JP2016038973A - Fuel battery system and control method for the same - Google Patents

Fuel battery system and control method for the same Download PDF

Info

Publication number
JP2016038973A
JP2016038973A JP2014160270A JP2014160270A JP2016038973A JP 2016038973 A JP2016038973 A JP 2016038973A JP 2014160270 A JP2014160270 A JP 2014160270A JP 2014160270 A JP2014160270 A JP 2014160270A JP 2016038973 A JP2016038973 A JP 2016038973A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
fuel
gas
water
gas flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2014160270A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
礼 森永
Rei Morinaga
礼 森永
亘 大津
Wataru Otsu
亘 大津
雅樹 安藤
Masaki Ando
雅樹 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2014160270A priority Critical patent/JP2016038973A/en
Publication of JP2016038973A publication Critical patent/JP2016038973A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air cooling type fuel battery system in which electrolyte and an electrode at the anode electrode side can be suppressed from being dried.SOLUTION: An air cooling type fuel battery system A has a fuel battery stack 10 for generating power through an electrochemical reaction between oxidant gas and fuel gas. The fuel battery stack has a membrane electrode assembly 20, a fuel gas flow path 30a which is provided to one side of the membrane electrode assembly and through which the fuel gas flows, and an oxidant gas flow path 40a which is provided to the other side of the membrane electrode assembly and through which the oxidant gas flows. The flow direction of the fuel gas in the fuel gas flow path and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path are opposite to each other. The cooling type fuel battery system for cooling the fuel battery stack with cooling gas has a water storage unit 68 for condensing water component in cathode off-gas flowing out from the oxidant gas flow path and storing the condensed water, and a water supply unit 69 for supplying the water stored in the water storage unit to the entrance of the fuel gas flow path.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method for the fuel cell system.

発電用酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックを備え、燃料電池スタックは、燃料ガスが流れる燃料ガス通路と、発電用酸化剤ガスが流れる発電用酸化剤ガス通路と、冷却用酸化剤ガスが流れる冷却用酸化剤ガス通路とを備え、燃料電池スタックが冷却用酸化剤ガスでもって冷却される空冷式の燃料電池システムが公知である(例えば特許文献1参照)。   The fuel cell stack includes a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between the oxidant gas for power generation and the fuel gas. An air-cooled fuel cell system that includes a passage and a cooling oxidant gas passage through which a cooling oxidant gas flows is known in which a fuel cell stack is cooled with a cooling oxidant gas (see, for example, Patent Document 1). ).

特許文献1では、燃料電池スタックの各単セルは、膜電極接合体と、膜電極接合体の一方の側に設けられ燃料ガスが流れる燃料ガス流通路と、膜電極接合体の他方の側に設けられ発電用酸化剤ガスが流れる発電用酸化剤ガス流通路とを備えている。燃料電池スタックの各単セルの燃料ガス流通路を並列に接続することにより燃料ガス通路が形成され、各単セルの発電用酸化剤ガス流通路を並列に接続することにより発電用酸化剤ガス通路が形成される。燃料ガス流通路内の燃料ガスの流れ方向と発電用酸化剤ガス流通路内の発電用酸化剤ガスの流れ方向とは互いに垂直な向きである。発電用酸化剤ガス流通路内の発電用酸化剤ガスの流れ方向と冷却用酸化剤ガス流通路内の冷却用酸化剤ガスの流れ方向とが互いに同じ向きである。   In Patent Document 1, each single cell of a fuel cell stack is provided on a membrane electrode assembly, a fuel gas flow passage through which fuel gas flows provided on one side of the membrane electrode assembly, and on the other side of the membrane electrode assembly. And a power generation oxidant gas flow path through which the power generation oxidant gas flows. The fuel gas passage is formed by connecting the fuel gas flow passages of the single cells of the fuel cell stack in parallel, and the oxidant gas passage for power generation is connected by connecting the power generation oxidant gas flow passages of the single cells in parallel. Is formed. The flow direction of the fuel gas in the fuel gas flow path and the flow direction of the oxidant gas for power generation in the power generation oxidant gas flow path are perpendicular to each other. The flow direction of the power generation oxidant gas in the power generation oxidant gas flow passage is the same as the flow direction of the cooling oxidant gas in the cooling oxidant gas flow passage.

空冷式の燃料電池システムは、水冷式の燃料電池システムと比較して、構造が簡易であり、配管及び付属機器の点数が少なく、占有空間、重量及びコストなどが削減でき、メインテナンスも容易であるなどの利点を有している。そのため、空冷式の燃料電池システムについて研究開発が進められている。   The air-cooled fuel cell system has a simpler structure than the water-cooled fuel cell system, has fewer pipes and accessory equipment, can occupy less space, weight and cost, and is easy to maintain. It has the advantages such as. For this reason, research and development have been conducted on air-cooled fuel cell systems.

特開2006−252934号公報JP 2006-252934 A

しかしながら、空冷式の燃料電池システムは、水冷式の燃料電池システムと比較して、冷却効率が低く、冷却効果が小さいという特徴を有している。そのため、空冷式の燃料電池システムでは、高出力運転のように発熱量が多い状況において、温度が十分に下がらない箇所が出現するおそれがある。例えば、酸化剤ガス流通路の出口付近の領域では、燃料電池の発電に伴う熱で加熱された酸化剤ガスが集中するために温度が十分に下がり難く、その結果、その領域の膜電極接合体は比較的高温になる。ここで、膜電極接合体が低温であるならば、カソード極で生成された水が電解質を介してアノード極側に拡散し、アノード極側の電解質や電極が潤う。しかし、膜電極接合体が比較的高温になるので、カソード極で生成された水が蒸発してしまい、電解質を介してアノード極側に拡散し難くなり、アノード極側の電解質や電極がカソード極側に比べて大きく乾燥してしまう。その結果、電解質のイオン導電性の低下などにより電気化学反応が低下して発電効率が低下してしまう。アノード極側の電解質や電極の乾燥を抑制する技術が望まれる。   However, the air-cooled fuel cell system has characteristics that the cooling efficiency is low and the cooling effect is small as compared with the water-cooled fuel cell system. Therefore, in the air-cooled fuel cell system, there may be a portion where the temperature does not sufficiently decrease in a situation where the amount of heat generation is large as in the case of high output operation. For example, in the region near the outlet of the oxidant gas flow passage, the oxidant gas heated by the heat generated by the power generation of the fuel cell is concentrated, so that the temperature is not sufficiently lowered. As a result, the membrane electrode assembly in that region Becomes relatively hot. Here, if the membrane electrode assembly is at a low temperature, the water generated at the cathode electrode diffuses to the anode electrode side through the electrolyte, and the electrolyte and electrode on the anode electrode side are moistened. However, since the membrane / electrode assembly becomes relatively high in temperature, the water produced at the cathode electrode evaporates, making it difficult to diffuse to the anode electrode side through the electrolyte. It will dry greatly compared to the side. As a result, the electrochemical reaction is lowered due to a decrease in the ionic conductivity of the electrolyte, and the power generation efficiency is lowered. A technique for suppressing drying of the electrolyte and electrodes on the anode electrode side is desired.

本発明の一の観点によれば、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の側に設けられ燃料ガスが流れる燃料ガス流通路と、前記膜電極接合体の他方の側に設けられ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流通路とを備え、前記燃料ガス流通路内の前記燃料ガスの流れ方向と前記酸化剤ガス流通路内の前記酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるようにこれら燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路が形成されており、前記燃料電池スタックが冷却ガスでもって冷却される空冷式燃料電池システムであって、前記酸化剤ガス流通路から流出したカソードオフガス中の水分を凝縮すると共に凝縮された水を貯蔵する水貯蔵部と、前記水貯蔵部に貯蔵された水を前記燃料ガス流通路の入口に供給するための水供給部と、を備えた空冷式燃料電池システムが提供される。   According to one aspect of the present invention, a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas is provided. The fuel cell stack includes a membrane electrode assembly, and a membrane electrode assembly. A fuel gas flow passage that is provided on one side and through which the fuel gas flows; and an oxidant gas flow passage that is provided on the other side of the membrane electrode assembly and through which the oxidant gas flows. The fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are formed so that the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path are opposite to each other. An air-cooled fuel cell system in which a stack is cooled with a cooling gas, wherein the water storage unit condenses moisture in the cathode offgas flowing out from the oxidant gas flow passage and stores the condensed water, Air-cooled fuel cell system including a water supply unit, a for supplying stored in the storage unit water inlet of the fuel gas flow passage is provided.

本発明の他の観点によれば、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の側に設けられ燃料ガスが流れる燃料ガス流通路と、前記膜電極接合体の他方の側に設けられ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流通路とを備え、前記燃料ガス流通路内の前記燃料ガスの流れ方向と前記酸化剤ガス流通路内の前記酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるようにこれら燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路が形成されており、前記燃料電池スタックが冷却ガスでもって冷却される空冷式燃料電池システムの制御方法であって、水貯蔵部により、前記酸化剤ガス通路から流出したカソードオフガス中の水分を凝縮すると共に凝縮された水を貯蔵し、検出部により、前記燃料電池スタックの状態を検出し、前記燃料電池スタックの状態に基づいて、水供給部により、前記水貯蔵部から前記燃料ガス通路の入口に供給する水の量を制御する、空冷式燃料電池システムの制御方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas is provided. The fuel cell stack includes a membrane electrode assembly, and a membrane electrode assembly. A fuel gas flow passage that is provided on one side and through which the fuel gas flows; and an oxidant gas flow passage that is provided on the other side of the membrane electrode assembly and through which the oxidant gas flows. The fuel gas flow path and the oxidant gas flow path are formed so that the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path are opposite to each other. A control method of an air-cooled fuel cell system in which a stack is cooled with a cooling gas, wherein water in the cathode offgas flowing out from the oxidant gas passage is condensed and condensed water is discharged by a water storage unit. The state of the fuel cell stack is detected by the storage unit, and the amount of water supplied from the water storage unit to the inlet of the fuel gas passage is determined by the water supply unit based on the state of the fuel cell stack. A method for controlling an air-cooled fuel cell system is provided.

空冷式燃料電池システムにおいて、アノード極側の電解質や電極の乾燥を抑制することができる。   In the air-cooled fuel cell system, drying of the electrolyte and electrodes on the anode electrode side can be suppressed.

燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of a fuel cell system. 燃料電池単セルの構成を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the structure of a fuel cell single cell. 別の実施例の水供給部の接続位置を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view which shows the connection position of the water supply part of another Example. 出力電流値及び出力電圧値と閾値温度との関係のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the relationship between an output electric current value and an output voltage value, and threshold temperature. 出力電流値及び出力電圧値と水の流量との関係のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the relationship between an output electric current value and an output voltage value, and the flow volume of water. 出力電流値及び出力電圧値と水の増分との関係のマップを示す図である。It is a figure which shows the map of the relationship between an output electric current value and an output voltage value, and the increment of water. 水供給制御を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining water supply control. 水供給制御のルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the routine of water supply control. 別の実施例の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of another Example. 更に別の実施例の燃料電池システムの構成図である。It is a block diagram of the fuel cell system of another Example.

図1を参照すると、燃料電池システムAは燃料電池スタック10を備える。燃料電池スタック10は積層方向に互いに積層された複数の燃料電池単セルを備える。各燃料電池単セルは膜電極接合体20を含む。膜電極接合体20は膜状の電解質と、電解質の一側に形成されたアノード極と、電解質の他側に形成されたカソード極とを備える。   Referring to FIG. 1, the fuel cell system A includes a fuel cell stack 10. The fuel cell stack 10 includes a plurality of fuel cell single cells stacked in the stacking direction. Each single fuel cell includes a membrane electrode assembly 20. The membrane electrode assembly 20 includes a membrane electrolyte, an anode electrode formed on one side of the electrolyte, and a cathode electrode formed on the other side of the electrolyte.

燃料電池単セルのアノード極及びカソード極はそれぞれ直列に電気的に接続され、燃料電池スタック10の電極を構成する。燃料電池スタック10の電極はDC/DCコンバータ11を介してインバータ12に電気的に接続され、インバータ12はモータジェネレータ13に電気的に接続される。また、燃料電池システムAは蓄電器14を備えており、この蓄電器14はDC/DCコンバータ15を介して上述のインバータ12に電気的に接続される。DC/DCコンバータ11は燃料電池スタック10からの電圧を高めてインバータ12に送るためのものであり、インバータ12はDC/DCコンバータ11又は蓄電器14からの直流電流を交流電流に変換するためのものである。DC/DCコンバータ15は燃料電池スタック10又はモータジェネレータ13から蓄電器14への電圧を低くし、又は蓄電器14からモータジェネレータ13への電圧を高くするためのものである。なお、図1に示される燃料電池システムAでは蓄電器14はバッテリから構成される。   The anode electrode and the cathode electrode of the single fuel cell are electrically connected in series, and constitute an electrode of the fuel cell stack 10. The electrode of the fuel cell stack 10 is electrically connected to the inverter 12 via the DC / DC converter 11, and the inverter 12 is electrically connected to the motor generator 13. Further, the fuel cell system A includes a capacitor 14, and this capacitor 14 is electrically connected to the above-described inverter 12 via a DC / DC converter 15. The DC / DC converter 11 is for increasing the voltage from the fuel cell stack 10 and sending it to the inverter 12, and the inverter 12 is for converting the direct current from the DC / DC converter 11 or the capacitor 14 into an alternating current. It is. The DC / DC converter 15 is for reducing the voltage from the fuel cell stack 10 or the motor generator 13 to the battery 14 or increasing the voltage from the battery 14 to the motor generator 13. In the fuel cell system A shown in FIG. 1, the battery 14 is composed of a battery.

また、燃料電池単セル内には、図2に示されるように、膜電極接合体20の一方の側に設けられアノード極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流通路30aと、膜電極接合体20の他方の側に設けられカソード極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流通路40aと、燃料電池単セルに冷却ガスを供給するための冷却ガス流通路50aとがそれぞれ形成されている。複数の燃料電池単セルの燃料ガス流通路30a、酸化剤ガス流通路40a、及び冷却ガス流通路50aをそれぞれ並列又は直列に接続することにより、燃料電池スタック10には燃料ガス通路30、酸化剤ガス通路40、及び冷却ガス通路50がそれぞれ形成される。   Further, as shown in FIG. 2, the fuel cell single cell has a fuel gas flow passage 30 a provided on one side of the membrane electrode assembly 20 for supplying fuel gas to the anode electrode, and a membrane electrode junction. An oxidant gas flow path 40a for supplying an oxidant gas to the cathode electrode provided on the other side of the body 20 and a cooling gas flow path 50a for supplying a cooling gas to the single fuel cell are formed. ing. By connecting the fuel gas flow passage 30a, the oxidant gas flow passage 40a, and the cooling gas flow passage 50a of the plurality of fuel cell single cells in parallel or in series, respectively, the fuel cell stack 10 includes the fuel gas passage 30, the oxidant. A gas passage 40 and a cooling gas passage 50 are formed.

燃料ガス流通路30a及び酸化剤ガス流通路40aは、膜電極接合体20の両側を互いに並行に延びている。そして、燃料ガス流通路30aの入口30aiと、酸化剤ガス流通路40aの出口40aoとが互いに隣接するように、燃料ガス流通路30a内の燃料ガスの流れと、酸化剤ガス流通路40a内の酸化剤ガスの流れとが設定されている。具体的には、燃料ガス流通路30a内の燃料ガスの流れ方向と、酸化剤ガス流通路40a内の酸化剤ガスの流れ方向とが、膜電極接合体20の両側において互いに逆向きになるように、燃料ガス流通路30a及び酸化剤ガス流通路40aが形成されている。したがって、膜電極接合体20のアノード極側を流れる燃料ガスと、膜電極接合体20のカソード極側を流れる酸化剤ガスとは、互いに向かい合う向きに流れる。このとき、燃料ガス流通路30a内の燃料ガスと、酸化剤ガス流通路40a内の酸化剤ガスとは、対向流を形成しているということができる。このとき、各ガスの流れの向きは、厳密な意味で互いに逆向き(互いに向かい合う向き)である必要はなく、少しの交差を有しつつ概ね互いに逆向きであってもよい。図1及び図2に示す実施例では、燃料ガス流通路30aの入口30aiと酸化剤ガス流通路40aの出口40aoとが概ね隣接し、燃料ガス通路30の入口と酸化剤ガス通路40の出口とが概ね隣接している。また、燃料ガス流通路30aの出口30aoと酸化剤ガス流通路40aの入口40aiとが概ね隣接している。   The fuel gas flow passage 30a and the oxidant gas flow passage 40a extend on both sides of the membrane electrode assembly 20 in parallel with each other. Then, the flow of the fuel gas in the fuel gas flow passage 30a and the flow in the oxidant gas flow passage 40a are such that the inlet 30ai of the fuel gas flow passage 30a and the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a are adjacent to each other. The flow of oxidant gas is set. Specifically, the flow direction of the fuel gas in the fuel gas flow passage 30 a and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow passage 40 a are opposite to each other on both sides of the membrane electrode assembly 20. In addition, a fuel gas flow passage 30a and an oxidant gas flow passage 40a are formed. Accordingly, the fuel gas flowing on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20 and the oxidant gas flowing on the cathode electrode side of the membrane electrode assembly 20 flow in directions facing each other. At this time, it can be said that the fuel gas in the fuel gas flow passage 30a and the oxidant gas in the oxidant gas flow passage 40a form a counter flow. At this time, the flow directions of the respective gases do not have to be mutually opposite directions (directions facing each other) in a strict sense, and may be generally opposite to each other with a slight intersection. In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the inlet 30ai of the fuel gas flow passage 30a and the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a are generally adjacent to each other, and the inlet of the fuel gas passage 30 and the outlet of the oxidant gas passage 40 are Are generally adjacent. Further, the outlet 30ao of the fuel gas flow passage 30a and the inlet 40ai of the oxidant gas flow passage 40a are generally adjacent to each other.

また、冷却ガス流通路50aと酸化剤ガス流通路40aとは、燃料電池スタック10内で互いに並行に延びている。図2に示す実施例では、冷却ガス流通路50a内の冷却ガスの流れ方向と酸化剤ガス流通路40a内の酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるように、冷却ガス流通路50aが形成されることが好ましい。すなわち、冷却ガス流通路50a内の冷却ガスと、酸化剤ガス流通路40a内の酸化剤ガスとは、上記された意味で対向流を形成することが好ましい。この場合、温度が比較的高い酸化剤ガス流通路40aの出口40ao付近の領域と、温度が比較的低い冷却ガス流通路50aの入口50ai付近の領域とが隣接するので、酸化剤ガス流通路40aの出口40ao付近の膜電極接合体20を効率的に冷却でき、その付近のカソード極及びカソード極側の電解質の乾燥を効果的に抑制できる。   The cooling gas flow passage 50 a and the oxidant gas flow passage 40 a extend in parallel with each other in the fuel cell stack 10. In the embodiment shown in FIG. 2, the cooling gas flow passage 50a is arranged such that the flow direction of the cooling gas in the cooling gas flow passage 50a and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow passage 40a are opposite to each other. Is preferably formed. That is, it is preferable that the cooling gas in the cooling gas flow passage 50a and the oxidant gas in the oxidant gas flow passage 40a form a counter flow in the above-described meaning. In this case, since the region near the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a having a relatively high temperature and the region near the inlet 50ai of the cooling gas flow passage 50a having a relatively low temperature are adjacent, the oxidant gas flow passage 40a. The membrane electrode assembly 20 in the vicinity of the outlet 40ao can be efficiently cooled, and drying of the cathode electrode in the vicinity and the electrolyte on the cathode electrode side can be effectively suppressed.

燃料ガス通路30の入口には燃料ガス供給管31が連結され、燃料ガス供給管31は燃料ガス源32に連結される。図1に示される実施例では、燃料ガスは水素ガスから形成され、燃料ガス源32は水素タンクから形成される。燃料ガス供給管31内には上流側から順に、遮断弁33と、燃料ガス供給管31内の燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ34と、燃料ガス源32からの燃料ガスを燃料電池スタック10に供給するための燃料ガスインジェクタ35と、が配置される。一方、燃料ガス通路30の出口にはアノードオフガス管36が連結される。遮断弁33が開弁されかつ燃料ガスインジェクタ35が開弁されると、燃料ガス源32内の燃料ガスが燃料ガス供給管31を介して燃料電池スタック10内の燃料ガス通路30内に供給される。このとき燃料ガス通路30から流出するガス、すなわちアノードオフガスはアノードオフガス管36内に流入する。アノードオフガス管36内にはアノードオフガス管36内を流れるアノードオフガスの量を制御するアノードオフガス制御弁37が配置される。   A fuel gas supply pipe 31 is connected to the inlet of the fuel gas passage 30, and the fuel gas supply pipe 31 is connected to a fuel gas source 32. In the embodiment shown in FIG. 1, the fuel gas is formed from hydrogen gas and the fuel gas source 32 is formed from a hydrogen tank. In the fuel gas supply pipe 31, in order from the upstream side, the shutoff valve 33, the regulator 34 for adjusting the pressure of the fuel gas in the fuel gas supply pipe 31, and the fuel gas from the fuel gas source 32 are supplied to the fuel cell stack 10. A fuel gas injector 35 for supply is arranged. On the other hand, an anode off gas pipe 36 is connected to the outlet of the fuel gas passage 30. When the shutoff valve 33 is opened and the fuel gas injector 35 is opened, the fuel gas in the fuel gas source 32 is supplied into the fuel gas passage 30 in the fuel cell stack 10 via the fuel gas supply pipe 31. The At this time, the gas flowing out from the fuel gas passage 30, that is, the anode off gas flows into the anode off gas pipe 36. An anode off gas control valve 37 for controlling the amount of anode off gas flowing in the anode off gas pipe 36 is disposed in the anode off gas pipe 36.

また、酸化剤ガス通路40の入口には酸化剤ガス供給管41が連結され、酸化剤ガス供給管41は酸化剤ガス源42に連結される。図1に示される実施例では、酸化剤ガスは空気から形成され、酸化剤ガス源42は大気である。酸化剤ガス供給管41内にはガスクリーナ43が配置される。一方、酸化剤ガス通路40の出口にはカソードオフガス管45の入口が連結され、カソードオフガス管45の出口は大気に連通される。カソードオフガス管45内には、ブロア44と放熱器46とが配置される。この場合、ブロア44の入口は酸化剤ガス通路40に連結され、ブロア44の出口は放熱器46に連結される。ブロア44が駆動されると、酸化剤ガスが酸化剤ガス供給管41に引き込まれ、酸化剤ガス供給管41を介して燃料電池スタック10内の酸化剤ガス通路40内に供給される。このとき酸化剤ガス通路40から流出するガス、すなわちカソードオフガスはカソードオフガス管45内に流入し、ブロア44に吸入された後に、ブロア44から吐出され、放熱器46で放熱されて温度を下げられて、そのまま排気される。図示しない別の実施例では、カソードオフガス管45の出口はアノードオフガス希釈器に連結され、放熱器46で温度を下げられたカソードオフガスはアノードオフガスの希釈に利用される。図示しない更に別の実施例では、ブロア44の代わりに酸化剤ガス供給管41内にコンプレッサが配置され、コンプレッサが駆動されると、酸化剤ガス供給管41を介して燃料電池スタック10内の酸化剤ガス通路40内に供給される。   An oxidant gas supply pipe 41 is connected to the inlet of the oxidant gas passage 40, and the oxidant gas supply pipe 41 is connected to an oxidant gas source 42. In the embodiment shown in FIG. 1, the oxidant gas is formed from air and the oxidant gas source 42 is the atmosphere. A gas cleaner 43 is disposed in the oxidant gas supply pipe 41. On the other hand, the outlet of the oxidant gas passage 40 is connected to the inlet of the cathode offgas pipe 45, and the outlet of the cathode offgas pipe 45 communicates with the atmosphere. A blower 44 and a radiator 46 are disposed in the cathode off gas pipe 45. In this case, the inlet of the blower 44 is connected to the oxidant gas passage 40, and the outlet of the blower 44 is connected to the radiator 46. When the blower 44 is driven, the oxidant gas is drawn into the oxidant gas supply pipe 41 and supplied to the oxidant gas passage 40 in the fuel cell stack 10 through the oxidant gas supply pipe 41. At this time, the gas flowing out from the oxidant gas passage 40, that is, the cathode off-gas flows into the cathode off-gas pipe 45, is sucked into the blower 44, is discharged from the blower 44, is radiated by the radiator 46, and the temperature is lowered. Then, it is exhausted as it is. In another embodiment (not shown), the outlet of the cathode offgas pipe 45 is connected to an anode offgas diluter, and the cathode offgas whose temperature has been lowered by the radiator 46 is used for dilution of the anode offgas. In still another embodiment (not shown), a compressor is disposed in the oxidant gas supply pipe 41 instead of the blower 44, and when the compressor is driven, the oxidation in the fuel cell stack 10 is performed via the oxidant gas supply pipe 41. It is supplied into the agent gas passage 40.

燃料電池システムAは、更に、酸化剤ガス流通路40aから流出したカソードオフガス中の水分を凝縮すると共に、凝縮された水を貯蔵する水貯蔵部68と、水貯蔵部68に貯蔵された水を燃料ガス流通路30aの入口に供給するための水供給部69とを備える。図1に示す実施例では、カソードオフガス管45の途中にカソードオフガス管45から分岐する分岐管61が連結され、分岐管61内に水貯蔵部68と水供給部69とが配置される。分岐管61は燃料ガスインジェクタ35下流の燃料ガス供給管31に連結され、水供給部69は水貯蔵部68に貯蔵された水を燃料ガス供給管31に供給する。別の実施例では、図3に示すように、分岐管61は燃料ガス通路30の入口に連結され、水供給部69は水貯蔵部68に貯蔵された水を燃料ガス通路30の入口に供給する。   The fuel cell system A further condenses the moisture in the cathode offgas flowing out from the oxidant gas flow passage 40a, and stores a water storage unit 68 that stores the condensed water, and water stored in the water storage unit 68. And a water supply unit 69 for supplying the fuel gas flow passage 30a to the inlet. In the embodiment shown in FIG. 1, a branch pipe 61 branched from the cathode offgas pipe 45 is connected in the middle of the cathode offgas pipe 45, and a water storage unit 68 and a water supply unit 69 are arranged in the branch pipe 61. The branch pipe 61 is connected to the fuel gas supply pipe 31 downstream of the fuel gas injector 35, and the water supply section 69 supplies the water stored in the water storage section 68 to the fuel gas supply pipe 31. In another embodiment, as shown in FIG. 3, the branch pipe 61 is connected to the inlet of the fuel gas passage 30, and the water supply unit 69 supplies the water stored in the water storage unit 68 to the inlet of the fuel gas passage 30. To do.

図1に示す実施例では、水貯蔵部68は、カソードオフガス管45から分岐管61内へ流れ込むカソードオフガスの量を制御する制御弁62と、カソードオフガス中の水分を凝縮する凝縮器63と、凝縮器63で凝縮された水を貯蔵する水タンク64と、凝縮器63で水分を除去されたカソードオフガスを外部へ排出する排気管61a内に設けられた排気弁67とを備える。図1に示す実施例では制御弁62は分岐管61の入口に配置された三方弁である。この場合、制御弁62はカソードオフガス管45を分岐管61に連通するか、又は、分岐管61から分離する。図示しない別の実施例では、制御弁62は分岐管61内に設けられた二方弁である。また、図示しない更に別の実施例では、凝縮器63と水タンク64とは一体である。一方、水供給部69は、水貯蔵部68に貯蔵された水に含まれるイオン性の不純物を除去するイオン交換器65と、水貯蔵部68に貯蔵された水を燃料ガス供給管31内に噴射する供給水インジェクタ66とを備える。図示しない別の実施例では、イオン交換器65は省略される。   In the embodiment shown in FIG. 1, the water storage unit 68 includes a control valve 62 that controls the amount of cathode offgas flowing from the cathode offgas pipe 45 into the branch pipe 61, a condenser 63 that condenses moisture in the cathode offgas, A water tank 64 for storing the water condensed by the condenser 63 and an exhaust valve 67 provided in the exhaust pipe 61a for discharging the cathode off gas from which moisture has been removed by the condenser 63 to the outside are provided. In the embodiment shown in FIG. 1, the control valve 62 is a three-way valve disposed at the inlet of the branch pipe 61. In this case, the control valve 62 communicates the cathode offgas pipe 45 with the branch pipe 61 or separates it from the branch pipe 61. In another embodiment (not shown), the control valve 62 is a two-way valve provided in the branch pipe 61. In still another embodiment (not shown), the condenser 63 and the water tank 64 are integrated. On the other hand, the water supply unit 69 removes ionic impurities contained in the water stored in the water storage unit 68 and the water stored in the water storage unit 68 into the fuel gas supply pipe 31. And a supply water injector 66 for injecting. In another embodiment not shown, the ion exchanger 65 is omitted.

制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁されると、カソードオフガス管45からカソードオフガスの一部又は全部が分岐管61に流入し、流入したカソードオフガス中の水分が凝縮器63により凝縮される。凝縮された水は水タンク64に貯蔵され、水分を除去された後のカソードオフガスは排気管61aから外部へ排出されるか、又は、アノードオフガスの希釈などに使用される。水タンク64に貯蔵された水は、イオン交換器65でイオン性の不純物を除去され、供給水インジェクタ66で燃料ガス供給管31へ送出される。図示しない別の実施例では、制御弁62を用いず、カソードオフガス管45内に水貯蔵部68と水供給部69とが配置され、カソードオフガス管45の出口が燃料ガス供給管31に連結されて、カソードオフガスの全量が常時、水貯蔵部68を通過して排気弁67から排気される。   When the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62 and the exhaust valve 67 is opened, a part or all of the cathode offgas flows from the cathode offgas pipe 45 into the branch pipe 61 and flows into the cathode offgas. The water inside is condensed by the condenser 63. The condensed water is stored in the water tank 64, and the cathode off-gas after the moisture is removed is discharged to the outside from the exhaust pipe 61a or used for dilution of the anode off-gas. From the water stored in the water tank 64, ionic impurities are removed by the ion exchanger 65, and the water is sent to the fuel gas supply pipe 31 by the supply water injector 66. In another embodiment (not shown), the control valve 62 is not used, the water storage unit 68 and the water supply unit 69 are disposed in the cathode offgas pipe 45, and the outlet of the cathode offgas pipe 45 is connected to the fuel gas supply pipe 31. Thus, the entire amount of the cathode off-gas is exhausted from the exhaust valve 67 through the water storage unit 68 at all times.

冷却ガス通路50の入口には冷却ガス供給管51が連結され、冷却ガス供給管51は冷却ガス源52に連結される。図1に示される実施例では、冷却ガスは空気から形成され、冷却ガス源52は大気から形成される。冷却ガス供給管51内には冷却ガスブロア54が配置される。一方、冷却ガス通路50の出口には冷却ガス排出管53の入口が連結され、冷却ガス排出管53の出口は大気に連通される。冷却ガスブロア54が駆動されると、冷却ガスが冷却ガス供給管51を介して燃料電池スタック10内の冷却ガス通路50内に供給される。このとき、冷却ガス通路50から流出する冷却ガス、すなわち排冷却ガスは冷却ガス排出管53に流入し、そのまま排気される。図示しない別の実施例では、冷却ガス供給管51の出口はアノードオフガス希釈器に連結され、冷却ガスはアノードオフガスの希釈に利用される。図示しない更に別の実施例では、冷却ガスブロア54の代わりにコンプレッサが用いられる。このように、図1に示す実施例の燃料電池システムAは、空冷式である。   A cooling gas supply pipe 51 is connected to the inlet of the cooling gas passage 50, and the cooling gas supply pipe 51 is connected to a cooling gas source 52. In the embodiment shown in FIG. 1, the cooling gas is formed from air and the cooling gas source 52 is formed from the atmosphere. A cooling gas blower 54 is disposed in the cooling gas supply pipe 51. On the other hand, the outlet of the cooling gas passage 50 is connected to the inlet of the cooling gas discharge pipe 53, and the outlet of the cooling gas discharge pipe 53 communicates with the atmosphere. When the cooling gas blower 54 is driven, the cooling gas is supplied into the cooling gas passage 50 in the fuel cell stack 10 through the cooling gas supply pipe 51. At this time, the cooling gas flowing out from the cooling gas passage 50, that is, the exhaust cooling gas, flows into the cooling gas discharge pipe 53 and is exhausted as it is. In another embodiment (not shown), the outlet of the cooling gas supply pipe 51 is connected to an anode off gas diluter, and the cooling gas is used for dilution of the anode off gas. In yet another embodiment not shown, a compressor is used in place of the cooling gas blower 54. Thus, the fuel cell system A of the embodiment shown in FIG. 1 is an air-cooled type.

電子制御ユニット70はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス71によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)72、RAM(ランダムアクセスメモリ)73、CPU(マイクロプロセッサ)74、入力ポート75及び出力ポート76を具備する。燃料ガスインジェクタ35と燃料電池スタック10との間の燃料ガス供給管31には燃料ガス供給管31内の圧力を検出する圧力センサ81が取り付けられる。また、燃料電池スタック10の酸化剤ガス流通路40aの出口、すなわち燃料ガス流通路30aの入口付近には、その付近での燃料電池単セルの温度、すなわちセル温度を検出する温度センサ82が取り付けられる。また、燃料電池スタック10には出力電流値及び出力電圧値を検出する出力センサ83が取り付けられる。また、水タンク64には水タンクの水量を計測する水量センサ84が取り付けられる。燃料電池スタック10のセル温度、出力電流値及び出力電圧値は燃料電池スタック10の状態と見ることができ、温度センサ82及び出力センサ83は、燃料電池スタック10の状態を検出する検出部と見ることができる。圧力センサ81、温度センサ82及び出力センサ83の出力信号は対応するAD変換器77を介して入力ポート75に入力される。一方、出力ポート76は対応する駆動回路78を介して遮断弁33、レギュレータ34、燃料ガスインジェクタ35、アノードオフガス制御弁37、ブロア44、冷却ガスブロア54、制御弁62、排気弁67、供給水インジェクタ66に電気的に接続される。   The electronic control unit 70 is composed of a digital computer and includes a ROM (read only memory) 72, a RAM (random access memory) 73, a CPU (microprocessor) 74, an input port 75 and an output port 76 which are connected to each other by a bidirectional bus 71. It comprises. A pressure sensor 81 for detecting the pressure in the fuel gas supply pipe 31 is attached to the fuel gas supply pipe 31 between the fuel gas injector 35 and the fuel cell stack 10. Further, a temperature sensor 82 for detecting the temperature of the single fuel cell, that is, the cell temperature in the vicinity thereof is attached to the outlet of the oxidant gas flow passage 40a of the fuel cell stack 10, that is, the vicinity of the inlet of the fuel gas flow passage 30a. It is done. Further, an output sensor 83 that detects an output current value and an output voltage value is attached to the fuel cell stack 10. Further, a water amount sensor 84 for measuring the amount of water in the water tank is attached to the water tank 64. The cell temperature, the output current value, and the output voltage value of the fuel cell stack 10 can be regarded as the state of the fuel cell stack 10, and the temperature sensor 82 and the output sensor 83 are regarded as a detection unit that detects the state of the fuel cell stack 10. be able to. Output signals from the pressure sensor 81, the temperature sensor 82, and the output sensor 83 are input to the input port 75 via the corresponding AD converter 77. On the other hand, the output port 76 is connected to the shut-off valve 33, the regulator 34, the fuel gas injector 35, the anode off-gas control valve 37, the blower 44, the cooling gas blower 54, the control valve 62, the exhaust valve 67, and the supply water injector via the corresponding drive circuit 78. 66 is electrically connected.

ところで、燃料電池スタック10で発電すべきときには遮断弁33及び燃料ガスインジェクタ35が開弁され、水素ガスが燃料電池スタック10に供給される。また、ブロア44が駆動され、空気が燃料電池スタック10に供給される。その結果、燃料電池単セルにおいて電気化学反応(H→2H+2e,(1/2)O+2H+2e→HO)が起こり、電気エネルギが発生される。この発生された電気エネルギはモータジェネレータ13に送られる。その結果、モータジェネレータ13が車両駆動用の電気モータとして作動され、電動車両が駆動される。一方、例えば車両制動時にはモータジェネレータ13が回生装置として作動し、このとき回生された電気エネルギは蓄電器14に蓄えられる。 By the way, when the fuel cell stack 10 is to generate power, the shutoff valve 33 and the fuel gas injector 35 are opened, and hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 10. Further, the blower 44 is driven and air is supplied to the fuel cell stack 10. As a result, an electrochemical reaction (H 2 → 2H + + 2e , (1/2) O 2 + 2H + + 2e → H 2 O) occurs in the single fuel cell, and electric energy is generated. The generated electrical energy is sent to the motor generator 13. As a result, the motor generator 13 is operated as an electric motor for driving the vehicle, and the electric vehicle is driven. On the other hand, for example, when the vehicle is braked, the motor generator 13 operates as a regenerative device, and the electrical energy regenerated at this time is stored in the capacitor 14.

図1に示される燃料電池システムAでは、発電すべきときには、例えばアクセルペダルの踏み込み量により表されるモータジェネレータ13の負荷及び蓄電器14の蓄電量に応じて燃料電池スタック10の目標電流値及び目標電圧値が求められる。次いで、燃料電池スタック10の出力電流値及び出力電圧値をそれぞれ目標電流値及び目標電圧値にするのに必要な燃料ガス量及び酸化剤ガス量、すなわち目標燃料ガス供給量及び目標酸化剤ガス供給量が求められる。次いで、燃料電池スタック10に送られる燃料ガス量が目標燃料ガス供給量となるようにレギュレータ34及び燃料ガスインジェクタ35が制御され、燃料電池スタック10に送られる酸化剤ガス量が目標酸化剤ガス供給量となるようにブロア44が制御される。以上のようにして、燃料電池システムAでの発電が制御される。   In the fuel cell system A shown in FIG. 1, when power is to be generated, for example, the target current value and target of the fuel cell stack 10 according to the load of the motor generator 13 and the amount of power stored in the battery 14 represented by the amount of depression of the accelerator pedal, for example. A voltage value is obtained. Next, the fuel gas amount and the oxidant gas amount necessary for setting the output current value and the output voltage value of the fuel cell stack 10 to the target current value and the target voltage value, that is, the target fuel gas supply amount and the target oxidant gas supply, respectively. A quantity is required. Next, the regulator 34 and the fuel gas injector 35 are controlled so that the amount of fuel gas sent to the fuel cell stack 10 becomes the target fuel gas supply amount, and the amount of oxidant gas sent to the fuel cell stack 10 becomes the target oxidant gas supply. The blower 44 is controlled so as to be the quantity. As described above, power generation in the fuel cell system A is controlled.

一方、図1に示される燃料電池システムAでは、燃料電池スタック10の温度を表す冷却ガス温度が予め設定された目標温度範囲内に維持されるように冷却ガスブロア54が供給する冷却ガス量が制御される。具体的には、冷却ガス温度を予め定められた目標温度範囲内に維持するのに必要な冷却ガス量、すなわち目標冷却ガス量が算出される。次いで、冷却ガス量が目標冷却ガス量になるように冷却ガスブロア54が制御される。以上のようにして、燃料電池システムAでの冷却が制御される。   On the other hand, in the fuel cell system A shown in FIG. 1, the amount of cooling gas supplied by the cooling gas blower 54 is controlled so that the cooling gas temperature representing the temperature of the fuel cell stack 10 is maintained within a preset target temperature range. Is done. Specifically, the amount of cooling gas necessary to maintain the cooling gas temperature within a predetermined target temperature range, that is, the target cooling gas amount is calculated. Next, the cooling gas blower 54 is controlled so that the cooling gas amount becomes the target cooling gas amount. As described above, the cooling in the fuel cell system A is controlled.

ところが、空冷式燃料電池システムは、高出力運転のように発熱量が多い状況では、酸化剤ガス流通路40aの出口40ao付近、すなわちカソード極側出口付近のセル温度が高くなり過ぎて、膜電極接合体20のカソード極側から水分が蒸発して、反対側のアノード極側が大きく乾燥してしまうおそれがある。そうなると、膜電極接合体20での電気化学反応が低下して、燃料電池スタック10の出力が低下してしまう。そこで、図1に示す実施例では、酸化剤ガス流通路40aの出口40ao付近でのセル温度が予め設定された閾値温度より高くなると、水貯蔵部68に貯蔵された水を所定の流量で水供給部69から燃料ガス流通路30aの入口30aiへ向けて送出させるようにしている。すなわち、燃料ガス流通路30aの入口30ai、すなわちアノード極側入口から水分を補充することで、膜電極接合体20のアノード極側が乾燥することを回避することができる。その結果、膜電極接合体20でのアノード極入口付近での電気化学反応を維持することができ、燃料電池スタック10の出力の低下を防止できる。加えて、各セルにおいて、膜電極接合体20での電気化学反応の面内分布を均一化することができる。更に、水分の供給により温度の高いアノード極入口付近、すなわちカソード極出口付近が冷やされるので、膜電極接合体20での温度の面内分布を均一化することができる。また、膜電極接合体20が冷やされ、水の蒸発が低減されるので、カソード極及びカソード極側の電解質についても水分で潤うことができる。   However, in the situation where the air-cooled fuel cell system generates a large amount of heat as in high output operation, the cell temperature near the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a, that is, near the cathode electrode side outlet becomes too high, and the membrane electrode There is a possibility that moisture evaporates from the cathode electrode side of the bonded body 20 and the anode side on the opposite side is greatly dried. If it becomes so, the electrochemical reaction in the membrane electrode assembly 20 will fall, and the output of the fuel cell stack 10 will fall. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the cell temperature in the vicinity of the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a becomes higher than a preset threshold temperature, the water stored in the water storage unit 68 is supplied at a predetermined flow rate. It is made to send out from the supply part 69 toward the inlet 30ai of the fuel gas flow path 30a. That is, it is possible to avoid drying of the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20 by replenishing moisture from the inlet 30ai of the fuel gas flow passage 30a, that is, the anode electrode side inlet. As a result, the electrochemical reaction in the vicinity of the anode electrode entrance in the membrane electrode assembly 20 can be maintained, and a decrease in the output of the fuel cell stack 10 can be prevented. In addition, in each cell, the in-plane distribution of the electrochemical reaction in the membrane electrode assembly 20 can be made uniform. Furthermore, since the vicinity of the anode inlet having a high temperature, that is, the vicinity of the cathode electrode outlet is cooled by the supply of moisture, the in-plane distribution of the temperature in the membrane electrode assembly 20 can be made uniform. Further, since the membrane electrode assembly 20 is cooled and the evaporation of water is reduced, the cathode electrode and the electrolyte on the cathode electrode side can be moistened with moisture.

ここで、酸化剤ガス流通路40aの出口40ao付近、すなわちカソード極側出口付近の閾値温度T0は以下のようにして決定される。燃料電池スタック10の出力電流値が大きいほど発熱量が大きくなり、出力電圧値が小さいほど発熱量が大きくなるため、セル温度が上昇し易くなる。その結果、膜電極接合体20のカソード極側から水分が蒸発して、反対側のアノード極側が大きく乾燥する状況が発生し易くなる。したがって、それに対処するために、出力電流値が大きいほど閾値温度T0が低くなり、出力電圧値が小さいほど閾値温度T0が低くなるように閾値温度T0を設定する。言い換えれば、出力電流値が小さいほど閾値温度T0が高くなり、出力電圧値が大きいほど閾値温度T0が高くなるように閾値温度T0が設定される。それにより、出力電流値が大きい及び出力電圧値が小さいのうちの少なくとも一方の場合には、迅速に、水貯蔵部68に貯蔵された水を所定の流量で水供給部69から燃料ガス流通路30aの入口へ向けて送出させることができる。すなわち、出力電流値が大きい及び出力電圧値が小さいのうちの少なくとも一方であり、膜電極接合体20のアノード極側で水が不足しそうな場合を早期に検出して、燃料ガス流通路30aの入口30aiからアノード極側へ水分を迅速に補充できる。そのような閾値温度T0は、出力電流値及び出力電圧値の関数として予め設定されており、例えば図4に示される出力電流値I(I、…、I)及び出力電圧値V(V、…、V)と閾値温度T0(T011、…、T0mn)との関係を示すマップの形でROM72内に予め記憶されている。別の実施例では、閾値温度T0は目標電流値及び目標電圧値の関数として予め設定される。この場合、出力電流値及び出力電圧値を用いる場合と比較して、膜電極接合体20のアノード極側で水が不足しそうな場合をより早期に検出して、燃料ガス流通路30aの入口30aiからアノード極側へ水分をより迅速に補充できる。更に別の実施例では、閾値温度T0は一定値である。 Here, the threshold temperature T0 in the vicinity of the outlet 40ao of the oxidant gas flow passage 40a, that is, in the vicinity of the cathode electrode side outlet is determined as follows. As the output current value of the fuel cell stack 10 increases, the amount of heat generation increases, and as the output voltage value decreases, the amount of heat generation increases. Therefore, the cell temperature easily rises. As a result, a situation in which moisture evaporates from the cathode electrode side of the membrane electrode assembly 20 and the anode side on the opposite side greatly dries easily occurs. Therefore, in order to cope with this, the threshold temperature T0 is set so that the threshold temperature T0 decreases as the output current value increases, and the threshold temperature T0 decreases as the output voltage value decreases. In other words, the threshold temperature T0 is set such that the lower the output current value, the higher the threshold temperature T0, and the higher the output voltage value, the higher the threshold temperature T0. Accordingly, in at least one of the case where the output current value is large and the output voltage value is small, the water stored in the water storage unit 68 is quickly supplied from the water supply unit 69 to the fuel gas flow passage at a predetermined flow rate. It can be sent toward the entrance of 30a. That is, at least one of the output current value is large and the output voltage value is small, and a case where water is likely to be insufficient on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20 is detected at an early stage. Moisture can be quickly replenished from the inlet 30ai to the anode side. Such a threshold temperature T0 is set in advance as a function of the output current value and the output voltage value. For example, the output current value I (I 1 ,..., I n ) and the output voltage value V (V 1 ,..., V m ) and a threshold temperature T 0 (T 0 11 ,..., T 0 mn ) are stored in advance in the ROM 72 in the form of a map. In another embodiment, the threshold temperature T0 is preset as a function of the target current value and the target voltage value. In this case, compared with the case where the output current value and the output voltage value are used, a case where water is likely to be insufficient on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20 is detected earlier, and the inlet 30ai of the fuel gas flow passage 30a is detected. Thus, water can be replenished more rapidly from the anode side. In yet another embodiment, the threshold temperature T0 is a constant value.

また、水供給部69から供給される水の流量Qは以下のようにして決定される。燃料電池スタック10の出力電流値が大きいほど発熱量が大きくなり、出力電圧値が小さいほど発熱量が大きくなるため、セル温度が上昇し易くなる。その結果、膜電極接合体20のアノード極側で不足する水の量が多くなる。したがって、それに対処するために、出力電流値が大きいほど流量Qが多くなり、出力電圧値が小さいほど流量Qが多くなるように流量Qを設定する。言い換えれば、出力電流値が小さいほど流量Qが少なくなり、出力電圧値が大きいほど流量Qが少なくなるように流量Qが設定される。それにより、出力電流値が大きい及び出力電圧値が小さいのうちの少なくとも一方の場合には、十分な量の水を、水供給部69から燃料ガス流通路30の入口へ向けて送出させることができる。すなわち、出力電流値が大きい及び出力電圧値が小さいのうちの少なくとも一方であり、膜電極接合体20のアノード極側で多量の水が不足しそうな場合を検出して、燃料ガス流通路30aの入口30aiからアノード極側へ十分な量の水分を補充できる。そのような流量Qは、出力電流値及び出力電圧値の関数として予め設定されており、例えば図5に示される出力電流値I(I、…、I)及び出力電圧値V(V、…、V)と流量Q(Q11、…、Qmn)との関係を示すマップの形でROM72内に予め記憶されている。別の実施例では、流量Qは目標電流値及び目標電圧値の関数として予め設定される。更に別の実施例では、流量Qは一定の流量である。 Further, the flow rate Q of water supplied from the water supply unit 69 is determined as follows. As the output current value of the fuel cell stack 10 increases, the amount of heat generation increases, and as the output voltage value decreases, the amount of heat generation increases. Therefore, the cell temperature easily rises. As a result, the amount of water deficient on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20 increases. Therefore, in order to cope with this, the flow rate Q is set so that the flow rate Q increases as the output current value increases, and the flow rate Q increases as the output voltage value decreases. In other words, the flow rate Q is set so that the flow rate Q decreases as the output current value decreases, and the flow rate Q decreases as the output voltage value increases. Thereby, in the case of at least one of a large output current value and a small output voltage value, a sufficient amount of water can be sent from the water supply unit 69 toward the inlet of the fuel gas flow passage 30. it can. That is, it detects at least one of a large output current value and a small output voltage value, and a case where a large amount of water is likely to be insufficient on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20. A sufficient amount of moisture can be replenished from the inlet 30ai to the anode side. Such a flow rate Q is set in advance as a function of the output current value and the output voltage value. For example, the output current value I (I 1 ,..., I n ) and the output voltage value V (V 1 ) shown in FIG. ,..., V m ) and the flow rate Q (Q 11 ,..., Q mn ) are stored in advance in the ROM 72 in the form of a map. In another embodiment, the flow rate Q is preset as a function of the target current value and the target voltage value. In yet another embodiment, the flow rate Q is a constant flow rate.

上記の流量Qは出力電流値及び出力電圧値に基づいて設定されているが、燃料電池スタック10の現実の状態によっては流量Qが十分でない状況も考え得る。そこで、図1の実施例では、そのような状況に応じて、流量Qを所定の増分ずつ増加させて対応する。流量Qを増加させる増分ΔQは、流量Qと同様の考え方で決定される。すなわち増分ΔQは、出力電流値が大きいほど増分ΔQが多くなり、出力電圧値が小さいほど増分ΔQが多くなるように増分ΔQが設定される。言い換えると、出力電流値が小さいほど増分ΔQが少なくなり、出力電圧値が大きいほど増分ΔQが少なくなるように増分ΔQが設定される。そのような増分ΔQは、出力電流値及び出力電圧値の関数として予め設定されており、例えば図6に示される出力電流値I(I、…、I)及び出力電圧値V(V、…、V)と増分ΔQ(ΔQ11、…、ΔQmn)との関係を示すマップの形でROM72内に予め記憶されている。別の実施例では、増分ΔQは目標電流値及び目標電圧値の関数として予め設定される。更に別の実施例では、増分ΔQは一定の量である。 The flow rate Q is set based on the output current value and the output voltage value. However, depending on the actual state of the fuel cell stack 10, there may be a situation where the flow rate Q is not sufficient. Therefore, in the embodiment of FIG. 1, the flow rate Q is increased by a predetermined increment according to such a situation. The increment ΔQ that increases the flow rate Q is determined in the same way as the flow rate Q. That is, the increment ΔQ is set so that the increment ΔQ increases as the output current value increases, and the increment ΔQ increases as the output voltage value decreases. In other words, the increment ΔQ is set such that the smaller the output current value, the smaller the increment ΔQ, and the larger the output voltage value, the smaller the increment ΔQ. Such increment ΔQ is preset as a function of the output current and the output voltage value, for example, the output current value I shown in FIG. 6 (I 1, ..., I n) and an output voltage value V (V 1 ,..., V m ) and increments ΔQ (ΔQ 11 ,..., ΔQ mn ) are stored in advance in the ROM 72 in the form of a map. In another embodiment, the increment ΔQ is preset as a function of the target current value and the target voltage value. In yet another embodiment, the increment ΔQ is a constant amount.

次に、カソードオフガスの水分を燃料ガス通路30の入口に供給するための制御、すなわち水供給制御について図7を参照して説明する。   Next, control for supplying moisture of the cathode off-gas to the inlet of the fuel gas passage 30, that is, water supply control will be described with reference to FIG.

水タンク64の水は、カソードオフガスが凝縮器63内を流通することにより凝縮器63内で生成される。言い換えると、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁されて、カソードオフガスが分岐管61に流入することにより、水タンク64の水の生成が開始される。一方、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61から分離され、排気弁67が閉弁されて、カソードオフガスが分岐管61に流入しなくなることにより、水タンク64の水の生成が停止される。   Water in the water tank 64 is generated in the condenser 63 as the cathode off gas flows through the condenser 63. In other words, the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62, the exhaust valve 67 is opened, and the cathode offgas flows into the branch pipe 61, thereby generating water in the water tank 64. The On the other hand, the cathode offgas pipe 45 is separated from the branch pipe 61 by the control valve 62, the exhaust valve 67 is closed, and the cathode offgas does not flow into the branch pipe 61, thereby stopping the generation of water in the water tank 64. The

図7においてXは、温度センサ82により測定されるセル温度Tが閾値温度T0よりも高い状態にあることを示している。ただし、閾値温度T0は、出力センサ83で検出された出力電流値I及び出力電圧値Vに基づいて、図4に示されるマップから算出される。時間t1において、セル温度Tが閾値温度T0よりも高い状態にあることが検知されると、供給水インジェクタ66が作動され、水タンク64の水が流量Q=Qaで燃料ガス供給管31へ噴射される。ただし、初期の流量Qaは、出力センサ83で検出された出力電流値I及び出力電圧値Vに基づいて、図5に示されるマップから算出される。それにより、水タンク64の水が燃料ガス通路30の入口に供給され、膜電極接合体20のアノード極側の入口に流入する。その結果、アノード極側に水分が補充され、セル温度Tは低下し始める。このとき、例えば、水量センサ84で検出された水タンク64の水量が閾値水量P0以上の場合、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61から分離され、排気弁67が閉弁(図示されず)された状態が維持される。その結果、凝縮器63へアノードオフガスが流入せず、凝縮器63で凝縮水が生成されない。すなわち、水タンク63からの水の使用(供給水インジェクタ66による噴射)が行われ、水タンク63での水の生成(凝縮器63による凝縮水の生成)は行われない。   In FIG. 7, X indicates that the cell temperature T measured by the temperature sensor 82 is higher than the threshold temperature T0. However, the threshold temperature T0 is calculated from the map shown in FIG. 4 based on the output current value I and the output voltage value V detected by the output sensor 83. When it is detected at time t1 that the cell temperature T is higher than the threshold temperature T0, the supply water injector 66 is activated, and water in the water tank 64 is injected into the fuel gas supply pipe 31 at a flow rate Q = Qa. Is done. However, the initial flow rate Qa is calculated from the map shown in FIG. 5 based on the output current value I and the output voltage value V detected by the output sensor 83. Thereby, water in the water tank 64 is supplied to the inlet of the fuel gas passage 30 and flows into the inlet on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20. As a result, moisture is replenished to the anode electrode side, and the cell temperature T starts to decrease. At this time, for example, when the amount of water in the water tank 64 detected by the water amount sensor 84 is equal to or greater than the threshold amount of water P0, the cathode offgas pipe 45 is separated from the branch pipe 61 by the control valve 62, and the exhaust valve 67 is closed (not shown). The maintained state is maintained. As a result, the anode off gas does not flow into the condenser 63, and condensed water is not generated in the condenser 63. That is, use of water from the water tank 63 (injection by the supply water injector 66) is performed, and generation of water in the water tank 63 (generation of condensed water by the condenser 63) is not performed.

時間t2、すなわち時間t1から所定時間Δtsの経過後、温度センサ82によりセル温度Tが測定される。温度センサ82により測定されるセル温度Tが閾値温度T0よりも高い状態にあることが検知されると、供給水インジェクタ66から噴射される水の流量Qが増分ΔQだけ増加され、水タンク64の水が流量Q=Qb(=Qa+ΔQ)で燃料ガス供給管31へ噴射される。ただし、増分ΔQは、出力センサ83で検出された出力電流値I及び出力電圧値Vに基づいて、図6に示されるマップから算出される。それにより、水タンク64の水が増加された流量Qbで燃料ガス通路30の入口に供給され、膜電極接合体20のアノード極側の入口に流入する。その結果、アノード極側に水分が更に補充され、セル温度Tは更に低下する。このとき、水タンクの水量Pは、時間t1〜t2での水の噴射による減少で、例えば、元の水量P0から減少して水量Paになる。すなわち、水量センサ84で検出された水タンク64の水量が閾値水量P0未満であるため、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁される(図示されず)。その結果、凝縮器63へ流入するアノードオフガスが流入し、凝縮器63で凝縮水が生成され、水タンク64で貯蔵される。すなわち、水タンク63からの水の使用(供給水インジェクタ66による噴射)と、水タンク63での水の生成(凝縮器63による凝縮水の生成)とが同時に行われる。   After a lapse of a predetermined time Δts from time t2, that is, from time t1, the cell temperature T is measured by the temperature sensor 82. When it is detected that the cell temperature T measured by the temperature sensor 82 is higher than the threshold temperature T0, the flow rate Q of water injected from the feed water injector 66 is increased by an increment ΔQ, and the water tank 64 Water is injected into the fuel gas supply pipe 31 at a flow rate Q = Qb (= Qa + ΔQ). However, the increment ΔQ is calculated from the map shown in FIG. 6 based on the output current value I and the output voltage value V detected by the output sensor 83. Thereby, the water in the water tank 64 is supplied to the inlet of the fuel gas passage 30 at the increased flow rate Qb and flows into the inlet on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20. As a result, moisture is further replenished to the anode electrode side, and the cell temperature T further decreases. At this time, the water amount P in the water tank is reduced by the water injection at the times t1 to t2, and is reduced from the original water amount P0 to the water amount Pa, for example. That is, since the amount of water in the water tank 64 detected by the water amount sensor 84 is less than the threshold amount of water P0, the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62, and the exhaust valve 67 is opened (illustrated). ) As a result, the anode off gas flowing into the condenser 63 flows in, and condensed water is generated in the condenser 63 and stored in the water tank 64. That is, the use of water from the water tank 63 (injection by the supply water injector 66) and the generation of water in the water tank 63 (generation of condensed water by the condenser 63) are performed simultaneously.

以下、同様のプロセスを、温度センサ82により測定されるセル温度Tが閾値温度T0以下になるまで繰り返される。ここでは、時間t4にセル温度Tが閾値温度T0になる場合を説明する。   Thereafter, the same process is repeated until the cell temperature T measured by the temperature sensor 82 becomes equal to or lower than the threshold temperature T0. Here, a case where the cell temperature T becomes the threshold temperature T0 at time t4 will be described.

時間t3、すなわち時間t2から所定時間Δtsの経過後、温度センサ82によりセル温度Tが測定される。温度センサ82により測定されるセル温度Tが閾値温度T0よりも高い状態にあることが検知されると、供給水インジェクタ66から噴射される水の流量Qが更に増分ΔQだけ増加され、水タンク64の水が流量Q=Qc(=Qb+ΔQ)で燃料ガス供給管31へ噴射される。それにより、水タンク64の水が増加された流量Qcで燃料ガス通路30の入口に供給され、膜電極接合体20のアノード極側の入口に流入する。その結果、アノード極側に水分が更に補充され、セル温度Tは更に低下する。このとき、水タンクの水量Pは、時間t2〜t3での水の噴射による減少と、凝縮器63へ流入するアノードオフガスの水分の凝縮による増加とで変動し、例えば、水量Paから減少して水量Pb(<Pa)になる。すなわち、水量センサ84で検出された水タンク64の水量が閾値水量P0未満であるため、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁された状態が維持される。   After a lapse of a predetermined time Δts from time t3, that is, from time t2, the cell temperature T is measured by the temperature sensor 82. When it is detected that the cell temperature T measured by the temperature sensor 82 is higher than the threshold temperature T0, the flow rate Q of the water jetted from the feed water injector 66 is further increased by the increment ΔQ, and the water tank 64 Is injected into the fuel gas supply pipe 31 at a flow rate Q = Qc (= Qb + ΔQ). As a result, the water in the water tank 64 is supplied to the inlet of the fuel gas passage 30 at the increased flow rate Qc, and flows into the inlet on the anode electrode side of the membrane electrode assembly 20. As a result, moisture is further replenished to the anode electrode side, and the cell temperature T further decreases. At this time, the amount P of water in the water tank fluctuates between a decrease due to water injection at times t2 to t3 and an increase due to condensation of moisture in the anode off-gas flowing into the condenser 63. For example, the amount P decreases from the amount Pa of water. The amount of water becomes Pb (<Pa). That is, since the amount of water in the water tank 64 detected by the water amount sensor 84 is less than the threshold amount of water P0, the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62, and the exhaust valve 67 is kept open. Is done.

時間t4、すなわち時間t3から所定時間Δtsの経過後、温度センサ82によりセル温度Tが測定される。温度センサ82により測定されるセル温度Tが閾値温度T0以下であることが検知されると、供給水インジェクタ66が停止される。すなわち、水の流量Qはゼロになる。このとき、水タンクの水量Pは、時間t3〜t4での水の噴射による減少と、凝縮器63へ流入するアノードオフガスの水分の凝縮による増加とで変動し、例えば水量Pbから減少して水量Pc(<Pb)になる。すなわち、水量センサ84で検出された水タンク64の水量が閾値水量P0未満であるため、水タンク64の水の補給を行うべく、供給水インジェクタ66が停止した後も制御弁62及び排気弁67の開弁の状態が維持される。それにより、アノードオフガスが凝縮器63へ導入され、アノードオフガス中の水分が凝縮されて、水タンク64の水量Pが増加する。ただし、所定時間Δtsの経過ごとに、水タンク64の水量Pが閾値水量P0に達したか否かが判断される。その後、例えば時間t5において、水タンク64の水量Pが閾値水量P0に達すると、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61から分離され、排気弁67が閉弁される。別の実施例では、制御弁62は中間の開度(例示:50%など)とすることが可能で、上記時間t1〜t4において中間の開度で開弁する。   After a lapse of a predetermined time Δts from time t4, that is, from time t3, the cell temperature T is measured by the temperature sensor 82. When it is detected that the cell temperature T measured by the temperature sensor 82 is equal to or lower than the threshold temperature T0, the feed water injector 66 is stopped. That is, the flow rate Q of water becomes zero. At this time, the amount P of water in the water tank fluctuates between a decrease due to water injection at time t3 to t4 and an increase due to condensation of moisture in the anode off gas flowing into the condenser 63. For example, the amount P decreases from the amount Pb of water. Pc (<Pb). That is, since the amount of water in the water tank 64 detected by the water amount sensor 84 is less than the threshold amount of water P0, the control valve 62 and the exhaust valve 67 are also used after the supply water injector 66 is stopped to replenish the water in the water tank 64. The valve open state is maintained. As a result, the anode off gas is introduced into the condenser 63, the moisture in the anode off gas is condensed, and the water amount P in the water tank 64 increases. However, it is determined whether the water amount P of the water tank 64 has reached the threshold water amount P0 every time the predetermined time Δts has elapsed. Thereafter, for example, at time t5, when the water amount P in the water tank 64 reaches the threshold water amount P0, the cathode offgas pipe 45 is separated from the branch pipe 61 by the control valve 62, and the exhaust valve 67 is closed. In another embodiment, the control valve 62 can have an intermediate opening (for example, 50%, etc.), and is opened at an intermediate opening at the time t1 to t4.

図8は、図1の燃料電池システムAにおけるカソードオフガスの水分をアノード極側に供給するための制御、すなわち水供給制御ルーチンを示している。このルーチンは一定時間ごとの割り込みによって実行される。   FIG. 8 shows a control for supplying the cathode off-gas moisture to the anode electrode side in the fuel cell system A of FIG. 1, that is, a water supply control routine. This routine is executed by interruption at regular intervals.

図8を参照すると、ステップ100では燃料電池スタック10の状態データが取得される。状態データは、出力センサ83で検出される出力電流値及び出力電圧値並びに温度センサ82で検出されるセル温度Tである。続くステップ101ではセル温度Tが閾値温度T0よりも高いか否かが判別される。セル温度Tが閾値温度T0以下の場合、プロセスは終了する。セル温度Tが閾値温度T0より高い場合、水タンク64の水が供給水インジェクタ66から燃料ガス通路30の入口に向けて流量Qで噴射される。続くステップ103では水タンク64の水が閾値水量P0未満であるか否かが判別される。水タンク64の水が閾値水量P0以上である場合、プロセスはステップ105へ進む。水タンク64の水が閾値水量P0未満である場合、ステップ104において、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、及び排気弁67が開弁される。そして、ステップ105での所定時間Δts経過後に、ステップ106ではセル温度Tが閾値温度T0以下か否かが判別される。セル温度Tが閾値温度T0以下の場合、プロセスはステップ108へ進む。セル温度Tが閾値温度T0より高い場合、ステップ107において図6のマップから増分ΔQが算出されると共に、供給水インジェクタ66から噴射される水の流量Qが増分ΔQだけ増加される。以下、セル温度Tが閾値温度T0以下になるまで、ステップ102〜107が繰り返される。セル温度Tが閾値温度T0以下のとき、ステップ108では制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁されている場合にはその状態が維持される。一方、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61から分離され、排気弁67が開弁されていない場合には、制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61に連通され、排気弁67が開弁される。その後、ステップ109において、水タンク64の水が閾値水量P0以上になるまで、水タンク64に水が蓄積される。その後、水タンク64の水が閾値水量P0以上になると、ステップ110において制御弁62によりカソードオフガス管45が分岐管61から分離され、排気弁67が閉弁される。    Referring to FIG. 8, in step 100, state data of the fuel cell stack 10 is acquired. The state data includes an output current value and an output voltage value detected by the output sensor 83 and a cell temperature T detected by the temperature sensor 82. In the subsequent step 101, it is determined whether or not the cell temperature T is higher than the threshold temperature T0. If the cell temperature T is less than or equal to the threshold temperature T0, the process ends. When the cell temperature T is higher than the threshold temperature T0, the water in the water tank 64 is injected from the supply water injector 66 toward the inlet of the fuel gas passage 30 at a flow rate Q. In the following step 103, it is determined whether or not the water in the water tank 64 is less than the threshold water amount P0. If the water in the water tank 64 is greater than or equal to the threshold water amount P0, the process proceeds to step 105. When the water in the water tank 64 is less than the threshold water amount P0, in step 104, the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62, and the exhaust valve 67 is opened. Then, after a predetermined time Δts has elapsed in step 105, it is determined in step 106 whether or not the cell temperature T is equal to or lower than a threshold temperature T0. If the cell temperature T is less than or equal to the threshold temperature T0, the process proceeds to step 108. When the cell temperature T is higher than the threshold temperature T0, the increment ΔQ is calculated from the map of FIG. 6 in step 107, and the flow rate Q of the water injected from the feed water injector 66 is increased by the increment ΔQ. Thereafter, steps 102 to 107 are repeated until the cell temperature T becomes equal to or lower than the threshold temperature T0. When the cell temperature T is equal to or lower than the threshold temperature T0, in step 108, the cathode offgas pipe 45 is communicated with the branch pipe 61 by the control valve 62, and the state is maintained when the exhaust valve 67 is opened. On the other hand, when the cathode offgas pipe 45 is separated from the branch pipe 61 by the control valve 62 and the exhaust valve 67 is not opened, the cathode offgas pipe 45 is communicated to the branch pipe 61 by the control valve 62. Is opened. Thereafter, in step 109, water is accumulated in the water tank 64 until the water in the water tank 64 becomes equal to or greater than the threshold water amount P0. Thereafter, when the water in the water tank 64 reaches the threshold water amount P0 or more, the cathode offgas pipe 45 is separated from the branch pipe 61 by the control valve 62 in step 110, and the exhaust valve 67 is closed.

次に、図9を参照して燃料電池システムAの別の実施例を説明する。
図9に示す燃料電池システムAは、カソードオフガス管45の出口が冷却ガス通路50の入口に連結され、すなわち酸化剤ガス通路40の出口が冷却ガス通路50の入口に連結され、カソードオフガスが冷却ガスとして冷却ガス通路50を流れる点で、図1に示す燃料電池システムAと相違する。このとき、図1に示す燃料電池システムAと同様の効果を奏すると共に、更に、冷却ガスブロア54を省略でき、冷却ガスブロア54の動作に要する電力、冷却ガスブロア54の占有空間及び冷却ガスブロア54のコストを削減できる。
Next, another embodiment of the fuel cell system A will be described with reference to FIG.
In the fuel cell system A shown in FIG. 9, the outlet of the cathode offgas pipe 45 is connected to the inlet of the cooling gas passage 50, that is, the outlet of the oxidant gas passage 40 is connected to the inlet of the cooling gas passage 50, and the cathode offgas is cooled. 1 is different from the fuel cell system A shown in FIG. 1 in that it flows through the cooling gas passage 50 as gas. At this time, the same effect as the fuel cell system A shown in FIG. 1 can be obtained, and the cooling gas blower 54 can be omitted, and the power required for the operation of the cooling gas blower 54, the space occupied by the cooling gas blower 54, and the cost of the cooling gas blower 54 can be reduced. Can be reduced.

図示しない別の実施例では、カソードオフガスのうちの目標冷却ガス量のカソードオフガスが冷却ガス通路50に供給されるように、カソードオフガス管45の出口近傍に三方弁が設けられ、カソードオフガスの全部又は一部が冷却ガス通路50へ供給され、残りが外部へ排気される。図示しない更に別の実施例では、カソードオフガス管45の出口に加えて排気管61aの出口も冷却ガス通路50の入口に連結される。   In another embodiment (not shown), a three-way valve is provided in the vicinity of the outlet of the cathode offgas pipe 45 so that the cathode offgas of the target cooling gas amount among the cathode offgas is supplied to the cooling gas passage 50, Alternatively, a part is supplied to the cooling gas passage 50 and the rest is exhausted to the outside. In still another embodiment (not shown), the outlet of the exhaust pipe 61 a is connected to the inlet of the cooling gas passage 50 in addition to the outlet of the cathode offgas pipe 45.

次に、図10を参照して燃料電池システムAの更に別の実施例を説明する。
図10に示す燃料電池システムAは、分岐管61が冷却ガス排出管53から分岐され、排冷却ガスが分岐管61へ供給される点で、図9に示す燃料電池システムAと相違する。この場合、図9に示す燃料電池システムAと比較して、冷却ガス通路50を通過することで凝縮器63に贈られるカソードオフガスの温度は高くなっているので、分岐管61の途中に放熱器46aが追加的に設けられる。この場合にも、図9の燃料電池システムAと同様の効果を得ることができる。
Next, still another embodiment of the fuel cell system A will be described with reference to FIG.
The fuel cell system A shown in FIG. 10 is different from the fuel cell system A shown in FIG. 9 in that the branch pipe 61 is branched from the cooling gas discharge pipe 53 and the exhaust cooling gas is supplied to the branch pipe 61. In this case, as compared with the fuel cell system A shown in FIG. 9, the temperature of the cathode offgas given to the condenser 63 by passing through the cooling gas passage 50 is higher. 46a is additionally provided. Also in this case, the same effect as the fuel cell system A of FIG. 9 can be obtained.

A 燃料電池システム
10 燃料電池スタック
30a 燃料ガス流通路
40a 酸化剤ガス流通路
50a 冷却ガス流通路
68 水貯蔵部
69 水供給部
82 温度センサ
83 出力センサ
A fuel cell system 10 fuel cell stack 30a fuel gas flow path 40a oxidant gas flow path 50a cooling gas flow path 68 water storage section 69 water supply section 82 temperature sensor 83 output sensor

Claims (5)

酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の側に設けられ燃料ガスが流れる燃料ガス流通路と、前記膜電極接合体の他方の側に設けられ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流通路とを備え、前記燃料ガス流通路内の前記燃料ガスの流れ方向と前記酸化剤ガス流通路内の前記酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるようにこれら燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路が形成されており、前記燃料電池スタックが冷却ガスでもって冷却される空冷式燃料電池システムであって、
前記酸化剤ガス流通路から流出したカソードオフガス中の水分を凝縮すると共に凝縮された水を貯蔵する水貯蔵部と、
前記水貯蔵部に貯蔵された水を前記燃料ガス流通路の入口に供給するための水供給部と、
を備えた、
空冷式燃料電池システム。
A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas is provided. The fuel cell stack is provided on one side of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, and the fuel gas flows. A fuel gas flow path; and an oxidant gas flow path that is provided on the other side of the membrane electrode assembly and through which an oxidant gas flows. The flow direction of the fuel gas in the fuel gas flow path and the oxidant gas The fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage are formed so that the flow directions of the oxidant gas in the flow passage are opposite to each other, and the air cooling in which the fuel cell stack is cooled with a cooling gas. Fuel cell system,
A water storage unit for condensing moisture in the cathode offgas flowing out from the oxidant gas flow passage and storing the condensed water;
A water supply unit for supplying water stored in the water storage unit to an inlet of the fuel gas flow path;
With
Air-cooled fuel cell system.
前記燃料電池スタックが、前記冷却ガスが流れる冷却ガス流通路を更に備え、前記酸化剤ガス流通路の出口が前記冷却ガス流通路の入口に連結され、前記カソードオフガスが前記冷却ガスとして前記冷却ガス流通路を流れる、請求項1に記載の空冷式燃料電池システム。   The fuel cell stack further includes a cooling gas flow path through which the cooling gas flows, an outlet of the oxidant gas flow path is connected to an inlet of the cooling gas flow path, and the cathode offgas serves as the cooling gas. The air-cooled fuel cell system according to claim 1, wherein the air-cooled fuel cell system flows through the flow passage. 前記冷却ガス流通路内のカソードオフガスの流れ方向と前記酸化剤ガス流通路内の酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるように前記冷却ガス流通路が形成される、請求項2に記載の空冷式燃料電池システム。   The cooling gas flow path is formed so that the flow direction of the cathode off-gas in the cooling gas flow path and the flow direction of the oxidant gas in the oxidant gas flow path are opposite to each other. The air-cooled fuel cell system described. 前記燃料電池スタックの状態を検出する検出部を更に備え、
前記水供給部は、前記燃料電池スタックの状態に基づいて、前記水貯蔵部から前記燃料ガス通路の入口に供給する水の量を制御する、請求項1から3までのいずれか一項に記載の空冷式燃料電池システム。
A detector for detecting a state of the fuel cell stack;
The said water supply part controls the quantity of the water supplied to the inlet_port | entrance of the said fuel gas channel | path from the said water storage part based on the state of the said fuel cell stack. Air-cooled fuel cell system.
酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタックを備え、前記燃料電池スタックは、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方の側に設けられ燃料ガスが流れる燃料ガス流通路と、前記膜電極接合体の他方の側に設けられ酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流通路とを備え、前記燃料ガス流通路内の前記燃料ガスの流れ方向と前記酸化剤ガス流通路内の前記酸化剤ガスの流れ方向とが互いに逆向きになるようにこれら燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路が形成されており、前記燃料電池スタックが冷却ガスでもって冷却される空冷式燃料電池システムの制御方法であって、
水貯蔵部により、前記酸化剤ガス流通路から流出したカソードオフガス中の水分を凝縮すると共に凝縮された水を貯蔵し、
検出部により、前記燃料電池スタックの状態を検出し、
前記燃料電池スタックの状態に基づいて、水供給部により、前記水貯蔵部から前記燃料ガス流通路の入口に供給する水の量を制御する、
空冷式燃料電池システムの制御方法。
A fuel cell stack that generates electric power by an electrochemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas is provided. The fuel cell stack is provided on one side of the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly, and the fuel gas flows. A fuel gas flow path; and an oxidant gas flow path that is provided on the other side of the membrane electrode assembly and through which an oxidant gas flows. The flow direction of the fuel gas in the fuel gas flow path and the oxidant gas The fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage are formed so that the flow directions of the oxidant gas in the flow passage are opposite to each other, and the air cooling in which the fuel cell stack is cooled with a cooling gas. A control method for a fuel cell system,
The water storage unit condenses moisture in the cathode offgas flowing out from the oxidant gas flow passage and stores the condensed water,
The detection unit detects the state of the fuel cell stack,
Based on the state of the fuel cell stack, the water supply unit controls the amount of water supplied from the water storage unit to the inlet of the fuel gas flow passage.
Control method of air-cooled fuel cell system.
JP2014160270A 2014-08-06 2014-08-06 Fuel battery system and control method for the same Pending JP2016038973A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014160270A JP2016038973A (en) 2014-08-06 2014-08-06 Fuel battery system and control method for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014160270A JP2016038973A (en) 2014-08-06 2014-08-06 Fuel battery system and control method for the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016038973A true JP2016038973A (en) 2016-03-22

Family

ID=55529907

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014160270A Pending JP2016038973A (en) 2014-08-06 2014-08-06 Fuel battery system and control method for the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016038973A (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10247505A (en) * 1997-03-05 1998-09-14 Fuji Electric Co Ltd Solid high-polymer electrolyte type fuel cell
JP2002042842A (en) * 2000-07-27 2002-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer electrolyte type fuel cell system
JP2002117881A (en) * 2000-10-05 2002-04-19 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2002280029A (en) * 2001-03-15 2002-09-27 Nissan Motor Co Ltd Control device for fuel cell system
JP2005340098A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Nippon Soken Inc Fuel cell system
JP2007128786A (en) * 2005-11-04 2007-05-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10247505A (en) * 1997-03-05 1998-09-14 Fuji Electric Co Ltd Solid high-polymer electrolyte type fuel cell
JP2002042842A (en) * 2000-07-27 2002-02-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid polymer electrolyte type fuel cell system
JP2002117881A (en) * 2000-10-05 2002-04-19 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2002280029A (en) * 2001-03-15 2002-09-27 Nissan Motor Co Ltd Control device for fuel cell system
JP2005340098A (en) * 2004-05-28 2005-12-08 Nippon Soken Inc Fuel cell system
JP2007128786A (en) * 2005-11-04 2007-05-24 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Fuel cell system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5184083B2 (en) Humidification control of polymer membrane of fuel cell
KR101840519B1 (en) Fuel cell system
JP4788322B2 (en) Fuel cell system
JP2006210004A (en) Fuel cell system
JP5324522B2 (en) Fuel cell system
JP2007172971A (en) Fuel cell system
KR101272511B1 (en) Method for controlling air feed rate to improve the performance of fuel cell
JP2013239351A (en) Fuel cell system and method for operating the same
JP2008103228A (en) Fuel cell system
JP5804181B2 (en) FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM
JP2006286436A (en) Fuel cell system
JP2009211935A (en) Fuel cell system
JP2014007097A (en) Fuel cell system
JP6972920B2 (en) Fuel cell system
JP5109284B2 (en) Fuel cell system
EP3118922B1 (en) Fuel cell system
JP2006092801A (en) Fuel cell system
JP6200009B2 (en) Operation method of fuel cell system
JP6136185B2 (en) Fuel cell system
JP2016038973A (en) Fuel battery system and control method for the same
JP2013134866A (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2016134258A (en) Control device for fuel battery system
JP2015170447A (en) fuel cell system
EP3089253B1 (en) Fuel cell system
JP2015170440A (en) fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170516

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170517

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20171114