JP2010244984A - Fuel cell system and its operation method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To restrain water clogging of a reaction gas passage in a fuel cell system using a porous separator. <P>SOLUTION: The fuel cell system includes a membrane-electrode assembly 56 made of a solid polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes arranged by sandwiching the solid polymer electrolyte membrane, and a porous plate-shaped fuel electrode separator 51 and an oxidizer electrode separator 52 where an anode passage 53 and a cathode passage 54 for supplying a reaction gas to the electrodes are formed. When the fuel cell system having a fuel cell stack 1 wherein water passages 55 are respectively formed on opposite sides of the anode passage 53 and the cathode passage 54 against the fuel electrode separator 51 and the oxidizer electrode separator 52, the reaction gas is supplied to the anode passage 53 and the cathode passage 54 by a fuel gas supply device 2 and an oxidizer gas supply device 3 after a water pump 9 starts circulation of cooling water to the water passage 55. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその運転方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and an operation method thereof.

燃料電池システムは、燃料が有する化学エネルギを直接電気エネルギに変換する。燃料電池システムは、電解質膜を挟んで設けられた一対の触媒電極を備えた燃料電池を有している。これらの触媒電極のうち燃料極には、水素含有ガスが供給される。また、他方の酸化剤極には、酸素を含有する酸化剤ガスが供給される。これら一対の触媒電極の電解質膜側の表面では、それぞれ以下に示す（１）式および（２）式の電気化学反応が生じる。   A fuel cell system directly converts chemical energy contained in fuel into electrical energy. The fuel cell system includes a fuel cell including a pair of catalyst electrodes provided with an electrolyte membrane interposed therebetween. Among these catalyst electrodes, a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel electrode. Further, an oxidant gas containing oxygen is supplied to the other oxidant electrode. On the surface of the pair of catalyst electrodes on the electrolyte membrane side, electrochemical reactions of the following formulas (1) and (2) occur, respectively.

陽極反応：Ｈ２ → ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− （１）
陰極反応：２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− ＋ （１／２）Ｏ２ → Ｈ２Ｏ （２）
燃料電池システムでは、これらの電気化学反応を利用して、電極から電気エネルギを取り出す。 Anodic reaction: H 2 → 2H + + 2e − (1)
Cathodic reaction: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O (2)
In the fuel cell system, electric energy is extracted from the electrodes by using these electrochemical reactions.

燃料極に燃料ガスの水素を供給する方法としては、水素貯蔵装置から直接供給する方法、水素を含有する燃料を改質して得られた水素含有ガスを供給する方法が知られている。水素貯蔵装置としては、高圧ガスタンク、液化水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどがある。水素を含有する燃料としては、天然ガス、メタノール、ガソリンなどが考えられる。一方、酸化剤極に供給する酸化剤ガスとしては、一般的に空気が利用されている。   As a method of supplying hydrogen of fuel gas to the fuel electrode, a method of supplying hydrogen directly from a hydrogen storage device and a method of supplying a hydrogen-containing gas obtained by reforming a fuel containing hydrogen are known. Examples of the hydrogen storage device include a high-pressure gas tank, a liquefied hydrogen tank, and a hydrogen storage alloy tank. As the fuel containing hydrogen, natural gas, methanol, gasoline, and the like are conceivable. On the other hand, air is generally used as the oxidant gas supplied to the oxidant electrode.

燃料電池の性能の一つは、電流電圧特性で示される。所定の電流が流れたときの燃料電池の実際の電圧は、理論値よりも低い。この電圧低下の原因の一つとして、反応ガスの水素・酸素の供給や電池反応の際に生成する水の影響などによる拡散過電圧が考えられる。水素と酸素との電池セルでの反応の際に水が生成され、その水が電極構成部材であるポーラスなガスの拡散層の細孔を埋めると、反応ガスの拡散性が低下する。これにより、拡散過電圧が増大する。   One of the performances of the fuel cell is indicated by current-voltage characteristics. The actual voltage of the fuel cell when a predetermined current flows is lower than the theoretical value. As one of the causes of this voltage drop, diffusion overvoltage due to the supply of hydrogen / oxygen as a reaction gas or the influence of water generated during battery reaction can be considered. When water is generated in the reaction between hydrogen and oxygen in the battery cell, and the water fills the pores of the porous gas diffusion layer that is the electrode constituent member, the diffusibility of the reaction gas decreases. This increases the diffusion overvoltage.

燃料電池において、水素含有ガスまたは酸化剤ガスのセパレータとして、ポーラスタイプのセパレータを用いる場合がある（たとえば特許文献１参照）。これらのセパレータは、電解質膜の加湿に必要な水をポーラス内部に含むことができる。また、電極反応による生成水をその内部に吸収しガス下流側でのフラッディングを防止する。その結果、拡散過電圧の増大を抑制することができるという利点がある。   In a fuel cell, a porous separator may be used as a separator for a hydrogen-containing gas or an oxidant gas (see, for example, Patent Document 1). These separators can contain water necessary for humidifying the electrolyte membrane inside the porous body. Moreover, the water produced by the electrode reaction is absorbed into the interior to prevent flooding on the gas downstream side. As a result, there is an advantage that an increase in diffusion overvoltage can be suppressed.

特開平６−６８８８４号公報JP-A-6-68884

発電停止期間中の多孔質のセパレータの水管理をしていない場合には、水素含有ガスや酸化剤ガスが流動する反応ガス流路や、電極構成部材であるポーラスなガス拡散層の細孔を水分が閉塞してしまう可能性がある。このような水詰まりが生じると、起動時の発電において、拡散過電圧が増大する。さらに、反応ガス流路に反応ガスが供給されていないにもかかわらず負荷を投入すると、転極してしまうこともある。そのため、燃料電池の発電前から、あらかじめ反応ガス流路やガス拡散層の水詰まりを解消しておくことが必要となる。   When water management of the porous separator during the power generation stoppage is not performed, the reaction gas flow path through which the hydrogen-containing gas or oxidant gas flows and the pores of the porous gas diffusion layer that is an electrode constituent member are provided. There is a possibility that the water will be blocked. When such water clogging occurs, diffusion overvoltage increases in power generation at startup. Further, if a load is applied even though no reaction gas is supplied to the reaction gas flow path, the polarity may be reversed. Therefore, it is necessary to eliminate the clogging of the reaction gas flow path and the gas diffusion layer in advance before the power generation of the fuel cell.

一方、燃料電池のセパレータとしてポーラス材を使用すると、ポーラス内部に水が存在していない時には、ガスを封止する能力がない。このため、裏側に設けた切り欠きや加湿用の溝にガスが透過してしまうという不具合が生じる可能性がある。   On the other hand, when a porous material is used as a separator for a fuel cell, there is no ability to seal gas when no water is present inside the porous material. For this reason, there is a possibility that a gas may permeate into the notch or the humidifying groove provided on the back side.

たとえば燃料電池運転時にはポーラス（多孔質）セパレータは十分に湿っているが、停止しているときには水が生成されずに多孔質セパレータの中の水が蒸発してしまい、多孔質セパレータが乾燥してしまう場合がある。このように多孔質セパレータがドライアウトしたまま、燃料電池の発電を開始させるために反応ガスをセパレータに流すと、多孔質セパレータに水が含浸されていないために、ガスが多孔質セパレータの厚さ方向を透過してしまう。ガスが多孔質セパレータを透過してしまうと、ガスの利用率が低下し、また、水分の均一化が妨げられる。   For example, a porous (porous) separator is sufficiently wet during fuel cell operation, but when it is stopped, water is not generated and water in the porous separator evaporates, and the porous separator is dried. May end up. When the reaction gas is allowed to flow through the separator in order to start the power generation of the fuel cell with the porous separator dried out in this way, since the porous separator is not impregnated with water, the gas has a thickness of the porous separator. It will pass through the direction. If the gas permeates through the porous separator, the utilization factor of the gas is reduced and the uniformization of moisture is prevented.

また、一度ドライアウトが起こってしまうと、ガスを流している限り、その場所の圧力が高くなり、多孔質セパレータの微小な空間内の毛細管圧力よりも勝ってしまう。その結果、毛細管力だけで再度その場所に水を含浸させることは困難である。そのため、燃料電池の発電前から、あらかじめ多孔質セパレータのドライアウト箇所への水分の含浸が必要となる。   Also, once dryout occurs, as long as gas is flowing, the pressure at that location will be higher and will exceed the capillary pressure in the minute space of the porous separator. As a result, it is difficult to impregnate the place with water only by capillary force. Therefore, it is necessary to impregnate moisture into the dry-out portion of the porous separator in advance before the power generation of the fuel cell.

そこで、本発明は、多孔質のセパレータを用いた燃料電池システムにおいて反応ガス流路の水詰まりを抑制することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to suppress clogging of a reaction gas flow path in a fuel cell system using a porous separator.

上述の目的を達成するため、本発明は、燃料電池システムにおいて、固体高分子電解質膜とこの固体高分子電解質膜を挟んで設けられた一対の電極とからなる膜電極複合体と、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を形成する多孔質で板状のセパレータと、を有し前記セパレータに対して前記反応ガス流路の反対側に水流路が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記水流路に大気圧より低い圧力の冷却水を循環させる水循環装置と、前記反応ガス供給装置および前記水循環装置を制御して前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始した後に前記反応ガス供給装置に前記反応ガスの供給を開始させる制御装置と、を有することを特徴とする。   In order to achieve the above-described object, the present invention provides a fuel cell system comprising: a membrane electrode composite comprising a solid polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes provided with the solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween; A porous and plate-like separator that forms a reaction gas flow path for supplying a reaction gas, and a fuel cell stack in which a water flow path is formed on the opposite side of the reaction gas flow path with respect to the separator; A reaction gas supply device for supplying the reaction gas to the reaction gas channel; a water circulation device for circulating cooling water having a pressure lower than atmospheric pressure in the water channel; and the reaction gas supply device and the water circulation device to control the And a control device that causes the reaction gas supply device to start supplying the reaction gas after the water circulation device starts circulation of the cooling water.

また、本発明は、固体高分子電解質膜とこの固体高分子電解質膜を挟んで設けられた一対の電極とからなる膜電極複合体と、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を形成する多孔質で板状のセパレータと、を有し前記セパレータに対して前記反応ガス流路の反対側に水流路が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記水流路に大気圧より低い圧力の冷却水を循環させる水循環装置と、を備える燃料電池システムの運転方法において、前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始する第１工程と、前記第１工程の後に前記反応ガス供給装置が前記反応ガスの供給を開始する第２工程と、を有することを特徴とする。   Further, the present invention forms a membrane electrode assembly comprising a solid polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes provided with the solid polymer electrolyte membrane sandwiched therebetween, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas to the electrodes. A fuel cell stack having a porous plate-like separator and having a water channel formed on the opposite side of the reaction gas channel with respect to the separator, and supplying the reaction gas to the reaction gas channel In a method for operating a fuel cell system, comprising: a reactive gas supply device; and a water circulation device that circulates cooling water having a pressure lower than atmospheric pressure in the water flow path. The first step in which the water circulation device starts circulation of the cooling water. And a second step in which the reactive gas supply device starts supplying the reactive gas after the first step.

本発明によれば、多孔質のセパレータを用いた燃料電池システムにおいて反応ガス流路の水詰まりを抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the clogging of the reaction gas flow path can be suppressed in the fuel cell system using a porous separator.

発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態の一部のブロック図とともに示す燃料電池スタックの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of a fuel cell stack shown with a partial block diagram of a 1st embodiment of a fuel cell system concerning an invention. 発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態におけるブロック図である。1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the invention. 発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態における起動時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of starting in 1st Embodiment of the fuel cell system which concerns on invention. 発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態における冷却水圧力、アノード流路の入口圧力およびカソード流路の入口圧力の時間変化の実験結果の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the experimental result of the time change of the cooling water pressure in the 1st Embodiment of the fuel cell system which concerns on invention, the inlet pressure of an anode flow path, and the inlet pressure of a cathode flow path. 発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態におけるセル電圧の時間変化の実験結果の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the experimental result of the time change of the cell voltage in 1st Embodiment of the fuel cell system which concerns on invention. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。It is a block diagram in 2nd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態における起動時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of starting in 2nd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態における乾燥状態起動時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of dry state starting in 2nd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態における通常起動時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of normal starting in 2nd Embodiment of the fuel cell system which concerns on this invention.

本発明に係る燃料電池システムの実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   Embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or similar structure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

［第１の実施の形態］
図１は、発明に係る燃料電池システムの第１の実施の形態の一部のブロック図とともに示す燃料電池スタックの部分断面図である。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a fuel cell stack shown together with a partial block diagram of a first embodiment of a fuel cell system according to the invention.

燃料電池スタック１は、膜電極複合体５６の両側を燃料極セパレータ５１と酸化剤極セパレータ５２とで挟んだセル５０を複数積層したものである。膜電極複合体５６は、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜の一方の面に配置された燃料極と、固体高分子電解質膜の燃料極とは反対側の面に配置された酸化剤極とを備える。燃料極セパレータ５１には、アノード流路５３が形成されている。酸化剤極セパレータ５２には、カソード流路５４が形成されている。燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２は、ポーラスタイプのセパレータである。つまり、燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２は、多孔質体で形成されている。それぞれのセル５０の間には、燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２を加湿するための水流路５５が形成されている。水流路５５は、燃料極セパレータ５１または酸化剤極セパレータ５２のアノード流路５３またはカソード流路５４とは反対側の面に形成されている。   The fuel cell stack 1 is formed by stacking a plurality of cells 50 in which both sides of a membrane electrode assembly 56 are sandwiched between a fuel electrode separator 51 and an oxidant electrode separator 52. The membrane electrode assembly 56 includes a solid polymer electrolyte membrane, a fuel electrode disposed on one surface of the solid polymer electrolyte membrane, and an oxidation disposed on a surface opposite to the fuel electrode of the solid polymer electrolyte membrane. And a material electrode. An anode channel 53 is formed in the fuel electrode separator 51. A cathode channel 54 is formed in the oxidant electrode separator 52. The fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52 are porous separators. That is, the fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52 are formed of a porous body. Between each cell 50, the water flow path 55 for humidifying the fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52 is formed. The water channel 55 is formed on the surface of the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52 opposite to the anode channel 53 or the cathode channel 54.

本実施の形態では、燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２をそれぞれ独立したものとしているが、一体として形成してもよい。あるいは、溝を形成した水密な板を燃料極セパレータ５１または酸化剤極セパレータ５２とは独立して用いて水流路５５を形成してもよい。   In the present embodiment, the fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52 are independent of each other, but may be integrally formed. Alternatively, the water flow path 55 may be formed using a watertight plate having grooves formed independently of the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52.

図２は、本実施の形態における燃料電池システムのブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram of the fuel cell system in the present embodiment.

本実施の形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック１と、燃料ガス供給装置２と、酸化剤供給装置３と、加湿装置６０とを備える。燃料電池スタック１は、水素と酸素とを用いて発電する。燃料ガス供給装置２は、燃料電池スタック１へ燃料ガスとして水素含有ガスを供給する。燃料ガス供給装置２は、たとえば改質装置で炭化水素系燃料を改質して生成された水素含有ガスを燃料電池スタック１に送るコンプレッサである。燃料ガス供給装置２として、水素ボンベなどを用いることもできる。   The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell stack 1, a fuel gas supply device 2, an oxidant supply device 3, and a humidification device 60. The fuel cell stack 1 generates power using hydrogen and oxygen. The fuel gas supply device 2 supplies a hydrogen-containing gas as a fuel gas to the fuel cell stack 1. The fuel gas supply device 2 is a compressor that sends, for example, a hydrogen-containing gas generated by reforming a hydrocarbon fuel with a reformer to the fuel cell stack 1. A hydrogen cylinder or the like can also be used as the fuel gas supply device 2.

酸化剤供給装置３は、燃料電池スタック１へ酸素を含む酸化剤ガスを供給する。酸化剤供給装置３は、たとえば空気を燃料電池スタック１に送るブロワである。加湿装置６０は、燃料電池スタック１を加湿する。   The oxidant supply device 3 supplies an oxidant gas containing oxygen to the fuel cell stack 1. The oxidant supply device 3 is, for example, a blower that sends air to the fuel cell stack 1. The humidifier 60 humidifies the fuel cell stack 1.

燃料電池スタック１には、燃料ガス供給流路４と、酸化剤供給流路５とが接続されている。燃料ガス供給流路４は、燃料ガス供給装置２から燃料電池スタック１に延びている。燃料ガス供給装置２が供給する水素含有ガスは、燃料ガス供給流路４を通って、アノード流路５３に送られる。酸化剤供給流路５は、酸化剤ガス供給装置３から燃料電池スタック１に延びている。酸化剤ガス供給装置が供給する酸化剤ガスは、酸化剤供給流路５を通って、カソード流路５４に送られる。燃料ガス供給流路４および酸化剤供給流路５は、たとえば配管によって形成される。   A fuel gas supply channel 4 and an oxidant supply channel 5 are connected to the fuel cell stack 1. The fuel gas supply channel 4 extends from the fuel gas supply device 2 to the fuel cell stack 1. The hydrogen-containing gas supplied by the fuel gas supply device 2 is sent to the anode flow path 53 through the fuel gas supply flow path 4. The oxidant supply channel 5 extends from the oxidant gas supply device 3 to the fuel cell stack 1. The oxidant gas supplied by the oxidant gas supply device is sent to the cathode flow path 54 through the oxidant supply flow path 5. The fuel gas supply channel 4 and the oxidant supply channel 5 are formed by piping, for example.

また、燃料電池スタック１には、燃料ガス排出流路６と酸化剤排出流路７とが接続されている。電池反応に用いられなかった燃料ガスは、アノード流路５３に接続された燃料ガス排出流路６を通って排出される。電池反応に用いられなかった酸化剤ガスおよび電池反応で生成された水の一部は、カソード流路５４に接続された酸化剤排出流路７を通って排出される。   A fuel gas discharge channel 6 and an oxidant discharge channel 7 are connected to the fuel cell stack 1. The fuel gas that has not been used for the cell reaction is discharged through the fuel gas discharge channel 6 connected to the anode channel 53. Part of the oxidant gas not used in the battery reaction and the water generated in the battery reaction is discharged through the oxidant discharge channel 7 connected to the cathode channel 54.

燃料ガス供給流路４の途中には、燃料ガス供給弁３２が設けられる。燃料ガス排出流路６の途中には、燃料ガス排出弁３３が設けられる。酸化剤供給流路５の途中には、酸化剤供給弁３１が設けられる。酸化剤排出流路７の途中には、酸化剤排出弁３４が設けられる。   A fuel gas supply valve 32 is provided in the middle of the fuel gas supply flow path 4. A fuel gas discharge valve 33 is provided in the middle of the fuel gas discharge channel 6. An oxidant supply valve 31 is provided in the middle of the oxidant supply flow path 5. An oxidant discharge valve 34 is provided in the middle of the oxidant discharge flow path 7.

さらに、燃料ガス供給弁３２と燃料電池スタック１との間には、燃料ガス供給流路４内の圧力を測定する圧力計１４が取り付けられている。酸化剤供給弁３１と燃料電池スタック１との間には、酸化剤供給流路５内の圧力を測定する圧力計１５が取り付けられている。   Further, a pressure gauge 14 for measuring the pressure in the fuel gas supply channel 4 is attached between the fuel gas supply valve 32 and the fuel cell stack 1. Between the oxidant supply valve 31 and the fuel cell stack 1, a pressure gauge 15 for measuring the pressure in the oxidant supply flow path 5 is attached.

加湿装置６０は、水タンク８と、水を循環させる水循環流路と、水ポンプ９とを備える。水タンク８は、燃料電池スタック１へ供給する水を蓄える。加湿装置６０の水循環流路は、水タンク８と燃料電池スタック１内に形成された水流路の入口側とをつなぐ循環往流路１０、および、燃料電池スタック１内に形成された水流路の出口側から水タンク８に延びる循環復流路１１を備える。水ポンプ９は、循環復流路１１の途中に設けられていて、燃料電池スタック１から負圧で水を吸い上げて水タンク８へ水を戻す。   The humidifier 60 includes a water tank 8, a water circulation channel for circulating water, and a water pump 9. The water tank 8 stores water to be supplied to the fuel cell stack 1. The water circulation channel of the humidifier 60 includes a circulation forward channel 10 that connects the water tank 8 and the inlet side of the water channel formed in the fuel cell stack 1, and a water channel formed in the fuel cell stack 1. A circulation return path 11 extending from the outlet side to the water tank 8 is provided. The water pump 9 is provided in the middle of the circulation return path 11, sucks water from the fuel cell stack 1 with a negative pressure, and returns the water to the water tank 8.

また、循環往流路１０と循環復流路１１との間には水バイパス流路１２が延びている。この水バイパス流路１２は、加湿装置６０の水循環流路を流れる水が燃料電池スタック１を迂回して流れるようにバイパスさせる流路である。水バイパス流路１２の途中には、バイパス弁３５が設けられる。   A water bypass channel 12 extends between the circulation forward channel 10 and the circulation return channel 11. The water bypass channel 12 is a channel that bypasses the water flowing in the water circulation channel of the humidifier 60 so that the water flows around the fuel cell stack 1. A bypass valve 35 is provided in the middle of the water bypass channel 12.

負荷１３は、燃料電池スタック１が発電した電力を消費する。燃料電池システムが、たとえば車両に搭載された場合には、電動モータなどに相当する。   The load 13 consumes the electric power generated by the fuel cell stack 1. When the fuel cell system is mounted on a vehicle, for example, it corresponds to an electric motor or the like.

制御装置７０は、燃料電池システムの運転を制御する制御中枢として機能する。制御装置７０は、たとえばＣＰＵ、記憶装置、入出力装置などの資源を備えたマイクロコンピュータである。   The control device 70 functions as a control center that controls the operation of the fuel cell system. The control device 70 is a microcomputer including resources such as a CPU, a storage device, and an input / output device.

制御装置７０は、燃料電池システムに設けられた図示しない各種のセンサからの信号を読み込む。また、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、燃料電池スタック１、負荷１３、燃料ガス供給装置２、酸化剤供給装置３、水ポンプ９など、燃料電池システムの各構成要素に指令を送る。このようにして、制御装置７０は、燃料電池システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。制御装置７０が制御する燃料電池システムの動作としては、以下に説明する残留水分の除去処理が含まれる。   The control device 70 reads signals from various sensors (not shown) provided in the fuel cell system. Further, based on the various signals read and the control logic (program) stored in advance, the fuel cell stack 1, the load 13, the fuel gas supply device 2, the oxidant supply device 3, the water pump 9, etc. Send commands to each component. In this way, the control device 70 manages and controls all operations necessary for operation / stop of the fuel cell system. The operation of the fuel cell system controlled by the control device 70 includes a residual moisture removal process described below.

図３は、本実施の形態における燃料電池システムの起動時のフローチャートである。   FIG. 3 is a flowchart at the time of startup of the fuel cell system in the present embodiment.

まず、燃料電池システムの起動前には、酸化剤供給弁３１、燃料ガス供給弁３２、燃料ガス排出弁３３、酸化剤排出弁３４およびバイパス弁３５は閉じた状態としておく。燃料電池システムを起動すると、制御装置７０は、燃料改質装置にたとえば都市ガスの改質を開始させる（Ｓ２０）。この際、酸化剤供給弁３１および燃料ガス排出弁３３は、閉じた状態のままとしておく。また、制御装置７０は、燃料電池スタック１へ水の供給を開始する（Ｓ２１）。   First, before starting the fuel cell system, the oxidant supply valve 31, the fuel gas supply valve 32, the fuel gas discharge valve 33, the oxidant discharge valve 34, and the bypass valve 35 are closed. When the fuel cell system is activated, the control device 70 causes the fuel reformer to start reforming, for example, city gas (S20). At this time, the oxidant supply valve 31 and the fuel gas discharge valve 33 are kept closed. Further, the control device 70 starts supplying water to the fuel cell stack 1 (S21).

このステップＳ２１では、まず、水ポンプ９を起動するとともに、バイパス弁３５を開いて、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１へ水を供給する。さらに、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１への水の供給が開始されてから所定の時間が経過した後、制御装置７０は、バイパス弁３５を閉じる。   In step S <b> 21, first, the water pump 9 is started and the bypass valve 35 is opened to supply water to the water bypass passage 12 and the fuel cell stack 1. Furthermore, the control device 70 closes the bypass valve 35 after a predetermined time has elapsed since the supply of water to the water bypass channel 12 and the fuel cell stack 1 was started.

これに伴って、水ポンプ９が駆動する全水量は、燃料電池スタック１に大気圧よりも低い圧力で燃料電池スタック１の水流路５５に供給される。水流路５５内の冷却水の圧力は、たとえば−２０ｋＰａ［ｇａｇｅ］程度である。   Accordingly, the total amount of water driven by the water pump 9 is supplied to the water flow path 55 of the fuel cell stack 1 at a pressure lower than atmospheric pressure. The pressure of the cooling water in the water channel 55 is, for example, about −20 kPa [gage].

発電停止後ある程度の時間が経過すると、燃料電池スタック１の水流路５５には、燃料極セパレータ５１または酸化剤極セパレータ５２に形成された細孔を通って反応ガス流路から気体が流入している可能性がある。水ポンプ９の起動時に、燃料電池スタック１の水流路５５に存在する気体が、水ポンプ９に流れ込むと水ポンプ９が空回りし、その後も正常に水を送出できなくなる可能性がある。   When a certain amount of time elapses after the power generation is stopped, gas flows into the water channel 55 of the fuel cell stack 1 from the reaction gas channel through the pores formed in the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52. There is a possibility. When the water pump 9 is started, if the gas present in the water flow path 55 of the fuel cell stack 1 flows into the water pump 9, the water pump 9 may idle, and thereafter water may not be delivered normally.

そこで、水ポンプ９の起動時にはバイパス弁３５を開き、主として気体がほとんど存在しないバイパス流路から水を水ポンプ９に送って水ポンプ９の空回りを防止している。また、その後、水ポンプ９が正常に安定して水を送出できる状態になってから、バイパス弁３５を閉じて、燃料電池スタック１の水流路５５に存在する気体を排出することとしている。ここでは、燃料電池スタック１への水の供給の開始（Ｓ２１）は、燃料の改質の開始（Ｓ２０）よりも後としているが、これらは同時あるいは順序が逆になってもよい。   Therefore, when the water pump 9 is started up, the bypass valve 35 is opened, and water is sent to the water pump 9 mainly from the bypass passage where almost no gas exists to prevent the water pump 9 from spinning around. Further, after that, after the water pump 9 is in a state where the water pump 9 can be sent out normally and stably, the bypass valve 35 is closed and the gas present in the water flow path 55 of the fuel cell stack 1 is discharged. Here, the start of water supply to the fuel cell stack 1 (S21) is after the start of fuel reforming (S20), but these may be performed simultaneously or in reverse order.

燃料電池スタック１への水の供給が開始されて所定の時間が経過した後、制御装置７０は、圧力計１４で測定されるアノード流路５３の入口圧力ＰＡを監視する（Ｓ２２）。アノード流路入口圧力ＰＡが所定の圧力ＰＡ１以上の場合は、水ポンプ９が正常に起動されていないなど、水流路５５への水の循環が正常に行われていないと考えられる。そこで、この場合に制御装置７０は、再び燃料電池スタック１へ水の供給を開始する（Ｓ２１）。   After a predetermined time has elapsed since the supply of water to the fuel cell stack 1 is started, the control device 70 monitors the inlet pressure PA of the anode flow path 53 measured by the pressure gauge 14 (S22). When the anode channel inlet pressure PA is equal to or higher than the predetermined pressure PA1, it is considered that the water circulation to the water channel 55 is not normally performed, for example, the water pump 9 is not started normally. Therefore, in this case, the control device 70 starts supplying water to the fuel cell stack 1 again (S21).

アノード流路入口圧力ＰＡが所定の圧力ＰＡ１を下回っていた場合には、ステップＳ２３に移り、燃料ガスの導入を開始する。この所定の圧力ＰＡ１は、別途行う実験によって規定する。   When the anode flow path inlet pressure PA is lower than the predetermined pressure PA1, the process proceeds to step S23, and the introduction of the fuel gas is started. This predetermined pressure PA1 is defined by a separate experiment.

ステップＳ２３では、制御装置７０が燃料ガス供給弁３２および燃料ガス排出弁３３を開き、また、燃料ガス供給装置２を起動する。これにより、アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始される。   In step S23, the control device 70 opens the fuel gas supply valve 32 and the fuel gas discharge valve 33, and starts the fuel gas supply device 2. Thereby, supply of the fuel gas to the anode flow path 53 is started.

アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始された後、制御装置７０は、圧力計１５で測定されるカソード流路５４の入口圧力ＰＣを監視する（Ｓ２４）。カソード流路入口圧力ＰＣが所定の圧力ＰＣ１以上の間は、制御装置７０は、入口圧力ＰＣの監視を継続する。カソード流路入口圧力ＰＣが所定の圧力ＰＣ１を下回ったら、ステップＳ２５に移り、酸化剤ガスの導入を開始する。この所定の圧力ＰＣ１は、別途行う実験によって規定する。   After the supply of the fuel gas to the anode channel 53 is started, the control device 70 monitors the inlet pressure PC of the cathode channel 54 measured by the pressure gauge 15 (S24). While the cathode channel inlet pressure PC is equal to or higher than the predetermined pressure PC1, the control device 70 continues to monitor the inlet pressure PC. When the cathode channel inlet pressure PC falls below the predetermined pressure PC1, the process proceeds to step S25, where the introduction of the oxidizing gas is started. This predetermined pressure PC1 is defined by a separate experiment.

ステップＳ２５では、制御装置７０が酸化剤供給弁３１および酸化剤排出弁３４を開き、また、ブロワなどの酸化剤供給装置３を起動する。これにより、カソード流路５４への酸素の供給が開始される。燃料電池スタック１では、アノード流路５３に供給される水素およびカソード流路５４に供給される酸素を用いて発電する。燃料電池スタック１が発電した電力は、負荷１３で消費される。   In step S25, the control device 70 opens the oxidant supply valve 31 and the oxidant discharge valve 34, and activates the oxidant supply device 3 such as a blower. Thereby, supply of oxygen to the cathode channel 54 is started. In the fuel cell stack 1, electricity is generated using hydrogen supplied to the anode flow path 53 and oxygen supplied to the cathode flow path 54. The electric power generated by the fuel cell stack 1 is consumed by the load 13.

図４は、本実施の形態における冷却水圧力、アノード流路の入口圧力およびカソード流路の入口圧力の時間変化の実験結果の例を示すグラフである。図４の横軸は経過時間を、縦軸は圧力を示す。図４には、本実施の形態の比較例として冷却水の循環の開始と同時に燃料の供給を開始した場合の実験結果をあわせて示した。   FIG. 4 is a graph showing an example of experimental results of changes over time in the cooling water pressure, the anode channel inlet pressure, and the cathode channel inlet pressure in the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 4 indicates elapsed time, and the vertical axis indicates pressure. FIG. 4 also shows the experimental results when the supply of fuel is started simultaneously with the start of the circulation of the cooling water as a comparative example of the present embodiment.

図４において、太い実線８１は本実施の形態における冷却水圧力を、太い破線８２は本実施の形態におけるアノード流路入口圧力を、太い一点鎖線８３は本実施の形態におけるカソード流路入口圧力を、それぞれ示す。また、図４において、細い実線９１は比較例における冷却水圧力を、細い破線９２は比較例におけるアノード流路入口圧力を、細い一点鎖線９３は比較例におけるカソード流路入口圧力を、それぞれ示す。   In FIG. 4, a thick solid line 81 indicates the cooling water pressure in the present embodiment, a thick broken line 82 indicates the anode flow path inlet pressure in the present embodiment, and a thick alternate long and short dash line 83 indicates the cathode flow path inlet pressure in the present embodiment. , Respectively. In FIG. 4, a thin solid line 91 indicates the cooling water pressure in the comparative example, a thin broken line 92 indicates the anode channel inlet pressure in the comparative example, and a thin one-dot chain line 93 indicates the cathode channel inlet pressure in the comparative example.

本実施の形態において、ステップＳ２１で冷却水の供給を開始してから所定の時間Ｔ１が経過した後、ステップＳ２２でアノード流路５３の入口圧力ＰＡを検出した。冷却水の供給の開始前において、アノード流路５３の圧力は、前回の運転停止の際の温度の低下に伴って、大気圧よりも若干低い圧力となっていた。冷却水の供給前に水流路５５は、大気圧とほぼ等しい圧力となっている。その後、冷却水の正常な循環に伴って、冷却水圧力（実線８１）は大気圧より低い圧力となる。この結果、アノード流路５３に存在していた液体の水が燃料極セパレータ５１に形成された細孔に引き込まれて、アノード流路入口圧力（破線８２）は低下していく。   In the present embodiment, after a predetermined time T1 has elapsed from the start of the supply of cooling water in step S21, the inlet pressure PA of the anode flow path 53 is detected in step S22. Prior to the start of the cooling water supply, the pressure in the anode flow path 53 was slightly lower than the atmospheric pressure as the temperature decreased during the previous shutdown. Before the cooling water is supplied, the water passage 55 is at a pressure substantially equal to the atmospheric pressure. Thereafter, with normal circulation of the cooling water, the cooling water pressure (solid line 81) becomes a pressure lower than the atmospheric pressure. As a result, the liquid water existing in the anode channel 53 is drawn into the pores formed in the fuel electrode separator 51, and the anode channel inlet pressure (broken line 82) decreases.

冷却水の供給を開始してから時間Ｔ１が経過した時点では、アノード流路入口圧力（破線８２）は所定の圧力ＰＡ１を下回っていた。そこで、ステップＳ２３に進んで燃料の供給が開始された。燃料の供給が開始されると、アノード流路入口圧力（破線８２）は上昇し、大気圧よりも高い圧力で推移する。   At the time when the time T1 has elapsed since the start of the supply of the cooling water, the anode channel inlet pressure (broken line 82) was lower than the predetermined pressure PA1. Therefore, the process proceeds to step S23, where fuel supply is started. When the supply of fuel is started, the anode channel inlet pressure (broken line 82) rises and changes at a pressure higher than the atmospheric pressure.

また、冷却水の正常な循環に伴って、カソード流路５４に存在していた液体の水が燃料極セパレータ５１に形成された細孔に引き込まれて、カソード流路入口圧力（一点鎖線８３）は低下していく。冷却水の供給を開始してから所定の時間Ｔ２が経過した後、ステップＳ２４でカソード流路５４の入口圧力ＰＣを検出した。この時点で、カソード流路入口圧力（一点鎖線８３）は所定の圧力ＰＣ１を下回っていた。そこで、ステップＳ２５に進んで酸素の供給が開始された。酸素の供給が開始されると、カソード流路入口圧力（一点鎖線８３）は上昇し、大気圧よりも高い圧力で推移する。   In addition, along with the normal circulation of the cooling water, the liquid water present in the cathode channel 54 is drawn into the pores formed in the fuel electrode separator 51, and the cathode channel inlet pressure (dashed line 83). Will decline. After a predetermined time T2 has elapsed from the start of the supply of the cooling water, the inlet pressure PC of the cathode channel 54 is detected in step S24. At this time, the cathode channel inlet pressure (one-dot chain line 83) was lower than the predetermined pressure PC1. Then, it progressed to step S25 and supply of oxygen was started. When the supply of oxygen is started, the cathode channel inlet pressure (one-dot chain line 83) rises and changes at a pressure higher than the atmospheric pressure.

図４において、冷却水の循環の開始と同時に燃料の供給を開始した場合の比較例は、冷却水の循環の開始と同時に燃料の供給を開始した時点がＴ１となるように平行移動して示している。冷却水の循環の開始と同時に燃料の供給を開始した時点から、酸素の供給の開始までの時間は、本実施の形態の実験と同じとしている。   In FIG. 4, the comparative example in which the supply of fuel is started simultaneously with the start of the circulation of the cooling water is shown in parallel so that the time point at which the supply of fuel is started simultaneously with the start of the circulation of the coolant is T1. ing. The time from the start of the supply of fuel simultaneously with the start of the circulation of the cooling water to the start of the supply of oxygen is the same as in the experiment of the present embodiment.

比較例の場合、冷却水の供給の開始前には、水流路５５は大気圧とほぼ等しい圧力となっていた。アノード流路入口圧力（破線９２）は、前回の運転停止の際の温度の低下に伴って、大気圧よりも若干低い圧力となっていた。   In the case of the comparative example, before the start of the supply of the cooling water, the water channel 55 was at a pressure almost equal to the atmospheric pressure. The anode channel inlet pressure (broken line 92) was slightly lower than the atmospheric pressure as the temperature dropped during the previous shutdown.

冷却水の循環と燃料の供給を同時に開始すると、アノード流路入口圧力（破線９２）は上昇し、大気圧よりも高い圧力で推移する。比較例における冷却水の循環と燃料の供給の開始直後のアノード流路入口圧力（破線９２）の極大値は、本実施の形態の場合の燃料の供給の開始直後のアノード流路入口圧力（破線８２）の極大値に比べて小さい。これは、比較例の場合には、アノード流路５３に残存している水が、本実施の形態の実験の場合に比べて多いため、ガスの拡散を邪魔するためである。このように、本実施の形態では、燃料の供給の前に冷却水を循環させているため、アノード流路５３に残存している水が減少していることがわかる。   When the circulation of the cooling water and the supply of fuel are started at the same time, the anode channel inlet pressure (broken line 92) rises and changes at a pressure higher than the atmospheric pressure. In the comparative example, the maximum value of the anode channel inlet pressure (broken line 92) immediately after the cooling water circulation and fuel supply starts is the anode channel inlet pressure (broken line) immediately after the start of fuel supply in this embodiment. It is smaller than the maximum value of 82). This is because in the case of the comparative example, the amount of water remaining in the anode channel 53 is larger than in the case of the experiment of the present embodiment, which hinders gas diffusion. Thus, in this Embodiment, since the cooling water is circulated before supply of fuel, it turns out that the water which remains in the anode flow path 53 is reducing.

図５は、本実施の形態におけるセル電圧の時間変化の実験結果の例を示すグラフである。図５の横軸は経過時間を、縦軸は電圧を示す。図５には、本実施の形態の比較例として冷却水の循環の開始と同時に燃料の供給を開始した場合の実験結果をあわせて示した。   FIG. 5 is a graph showing an example of the experimental result of the time change of the cell voltage in the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 5 represents elapsed time, and the vertical axis represents voltage. FIG. 5 also shows the experimental results when the fuel supply is started simultaneously with the start of the cooling water circulation as a comparative example of the present embodiment.

図５において、太い実線８４は本実施の形態における平均セル電圧を、太い破線８５は本実施の形態における最低セル電圧を、太い一点鎖線８６は本実施の形態におけるセル電圧の標準偏差を、それぞれ示す。また、図５において、細い実線９４は比較例における平均セル電圧を、細い破線９５は比較例における最低セル電圧を、細い一点鎖線９６は比較例におけるセル電圧の標準偏差を、それぞれ示す。   In FIG. 5, a thick solid line 84 indicates the average cell voltage in the present embodiment, a thick broken line 85 indicates the lowest cell voltage in the present embodiment, and a thick dashed line 86 indicates the standard deviation of the cell voltage in the present embodiment. Show. In FIG. 5, a thin solid line 94 indicates the average cell voltage in the comparative example, a thin broken line 95 indicates the lowest cell voltage in the comparative example, and a thin dashed-dotted line 96 indicates the standard deviation of the cell voltage in the comparative example.

冷却水の供給を開始してから所定の時間Ｔ２が経過した後、酸素の供給を開始すると、セル電圧が上昇している。これは、燃料電池で電池反応が生じたためである。   When the supply of oxygen is started after a predetermined time T2 has elapsed from the start of the supply of the cooling water, the cell voltage increases. This is because a cell reaction has occurred in the fuel cell.

比較例における平均セル電圧（実線９４）は、本実施の形態における平均セル電圧（実線８４）に比べて若干小さい傾向にある。比較例における最低セル電圧（破線９５）は、本実施の形態における最低セル電圧（破線８５）に比べて、大幅に小さい時期があり、また、負の値に転じている、すなわち転極している時期もある。この結果、比較例におけるセル電圧の標準偏差（一点鎖線９６）は、本実施の形態におけるセル電圧の標準偏差（一点鎖線８６）に比べて大きい傾向にある。   The average cell voltage (solid line 94) in the comparative example tends to be slightly smaller than the average cell voltage (solid line 84) in the present embodiment. The minimum cell voltage (broken line 95) in the comparative example has a significantly smaller period than the minimum cell voltage (broken line 85) in the present embodiment, and has turned to a negative value, i.e. There is also a period. As a result, the standard deviation (one-dot chain line 96) of the cell voltage in the comparative example tends to be larger than the standard deviation (one-dot chain line 86) of the cell voltage in the present embodiment.

酸素の供給を開始した時点での本実施の形態における冷却水圧力（実線８１）が比較例における冷却水圧力（実線９１）に比べて小さいことからわかるように、本実施の形態の方が比較例に比べてカソード流路５４でガスの拡散を邪魔している水の量が少ない。このため、各セルにおけるガス配流のばらつきが低減される。このため、比較例におけるセル電圧の標準偏差（一点鎖線９６）は、酸素の供給を開始直後の極大値を含め、本実施の形態におけるセル電圧の標準偏差（一点鎖線８６）に比べて大きくなっている。   As can be seen from the fact that the cooling water pressure (solid line 81) in the present embodiment at the time of starting the supply of oxygen is smaller than the cooling water pressure (solid line 91) in the comparative example, the present embodiment is compared. Compared to the example, the amount of water hindering gas diffusion in the cathode channel 54 is small. For this reason, the dispersion | variation in the gas distribution in each cell is reduced. For this reason, the standard deviation (one-dot chain line 96) of the cell voltage in the comparative example is larger than the standard deviation (one-dot chain line 86) of the cell voltage in this embodiment, including the maximum value immediately after the start of oxygen supply. ing.

また、比較例では最低セル電圧（破線９５）が負に転じているが、本実施の形態では最低瀬いる電圧は正のままである。転極が生じているのは、酸素の供給が開始された後に電流を取り出しているにもかかわらず、電流に対して、燃料極に水素が足りない場合、酸化剤極に酸素が足りない場合の２つが考えられる。燃料極に水素が足りない場合、燃料極のカーボンが腐食して、燃料電池の性能を低下させる。   Further, in the comparative example, the lowest cell voltage (broken line 95) turns negative, but in this embodiment, the lowest voltage remains positive. Inversion occurs when there is not enough hydrogen at the fuel electrode or oxygen at the oxidizer electrode, even though the current is taken out after the oxygen supply is started. These are considered. If there is not enough hydrogen in the fuel electrode, the carbon in the fuel electrode will corrode, reducing the performance of the fuel cell.

また、燃料電池スタックの全体の電圧で制御をして各セルの状態に関係なく電流を取り出すと、酸化剤極に酸素が足りない場合は、水詰まりの起きていない領域では電流密度が大きくなり、水詰まりが起きている領域では電流密度が小さくなる。そのため、均一に電流が流れず、局所的な劣化が起きる可能性がある。そのため、発電開始時の転極を防ぐことが燃料電池の耐久性を向上するために必要である。   Also, if the current is taken out regardless of the state of each cell by controlling with the overall voltage of the fuel cell stack, if there is not enough oxygen in the oxidizer electrode, the current density will increase in the area where water clogging does not occur. In a region where water clogging occurs, the current density becomes small. Therefore, current does not flow uniformly, and local deterioration may occur. Therefore, in order to improve the durability of the fuel cell, it is necessary to prevent inversion at the start of power generation.

上述の通り、転極を防ぐためには、本実施の形態のように、水を発電開始前に強い負圧で引き込むことが有効である。また、負圧でより長い時間、水を引き込むと、水を十分に除去してからガスを導入できる。   As described above, in order to prevent inversion, it is effective to draw water with a strong negative pressure before the start of power generation as in this embodiment. Further, if water is drawn in for a longer time under negative pressure, the gas can be introduced after sufficiently removing the water.

このように、本実施の形態では、多孔質のセパレータを用いた燃料電池システムにおいて、発電を開始する前から、燃料電池スタック内の水流路に大気圧よりも低い圧力で水を循環させている。この結果、拡散過電圧を増大させる水分を、セパレータ内の細孔を通して水流路に引き込むことができる。このため、反応ガス流路の水詰まりを抑制することができる。反応ガス流路の水詰まりを抑制することにより、拡散過電圧の増大が抑制され、燃料電池システムの性能が向上する。   As described above, in the present embodiment, in the fuel cell system using the porous separator, water is circulated through the water flow path in the fuel cell stack at a pressure lower than the atmospheric pressure before starting the power generation. . As a result, moisture that increases the diffusion overvoltage can be drawn into the water channel through the pores in the separator. For this reason, the clogging of the reaction gas channel can be suppressed. By suppressing clogging of the reaction gas flow path, an increase in diffusion overvoltage is suppressed, and the performance of the fuel cell system is improved.

また、反応ガス流路の水詰まりの抑制のために、乾燥された反応ガスや高温に加熱された乾燥空気を用いて燃料電池を乾燥させているわけではないため、ガスの加熱のための加熱器などの追加の機器が不要である。このため、燃料電池システムの大型化、複雑化を抑制しつつ、反応ガス流路の水詰まりを抑制できる。また、加熱のための電力および時間は不要であるから、消費電力の増大や、水分除去処理に要する時間の増大を避けることができる。   In addition, in order to prevent water clogging in the reaction gas flow path, the fuel cell is not dried using dried reaction gas or dry air heated to high temperature. No additional equipment such as a bowl is required. For this reason, the clogging of the reaction gas channel can be suppressed while suppressing the increase in size and complexity of the fuel cell system. In addition, since power and time for heating are unnecessary, it is possible to avoid an increase in power consumption and an increase in time required for moisture removal treatment.

［第２の実施の形態］
図６は、本発明に係る燃料電池システムの第２の実施の形態におけるブロック図である。 [Second Embodiment]
FIG. 6 is a block diagram of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention.

本実施の形態の燃料電池システムでは、水流路５５（図２参照）の圧力を検出する圧力計１７が、たとえば水循環流路の循環往流路１０に取り付けられている。また、制御装置７０は、前回の発電終了時の時刻および水の循環を開始した時刻を記憶できるように構成されている。   In the fuel cell system of the present embodiment, a pressure gauge 17 that detects the pressure in the water flow path 55 (see FIG. 2) is attached to the circulation forward flow path 10 of the water circulation flow path, for example. Moreover, the control apparatus 70 is comprised so that the time at the time of the last power generation completion and the time when the circulation of water was started can be memorize | stored.

図７は、本実施の形態における燃料電池システムの起動時のフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart at the time of startup of the fuel cell system in the present embodiment.

燃料電池システムの起動前には、酸化剤供給弁３１、燃料ガス供給弁３２、燃料ガス排出弁３３、酸化剤排出弁３４およびバイパス弁３５は閉じた状態としておく。本実施の形態では、燃料電池システムを起動させると、まず、制御装置７０は、前回の発電終了からの経過時間ｔを算出する（Ｓ３０）。次に、この経過時間ｔと所定の時間ｔ１とを比較する（Ｓ３１）。前回の発電終了からの経過時間ｔが所定の時間ｔ１以上の場合は、乾燥状態起動（Ｓ３２）を行う。また、前回の発電終了からの経過時間ｔが所定の時間ｔ１よりも短いは、通常起動（Ｓ３３）を行う。所定の時間ｔ１は、燃料電池スタック１の燃料極セパレータ５１あるいは酸化剤極セパレータ５２がドライアウトしているかどうかを判定する時間である。この所定の時間ｔ１は、たとえば実験によってドライアウトが観測された時間を様々な条件で測定し、その時間の最小値よりも小さい値とする。また、所定の時間ｔ１を、外部の気温、湿度などに応じて変化させてもよい。   Before starting the fuel cell system, the oxidant supply valve 31, the fuel gas supply valve 32, the fuel gas discharge valve 33, the oxidant discharge valve 34, and the bypass valve 35 are closed. In the present embodiment, when the fuel cell system is activated, first, the control device 70 calculates an elapsed time t from the end of the previous power generation (S30). Next, the elapsed time t is compared with a predetermined time t1 (S31). When the elapsed time t from the end of the previous power generation is equal to or longer than the predetermined time t1, the dry state is activated (S32). Further, when the elapsed time t from the end of the previous power generation is shorter than the predetermined time t1, normal activation (S33) is performed. The predetermined time t1 is a time for determining whether the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52 of the fuel cell stack 1 is dry-out. The predetermined time t1 is set to a value smaller than the minimum value of the time when, for example, the time when the dryout is observed by an experiment is measured under various conditions. Further, the predetermined time t1 may be changed according to the external temperature, humidity, and the like.

図８は、本実施の形態における燃料電池システムの乾燥状態起動時のフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart when the fuel cell system according to the present embodiment is activated in a dry state.

燃料電システムの前回の発電終了時から長時間が経過している場合には、燃料電池スタック１の燃料極セパレータ５１あるいは酸化剤極セパレータ５２がドライアウトしている可能性がある。そこで、このような場合には、制御装置７０は、改質装置の起動に先立って、燃料電池スタック１へ水を供給する（Ｓ４０）。このステップＳ４０では、まず、水ポンプ９を起動するとともに、バイパス弁３５を開いて、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１へ水を供給する。さらに、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１への水の供給が開始されてから所定の時間が経過した後、制御装置７０は、バイパス弁３５を閉じる。これに伴って、水ポンプ９が駆動する全水量は、燃料電池スタック１に大気圧よりも低い圧力で供給される。   When a long time has elapsed since the end of the previous power generation of the fuel cell system, the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52 of the fuel cell stack 1 may be dry out. Therefore, in such a case, the control device 70 supplies water to the fuel cell stack 1 prior to starting the reformer (S40). In step S <b> 40, first, the water pump 9 is started and the bypass valve 35 is opened to supply water to the water bypass passage 12 and the fuel cell stack 1. Furthermore, the control device 70 closes the bypass valve 35 after a predetermined time has elapsed since the supply of water to the water bypass channel 12 and the fuel cell stack 1 was started. Accordingly, the total amount of water driven by the water pump 9 is supplied to the fuel cell stack 1 at a pressure lower than atmospheric pressure.

燃料電池スタック１への水の供給が開始されて所定の時間が経過した後、制御装置７０は、圧力計１７の示す水流路出口圧力ＰＷを監視する（Ｓ４１）。水流路出口圧力ＰＷが所定の圧力ＰＷ１以上の場合は、水ポンプ９が正常に起動されていないなど、水流路５５への水の循環が正常に行われていないと考えられる。そこで、この場合に制御装置７０は、再び燃料電池スタック１へ水の供給を開始する（Ｓ４０）。   After a predetermined time has elapsed since the supply of water to the fuel cell stack 1 is started, the control device 70 monitors the water channel outlet pressure PW indicated by the pressure gauge 17 (S41). When the water channel outlet pressure PW is equal to or higher than the predetermined pressure PW1, it is considered that the water circulation to the water channel 55 is not normally performed, for example, the water pump 9 is not normally started. Therefore, in this case, the control device 70 starts supplying water to the fuel cell stack 1 again (S40).

水流路出口圧力ＰＷが所定の圧力ＰＷ１を下回っていた場合には、ステップＳ４２に移り、燃料の改質を開始する。この所定の圧力ＰＷ１は、別途行う実験によって規定する。   When the water channel outlet pressure PW is lower than the predetermined pressure PW1, the process proceeds to step S42 and fuel reforming is started. This predetermined pressure PW1 is defined by a separate experiment.

ステップＳ４２では、制御装置７０が燃料ガス供給装置２の燃料改質装置に燃料の改質を開始させる。その後、燃料の供給を開始する（Ｓ４３）。ステップＳ４３では、制御装置７０が燃料ガス供給弁３２と燃料ガス排出弁３３とを開き、また、燃料ガス供給装置２を起動する。これにより、アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始される。   In step S42, the control device 70 causes the fuel reforming device of the fuel gas supply device 2 to start reforming the fuel. Thereafter, the supply of fuel is started (S43). In step S43, the control device 70 opens the fuel gas supply valve 32 and the fuel gas discharge valve 33, and activates the fuel gas supply device 2. Thereby, supply of the fuel gas to the anode flow path 53 is started.

アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始されてから、所定の時間が経過した後、ステップＳ４４に移行する。この所定の時間とは、燃料ガスの拡散を阻害する水分がアノード流路５３から水流路に引き込まれたと考えられる時間であり、たとえば実験により得ることができる。アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始されてからの経過時間は、たとえば制御装置７０が計測する。   After a predetermined time has elapsed since the supply of the fuel gas to the anode channel 53 is started, the process proceeds to step S44. The predetermined time is a time during which it is considered that moisture that inhibits the diffusion of the fuel gas has been drawn from the anode channel 53 into the water channel, and can be obtained, for example, by experiments. For example, the controller 70 measures the elapsed time from the start of the supply of the fuel gas to the anode channel 53.

ステップＳ４４では、制御装置７０が酸化剤供給弁３１と酸化剤排出弁３４とを開き、また、酸化剤供給装置３を起動して、外部から酸素を含む空気のカソード流路５４への供給を開始する。これに伴って、燃料電池スタック１は発電を開始し、発電によって生じた電力は負荷１３で消費される。   In step S44, the control device 70 opens the oxidant supply valve 31 and the oxidant discharge valve 34, and activates the oxidant supply device 3 to supply air containing oxygen from the outside to the cathode channel 54. Start. Along with this, the fuel cell stack 1 starts power generation, and the power generated by the power generation is consumed by the load 13.

図９は、本実施の形態における燃料電池システムの通常起動時のフローチャートである。   FIG. 9 is a flowchart at the time of normal startup of the fuel cell system according to the present embodiment.

燃料電システムの起動までに前回の発電終了時から経過した時間が短い場合には、燃料電池スタック１の燃料極セパレータ５１あるいは酸化剤極セパレータ５２がドライアウトしていないと考えられる。そこで、このような場合には、制御装置７０は、燃料改質装置によって都市ガスの改質を開始する（Ｓ６０）。また、制御装置７０は、燃料電池スタック１へ水の供給を開始する（Ｓ６１）。   When the time elapsed from the end of the previous power generation until the start of the fuel electric system is short, it is considered that the fuel electrode separator 51 or the oxidant electrode separator 52 of the fuel cell stack 1 has not been dried out. Therefore, in such a case, the control device 70 starts reforming the city gas by the fuel reformer (S60). Further, the control device 70 starts supplying water to the fuel cell stack 1 (S61).

このステップＳ６１では、まず、ポンプ９を起動するとともに、バイパス弁３５を開いて、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１へ水を供給する。さらに、水バイパス流路１２および燃料電池スタック１への水の供給が開始されてから所定の時間が経過した後、制御装置７０は、バイパス弁３５を閉じる。これに伴って、ポンプ９が駆動する全水量は、燃料電池スタック１に大気圧よりも低い圧力で供給される。ここでは、燃料電池スタック１への水の供給の開始（Ｓ６１）は、燃料の改質の開始（Ｓ６０）よりも後としているが、これらは同時あるいは順序が逆になってもよい。   In this step S61, first, the pump 9 is started and the bypass valve 35 is opened to supply water to the water bypass passage 12 and the fuel cell stack 1. Furthermore, the control device 70 closes the bypass valve 35 after a predetermined time has elapsed since the supply of water to the water bypass channel 12 and the fuel cell stack 1 was started. Accordingly, the total amount of water driven by the pump 9 is supplied to the fuel cell stack 1 at a pressure lower than the atmospheric pressure. Here, the start of water supply to the fuel cell stack 1 (S61) is after the start of fuel reforming (S60), but these may be performed simultaneously or in reverse order.

燃料電池スタック１への水の供給が開始されて所定の時間が経過した後、制御装置７０は、圧力計１７の示す水流路出口圧力ＰＷを監視する（Ｓ６２）。水流路出口圧力ＰＷが所定の圧力ＰＷ１以上の場合は、水ポンプ９が正常に起動されていないなど、水流路５５への水の循環が正常に行われていないと考えられる。そこで、この場合に制御装置７０は、再び燃料電池スタック１へ水の供給を開始する（Ｓ６１）。   After a predetermined time has elapsed since the supply of water to the fuel cell stack 1 is started, the control device 70 monitors the water flow path outlet pressure PW indicated by the pressure gauge 17 (S62). When the water channel outlet pressure PW is equal to or higher than the predetermined pressure PW1, it is considered that the water circulation to the water channel 55 is not normally performed, for example, the water pump 9 is not normally started. Therefore, in this case, the control device 70 starts supplying water to the fuel cell stack 1 again (S61).

水流路出口圧力ＰＷが所定の圧力ＰＷ１を下回っていた場合には、ステップＳ６３に移り、燃料ガスの供給を開始する。この所定の圧力ＰＷ１は、別途行う実験によって規定する。ステップＳ６３では、制御装置７０が、制御装置７０が燃料ガス供給弁３２と燃料ガス排出弁３３とを開き、また、燃料ガス供給装置２を起動する。これにより、アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始される。   When the water channel outlet pressure PW is lower than the predetermined pressure PW1, the process proceeds to step S63, and the supply of fuel gas is started. This predetermined pressure PW1 is defined by a separate experiment. In step S <b> 63, the control device 70 opens the fuel gas supply valve 32 and the fuel gas discharge valve 33, and activates the fuel gas supply device 2. Thereby, supply of the fuel gas to the anode flow path 53 is started.

アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始されてから、所定の時間が経過した後、ステップＳ６４に移行する。この所定の時間とは、燃料ガスの拡散を阻害する水分がアノード流路５３から水流路に引き込まれたと考えられる時間であり、たとえば実験により得ることができる。アノード流路５３への燃料ガスの供給が開始されてからの経過時間は、たとえば制御装置７０が計測する。   After a predetermined time has elapsed since the supply of fuel gas to the anode channel 53 is started, the process proceeds to step S64. The predetermined time is a time during which it is considered that moisture that inhibits the diffusion of the fuel gas has been drawn from the anode channel 53 into the water channel, and can be obtained, for example, by experiments. For example, the controller 70 measures the elapsed time from the start of the supply of the fuel gas to the anode channel 53.

ステップＳ６４では、制御装置７０が酸化剤供給弁３１と酸化剤排出弁３４を開き、また、酸化剤供給装置３を起動して、外部から酸素を含む空気のカソード流路５４への供給を開始する。これに伴って、燃料電池スタック１は発電を開始し、発電によって生じた電力は負荷１３で消費される。   In step S64, the control device 70 opens the oxidant supply valve 31 and the oxidant discharge valve 34, and activates the oxidant supply device 3 to start supplying oxygen-containing air to the cathode channel 54 from the outside. To do. Along with this, the fuel cell stack 1 starts power generation, and the power generated by the power generation is consumed by the load 13.

燃料電池スタック１に一旦ドライアウトが生じてしまうと、反応ガス流路にガスを流している限りその場所の圧力が高くなり、セパレータの内部に形成された細孔の毛細管圧力よりも大きくなる。このため、毛細管圧力だけで再度その場所に水を含浸させることは困難である。   Once dry-out occurs in the fuel cell stack 1, the pressure at that location increases as long as gas flows through the reaction gas flow path, and becomes larger than the capillary pressure of the pores formed inside the separator. For this reason, it is difficult to impregnate the place again with only the capillary pressure.

たとえば、図４に示すとおり、燃料ガスと冷却水を同時に流し始めた場合であっても、燃料ガスが流れていれば、すなわちＴ１よりも右側の領域では、アノード流路５３の圧力は水流路５５の圧力に比べて高い。特に、冷却水の供給の開始からある程度の時間が経過してカソード流路５４に酸化剤ガスも流し始めると、すなわちＴ２よりも右側の領域では、カソード流路５４と水流路５５との圧力差は大きい。このような圧力差が生じると、反応ガス流路を流れるガスが、燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２の細孔を通って水流路５５に漏れこむ傾向となる。   For example, as shown in FIG. 4, even when the fuel gas and the cooling water start to flow simultaneously, the pressure of the anode flow path 53 is the water flow path if the fuel gas flows, that is, in the region on the right side of T1. Higher than 55 pressure. In particular, when a certain amount of time has elapsed from the start of the supply of the cooling water and the oxidant gas begins to flow through the cathode flow path 54, that is, in the region on the right side of T2, the pressure difference between the cathode flow path 54 and the water flow path 55. Is big. When such a pressure difference occurs, the gas flowing through the reaction gas channel tends to leak into the water channel 55 through the pores of the fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52.

そこで、本実施の形態では、前回の発電終了からの経過時間に基づいて、燃料電池スタック１が乾燥状態かどうかを判断して、その結果によって適切な起動方法を選択している。燃料電池スタック１が乾燥状態ではない場合には、第１の実施の形態と同様に、燃料電池スタック１内の水流路に大気圧よりも低い圧力で水を循環させている。この結果、拡散過電圧を増大させる水分を、セパレータ内の細孔を通して水流路に引き込むことができる。このため、反応ガス流路の水詰まりを抑制することができる。反応ガス流路の水詰まりを抑制することにより、拡散過電圧の増大が抑制され、燃料電池システムの性能が向上する。   Therefore, in the present embodiment, it is determined whether the fuel cell stack 1 is in a dry state based on the elapsed time from the end of the previous power generation, and an appropriate activation method is selected based on the result. When the fuel cell stack 1 is not in a dry state, water is circulated through the water flow path in the fuel cell stack 1 at a pressure lower than the atmospheric pressure, as in the first embodiment. As a result, moisture that increases the diffusion overvoltage can be drawn into the water channel through the pores in the separator. For this reason, the clogging of the reaction gas channel can be suppressed. By suppressing clogging of the reaction gas flow path, an increase in diffusion overvoltage is suppressed, and the performance of the fuel cell system is improved.

また、燃料電池スタック１が乾燥状態の場合には、アノード流路５３とカソード流路５４にガスを導入する前に、アノード流路５３とカソード流路５４を封じ切った状態で長時間、水流路５５に水を供給している。この結果、図４のＴ１よりも左側の領域のように、水供給手段によって生じるガス流路と水流路の圧力差が小さくなる。その結果、セパレータ内部の細孔の毛細管力により燃料極セパレータ５１および酸化剤極セパレータ５２のドライアウト箇所が含水する。   In addition, when the fuel cell stack 1 is in a dry state, before the gas is introduced into the anode channel 53 and the cathode channel 54, the water channel Water is supplied to the channel 55. As a result, as in the region on the left side of T1 in FIG. 4, the pressure difference between the gas flow path and the water flow path generated by the water supply means is reduced. As a result, the dry-out portions of the fuel electrode separator 51 and the oxidant electrode separator 52 contain water due to the capillary force of the pores inside the separator.

このようにして、燃料電池スタック１が乾燥状態の場合には、特別な水圧力調整手段などを設けることなく、ドライアウト箇所を適切に含水させることができる。また、このような長時間の水流路５５への水の供給を燃料改質の開始前から行うことによって、より長時間、改質で生成される水素を無駄にすることなく、ドライアウト箇所を含水させることができる。   In this manner, when the fuel cell stack 1 is in a dry state, the dryout portion can be appropriately hydrated without providing a special water pressure adjusting means. In addition, by supplying water to the water channel 55 for such a long time before the start of fuel reforming, the dryout location can be reduced without wasting hydrogen generated by reforming for a longer time. Can be hydrated.

さらに、本実施の形態では、圧力計を、アノード流路５３の圧力とカソード流路５４とに設ける代わりに、水流路５５に設けて、水流路５５の圧力と水ポンプ９の始動開始からの経過時間を計測している。水流路５５の圧力と水ポンプ９の始動開始からの経過時間に基づいて、アノード流路５３の圧力とカソード流路５４の圧力とを見積もることができるため、圧力計の個数を減らすことができる。その結果、燃料電池システムの簡素化、小型化が可能となる。水ポンプ９が空回りなどして水を駆動できないことがない場合には、圧力計１７による圧力計測は必要ない。   Furthermore, in this embodiment, instead of providing a pressure gauge in the pressure of the anode flow path 53 and the cathode flow path 54, a pressure gauge is provided in the water flow path 55 so that the pressure in the water flow path 55 and the start of the water pump 9 are started. Elapsed time is measured. Since the pressure in the anode flow channel 53 and the pressure in the cathode flow channel 54 can be estimated based on the pressure in the water flow channel 55 and the elapsed time from the start of the water pump 9, the number of pressure gauges can be reduced. . As a result, the fuel cell system can be simplified and downsized. If the water pump 9 does not drive the water due to idling or the like, the pressure measurement by the pressure gauge 17 is not necessary.

［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。たとえば、上述の各実施の形態では、アノード側とカソード側のどちらのセパレータもポーラスタイプとしているが、ポーラスタイプのセパレータをどちらか一方に使用し、他方のセパレータにはガス不透性の緻密材を用いても良い。この場合、ガス不透性のセパレータに形成された反応ガス流路へのガスの供給は、冷却水の循環の開始の前でも後でもよい。ただし、燃料極に水素が足りない場合、燃料極のカーボンが腐食して、燃料電池の性能を低下させる可能性がある点にも注意が必要である。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。 [Other embodiments]
The above-described embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these. For example, in each of the embodiments described above, both the anode-side and cathode-side separators are of the porous type, but a porous type separator is used for either one, and the other separator is a gas-impermeable dense material. May be used. In this case, the gas may be supplied to the reaction gas channel formed in the gas-impermeable separator before or after the cooling water circulation is started. However, it should also be noted that if the fuel electrode lacks hydrogen, the carbon of the fuel electrode may corrode and reduce the performance of the fuel cell. Moreover, it can also implement combining the characteristic of each embodiment.

１…燃料電池スタック、２…燃料ガス供給装置、３…酸化剤供給装置、４…燃料ガス供給流路、５…酸化剤供給流路、６…燃料ガス排出流路、７…酸化剤排出流路、８…水タンク、９…水ポンプ、１０…循環往流路、１１…循環復流路、１２…水バイパス流路、１３…負荷、１４…圧力計、１５…圧力計、１７…圧力計、３１…酸化剤供給弁、３２…燃料ガス供給弁、３３…燃料ガス排出弁、３４…酸化剤排出弁、３５…バイパス弁、５０…セル、５１…燃料極セパレータ、５２…酸化剤極セパレータ、５３…アノード流路、５４…カソード流路、５５…水流路、５６…膜電極複合体、６０…加湿装置、７０…制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell stack, 2 ... Fuel gas supply apparatus, 3 ... Oxidant supply apparatus, 4 ... Fuel gas supply flow path, 5 ... Oxidant supply flow path, 6 ... Fuel gas discharge flow path, 7 ... Oxidant discharge flow Path, 8 ... water tank, 9 ... water pump, 10 ... circulation forward flow path, 11 ... circulation return flow path, 12 ... water bypass flow path, 13 ... load, 14 ... pressure gauge, 15 ... pressure gauge, 17 ... pressure 31 ... Oxidant supply valve, 32 ... Fuel gas supply valve, 33 ... Fuel gas discharge valve, 34 ... Oxidant discharge valve, 35 ... Bypass valve, 50 ... Cell, 51 ... Fuel electrode separator, 52 ... Oxidant electrode Separator 53 ... Anode channel 54 ... Cathode channel 55 ... Water channel 56 ... Membrane electrode complex 60 ... Humidifying device 70 ... Control device

Claims (8)

固体高分子電解質膜とこの固体高分子電解質膜を挟んで設けられた一対の電極とからなる膜電極複合体と、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を形成する多孔質で板状のセパレータと、を有し前記セパレータに対して前記反応ガス流路の反対側に水流路が形成された燃料電池スタックと、
前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、
前記水流路に大気圧より低い圧力の冷却水を循環させる水循環装置と、
前記反応ガス供給装置および前記水循環装置を制御して前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始した後に前記反応ガス供給装置に前記反応ガスの供給を開始させる制御装置と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。 A porous and plate-like membrane that forms a membrane electrode assembly comprising a solid polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes provided across the solid polymer electrolyte membrane, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas to the electrodes A fuel cell stack having a water channel formed on the opposite side of the reaction gas channel with respect to the separator,
A reaction gas supply device for supplying the reaction gas to the reaction gas flow path;
A water circulation device for circulating cooling water having a pressure lower than atmospheric pressure in the water flow path;
A control device for controlling the reaction gas supply device and the water circulation device to cause the reaction gas supply device to start supplying the reaction gas after the water circulation device starts circulation of the cooling water;
A fuel cell system comprising: 前記水流路の圧力を測定してその測定値を前記制御装置に伝達する水流路圧力測定器をさらに有し、
前記制御装置は、前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始した後であって前記水流路圧力検出器の測定値が大気圧よりも低い所定の圧力を下回った後に前記反応ガス供給装置に前記反応ガスの供給を開始させ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。 A water channel pressure measuring device that measures the pressure of the water channel and transmits the measured value to the control device;
The control device is configured to supply the reaction gas supply device with the reaction gas supply device after the water circulation device starts circulating the cooling water and the measured value of the water flow path pressure detector falls below a predetermined pressure lower than atmospheric pressure. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply of the reaction gas is started. 前記反応ガス流路の圧力を測定してその測定値を前記制御装置に伝達する反応ガス流路圧力検出器をさらに有し、
前記制御装置は、前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始した後であって前記反応ガス流路圧力検出器の測定値が大気圧よりも低い所定の圧力を下回った後に前記反応ガス供給装置に前記反応ガスの供給を開始させ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。 A reaction gas channel pressure detector for measuring the pressure of the reaction gas channel and transmitting the measured value to the control device;
The control device includes the reaction gas supply device after the water circulation device has started circulating the cooling water and the measured value of the reaction gas flow path pressure detector falls below a predetermined pressure lower than atmospheric pressure. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply of the reaction gas is started. 前記制御装置は、前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始してからの経過時間が所定時間を超過した後に前記反応ガス供給装置に前記反応ガスの供給を開始させ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 control device causes the reaction gas supply device to start supplying the reaction gas after an elapsed time after the water circulation device starts circulating the cooling water exceeds a predetermined time. 2. The fuel cell system according to 1. 前記所定時間は前回の発電終了からの経過時間に基づいて変化することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 4, wherein the predetermined time changes based on an elapsed time from the end of the previous power generation. 前記反応ガス供給装置は、前記反応ガス流路の入口および出口を封じる一対の弁を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5, wherein the reaction gas supply device includes a pair of valves that seal an inlet and an outlet of the reaction gas flow path. 前記電極は、燃料極と、前記固体高分子電解質膜の前記燃料極に対して反対側の面に配置された酸化剤極と、を含み、
前記反応ガス流路は、前記燃料極に水素を供給する燃料極流路と、前記酸化剤極流路に酸素を供給する酸化剤流路と、を含み、
前記セパレータは、前記燃料極流路を形成する燃料極セパレータと、前記酸化剤流路を形成する酸化剤セパレータと、を含み、
前記反応ガス供給装置は、前記燃料極流路に水素を供給する燃料供給装置と、前記酸化剤極流路に酸素を供給する酸化剤供給装置と、を含む、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。 The electrode includes a fuel electrode and an oxidant electrode disposed on a surface of the solid polymer electrolyte membrane opposite to the fuel electrode,
The reactive gas channel includes a fuel electrode channel that supplies hydrogen to the fuel electrode, and an oxidant channel that supplies oxygen to the oxidant electrode channel,
The separator includes a fuel electrode separator that forms the fuel electrode flow path, and an oxidant separator that forms the oxidant flow path.
The reactive gas supply device includes a fuel supply device that supplies hydrogen to the fuel electrode flow channel, and an oxidant supply device that supplies oxygen to the oxidant electrode flow channel.
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the fuel cell system according to any one of claims 1 to 6 is provided. 固体高分子電解質膜とこの固体高分子電解質膜を挟んで設けられた一対の電極とからなる膜電極複合体と、前記電極に反応ガスを供給する反応ガス流路を形成する多孔質で板状のセパレータと、を有し前記セパレータに対して前記反応ガス流路の反対側に水流路が形成された燃料電池スタックと、前記反応ガス流路に前記反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記水流路に大気圧より低い圧力の冷却水を循環させる水循環装置と、を備える燃料電池システムの運転方法において、
前記水循環装置が前記冷却水の循環を開始する第１工程と、
前記第１工程の後に前記反応ガス供給装置が前記反応ガスの供給を開始する第２工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 A porous and plate-like membrane that forms a membrane electrode assembly comprising a solid polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes provided across the solid polymer electrolyte membrane, and a reaction gas flow path for supplying a reaction gas to the electrodes A separator, and a fuel cell stack in which a water channel is formed on the opposite side of the separator with respect to the separator, a reaction gas supply device that supplies the reaction gas to the reaction gas channel, In a method of operating a fuel cell system, comprising a water circulation device that circulates cooling water having a pressure lower than atmospheric pressure in the water flow path,
A first step in which the water circulation device starts circulation of the cooling water;
A second step in which the reaction gas supply device starts supplying the reaction gas after the first step;
A method for operating a fuel cell system, comprising:
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