JP2021086756A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To provide a fuel cell system capable of generating power with stability.SOLUTION: A fuel cell system comprises: a fuel cell stack 31 that generates power through chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas; and a fuel gas supply device 60 that supplies the fuel gas to the fuel cell stack. The fuel cell system further comprises: an oxidant gas supply device 50 that supplies the oxidant gas to the fuel cell stack, and cools the fuel cell stack; and a control part 90 for controlling the power generation by the fuel cell stack. The fuel cell stack includes a fuel inlet part 32 and a fuel outlet part 33. The fuel cell stack further includes: a fuel upstream part 31u that is a part, which is closer to the fuel inlet part than the fuel outlet part, of the fuel cell stack; and a fuel downstream part 31d that is a part, which is closer to the fuel outlet part than the fuel inlet part, of the fuel cell stack. The control part controls the oxidant gas supply device so that a temperature of the fuel downstream part becomes higher than a temperature of the fuel upstream part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この明細書における開示は、燃料電池システムに関する。 The disclosure herein relates to a fuel cell system.

特許文献1は、空冷式燃料電池のセパレータプレートを開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。 Patent Document 1 discloses a separator plate for an air-cooled fuel cell. The contents of the prior art document are incorporated by reference as an explanation of the technical elements in this specification.

特表2017−510954号公報Special Table 2017-510954

燃料電池において、カソード側で発生した水蒸気が逆拡散によってアノード側に移動することがある。アノード側に移動した水蒸気が冷却されて凝縮すると液体の水になり、アノード側での燃料ガスのスムーズな流れを阻害することとなる。燃料電池は、燃料ガスが適切に供給されなければ、適切な発電を行うことができない状態となる。 In a fuel cell, water vapor generated on the cathode side may move to the anode side due to backdiffusion. When the water vapor that has moved to the anode side is cooled and condensed, it becomes liquid water, which hinders the smooth flow of fuel gas on the anode side. A fuel cell is in a state where it cannot generate an appropriate amount of power unless a fuel gas is appropriately supplied.

逆拡散などによるアノード側への水蒸気の移動は、燃料ガスの流れの上流から下流にかけて場所によらず発生し得る。このため、燃料ガスの流れにおいて下流に位置する部分ほど、多くの水蒸気を含みやすく、凝縮して液体の水が発生しやすいこととなる。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、燃料電池システムにはさらなる改良が求められている。 The movement of water vapor to the anode side due to backdiffusion or the like can occur regardless of the location from the upstream to the downstream of the fuel gas flow. Therefore, the portion located downstream in the flow of the fuel gas is likely to contain a large amount of water vapor and is likely to condense to generate liquid water. Further improvements are required in the fuel cell system in the above-mentioned viewpoint or in other viewpoints not mentioned.

開示される1つの目的は、安定して発電可能な燃料電池システムを提供することにある。 One object disclosed is to provide a fuel cell system capable of stable power generation.

ここに開示された燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電する燃料電池スタック(31)と、燃料電池スタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置(60)と、燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するとともに、燃料電池スタックを冷却する酸化剤ガス供給装置(50、250、350)と、燃料電池スタックの発電を制御する制御部(90)とを備え、燃料電池スタックは、燃料ガスを燃料電池スタック内部に導入するための燃料入口部(32)と、燃料ガスを燃料電池スタック内部から導出するための燃料出口部(33)と、燃料電池スタックのうち、燃料出口部よりも燃料入口部に近い部分である燃料上流部(31u)と、燃料電池スタックのうち、燃料入口部よりも燃料出口部に近い部分である燃料下流部(31d)とを備え、制御部は、燃料下流部の温度が燃料上流部の温度よりも高くなるように酸化剤ガス供給装置を制御する。 The fuel cell system disclosed herein includes a fuel cell stack (31) that generates power by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidizing agent gas, and a fuel gas supply device (60) for supplying fuel gas to the fuel cell stack. , Equipped with an oxidant gas supply device (50, 250, 350) for supplying the oxidant gas to the fuel cell stack and cooling the fuel cell stack, and a control unit (90) for controlling the power generation of the fuel cell stack. The fuel cell stack includes a fuel inlet portion (32) for introducing the fuel gas into the fuel cell stack, a fuel outlet portion (33) for deriving the fuel gas from the inside of the fuel cell stack, and a fuel cell stack. The fuel upstream portion (31u), which is closer to the fuel inlet portion than the fuel outlet portion, and the fuel downstream portion (31d), which is a portion of the fuel cell stack closer to the fuel outlet portion than the fuel inlet portion, are provided. The control unit controls the oxidant gas supply device so that the temperature of the downstream portion of the fuel becomes higher than the temperature of the upstream portion of the fuel.

開示された燃料電池システムによると、燃料下流部の温度が燃料上流部の温度よりも高くなるように酸化剤ガス供給装置を制御する制御部を備えている。このため、燃料ガス中に水蒸気を多く含みやすい燃料下流部において、水蒸気が冷却されて凝縮することを防ぎやすい。したがって、凝縮した水によって燃料ガスのスムーズな流れが阻害されにくく、適切な燃料ガスの供給を維持しやすい。よって、安定して発電可能な燃料電池システムを提供できる。 According to the disclosed fuel cell system, a control unit for controlling the oxidant gas supply device so that the temperature of the downstream portion of the fuel becomes higher than the temperature of the upstream portion of the fuel is provided. Therefore, it is easy to prevent the water vapor from being cooled and condensed in the downstream portion of the fuel, which tends to contain a large amount of water vapor in the fuel gas. Therefore, the smooth flow of fuel gas is not easily obstructed by the condensed water, and it is easy to maintain an appropriate fuel gas supply. Therefore, it is possible to provide a fuel cell system capable of generating electricity in a stable manner.

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。 The disclosed aspects herein employ different technical means to achieve their respective objectives. The claims and the reference numerals in parentheses described in this section exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope. The objectives, features, and effects disclosed herein will be made clearer by reference to the subsequent detailed description and accompanying drawings.

燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system. 燃料電池スタックへの反応ガスの供給を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating supply of reaction gas to a fuel cell stack. 燃料電池セルを示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the fuel cell. 燃料電池セルを示す拡大斜視図である。It is an enlarged perspective view which shows the fuel cell. 燃料電池スタック内部の燃料ガスの流れを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the flow of the fuel gas in the fuel cell stack. 燃料電池システムの制御に関するブロック図である。It is a block diagram concerning the control of a fuel cell system. 燃料電池システムの制御に関するフローチャートである。It is a flowchart about control of a fuel cell system. 第2実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system in 2nd Embodiment. 第3実施形態における燃料電池システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system in 3rd Embodiment.

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。以下において、互いに直交する3つの方向をX方向、Y方向、Z方向とする。 A plurality of embodiments will be described with reference to the drawings. In a plurality of embodiments, functionally and / or structurally corresponding parts and / or related parts may be designated with the same reference code or reference codes having a hundreds or more different digits. References can be made to the description of other embodiments for the corresponding and / or associated parts. In the following, the three directions orthogonal to each other will be referred to as the X direction, the Y direction, and the Z direction.

第1実施形態
燃料電池システム1は、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって、発電を行うシステムである。燃料電池システム1は、例えば燃料電池ハイブリッド車(FCHV)に搭載されて走行用モータへ供給する電力を発電する。また、燃料電池システム1は、定置型燃料電池システムとして、電気と熱を同時に取り出して給湯や暖房などを行う。
The first embodiment is a system that generates electricity by a chemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. The fuel cell system 1 is mounted on, for example, a fuel cell hybrid vehicle (FCHV) and generates electric power to be supplied to a traveling motor. Further, the fuel cell system 1 is a stationary fuel cell system that simultaneously extracts electricity and heat to supply hot water and heat.

図1において、燃料電池システム1は、燃料電池スタック31と酸化剤ガス供給装置50と燃料ガス供給装置60とを備えている。燃料電池スタック31は、酸化剤ガスと燃料ガスとの化学反応で発電を行う発電装置である。燃料電池スタック31は、燃料ガスを燃料電池スタック31の内部に導入するための燃料入口部32を備えている。燃料電池スタック31は、燃料ガスを燃料電池スタック31から外部に導出するための燃料出口部33を備えている。 In FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 31, an oxidant gas supply device 50, and a fuel gas supply device 60. The fuel cell stack 31 is a power generation device that generates power by a chemical reaction between an oxidant gas and a fuel gas. The fuel cell stack 31 includes a fuel inlet portion 32 for introducing fuel gas into the fuel cell stack 31. The fuel cell stack 31 includes a fuel outlet 33 for leading the fuel gas out of the fuel cell stack 31.

燃料電池スタック31のうち、燃料ガスの流れにおいて、燃料出口部33よりも燃料入口部32に近い部分は燃料上流部31uである。一方、燃料電池スタック31のうち、燃料ガスの流れにおいて、燃料入口部32よりも燃料出口部33に近い部分は燃料下流部31dである。言い換えると、燃料電池スタック31は、燃料ガスの流れに沿って全体を二等分した場合に、燃料入口部32を含む燃料上流部31uと、燃料出口部33を含む燃料下流部31dとに分けられる。 In the fuel cell stack 31, the portion of the fuel gas flow that is closer to the fuel inlet portion 32 than the fuel outlet portion 33 is the fuel upstream portion 31u. On the other hand, in the fuel cell stack 31, the portion closer to the fuel outlet 33 than the fuel inlet 32 in the fuel gas flow is the fuel downstream portion 31d. In other words, the fuel cell stack 31 is divided into a fuel upstream portion 31u including the fuel inlet portion 32 and a fuel downstream portion 31d including the fuel outlet portion 33 when the whole is divided into two equal parts along the flow of the fuel gas. Be done.

酸化剤ガス供給装置50は、送風機51とガイド部材52とを備えている。送風機51は、燃料電池スタック31に対して酸化剤ガスである酸素を含んだ空気を供給するための装置である。送風機51は、燃料電池スタック31側から空気を吸い込み、燃料電池スタック31とは反対側に空気を吐き出すこととなる。 The oxidant gas supply device 50 includes a blower 51 and a guide member 52. The blower 51 is a device for supplying air containing oxygen, which is an oxidant gas, to the fuel cell stack 31. The blower 51 sucks in air from the fuel cell stack 31 side and discharges air to the side opposite to the fuel cell stack 31.

送風機51は、燃料電池スタック31に対向して設けられている。送風機51は、燃料上流部31uを通過するように送風する上流送風機51uと、燃料下流部31dを通過するように送風する下流送風機51dとを備えている。送風機51としては、回転軸の軸方向に沿って風を送る軸流送風機を採用可能である。ただし、送風機51は、軸流送風機に限らず、回転軸の径方向に風を送る遠心送風機なども採用可能である。また、送風機51に代えて、コンプレッサを用いて圧縮した空気を燃料電池スタック31に供給してもよい。 The blower 51 is provided so as to face the fuel cell stack 31. The blower 51 includes an upstream blower 51u that blows air so as to pass through the fuel upstream portion 31u, and a downstream blower 51d that blows air so as to pass through the fuel downstream portion 31d. As the blower 51, an axial flow blower that blows air along the axial direction of the rotating shaft can be adopted. However, the blower 51 is not limited to an axial blower, and a centrifugal blower that blows air in the radial direction of the rotating shaft can also be adopted. Further, instead of the blower 51, air compressed by using a compressor may be supplied to the fuel cell stack 31.

ガイド部材52は、送風機51と燃料電池スタック31とをつないで、酸化剤ガスの流路を形成している。ガイド部材52は、燃料電池スタック31の全体に酸化剤ガスが流れるようにガイドするとともに、燃料電池スタック31を通過せずに風が流れことを抑制している。ガイド部材52は、燃料電池スタック31から送風機51に向かって徐々に風路が小さくなるように形成されている。 The guide member 52 connects the blower 51 and the fuel cell stack 31 to form a flow path for the oxidant gas. The guide member 52 guides the oxidant gas to flow through the entire fuel cell stack 31 and suppresses the flow of wind without passing through the fuel cell stack 31. The guide member 52 is formed so that the air passage gradually becomes smaller from the fuel cell stack 31 toward the blower 51.

燃料ガス供給装置60は、燃料ガスタンク61と供給弁62と排出弁63とを備えている。燃料ガスタンク61は、燃料ガスである水素ガスを高圧の状態で貯蔵するタンクである。燃料ガスタンク61は、複数のタンクで構成されていてもよい。これによると、1つのタンクが空になった場合であっても、他のタンクから燃料ガスの供給を継続することができる。 The fuel gas supply device 60 includes a fuel gas tank 61, a supply valve 62, and an exhaust valve 63. The fuel gas tank 61 is a tank that stores hydrogen gas, which is a fuel gas, in a high pressure state. The fuel gas tank 61 may be composed of a plurality of tanks. According to this, even if one tank becomes empty, the fuel gas can be continuously supplied from the other tank.

燃料ガスタンク61と燃料電池スタック31とをつなぐ燃料ガス配管には、供給弁62が設けられている。供給弁62は、燃料ガスタンク61から燃料電池スタック31に供給する燃料ガスの量を調整するための弁装置である。供給弁62を開くことで燃料電池スタック31に燃料ガスを供給し、供給弁62を閉じることで燃料電池スタック31への燃料ガスの供給を停止する。供給弁62は、開度を電気的に制御可能な電磁弁である。ただし、供給弁62を電磁弁以外の弁装置で構成してもよい。 A supply valve 62 is provided in the fuel gas pipe connecting the fuel gas tank 61 and the fuel cell stack 31. The supply valve 62 is a valve device for adjusting the amount of fuel gas supplied from the fuel gas tank 61 to the fuel cell stack 31. By opening the supply valve 62, fuel gas is supplied to the fuel cell stack 31, and by closing the supply valve 62, the supply of fuel gas to the fuel cell stack 31 is stopped. The supply valve 62 is a solenoid valve whose opening degree can be electrically controlled. However, the supply valve 62 may be configured by a valve device other than the solenoid valve.

燃料電池スタック31と外部とをつなぐ燃料ガス配管には、排出弁63が設けられている。排出弁63は、燃料電池スタック31で反応に使われなかった燃料ガスなどの燃料電池スタック31から外部に排出する排出ガスの量を調整する弁装置である。ここで、排出ガスには、未反応の燃料ガス以外のガスも含まれる。例えば、排出ガスには、燃料電池スタック31での化学反応で生成した水としての水蒸気が含まれる。例えば、排出ガスには、燃料電池スタック31に酸化剤ガスとして供給され、一部燃料ガス側に漏れ出した空気が含まれる。排出弁63を開くことで燃料電池スタック31から排出ガスを排出し、排出弁63を閉じることで燃料電池スタック31からの排出ガスの排出を停止する。排出弁63は、開度を電気的に制御可能な電磁弁である。ただし、排出弁63を電磁弁以外の弁装置で構成してもよい。 A discharge valve 63 is provided in the fuel gas pipe connecting the fuel cell stack 31 and the outside. The exhaust valve 63 is a valve device that adjusts the amount of exhaust gas discharged to the outside from the fuel cell stack 31 such as fuel gas that was not used in the reaction in the fuel cell stack 31. Here, the exhaust gas includes a gas other than the unreacted fuel gas. For example, the exhaust gas includes water vapor as water generated by a chemical reaction in the fuel cell stack 31. For example, the exhaust gas includes air that is supplied to the fuel cell stack 31 as an oxidant gas and partially leaks to the fuel gas side. By opening the discharge valve 63, the exhaust gas is discharged from the fuel cell stack 31, and by closing the discharge valve 63, the discharge of the exhaust gas from the fuel cell stack 31 is stopped. The discharge valve 63 is a solenoid valve whose opening degree can be electrically controlled. However, the discharge valve 63 may be configured by a valve device other than the solenoid valve.

燃料電池スタック31で発電を行う場合には、供給弁62を開いて燃料電池スタック31に燃料ガスを供給する。また、供給した燃料ガスが消費されるまで排出弁63を閉じた状態とし、燃料ガスの消費が完了した場合に、排出弁63を開いて排出ガスを排出する。排出ガスが排出されることで、燃料電池スタック31内に新たに燃料ガスが供給されることとなる。ただし、常に排出弁63を開いた状態として、未反応の燃料ガスを含む排出ガスを排出してもよい。 When power is generated by the fuel cell stack 31, the supply valve 62 is opened to supply fuel gas to the fuel cell stack 31. Further, the exhaust valve 63 is kept closed until the supplied fuel gas is consumed, and when the consumption of the fuel gas is completed, the exhaust valve 63 is opened to discharge the exhaust gas. When the exhaust gas is discharged, the fuel gas is newly supplied into the fuel cell stack 31. However, the exhaust gas including the unreacted fuel gas may be discharged with the discharge valve 63 always open.

燃料電池スタック31を流れた未反応の燃料ガスをそのまま排出するのではなく、再び燃料電池スタック31に流す構成としてもよい。これによると、未反応の燃料ガスを燃料電池スタック31に再循環させて、化学反応に使用することができる。このため、未反応のまま排出される燃料ガスの量を削減して、燃料ガスを効率的に発電に利用することができる。ただし、燃料ガスを再循環させる構成を追加する分、燃料電池システム1全体のサイズが大型化しやすい。言い換えると、燃料ガスを再循環させる構成を備えないことで、燃料電池システム1全体のサイズを小型に設計しやすい。このため、燃料電池システム1の用途や使用環境等を考慮して、燃料ガスを再循環させる構成を採用するか否かを選択することが好ましい。 The unreacted fuel gas that has flowed through the fuel cell stack 31 may not be discharged as it is, but may be flown back into the fuel cell stack 31. According to this, the unreacted fuel gas can be recirculated in the fuel cell stack 31 and used for the chemical reaction. Therefore, the amount of fuel gas discharged without reaction can be reduced, and the fuel gas can be efficiently used for power generation. However, the size of the entire fuel cell system 1 tends to increase due to the addition of a configuration for recirculating the fuel gas. In other words, it is easy to design the size of the entire fuel cell system 1 to be small by not providing a configuration for recirculating the fuel gas. Therefore, it is preferable to select whether or not to adopt a configuration in which the fuel gas is recirculated in consideration of the application of the fuel cell system 1, the usage environment, and the like.

燃料電池システム1は、負荷81と二次電池82と制御部90とを備えている。負荷81は、燃料電池スタック31で発電した電力を消費する装置である。負荷81は、例えば車両の走行に用いる走行用モータである。負荷81は、例えば給湯に用いるヒータ装置である。二次電池82は、燃料電池スタック31で発電した電力を蓄える装置である。二次電池82に蓄えた電力を用いて、負荷81を駆動してもよい。制御部90は、燃料電池システム1を構成する様々な装置の駆動を制御して、燃料電池スタック31の発電を制御している。 The fuel cell system 1 includes a load 81, a secondary battery 82, and a control unit 90. The load 81 is a device that consumes the electric power generated by the fuel cell stack 31. The load 81 is, for example, a traveling motor used for traveling a vehicle. The load 81 is, for example, a heater device used for hot water supply. The secondary battery 82 is a device that stores the electric power generated by the fuel cell stack 31. The load 81 may be driven by using the electric power stored in the secondary battery 82. The control unit 90 controls the drive of various devices constituting the fuel cell system 1 to control the power generation of the fuel cell stack 31.

図2において、上流送風機51uと下流送風機51dとは、互いに隣接して設けられている。上流送風機51uと下流送風機51dとは、ともに軸流送風機である。上流送風機51uの回転軸は、燃料上流部31uと対向している。下流送風機51dの回転軸は、燃料下流部31dと対向している。 In FIG. 2, the upstream blower 51u and the downstream blower 51d are provided adjacent to each other. Both the upstream blower 51u and the downstream blower 51d are axial blowers. The rotation shaft of the upstream blower 51u faces the fuel upstream portion 31u. The rotation shaft of the downstream blower 51d faces the fuel downstream portion 31d.

燃料電池スタック31は、複数の燃料電池セル11が積層されて構成されている。燃料電池セル11の積層方向は、Z方向である。ここで、Z方向は、上下方向のことであり、燃料電池スタック31のZ方向の両端面は、燃料電池スタック31の上面と下面とに対応している。ただし、燃料電池セル11の積層方向は、上下方向に限られない。送風機51は、燃料電池セル11の積層方向に交差する方向に風を流している。送風機51の送風方向は、X方向である。ここで、X方向は、送風機51の回転軸の軸方向に一致している。X方向とZ方向に2つの方向に直交する方向は、Y方向である。 The fuel cell stack 31 is configured by stacking a plurality of fuel cell cells 11. The stacking direction of the fuel cell 11 is the Z direction. Here, the Z direction is the vertical direction, and both end surfaces of the fuel cell stack 31 in the Z direction correspond to the upper surface and the lower surface of the fuel cell stack 31. However, the stacking direction of the fuel cell 11 is not limited to the vertical direction. The blower 51 blows air in a direction intersecting the stacking direction of the fuel cell 11. The blowing direction of the blower 51 is the X direction. Here, the X direction coincides with the axial direction of the rotation axis of the blower 51. The direction orthogonal to the two directions in the X direction and the Z direction is the Y direction.

燃料入口部32は、燃料電池スタック31の下面に設けられている。このため、燃料ガスは、燃料電池セル11の積層方向に沿って燃料電池スタック31内部に導入されることとなる。燃料出口部33は、燃料電池スタック31の下面に設けられている。このため、燃料ガスは、燃料電池セル11の積層方向に沿って燃料電池スタック31内部から導出されることとなる。 The fuel inlet portion 32 is provided on the lower surface of the fuel cell stack 31. Therefore, the fuel gas is introduced into the fuel cell stack 31 along the stacking direction of the fuel cell cells 11. The fuel outlet portion 33 is provided on the lower surface of the fuel cell stack 31. Therefore, the fuel gas is led out from the inside of the fuel cell stack 31 along the stacking direction of the fuel cell 11.

図3において、燃料電池セル11は、膜電極接合体12と酸化剤ガス拡散層14aと燃料ガス拡散層14bとカソードセパレータ15とアノードセパレータ16とを備えている。膜電極接合体12は、電解質膜の一方の面にアノード電極を配設し、他方の面にカソード電極を配設して構成された接合体である。アノード電極やカソード電極は、白金などの触媒をカーボンなどの担持体で担持して構成されている。膜電極接合体12は、MEAとも呼ばれる。 In FIG. 3, the fuel cell 11 includes a membrane electrode assembly 12, an oxidant gas diffusion layer 14a, a fuel gas diffusion layer 14b, a cathode separator 15, and an anode separator 16. The membrane electrode assembly 12 is a assembly in which an anode electrode is arranged on one surface of the electrolyte membrane and a cathode electrode is arranged on the other surface. The anode electrode and the cathode electrode are configured by supporting a catalyst such as platinum with a carrier such as carbon. The membrane electrode assembly 12 is also called MEA.

各燃料電池セル11においては、燃料ガスとして機能する水素ガスと酸化剤ガスとして機能する酸素を含む空気とが供給されることで、電気エネルギを出力することとなる。より詳細には、アノード側では、水素が水素イオンと電子に変化する反応が引き起こされる。一方、カソード側では、水素イオンと電子と酸素とが反応して水が生成する反応が引き起こされる。 In each fuel cell 11, electric energy is output by supplying hydrogen gas that functions as a fuel gas and air containing oxygen that functions as an oxidant gas. More specifically, on the anode side, a reaction is triggered in which hydrogen is transformed into hydrogen ions and electrons. On the other hand, on the cathode side, a reaction is triggered in which hydrogen ions, electrons, and oxygen react to generate water.

酸化剤ガス拡散層14aと燃料ガス拡散層14bとは、酸化剤ガスや燃料ガスなどの反応ガスを拡散させる機能を有する。酸化剤ガス拡散層14aと燃料ガス拡散層14bとは、ガス透過性および電子伝導性を有する多孔質部材で構成されている。 The oxidant gas diffusion layer 14a and the fuel gas diffusion layer 14b have a function of diffusing a reaction gas such as an oxidant gas or a fuel gas. The oxidant gas diffusion layer 14a and the fuel gas diffusion layer 14b are composed of a porous member having gas permeability and electron conductivity.

カソードセパレータ15とアノードセパレータ16とは、例えば、導電性を有するカーボン製の機材で構成されている。カソードセパレータ15は、酸化剤ガスが流れる流路を形成している。カソードセパレータ15において、酸化剤ガスの流れる方向は、X方向である。アノードセパレータ16は、燃料ガスが流れる流路を形成している。アノードセパレータ16において、燃料ガスの流れる方向は、Y方向である。酸化剤ガス拡散層14aは、カソードセパレータ15と膜電極接合体12との間に位置している。燃料ガス拡散層14bは、アノードセパレータ16と膜電極接合体12との間に位置している。 The cathode separator 15 and the anode separator 16 are made of, for example, conductive carbon equipment. The cathode separator 15 forms a flow path through which the oxidant gas flows. In the cathode separator 15, the direction in which the oxidant gas flows is the X direction. The anode separator 16 forms a flow path through which the fuel gas flows. In the anode separator 16, the direction in which the fuel gas flows is the Y direction. The oxidant gas diffusion layer 14a is located between the cathode separator 15 and the membrane electrode assembly 12. The fuel gas diffusion layer 14b is located between the anode separator 16 and the membrane electrode assembly 12.

膜電極接合体12は、化学反応が引き起こされる反応面として機能する部分よりも外側に燃料ガスの流通可能なマニホールド19を備えている。酸化剤ガス拡散層14aと燃料ガス拡散層14bとは、拡散層として機能する部分よりも外側に燃料ガスの流通可能なマニホールド19を備えている。カソードセパレータ15は、酸化剤ガスが流れる流路を形成している部分よりも外側に燃料ガスの流通可能なマニホールド19を備えている。アノードセパレータ16は、燃料ガスが流れる流路を形成している部分の端に燃料ガスを燃料電池セル11の積層方向であるZ方向に流通可能なマニホールド19を備えている。 The membrane electrode assembly 12 includes a manifold 19 through which fuel gas can flow outside the portion that functions as a reaction surface on which a chemical reaction is triggered. The oxidant gas diffusion layer 14a and the fuel gas diffusion layer 14b are provided with a manifold 19 through which fuel gas can flow, outside the portion that functions as the diffusion layer. The cathode separator 15 includes a manifold 19 through which fuel gas can flow outside the portion forming the flow path through which the oxidant gas flows. The anode separator 16 includes a manifold 19 capable of flowing fuel gas in the Z direction, which is the stacking direction of the fuel cell 11, at the end of a portion forming a flow path through which the fuel gas flows.

マニホールド19は、燃料入口部32から導入された直後の燃料ガスが流れる上流マニホールド19uを備えている。マニホールド19は、燃料出口部33から導出される直前の燃料ガスが流れる下流マニホールド19dを備えている。このマニホールド19によって複数の燃料電池セル11を貫通して燃料ガスをアノードセパレータ16に形成された燃料ガスの流路に流すことができる。 The manifold 19 includes an upstream manifold 19u through which fuel gas immediately after being introduced from the fuel inlet portion 32 flows. The manifold 19 includes a downstream manifold 19d through which the fuel gas immediately before being led out from the fuel outlet 33 flows. The manifold 19 allows the fuel gas to pass through the plurality of fuel cell cells 11 and flow into the flow path of the fuel gas formed in the anode separator 16.

図4において、カソードセパレータ15は、波型の板部材である。カソードセパレータ15は、酸化剤ガスの流路部として反応用流路部15rと冷却用流路部15cとの2種類の流路部を備えている。反応用流路部15rは、酸化剤ガス拡散層14a側が開放されている流路部である。反応用流路部15rを流れている酸化剤ガスは、酸化剤ガス拡散層14aに流れ込み、化学反応に使用される。一方、冷却用流路部15cは、酸化剤ガス拡散層14aとは反対側が開放されている流路部である。冷却用流路部15cを流れている酸化剤ガスは、酸化剤ガス拡散層14aに流れ込むことができない。ただし、燃料電池セル11をX方向に貫通するように酸化剤ガスが通過することになる。このため、燃料電池セル11の冷却に寄与する。反応用流路部15rと冷却用流路部15cとは、Y方向に交互に並んで形成されている。 In FIG. 4, the cathode separator 15 is a corrugated plate member. The cathode separator 15 includes two types of flow paths, a reaction flow path 15r and a cooling flow path 15c, as a flow path for the oxidant gas. The reaction flow path portion 15r is a flow path portion in which the oxidant gas diffusion layer 14a side is open. The oxidant gas flowing through the reaction flow path portion 15r flows into the oxidant gas diffusion layer 14a and is used for the chemical reaction. On the other hand, the cooling flow path portion 15c is a flow path portion in which the side opposite to the oxidant gas diffusion layer 14a is open. The oxidant gas flowing through the cooling flow path portion 15c cannot flow into the oxidant gas diffusion layer 14a. However, the oxidant gas passes through the fuel cell 11 in the X direction. Therefore, it contributes to cooling the fuel cell 11. The reaction flow path portion 15r and the cooling flow path portion 15c are formed so as to be alternately arranged in the Y direction.

図5において、アノードセパレータ16の内部には、滞留水Wが存在することがある。滞留水Wの発生する理由について、以下に説明する。燃料電池セル11の化学反応では、カソード側に水が生成する。さらに、酸化剤ガスとして空気を供給する場合には、供給される空気に水分が含まれている。このように、燃料電池スタック31の発電中において、カソードセパレータ15側には、水分が存在している状態となる。また、燃料電池スタック31の発電にともない、膜電極接合体12は発熱する。このため、カソードセパレータ15側に存在する水分は、膜電極接合体12によって加熱されて、水蒸気となりやすい。 In FIG. 5, retained water W may be present inside the anode separator 16. The reason why the stagnant water W is generated will be described below. In the chemical reaction of the fuel cell 11, water is generated on the cathode side. Further, when air is supplied as an oxidant gas, the supplied air contains water. As described above, during the power generation of the fuel cell stack 31, water is present on the cathode separator 15 side. Further, the membrane electrode assembly 12 generates heat as the fuel cell stack 31 generates electricity. Therefore, the water present on the cathode separator 15 side is easily heated by the membrane electrode assembly 12 to become water vapor.

膜電極接合体12を構成している電解質膜は、水素イオンだけでなく水蒸気を透過する膜である。このため、膜電極接合体12において、カソード側に存在している水蒸気は、膜電極接合体12を透過してアノード側に移動する。カソード側からアノード側に水蒸気が移動する現象は、逆拡散と呼ばれる。アノード側に移動した水蒸気は、冷却されてアノードセパレータ16の表面に凝縮する。この凝縮水がアノードセパレータ16の表面に留まることで、滞留水Wとなる。逆拡散は、膜電極接合体12の電解質膜の膜厚が牛ほど発生しやすい。 The electrolyte membrane constituting the membrane electrode assembly 12 is a membrane that allows not only hydrogen ions but also water vapor to permeate. Therefore, in the membrane electrode assembly 12, the water vapor existing on the cathode side passes through the membrane electrode assembly 12 and moves to the anode side. The phenomenon of water vapor moving from the cathode side to the anode side is called backdiffusion. The water vapor transferred to the anode side is cooled and condensed on the surface of the anode separator 16. When this condensed water stays on the surface of the anode separator 16, it becomes retained water W. Backdiffusion is more likely to occur in cows as the film thickness of the electrolyte membrane of the membrane electrode assembly 12 increases.

また、燃料電池セル11においては、カソード側を流れていた酸化剤ガスの一部がアノード側に漏れ出すことがある。このため、カソード側を流れている燃料ガスには、一部の酸化剤ガスが混ざった状態となる。酸化剤ガスとして空気を供給する場合には、燃料ガス中にカソード側から漏れ出した窒素や水などが混ざることとなる。このカソード側から漏れ出した水についても、膜電極接合体12を透過した水蒸気と同様にアノードセパレータ16の表面で凝縮して、滞留水Wとなり得る。 Further, in the fuel cell 11, a part of the oxidant gas flowing on the cathode side may leak to the anode side. Therefore, a part of the oxidant gas is mixed with the fuel gas flowing on the cathode side. When air is supplied as an oxidant gas, nitrogen, water, etc. leaked from the cathode side are mixed in the fuel gas. The water leaking from the cathode side can also be condensed on the surface of the anode separator 16 in the same manner as the water vapor that has passed through the membrane electrode assembly 12, and become retained water W.

カソード側で発生した水蒸気のアノード側への逆拡散や、カソード側からアノード側に酸化剤ガスの一部が漏れ出す現象は、燃料電池セル11全体で起こり得る。したがって、燃料ガスの流れにおいて、下流に位置する燃料ガスほど多くの水が混ざった状態となりやすい。よって、燃料電池セル11を流れる燃料ガスの流れにおいて、下流に位置する部分ほど滞留水Wが発生しやすく、滞留水Wの量が多くなりやすい。 The reverse diffusion of water vapor generated on the cathode side to the anode side and the phenomenon that a part of the oxidant gas leaks from the cathode side to the anode side can occur in the entire fuel cell 11. Therefore, in the flow of fuel gas, the more downstream the fuel gas is, the more water is likely to be mixed. Therefore, in the flow of the fuel gas flowing through the fuel cell 11, the stagnant water W is likely to be generated in the portion located downstream, and the amount of the stagnant water W is likely to increase.

滞留水Wは、アノードセパレータ16における燃料ガスの流路を狭めて、圧力損失を増大させる。言い換えると、滞留水Wが存在することで、アノードセパレータ16を燃料ガスが適切に流れにくい状態となる。このため、アノードセパレータ16に形成された複数の流路部のうち、滞留水Wが存在する流路部は、滞留水Wが存在しない流路部に比べて流れる燃料ガスの量が少なくなる。したがって、適切な発電に必要な燃料ガスの供給が受けられず、その燃料電池セル11における発電量が低下してしまう。このように、燃料電池セル11毎の滞留水Wの有無および滞留水Wの量によって、燃料電池セル11毎の発電量にばらつきが生じ、燃料電池スタック31全体としての発電量が低下する。 The stagnant water W narrows the flow path of the fuel gas in the anode separator 16 and increases the pressure loss. In other words, the presence of the stagnant water W makes it difficult for the fuel gas to properly flow through the anode separator 16. Therefore, among the plurality of flow path portions formed in the anode separator 16, the flow path portion in which the stagnant water W exists has a smaller amount of fuel gas than the flow path portion in which the stagnant water W does not exist. Therefore, the fuel gas required for appropriate power generation cannot be supplied, and the amount of power generated in the fuel cell 11 is reduced. As described above, the amount of power generated by each fuel cell 11 varies depending on the presence or absence of the stagnant water W and the amount of the stagnant water W in each fuel cell 11, and the amount of power generated by the fuel cell stack 31 as a whole decreases.

燃料電池システム1における滞留水Wの影響を抑制する制御について、以下に説明する。図6において、制御部90には、燃料電池スタック31と二次電池82とが接続されている。制御部90は、燃料電池スタック31の発電に関する情報を取得する。制御部90は、燃料電池スタック31を制御して発電量を制御する。制御部90は、二次電池82の蓄電量などの情報を取得する。制御部90は、二次電池82を制御して蓄電量を制御する。 The control for suppressing the influence of the accumulated water W in the fuel cell system 1 will be described below. In FIG. 6, the fuel cell stack 31 and the secondary battery 82 are connected to the control unit 90. The control unit 90 acquires information regarding power generation of the fuel cell stack 31. The control unit 90 controls the fuel cell stack 31 to control the amount of power generation. The control unit 90 acquires information such as the amount of electricity stored in the secondary battery 82. The control unit 90 controls the secondary battery 82 to control the amount of electricity stored.

制御部90には、温度センサ86と湿度センサ87と電圧センサ88とが接続されている。制御部90は、温度センサ86で計測した燃料電池スタック31の温度に関する情報を取得する。制御部90は、湿度センサ87で計測した燃料電池スタック31の湿度に関する情報を取得する。制御部90は、電圧センサ88で計測した燃料電池スタック31の電圧に関する情報を取得する。 A temperature sensor 86, a humidity sensor 87, and a voltage sensor 88 are connected to the control unit 90. The control unit 90 acquires information on the temperature of the fuel cell stack 31 measured by the temperature sensor 86. The control unit 90 acquires information on the humidity of the fuel cell stack 31 measured by the humidity sensor 87. The control unit 90 acquires information regarding the voltage of the fuel cell stack 31 measured by the voltage sensor 88.

制御部90には、送風機51と供給弁62と排出弁63とが接続されている。制御部90は、送風機51を制御して燃料電池スタック31に流す酸化剤ガスの量を制御する。制御部90は、供給弁62の開度を制御して、燃料電池スタック31に供給する燃料ガスの量を制御する。制御部90は、排出弁63の開度を制御して、燃料電池スタック31から排出する排出ガスの量を制御する。 The blower 51, the supply valve 62, and the discharge valve 63 are connected to the control unit 90. The control unit 90 controls the blower 51 to control the amount of oxidant gas flowing through the fuel cell stack 31. The control unit 90 controls the opening degree of the supply valve 62 to control the amount of fuel gas supplied to the fuel cell stack 31. The control unit 90 controls the opening degree of the discharge valve 63 to control the amount of exhaust gas discharged from the fuel cell stack 31.

図7において、ユーザによる入力操作などによって燃料電池システム1での発電に関する制御を開始すると、ステップS101で燃料電池スタック31の電圧である電池電圧を計測する。電池電圧としては、複数の燃料電池セル11毎に電圧を計測して、燃料電池スタック31全体の電圧を取得することができる。ただし、全ての燃料電池セル11の電圧を取得するのではなく、一部の燃料電池セル11の電圧を取得して燃料電池スタック31全体の電圧を推定するなどしてもよい。電池電圧を計測した後、ステップS102に進む。 In FIG. 7, when the control related to power generation in the fuel cell system 1 is started by an input operation by the user or the like, the battery voltage, which is the voltage of the fuel cell stack 31, is measured in step S101. As the battery voltage, the voltage of each of the plurality of fuel cell cells 11 can be measured to obtain the voltage of the entire fuel cell stack 31. However, instead of acquiring the voltages of all the fuel cell cells 11, the voltages of some fuel cell cells 11 may be acquired to estimate the voltage of the entire fuel cell stack 31. After measuring the battery voltage, the process proceeds to step S102.

ステップS102では、電池電圧が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値は、燃料電池スタック31で適切に発電が行われている場合の電池電圧に比べて、低い電圧に設定されている。計測した電池電圧が閾値以上である場合には、適切に発電可能であると判断してステップS111に進む。一方、計測した電池電圧が閾値未満である場合には、適切に発電が行われない可能性があると判断してステップS130に進む。 In step S102, it is determined whether or not the battery voltage is equal to or higher than the threshold value. Here, the threshold value is set to a voltage lower than the battery voltage when power is appropriately generated in the fuel cell stack 31. If the measured battery voltage is equal to or higher than the threshold value, it is determined that power can be generated appropriately, and the process proceeds to step S111. On the other hand, if the measured battery voltage is less than the threshold value, it is determined that power generation may not be performed properly, and the process proceeds to step S130.

ステップS111では、燃料電池スタック31の温度である電池温度を計測する。電池温度としては、複数の燃料電池セル11毎に温度を計測して、燃料電池スタック31全体の温度分布を取得することができる。ただし、全ての燃料電池セル11の温度を取得するのではなく、一部の燃料電池セル11の温度を取得して燃料電池スタック31全体の温度を推定するなどしてもよい。電池温度を計測した後、ステップS112に進む。 In step S111, the battery temperature, which is the temperature of the fuel cell stack 31, is measured. As the battery temperature, the temperature can be measured for each of the plurality of fuel cell cells 11 to obtain the temperature distribution of the entire fuel cell stack 31. However, instead of acquiring the temperatures of all the fuel cell cells 11, the temperature of some fuel cell cells 11 may be acquired to estimate the temperature of the entire fuel cell stack 31. After measuring the battery temperature, the process proceeds to step S112.

ステップS112では、電池温度が閾値以上であるか否かを判定する。ここで、閾値は、燃料電池スタック31で適切に発電が行われている場合の電池温度に比べて、低い温度に設定されている。計測した電池温度が閾値以上である場合には、適切に発電可能であると判断してステップS120に進む。一方、計測した電池温度が閾値未満である場合には、適切に発電が行われない可能性があると判断してステップS130に進む。 In step S112, it is determined whether or not the battery temperature is equal to or higher than the threshold value. Here, the threshold value is set to a temperature lower than the battery temperature when power is appropriately generated in the fuel cell stack 31. If the measured battery temperature is equal to or higher than the threshold value, it is determined that power generation can be appropriately performed, and the process proceeds to step S120. On the other hand, if the measured battery temperature is less than the threshold value, it is determined that power generation may not be performed properly, and the process proceeds to step S130.

ステップS120では、燃料電池スタック31の冷却を通常モードで実行する。通常モードにおいては、送風機51を駆動して燃料電池スタック31に酸化剤ガスを供給する。送風機51での送風量は、少なくとも燃料電池スタック31での化学反応に必要な酸素の量が不足しない程度の送風量である。言い換えると、送風機51の送風量は、化学反応で消費しきれない過剰量の酸素を供給する送風量であってもよい。上流送風機51uと下流送風機51dとは、互いに同じ回転数で制御され、燃料上流部31uへの送風量と燃料下流部31dへの送風量とが等しい量となっている。ただし、上流送風機51uと下流送風機51dとが厳密に同じ送風量である必要はない。燃料電池スタック31の発電に必要な酸素ガスが供給できれば、上流送風機51uと下流送風機51dとが異なる送風量であってもよい。 In step S120, the fuel cell stack 31 is cooled in the normal mode. In the normal mode, the blower 51 is driven to supply the oxidant gas to the fuel cell stack 31. The amount of air blown by the blower 51 is at least such that the amount of oxygen required for the chemical reaction in the fuel cell stack 31 is not insufficient. In other words, the amount of air blown by the blower 51 may be the amount of air blown to supply an excess amount of oxygen that cannot be consumed by the chemical reaction. The upstream blower 51u and the downstream blower 51d are controlled at the same rotation speed, and the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u and the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d are equal. However, the upstream blower 51u and the downstream blower 51d do not have to have exactly the same air flow rate. As long as the oxygen gas required for power generation of the fuel cell stack 31 can be supplied, the upstream blower 51u and the downstream blower 51d may have different air amounts.

通常モードにおいては、燃料上流部31uと燃料下流部31dとの両方に酸化剤ガスが積極的に導入されている。このため、燃料電池スタック31全体が積極的に空冷されている状態である。通常モードは、燃料電池スタック31の温度を略均一に冷却する冷却モードである。言い換えると、通常モードは、燃料上流部31uの冷却性能と燃料下流部31dの冷却性能とを同程度に維持する冷却モードである。通常モードの実行後、通常モードを維持した状態でステップS141に進む。 In the normal mode, the oxidant gas is actively introduced into both the fuel upstream portion 31u and the fuel downstream portion 31d. Therefore, the entire fuel cell stack 31 is actively air-cooled. The normal mode is a cooling mode in which the temperature of the fuel cell stack 31 is cooled substantially uniformly. In other words, the normal mode is a cooling mode in which the cooling performance of the fuel upstream portion 31u and the cooling performance of the fuel downstream portion 31d are maintained at the same level. After executing the normal mode, the process proceeds to step S141 while maintaining the normal mode.

ステップS130では、燃料電池スタック31の冷却を滞留水抑制モードで実行する。滞留水抑制モードにおいては、送風機51を駆動して燃料電池スタック31に酸化剤ガスを供給する。この時、燃料下流部31dの温度が燃料上流部31uの温度に比べて高くなるように冷却する。より具体的には、下流送風機51dの送風量を上流送風機51uの送風量よりも少なくする。 In step S130, the fuel cell stack 31 is cooled in the stagnant water suppression mode. In the stagnant water suppression mode, the blower 51 is driven to supply the oxidant gas to the fuel cell stack 31. At this time, the temperature of the fuel downstream portion 31d is cooled so as to be higher than the temperature of the fuel upstream portion 31u. More specifically, the amount of air blown by the downstream blower 51d is made smaller than the amount of air blown by the upstream blower 51u.

滞留水抑制モードにおいて、下流送風機51dの送風量を少なくする方法としては、様々な方法を採用可能である。例えば、上流送風機51uと下流送風機51dとに同様の送風装置を採用した上で、下流送風機51dの回転数を上流送風機51uの回転数よりも低い回転数となるように駆動制御してもよい。例えば、下流送風機51dとして上流送風機51uよりも送風量の少ない小型の送風装置を採用してもよい。例えば、上流送風機51uを連続運転で駆動し、下流送風機51dを間欠運転で駆動して、送風時間を短くすることで送風量を少なくしてもよい。 In the stagnant water suppression mode, various methods can be adopted as a method for reducing the amount of air blown by the downstream blower 51d. For example, after adopting the same blower for the upstream blower 51u and the downstream blower 51d, the rotation speed of the downstream blower 51d may be driven and controlled to be lower than the rotation speed of the upstream blower 51u. For example, as the downstream blower 51d, a small blower having a smaller amount of air than the upstream blower 51u may be adopted. For example, the upstream blower 51u may be driven in continuous operation, and the downstream blower 51d may be driven in intermittent operation to shorten the blowing time to reduce the amount of air blown.

燃料電池スタック31は、発電にともなう発熱によって自然と温度が上昇する。滞留水抑制モードを実行することで、燃料下流部31dの冷却性能を意図的に低下させて、燃料電池スタック31自身の発熱による温度上昇を促進させることができる。これにより、燃料下流部31dのアノードセパレータ16の温度を高めて、アノードセパレータ16の表面に凝縮水が発生することを抑制できる。あるいは、アノードセパレータ16の表面に留まっている滞留水Wを蒸発させて除去することができる。滞留水抑制モードの実行後、ステップS141に進む。 The temperature of the fuel cell stack 31 naturally rises due to heat generated by power generation. By executing the stagnant water suppression mode, the cooling performance of the fuel downstream portion 31d can be intentionally lowered, and the temperature rise due to the heat generated by the fuel cell stack 31 itself can be promoted. As a result, the temperature of the anode separator 16 at the downstream portion 31d of the fuel can be raised, and the generation of condensed water on the surface of the anode separator 16 can be suppressed. Alternatively, the retained water W remaining on the surface of the anode separator 16 can be evaporated and removed. After executing the stagnant water suppression mode, the process proceeds to step S141.

ステップS141では、燃料電池システム1に関する駆動要求があるか否かを判定する。負荷81での電力消費が大きい状態や、二次電池82への蓄電量が少ない状態など、発電を継続する必要がある場合には、駆動要求がある状態となる。一方、発電を継続する必要がない場合には、駆動要求がない状態となる。駆動要求の有無は、例えばユーザの操作によって切り替えられる。 In step S141, it is determined whether or not there is a drive request for the fuel cell system 1. When it is necessary to continue power generation, such as when the load 81 consumes a large amount of power or when the amount of electricity stored in the secondary battery 82 is small, a drive request is made. On the other hand, when it is not necessary to continue power generation, there is no drive request. Whether or not there is a drive request can be switched by, for example, a user operation.

駆動要求がない場合には、供給弁62と排出弁63とを閉じるとともに、送風機51の駆動を停止して、燃料電池システム1の発電に関する制御を終了する。一方、駆動要求がある場合には、ステップS101に戻って駆動要求がない状態となるまで一連の制御を繰り返す。これにより、発電によって絶えず変化する燃料電池スタック31内部の状態を反映して、適切な冷却モードを選択できる。 When there is no drive request, the supply valve 62 and the discharge valve 63 are closed, the drive of the blower 51 is stopped, and the control related to the power generation of the fuel cell system 1 is terminated. On the other hand, when there is a drive request, the process returns to step S101 and a series of controls is repeated until there is no drive request. This makes it possible to select an appropriate cooling mode by reflecting the state inside the fuel cell stack 31 that is constantly changing due to power generation.

上述した実施形態によると、制御部90は、燃料下流部31dの温度が燃料上流部31uの温度よりも高くなるように酸化剤ガス供給装置50を制御している。このため、燃料上流部31uに比べて燃料ガス中に含まれる水分量が多くなりやすい燃料下流部31dの温度を高くできる。言い換えると、燃料下流部31dの温度は、燃料上流部31uの温度よりも高くなるように構成されている。したがって、燃料ガス中の水分がアノードセパレータ16表面で凝縮して滞留水Wが発生することを抑制しやすい。よって、安定して発電可能な燃料電池システム1を提供できる。 According to the above-described embodiment, the control unit 90 controls the oxidant gas supply device 50 so that the temperature of the fuel downstream portion 31d is higher than the temperature of the fuel upstream portion 31u. Therefore, the temperature of the fuel downstream portion 31d, in which the amount of water contained in the fuel gas tends to be larger than that of the fuel upstream portion 31u, can be raised. In other words, the temperature of the fuel downstream portion 31d is configured to be higher than the temperature of the fuel upstream portion 31u. Therefore, it is easy to prevent the moisture in the fuel gas from condensing on the surface of the anode separator 16 to generate the retained water W. Therefore, it is possible to provide the fuel cell system 1 capable of stably generating electricity.

制御部90は、燃料下流部31dへの送風量が、燃料上流部31uへの送風量よりも少なくなるように送風機51を制御している。このため、酸化剤ガスを供給する方法としてエアコンプレッサなどの送風装置を用いる場合に比べて、小型かつ軽量に構成しやすい。したがって、酸化剤ガス供給装置50を小型に設計して、燃料電池システム1全体のサイズを小さくしやすい。特に、燃料電池自動車においては、限られた設置空間内に燃料電池システム1を設置することが求められる。あるいは、様々な車種の設置空間に対応できるように設置可能な場所について高い自由度が求められる。このため、燃料電池システム1をできるだけ小型に設計することは、燃料電池システム1を車両に搭載する場合において、非常に重要である。 The control unit 90 controls the blower 51 so that the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d is smaller than the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u. Therefore, as compared with the case of using a blower such as an air compressor as a method of supplying the oxidant gas, it is easy to configure the structure to be smaller and lighter. Therefore, it is easy to design the oxidant gas supply device 50 to be small and reduce the size of the entire fuel cell system 1. In particular, in a fuel cell vehicle, it is required to install the fuel cell system 1 in a limited installation space. Alternatively, a high degree of freedom is required for the place where it can be installed so as to accommodate the installation space of various vehicle types. Therefore, it is very important to design the fuel cell system 1 as small as possible when the fuel cell system 1 is mounted on a vehicle.

制御部90は、下流送風機51dの送風量が上流送風機51uの送風量よりも少なくなるように制御している。このため、複数の送風装置を使い分けて燃料上流部31uと燃料下流部31dとの温度を容易に調整することができる。したがって、燃料上流部31uを安定して冷却するとともに、燃料下流部31dを過剰に冷却することを抑制できる。 The control unit 90 controls so that the amount of air blown by the downstream blower 51d is smaller than the amount of air blown by the upstream blower 51u. Therefore, the temperatures of the fuel upstream portion 31u and the fuel downstream portion 31d can be easily adjusted by properly using a plurality of blowers. Therefore, it is possible to stably cool the fuel upstream portion 31u and suppress excessive cooling of the fuel downstream portion 31d.

制御部90は、電池温度が閾値未満である場合に、電池温度が閾値以上である場合に比べて酸化剤ガスの供給量が少なくなるように酸化剤ガス供給装置50を制御している。このため、電池温度が低いときにアノードセパレータ16の温度を高めて滞留水Wを蒸発させることができる。したがって、滞留水Wによる発電量の低下を解消できる。あるいは、温度が低く滞留水Wが発生しやすい状態を解消して、燃料電池スタック31全体で安定した発電を維持できる。温度に基づいた判断であるため、凝縮水が発生し始めて電池電圧が低下するよりも前に滞留水Wの影響を抑制することができる。 The control unit 90 controls the oxidant gas supply device 50 so that when the battery temperature is below the threshold value, the supply amount of the oxidant gas is smaller than when the battery temperature is above the threshold value. Therefore, when the battery temperature is low, the temperature of the anode separator 16 can be raised to evaporate the stagnant water W. Therefore, it is possible to eliminate the decrease in the amount of power generation due to the retained water W. Alternatively, stable power generation can be maintained in the entire fuel cell stack 31 by eliminating the state in which the temperature is low and the accumulated water W is likely to be generated. Since the judgment is based on the temperature, the influence of the stagnant water W can be suppressed before the condensed water starts to be generated and the battery voltage drops.

制御部90は、電池電圧が閾値未満である場合に、電池電圧が閾値以上である場合に比べて酸化剤ガスの供給量が少なくなるように酸化剤ガス供給装置50を制御している。このため、電池電圧が低いときにアノードセパレータ16の温度を高めて滞留水Wを蒸発させることができる。したがって、滞留水Wの影響による発電量の低下を解消できる。電圧に基づいた判断であるため、実際に発電に影響が出ていることを確認した上で、滞留水Wを蒸発させて発電量の低下を解消できる。特に、電池電圧が閾値以上になるまで滞留水抑制モードを維持することで、滞留水Wによる影響がなくなる前に滞留水抑制モードを解除してしまうことを防止できる。 The control unit 90 controls the oxidant gas supply device 50 so that when the battery voltage is less than the threshold value, the supply amount of the oxidant gas is smaller than when the battery voltage is equal to or more than the threshold value. Therefore, when the battery voltage is low, the temperature of the anode separator 16 can be raised to evaporate the accumulated water W. Therefore, it is possible to eliminate the decrease in the amount of power generation due to the influence of the accumulated water W. Since the judgment is based on the voltage, it is possible to eliminate the decrease in the amount of power generation by evaporating the stagnant water W after confirming that the power generation is actually affected. In particular, by maintaining the stagnant water suppression mode until the battery voltage becomes equal to or higher than the threshold value, it is possible to prevent the stagnant water suppression mode from being released before the influence of the stagnant water W disappears.

制御部90は、電池電圧と電池温度との複数の種類の物理量を用いて、冷却モードを制御している。このため、1つの種類の物理量のみに基づいて冷却モードを制御する場合に比べて、より精度よく滞留水抑制モードを実行して、滞留水Wによる発電量の低下を抑制できる。 The control unit 90 controls the cooling mode by using a plurality of types of physical quantities of the battery voltage and the battery temperature. Therefore, as compared with the case where the cooling mode is controlled based on only one type of physical quantity, the stagnant water suppression mode can be executed more accurately and the decrease in the power generation amount due to the stagnant water W can be suppressed.

燃料電池スタック31の電圧や温度によらず、下流送風機51dの送風量を上流送風機51uの送風量に比べて常に低い状態としてもよい。この場合、制御部90は、常に滞留水抑制モードで送風機51を駆動している状態とみなすことができる。 Regardless of the voltage or temperature of the fuel cell stack 31, the amount of air blown by the downstream blower 51d may always be lower than the amount of air blown by the upstream blower 51u. In this case, the control unit 90 can be regarded as always driving the blower 51 in the stagnant water suppression mode.

また、通常モードと滞留水抑制モードとの両方のモードで下流送風機51dの送風量よりも上流送風機51uの送風量に比べて低い状態としてもよい。この場合、滞留水抑制モードにおける上流送風機51uと下流送風機51dとの風量差を、通常モードにおける上流送風機51uと下流送風機51dとの風量差よりも大きくすることが好ましい。これによると、通常モードにおいても、滞留水Wの発生をある程度抑制しつつ、滞留水Wが発生した場合には、滞留水抑制モードを実行することで滞留水Wを蒸発させることができる。 Further, in both the normal mode and the accumulated water suppression mode, the amount of air blown by the downstream blower 51d may be lower than the amount of air blown by the upstream blower 51u. In this case, it is preferable that the air volume difference between the upstream blower 51u and the downstream blower 51d in the stagnant water suppression mode is larger than the air volume difference between the upstream blower 51u and the downstream blower 51d in the normal mode. According to this, even in the normal mode, the stagnant water W can be evaporated by executing the stagnant water suppression mode when the stagnant water W is generated while suppressing the generation of the stagnant water W to some extent.

第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、送風機251の回転軸が燃料上流部31uに対向している。
Second Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, the rotating shaft of the blower 251 faces the fuel upstream portion 31u.

図8において、酸化剤ガス供給装置250は、送風機251とガイド部材252とを備えている。送風機251は、回転軸の軸方向に沿って風を送る軸流送風機である。送風機251の回転軸は、燃料電池スタック31を燃料ガスの流れに沿って四等分した場合の上流側から数えて2つ目の部分に対向している。この位置では、送風機251全体が四等分された燃料電池スタック31のうち、燃料ガスの流れの上流側から数えて1つ目から3つ目までの部分と対向しており、4つ目の部分だけが対向しない位置関係となっている。 In FIG. 8, the oxidant gas supply device 250 includes a blower 251 and a guide member 252. The blower 251 is an axial blower that blows air along the axial direction of the rotating shaft. The rotating shaft of the blower 251 faces the second portion counting from the upstream side when the fuel cell stack 31 is divided into four equal parts along the flow of fuel gas. At this position, the entire blower 251 faces the first to third parts of the fuel cell stack 31, which is divided into four equal parts, counting from the upstream side of the fuel gas flow, and is the fourth. The positional relationship is such that only the parts do not face each other.

ガイド部材252は、送風機251と燃料電池スタック31とをつないで、酸化剤ガスの流路を形成している。ガイド部材252は、燃料電池スタック31の全体に酸化剤ガスが流れるようにガイドするとともに、燃料電池スタック31を通過せずに風が流れことを抑制している。ガイド部材252は、燃料電池スタック31から送風機51に向かって徐々に風路が小さくなるように形成されている。 The guide member 252 connects the blower 251 and the fuel cell stack 31 to form a flow path for the oxidant gas. The guide member 252 guides the oxidant gas to flow through the entire fuel cell stack 31 and suppresses the flow of wind without passing through the fuel cell stack 31. The guide member 252 is formed so that the air passage gradually becomes smaller from the fuel cell stack 31 toward the blower 51.

ガイド部材252によって形成された酸化剤ガスの流路において、燃料下流部31dから送風機251までの距離は、燃料上流部31uから送風機251までの距離よりも長い。このため、燃料下流部31dに供給される酸化剤ガスの量は、燃料上流部31uに供給される酸化剤ガスの量よりも少なくなりやすい。送風機251の回転数は、最も送風量が少なくなりやすい部分を基準として、化学反応に必要な量以上の酸素が供給されるように制御することが好ましい。 In the flow path of the oxidant gas formed by the guide member 252, the distance from the fuel downstream portion 31d to the blower 251 is longer than the distance from the fuel upstream portion 31u to the blower 251. Therefore, the amount of the oxidant gas supplied to the fuel downstream portion 31d tends to be smaller than the amount of the oxidant gas supplied to the fuel upstream portion 31u. It is preferable to control the rotation speed of the blower 251 so that more oxygen than necessary for the chemical reaction is supplied, based on the portion where the amount of air blown is most likely to be small.

上述した実施形態によると、送風機251は、回転軸が燃料上流部31uに対向する位置に設けられている。このため、制御部が送風機251を回転駆動することで、自動的に燃料上流部31uへの送風量を燃料下流部31dへの送風量よりも多くすることができる。したがって、燃料下流部31dの温度を燃料上流部31uの温度よりも高くしやすい。 According to the above-described embodiment, the blower 251 is provided at a position where the rotating shaft faces the fuel upstream portion 31u. Therefore, when the control unit rotates and drives the blower 251, the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u can be automatically increased to be larger than the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d. Therefore, the temperature of the fuel downstream portion 31d tends to be higher than the temperature of the fuel upstream portion 31u.

1つの送風機251を制御することで、燃料上流部31uへの送風量を燃料下流部31dへの送風量よりも多くすることができる。言い換えると、1つの送風機251の制御で燃料電池スタック31の部位による温度差を生じさせることができる。このため、複数の送風装置を用いて送風量を制御する場合に比べて、部品点数を削減できる。 By controlling one blower 251 the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u can be made larger than the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d. In other words, the control of one blower 251 can cause a temperature difference depending on the portion of the fuel cell stack 31. Therefore, the number of parts can be reduced as compared with the case where the amount of air blown is controlled by using a plurality of blower devices.

第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。この実施形態では、送風機351と燃料下流部31dとの間に圧損体353が設けられている。
Third Embodiment This embodiment is a modification based on the preceding embodiment. In this embodiment, a pressure drop body 353 is provided between the blower 351 and the fuel downstream portion 31d.

図9において、酸化剤ガス供給装置350は、送風機351とガイド部材52と圧損体353とを備えている。送風機351は、軸流送風機である。送風機351の回転軸は、燃料上流部31uと燃料下流部31dとの間の部分に対向している。 In FIG. 9, the oxidant gas supply device 350 includes a blower 351, a guide member 52, and a pressure drop body 353. The blower 351 is an axial blower. The rotating shaft of the blower 351 faces a portion between the fuel upstream portion 31u and the fuel downstream portion 31d.

ガイド部材52の内側であって、送風機351と燃料下流部31dとの間には、圧損体353が設けられている。圧損体353は、酸化剤ガスのスムーズな流れを阻害して意図的に圧力損失を生じさせる部品である。圧損体353としては、送風機351と燃料下流部31dとの間を完全には塞ぐことのない部品であればよい。圧損体353としては、網目状の部品を採用可能である。圧損体353としては、板に複数のスリットを形成した部品を採用可能である。圧損体353としては、通気性を有する布を採用可能である。圧損体353としては、開閉することで流路面積の大きさを制御可能なダンパ装置を採用可能である。 A pressure drop body 353 is provided inside the guide member 52 between the blower 351 and the fuel downstream portion 31d. The pressure loss body 353 is a component that hinders the smooth flow of the oxidant gas and intentionally causes a pressure loss. The pressure drop body 353 may be a component that does not completely block the space between the blower 351 and the fuel downstream portion 31d. As the pressure drop body 353, a mesh-like part can be adopted. As the pressure drop body 353, a component having a plurality of slits formed in the plate can be adopted. As the pressure drop body 353, a cloth having breathability can be adopted. As the pressure drop body 353, a damper device capable of controlling the size of the flow path area by opening and closing can be adopted.

圧損体353は、送風機351と燃料下流部31dとが対向している部分に設けられている。これにより、送風機351において燃料下流部31dと対向している部分から吸い込む酸化剤ガスの量が低下する。したがって、燃料下流部31dへの送風量が燃料上流部31uへの送風量よりも少なくなる。圧損体353の大きさや形状などを変更することで、燃料下流部31dへの送風量を調整できる。例えば、圧損体353の大きさを大きくすることで、圧損体353で発生する圧力損失を大きくできる。これにより、燃料下流部31dへの送風量を減らすことができる。 The pressure drop body 353 is provided at a portion where the blower 351 and the fuel downstream portion 31d face each other. As a result, the amount of oxidant gas sucked from the portion of the blower 351 facing the downstream portion 31d of the fuel is reduced. Therefore, the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d is smaller than the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u. By changing the size and shape of the pressure drop body 353, the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d can be adjusted. For example, by increasing the size of the pressure drop body 353, the pressure loss generated by the pressure drop body 353 can be increased. As a result, the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d can be reduced.

上述した実施形態によると、送風機351と燃料下流部31dとの間に、酸化剤ガスの流れを抑制する圧損体353を備えている。このため、燃料下流部31dへの送風量を燃料上流部31uへの送風量に比べて少なくすることができる。特に、圧損体353の大きさや位置や材料などを適宜変更することで、燃料下流部31dへの送風量を容易に制御することができる。 According to the above-described embodiment, a pressure drop body 353 that suppresses the flow of the oxidant gas is provided between the blower 351 and the fuel downstream portion 31d. Therefore, the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d can be made smaller than the amount of air blown to the fuel upstream portion 31u. In particular, the amount of air blown to the fuel downstream portion 31d can be easily controlled by appropriately changing the size, position, material, and the like of the pressure drop body 353.

圧損体353は、酸化剤ガスの流れにおいて送風機351よりも上流側に位置している。このため、圧損体353は、送風機351の送風によって送風機351に近づく方向に力を受けることとなる。したがって、圧損体353が送風機351の送風によって送風機351から離れる方向に飛ばされることがない。 The pressure drop body 353 is located upstream of the blower 351 in the flow of the oxidant gas. Therefore, the pressure drop body 353 receives a force in the direction approaching the blower 351 by the blower of the blower 351. Therefore, the pressure drop body 353 is not blown away from the blower 351 by the blower of the blower 351.

圧損体353として、燃料電池セル11を積層した状態で締結固定するためのネジ部材を採用してもよい。これによると、圧損体353であるネジ部材に圧力損失を生じさせる機能と燃料電池セル11同士を固定する機能との2つの機能を持たせることができる。このため、圧力損失を生じさせる目的で専用部品を設ける必要がない。 As the pressure drop body 353, a screw member for fastening and fixing the fuel cell 11 in a laminated state may be adopted. According to this, the screw member which is the pressure loss body 353 can be provided with two functions, that is, a function of causing a pressure loss and a function of fixing the fuel cell 11s to each other. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated part for the purpose of causing a pressure loss.

圧損体353として、燃料電池スタック31に関する物理量を計測する物理量センサを採用してもよい。物理量センサは、温度や湿度などの燃料電池スタック31の発電にともなって変化する物理量を計測する。これによると、圧損体353である物理量センサに圧力損失を生じさせる機能と燃料電池スタック31の物理量を計測する機能との2つの機能を持たせることができる。このため、圧力損失を生じさせる目的で専用部品を設ける必要がない。物理量センサとして、温度センサ86や湿度センサ87などの異なる種類のセンサを圧損体353として設置してもよい。あるいは、複数の燃料電池セル11毎に温度センサ86を備えるなどして、同じ種類の複数のセンサを圧損体353として設置してもよい。 As the pressure drop body 353, a physical quantity sensor that measures a physical quantity related to the fuel cell stack 31 may be adopted. The physical quantity sensor measures physical quantities such as temperature and humidity that change with the power generation of the fuel cell stack 31. According to this, the physical quantity sensor, which is the pressure loss body 353, can be provided with two functions, that is, a function of causing a pressure loss and a function of measuring the physical quantity of the fuel cell stack 31. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated part for the purpose of causing a pressure loss. As the physical quantity sensor, different types of sensors such as the temperature sensor 86 and the humidity sensor 87 may be installed as the pressure drop body 353. Alternatively, a plurality of sensors of the same type may be installed as the pressure drop body 353 by providing a temperature sensor 86 for each of the plurality of fuel cell cells 11.

他の実施形態
1つの燃料電池スタック31を燃料上流部31uと燃料下流部31dとの2つの部分に分けた場合を例に説明を行ったが、燃料ガスの流れにおいて上流側と下流側とに別の燃料電池スタック31を2つ並べた構成としてもよい。この場合、上流側の燃料電池スタック31が燃料上流部31uに相当し、下流側の燃料電池スタック31が燃料下流部31dに相当することとなる。
Another Embodiment Although the case where one fuel cell stack 31 is divided into two parts, the fuel upstream part 31u and the fuel downstream part 31d, has been described as an example, the fuel gas flow is divided into the upstream side and the downstream side. Two different fuel cell stacks 31 may be arranged side by side. In this case, the fuel cell stack 31 on the upstream side corresponds to the fuel upstream portion 31u, and the fuel cell stack 31 on the downstream side corresponds to the fuel downstream portion 31d.

この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、1つの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。 Disclosure in this specification, drawings and the like is not limited to the illustrated embodiments. The disclosure includes exemplary embodiments and modifications by those skilled in the art based on them. For example, disclosure is not limited to the parts and / or element combinations shown in the embodiments. Disclosure can be carried out in various combinations. The disclosure can have additional parts that can be added to the embodiments. Disclosures include those in which the parts and / or elements of the embodiment are omitted. Disclosures include replacements or combinations of parts and / or elements between one embodiment and the other. The technical scope disclosed is not limited to the description of the embodiments. Some technical scopes disclosed are indicated by the claims description and should be understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims statement.

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。 Disclosure in the description, drawings, etc. is not limited by the description of the scope of claims. The disclosure in the description, drawings, etc. includes the technical ideas described in the claims, and further covers a wider variety of technical ideas than the technical ideas described in the claims. Therefore, various technical ideas can be extracted from the disclosure of the description, drawings, etc. without being bound by the description of the claims.

本開示に記載の制御部およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置およびその手法は、専用ハードウェア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置およびその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと1つ以上のハードウェア論理回路との組み合わせにより構成された1つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and its method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer constituting a processor programmed to perform one or more functions embodied by a computer program. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by a dedicated hardware logic circuit. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by a combination of a processor that executes a computer program and one or more hardware logic circuits. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.

1 燃料電池システム、 11 燃料電池セル、 12 膜電極接合体、 15 カソードセパレータ、 16 アノードセパレータ、 19 マニホールド、 31 燃料電池スタック、 31u 燃料上流部、 31d 燃料下流部、 32 燃料入口部、 33 燃料出口部、 50 酸化剤ガス供給装置、 51 送風機、 51u 上流送風機、 51d 下流送風機、 52 ガイド部材、 60 燃料ガス供給装置、 61 燃料ガスボンベ、 62 供給弁、 63 排出弁、 86 温度センサ、 87 湿度センサ、 88 電圧センサ、 90 制御部、 250 酸化剤ガス供給装置、 251 送風機、 252 ガイド部材、 350 酸化剤ガス供給装置、 351 送風機、 353 圧損体 1 fuel cell system, 11 fuel cell, 12 membrane electrode junction, 15 cathode separator, 16 anode separator, 19 manifold, 31 fuel cell stack, 31u fuel upstream, 31d fuel downstream, 32 fuel inlet, 33 fuel outlet , 50 Oxidizing agent gas supply device, 51 blower, 51u upstream blower, 51d downstream blower, 52 guide member, 60 fuel gas supply device, 61 fuel gas cylinder, 62 supply valve, 63 discharge valve, 86 temperature sensor, 87 humidity sensor, 88 voltage sensor, 90 control unit, 250 oxidant gas supply device, 251 blower, 252 guide member, 350 oxidant gas supply device, 351 blower, 353 pressure loss

Claims (8)

燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応により発電する燃料電池スタック(31)と、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給するための燃料ガス供給装置(60)と、
前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するとともに、前記燃料電池スタックを冷却する酸化剤ガス供給装置(50、250、350)と、
前記燃料電池スタックの発電を制御する制御部(90)とを備え、
前記燃料電池スタックは、
燃料ガスを前記燃料電池スタックの内部に導入するための燃料入口部(32)と、
燃料ガスを前記燃料電池スタックの内部から導出するための燃料出口部(33)と、
前記燃料電池スタックのうち、前記燃料出口部よりも前記燃料入口部に近い部分である燃料上流部(31u)と、
前記燃料電池スタックのうち、前記燃料入口部よりも前記燃料出口部に近い部分である燃料下流部(31d)とを備え、
前記制御部は、前記燃料下流部の温度が前記燃料上流部の温度よりも高くなるように前記酸化剤ガス供給装置を制御する燃料電池システム。
A fuel cell stack (31) that generates electricity through a chemical reaction between fuel gas and oxidant gas, and
A fuel gas supply device (60) for supplying fuel gas to the fuel cell stack, and
An oxidant gas supply device (50, 250, 350) that supplies the oxidant gas to the fuel cell stack and cools the fuel cell stack.
A control unit (90) for controlling the power generation of the fuel cell stack is provided.
The fuel cell stack
A fuel inlet (32) for introducing fuel gas into the fuel cell stack, and
A fuel outlet (33) for deriving the fuel gas from the inside of the fuel cell stack, and
Of the fuel cell stack, the fuel upstream portion (31u), which is a portion closer to the fuel inlet portion than the fuel outlet portion, and
The fuel cell stack includes a fuel downstream portion (31d) which is a portion closer to the fuel outlet portion than the fuel inlet portion.
The control unit is a fuel cell system that controls the oxidant gas supply device so that the temperature of the fuel downstream portion becomes higher than the temperature of the fuel upstream portion.
前記酸化剤ガス供給装置は、空気を送る送風機(51)を備え、
前記制御部は、前記燃料下流部への送風量が、前記燃料上流部への送風量よりも少なくなるように前記送風機を制御する請求項1に記載の燃料電池システム。
The oxidant gas supply device includes a blower (51) that sends air.
The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit controls the blower so that the amount of air blown to the downstream part of the fuel is smaller than the amount of air blown to the upstream part of the fuel.
前記送風機は、
前記燃料上流部へ送風する上流送風機(51u)と、
前記燃料下流部へ送風する下流送風機(51d)とを備え、
前記制御部は、前記下流送風機の送風量が前記上流送風機の送風量よりも少なくなるように制御する請求項2に記載の燃料電池システム。
The blower
An upstream blower (51u) that blows air to the upstream part of the fuel, and
It is equipped with a downstream blower (51d) that blows air to the downstream portion of the fuel.
The fuel cell system according to claim 2, wherein the control unit controls the amount of air blown by the downstream blower to be smaller than the amount of air blown by the upstream blower.
前記送風機は、回転軸の軸方向に沿って風を送る軸流送風機であって、
前記軸流送風機は、前記回転軸が前記燃料上流部に対向する位置に設けられている請求項2に記載の燃料電池システム。
The blower is an axial blower that blows air along the axial direction of the rotating shaft.
The fuel cell system according to claim 2, wherein the axial blower is provided at a position where the rotating shaft faces the upstream portion of the fuel.
前記送風機と前記燃料下流部との間に、酸化剤ガスの流れを抑制する圧損体(353)を備えている請求項2から請求項4のいずれかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 2 to 4, further comprising a pressure drop body (353) that suppresses the flow of an oxidant gas between the blower and the downstream portion of the fuel. 前記圧損体は、物理量を取得する物理量センサである請求項5に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5, wherein the pressure drop body is a physical quantity sensor that acquires a physical quantity. 前記燃料電池スタックの温度である電池温度を計測する温度センサ(86)を備え、
前記制御部は、前記電池温度が閾値未満である場合に、前記電池温度が閾値以上である場合に比べて酸化剤ガスの供給量が少なくなるように前記酸化剤ガス供給装置を制御する請求項1から請求項6のいずれかに記載の燃料電池システム。
A temperature sensor (86) for measuring the battery temperature, which is the temperature of the fuel cell stack, is provided.
The control unit controls the oxidant gas supply device so that when the battery temperature is below the threshold value, the supply amount of the oxidant gas is smaller than when the battery temperature is above the threshold value. The fuel cell system according to any one of 1 to 6.
前記燃料電池スタックの電圧である電池電圧を計測する電圧センサ(88)を備え、
前記制御部は、前記電池電圧が閾値未満である場合に、前記電池電圧が閾値以上である場合に比べて酸化剤ガスの供給量が少なくなるように前記酸化剤ガス供給装置を制御する請求項1から請求項7のいずれかに記載の燃料電池システム。
A voltage sensor (88) for measuring the battery voltage, which is the voltage of the fuel cell stack, is provided.
The control unit controls the oxidant gas supply device so that when the battery voltage is less than the threshold value, the supply amount of the oxidant gas is smaller than when the battery voltage is equal to or more than the threshold value. The fuel cell system according to any one of 1 to 7.
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