JP4830277B2 - Fuel cell device - Google Patents

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Description

本発明は、アノードガス流路、カソードガス流路にそれぞれ流れるアノードガス、カソードガスを膜電極接合体で電気化学反応させることで電力を生成する燃料電池装置に関する。   The present invention relates to a fuel cell device that generates electric power by causing an anode gas and a cathode gas flowing in an anode gas channel and a cathode gas channel, respectively, to electrochemically react in a membrane electrode assembly.

近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。   In recent years, research and development have been actively conducted on fuel cells that can achieve high energy use efficiency. A fuel cell is one that directly extracts electrical energy from chemical energy by electrochemically reacting hydrogen gas in the anode gas and oxygen gas in the air, and is positioned as a promising battery with great potential. Yes.

従来の燃料電池はセパレータと膜電極接合体とを交互に積層することでスタック化されており、二つのセパレータに挟持された膜電極接合体を１つの発電セルとしている（例えば、特許文献１参照）。膜電極接合体は固体高分子電解質膜の両面にガス拡散層を積層したものであり、セパレータは両面に流路を形成したものであり、セパレータの一方の面に形成された流路にはアノードガスが流れ、他方の面に形成された流路にはカソードガスが流れる。   Conventional fuel cells are stacked by alternately laminating separators and membrane electrode assemblies, and a membrane electrode assembly sandwiched between two separators is used as one power generation cell (see, for example, Patent Document 1). ). The membrane electrode assembly is a laminate in which gas diffusion layers are laminated on both sides of a solid polymer electrolyte membrane. The separator is a channel in which a channel is formed on both sides. The channel formed on one side of the separator has an anode. The gas flows, and the cathode gas flows through the flow path formed on the other surface.

燃料電池で効率よく発電を行うには適正な温度があり、燃料電池を適正な温度に保つために燃料電池を加熱したり冷却したりする必要がある。そのために、燃料電池に電熱材を設け、電熱材で加熱することが行われている（特許文献１参照）。
特開２００２−３１３３９１号公報 In order to efficiently generate power with the fuel cell, there is an appropriate temperature, and it is necessary to heat or cool the fuel cell in order to keep the fuel cell at an appropriate temperature. For this purpose, an electric heating material is provided in the fuel cell and heated by the electric heating material (see Patent Document 1).
JP 2002-313391 A

ところが、電熱材で燃料電池を加熱するためには電力を必要とするため、エネルギーの利用効率が悪かった。
そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、燃料電池においてエネルギーの利用効率を向上させることを目的とする。 However, in order to heat a fuel cell with an electric heating material, since electric power is required, the energy utilization efficiency was bad.
Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to improve the efficiency of energy use in a fuel cell.

以上の課題を解決するために、本発明の燃料電池装置は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方に面し、アノードガスが流れるアノードガス流路と、前記膜電極接合体の他方の面に面し、カソードガスが流れるカソードガス流路と、燃焼触媒が形成された熱交換流路と、前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れるアノードガスの流量を調整するアノードガス流量調整部と、前記熱交換流路へ流れるカソードガスの流量を調整するカソードガス流量調整部と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度が設定閾温度未満の場合に、アノードガスが前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れるよう前記アノードガス流量調整部を制御するとともにカソードガスが前記熱交換流路に流れるよう前記カソードガス流量調整部を制御する制御部と、
前記膜電極接合体によって生成された電力を入力するＤＣ−ＤＣコンバータと、を備え、
前記熱交換流路は、前記燃料電池本体と前記熱交換流路に流れる流体との熱交換を行い、
前記制御部は、前記温度測定手段により測定された温度が前記設定閾温度以上であって更に危険閾温度を超えた場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を高くするように制御する。 In order to solve the above-described problems, a fuel cell device according to the present invention includes a membrane electrode assembly, an anode gas flow channel facing one of the membrane electrode assemblies, through which anode gas flows, and the membrane electrode assembly. Facing the other surface, the cathode gas flow path through which the cathode gas flows, the heat exchange flow path in which the combustion catalyst is formed, and the anode for adjusting the flow rate of the anode gas flowing from the anode gas flow path to the heat exchange flow path A fuel cell body having a gas flow rate adjusting unit, and a cathode gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the cathode gas flowing to the heat exchange flow path,
Temperature measuring means for measuring the temperature of the fuel cell body;
When the temperature measured by the temperature measuring means is lower than a set threshold temperature, the anode gas flow rate adjusting unit is controlled so that the anode gas flows from the anode gas flow path to the heat exchange flow path, and the cathode gas is heated by the heat. A control unit for controlling the cathode gas flow rate adjusting unit to flow in the exchange channel;
A DC-DC converter for inputting power generated by the membrane electrode assembly,
The heat exchange flow path performs heat exchange between the fuel cell main body and the fluid flowing in the heat exchange flow path,
The controller controls the input voltage of the DC-DC converter to be increased when the temperature measured by the temperature measuring means is equal to or higher than the set threshold temperature and further exceeds the dangerous threshold temperature .

以上のように、温度測定手段により測定された温度が設定閾温度未満の場合に、制御部がアノードガス流量調整部及びカソードガス流量調整部を制御することによって、アノードガスがアノードガス流路から熱交換流路へ流れ、カソードガスも熱交換流路へ流れる。そのため、熱交換流路に形成された燃焼触媒によってアノードガス中の水素ガスがカソードガス中の酸素と燃焼反応して、燃焼熱が生じる。従って、燃料電池本体が加熱される。このように、電熱材ではなくアノードガスの燃焼によって燃料電池本体が加熱されるから、エネルギーの利用効率が向上する。さらに、温度測定手段により測定された温度が危険閾温度を超えた場合に、制御部がＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を制御することによって、燃料電池本体の熱損失を下げることができ、燃料電池本体を危険閾温度以上にならないようにすることができる。 As described above, when the temperature measured by the temperature measuring means is lower than the set threshold temperature, the control unit controls the anode gas flow rate adjusting unit and the cathode gas flow rate adjusting unit, so that the anode gas is removed from the anode gas flow path. The cathode gas also flows to the heat exchange channel. Therefore, the combustion catalyst formed in the heat exchange channel causes the hydrogen gas in the anode gas to undergo a combustion reaction with the oxygen in the cathode gas, thereby generating combustion heat. Accordingly, the fuel cell body is heated. In this way, the fuel cell body is heated by the combustion of the anode gas rather than the electric heating material, so that the energy utilization efficiency is improved. Further, when the temperature measured by the temperature measuring means exceeds the danger threshold temperature, the control unit controls the input voltage of the DC-DC converter, so that the heat loss of the fuel cell body can be reduced, and the fuel cell It is possible to prevent the main body from exceeding the danger threshold temperature.

好ましくは、前記制御部は、前記温度測定手段により測定された温度が前記設定閾温度以上の場合に、アノードガスが前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れないよう前記アノードガス流量調整部を制御するとともにカソードガスが前記熱交換流路に流れるよう前記カソードガス流量調整部を制御する。   Preferably, the control unit adjusts the anode gas flow rate so that the anode gas does not flow from the anode gas channel to the heat exchange channel when the temperature measured by the temperature measuring unit is equal to or higher than the set threshold temperature. And controlling the cathode gas flow rate adjusting unit so that the cathode gas flows into the heat exchange flow path.

すなわち、温度測定手段により測定された温度が設定閾温度以上の場合には、制御部がアノードガス流量調整部及びを制御することによって、アノードガスが熱交換流路に流れないが、カソードガスが熱交換流路に流れる。そのため、熱交換流路では燃焼が起こらないが、熱交換流路を流れるカソードガスによって燃料電池本体が冷却される。   That is, when the temperature measured by the temperature measuring means is equal to or higher than the set threshold temperature, the control unit controls the anode gas flow rate adjusting unit, so that the anode gas does not flow into the heat exchange flow path. It flows to the heat exchange channel. Therefore, although combustion does not occur in the heat exchange channel, the fuel cell main body is cooled by the cathode gas flowing through the heat exchange channel.

また、温度測定手段により測定された温度が設定閾温度未満の場合には、燃料電池本体が加熱され、温度測定手段により測定された温度が設定閾温度以上の場合には、燃料電池本体が空冷されるから、燃料電池本体の温度をおおよそ設定閾温度に保つことができる。   Further, when the temperature measured by the temperature measuring means is lower than the set threshold temperature, the fuel cell main body is heated, and when the temperature measured by the temperature measuring means is equal to or higher than the set threshold temperature, the fuel cell main body is air-cooled. Therefore, the temperature of the fuel cell main body can be kept approximately at the set threshold temperature.

好ましくは、前記燃料電池装置が、前記温度測定手段により測定された前記燃料電池本体の温度が前記設定閾温度未満の場合に、前記制御部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流から前記アノードガス中の未反応の水素量を算出し、前記水素量を燃焼するのに必要な前記カソードガス流量を計算し、計算された前記カソードガス流量になるように前記カソードガス流量調整部を調整する。 Preferably, the fuel cell device, when the temperature of the fuel cell body, which is measured by said temperature measuring means is less than the set threshold temperature, the control section, the anode gas from the DC-DC converter input current The amount of unreacted hydrogen is calculated, the cathode gas flow rate required to burn the hydrogen amount is calculated, and the cathode gas flow rate adjusting unit is adjusted so as to obtain the calculated cathode gas flow rate.

以上のように、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流は膜電極接合体で生成された電気エネルギーに依存し、更には膜電極接合体で反応した水素ガスの量に依存するから、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流から未反応の水素ガス量が把握できる。即ち、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流に応じてカソードガス流量調整部によるカソードガスの流量を制御することは、未反応の水素ガスの量に応じてカソードガスの流量を制御することと実質的に同じであるから、未反応の水素ガスを燃焼させるのに適切な量のカソードガスを供給することができる。そのため、燃料電池本体の温度制御をより正確に行うことができる。 As described above, the input current of the DC-DC converter depends on the electric energy generated in the membrane electrode assembly, and further depends on the amount of hydrogen gas reacted in the membrane electrode assembly. The amount of unreacted hydrogen gas can be determined from the input current. That is, controlling the cathode gas flow rate by the cathode gas flow rate adjusting unit according to the input current of the DC-DC converter is substantially equivalent to controlling the cathode gas flow rate according to the amount of unreacted hydrogen gas. Since it is the same, an appropriate amount of cathode gas can be supplied to burn unreacted hydrogen gas. Therefore, the temperature control of the fuel cell main body can be performed more accurately.

本発明によれば、電熱材ではなくアノードガスの燃焼によって燃料電池本体が加熱されるから、エネルギーの利用効率が向上する。   According to the present invention, since the fuel cell main body is heated by the combustion of the anode gas, not the electric heating material, the energy utilization efficiency is improved.

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

図１は、発電装置２００のブロック図である。
この発電装置２００は、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に備え付けられたものであり、電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。 FIG. 1 is a block diagram of the power generation device 200.
The power generation device 200 includes a desktop personal computer, a notebook personal computer, a mobile phone, a PDA (Personal Digital Assistant), an electronic notebook, a wristwatch, a digital still camera, a digital video camera, a game device, a game machine, a household electric device, It is provided in other electronic devices and is used as a power source for operating the electronic device main body.

発電装置２００は、メタノール等の燃料と水を別々に又は混合した状態で貯留した燃料容器２０１と、燃料容器２０１から供給された燃料と水を気化させる気化器２０３と、燃料容器２０１から燃料と水を吸引するとともに吸引した燃料と水を気化器２０３に供給する燃料ポンプ２０２と、気化器２０３から供給された燃料と水の混合気から水素ガスと二酸化炭素ガス等を化学反応式（１）、（２）のように生成する改質器２０４と、改質器２０４から供給された混合気中の一酸化炭素を化学反応式（３）のように酸化させることで混合気から一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器２０５と、一酸化炭素除去器２０５から供給された混合気のうち水素ガスと外気の酸素ガスとの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池本体１と、外気の空気を吸引するとともに吸引した空気を一酸化炭素除去器２０５及び燃料電池本体１に供給する空気ポンプ２０６と、を備える。 The power generation apparatus 200 includes a fuel container 201 that stores fuel such as methanol and water separately or in a mixed state, a vaporizer 203 that vaporizes the fuel and water supplied from the fuel container 201, and fuel from the fuel container 201. A fuel pump 202 that sucks water and supplies the sucked fuel and water to the vaporizer 203, and a chemical reaction formula (1) for hydrogen gas, carbon dioxide gas, etc. from the fuel / water mixture supplied from the vaporizer 203 The reformer 204 generated as shown in (2) and the carbon monoxide in the gas mixture supplied from the reformer 204 are oxidized as shown in the chemical reaction formula (3), so that the carbon monoxide from the gas mixture. A carbon monoxide remover 205 for removing water, and a fuel cell main body 1 that generates electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen gas in the outside air in the gas mixture supplied from the carbon monoxide remover 205 Comprises an air pump 206 for supplying suction air to the carbon monoxide remover 205, and the fuel cell body 1 sucks the outside air of the air.

ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2 …（１）
２ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→５Ｈ2＋ＣＯ＋ＣＯ2 …（２）
２ＣＯ＋Ｏ2→２ＣＯ2 …（３） CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (2)
2CO + O 2 → 2CO 2 (3)

気化器２０３、燃料ポンプ２０２、改質器２０４、一酸化炭素除去器２０５及び空気ポンプ２０６は、電子機器本体に搭載されている。それに対し、燃料容器２０１は電子機器本体に対して着脱可能に設けられており、電子機器本体に対して燃料容器２０１が装着された場合に燃料容器２０１内の燃料が燃料ポンプ２０２によって気化器２０３に送られる。燃料電池本体１は電子機器本体に着脱可能に設けられていても良いし、電子機器本体に固定されていても良い。   The vaporizer 203, the fuel pump 202, the reformer 204, the carbon monoxide remover 205, and the air pump 206 are mounted on the electronic device body. On the other hand, the fuel container 201 is provided so as to be detachable from the electronic apparatus main body. When the fuel container 201 is attached to the electronic apparatus main body, the fuel in the fuel container 201 is vaporized by the fuel pump 202 by the vaporizer 203. Sent to. The fuel cell main body 1 may be detachably attached to the electronic device main body, or may be fixed to the electronic device main body.

なお、燃料容器２０１に貯留された燃料は、メタノールの代わりに、エタノール等のアルコール類やガソリンといった水素原子を含む化合物が適用可能である。   As the fuel stored in the fuel container 201, a compound containing hydrogen atoms such as alcohols such as ethanol or gasoline can be used instead of methanol.

本発明を適用した実施形態における燃料電池装置は、上記燃料電池本体１と、図１１に示されたようなコントローラ８０と、を備える。   A fuel cell device according to an embodiment to which the present invention is applied includes the fuel cell main body 1 and a controller 80 as shown in FIG.

図２は、スタック型の燃料電池本体１の厚さ方向に平行な切断面の端面図である。図２に示すように、この燃料電池本体１は、複数の燃料電池ユニットが電気的に直列に接続されるように積層されたものである。燃料電池本体１は、マイナス極の集電板２と、この集電板２に対してほぼ平行なプラス極の集電板３と、集電板２と集電板３との間において交互に積層された複数の膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）４及び複数の両面セパレータ５と、を備え、図示しないボルトナット結合により厚さ方向に締め付けられたものである。各燃料電池ユニットは、膜電極接合体４が両面を２枚の両面セパレータ５，５によって挟まれた構造、集電板２及び両面セパレータ５によって挟まれた構造又は集電板３及び両面セパレータ５によって挟まれた構造である。１枚の両面セパレータ５は、一方の面が燃料電池ユニットの水素極側に配置され、他方の面が隣接する他の燃料電池ユニットの酸素極側に配置されている。なお、ボルトナット結合をはずすと、この燃料電池本体１を集電板２，３、複数の膜電極接合体４及び複数の両面セパレータ５に分離することができる。また図２では燃料電池ユニットの数は４つであるがこれに限らない。   FIG. 2 is an end view of a cut surface parallel to the thickness direction of the stack type fuel cell main body 1. As shown in FIG. 2, the fuel cell main body 1 is formed by stacking a plurality of fuel cell units so that they are electrically connected in series. The fuel cell main body 1 includes a negative current collector plate 2, a positive current collector plate 3 substantially parallel to the current collector plate 2, and a current collector plate 2 and a current collector plate 3 alternately. A plurality of laminated membrane electrode assemblies (MEA) 4 and a plurality of double-sided separators 5 are provided, and are tightened in the thickness direction by bolt and nut coupling (not shown). Each fuel cell unit has a structure in which the membrane electrode assembly 4 is sandwiched between two double-sided separators 5, 5, a structure sandwiched between the current collector plate 2 and the double-sided separator 5, or the current collector plate 3 and the double-sided separator 5. It is a structure sandwiched between. One side of the double-sided separator 5 is disposed on the hydrogen electrode side of the fuel cell unit, and the other surface is disposed on the oxygen electrode side of another adjacent fuel cell unit. When the bolt-nut connection is removed, the fuel cell main body 1 can be separated into current collector plates 2 and 3, a plurality of membrane electrode assemblies 4, and a plurality of double-sided separators 5. In FIG. 2, the number of fuel cell units is four, but is not limited thereto.

図３、図４を用いて膜電極接合体４について説明する。図３は、膜電極接合体４の平面図であり、図４は、図３に示された切断面IV−IVに沿って切断したときの矢視断面図である。図３、図４に示すように、この膜電極接合体４は、固体高分子電解質膜６と、ガス拡散層７，８と、触媒９，１０と、ガスケット１１，１２とを備えて構成されている。   The membrane electrode assembly 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a plan view of the membrane electrode assembly 4, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG. As shown in FIGS. 3 and 4, the membrane / electrode assembly 4 includes a solid polymer electrolyte membrane 6, gas diffusion layers 7 and 8, catalysts 9 and 10, and gaskets 11 and 12. ing.

固体高分子電解質膜６は、矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。固体高分子電解質膜６の両面であってそれぞれの中央部には、触媒９，１０が矩形状又は正方形状に成膜されている。触媒９上には、ガス透過性と電気伝導性を有するガス拡散層７が成膜され、触媒１０上には、ガス透過性と電気伝導性を有するガス拡散層８が成膜されている。ガス拡散層７がアノード（水素極）として機能し、ガス拡散層８がカソード（酸素極）として機能する。ガスケット１１はガス拡散層７を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型に設けられており、ガスケット１２はガス拡散層８を囲繞するよう矩形枠型又は正方形枠型に設けられている。ガスケット１１，１２によって固体高分子電解質膜６の外縁側が挟持されている。ガスケット１１，１２には、それぞれ各頂角近傍にボルトが挿入される孔２９が設けられている。 The solid polymer electrolyte membrane 6 is a membrane formed in a rectangular shape or a square shape, and selectively transmits hydrogen ions (H + ). Catalysts 9 and 10 are formed in a rectangular shape or a square shape on both surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 6 and in the respective central portions. A gas diffusion layer 7 having gas permeability and electrical conductivity is formed on the catalyst 9, and a gas diffusion layer 8 having gas permeability and electrical conductivity is formed on the catalyst 10. The gas diffusion layer 7 functions as an anode (hydrogen electrode), and the gas diffusion layer 8 functions as a cathode (oxygen electrode). The gasket 11 is provided in a rectangular frame shape or a square frame shape so as to surround the gas diffusion layer 7, and the gasket 12 is provided in a rectangular frame shape or a square frame shape so as to surround the gas diffusion layer 8. The outer edge side of the solid polymer electrolyte membrane 6 is sandwiched between the gaskets 11 and 12. Each of the gaskets 11 and 12 is provided with a hole 29 into which a bolt is inserted in the vicinity of each apex angle.

図３に示すように、ガス拡散層７の周囲において、アノードガス導入孔１５、アノードガス排出孔１６、カソードガス導入孔１７及びカソードガス排出孔１８がガスケット１１の表面からガスケット１２の表面まで貫通するよう形成されている。なお、アノードガスとは、水素ガスを含むガスを意味し、具体的には改質器２０４で生成された水素ガスやその他の副生成ガス（例えば、二酸化炭素ガス）等を含むガスを意味する。カソードガスとは、酸素ガスを含むガスを意味し、具体的には空気を意味する。アノードガスは上述の一酸化炭素除去器２０５から供給され、カソードガスは空気ポンプ２０６によって供給される。   As shown in FIG. 3, around the gas diffusion layer 7, the anode gas introduction hole 15, the anode gas discharge hole 16, the cathode gas introduction hole 17 and the cathode gas discharge hole 18 penetrate from the surface of the gasket 11 to the surface of the gasket 12. It is formed to do. The anode gas means a gas containing hydrogen gas, specifically, a gas containing hydrogen gas generated by the reformer 204 or other by-product gas (for example, carbon dioxide gas). . The cathode gas means a gas containing oxygen gas, specifically air. The anode gas is supplied from the carbon monoxide remover 205 described above, and the cathode gas is supplied by the air pump 206.

図５〜図７を用いて両面セパレータ５について説明する。図５は、両面セパレータ５の両面のうちガス拡散層７に接する面の平面図であり、図６は、図５の面とは反対となる面であってガス拡散層８に接する面の平面図であり、図７は、図５，図６に示された切断面VII−VIIに沿って切断したときの矢視断面図である。   The double-sided separator 5 will be described with reference to FIGS. 5 is a plan view of a surface of the double-sided separator 5 that is in contact with the gas diffusion layer 7, and FIG. 6 is a surface that is opposite to the surface of FIG. 5 and that is in contact with the gas diffusion layer 8. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII shown in FIG. 5 and FIG.

両面セパレータ５は、三枚の金属板１９，２０，２１と、アノードガスバルブ２２と、カソードガスバルブ２３とを備えて構成されている。金属板１９，２０，２１はステンレス鋼（ＳＵＳ）等を矩形板又は正方形板に形成したものである。これら金属板１９，２０，２１はこの順に積層され、拡散接合により接合されており、接合した金属板１９，２０，２１の表面全体に接触抵抗の低減のために金メッキが施されている。金属板１９，２０，２１の接合は拡散接合に限らず、他の接合法であっても良い。金属板１９，２０，２１には、それぞれ各頂角近傍にボルトが挿入される孔３０が設けられている。ここで、図面において、金メッキは金属板１９，２０，２１に比較して非常に薄いので、図面を簡略化するために、金メッキの図示を省略する。   The double-sided separator 5 includes three metal plates 19, 20, 21, an anode gas valve 22, and a cathode gas valve 23. The metal plates 19, 20, and 21 are formed by forming stainless steel (SUS) or the like into a rectangular plate or a square plate. These metal plates 19, 20, and 21 are laminated in this order and joined by diffusion bonding, and the entire surfaces of the joined metal plates 19, 20, and 21 are gold-plated to reduce contact resistance. The joining of the metal plates 19, 20, and 21 is not limited to diffusion joining, and other joining methods may be used. The metal plates 19, 20, and 21 are provided with holes 30 into which bolts are inserted in the vicinity of the respective apex angles. Here, in the drawing, the gold plating is very thin as compared with the metal plates 19, 20, and 21, and therefore, the gold plating is not shown in order to simplify the drawing.

これら金属板１９，２０，２１の接合体には、その一方の面から他方の面まで貫通したアノードガス導入孔２５、アノードガス排出孔２６、カソードガス導入孔２７及びカソードガス排出孔２８が形成されている。ここで、アノードガス導入孔２５は膜電極接合体４のアノードガス導入孔１５に相対する位置に形成され、アノードガス排出孔２６は膜電極接合体４のアノードガス排出孔１６の相対する位置に形成され、カソードガス導入孔２７は膜電極接合体４のカソードガス導入孔１７の相対する位置に形成され、カソードガス排出孔２８は膜電極接合体４のカソードガス排出孔１８の相対する位置に形成されている。金属板１９，２０，２１の各孔３０は、ガスケット１１，１２の各孔２９の相対する位置に形成されている。   An anode gas introduction hole 25, an anode gas discharge hole 26, a cathode gas introduction hole 27, and a cathode gas discharge hole 28 that penetrate from one surface to the other surface are formed in the joined body of these metal plates 19, 20, and 21. Has been. Here, the anode gas introduction hole 25 is formed at a position opposite to the anode gas introduction hole 15 of the membrane electrode assembly 4, and the anode gas discharge hole 26 is located at a position opposite to the anode gas discharge hole 16 of the membrane electrode assembly 4. The cathode gas introduction hole 27 is formed at a position opposite to the cathode gas introduction hole 17 of the membrane electrode assembly 4, and the cathode gas discharge hole 28 is located at a position opposite to the cathode gas discharge hole 18 of the membrane electrode assembly 4. Is formed. The holes 30 of the metal plates 19, 20, 21 are formed at positions opposite to the holes 29 of the gaskets 11, 12.

図８は、図７の矢印方向Ａへ見た場合の金属板２１の平面図である。図８に示すように、金属板２１の一方の面（膜電極接合体４との接合面）であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝３１が形成されている。蛇行溝３１の一端部においては、穿孔３２が反対面（金属板２０との接合面）にまで貫通し、蛇行溝３１の他端部においては、穿孔３３が反対面にまで貫通している。その反対面には、アノードガス導入孔２５から穿孔３２まで導かれた長溝３４と、穿孔３３から導き出た長溝３５と、アノードガス排出孔２６から長溝３５の先端部の近くまで導き出た長溝３６とが凹設されている。   FIG. 8 is a plan view of the metal plate 21 when viewed in the arrow direction A of FIG. As shown in FIG. 8, a meandering groove 31 is formed on one surface of the metal plate 21 (joint surface with the membrane electrode assembly 4) at the center thereof. In one end portion of the meandering groove 31, the perforation 32 penetrates to the opposite surface (joint surface with the metal plate 20), and in the other end portion of the meandering groove 31, the perforation 33 penetrates to the opposite surface. On the opposite surface, a long groove 34 led from the anode gas introduction hole 25 to the perforation 32, a long groove 35 led from the perforation 33, and a long groove led from the anode gas discharge hole 26 to the vicinity of the tip of the long groove 35 are provided. 36 is recessed.

この反対面は金属板２０との接合面であり、金属板２１と金属板２０が接合することによって、長溝３４，３５，３６が金属板２０によって蓋される。金属板２１に膜電極接合体４の水素極側の面を接合することによって蛇行溝３１がガス拡散層７によって蓋される。蛇行溝３１及び長溝３４が蓋されることで、アノードガス導入孔２５から長溝３４及び蛇行溝３１を経由して穿孔３３まで連なった流路７１が形成されるが、以下ではこのように膜電極接合体４のガス拡散層７に面した流路７１をアノードガス流路７１という。このアノードガス流路７１の始端部がアノードガス導入孔２５に連通し、アノードガス流路７１の終端部は穿孔３３となる。なお、蛇行溝３１、穿孔３２，３３及び長溝３４，３５，３６は、金属板２１と金属板２０の接合前にエッチングによって形成されたものである。   This opposite surface is a joint surface with the metal plate 20, and the long grooves 34, 35, 36 are covered with the metal plate 20 when the metal plate 21 and the metal plate 20 are joined. By joining the surface of the membrane electrode assembly 4 on the hydrogen electrode side to the metal plate 21, the meandering groove 31 is covered with the gas diffusion layer 7. By covering the meandering groove 31 and the long groove 34, a flow path 71 is formed which continues from the anode gas introduction hole 25 to the perforation 33 via the long groove 34 and the meandering groove 31. The flow path 71 facing the gas diffusion layer 7 of the joined body 4 is referred to as an anode gas flow path 71. The starting end portion of the anode gas passage 71 communicates with the anode gas introduction hole 25, and the end portion of the anode gas passage 71 is a perforation 33. The meandering groove 31, the perforations 32 and 33, and the long grooves 34, 35, and 36 are formed by etching before joining the metal plate 21 and the metal plate 20.

図９は、図７に示された矢印方向Ａへ見た場合の金属板２０の平面図である。図９に示すように、この金属板２０の金属板２１との接合面であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝３７が形成されている。蛇行溝３７の壁面には、水素を燃焼（酸化）させる燃焼触媒が担持されている。   FIG. 9 is a plan view of the metal plate 20 when viewed in the arrow direction A shown in FIG. As shown in FIG. 9, a meandering groove 37 having a fold shape is formed at the center of the joint surface of the metal plate 20 with the metal plate 21. A combustion catalyst for burning (oxidizing) hydrogen is carried on the wall surface of the meandering groove 37.

蛇行溝３７の一端部はアノードガス排出孔２６まで導かれ、蛇行溝３７の他端部が合流部３８において長溝３９及び長溝４０に合流している。長溝３９が合流部３８から金属板２１の穿孔３３に対応する位置まで凹設され、長溝４０が合流部３８から反対面（金属板１９との接合面）に貫通した穿孔４１まで凹設されている。また、穿孔４１の近傍には金属板２１との接合面から金属板１９との接合面に貫通した穿孔４２が設けられている。また、金属板２１との接合面には、穿孔４２からカソードガス導入孔２７まで導かれた長溝４３が凹設されている。反対面（金属板１９との接合面）には、円形状の座ぐり４４が形成され、この座ぐり４４の底に穿孔４１及び穿孔４２が形成されている。また、金属板１９との接合面であってアノードガス排出孔２６及び長溝３９における合流部３８と逆側の端部の近傍には、円形状の座ぐり４５が形成され、座ぐり４５の底には金属板２１との接合面まで貫通した穿孔４６及び穿孔４７が形成されている。穿孔４６は、金属板２１の長溝３５の先端に対応する位置にあり、穿孔４７は、金属板２１の長溝３６の先端に対応する位置にある。   One end portion of the meandering groove 37 is led to the anode gas discharge hole 26, and the other end portion of the meandering groove 37 joins the long groove 39 and the long groove 40 at the joining portion 38. The long groove 39 is recessed from the joining portion 38 to a position corresponding to the perforation 33 of the metal plate 21, and the long groove 40 is recessed from the joining portion 38 to the perforation 41 penetrating through the opposite surface (joining surface with the metal plate 19). Yes. Further, in the vicinity of the perforation 41, a perforation 42 penetrating from the joint surface with the metal plate 21 to the joint surface with the metal plate 19 is provided. In addition, a long groove 43 led from the perforation 42 to the cathode gas introduction hole 27 is formed in the joint surface with the metal plate 21. A circular counterbore 44 is formed on the opposite surface (joint surface with the metal plate 19), and a perforation 41 and a perforation 42 are formed on the bottom of the counterbore 44. In addition, a circular counterbore 45 is formed in the vicinity of the end of the anode gas discharge hole 26 and the long groove 39 on the side opposite to the joining portion 38 on the joint surface with the metal plate 19. A perforation 46 and a perforation 47 penetrating to the joint surface with the metal plate 21 are formed. The perforations 46 are at positions corresponding to the tips of the long grooves 35 of the metal plate 21, and the perforations 47 are at positions corresponding to the tips of the long grooves 36 of the metal plate 21.

金属板２０と金属板２１が接合されることで、蛇行溝３７及び長溝３９，４０，４３が金属板２１によって蓋され、合流部３８からアノードガス排出孔２６までの流路７３が形成されるとともに、カソードガス導入孔２７から長溝４３、穿孔４２，４１、座ぐり４４及び長溝４０を経由して合流部３８までの流路７５が形成される。以下では、流路７３を熱交換流路７３といい、流路７５をカソードガス供給流路７５という。このカソードガス供給流路７５の始端部はカソードガス導入孔２７に連通し、カソードガス供給流路７５の終端部が合流部３８となり、熱交換流路７３の始端部が合流部３８においてカソードガス供給流路７５に連通し、熱交換流路７３の終端部がアノードガス排出孔２６に連通する。   By joining the metal plate 20 and the metal plate 21, the meandering groove 37 and the long grooves 39, 40, 43 are covered with the metal plate 21, and a flow path 73 from the junction 38 to the anode gas discharge hole 26 is formed. At the same time, a flow path 75 from the cathode gas introduction hole 27 to the junction 38 through the long groove 43, the perforations 42 and 41, the counterbore 44 and the long groove 40 is formed. Hereinafter, the flow path 73 is referred to as a heat exchange flow path 73, and the flow path 75 is referred to as a cathode gas supply flow path 75. The start end of the cathode gas supply channel 75 communicates with the cathode gas introduction hole 27, the end portion of the cathode gas supply channel 75 serves as the junction 38, and the start end of the heat exchange channel 73 serves as the cathode gas at the junction 38. The end portion of the heat exchange channel 73 communicates with the anode gas discharge hole 26 and communicates with the supply channel 75.

また、図８、図９に示すように、長溝３９の先端と穿孔３３が重なるように金属板２０と金属板２１が接合されるので、アノードガス流路７１の終端部が穿孔３３を介して長溝３９の先端に連通し、穿孔３３から合流部３８までの流路７４が形成されるが、以下ではこの流路７４を燃焼ガス供給流路７４という。この燃焼ガス供給流路７４の始端部は穿孔３３によってアノードガス流路７１の終端部に連通し、燃焼ガス供給流路７４の終端部が合流部３８においてカソードガス供給流路７５及び熱交換流路７３に連通する。   Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the metal plate 20 and the metal plate 21 are joined so that the tip of the long groove 39 and the perforation 33 overlap with each other, so that the end portion of the anode gas flow channel 71 passes through the perforation 33. A flow path 74 from the perforation 33 to the joining portion 38 is formed in communication with the distal end of the long groove 39. Hereinafter, the flow path 74 is referred to as a combustion gas supply flow path 74. The starting end of the combustion gas supply channel 74 communicates with the end of the anode gas channel 71 through the perforations 33, and the end of the combustion gas supply channel 74 is connected to the cathode gas supply channel 75 and the heat exchange flow at the junction 38. It communicates with the road 73.

また、長溝３５の先端と穿孔４６が重なるよう且つ長溝３６の先端と穿孔４７とが重なるよう金属板２０と金属板２１が接合されるので、長溝３５が穿孔４６，４７及び座ぐり４５を介して長溝３６に連通しており、穿孔３３からアノードガス排出孔２６までの流路７２が形成される。以下では、この流路７２をアノードガス排出流路７２という。このアノードガス排出流路７２の始端部は穿孔３３によってアノードガス流路７１の終端部に連通し、アノードガス排出流路７２の終端部はアノードガス排出孔２６に連通する。   Further, since the metal plate 20 and the metal plate 21 are joined so that the tip of the long groove 35 and the perforation 46 overlap and the tip of the long groove 36 and the perforation 47 overlap, the long groove 35 passes through the perforations 46 and 47 and the counterbore 45. Thus, a flow path 72 from the perforation 33 to the anode gas discharge hole 26 is formed. Hereinafter, this flow path 72 is referred to as an anode gas discharge flow path 72. The starting end portion of the anode gas discharge channel 72 communicates with the end portion of the anode gas channel 71 through the perforations 33, and the end portion of the anode gas discharge channel 72 communicates with the anode gas discharge hole 26.

図１０は、図７に示された矢印方向Ａへ見た場合の金属板１９の平面図である。図１０に示すように、金属板１９の一方の面（膜電極接合体４との接合面）であってその中央部には、葛折り状の蛇行溝４８が形成されている。蛇行溝４８の一端部においては、穿孔４９が反対面（金属板２０との接合面）にまで貫通し、蛇行溝４８の他端部においては、穿孔５０が反対面にまで貫通している。その反対面には、カソードガス導入孔２７から穿孔４９まで導かれた長溝５１と、穿孔５０からカソードガス排出孔２８まで導かれた長溝５２とが凹設されている。また、金属板２０の座ぐり４４，４５と同心となる位置には、円形状の取付孔５４，５３が金属板１９を貫通するよう形成されている。取付孔５４の径は座ぐり４４の径よりも大きく、取付孔５３の径は座ぐり４５の径よりも大きい。   FIG. 10 is a plan view of the metal plate 19 when viewed in the arrow direction A shown in FIG. As shown in FIG. 10, a meandering groove 48 is formed on one surface of the metal plate 19 (joint surface with the membrane electrode assembly 4) at the center thereof. In one end portion of the meandering groove 48, the perforation 49 penetrates to the opposite surface (joint surface with the metal plate 20), and in the other end portion of the meandering groove 48, the perforation 50 penetrates to the opposite surface. On the opposite surface, a long groove 51 led from the cathode gas introduction hole 27 to the perforation 49 and a long groove 52 led from the perforation 50 to the cathode gas discharge hole 28 are recessed. Further, circular mounting holes 54 and 53 are formed so as to penetrate the metal plate 19 at positions concentric with the spot facings 44 and 45 of the metal plate 20. The diameter of the mounting hole 54 is larger than the diameter of the spot facing 44, and the diameter of the mounting hole 53 is larger than the diameter of the spot facing 45.

蛇行溝４８、穿孔４９，５０、長溝５１，５２及び取付孔５３，５４は、金属板１９と金属板２０の接合前にエッチングによって形成されたものであり、金属板１９と金属板２０が接合することによって、長溝５１，５２が金属板２０によって蓋される。一方、金属板１９に膜電極接合体４の酸素極側の面を接合することによって蛇行溝４８がガス拡散層８によって蓋される。蛇行溝４８及び長溝５１，５２が蓋されることで、カソードガス導入孔２７から長溝５１、蛇行溝４８及び長溝５２を経由してカソードガス排出孔２８まで連なった流路７６が形成されるが、以下ではこのように膜電極接合体４のガス拡散層８に面した流路７６をカソードガス流路７６という。このカソードガス流路７６の始端部はカソードガス導入孔２７に連通し、カソードガス流路７６の終端部はカソードガス排出孔２８に連通し、カソードガス流路７６とカソードガス供給流路７５はカソードガス導入孔２７を介して連通している。   The meandering groove 48, the perforations 49 and 50, the long grooves 51 and 52, and the attachment holes 53 and 54 are formed by etching before joining the metal plate 19 and the metal plate 20, and the metal plate 19 and the metal plate 20 are joined. Thus, the long grooves 51 and 52 are covered with the metal plate 20. On the other hand, the meandering groove 48 is covered with the gas diffusion layer 8 by joining the surface on the oxygen electrode side of the membrane electrode assembly 4 to the metal plate 19. By covering the meandering groove 48 and the long grooves 51, 52, a flow path 76 is formed that extends from the cathode gas introduction hole 27 to the cathode gas discharge hole 28 via the long groove 51, the meandering groove 48, and the long groove 52. Hereinafter, the flow path 76 facing the gas diffusion layer 8 of the membrane electrode assembly 4 is referred to as a cathode gas flow path 76 in the following. The cathode gas channel 76 has a start end communicating with the cathode gas introduction hole 27, a terminal end of the cathode gas channel 76 communicating with the cathode gas discharge hole 28, and the cathode gas channel 76 and the cathode gas supply channel 75 are connected to each other. The cathode gas introduction hole 27 communicates.

金属板１９〜２１の積層体の両面のうち一方の面が、燃料電池ユニットのアノードガス流路７１の形成された面であり、他方の面が、上記燃料電池ユニットに隣接する他の燃料電池ユニットのカソードガス流路７６の形成された面である。そして、この両面の間の内部には、燃焼ガス供給流路７４、カソードガス供給流路７５及び熱交換流路７３からなる内部流路が形成されている。   One surface of both surfaces of the laminate of the metal plates 19 to 21 is a surface on which the anode gas passage 71 of the fuel cell unit is formed, and the other surface is another fuel cell adjacent to the fuel cell unit. It is the surface where the cathode gas flow path 76 of the unit is formed. An internal flow path including a combustion gas supply flow path 74, a cathode gas supply flow path 75, and a heat exchange flow path 73 is formed inside the two surfaces.

図５〜図７に示すように、アノードガス排出流路７２の中途部には、アノードガス排出流路７２の開口量を調整するアノードガスバルブ２２が取り付けられている。具体的には、取付孔５３にアノードガスバルブ２２が嵌め込まれ、このアノードガスバルブ２２によって座ぐり４５が蓋されるように閉塞されている。このアノードガスバルブ２２は圧電素子型又はＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）型のアクチュエータである。また、アノードガスバルブ２２の中央部であって穿孔４６に対向する部分には、閉塞用のゴム２２ａが設けられている。このアノードガスバルブ２２は、振動することによってゴム２２ａをもって穿孔４６を開閉するようになっている。このアノードガスバルブ２２は、穿孔４６の開口量を調整することによって、アノードガス流路７１からアノードガス排出流路７２へ流れるアノードガスの流量を調整するものである。また、このアノードガスバルブ２２は、アノードガス流路７１からアノードガス排出流路７２へ流れるアノードガスの流量を調整することによって、アノードガス流路７１から燃焼ガス供給流路７４を介して熱交換流路７３へ流れるアノードガスの流量を調整するアノードガス流量調整部である。   As shown in FIGS. 5 to 7, an anode gas valve 22 that adjusts the opening amount of the anode gas discharge channel 72 is attached to the middle part of the anode gas discharge channel 72. Specifically, the anode gas valve 22 is fitted into the mounting hole 53, and the counterbore 45 is closed by the anode gas valve 22. The anode gas valve 22 is a piezoelectric element type or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) type actuator. Further, a closing rubber 22 a is provided in a central portion of the anode gas valve 22 and facing the perforation 46. The anode gas valve 22 is configured to open and close the perforations 46 with the rubber 22a by vibrating. The anode gas valve 22 adjusts the flow rate of the anode gas flowing from the anode gas flow channel 71 to the anode gas discharge flow channel 72 by adjusting the opening amount of the perforation 46. Further, the anode gas valve 22 adjusts the flow rate of the anode gas flowing from the anode gas flow channel 71 to the anode gas discharge flow channel 72, so that the heat exchange flow from the anode gas flow channel 71 through the combustion gas supply flow channel 74. It is an anode gas flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the anode gas flowing to the passage 73.

また、カソードガス供給流路７５の中途部には、カソードガス供給流路７５の開口量を調整するカソードガスバルブ２３が取り付けられている。具体的には、取付孔５４に圧電素子型又はＭＥＭＳ型のカソードガスバルブ２３が嵌め込まれ、このカソードガスバルブ２３によって座ぐり４４が閉塞されている。カソードガスバルブ２３は、振動することによって閉塞用ゴム２３ａをもって穿孔４２を開閉するようになっている。このカソードガスバルブ２３は、穿孔４２の開閉を行って穿孔４２の開口量を調整することによって、カソードガス供給流路７５を介して熱交換流路７３へ流れるカソードガスの流量を調整するカソードガス流量調整部である。   A cathode gas valve 23 that adjusts the opening amount of the cathode gas supply channel 75 is attached to the middle part of the cathode gas supply channel 75. Specifically, a piezoelectric element type or MEMS type cathode gas valve 23 is fitted into the mounting hole 54, and the counterbore 44 is closed by the cathode gas valve 23. The cathode gas valve 23 is configured to open and close the perforation 42 with the closing rubber 23a by vibrating. The cathode gas valve 23 adjusts the flow rate of the cathode gas flowing into the heat exchange flow path 73 via the cathode gas supply flow path 75 by opening and closing the perforation 42 and adjusting the opening amount of the perforation 42. It is an adjustment unit.

図２を用いて集電板２について説明する。集電板２は、所定の形状に孔が設けられた複数の金属板を積層してなる。図２に示すように、集電板２には、その一方の面から他方の面まで貫通したアノードガス排出孔８６及びカソードガス導入孔８７が形成されている。アノードガス排出孔８６は、膜電極接合体４のアノードガス排出孔１６及び両面セパレータ５のアノードガス排出孔２６に相対する位置に形成され、カソードガス導入孔８７は、膜電極接合体４のカソードガス導入孔１７及び両面セパレータ５のカソードガス導入孔２７に相対する位置に形成されている。そのため、集電板２、膜電極接合体４及び両面セパレータ５を積層した場合、集電板２のアノードガス排出孔８６、膜電極接合体４のアノードガス排出孔１６及び両面セパレータ５のアノードガス排出孔２６が互いに連通するとともに、集電板２のカソードガス導入孔８７、膜電極接合体４のカソードガス導入孔１７及び両面セパレータ５のカソードガス導入孔２７が互いに連通する。   The current collector plate 2 will be described with reference to FIG. The current collector plate 2 is formed by laminating a plurality of metal plates having holes in a predetermined shape. As shown in FIG. 2, the current collector plate 2 is formed with an anode gas discharge hole 86 and a cathode gas introduction hole 87 penetrating from one surface to the other surface. The anode gas discharge hole 86 is formed at a position opposite to the anode gas discharge hole 16 of the membrane electrode assembly 4 and the anode gas discharge hole 26 of the double-sided separator 5, and the cathode gas introduction hole 87 is the cathode of the membrane electrode assembly 4. It is formed at a position facing the gas introduction hole 17 and the cathode gas introduction hole 27 of the double-sided separator 5. Therefore, when the current collector plate 2, the membrane electrode assembly 4 and the double-sided separator 5 are stacked, the anode gas discharge hole 86 of the current collector plate 2, the anode gas discharge hole 16 of the membrane electrode assembly 4 and the anode gas of the double-sided separator 5. The discharge holes 26 communicate with each other, and the cathode gas introduction holes 87 of the current collector plate 2, the cathode gas introduction holes 17 of the membrane electrode assembly 4, and the cathode gas introduction holes 27 of the double-sided separator 5 communicate with each other.

集電板２には、金属板２０と同様に、長溝３５、長溝３６、葛折り状の蛇行溝３７（７３）、合流部３８、長溝３９、長溝４０、穿孔４１、穿孔４２、長溝４３、座ぐり４４、穿孔４６及び穿孔４７が設けられている。集電板２の両面のうち膜電極接合体４との接合面であってその中央部には、金属板２１に設けられた葛折り状の蛇行溝３１を有するアノードガス流路７１と同様に、葛折り状の溝であるアノードガス流路８９が形成されている。アノードガス流路８９の一端が膜電極接合体４のアノードガス導入孔１５に連通し、アノードガス流路８９の他端が長溝３５に連通している。集電板２は、さらに両面セパレータ５と同様に、アノードガスバルブ２２及びゴム２２ａが設けられているアノードガスバルブ収納室６１を有している。集電板２内では、アノードガスバルブ収納室６１が集電板２内の穿孔４６及び穿孔４７に連通し、この穿孔４７が長溝３６に連通し、長溝３６がアノードガス排出孔８６に連通している。アノードガス流路８９が形成された面を膜電極接合体４に接合すると、アノードガス流路８９がガス拡散層７によって蓋される。
そして、集電板２内の葛折り状の蛇行溝３７及びアノードガス流路８９は互いに平面的に重なっている。集電板２の座ぐり４４には、両面セパレータ５と同様に、アノードガスバルブ２２が設けられ、長溝４３はカソードガス導入孔８７に連通している。 Like the metal plate 20, the current collector plate 2 has a long groove 35, a long groove 36, a meandering serpentine groove 37 (73), a merging portion 38, a long groove 39, a long groove 40, a perforation 41, a perforation 42, a long groove 43, Counterbore 44, perforation 46 and perforation 47 are provided. Similar to the anode gas flow path 71 having a meandering groove 31 provided in the metal plate 21 at the central portion of the current collector plate 2 on the joint surface with the membrane electrode assembly 4. An anode gas flow path 89 that is a twisted groove is formed. One end of the anode gas flow path 89 communicates with the anode gas introduction hole 15 of the membrane electrode assembly 4, and the other end of the anode gas flow path 89 communicates with the long groove 35. The current collector plate 2 further includes an anode gas valve storage chamber 61 in which an anode gas valve 22 and a rubber 22a are provided, like the double-sided separator 5. In the current collector plate 2, the anode gas valve storage chamber 61 communicates with the perforations 46 and 47 in the current collector plate 2, the perforations 47 communicate with the long grooves 36, and the long grooves 36 communicate with the anode gas discharge holes 86. Yes. When the surface on which the anode gas flow path 89 is formed is bonded to the membrane electrode assembly 4, the anode gas flow path 89 is covered with the gas diffusion layer 7.
The twisted meandering groove 37 and the anode gas flow path 89 in the current collector plate 2 overlap each other in a plane. Like the double-sided separator 5, the counterbore 44 of the current collector plate 2 is provided with the anode gas valve 22, and the long groove 43 communicates with the cathode gas introduction hole 87.

集電板３には、その一方の面から他方の面まで貫通したアノードガス導入孔８５及びカソードガス排出孔８８が形成されている。アノードガス導入孔８５は、膜電極接合体４のアノードガス導入孔１５及び両面セパレータ５のアノードガス導入孔２５に相対する位置に形成され、カソードガス排出孔８８は、膜電極接合体４のカソードガス排出孔１８及び両面セパレータ５のカソードガス排出孔２８に相対する位置に形成されている。そのため、集電板３、膜電極接合体４及び両面セパレータ５を積層した場合、集電板３のアノードガス導入孔８５、膜電極接合体４のアノードガス導入孔１５及び両面セパレータ５のアノードガス導入孔２５が互いに連通するとともに、集電板２のカソードガス排出孔８８、膜電極接合体４のカソードガス排出孔１８及び両面セパレータ５のカソードガス排出孔２８が互いに連通する。   The current collector plate 3 is formed with an anode gas introduction hole 85 and a cathode gas discharge hole 88 penetrating from one surface to the other surface. The anode gas introduction hole 85 is formed at a position opposite to the anode gas introduction hole 15 of the membrane electrode assembly 4 and the anode gas introduction hole 25 of the double-sided separator 5, and the cathode gas discharge hole 88 is a cathode of the membrane electrode assembly 4. The gas discharge hole 18 and the cathode gas discharge hole 28 of the double-sided separator 5 are formed at positions opposite to each other. Therefore, when the current collector plate 3, the membrane electrode assembly 4 and the double-sided separator 5 are laminated, the anode gas introduction hole 85 of the current collector plate 3, the anode gas introduction hole 15 of the membrane electrode assembly 4 and the anode gas of the double-sided separator 5 are used. The introduction holes 25 communicate with each other, and the cathode gas discharge holes 88 of the current collector plate 2, the cathode gas discharge holes 18 of the membrane electrode assembly 4, and the cathode gas discharge holes 28 of the double-sided separator 5 communicate with each other.

集電板３の両面のうち膜電極接合体４との接合面であってその中央部には、葛折り状の溝であるカソードガス流路９０が形成され、カソードガス流路９０の一端が膜電極接合体４のカソードガス導入孔１７に連通し、カソードガス流路９０の他端がカソードガス排出孔８８に連通している。   A cathode gas flow path 90 that is a crease-like groove is formed at the center of the current collector plate 3 on the joint surface with the membrane electrode assembly 4, and one end of the cathode gas flow path 90 is The cathode electrode introduction hole 17 of the membrane electrode assembly 4 communicates with the other end of the cathode gas flow path 90 and communicates with the cathode gas discharge hole 88.

図２に示すように、この燃料電池本体１の外壁には、燃料電池本体１の温度を測定し、測定温度を電気信号として出力する温度センサ６０が温度測定手段として設けられている。   As shown in FIG. 2, a temperature sensor 60 that measures the temperature of the fuel cell body 1 and outputs the measured temperature as an electrical signal is provided on the outer wall of the fuel cell body 1 as temperature measurement means.

また、アノードガス導入孔８５、アノードガス排出孔８６、カソードガス導入孔８７及びカソードガス排出孔８８には、それぞれ管状の口金６５，６６，６７，６８が嵌められている。口金６５は一酸化炭素除去器２０５に接続され、改質器２０４で生成されたアノードガスが一酸化炭素除去器２０５からアノードガス導入孔１５，２５，８５へ供給されるようになっている。口金６７が外気に通じており、ポンプ２０６によってカソードガスが口金６７を通じてカソードガス導入孔１７，２７，８７へ供給されるようになっている。   Further, tubular bases 65, 66, 67, and 68 are fitted in the anode gas introduction hole 85, the anode gas discharge hole 86, the cathode gas introduction hole 87, and the cathode gas discharge hole 88, respectively. The base 65 is connected to a carbon monoxide remover 205 so that the anode gas generated by the reformer 204 is supplied from the carbon monoxide remover 205 to the anode gas introduction holes 15, 25, 85. The base 67 communicates with the outside air, and the cathode gas is supplied to the cathode gas introduction holes 17, 27 and 87 through the base 67 by the pump 206.

この燃料電池本体１による電力の生成について説明する。
口金６５を通じて、アノードガス導入孔１５，２５，８５に供給されたアノードガスは、アノードガス流路７１，８９を流動してアノードガス排出孔１６，２６，８６から排出される。アノードガスがアノードガス流路７１，８９を流動している時は、電気化学反応式（４）に示すように水素ガスが触媒９の作用を受けて水素イオンと電子とに分離し、電子がガス拡散層７により取り出され、水素イオンが固体高分子電解質膜６を透過する。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ- …（４） The generation of electric power by the fuel cell main body 1 will be described.
The anode gas supplied to the anode gas introduction holes 15, 25, 85 through the base 65 flows through the anode gas flow paths 71, 89 and is discharged from the anode gas discharge holes 16, 26, 86. When the anode gas flows through the anode gas flow paths 71 and 89, the hydrogen gas is separated into hydrogen ions and electrons by the action of the catalyst 9 as shown in the electrochemical reaction formula (4), and the electrons are The hydrogen ions are taken out by the gas diffusion layer 7 and permeate the solid polymer electrolyte membrane 6.
H 2 → 2H + + 2e − (4)

口金６７を通じて、酸素ガスを含むカソードガス（ここでは、空気）がカソードガス導入孔１７，２７，８７に供給され、カソードガス導入孔１７，２７，８７に供給されたカソードガスがカソードガス流路７６，９０を流動してカソードガス排出孔１８，２８，８８から排出される。カソードガスがカソードガス流路７６，９０を流動している時は、電気化学反応式（５）に示すように酸素が触媒１０の作用を受け、固体高分子電解質膜６を透過した水素イオンとガス拡散層８に伝導した電子と反応し、水が生成される。
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ …（５） Through the base 67, a cathode gas containing oxygen gas (here, air) is supplied to the cathode gas introduction holes 17, 27, 87, and the cathode gas supplied to the cathode gas introduction holes 17, 27, 87 is the cathode gas flow path. 76 and 90 are discharged from the cathode gas discharge holes 18, 28 and 88. When the cathode gas is flowing through the cathode gas flow paths 76 and 90, oxygen is subjected to the action of the catalyst 10 as shown in the electrochemical reaction formula (5), and the hydrogen ions that have permeated the solid polymer electrolyte membrane 6 and It reacts with the electrons conducted to the gas diffusion layer 8 to generate water.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)

以上のようにして、それぞれの膜電極接合体４において電力が生成される。膜電極接合体４のガス拡散層７，８が導電性の両面セパレータ５や集電板２，３と接するようにして膜電極接合体４、両面セパレータ５及び集電板２，３が積層されているので、膜電極接合体４を単位セルとした場合、単位セルが直列接続された状態となっている。従って、集電板２がマイナス極となり、集電板３がプラス極となる。なお、集電板２と集電板３がリード線等を介して後述するＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に接続され、複数の膜電極接合体４で生成された電力が集電板２及び集電板３からＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に出力される。   As described above, electric power is generated in each membrane electrode assembly 4. The membrane electrode assembly 4, the double-sided separator 5 and the current collector plates 2 and 3 are laminated so that the gas diffusion layers 7 and 8 of the membrane electrode assembly 4 are in contact with the conductive double-sided separator 5 and the current collector plates 2 and 3. Therefore, when the membrane electrode assembly 4 is a unit cell, the unit cells are connected in series. Therefore, the current collector plate 2 becomes a negative pole and the current collector plate 3 becomes a positive pole. In addition, the current collector plate 2 and the current collector plate 3 are connected to a later-described DC-DC converter 102 through lead wires or the like, and the power generated by the plurality of membrane electrode assemblies 4 is collected by the current collector plate 2 and the current collector plate. 3 to the DC-DC converter 102.

アノードガスバルブ２２、カソードガスバルブ２３の開閉とガスの流れについて説明する。
アノードガスバルブ２２が閉じている場合には、アノードガス流路７１を流れたアノードガスが燃焼ガス供給流路７４及び熱交換流路７３を経由してアノードガス排出孔１６，２６，８６へ流れる。一方、アノードガスバルブ２２が開いている場合には、アノードガスがアノードガス流路７１から燃焼ガス供給流路７４及び熱交換流路７３へ流れず、アノードガス排出孔１６，２６，８６へ直接流れる。 The opening and closing of the anode gas valve 22 and the cathode gas valve 23 and the gas flow will be described.
When the anode gas valve 22 is closed, the anode gas that has flowed through the anode gas passage 71 flows to the anode gas discharge holes 16, 26, 86 via the combustion gas supply passage 74 and the heat exchange passage 73. On the other hand, when the anode gas valve 22 is open, the anode gas does not flow from the anode gas flow channel 71 to the combustion gas supply flow channel 74 and the heat exchange flow channel 73 but directly flows to the anode gas discharge holes 16, 26, 86. .

また、カソードガスバルブ２３が開いている場合には、カソードガス導入孔２７から供給されたカソードガスがカソードガス供給流路７５及び熱交換流路７３を経由してカソードガス排出孔１８，２８，８８へ流れる。一方、カソードガスバルブ２３が閉じている場合には、カソードガス導入孔２７から供給されたカソードガスが熱交換流路７３には流れない。カソードガス流路７６は、カソードガスバルブ２３の開閉に限らず、カソードガス導入孔２７からカソードガスが流入し、カソードガス排出孔１８，２８，８８にカソードガスを排出する。   In addition, when the cathode gas valve 23 is open, the cathode gas supplied from the cathode gas introduction hole 27 passes through the cathode gas supply channel 75 and the heat exchange channel 73, and the cathode gas discharge holes 18, 28, 88. To flow. On the other hand, when the cathode gas valve 23 is closed, the cathode gas supplied from the cathode gas introduction hole 27 does not flow into the heat exchange flow path 73. The cathode gas flow path 76 is not limited to the opening and closing of the cathode gas valve 23, and the cathode gas flows from the cathode gas introduction hole 27 and discharges the cathode gas to the cathode gas discharge holes 18, 28 and 88.

また、アノードガスバルブ２２が閉じ且つカソードガスバルブ２３が開いている場合には、カソードガス及びアノードガスが合流部３８で混合して、その混合気が熱交換流路７３を流れる。このとき燃焼ガス供給流路７４を通過するアノードガスの中には、固体高分子電解質膜６を透過せずに残留してしまう水素を含んでおり、アノードガス及びカソードガスの混合気が熱交換流路７３を流れている時には、残留した水素ガスと酸素ガスとが熱交換流路７３の壁面に担持された燃焼触媒の作用を受けて、酸化反応（燃焼反応）が起こる。これにより、燃焼熱が発し、燃料電池本体１の温度が上昇する。このように、電熱材ではなく、アノードガスに含まれる燃料電池ユニットで未反応の残留水素ガスの燃焼によって、燃料電池本体１が加熱されるから、エネルギーの利用効率が向上する。また、両面セパレータ５の内部に熱交換流路７３が形成されているから、熱交換流路７３における燃焼熱が外部に伝わりにくく、膜電極接合体４のガス拡散層７，８に熱が伝わりやすくなり、燃焼熱によって加熱された燃料電池ユニット内の水素ガスと酸素ガスの電気化学反応が効率的に促進される。   Further, when the anode gas valve 22 is closed and the cathode gas valve 23 is opened, the cathode gas and the anode gas are mixed at the junction 38, and the mixture flows through the heat exchange flow path 73. At this time, the anode gas passing through the combustion gas supply channel 74 contains hydrogen that does not permeate the solid polymer electrolyte membrane 6 and remains, and the mixture of the anode gas and the cathode gas exchanges heat. When flowing through the flow path 73, the remaining hydrogen gas and oxygen gas are subjected to the action of a combustion catalyst carried on the wall surface of the heat exchange flow path 73, and an oxidation reaction (combustion reaction) occurs. As a result, combustion heat is generated, and the temperature of the fuel cell body 1 rises. Thus, since the fuel cell main body 1 is heated by the combustion of the unreacted residual hydrogen gas in the fuel cell unit included in the anode gas instead of the electric heating material, the energy utilization efficiency is improved. Further, since the heat exchange channel 73 is formed inside the double-sided separator 5, the combustion heat in the heat exchange channel 73 is not easily transmitted to the outside, and the heat is transmitted to the gas diffusion layers 7 and 8 of the membrane electrode assembly 4. This facilitates the electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen gas in the fuel cell unit heated by the combustion heat.

ここで、アノードガスバルブ２２及びカソードガスバルブ２３の両方が開いている場合には、カソードガスは熱交換流路７３を流れるが、アノードガスは熱交換流路７３を流れない。従って、熱交換流路７３内において酸化反応が起こらないが、大気中で常温のカソードガスによって熱交換が起こる。そのため、燃料電池本体１の温度が常温に近づくように下降する。   Here, when both the anode gas valve 22 and the cathode gas valve 23 are open, the cathode gas flows through the heat exchange flow path 73, but the anode gas does not flow through the heat exchange flow path 73. Therefore, an oxidation reaction does not occur in the heat exchange flow path 73, but heat exchange occurs in the atmosphere by the cathode gas at room temperature. Therefore, the temperature of the fuel cell main body 1 is lowered so as to approach normal temperature.

また、アノードガスバルブ２２及びカソードガスバルブ２３の両方が閉じている場合には、カソードガスもアノードガスも熱交換流路７３を流れない。   Further, when both the anode gas valve 22 and the cathode gas valve 23 are closed, neither the cathode gas nor the anode gas flows through the heat exchange flow path 73.

図１１を用いて、燃料電池本体１のコントローラ８０について説明する。
このコントローラ８０は、制御部１０１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２と、バルブドライバ１０３，１０４とを備える。 The controller 80 of the fuel cell main body 1 will be described with reference to FIG.
The controller 80 includes a control unit 101, a DC-DC converter 102, and valve drivers 103 and 104.

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、燃料電池本体１からの入力電圧（ここでは、集電板２と集電板３との間の電圧）を変換し、出力電圧として外部の機器に出力する。   The DC-DC converter 102 converts an input voltage (here, a voltage between the current collector plate 2 and the current collector plate 3) from the fuel cell main body 1, and outputs the converted voltage to an external device.

バルブドライバ１０３は制御部１０１からの制御信号に基づきアノードガスバルブ２２に駆動電力を出力し、バルブドライバ１０４は制御部１０１からの制御信号に基づきカソードガスバルブ２３に駆動電力を出力する。   The valve driver 103 outputs driving power to the anode gas valve 22 based on the control signal from the control unit 101, and the valve driver 104 outputs driving power to the cathode gas valve 23 based on the control signal from the control unit 101.

制御部１０１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する。制御部１０１のＲＯＭにはプログラムが格納されており、制御部１０１のＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてプログラムに従って処理を行うようになっている。制御部１０１は、プログラムによって指令されることによって、バルブドライバ１０３，１０４を介してアノードガスバルブ２２、カソードガスバルブ２３を開閉させてアノードガスバルブ２２及びカソードガスバルブ２３の開口量を制御したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の入力電圧を計測することで燃料電池本体１の直流出力電圧を測定したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の入力電流を計測することで燃料電池本体１の直流出力電流を計測したり、温度センサ６０によって燃料電池本体１の温度を測定したりする。   The control unit 101 includes a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a CPU (Central Processing Unit). A program is stored in the ROM of the control unit 101, and the CPU of the control unit 101 performs processing according to the program using the RAM as a work area. The control unit 101 controls the opening amounts of the anode gas valve 22 and the cathode gas valve 23 by opening and closing the anode gas valve 22 and the cathode gas valve 23 via the valve drivers 103 and 104, or the DC-DC, as instructed by the program. The DC output voltage of the fuel cell body 1 is measured by measuring the input voltage of the converter 102, the DC output current of the fuel cell body 1 is measured by measuring the input current of the DC-DC converter 102, the temperature The temperature of the fuel cell main body 1 is measured by the sensor 60.

また、燃料電池ユニットの出力電圧や出力電流は温度によって変位するものであり、制御部１０１のＲＯＭには、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に設定すべき燃料電池ユニットからの入力電圧と温度との関係を表した入力電圧／温度テーブル（Ａ）が格納されている。制御部１０１は、入力電圧／温度テーブル（Ａ）を参照して、温度センサ６０で測定した温度から入力電圧を読み出し、その読み出した入力電圧となるようＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を制御する。入力電圧／温度テーブル（Ａ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、に入力される入力電流が過電流にならないように設定されている。   In addition, the output voltage and output current of the fuel cell unit change depending on the temperature, and the ROM of the control unit 101 shows the relationship between the input voltage from the fuel cell unit to be set in the DC-DC converter 102 and the temperature. The represented input voltage / temperature table (A) is stored. The control unit 101 reads the input voltage from the temperature measured by the temperature sensor 60 with reference to the input voltage / temperature table (A), and controls the DC-DC converter 102 so as to obtain the read input voltage. The input voltage / temperature table (A) is set so that the input current input to the DC-DC converter 102 does not become an overcurrent.

また、制御部１０１のＲＯＭには、カソードガスバルブ２３に設定すべき開口量と温度との関係を表した開口量／温度テーブル（Ｂ）が格納されている。制御部１０１は、開口量／温度テーブル（Ｂ）を参照して、温度センサ６０で測定した温度から開口量を読み出して、その読み出した開口量となるようカソードガスバルブ２３を制御する。ここで、開口量／温度テーブル（Ｂ）においては、温度と開口量の関係は、温度が高くなるにつれて開口量が大きくなる関係である。   The ROM of the control unit 101 stores an opening amount / temperature table (B) representing the relationship between the opening amount to be set in the cathode gas valve 23 and the temperature. The controller 101 reads the opening amount from the temperature measured by the temperature sensor 60 with reference to the opening amount / temperature table (B), and controls the cathode gas valve 23 so as to obtain the read opening amount. Here, in the opening amount / temperature table (B), the relationship between the temperature and the opening amount is such that the opening amount increases as the temperature increases.

また、制御部１０１のＲＯＭには、アノードガスバルブ２２に設定すべき開口量と温度と含有水素量との関係を表した開口量／温度／含有水素量テーブル（Ｃ）が格納されている。含有水素量とは、アノードガス流路７１を流れきったアノードガスに含まれる水素ガスの量である。ここで、開口量／温度／含有水素量テーブル（Ｃ）においては、温度に反比例して開口量が大きくなり、含有水素量に比例して開口量が大きくなる。   Further, the ROM of the control unit 101 stores an opening amount / temperature / containing hydrogen amount table (C) representing the relationship between the opening amount to be set in the anode gas valve 22, the temperature, and the hydrogen content. The hydrogen content is the amount of hydrogen gas contained in the anode gas that has flowed through the anode gas flow path 71. Here, in the opening amount / temperature / containing hydrogen amount table (C), the opening amount increases in inverse proportion to the temperature, and the opening amount increases in proportion to the containing hydrogen amount.

次式（６）に示すように、制御部１０１は、燃料電池本体１の直流出力電流から単位時間あたりの含有水素量（単位：ＣＣＭ）を算出する。
単位時間あたりの含有水素量＝アノードガス量×０．７５×（１−直流出力電流／Ｉmax） …（６）
上記係数０．７５は、アノードガスが１００％電気化学反応式（１）の通り反応して右辺の水素と二酸化炭素との混合気になったとしたときの混合気中の水素モル比である。 As shown in the following equation (6), the control unit 101 calculates the hydrogen content per unit time (unit: CCM) from the DC output current of the fuel cell main body 1.
Hydrogen content per unit time = anode gas amount × 0.75 × (1−DC output current / I max ) (6)
The coefficient 0.75 is a hydrogen molar ratio in the air-fuel mixture when the anode gas reacts according to the 100% electrochemical reaction formula (1) to become a gas mixture of hydrogen and carbon dioxide on the right side.

式（６）において、Ｉmaxは、供給されたアノードガスに含まれる水素ガスによって各燃料電池ユニットの電気化学反応式（４）を引き起こして発電されたときに取り出せる単位時間あたりの最大電流であって、次式（７）で求められる。次式（７）において、アノードガス量の単位はリットル毎分である。
Ｉmax＝アノードガス量（l）×ファラデー定数×２(イオン価数)／２２．４(l/mol)／６０(sec)／燃料電池ユニットのスタック数 …（７） In formula (6), I max is the maximum current per unit time that can be taken out when the fuel cell unit generates electricity by causing the electrochemical reaction formula (4) of the fuel cell unit by the hydrogen gas contained in the supplied anode gas. Then, it is obtained by the following equation (7). In the following formula (7), the unit of the anode gas amount is liter per minute.
I max = anode gas amount (l) × Faraday constant × 2 (ion valence) /22.4 (l / mol) / 60 (sec) / number of fuel cell unit stacks (7)

そして、制御部１０１は、開口量／温度／含有水素量テーブル（Ｃ）を参照して、温度センサ６０で測定した温度と、算出した含有水素量とから開口量を読み出して、その読み出した開口量となるようアノードガスバルブ２２を制御する。なお、単位時間あたりの含有水素量が直流出力電流から計算されたものであるから、開口量／温度／含有水素量テーブル（Ｃ）はアノードガスバルブ２２に設定すべき開口量と温度と直流出力電流との関係を実質的に表している。   The control unit 101 reads the opening amount from the temperature measured by the temperature sensor 60 and the calculated contained hydrogen amount with reference to the opening amount / temperature / containing hydrogen amount table (C), and the read opening. The anode gas valve 22 is controlled so as to be the amount. Since the hydrogen content per unit time is calculated from the DC output current, the opening amount / temperature / hydrogen content table (C) indicates the opening amount, temperature and DC output current to be set in the anode gas valve 22. Is substantially expressed.

また、制御部１０１のＲＯＭには、カソードガスバルブ２３に設定すべき開口量と温度と単位時間あたりの必要空気量との関係を表した開口量／温度／必要空気量テーブル（Ｄ）が格納されている。必要空気量とは、単位時間あたりの含有水素量からその水素を燃焼するのに必要な単位時間あたりの酸素量を含んだ単位時間あたりの空気の量である。ここで、開口量／温度／必要空気量テーブル（Ｄ）においては、必要空気量に比例して開口量が大きくなる。   The ROM of the control unit 101 stores an opening amount / temperature / necessary air amount table (D) representing the relationship between the opening amount to be set in the cathode gas valve 23, the temperature, and the required air amount per unit time. ing. The required air amount is the amount of air per unit time including the amount of oxygen per unit time necessary for burning the hydrogen from the amount of hydrogen contained per unit time. Here, in the opening amount / temperature / necessary air amount table (D), the opening amount increases in proportion to the required air amount.

制御部１０１は、式（６）に従って燃料電池本体１の直流出力電流から含有水素量を算出し、更に次式（８）に従って含有水素量から必要空気量を算出するようになっている。式（８）において、係数２．５は空気中の酸素量に対する空気量であり、係数１．２は水素を十分に反応させるための余剰の酸素を含めたマージンである。
必要空気量＝含有水素量×２．５×１．２ …（８） The control unit 101 calculates the hydrogen content from the direct current output current of the fuel cell main body 1 according to the equation (6), and further calculates the required air amount from the hydrogen content according to the following equation (8). In equation (8), the coefficient 2.5 is the amount of air relative to the amount of oxygen in the air, and the coefficient 1.2 is a margin including surplus oxygen for sufficiently reacting hydrogen.
Necessary air amount = hydrogen content x 2.5 x 1.2 (8)

そして、制御部１０１は、開口量／温度／必要空気量テーブル（Ｄ）を参照して、温度センサ６０で測定した温度と、算出した必要空気量とから開口量を読み出して、その読み出した開口量となるようカソードガスバルブ２３を制御する。なお、必要空気量が含有水素量から計算されたものであり、含有水素量が直流出力電流から計算されたものであるから、開口量／温度／必要空気量テーブル（Ｄ）はカソードガスバルブ２３に設定すべき開口量と温度と直流出力電流との関係を実質的に表している。   The control unit 101 reads the opening amount from the temperature measured by the temperature sensor 60 and the calculated necessary air amount with reference to the opening amount / temperature / necessary air amount table (D), and the read opening. The cathode gas valve 23 is controlled so as to be the amount. Since the required air amount is calculated from the hydrogen content and the hydrogen content is calculated from the DC output current, the opening amount / temperature / required air amount table (D) is stored in the cathode gas valve 23. The relationship among the opening amount to be set, temperature, and DC output current is substantially represented.

次に、プログラムによって指令された制御部１０１の動作と、制御部１０１の動作に伴った燃料電池装置の動作について説明する。   Next, the operation of the control unit 101 instructed by the program and the operation of the fuel cell apparatus accompanying the operation of the control unit 101 will be described.

図１２は、プログラムによって指令された制御部１０１の動作の流れを示したフローチャートである。   FIG. 12 is a flowchart showing the flow of operation of the control unit 101 instructed by the program.

カソードガスがカソードガス導入孔１７，２７，８７に供給され、アノードガスがアノードガス導入孔１５，２５，８５に供給されると、上述したように、各膜電極接合体４において電気化学反応が起こり、燃料電池本体１において電力が生成されるとともに、熱エネルギーも生成される。これにより、燃料電池本体１からＤＣ−ＤＣコンバータ１０２に電流・電圧が出力され、燃料電池本体１も発熱する。   When the cathode gas is supplied to the cathode gas introduction holes 17, 27, 87 and the anode gas is supplied to the anode gas introduction holes 15, 25, 85, as described above, an electrochemical reaction occurs in each membrane electrode assembly 4. As a result, electric power is generated in the fuel cell main body 1 and thermal energy is also generated. As a result, a current / voltage is output from the fuel cell main body 1 to the DC-DC converter 102 and the fuel cell main body 1 also generates heat.

アノードガス及びカソードガスが燃料電池本体１に供給されていると、燃料電池本体１が発電し続けるが、燃料電池本体１の発電中に制御部１０１が図１２に示すような処理を行う。   When the anode gas and the cathode gas are supplied to the fuel cell main body 1, the fuel cell main body 1 continues to generate power, but the control unit 101 performs processing as shown in FIG. 12 during power generation of the fuel cell main body 1.

図１２に示すように、制御部１０１が温度センサ６０の出力を読み込み、燃料電池本体１の温度Ｔを測定する（ステップＳ１）。そして、制御部１０１が測定温度Ｔを設定閾温度Ｔ1、危険閾温度Ｔ2及び限界閾温度Ｔ3（限界閾温度Ｔ3＞危険閾温度Ｔ2＞設定閾温度Ｔ1）と比較する（ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４）。ここで、設定閾温度Ｔ1とは、燃料電池本体１が発電する際の理想的な温度であり、危険閾温度Ｔ2とは、危険を表す温度域の下限であり、限界閾温度Ｔ3とは、破壊のおそれを表す温度域の下限である。つまり、限界閾温度Ｔ3以上となると燃料電池本体１が破壊するおそれがあることを意味し、危険閾温度Ｔ2以上では、燃料電池本体１の寿命を短くする恐れがあることを意味している。   As shown in FIG. 12, the control unit 101 reads the output of the temperature sensor 60 and measures the temperature T of the fuel cell body 1 (step S1). Then, the control unit 101 compares the measured temperature T with the set threshold temperature T1, the danger threshold temperature T2, and the limit threshold temperature T3 (limit threshold temperature T3> danger threshold temperature T2> set threshold temperature T1) (step S2, step S3, Step S4). Here, the set threshold temperature T1 is an ideal temperature when the fuel cell body 1 generates power, the danger threshold temperature T2 is the lower limit of the temperature range representing danger, and the threshold threshold temperature T3 is This is the lower limit of the temperature range indicating the possibility of destruction. In other words, it means that the fuel cell main body 1 may be destroyed when the temperature is higher than the threshold threshold temperature T3, and it means that the life of the fuel cell main body 1 may be shortened when the temperature is higher than the critical threshold temperature T2.

比較した結果、制御部１０１が測定温度Ｔを限界閾温度Ｔ3以上と判定した（ステップＳ２：Ｙｅｓ）場合には、制御部１０１が正常に制御できないと判断してエラー出力を出力し（ステップＳ２１）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の入力回路を切断し（ステップＳ２２）、燃料電池装置の動作を停止して待機モードに移行する（ステップＳ２３）。   As a result of the comparison, when the control unit 101 determines that the measured temperature T is equal to or higher than the limit threshold temperature T3 (step S2: Yes), the control unit 101 determines that the control cannot be performed normally and outputs an error output (step S21). ), The input circuit of the DC-DC converter 102 is disconnected (step S22), the operation of the fuel cell device is stopped, and the standby mode is entered (step S23).

制御部１０１が測定温度Ｔを限界閾温度Ｔ3未満と判定した場合、測定温度Ｔが危険閾温度Ｔ2以上であるかどうか判定し（ステップＳ３）、測定温度Ｔが危険閾温度Ｔ2以上と判定した場合、制御部１０１がアノードガスバルブ２２を全開にしてアノードガス流路７１を流れた残留水素を含むアノードガスが燃焼ガス供給流路７４及び熱交換流路７３へ殆ど流れ込まなくさせて水素燃焼を停止させ温度を冷却し（ステップＳ１８）、制御部１０１は、入力電圧／温度テーブル（Ａ）にしたがってＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の入力電圧Ｖsを読み出し（ステップＳ１９）、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電圧を入力電圧Ｖsに設定する（ステップＳ２０）。これにより、燃料電池本体１の温度を速やかに下げるとともに温度Ｔに合わせて燃料電池本体１からの入力電圧を設定する。   When the control unit 101 determines that the measurement temperature T is less than the limit threshold temperature T3, it determines whether the measurement temperature T is equal to or higher than the critical threshold temperature T2 (step S3), and determines that the measurement temperature T is equal to or higher than the critical threshold temperature T2. In this case, the control unit 101 fully opens the anode gas valve 22 so that the anode gas containing residual hydrogen flowing through the anode gas flow channel 71 hardly flows into the combustion gas supply flow channel 74 and the heat exchange flow channel 73 and stops hydrogen combustion. The controller 101 reads the input voltage Vs of the DC-DC converter 102 according to the input voltage / temperature table (A) (step S19), and the DC input voltage of the DC-DC converter 102. Is set to the input voltage Vs (step S20). Thereby, the temperature of the fuel cell main body 1 is quickly lowered and the input voltage from the fuel cell main body 1 is set according to the temperature T.

燃料電池本体１が危険閾温度Ｔ2以上になった場合でも、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電流を減らすことで、燃料電池本体１の熱損失を下げることができる。これは、図１３で説明することができる。図１３は、燃料電池本体１の温度ごとに燃料電池本体１の出力電流と出力電圧との関係を表したグラフである（ただし燃料電池本体１の温度はTX＜TY＜TZ）。図１３に示すように、燃料電池本体１の出力電流が増加につれて出力電圧が低下し、また温度が高い程、出力電圧が高く出力電流が大きくなる傾向がある。仮に高温のTZ時の燃料電池本体１の出力電圧を０．４Ｖとすると、そのときの出力電流が０．８Ａとなり、燃料電池本体１の理論出力電圧を１．２３Ｖとすると、（１．２３−０．４）×０．８＝０．６６４Ｗの熱損失が生じ燃料電池本体１が加熱され、TZ時の燃料電池本体１の出力電圧を０．６２Ｖとすると、そのときの出力電流が０．４Ａとなり、（１．２３−０．６２）×０．４＝０．２４４Ｗと熱損失を少なくなり、燃料電池本体１の加温が少なくなる。このように燃料電池本体１からの入力電圧Ｖsを比較的高くして燃料電池本体１からの発電電流を低くして熱損失を抑えることで燃料電池本体１の無駄な加温を抑えることができる。   Even when the fuel cell main body 1 reaches the critical threshold temperature T2 or more, the heat loss of the fuel cell main body 1 can be reduced by reducing the DC input current of the DC-DC converter 102. This can be illustrated in FIG. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the output current and output voltage of the fuel cell main body 1 for each temperature of the fuel cell main body 1 (however, the temperature of the fuel cell main body 1 is TX <TY <TZ). As shown in FIG. 13, the output voltage decreases as the output current of the fuel cell main body 1 increases, and the output voltage tends to increase and the output current increase as the temperature increases. If the output voltage of the fuel cell main body 1 at high temperature TZ is 0.4 V, the output current at that time is 0.8 A, and if the theoretical output voltage of the fuel cell main body 1 is 1.23 V, (1.23 −0.4) × 0.8 = 0.664 W heat loss occurs, the fuel cell body 1 is heated, and when the output voltage of the fuel cell body 1 at TZ is 0.62 V, the output current at that time is 0 .4A, (1.23-0.62) × 0.4 = 0.244 W, heat loss is reduced, and heating of the fuel cell body 1 is reduced. In this way, wasteful heating of the fuel cell main body 1 can be suppressed by relatively increasing the input voltage Vs from the fuel cell main body 1 and reducing the generated current from the fuel cell main body 1 to suppress heat loss. .

ステップＳ３で測定温度Ｔが危険閾温度Ｔ2以下と判定した場合、引き続き測定温度Ｔが設定閾温度Ｔ1以上であるかどうか判定し（ステップＳ４）、測定温度Ｔが設定閾温度Ｔ1以上である場合、制御部１０１がアノードガスバルブ２２を全開にし（ステップＳ１５）、制御部１０１は、開口量／温度テーブル（Ｂ）を参照して、測定温度Ｔからカソードガスバルブ２３の開口量Ｖbを読み出し（ステップＳ１６）、カソードガスバルブ２３の開口量を開口量Ｖbに設定する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７後、制御部１０１の処理はステップＳ１に戻る。   If it is determined in step S3 that the measured temperature T is equal to or lower than the danger threshold temperature T2, it is subsequently determined whether or not the measured temperature T is equal to or higher than the set threshold temperature T1 (step S4). The control unit 101 fully opens the anode gas valve 22 (step S15), and the control unit 101 reads the opening amount Vb of the cathode gas valve 23 from the measured temperature T with reference to the opening amount / temperature table (B) (step S16). ), The opening amount of the cathode gas valve 23 is set to the opening amount Vb (step S17). After step S17, the process of the control unit 101 returns to step S1.

以上のステップＳ１７のように、カソードガス導入孔２７にから供給されたカソードガスがカソードガス供給流路７５及び熱交換流路７３へ流れ込む。こうして、熱交換流路７３にはアノードガスが流れず、常温の空気であるカソードガスが流れるので、燃料電池本体１が空冷される。このように、開口量／温度テーブル（Ｂ）に基づいて測定温度Ｔに適切な開口量Ｖbでカソードガスバルブ２３が開くので、最適な量のカソードガスが熱交換流路７３を流れ、燃料電池本体１の正確な温度制御を行うことができる。   As in step S17 described above, the cathode gas supplied from the cathode gas introduction hole 27 flows into the cathode gas supply channel 75 and the heat exchange channel 73. Thus, the anode gas does not flow through the heat exchange channel 73 but the cathode gas, which is air at normal temperature, flows, so that the fuel cell body 1 is air-cooled. Thus, since the cathode gas valve 23 opens with the opening amount Vb appropriate for the measured temperature T based on the opening amount / temperature table (B), the optimum amount of cathode gas flows through the heat exchange flow path 73 and the fuel cell main body. 1 accurate temperature control can be performed.

ステップＳ４で測定温度Ｔが設定閾温度Ｔ1未満と判定した場合、制御部１０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を入力電圧Ｖusに設定する（ステップＳ５）。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２は、定入力電圧で動作し、燃料電池本体１からの入力電圧を入力電圧Ｖus以下にならないように下記に示すステップを行う。   When it is determined in step S4 that the measured temperature T is lower than the set threshold temperature T1, the control unit 101 sets the DC-DC converter 102 to the input voltage Vus (step S5). Thereby, the DC-DC converter 102 operates at a constant input voltage, and performs the steps shown below so that the input voltage from the fuel cell main body 1 does not become the input voltage Vus or less.

ステップＳ５から所定時間経過後、制御部１０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を介して燃料電池本体１の直流出力電流Ｉ0を計測する（ステップＳ６）。そして、制御部１０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２を介して燃料電池本体１の直流出力電圧Ｖ0を計測する（ステップＳ７）。ステップＳ６、ステップＳ７は順番が逆であってもよい。 After a predetermined time has elapsed from step S5, the control unit 101 measures the DC output current I 0 of the fuel cell main body 1 via the DC-DC converter 102 (step S6). Then, the control unit 101 measures the DC output voltage V 0 of the fuel cell main body 1 via the DC-DC converter 102 (step S7). Steps S6 and S7 may be reversed in order.

次に、制御部１０１が直流出力電圧Ｖ0を所定値（ここでは、例えば０．３〔Ｖ〕×燃料電池ユニットの数）と比較し、直流出力電圧Ｖ0が所定値以下である場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の設定入力電圧Ｖusに満たないので制御部１０１の処理がステップＳ２１に移行し、燃料電池本体１の動作を停止する。ステップＳ８において直流出力電圧Ｖ0が所定値を越えている場合には、制御部１０１の処理がステップＳ９に移行する。 Next, the control unit 101 compares the DC output voltage V 0 with a predetermined value (here, for example, 0.3 [V] × the number of fuel cell units), and when the DC output voltage V 0 is equal to or lower than the predetermined value. Is less than the set input voltage Vus of the DC-DC converter 102, the processing of the control unit 101 proceeds to step S21, and the operation of the fuel cell main body 1 is stopped. If the DC output voltage V 0 exceeds the predetermined value in step S8, the processing of the control unit 101 proceeds to step S9.

ステップＳ９においては、制御部１０１が、上記式（６）に従って直流出力電流Ｉ0から含有水素量Ｃhを算出する。次に、制御部１０１が、上記式（８）に従って含有水素量Ｃhから必要空気量Ｎaを算出する（ステップＳ１０）。 In step S9, the control unit 101 calculates the hydrogen content Ch from the DC output current I 0 according to the above equation (6). Next, the control unit 101 calculates the necessary air amount Na from the hydrogen content Ch according to the above equation (8) (step S10).

次に、制御部１０１は、開口量／温度／含有水素量テーブル（Ｃ）を参照して、測定温度Ｔ及びステップＳ９で算出された含有水素量Ｃhから開口量Ｖhを読み出す（ステップＳ１１）。次に、制御部１０１は、開口量／温度／必要空気量テーブル（Ｄ）を参照して、測定温度Ｔ及び必要空気量Ｎaから開口量Ｖaを割り出す（ステップＳ１２）。   Next, the controller 101 reads the opening amount Vh from the measured temperature T and the contained hydrogen amount Ch calculated in step S9 with reference to the opening amount / temperature / containing hydrogen amount table (C) (step S11). Next, the control unit 101 refers to the opening amount / temperature / necessary air amount table (D) and calculates the opening amount Va from the measured temperature T and the necessary air amount Na (step S12).

次に、制御部１０１は、ステップＳ１１に基づいてアノードガスバルブ２２の開口量を開口量Ｖhに制御する（ステップＳ１３）とともに、ステップＳ１２に基づいてカソードガスバルブ２３の開口量を開口量Ｖaに制御し（ステップＳ１４）、その後制御部１０１の処理がステップＳ１に戻る。   Next, the control unit 101 controls the opening amount of the anode gas valve 22 to the opening amount Vh based on step S11 (step S13), and controls the opening amount of the cathode gas valve 23 to the opening amount Va based on step S12. (Step S14), and then the process of the control unit 101 returns to Step S1.

以上のステップＳ１３のようにアノードガスバルブ２２が開口量Ｖhで開くと（全開ではない）、アノードガス流路７１を流れたアノードガスの一部が燃焼ガス供給流路７４及び熱交換流路７３へ流れ込む。また、燃料電池本体１の直流出力電流Ｉ0から算出されたアノードガス中の含有水素量Chからマージンを考慮した上で必要最低限の酸素を取り込むようにステップＳ１４のようにカソードガスバルブ２３が開口量Ｖaで開くと（完全に閉じていない）、カソードガス導入孔２７にから供給されたカソードガスがカソードガス供給流路７５及び熱交換流路７３へ流れ込む。このように熱交換流路７３に流れる酸素量が必要最低限なので常温の酸素による熱交換流路７３内の温度の低減を抑えることができ、またアノードガス及びカソードガスの混合気が熱交換流路７３を流れて、水素ガスと酸素ガスとが熱交換流路７３の壁面に担持された燃焼触媒の作用を受けて、酸化反応（燃焼反応）が起こる。 When the anode gas valve 22 is opened with the opening amount Vh (not fully opened) as in step S13 above, part of the anode gas that has flowed through the anode gas flow path 71 is transferred to the combustion gas supply flow path 74 and the heat exchange flow path 73. Flows in. Further, the cathode gas valve 23 is opened as in step S14 so as to take in the minimum amount of oxygen in consideration of the margin from the hydrogen content Ch in the anode gas calculated from the DC output current I 0 of the fuel cell body 1. When opened by the amount Va (not completely closed), the cathode gas supplied from the cathode gas introduction hole 27 flows into the cathode gas supply channel 75 and the heat exchange channel 73. As described above, since the amount of oxygen flowing through the heat exchange channel 73 is the minimum necessary, it is possible to suppress a reduction in the temperature in the heat exchange channel 73 due to room temperature oxygen, and the mixture of anode gas and cathode gas is a heat exchange flow. An oxidation reaction (combustion reaction) takes place through the action of the combustion catalyst in which the hydrogen gas and the oxygen gas are carried on the wall surface of the heat exchange passage 73 through the passage 73.

ここで、熱交換流路７３へ流れるカソードガスの流量は、カソードガスバルブ２３の開口量Ｖａに依存する。即ち、開口量Ｖａが大きくなるにつれて、カソードガス導入孔２７から熱交換流路７３へ流れるカソードガスの流量が大きくなる。アノードガス流路７１から熱交換流路７３へ流れるアノードガスの流量は、アノードガスバルブ２２の開口量Ｖｈに依存する。即ち、開口量Ｖｈが大きくなるにつれて、アノードガス流路７１から熱交換流路７３へ流れるアノードガスの流量が小さくなる。   Here, the flow rate of the cathode gas flowing into the heat exchange flow path 73 depends on the opening amount Va of the cathode gas valve 23. That is, as the opening amount Va increases, the flow rate of the cathode gas flowing from the cathode gas introduction hole 27 to the heat exchange flow path 73 increases. The flow rate of the anode gas flowing from the anode gas channel 71 to the heat exchange channel 73 depends on the opening amount Vh of the anode gas valve 22. That is, as the opening amount Vh increases, the flow rate of the anode gas flowing from the anode gas channel 71 to the heat exchange channel 73 decreases.

以上のように、燃料電池本体１の温度に応じて、制御部１０１がＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電流からアノードガス中の水素ガスの量を計算し、更にそれを燃焼するのに必要なカソードガスの量を計算し、各バルブ２２，２３を制御したり、常温のカソードガスだけを熱交換流路７３に送ることにより燃料電池本体１の空冷を行ったり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電圧を上げる（直流入力電圧を入力電圧Ｖsに設定する）ことで直流入力電流を小さくして、燃料電池本体１の温度制御をすることによって、燃料電池本体１自体の発熱を抑えて、燃料電池本体１の温度制御を効率的に実現することができる。   As described above, the control unit 101 calculates the amount of hydrogen gas in the anode gas from the DC input current of the DC-DC converter 102 in accordance with the temperature of the fuel cell main body 1 and further burns it. The amount of cathode gas is calculated, each valve 22, 23 is controlled, only the cathode gas at normal temperature is sent to the heat exchange flow path 73 to cool the fuel cell body 1, or the direct current of the DC-DC converter 102 By increasing the input voltage (setting the DC input voltage to the input voltage Vs), the DC input current is reduced and the temperature of the fuel cell main body 1 is controlled, thereby suppressing the heat generation of the fuel cell main body 1 itself. The temperature control of the battery body 1 can be realized efficiently.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

〔変形例１〕
上記実施形態では、ステップＳ１においては燃料電池本体１に設けられた温度センサ６０によって燃料電池本体１の温度を直接的に測定したが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電流や直流入力電圧から燃料電池本体１の温度Ｔを求めても良い。つまり、図１３に示すように、燃料電池本体１の電流−電圧特性が温度に応じているので、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電流や直流入力電圧から燃料電池本体１の温度Ｔを求めることができる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電圧が一定に設定した場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２の直流入力電流から燃料電池本体１の温度Ｔを求めることができる。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２が、燃料電池本体１の温度を測定する温度測定手段となる。 [Modification 1]
In the above embodiment, in step S1, the temperature of the fuel cell main body 1 is directly measured by the temperature sensor 60 provided in the fuel cell main body 1. However, the fuel from the DC input current or DC input voltage of the DC-DC converter 102 is measured. The temperature T of the battery body 1 may be obtained. That is, as shown in FIG. 13, since the current-voltage characteristic of the fuel cell main body 1 depends on the temperature, the temperature T of the fuel cell main body 1 is obtained from the DC input current and DC input voltage of the DC-DC converter 102. Can do. When the DC input voltage of the DC-DC converter 102 is set to be constant, the temperature T of the fuel cell body 1 can be obtained from the DC input current of the DC-DC converter 102. In this case, the DC-DC converter 102 serves as temperature measuring means for measuring the temperature of the fuel cell main body 1.

〔変形例２〕
長溝３５及び長溝３６の中途部の少なくともいずれかに逆止弁を設け、ガスがアノードガス排出孔２６から穿孔３３に向かうガスの流れをこれら逆止弁によって阻止しても良い。また、長溝４０及び長溝４３の中途部の少なくともいずれかに逆止弁を設け、ガスが合流部３８からカソードガス導入孔２７に向かったガスの流れをこれら逆止弁によって阻止しても良い。また、燃焼ガス供給流路７４の中途部に逆止弁を設け、分岐点から穿孔３３に向かったガスの流れをこの逆止弁によって阻止しても良い。 [Modification 2]
A check valve may be provided in at least one of the middle part of the long groove 35 and the long groove 36, and the gas flow from the anode gas discharge hole 26 toward the perforation 33 may be blocked by these check valves. Further, a check valve may be provided in at least one of the middle portions of the long groove 40 and the long groove 43, and the flow of gas from the junction 38 to the cathode gas introduction hole 27 may be blocked by these check valves. Further, a check valve may be provided in the middle of the combustion gas supply flow path 74 and the flow of gas from the branch point toward the perforation 33 may be blocked by this check valve.

〔変形例３〕
上記実施形態では、アノードガス排出孔１６，２６，８６とカソードガス排出孔１８，２８，８８が別々であったが、同じ排出孔で兼ねていても良い。例えば、カソードガス流路７６の終端がカソードガス排出孔２８に連通するのではなく、アノードガス排出孔２６に連通しても良いし、逆に、アノードガス排出流路７２及び熱交換流路７３の終端がアノードガス排出孔２６に連通するのではなく、カソードガス排出孔２８に連通していても良い。 [Modification 3]
In the above embodiment, the anode gas discharge holes 16, 26, 86 and the cathode gas discharge holes 18, 28, 88 are separate, but they may also serve as the same discharge hole. For example, the terminal end of the cathode gas flow path 76 may not communicate with the cathode gas discharge hole 28 but may communicate with the anode gas discharge hole 26, and conversely, the anode gas discharge flow path 72 and the heat exchange flow path 73. Instead of communicating with the anode gas discharge hole 26, the end of each may communicate with the cathode gas discharge hole 28.

〔変形例４〕
また、上記実施形態では、アノードガス流量調整部として、アノードバルブ２２を用いたが、アノードガス流路７１から熱交換流路７３へアノードガスを供給するポンプを用いても良い。この場合、ステップＳ１５、ステップＳ１８においては、制御部１０１がポンプを停止させれば、アノードガス流路７１から熱交換流路７３へアノードガスが流れない。また、ステップＳ１１においては、制御部１０１が測定温度Ｔ及び含有水素量Ｃhからポンプによるアノードガスの流量を読み出し、ステップＳ１３においてはその読み出した流量となるよう制御部１０１がポンプを制御する。なお、ステップＳ１１においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２で測定された温度が高くなるにつれて、ポンプによる熱交換流路７３へのアノードガスの流量が小さくなる関係を持ったデータテーブルを用いることになる。 [Modification 4]
In the above embodiment, the anode valve 22 is used as the anode gas flow rate adjusting unit. However, a pump that supplies the anode gas from the anode gas channel 71 to the heat exchange channel 73 may be used. In this case, in step S15 and step S18, if the control unit 101 stops the pump, the anode gas does not flow from the anode gas channel 71 to the heat exchange channel 73. In step S11, the control unit 101 reads the flow rate of the anode gas from the pump from the measured temperature T and the hydrogen content Ch, and in step S13, the control unit 101 controls the pump so that the read flow rate is obtained. In step S11, a data table having a relationship in which the flow rate of the anode gas to the heat exchange flow path 73 by the pump decreases as the temperature measured by the DC-DC converter 102 increases.

〔変形例５〕
また、上記実施形態では、カソードガス流量調整部として、カソードガスバルブ２３を用いたが、カソードガス流路７６から熱交換流路７３へカソードガスを供給するポンプを用いても良い。この場合、ステップＳ１２においては、制御部１０１が測定温度Ｔ及び含有水素量Ｃhからポンプによるカソードガスの流量を読み出し、ステップＳ１４においては、その読み出した流量となるよう制御部１０１がポンプを制御する。また、ステップＳ１６においては、測定温度Ｔからポンプによるカソードガスの流量を読み出し、ステップＳ１７においては、その読み出した流量となるよう制御部１０１がポンプを制御する。
なお、ステップＳ１２においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２で測定された温度が高くなるにつれて、ポンプによるカソードガスの流量が小さくなる関係を持ったデータテーブルを用いることになり、ステップＳ１６においては、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０２で測定された温度が高くなるにつれて、ポンプによるカソードガスの流量が大きくなる関係を持ったデータテーブルを用いることになる。 [Modification 5]
In the above embodiment, the cathode gas valve 23 is used as the cathode gas flow rate adjusting unit. However, a pump that supplies the cathode gas from the cathode gas channel 76 to the heat exchange channel 73 may be used. In this case, in step S12, the control unit 101 reads the flow rate of the cathode gas from the pump from the measured temperature T and the hydrogen content Ch, and in step S14, the control unit 101 controls the pump so that the read flow rate is obtained. . In step S16, the flow rate of the cathode gas from the pump is read from the measured temperature T, and in step S17, the control unit 101 controls the pump so that the read flow rate is obtained.
In step S12, a data table is used in which the cathode gas flow rate by the pump decreases as the temperature measured by the DC-DC converter 102 increases. In step S16, the DC- As the temperature measured by the DC converter 102 increases, a data table having a relationship in which the flow rate of the cathode gas by the pump increases is used.

〔変形例６〕
上記実施形態では、水素を改質して燃料電池本体１に供給したが、これに限らず、気化器２０３、改質器２０４、一酸化炭素除去器２０５を設けることなしにメタノール等の燃料を燃料電池本体１に供給して発電する直接型燃料電池に利用してもよい。 [Modification 6]
In the above embodiment, hydrogen is reformed and supplied to the fuel cell body 1. However, the present invention is not limited to this, and fuel such as methanol can be supplied without providing the vaporizer 203, the reformer 204, and the carbon monoxide remover 205. You may use for the direct fuel cell which supplies the fuel cell main body 1 and generates electric power.

発電装置２００のブロック図である。2 is a block diagram of a power generation device 200. FIG. 燃料電池本体１の断面図である。1 is a cross-sectional view of a fuel cell main body 1. 膜電極接合体４の平面図である。3 is a plan view of the membrane electrode assembly 4. FIG. 図３の切断面IV−IVの矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 両面セパレータ５の一方の面の平面図である。3 is a plan view of one surface of a double-sided separator 5. FIG. 両面セパレータ５の他方の面の平面図である。4 is a plan view of the other surface of the double-sided separator 5. FIG. 図５の切断面VII−VIIの矢視断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line VII-VII in FIG. 5. 金属板２１の平面図である。3 is a plan view of a metal plate 21. FIG. 金属板２０の平面図である。2 is a plan view of a metal plate 20. FIG. 金属板１９の平面図である。3 is a plan view of a metal plate 19. FIG. コントローラ８０のブロック図である。2 is a block diagram of a controller 80. FIG. プログラムに従ったコントローラ８０の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of the controller 80 according to a program. 燃料電池本体１の温度ごとに燃料電池本体１の出力電流と出力電圧との関係を表したグラフである。3 is a graph showing the relationship between the output current and output voltage of the fuel cell main body 1 for each temperature of the fuel cell main body 1.

符号の説明Explanation of symbols

１…燃料電池本体
４…膜電極接合体
２２…アノードガスバルブ
２３…カソードガスバルブ
６０…温度センサ
７１…アノードガス流路
７３…熱交換流路
７６…カソードガス流路
１０１…制御部
１０２…ＤＣ−ＤＣコンバータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell main body 4 ... Membrane electrode assembly 22 ... Anode gas valve 23 ... Cathode gas valve 60 ... Temperature sensor 71 ... Anode gas flow path 73 ... Heat exchange flow path 76 ... Cathode gas flow path 101 ... Control part 102 ... DC-DC converter

Claims (3)

膜電極接合体と、前記膜電極接合体の一方に面し、アノードガスが流れるアノードガス流路と、前記膜電極接合体の他方の面に面し、カソードガスが流れるカソードガス流路と、燃焼触媒が形成された熱交換流路と、前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れるアノードガスの流量を調整するアノードガス流量調整部と、前記熱交換流路へ流れるカソードガスの流量を調整するカソードガス流量調整部と、を有する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体の温度を測定する温度測定手段と、
前記温度測定手段により測定された温度が設定閾温度未満の場合に、アノードガスが前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れるよう前記アノードガス流量調整部を制御するとともにカソードガスが前記熱交換流路に流れるよう前記カソードガス流量調整部を制御する制御部と、
前記膜電極接合体によって生成された電力を入力するＤＣ−ＤＣコンバータと、を備え、
前記熱交換流路は、前記燃料電池本体と前記熱交換流路に流れる流体との熱交換を行い、
前記制御部は、前記温度測定手段により測定された温度が前記設定閾温度以上であって更に危険閾温度を超えた場合に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電圧を高くするように制御することを特徴とする燃料電池装置。 A membrane electrode assembly, an anode gas flow channel facing one of the membrane electrode assemblies and flowing an anode gas, a cathode gas flow channel facing the other surface of the membrane electrode assembly and flowing a cathode gas; A heat exchange channel in which a combustion catalyst is formed, an anode gas flow rate adjusting unit for adjusting a flow rate of the anode gas flowing from the anode gas channel to the heat exchange channel, and a flow rate of the cathode gas flowing to the heat exchange channel A fuel cell body having a cathode gas flow rate adjusting unit for adjusting
Temperature measuring means for measuring the temperature of the fuel cell body;
When the temperature measured by the temperature measuring means is lower than a set threshold temperature, the anode gas flow rate adjusting unit is controlled so that the anode gas flows from the anode gas flow path to the heat exchange flow path, and the cathode gas is heated by the heat. A control unit for controlling the cathode gas flow rate adjusting unit to flow in the exchange channel;
A DC-DC converter for inputting power generated by the membrane electrode assembly,
The heat exchange flow path performs heat exchange between the fuel cell main body and the fluid flowing in the heat exchange flow path,
The control unit performs control to increase the input voltage of the DC-DC converter when the temperature measured by the temperature measuring unit is equal to or higher than the set threshold temperature and further exceeds a dangerous threshold temperature. A fuel cell device. 前記制御部は、前記温度測定手段により測定された温度が前記設定閾温度以上の場合に、アノードガスが前記アノードガス流路から前記熱交換流路へ流れないよう前記アノードガス流量調整部を制御するとともにカソードガスが前記熱交換流路に流れるよう前記カソードガス流量調整部を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池装置。   The control unit controls the anode gas flow rate adjustment unit so that the anode gas does not flow from the anode gas channel to the heat exchange channel when the temperature measured by the temperature measuring unit is equal to or higher than the set threshold temperature. The fuel cell device according to claim 1, wherein the cathode gas flow rate adjusting unit is controlled so that the cathode gas flows into the heat exchange flow path. 前記温度測定手段により測定された前記燃料電池本体の温度が前記設定閾温度未満の場合に、前記制御部が、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの入力電流から前記アノードガス中の未反応の水素量を算出し、前記水素量を燃焼するのに必要な前記カソードガス流量を計算し、計算された前記カソードガス流量になるように前記カソードガス流量調整部を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池装置。 When the temperature of the fuel cell body, which is measured by said temperature measuring means is less than the set threshold temperature, the control unit, calculates the amount of hydrogen unreacted in the anode gas from the DC-DC converter input current 3. The cathode gas flow rate necessary for burning the amount of hydrogen is calculated, and the cathode gas flow rate adjusting unit is adjusted to achieve the calculated cathode gas flow rate. The fuel cell device described in 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100980995B1 (en) 2007-06-19 2010-09-07 현대자동차주식회사 Intelligent MEA for fuel cell
JP5101934B2 (en) * 2007-06-22 2012-12-19 日本電信電話株式会社 Small fuel cell system
JP6185448B2 (en) 2014-11-14 2017-08-23 トヨタ自動車株式会社 Terminal plate and fuel cell for fuel cell

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63205058A (en) * 1987-02-20 1988-08-24 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell device
JPS63224157A (en) * 1987-03-12 1988-09-19 Mitsubishi Electric Corp Fuel cell device
JPH0922719A (en) * 1995-07-05 1997-01-21 Sanyo Electric Co Ltd Portable fuel cell and its operating method
JP3702011B2 (en) * 1995-09-06 2005-10-05 三洋電機株式会社 Fuel cell and operation method thereof
JP3643719B2 (en) * 1999-03-01 2005-04-27 三洋電機株式会社 Polymer electrolyte fuel cell
JP4967182B2 (en) * 2000-09-11 2012-07-04 株式会社デンソー Fuel cell system
JP4987194B2 (en) * 2001-04-13 2012-07-25 本田技研工業株式会社 Fuel cell
JP3731650B2 (en) * 2001-10-30 2006-01-05 日産自動車株式会社 Fuel cell
JP4128370B2 (en) * 2002-02-15 2008-07-30 本田技研工業株式会社 Fuel cell warm-up device
JP2004139915A (en) * 2002-10-21 2004-05-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Operation method and operation device of fuel cell and fuel cell power generating system
JP2004146118A (en) * 2002-10-22 2004-05-20 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
US7291418B2 (en) * 2003-04-01 2007-11-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods and systems for elevating a temperature within a fuel cell
JP2006054976A (en) * 2004-08-16 2006-02-23 Hitachi Ltd Equipment with fuel cell mounted thereon
JP4929571B2 (en) * 2004-09-07 2012-05-09 カシオ計算機株式会社 Fuel cell separator and fuel cell device

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