JP2013114958A

JP2013114958A - Direct oxidation type fuel cell system

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Publication number: JP2013114958A
Application number: JP2011261404A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Matsuda; 博明松田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a direct oxidation type fuel cell system which maintains an excellent power generation characteristic by preventing a power generation characteristic from deteriorating due to accumulation of water in a fuel cell stack during power generation of a fuel cell system for a long time .SOLUTION: A direct oxidation type fuel cell system comprises: a cathode and anode; a fuel cell stack which is obtained by laminating a plurality of direct oxidation type fuel cells each having a pair of flow paths disposed so as to face the cathode and the anode; a pump for supplying a reaction substance to the fuel cell stack; and state detection means for detecting a water closed state in the flow path of the fuel cell stack. In this fuel cell system, when the state detection means detects the water closed state in the flow path of the fuel cell stack during power generation of the fuel cell stack, a pressure loss is reduced at a section from an exit of the fuel cell stack to a drain hole to ambient air in a path through which the reaction substance flows.

Description

本発明は、直接酸化型燃料電池システムに関し、特に反応物質が流れる経路の圧力損失を変化させる燃料電池の構造および制御手段に関する。 The present invention relates to a direct oxidation fuel cell system, and more particularly to a fuel cell structure and control means for changing a pressure loss in a path through which a reactant flows.

携帯電話、ノートＰＣ、デジタルカメラ等のモバイル機器の高性能化に伴い、その電源として、固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が期待されている。固体高分子型燃料電池の中でも、燃料としてメタノールなどの液体燃料を直接アノードへ供給する直接酸化型燃料電池は、小型軽量化に適しており、モバイル機器用電源やポータブル発電機として開発が進められている。 As mobile devices such as mobile phones, notebook PCs, and digital cameras become more sophisticated, solid polymer fuel cells using a solid polymer electrolyte membrane are expected as a power source. Among solid polymer fuel cells, direct oxidation fuel cells that supply liquid fuel such as methanol directly to the anode are suitable for miniaturization and weight reduction, and are being developed as power supplies for mobile devices and portable generators. ing.

直接酸化型燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ）を具備する。ＭＥＡは、電解質膜と、その両面にそれぞれ接合されたアノード（燃料極）およびカソード（空気極）とから構成されている。アノードは、アノード触媒層とアノード拡散層からなり、カソードは、カソード触媒層とカソード拡散層からなる。ＭＥＡが一対のセパレーターで挟み込まれることで、セルが構成される。アノード側セパレーターは、アノードに対向する部分に、アノードにメタノールなどの燃料を供給する燃料流路を有する。カソード側セパレーターは、カソードに対向する部分に、カソードに酸素ガスや空気などの酸化剤を供給する酸化剤流路を有する。複数のセルが電気的に直列に積層されることで燃料電池スタックが構成される。 The direct oxidation fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA). The MEA is composed of an electrolyte membrane, and an anode (fuel electrode) and a cathode (air electrode) respectively joined to both surfaces. The anode is composed of an anode catalyst layer and an anode diffusion layer, and the cathode is composed of a cathode catalyst layer and a cathode diffusion layer. The MEA is sandwiched between a pair of separators to form a cell. The anode-side separator has a fuel flow path for supplying fuel such as methanol to the anode at a portion facing the anode. The cathode side separator has an oxidant flow path for supplying an oxidant such as oxygen gas or air to the cathode at a portion facing the cathode. A fuel cell stack is configured by electrically stacking a plurality of cells in series.

カソードに空気を供給するための空気ポンプやアノードに燃料を供給する燃料ポンプなどのポンプ、燃料を収容する燃料タンク、補助電源に使用する二次電池、制御基盤、燃料電池スタックを発電させるための補器類を組み込むことで、燃料電池システムが構成される。燃料電池スタックで発電した電力は、補器類の消費電力が差し引かれて、燃料電池システムの発電電力として外部へ出力される。 Pumps such as an air pump for supplying air to the cathode and a fuel pump for supplying fuel to the anode, a fuel tank for storing fuel, a secondary battery used for auxiliary power, a control board, and a fuel cell stack for generating electricity A fuel cell system is configured by incorporating auxiliary devices. The power generated by the fuel cell stack is output to the outside as the power generated by the fuel cell system after subtracting the power consumed by the auxiliary devices.

カソード、アノードともに、発電に伴ってセルの出口からは水を含む液体が排出される。カソードでは発電反応によって水が生成され、アノードから電解質膜を透過（クロスオーバー）してきた燃料の酸化反応によっても水が生成される。また、アノードに燃料水溶液として供給された水も電解質膜を透過してカソードへ移動する。カソードからはこれらの水が排出される。アノードからは余剰の燃料水溶液が排出される。通常は発電電流から算出される理論的な燃料の必要量よりも多くの量をアノードに供給するため、未反応の燃料水溶液は排出されることになる。 In both the cathode and the anode, a liquid containing water is discharged from the outlet of the cell with power generation. Water is generated at the cathode by a power generation reaction, and water is also generated by an oxidation reaction of fuel that has permeated (crossed over) the electrolyte membrane from the anode. In addition, water supplied as an aqueous fuel solution to the anode also passes through the electrolyte membrane and moves to the cathode. These waters are discharged from the cathode. Excess fuel aqueous solution is discharged from the anode. Usually, an amount of unreacted aqueous fuel solution is discharged because a larger amount of theoretical fuel than calculated from the generated current is supplied to the anode.

直接酸化型燃料電池の課題の１つとして、上記の水の排出が十分でなく、これがセル内の流路で蓄積して水閉塞状態となり、空気や燃料など反応物質の拡散性を低下するために発電特性が低下することが分かってきた。 One of the problems of the direct oxidation fuel cell is that the above-mentioned water is not sufficiently discharged, which accumulates in the flow path in the cell and becomes a water-blocked state, thereby reducing the diffusibility of reactants such as air and fuel. It has been found that the power generation characteristics deteriorate.

また、水閉塞によって、燃料電池スタックにおける各セルの流路での圧力損失にバラツキが生じ、水閉塞状態で圧力損失が高くなったセルには反応物質が供給されにくくなり、各セルの発電電圧にバラツキが生じることも分かってきた。特に、反応物質を過剰に供給せず理論必要量に近い量のみ供給する、いわゆる低ストイキオ比での運転では、流路を流れる反応物質の流速が小さいため、セル内の水を排出する力が小さく、セル内に水が蓄積しやすい。 In addition, due to water blockage, the pressure loss in the flow path of each cell in the fuel cell stack varies, making it difficult for reactants to be supplied to the cells where the pressure loss is high in the water blockage state. It has also been found that variations occur in In particular, in the operation at a so-called low stoichiometric ratio in which only the amount close to the theoretical amount is supplied without excessively supplying the reactants, the flow rate of the reactants flowing through the flow path is small, so the power to discharge the water in the cell is low. Small and easy to accumulate water in the cell.

このようなセル内の水閉塞による発電特性の低下を解消するための手段としては、一時
的に空気や燃料の流量を大きくするパージ処理を行うことが提案されており、広く知られている。この他にも、下記のような技術が提案されている。 As a means for solving such a decrease in power generation characteristics due to water blockage in the cell, it has been proposed and widely known to perform a purge process for temporarily increasing the flow rate of air or fuel. In addition, the following techniques have been proposed.

特許文献１には、セル内に圧力損失の異なる複数の流路を設け、水閉塞状態を検出した場合に圧力損失の高い流路に切り替える燃料電池システムが提案されている。空気や燃料の流量を一定にしておけば、セル内の圧力損失を大きくすることで、セル内に蓄積した水を排出する力が大きくなる。 Patent Document 1 proposes a fuel cell system in which a plurality of flow paths with different pressure losses are provided in a cell, and when a water blockage is detected, the fuel cell system is switched to a flow path with a high pressure loss. If the flow rate of air or fuel is kept constant, the force for discharging the water accumulated in the cell is increased by increasing the pressure loss in the cell.

特許文献２には、燃料が流れる経路のうち燃料電池スタックのアノード出口以降にバルブと吸引ポンプを設け、アノード側の水詰まり状態を検出した場合にバルブと吸引ポンプを用いてアノード出口以降の圧力損失を下げる燃料電池システムが提案されている。燃料の流量を大きくしなくても、アノード出口以降の圧力損失を下げることで、セル内のアノード側に蓄積した水を排出する力が大きくなる。 In Patent Document 2, a valve and a suction pump are provided after the anode outlet of the fuel cell stack in the fuel flow path, and when the water clogging state on the anode side is detected, the pressure after the anode outlet is detected using the valve and the suction pump. Fuel cell systems that reduce losses have been proposed. Even if the fuel flow rate is not increased, reducing the pressure loss after the anode outlet increases the power for discharging the water accumulated on the anode side in the cell.

特開２００７−２０７７２５号公報JP 2007-207725 A 特開２００１−３０７７５７号公報JP 2001-307757 A

燃料電池システムの発電特性の維持のために、発電中の燃料電池スタックの流路内から効果的に水を排出することが求められる。 In order to maintain the power generation characteristics of the fuel cell system, it is required to effectively discharge water from the flow path of the fuel cell stack during power generation.

一般的に知られるパージ処理は、空気や燃料の流量を大きくするため、空気ポンプや燃料ポンプの消費電力を大きくする必要がある。 In the generally known purge process, the flow rate of air or fuel is increased, so that the power consumption of the air pump or fuel pump needs to be increased.

特許文献１の技術では、空気や燃料の流量を一定にしておけばスタック内の圧力損失が大きくなるが、この場合、通常の空気ポンプや燃料ポンプでは消費電力が大きくなる。消費電力を大きくしなければ流量が下がるため、スタック内の圧力損失が大きくならずに水を排出する力が大きくならないだけでなく、空気や燃料の供給量が下がることによる発電特性の低下も起こる。 In the technique of Patent Document 1, if the flow rate of air or fuel is kept constant, the pressure loss in the stack increases, but in this case, power consumption increases in a normal air pump or fuel pump. If the power consumption is not increased, the flow rate will decrease, so the pressure loss in the stack will not increase and the power to discharge water will not increase, but the power generation characteristics will also deteriorate due to the decrease in the supply amount of air and fuel .

特許文献２の技術では、吸引ポンプを用いてアノード出口以降の圧力損失を下げているため、その間は吸引ポンプの消費電力が大きくなる。また、吸引ポンプを設けることが、スペースやコストの面で余計な負担をかけることになる。 In the technique of Patent Document 2, since the pressure loss after the anode outlet is reduced using a suction pump, the power consumption of the suction pump increases during that time. In addition, providing a suction pump places an extra burden in terms of space and cost.

いずれの技術においても、発電時の燃料電池スタックの流路内から水を排出するためにポンプの消費電力を大きくする必要があり、燃料電池システムとして発電できる電力が下がってしまうことになる。 In any technique, it is necessary to increase the power consumption of the pump in order to discharge water from the flow path of the fuel cell stack during power generation, and the power that can be generated as a fuel cell system will be reduced.

本発明の直接酸化型燃料電池システムは、カソードとアノードと、カソードおよびアノードに対向して配置された一対の流路を備える直接酸化型燃料電池セルを複数積層した燃料電池スタックと、燃料電池スタックに反応物質を供給するポンプと、燃料電池スタックの流路における水閉塞状態を検出する状態検出手段を備え、燃料電池スタックの発電時に、状態検出手段が燃料電池スタックの流路における水閉塞状態を検出した場合には、反応物質が流れる経路のうち燃料電池スタックの出口から大気への排出口までの間で圧力損失を下げる、直接酸化型燃料電池システムである。 A direct oxidation fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of direct oxidation fuel cell cells including a cathode and an anode, and a pair of flow paths arranged opposite to the cathode and the anode, and a fuel cell stack. And a state detecting means for detecting a water blockage state in the flow path of the fuel cell stack, and when the fuel cell stack generates power, the state detection means detects the water blockage state in the flow path of the fuel cell stack. When detected, the direct oxidation fuel cell system lowers the pressure loss between the outlet of the fuel cell stack and the outlet to the atmosphere in the path through which the reactant flows.

本発明によれば、発電中の燃料電池スタックの流路内に水が蓄積して水閉塞状態になっても、燃料電池スタックの出口以降で圧力損失が一時的に下がるため、燃料電池スタック内から出口に向かって水を排出する力が大きくなり、速やかに燃料電池スタック内から水を排出することができる。これにより、燃料電池スタックの発電特性を安定して維持することができる。反応物質の流量が小さい低ストイキオ比で運転する場合でも十分に水を排出することができるため、発電効率を向上させることができる。 According to the present invention, even if water accumulates in the flow path of the fuel cell stack during power generation and the water becomes blocked, the pressure loss temporarily decreases after the outlet of the fuel cell stack. Therefore, the force for discharging water from the fuel cell toward the outlet increases, and water can be quickly discharged from the fuel cell stack. Thereby, the power generation characteristics of the fuel cell stack can be stably maintained. Even when the operation is performed at a low stoichiometric ratio where the flow rate of the reactant is small, water can be sufficiently discharged, so that power generation efficiency can be improved.

水閉塞状態を解消する際に空気ポンプや燃料ポンプなどポンプの消費電力を大きくしていないため、燃料電池システムとしての発電電力を下げることがなく、安定した電力を出力することができる。また、燃料電池システムに備えられた二次電池が出力する電力を安定化する構成である場合には、ポンプの消費電力が大きくなることによる二次電池への負荷を与えることがなく、二次電池のサイクル劣化を促進することがない。 Since the power consumption of the pump such as an air pump or a fuel pump is not increased when the water blockage is eliminated, stable power can be output without reducing the generated power as the fuel cell system. In addition, when the power output from the secondary battery provided in the fuel cell system is stabilized, there is no load on the secondary battery due to the increased power consumption of the pump, and the secondary battery Does not promote battery cycle deterioration.

燃料電池スタックの出口以降で圧力損失を変化させる構成であるため、燃料電池スタック内の流路形状は、燃料電池スタックの発電特性に適した形状を任意にとることができる。このため、燃料電池スタックの発電特性を損なうことがない。 Since the pressure loss is changed after the outlet of the fuel cell stack, the flow path shape in the fuel cell stack can arbitrarily take a shape suitable for the power generation characteristics of the fuel cell stack. For this reason, the power generation characteristics of the fuel cell stack are not impaired.

本発明の一実施形態に係る直接酸化型燃料電池セルを概略的に示す断面図1 is a cross-sectional view schematically showing a direct oxidation fuel cell according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムを概略的に示す図1 schematically shows a direct oxidation fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムを概略的に示す図1 schematically shows a direct oxidation fuel cell system according to an embodiment of the present invention. FIG.

図１の燃料電池セル１は、アノード２、カソード３、およびアノード２とカソード３との間に介在する電解質膜４を含む膜電極接合体（ＭＥＡ）５を有する。ＭＥＡ５の一方の側面には、アノード２を封止するようにガスケット１４が配置され、他方の側面には、カソード３を封止するようにガスケット１５が配置されている。 The fuel cell 1 of FIG. 1 has a membrane electrode assembly (MEA) 5 including an anode 2, a cathode 3, and an electrolyte membrane 4 interposed between the anode 2 and the cathode 3. A gasket 14 is disposed on one side surface of the MEA 5 so as to seal the anode 2, and a gasket 15 is disposed on the other side surface so as to seal the cathode 3.

ＭＥＡ５は、アノード側セパレーター１０およびカソード側セパレーター１１に挟持されている。アノード側セパレーター１０は、アノード２に接し、カソード側セパレーター１１は、カソード３に接している。アノード側セパレーター１０は、アノード２に対向する部分に、アノード２に燃料を供給する燃料流路１２を有する。燃料流路１２は、燃料が流入するアノード入口と、反応で生成したＣＯ_２や未使用の燃料などを排出するアノード出口を有する。カソード側セパレーター１１は、カソード３に対向する部分に、カソード３に酸化剤を供給する酸化剤流路１３を有する。酸化剤流路１３は、酸化剤が流入するカソード入口と、反応で生成した水や未使用の酸化剤などを排出するカソード出口を有する。 The MEA 5 is sandwiched between the anode side separator 10 and the cathode side separator 11. The anode side separator 10 is in contact with the anode 2, and the cathode side separator 11 is in contact with the cathode 3. The anode separator 10 has a fuel flow path 12 that supplies fuel to the anode 2 at a portion facing the anode 2. The fuel flow path 12 has an anode inlet through which fuel flows and an anode outlet through which CO ₂ generated by the reaction, unused fuel, and the like are discharged. The cathode side separator 11 has an oxidant channel 13 for supplying an oxidant to the cathode 3 at a portion facing the cathode 3. The oxidant channel 13 has a cathode inlet through which oxidant flows and a cathode outlet through which water generated by the reaction, unused oxidant, and the like are discharged.

図１のようなセルを複数設け、各セルを電気的に直列に積層することで、燃料電池スタックが構成される。この場合、通常はアノード側セパレーター１０とカソード側セパレーター１１は一体のものとして形成される。各セルのアノード入口は、マニホールドを用い
るなどして通常１つに集約され、アノード出口、カソード入口、カソード出口も同様に、それぞれ集約される。 A fuel cell stack is configured by providing a plurality of cells as shown in FIG. 1 and electrically stacking the cells in series. In this case, the anode-side separator 10 and the cathode-side separator 11 are usually formed as a single unit. The anode inlet of each cell is usually gathered together by using a manifold or the like, and the anode outlet, cathode inlet, and cathode outlet are gathered in the same manner.

図２は、本発明の１つの実施形態を概略的に示す図である。図２の直接酸化型燃料電池システムは、燃料電池スタック２０のカソード３に空気を供給する空気ポンプ２１と、アノード２に燃料を供給する燃料ポンプ２２と、燃料電池スタック２０の流路における水閉塞状態を検出する状態検出手段２３と、カソード出口マニホールドに設けられたカソード出口弁２４と、アノード出口マニホールドに設けられたアノード出口弁２５と、燃料電池システムの運転を制御する情報処理装置２６を備える。 FIG. 2 schematically illustrates one embodiment of the present invention. The direct oxidation fuel cell system of FIG. 2 includes an air pump 21 that supplies air to the cathode 3 of the fuel cell stack 20, a fuel pump 22 that supplies fuel to the anode 2, and water blockage in the flow path of the fuel cell stack 20. A state detecting means 23 for detecting a state, a cathode outlet valve 24 provided in the cathode outlet manifold, an anode outlet valve 25 provided in the anode outlet manifold, and an information processing device 26 for controlling the operation of the fuel cell system are provided. .

カソード出口弁２４およびアノード出口弁２５は、定常の発電時には開度が小さく設定されている。発電中に状態検出手段２３が燃料電池スタック２０のカソード３側の流路における水閉塞状態を検出した場合には、カソード出口弁２４の開度を一時的に大きくし、アノード２側の流路における水閉塞状態を検出した場合には、アノード出口弁２５の開度を一時的に大きくする。この時、空気ポンプ２１や燃料ポンプ２２の消費電力は大きくしない。カソード出口弁２４またはアノード出口弁２５の開度を一時的に大きくすることで、反応物質が流れる経路のうち燃料電池スタック２０の出口から大気への排出口までの間で圧力損失が一時的に下がる。 The cathode outlet valve 24 and the anode outlet valve 25 are set to have a small opening during normal power generation. When the state detector 23 detects a water blockage in the flow path on the cathode 3 side of the fuel cell stack 20 during power generation, the opening degree of the cathode outlet valve 24 is temporarily increased, and the flow path on the anode 2 side is increased. When the water blockage state is detected, the opening degree of the anode outlet valve 25 is temporarily increased. At this time, the power consumption of the air pump 21 and the fuel pump 22 is not increased. By temporarily increasing the opening degree of the cathode outlet valve 24 or the anode outlet valve 25, pressure loss is temporarily reduced between the outlet of the fuel cell stack 20 and the outlet to the atmosphere in the flow path of the reactant. Go down.

カソード出口弁およびアノード出口弁は、１つの弁で燃料電池スタックの全セルの出口開度を変更するものでも良いし、各セルに個別に出口弁を設けても良い。個別に出口弁を設ける方が各セルの水閉塞状態を個別に対処できるため、より効果を得やすいが、構造が複雑になるため、コストや信頼性の面からは、１つの弁を設ける方が好ましい。弁の数や配置などは、燃料電池システム全体の設計などに基づいて、自由に選択することができる。 The cathode outlet valve and the anode outlet valve may change the outlet opening degree of all the cells of the fuel cell stack with one valve, or may provide an outlet valve for each cell individually. Individual outlet valves can be more effective because they can deal with the water blockage of each cell individually, but the structure is complicated, so one valve is provided from the viewpoint of cost and reliability. Is preferred. The number and arrangement of valves can be freely selected based on the design of the entire fuel cell system.

燃料電池スタックの水閉塞状態を検出する状態検出手段は、特に限定はされないが、燃料電池スタックの発電電力、燃料電池セルの発電電圧、反応物質が流れる経路のうちポンプから燃料電池スタックの出口までの間での圧力、燃料電池セルの流路を流れる反応物質の流量のうち、少なくとも１つを測定するものであることが好ましい。 The state detecting means for detecting the water blockage state of the fuel cell stack is not particularly limited, but from the pump to the outlet of the fuel cell stack among the generated power of the fuel cell stack, the generated voltage of the fuel cell, and the path through which the reactant flows. Among them, it is preferable to measure at least one of the flow rate of the reactant and the flow rate of the reactant flowing through the flow path of the fuel cell.

燃料電池スタックの流路内で水閉塞状態が発生すると、空気または燃料の拡散性を低下させることになり、燃料電池スタックの発電電力や燃料電池セルの発電電圧を低下する。セル数の多い燃料電池スタックでは、スタック全体の発電電力のみを測定しているだけでは各セルの発電電圧の低下を検出することが難しい場合があるため、燃料電池セルの発電電圧を測定する方がより好ましい。 When a water blockage occurs in the flow path of the fuel cell stack, the diffusibility of air or fuel is reduced, and the generated power of the fuel cell stack and the generated voltage of the fuel cell are reduced. In a fuel cell stack with a large number of cells, it may be difficult to detect a drop in the power generation voltage of each cell simply by measuring only the power generated by the entire stack. Is more preferable.

燃料電池スタックの流路内で水閉塞状態が発生すると、それが圧力損失となり、空気または燃料の流量が一定である場合には、空気または燃料が流れる経路のうちポンプから燃料電池スタックの出口までの間での圧力を増加させることになる。これを測定することで燃料電池スタックの流路内の水閉塞状態を検出することができる。燃料電池システムの構成によっては、空気または燃料が流れる経路全体の圧力損失に対して、燃料電池スタックの流路内の水閉塞状態による圧力損失の増加が小さく、検出することが難しい場合があるため、各セルの空気または燃料の入口から出口にかけての圧力損失を測定することがより好ましい。 When a water blockage occurs in the flow path of the fuel cell stack, it becomes a pressure loss, and when the flow rate of air or fuel is constant, from the pump to the outlet of the fuel cell stack in the path through which air or fuel flows Will increase the pressure between. By measuring this, it is possible to detect a water blocking state in the flow path of the fuel cell stack. Depending on the configuration of the fuel cell system, the increase in pressure loss due to water blockage in the flow path of the fuel cell stack is small relative to the pressure loss of the entire path through which air or fuel flows, and may be difficult to detect. More preferably, the pressure loss from the air or fuel inlet to the outlet of each cell is measured.

燃料電池スタック内の一部のセルの流路で水閉塞状態が発生すると、それが圧力損失となり、水閉塞状態の発生したセルへは空気や燃料が流入しにくくなる。そこで、各セルの反応物質が流れる経路において流量を測定することで、水閉塞状態を検出することができる。 When a water blockage occurs in the flow paths of some cells in the fuel cell stack, this results in a pressure loss, and it becomes difficult for air and fuel to flow into the cell in which the water blockage occurs. Therefore, the water blockage state can be detected by measuring the flow rate in the path through which the reactant in each cell flows.

状態検出手段が燃料電池スタックの流路における水閉塞状態を検出した時、その信号を燃料電池システムのユーザーに対して光や音などを用いて知らせ、反応物質が流れる経路のうち、燃料電池スタックの出口から大気への排出口までの間で圧力損失を一時的に下げる操作をするように促す構成としても良いし、例えば、燃料電池システムの運転を制御する情報処理装置がその信号を受け取り、自動的に圧力損失を下げる構成としても良い。ユーザーの利便性を考慮すると、燃料電池システムが自動的に行う構成とする方が好ましい。 When the state detection means detects a water blockage in the flow path of the fuel cell stack, the signal is notified to the user of the fuel cell system using light, sound, etc. It may be configured to prompt the user to temporarily lower the pressure loss between the outlet of the fuel and the outlet to the atmosphere, for example, an information processing device that controls the operation of the fuel cell system receives the signal, It may be configured to automatically reduce the pressure loss. Considering the convenience of the user, it is preferable to adopt a configuration in which the fuel cell system performs automatically.

図３は、本発明の１つの実施形態を概略的に示す図である。図３の直接酸化型燃料電池システムは、燃料電池スタック２０のカソード３に空気を供給する空気ポンプ２１と、アノード２に燃料を供給する燃料ポンプ２２と、燃料電池スタック２０の流路における水閉塞状態を検出する状態検出手段２３と、カソード出口マニホールドに設けられたカソード切り替え弁２７と、アノード出口マニホールドに設けられたアノード切り替え弁２８と、カソード切り替え弁２７に接続された２つのカソード排出経路２９、３０と、アノード切り替え弁２８に接続された２つのアノード排出経路３１、３２と、燃料電池システムの運転を制御する情報処理装置２６を備える。 FIG. 3 schematically illustrates one embodiment of the present invention. The direct oxidation fuel cell system of FIG. 3 includes an air pump 21 that supplies air to the cathode 3 of the fuel cell stack 20, a fuel pump 22 that supplies fuel to the anode 2, and water blockage in the flow path of the fuel cell stack 20. State detection means 23 for detecting the state, a cathode switching valve 27 provided in the cathode outlet manifold, an anode switching valve 28 provided in the anode outlet manifold, and two cathode discharge paths 29 connected to the cathode switching valve 27 , 30, two anode discharge paths 31 and 32 connected to the anode switching valve 28, and an information processing device 26 that controls the operation of the fuel cell system.

カソード排出経路２９、３０は、経路が長く圧力損失が大きいカソード排出経路２９と、経路が短く圧力損失が小さいカソード排出経路３０で構成され、アノード排出経路３１、３２は、経路が長く圧力損失が大きいアノード排出経路３１と、経路が短く圧力損失が小さいアノード排出経路３２で構成される。長いカソード排出経路２９と短いカソード排出経路３０はカソード切り替え弁２７によって燃料電池スタック２０のカソード３との連通を切り替えられ、長いアノード排出経路３１と短いアノード排出経路３２はアノード切り替え弁２８によって燃料電池スタック２０のアノード２との連通を切り替えられる。 The cathode discharge paths 29 and 30 are constituted by a cathode discharge path 29 having a long path and a large pressure loss, and a cathode discharge path 30 having a short path and a small pressure loss. The anode discharge paths 31 and 32 have a long path and a pressure loss. A large anode discharge path 31 and an anode discharge path 32 with a short path and small pressure loss are configured. The long cathode discharge path 29 and the short cathode discharge path 30 are switched in communication with the cathode 3 of the fuel cell stack 20 by the cathode switching valve 27, and the long anode discharge path 31 and the short anode discharge path 32 are switched by the anode switching valve 28. Communication with the anode 2 of the stack 20 can be switched.

カソード切り替え弁２７およびアノード切り替え弁２８は、定常の発電時には、それぞれ長いカソード排出経路２９および長いアノード排出経路３１が燃料電池スタック２０と連通するように設定されている。発電中に状態検出手段２３が燃料電池スタック２０のカソード３側の流路における水閉塞状態を検出した場合には、カソード切り替え弁２７を、一時的に短いカソード排出経路３０が燃料電池スタック２０と連通するように切り替え、アノード２側の流路における水閉塞状態を検出した場合には、アノード切り替え弁２８を、一時的に短いアノード排出経路３２が燃料電池スタック２０と連通するように切り替える。この時、空気ポンプ２１や燃料ポンプ２２の消費電力は大きくしない。カソード排出経路２９、３０またはアノード排出経路３１、３２の圧力損失を一時的に大きくすることで、空気または燃料が流れる経路のうち、燃料電池スタック２０の出口から大気への排出口までの間で圧力損失が一時的に下がる。 The cathode switching valve 27 and the anode switching valve 28 are set so that the long cathode discharge path 29 and the long anode discharge path 31 are in communication with the fuel cell stack 20, respectively, at the time of steady power generation. When the state detection means 23 detects a water blockage in the flow path on the cathode 3 side of the fuel cell stack 20 during power generation, the cathode switching valve 27 is temporarily connected to the fuel cell stack 20 via the short cathode discharge path 30. In the case where a water blockage state is detected in the flow path on the anode 2 side, the anode switching valve 28 is temporarily switched so that the short anode discharge path 32 communicates with the fuel cell stack 20. At this time, the power consumption of the air pump 21 and the fuel pump 22 is not increased. By temporarily increasing the pressure loss of the cathode discharge paths 29 and 30 or the anode discharge paths 31 and 32, the path from the outlet of the fuel cell stack 20 to the discharge port to the atmosphere among the paths through which air or fuel flows. Pressure loss temporarily decreases.

図３の燃料電池システムでは、長さの異なるカソード排出経路およびアノード排出経路を切り替えることによって圧力損失を下げたが、この他にも、断面積の異なる排出経路を切り替えたり、屈曲度の異なる排出経路を切り替えたりすることでも、同様に圧力損失を下げることができる。また、排出経路に浄化フィルターなどを設け、フィルター類を通過する経路と通過しない経路を切り替えることでも、圧力損失を下げることができる。 In the fuel cell system of FIG. 3, the pressure loss is reduced by switching the cathode discharge path and the anode discharge path having different lengths. In addition, the discharge path having a different cross-sectional area or the discharge having a different degree of bending is used. The pressure loss can be similarly reduced by switching the route. Moreover, pressure loss can be reduced by providing a purification filter or the like in the discharge path and switching between a path that passes through the filters and a path that does not pass through the filters.

図３の直接酸化型燃料電池システムは、さらにラジエーターを備え、長いカソード排出経路または長いアノード排出経路のうち、少なくとも一方を、ラジエーターを通る経路とすることができる。ラジエーターを通る経路は、一般的に長く、断面積が小さく、屈曲度も大きいため、圧力損失が大きい。このような経路を燃料電池スタックの定常の発電時の排出経路としておくことで、燃料電池スタックの流路における水閉塞状態が発生した場合の圧力損失の下げ幅を大きくすることができ、効果的に水を排出することができる。
ラジエーターは、燃料電池スタックから排出された流体を冷却することで、この流体に含まれる水分を液体の水として回収したり、燃料電池システムからの排出流体の温度を下げてユーザーへの安全性を向上するために用いられる。 The direct oxidation fuel cell system of FIG. 3 further includes a radiator, and at least one of the long cathode discharge path and the long anode discharge path can be a path passing through the radiator. Since the path through the radiator is generally long, the cross-sectional area is small, and the degree of bending is large, the pressure loss is large. By setting such a path as a discharge path during steady power generation of the fuel cell stack, it is possible to increase the pressure loss reduction width when a water blockage occurs in the flow path of the fuel cell stack. Water can be discharged.
The radiator cools the fluid discharged from the fuel cell stack, recovers the moisture contained in this fluid as liquid water, or lowers the temperature of the fluid discharged from the fuel cell system to improve safety to the user. Used to improve.

燃料電池スタックへ反応物質を供給するためにセパレーターに設けられる流路は、その形状については様々なものがある。一般的には、１本〜数本の流路がつづら折れの形状となっているサーペンタイン型や、数十本の流路が直線的に並行に設けられているパラレル型の流路がある。サーペンタイン型では、流路長が長くなって圧力損失が大きくなり、流路の本数も少ないため、流路内に発生した水を排出しようとする力が大きい。このため、流路における水閉塞は起こりにくい。一方、パラレル型では、流路長が短く本数も多いため、圧力損失が小さくなり、流路内に水が蓄積しやすい。 The flow path provided in the separator for supplying the reactant to the fuel cell stack has various shapes. In general, there are a serpentine type in which one to several channels are bent in a bent shape, and a parallel type channel in which several tens of channels are linearly provided in parallel. In the serpentine type, the length of the flow path is increased, the pressure loss is increased, and the number of flow paths is small, so that the force for discharging water generated in the flow path is large. For this reason, water blockage in the flow path is unlikely to occur. On the other hand, in the parallel type, since the flow path length is short and the number is large, the pressure loss is small and water is likely to accumulate in the flow path.

本発明は、流路における水閉塞状態を起こしやすいパラレル型流路を備える方の反応物質経路に対して適用すると、より大きな効果が得られるため好ましい。 The present invention is preferably applied to a reactant path having a parallel channel that easily causes a water blockage in the channel because a greater effect can be obtained.

直接酸化型燃料電池では、アノード側の流路には液体の燃料が直接供給され、それが次第に消費されていく。また、電極反応によって電極面内の至る所で気体のＣＯ_２が生成し、排出される。つまり、液体が消費されて気体が生成するため、アノード側の流路内では水の蓄積は起こりにくい。一方、カソード側の流路には空気が供給され、それが次第に消費されていく。また、電極反応によって電極面内の至る所で水が生成する。つまり、気体が消費されて液体が生成するため、カソード側の流路内では水の蓄積が起こりやすい。 In the direct oxidation fuel cell, liquid fuel is directly supplied to the flow path on the anode side and is gradually consumed. Further, gaseous CO ₂ is generated and discharged everywhere in the electrode surface by the electrode reaction. That is, since liquid is consumed and gas is generated, accumulation of water hardly occurs in the flow path on the anode side. On the other hand, air is supplied to the flow path on the cathode side and is gradually consumed. Further, water is generated everywhere in the electrode surface by the electrode reaction. That is, since gas is consumed and liquid is generated, water is likely to accumulate in the channel on the cathode side.

カソード側の流路がパラレル型流路である場合が、最も水閉塞状態が起こりやすい。本発明は、このような構成の直接酸化型燃料電池のカソード側の経路に対して適用すると、最も大きな効果が得られるため好ましい。 When the cathode side channel is a parallel channel, the water blockage is most likely to occur. The present invention is preferably applied to the cathode side path of the direct oxidation fuel cell having such a configuration because the greatest effect can be obtained.

本発明では、燃料電池スタックの流路における水閉塞状態が発生した場合に圧力損失を下げるが、この時、空気ポンプや燃料ポンプなどの補器類の消費電力を大きくしない。空気ポンプや燃料ポンプは、経路の圧力損失が下がると、同じ流量に保つ場合には消費電力が小さくなる。または、消費電力を一定に保つ場合には流量が増加する。燃料電池スタックの流路内に蓄積した水を排出するためには、経路に流れる空気や燃料の流量が大きい方が排出する力が大きくなるため、より効果的である。空気ポンプや燃料ポンプなどの補器類の消費電力は一定に保つことが好ましい。 In the present invention, the pressure loss is reduced when a water blockage occurs in the flow path of the fuel cell stack, but at this time, the power consumption of auxiliary devices such as an air pump and a fuel pump is not increased. When the pressure loss of the air pump and the fuel pump decreases, the power consumption decreases when the flow rate is kept the same. Alternatively, the flow rate increases when the power consumption is kept constant. In order to discharge the water accumulated in the flow path of the fuel cell stack, the larger the flow rate of air or fuel flowing through the path, the more effective the discharge power becomes, and thus it is more effective. It is preferable to keep power consumption of auxiliary devices such as an air pump and a fuel pump constant.

本発明の直接酸化型燃料電池システムは、上記のように、燃料電池スタックの、反応物質が流れる経路のうち燃料電池スタック出口から大気への排出口までの間の圧力損失を一時的に下げる構造と制御に特徴を有する。これ以外の構成要素は、特に限定されず、例えば従来の直接酸化型燃料電池システムと同様の構成要素を用いることができる。以下、図１を再度参照しながら、構成要素について説明する。 As described above, the direct oxidation fuel cell system of the present invention has a structure in which the pressure loss between the outlet of the fuel cell stack from the outlet of the fuel cell stack to the discharge port to the atmosphere in the fuel cell stack is temporarily reduced. And has features in control. The other components are not particularly limited, and for example, the same components as those of the conventional direct oxidation fuel cell system can be used. Hereinafter, the constituent elements will be described with reference to FIG. 1 again.

カソード３は、電解質膜４に接するカソード触媒層８およびカソード側セパレーター１１に接するカソード拡散層９を含む。カソード拡散層９は、例えば、カソード触媒層８に接する導電性撥水層と、カソード側セパレーター１１に接する基材層とを含む。 The cathode 3 includes a cathode catalyst layer 8 in contact with the electrolyte membrane 4 and a cathode diffusion layer 9 in contact with the cathode-side separator 11. The cathode diffusion layer 9 includes, for example, a conductive water-repellent layer in contact with the cathode catalyst layer 8 and a base material layer in contact with the cathode-side separator 11.

カソード触媒層８は、カソード触媒と高分子電解質を含む。カソード触媒としては、触媒活性の高いＰｔなどの貴金属が好ましい。カソード触媒は、そのまま用いてもよいし、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、電子伝導性および耐酸性の高さから、カーボンブラックなどの炭素材料を用いることが好ましい。高分子電解質としては、プロトン伝導性を有するパーフルオロスルホン酸系高分子材料、炭化水素系高分子材料などを用いることが好ましい。パーフルオロスルホン酸系高分子材料としては、例えば、Ｎａ
ｆｉｏｎ（登録商標）などを用いることができる。 The cathode catalyst layer 8 includes a cathode catalyst and a polymer electrolyte. As the cathode catalyst, a noble metal such as Pt having high catalytic activity is preferable. The cathode catalyst may be used as it is or may be used in a form supported on a carrier. As the carrier, it is preferable to use a carbon material such as carbon black because of its high electron conductivity and acid resistance. As the polymer electrolyte, it is preferable to use a perfluorosulfonic acid polymer material or a hydrocarbon polymer material having proton conductivity. Examples of perfluorosulfonic acid polymer materials include Na
fion (registered trademark) or the like can be used.

アノード２は、電解質膜４に接するアノード触媒層６およびアノード側セパレーター１０に接するアノード拡散層７を含む。アノード拡散層７は、例えば、アノード触媒層６に接する導電性撥水層と、アノード側セパレーター１０に接する基材層とを含む。 The anode 2 includes an anode catalyst layer 6 in contact with the electrolyte membrane 4 and an anode diffusion layer 7 in contact with the anode side separator 10. The anode diffusion layer 7 includes, for example, a conductive water-repellent layer in contact with the anode catalyst layer 6 and a base material layer in contact with the anode-side separator 10.

アノード触媒層６は、アノード触媒と高分子電解質を含む。アノード触媒としては、一酸化炭素による触媒の被毒を低減する観点から、ＰｔとＲｕとの合金触媒が好ましい。アノード触媒は、そのまま用いてもよいし、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、カソード触媒を担持する担体と同様の炭素材料を用いることができる。アノード触媒層６に含まれる高分子電解質としては、カソード触媒層８に用いられる材料と同様の材料を用いることができる。 The anode catalyst layer 6 includes an anode catalyst and a polymer electrolyte. The anode catalyst is preferably an alloy catalyst of Pt and Ru from the viewpoint of reducing catalyst poisoning by carbon monoxide. The anode catalyst may be used as it is or may be used in a form supported on a support. As the carrier, the same carbon material as the carrier supporting the cathode catalyst can be used. As the polymer electrolyte contained in the anode catalyst layer 6, the same material as that used for the cathode catalyst layer 8 can be used.

アノード拡散層７およびカソード拡散層９に含まれる導電性撥水層は、導電剤と撥水剤を含む。導電性撥水層に含まれる導電剤としては、カーボンブラックなど、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。導電性撥水層に含まれる撥水剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。 The conductive water repellent layer included in the anode diffusion layer 7 and the cathode diffusion layer 9 includes a conductive agent and a water repellent. As the conductive agent contained in the conductive water repellent layer, a material commonly used in the field of fuel cells such as carbon black can be used without any particular limitation. As the water repellent contained in the conductive water repellent layer, a material commonly used in the field of fuel cells such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used without any particular limitation.

基材層としては、導電性の多孔質材料が用いられる。導電性の多孔質材料としては、カーボンペーパーなど、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。これらの多孔質材料は、燃料の拡散性および生成水の排出性などを向上させるために、撥水剤を含んでいてもよい。撥水剤は、導電性撥水層に含まれる撥水剤と同様の材料を用いることができる。 As the base material layer, a conductive porous material is used. As the conductive porous material, a material commonly used in the field of fuel cells such as carbon paper can be used without any particular limitation. These porous materials may contain a water repellent in order to improve the diffusibility of the fuel and the discharge of generated water. As the water repellent, the same material as the water repellent contained in the conductive water repellent layer can be used.

電解質膜４としては、例えば、従来から用いられているプロトン伝導性高分子膜を特に限定なく使用できる。具体的には、パーフルオロスルホン酸系高分子膜、炭化水素系高分子膜などを好ましく使用できる。パーフルオロスルホン酸系高分子膜としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などが挙げられる。 As the electrolyte membrane 4, for example, a conventionally used proton conductive polymer membrane can be used without any particular limitation. Specifically, perfluorosulfonic acid polymer membranes, hydrocarbon polymer membranes and the like can be preferably used. Examples of the perfluorosulfonic acid polymer membrane include Nafion (registered trademark).

図１に示される直接酸化型燃料電池は、例えば、以下の方法で作製することができる。電解質膜４の一方の面にアノード２を、他方の面にカソード３を、ホットプレス法などを用いて接合して、ＭＥＡ５を作製する。次いで、ＭＥＡ５を、アノード側セパレーター１０およびカソード側セパレーター１１で挟み込む。このとき、ＭＥＡ５のアノード２をガスケット１４で封止し、カソード３をガスケット１５で封止するように配置する。その後、アノード側セパレーター１０およびカソード側セパレーター１１の外側に、それぞれ、集電板１６および１７、端板１８および１９を積層し、これらを締結する。さらに、端板１８および１９の外側に、温度調整用のヒーターを積層してもよい。このようにして、図１の燃料電池セル１を得ることができる。 The direct oxidation fuel cell shown in FIG. 1 can be manufactured, for example, by the following method. MEA 5 is manufactured by bonding anode 2 to one surface of electrolyte membrane 4 and cathode 3 to the other surface using a hot press method or the like. Next, the MEA 5 is sandwiched between the anode side separator 10 and the cathode side separator 11. At this time, the anode 2 of the MEA 5 is sealed with the gasket 14 and the cathode 3 is sealed with the gasket 15. Thereafter, current collector plates 16 and 17 and end plates 18 and 19 are laminated on the outside of the anode side separator 10 and the cathode side separator 11, respectively, and are fastened. Furthermore, a temperature adjusting heater may be laminated outside the end plates 18 and 19. In this way, the fuel cell 1 of FIG. 1 can be obtained.

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to a following example.

《実施例１》
（ａ）カソード触媒層の作製
カソード触媒とカソード触媒を担持する触媒担体とを含むカソード触媒担持体を用いた。カソード触媒として、Ｐｔ触媒を用いた。触媒担体としては、カーボンブラック（商品名：ケッチェンブラックＥＣＰ、ケッチェンブラックインターナショナル社製）を用いた。Ｐｔ触媒とカーボンブラックとの合計重量に占めるＰｔ触媒の重量の割合は、５０重量
％とした。 Example 1
(A) Preparation of cathode catalyst layer A cathode catalyst support including a cathode catalyst and a catalyst carrier supporting the cathode catalyst was used. A Pt catalyst was used as the cathode catalyst. As the catalyst carrier, carbon black (trade name: Ketjen Black ECP, manufactured by Ketjen Black International) was used. The ratio of the weight of the Pt catalyst to the total weight of the Pt catalyst and carbon black was 50% by weight.

前記カソード触媒担持体をイソプロパノール水溶液に分散させた液と、高分子電解質であるナフィオン（登録商標）の分散液（シグマアルドリッチジャパン（株）製、ナフィオン５重量％溶液）とを混合し、カソード触媒層インクを調製した。カソード触媒層インクを、ドクターブレード法を用いて、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）シート上に塗布し、乾燥して、カソード触媒層を得た。 A solution in which the cathode catalyst support is dispersed in an aqueous isopropanol solution and a dispersion of Nafion (registered trademark), which is a polymer electrolyte (Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., 5% by weight Nafion solution) are mixed to prepare a cathode catalyst. A layer ink was prepared. The cathode catalyst layer ink was applied onto a polytetrafluoroethylene (PTFE) sheet using a doctor blade method and dried to obtain a cathode catalyst layer.

（ｂ）アノード触媒層の作製
アノード触媒として、ＰｔＲｕ触媒（原子比Ｐｔ：Ｒｕ＝１：１）を用いた。カソード触媒の代わりに、前記アノード触媒を用いたこと以外、カソード触媒層と同様にして、アノード触媒層を作製した。なお、ＰｔＲｕ触媒とケッチェンブラックとの合計重量に占めるＰｔＲｕ触媒の重量の割合は、５０重量％とした。 (B) Production of anode catalyst layer A PtRu catalyst (atomic ratio Pt: Ru = 1: 1) was used as the anode catalyst. An anode catalyst layer was produced in the same manner as the cathode catalyst layer except that the anode catalyst was used instead of the cathode catalyst. The ratio of the weight of the PtRu catalyst to the total weight of the PtRu catalyst and ketjen black was 50% by weight.

（ｃ）導電性撥水層ペーストの調製
撥水剤分散液と導電剤とを、所定の界面活性剤を添加したイオン交換水に分散混合して、導電性撥水層ペーストを調製した。撥水剤分散液としては、ＰＴＦＥディスパージョン（シグマアルドリッチジャパン（株）製、ＰＴＦＥの含有量６０質量％）を用いた。導電剤には、アセチレンブラック（電気化学工業（株）製、デンカブラック）を用いた。 (C) Preparation of conductive water repellent layer paste A water repellent dispersion and a conductive agent were dispersed and mixed in ion-exchanged water to which a predetermined surfactant was added to prepare a conductive water repellent layer paste. As the water repellent dispersion, PTFE dispersion (Sigma Aldrich Japan Co., Ltd., PTFE content 60 mass%) was used. As the conductive agent, acetylene black (Denka Black, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) was used.

（ｄ）基材層の作製
アノード拡散層のアノード基材層を構成する導電性の多孔質材料として、カーボンペーパー（東レ（株）製、ＴＧＰ−Ｈ−０９０、厚み２７０μｍ）を用いた。前記カーボンペーパーを、撥水剤であるＰＴＦＥを含むＰＴＦＥディスパージョン（シグマアルドリッチジャパン（株）製）に浸漬させ、乾燥させた。こうして、前記カーボンペーパーに、撥水処理を施した。 (D) Production of base material layer As a conductive porous material constituting the anode base material layer of the anode diffusion layer, carbon paper (manufactured by Toray Industries, Inc., TGP-H-090, thickness 270 μm) was used. The carbon paper was dipped in a PTFE dispersion (manufactured by Sigma Aldrich Japan Co., Ltd.) containing PTFE as a water repellent and dried. Thus, the carbon paper was subjected to a water repellent treatment.

カソード拡散層のカソード基材層を構成する導電性の多孔質材料として、カーボンクロス（バラードマテリアルプロダクツ社製、ＡｖＣａｒｂ（登録商標）１０７１ＨＣＢ）を用いた。このカーボンクロスにも、上記と同様の方法で、撥水処理を施した。 As a conductive porous material constituting the cathode base material layer of the cathode diffusion layer, carbon cloth (manufactured by Ballard Material Products, AvCarb (registered trademark) 1071HCB) was used. This carbon cloth was also subjected to water repellent treatment in the same manner as described above.

（ｅ）アノード拡散層およびカソード拡散層の作製
前記（ｄ）で作製したアノード基材層の片面に、（ｃ）で作製した導電性撥水層ペーストを塗布し、乾燥して、アノード拡散層を作製した。同様に、前記（ｄ）で作製したカソード基材層の片面に、（ｃ）で作製した導電性撥水層ペーストを塗布し、乾燥して、カソード拡散層を作製した。 (E) Preparation of anode diffusion layer and cathode diffusion layer The conductive water-repellent layer paste prepared in (c) is applied to one side of the anode base layer prepared in (d) and dried, and then the anode diffusion layer Was made. Similarly, the conductive water repellent layer paste prepared in (c) was applied to one side of the cathode base material layer prepared in (d) and dried to prepare a cathode diffusion layer.

（ｆ）ＭＥＡの作製
前記（ａ）においてＰＴＦＥシート上に形成したカソード触媒層を、電解質膜（商品名：ナフィオン（登録商標）１１２、デュポン（株）製）の一方の面に積層し、前記（ｂ）においてＰＴＦＥシート上に形成したアノード触媒層を、電解質膜の他方の面に積層した。このとき、カソード触媒層およびアノード触媒層は、カソード触媒層のＰＴＦＥシートが配置された面とは反対側の面およびアノード触媒層のＰＴＦＥシートが配置された面とは反対側の面が、それぞれ電解質膜の一方の面および他方の面に接するように、積層した。この後、カソード触媒層およびアノード触媒層を電解質膜にホットプレス法によって接合するとともに、カソード触媒層およびアノード触媒層からＰＴＦＥシートを剥離した。 (F) Production of MEA The cathode catalyst layer formed on the PTFE sheet in (a) above was laminated on one surface of an electrolyte membrane (trade name: Nafion (registered trademark) 112, manufactured by DuPont), and The anode catalyst layer formed on the PTFE sheet in (b) was laminated on the other surface of the electrolyte membrane. At this time, the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer have a surface opposite to the surface on which the PTFE sheet of the cathode catalyst layer is disposed and a surface on the opposite side of the surface on which the PTFE sheet of the anode catalyst layer is disposed, respectively. The electrolyte membrane was laminated so as to be in contact with one surface and the other surface. Thereafter, the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer were joined to the electrolyte membrane by a hot press method, and the PTFE sheet was peeled from the cathode catalyst layer and the anode catalyst layer.

次いで、ホットプレス法により、カソード触媒層にカソード拡散層を接合し、アノード触媒層にアノード拡散層を接合した。こうして、ＭＥＡを作製した。 Next, the cathode diffusion layer was bonded to the cathode catalyst layer and the anode diffusion layer was bonded to the anode catalyst layer by hot pressing. In this way, MEA was produced.

（ｇ）燃料電池スタックの作製
ＭＥＡの外周部に露出した電解質膜の両面に、それぞれその電解質膜の露出部を全て覆うようにゴム製ガスケットを配した。アノード側セパレーターおよびカソード側セパレーターで、ＭＥＡを挟持するように積層した。アノード側セパレーターのアノードに接する面には、燃料を供給する燃料流路を形成しておいた。カソード側セパレーターのカソードに接する面には、酸化剤を供給する酸化剤流路を形成しておいた。流路はいずれもサーペンタイン型とした。このようにして直接酸化型燃料電池セルを得た。 (G) Production of Fuel Cell Stack A rubber gasket was disposed on both surfaces of the electrolyte membrane exposed on the outer periphery of the MEA so as to cover all the exposed portions of the electrolyte membrane. The MEAs were laminated so as to be sandwiched between the anode side separator and the cathode side separator. A fuel flow path for supplying fuel was formed on the surface of the anode separator in contact with the anode. An oxidant flow path for supplying an oxidant was formed on the surface of the cathode side separator in contact with the cathode. All the flow paths were serpentine type. In this way, a direct oxidation fuel cell was obtained.

同様にして合計１０個のセルを作製し、これらを順に積層した。次に、両端に位置するアノード側セパレーターおよびカソード側セパレーターの外側に、それぞれ、集電板、絶縁板、端板を、この順で積層した。得られた積層体を、所定の締結手段で締結した。端板の外側に、温度調整用のヒーターを貼り付けた。各セルのカソード入口にマニホールドを取り付け、１つに集約した。各セルのカソード出口、アノード入口、アノード出口も同様にして、マニホールドを取り付けてそれぞれ１つに集約した。このようにして直接酸化型燃料電池スタックを得た。 Similarly, a total of 10 cells were produced, and these were laminated in order. Next, a current collector plate, an insulating plate, and an end plate were laminated in this order on the outside of the anode side separator and the cathode side separator located at both ends. The obtained laminate was fastened by a predetermined fastening means. A heater for temperature adjustment was attached to the outside of the end plate. A manifold was attached to the cathode inlet of each cell, and they were integrated into one. In the same manner, the cathode outlet, anode inlet, and anode outlet of each cell were combined into one by attaching a manifold. In this way, a direct oxidation fuel cell stack was obtained.

（ｈ）燃料電池システムの作製
前記（ｇ）で作製した燃料電池スタックのカソード入口マニホールドにマスフローコントローラーを、アノード入口マニホールドに燃料ポンプを、カソード出口マニホールドおよびアノード出口マニホールドに、それぞれ開度調整バルブを取り付けた。燃料電池スタックの各セルのセパレーターに電圧測定用の端子を接続し、集電板に接続した電流印加用の端子と共に情報処理装置に接続した。情報処理装置は燃料電池スタックの運転を制御するものであり、マスフローコントローラー、燃料ポンプ、カソードおよびアノードの開度調整バルブの制御用端子も接続した。 (H) Production of fuel cell system A mass flow controller is installed in the cathode inlet manifold of the fuel cell stack produced in (g), a fuel pump is installed in the anode inlet manifold, and an opening adjustment valve is installed in each of the cathode outlet manifold and anode outlet manifold. Attached. A voltage measurement terminal was connected to the separator of each cell of the fuel cell stack, and was connected to the information processing apparatus together with a current application terminal connected to the current collector plate. The information processing apparatus controls the operation of the fuel cell stack, and is connected to a mass flow controller, a fuel pump, and control terminals for cathode and anode opening adjustment valves.

カソード出口弁およびアノード出口弁は、いずれも開度５０％の状態を定常の運転時の状態とした。燃料電池スタックの発電中には各セルの電圧を測定し、いずれかのセルの電圧が直前３０分間の電圧の平均値よりも１５％低くなった場合に、一時的に開度１００％となるようにした。この時、空気ポンプおよび燃料ポンプの消費電力は一定に保つようにした。このような制御を、情報処理装置にプログラムした。このようにして、実施例１の直接酸化型燃料電池システムを得た。 For the cathode outlet valve and the anode outlet valve, a state in which the degree of opening was 50% was regarded as a state during normal operation. During power generation of the fuel cell stack, the voltage of each cell is measured, and when the voltage of any cell is 15% lower than the average value of the voltage for the last 30 minutes, the opening degree is temporarily 100%. I did it. At this time, the power consumption of the air pump and the fuel pump was kept constant. Such control is programmed in the information processing apparatus. Thus, the direct oxidation fuel cell system of Example 1 was obtained.

（ｉ）評価
燃料電池システムを、以下のようにして発電させた。燃料電池セルのカソードには空気を供給し、アノードには１ｍｏｌ／Ｌのメタノール水溶液を供給した。発電電流は１５０ｍＡ／ｃｍ^２の定電流とした。スタックの温度は６０℃に保つようにし、空気の利用率は５０％、燃料の利用率は７０％とした。発電時間は４時間とした。 (I) Evaluation The fuel cell system was generated as follows. Air was supplied to the cathode of the fuel cell, and a 1 mol / L aqueous methanol solution was supplied to the anode. The generated current was a constant current of 150 mA / cm ² . The stack temperature was maintained at 60 ° C., the air utilization rate was 50%, and the fuel utilization rate was 70%. The power generation time was 4 hours.

初期のスタック発電電圧に対する発電４時間後のスタック発電電圧の比率を測定し、発電特性の変化を確認した。得られた結果を表１に示す。 The ratio of the stack power generation voltage after 4 hours of power generation to the initial stack power generation voltage was measured to confirm the change in power generation characteristics. The obtained results are shown in Table 1.

《実施例２》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。カソード入口マニホールドにマスフローコントローラーを、アノード入口マニホールドに燃料ポンプを、カソード出口マニホールドおよびアノード出口マニホールドに、それぞれ三方式の経路の切り替え弁を取り付けた。カソードおよびアノードの切り替え弁に、それぞれ経路長が１００ｃｍの排出用チューブと経路長が１０ｃｍの排出用チューブを取り付けた。いずれの排出用チューブも、断面積は同じものとした。燃料電池スタックの各セルのセパレーターに電圧測定用の端子を接続し、集電板に接続した電流印加用の端子と共に情報処理装置に接続した。マスフローコントローラー、燃料ポンプ、カソードおよびアノードの切り替え弁の制御用端子も
接続した。 Example 2
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. A mass flow controller was attached to the cathode inlet manifold, a fuel pump was attached to the anode inlet manifold, and switching valves of three types of paths were attached to the cathode outlet manifold and the anode outlet manifold, respectively. A discharge tube with a path length of 100 cm and a discharge tube with a path length of 10 cm were attached to the cathode and anode switching valves, respectively. All the discharge tubes have the same cross-sectional area. A voltage measurement terminal was connected to the separator of each cell of the fuel cell stack, and was connected to the information processing apparatus together with a current application terminal connected to the current collector plate. A mass flow controller, fuel pump, cathode and anode switching valve control terminals were also connected.

カソード切り替え弁およびアノード切り替え弁は、いずれも１００ｃｍの排出用チューブに連通する方向を定常の運転時の状態とした。燃料電池スタックの発電中には各セルの電圧を測定し、いずれかのセルの電圧が全セルの電圧の平均値よりも１５％低くなった場合に、一時的に１０ｃｍの排出用チューブと連通する方向に切り替えるようにした。この時、空気ポンプおよび燃料ポンプの消費電力は一定に保つようにした。このような制御を、情報処理装置にプログラムした。このようにして、実施例２の直接酸化型燃料電池システムを得た。 Both the cathode switching valve and the anode switching valve were in the state of steady operation in the direction communicating with the 100 cm discharge tube. During the power generation of the fuel cell stack, the voltage of each cell is measured, and when the voltage of any cell is 15% lower than the average value of the voltage of all the cells, it temporarily communicates with the 10 cm discharge tube. Changed to the direction to do. At this time, the power consumption of the air pump and the fuel pump was kept constant. Such control is programmed in the information processing apparatus. Thus, the direct oxidation fuel cell system of Example 2 was obtained.

作製した燃料電池システムについて、実施例１と同様にして評価を行った。得られた結果を表１に示す。 The produced fuel cell system was evaluated in the same manner as in Example 1. The obtained results are shown in Table 1.

《実施例３》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。ラジエーターを設け、カソードおよびアノードの経路長が１００ｃｍの排出用チューブがラジエーターを通るようにした。ラジエーターは、長さ１０ｃｍの直線部が４つと、それらをつなぐ屈曲部から成る。上記以外は実施例２と同様にして、実施例３の直接酸化型燃料電池システムを得た。 Example 3
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. A radiator was provided so that a discharge tube having a cathode and anode path length of 100 cm passed through the radiator. The radiator is composed of four straight portions having a length of 10 cm and bent portions connecting them. A direct oxidation fuel cell system of Example 3 was obtained in the same manner as Example 2 except for the above.

《実施例４》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。カソード入口マニホールドにマスフローコントローラーを、アノード入口マニホールドに燃料ポンプを、カソード出口マニホールドおよびアノード出口マニホールドに、それぞれ三方式の経路の切り替え弁を取り付けた。カソードおよびアノードの切り替え弁に、それぞれ経路長が１００ｃｍの排出用チューブを取り付けた。いずれの排出用チューブも、断面積は同じものとした。カソードおよびアノードの排出用チューブのうち、片方には、吸着浄化用の活性炭フィルターを取り付けた。 Example 4
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. A mass flow controller was attached to the cathode inlet manifold, a fuel pump was attached to the anode inlet manifold, and switching valves of three types of paths were attached to the cathode outlet manifold and the anode outlet manifold, respectively. A discharge tube having a path length of 100 cm was attached to each of the cathode and anode switching valves. All the discharge tubes have the same cross-sectional area. An activated carbon filter for adsorption purification was attached to one of the cathode and anode discharge tubes.

カソード切り替え弁およびアノード切り替え弁は、いずれも活性炭フィルターを備えた排出用チューブに連通する方向を定常の運転時の状態とした。燃料電池スタックの発電中には各セルの電圧を測定し、いずれかのセルの電圧が全セルの電圧の平均値よりも１５％低くなった場合に、一時的に活性炭フィルターを備えない排出用チューブと連通する方向に切り替えるようにした。この時、空気ポンプおよび燃料ポンプの消費電力は一定に保つようにした。このような制御を、情報処理装置にプログラムした。このようにして、実施例４の直接酸化型燃料電池システムを得た。 Both the cathode switching valve and the anode switching valve were in a state of steady operation in the direction communicating with the discharge tube provided with the activated carbon filter. During the power generation of the fuel cell stack, the voltage of each cell is measured, and when the voltage of any cell is 15% lower than the average value of the voltage of all the cells, for temporary discharge without an activated carbon filter The direction was changed to communicate with the tube. At this time, the power consumption of the air pump and the fuel pump was kept constant. Such control is programmed in the information processing apparatus. Thus, the direct oxidation fuel cell system of Example 4 was obtained.

《実施例５》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。カソード入口マニホールドおよびアノード入口マニホールドに、それぞれ圧力センサーを取り付けた。これら圧力センサーを情報処理装置に接続した。燃料電池スタックの発電中にはカソードおよびアノードの圧力を測定し、いずれかの圧力が直前３０分間の電圧の平均値よりも１５％高くなった場合に、そちらの出口弁を一時的に開度１００％となるようにした。上記以外は実施例１と同様にして、実施例４の直接酸化型燃料電池システムを得た。 Example 5
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. Pressure sensors were attached to the cathode inlet manifold and the anode inlet manifold, respectively. These pressure sensors were connected to the information processing apparatus. During power generation of the fuel cell stack, the cathode and anode pressures are measured, and when either pressure becomes 15% higher than the average voltage for the last 30 minutes, the outlet valve is temporarily opened. It was set to 100%. Except for the above, a direct oxidation fuel cell system of Example 4 was obtained in the same manner as Example 1.

《実施例６》
カソード側セパレーターの流路をパラレル型としたこと以外は実施例１と同様にして、燃料電池スタックを作製した。カソード入口マニホールドにマスフローコントローラーを、アノード入口マニホールドに燃料ポンプを、カソード出口マニホールドに三方式の経路の切り替え弁を取り付けた。カソード切り替え弁に経路長が１００ｃｍの排出用チューブと経路長が１０ｃｍの排出用チューブを取り付けた。いずれの排出用チューブも、断面積は同じものとした。 Example 6
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1 except that the flow path of the cathode side separator was changed to the parallel type. A mass flow controller was attached to the cathode inlet manifold, a fuel pump was attached to the anode inlet manifold, and a three-way switching valve was attached to the cathode outlet manifold. A discharge tube having a path length of 100 cm and a discharge tube having a path length of 10 cm were attached to the cathode switching valve. All the discharge tubes have the same cross-sectional area.

カソード切り替え弁は１００ｃｍの排出用チューブに連通する方向を定常の運転時の状態とした。燃料電池スタックの発電中には各セルの電圧を測定し、いずれかのセルの電圧が全セルの電圧の平均値よりも１５％低くなった場合に、一時的に１０ｃｍの排出用チューブと連通する方向に切り替えるようにした。この時、空気ポンプおよび燃料ポンプの消費電力は一定に保つようにした。このような制御を、情報処理装置にプログラムした。このようにして、実施例６の直接酸化型燃料電池システムを得た。 The direction in which the cathode switching valve communicates with the 100 cm discharge tube was set to a state during normal operation. During the power generation of the fuel cell stack, the voltage of each cell is measured, and when the voltage of any cell is 15% lower than the average value of the voltage of all the cells, it temporarily communicates with the 10 cm discharge tube. Changed to the direction to do. At this time, the power consumption of the air pump and the fuel pump was kept constant. Such control is programmed in the information processing apparatus. In this way, a direct oxidation fuel cell system of Example 6 was obtained.

《比較例１》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。カソードおよびアノードの出口弁を設けず、各セルの電圧に基づいた出口弁の開度の変更をしないようにした。出口弁に相当する箇所の断面積は、出口弁が開度５０％である場合と同じとした。上記以外は実施例１と同様にして、比較例１の直接酸化型燃料電池システムを得た。 << Comparative Example 1 >>
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. The cathode and anode outlet valves were not provided, and the opening degree of the outlet valve was not changed based on the voltage of each cell. The cross-sectional area of the portion corresponding to the outlet valve was the same as when the outlet valve had an opening degree of 50%. Except for the above, a direct oxidation fuel cell system of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as Example 1.

《比較例２》
実施例１と同様にして燃料電池スタックを作製した。カソードおよびアノードの出口弁を設けず、出口弁に相当する箇所の断面積は、出口弁が開度５０％である場合と同じとした。燃料電池スタックの発電中には各セルの電圧を測定し、いずれかのセルの電圧が直前３０分間の電圧の平均値よりも１５％低くなった場合に、一時的に空気ポンプおよび燃料ポンプの流量が５０％多くなるようにした。上記以外は実施例１と同様にして、比較例１の直接酸化型燃料電池システムを得た。 << Comparative Example 2 >>
A fuel cell stack was produced in the same manner as in Example 1. The cathode and anode outlet valves were not provided, and the cross-sectional area corresponding to the outlet valve was the same as when the outlet valve had an opening degree of 50%. During power generation of the fuel cell stack, the voltage of each cell is measured, and when the voltage of any cell becomes 15% lower than the average value of the voltage for the last 30 minutes, the air pump and the fuel pump are temporarily The flow rate was increased by 50%. Except for the above, a direct oxidation fuel cell system of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as Example 1.

燃料電池スタックの流路における水閉塞状態を検出した場合に、反応物質が流れる経路のうち、燃料電池スタックの出口から大気への排出口までの間で圧力損失を一時的に下げる構成とした実施例１〜６の燃料電池は、いずれも、４時間の発電後でも良好な発電電圧を保っていた。これに対して、燃料電池スタックに蓄積した水を排出する手段を設けなかった比較例１の燃料電池は、４時間の発電後には、発電電圧が大きく低下していた。また、空気ポンプおよび燃料ポンプの流量を大きくして水を排出する構成とした比較例２の燃料電池では、４時間の発電後でも良好な発電電圧を保っていたが、補器類の消費電力が増加したため、燃料電池システムとしての発電電力としては一時的に低下した。 Implemented a configuration to temporarily reduce the pressure loss between the outlet of the fuel cell stack and the outlet to the atmosphere in the flow path of the reactant when a water blockage in the flow path of the fuel cell stack is detected The fuel cells of Examples 1 to 6 maintained a good generated voltage even after 4 hours of power generation. On the other hand, in the fuel cell of Comparative Example 1 in which no means for discharging the water accumulated in the fuel cell stack was provided, the power generation voltage was greatly reduced after 4 hours of power generation. Further, in the fuel cell of Comparative Example 2 configured to discharge water by increasing the flow rates of the air pump and the fuel pump, a good power generation voltage was maintained even after power generation for 4 hours. As a result, the power generated by the fuel cell system temporarily decreased.

実施例１〜６は、それぞれ水閉塞状態の検出手段や水の排出手段が異なっているが、いずれも良好な発電特性を維持できており、本発明の効果が得られていると言える。 In Examples 1 to 6, the water blocking state detecting means and the water discharging means are different from each other, but all can maintain good power generation characteristics, and it can be said that the effects of the present invention are obtained.

以上の結果より、本発明によれば、補器類の消費電力を大きくすることなく燃料電池スタックの流路における水閉塞状態を解消し、長時間の発電時にも良好な発電特性を発揮できる直接酸化型燃料電池システムを得られることがわかった。 From the above results, according to the present invention, the water blockage in the flow path of the fuel cell stack can be eliminated without increasing the power consumption of the auxiliary devices, and direct power generation characteristics can be exhibited even during long-time power generation. It was found that an oxidation fuel cell system can be obtained.

本発明により、直接酸化型燃料電池システムの長時間の発電時において、燃料電池スタックの水の蓄積による発電特性の低下を抑制することができる。よって、本発明により、良好な発電特性を維持する直接酸化型燃料電池システムを得ることができる。本発明の直接酸化型燃料電池システムは、ノートＰＣなどの小型機器用の電源、およびポータブル発電機として非常に有用である。 According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in power generation characteristics due to accumulation of water in the fuel cell stack during long-time power generation of the direct oxidation fuel cell system. Therefore, according to the present invention, a direct oxidation fuel cell system that maintains good power generation characteristics can be obtained. The direct oxidation fuel cell system of the present invention is very useful as a power source for small devices such as notebook PCs and a portable generator.

１燃料電池セル
２アノード
３カソード
４電解質膜
５膜電極接合体（ＭＥＡ）
６アノード触媒層
７アノード拡散層
８カソード触媒層
９カソード拡散層
１０アノード側セパレーター
１１カソード側セパレーター
１２燃料流路
１３酸化剤流路
１４、１５ガスケット
１６、１７集電板
１８、１９端板
２０燃料電池スタック
２１空気ポンプ
２２燃料ポンプ
２３状態検出手段
２４カソード出口弁
２５アノード出口弁
２６情報処理装置
２７カソード切り替え弁
２８アノード切り替え弁
２９、３０カソード排出経路
３１、３２アノード排出経路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell 2 Anode 3 Cathode 4 Electrolyte membrane 5 Membrane electrode assembly (MEA)
6 Anode catalyst layer 7 Anode diffusion layer 8 Cathode catalyst layer 9 Cathode diffusion layer 10 Anode-side separator 11 Cathode-side separator 12 Fuel flow path 13 Oxidant flow path 14, 15 Gasket 16, 17 Current collector plate 18, 19 End plate 20 Fuel Battery stack 21 Air pump 22 Fuel pump 23 State detection means 24 Cathode outlet valve 25 Anode outlet valve 26 Information processing device 27 Cathode switching valve 28 Anode switching valve 29, 30 Cathode discharge path 31, 32 Anode discharge path

Claims

A fuel cell stack in which a plurality of direct oxidation fuel cells having a cathode and an anode, and a pair of flow paths arranged opposite to the cathode and the anode, and a pump for supplying reactants to the fuel cell stack; And a state detecting means for detecting a water blocking state in the flow path of the fuel cell stack,
When the fuel cell stack generates power, when the state detection unit detects a water blockage in the flow path of the fuel cell stack, the outlet from the fuel cell stack to the atmosphere in the path through which the reactant flows. A direct oxidation fuel cell system that reduces pressure loss to the outlet.

The state detection means includes: the generated power of the fuel cell stack; the generated voltage of the fuel cell; the pressure between the pump and the outlet of the fuel cell stack in the path through which the reactant flows; and the fuel cell The direct oxidation fuel cell system according to claim 1, wherein at least one of the flow rates of the reactants flowing through the flow path is measured.

A variable opening degree valve is provided between the outlet of the fuel cell stack from the outlet of the fuel cell stack to the outlet of the atmosphere in the flow path of the reactant, and the pressure loss is reduced by increasing the opening degree of the valve. The direct oxidation fuel cell system according to claim 1 or 2.

A plurality of paths having different pressure losses are provided between an outlet of the fuel cell stack and an outlet to the atmosphere among paths through which the reactant flows, and the pressure loss is reduced by switching the plurality of paths to each other. Item 4. The direct oxidation fuel cell system according to any one of Items 1 to 3.

A path through which the reactant flows, and at least part of the path from the outlet of the fuel cell stack to the outlet to the atmosphere passes through the radiator, and the plurality of paths pass through the radiator. 5. The direct oxidation fuel cell system according to claim 4, further comprising:

A path through which the reactant flows, from the outlet of the fuel cell stack to the outlet to the atmosphere, at least a portion passes through the filter, and the plurality of paths pass through the filter. 5. The direct oxidation fuel cell system according to claim 4, further comprising:

The at least one of the pair of flow paths is a parallel flow path, and the state detection unit is provided for the path having the parallel flow path to reduce the pressure loss. The direct oxidation fuel cell system according to any one of the above.

The direct oxidation fuel cell system according to claim 7, wherein the flow path disposed facing the cathode is the parallel flow path.