JP5142004B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに係り、特に、生成される水を除去する機能を備えた燃料電池システム及びその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a function of removing generated water and a control method thereof.

近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギー源とした燃料電池システムが注目されている。この種の燃料電池システムでは、電気化学反応により水が生成されるため、燃料電池の内部状態に応じた量のパージガスを送り込んで生成された水を排出する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−71307号公報
In recent years, a fuel cell system using a fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas as an energy source has attracted attention. In this type of fuel cell system, since water is generated by an electrochemical reaction, a technique for discharging water generated by sending an amount of purge gas corresponding to the internal state of the fuel cell is known (for example, patents). Reference 1).
JP 2004-71307 A

上記技術により、システムの運転時においては水分を排出することができるが、運転停止後においては水分が完全に除去仕切れずに残留することがある。特に、温度が低い場合は、ガスの飽和水蒸気量が小さくガスパージでは水分を十分に取りきることができず、このため、低温環境下では残留した水分が凍結し、ガス流路におけるガスの流れに影響し、発電効率が低下する恐れがあった。   With the above technique, moisture can be discharged during the operation of the system, but the moisture may remain without being completely removed after the operation is stopped. In particular, when the temperature is low, the saturated water vapor amount of the gas is small and the gas purge cannot sufficiently remove the moisture. For this reason, the remaining moisture freezes in a low temperature environment, and the gas flow in the gas flow path is reduced. The power generation efficiency may be reduced.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、システムの運転停止後にも効率的に水分を除去して高い発電効率を得ることが可能な燃料電池システム及びその制御方法を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of efficiently removing moisture even after the system is stopped and obtaining high power generation efficiency and a control method thereof. It is said.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、複数のセルを積層させた燃料電池スタック内のガス流路に反応ガスを供給し、この反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックのセル積層方向の締付荷重を調節可能な圧力制御機構と、運転停止時に、前記圧力制御機構によって前記燃料電池スタックの締付荷重を調節しつつ前記ガス流路へ前記ガスを供給して掃気するガス供給処理を行う制御部と、を備える。   In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention supplies a reactive gas to a gas flow path in a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked, and generates an electric power by electrochemically reacting the reactive gas. A pressure control mechanism capable of adjusting a tightening load in the cell stacking direction of the fuel cell stack, and the gas while adjusting the tightening load of the fuel cell stack by the pressure control mechanism when the operation is stopped. And a control unit that performs a gas supply process of supplying the gas to the flow path and scavenging.

この燃料電池システムによれば、運転停止時にて燃料電池スタックの締付荷重を調節することにより、生成水をガス流路へ円滑に導き出しつつガス流路内に供給したガスによって水を円滑に排出させることができる。具体的には、運転停止時にて締付荷重を減少させることにより、セル内におけるセル構成要素間の接触面圧を低減させて排水性を向上させ、生成水の排出の円滑化を図ることができる。   According to this fuel cell system, by adjusting the tightening load of the fuel cell stack when the operation is stopped, water is smoothly discharged by the gas supplied into the gas flow channel while smoothly guiding the generated water to the gas flow channel. Can be made. Specifically, by reducing the tightening load when the operation is stopped, the contact surface pressure between the cell components in the cell can be reduced, drainage can be improved, and the generated water can be smoothly discharged. it can.

これにより、運転停止後においても水分を効率的に除去することができ、低温環境下における残留水の凍結によるガス流路のガスの流れへの影響を抑え、その後の運転時における高い発電効率を確保することができる。   As a result, moisture can be removed efficiently even after the operation is stopped, the influence of freezing of residual water on the gas flow in the gas flow path in a low-temperature environment is suppressed, and high power generation efficiency during subsequent operation is achieved. Can be secured.

また、前記セルは、その構成要素に、拡散層と、一面側に形成されたガス流路溝を前記拡散層側に向けて配置されたセパレータとを含むことが望ましい。   Moreover, it is preferable that the cell includes, in its constituent elements, a diffusion layer and a separator arranged with a gas flow channel groove formed on one surface side facing the diffusion layer.

これにより、運転停止時にて締付荷重を減少させることにより、セル内における拡散層(一のセル構成要素)とセパレータ(他のセル構成要素)間の接触面圧を低減させて拡散層の排水性を向上させ、生成水の排出の円滑化を図ることができる。   By reducing the tightening load when the operation is stopped, the contact surface pressure between the diffusion layer (one cell component) and the separator (other cell component) in the cell is reduced, and the drainage of the diffusion layer is reduced. It is possible to improve the performance and facilitate the discharge of the generated water.

そして、前記制御部は、前記燃料電池スタックの状態に応じて前記圧力制御機構を制御することが好ましい。   And it is preferable that the said control part controls the said pressure control mechanism according to the state of the said fuel cell stack.

また、前記制御部は、前記燃料電池スタック内の水分の含有量に応じて前記圧力制御機構を制御することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said control part controls the said pressure control mechanism according to content of the water | moisture content in the said fuel cell stack.

また、前記制御部は、前記燃料電池スタックの温度に応じて前記圧力制御機構を制御することが好ましい。   The controller preferably controls the pressure control mechanism according to the temperature of the fuel cell stack.

さらに、前記制御部は、前記燃料電池スタックの状態に応じてガス供給処理の処理時間を求めることが望ましい。   Furthermore, it is preferable that the control unit obtains a processing time of the gas supply process according to the state of the fuel cell stack.

本発明の燃料電池システムの制御方法は、複数のセルを積層させた燃料電池スタック内のガス流路に反応ガスを供給し、この反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池スタックの締付荷重を調節しつつ前記ガス流路へ前記ガスを供給して掃気するガス供給処理を行う。   A control method for a fuel cell system according to the present invention is a control method for a fuel cell system in which a reaction gas is supplied to a gas flow path in a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked and the reaction gas is electrochemically reacted to generate power. Then, a gas supply process for supplying the gas to the gas flow path and scavenging while adjusting the tightening load of the fuel cell stack is performed.

この燃料電池システムの制御方法によれば、運転停止時にて燃料電池スタックの締付荷重を調節することにより、生成水をガス流路へ円滑に導き出しつつガス流路内に供給したガスによって水を円滑に排出させることができる。具体的には、運転停止時にて締付荷重を減少させることにより、セル内におけるセルの構成要素間の接触面圧を低減させて排水性を向上させ、生成水の排出の円滑化を図ることができる。   According to the control method of the fuel cell system, by adjusting the tightening load of the fuel cell stack when the operation is stopped, water is supplied by the gas supplied into the gas flow path while smoothly guiding the generated water to the gas flow path. It can be discharged smoothly. Specifically, by reducing the tightening load when the operation is stopped, the contact pressure between the components of the cell in the cell is reduced, the drainage is improved, and the generated water is smoothly discharged. Can do.

これにより、運転停止後においても水分を効率的に除去することができ、低温環境下における残留水の凍結によるガス流路のガスの流れへの影響を抑え、その後の運転時における高い発電効率を確保することができる。   As a result, moisture can be removed efficiently even after the operation is stopped, the influence of freezing of residual water on the gas flow in the gas flow path in a low-temperature environment is suppressed, and high power generation efficiency during subsequent operation is achieved. Can be secured.

この場合、前記燃料電池スタックの状態に応じて前記燃料電池スタックの締付荷重を調節することが好ましい。   In this case, it is preferable to adjust the tightening load of the fuel cell stack according to the state of the fuel cell stack.

本発明によれば、運転停止時にて締付荷重を減少させ、セル内におけるセル構成要素間の接触面圧を低減させて排水性を向上させることにより、生成水をガス流路へ円滑に導き出しつつこの生成水を円滑に排出させることができ、その後の運転時における高い発電効率を確保することができる。   According to the present invention, when the operation is stopped, the tightening load is reduced, the contact surface pressure between the cell components in the cell is reduced, and the drainage is improved. However, this generated water can be discharged smoothly, and high power generation efficiency during subsequent operation can be ensured.

以下、本発明に係る燃料電池システム及びその制御方法の実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of a fuel cell system and a control method thereof according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、燃料電池システムの要部のシステム構成図を示すものである。図に示す燃料電池10は、燃料電池自動車の車載発電システムや船舶、航空機、電車あるいは歩行ロボット等のあらゆる移動体用の発電システム、さらには、建物(住宅、ビル等)用の発電設備として用いられる定置用発電システム等に適用可能であるが、具体的には自動車用となっている。   FIG. 1 shows a system configuration diagram of a main part of a fuel cell system. The fuel cell 10 shown in the figure is used as an in-vehicle power generation system for a fuel cell vehicle, a power generation system for any moving body such as a ship, an aircraft, a train, or a walking robot, and also as a power generation facility for a building (house, building, etc.). It can be applied to a stationary power generation system and the like, but specifically, is for automobiles.

図に示すように、燃料電池システムは、燃料電池10に燃料ガス(反応ガス)である水素ガスを供給する水素供給配管11、燃料電池10から排出された水素オフガスを案内する水素循環配管12、酸化ガス(反応ガス)としての空気を供給する空気供給配管13および燃料電池10から排出され空気オフガスを外部に排出する空気排出配管14と、燃料電池10を冷却するための図示略の冷却系配管を備えて構成されている。   As shown in the figure, the fuel cell system includes a hydrogen supply pipe 11 that supplies hydrogen gas, which is a fuel gas (reactive gas), to the fuel cell 10, a hydrogen circulation pipe 12 that guides the hydrogen off-gas discharged from the fuel cell 10, An air supply pipe 13 for supplying air as an oxidizing gas (reactive gas), an air discharge pipe 14 for discharging air off-gas discharged from the fuel cell 10 to the outside, and a cooling system pipe (not shown) for cooling the fuel cell 10 It is configured with.

空気供給配管13には、エアクリーナ21が設けられており、このエアクリーナ21と燃料電池10との間位置にエアコンプレッサ22が設けられている。これにより、エアコンプレッサ22が駆動されると、空気供給配管13は、外気を吸い込みエアクリーナ21でダスト等を捕捉した後に燃料電池10に導入する。   An air cleaner 21 is provided in the air supply pipe 13, and an air compressor 22 is provided at a position between the air cleaner 21 and the fuel cell 10. Thus, when the air compressor 22 is driven, the air supply pipe 13 sucks outside air and captures dust and the like with the air cleaner 21 and then introduces it into the fuel cell 10.

燃料ガスとしての水素ガスは、図示しない水素供給源から開閉制御弁23を介して水素供給配管11に送り込まれ、燃料電池10に供給される。そして、燃料電池10で消費されなかった水素ガスは水素オフガスとして水素循環配管12に排出され、水素供給配管11に戻されて再利用される。   Hydrogen gas as fuel gas is sent from a hydrogen supply source (not shown) to the hydrogen supply pipe 11 via the opening / closing control valve 23 and supplied to the fuel cell 10. Then, the hydrogen gas that has not been consumed in the fuel cell 10 is discharged as a hydrogen off-gas to the hydrogen circulation pipe 12 and returned to the hydrogen supply pipe 11 for reuse.

水素循環配管12には、水素オフガスから水分を回収する気液分離器24、水素オフガスを加圧する水素ポンプ25及び水素供給配管11からの水素ガスの水素循環配管12側への逆流を防止する逆止弁26が設けられている。また、水素循環配管12には、排出制御弁27を有するパージ流路28が接続されており、水素ガスの不純物濃度の増加を抑えるべく間欠的に排出制御弁27が開かれ、水素循環配管12内の水素オフガスが外部に排出される。   The hydrogen circulation pipe 12 includes a gas-liquid separator 24 that recovers moisture from the hydrogen off-gas, a hydrogen pump 25 that pressurizes the hydrogen off-gas, and a reverse flow that prevents reverse flow of hydrogen gas from the hydrogen supply pipe 11 toward the hydrogen circulation pipe 12. A stop valve 26 is provided. In addition, a purge flow path 28 having a discharge control valve 27 is connected to the hydrogen circulation pipe 12, and the discharge control valve 27 is intermittently opened to suppress an increase in the impurity concentration of hydrogen gas. The hydrogen off gas inside is discharged outside.

燃料電池10は、燃料ガス及び酸化ガスの供給を受けて発電するセルを所要数積層してなる複数の燃料電池スタック31を有しており、これら燃料電池スタック31には、その一端側に端板32が設けられている。また、これら燃料電池スタック31の他端側には、それぞれの燃料電池スタック31を構成するセルの積層方向へ締付荷重(スラスト方向の荷重)を付与するとともに、その荷重を調整するアクチュエータ(圧力制御機構)33が設けられている。   The fuel cell 10 has a plurality of fuel cell stacks 31 in which a required number of cells that generate power upon receiving the supply of fuel gas and oxidant gas are stacked, and these fuel cell stacks 31 have an end on one end side. A plate 32 is provided. In addition, a tightening load (a load in the thrust direction) is applied to the other end side of these fuel cell stacks 31 in the stacking direction of the cells constituting each fuel cell stack 31, and an actuator (pressure) for adjusting the load is applied. Control mechanism) 33 is provided.

燃料電池スタック31は、図2に示すように、導電性を有しガス不透過の材料からなるセパレータ41と、一対のセパレータ41で挟み込まれたMEA(Membrane Electrode Assembly)42とから構成されるセルを複数積層したスタック構造を備えている。水素ガス、空気、冷却水の流路を有する   As shown in FIG. 2, the fuel cell stack 31 is a cell composed of a separator 41 made of an electrically conductive and gas-impermeable material and a MEA (Membrane Electrode Assembly) 42 sandwiched between the pair of separators 41. A stack structure in which a plurality of layers are stacked. Has a flow path for hydrogen gas, air, and cooling water

MEA42は、電解質膜43及びその両面に配置した一対の電極44からなり、電極44は、電解質膜43側から触媒層44a及び拡散層44bを積層した構造とされている。   The MEA 42 includes an electrolyte membrane 43 and a pair of electrodes 44 disposed on both surfaces thereof. The electrode 44 has a structure in which a catalyst layer 44a and a diffusion layer 44b are laminated from the electrolyte membrane 43 side.

触媒層は44a、電解質膜43に隣接配置され、例えば、固体電解質と、炭素粒子と、その炭素粒子に担持された触媒とを備えている。触媒としては、例えば、白金又は白金合金等が好適に用いられる。一方、拡散層44bは、流体(燃料ガス、酸化ガス、生成水)を通過させる機能と、触媒層44a及びセパレータ41を導通させる機能とを有する導電体である。   The catalyst layer 44a is disposed adjacent to the electrolyte membrane 43, and includes, for example, a solid electrolyte, carbon particles, and a catalyst supported on the carbon particles. As the catalyst, for example, platinum or a platinum alloy is preferably used. On the other hand, the diffusion layer 44b is a conductor having a function of passing a fluid (fuel gas, oxidizing gas, generated water) and a function of conducting the catalyst layer 44a and the separator 41.

つまり、燃料電池スタック31を構成するセルは、MEA42を構成する電解質膜43,触媒層44a及び拡散層44bと、一面側に形成されたガス流路溝(燃料ガス流路、酸化ガス流路)をMEA42の拡散層44b側に向けて配置されたセパレータ41を構成要素として構成されている。   That is, the cell constituting the fuel cell stack 31 includes the electrolyte membrane 43, the catalyst layer 44a, and the diffusion layer 44b constituting the MEA 42, and the gas passage groove (fuel gas passage, oxidizing gas passage) formed on one surface side. The separator 41 is disposed as a constituent element with the MEA 42 facing the diffusion layer 44b side.

この燃料電池スタック31には、MEA42を介した両面側に、拡散層44bとセパレータ41とによって区画されたガス流路45が形成されており、このガス流路45に燃料ガスである水素ガス及び酸化ガスとして空気が流され、水素ガスと空気中の酸素とがMEA42を介して電気化学反応することにより発電する。   In the fuel cell stack 31, gas flow paths 45 defined by a diffusion layer 44b and a separator 41 are formed on both sides of the MEA 42, and hydrogen gas as a fuel gas and Air is flowed as an oxidizing gas, and electricity is generated by an electrochemical reaction between hydrogen gas and oxygen in the air via the MEA 42.

上記構造の燃料電池システムは、制御部51を備えている。この制御部51は、エアコンプレッサ22、開閉制御弁23、排出制御弁27、水素ポンプ25及びアクチュエータ33に接続されており、これらの駆動を制御する。また、燃料電池10には、燃料電池スタック31内の冷却水の温度を検出する温度センサ52が設けられており、この温度センサ52は、制御部51に接続され、検出信号を制御部51に送信する。   The fuel cell system having the above structure includes a control unit 51. The control unit 51 is connected to the air compressor 22, the opening / closing control valve 23, the discharge control valve 27, the hydrogen pump 25, and the actuator 33, and controls these drives. Further, the fuel cell 10 is provided with a temperature sensor 52 that detects the temperature of the cooling water in the fuel cell stack 31, and this temperature sensor 52 is connected to the control unit 51, and a detection signal is sent to the control unit 51. Send.

そして、この燃料電池システムでは、温度センサ52からの検出信号に基づいて、燃料電池スタック31内に残留した水の排出動作を行う。   In this fuel cell system, the water remaining in the fuel cell stack 31 is discharged based on the detection signal from the temperature sensor 52.

次に、この制御部51による水の排出動作について図3のフローチャートに沿って説明する。   Next, the water discharging operation by the control unit 51 will be described along the flowchart of FIG.

運転者によってイグニッションスイッチがオフされて、燃料電池システムに運転停止が指令されると(ステップS01)、制御部51は、温度センサ52からの検出信号に基づいて、燃料電池スタック31のスタック温度tを求める。   When the ignition switch is turned off by the driver and the fuel cell system is commanded to stop operation (step S01), the control unit 51 determines the stack temperature t of the fuel cell stack 31 based on the detection signal from the temperature sensor 52. Ask for.

そして、制御部51は、求めた燃料電池スタック31のスタック温度tが、所定の閾値以下である場合に(ステップS02:YES)、燃料電池スタック31の締付荷重であるスタッキング圧Pの決定処理を行う(ステップS03)。   Then, when the obtained stack temperature t of the fuel cell stack 31 is equal to or lower than a predetermined threshold (step S02: YES), the control unit 51 determines the stacking pressure P that is the tightening load of the fuel cell stack 31. Is performed (step S03).

このスタッキング圧Pの決定処理では、制御部51は、例えば図4に示すように、予め求められているスタック温度tとスタッキング圧Pとを関係付けたマップデータより、求めたスタック温度tに対応したスタッキング圧Pを割り出す。   In the determination process of the stacking pressure P, for example, as shown in FIG. 4, the control unit 51 corresponds to the obtained stack temperature t from the map data relating the stack temperature t and the stacking pressure P obtained in advance. Determine the stacking pressure P.

また、制御部51は、例えば図5に示すように、水素側及び酸素側の両者にてそれぞれ予め求められているスタック温度tとパージガスの流量Qとを関係付けたマップデータより、求めたスタック温度tに対応したガス流量Qを決定する。   Further, as shown in FIG. 5, for example, the control unit 51 determines the stack obtained from the map data in which the stack temperature t and the flow rate Q of the purge gas respectively obtained in advance on both the hydrogen side and the oxygen side are related. A gas flow rate Q corresponding to the temperature t is determined.

さらに、制御部51は、例えば図6に示すように、決定したパージガス流量Qによる掃気時間Tを、予め求められているスタック温度tと掃気時間Tとを関係付けたマップデータより、掃気時間Tを決定する。   Further, as shown in FIG. 6, for example, the control unit 51 determines the scavenging time T based on the determined purge gas flow rate Q from the map data in which the stack temperature t and the scavenging time T obtained in advance are related. To decide.

次に、制御部51は、アクチュエータ33へ制御信号を出力し、燃料電池スタック31におけるスタッキング圧を、スタック温度tに基づいてマップデータより求めたスタッキング圧Pに変更する(ステップS04)。   Next, the control unit 51 outputs a control signal to the actuator 33, and changes the stacking pressure in the fuel cell stack 31 to the stacking pressure P obtained from the map data based on the stack temperature t (step S04).

このように、燃料電池スタック31の締付荷重が通常よりも低いスタッキング圧Pとされると、セルにおける構成要素同士の接触面圧が低減され、図7に示すように、セパレータ41によって圧縮されていた拡散層44bは、図8に示すように、圧縮状態が弱められる。   As described above, when the tightening load of the fuel cell stack 31 is set to the stacking pressure P lower than usual, the contact surface pressure between the components in the cell is reduced and compressed by the separator 41 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the compressed state of the diffusion layer 44b was weakened.

これにより、セパレータ41からの圧縮によって水分の拡散性が低下していた拡散層44bは、当該セパレータ41からの圧縮が弱められることにより排水性が高められ、より円滑に生成水がガス流路45に送り出される。   As a result, the diffusion layer 44b whose moisture diffusibility has been reduced by the compression from the separator 41 is improved in drainage due to weakening of the compression from the separator 41, so that the generated water flows more smoothly into the gas channel 45. Sent out.

また、制御部51は、エアコンプレッサ22、水素ポンプ25、開閉制御弁23及び排出制御弁27を制御し、スタック温度tに基づいてマップデータより求めたパージガス流量Qにて、燃料電池スタック31内に空気及び水素ガスを流して掃気するガス供給処理を含む停止処理を開始する(ステップS04)。   Further, the control unit 51 controls the air compressor 22, the hydrogen pump 25, the open / close control valve 23, and the discharge control valve 27, and in the fuel cell stack 31 at the purge gas flow rate Q obtained from the map data based on the stack temperature t. A stop process including a gas supply process for scavenging by flowing air and hydrogen gas is started (step S04).

このようにすると、燃料電池スタック31のガス流路45内に流出した生成水が空気及び水素ガスによって燃料電池スタック31から流されて排出される。   In this way, the generated water that has flowed into the gas flow path 45 of the fuel cell stack 31 is discharged from the fuel cell stack 31 by air and hydrogen gas.

そして、制御部51は、停止処理を開始してから、スタック温度tに基づいてマップデータより求めた所定の掃気時間Tの経過後(ステップS05:YES)、エアコンプレッサ22、水素ポンプ25、開閉制御弁23及び排出制御弁27を制御して空気及び水素ガスによって生成水を排出させる停止処理を終了し、さらに、アクチュエータ33を制御して燃料電池スタック31におけるスタッキング圧Pを、運転時における所定の圧力に復帰させる(ステップS06)。   Then, the control unit 51 starts the stop process, and after the elapse of a predetermined scavenging time T obtained from the map data based on the stack temperature t (step S05: YES), the air compressor 22, the hydrogen pump 25, the open / close state The control valve 23 and the discharge control valve 27 are controlled to terminate the stop process of discharging generated water by air and hydrogen gas, and the actuator 33 is controlled to set the stacking pressure P in the fuel cell stack 31 to a predetermined value during operation. (Step S06).

このように、上記実施形態に係る燃料電池システム及びその制御方法によれば、運転停止時にて燃料電池スタック31の締付荷重を調節することにより、生成水をガス流路45へ円滑に導き出しつつガス流路45内に供給したガスによって水を円滑に排出させることができる。   As described above, according to the fuel cell system and the control method thereof according to the above embodiment, the generated water is smoothly led to the gas flow path 45 by adjusting the tightening load of the fuel cell stack 31 when the operation is stopped. Water can be smoothly discharged by the gas supplied into the gas flow path 45.

具体的には、運転停止時にて締付荷重を減少させることにより、セル内におけるセルの構成要素である拡散層44bとセパレータ41との接触面圧を低減させて拡散層44bの排水性を向上させ、生成水の排出の円滑化を図ることができる。   Specifically, by reducing the tightening load when the operation is stopped, the contact surface pressure between the diffusion layer 44b, which is a component of the cell, and the separator 41 in the cell is reduced, thereby improving the drainage of the diffusion layer 44b. And smooth discharge of generated water.

これにより、運転停止後においても水分を効率的に除去することができ、低温環境下における残留水の凍結によるガス流路45のガスの流れへの影響を抑え、その後の運転時における高い発電効率を確保することができる。   As a result, water can be efficiently removed even after the operation is stopped, and the influence of the freezing of the residual water in the low temperature environment on the gas flow in the gas flow path 45 is suppressed, and the high power generation efficiency during the subsequent operation Can be secured.

なお、上記実施形態では、燃料電池スタック31に設けた温度センサ52からの検出信号に基づいて制御部51が燃料電池スタック31の温度を求め、アクチュエータ33を制御したが、このアクチュエータ33の制御のパラメータとなる燃料電池スタック31の状態としては、燃料電池スタック31の温度に限定されない。   In the above embodiment, the control unit 51 obtains the temperature of the fuel cell stack 31 based on the detection signal from the temperature sensor 52 provided in the fuel cell stack 31, and controls the actuator 33. The state of the fuel cell stack 31 as a parameter is not limited to the temperature of the fuel cell stack 31.

例えば、燃料電池スタック31に露点計を設け、この露点計によってガス流路45内における水分の含有量を検出し、この水分の含有量をパラメータとしてアクチュエータ33を制御しても良い。   For example, a dew point meter may be provided in the fuel cell stack 31, and the moisture content in the gas flow path 45 may be detected by the dew point meter, and the actuator 33 may be controlled using the moisture content as a parameter.

なお、上記実施形態における水の排出動作は、イグニッションスイッチのオフによる運転停止時以外にも、通常運転時にて行われる燃料電池システムの間欠運転での運転停止時にも行えることは勿論である。ここで、間欠運転とは、例えばアイドリング時、低速走行時、又は回生制動時等の低負荷運転時に燃料電池の発電を一時休止し、バッテリやキャパシタ等の蓄電手段から負荷(車両モータおよび補機類等)への電力供給を行う運転モードをいう。   Of course, the water discharging operation in the above embodiment can be performed not only when the operation is stopped by turning off the ignition switch, but also when the fuel cell system is intermittently stopped during normal operation. Here, the intermittent operation refers to, for example, temporarily stopping power generation of the fuel cell during low load operation such as idling, low-speed traveling, or regenerative braking, and the load (vehicle motor and auxiliary machine) from power storage means such as a battery or a capacitor. An operation mode for supplying power to

本実施形態に係る燃料電池システムを示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing a fuel cell system according to an embodiment. 燃料電池スタックの構造を説明する概略断面図である。It is a schematic sectional drawing explaining the structure of a fuel cell stack. 水の排出動作について説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the discharge operation | movement of water. 水の排出動作にて用いられるマップデータを示すグラフ図である。It is a graph which shows the map data used in the discharge operation | movement of water. 水の排出動作にて用いられるマップデータを示すグラフ図である。It is a graph which shows the map data used in the discharge operation | movement of water. 水の排出動作にて用いられるマップデータを示すグラフ図である。It is a graph which shows the map data used in the discharge operation | movement of water. 燃料電池スタックにおけるセルの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the cell in a fuel cell stack. 燃料電池スタックにおけるセルの状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the cell in a fuel cell stack.

符号の説明Explanation of symbols

31…燃料電池スタック、33…アクチュエータ(圧力制御機構)、41…セパレータ(セル構成要素)、42…MEA(セル構成要素)、43…電解質膜(セル構成要素)、44…電極(セル構成要素)、44a…触媒層(セル構成要素)、44b…拡散層(セル構成要素)、45…ガス流路、51…制御部、52…温度センサ。

DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Fuel cell stack, 33 ... Actuator (pressure control mechanism), 41 ... Separator (cell component), 42 ... MEA (cell component), 43 ... Electrolyte membrane (cell component), 44 ... Electrode (cell component) ), 44a... Catalyst layer (cell constituent element), 44b... Diffusion layer (cell constituent element), 45... Gas flow path, 51.

Claims (3)

複数のセルを積層させた燃料電池スタック内のガス流路に反応ガスを供給し、この反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックのセル積層方向の締付荷重を調節可能な圧力制御機構と、
運転停止時に、前記圧力制御機構によって前記燃料電池スタックの締付荷重を通常運転時の締付荷重よりも減少させて前記セル内の構成要素間の接触面圧を低減させつつ前記ガス流路へ前記ガスを供給して掃気するガス供給処理を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、前記運転停止時の前記燃料電池スタックの状態に応じて前記ガス供給処理の処理時間を求め、前記運転停止時の前記燃料電池スタック内の水分の含有量に応じて前記圧力制御機構を制御する、燃料電池システム。
A fuel cell system for supplying a reaction gas to a gas flow path in a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked and generating an electric power by electrochemical reaction of the reaction gas,
A pressure control mechanism capable of adjusting a tightening load in a cell stacking direction of the fuel cell stack;
When the operation is stopped, the pressure control mechanism reduces the tightening load of the fuel cell stack from the tightening load during normal operation to reduce the contact surface pressure between the components in the cell and to the gas flow path. A gas supply process for supplying and scavenging the gas, and
Wherein the control unit obtains the processing time of the gas supply process according to the state of the fuel cell stack at the time of the shutdown, the pressure control in accordance with the content of water in the fuel cell stack at the time of the shutdown A fuel cell system that controls the mechanism .
前記セルは、前記構成要素に、拡散層と、一面側に形成されたガス流路溝を前記拡散層側に向けて配置されたセパレータとを含む請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the cell includes, in the component, a diffusion layer, and a separator disposed with a gas flow channel groove formed on one surface side facing the diffusion layer. 複数のセルを積層させた燃料電池スタック内のガス流路に反応ガスを供給し、この反応ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの制御方法であって、
運転停止時に、前記燃料電池スタックの締付荷重を通常運転時の締付荷重よりも減少させて前記セル内の構成要素間の接触面圧を低減させつつ前記ガス流路へ前記ガスを供給して掃気するガス供給処理を行い、前記ガス供給処理は、前記運転停止時の前記燃料電池スタックの状態に応じて求めたガス供給処理の処理時間にわたって実施され、前記運転停止時の前記燃料電池スタック内の水分の含有量に応じて前記燃料電池スタックの締付荷重を調整する、燃料電池システムの制御方法。
A control method of a fuel cell system for generating a power by supplying a reaction gas to a gas flow path in a fuel cell stack in which a plurality of cells are stacked and electrochemically reacting the reaction gas,
When the operation is stopped, the gas is supplied to the gas flow path while reducing the contact load between the components in the cell by reducing the tightening load of the fuel cell stack from the tightening load during normal operation. performs gas supply process for scavenging Te, the gas supply process is carried out over the processing time of the gas supply process determined in accordance with the state of the fuel cell stack at the time of the shutdown, the fuel cell stack at the time of the shutdown A control method of a fuel cell system , wherein a tightening load of the fuel cell stack is adjusted according to a moisture content in the fuel cell stack .
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