JP4412999B2 - Fuel cell starting method and fuel cell system - Google Patents

Fuel cell starting method and fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
JP4412999B2
JP4412999B2 JP2003432167A JP2003432167A JP4412999B2 JP 4412999 B2 JP4412999 B2 JP 4412999B2 JP 2003432167 A JP2003432167 A JP 2003432167A JP 2003432167 A JP2003432167 A JP 2003432167A JP 4412999 B2 JP4412999 B2 JP 4412999B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling medium
communication hole
fuel cell
flow path
discharge communication
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003432167A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005190876A (en
Inventor
光晴 今関
義典 割石
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2003432167A priority Critical patent/JP4412999B2/en
Publication of JP2005190876A publication Critical patent/JP2005190876A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4412999B2 publication Critical patent/JP4412999B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related 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)

Description

本発明は、電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向に貫通して反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が形成されるとともに、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通し前記電解質膜・電極構造体の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成される燃料電池を起動させるための燃料電池の起動方法、及び前記燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes, and a separator are laminated, and through the lamination direction, a reaction gas supply communication hole, a reaction gas discharge communication hole, a cooling medium supply Cooling in which a communication hole and a cooling medium discharge communication hole are formed, and the cooling medium is supplied along the surface direction of the electrolyte membrane / electrode structure in communication with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole The present invention relates to a fuel cell activation method for activating a fuel cell in which a medium flow path is formed, and a fuel cell system including the fuel cell.

一般的に、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を配設した電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持している。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。   Generally, a polymer electrolyte fuel cell has an electrolyte membrane / electrode structure in which an anode side electrode and a cathode side electrode are disposed on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane, and is sandwiched by separators. Yes. This type of fuel cell is normally used as a fuel cell stack by alternately stacking a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.

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

ところで、この種の燃料電池では、イオン導電性を維持するために、高分子イオン交換膜からなる電解質膜を適度に加湿しておく必要がある。さらに、カソード側電極では、上記のように反応による生成水が存在している。このため、燃料電池を氷点下(水の凍結温度以下)で始動させようとすると、前記燃料電池内の水分が凍結し易く、該燃料電池内で電気化学反応が行われ難いという不具合が指摘されている。   By the way, in this type of fuel cell, in order to maintain ionic conductivity, it is necessary to appropriately humidify the electrolyte membrane made of the polymer ion exchange membrane. Furthermore, water generated by the reaction is present at the cathode side electrode as described above. For this reason, it has been pointed out that if the fuel cell is started below the freezing point (below the freezing temperature of water), the water in the fuel cell is likely to be frozen and the electrochemical reaction is difficult to occur in the fuel cell. Yes.

そこで、例えば、特許文献1には、Dupont社製のNAFION(登録商標)及びDow社製の実験用膜(商品番号XUX 13204.10)のような電解質膜が、−20℃の温度であっても十分にイオン的に伝導性を有して燃料電池内で電気化学反応が可能であることが開示されている。   Therefore, for example, in Patent Document 1, an electrolyte membrane such as NAFION (registered trademark) manufactured by Dupont and an experimental membrane manufactured by Dow (product number XUX 13204.10) has a temperature of −20 ° C. It is disclosed that it is sufficiently ionically conductive to allow an electrochemical reaction in the fuel cell.

この特許文献1では、上記の電解質膜を用いることにより、水の凝固温度よりも低い温度から燃料電池電力発生装置の作動を開始するための方法を開示している。電力発生装置は、外部電気回路に対して電流を供給するために前記外部電気回路に接続可能な燃料電池堆積体を有している。堆積体は、少なくとも一つの燃料電池を有し、前記燃料電池が、正極と、負極と、これらの間に挿入された水透過性イオン交換膜とを備えた膜電極組立品を具備するとともに、前記膜電極組立品の少なくとも一部の温度が水の凝固温度より低い。そして、この方法では、膜電極組立品の一部の温度が水の凝固温度を超過するように、堆積体から外部電気回路に電流を供給する工程を含んでいる。   This Patent Document 1 discloses a method for starting the operation of the fuel cell power generator from a temperature lower than the solidification temperature of water by using the above electrolyte membrane. The power generator includes a fuel cell stack that can be connected to the external electrical circuit to supply current to the external electrical circuit. The deposit includes at least one fuel cell, and the fuel cell includes a membrane electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a water-permeable ion exchange membrane inserted therebetween, The temperature of at least a part of the membrane electrode assembly is lower than the solidification temperature of water. The method includes a step of supplying a current from the deposit to the external electric circuit so that the temperature of a part of the membrane electrode assembly exceeds the solidification temperature of water.

特表2000−512068号公報(図3)JP 2000-512068A (FIG. 3)

しかしながら、上記の特許文献1では、水の凝固温度以下であっても燃料電池の作動が可能になるものの、所定の温度以下で起動すると、電解質膜のイオン導電性が著しく低下して、所望の始動状態に迅速に移行することが困難であるという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, although the fuel cell can be operated even when the temperature is below the solidification temperature of water, the ionic conductivity of the electrolyte membrane is remarkably lowered when the fuel cell is started at a predetermined temperature or lower, and the desired value is obtained. There is a problem that it is difficult to quickly shift to the starting state.

詳述すると、通常、固体高分子型燃料電池に使用される固体高分子電解質膜のイオン導電性には、温度特性が存在しており、プロトン伝達を司るクラスター内部の水は、例えば、−10℃〜−30℃の範囲で凍結し、前記固体高分子電解質膜のイオン導電性が著しく低下することが確認されている。このため、クラスター内部の水が凍結し始める温度以下から燃料電池を起動する際には、前記燃料電池を暖機するために必要な電流を該燃料電池自体から取り出すことができないという問題がある。   More specifically, there is a temperature characteristic in the ionic conductivity of a solid polymer electrolyte membrane usually used in a polymer electrolyte fuel cell, and the water inside the cluster that controls proton transfer is, for example, −10 It is confirmed that the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte membrane is remarkably lowered by freezing in the range of from ℃ to -30 ℃. For this reason, when starting the fuel cell from a temperature below the temperature at which the water inside the cluster starts to freeze, there is a problem that the current necessary for warming up the fuel cell cannot be taken out from the fuel cell itself.

一方、燃料電池は、発電によって水を生成しており、前記燃料電池の内部には、常に水が存在している。そこで、燃料電池の運転停止後に内部温度が低下して、電極触媒層の近傍に存在する水が凍結すると、触媒有効面積が低下して印加可能な電流が減少してしまう。その際、電極触媒層等の極小細孔内に存在する水は、その細孔径によって凍結温度が0℃以下に変動することが知られている。従って、この凍結温度以下から燃料電池を起動する際に、前記燃料電池の暖機に必要な電流を該燃料電池自体から取り出せないおそれがある。   On the other hand, the fuel cell generates water by power generation, and water is always present inside the fuel cell. Therefore, when the internal temperature is lowered after the fuel cell is stopped and the water existing in the vicinity of the electrode catalyst layer is frozen, the effective area of the catalyst is lowered and the applicable current is reduced. At that time, it is known that the freezing temperature of water present in the extremely small pores such as the electrode catalyst layer fluctuates to 0 ° C. or less depending on the pore diameter. Therefore, when starting the fuel cell from below this freezing temperature, there is a possibility that the current required for warming up the fuel cell cannot be taken out from the fuel cell itself.

さらにまた、クラスター内部の水の凍結温度及び電極細孔内の水の凍結温度の双方よりも高い温度であれば、初期負荷印加が可能であるものの、発電が進行するのに従って、生成水が電極拡散層内で凍結し易い。これにより、ガス拡散性が低下してセル電圧の降下を招来するという問題がある。   Furthermore, if the temperature is higher than both the freezing temperature of the water inside the cluster and the freezing temperature of the water in the electrode pores, an initial load can be applied, but as the power generation proceeds, the generated water becomes the electrode. Easily freezes in the diffusion layer. As a result, there is a problem that the gas diffusibility is lowered and the cell voltage is lowered.

本発明はこの種の問題を解決するものであり、水の凍結温度以下の環境でも迅速且つ確実な始動が遂行されるとともに、燃料消費量を有効に低減して効率的な運転が可能な燃料電池の起動方法及び燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and can perform a quick and reliable start even in an environment below the freezing temperature of water, and can effectively reduce the fuel consumption to enable efficient operation. It is an object of the present invention to provide a battery starting method and a fuel cell system.

本発明は、電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向に貫通して反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が形成されるとともに、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通し前記電解質膜・電極構造体の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路は、複数の溝部と前記溝部の両側に位置する複数の突起部とを設ける燃料電池を起動させるための起動方法である。 In the present invention, an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes, and a separator are laminated, and through the lamination direction, a reaction gas supply communication hole, a reaction gas discharge communication hole, a cooling medium supply Cooling in which a communication hole and a cooling medium discharge communication hole are formed, and the cooling medium is supplied along the surface direction of the electrolyte membrane / electrode structure in communication with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole medium flow path is formed, the coolant flow field is a starting method for starting a fuel cell Ru provided a plurality of projections located on both sides of the plurality of grooves and the groove.

そこで、起動時には、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔とは個別に設けられる冷却媒体導入口から冷却媒体流路の一方の突起部に、加温された冷却媒体が供給される。このため、加温された冷却媒体は、冷却媒体流路の一方の突起部を流動して暖機を行った後、冷却媒体排出連通孔に排出される。 Therefore, at the time of startup, the heated cooling medium is supplied from the cooling medium introduction port provided separately from the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole to one of the protrusions of the cooling medium flow path. Therefore, it warmed cooling medium, after the warm-up to flow one of the protruding portions of the cooling medium flow path is discharged to the coolant discharge passage.

また、セパレータの端縁部に、反応ガス排出連通孔である酸化剤ガス排出連通孔を挟んで、冷却媒体排出連通孔及び冷却媒体導入口が配設され、前記冷却媒体導入口から冷却媒体流路に供給される加温された冷却媒体が、前記冷却媒体流路の一方の前記突起部を通過して前記冷却媒体排出連通孔に排出されることが好ましい。 Also, the edge portion of the separator, sandwiching the a reaction gas discharge passage the oxygen-containing gas discharge passage, coolant discharge passage and the coolant inlet port is disposed, the cooling medium flow from the cooling medium inlet It is preferable that the heated cooling medium supplied to the passage passes through one of the protrusions of the cooling medium flow path and is discharged into the cooling medium discharge communication hole.

さらに、本発明は、電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向に貫通して反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が形成されるとともに、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通し前記電解質膜・電極構造体の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成される燃料電池を備える燃料電池システムである。   Furthermore, the present invention provides an electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes, and a separator, which are stacked and penetrated in the stacking direction to provide a reactive gas supply communication hole, a reactive gas discharge communication hole, A medium supply communication hole and a cooling medium discharge communication hole are formed, and the cooling medium is supplied along the surface direction of the electrolyte membrane / electrode structure in communication with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole. A fuel cell system including a fuel cell in which a cooling medium flow path is formed.

この燃料電池システムは、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔とは個別に設けられ、冷却媒体流路に連通する冷却媒体導入口と、前記冷却媒体導入口から前記冷却媒体流路に供給されて前記冷却媒体排出連通孔に排出される冷却媒体を、燃料電池の外部で加温する加熱部とを備える。 In this fuel cell system, a cooling medium supply communication hole and a cooling medium discharge communication hole are provided separately, and a cooling medium introduction port communicating with the cooling medium flow channel is supplied to the cooling medium flow channel from the cooling medium introduction port. the cooling medium that will be discharged into the coolant discharge passage being provided with a heating section for externally heating the fuel cell.

さらにまた、セパレータの端縁部には、反応ガス排出連通孔である酸化剤ガス排出連通孔と、前記酸化剤ガス排出連通孔を挟んで、冷却媒体排出連通孔及び冷却媒体導入口とが配設されることが好ましい。 Furthermore, an oxidant gas discharge communication hole, which is a reaction gas discharge communication hole, and a cooling medium discharge communication hole and a cooling medium introduction port are arranged on the edge of the separator with the oxidant gas discharge communication hole interposed therebetween. It is preferable to be provided.

また、燃料電池の外部には、冷却媒体供給連通孔と冷却媒体排出連通孔とに連通する冷却媒体供給機構が配設されるとともに、前記冷却媒体供給機構は、主流路から切換手段を介して分岐し冷却媒体導入口に連通する始動暖機流路と、前記始動暖機流路に配設されて冷却媒体を加温する加熱部であるヒータとを備えることが好ましい。   In addition, a cooling medium supply mechanism communicating with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole is disposed outside the fuel cell, and the cooling medium supply mechanism is connected to the main flow path via a switching unit. It is preferable to include a start warming flow path that branches and communicates with the cooling medium introduction port, and a heater that is disposed in the start warming flow path and serves as a heating unit that heats the cooling medium.

本発明によれば、加温された冷却媒体が、冷却媒体導入口から冷却媒体流路に供給されて暖機が行われるため、特に氷点下起動時に、発電生成水の凍結を阻止することができ、燃料電池を迅速且つ確実に始動させることが可能になる。   According to the present invention, since the heated cooling medium is supplied from the cooling medium introduction port to the cooling medium flow path and warmed up, it is possible to prevent the power generation water from being frozen, particularly at the time of starting below the freezing point. The fuel cell can be started quickly and reliably.

しかも、冷却媒体導入口が冷却媒体供給連通孔とは個別に設けられており、この冷却媒体供給連通孔に供給される冷却媒体全体を加温する必要がない。これにより、加温される冷却媒体を暖機に必要な供給量に設定することができ、外部熱源による消費熱量が大幅に削減されて経済的である。   In addition, the cooling medium introduction port is provided separately from the cooling medium supply communication hole, and it is not necessary to heat the entire cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole. Thereby, the cooling medium to be heated can be set to a supply amount necessary for warming up, and the amount of heat consumed by the external heat source is greatly reduced, which is economical.

さらに、酸化剤ガス排出連通孔の近傍から温度が上昇するため、この酸化剤ガス排出連通孔の近傍が発電の起点となり、生成水が速やかに前記酸化剤ガス排出連通孔に排出される。これにより、特に氷点下起動時の面内流路の凍結閉塞が阻止される。   Further, since the temperature rises from the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole, the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole becomes a starting point of power generation, and the generated water is quickly discharged to the oxidant gas discharge communication hole. This prevents freezing and blockage of the in-plane flow path, particularly when starting below freezing.

図1は、本発明に係る燃料電池の起動方法に用いられる第1の実施形態の燃料電池システム10の概略構成説明図である。   FIG. 1 is an explanatory diagram of a schematic configuration of a fuel cell system 10 of a first embodiment used in a fuel cell startup method according to the present invention.

燃料電池システム10は、例えば、自動車等の車両に搭載されており、固体高分子型燃料電池スタック12を備える。この燃料電池スタック12は、複数の単セル14を矢印A方向に積層するとともに、積層方向両端にターミナルプレート16a、16b、絶縁プレート18a、18b及びエンドプレート20a、20bが配設されており、前記エンドプレート20a、20b間には、所定の締め付け荷重が付与されている。   The fuel cell system 10 is mounted on a vehicle such as an automobile, and includes a polymer electrolyte fuel cell stack 12. The fuel cell stack 12 has a plurality of single cells 14 stacked in the direction of arrow A, and terminal plates 16a and 16b, insulating plates 18a and 18b, and end plates 20a and 20b are disposed at both ends in the stacking direction. A predetermined tightening load is applied between the end plates 20a and 20b.

図2に示すように、単セル14は、電解質膜・電極構造体22と、前記電解質膜・電極構造体22を挟持する第1及び第2セパレータ24、26とを備える。第1及び第2セパレータ24、26は、例えば、それぞれ1枚の金属プレートで形成されているが、カーボンプレート等で形成してもよい。   As shown in FIG. 2, the unit cell 14 includes an electrolyte membrane / electrode structure 22 and first and second separators 24 and 26 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. For example, each of the first and second separators 24 and 26 is formed of a single metal plate, but may be formed of a carbon plate or the like.

単セル14の矢印B方向の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガスを供給するための酸化剤ガス供給連通孔(反応ガス供給連通孔)30a、冷却媒体を供給するための冷却媒体供給連通孔32a、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガスを排出するための燃料ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)34bが、矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。   One end edge of the single cell 14 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, which is the stacking direction, and an oxidant gas supply communication hole (reactive gas) for supplying an oxidant gas, for example, an oxygen-containing gas. Supply communication hole) 30a, a cooling medium supply communication hole 32a for supplying a cooling medium, and a fuel gas discharge communication hole (reactive gas discharge communication hole) 34b for discharging a fuel gas, for example, a hydrogen-containing gas. Arranged in the C direction (vertical direction).

単セル14の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給するための燃料ガス供給連通孔(反応ガス供給連通孔)34a、冷却媒体を排出するための冷却媒体排出連通孔32b、及び酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出連通孔(反応ガス排出連通孔)30bが、矢印C方向に配列して設けられる。   The other end edge of the single cell 14 in the direction of arrow B communicates with each other in the direction of arrow A, discharges a fuel gas supply communication hole (reactive gas supply communication hole) 34a for supplying fuel gas, and discharges the cooling medium. A cooling medium discharge communication hole 32b for discharging and an oxidant gas discharge communication hole (reactive gas discharge communication hole) 30b for discharging oxidant gas are arranged in the direction of arrow C.

単セル14の下部には、酸化剤ガス排出連通孔30bの下方に位置してドレン機能を有する冷却媒体導入口35が形成されるとともに、燃料ガス排出連通孔34bの下方に位置してドレン孔35aが形成される。   A cooling medium introduction port 35 having a drain function is formed below the oxidant gas discharge communication hole 30b, and a drain hole is positioned below the fuel gas discharge communication hole 34b. 35a is formed.

電解質膜・電極構造体22は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜36と、該固体高分子電解質膜36の両面に設けられるアノード側電極38及びカソード側電極40とを備える。   The electrolyte membrane / electrode structure 22 includes, for example, a solid polymer electrolyte membrane 36 in which a perfluorosulfonic acid thin film is impregnated with water, and an anode side electrode 38 and a cathode side provided on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36. An electrode 40.

アノード側電極38及びカソード側電極40は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子を前記ガス拡散層の表面に一様に塗布した電極触媒層とをそれぞれ有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜36の両面に接合されている。   The anode side electrode 38 and the cathode side electrode 40 include a gas diffusion layer made of carbon paper or the like, and an electrode catalyst layer in which porous carbon particles having a platinum alloy supported on the surface are uniformly applied to the surface of the gas diffusion layer. Respectively. The electrode catalyst layer is bonded to both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 36.

第1セパレータ24の電解質膜・電極構造体22に向かう面24aには、燃料ガス供給連通孔34aと燃料ガス排出連通孔34bとに連通する燃料ガス流路46が形成される。第1セパレータ24の面24aとは反対の面24bと第2セパレータ26の面26bとの間には、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する冷却媒体流路48が形成される。この冷却媒体流路48は、冷却媒体導入口35及びドレン孔35aに連通する。   A fuel gas passage 46 communicating with the fuel gas supply communication hole 34 a and the fuel gas discharge communication hole 34 b is formed on the surface 24 a of the first separator 24 facing the electrolyte membrane / electrode structure 22. Between the surface 24b opposite to the surface 24a of the first separator 24 and the surface 26b of the second separator 26, there is a cooling medium flow channel 48 communicating with the cooling medium supply communication hole 32a and the cooling medium discharge communication hole 32b. It is formed. The cooling medium channel 48 communicates with the cooling medium introduction port 35 and the drain hole 35a.

燃料ガス流路46と冷却媒体流路48とは、第1セパレータ24をプレス加工することによって表裏に一体的に形成される。具体的には、例えば、第1セパレータ24を波形状に成形することにより、面24aに燃料ガス流路46を構成する複数の溝部46aを設けるとともに、面24bに冷却媒体流路48を構成する複数の溝部48aを設ける。複数の溝部46a、48aは、矢印B方向に略直線状に延在し、その矢印B方向両側に位置して複数の突起部46b、48bが、例えば、エンボス加工によりそれぞれ面24a、24b側に突出して設けられる。   The fuel gas channel 46 and the cooling medium channel 48 are integrally formed on the front and back surfaces by pressing the first separator 24. Specifically, for example, by forming the first separator 24 into a wave shape, the surface 24a is provided with a plurality of grooves 46a constituting the fuel gas passage 46, and the cooling medium passage 48 is formed on the surface 24b. A plurality of grooves 48a are provided. The plurality of groove portions 46a and 48a extend substantially linearly in the direction of arrow B, and the plurality of protrusion portions 46b and 48b are located on both sides of the arrow B direction, for example, by embossing on the surfaces 24a and 24b side, respectively. Protrusively provided.

第2セパレータ26の電解質膜・電極構造体22に向かう面26aには、酸化剤ガス供給連通孔30aと酸化剤ガス排出連通孔30bとに連通する酸化剤ガス流路50が設けられる。酸化剤ガス流路50と冷却媒体流路48とは、第2セパレータ26をプレス加工することによって表裏に一体的に形成される。酸化剤ガス流路50は、矢印B方向に略直線状に延在する複数の溝部50aを有するとともに、前記複数の溝部50aの矢印B方向両側に位置して複数の突起部50bが、例えば、エンボス加工により設けられる。   An oxidant gas flow path 50 communicating with the oxidant gas supply communication hole 30a and the oxidant gas discharge communication hole 30b is provided on the surface 26a of the second separator 26 facing the electrolyte membrane / electrode structure 22. The oxidant gas flow path 50 and the cooling medium flow path 48 are integrally formed on the front and back by pressing the second separator 26. The oxidant gas flow path 50 has a plurality of grooves 50a extending substantially linearly in the direction of arrow B, and a plurality of protrusions 50b located on both sides of the plurality of grooves 50a in the direction of arrow B are, for example, Provided by embossing.

図1に示すように、燃料電池スタック12の外部には、冷却媒体流路48に連通する冷却媒体供給機構60が配設される。冷却媒体供給機構60は、冷却媒体供給連通孔32aと冷却媒体排出連通孔32bとに連通する主流路である循環流路62を備える。循環流路62には、冷却媒体循環用のポンプ64と、ラジエータ66と、サーモスタット68とが接続されるとともに、このサーモスタット68には、前記ラジエータ66を迂回するバイパス流路70が接続される。   As shown in FIG. 1, a coolant supply mechanism 60 that communicates with the coolant flow path 48 is disposed outside the fuel cell stack 12. The cooling medium supply mechanism 60 includes a circulation flow path 62 which is a main flow path communicating with the cooling medium supply communication hole 32a and the cooling medium discharge communication hole 32b. A cooling medium circulation pump 64, a radiator 66, and a thermostat 68 are connected to the circulation flow path 62, and a bypass flow path 70 that bypasses the radiator 66 is connected to the thermostat 68.

ポンプ64の下流では、切換手段、例えば、三方切換弁72を介して始動暖機流路74が分岐される。この始動暖機流路74には、冷却媒体を加温するためのヒータ(加熱部)76が接続されるとともに、前記始動暖機流路74が冷却媒体導入口35に連通する。冷却媒体導入口35及びドレン孔35aには、それぞれドレン弁78が接続されている。   Downstream of the pump 64, the start warm-up flow path 74 is branched through switching means, for example, a three-way switching valve 72. A heater (heating unit) 76 for heating the cooling medium is connected to the start warm-up flow path 74, and the start warm-up flow path 74 communicates with the cooling medium introduction port 35. A drain valve 78 is connected to each of the cooling medium introduction port 35 and the drain hole 35a.

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

図1に示すように、燃料電池スタック12内には、空気等の酸素含有ガスである酸化剤ガス、水素含有ガス等の燃料ガス、及び純水やエチレングリコール等の冷却媒体が供給される。このため、図2に示すように、酸化剤ガス供給連通孔30aから第2セパレータ26の酸化剤ガス流路50に酸化剤ガスが導入され、この酸化剤ガスが電解質膜・電極構造体22を構成するカソード側電極40に沿って移動する。   As shown in FIG. 1, an oxidant gas that is an oxygen-containing gas such as air, a fuel gas such as a hydrogen-containing gas, and a cooling medium such as pure water or ethylene glycol are supplied into the fuel cell stack 12. For this reason, as shown in FIG. 2, the oxidant gas is introduced into the oxidant gas flow path 50 of the second separator 26 from the oxidant gas supply communication hole 30a, and this oxidant gas passes through the electrolyte membrane / electrode structure 22. It moves along the cathode side electrode 40 which comprises.

また、燃料ガスは、燃料ガス供給連通孔34aから第1セパレータ24の燃料ガス流路46に導入され、電解質膜・電極構造体22を構成するアノード側電極38に沿って移動する。従って、電解質膜・電極構造体22では、カソード側電極40に供給される酸化剤ガスと、アノード側電極38に供給される燃料ガスとが、電極触媒層内で電気化学反応により消費され、発電が行われる。   The fuel gas is introduced from the fuel gas supply communication hole 34 a into the fuel gas flow path 46 of the first separator 24 and moves along the anode side electrode 38 constituting the electrolyte membrane / electrode structure 22. Therefore, in the electrolyte membrane / electrode structure 22, the oxidant gas supplied to the cathode side electrode 40 and the fuel gas supplied to the anode side electrode 38 are consumed by an electrochemical reaction in the electrode catalyst layer, thereby generating power. Is done.

カソード側電極40に供給されて消費された酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出連通孔30bに沿って矢印A方向に排出される。同様に、アノード側電極38に供給されて消費された燃料ガスは、燃料ガス排出連通孔34bに沿って矢印A方向に排出される。   The oxidant gas consumed by being supplied to the cathode side electrode 40 is discharged in the direction of arrow A along the oxidant gas discharge communication hole 30b. Similarly, the fuel gas consumed by being supplied to the anode electrode 38 is discharged in the direction of arrow A along the fuel gas discharge communication hole 34b.

さらに、冷却媒体供給機構60では、ポンプ64の駆動作用下に循環流路62を介して冷却媒体が冷却媒体供給連通孔32aに供給される(図1参照)。この冷却媒体は、第1及び第2セパレータ24、26間の冷却媒体流路48に導入された後、図2中、矢印B方向に沿って流動する。この冷却媒体は、電解質膜・電極構造体22を冷却した後、冷却媒体排出連通孔32bから循環流路62に戻され、この循環流路62を介して、再度、冷却媒体供給連通孔32aに供給される。   Further, in the cooling medium supply mechanism 60, the cooling medium is supplied to the cooling medium supply communication hole 32a through the circulation flow path 62 under the driving action of the pump 64 (see FIG. 1). The cooling medium is introduced into the cooling medium flow path 48 between the first and second separators 24 and 26, and then flows along the direction of arrow B in FIG. After cooling the electrolyte membrane / electrode structure 22, the cooling medium is returned to the circulation channel 62 from the cooling medium discharge communication hole 32 b, and again enters the cooling medium supply communication hole 32 a through the circulation channel 62. Supplied.

その際、冷却媒体の温度が設定温度以上になると、サーモスタット68が作動する。従って、冷却媒体は、ラジエータ66に送られて強制的に冷却された後、冷却媒体供給連通孔32aに供給される。   At this time, when the temperature of the cooling medium becomes equal to or higher than the set temperature, the thermostat 68 is activated. Accordingly, the cooling medium is sent to the radiator 66 and forcibly cooled, and then supplied to the cooling medium supply communication hole 32a.

ところで、燃料電池システム10を低温、例えば、氷点下の環境で始動させる際、冷却媒体供給機構60では、三方切換弁72を切り換えてポンプ64が始動暖機流路74に接続される。このため、冷却媒体排出連通孔32bと冷却媒体導入口35との間には、外部循環流路が構成される。また、ヒータ76が付勢されることにより、始動暖機流路74の冷却媒体が加温される。   By the way, when the fuel cell system 10 is started at a low temperature, for example, in an environment below freezing point, the cooling medium supply mechanism 60 switches the three-way switching valve 72 to connect the pump 64 to the start warm-up flow path 74. For this reason, an external circulation channel is formed between the cooling medium discharge communication hole 32 b and the cooling medium introduction port 35. Further, the heater 76 is energized, whereby the cooling medium in the start warm-up flow path 74 is heated.

次いで、図3に示すように、ポンプ64が駆動されると、ヒータ76により加温された冷却媒体が、始動暖機流路74を介して冷却媒体導入口35に供給される。冷却媒体導入口35に供給された冷却媒体は、冷却媒体流路48に導入されて、複数の突起部48b間に沿って移動しながら暖機を行い、冷却媒体排出連通孔32bに排出される。   Next, as shown in FIG. 3, when the pump 64 is driven, the cooling medium heated by the heater 76 is supplied to the cooling medium introduction port 35 via the start warm-up flow path 74. The cooling medium supplied to the cooling medium introduction port 35 is introduced into the cooling medium flow path 48, warms up while moving between the plurality of protrusions 48b, and is discharged into the cooling medium discharge communication hole 32b. .

その際、第1の実施形態では、冷却媒体導入口35が、酸化剤ガス排出連通孔30bの下方に設けられるとともに、この酸化剤ガス排出連通孔30bの上方には、冷却媒体排出連通孔32bが設けられている。従って、加温された冷却媒体は、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍に集中して流れるため、前記酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍から温度が上昇する。このため、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍が発電の起点となり、生成水が速やかに前記酸化剤ガス排出連通孔30bに排出される。   At that time, in the first embodiment, the cooling medium introduction port 35 is provided below the oxidant gas discharge communication hole 30b, and the coolant discharge hole 32b is provided above the oxidant gas discharge communication hole 30b. Is provided. Accordingly, since the heated cooling medium flows in the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b, the temperature rises from the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b. Therefore, the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b becomes a starting point of power generation, and the generated water is quickly discharged into the oxidant gas discharge communication hole 30b.

これにより、特に氷点下起動時に、発電生成水による酸化剤ガス流路50の凍結閉塞を阻止することができ、極低温始動の暖機時における発電安定性が有効に向上する。しかも、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍に発電が集中するため、暖機が短時間で良好に行われるとともに、単セル14全体を暖機する場合に比べて暖機用熱量が大幅に削減される。従って、省エネを図りながら、各単セル14を迅速且つ確実に始動させることが可能になるという効果が得られる。   As a result, freezing and clogging of the oxidant gas flow path 50 due to power generation generated water can be prevented, particularly at the time of starting below freezing point, and power generation stability during warm-up at a cryogenic start is effectively improved. In addition, since power generation is concentrated in the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b, warm-up is performed well in a short time, and the amount of heat for warm-up is greatly reduced compared to the case where the entire single cell 14 is warmed up. Is done. Therefore, it is possible to quickly and surely start each single cell 14 while saving energy.

さらに、冷却媒体導入口35は、冷却媒体供給連通孔32aとは個別に設けられており、この冷却媒体供給連通孔32aに供給される冷却媒体全体を加温する必要がない。これにより、加温される冷却媒体を暖機に必要な供給量に設定することができ、外部熱源であるヒータ76による消費熱量が大幅に削減されて経済的である。   Furthermore, the cooling medium introduction port 35 is provided separately from the cooling medium supply communication hole 32a, and it is not necessary to heat the entire cooling medium supplied to the cooling medium supply communication hole 32a. Thereby, the cooling medium to be heated can be set to a supply amount necessary for warming up, and the amount of heat consumed by the heater 76 as an external heat source is greatly reduced, which is economical.

各単セル14は、加熱された冷却媒体及び該単セル14の発電に伴う自己発熱によって暖機される。そして、燃料電池スタック12の温度が所定温度以上に達した際に、三方切換弁72を切り換えてポンプ64が循環流路62に接続される一方、ヒータ76が滅勢される。該所定温度は、前述したサーモスタット68が作動して循環流路62がラジエータ66に切り換わる設定温度よりも低温に設定されることが好ましい。これにより、三方切換弁72を切り換えた際に、ヒータ76によって加熱されていない冷却媒体が燃料電池スタック12に導入されることによる急激な温度変化を防止することができる。   Each single cell 14 is warmed up by a heated cooling medium and self-heating generated by power generation of the single cell 14. When the temperature of the fuel cell stack 12 reaches a predetermined temperature or higher, the three-way switching valve 72 is switched to connect the pump 64 to the circulation flow path 62 while the heater 76 is deenergized. The predetermined temperature is preferably set to a temperature lower than the set temperature at which the thermostat 68 described above is activated and the circulation flow path 62 is switched to the radiator 66. Thereby, when the three-way switching valve 72 is switched, it is possible to prevent a rapid temperature change due to the introduction of the cooling medium not heated by the heater 76 into the fuel cell stack 12.

図4は、本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システム80の概略構成説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3及び第4の実施形態においても、同様にその詳細な説明は省略する。   FIG. 4 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell system 80 according to the second embodiment of the present invention. The same components as those of the fuel cell system 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the third and fourth embodiments described below, the detailed description is also omitted.

燃料電池システム80は、燃料電池スタック12の外部に配設される冷却媒体供給機構82を備える。冷却媒体供給機構82は、循環流路62にサーモスタット68と冷却媒体供給連通孔32aとの間に、切換手段である三方切換弁84を介装する。三方切換弁84と冷却媒体導入口35とには、始動暖機流路86が接続されるとともに、前記始動暖機流路86には、ヒータ(加熱部)88が接続される。   The fuel cell system 80 includes a cooling medium supply mechanism 82 disposed outside the fuel cell stack 12. The cooling medium supply mechanism 82 has a three-way switching valve 84 as switching means interposed between the thermostat 68 and the cooling medium supply communication hole 32 a in the circulation flow path 62. A start warm-up flow path 86 is connected to the three-way switching valve 84 and the cooling medium introduction port 35, and a heater (heating unit) 88 is connected to the start warm-up flow path 86.

このように構成される第2の実施形態では、燃料電池システム80の低温始動時に、冷却媒体供給機構82を構成する三方切換弁84が切り換えられ、ポンプ64が始動暖機流路86に接続される。従って、ポンプ64の駆動作用下に、冷却媒体排出連通孔32bから循環流路62に排出される冷却媒体は、バイパス流路70から三方切換弁84を介して始動暖機流路86に送られる。さらに、冷却媒体は、始動暖機流路86に配設されているヒータ88を介して加温された後、冷却媒体導入口35から冷却媒体流路48に導入される。   In the second embodiment configured as described above, when the fuel cell system 80 is started at a low temperature, the three-way switching valve 84 constituting the cooling medium supply mechanism 82 is switched, and the pump 64 is connected to the start warm-up flow path 86. The Accordingly, under the driving action of the pump 64, the cooling medium discharged from the cooling medium discharge communication hole 32 b to the circulation flow path 62 is sent from the bypass flow path 70 to the start warm-up flow path 86 via the three-way switching valve 84. . Further, the cooling medium is heated through a heater 88 disposed in the start warm-up flow path 86 and then introduced into the cooling medium flow path 48 from the cooling medium introduction port 35.

これにより、氷点下起動時に、発電生成水による酸化剤ガス流路50の凍結を阻止するとともに、各単セル14を迅速且つ確実に始動させることができる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。   Thereby, at the time of starting below the freezing point, the effects similar to those of the first embodiment can be obtained, such as preventing freezing of the oxidant gas flow path 50 by the power generation generated water and starting each single cell 14 quickly and reliably. can get.

図5は、本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システム90の概略構成説明図である。   FIG. 5 is a schematic configuration explanatory diagram of a fuel cell system 90 according to the third embodiment of the present invention.

燃料電池システム90は、燃料電池スタック12の外部に配設される冷却媒体供給機構92を備える。冷却媒体供給機構92では、冷却媒体排出連通孔32bとポンプ64との間に切換手段である三方切換弁94が配設される。この三方切換弁94と冷却媒体導入口35とは、始動暖機流路96を介して接続されるとともに、前記始動暖機流路96には、副ポンプ98とヒータ(加熱部)100とが接続される。   The fuel cell system 90 includes a cooling medium supply mechanism 92 disposed outside the fuel cell stack 12. In the cooling medium supply mechanism 92, a three-way switching valve 94, which is a switching means, is disposed between the cooling medium discharge communication hole 32 b and the pump 64. The three-way switching valve 94 and the cooling medium introduction port 35 are connected via a start warm-up flow path 96, and the start warm-up flow path 96 includes a sub pump 98 and a heater (heating unit) 100. Connected.

このように構成される第3の実施形態では、燃料電池システム90の低温始動時に、三方切換弁94が切り換えられて冷却媒体排出連通孔32bと冷却媒体導入口35とが、始動暖機流路96に接続される。そして、副ポンプ98が駆動されると、冷却媒体排出連通孔32bから排出される冷却媒体は、始動暖機流路96に送られ、ヒータ100を介して加温された後に冷却媒体導入口35から冷却媒体流路48に送られる。   In the third embodiment configured as described above, when the fuel cell system 90 is started at a low temperature, the three-way switching valve 94 is switched so that the coolant discharge communication hole 32b and the coolant supply port 35 are connected to the start warm-up flow path. 96. When the sub pump 98 is driven, the cooling medium discharged from the cooling medium discharge communication hole 32 b is sent to the start warm-up flow path 96 and heated through the heater 100, and then the cooling medium introduction port 35. To the cooling medium flow path 48.

従って、第3の実施形態では、氷点下起動が迅速且つ確実に遂行される等、第1及び第2の実施形態と同様の効果が得られる。しかも、ポンプ64に比べて消費電力が極めて小さな副ポンプ98を使用することができ、省エネ効果が一層確実に図られる。   Therefore, in the third embodiment, the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained, for example, the below-freezing start can be performed quickly and reliably. In addition, the auxiliary pump 98 that consumes much less power than the pump 64 can be used, and the energy saving effect is more reliably achieved.

図6は、本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セル110の分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に係る燃料電池システム10を構成する単セル14と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第5及び第6の実施形態においても、同様にその詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is an exploded perspective view of the single cell 110 constituting the fuel cell system according to the fourth embodiment of the present invention. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the single cell 14 which comprises the fuel cell system 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted. In the fifth and sixth embodiments described below, the detailed description is also omitted.

単セル110は、電解質膜・電極構造体22を挟持する第1及び第2セパレータ112、114を備える。第1セパレータ112の電解質膜・電極構造体22に向かう面112aには、複数の突起部116aが、例えば、エンボス加工により形成される一方、他方の面112bには、同様に複数の突起部116bが、例えば、エンボス加工により設けられる。面121aには、複数の突起部116aによって燃料ガス流路46が形成されるとともに、面112bには、複数の突起部116bによって冷却媒体流路48が形成される。   The unit cell 110 includes first and second separators 112 and 114 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. A plurality of protrusions 116a are formed on the surface 112a of the first separator 112 facing the electrolyte membrane / electrode structure 22, for example, by embossing, while the other surface 112b is similarly formed with a plurality of protrusions 116b. Is provided, for example, by embossing. A fuel gas flow path 46 is formed on the surface 121a by a plurality of protrusions 116a, and a cooling medium flow path 48 is formed on the surface 112b by a plurality of protrusions 116b.

第2セパレータ114の電解質膜・電極構造体22に向かう面114aと他方の面114bとには、それぞれ複数の突起部118a、118bが、例えば、エンボス加工により突出形成される。複数の突起部118aを介して酸化剤ガス流路50が形成されるとともに、複数の突起部118bと第1セパレータ112の複数の突起部116bとを介して冷却媒体流路48が形成される。   A plurality of protrusions 118a and 118b are formed to protrude from the surface 114a and the other surface 114b of the second separator 114 facing the electrolyte membrane / electrode structure 22 by, for example, embossing. The oxidant gas flow path 50 is formed through the plurality of protrusions 118a, and the cooling medium flow path 48 is formed through the plurality of protrusions 118b and the plurality of protrusions 116b of the first separator 112.

このように構成される第4の実施形態では、低温始動時に、冷却媒体導入口35から冷却媒体流路48に供給される加温された冷却媒体は、複数の突起部116b、118b間に沿って移動し、冷却媒体排出連通孔32bに排出される。これにより、加温された冷却媒体は、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍に集中して流動し、前記酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍を起点にして発電が開始される。   In the fourth embodiment configured as described above, the heated cooling medium supplied from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium flow path 48 along the plurality of protrusions 116b and 118b at the time of low temperature start. And is discharged to the cooling medium discharge communication hole 32b. As a result, the heated cooling medium is concentrated and flows in the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b, and power generation is started from the vicinity of the oxidant gas discharge communication hole 30b.

図7は、本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セル120の分解斜視説明図である。   FIG. 7 is an exploded perspective view of the single cell 120 constituting the fuel cell system according to the fifth embodiment of the present invention.

単セル120は、電解質膜・電極構造体22を挟持する第1及び第2セパレータ122、124を備える。第1セパレータ122の電解質膜・電極構造体22に向かう面122aとは反対の面122bには、冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに冷却媒体を案内するためのガイド用突起部126が複数形成される。各ガイド用突起部126は、楕円乃至長円状を有し、冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに至る流路を構成している。   The unit cell 120 includes first and second separators 122 and 124 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. On the surface 122b of the first separator 122 opposite to the surface 122a facing the electrolyte membrane / electrode structure 22, a guide projection 126 for guiding the cooling medium from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium discharge communication hole 32b. A plurality of are formed. Each of the guide protrusions 126 has an oval shape or an oval shape, and forms a flow path from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium discharge communication hole 32b.

第2セパレータ124には、同様に冷却媒体流路48を形成する面に冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに至る流路を形成するための複数のガイド用突起部128が形成される。   Similarly, the second separator 124 has a plurality of guide protrusions 128 for forming a flow path from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium discharge communication hole 32b on the surface where the cooling medium flow path 48 is formed. The

このように構成される第5の実施形態では、冷却媒体流路48にガイド用突起部126、128を介して冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに至る加温された冷却媒体用の通路が形成されている。このため、低温始動時に、冷却媒体導入口35から冷却媒体流路48に供給される加温された冷却媒体は、ガイド用突起部126、128の案内作用下に、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍を通って冷却媒体排出連通孔32bに確実に流動する。従って、酸化剤ガス排出連通孔30bの近傍を起点にして確実な発電が開始されるという効果が得られる。   In the fifth embodiment configured as described above, for the heated cooling medium, the cooling medium channel 48 is connected to the cooling medium discharge communication hole 32b from the cooling medium introduction port 35 via the guide protrusions 126 and 128. The passage is formed. For this reason, the heated cooling medium supplied from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium flow path 48 at the time of cold start is guided by the guide protrusions 126 and 128, and the oxidant gas discharge communication hole 30b. Surely flows to the cooling medium discharge communication hole 32b. Therefore, there is an effect that reliable power generation is started from the vicinity of the oxidizing gas discharge communication hole 30b.

図8は、本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セル130の分解斜視説明図である。   FIG. 8 is an exploded perspective view of the single cell 130 constituting the fuel cell system according to the sixth embodiment of the present invention.

単セル130は、電解質膜・電極構造体22を挟持する第1及び第2セパレータ132、134を備える。第1セパータ132の冷却媒体流路48を形成する面には、複数の突起部116bが形成されるとともに、冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに至る流路を形成するための複数のガイド用突起部126が形成される。第2セパレータ134の冷却媒体流路48を形成する面には、複数の突起部118bが形成されるとともに、冷却媒体導入口35から冷却媒体排出連通孔32bに至る流路を形成するための複数のガイド用突起部128が形成される。   The unit cell 130 includes first and second separators 132 and 134 that sandwich the electrolyte membrane / electrode structure 22. A plurality of protrusions 116b are formed on the surface of the first separator 132 forming the cooling medium flow path 48, and a plurality of flow paths for forming a flow path from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium discharge communication hole 32b are formed. The guide projection 126 is formed. A plurality of protrusions 118b are formed on the surface of the second separator 134 on which the cooling medium flow path 48 is formed, and a plurality of flow paths for forming a flow path from the cooling medium introduction port 35 to the cooling medium discharge communication hole 32b are formed. The guide protrusion 128 is formed.

これにより、低温始動時に、冷却媒体導入口35に供給される加温された冷却媒体は、ガイド用突起部126、128を介して冷却媒体排出連通孔32bに円滑且つ確実に流動することができる。   Thereby, at the time of low temperature start, the heated cooling medium supplied to the cooling medium introduction port 35 can smoothly and reliably flow into the cooling medium discharge communication hole 32b via the guide protrusions 126 and 128. .

本発明に係る燃料電池の起動方法に用いられる第1の実施形態の燃料電池システムの概略構成説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is schematic structure explanatory drawing of the fuel cell system of 1st Embodiment used for the starting method of the fuel cell which concerns on this invention. 前記燃料電池を構成する単セルの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the single cell which comprises the said fuel cell. 前記単セルを構成する第1セパレータの冷却媒体導入口に加温された冷却媒体が供給される際の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing when the heated cooling medium is supplied to the cooling medium inlet of the 1st separator which comprises the said single cell. 本発明の第2の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。It is a schematic structure explanatory drawing of the fuel cell system concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成説明図である。It is schematic structure explanatory drawing of the fuel cell system which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the single cell which comprises the fuel cell system which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the single cell which comprises the fuel cell system which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る燃料電池システムを構成する単セルの分解斜視説明図である。It is a disassembled perspective explanatory drawing of the single cell which comprises the fuel cell system which concerns on the 6th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、80、90…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14、110、120、130…単セル 22…電解質膜・電極構造体
24、26、112、114、122、124、132、134…セパレータ
30a…酸化剤ガス供給連通孔 30b…酸化剤ガス排出連通孔
32a…冷却媒体供給連通孔 32b…冷却媒体排出連通孔
34a…燃料ガス供給連通孔 34b…燃料ガス排出連通孔
35…冷却媒体導入口 35a…ドレン孔
36…固体高分子電解質膜 38…アノード側電極
40…カソード側電極 46…燃料ガス流路
48…冷却媒体流路 46a、48a、50a…溝部
46b、48b、50b、116a、116b、118a、118b…突起部
50…酸化剤ガス流路 60、82、92…冷却媒体供給機構
62…循環流路 64、98…ポンプ
66…ラジエータ 68…サーモスタット
70…バイパス流路 72、84、94…三方切換弁
74、86、96…始動暖機流路 76、88、100…ヒータ
126、128…ガイド用突起部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 80, 90 ... Fuel cell system 12 ... Fuel cell stack 14, 110, 120, 130 ... Single cell 22 ... Electrolyte membrane electrode assembly 24, 26, 112, 114, 122, 124, 132, 134 ... Separator 30a ... oxidant gas supply communication hole 30b ... oxidant gas discharge communication hole 32a ... cooling medium supply communication hole 32b ... cooling medium discharge communication hole 34a ... fuel gas supply communication hole 34b ... fuel gas discharge communication hole 35 ... cooling medium introduction port 35a ... Drain hole 36 ... Solid polymer electrolyte membrane 38 ... Anode side electrode 40 ... Cathode side electrode 46 ... Fuel gas flow path 48 ... Cooling medium flow path 46a, 48a, 50a ... Groove parts 46b, 48b, 50b, 116a, 116b, 118a 118b... Projection 50. Oxidant gas flow path 60, 82, 92... Cooling medium supply mechanism 62. Circulation flow path 64, 9 ... pump 66 ... radiator 68 ... Thermostat 70 ... bypass passage 72,84,94 ... three-way valve 74,86,96 ... starting warm-up channel 76,88,100 ... heaters 126, 128 ... guide protrusion

Claims (5)

電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向に貫通して反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が形成されるとともに、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通し前記電解質膜・電極構造体の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成され、前記冷却媒体流路は、複数の溝部と前記溝部の両側に位置する複数の突起部とを設ける燃料電池を起動させるための燃料電池の起動方法であって、
前記冷却媒体供給連通孔及び前記冷却媒体排出連通孔とは個別に設けられる冷却媒体導入口から前記冷却媒体流路の一方の前記突起部に、加温された冷却媒体を供給し、さらに前記加温された冷却媒体を前記冷却媒体流路の一方の前記突起部から前記冷却媒体排出連通孔に排出することを特徴とする燃料電池の起動方法。
An electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes and a separator are laminated, and penetrate in the laminating direction to react gas supply communication holes, reaction gas discharge communication holes, cooling medium supply communication holes, and cooling. A medium discharge communication hole is formed, and a cooling medium flow path that supplies the cooling medium along the surface direction of the electrolyte membrane / electrode structure communicates with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole. is formed, the cooling medium passage is a fuel cell starting method for starting the fuel cell Ru provided a plurality of projections located on both sides of the plurality of grooves and the groove,
The cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole supply a heated cooling medium to one of the protrusions of the cooling medium flow path from a cooling medium introduction port provided separately, and further A method for starting a fuel cell, wherein the heated cooling medium is discharged from one of the protrusions of the cooling medium flow path into the cooling medium discharge communication hole.
請求項1記載の起動方法において、前記セパレータの端縁部に、前記反応ガス排出連通孔である酸化剤ガス排出連通孔を挟んで、前記冷却媒体排出連通孔及び前記冷却媒体導入口が配設され、
前記冷却媒体導入口から前記冷却媒体流路に供給される前記加温された冷却媒体が、前記冷却媒体流路の一方の前記突起部を通過して前記冷却媒体排出連通孔に排出されることを特徴とする燃料電池の起動方法。
2. The start-up method according to claim 1, wherein the cooling medium discharge communication hole and the cooling medium introduction port are disposed at an edge of the separator with the oxidizing gas discharge communication hole being the reaction gas discharge communication hole interposed therebetween. And
The heated cooling medium supplied from the cooling medium introduction port to the cooling medium flow path passes through one of the protrusions of the cooling medium flow path and is discharged to the cooling medium discharge communication hole. A method for starting a fuel cell.
電解質膜を一対の電極間に配設した電解質膜・電極構造体と、セパレータとが積層され、積層方向に貫通して反応ガス供給連通孔、反応ガス排出連通孔、冷却媒体供給連通孔及び冷却媒体排出連通孔が形成されるとともに、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通し前記電解質膜・電極構造体の面方向に沿って冷却媒体を供給する冷却媒体流路が形成される燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記冷却媒体供給連通孔及び前記冷却媒体排出連通孔とは個別に設けられ、前記冷却媒体流路に連通する冷却媒体導入口と、
前記冷却媒体導入口から前記冷却媒体流路に供給されて前記冷却媒体排出連通孔に排出される冷却媒体を、前記燃料電池の外部で加温する加熱部と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
An electrolyte membrane / electrode structure in which an electrolyte membrane is disposed between a pair of electrodes and a separator are laminated, and penetrate in the laminating direction to pass through a reaction gas supply hole, a reaction gas discharge hole, a cooling medium supply hole, and cooling A medium discharge communication hole is formed, and a cooling medium flow path that supplies the cooling medium along the surface direction of the electrolyte membrane / electrode structure communicates with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole. A fuel cell system comprising a fuel cell to be formed,
The cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole are provided separately, and a cooling medium introduction port communicating with the cooling medium flow path;
A heating unit wherein the cooling medium introduced is fed to the cooling medium flow passage from the inlet to the cooling medium that will be discharged into the coolant discharge passage, heated outside of the fuel cell,
A fuel cell system comprising:
請求項3記載の燃料電池システムにおいて、前記セパレータの端縁部には、前記反応ガス排出連通孔である酸化剤ガス排出連通孔と、
前記酸化剤ガス排出連通孔を挟んで、前記冷却媒体排出連通孔及び前記冷却媒体導入口と、
が配設されることを特徴とする燃料電池システム。
4. The fuel cell system according to claim 3, wherein an edge portion of the separator has an oxidant gas discharge communication hole which is the reaction gas discharge communication hole,
Sandwiching the oxidant gas discharge communication hole, the cooling medium discharge communication hole and the cooling medium introduction port,
A fuel cell system comprising:
請求項3又は4記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の外部には、前記冷却媒体供給連通孔と前記冷却媒体排出連通孔とに連通する冷却媒体供給機構が配設されるとともに、
前記冷却媒体供給機構は、主流路から切換手段を介して分岐し前記冷却媒体導入口に連通する始動暖機流路と、
前記始動暖機流路に配設されて前記冷却媒体を加温する前記加熱部であるヒータと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
5. The fuel cell system according to claim 3, wherein a cooling medium supply mechanism that communicates with the cooling medium supply communication hole and the cooling medium discharge communication hole is disposed outside the fuel cell,
The cooling medium supply mechanism is a start warm-up flow path that branches from the main flow path via a switching unit and communicates with the cooling medium introduction port;
A heater that is the heating unit that is disposed in the startup warm-up flow path and heats the cooling medium;
A fuel cell system comprising:
JP2003432167A 2003-12-26 2003-12-26 Fuel cell starting method and fuel cell system Expired - Fee Related JP4412999B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003432167A JP4412999B2 (en) 2003-12-26 2003-12-26 Fuel cell starting method and fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003432167A JP4412999B2 (en) 2003-12-26 2003-12-26 Fuel cell starting method and fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005190876A JP2005190876A (en) 2005-07-14
JP4412999B2 true JP4412999B2 (en) 2010-02-10

Family

ID=34789953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003432167A Expired - Fee Related JP4412999B2 (en) 2003-12-26 2003-12-26 Fuel cell starting method and fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4412999B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113745586A (en) * 2021-07-27 2021-12-03 东风汽车集团股份有限公司 Automobile battery cold starting device and control method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005190876A (en) 2005-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4572062B2 (en) Fuel cell stack
JP4996814B2 (en) Low temperature startup method for fuel cells
US20050227126A1 (en) Method and apparatus for cold-starting a PEM fuel cell (PEMFC), and PEM fuel cell system
JP4351431B2 (en) Fuel cell stack
WO2003003494A2 (en) Method and apparatus for adjusting the temperature of a fuel cell by facilitating methanol crossover and combustion
JP2006513528A (en) Start-up operation under freezing of fuel cell-powered electric vehicles or other loads
CA2368891A1 (en) Method for cold-starting a fuel cell battery, and fuel cell battery suitable for this method
JP2008059922A (en) Fuel cell system
JP3677266B2 (en) Fuel cell stack and its warm-up method
JP5155549B2 (en) Fuel cell
WO2009104368A1 (en) Fuel cell system and fuel cell system control method
JP2002305014A (en) Fuel cell
JP2006196220A (en) Fuel cell stack
JP2005285402A (en) Fuel cell stack
JP4533604B2 (en) Low temperature startup method for fuel cells
JP3857214B2 (en) How to warm up a fuel cell system
JP4412999B2 (en) Fuel cell starting method and fuel cell system
JP2005293902A (en) Separator for fuel cell and fuel cell
JP2006147506A (en) Fuel cell stack
JP3661643B2 (en) Fuel cell system
JP3875612B2 (en) Fuel cell stack
EP1646099A2 (en) Electrochemical device
JP4214045B2 (en) Fuel cell system and fuel cell stack
JP2006147501A (en) Contact pressure adjusting device and method for fuel cell
JP2005174600A (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: 20051202

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090428

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090602

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091110

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091117

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121127

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4412999

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131127

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees