JP4415678B2 - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell Download PDF

Info

Publication number
JP4415678B2
JP4415678B2 JP2004005108A JP2004005108A JP4415678B2 JP 4415678 B2 JP4415678 B2 JP 4415678B2 JP 2004005108 A JP2004005108 A JP 2004005108A JP 2004005108 A JP2004005108 A JP 2004005108A JP 4415678 B2 JP4415678 B2 JP 4415678B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
reaction
flow path
air
porous
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
JP2004005108A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005203118A (en
Inventor
誠治 佐野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2004005108A priority Critical patent/JP4415678B2/en
Publication of JP2005203118A publication Critical patent/JP2005203118A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4415678B2 publication Critical patent/JP4415678B2/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、燃料電池システムの技術に関する。   The present invention relates to a technology of a fuel cell system.

電解質としてイオン交換膜を使用する燃料電池システムでは、燃料電池セル全体において適切な水管理が求められる。これは、イオン交換膜中の含水率が過度に小さくなると膜抵抗が大きくなる一方、過度に濡れると反応ガスの供給が困難となって電極反応が阻害されるからである。このような課題に対して、効果的に適切な水管理を行うための技術も開示されている。たとえば特許文献1に開示されるように反応ガス流路から多孔質層を経由して過剰に生成された水を排出する方法である。   In a fuel cell system using an ion exchange membrane as an electrolyte, appropriate water management is required for the entire fuel cell. This is because when the moisture content in the ion exchange membrane becomes excessively small, the membrane resistance increases. On the other hand, when the moisture content becomes excessively high, it becomes difficult to supply the reaction gas and the electrode reaction is hindered. A technique for effectively performing appropriate water management for such a problem is also disclosed. For example, as disclosed in Patent Document 1, it is a method of discharging excessively generated water from a reaction gas channel via a porous layer.

特開平9−312166号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-312166 特表平11−508726号公報Japanese National Patent Publication No. 11-508726

しかし、このような方法では、生成水が多孔質層を通過する際において、生成水に含まれた不純物が多孔質層に蓄積されることも予想される。こうして蓄積された不純物は、多孔質層を閉塞させて生成水の排出を阻害する要因となる。さらに、このような問題は、イオン交換膜を使用する燃料電池システムに限られず、多孔質材料を用いて反応ガス通路からの排水を行う燃料電池において生じ得る。   However, in such a method, when the generated water passes through the porous layer, it is expected that impurities contained in the generated water are accumulated in the porous layer. The impurities accumulated in this way become a factor that obstructs the discharge of the produced water by closing the porous layer. Furthermore, such a problem is not limited to a fuel cell system using an ion exchange membrane, and may occur in a fuel cell that drains water from a reaction gas passage using a porous material.

この発明は、従来技術における上述の課題を解決するためになされたものであり、多孔質材料を用いて反応ガス通路からの排水を行う燃料電池において、多孔質材料の閉塞を軽減させる技術を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems in the prior art, and provides a technique for reducing blockage of the porous material in a fuel cell that drains the reaction gas passage using the porous material. The purpose is to do.

本発明の燃料電池は、
電解質と、
触媒層を有するとともに、前記触媒層が前記電解質に接合された第1と第2の電極と、
多孔質材料で形成された多孔質部を少なくとも一部に有し、前記第1の電極に接して設けられた第1のセパレータと、
を備え、
前記燃料電池は、前記多孔質部と前記第1の電極とに接する位置において少なくとも一部の反応用流路が形成されるとともに、前記多孔質部に接し前記第1の電極に接しない位置に環境制御用流路が形成されるように構成されており、
前記燃料電池は、さらに前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方から前記多孔質部内へ侵入する不純物による前記多孔質部の閉塞を軽減させる閉塞軽減部を備えることを特徴とする。
The fuel cell of the present invention comprises
Electrolyte,
First and second electrodes having a catalyst layer, wherein the catalyst layer is joined to the electrolyte;
A first separator having at least a portion of a porous portion formed of a porous material and provided in contact with the first electrode;
With
In the fuel cell, at least a part of the reaction channel is formed at a position in contact with the porous portion and the first electrode, and at a position in contact with the porous portion and not in contact with the first electrode. It is configured to form a flow path for environmental control,
The fuel cell further includes a clogging reduction unit that reduces clogging of the porous part due to impurities entering the porous part from at least one of the reaction channel and the environment control channel. .

本発明の燃料電池は、多孔質部内へ侵入する不純物による多孔質部の閉塞を軽減させる閉塞軽減部を備えるので、反応用流路において過剰に発生した水を多孔質部を経由して円滑に排水させることができる。これにより、フラッディングによる燃料電池の性能低下を軽減させることができる。   Since the fuel cell of the present invention includes a clogging reduction part that reduces clogging of the porous part due to impurities entering the porous part, water generated excessively in the reaction channel can be smoothly passed through the porous part. It can be drained. As a result, it is possible to reduce the deterioration in the performance of the fuel cell due to flooding.

ここで、「フラッディング」とは、燃料電池の触媒層で過剰に発生した液体水が反応ガスを触媒層に行き渡らせることを妨げて燃料電池の性能を低下させる現象である。「不純物」とは、反応ガス以外の有体物を意味し、たとえば砂、塵、埃といった燃料電池システムの外部から侵入する物や、たとえばセパレータのカーボン粉、金属粉、繊維くずといった燃料電池システムの内部で発生する物がある。   Here, “flooding” is a phenomenon in which the liquid water generated excessively in the catalyst layer of the fuel cell prevents the reaction gas from spreading to the catalyst layer, thereby reducing the performance of the fuel cell. “Impurity” means a tangible substance other than the reaction gas, such as sand, dust, dust, etc. entering from the outside of the fuel cell system, or separator inside the fuel cell system such as carbon powder, metal powder, fiber scraps, etc. There are things that occur in

上記燃料電池において、前記電解質は、イオン交換膜であるようにしても良い。電解質としてイオン交換膜を使用する燃料電池は水管理の適否によって大きく性能が変動するため顕著な効果を奏する。   In the fuel cell, the electrolyte may be an ion exchange membrane. A fuel cell using an ion exchange membrane as an electrolyte has a remarkable effect because its performance varies greatly depending on the suitability of water management.

上記燃料電池において、前記閉塞軽減部は、前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方に供給される反応ガスを濾過する濾過器を含むようにしても良い。こうすれば、反応用流路や環境制御用流路に流れ込む不純物を少なくすることができるので、反応用流路や環境制御用流路から多孔質部内へ侵入する不純物の量を削減して閉塞を軽減させることができる。   In the fuel cell, the clogging reduction unit may include a filter that filters a reaction gas supplied to at least one of the reaction channel and the environment control channel. This reduces the amount of impurities that flow into the reaction flow path and the environmental control flow path, thus reducing the amount of impurities that enter the porous portion from the reaction flow path and the environmental control flow path, and blocking them. Can be reduced.

上記燃料電池において、前記濾過器は、イオン交換処理による濾過を含む濾過処理を行うようにしても良い。こうすれば、反応ガス内にイオンとして存在する不純物も濾過することができる。さらに、燃料電池内部で発生する不純物としてのイオンをも削減することもできる。   In the fuel cell, the filter may perform a filtration process including a filtration by an ion exchange process. In this way, impurities present as ions in the reaction gas can also be filtered. Furthermore, ions as impurities generated inside the fuel cell can also be reduced.

上記燃料電池において、前記イオン交換処理は、陽イオン交換処理を含むようにしても良い。陽イオン不純物は陽イオン交換膜における陽イオン伝導率の低下の原因となるので、こうすれば、陽イオン交換膜への陽イオン不純物の堆積による燃料電池の性能低下をも軽減させることができる。   In the fuel cell, the ion exchange treatment may include a cation exchange treatment. Since the cation impurities cause a decrease in the cation conductivity in the cation exchange membrane, this can also reduce the performance deterioration of the fuel cell due to the deposition of the cation impurities on the cation exchange membrane.

上記燃料電池において、前記反応用流路には、酸化ガスが供給されるように構成しても良い。酸化ガスが供給される反応用流路は燃料ガスが供給される流路よりも生成水の発生量が多いので、多孔質部の閉塞の軽減の効果が顕著に奏される。   The fuel cell may be configured such that an oxidizing gas is supplied to the reaction channel. Since the reaction flow channel to which the oxidizing gas is supplied generates more generated water than the flow channel to which the fuel gas is supplied, the effect of reducing the blockage of the porous portion is remarkably exhibited.

上記燃料電池において、前記第1のセパレータには、前記燃料電池を冷却するための冷媒を流すための冷媒流路が形成されているように構成しても良い。   In the fuel cell, the first separator may be configured such that a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for cooling the fuel cell is formed.

上記燃料電池において、前記環境制御用流路が前記反応用流路の上流側に接続されるように燃料電池が構成されていても良い。こうすれば、空気供給系統から加湿器を削除することができるとともに、冷却系統の負担を軽減させることができる。   In the fuel cell, the fuel cell may be configured such that the environment control flow path is connected to the upstream side of the reaction flow path. In this way, the humidifier can be deleted from the air supply system, and the burden on the cooling system can be reduced.

本発明の燃料電池システムは、イオン交換膜と、触媒層を有するとともに前記触媒層が前記イオン交換膜に接合された第1と第2の電極と、多孔質材料で形成された多孔質部を少なくとも一部に有し前記第1の電極に接して設けられた第1のセパレータと、を備える燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
を備え、
前記燃料電池は、前記多孔質部と前記第1の電極とに接する位置において少なくとも一部の反応用流路が形成されるとともに、前記多孔質部に接し前記第1の電極に接しない位置に環境制御用流路が形成されるように構成されており、
前記燃料電池システムは、前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方から前記多孔質部内へ侵入する不純物による前記多孔質部の閉塞を軽減させるように前記反応ガス供給部を作動させる特定の作動モードを有することを特徴とする。
The fuel cell system of the present invention comprises an ion exchange membrane, a first electrode having a catalyst layer and the catalyst layer joined to the ion exchange membrane, and a porous portion formed of a porous material. A fuel cell comprising: a first separator provided at least in part and in contact with the first electrode;
A reaction gas supply unit for supplying a reaction gas to the fuel cell;
With
In the fuel cell, at least a part of the reaction channel is formed at a position in contact with the porous portion and the first electrode, and at a position in contact with the porous portion and not in contact with the first electrode. It is configured to form a flow path for environmental control,
The fuel cell system operates the reaction gas supply unit so as to reduce clogging of the porous part due to impurities entering the porous part from at least one of the reaction flow path and the environmental control flow path. It has a specific operation mode.

本発明の燃料電池システムでは、多孔質部の閉塞を軽減させるための特定の作動モードを有するので、たとえば不純物を濾過するための装置といった交換を前提とするような部品の使用を排除あるいは削減することができる。これにより、燃料電池システムの整備負担の増大を抑制しつつ多孔質部の閉塞に起因して発生するフラッディングによる燃料電池の性能低下を軽減させることができる。   Since the fuel cell system of the present invention has a specific operation mode for reducing the blockage of the porous portion, it eliminates or reduces the use of parts that are premised on replacement, for example, a device for filtering impurities. be able to. As a result, it is possible to reduce a decrease in the performance of the fuel cell due to flooding caused by the blockage of the porous portion while suppressing an increase in the maintenance burden of the fuel cell system.

なお、この燃料電池システムに対して上述の閉塞軽減部を装備するように構成しても良い。こうすれば、閉塞軽減部によって多孔質部の閉塞を未然に抑制するとともに、閉塞が発生しても特定の作動モードによって閉塞を軽減させることができるので、多孔質部の閉塞による燃料電池の性能劣化をより確実に抑制することができる。   In addition, you may comprise so that the above-mentioned blockage reduction part may be equipped with respect to this fuel cell system. In this way, the blockage of the porous portion can be suppressed in advance by the blockage reducing portion, and even if the blockage occurs, the blockage can be reduced by a specific operation mode. Deterioration can be suppressed more reliably.

上記燃料電池システムにおいて、前記特定の作動モードは、前記燃料電池の発電の停止時において実行されるようにしても良い。こうすれば、燃料電池の発電を阻害することなく多孔質部の閉塞を軽減させることができる。   In the fuel cell system, the specific operation mode may be executed when power generation of the fuel cell is stopped. In this way, the clogging of the porous portion can be reduced without hindering the power generation of the fuel cell.

上記燃料電池システムにおいて、前記特定の作動モードは、前記反応ガス供給部から前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方への反応ガスの供給量を、発電のために要求される供給量よりも多くするモードであるようにしても良い。こうすれば、反応ガス流路に滞留した不純物を外部に排出することができるので、多孔質部への不純物の侵入を抑制することができる。   In the fuel cell system, the specific operation mode requires a supply amount of a reaction gas from the reaction gas supply unit to at least one of the reaction channel and the environment control channel for power generation. You may make it be the mode which increases more than supply amount. By so doing, the impurities staying in the reaction gas channel can be discharged to the outside, so that the entry of impurities into the porous portion can be suppressed.

上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記反応用流路と前記環境制御用流路のいずれか一方の下流側に流量を制御するための第1のバルブを備え、前記特定の作動モードは、前記反応ガス供給部と前記第1のバルブとを制御して、前記反応用流路と前記環境制御用流路のうち前記第1のバルブが備えられている側の流路から他方の流路に、前記多孔質部を経由して前記反応ガスを流れさせるモードであるようにしても良い。こうすれば、第1のバルブによって反応用流路と環境制御用流路の間の圧力差を制御することができるので、第1のバルブのバルブが装備されている側の流路から他方の流路に不純物をより確実に排出させることができる。   In the fuel cell system, the fuel cell includes a first valve for controlling a flow rate downstream of one of the reaction flow path and the environment control flow path, and the specific operation mode is The reaction gas supply unit and the first valve are controlled so that the other flow from the flow path on the side where the first valve is provided out of the reaction flow path and the environmental control flow path. The mode may be a mode in which the reaction gas flows through the path via the porous portion. In this way, the pressure difference between the reaction flow path and the environmental control flow path can be controlled by the first valve, so that the flow path on the side where the valve of the first valve is equipped is changed to the other flow path. Impurities can be discharged more reliably into the flow path.

上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、前記環境制御用流路が前記反応用流路の上流側に直列に接続されるように構成されていても良い。この構成においては、前記燃料電池は、さらに、前記環境制御用流路と前記反応用流路との間に流量を制御するための第2のバルブを備え、
前記特定の作動モードは、前記反応ガス供給部と前記第2のバルブとを制御して、前記反応ガスを前記多孔質部を経由して前記環境制御用流路から前記反応用流路へ流れさせるモードであるようにしても良い。
In the fuel cell system, the fuel cell may be configured such that the environmental control flow path is connected in series to the upstream side of the reaction flow path. In this configuration, the fuel cell further includes a second valve for controlling a flow rate between the environmental control flow path and the reaction flow path,
In the specific operation mode, the reaction gas supply unit and the second valve are controlled, and the reaction gas flows from the environment control channel to the reaction channel via the porous unit. You may make it be a mode to make it.

このように、燃料電池の発電時における多孔質部の排水の方向と反対の方向に反応ガスを流すようにすれば、不純物を多孔質部から効果的に排出することができる。なお、バルブは、広くシャットオフバルブや流量制御バルブといったものを含み、多孔質部において逆流を生じさせるように流量や上流と下流の圧力差を制御できるものであればよい。   Thus, if the reaction gas is caused to flow in the direction opposite to the direction of drainage of the porous portion during power generation of the fuel cell, impurities can be effectively discharged from the porous portion. The valves include a wide range of valves such as a shut-off valve and a flow rate control valve as long as they can control the flow rate and the pressure difference between the upstream side and the downstream side so as to generate a back flow in the porous portion.

上記燃料電池システムにおいて、さらに前記反応用流路の圧力と前記環境制御用流路の圧力の差を計測する圧力差計測部を備えるとともに、前記反応ガスが所定量供給される場合において前記計測された圧力の差が第1の閾値よりも大きい場合にのみ前記特定の作動モードを起動するようにしても良いし、
あるいは、前記燃料電池システムは、前記特定の作動モードは、前記反応ガスが所定量供給される場合において前記計測された圧力の差が第2の閾値よりも小さくなると自動的に停止するモードであるようにしても良いし、上記の条件で起動と停止を行うように構成しても良い。なお、第1の閾値は、第2の閾値と同一であっても良い。
The fuel cell system further includes a pressure difference measuring unit that measures a difference between the pressure of the reaction channel and the pressure of the environment control channel, and the measurement is performed when a predetermined amount of the reaction gas is supplied. The specific operation mode may be activated only when the pressure difference is greater than the first threshold,
Alternatively, in the fuel cell system, the specific operation mode is a mode that automatically stops when the measured pressure difference becomes smaller than a second threshold value when a predetermined amount of the reaction gas is supplied. Alternatively, it may be configured to start and stop under the above conditions. The first threshold value may be the same as the second threshold value.

こうすれば、多孔質部がある程度閉塞した場合にのみ環境制御用流路に対して閉塞軽減のための加圧が行われることになるので、不必要な加圧による燃料電池の破損(特に疲労破損)を抑制することができる。さらに、運転に要するエネルギーを削減することもできる。   In this way, the pressure for reducing the clogging is applied to the environmental control channel only when the porous portion is clogged to some extent. Damage) can be suppressed. Furthermore, the energy required for operation can be reduced.

上記燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、さらに前記反応用流路の圧力と前記環境制御用流路の圧力の差を計測する圧力差計測部を備え、
前記特定の作動モードは、前記計測された圧力の差が第3の閾値を超えないように、前記第2のバルブと前記反応ガス供給部とを作動させるモードであるようにしても良い。
In the fuel cell system, the fuel cell system further includes a pressure difference measuring unit that measures a difference between the pressure of the reaction channel and the pressure of the environment control channel,
The specific operation mode may be a mode in which the second valve and the reaction gas supply unit are operated so that the measured pressure difference does not exceed a third threshold value.

こうすれば、環境制御用流路の過度の加圧を防止することができるので、過度の加圧による燃料電池の破損を抑制することができる。   In this way, excessive pressurization of the environmental control flow path can be prevented, so that damage to the fuel cell due to excessive pressurization can be suppressed.

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、たとえば、燃料電池制御装置、ハイブリッド電源システムおよびその制御装置や制御方法、それらのシステムを備える移動体(たとえば燃料電池自動車)およびその制御方法、それらのシステムまたは方法の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、および電力供給方法等の態様で実現することができる。   The present invention can be realized in various modes. For example, a fuel cell control device, a hybrid power supply system and its control device and control method, a mobile body (for example, a fuel cell vehicle) including these systems, and Aspects of the control method, a computer program for realizing the functions of the system or method, a recording medium storing the computer program, a data signal including the computer program and embodied in a carrier wave, and a power supply method Can be realized.

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき以下の順序で説明する。
A.本発明の実施例における燃料電池システムの構成:
B.本発明の実施例における多孔質部の浄化処理:
C.変形例:
Next, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. Configuration of a fuel cell system in an embodiment of the present invention:
B. Purification treatment of porous portion in the embodiment of the present invention:
C. Variations:

A.本発明の実施例における燃料電池システムの構成:
図1は、第1実施例における燃料電池システム10の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム10は、燃料電池100と、燃料電池に水素ガスを供給するための水素ガス供給系統と、燃料電池に空気を供給するための空気供給系統と、燃料電池に冷却液を供給するための冷却液供給系統と、これらを制御するコントローラ600と、を備えている。
A. Configuration of a fuel cell system in an embodiment of the present invention:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 10 in the first embodiment. The fuel cell system 10 includes a fuel cell 100, a hydrogen gas supply system for supplying hydrogen gas to the fuel cell, an air supply system for supplying air to the fuel cell, and a coolant for supplying fuel to the fuel cell. And a controller 600 for controlling them.

燃料電池100は、積層された複数のセル(後述する)と、燃料電池外部配管434と、シャットオフバルブ436とを有する固体高分子型燃料電池である。積層された複数のセルには、水素ガス供給系統、空気供給系統、および冷却液供給系統から各セルの内部流路に流体を供給するための3つの導入路330in、432in、530inおよび3つの導出路330out、430out、530outと、燃料電池外部配管434に接続された導入路430inと導出路432outと、が連通する孔として形成されている。なお、シャットオフバルブ436は、本実施例では、特許請求の範囲における「第2のバルブ」に相当する。   The fuel cell 100 is a polymer electrolyte fuel cell having a plurality of stacked cells (described later), a fuel cell external pipe 434, and a shutoff valve 436. The plurality of stacked cells include three introduction paths 330in, 432in, 530in and three derivations for supplying fluid from the hydrogen gas supply system, the air supply system, and the coolant supply system to the internal flow path of each cell. The paths 330out, 430out, and 530out, and the introduction path 430in and the outlet path 432out connected to the fuel cell external pipe 434 are formed as holes that communicate with each other. In this embodiment, the shut-off valve 436 corresponds to a “second valve” in the claims.

水素供給系統は、水素タンク302と、減圧弁304と、流量制御弁306と、を備えている。水素タンク302は、水素ガスを高圧で貯蔵している。減圧弁304は、高圧で貯蔵された水素を所定の圧力に減圧する。流量制御弁306は、減圧された水素ガスの流量を調整する。   The hydrogen supply system includes a hydrogen tank 302, a pressure reducing valve 304, and a flow rate control valve 306. The hydrogen tank 302 stores hydrogen gas at a high pressure. The pressure reducing valve 304 reduces the hydrogen stored at high pressure to a predetermined pressure. The flow control valve 306 adjusts the flow rate of the decompressed hydrogen gas.

水素供給系統は、圧力と流量が調整された水素ガスを水素ガス供給管310を介して燃料電池100の水素ガス導入路330inに供給する。水素ガス導入路330inから導入された水素ガスは、水素ガス流路330において電気化学反応に利用された後に水素ガス導出路330outから導出される。水素ガス導出路330outから導出されたガスは、遮断弁392と水素ガス排出管390とを経由して外部に排出される。   The hydrogen supply system supplies hydrogen gas whose pressure and flow rate are adjusted to the hydrogen gas introduction path 330 in of the fuel cell 100 through the hydrogen gas supply pipe 310. The hydrogen gas introduced from the hydrogen gas introduction passage 330in is led out from the hydrogen gas lead-out passage 330out after being used for an electrochemical reaction in the hydrogen gas passage 330. The gas led out from the hydrogen gas lead-out path 330out is discharged to the outside via the shut-off valve 392 and the hydrogen gas discharge pipe 390.

空気供給系統は、空気を吸入する空気ブロワ402と、燃料電池100に空気を供給する空気供給管410と、燃料電池100から反応済み空気を排出する空気排出管490とを備えている。   The air supply system includes an air blower 402 that sucks air, an air supply pipe 410 that supplies air to the fuel cell 100, and an air discharge pipe 490 that discharges reacted air from the fuel cell 100.

空気供給系統は、空気供給管410を介して燃料電池100の環境制御用空気導入路432inに空気を供給する。環境制御用空気導入路432inから導入された空気は、環境制御用空気流路432において加湿された後に連通する環境制御用空気導出路432outから導出される。加湿の方法については後述する。なお、環境制御用空気流路432には、圧力計620が接続されている。   The air supply system supplies air to the environment control air introduction path 432 in of the fuel cell 100 via the air supply pipe 410. The air introduced from the environment control air introduction path 432in is led out from the environment control air lead-out path 432out communicating after being humidified in the environment control air flow path 432. A method of humidification will be described later. A pressure gauge 620 is connected to the environment control air flow path 432.

環境制御用空気導出路432outから導出された空気は、燃料電池外部配管434を経由して連通する反応用空気導入路430inに供給される。燃料電池外部配管434は、反応用空気導入路430inに供給される空気の流れを制御するためのシャットオフバルブ436を備えている。   The air led out from the environment control air lead-out path 432out is supplied to the reaction air introduction path 430in communicating through the fuel cell external pipe 434. The fuel cell external pipe 434 includes a shutoff valve 436 for controlling the flow of air supplied to the reaction air introduction path 430in.

反応用空気導入路430inから導入された空気は、反応用空気流路430において電気化学反応に利用された後に反応用空気導出路430outから導出される。反応用空気導出路430outから導出された反応済み空気は、空気排出管490を経由して外部に排出される。なお、反応用空気流路430には、圧力計610が接続されている。   The air introduced from the reaction air introduction passage 430in is led out from the reaction air lead-out passage 430out after being used for the electrochemical reaction in the reaction air passage 430. The reacted air led out from the reaction air lead-out path 430out is discharged to the outside through the air discharge pipe 490. A pressure gauge 610 is connected to the reaction air flow path 430.

冷却液供給系統は、循環ポンプ502と、熱交換器504と、冷却液供給管510とを備えている。循環ポンプ502は、熱交換器504で冷却された冷却液を燃料電池100の内部に形成された冷却液流路530に供給するとともに、燃料電池100から排出された冷却液を熱交換器504に供給する。この循環は、冷却液供給管510を介して行われる。   The coolant supply system includes a circulation pump 502, a heat exchanger 504, and a coolant supply pipe 510. The circulation pump 502 supplies the coolant cooled by the heat exchanger 504 to the coolant flow path 530 formed inside the fuel cell 100, and supplies the coolant discharged from the fuel cell 100 to the heat exchanger 504. Supply. This circulation is performed via the coolant supply pipe 510.

各セルには、上述のように、水素ガスが流れる水素ガス流路330と、冷却液が流れる冷却液流路530と、空気が流れる空気流路と、が設けられている。この空気流路は、環境制御用空気流路432、燃料電池外部配管434、シャットオフバルブ436、および反応用空気流路430を備えている。なお、空気流路については後に詳述する。   As described above, each cell is provided with the hydrogen gas passage 330 through which hydrogen gas flows, the coolant passage 530 through which the coolant flows, and the air passage through which air flows. The air flow path includes an environment control air flow path 432, a fuel cell external pipe 434, a shutoff valve 436, and a reaction air flow path 430. The air flow path will be described in detail later.

図2は、燃料電池100のセル110の構成を示す分解斜視図である。セル110は、MEA(Membrane-Electrode Assembly)120と、2つのセパレータ130、140と、を備えている。MEA120は、2つのセパレータ130、140によって挟まれている。セル110は、燃料電池100の内部で積層されている。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the cell 110 of the fuel cell 100. The cell 110 includes an MEA (Membrane-Electrode Assembly) 120 and two separators 130 and 140. The MEA 120 is sandwiched between two separators 130 and 140. The cells 110 are stacked inside the fuel cell 100.

MEA120は、電解質膜122と、水素極126と、酸素極124と、を有している。電解質膜122は、2つの電極124、126によって挟まれている。2つの電極124、126は、水素ガスや空気中の酸素を拡散させるためのガス拡散層を備えている。   The MEA 120 has an electrolyte membrane 122, a hydrogen electrode 126, and an oxygen electrode 124. The electrolyte membrane 122 is sandwiched between two electrodes 124 and 126. The two electrodes 124 and 126 include a gas diffusion layer for diffusing hydrogen gas or oxygen in the air.

水素極側セパレータ130と酸素極側セパレータ140とには、水素ガス導入路330inと、水素ガス導出路330outと、環境制御用空気導入路432inと、環境制御用空気導出路432outと、反応用空気導入路430inと、反応用空気導出路430outと、冷却液導入路530inと、冷却液導出路530outと、が形成されている。これらの導入路330in、430in、432in、530inと導出路330out、430out、432out、530outは、複数のセル110が積層された場合に連通するような位置と大きさに形成されている。   The hydrogen electrode side separator 130 and the oxygen electrode side separator 140 include a hydrogen gas introduction path 330in, a hydrogen gas extraction path 330out, an environment control air introduction path 432in, an environment control air extraction path 432out, and reaction air. An introduction path 430in, a reaction air outlet path 430out, a coolant introduction path 530in, and a coolant outlet path 530out are formed. These introduction paths 330in, 430in, 432in, and 530in and lead-out paths 330out, 430out, 432out, and 530out are formed at positions and sizes that communicate with each other when the plurality of cells 110 are stacked.

水素極側セパレータ130と酸素極側セパレータ140とには、さらに、環境制御用空気流路432、反応用空気流路430、および水素ガス流路330が形成されている。これらの流路432、430、330は、さらに流体が流れる方向に平行に形成された複数の流路として形成されている。複数の流路として形成しているのは、水素極126、酸素極124、および後述する多孔質部上でより均一に流体を流すためである。   In the hydrogen electrode side separator 130 and the oxygen electrode side separator 140, an environment control air flow path 432, a reaction air flow path 430, and a hydrogen gas flow path 330 are further formed. These flow paths 432, 430, and 330 are formed as a plurality of flow paths that are formed in parallel to the direction in which the fluid flows. The reason why the plurality of flow paths are formed is to allow the fluid to flow more uniformly over the hydrogen electrode 126, the oxygen electrode 124, and a porous portion described later.

図3は、酸素極側セパレータ140に形成された各流路内を空気が流れる様子を示す説明図である。図3(a)は、酸素極側セパレータ140をS1方向(図2)から見た図である。図3(b)は、酸素極側セパレータ140をS2方向から見た図である。図3中の点線で囲まれた部分Pは、空気や水を透過させることができるように酸素極側セパレータ140の他の部分に比較して多孔質な材料で構成されている。本明細書では、この部分を多孔質部Pと呼び、他の部分を緻密部と呼ぶ。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing how air flows in each flow path formed in the oxygen electrode side separator 140. FIG. 3A is a view of the oxygen electrode side separator 140 viewed from the S1 direction (FIG. 2). FIG. 3B is a view of the oxygen electrode side separator 140 viewed from the S2 direction. A portion P surrounded by a dotted line in FIG. 3 is made of a porous material as compared with other portions of the oxygen electrode side separator 140 so that air and water can pass therethrough. In this specification, this portion is called a porous portion P, and the other portion is called a dense portion.

外部から供給された空気は、酸素極側セパレータ140に形成された各流路内において以下のように流れる。空気は、環境制御用空気導入路432inから導入され、多孔質部Pに接する位置に形成された環境制御用空気流路432(図3(a))を流れる。環境制御用空気流路432を通過した空気は、環境制御用空気導出路432outから導出される。   The air supplied from the outside flows in the flow paths formed in the oxygen electrode side separator 140 as follows. The air is introduced from the environment control air introduction path 432in, and flows through the environment control air flow path 432 (FIG. 3A) formed at a position in contact with the porous portion P. The air that has passed through the environment control air flow path 432 is led out from the environment control air lead-out path 432out.

環境制御用空気導出路432outから導出された空気は、燃料電池外部配管434を経由して反応用空気導入路430inに供給される。反応用空気導入路430inに供給された空気は、反応用空気流路430(図3(b))を流れて電気化学反応に供される。電気化学反応に供された反応済み空気は、反応用空気導出路430outを介してセル110から排出される。   The air led out from the environment control air lead-out path 432out is supplied to the reaction air introduction path 430in via the fuel cell external pipe 434. The air supplied to the reaction air introduction passage 430in flows through the reaction air passage 430 (FIG. 3B) and is supplied to the electrochemical reaction. The reacted air subjected to the electrochemical reaction is exhausted from the cell 110 through the reaction air lead-out path 430out.

図4は、多孔質部Pを経由して反応生成水が移動する様子を示す説明図である。この説明図は、2枚積層されたセル110のスタックを横方向から見た図である。図4から分かるように、多孔質部Pは、反応用空気流路430と環境制御用空気流路432との間に配置されている。   FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the reaction product water moves through the porous part P. This explanatory view is a view of a stack of two stacked cells 110 as viewed from the side. As can be seen from FIG. 4, the porous portion P is disposed between the reaction air flow path 430 and the environment control air flow path 432.

反応用空気流路430は、酸素極124のガス拡散層と多孔質部Pとに接する位置に形成されている。環境制御用空気流路432は、多孔質部Pに接するとともに酸素極124のガス拡散層に接しない位置に形成されている。   The reaction air channel 430 is formed at a position in contact with the gas diffusion layer of the oxygen electrode 124 and the porous portion P. The environment control air flow path 432 is formed at a position in contact with the porous portion P and not in contact with the gas diffusion layer of the oxygen electrode 124.

酸素極124のガス拡散層からは、MEAで生成された反応生成水が排出されている。この反応生成水は、多孔質部Pに吸収されるとともに、環境制御用空気流路432側に排出される。環境制御用空気流路432側に排出された反応生成水は、環境制御用空気流路432を通過する空気中で気化する。この気化によって、環境制御用空気流路432を通過する空気が加湿されるとともに、酸素極側セパレータ140が冷却されることになる。   Reaction product water generated by MEA is discharged from the gas diffusion layer of the oxygen electrode 124. The reaction product water is absorbed by the porous portion P and discharged to the environment control air flow path 432 side. The reaction product water discharged to the environment control air flow path 432 side is vaporized in the air passing through the environment control air flow path 432. By this vaporization, the air passing through the environmental control air flow path 432 is humidified and the oxygen electrode side separator 140 is cooled.

このように、本構成は、空気供給系統から加湿器を削除することができるという利点を有する。さらに、多孔質部Pで発生する生成水の気化潜熱によって酸素極側セパレータ140の冷却も行われるので、冷却系統の負担を軽減させることができるという利点も有する。   Thus, this structure has the advantage that a humidifier can be deleted from an air supply system. Furthermore, since the oxygen electrode side separator 140 is also cooled by the latent heat of vaporization of generated water generated in the porous portion P, there is an advantage that the burden on the cooling system can be reduced.

しかしながら、空気供給系統から供給される空気に不純物が含まれている場合には、多孔質部Pに反応生成水とともに吸収される不純物が蓄積されて多孔質部Pが閉塞を起こす可能性がある。本実施例は、この問題を以下のようにして解決することができる。   However, when the air supplied from the air supply system contains impurities, there is a possibility that impurities absorbed together with the reaction product water are accumulated in the porous portion P, and the porous portion P is clogged. . The present embodiment can solve this problem as follows.

B.本発明の実施例における多孔質部の浄化処理:
図5は、本発明の実施例における不純物排出処理の流れを示すフローチャートである。不純物排出処理は、燃料電池の発電停止に応じて処理が開始される(ステップS110)。燃料電池の発電停止後に処理を開始するのは、不純物の排出によって燃料電池100の発電に影響を与えないようにするためである。なお、燃料電池の発電停止に伴い、空気と水素ガスの燃料電池100への供給が停止されている。
B. Purification treatment of porous portion in the embodiment of the present invention:
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of impurity discharge processing in the embodiment of the present invention. The impurity discharge process is started in response to the stop of power generation of the fuel cell (step S110). The reason for starting the processing after stopping the power generation of the fuel cell is to prevent the generation of the impurities from affecting the power generation of the fuel cell 100. Note that the supply of air and hydrogen gas to the fuel cell 100 is stopped along with the stoppage of power generation of the fuel cell.

ステップS120では、コントローラ600は、2つの圧力計610、620(図1)による圧力の計測を開始する。圧力計610と圧力計620とは、それぞれ反応用空気流路430内の圧力と環境制御用空気流路432の圧力とを計測する。   In step S120, the controller 600 starts measuring pressure by the two pressure gauges 610 and 620 (FIG. 1). The pressure gauge 610 and the pressure gauge 620 measure the pressure in the reaction air flow path 430 and the pressure in the environment control air flow path 432, respectively.

ステップS130では、コントローラ600は、シャットオフバルブ436を閉鎖する。これにより、燃料電池外部配管434における空気の流れが遮断されるので、環境制御用空気流路432に供給された空気は、必ず多孔質部Pを経由して反応用空気流路430に流れることになる。   In step S130, the controller 600 closes the shutoff valve 436. As a result, the air flow in the fuel cell external pipe 434 is cut off, so that the air supplied to the environment control air flow path 432 always flows to the reaction air flow path 430 via the porous portion P. become.

ステップS140では、コントローラ600は、環境制御用空気流路432への空気の供給を再開する。これにより、環境制御用空気流路432から反応用空気流路430への多孔質部Pを経由した空気の流れが形成される。この流れは、燃料電池100による発電中の流体の流れとは逆向きの流れ、すなわち逆流となっている。空気の供給は、空気流量が所定の目標値に近づくように制御される。   In step S <b> 140, the controller 600 resumes the supply of air to the environment control air flow path 432. As a result, an air flow is formed from the environment control air flow path 432 to the reaction air flow path 430 through the porous portion P. This flow is a flow opposite to the flow of fluid during power generation by the fuel cell 100, that is, a reverse flow. The supply of air is controlled so that the air flow rate approaches a predetermined target value.

図6は、本発明の実施例において多孔質部Pに蓄積した不純物が排出される様子を示す説明図である。図4および図6から分かるように、不純物の排出は、このようにして多孔質部Pに形成された逆流によって実現される。この際、コントローラ600は、環境制御用空気流路432の圧力が過大となって燃料電池100を破損しないように空気供給量を制御する。具体的には、環境制御用空気流路432内部の圧力が所定の閾値(破損防止用閾値)を超えないように空気供給量が制御される。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing a state in which impurities accumulated in the porous portion P are discharged in the embodiment of the present invention. As can be seen from FIGS. 4 and 6, the discharge of impurities is realized by the backflow formed in the porous portion P in this way. At this time, the controller 600 controls the air supply amount so that the pressure of the environment control air flow path 432 does not become excessive and the fuel cell 100 is damaged. Specifically, the air supply amount is controlled so that the pressure inside the environmental control air flow path 432 does not exceed a predetermined threshold (threshold for preventing damage).

このように、空気の供給は、環境制御用空気流路432内部の圧力が破損防止用閾値を超えない範囲において、空気流量が所定の目標値に近づくように制御されることになる。なお、破損防止用閾値は、特許請求の範囲における「第3の閾値」に相当する。   In this way, the air supply is controlled so that the air flow rate approaches the predetermined target value in a range where the pressure inside the environment control air flow path 432 does not exceed the threshold for preventing damage. The damage prevention threshold corresponds to the “third threshold” in the claims.

多孔質部Pから排出された不純物は、反応用空気導出路430outを介して空気とともにセル110から排出される。この排出処理は、空気流量が所定の目標値に十分に近い状態において、反応用空気流路430内の圧力と環境制御用空気流路432の圧力との間の差が所定の閾値(停止判定用閾値)未満となるまで行われる(ステップS150)。   The impurities discharged from the porous portion P are discharged from the cell 110 together with air through the reaction air lead-out path 430out. In this discharge process, when the air flow rate is sufficiently close to a predetermined target value, the difference between the pressure in the reaction air flow path 430 and the pressure in the environmental control air flow path 432 is a predetermined threshold value (stop determination). (Step S150).

所定の閾値は、本実施例では、不純物の排出によって多孔質部Pの閉塞が十分に解消されたと決定できるような値に決定されている。なお、停止判定用閾値は、特許請求の範囲における「第2の閾値」に相当する。   In this embodiment, the predetermined threshold value is determined to be a value that can determine that the blockage of the porous portion P has been sufficiently eliminated by the discharge of impurities. The stop determination threshold corresponds to the “second threshold” in the claims.

ステップS160では、コントローラ600は、燃料電池システム10を停止する。これにより、燃料電池システム10は、不純物が多孔質部Pから排出された状態で停止することになるので、燃料電池システム10停止中における不純物の多孔質部Pへの固着を抑制することができる。   In step S160, the controller 600 stops the fuel cell system 10. As a result, the fuel cell system 10 is stopped in a state where the impurities are discharged from the porous portion P, so that the impurities can be prevented from sticking to the porous portion P while the fuel cell system 10 is stopped. .

このように、本実施例では、多孔質部Pを用いて反応用空気流路430からの排水を行う燃料電池100において、多孔質部Pから不純物を排出させることができるので多孔質部Pの閉塞を軽減させることができる。   Thus, in this embodiment, in the fuel cell 100 that drains the reaction air flow path 430 using the porous portion P, impurities can be discharged from the porous portion P. Blockage can be reduced.

なお、多孔質部Pに閉塞が生じていない場合には、上記圧力差が停止判定用閾値に達することなく空気流量が所定の目標値に近づいて、燃料電池システム10が停止されることになる。   When the porous portion P is not clogged, the pressure difference does not reach the stop determination threshold value, the air flow rate approaches a predetermined target value, and the fuel cell system 10 is stopped. .

また、たとえば空気流量が所定の目標値に近づいても、上記圧力差が停止判定用閾値よりも大きな閾値(起動判定用閾値)に達しなければ燃料電池システム10が直ちに停止されるように構成しても良い。こうすれば、多孔質部がある程度閉塞していなければ環境制御用流路の加圧が停止されることになるので、加圧を伴う作動の回数を削減して加圧による燃料電池の破損(特に疲労破損)を抑制することができる。さらに、運転に要するエネルギーを削減することもできる。   Further, for example, even if the air flow rate approaches a predetermined target value, the fuel cell system 10 is immediately stopped if the pressure difference does not reach a threshold value (startup determination threshold value) larger than the stop determination threshold value. May be. In this way, if the porous portion is not clogged to some extent, the pressurization of the environmental control flow path is stopped. Therefore, the number of operations involving pressurization is reduced and the fuel cell is damaged by pressurization ( In particular, fatigue failure) can be suppressed. Furthermore, the energy required for operation can be reduced.

なお、この場合には、起動判定用閾値が特許請求の範囲における「第1の閾値」に相当し、上記圧力差が起動判定用閾値に達して加圧が継続されることが特許請求の範囲における「特定の作動モードの起動」に相当する。   In this case, the activation determination threshold corresponds to the “first threshold” in the claims, and the pressure difference reaches the activation determination threshold and pressurization is continued. Corresponds to “activation of a specific operation mode”.

C.変形例:
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
C. Variations:
As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and implementation in various aspects is possible within the range which does not deviate from the summary. It is. For example, the following modifications are possible.

C−1.上記実施例では、環境制御用流路が反応用流路の下流部に配置されているとともに反応用流路の下流部には冷媒流路が配置されているが、反応用流路の全面に環境制御用流路が配置されるように構成しても良い。 C-1. In the above embodiment, the environmental control flow path is disposed in the downstream portion of the reaction flow path and the refrigerant flow path is disposed in the downstream portion of the reaction flow path. You may comprise so that the flow path for environmental control may be arrange | positioned.

C−2.上記実施例では、反応用流路の上流に装備されたシャットオフバルブを閉じて多孔質部で反応ガスを環境制御用流路から反応用流路に流すことによって閉塞を解消しているが、シャットオフバルブを装備することなく、反応ガスの供給量を増大させるだけでも閉塞の軽減を簡易に実現することができる。こうすれば、反応ガス流路に滞留した不純物を外部に排出することができるので、多孔質部への不純物の侵入を抑制することができるからである。ただし、上記実施例は、より顕著な効果を奏することができるという利点がある。 C-2. In the above embodiment, the clogging is eliminated by closing the shutoff valve installed upstream of the reaction channel and flowing the reaction gas from the environmental control channel to the reaction channel in the porous part. The clogging can be easily reduced by simply increasing the supply amount of the reaction gas without providing a shut-off valve. This is because the impurities staying in the reaction gas channel can be discharged to the outside, so that the intrusion of impurities into the porous portion can be suppressed. However, the above embodiment has an advantage that a more remarkable effect can be obtained.

さらに、反応用流路と環境制御用流路のいずれか一方の下流側に流量を制御するためのバルブを備えるように燃料電池を構成し、反応ガス供給部とバルブとを制御して、反応用流路と環境制御用流路のうちバルブが備えられている側の流路から他方の流路に、多孔質部を経由して反応ガスを流れさせるようにしても良い。   Further, the fuel cell is configured to include a valve for controlling the flow rate on the downstream side of one of the reaction flow path and the environment control flow path, and the reaction gas supply unit and the valve are controlled to react. The reaction gas may be caused to flow from the flow path on the side where the valve is provided to the other flow path of the main flow path and the environmental control flow path via the porous portion.

C−3.上記実施例では、反応用流路が環境制御用流路の下流側に直列に接続されているが、反応用流路と環境制御用流路とを接続せずに独立して加湿空気が供給されるように構成しても良い。 C-3. In the above embodiment, the reaction channel is connected in series downstream of the environmental control channel, but humidified air is supplied independently without connecting the reaction channel and the environmental control channel. It may be configured as described above.

具体的には、たとえば図示しない加湿器が反応用流路に加湿空気を供給するとともに、加湿しない空気を環境制御用流路に供給するように構成しても良い。このように、反応用流路と環境制御用流路とを接続せずに独立して空気を供給する構成には、きめ細かな制御を実現することができるという利点がある。反応用流路と環境制御用流路に供給される空気の湿度と流量とを独立して制御することができるからである。独立して空気を供給する構成には、さらに、環境制御用流路から反応用流路に流すだけでなく反応用流路から環境制御用流路に反応ガスを流すことによって閉塞を解消させることもできるという利点もある。   Specifically, for example, a humidifier (not shown) may supply the humidified air to the reaction flow path and supply unhumidified air to the environmental control flow path. As described above, the configuration in which air is supplied independently without connecting the reaction flow path and the environment control flow path has an advantage that fine control can be realized. This is because the humidity and flow rate of air supplied to the reaction channel and the environment control channel can be controlled independently. In the configuration in which air is supplied independently, the blockage is eliminated not only by flowing the reaction gas from the environment control channel to the reaction channel but also by flowing the reaction gas from the reaction channel to the environment control channel. There is also an advantage of being able to.

一方、上記実施例の構成は、前述のように空気供給系統から加湿器を削除することができるとともに、冷却系統の負担を軽減させることができるという利点を有する。   On the other hand, the structure of the said Example has the advantage that the humidifier can be deleted from an air supply system as mentioned above, and the burden of a cooling system can be reduced.

C−4.上記実施例では、セパレータが溝を有することによって反応用流路と環境制御用流路とが形成されているが、たとえば電極側に溝を設けて反応用流路と環境制御用流路とを形成するように構成しても良い。本発明では、セパレータに溝を形成する方法に電極に限らず、多孔質部と電極とに接する位置に反応用流路が形成され、多孔質部に接し電極に接しない位置に環境制御用流路が形成されるように燃料電池が構成されていれば良い。 C-4. In the above embodiment, the separator has a groove to form a reaction channel and an environment control channel. For example, a groove is provided on the electrode side to provide a reaction channel and an environment control channel. You may comprise so that it may form. In the present invention, the method of forming the groove in the separator is not limited to the electrode, and the reaction flow path is formed at a position in contact with the porous portion and the electrode, and the environment control flow is in a position in contact with the porous portion and not in contact with the electrode. It suffices if the fuel cell is configured so that the path is formed.

C−5.上記実施例では、反応用流路と環境制御用流路とを酸素極側に有するように燃料電池が構成されているが、水素極側に有するように燃料電池を構成するようにしても良い。ただし、酸素極において過剰な水が発生し易いため、反応用流路と環境制御用流路とを酸素極側に有するような構成において、本発明は顕著な効果を奏することができる。 C-5. In the above embodiment, the fuel cell is configured to have the reaction channel and the environmental control channel on the oxygen electrode side. However, the fuel cell may be configured to have it on the hydrogen electrode side. . However, since excessive water is likely to be generated in the oxygen electrode, the present invention can achieve a remarkable effect in a configuration in which the reaction channel and the environmental control channel are provided on the oxygen electrode side.

C−6.上記実施例では、燃料電池システムが有する特定の作動モードによって多孔質部の洗浄が行われているが、たとえば第1変形例に開示される燃料電池システム10aのように反応用流路に供給される反応ガスを濾過するための濾過器439を燃料電池に装備するようにしても良いし、組み合わせても良い。こうすれば、反応用流路に流れ込む不純物を少なくすることができるので、反応用流路から多孔質部内へ侵入する不純物の量を削減して閉塞を軽減させることができる。 C-6. In the above embodiment, the porous portion is cleaned in a specific operation mode of the fuel cell system. However, the porous portion is supplied to the reaction channel as in the fuel cell system 10a disclosed in the first modification, for example. The fuel cell may be equipped with a filter 439 for filtering the reaction gas, or may be combined. In this case, since impurities flowing into the reaction channel can be reduced, the amount of impurities entering the porous portion from the reaction channel can be reduced, and the blockage can be reduced.

ここで、濾過器439が環境制御用流路432の下流側に装備されているのは、セパレータ内部で発生するカーボン粉や金属粉、繊維くずといった不純物をも濾過するためであるが、環境制御用流路432の上流側に装備するようにしても良い。このように、濾過器439は、反応用流路に供給される反応ガスを濾過できる位置に装備されていればよい。   Here, the reason why the filter 439 is provided on the downstream side of the environment control flow path 432 is to filter impurities such as carbon powder, metal powder, and fiber waste generated inside the separator. You may make it equip in the upstream of the flow path 432 for use. Thus, the filter 439 should just be equipped in the position which can filter the reaction gas supplied to the flow path for reaction.

なお、濾過器は、たとえば第2変形例に開示される燃料電池システム10bのようにイオン交換処理を行う濾過器431をも用いて濾過処理を行うようにしても良い。こうすれば、反応ガス内にイオンとして存在する不純物をも濾過することができるからである。さらに、燃料電池内部で発生する不純物としてのイオンをも削減することもできるという利点もある。   Note that the filter may be filtered using a filter 431 that performs ion exchange as in the fuel cell system 10b disclosed in the second modification, for example. This is because impurities present as ions in the reaction gas can also be filtered. Further, there is an advantage that ions as impurities generated inside the fuel cell can be reduced.

また、イオン交換処理は、特に陽イオン交換処理を含むようにすることが好ましい。陽イオン不純物は陽イオン交換膜における陽イオン伝導率の低下の原因となるので、こうすれば、陽イオン交換膜への陽イオン不純物の堆積による燃料電池の性能低下をも軽減させることができるという利点もあるからである。   The ion exchange treatment preferably includes a cation exchange treatment. Since cation impurities cause a decrease in cation conductivity in the cation exchange membrane, this can also reduce fuel cell performance degradation due to the deposition of cation impurities on the cation exchange membrane. This is because there are advantages.

さらに、たとえば多孔質部に蓄積した不純物を溶解あるいは中和する流体を供給するように構成された物であっても良い。一般に、本発明の燃料電池は、反応用流路から多孔質部内へ侵入する不純物による多孔質部の閉塞を軽減させる閉塞軽減部を備えるように構成されていれば良い。   Further, for example, a material configured to supply a fluid that dissolves or neutralizes impurities accumulated in the porous portion may be used. In general, the fuel cell of the present invention may be configured to include a clogging reduction portion that reduces clogging of the porous portion due to impurities entering the porous portion from the reaction channel.

C−7.上記実施例では、MEAはイオン交換膜として陽イオン交換膜(プロトン交換膜)を使用しているが、本発明は、イオン交換膜を使用する燃料電池に広く適用可能であり、顕著な効果を奏する。イオン交換膜には、たとえば炭化水素系イオン交換膜やフッ素系イオン交換膜がある。また、本発明は、イオン交換膜を使用する燃料電池に限られず、他の電解質を使用する燃料電離に広く適用可能である。 C-7. In the above embodiment, the MEA uses a cation exchange membrane (proton exchange membrane) as an ion exchange membrane, but the present invention is widely applicable to fuel cells using an ion exchange membrane and has a remarkable effect. Play. Examples of the ion exchange membrane include a hydrocarbon ion exchange membrane and a fluorine ion exchange membrane. The present invention is not limited to fuel cells that use ion exchange membranes, and can be widely applied to fuel ionization that uses other electrolytes.

本発明の実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system in the Example of this invention. 燃料電池100のセルの構成を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration of a cell of the fuel cell 100. セパレータに形成された流路内を反応ガスや冷却液が流れる様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that a reactive gas and a cooling fluid flow through the flow path formed in the separator. 多孔質部Pを経由して生成水が移動する様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that produced | generated water moves via the porous part P. FIG. 本実施例において多孔質部Pに蓄積した不純物が排出される様子を示す説明図Explanatory drawing which shows a mode that the impurity accumulate | stored in the porous part P is discharged | emitted in a present Example. 本発明の実施例において多孔質部Pに蓄積した不純物が排出される様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows a mode that the impurity accumulate | stored in the porous part P in the Example of this invention is discharged | emitted. 本発明の第1変形実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system in the 1st modification of this invention. 本発明の第2変形実施例における燃料電池システムの概略構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system in the 2nd modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…燃料電池システム
100…燃料電池
110…セル
120…MEA
122…電解質膜
124…酸素極
126…水素極
130…水素極側セパレータ
140…酸素極側セパレータ
302…水素タンク
304…減圧弁
306…流量制御弁
310…水素ガス供給管
330…水素ガス流路
330in…水素ガス導入路
330out…水素ガス導出路
390…水素ガス排出管
392…遮断弁
402…空気ブロワ
410…空気供給管
430…反応用空気流路
430in…反応用空気導入路
430out…反応用空気導出路
432…環境制御用空気流路
432in…環境制御用空気導入路
432out…環境制御用空気導出路
434…燃料電池外部配管
436…シャットオフバルブ
490…空気排出管
502…循環ポンプ
504…熱交換器
510…冷却液供給管
530…冷却液流路
530in…冷却液導入路
530out…冷却液導出路
600…コントローラ
610、620…圧力計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell system 100 ... Fuel cell 110 ... Cell 120 ... MEA
122 ... Electrolyte membrane 124 ... Oxygen electrode 126 ... Hydrogen electrode 130 ... Hydrogen electrode side separator 140 ... Oxygen electrode side separator 302 ... Hydrogen tank 304 ... Pressure reducing valve 306 ... Flow control valve 310 ... Hydrogen gas supply pipe 330 ... Hydrogen gas flow path 330in ... Hydrogen gas introduction path 330out ... Hydrogen gas lead-out path 390 ... Hydrogen gas discharge pipe 392 ... Shut-off valve 402 ... Air blower 410 ... Air supply pipe 430 ... Reaction air flow path 430in ... Reaction air introduction path 430out ... Reaction air lead-out Path 432 ... Environment control air flow path 432 in ... Environment control air introduction path 432 out ... Environment control air lead-out path 434 ... Fuel cell external pipe 436 ... Shut-off valve 490 ... Air discharge pipe 502 ... Circulation pump 504 ... Heat exchanger 510 ... Coolant supply pipe 530 ... Coolant flow channel 530in ... Coolant guide Road 530Out ... coolant outlet passage 600 ... controller 610 ... pressure gauge

Claims (5)

燃料電池であって、
電解質と、
触媒層を有するとともに、前記触媒層が前記電解質に接合された第1と第2の電極と、
多孔質材料で形成された多孔質部を少なくとも一部に有し、前記第1の電極に接して設けられた第1のセパレータと、
を備え、
前記燃料電池は、前記多孔質部と前記第1の電極とに接する位置において少なくとも一部の反応用流路が形成されるとともに、前記多孔質部に接し前記第1の電極に接しない位置に環境制御用流路が形成されるように構成されており、
前記燃料電池は、さらに前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方から前記多孔質部内へ侵入する不純物による前記多孔質部の閉塞を軽減させる閉塞軽減部を備え、
前記閉塞軽減部は、前記反応用流路と前記環境制御用流路の少なくとも一方に供給される反応ガスを濾過する濾過器を含み、
前記濾過器は、イオン交換処理による濾過を含む濾過処理を行うことを特徴とする、燃料電池。
A fuel cell,
Electrolyte,
First and second electrodes having a catalyst layer, wherein the catalyst layer is joined to the electrolyte;
A first separator having at least a portion of a porous portion formed of a porous material and provided in contact with the first electrode;
With
In the fuel cell, at least a part of the reaction channel is formed at a position in contact with the porous portion and the first electrode, and at a position in contact with the porous portion and not in contact with the first electrode. It is configured to form a flow path for environmental control,
The fuel cell further includes a clogging reduction unit that reduces clogging of the porous part due to impurities entering the porous part from at least one of the reaction channel and the environment control channel,
The clogging reduction unit includes a filter that filters the reaction gas supplied to at least one of the reaction channel and the environment control channel,
The fuel cell according to claim 1, wherein the filter performs a filtration process including a filtration by an ion exchange process.
請求項1記載の燃料電池であって、
前記イオン交換処理は、陽イオン交換処理を含む、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
The ion exchange treatment includes a cation exchange treatment.
請求項1記載の燃料電池であって、
前記反応用流路には、酸化ガスが供給されることを特徴とする、燃料電池。
The fuel cell according to claim 1, wherein
An oxidation gas is supplied to the reaction flow path.
請求項1ないし3のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記第1のセパレータには、前記燃料電池を冷却するための冷媒を流すための冷媒流路が形成されている、燃料電池。
A fuel cell according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell, wherein the first separator is formed with a refrigerant flow path for flowing a refrigerant for cooling the fuel cell.
請求項1ないし4のいずれかに記載の燃料電池であって、
前記燃料電池は、前記環境制御用流路が前記反応用流路の上流側に直列に接続されるように構成されている、燃料電池。
A fuel cell according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell is configured so that the environmental control flow path is connected in series upstream of the reaction flow path.
JP2004005108A 2004-01-13 2004-01-13 Fuel cell Expired - Fee Related JP4415678B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004005108A JP4415678B2 (en) 2004-01-13 2004-01-13 Fuel cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004005108A JP4415678B2 (en) 2004-01-13 2004-01-13 Fuel cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005203118A JP2005203118A (en) 2005-07-28
JP4415678B2 true JP4415678B2 (en) 2010-02-17

Family

ID=34819528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004005108A Expired - Fee Related JP4415678B2 (en) 2004-01-13 2004-01-13 Fuel cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4415678B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5012801B2 (en) * 2006-07-13 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP5241187B2 (en) * 2007-09-27 2013-07-17 三洋電機株式会社 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005203118A (en) 2005-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2663739C (en) Fuel cell system
TWI382578B (en) Multi-layer fuel cell diffuser
JP4644064B2 (en) Fuel cell system
JP5596758B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP5103998B2 (en) Fuel cell system
US8431278B2 (en) Passive water drain
JP2001216987A (en) Humidifying system for fuel cell
JP2008269841A (en) Fuel cell system
JP5940891B2 (en) Ventilation method for fuel cell system
JP2004031135A (en) Fuel cell and its control method
JP3973869B2 (en) Humidifier for fuel cell and fuel cell system
JP4028320B2 (en) Fuel circulation fuel cell system
JP2008210705A (en) Air bubble removing system for fuel cell and fuel cell system equipped with this
JP2008027674A (en) Humidifier for fuel cell
JP2008300057A (en) Fuel cell system
JP4415678B2 (en) Fuel cell
JP5872315B2 (en) Method and apparatus for starting fuel cell system
JP5468540B2 (en) Sealed separator unit incorporated in gas supply means of fuel cell system
JP2006338984A (en) Fuel cell system
JP2009064619A (en) Fuel cell system
JP2005190865A (en) Low temperature type fuel cell system
JP2005108698A (en) Fuel cell system
JP5158407B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2008243755A (en) Humidification module, humidification control device and fuel cell system
JP2004146147A (en) Fuel cell system and control method of the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20081210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090310

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090416

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090915

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091007

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: 20091104

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: 20121204

Year of fee payment: 3

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131204

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees