JP2014026941A - Fuel cell and method for operating fuel cell - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a fuel cell in which a cell voltage can be detected and a power generation condition can be more accurately detected by simply detecting the uneven distribution of a current density distribution in a separator, so that an operational state where deterioration in a fuel cell is prevented can be maintained and durability can be improved; and a method for operating a fuel cell.SOLUTION: The fuel cell includes a first cell voltage terminal 120 and a second cell voltage terminal 122 detecting a cell voltage value V of a power generation cell 12. The first cell voltage terminal 120 is provided around an oxidant gas inlet communication hole 36a in a first separator 24A of a pair of separators, and the second voltage terminal 122 is provided around an oxidant gas outlet communication hole 36b in a second separator 24B.

Description

本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた電解質膜・電極構造体とセパレータとを積層し、前記セパレータに、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路を形成した燃料電池及び該燃料電池の運転方法に関する。   The present invention provides a fuel in which an electrolyte membrane / electrode structure provided with a pair of electrodes on both sides of an electrolyte membrane and a separator are stacked, and a reactive gas flow path for supplying a reactive gas along the electrode surface is formed on the separator. The present invention relates to a battery and a method for operating the fuel cell.

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜(電解質)を採用している。この電解質膜の両側にアノード側電極及びカソード側電極を対設した電解質膜・電極構造体が、セパレータによって挟持された単位セルを備えている。通常、単位セルが複数積層されることにより燃料電池が構成されている。   For example, a polymer electrolyte fuel cell employs an electrolyte membrane (electrolyte) made of a polymer ion exchange membrane. An electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are provided on both sides of the electrolyte membrane includes a unit cell sandwiched by separators. Usually, a fuel cell is configured by stacking a plurality of unit cells.

この単位セルにおいて、アノード側電極には、燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス(以下、水素含有ガスともいう)が供給される一方、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気(以下、酸素含有ガスともいう)が供給されている。アノード側電極に供給された燃料ガスは、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質膜を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。   In this unit cell, a fuel gas, for example, a gas mainly containing hydrogen (hereinafter also referred to as hydrogen-containing gas) is supplied to the anode side electrode, while an oxidant gas, for example, A gas or air mainly containing oxygen (hereinafter also referred to as oxygen-containing gas) is supplied. In the fuel gas supplied to the anode side electrode, hydrogen is ionized on the electrode catalyst and moves to the cathode side electrode side through the electrolyte membrane. Electrons generated during that time are taken out to an external circuit and used as direct current electric energy.

ところで、燃料電池では、各単位セルが所望の発電性能を有しているか否かを検出する必要がある。このため、一般に、セパレータに設けられたセル電圧端子を電圧検出装置に接続して、発電時の各単位セル毎又は所定数の単位セル毎のセル電圧を検出する作業が行われている。   By the way, in the fuel cell, it is necessary to detect whether each unit cell has a desired power generation performance. For this reason, in general, an operation of detecting a cell voltage for each unit cell or a predetermined number of unit cells at the time of power generation by connecting a cell voltage terminal provided in the separator to the voltage detection device is performed.

そして、セパレータへのセル電圧端子の設置位置としては、例えば特許文献1〜4に記載がある。   And as an installation position of the cell voltage terminal to a separator, patent documents 1-4 have a statement, for example.

特許文献1には、単位セル1の電圧を検出する電圧モニターの端子を接続する突起部を、カソードセパレータの1つの側面(空気排出マニホールド付近)に設けた例や、カソードセパレータの隣接する2つの側面(空気排出マニホールド付近)に設けた例や、カソードセパレータの対向する2つの側面(空気排出マニホールド付近及び水素導入マニホールド付近)に設けた例が開示されている。   Patent Document 1 discloses an example in which a protrusion for connecting a voltage monitor terminal for detecting the voltage of the unit cell 1 is provided on one side surface (near the air discharge manifold) of the cathode separator, or two adjacent ones of the cathode separator. An example provided on the side surface (near the air discharge manifold) and an example provided on two opposite side surfaces (near the air discharge manifold and near the hydrogen introduction manifold) of the cathode separator are disclosed.

特許文献2には、単位セルを構成する一対のセパレータにおける燃料ガスの各入口付近にそれぞれセル電圧端子を設けた例や、一対のセパレータにおける酸化剤ガスの入口付近と燃料ガスの入口付近との間にそれぞれセル電圧端子を設けた例が開示されている。   In Patent Document 2, an example in which a cell voltage terminal is provided in the vicinity of each inlet of fuel gas in a pair of separators constituting a unit cell, or between the vicinity of an inlet of oxidant gas and the vicinity of the inlet of fuel gas in a pair of separators. An example in which a cell voltage terminal is provided between each is disclosed.

特許文献3には、一対のセパレータのうち、一方のセパレータにおける燃料ガスの出口付近あるいは入口付近にセル電圧端子を設けた例が開示されている。   Patent Document 3 discloses an example in which a cell voltage terminal is provided in the vicinity of or near the outlet of the fuel gas in one of the pair of separators.

特許文献4には、カソード集電体の外周部の少なくとも一部に、膜−電極接合体における発電電流を取り出すための2つのターミナルを設け、アノード集電体の外周部の少なくとも一部に、膜−電極接合体における発電電流を取り出すための2つのターミナルを設け、特に、これらターミナルを、ガス流路方向において、ガス流路の出口よりも入口側に配置した例が開示されている。   In Patent Document 4, at least a part of the outer periphery of the cathode current collector is provided with two terminals for taking out the generated current in the membrane-electrode assembly, and at least a part of the outer periphery of the anode current collector, An example is disclosed in which two terminals for taking out the generated current in the membrane-electrode assembly are provided, and in particular, these terminals are arranged on the inlet side of the gas channel in the gas channel direction.

特開2006−269333号公報JP 2006-269333 A 特開2009−266410号公報JP 2009-266410 A 特開2006−120572号公報JP 2006-120572 A 特開2010−097757号公報JP 2010-097757 A

ところで、特許文献1〜4等の従来の燃料電池においては、単位セルを構成するセパレータの特定箇所(例えば酸化剤ガスの入口付近)にセル電圧端子を設け、隣接するセル電圧端子間の電圧、すなわち、隣接するセパレータの電位差を計測することで、各単位セルの電圧を検出するようにしている。   By the way, in conventional fuel cells such as Patent Documents 1 to 4, a cell voltage terminal is provided at a specific portion of the separator constituting the unit cell (for example, in the vicinity of the inlet of the oxidant gas), and the voltage between the adjacent cell voltage terminals, That is, the voltage of each unit cell is detected by measuring the potential difference between adjacent separators.

従って、燃料電池の負極と正極間の各セパレータの電位を確認する場合、セル電圧端子が設けられた上述の特定箇所が酸化剤ガスの入口付近であれば、図24及び図25に示すように、各セパレータの酸化剤ガスの入口付近の電位Va、Va、・・・Vaのみが判明するだけで、同一セパレータにおける電流密度分布の偏在を確認することはできない。 Therefore, when the potential of each separator between the negative electrode and the positive electrode of the fuel cell is confirmed, if the above-mentioned specific portion provided with the cell voltage terminal is near the inlet of the oxidant gas, as shown in FIGS. , the potential Va 1, Va 2 near the inlet of the oxidant gas separators, just only · · · Va n is known, it is impossible to confirm the uneven distribution of the current density distribution in the same separator.

例えば、各セパレータに電流密度分布の偏在がなく、正常な場合は、図24に示すように、各セパレータの酸化剤ガスの入口から出口に向かう電位プロファイルPf、Pf、・・・Pfは、ほぼ平坦になる。この場合(正常時)、電流iは、セパレータに対して垂直方向に流れ、セパレータの面内には流れない。従って、セパレータの面内で電位差はないため、電位プロファイルPf、Pf、・・・Pfは平坦になる。 For example, there is no uneven distribution of current density distribution in each of the separators, the normal case, as shown in FIG. 24, the potential profile Pf 1 toward the outlet from the inlet of the oxidant gas separators, Pf 2, · · · Pf n Becomes almost flat. In this case (normal time), the current i flows in a direction perpendicular to the separator and does not flow in the plane of the separator. Therefore, since there is no potential difference in the plane of the separator, the potential profiles Pf 1 , Pf 2 ,... Pf n are flat.

そして、特定のセパレータにおいて、例えばカソード入口側に電流集中が起きると、図25に示すように、この特定のセパレータの面内に電流iが流れるため、傾いた電位プロファイル(Pf参照)になる。また、電流集中が発生した特定のセパレータに隣接するセパレータの各電位プロファイル(Pf及びPf参照)も平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなる。このような状況で発電を続けていくと、電流集中が起きた部位でヒートスポットが発生し、燃料電池が劣化することとなる。従って、早急に異常状態から正常状態に復帰させるための処置が必要となる。 Then, in the specific separator, for example, when current concentration occurs on the cathode inlet side, as shown in FIG. 25, the current i flows in the plane of the specific separator, so that an inclined potential profile (see Pf 4 ) is obtained. . In addition, each potential profile (see Pf 3 and Pf 5 ) of the separator adjacent to the specific separator where the current concentration has occurred is not flat and has a certain inclination. If power generation is continued in such a situation, a heat spot is generated at a portion where current concentration occurs, and the fuel cell is deteriorated. Therefore, it is necessary to take measures to quickly return from the abnormal state to the normal state.

しかし、カソードの特定箇所(例えば酸化剤ガスの入口付近)にセル電圧端子を設けて、セル電圧を測定していくと、上述のような異常を検知できないため、正常状態に復帰させるための処置が遅れるという問題がある。   However, if a cell voltage terminal is provided at a specific location of the cathode (for example, in the vicinity of the inlet of the oxidant gas) and the cell voltage is measured, the above-mentioned abnormality cannot be detected. There is a problem that is delayed.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、セル電圧を検出することができるほか、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる燃料電池を提供することを目的とする。   The present invention solves this kind of problem, in addition to being able to detect the cell voltage, it is possible to easily detect the uneven distribution of the current density distribution of the separator and more accurately detect the power generation situation, It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of maintaining an operating state that prevents deterioration of the fuel cell and improving durability.

また、本発明は、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることができると共に、燃料電池の耐久性の向上を図ることができる燃料電池の運転方法を提供することを目的とする。   In addition, the present invention can easily detect the uneven distribution of the current density distribution of the separator, more accurately detect the power generation state, maintain the operating state that prevents the deterioration of the fuel cell, and maintain the fuel cell. An object of the present invention is to provide a fuel cell operating method capable of improving the durability of the fuel cell.

[1] 第1の本発明は、電解質膜の両側に一対の電極を設けた1以上の電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に配設される複数のセパレータによって挟持され、且つ、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成された単位セルを1以上有する燃料電池に関するものである。 [1] The first aspect of the present invention includes one or more electrolyte membrane / electrode structures provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane, and a plurality of separators arranged alternately with the electrolyte membrane / electrode structures. The present invention relates to a fuel cell having one or more unit cells sandwiched and formed with a reaction gas flow path for supplying a reaction gas along an electrode surface.

この燃料電池は、単位セルのセル電圧を検出する一対のセル電圧端子を有する。そして、一方のセパレータにおける反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子を設け、他方のセパレータにおける反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子を設けている。   This fuel cell has a pair of cell voltage terminals for detecting a cell voltage of a unit cell. One cell voltage terminal is provided near the inlet of the reaction gas flow path in one separator, and the other cell voltage terminal is provided near the outlet of the reaction gas flow path in the other separator.

[2] 第1の本発明において、少なくとも前記一方のセパレータを、2つの部材にて構成し、前記セル電圧端子を、いずれか一方の部材に設けてもよい。 [2] In the first aspect of the present invention, at least the one separator may be constituted by two members, and the cell voltage terminal may be provided on any one of the members.

[3] また、第1の本発明において、以下のように構成してもよい。すなわち、一方のセル電圧端子を、一方のセパレータにおける1つの第1コーナー部に設ける。そして、一方のセパレータのうち、第1コーナー部と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部としたとき、他方のセル電圧端子を、他方のセパレータのうち、前記他のコーナー部と対向する第2コーナー部に設ける。 [3] The first aspect of the present invention may be configured as follows. That is, one cell voltage terminal is provided at one first corner portion of one separator. And when the corner part diagonally related to the first corner part in one separator is set as the other corner part, the other cell voltage terminal is opposed to the other corner part in the other separator. Provided at the second corner.

[4] また、第1の本発明において、少なくとも前記一方のセパレータを、2つのセパレータ部材にて構成し、2つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路を有するようにしてもよい。 [4] In the first aspect of the present invention, at least one of the separators may be constituted by two separator members, and a cooling medium flow path may be provided between the two separator members.

[5] 第1の本発明において、さらに、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有するようにしてもよい。 [5] In the first aspect of the present invention, a voltage detector that detects a voltage between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell, and a detected voltage value from the voltage detector is an upper limit voltage value And an operation control unit that performs control to increase the stoichiometry of the reaction gas to be supplied.

ここで、供給する反応ガスのストイキとは、供給する反応ガスの理論的に必要な流通流量に対する実際の流通流量の割合を示し、
(実際の流通流量)/(理論的に必要な流通流量)
をいう。以下同じである。
Here, the stoichiometric reaction gas to be supplied indicates the ratio of the actual flow rate to the theoretically required flow rate of the supplied reaction gas,
(Actual flow rate) / (Theoretical flow rate)
Say. The same applies hereinafter.

[6] この場合、運転制御部は、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧を超える又は下限電圧未満の場合に、負荷を低減する制御を行うようにしてもよい。 [6] In this case, the operation control unit performs control to reduce the load when the detected voltage value from the voltage detection unit exceeds the upper limit voltage or is lower than the lower limit voltage after performing the above-described control for increasing the stoichiometry. You may make it perform.

[7] 第1の本発明において、さらに、隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差(絶対値)を検出する電圧差検出部と、前記電圧差検出部からの電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有するようにしてもよい。 [7] In the first aspect of the present invention, a voltage difference detector that detects a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in two adjacent unit cells, and a voltage difference detector from the voltage difference detector You may make it have an operation control part which performs control which raises the stoichiometry of the reaction gas to supply, when a voltage difference (absolute value) exceeds a threshold value.

[8] この場合、運転制御部は、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、電圧差検出部からの電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うようにしてもよい。 [8] In this case, the operation control unit performs control to reduce the load when the voltage difference (absolute value) from the voltage difference detection unit exceeds the threshold value after performing the above-described control for increasing the stoichiometry. You may make it perform.

[9] 第2の本発明に係る燃料電池の運転方法は、上述した第1の本発明に係る燃料電池の運転方法である。この運転方法は、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出ステップと、検出された電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有する。 [9] A fuel cell operating method according to the second aspect of the present invention is the above-described fuel cell operating method according to the first aspect of the present invention. This operation method includes a voltage detection step for detecting a voltage between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in a unit cell, and when the detected voltage value exceeds the upper limit voltage value or less than the lower limit voltage value. And a stoichiometric increase step for performing control to increase the stoichiometric reaction gas to be supplied.

[10] この場合、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出する第2の電圧検出ステップと、検出された電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行う負荷低減ステップとを有するようにしてもよい。 [10] In this case, after performing the above-described control for increasing the stoichiometry, a second voltage detection step for detecting a voltage between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell, and the detected voltage When the value exceeds the upper limit voltage value or less than the lower limit voltage value, a load reduction step for performing control to reduce the load may be included.

[11] 上述した第1の本発明において、隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差(絶対値)を検出する電圧差検出ステップと、検出された電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有するようにしてもよい。 [11] In the first aspect of the present invention described above, a voltage difference detection step for detecting a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in two adjacent unit cells, and a detected voltage difference (absolute When the value exceeds a threshold value, a stoichiometric increase step for performing control to increase the stoichiometry of the reaction gas to be supplied may be included.

[12] この場合、上述のストイキを上昇させる制御を行った後、隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差(絶対値)を検出する第2の電圧差検出ステップと、検出された電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うステップとを有するようにしてもよい。 [12] In this case, a second voltage difference detection step of detecting a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in the two adjacent unit cells after performing the above-described control for increasing the stoichiometry. And a step of performing control for reducing the load when the detected voltage difference (absolute value) exceeds a threshold value.

本発明に係る燃料電池は、一方のセパレータにおける反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子を設け、他方のセパレータにおける反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子を設けるようにしている。そのため、一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子の電位差から単位セルのセル電圧を検出することができる。   In the fuel cell according to the present invention, one cell voltage terminal is provided near the inlet of the reaction gas channel in one separator, and the other cell voltage terminal is provided near the outlet of the reaction gas channel in the other separator. Yes. Therefore, the cell voltage of the unit cell can be detected from the potential difference between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal.

そして、セパレータにおいて電流集中が起きると、該セパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、本発明では、この傾きをセル電圧に反映させることができる。従って、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   When current concentration occurs in the separator, each potential profile of the separator and the separator adjacent to the separator becomes non-flat and has a certain inclination. In the present invention, this inclination can be reflected in the cell voltage. it can. Therefore, if a cell voltage tolerance range where current concentration does not occur is set in advance, it is possible to easily detect whether or not current concentration has occurred by monitoring whether the detected cell voltage deviates from the tolerance range. Can do.

このように、本発明に係る燃料電池によれば、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。   As described above, according to the fuel cell of the present invention, the uneven distribution of the current density distribution of the separator can be easily detected, the power generation state can be detected more accurately, and the operation state that prevents the deterioration of the fuel cell is maintained. It becomes possible to improve the durability.

本発明に係る燃料電池及び運転方法において、単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧を検出し、その検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うことで、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲(上限電圧値及び下限電圧値)を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することができ、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。しかも、電流集中の発生を検出した場合に、早期に、供給する反応ガスのストイキを上昇させることができるため、燃料電池の劣化を防止することができる。   In the fuel cell and the operation method according to the present invention, when the voltage between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell is detected and the detected voltage value exceeds the upper limit voltage value or less than the lower limit voltage value. If the allowable range of the cell voltage (upper limit voltage value and lower limit voltage value) in which current concentration does not occur is set in advance by performing control to increase the stoichiometric reaction gas to be supplied, the detected cell voltage is within the allowable range. Whether or not there is a current concentration can be easily detected. In addition, when the occurrence of current concentration is detected, the stoichiometry of the reaction gas to be supplied can be raised at an early stage, so that deterioration of the fuel cell can be prevented.

同様に、上述した本発明に係る燃料電池及び運転方法において、第1単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧と、第2単位セルにおける一方のセル電圧端子と他方のセル電圧端子間の電圧との差(絶対値)を検出し、該電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うことで、予め電流集中が発生しない電圧差(絶対値)の例えば上限値をしきい値として設定しておけば、検出した電圧差(絶対値)がしきい値から逸脱しているかどうか監視することができ、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。しかも、電流集中の発生を検出した場合に、早期に、供給する反応ガスのストイキを上昇させることができるため、燃料電池の劣化を防止することができる。   Similarly, in the fuel cell and operation method according to the present invention described above, the voltage between one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the first unit cell, one cell voltage terminal and the other in the second unit cell. By detecting the difference (absolute value) from the voltage between the cell voltage terminals, and when the voltage difference (absolute value) exceeds the threshold value, control is performed to increase the stoichiometry of the reaction gas to be supplied in advance. If, for example, the upper limit value of the voltage difference (absolute value) at which concentration does not occur is set as a threshold value, it can be monitored whether the detected voltage difference (absolute value) deviates from the threshold value. The presence or absence of concentration can be easily detected. In addition, when the occurrence of current concentration is detected, the stoichiometry of the reaction gas to be supplied can be raised at an early stage, so that deterioration of the fuel cell can be prevented.

また、供給する反応ガスのストイキを上昇させても正常状態に戻らない場合に、負荷を低減する制御を行うようにすることで、より確実に、電流集中による燃料電池の劣化を防止することができる。   In addition, when the stoichiometry of the reaction gas to be supplied does not return to the normal state even if the stoichiometry is increased, the control for reducing the load can be performed to more reliably prevent the deterioration of the fuel cell due to current concentration. it can.

第1の実施の形態に係る燃料電池(第1燃料電池)を示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell (1st fuel cell) which concerns on 1st Embodiment. 第1燃料電池を構成する第1発電セル及び第2発電セルを示す分解概略斜視図である。It is a disassembled schematic perspective view which shows the 1st power generation cell and the 2nd power generation cell which comprise a 1st fuel cell. 図2におけるIII−III線上の断面図である。It is sectional drawing on the III-III line in FIG. 第2セパレータの一方の面の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the one surface of a 2nd separator. 第2セパレータの他方の面の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the other surface of a 2nd separator. 第1セパレータにおける第2セパレータ部材の一方の面の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of one surface of the 2nd separator member in a 1st separator. 図7A〜図7Dは、第1セパレータにおける第1セパレータ部材(又は第2セパレータ部材)の酸化剤ガス入口連通孔付近(第1コーナー部)への第1セル電圧端子の設置形態例(その1)を示す説明図である。FIG. 7A to FIG. 7D show examples of the first cell voltage terminal in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole (first corner portion) of the first separator member (or second separator member) in the first separator (No. 1). FIG. 図8A〜図8Cは、第1セパレータにおける第1セパレータ部材(又は第2セパレータ部材)の酸化剤ガス入口連通孔付近(第1コーナー部)への第1セル電圧端子の設置形態例(その2)を示す説明図である。FIG. 8A to FIG. 8C show an example of installation of the first cell voltage terminal in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole (first corner portion) of the first separator member (or second separator member) in the first separator (part 2). FIG. 図9A〜図9Dは、第2セパレータの酸化剤ガス出口連通孔付近(第2コーナー部)への第2セル電圧端子の設置形態例(その1)を示す説明図である。FIG. 9A to FIG. 9D are explanatory views showing an example (part 1) of an installation mode of the second cell voltage terminal in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole (second corner portion) of the second separator. 図10A〜図10Cは、第2セパレータの酸化剤ガス出口連通孔付近(第2コーナー部)への第2セル電圧端子の設置形態例(その2)を示す説明図である。FIG. 10A to FIG. 10C are explanatory views showing an example (part 2) of the second cell voltage terminal installed in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole (second corner part) of the second separator. 第1形態に係る監視制御部の構成を燃料電池スタックと共に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the monitoring control part which concerns on a 1st form with a fuel cell stack. 第1燃料電池における燃料電池スタックを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fuel cell stack in a 1st fuel cell. 第1燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと各発電セルのセル電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric potential profile of each separator which comprises the fuel cell stack in a 1st fuel cell, and the cell voltage of each electric power generation cell. 第1形態に係る監視制御部による運転制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation control by the monitoring control part which concerns on a 1st form. 第2形態に係る監視制御部の構成を燃料電池スタックと共に示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the monitoring control part which concerns on a 2nd form with a fuel cell stack. 第1燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと隣接する発電セル間の電圧差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the potential difference of each separator which comprises the fuel cell stack in a 1st fuel cell, and the voltage difference between adjacent electric power generation cells. 第2形態に係る監視制御部による運転制御を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation control by the monitoring control part which concerns on a 2nd form. 第2の実施の形態に係る燃料電池(第2燃料電池)を構成する第1発電セル及び第2発電セルを示す分解概略斜視図である。It is a disassembled schematic perspective view which shows the 1st power generation cell and the 2nd power generation cell which comprise the fuel cell (2nd fuel cell) which concerns on 2nd Embodiment. 第2燃料電池における燃料電池スタックを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the fuel cell stack in a 2nd fuel cell. 第2燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと各発電セルのセル電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the potential profile of each separator which comprises the fuel cell stack in a 2nd fuel cell, and the cell voltage of each power generation cell. 第2燃料電池における燃料電池スタックを構成する各セパレータの電位プロファイルと隣接する発電セル間の電圧差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the potential difference of each separator which comprises the fuel cell stack in a 2nd fuel cell, and the voltage difference between adjacent electric power generation cells. 第3の実施の形態に係る燃料電池(第3燃料電池)を構成する第1発電セル及び第2発電セルを示す分解概略斜視図である。It is a disassembled schematic perspective view which shows the 1st power generation cell and the 2nd power generation cell which comprise the fuel cell (3rd fuel cell) which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施の形態に係る燃料電池(第4燃料電池)を構成する第1発電セル及び第2発電セルを示す分解概略斜視図である。It is a disassembled schematic perspective view which shows the 1st power generation cell and the 2nd power generation cell which comprise the fuel cell (4th fuel cell) which concerns on 4th Embodiment. 正常時における燃料電池の各セパレータの電位プロファイルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric potential profile of each separator of the fuel cell at the time of normal. 異常時における燃料電池の各セパレータの電位プロファイルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric potential profile of each separator of the fuel cell at the time of abnormality.

以下、本発明に係る燃料電池及び燃料電池の運転方法の実施の形態例を図1〜図23を参照しながら説明する。   Embodiments of a fuel cell and a fuel cell operating method according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

第1の実施の形態に係る燃料電池(以下、第1燃料電池10Aと記す)は、図1に示すように、複数の発電セル12(単位セル)が配列されて構成された燃料電池スタック14と、該燃料電池スタック14を監視制御する監視制御部16とを有する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell according to the first embodiment (hereinafter referred to as the first fuel cell 10A) has a fuel cell stack 14 in which a plurality of power generation cells 12 (unit cells) are arranged. And a monitoring control unit 16 for monitoring and controlling the fuel cell stack 14.

燃料電池スタック14は、複数の発電セル12を水平方向(矢印A方向)又は重力方向(矢印C方向)に積層して構成され(図1では水平方向に積層した例を示す)、例えば車載用燃料電池スタックとして使用される。積層方向の両端には、図示しないが、ターミナルプレート及び絶縁プレートを介して金属製のエンドプレート18a、18bが配設される。燃料電池スタック14は、例えばエンドプレート18a、18bを端板とするボックス(ケーシング)20を備える。   The fuel cell stack 14 is configured by laminating a plurality of power generation cells 12 in the horizontal direction (arrow A direction) or the gravitational direction (arrow C direction) (in FIG. 1, an example in which they are stacked in the horizontal direction is shown). Used as a fuel cell stack. Although not shown, metal end plates 18a and 18b are disposed at both ends in the stacking direction via terminal plates and insulating plates. The fuel cell stack 14 includes a box (casing) 20 having end plates 18a and 18b as end plates, for example.

エンドプレート18a、18bから積層方向外方に電力取り出し端子(プラス端子22p、マイナス端子22m)が突出する。プラス端子22p及びマイナス端子22mは、図示しない走行用モータや補機類に接続される。   Power extraction terminals (plus terminal 22p, minus terminal 22m) protrude from the end plates 18a, 18b outward in the stacking direction. The plus terminal 22p and the minus terminal 22m are connected to a traveling motor and accessories not shown.

図2に示すように、燃料電池スタック14は、詳しくは2種類の発電セル12(第1発電セル12A及び第2発電セル12B)が交互に配列されて構成されている。第1発電セル12Aは、プラス端子22pからマイナス端子22mに向かって第1セパレータ24A、第1電解質膜・電極構造体(MEA)26a及び第2セパレータ24Bを有する。第2発電セル12Bは、プラス端子22pからマイナス端子22mに向かって第2セパレータ24B、第2電解質膜・電極構造体(MEA)26b及び第1セパレータ24Aを有する。各第1セパレータ24Aは、2つのセパレータ部材(第1セパレータ部材28a及び第2セパレータ部材28b)を有する。これら第1セパレータ部材28a及び第2セパレータ部材28b間に後述する冷却媒体流路52が形成されている。すなわち、この燃料電池スタック14は隣接する第1発電セル12A及び第2発電セル12Bの組み合わせ毎に冷却を行う構造(いわゆる間引き冷却構造)となっている。   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 14 is specifically configured by alternately arranging two types of power generation cells 12 (first power generation cells 12A and second power generation cells 12B). The first power generation cell 12A includes a first separator 24A, a first electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 26a, and a second separator 24B from the plus terminal 22p toward the minus terminal 22m. The second power generation cell 12B includes a second separator 24B, a second electrolyte membrane / electrode structure (MEA) 26b, and a first separator 24A from the plus terminal 22p toward the minus terminal 22m. Each first separator 24A has two separator members (a first separator member 28a and a second separator member 28b). A cooling medium flow path 52 described later is formed between the first separator member 28a and the second separator member 28b. That is, the fuel cell stack 14 has a structure (so-called thinning cooling structure) in which cooling is performed for each combination of the adjacent first power generation cell 12A and second power generation cell 12B.

具体的には、第1セパレータ24A(第1セパレータ部材28a、第2セパレータ部材28b)及び第2セパレータ24Bは、例えば、鋼板、ステンレス鋼板、アルミニウム板、めっき処理鋼板、あるいはその金属表面に防食用の表面処理を施した金属板により構成される。第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bは、金属製薄板を波形状にプレス加工することにより、断面凹凸形状を有する。なお、第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bは、金属セパレータに代えて、カーボンセパレータ等を使用してもよい。   Specifically, the first separator 24A (the first separator member 28a and the second separator member 28b) and the second separator 24B are, for example, steel plate, stainless steel plate, aluminum plate, plated steel plate, or a metal surface thereof for corrosion protection. It is comprised by the metal plate which gave the surface treatment. The first separator 24A and the second separator 24B have a concavo-convex shape by pressing a metal thin plate into a wave shape. The first separator 24A and the second separator 24B may use carbon separators or the like instead of the metal separators.

第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bは、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜30と、該固体高分子電解質膜30を挟持するアノード側電極32及びカソード側電極34とを備える。   The first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b include, for example, a solid polymer electrolyte membrane 30 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and the solid polymer electrolyte membrane 30. An anode side electrode 32 and a cathode side electrode 34 are provided.

図3は、図2におけるIII−III線上の断面図である。図3に示すように、アノード側電極32は、固体高分子電解質膜30及びカソード側電極34よりも小さな表面積を有する、所謂、段差型MEAを構成している。なお、アノード側電極32とカソード側電極34とは、同一の表面積を有していてもよい。固体高分子電解質膜30、アノード側電極32及びカソード側電極34は、それぞれ矢印B方向両端部上下に切り欠きが設けられて表面積が縮小されている。   3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. As shown in FIG. 3, the anode side electrode 32 constitutes a so-called stepped MEA having a smaller surface area than the solid polymer electrolyte membrane 30 and the cathode side electrode 34. The anode side electrode 32 and the cathode side electrode 34 may have the same surface area. The solid polymer electrolyte membrane 30, the anode side electrode 32, and the cathode side electrode 34 are each provided with a cutout at the top and bottom of both ends in the direction of arrow B to reduce the surface area.

アノード側電極32及びカソード側電極34は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子がガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成される電極触媒層(図示せず)とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜30の両面に形成される。   The anode side electrode 32 and the cathode side electrode 34 are uniformly coated on the surface of the gas diffusion layer with a gas diffusion layer (not shown) made of carbon paper or the like, and porous carbon particles carrying a platinum alloy on the surface. And an electrode catalyst layer (not shown). The electrode catalyst layers are formed on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 30.

第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bの長辺方向(矢印C方向)の上端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(空気等)を供給するための酸化剤ガス入口連通孔36a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス(水素ガス等)を供給するための燃料ガス入口連通孔38aが設けられる。   An oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas (air or the like) is supplied to upper edge portions in the long side direction (arrow C direction) of the first separator 24A and the second separator 24B in communication with each other in the arrow A direction. An oxidant gas inlet communication hole 36a for supplying the fuel gas, for example, a fuel gas inlet communication hole 38a for supplying a hydrogen-containing gas (hydrogen gas or the like) is provided.

第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bの長辺方向(矢印C方向)の下端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔36b、及び燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔38bが設けられる。   An oxidant gas outlet communication hole 36b for communicating with each other in the direction of the arrow A to discharge the oxidant gas at the lower edge of the long side direction (arrow C direction) of the first separator 24A and the second separator 24B, And a fuel gas outlet communication hole 38b for discharging the fuel gas.

第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bの短辺方向(矢印B方向)の一端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、冷却媒体を供給するための冷却媒体入口連通孔40aが設けられ、第1セパレータ24A及び第2セパレータ24Bの短辺方向の他端縁部には、冷却媒体を排出するための冷却媒体出口連通孔40bが設けられる。   A cooling medium inlet communication hole 40a is provided at one end edge of the first separator 24A and the second separator 24B in the short side direction (arrow B direction) so as to communicate with each other in the arrow A direction and supply the cooling medium. The other end edge of the first separator 24A and the second separator 24B in the short side direction is provided with a cooling medium outlet communication hole 40b for discharging the cooling medium.

第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aのプラス端子側の面P1ap(第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面)には、燃料ガス入口連通孔38aと燃料ガス出口連通孔38bとを連通する第1燃料ガス流路44が形成される。第1燃料ガス流路44は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第1燃料ガス流路44の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部46及び出口バッファ部48が設けられる。なお、第1燃料ガス流路44は、矢印C方向に直線状に延在する複数の直線状流路溝により構成してもよい。また、以下に説明する第1酸化剤ガス流路56、第2燃料ガス流路64、第2酸化剤ガス流路74でも同様である。   The fuel gas inlet communication hole 38a and the fuel gas outlet communication hole 38b communicate with the surface P1ap (the surface facing the second electrolyte membrane / electrode structure 26b) of the first separator member 28a on the plus terminal side of the first separator 24A. A first fuel gas flow path 44 is formed. The first fuel gas channel 44 has a plurality of wave-like channel grooves extending in the direction of arrow C. In the vicinity of the inlet (upper end) and outlet (lower end) of the first fuel gas channel 44, an inlet buffer unit 46 and an outlet buffer unit 48 each having a plurality of embosses are provided. The first fuel gas channel 44 may be constituted by a plurality of linear channel grooves extending linearly in the direction of arrow C. The same applies to the first oxidant gas flow path 56, the second fuel gas flow path 64, and the second oxidant gas flow path 74 described below.

入口バッファ部46及び出口バッファ部48は、燃料ガス入口連通孔38aから第1燃料ガス流路44の幅方向に燃料ガスを均一に分配する機能及び第1燃料ガス流路44の幅方向に流通する燃料ガスを燃料ガス出口連通孔38bに均一に集合させる機能を有する。エンボス形状は、円形や四角形の他、棒状等種々の形状に設定することができ、第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの表裏に設けられる。なお、以下に説明する第1セパレータ24Aにおける第2セパレータ部材28b及び第2セパレータ24Bに設けられる各バッファ部においても、同様である。   The inlet buffer unit 46 and the outlet buffer unit 48 function to uniformly distribute the fuel gas from the fuel gas inlet communication hole 38 a in the width direction of the first fuel gas flow path 44 and flow in the width direction of the first fuel gas flow path 44. The fuel gas to be collected is uniformly gathered in the fuel gas outlet communication hole 38b. The emboss shape can be set to various shapes such as a rod shape in addition to a circle or a rectangle, and is provided on the front and back of the first separator member 28a in the first separator 24A. The same applies to the second separator member 28b and the second separator 24B provided in the first separator 24A described below.

第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aのマイナス端子側の面P1am(第2セパレータ部材28bと対向する面)には、冷却媒体入口連通孔40aと冷却媒体出口連通孔40bとを連通する冷却媒体流路52が形成される。冷却媒体流路52は、第1燃料ガス流路44の裏面形状である。   The cooling medium that connects the cooling medium inlet communication hole 40a and the cooling medium outlet communication hole 40b to the negative terminal side surface P1am of the first separator 24A in the first separator member 28a (the surface facing the second separator member 28b). A flow path 52 is formed. The cooling medium flow path 52 has a back surface shape of the first fuel gas flow path 44.

第2セパレータ24Bのマイナス端子側の面P2m(第2電解質膜・電極構造体26bに向かう面)には、図3及び図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔36aと酸化剤ガス出口連通孔36bとを連通する第1酸化剤ガス流路56が形成される。第1酸化剤ガス流路56は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第1酸化剤ガス流路56の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部58及び出口バッファ部60が設けられる。   On the negative terminal side surface P2m of the second separator 24B (the surface facing the second electrolyte membrane / electrode structure 26b), as shown in FIGS. 3 and 4, the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas outlet are provided. A first oxidant gas flow path 56 that communicates with the communication hole 36b is formed. The first oxidant gas channel 56 has a plurality of wave-like channel grooves extending in the direction of arrow C. In the vicinity of the inlet (upper end) and the outlet (lower end) of the first oxidant gas flow channel 56, an inlet buffer unit 58 and an outlet buffer unit 60 each having a plurality of embosses are provided.

図5に示すように、第2セパレータ24Bのプラス端子側の面P2p(第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面)には、燃料ガス入口連通孔38aと燃料ガス出口連通孔38bとを連通する第2燃料ガス流路64が形成される。第2燃料ガス流路64は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有すると共に、第2燃料ガス流路64の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ表側と裏側とに交互に突出する複数のエンボスを有する入口バッファ部66及び出口バッファ部68が設けられる。   As shown in FIG. 5, the fuel gas inlet communication hole 38a and the fuel gas outlet communication hole 38b are formed on the surface P2p (the surface facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a) on the plus terminal side of the second separator 24B. A second fuel gas flow path 64 that communicates is formed. The second fuel gas flow path 64 has a plurality of wave-shaped flow path grooves extending in the direction of arrow C, and in the vicinity of the inlet (upper end portion) and the outlet (lower end portion) of the second fuel gas flow path 64, respectively. An inlet buffer unit 66 and an outlet buffer unit 68 having a plurality of embosses protruding alternately on the front side and the back side are provided.

図6に示すように、第1セパレータ24Aにおける第2セパレータ部材28bのマイナス端子側の面P1bm(第1電解質膜・電極構造体26aに向かう面)には、酸化剤ガス入口連通孔36aと酸化剤ガス出口連通孔36bとを連通する第2酸化剤ガス流路74が形成される。   As shown in FIG. 6, the oxidant gas inlet communication hole 36a and the oxidant gas are formed on the surface P1bm (the surface facing the first electrolyte membrane / electrode structure 26a) of the second separator member 28b on the negative terminal side of the first separator 24A. A second oxidant gas flow path 74 that communicates with the agent gas outlet communication hole 36b is formed.

第2酸化剤ガス流路74は、矢印C方向に延在する複数の波状流路溝を有する。第2酸化剤ガス流路74の入口(上端部)及び出口(下端部)近傍には、それぞれ複数のエンボスを有する入口バッファ部76及び出口バッファ部78が設けられる。   The second oxidant gas channel 74 has a plurality of wavy channel grooves extending in the direction of arrow C. In the vicinity of the inlet (upper end) and the outlet (lower end) of the second oxidant gas channel 74, an inlet buffer unit 76 and an outlet buffer unit 78 each having a plurality of embosses are provided.

第1セパレータ24Aにおける第2セパレータ部材28bのプラス端子側の面P1bp(第1セパレータ部材28aと対向する面)には、図2に示すように、冷却媒体入口連通孔40aと冷却媒体出口連通孔40bとを連通する冷却媒体流路52が形成される。冷却媒体流路52は、第1セパレータ部材28aにおける第1燃料ガス流路44と、第2セパレータ部材28bにおける第2酸化剤ガス流路74の裏面形状(波形状)の重ね合わせにより形成される。   As shown in FIG. 2, a cooling medium inlet communication hole 40a and a cooling medium outlet communication hole are formed on the surface P1bp of the first separator 24A on the positive terminal side of the second separator member 28b (the surface facing the first separator member 28a). A cooling medium flow path 52 communicating with 40b is formed. The cooling medium flow path 52 is formed by superimposing the back surface shape (wave shape) of the first fuel gas flow path 44 in the first separator member 28a and the second oxidant gas flow path 74 in the second separator member 28b. .

第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの面P1ap、P1amには、この第1セパレータ部材28aの外周端縁部を周回して第1シール部材82が一体成形される。同様に、第1セパレータ24Aにおける第2セパレータ部材28bの面P1bp、P1bmには、この第2セパレータ部材28bの外周端縁部を周回して第2シール部材84が一体成形される。第2セパレータ24Bの面P2p、P2mにも、この第2セパレータ24Bの外周端縁部を周回して第3シール部材86が一体成形される。   The first seal member 82 is integrally formed on the surfaces P1ap and P1am of the first separator member 28a in the first separator 24A so as to go around the outer peripheral edge of the first separator member 28a. Similarly, on the surfaces P1bp and P1bm of the second separator member 28b in the first separator 24A, the second seal member 84 is integrally formed around the outer peripheral edge of the second separator member 28b. A third seal member 86 is also integrally formed on the surfaces P2p and P2m of the second separator 24B around the outer peripheral edge of the second separator 24B.

第1〜第3シール部材82、84及び86としては、例えば、EPDM、NBR、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フロロシリコーンゴム、ブチルゴム、天然ゴム、スチレンゴム、クロロプレーン又はアクリルゴム等のシール材、クッション材、あるいはパッキン材等の弾性を有するシール部材が用いられる。   As the first to third seal members 82, 84 and 86, for example, EPDM, NBR, fluorine rubber, silicone rubber, fluorosilicone rubber, butyl rubber, natural rubber, styrene rubber, chloroprene or acrylic rubber or the like, cushion A seal member having elasticity such as a material or a packing material is used.

図2に示すように、第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28aには、燃料ガス入口連通孔38aと第1燃料ガス流路44とを連通する入口側第1連結流路88aと、燃料ガス出口連通孔38bと第1燃料ガス流路44とを連通する出口側第1連結流路88bとが設けられる。入口側第1連結流路88aは、複数の外側供給孔部90aと複数の内側供給孔部90bとを有する。   As shown in FIG. 2, the first separator member 28a of the first separator 24A has an inlet-side first connection channel 88a that communicates the fuel gas inlet communication hole 38a and the first fuel gas channel 44, and a fuel gas. An outlet-side first connection channel 88 b that communicates the outlet communication hole 38 b and the first fuel gas channel 44 is provided. The inlet-side first connection channel 88a includes a plurality of outer supply holes 90a and a plurality of inner supply holes 90b.

第1セパレータ部材28aの面P1ap側には、燃料ガス入口連通孔38aと各外側供給孔部90aとを連通する複数の通路92aが設けられる。面P1am側には、外側供給孔部90aと内側供給孔部90bとを連通する複数の通路92bが形成される。出口側第1連結流路88bは、同様に、複数の外側排出孔部94aと複数の内側排出孔部94bとを有する。   On the surface P1ap side of the first separator member 28a, there are provided a plurality of passages 92a that connect the fuel gas inlet communication hole 38a and the outer supply hole portions 90a. On the surface P1am side, a plurality of passages 92b that connect the outer supply hole 90a and the inner supply hole 90b are formed. Similarly, the outlet-side first connection channel 88b includes a plurality of outer discharge holes 94a and a plurality of inner discharge holes 94b.

第1セパレータ部材28aの面P1ap側には、燃料ガス出口連通孔38bと各外側排出孔部94aとを連通する複数の通路96aが形成される。面P1am側には、外側排出孔部94aと内側排出孔部94bとを連通する複数の通路96bが形成される。   On the surface P1ap side of the first separator member 28a, a plurality of passages 96a that communicate the fuel gas outlet communication hole 38b and the respective outer discharge hole portions 94a are formed. On the surface P1am side, a plurality of passages 96b communicating the outer discharge hole portion 94a and the inner discharge hole portion 94b are formed.

図4に示すように、酸化剤ガス入口連通孔36a及び酸化剤ガス出口連通孔36bと第1酸化剤ガス流路56との連通部分には、複数の入口側連結流路98a及び複数の出口側連結流路98bを形成する複数の凸状の受け部100a、100bが設けられる。   As shown in FIG. 4, the oxidant gas inlet communication hole 36a, the oxidant gas outlet communication hole 36b, and the first oxidant gas flow path 56 have a plurality of inlet side connection flow paths 98a and a plurality of outlets. A plurality of convex receiving portions 100a and 100b forming the side connection channel 98b are provided.

第2セパレータ24Bには、燃料ガス入口連通孔38aと第2燃料ガス流路64とを連通する入口側第2連結流路102aと、燃料ガス出口連通孔38bと第2燃料ガス流路64とを連通する出口側第2連結流路102bとが設けられる。入口側第2連結流路102aは、供給孔部104を有する。面P2m側には、燃料ガス入口連通孔38aと供給孔部104とを連通する通路106aが形成される。   The second separator 24B includes an inlet-side second connection channel 102a that communicates the fuel gas inlet communication hole 38a and the second fuel gas channel 64, a fuel gas outlet communication hole 38b, and the second fuel gas channel 64. And an outlet-side second connection channel 102b communicating with each other. The inlet-side second connection channel 102 a has a supply hole 104. A passage 106a that connects the fuel gas inlet communication hole 38a and the supply hole 104 is formed on the surface P2m side.

出口側第2連結流路102bは、同様に、複数の排出孔部108を有する。面P2m側には、排出孔部108を燃料ガス出口連通孔38bに連通する複数の通路106bが形成される。   Similarly, the outlet-side second connection channel 102b has a plurality of discharge holes 108. On the surface P2m side, a plurality of passages 106b that connect the discharge hole portion 108 to the fuel gas outlet communication hole 38b are formed.

図6に示すように、第1セパレータ24Aの第2セパレータ部材28bには、酸化剤ガス入口連通孔36a及び酸化剤ガス出口連通孔36bと第2酸化剤ガス流路74の連通部分に、複数の入口側連結流路110a及び複数の出口側連結流路110bを形成する複数の凸状の受け部112a、112bが設けられる。   As shown in FIG. 6, the second separator member 28b of the first separator 24A includes a plurality of oxidant gas inlet communication holes 36a, oxidant gas outlet communication holes 36b, and a plurality of communication parts of the second oxidant gas flow path 74. A plurality of convex receiving portions 112a and 112b are provided to form the inlet-side connecting channel 110a and the plurality of outlet-side connecting channels 110b.

また、図1に示すように、燃料電池スタック14のエンドプレート18aには、酸化剤ガス入口連通孔36aに連通する酸化剤ガス入口マニホールド114a、燃料ガス入口連通孔38aに連通する燃料ガス入口マニホールド116a、酸化剤ガス出口連通孔36bに連通する酸化剤ガス出口マニホールド114b、及び燃料ガス出口連通孔38bに連通する燃料ガス出口マニホールド116bが設けられる。エンドプレート18bには、冷却媒体入口連通孔40aに連通する冷却媒体入口マニホールド118aと、冷却媒体出口連通孔40bに連通する冷却媒体出口マニホールド118bとが設けられる。   As shown in FIG. 1, the end plate 18a of the fuel cell stack 14 has an oxidant gas inlet manifold 114a communicating with the oxidant gas inlet communication hole 36a and a fuel gas inlet manifold communicating with the fuel gas inlet communication hole 38a. 116a, an oxidant gas outlet manifold 114b communicating with the oxidant gas outlet communication hole 36b, and a fuel gas outlet manifold 116b communicating with the fuel gas outlet communication hole 38b are provided. The end plate 18b is provided with a cooling medium inlet manifold 118a that communicates with the cooling medium inlet communication hole 40a and a cooling medium outlet manifold 118b that communicates with the cooling medium outlet communication hole 40b.

このように構成される第1燃料電池10Aの動作について、以下に説明する。   The operation of the first fuel cell 10A configured as described above will be described below.

先ず、図2に示すように、酸化剤ガス入口連通孔36aに酸素含有ガス等の酸化剤ガスが供給されると共に、燃料ガス入口連通孔38aに水素含有ガス等の燃料ガスが供給される。さらに、冷却媒体入口連通孔40aに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。   First, as shown in FIG. 2, an oxidant gas such as an oxygen-containing gas is supplied to the oxidant gas inlet communication hole 36a, and a fuel gas such as a hydrogen-containing gas is supplied to the fuel gas inlet communication hole 38a. Further, a cooling medium such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the cooling medium inlet communication hole 40a.

このため、酸化剤ガスは、酸化剤ガス入口連通孔36aから第1セパレータ24Aにおける第2セパレータ部材28bの第2酸化剤ガス流路74及び第2セパレータ24Bの第1酸化剤ガス流路56に導入される(図4及び図6参照)。この酸化剤ガスは、第2酸化剤ガス流路74に沿って矢印C方向(重力方向)に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのカソード側電極34に供給されると共に、第1酸化剤ガス流路56に沿って矢印C方向に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのカソード側電極34に供給される(図2参照)。換言すれば、第1酸化剤ガス流路56及び第2酸化剤ガス流路74は、酸化剤ガスを、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各カソード側電極34の面に沿って流通させることで、酸化剤ガスを、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各カソード側電極34に供給する。   For this reason, the oxidant gas flows from the oxidant gas inlet communication hole 36a to the second oxidant gas flow path 74 of the second separator member 28b in the first separator 24A and the first oxidant gas flow path 56 of the second separator 24B. It is introduced (see FIG. 4 and FIG. 6). The oxidant gas moves in the direction of arrow C (the direction of gravity) along the second oxidant gas flow path 74, and is supplied to the cathode side electrode 34 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a. It moves in the direction of arrow C along the oxidant gas flow path 56 and is supplied to the cathode electrode 34 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b (see FIG. 2). In other words, the first oxidant gas flow channel 56 and the second oxidant gas flow channel 74 supply the oxidant gas to the cathodes of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b. By flowing along the surface of the side electrode 34, the oxidant gas is supplied to each cathode side electrode 34 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

一方、燃料ガスは、図2及び図4に示すように、燃料ガス入口連通孔38aから第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aと第2セパレータ24Bとの間に形成された通路92a、106aに導入される。通路92aに導入された燃料ガスは、外側供給孔部90aを通って第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの面P1am側に移動する。さらに、燃料ガスは、通路92bを通って内側供給孔部90bから面P1ap側に導入される。   On the other hand, as shown in FIGS. 2 and 4, the fuel gas passes through the fuel gas inlet communication hole 38a into passages 92a and 106a formed between the first separator member 28a and the second separator 24B in the first separator 24A. be introduced. The fuel gas introduced into the passage 92a moves to the surface P1am side of the first separator member 28a in the first separator 24A through the outer supply hole 90a. Further, the fuel gas is introduced from the inner supply hole 90b to the surface P1ap side through the passage 92b.

このため、燃料ガスは、入口バッファ部46に送られ、第1燃料ガス流路44に沿って重力方向(矢印C方向)に移動し、第2電解質膜・電極構造体26bのアノード側電極32に供給される。本実施の形態では、酸化剤ガスと燃料ガスは同じ方向に流通するが、互いに対向する方向に流通させてもよい。   For this reason, the fuel gas is sent to the inlet buffer section 46 and moves in the direction of gravity (arrow C direction) along the first fuel gas flow path 44, and the anode side electrode 32 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26 b. To be supplied. In the present embodiment, the oxidant gas and the fuel gas are circulated in the same direction, but may be circulated in opposite directions.

また、通路106aに導入された燃料ガスは、図5に示すように、供給孔部104を通って第2セパレータ24Bの面P2p側に移動する。このため、燃料ガスは、面P2p側で入口バッファ部66に供給された後、第2燃料ガス流路64に沿って矢印C方向に移動し、第1電解質膜・電極構造体26aのアノード側電極32に供給される(図2及び図5参照)。   Further, the fuel gas introduced into the passage 106a moves to the surface P2p side of the second separator 24B through the supply hole 104 as shown in FIG. For this reason, after the fuel gas is supplied to the inlet buffer 66 on the surface P2p side, the fuel gas moves along the second fuel gas flow path 64 in the direction of arrow C, and the anode side of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a It is supplied to the electrode 32 (see FIGS. 2 and 5).

換言すれば、第1燃料ガス流路44及び第2燃料ガス流路64は、燃料ガスを、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各アノード側電極32の面に沿って流通させることで、燃料ガスを、第1電解質膜・電極構造体26a及び第2電解質膜・電極構造体26bの各アノード側電極32に供給する。   In other words, the first fuel gas channel 44 and the second fuel gas channel 64 supply fuel gas to the anode side electrodes 32 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b. The fuel gas is supplied to the anode electrodes 32 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a and the second electrolyte membrane / electrode structure 26b.

従って、第1及び第2電解質膜・電極構造体26a、26bでは、カソード側電極34に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極32に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。   Therefore, in the first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 34 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 32 are electrically generated in the electrode catalyst layer. It is consumed by chemical reaction to generate electricity.

次いで、第1及び第2電解質膜・電極構造体26a、26bの各カソード側電極34に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス出口連通孔36bに沿って矢印A方向に排出される。   Next, the oxidant gas supplied and consumed to the cathode side electrodes 34 of the first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas outlet communication hole 36b. The

第2電解質膜・電極構造体26bのアノード側電極32に供給されて消費された燃料ガスは、図2に示すように、出口バッファ部48から内側排出孔部94bを通って第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの面P1am側に導出される。   As shown in FIG. 2, the fuel gas supplied to and consumed by the anode side electrode 32 of the second electrolyte membrane / electrode structure 26b passes through the inner discharge hole portion 94b from the outlet buffer portion 48 in the first separator 24A. It is led out to the surface P1am side of the first separator member 28a.

面P1am側に導出された燃料ガスは、外側排出孔部94aに導入され、再度、面P1ap側に移動する。このため、燃料ガスは、外側排出孔部94aから通路96aを通って燃料ガス出口連通孔38bに排出される。   The fuel gas led out to the surface P1am side is introduced into the outer discharge hole portion 94a and moves again to the surface P1ap side. Therefore, the fuel gas is discharged from the outer discharge hole portion 94a through the passage 96a to the fuel gas outlet communication hole 38b.

また、第1電解質膜・電極構造体26aのアノード側電極32に供給されて消費された燃料ガスは、出口バッファ部68から排出孔部108を通って面P2m側に移動する。この燃料ガスは、図5に示すように、通路106bを通って燃料ガス出口連通孔38bに排出される。   Further, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 32 of the first electrolyte membrane / electrode structure 26a moves from the outlet buffer portion 68 through the discharge hole portion 108 to the surface P2m side. As shown in FIG. 5, the fuel gas passes through the passage 106b and is discharged to the fuel gas outlet communication hole 38b.

一方、冷却媒体入口連通孔40aに供給された冷却媒体は、図2に示すように、第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aと第2セパレータ部材28bとの間に形成された冷却媒体流路52に導入された後、矢印B方向に流通する。この冷却媒体は、第1及び第2電解質膜・電極構造体26a、26bを冷却した後、冷却媒体出口連通孔40bに排出される。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the cooling medium supplied to the cooling medium inlet communication hole 40a is a cooling medium flow path formed between the first separator member 28a and the second separator member 28b in the first separator 24A. After being introduced to 52, it circulates in the direction of arrow B. The cooling medium cools the first and second electrolyte membrane / electrode structures 26a and 26b, and then is discharged into the cooling medium outlet communication hole 40b.

そして、この第1燃料電池10Aでは、例えば図2に示すように、各第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28aのうち、酸化剤ガス入口連通孔36aの付近にそれぞれ第1セル電圧端子120を設け、各第2セパレータ24Bのうち、酸化剤ガス出口連通孔36bの付近に第2セル電圧端子122を設ける。第1セル電圧端子120は、第2セパレータ部材28bの酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に設けてもよい。   In the first fuel cell 10A, for example, as shown in FIG. 2, among the first separator members 28a of the first separators 24A, the first cell voltage terminals 120 are respectively provided near the oxidant gas inlet communication holes 36a. The second cell voltage terminal 122 is provided in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b in each second separator 24B. The first cell voltage terminal 120 may be provided in the vicinity of the oxidizing gas inlet communication hole 36a of the second separator member 28b.

すなわち、第1発電セル12Aにおいて、第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に設けられた第1セル電圧端子120は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置し、第2セパレータ24Bの酸化剤ガス出口連通孔36bの付近に設けられた第2セル電圧端子122は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置する。同様に、第2発電セル12Bにおいて、第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に設けられた第1セル電圧端子120は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置し、第2セパレータ24Bの酸化剤ガス出口連通孔36bの付近に設けられた第2セル電圧端子122は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置する。   That is, in the first power generation cell 12A, the first cell voltage terminal 120 provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 36a of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) in the first separator 24A is oxidized. The second cell voltage terminal 122 located near the inlet of the oxidant gas flow path and provided near the oxidant gas outlet communication hole 36b of the second separator 24B is located near the outlet of the oxidant gas flow path. Similarly, in the second power generation cell 12B, the first cell voltage terminal 120 provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 36a of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) has an oxidant gas flow path. The second cell voltage terminal 122 provided in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b of the second separator 24B is located in the vicinity of the oxidant gas flow path outlet.

この場合、第1セル電圧端子120を、第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)のうち、酸化剤ガス入口連通孔36aに最も近い第1コーナー部C1に設け、第2セル電圧端子122を、第2セパレータ24Bのうち、酸化剤ガス出口連通孔36bに最も近い第2コーナー部C2に設ける。つまり、第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)のうち、第1コーナー部C1(第1セル電圧端子120を有する)と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部Caとしたとき、第2セル電圧端子122を、第2セパレータ24Bのうち、他のコーナー部Caと対向する第2コーナー部C2に設ける。   In this case, the first cell voltage terminal 120 is provided in the first corner portion C1 closest to the oxidant gas inlet communication hole 36a in the first separator member 28a (or the second separator member 28b) of the first separator 24A, The second cell voltage terminal 122 is provided in the second corner portion C2 of the second separator 24B that is closest to the oxidant gas outlet communication hole 36b. That is, when the corner portion diagonally related to the first corner portion C1 (having the first cell voltage terminal 120) in the first separator member 28a (or the second separator member 28b) is set as another corner portion Ca. The second cell voltage terminal 122 is provided in the second corner portion C2 of the second separator 24B facing the other corner portion Ca.

第1セル電圧端子120を第1コーナー部C1に設ける形態としては、図7Aに示すように、第1コーナー部C1のうち、1つの側面La(長辺)から外方(水平方向:B方向)に突出する第1セル電圧端子120を設けるようにしてもよいし、図7Bに示すように、第1コーナー部C1のうち、他の側面Lb(短辺)から外方(垂直方向:C方向)に突出する第1セル電圧端子120を設けるようにしてもよい。   As a form which provides the 1st cell voltage terminal 120 in the 1st corner part C1, as shown to FIG. 7A, it is outward (horizontal direction: B direction) from one side surface La (long side) among 1st corner parts C1. The first cell voltage terminal 120 may protrude from the other side face Lb (short side) of the first corner portion C1, as shown in FIG. 7B (vertical direction: C The first cell voltage terminal 120 protruding in the direction may be provided.

もちろん、図7Cに示すように、第1コーナー部C1のうち、1つの側面La(長辺)に切欠き124を設け、該切欠き124の底部124aから外方(水平方向:B方向)に突出する第1セル電圧端子120を設けるようにしてもよいし、図7Dに示すように、第1コーナー部C1のうち、他の側面Lb(短辺)に切欠き124を設け、該切欠き124の底部124aから外方(垂直方向:C方向)に突出する第1セル電圧端子120を設けるようにしてもよい。   Of course, as shown in FIG. 7C, a notch 124 is provided on one side surface La (long side) of the first corner portion C1, and outward (horizontal direction: B direction) from the bottom portion 124a of the notch 124. The protruding first cell voltage terminal 120 may be provided, or as shown in FIG. 7D, a notch 124 is provided on the other side face Lb (short side) of the first corner portion C1, and the notch The first cell voltage terminal 120 protruding outward (vertical direction: C direction) from the bottom 124a of the 124 may be provided.

あるいは、図8A〜図8Cに示すように、第1コーナー部C1の2つの側面La及びLbにわたって切欠き126を設け、該切欠き126の底部126aから外方(水平方向、垂直方向又は斜め方向)に突出する第1セル電圧端子120を設けるようにしてもよい。   Alternatively, as shown in FIGS. 8A to 8C, a notch 126 is provided across the two side surfaces La and Lb of the first corner portion C1, and outward (horizontal, vertical, or oblique direction) from the bottom 126a of the notch 126. The first cell voltage terminal 120 may be provided so as to protrude to the front).

同様に、第2セル電圧端子122を第2コーナー部C2に設ける形態としては、図9Aに示すように、第2コーナー部C2のうち、1つの側面Lc(長辺)から外方(水平方向:B方向)に突出する第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよいし、図9Bに示すように、第2コーナー部C2のうち、他の側面Ld(短辺)から外方(垂直方向:C方向)に突出する第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよい。   Similarly, as a form in which the second cell voltage terminal 122 is provided in the second corner portion C2, as shown in FIG. 9A, outward (horizontal direction) from one side face Lc (long side) of the second corner portion C2. : The second cell voltage terminal 122 projecting in the B direction), and as shown in FIG. 9B, the second corner portion C2 is outward (vertical) from the other side face Ld (short side). You may make it provide the 2nd cell voltage terminal 122 which protrudes in a direction (C direction).

もちろん、図9Cに示すように、第2コーナー部C2のうち、1つの側面Lc(長辺)に切欠き124を設け、該切欠き124の底部124aから外方(水平方向:B方向)に突出する第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよいし、図9Dに示すように、第2コーナー部C2のうち、他の側面Ld(短辺)に切欠き124を設け、該切欠き124の底部124aから外方(垂直方向:C方向)に突出する第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよい。   Of course, as shown in FIG. 9C, a notch 124 is provided in one side face Lc (long side) of the second corner portion C2, and outward (horizontal direction: B direction) from the bottom portion 124a of the notch 124. The protruding second cell voltage terminal 122 may be provided, or as shown in FIG. 9D, a notch 124 is provided on the other side face Ld (short side) of the second corner portion C2, and the notch A second cell voltage terminal 122 that protrudes outward (vertical direction: C direction) from the bottom portion 124a of 124 may be provided.

あるいは、図10A〜図10Cに示すように、第2コーナー部C2の2つの側面Lc及びLdにわたって切欠き126を設け、該切欠き126の底部126aから外方(水平方向、垂直方向又は斜め方向)に突出する第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよい。   Alternatively, as illustrated in FIGS. 10A to 10C, a notch 126 is provided across the two side surfaces Lc and Ld of the second corner portion C2, and outward (horizontal, vertical, or oblique direction) from the bottom 126a of the notch 126. The second cell voltage terminal 122 may be provided so as to protrude to the center.

各第1セル電圧端子120及び各第2セル電圧端子122は、それぞれ配線を通じて監視制御部16(図1、図11及び図15参照)に電気的に接続される。   Each first cell voltage terminal 120 and each second cell voltage terminal 122 are electrically connected to the monitoring control unit 16 (see FIGS. 1, 11, and 15) through wiring.

監視制御部16は、2つの形態(第1形態及び第2形態)を有する。第1形態に係る監視制御部16は、図11に示すように、電圧検出部128と、第1運転制御部130Aとを有する。第2形態に係る監視制御部16は、図15に示すように、電圧差検出部132と、第2運転制御部130Bとを有する。   The monitoring control unit 16 has two forms (first form and second form). As shown in FIG. 11, the monitoring control unit 16 according to the first form includes a voltage detection unit 128 and a first operation control unit 130A. As shown in FIG. 15, the monitoring control unit 16 according to the second form includes a voltage difference detection unit 132 and a second operation control unit 130B.

先ず、第1形態に係る監視制御部16について図11〜図14を参照しながら説明する。   First, the monitoring control unit 16 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

先ず、図12に模式的に示すように、第1燃料電池10Aを構成する複数の第1発電セル12A及び複数の第2発電セル12Bについて、プラス端子22pからマイナス端子22mに向かって、第1発電セル12A、12A、・・・12A、第2発電セル12B、12B、・・・12Bと定義し、複数の第1セル電圧端子120及び複数の第2セル電圧端子122について、プラス端子22pからマイナス端子22mに向かって、第1セル電圧端子120、120、・・・120n+1、第2セル電圧端子122、122、・・・122と定義し、複数の第1セパレータ24A及び複数の第2セパレータ24Bについて、プラス端子22pからマイナス端子22mに向かって、第1セパレータ24A、24A、・・・24An+1、第2セパレータ24B、24B、・・・24Bと定義する。 First, as schematically shown in FIG. 12, with respect to the plurality of first power generation cells 12A and the plurality of second power generation cells 12B constituting the first fuel cell 10A, the first terminal 22p is moved from the plus terminal 22p toward the minus terminal 22m. Power generation cells 12A 1 , 12A 2 ,... 12A n , second power generation cells 12B 1 , 12B 2 ,... 12B n are defined as a plurality of first cell voltage terminals 120 and a plurality of second cell voltage terminals 122. Are defined as first cell voltage terminals 120 1 , 120 2 ,... 120 n + 1 , second cell voltage terminals 122 1 , 122 2 ,... 122 n from the plus terminal 22p toward the minus terminal 22m. the plurality of the first separator 24A and a plurality of the second separator 24B, toward the positive terminal 22p to the negative terminal 22m, the first separator 24A , 24A 2, ··· 24A n + 1, the second separator 24B 1, 24B 2, defined as · · · 24B n.

なお、第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28aと第2セパレータ部材28bは、第1セパレータ部材28aにおける第1燃料ガス流路44の裏面形状(波形状)と、第2セパレータ部材28bにおける第2酸化剤ガス流路74の裏面形状(波形状)との重ね合わせにより、冷却媒体流路52を形成しているため、同電位となる。従って、電位的には、第1セパレータ部材28aと第2セパレータ部材28bは同一であり、1つの第1セパレータ24Aとしてみることができる。   The first separator member 28a and the second separator member 28b of the first separator 24A include the back surface shape (wave shape) of the first fuel gas passage 44 in the first separator member 28a and the second separator member 28b. Since the cooling medium flow path 52 is formed by overlapping the back surface shape (wave shape) of the oxidant gas flow path 74, the same potential is obtained. Accordingly, in terms of potential, the first separator member 28a and the second separator member 28b are the same, and can be regarded as one first separator 24A.

また、図13に、第1セル電圧端子120、120、・・・120n+1の各電位Va、Va、・・・Van+1と、第2セル電圧端子122、122、・・・122の各電位Vb、Vb、・・・Vbn+1と、第1セパレータ24A、24A、・・・24An+1の電位プロファイルPa、Pa、・・・Pan+1と、第2セパレータ24B、24B、・・・24Bn+1の電位プロファイルPb、Pb、・・・Pbを示す。 Further, in FIG. 13, the first cell voltage terminal 120 1, 120 2, ... 120 each potential of the n + 1 Va 1, Va 2 , ··· Va n + 1 , a second cell voltage terminal 122 1, 122 2, · ... 122 each potential of the n Vb 1, Vb 2, and · · · Vb n + 1, the first separator 24A 1, 24A 2, ··· 24A n + 1 potential profile Pa 1, Pa 2, and · · · Pa n + 1, second separator 24B 1, 24B 2, ··· 24B n + 1 potential profile Pb 1, Pb 2, shows a · · · Pb n.

そして、電圧検出部128は、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧(セル電圧)を検出する。具体的には、例えば図12及び図13の例では、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(1)を、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧|Va−Vb|を測定することにより検出し、第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)を、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間の電圧|Vb−Va|を測定することにより検出し、同様に、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(n)を、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧|Va−Vb|を測定することにより検出し、第2発電セル12Bのセル電圧値V2(n)を、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120n+1間の電圧|Vb−Van+1|を測定することにより検出する。 The voltage detector 128 detects a voltage (cell voltage) between the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122. More specifically, for example, in the example of FIGS. 12 and 13, the first power generating cell 12A 1 of the cell voltage value V1 (1), the first cell voltage terminal 120 1 and the second cell voltage terminal 122 1 between the voltage | va 1 -Vb 1 | detected by measuring the cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B 1 a (1), the second cell voltage terminal 122 1 and the first cell voltage terminal 120 a voltage between 2 | Vb 1 -Va 2 | detected by measuring, likewise, the cell voltage value of the first power generation cell 12A n V1 and (n), the first cell voltage terminal 120 n and the second cell voltage voltage across the terminals 122 n | Va n -Vb n | detected by measuring the cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B n a (n), the second cell voltage terminal 122 n and the first cell voltage terminal 120 n + 1 between the voltage | Vb n −Van + 1 | Detect more.

特に、第1燃料電池10Aでは、第1セル電圧端子120を第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの酸化剤ガス入口連通孔36a付近の第1コーナー部C1に設け、第2セル電圧端子122を第2セパレータ24Bの酸化剤ガス出口連通孔36b付近の第2コーナー部C2に設けるようにしているため、第1セル電圧端子120に現れる電位は酸化剤ガス入口連通孔36a付近の電位であり、第2セル電圧端子122に現れる電位は酸化剤ガス出口連通孔36b付近の電位である。従って、ある特定のセパレータにおいて、電流集中が起きると、図13に示すように、特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、この傾きによる電位変化が第2セル電圧端子122の電位に反映することになる。つまり、電流集中が発生した特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルの傾きが、特定のセパレータに隣接する発電セルのセル電圧に反映することとなる。   In particular, in the first fuel cell 10A, the first cell voltage terminal 120 is provided at the first corner portion C1 of the first separator 24A near the oxidant gas inlet communication hole 36a of the first separator member 28a, and the second cell voltage terminal 122 is provided. Is provided at the second corner C2 near the oxidant gas outlet communication hole 36b of the second separator 24B, the potential appearing at the first cell voltage terminal 120 is the potential near the oxidant gas inlet communication hole 36a. The potential appearing at the second cell voltage terminal 122 is the potential near the oxidant gas outlet communication hole 36b. Therefore, when current concentration occurs in a specific separator, as shown in FIG. 13, the potential profiles of the specific separator and the separator adjacent to the specific separator are not flat and have a certain inclination. The potential change due to is reflected in the potential of the second cell voltage terminal 122. That is, the inclination of each potential profile of the specific separator where current concentration has occurred and the separator adjacent to the specific separator is reflected in the cell voltage of the power generation cell adjacent to the specific separator.

例えば図12において、第1発電セル12Aのセパレータにおいて電流集中が発生した場合、図13に示すように、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)が極端に低下し、下流側に隣接する第2発電セル12Bのセル電圧値V2(2)がそれに伴って極端に増加することとなる。 12 For example, if the current concentration in the first separator of the power generation cell 12A 2 is generated, as shown in FIG. 13, the first power generation cell 12A 2 of the cell voltage value V1 (2) is extremely lowered, downstream cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B 2 adjacent (2) is to be extremely increased with it.

このことから、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲(上限電圧値及び下限電圧値)を設定しておけば、検出したセル電圧(検出電圧値)が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Therefore, if the cell voltage tolerance range (upper limit voltage value and lower limit voltage value) where current concentration does not occur is set in advance, whether the detected cell voltage (detection voltage value) deviates from the tolerance range is monitored. By doing so, it is possible to easily detect the occurrence of current concentration.

一方、第1運転制御部130Aは、図11に示すように、第1比較部134Aと、第2比較部134Bと、第1カソードストイキ制御部136Aと、第1負荷低減制御部138Aとを有する。   On the other hand, as shown in FIG. 11, the first operation control unit 130A includes a first comparison unit 134A, a second comparison unit 134B, a first cathode stoichiometric control unit 136A, and a first load reduction control unit 138A. .

第1比較部134Aは、電圧検出部128にて検出されたセル電圧値Vと許容範囲の上限電圧値Vtha及び下限電圧値Vthbとを比較し、セル電圧値Vが上限電圧値Vthaを超える又は下限電圧値Vthb未満の場合に第1異常信号S1を出力する。   The first comparison unit 134A compares the cell voltage value V detected by the voltage detection unit 128 with the upper limit voltage value Vtha and the lower limit voltage value Vthb of the allowable range, and the cell voltage value V exceeds the upper limit voltage value Vtha or When the voltage is lower than the lower limit voltage value Vthb, the first abnormality signal S1 is output.

第1カソードストイキ制御部136Aは、第1比較部134Aからの第1異常信号S1の入力に基づいて、酸化剤ガス供給系140を駆動してカソードストイキアップ(ストイキ上昇)のための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。   Based on the input of the first abnormality signal S1 from the first comparison unit 134A, the first cathode stoichiometric control unit 136A drives the oxidant gas supply system 140 to perform control for cathode stoichiometric up (stoichiometric rise). . This increases the flow rate of the oxidant gas.

第2比較部134Bは、第1カソードストイキ制御部136Aによるカソードストイキアップが行われた後に起動され、電圧検出部128にて検出されたセル電圧値Vと許容範囲の上限電圧値Vtha及び下限電圧値Vthbとを比較し、セル電圧値Vが上限電圧値Vthaを超える又は下限電圧値Vthb未満の場合に第2異常信号S2を出力する。   The second comparison unit 134B is activated after the cathode stoichiometric control by the first cathode stoichiometric control unit 136A, and the cell voltage value V detected by the voltage detection unit 128, the upper limit voltage value Vtha of the allowable range, and the lower limit voltage The second abnormality signal S2 is output when the cell voltage value V exceeds the upper limit voltage value Vtha or less than the lower limit voltage value Vthb.

第1負荷低減制御部138Aは、第2比較部134Bからの第2異常信号S2の入力に基づいて、負荷を低減する制御を行う。具体的には、発電電力の設定値Pgを下げる処理を行う。   The first load reduction control unit 138A performs control to reduce the load based on the input of the second abnormal signal S2 from the second comparison unit 134B. Specifically, a process for lowering the set value Pg of the generated power is performed.

次に、上述した第1形態に係る監視制御部16による燃料電池の運転制御について図14のフローチャートを参照しながら説明する。   Next, operation control of the fuel cell by the monitoring control unit 16 according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

先ず、図14のステップS1において、電圧検出部128は、全ての発電セル12のセル電圧値Vを検出して、全ての発電セル12のセル電圧値Vを例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶(上書き)する。   First, in step S1 of FIG. 14, the voltage detection unit 128 detects the cell voltage values V of all the power generation cells 12, and stores the cell voltage values V of all the power generation cells 12 in a data file of a memory (not shown), for example. (Overwrite.

ステップS2において、第1比較部134Aは、データファイルに記憶されたセル電圧値Vと、許容範囲(上限電圧値Vtha及び下限電圧値Vthb)とを比較する。   In step S2, the first comparison unit 134A compares the cell voltage value V stored in the data file with the allowable ranges (the upper limit voltage value Vtha and the lower limit voltage value Vthb).

ステップS3において、第1比較部134Aは、許容範囲を逸脱するセル電圧値Vがあるか否かを判別する。全てのセル電圧値Vが許容範囲にある場合は、ステップS1に戻り、該ステップS1以降の処理を繰り返す。   In step S3, the first comparison unit 134A determines whether there is a cell voltage value V that deviates from the allowable range. If all the cell voltage values V are within the allowable range, the process returns to step S1, and the processes after step S1 are repeated.

一方、許容範囲を逸脱するセル電圧値Vが存在する場合、すなわち、上限電圧値Vthaを超えるセル電圧値Vが存在する、あるいは下限電圧値Vthb未満のセル電圧値Vが存在する場合は、ステップS4に進み、第1比較部134Aは、第1異常信号S1を第1カソードストイキ制御部136Aに出力する。   On the other hand, if there is a cell voltage value V that deviates from the allowable range, that is, if there is a cell voltage value V that exceeds the upper limit voltage value Vtha or there is a cell voltage value V that is less than the lower limit voltage value Vthb, Proceeding to S4, the first comparison unit 134A outputs the first abnormality signal S1 to the first cathode stoichiometric control unit 136A.

ステップS5において、第1カソードストイキ制御部136Aは、第1異常信号S1の入力に基づいて酸化剤ガス供給系140を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。   In step S5, the first cathode stoichiometric control unit 136A drives the oxidant gas supply system 140 based on the input of the first abnormal signal S1 to perform control for cathode stoichiometric up. This increases the flow rate of the oxidant gas.

その後、ステップS6において、電圧検出部128は、再び全ての発電セル12のセル電圧値Vを検出して、全ての発電セル12のセル電圧値Vを例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶(上書き)する。   Thereafter, in step S6, the voltage detection unit 128 detects the cell voltage values V of all the power generation cells 12 again and stores the cell voltage values V of all the power generation cells 12 in, for example, a data file of a memory (not shown). )

ステップS7において、第2比較部134Bは、データファイルに記憶されたセル電圧値Vと、許容範囲(上限電圧値Vtha及び下限電圧値Vthb)とを比較する。   In step S7, the second comparison unit 134B compares the cell voltage value V stored in the data file with the allowable ranges (the upper limit voltage value Vtha and the lower limit voltage value Vthb).

ステップS8において、第2比較部134Bは、許容範囲を逸脱するセル電圧値Vがあるか否かを判別する。全てのセル電圧値Vが許容範囲にある場合は、ステップS1に戻り、該ステップS1以降の処理を繰り返す。   In step S8, the second comparison unit 134B determines whether there is a cell voltage value V that deviates from the allowable range. If all the cell voltage values V are within the allowable range, the process returns to step S1, and the processes after step S1 are repeated.

一方、許容範囲を超えたセル電圧値Vが存在する場合は、ステップS9に進み、第2異常信号S2を第1負荷低減制御部138Aに出力する。   On the other hand, when the cell voltage value V exceeding the allowable range exists, the process proceeds to step S9, and the second abnormal signal S2 is output to the first load reduction control unit 138A.

ステップS10において、第1負荷低減制御部138Aは、第2異常信号S2の入力に基づいて発電電力の設定値Pgを下げる処理を行って、負荷を低減する制御を行う。   In step S10, the first load reduction control unit 138A performs a process of reducing the set value Pg of the generated power based on the input of the second abnormal signal S2, thereby reducing the load.

ステップS11において、燃料電池の運転の終了要求(電源断、メンテナンス要求等)があるか否かを判別する。終了要求がなければ、ステップS1に戻り、該ステップS1以降の処理を繰り返す。終了要求があった段階で、第1形態に係る監視制御部16による燃料電池の運転制御が終了する。   In step S11, it is determined whether or not there is a request to end the operation of the fuel cell (power cut, maintenance request, etc.). If there is no end request, the process returns to step S1, and the processes after step S1 are repeated. At the stage when the termination request is made, the fuel cell operation control by the monitoring controller 16 according to the first embodiment is terminated.

次に、第2形態に係る監視制御部16について図15〜図17を参照しながら説明する。   Next, the monitoring control unit 16 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.

第2形態に係る監視制御部16は、図15に示すように、電圧差検出部132と、第2運転制御部130Bとを有する。   As shown in FIG. 15, the monitoring control unit 16 according to the second form includes a voltage difference detection unit 132 and a second operation control unit 130B.

電圧差検出部132は、隣接する2つの発電セル12における各一対のセル電圧端子120及び122間の電圧の差dVを検出する。具体的には、例えば図16に示すように、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(1)と、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(1)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差(絶対値)|dV11|を検出し、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(1)と、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(2)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差|dV12|を検出し、同様に、第2セル電圧端子122n−1と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(n−1)と、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(n)との差をとることにより、第2発電セル12Bn−1−第1発電セル12A間の電圧差|dVn−1n|を検出し、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(n)と、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120n+1間のセル電圧値V2(n)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差|dVnn|を検出する。 The voltage difference detector 132 detects a voltage difference dV between each pair of cell voltage terminals 120 and 122 in two adjacent power generation cells 12. More specifically, as shown in FIG. 16, the first cell voltage terminal 120 1 and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 1 V1 (1), the second cell voltage terminal 122 1 and the first cell by taking the difference between the cell voltage value V2 of the voltage between terminals 120 2 (1), the first power generating cell 12A 1 - the voltage difference between the second power generation cell 12B 1 (absolute value) | dV 11 | detects, cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 1 and the first cell voltage terminal 120 2 V2 (1) and the first cell voltage terminal 120 2 and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 2 V1 (2) , The voltage difference | dV 12 | between the first power generation cell 12A 2 and the second power generation cell 12B 1 is detected, and similarly, the second cell voltage terminal 122 n-1 and the first cell voltage terminal 120 cell voltage value between n V2 and (n-1), the first cell conductive By taking the difference between the terminals 120 n and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 n V1 (n), the second power generation cell 12B n-1 - a voltage difference between the first power generation cell 12A n | dV n −1n | is detected, the cell voltage value V1 (n) between the first cell voltage terminal 120 n and the second cell voltage terminal 122 n, and between the second cell voltage terminal 122 n and the first cell voltage terminal 120 n + 1 . The voltage difference | dV nn | between the first power generation cell 12A n and the second power generation cell 12B n is detected by taking the difference from the cell voltage value V2 (n).

そして、例えば図16に示すように、正常な発電セル、例えば第1発電セル12Aのセル電圧値V1(1)と第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)はほぼ同じ電圧値であることから、これらの電圧差|dV11|はほぼ0Vとなる。ここで、例えば第1発電セル12Aのセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)が極端に低下し、下流側に隣接する第2発電セル12Bのセル電圧値V2(2)がそれに伴って極端に増加することとなる。これにより、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)と第2発電セル12Bのセル電圧値V2(2)との電圧差|dV22|は、正常の場合と比して大幅に増加することとなる。 For example, as shown in FIG. 16, a normal power generation cell, for example, the first generator cell 12A 1 of the cell voltage value V1 (1) and the second power generation cell 12B 1 of the cell voltage value V2 (1) is approximately the same voltage value Therefore, the voltage difference | dV 11 | is almost 0V. Here, for example, if the current concentration occurs in the first separator of the power generation cell 12A 2, the second power generation cell 12B to the first power generation cell 12A 2 of the cell voltage value V1 (2) is extremely lowered, adjacent to the downstream Accordingly, the cell voltage value V2 (2) of 2 is extremely increased. Accordingly, the voltage difference between the first power generation cell 12A cell voltage value V1 (2) 2 and the cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B 2 (2) | dV 22 | is greatly compared with the case of normal Will increase.

このことから、予め電流集中が発生しない電圧差(絶対値)の例えば上限値をしきい値Vthとして設定しておけば、検出した電圧差(絶対値)がしきい値Vthから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Therefore, if, for example, the upper limit value of the voltage difference (absolute value) at which current concentration does not occur is set as the threshold value Vth, the detected voltage difference (absolute value) deviates from the threshold value Vth. By monitoring whether or not the occurrence of current concentration, it can be easily detected.

一方、第2運転制御部130Bは、図15に示すように、第3比較部134Cと、第4比較部134Dと、第2カソードストイキ制御部136Bと、第2負荷低減制御部138Bとを有する。   On the other hand, as shown in FIG. 15, the second operation control unit 130B includes a third comparison unit 134C, a fourth comparison unit 134D, a second cathode stoichiometric control unit 136B, and a second load reduction control unit 138B. .

第3比較部134Cは、電圧差検出部132にて検出された電圧差(絶対値)|dV|としきい値Vthとを比較し、しきい値Vthを超える電圧差|dV|が存在する場合に第3異常信号S3を出力する。   The third comparison unit 134C compares the voltage difference (absolute value) | dV | detected by the voltage difference detection unit 132 with the threshold value Vth, and when there is a voltage difference | dV | exceeding the threshold value Vth. The third abnormal signal S3 is output.

第2カソードストイキ制御部136Bは、第3比較部134Cからの第3異常信号S3の入力に基づいて、酸化剤ガス供給系140を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。   Based on the input of the third abnormality signal S3 from the third comparison unit 134C, the second cathode stoichiometric control unit 136B drives the oxidant gas supply system 140 to perform control for cathode stoichiometric up. This increases the flow rate of the oxidant gas.

第4比較部134Dは、第2カソードストイキ制御部136Bによるカソードストイキアップが行われた後に起動され、電圧差検出部132にて検出された電圧差|dV|としきい値Vthとを比較し、しきい値Vthを超える電圧差|dV|が存在する場合に第4異常信号S4を出力する。   The fourth comparison unit 134D is activated after the cathode stoichiometric control is performed by the second cathode stoichiometric control unit 136B, and compares the voltage difference | dV | detected by the voltage difference detecting unit 132 with the threshold value Vth. When there is a voltage difference | dV | exceeding the threshold value Vth, the fourth abnormality signal S4 is output.

第2負荷低減制御部138Bは、第4比較部134Dからの第4異常信号S4の入力に基づいて、負荷を低減する制御を行う。具体的には、発電電力の設定値Pgを下げる処理を行う。   The second load reduction control unit 138B performs control to reduce the load based on the input of the fourth abnormality signal S4 from the fourth comparison unit 134D. Specifically, a process for lowering the set value Pg of the generated power is performed.

次に、上述した第2形態に係る監視制御部16による燃料電池の運転制御について図17のフローチャートを参照しながら説明する。   Next, operation control of the fuel cell by the monitoring control unit 16 according to the second embodiment described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

先ず、図17のステップS101において、電圧差検出部132は、全ての隣接する発電セル12間のセル電圧値Vの差(電圧差|dV|)を検出して、全ての電圧差|dV|を例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶(上書き)する。   First, in step S101 in FIG. 17, the voltage difference detection unit 132 detects a difference in cell voltage values V (voltage difference | dV |) between all adjacent power generation cells 12, and detects all voltage differences | dV |. Is stored (overwritten) in a data file in a memory (not shown), for example.

ステップS102において、第3比較部134Cは、データファイルに記憶された電圧差|dV|と、しきい値Vthとを比較する。   In step S102, the third comparison unit 134C compares the voltage difference | dV | stored in the data file with the threshold value Vth.

ステップS103において、第3比較部134Cは、しきい値Vthを超える電圧差|dV|があるか否かを判別する。全ての電圧差|dV|がしきい値Vth以下である場合は、ステップS101に戻り、該ステップS101以降の処理を繰り返す。   In step S103, the third comparison unit 134C determines whether or not there is a voltage difference | dV | exceeding the threshold value Vth. When all the voltage differences | dV | are equal to or less than the threshold value Vth, the process returns to step S101, and the processes after step S101 are repeated.

一方、しきい値Vthを超える電圧差|dV|が存在する場合は、ステップS104に進み、第3比較部134Cは、第3異常信号S3を第2カソードストイキ制御部136Bに出力する。   On the other hand, when the voltage difference | dV | exceeding the threshold value Vth exists, the process proceeds to step S104, and the third comparison unit 134C outputs the third abnormality signal S3 to the second cathode stoichiometric control unit 136B.

ステップS105において、第2カソードストイキ制御部136Bは、第3異常信号S3の入力に基づいて酸化剤ガス供給系140を駆動してカソードストイキアップのための制御を行う。これによって、酸化剤ガスの流量が増加する。   In step S105, the second cathode stoichiometric control unit 136B performs control for cathode stoichiometry by driving the oxidant gas supply system 140 based on the input of the third abnormality signal S3. This increases the flow rate of the oxidant gas.

その後、ステップS106において、電圧差検出部132は、再び全ての隣接する発電セル12間の電圧差|dV|を検出して、全ての電圧差|dV|を例えば図示しないメモリのデータファイルに記憶(上書き)する。   Thereafter, in step S106, the voltage difference detection unit 132 detects again the voltage difference | dV | between all the adjacent power generation cells 12, and stores all the voltage differences | dV | in, for example, a data file of a memory (not shown). (Overwrite.

ステップS107において、第4比較部134Dは、データファイルに記憶された電圧差|dV|と、しきい値Vthとを比較する。   In step S107, the fourth comparison unit 134D compares the voltage difference | dV | stored in the data file with the threshold value Vth.

ステップS108において、第4比較部134Dは、しきい値Vthを超える電圧差|dV|があるか否かを判別する。全ての電圧差|dV|がしきい値Vth以下である場合は、ステップS101に戻り、該ステップS101以降の処理を繰り返す。   In step S108, the fourth comparison unit 134D determines whether or not there is a voltage difference | dV | exceeding the threshold value Vth. When all the voltage differences | dV | are equal to or less than the threshold value Vth, the process returns to step S101, and the processes after step S101 are repeated.

一方、しきい値Vthを超える電圧差|dV|が存在する場合は、ステップS109に進み、第4比較部134Dは、第4異常信号S4を第2負荷低減制御部138Bに出力する。   On the other hand, if there is a voltage difference | dV | exceeding the threshold Vth, the process proceeds to step S109, and the fourth comparison unit 134D outputs the fourth abnormality signal S4 to the second load reduction control unit 138B.

ステップS110において、第2負荷低減制御部138Bは、第4異常信号S4の入力に基づいて発電電力の設定値Pgを下げる処理を行って、負荷を低減する制御を行う。   In step S110, the second load reduction control unit 138B performs a process of reducing the set value Pg of the generated power based on the input of the fourth abnormality signal S4, and performs control to reduce the load.

ステップS111において、燃料電池の運転の終了要求(電源断、メンテナンス要求等)があるか否かを判別する。終了要求がなければ、ステップS101に戻り、該ステップS101以降の処理を繰り返す。終了要求があった段階で、第2形態に係る監視制御部16による燃料電池の運転制御が終了する。   In step S111, it is determined whether or not there is a request for ending the operation of the fuel cell (power interruption, maintenance request, etc.). If there is no end request, the process returns to step S101, and the processes after step S101 are repeated. When the termination request is made, the fuel cell operation control by the monitoring control unit 16 according to the second embodiment is terminated.

このように、第1燃料電池10Aにおいては、第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの酸化剤ガス入口連通孔36a付近に第1セル電圧端子120を設け、第2セパレータ24Bの酸化剤ガス出口連通孔36b付近に第2セル電圧端子122を設けるようにしている。そのため、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122の電位差から発電セル12のセル電圧値Vを検出することができる。   As described above, in the first fuel cell 10A, the first cell voltage terminal 120 is provided near the oxidant gas inlet communication hole 36a of the first separator member 28a in the first separator 24A, and the oxidant gas outlet of the second separator 24B. The second cell voltage terminal 122 is provided in the vicinity of the communication hole 36b. Therefore, the cell voltage value V of the power generation cell 12 can be detected from the potential difference between the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122.

そして、ある特定のセパレータの例えば酸化剤ガス入口連通孔36aで電流集中が発生すると、該特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、第1燃料電池10Aでは、この傾きをセル電圧値Vに反映させることができる。従って、予め電流集中が発生しないセル電圧値Vの許容範囲(上限電圧値Vtha及び下限電圧値Vthb)を設定しておき、検出したセル電圧値Vが許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   When current concentration occurs in, for example, the oxidant gas inlet communication hole 36a of a specific separator, the potential profiles of the specific separator and the separator adjacent to the specific separator are not flat and have a certain inclination. In the first fuel cell 10A, this inclination can be reflected in the cell voltage value V. Therefore, an allowable range (upper limit voltage value Vtha and lower limit voltage value Vthb) of the cell voltage value V where current concentration does not occur is set in advance, and it is monitored whether the detected cell voltage value V deviates from the allowable range. Thus, it is possible to easily detect whether or not current concentration has occurred.

あるいは、隣接する2つの発電セル12間におけるセル電圧の差(電圧差|dV|)を検出する場合は、予め電流集中が発生しない電圧差|dV|の例えば上限値をしきい値Vthとして設定しておけば、検出した電圧差|dV|がしきい値Vthから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Alternatively, in the case of detecting a cell voltage difference (voltage difference | dV |) between two adjacent power generation cells 12, for example, an upper limit value of the voltage difference | dV | at which no current concentration occurs is set in advance as the threshold value Vth. Then, by monitoring whether or not the detected voltage difference | dV | deviates from the threshold value Vth, it is possible to easily detect whether or not current concentration has occurred.

しかも、電流集中の発生を検出した場合に、第1運転制御部130Aあるいは第2運転制御部130Bによって、早期に、カソードストイキアップを行うことができるため、燃料電池スタック14の劣化を防止することができる。また、カソードストイキアップを行っても正常状態に戻らない場合に、第1運転制御部130Aあるいは第2運転制御部130Bによって、負荷を低減する制御を行うようにすることで、より確実に、電流集中による燃料電池スタック14の劣化を防止することができる。   In addition, when the occurrence of current concentration is detected, the first operation control unit 130A or the second operation control unit 130B can perform the cathode stoichiometric up early, thereby preventing the deterioration of the fuel cell stack 14. Can do. Further, when the cathode stoichiometric up does not return to the normal state, the first operation control unit 130A or the second operation control unit 130B performs the control to reduce the load, thereby more reliably increasing the current. Degradation of the fuel cell stack 14 due to concentration can be prevented.

すなわち、第1燃料電池10Aにおいては、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池スタック14の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。   That is, in the first fuel cell 10A, the uneven distribution of the current density distribution of the separator can be easily detected, and the power generation state can be detected more accurately, and the operation state that prevents the deterioration of the fuel cell stack 14 is maintained. As a result, durability can be improved.

特に、第1セル電圧端子120を、第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28aのうち、酸化剤ガス入口連通孔36aに最も近い第1コーナー部C1に設け、第2セル電圧端子122を、第2セパレータ24Bのうち、酸化剤ガス出口連通孔36bに最も近い第2コーナー部C2に設けるようにしたので、ある特定のセパレータの面内に電流が流れた場合でも、セル電圧値Vを監視することで、簡単に電流集中が発生したことを検知することができる。   In particular, the first cell voltage terminal 120 is provided at the first corner C1 of the first separator member 28a of the first separator 24A closest to the oxidant gas inlet communication hole 36a, and the second cell voltage terminal 122 is Since the two separators 24B are provided at the second corner C2 closest to the oxidant gas outlet communication hole 36b, the cell voltage value V is monitored even when a current flows in the plane of a specific separator. Thus, it is possible to easily detect that current concentration has occurred.

また、少なくとも一方のセパレータ(この例では、第1セパレータ24A)を、2つのセパレータ部材(第1セパレータ部材28a及び第2セパレータ部材28b)にて構成し、2つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路52を設けることで、発電セル12毎に冷却を行う構造(後述する)や、上述したように、隣接する第1単位セル及び第2単位セルの組み合わせ毎に冷却を行う構造(いわゆる間引き冷却構造)を構成することができる。   Further, at least one of the separators (in this example, the first separator 24A) is constituted by two separator members (the first separator member 28a and the second separator member 28b), and a cooling medium flow is provided between the two separator members. By providing the path 52, cooling is performed for each power generation cell 12 (described later) or, as described above, cooling is performed for each combination of adjacent first unit cells and second unit cells (so-called thinning cooling). Structure).

次に、第2の実施の形態に係る燃料電池(以下、第2燃料電池10Bと記す)について図18〜図21を参照しながら説明する。図18は、図2(第1燃料電池10A)に対応して示す分解斜視図であり、図19は、図12(第1燃料電池10A)に対応して示す模式図であり、図20は、図13(第1燃料電池10A)に対応して示すセパレータの面内の電位プロファイルを示す説明図であり、図21は、図16(第1燃料電池10A)に対応して示すセパレータの面内の電位プロファイルを示す説明図である。   Next, a fuel cell according to a second embodiment (hereinafter referred to as a second fuel cell 10B) will be described with reference to FIGS. 18 is an exploded perspective view corresponding to FIG. 2 (first fuel cell 10A), FIG. 19 is a schematic diagram corresponding to FIG. 12 (first fuel cell 10A), and FIG. FIG. 21 is an explanatory diagram showing an in-plane potential profile corresponding to FIG. 13 (first fuel cell 10A), and FIG. 21 is a diagram of the separator corresponding to FIG. 16 (first fuel cell 10A). It is explanatory drawing which shows an internal potential profile.

この第2燃料電池10Bは、上述した第1燃料電池10Aとほぼ同様の構成を有するが、図18及び図19に示すように、第1セル電圧端子120及び第2セル電圧端子122の設置が逆になっており、各第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)のうち、酸化剤ガス出口連通孔36bの付近にそれぞれ第2セル電圧端子122を設け(第1セル電圧端子120は設けない)、各第2セパレータ24Bのうち、酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に第1セル電圧端子120を設ける(第2セル電圧端子122は設けない)。   The second fuel cell 10B has substantially the same configuration as the first fuel cell 10A described above, but the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122 are installed as shown in FIGS. In the first separator member 28a (or second separator member 28b) of each first separator 24A, the second cell voltage terminal 122 is provided in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b. The cell voltage terminal 120 is not provided), and the first cell voltage terminal 120 is provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 36a in each second separator 24B (the second cell voltage terminal 122 is not provided).

すなわち、第1発電セル12Aにおいて、第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス出口連通孔36bの付近に設けられた第2セル電圧端子122は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置し、第2セパレータ24Bの酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に設けられた第1セル電圧端子120は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置する。同様に、第2発電セル12Bにおいて、第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス出口連通孔36bの付近に設けられた第2セル電圧端子122は、酸化剤ガス流路の出口付近に位置し、第2セパレータ24Bの酸化剤ガス入口連通孔36aの付近に設けられた第1セル電圧端子120は、酸化剤ガス流路の入口付近に位置する。   That is, in the first power generation cell 12A, the second cell voltage terminal 122 provided in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) in the first separator 24A is oxidized. The first cell voltage terminal 120 provided near the oxidant gas flow path and near the oxidant gas inlet communication hole 36a of the second separator 24B is located near the oxidant gas flow path inlet. Similarly, in the second power generation cell 12B, the second cell voltage terminal 122 provided in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) has an oxidant gas flow path. The first cell voltage terminal 120 provided near the oxidant gas inlet communication hole 36a of the second separator 24B is located near the oxidant gas flow path inlet.

この第2燃料電池10Bにおいても、図7A〜図10Cに示す形態と同様に第1セル電圧端子120及び第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよい。   Also in the second fuel cell 10B, the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122 may be provided in the same manner as shown in FIGS. 7A to 10C.

監視制御部16は、上述した第1燃料電池10Aにおける第1形態に係る監視制御部16や、第2形態に係る監視制御部16を用いることができる。   The monitoring control unit 16 can use the monitoring control unit 16 according to the first mode in the first fuel cell 10A described above or the monitoring control unit 16 according to the second mode.

第1形態に係る監視制御部16を用いた場合、電圧検出部128は、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧(セル電圧値V)を検出する。すなわち、図19及び図20の例では、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(1)を、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間の電圧|Vb−Va|を測定することにより検出し、第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)を、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧|Va−Vb|を測定することにより検出し、同様に、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(n)を、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間の電圧|Vb−Va|を測定することにより検出し、第2発電セル12Bのセル電圧値V2(n)を、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122n+1間の電圧|Vb−Van+1|を測定することにより検出する。 When the monitoring control unit 16 according to the first form is used, the voltage detection unit 128 detects the voltage (cell voltage value V) between the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122. That is, in the example of FIG. 19 and FIG. 20, the cell voltage value of the first power generation cell 12A 1 V1: (1), the second cell voltage terminal 122 1 and the first cell voltage terminal 120 1 between the voltage | Vb 1 -Va 1 | detected by measuring the second power generation cell 12B 1 of the cell voltage value V2 of the (1), the first cell voltage terminal 120 1 and the second cell voltage terminal 122 2 between the voltage | Va 1 -Vb 2 | Is measured by measuring the cell voltage value V1 (n) of the first power generation cell 12A n in the same manner as the voltage | Vb n − between the second cell voltage terminal 122 n and the first cell voltage terminal 120 n. detected by measuring the cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B n a (n), the first cell voltage terminal 120 n and the second cell voltage terminal 122 n + 1 between the voltage | | va n Vb n -Va Detected by measuring n + 1 | To do.

特に、第2燃料電池10Bでは、第1セル電圧端子120を第2セパレータ24Bにおける酸化剤ガス入口連通孔36a付近の第1コーナー部C1に設け、第2セル電圧端子122を第1セパレータ24Aにおける第1セパレータ部材28aの酸化剤ガス出口連通孔36b付近の第2コーナー部C2に設けるようにしているため、ある特定のセパレータにおいて、電流集中が起きると、図20に示すように、特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルが平坦でなくなり、ある傾きを持つこととなるが、この傾きによる電位変化が第2セル電圧端子122の電位に反映することになる。つまり、電流集中が発生した特定のセパレータと、それに隣接するセパレータの各電位プロファイルの傾きが、特定のセパレータに隣接する発電セルのセル電圧に反映することとなる。   In particular, in the second fuel cell 10B, the first cell voltage terminal 120 is provided in the first corner portion C1 near the oxidant gas inlet communication hole 36a in the second separator 24B, and the second cell voltage terminal 122 is provided in the first separator 24A. Since the first separator member 28a is provided in the second corner portion C2 near the oxidant gas outlet communication hole 36b, when current concentration occurs in a specific separator, as shown in FIG. Then, each potential profile of the separator adjacent thereto becomes non-flat and has a certain inclination, but the potential change due to this inclination is reflected in the potential of the second cell voltage terminal 122. That is, the inclination of each potential profile of the specific separator where current concentration has occurred and the separator adjacent to the specific separator is reflected in the cell voltage of the power generation cell adjacent to the specific separator.

例えば図19において、第1発電セル12Aのセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)が極端に低下し、上流側に隣接する第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)がそれに伴って極端に増加することとなる。 19 For example, if the current concentration in the first separator of the power generation cell 12A 2 occurs, the second power generation cell in which the first power generation cell 12A 2 of the cell voltage value V1 (2) is extremely lowered, adjacent to the upstream side cell voltage value V2 of the 12B 1 (1) is to be extremely increased accordingly.

このことから、予め電流集中が発生しないセル電圧の許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧が許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Therefore, if a cell voltage tolerance range that does not cause current concentration is set in advance, it is easy to detect the occurrence of current concentration by monitoring whether the detected cell voltage deviates from the tolerance range. can do.

一方、第2形態に係る監視制御部16を用いた場合、電圧差検出部132は、隣接する2つの発電セル12における各一対のセル電圧端子120及び122間の電圧の差dVを検出する。具体的には、例えば図21に示すように、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(1)と、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(1)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差(絶対値)|dV11|を検出し、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(1)と、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(2)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差|dV12|を検出し、同様に、第2セル電圧端子122と第1セル電圧端子120n−1間のセル電圧値V2(n−1)と、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(n)との差をとることにより、第2発電セル12Bn−1−第1発電セル12A間の電圧差|dVn−1n|を検出し、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間のセル電圧値V1(n)と、第2セル電圧端子122n+1と第1セル電圧端子120間のセル電圧値V2(n)との差をとることにより、第1発電セル12A−第2発電セル12B間の電圧差|dVnn|を検出する。 On the other hand, when the monitoring control unit 16 according to the second embodiment is used, the voltage difference detection unit 132 detects a voltage difference dV between each pair of cell voltage terminals 120 and 122 in the two adjacent power generation cells 12. More specifically, as shown in FIG. 21, the first cell voltage terminal 120 1 and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 1 V1 (1), the second cell voltage terminal 122 2 and the first cell by taking the difference between the cell voltage value V2 of the voltage between terminals 120 1 (1), the first power generating cell 12A 1 - the voltage difference between the second power generation cell 12B 1 (absolute value) | dV 11 | detects, 2 and a second cell voltage terminal 122 cell voltage value between the first cell voltage terminal 120 1 V2 (1) and the first cell voltage terminal 120 2 and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 2 V1 (2) , The voltage difference | dV 12 | between the first power generation cell 12A 2 and the second power generation cell 12B 1 is detected. Similarly, the second cell voltage terminal 122 n and the first cell voltage terminal 120 are detected. cell voltage value V2 between n-1 and (n-1), the first cell conductive By taking the difference between the terminals 120 n and the cell voltage value between the second cell voltage terminal 122 n V1 (n), the second power generation cell 12B n-1 - a voltage difference between the first power generation cell 12A n | dV n −1n | is detected, the cell voltage value V1 (n) between the first cell voltage terminal 120 n and the second cell voltage terminal 122 n, and between the second cell voltage terminal 122 n + 1 and the first cell voltage terminal 120 n The voltage difference | dV nn | between the first power generation cell 12A n and the second power generation cell 12B n is detected by taking the difference from the cell voltage value V2 (n).

そして、例えば図21に示すように、例えば第1発電セル12Aのセパレータにおいて電流集中が発生した場合、第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)が極端に低下し、上流側に隣接する第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)がそれに伴って極端に増加することとなる。これにより、第2発電セル12Bのセル電圧値V2(1)と第1発電セル12Aのセル電圧値V1(2)との電圧差|dV12|は、正常の場合と比して大幅に増加することとなる。 For example, as shown in FIG. 21, for example if the current concentration in the first separator of the power generation cell 12A 2 occurs, the first power generation cell 12A 2 of the cell voltage value V1 (2) is extremely lowered, the upstream side so that the cell voltage value V2 of the second power generation cell 12B 1 adjacent (1) is extremely increased accordingly. Accordingly, the voltage difference between the second power generation cell 12B 1 of the cell voltage value V2 (1) and the first power generation cell 12A 2 of the cell voltage value V1 (2) | dV 12 | is greatly compared with the case of normal Will increase.

このことから、予め電流集中が発生しない電圧差(絶対値)の例えば上限値をしきい値Vthとして設定しておけば、検出した電圧差(絶対値)がしきい値Vthから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Therefore, if, for example, the upper limit value of the voltage difference (absolute value) at which current concentration does not occur is set as the threshold value Vth, the detected voltage difference (absolute value) deviates from the threshold value Vth. By monitoring whether or not the occurrence of current concentration, it can be easily detected.

なお、第1形態及び第2形態に係る監視制御部16の構成並びに第1形態及び第2形態に係る運転制御の処理動作は、第1燃料電池10Aと同じであるため、重複説明を省略する。   Note that the configuration of the monitoring control unit 16 according to the first form and the second form and the processing operation of the operation control according to the first form and the second form are the same as those of the first fuel cell 10A, and therefore redundant description is omitted. .

このように、第2燃料電池10Bにおいても、上述した第1燃料電池10Aと同様に、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。   As described above, in the second fuel cell 10B as well, as in the first fuel cell 10A described above, the uneven distribution of the current density distribution of the separator can be easily detected, and the power generation state can be detected more accurately. It is possible to maintain an operation state that prevents the battery from deteriorating and to improve durability.

次に、第3の実施の形態に係る燃料電池(以下、第3燃料電池10Cと記す)について図22を参照しながら説明する。   Next, a fuel cell according to a third embodiment (hereinafter referred to as a third fuel cell 10C) will be described with reference to FIG.

この第3燃料電池10Cは、上述した第1燃料電池10Aとほぼ同様の構成を有するが、燃料電池スタック14の構成、特に、第1セル電圧端子120及び第2セル電圧端子122を多く設けた点で異なる。   The third fuel cell 10C has substantially the same configuration as the first fuel cell 10A described above, but has a configuration of the fuel cell stack 14, particularly, a large number of first cell voltage terminals 120 and second cell voltage terminals 122. It is different in point.

すなわち、図22に示すように、各第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)及び第2セパレータ24Bにおける酸化剤ガス入口連通孔36aの付近にそれぞれ第1セル電圧端子120を設け、酸化剤ガス出口連通孔36bの付近にそれぞれ第2セル電圧端子122を設ける。つまり、第1燃料電池10Aの端子配置と第2燃料電池10Bの端子配置とを組み合わせた端子配置となっている。   That is, as shown in FIG. 22, each of the first cell voltage terminals is provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 36a in the first separator member 28a (or the second separator member 28b) and the second separator 24B of each first separator 24A. 120, and the second cell voltage terminal 122 is provided in the vicinity of the oxidizing gas outlet communication hole 36b. That is, the terminal arrangement is a combination of the terminal arrangement of the first fuel cell 10A and the terminal arrangement of the second fuel cell 10B.

従って、この第3燃料電池10Cが搭載される機器の仕様等に応じて、第1燃料電池10Aとして用いるか、第2燃料電池10Bとして用いるかを適宜選択することができる。   Accordingly, it is possible to appropriately select whether to use the first fuel cell 10A or the second fuel cell 10B according to the specification of the device in which the third fuel cell 10C is mounted.

次に、第4の実施の形態に係る燃料電池(以下、第4燃料電池10Dと記す)について図23を参照しながら説明する。   Next, a fuel cell according to a fourth embodiment (hereinafter referred to as a fourth fuel cell 10D) will be described with reference to FIG.

この第4燃料電池10Dは、上述した第1燃料電池10Aとほぼ同様の構成を有するが、第2セパレータ24Bに代えて、第1セパレータ24Aを有する点で異なり、発電セル12毎に冷却を行う構造となっている。   The fourth fuel cell 10D has substantially the same configuration as the first fuel cell 10A described above, but differs in that the first separator 24A is provided instead of the second separator 24B, and cooling is performed for each power generation cell 12. It has a structure.

そして、この第4燃料電池10Dでは、図23に示すように、第1発電セル12Aを構成する一対の第1セパレータ24Aで見た場合は、プラス端子側に位置する第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス入口連通孔36aの付近にそれぞれ第1セル電圧端子120を設け、マイナス端子側に位置する第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス出口連通孔36bの付近にそれぞれ第2セル電圧端子122を設ける。   And in this 4th fuel cell 10D, as shown in FIG. 23, when it sees with a pair of 1st separator 24A which comprises the 1st electric power generation cell 12A, it is 1st of 1st separator 24A located in the plus terminal side. The first cell voltage terminal 120 is provided in the vicinity of the oxidant gas inlet communication hole 36a of the separator member 28a (or the second separator member 28b), and the first separator member 28a (or the first separator member 28a of the first separator 24A located on the negative terminal side). Second cell voltage terminals 122 are provided in the vicinity of the oxidizing gas outlet communication hole 36b of the second separator member 28b).

第2発電セル12Bを構成する一対の第1セパレータ24Aで見た場合は、マイナス端子側に位置する第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス入口連通孔36aの付近にそれぞれ第1セル電圧端子120を設け、プラス端子側に位置する第1セパレータ24Aの第1セパレータ部材28a(又は第2セパレータ部材28b)の酸化剤ガス出口連通孔36bの付近にそれぞれ第2セル電圧端子122を設ける。   When viewed from the pair of first separators 24A constituting the second power generation cell 12B, the oxidant gas inlet communication of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) of the first separator 24A located on the negative terminal side. First cell voltage terminals 120 are provided in the vicinity of the holes 36a, respectively, in the vicinity of the oxidant gas outlet communication hole 36b of the first separator member 28a (or the second separator member 28b) of the first separator 24A located on the positive terminal side. A second cell voltage terminal 122 is provided for each.

この第4燃料電池10Dにおいても、図7A〜図10Cに示す形態と同様の形態で第1セル電圧端子120及び第2セル電圧端子122を設けるようにしてもよい。   Also in the fourth fuel cell 10D, the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122 may be provided in the same form as that shown in FIGS. 7A to 10C.

監視制御部16は、上述した第1燃料電池10Aにおける第1形態に係る監視制御部16や、第2形態に係る監視制御部16を用いることができる。   The monitoring control unit 16 can use the monitoring control unit 16 according to the first mode in the first fuel cell 10A described above or the monitoring control unit 16 according to the second mode.

すなわち、第1形態に係る監視制御部16を用いた場合、電圧検出部128は、第1セル電圧端子120と第2セル電圧端子122間の電圧(セル電圧値V)を検出する。そして、第1燃料電池10Aと同様に、予め電流集中が発生しないセル電圧値Vの許容範囲を設定しておけば、検出したセル電圧値Vが許容範囲から逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   That is, when the monitoring control unit 16 according to the first form is used, the voltage detection unit 128 detects the voltage (cell voltage value V) between the first cell voltage terminal 120 and the second cell voltage terminal 122. As in the case of the first fuel cell 10A, if a permissible range of the cell voltage value V where current concentration does not occur is set in advance, whether or not the detected cell voltage value V deviates from the permissible range can be monitored. The presence or absence of current concentration can be easily detected.

また、第2形態に係る監視制御部16を用いた場合、電圧差検出部132は、隣接する2つの発電セル12における各一対のセル電圧端子120及び122間の電圧の差(電圧差|dV|)を検出する。そして、予め電流集中が発生しない電圧差|dV|の例えば上限値をしきい値Vthとして設定しておけば、検出した電圧差|dV|がしきい値Vthから逸脱しているかどうか監視することで、電流集中の発生の有無を簡単に検出することができる。   Further, when the monitoring control unit 16 according to the second embodiment is used, the voltage difference detection unit 132 is configured such that the voltage difference (voltage difference | dV) between each pair of cell voltage terminals 120 and 122 in the two adjacent power generation cells 12. |) Is detected. If, for example, the upper limit value of the voltage difference | dV | at which current concentration does not occur is set as the threshold value Vth, it is monitored whether the detected voltage difference | dV | deviates from the threshold value Vth. Thus, it is possible to easily detect whether or not current concentration has occurred.

従って、この第4燃料電池10Dにおいても、上述した第1燃料電池10Aと同様に、セパレータの電流密度分布の偏在を簡単に検出して、発電状況をより正確に検知することができ、燃料電池の劣化を防ぐ運転状態を維持させることが可能になると共に、耐久性の向上を図ることができる。   Therefore, also in the fourth fuel cell 10D, as in the first fuel cell 10A described above, the uneven distribution of the current density distribution of the separator can be easily detected, and the power generation state can be detected more accurately, and the fuel cell As a result, it is possible to maintain an operating state that prevents deterioration of the battery and to improve durability.

10A〜10D…第1燃料電池〜第4燃料電池
12…発電セル 12A…第1発電セル
12B…第2発電セル 14…燃料電池スタック
16…監視制御部 22m…マイナス端子
22p…プラス端子 24A…第1セパレータ
24B…第2セパレータ
26a…第1電解質膜・電極構造体
26b…第2電解質膜・電極構造体
28a…第1セパレータ部材 28b…第2セパレータ部材
30…固体高分子電解質膜 32…アノード側電極
34…カソード側電極 36a…酸化剤ガス入口連通孔
36b…酸化剤ガス出口連通孔 38a…燃料ガス入口連通孔
38b…燃料ガス出口連通孔 40a…冷却媒体入口連通孔
40b…冷却媒体出口連通孔 44…第1燃料ガス流路
52…冷却媒体流路 56…第1酸化剤ガス流路
64…第2燃料ガス流路 74…第2酸化剤ガス流路
120…第1セル電圧端子 122…第2セル電圧端子
124、126…切欠き 128…電圧検出部
130A…第1運転制御部 130B…第2運転制御部
132…電圧差検出部 134A…第1比較部
134B…第2比較部 134C…第3比較部
134D…第4比較部
136A…第1カソードストイキ制御部
136B…第2カソードストイキ制御部
138A…第1負荷低減制御部 138B…第2負荷低減制御部
140…酸化剤ガス供給系
10A to 10D ... 1st fuel cell to 4th fuel cell 12 ... Power generation cell 12A ... 1st power generation cell 12B ... 2nd power generation cell 14 ... Fuel cell stack 16 ... Monitoring control part 22m ... Minus terminal 22p ... Plus terminal 24A ... First 1 separator 24B ... second separator 26a ... first electrolyte membrane / electrode structure 26b ... second electrolyte membrane / electrode structure 28a ... first separator member 28b ... second separator member 30 ... solid polymer electrolyte membrane 32 ... anode side Electrode 34 ... Cathode side electrode 36a ... Oxidant gas inlet communication hole 36b ... Oxidant gas outlet communication hole 38a ... Fuel gas inlet communication hole 38b ... Fuel gas outlet communication hole 40a ... Cooling medium inlet communication hole 40b ... Cooling medium outlet communication hole 44 ... 1st fuel gas flow path 52 ... Cooling medium flow path 56 ... 1st oxidant gas flow path 64 ... 2nd fuel gas flow path 74 ... 2nd oxidant Flow path 120 ... First cell voltage terminal 122 ... Second cell voltage terminal 124, 126 ... Notch 128 ... Voltage detection unit 130A ... First operation control unit 130B ... Second operation control unit 132 ... Voltage difference detection unit 134A ... First comparison unit 134B ... second comparison unit 134C ... third comparison unit 134D ... fourth comparison unit 136A ... first cathode stoichiometric control unit 136B ... second cathode stoichiometric control unit 138A ... first load reduction control unit 138B ... second Load reduction control unit 140 ... oxidant gas supply system

Claims (12)

電解質膜の両側に一対の電極を設けた1以上の電解質膜・電極構造体と、前記電解質膜・電極構造体と交互に配設される複数のセパレータによって挟持され、且つ、電極面に沿って反応ガスを供給する反応ガス流路が形成された単位セルを1以上有する燃料電池であって、
前記単位セルのセル電圧を検出する一対のセル電圧端子を有し、
前記一対のセパレータのうち、一方のセパレータは、前記反応ガス流路の入口付近に一方のセル電圧端子が設けられ、他方のセパレータは、前記反応ガス流路の出口付近に他方のセル電圧端子が設けられていることを特徴とする燃料電池。
One or more electrolyte membrane / electrode structures provided with a pair of electrodes on both sides of the electrolyte membrane, and a plurality of separators arranged alternately with the electrolyte membrane / electrode structures, and along the electrode surface A fuel cell having at least one unit cell in which a reaction gas flow path for supplying a reaction gas is formed,
A pair of cell voltage terminals for detecting a cell voltage of the unit cell;
Of the pair of separators, one separator is provided with one cell voltage terminal near the inlet of the reaction gas flow path, and the other separator has the other cell voltage terminal near the outlet of the reaction gas flow path. A fuel cell provided.
請求項1記載の燃料電池において、
少なくとも前記一方のセパレータは、2つの部材から構成され、前記セル電圧端子は、いずれか一方の部材に設けられていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
At least said one separator is comprised from two members, The said cell voltage terminal is provided in any one member, The fuel cell characterized by the above-mentioned.
請求項1又は2記載の燃料電池において、
前記一方のセル電圧端子は、前記一方のセパレータにおける1つの第1コーナー部に設けられ、
前記他方のセル電圧端子は、前記一方のセパレータのうち、前記第1コーナー部と対角関係にあるコーナー部を他のコーナー部としたとき、前記他方のセパレータのうち、前記他のコーナー部と対向する第2コーナー部に設けられていることを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1 or 2,
The one cell voltage terminal is provided at one first corner portion of the one separator,
When the other cell voltage terminal is a corner portion that is diagonally related to the first corner portion of the one separator, the other cell portion is connected to the other corner portion of the other separator. A fuel cell, characterized in that the fuel cell is provided in a second corner portion facing each other.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池において、
少なくとも前記一方のセパレータは、2つのセパレータ部材にて構成され、前記2つのセパレータ部材の間に冷却媒体流路を有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
At least one of the separators is composed of two separator members, and has a coolant flow path between the two separator members.
請求項1記載の燃料電池において、
さらに、前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
Furthermore, a voltage detector that detects a voltage between the one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell;
A fuel cell comprising: an operation control unit that performs control to increase the stoichiometry of a reaction gas to be supplied when a detection voltage value from the voltage detection unit exceeds an upper limit voltage value or less than a lower limit voltage value.
請求項5記載の燃料電池において、
前記運転制御部は、前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記電圧検出部からの検出電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行うことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 5, wherein
The operation control unit performs control to reduce the load when the detection voltage value from the voltage detection unit exceeds the upper limit voltage value or less than the lower limit voltage value after performing control to increase the stoichiometry. A fuel cell.
請求項1記載の燃料電池において、
さらに、隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差(絶対値)を検出する電圧差検出部と、
前記電圧差検出部からの電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行う運転制御部とを有することを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
Furthermore, a voltage difference detection unit that detects a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in two adjacent unit cells;
A fuel cell, comprising: an operation control unit that performs control to increase a stoichiometry of a reaction gas to be supplied when a voltage difference (absolute value) from the voltage difference detection unit exceeds a threshold value.
請求項7記載の燃料電池において、
前記運転制御部は、前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記電圧差検出部からの電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うことを特徴とする燃料電池。
The fuel cell according to claim 7, wherein
The operation control unit performs control to reduce a load when a voltage difference (absolute value) from the voltage difference detection unit exceeds a threshold value after performing control to increase the stoichiometry. Fuel cell.
請求項1記載の燃料電池の運転方法において、
前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する電圧検出ステップと、
検出された前記電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method of operating a fuel cell according to claim 1,
A voltage detection step of detecting a voltage between the one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell;
A fuel cell operating method comprising: a stoichiometric increase step for performing control to increase the stoichiometry of a reaction gas to be supplied when the detected voltage value exceeds an upper limit voltage value or less than a lower limit voltage value.
請求項9記載の燃料電池の運転方法において、
前記ストイキを上昇させる制御を行った後、前記単位セルにおける前記一方のセル電圧端子と前記他方のセル電圧端子間の電圧を検出する第2の電圧検出ステップと、
検出された前記電圧値が上限電圧値を超える又は下限電圧値未満の場合に、負荷を低減する制御を行う負荷低減ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method of operating a fuel cell according to claim 9,
A second voltage detecting step of detecting a voltage between the one cell voltage terminal and the other cell voltage terminal in the unit cell after performing control for increasing the stoichiometry;
And a load reduction step of performing control to reduce the load when the detected voltage value exceeds the upper limit voltage value or less than the lower limit voltage value.
請求項1記載の燃料電池の運転方法において、
隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧の差(絶対値)を検出する電圧差検出ステップと、
検出された電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、供給する反応ガスのストイキを上昇させる制御を行うストイキ上昇ステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method of operating a fuel cell according to claim 1,
A voltage difference detection step of detecting a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in two adjacent unit cells;
A fuel cell operating method comprising: a stoichiometric increase step for performing control to increase the stoichiometry of a reaction gas to be supplied when a detected voltage difference (absolute value) exceeds a threshold value.
請求項11記載の燃料電池の運転方法において、
前記ストイキを上昇させる制御を行った後、隣接する2つの前記単位セルにおける各一対のセル電圧端子間の電圧差(絶対値)を検出する第2の電圧差検出ステップと、
検出された電圧差(絶対値)がしきい値を超える場合に、負荷を低減する制御を行うステップとを有することを特徴とする燃料電池の運転方法。
The method of operating a fuel cell according to claim 11,
A second voltage difference detection step of detecting a voltage difference (absolute value) between each pair of cell voltage terminals in the two adjacent unit cells after performing control to increase the stoichiometry;
And a step of performing control to reduce the load when the detected voltage difference (absolute value) exceeds a threshold value.
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