では、燃料電池10が発電待機中であれば、燃料電池10の劣化を招くほどにカソード電位が高くなっていると判定する。具体的には、第3変形例では、燃料電池10に対する負荷が零である場合には、実施の形態1と同様にステップS104の動作を実行する。これにより、酸素分圧を低減させたガスをカソードに流入させて、カソード電位を低下させることができる。   Therefore, in the third modified example, if the fuel cell 10 is on standby for power generation, it is determined that the cathode potential is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10. Specifically, in the third modification, when the load on the fuel cell 10 is zero, the operation of step S104 is executed as in the first embodiment. As a result, the gas having a reduced oxygen partial pressure can flow into the cathode, and the cathode potential can be lowered.

なお、燃料電池を補助動力源として使用しバッテリーを主動力源として使用する複合的なシステムでは、バッテリーから電力が取り出されて燃料電池の発電が停止された状態が、この「発電待機中」に含まれる。   In a complex system that uses a fuel cell as an auxiliary power source and a battery as the main power source, the state where power is taken out of the battery and power generation of the fuel cell is stopped included.

尚、上述した第3変形例では、予め特定した、燃料電池10の劣化を招くほどにカソード電位が高くなるような低負荷域が、前記第2の発明における「所定の低負荷域」に相当している。また、上述した第3変形例では、燃料電池10が開回路(Open Circuit:OC)を形成している状態が、前記第2の発明における「発電待機中」に相当している。   In the above-described third modification, the low load region in which the cathode potential is high enough to cause deterioration of the fuel cell 10 is equivalent to the “predetermined low load region” in the second invention. is doing. In the above-described third modification, the state in which the fuel cell 10 forms an open circuit (OC) corresponds to “power generation standby” in the second invention.

実施の形態2.
[実施の形態2の構成]
図3は、実施の形態2の燃料電池システムの構成図である。実施の形態2は、カソード循環機構60に代えて、管路160および戻し弁162を備えている点で、実施の形態1と相違する。また、実施の形態2は、エアポンプ42と燃料電池10との間に燃焼反応室142が備えられている点で、実施の形態1と相違する。その他、実施の形態2において実施の形態1と共通する構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
[Configuration of Embodiment 2]
FIG. 3 is a configuration diagram of the fuel cell system according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in that a pipe line 160 and a return valve 162 are provided instead of the cathode circulation mechanism 60. The second embodiment is different from the first embodiment in that a combustion reaction chamber 142 is provided between the air pump 42 and the fuel cell 10. In addition, in Embodiment 2, the same structure as Embodiment 1 is attached | subjected with the same code | symbol, and description is abbreviate | omitted.

図3に示すように、実施の形態2では、管路160が、排気管24の排気排水弁28下流の部位と、エアポンプ42の吸入口側とを接続している。管路160を介して、燃料電池10のアノードから排出されるアノードオフガスを、燃料電池10のカソードの上流へと供給することができる。戻し弁162を適宜に開閉することにより、アノードオフガスの供給を所望のタイミングで行うことができる。   As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the pipe line 160 connects a portion of the exhaust pipe 24 downstream of the exhaust drain valve 28 and the suction port side of the air pump 42. The anode off gas discharged from the anode of the fuel cell 10 can be supplied to the upstream side of the cathode of the fuel cell 10 via the pipe line 160. By appropriately opening and closing the return valve 162, the anode off gas can be supplied at a desired timing.

なお、戻し弁162は、カソード循環弁64と同様に、ECU52からの制御信号により制御される。尚、通常運転中に排気排水弁28を閉じている場合には、戻し弁162の開閉時に、排気排水弁28も開くようにする。燃焼反応室142は、内部に水素と酸素が流入した場合、この水素および酸素の反応を促進することができる。   Note that the return valve 162 is controlled by a control signal from the ECU 52, similarly to the cathode circulation valve 64. When the exhaust / drain valve 28 is closed during normal operation, the exhaust / drain valve 28 is also opened when the return valve 162 is opened / closed. When hydrogen and oxygen flow into the combustion reaction chamber 142, the reaction between the hydrogen and oxygen can be promoted.

[実施の形態2の動作]
アノードオフガスの中身は、いわゆるクロスリークによりアノードに透過してきた窒素等の発電非関与ガスや、発電に消費されずアノードを通過した水素などである。実施の形態2では、実施の形態1でカソードオフガスが担っていた希釈ガスとしての役割を、アノードオフガスに代替させる。これにより、実施の形態1と同様に、燃料電池10のカソードに酸素分圧が低いガスを供給してカソード電位を低下させることができる。よって、実施の形態1と同様に、システムの応答性を確保しながら燃料電池10の劣化を抑制することができる。
[Operation of Embodiment 2]
The contents of the anode off-gas are non-power generation-related gases such as nitrogen that have permeated to the anode due to so-called cross leak, and hydrogen that has passed through the anode without being consumed in power generation. In the second embodiment, the role of the dilution gas that the cathode offgas has played in the first embodiment is replaced with the anode offgas. As a result, as in the first embodiment, the cathode potential can be lowered by supplying a gas having a low oxygen partial pressure to the cathode of the fuel cell 10. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to suppress the deterioration of the fuel cell 10 while ensuring the responsiveness of the system.

また、実施の形態2では、燃焼反応室142あるいは燃料電池10のカソードの触媒層によって、アノードオフガスに含まれる水素と、空気中の酸素とが反応する。これにより、発電反応に寄与する酸素の量を低減し、カソード電位を効果的に低下させることが可能である。特に、実施の形態2では、燃焼反応室142を設けておくことによって、アノードオフガス中の水素と空気中の酸素とを、燃料電池10に流れ込む前の段階で反応させることができる。   In the second embodiment, hydrogen contained in the anode off gas reacts with oxygen in the air by the combustion reaction chamber 142 or the catalyst layer on the cathode of the fuel cell 10. Thereby, the amount of oxygen contributing to the power generation reaction can be reduced, and the cathode potential can be effectively reduced. In particular, in the second embodiment, by providing the combustion reaction chamber 142, hydrogen in the anode off gas and oxygen in the air can be reacted at a stage before flowing into the fuel cell 10.

[実施の形態2の具体的処理]
以下、図4を用いて、実施の形態2の燃料電池システムの具体的処理を説明する。図4は、実施の形態2においてECU52が実行するルーチンのフローチャートである。図4のフローチャートのうちステップS100およびS102の処理は図2のフローチャートと同じであるため、説明を省略する。
[Specific Processing of Embodiment 2]
Hereinafter, specific processing of the fuel cell system of Embodiment 2 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 52 in the second embodiment. In the flowchart of FIG. 4, the processes in steps S100 and S102 are the same as those in the flowchart of FIG.

図4のフローチャートでステップS102の条件が成立した場合には、戻し弁162が開かれる(ステップS204)。これにより、アノードオフガスが空気に添加され、エアポンプ42はそれらの混合ガスを下流に吐出するようになる。燃焼反応室142により水素と酸素が反応し、最終的に、低酸素分圧のガスが燃料電池10に流入する。その後、今回のルーチンが終了する。   When the condition of step S102 is established in the flowchart of FIG. 4, the return valve 162 is opened (step S204). As a result, the anode off gas is added to the air, and the air pump 42 discharges the mixed gas downstream. Hydrogen and oxygen react with each other in the combustion reaction chamber 142, and finally a gas having a low oxygen partial pressure flows into the fuel cell 10. Thereafter, the current routine ends.

ステップS102の条件が不成立の場合には、戻し弁162が閉状態に設定される(ステップS206)。これにより、酸素分圧の低減措置が解除され、カソードに対して通常通り空気のみが供給されるようになる。その後、今回のルーチンが終了する。   If the condition of step S102 is not satisfied, the return valve 162 is set to the closed state (step S206). Thereby, the measure for reducing the oxygen partial pressure is released, and only air is supplied to the cathode as usual. Thereafter, the current routine ends.

以上の処理によれば、実施の形態1と同様に、燃料電池10の劣化を抑制し、かつシステムの応答性を良好に維持しながら、燃料電池システムを運転することができる。   According to the above processing, as in the first embodiment, it is possible to operate the fuel cell system while suppressing deterioration of the fuel cell 10 and maintaining good responsiveness of the system.

尚、上述した実施の形態2では、図4のルーチンのステップS102およびS204の各処理に従って戻し弁162が制御されることにより、前記第1の発明における「分圧低減手段」が実現されている。   In the second embodiment described above, the “partial pressure reducing means” according to the first aspect of the present invention is realized by controlling the return valve 162 according to the processes of steps S102 and S204 of the routine of FIG. .

[実施の形態2の変形例]
(第1変形例)
実施の形態2の燃料電池システムは、燃焼反応室142を備えている。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、燃焼反応室142を備えなくとも良い。この場合には、燃料電池10のカソードの触媒層で、アノードオフガスに含まれる水素と、空気中の酸素との反応を生じさせることができる。
[Modification of Embodiment 2]
(First modification)
The fuel cell system according to Embodiment 2 includes a combustion reaction chamber 142. However, the present invention is not limited to this, and the combustion reaction chamber 142 may not be provided. In this case, the catalyst layer at the cathode of the fuel cell 10 can cause a reaction between hydrogen contained in the anode off gas and oxygen in the air.

(第2変形例)
実施の形態1の変形例で説明したのと同様に、実施の形態2を循環レス型の燃料電池システムに適用することができる。循環レス型の燃料電池システムは、更に、デッドエンド型システムと、少量排気型システムとに分類することができる。デッドエンド型システムは、燃料電池のアノードの下流を閉塞した状態で、発電を行うシステムである。少量排気型システムは、燃料電池のアノードの下流から極微少量のガスを排出しながら、発電を行うシステムである。これらのシステムにおいても、実施の形態2と同様に、戻し弁162を介してアノード下流とカソード上流とを管路で接続し、戻し弁162を適宜開閉すればよい。
(Second modification)
As described in the modification of the first embodiment, the second embodiment can be applied to a circulation-less fuel cell system. The circulation-less fuel cell system can be further classified into a dead-end type system and a small exhaust type system. The dead-end system is a system that generates power with the downstream of the anode of the fuel cell closed. The small amount exhaust type system is a system that generates power while discharging a very small amount of gas from the downstream of the anode of the fuel cell. In these systems, similarly to the second embodiment, the anode downstream and the cathode upstream are connected via a return valve 162 via a conduit, and the return valve 162 may be appropriately opened and closed.

(第3変形例)
実施の形態2でも、実施の形態1の変形例で述べたのと同様に、(i)負荷状態の検知よる判定や、(ii)発電待機中か否かに基づく判定を行うことができる。
(Third Modification)
In the second embodiment as well, as described in the modification of the first embodiment, (i) determination based on detection of a load state and (ii) determination based on whether or not power generation is on standby can be performed.

実施の形態3.
実施の形態1および2では、必要に応じてカソードオフガスやアノードオフガスといった希釈ガスを添加することにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を低減している。これに対し、実施の形態3では、酸素を選択的に取り除く機構をシステムに加えて、必要に応じてこの機構を介してカソードに空気を流入させることにより、カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する。
Embodiment 3 FIG.
In Embodiments 1 and 2, the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode is reduced by adding a dilution gas such as a cathode off gas or an anode off gas as necessary. On the other hand, in the third embodiment, a mechanism for selectively removing oxygen is added to the system, and if necessary, air is allowed to flow into the cathode via this mechanism, whereby the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode is increased. Reduce.

酸素を選択的に取り除く機構には、例えば、酸素を選択的に捕捉するフィルタや、酸素分子を吸着する吸着剤など、種々の機構を用いることができる。カソードが高電位と認められる状況下では、このようなフィルタ等を介して空気を流し、通常発電中は、このようなフィルタ等を介さずに(バイパスして)空気を流せばよい。   Various mechanisms such as a filter that selectively captures oxygen and an adsorbent that adsorbs oxygen molecules can be used as the mechanism that selectively removes oxygen. In a situation where the cathode is recognized as having a high potential, air may be passed through such a filter, and during normal power generation, air may be passed without bypassing (bypassing) such a filter.

また、実施の形態2のシステム構成において、燃焼反応室142に対して水素を供給可能としておき、必要に応じて水素を添加するようにしてもよい。この場合には、燃焼反応室142が、水素を添加されている期間に限って、酸素を選択的に取り除く機構として機能している。   In the system configuration of the second embodiment, hydrogen may be supplied to the combustion reaction chamber 142, and hydrogen may be added as necessary. In this case, the combustion reaction chamber 142 functions as a mechanism for selectively removing oxygen only during a period in which hydrogen is added.

実施の形態3によっても、実施の形態1および2と同様に、カソードに流入するガスの酸素分圧を選択的に低減して、システムの応答性を確保しながら燃料電池の劣化を抑制することができる。   Also in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode is selectively reduced to suppress deterioration of the fuel cell while ensuring the responsiveness of the system. Can do.

尚、上記説明した実施の形態3では、フィルタ、吸着剤、燃焼反応室142が、前記第7の発明における「酸素低減機構」として挙げられている。   In the third embodiment described above, the filter, the adsorbent, and the combustion reaction chamber 142 are cited as the “oxygen reducing mechanism” in the seventh aspect of the invention.

尚、上述した実施の形態1乃至3は、それぞれを個別に利用するのみならず、2つ以上を組み合わせて利用することができる。   The first to third embodiments described above can be used not only individually but also in combination of two or more.

本発明の実施の形態1の燃料電池システムの構成図である。1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 実施の形態1で実行される具体的処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating specific processing executed in the first embodiment. 実施の形態2の燃料電池システムの構成図である。3 is a configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2で実行される具体的処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating specific processing executed in the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 燃料電池
20 水素供給管
22 インジェクタ
24 排気管
26 気液分離器
28 排気排水弁
30 水素ポンプ
40 空気供給管
42 エアポンプ
44 排気管
46 調圧弁
48 気液分離器
50 電圧計
54 電流計
60 カソード循環機構
62 管路
64 カソード循環弁
142 燃焼反応室
160 管路
162 戻し弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell 20 Hydrogen supply pipe 22 Injector 24 Exhaust pipe 26 Gas-liquid separator 28 Exhaust drain valve 30 Hydrogen pump 40 Air supply pipe 42 Air pump 44 Exhaust pipe 46 Pressure regulating valve 48 Gas-liquid separator 50 Voltmeter 54 Ammeter 60 Cathode circulation Mechanism 62 Pipe line 64 Cathode circulation valve 142 Combustion reaction chamber 160 Pipe line 162 Return valve

Claims (7)

電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記カソードの電位であるカソード電位を検知する電位検知手段と、
前記電位検知手段が検知したカソード電位が所定電位以上である場合に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
An electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, are supplied with hydrogen to the anode and supplied with oxygen to the cathode to generate power A fuel cell,
A cathode gas supply mechanism for flowing a gas containing oxygen into the cathode;
A potential detecting means for detecting a cathode potential which is the potential of the cathode;
A partial pressure reducing means for reducing the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode when the cathode potential detected by the potential detecting means is equal to or higher than a predetermined potential;
A fuel cell system comprising:
電解質膜と、該電解質膜の一方の面に設けられたアノードと、該電解質膜の他方の面に設けられたカソードとを備え、アノードに水素の供給を受けカソードに酸素の供給を受けて発電する燃料電池と、
前記カソードに、酸素を含むガスを流入させるカソードガス供給機構と、
前記燃料電池の所定の低負荷域における発電中、または/および、前記燃料電池の発電待機中に、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減する分圧低減手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
An electrolyte membrane, an anode provided on one surface of the electrolyte membrane, and a cathode provided on the other surface of the electrolyte membrane, are supplied with hydrogen to the anode and supplied with oxygen to the cathode to generate power A fuel cell,
A cathode gas supply mechanism for flowing a gas containing oxygen into the cathode;
A partial pressure reducing means for reducing an oxygen partial pressure of a gas flowing into the cathode during power generation in a predetermined low load region of the fuel cell and / or during power generation standby of the fuel cell;
A fuel cell system comprising:
前記分圧低減手段が、前記カソードの上流を流れるガスに、該上流を流れるガスに比して酸素濃度が低い希釈ガスを添加することにより、該カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池システム。   The partial pressure reducing means reduces the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode by adding to the gas flowing upstream of the cathode a dilution gas having a lower oxygen concentration than the gas flowing upstream. The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein 前記カソードから排出されたカソードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3, wherein the cathode off-gas discharged from the cathode is used as the dilution gas. 前記アノードから排出されたアノードオフガスが、前記希釈ガスとして用いられることを特徴とする請求項3または4に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 3 or 4, wherein the anode off-gas discharged from the anode is used as the dilution gas. 前記カソードの上流に、水素と酸素との反応を促進する反応促進手段が配置され、
前記アノードオフガスが添加されたガスが、前記反応促進手段を経由して前記カソードへと流入することを特徴とする請求項5に記載の燃料電池システム。
A reaction promoting means for promoting the reaction between hydrogen and oxygen is disposed upstream of the cathode,
6. The fuel cell system according to claim 5, wherein the gas to which the anode off gas is added flows into the cathode via the reaction promoting means.
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
ガスの入口と出口を備え、内部を通過するガス中の酸素の量を選択的に低減することができる酸素低減機構をさらに備え、
前記分圧低減手段が、前記酸素低減機構を介して前記カソードにガスを流入させることにより、前記カソードに流入するガスの酸素分圧を低減することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6,
A gas inlet and outlet, further comprising an oxygen reduction mechanism capable of selectively reducing the amount of oxygen in the gas passing through the interior;
The fuel cell system, wherein the partial pressure reducing means reduces the oxygen partial pressure of the gas flowing into the cathode by causing the gas to flow into the cathode via the oxygen reducing mechanism.
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