JP5502955B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

近年、水素などの燃料と酸素などの酸化剤の電気化学反応で電力を得る燃料電池の開発が進み、燃料電池は、その開発段階などに応じ複数の種類が存在する。そのうち、電解質としてプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜を用いた燃料電池システムでは、燃料極に水素を含む燃料ガスを供給し、酸化剤極に酸素を含む酸化剤ガスを供給して発電を行うが、発電の開始(起動)および終了(停止)の際には、不活性ガスを燃料極および酸化剤極に供給し、燃料ガスおよび酸化剤ガスなどの反応ガスを除去(パージ)することにより、保管中の安全を確保している。   In recent years, development of a fuel cell that obtains electric power through an electrochemical reaction between a fuel such as hydrogen and an oxidant such as oxygen has progressed, and there are a plurality of types of fuel cells depending on the stage of development. Among them, in a fuel cell system using a proton conductive solid polymer electrolyte membrane as an electrolyte, a fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel electrode, and an oxidant gas containing oxygen is supplied to the oxidant electrode to generate power. However, when starting (starting) and ending (stopping) power generation, an inert gas is supplied to the fuel electrode and the oxidant electrode to remove (purge) the reaction gas such as the fuel gas and the oxidant gas. This ensures safety during storage.

このときに、不活性ガスとして窒素を用いるのが一般的であるが、この場合は、燃料ガスおよび酸化剤ガスとは別に窒素供給源、例えば窒素ガスボンベが必要になり、燃料電池システムの維持コスト低減の観点から好ましくない。この窒素によるパージに替わる方法として、酸化剤極で水素を生成しパージする方法や、空気でパージする方法、水でパージする方法が提案されている。   At this time, nitrogen is generally used as an inert gas. In this case, a nitrogen supply source such as a nitrogen gas cylinder is required in addition to the fuel gas and the oxidant gas, and the maintenance cost of the fuel cell system is required. It is not preferable from the viewpoint of reduction. As a method for replacing the purge with nitrogen, a method of generating and purging hydrogen at the oxidant electrode, a method of purging with air, and a method of purging with water have been proposed.

例えば、特許文献1では、運転停止時に酸化剤ガスの供給を停止し、燃料ガスの供給と発電を継続して酸化剤極の酸素を消費し、さらに外部電源により水分を電気分解し、酸化剤極に水素を生成してパージ処理する方法が提案されている。   For example, in Patent Document 1, supply of oxidant gas is stopped when operation is stopped, supply of fuel gas and power generation are continued to consume oxygen at the oxidant electrode, and water is electrolyzed by an external power source. A method has been proposed in which hydrogen is generated at the electrode and purged.

また、特許文献2では、燃料電池スタックよりも高い位置に冷却水バッファや冷却水タンクを設置し、運転停止時に導電性多孔質板を介して冷却水を燃料ガス流路および酸化剤ガス流路に供給することで、冷却水によるパージを行うことが提案されている。
特開2002−93448号 特開2006−59734号
In Patent Document 2, a cooling water buffer and a cooling water tank are installed at a position higher than the fuel cell stack, and the cooling water is supplied to the fuel gas channel and the oxidant gas channel via the conductive porous plate when the operation is stopped. It has been proposed to purge with cooling water.
JP 2002-93448 A JP 2006-59734 A

ところで、上記のような特許文献1の技術では、発電による酸素消費処理中に酸化剤極に水素を生成し、かつ水の電気分解により水素を生成してパージ処理を行うが、外部電源や燃料ガス流通路と酸化剤ガス流通路を閉止する遮断弁が4個必要になり、システムが複雑になりコストアップとなる課題があった。   By the way, in the technology of Patent Document 1 as described above, hydrogen is generated at the oxidizer electrode during oxygen consumption processing by power generation, and hydrogen is generated by electrolysis of water to perform a purge process. Four shut-off valves for closing the gas flow path and the oxidant gas flow path are required, resulting in a problem that the system becomes complicated and the cost is increased.

また、特許文献2の技術では、運転停止後に、酸化剤ガス流路中の残留酸素が高分子電解質膜中を拡散して、燃料ガス中の水素と反応して消費された後に水パージを行っているが、この拡散による消費では10〜60分と長い時間がかかることに加え、酸化剤ガス供給経路および排出経路は開放されており、消費の間に外部から拡散により侵入する酸素を防ぐことが出来ないという課題があった。   Further, in the technique of Patent Document 2, after the operation is stopped, the residual oxygen in the oxidant gas channel diffuses in the polymer electrolyte membrane, reacts with the hydrogen in the fuel gas and is consumed, and then the water purge is performed. However, it takes 10 to 60 minutes for the consumption by this diffusion, and the oxidant gas supply path and the exhaust path are opened to prevent oxygen entering from the outside during the consumption. There was a problem that it was not possible.

また、上記特許文献2に開示の別の方法では、酸化剤ガス流通路と冷却水供給手段および排出手段を連通する2つのガス流通路パージ手段を設けて、酸化剤ガスを積極的に水パージして外部からの酸素の侵入を防いでいるが、この場合は、ガス流通路に設けられた遮断弁2個と、酸化剤ガス供給経路および排出経路に設けられた遮断弁2個の、計4個の弁が必要となり、コストアップとなる課題があった。   In another method disclosed in Patent Document 2, two gas flow passage purge means are provided to communicate the oxidant gas flow passage with the cooling water supply means and the discharge means, so that the oxidant gas is actively purged with water. In this case, in this case, a total of two shut-off valves provided in the gas flow passage and two shut-off valves provided in the oxidant gas supply path and the discharge path are measured. Four valves were required, and there was a problem of increasing costs.

本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するもので、その目的は、窒素ガスなどのパージガスを用いなくても安全に起動停止するとともに、外部からの酸素の侵入を確実に防いで起動停止に伴う性能の低下を防止でき、かつ酸素の消費にかかる時間を短縮する、簡素で安価な燃料電池システムを得ることである。   The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to start and stop safely without using a purge gas such as nitrogen gas and to reliably prevent oxygen from entering from the outside. To obtain a simple and inexpensive fuel cell system that can prevent a decrease in performance due to start and stop and that shortens the time required for oxygen consumption.

上記の目的を達成するため、本発明の一態様は、単位電池であって、固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の流通路に対し、導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータと、を用いた単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池スタックに冷却水を供給する冷却水供給手段と、前記燃料電池スタックから燃料ガスを排出する燃料ガス排出手段と、前記燃料電池スタックから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出手段と、前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段と、前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に、かつ、前記燃料電池スタックよりも高い位置に、設ける冷却水タンクと、を有する燃料電池システムにおいて、この燃料電池システムの運転停止時に、燃料電池スタックにダミーの外部負荷を接続することにより、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素ガスを消費して除去する酸素除去手段と、燃料電池システムの起動時に燃料ガス流通路から水を除去するタイミングと酸化剤ガス流通路から水を除去するタイミングをずらすための冷却水バッファを、前記酸化剤ガス供給手段または前記酸化剤ガス排出手段の少なくとも一方に設けて燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止する酸素遮断手段と、燃料電池システムの発電運転を停止及び起動する制御手段と、を設け、前記制御手段は、燃料電池システムについてその停止の際に、本来の外部負荷を切断し、前記酸化剤ガス供給手段を制御することによって、酸化剤ガスの供給を停止し、前記酸素遮断手段を制御することによって、燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止し、前記酸素除去手段を制御することにより前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素を除去し、前記燃料ガス供給手段を制御することによって、燃料ガスの供給を停止し、前記冷却水ポンプを停止することにより、前記セパレータを経て前記冷却水で各流通路を充満させることに加え、前記冷却水で前記冷却水バッファを充満させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an aspect of the present invention is a unit cell, which is a unit cell, two gas diffusion electrodes sandwiching a solid polymer electrolyte membrane, and a fuel gas disposed in contact with each of the gas diffusion electrodes a flow passage and oxidant gas flow passage, wherein with respect to fuel gas flow passage and the oxidant gas flow path of the flow passage, the separator having a water flow passage provided in isolation of a conductive porous material, the unit cell using A fuel cell stack formed by stacking a predetermined number of layers, fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell stack, oxidant gas supply means for supplying oxidant gas to the fuel cell stack, and the fuel cell stack A coolant supply means for supplying coolant to the fuel cell, a fuel gas discharge means for discharging fuel gas from the fuel cell stack, and an oxidant gas discharge for discharging oxidant gas from the fuel cell stack A cooling water discharging means for discharging cooling water from the fuel cell stack by means of a cooling water pump, and a position between the cooling water pump and the cooling water supply means and higher than the fuel cell stack. In a fuel cell system having a cooling water tank, when the operation of the fuel cell system is stopped, a dummy external load is connected to the fuel cell stack to consume oxygen gas in the oxidant gas of the fuel cell stack. Supplying the oxidant gas, the oxygen removing means for removing the water, and the cooling water buffer for shifting the timing for removing water from the fuel gas flow passage and the timing for removing water from the oxidant gas flow passage when the fuel cell system is started. Means for preventing oxygen from entering the fuel cell stack from at least one of the means and the oxidant gas discharging means. And a control means for stopping and starting the power generation operation of the fuel cell system. The control means cuts off the original external load when the fuel cell system is stopped, and supplies the oxidant gas. By controlling the means, the supply of the oxidant gas is stopped, and by controlling the oxygen blocking means, the entry of oxygen from the outside to the fuel cell stack is prevented, and the oxygen removing means is controlled. by the fuel cell to remove oxygen in the oxidizing gas in the stack, it controls the fuel gas supply means, by the supply of fuel gas is stopped, stopping the cooling water pump, the cooling through the separator In addition to filling each flow passage with water, the cooling water buffer is filled with the cooling water.

本発明によれば、運転停止時に燃料電池スタックから酸素を除去すると共に、燃料電池スタックより高い位置に設けた冷却水タンクから高低差による重力で容易にスタック内空隙を水パージした上、外部からの酸素の侵入も遮断することにより、酸素と水素の共存による部分電池の腐食が防止でき、起動・停止を繰り返しても、窒素ガスを用いることなく、従来の窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることが可能となる。   According to the present invention, oxygen is removed from the fuel cell stack when the operation is stopped, and the gap in the stack is easily purged with water from the cooling water tank provided at a higher position than the fuel cell stack by gravity due to the height difference, and then externally. By blocking the invasion of oxygen, partial cell corrosion due to the coexistence of oxygen and hydrogen can be prevented, and even with repeated start-up and stoppage, without using nitrogen gas, the voltage degradation is comparable to that of a conventional nitrogen purge. It becomes possible to suppress.

以下、本発明を実施するための複数の最良の実施形態について、図面を引用しながら説明する。なお、背景技術や課題での説明と共通の前提事項については、適宜省略する。また、本出願において「○○からなり」「○○より構成され」といった表現は、「○○を有する」「○○を備えた」の意であり、構成要素を限定する趣旨ではない。   Hereinafter, a plurality of best embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Note that assumptions common to the explanation in the background art and problems are omitted as appropriate. Further, in this application, expressions such as “consisting of XX” and “consisting of XX” mean “having XX” and “having XX”, and are not intended to limit the constituent elements.

〔1.施形態の参考例の構成
まず、図1に、施形態の参考例の構成を示す。この図に示すように、参考例の燃料電池システム(以下「本システム」と呼ぶ)は、固体高分子型燃料電池スタック100と、燃料ガス供給手段111と、酸化剤ガス供給手段121と、燃料ガス排出手段118と、酸化剤ガス排出手段128と、冷却水供給手段131と、冷却水排出手段133と、を有する。これら各供給手段や排出手段は、必要な管、弁、ポンプ、断熱部材などを含む。
[1. Construction of a reference example of implementation Embodiment
First, FIG. 1 shows a configuration of a reference example of implementation forms. As shown in this figure, a fuel cell system of a reference example (hereinafter referred to as “the present system”) includes a polymer electrolyte fuel cell stack 100, a fuel gas supply means 111, an oxidant gas supply means 121, a fuel Gas discharge means 118, oxidant gas discharge means 128, cooling water supply means 131, and cooling water discharge means 133 are provided. Each of these supply means and discharge means includes necessary pipes, valves, pumps, heat insulating members and the like.

〔1−1.流路の構成〕
次に、図2に、固体高分型燃料電池スタック100内のガスおよび冷却水の流れを示す。すなわち、燃料電池スタック100のうち、フレームなどを除くスタックの実体(起電部と呼ぶ)の周りには、ガスおよび冷却水マニホールドが装着されており、それぞれ起電部のガスおよび冷却水流通路と連通している。
[1-1. (Configuration of flow path)
Next, FIG. 2 shows the flow of gas and cooling water in the solid fuel cell stack 100. That is, in the fuel cell stack 100, a gas and cooling water manifold is mounted around the stack entity (referred to as an electromotive unit) excluding the frame and the like. Communicate.

具体的には、起電部の図2左側面には燃料入口マニホールドM11が装着されており、細かい破線矢印で示した燃料ガス流通路R1と連通していて、この燃料ガス流通路R1に燃料ガスを供給する構成をなしている。一方、起電部の図2右側面には、燃料出口マニホールドM12が装着されており、燃料ガス流通路R1と連通し、この燃料ガス流通路R1から未反応の燃料ガスを排出するよう構成されている。   Specifically, a fuel inlet manifold M11 is attached to the left side surface of the electromotive unit in FIG. 2 and communicates with the fuel gas flow passage R1 indicated by a fine broken arrow, and fuel is supplied to the fuel gas flow passage R1. It is configured to supply gas. On the other hand, a fuel outlet manifold M12 is mounted on the right side surface of the electromotive unit in FIG. 2, and communicates with the fuel gas flow passage R1 so as to discharge unreacted fuel gas from the fuel gas flow passage R1. ing.

また、起電部の図2上側面には、空気入口マニホールドM21及び冷却水出口マニホールドM32が装着されており、このうち空気入口マニホールドM21が、粗い破線矢印で示した酸化剤ガス流通路R2と連通し、また、冷却水出口マニホールドM32が、実線矢印で示した冷却水流通路R3と連通している。   Further, an air inlet manifold M21 and a cooling water outlet manifold M32 are mounted on the upper side surface of the electromotive unit in FIG. 2, and the air inlet manifold M21 is connected to the oxidant gas flow path R2 indicated by a rough broken line arrow. The cooling water outlet manifold M32 communicates with the cooling water flow passage R3 indicated by the solid line arrow.

さらに、起電部の図2下側面には、空気出口マニホールドM22及び冷却水入口マニホールドM31が装着されており、このうち空気出口マニホールドM22が、粗い破線矢印で示した前記酸化剤ガス流通路R2と連通し、冷却水入口マニホールドM31が、実線矢印で示した前記冷却水流通路R3と、それぞれ連通している。   Further, an air outlet manifold M22 and a cooling water inlet manifold M31 are mounted on the lower side of the electromotive unit in FIG. 2, and the air outlet manifold M22 is provided with the oxidant gas flow path R2 indicated by a rough broken line arrow. The cooling water inlet manifold M31 communicates with the cooling water flow passage R3 indicated by the solid line arrows.

〔1−2.起電部の構成〕
また、図3は、固体高分子型燃料電池スタック100の起電部について、図2に示したA−A’部分の断面を示している。すなわち、この図3に示すように、燃料電池スタック100の主要部である起電部は、複数積層した単位電池101で構成されており、この単位電池101は、膜電極複合体(MEA)108を両側から、アノード側セパレータ105およびカソード側セパレータ106で挟持して構成されている。
[1-2. (Configuration of electromotive unit)
FIG. 3 shows a cross section of the AA ′ portion shown in FIG. 2 for the electromotive part of the polymer electrolyte fuel cell stack 100. That is, as shown in FIG. 3, the electromotive unit, which is the main part of the fuel cell stack 100, is composed of a plurality of unit cells 101 that are stacked. The unit cell 101 includes a membrane electrode assembly (MEA) 108. Is sandwiched between the anode separator 105 and the cathode separator 106 from both sides.

さらに、膜電極複合体(MEA)108は、固体高分子電解質膜102を、2枚のガス拡散電極、すなわちアノードガス拡散電極(「アノード電極」とも呼ぶ)103ならびにカソードガス拡散電極(「カソード電極」とも呼ぶ)104と、で挟持した構成であり、燃料ガス中の水素と酸化剤ガス中の酸素の電気化学反応により、発電を行う部分である。   Further, the membrane electrode assembly (MEA) 108 comprises a solid polymer electrolyte membrane 102 having two gas diffusion electrodes, that is, an anode gas diffusion electrode (also referred to as “anode electrode”) 103 and a cathode gas diffusion electrode (“cathode electrode”). 104), and is a portion that generates power by an electrochemical reaction between hydrogen in the fuel gas and oxygen in the oxidant gas.

また、各ガス拡散電極103,104にそれぞれ接して燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路を配置する。すなわち、各ガス拡散電極103,104にそれぞれ接して配置されたアノード側セパレータ105およびカソード側セパレータ106は、導電性多孔質材料である導電性多孔質カーボン板の片面(電極と接する面)に流路溝が形成されたもので、これら流路溝が、燃料ガス流通路103c(スタック単位では図2の符号R1に対応)と、空気ガス流通路すなわち酸化剤ガス流通路104c(スタック単位では図2の符合R2に対応)となっている。   Further, a fuel gas flow path and an oxidant gas flow path are arranged in contact with the gas diffusion electrodes 103 and 104, respectively. That is, the anode-side separator 105 and the cathode-side separator 106 disposed in contact with the gas diffusion electrodes 103 and 104 flow on one side (surface in contact with the electrode) of the conductive porous carbon plate, which is a conductive porous material. The channel grooves are formed, and these channel grooves correspond to the fuel gas flow passage 103c (corresponding to the symbol R1 in FIG. 2 in the stack unit) and the air gas flow passage, that is, the oxidant gas flow passage 104c (in FIG. 2).

そして、燃料ガス流通路103cまたは酸化剤ガス流通路104cのうち少なくともいずれか一方の流通路に対し、導電性多孔質材料のセパレータで隔離して水流通路を設ける。すなわち、アノード側セパレータ105又はカソード側セパレータ106の各裏面の少なくとも一方には、流路溝が形成されており、これが冷却水流通路107c(スタック単位では図2の符号R3に対応)となっている。   Then, at least one of the fuel gas flow passage 103c and the oxidant gas flow passage 104c is provided with a water flow passage isolated by a separator made of a conductive porous material. That is, a channel groove is formed on at least one of the back surfaces of the anode side separator 105 or the cathode side separator 106, and this is a cooling water flow passage 107c (corresponding to reference numeral R3 in FIG. 2 in a stack unit). .

〔1−3.燃料ガスの供給手段と排出手段〕
次いで、燃料ガス供給手段111(図1)は、燃料電池スタック100の燃料ガス流通路R1(図2)と連通しており、水素を含む燃料ガスを燃料電池スタック100に供給するものである。また、酸化剤ガス供給手段121(図1)は、燃料電池スタック100の酸化剤ガス流通路R2(図2)と連通しており、空気など酸素を含む酸化剤ガスを燃料電池スタック100に供給するものである。
[1-3. Fuel gas supply means and discharge means]
Next, the fuel gas supply means 111 (FIG. 1) communicates with the fuel gas flow passage R1 (FIG. 2) of the fuel cell stack 100, and supplies fuel gas containing hydrogen to the fuel cell stack 100. The oxidant gas supply means 121 (FIG. 1) communicates with the oxidant gas flow path R2 (FIG. 2) of the fuel cell stack 100, and supplies an oxidant gas containing oxygen such as air to the fuel cell stack 100. To do.

また、燃料ガス排出手段118(図1)は、燃料電池スタック100の燃料ガス流路R1(図2)と流通していて、未反応の燃料ガスを排出するものであり、酸化剤ガス排出手段128(図1)は、燃料電池スタック100の酸化剤ガス流路R2(図2)と流通していて、未反応の酸化剤ガスを燃料電池スタック100から排出するものである。   The fuel gas discharge means 118 (FIG. 1) is in circulation with the fuel gas flow path R1 (FIG. 2) of the fuel cell stack 100, and discharges unreacted fuel gas. The oxidant gas discharge means 128 (FIG. 1) flows through the oxidant gas flow path R2 (FIG. 2) of the fuel cell stack 100, and discharges unreacted oxidant gas from the fuel cell stack 100.

〔1−4.冷却水の供給手段と排出手段〕
また、冷却水供給手段131(図1)は、電磁弁などの流量調節手段135および冷却水供給配管より構成され、冷却水タンク132および燃料電池スタック100の冷却水入口マニホールドM31(図2)と連通しており、冷却水タンク132内の冷却水を燃料電池スタック100に供給するものである。
[1-4. Cooling water supply means and discharge means]
The cooling water supply means 131 (FIG. 1) includes a flow rate adjusting means 135 such as a solenoid valve and a cooling water supply pipe, and includes a cooling water tank 132 and a cooling water inlet manifold M31 (FIG. 2) of the fuel cell stack 100. The cooling water in the cooling water tank 132 is supplied to the fuel cell stack 100.

また、冷却水排出手段133(図1)は、冷却水ポンプ134および冷却水排出配管より構成され、燃料電池スタック100の冷却水出口マニホールドM32(図2)および冷却水タンク132と連通しており、冷却水を冷却水ポンプ134により冷却水タンク132へと吐出することにより燃料電池スタック100から排出するものである。   Further, the cooling water discharge means 133 (FIG. 1) includes a cooling water pump 134 and a cooling water discharge pipe, and communicates with the cooling water outlet manifold M32 (FIG. 2) and the cooling water tank 132 of the fuel cell stack 100. The cooling water is discharged from the fuel cell stack 100 by being discharged to the cooling water tank 132 by the cooling water pump 134.

そして、発電時には、冷却水タンク132の上部は大気圧に開放されており、冷却水供給配管から燃料電池スタック100の冷却水流通路R3、冷却水ポンプ134の入口までは、配管の圧力損失により、大気圧よりも低い圧力、すなわち負圧となっている。また、冷却水タンク132は、燃料電池システムのパッケージ内のうち、冷却水ポンプ134と冷却水供給手段131の間で、かつ、燃料電池スタック100よりも高い位置に設置されている。   At the time of power generation, the upper part of the cooling water tank 132 is open to the atmospheric pressure, and from the cooling water supply pipe to the cooling water flow path R3 of the fuel cell stack 100 and the inlet of the cooling water pump 134 due to the pressure loss of the pipe, The pressure is lower than atmospheric pressure, that is, negative pressure. In addition, the cooling water tank 132 is installed between the cooling water pump 134 and the cooling water supply means 131 and at a position higher than the fuel cell stack 100 in the package of the fuel cell system.

〔1−5.酸素の除去手段と遮断手段〕
また、参考例では、燃料電池スタック100の酸化剤ガス流通路R2内について、燃料電池システムの運転停止時に燃料電池スタック100の酸化剤ガス中の酸素を取り除く酸素除去手段として、外部のダミー負荷(ダミーロード)Dを接続することにより、燃料電池スタック100の酸化剤ガス中の酸素を消費して除去する。
[1-5. (Oxygen removal means and blocking means)
Further, in the reference example , an external dummy load (as an oxygen removing means for removing oxygen in the oxidant gas of the fuel cell stack 100 when the operation of the fuel cell system is stopped in the oxidant gas flow path R2 of the fuel cell stack 100. By connecting the dummy load D, oxygen in the oxidant gas of the fuel cell stack 100 is consumed and removed.

また、参考例では、停止保管中及び運転起動時の燃料電池スタック100について外部からの酸素の侵入を防止する酸素遮断手段として、遮断弁をガス供給手段または酸化剤ガス排出手段の少なくとも一方に設ける。ここでは、一方ではなく両方に、すなわち酸化剤ガス供給手段121には酸化剤ガス供給弁122を設け、また、酸化剤ガス排出手段128には酸化剤ガス排出弁123を設けたものとする。 Further, in the reference example , a shut-off valve is provided in at least one of the gas supply means and the oxidant gas discharge means as an oxygen shut-off means for preventing the entry of oxygen from the outside in the fuel cell stack 100 during stopped storage and when the operation is started. . Here, it is assumed that the oxidant gas supply means 121 is provided with the oxidant gas supply valve 122, and the oxidant gas discharge means 128 is provided with the oxidant gas discharge valve 123, not both.

〔1−6.制御手段〕
また、本システムは、本システムの発電運転を停止及び起動するコントローラなどの制御手段Cを有する。この制御手段Cについては、ワイヤードロジック等の電子回路又はコンピュータなどの演算制御部もしくはこれらの組合せにより、どのように実現実装してもよいが、少なくとも燃料電池システムについてその停止の際、次の各段階の制御を行うように構成する。
(1)本来の外部負荷を切断。
(2)酸化剤ガス供給手段を制御することによって、酸化剤ガスの供給を停止。
(3)酸素遮断手段を制御することによって、燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止。
(4)酸素除去手段を制御することにより燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素を除去。
(5)燃料ガス供給手段を制御することによって、燃料ガスの供給を停止。
(6)冷却水ポンプを停止することにより、各セパレータを経て冷却水で各流通路を充満。
[1-6. Control means]
In addition, the system includes a control unit C such as a controller that stops and starts the power generation operation of the system. The control means C may be realized and implemented in any way by an electronic circuit such as wired logic, an arithmetic control unit such as a computer, or a combination thereof, but at least when the fuel cell system is stopped, Configure for stage control.
(1) Disconnect the original external load.
(2) The supply of the oxidant gas is stopped by controlling the oxidant gas supply means.
(3) By controlling the oxygen blocking means, oxygen can be prevented from entering the fuel cell stack from the outside.
(4) Oxygen in the oxidant gas of the fuel cell stack is removed by controlling the oxygen removing means.
(5) The supply of fuel gas is stopped by controlling the fuel gas supply means.
(6) Filling each flow passage with cooling water through each separator by stopping the cooling water pump.

なお、制御手段C及びダミー負荷Dについては、図6以降の他の構成図では省略する。   The control means C and the dummy load D are omitted in other configuration diagrams after FIG.

〔2.施形態の参考例の作用〕
上記のように構成した施形態の参考例は、以下のように作用する。
〔2−1.発電停止の流れ〕
まず、図4と図5を用いて、参考例で発電運転を停止する際における、制御フロー(図4)および燃料電池スタックの電圧変化(図5)を説明する。すなわち、発電運転停止の制御は、通常運転時の状態、つまりスタック電圧がA(図5)の状態において、制御手段C(図1)が開始し、以下のように進める。
[2. The action of the reference example of the implementation form]
Reference Example of implementation embodiment configured as described above has the following action.
[2-1. (Power generation stoppage)
First, the control flow (FIG. 4) and the voltage change of the fuel cell stack (FIG. 5) when the power generation operation is stopped in the reference example will be described with reference to FIGS. That is, the control for stopping the power generation operation is started by the control means C (FIG. 1) in the state during the normal operation, that is, in the state where the stack voltage is A (FIG. 5), and proceeds as follows.

まず、燃料電池スタック100の起電力による発電電力を消費している本来の外部負荷を切断し(図4のステップS11)、燃料電池スタック100は無負荷、つまり燃料電池スタック100の電圧が開路電圧Bに等しい状態になる。次に、空気供給源を遮断して(
ステップS12)、燃料電池スタック100への空気の供給を止め、同時に、酸化剤ガス供給弁122と酸化剤ガス排出弁123を閉じる(ステップS12)。これにより、酸化
剤ガス流通路104c(R2)に残留している空気中の酸素が、固体高分子膜102(図3)を介して燃料ガス流通路103cに拡散し、燃料ガス中の水素と反応して消費されるが、このような消費のみだと、電圧が低下するまで10〜60分と時間がかかってしまう。
First, the original external load that consumes the power generated by the electromotive force of the fuel cell stack 100 is disconnected (step S11 in FIG. 4), the fuel cell stack 100 is unloaded, that is, the voltage of the fuel cell stack 100 is the open circuit voltage. It becomes a state equal to B. Next, shut off the air supply (
In step S12), the supply of air to the fuel cell stack 100 is stopped, and at the same time, the oxidant gas supply valve 122 and the oxidant gas discharge valve 123 are closed (step S12). Thereby, oxygen in the air remaining in the oxidant gas flow passage 104c (R2) diffuses into the fuel gas flow passage 103c via the solid polymer film 102 (FIG. 3), and hydrogen in the fuel gas Although it is consumed by reaction, it takes 10 to 60 minutes for the voltage to drop if only such consumption occurs.

そこで、前記酸素除去手段として、燃料電池スタック100に外部のダミー負荷Dを接続することにより(ステップS13)、燃料電池スタック100内に残留する酸化剤ガスすなわち空気中の酸素を強制的に短時間に消費させることにより、酸化剤ガス流通路104c(R2)に存在する酸素はその分圧が低下して除去され、燃料電池スタック100の電圧はCに近づく。   Therefore, by connecting an external dummy load D to the fuel cell stack 100 as the oxygen removing means (step S13), the oxidant gas remaining in the fuel cell stack 100, that is, oxygen in the air is forcibly shortened for a short time. , The oxygen present in the oxidant gas flow passage 104c (R2) is removed with its partial pressure lowered, and the voltage of the fuel cell stack 100 approaches C.

次に、燃料ガス供給源を遮断し、燃料電池スタック100への燃料ガスの供給を止める(ステップS14)。これにより、燃料電池スタック100の電圧はさらに低いDに近づく。この時点で、燃料ガス流通路103c(R1)には未反応の水素が残っているが、酸化剤ガス流通路104c(R2)については、酸素がほとんど消費され、残りの空気成分、つまり窒素を主成分とする不活性ガスで満たされている。また、冷却水ポンプ134の運転が行われているので、冷却水流通路107c(R3)の冷却水の圧力は大気圧よりも低い負圧であり、冷却水が燃料ガス流通路103c(R1)および酸化剤ガス流通路104c(R2)に染み出すこともない。   Next, the fuel gas supply source is shut off, and the supply of the fuel gas to the fuel cell stack 100 is stopped (step S14). As a result, the voltage of the fuel cell stack 100 approaches a lower D. At this point, unreacted hydrogen remains in the fuel gas flow passage 103c (R1), but oxygen is almost consumed in the oxidant gas flow passage 104c (R2), and the remaining air component, that is, nitrogen is consumed. Filled with an inert gas as the main component. Further, since the cooling water pump 134 is operated, the pressure of the cooling water in the cooling water flow passage 107c (R3) is a negative pressure lower than the atmospheric pressure, and the cooling water flows into the fuel gas flow passage 103c (R1) and The oxidant gas flow passage 104c (R2) does not ooze out.

次に、冷却水ポンプ134を停止することにより(ステップS15)、ポンプ入口の吸引圧力を無くし、冷却水流通路107c(R3)の冷却水の圧力を常圧とする。さらに、燃料電池スタック100よりも上部に冷却水タンク132があるため、そのヘッド差により冷却水流通路107c(R3)の冷却水が加圧され、冷却水タンク132に貯蔵されている冷却水が導電性多孔質材料である各セパレータ105,106を介して燃料ガス流通路103c(R1)および酸化剤ガス流通路104c(R2)に供給され、水パージが行われる。   Next, by stopping the cooling water pump 134 (step S15), the suction pressure at the pump inlet is eliminated, and the pressure of the cooling water in the cooling water flow passage 107c (R3) is set to normal pressure. Further, since the cooling water tank 132 is located above the fuel cell stack 100, the cooling water in the cooling water flow passage 107c (R3) is pressurized by the head difference, and the cooling water stored in the cooling water tank 132 is conductive. Is supplied to the fuel gas flow passage 103c (R1) and the oxidant gas flow passage 104c (R2) via the separators 105 and 106, which are porous porous materials, and water purge is performed.

以上のように、参考例において燃料電池システムを停止する際には、ガス流通路からマニホールドへと水パージされるので、アノード触媒層103aおよびカソード触媒層104aに酸素が触れることなく、燃料電池スタック100内の空隙が水で満たされ、燃料ガス流通路103c内の水素が燃料電池スタック100外へと除去されるため、燃料ガス流通路103c(R1)に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことが出来る。また、燃料電池スタック100の両極から水素および酸素が除去されるため、スタック電圧はさらに低下し、電圧0(=D)に近づく。 As described above, when the fuel cell system is stopped in the reference example , water is purged from the gas flow path to the manifold, so that the fuel cell stack is not touched by oxygen without touching the anode catalyst layer 103a and the cathode catalyst layer 104a. Since the space in 100 is filled with water and the hydrogen in the fuel gas flow passage 103c is removed to the outside of the fuel cell stack 100, a portion that occurs when oxygen and hydrogen coexist in the fuel gas flow passage 103c (R1). Corrosion due to the battery can be prevented. Further, since hydrogen and oxygen are removed from both electrodes of the fuel cell stack 100, the stack voltage further decreases and approaches the voltage 0 (= D).

以上で発電運転停止の制御は終了する。図6は、燃料電池システムが停止した状態を示す図である。すなわち、燃料電池スタック100よりも上部にある冷却水タンク132は空になり、貯蔵されていた冷却水が燃料電池スタック100の燃料ガス流通路103c(R1)、酸化剤ガス流通路104c(R2)、冷却水流通路107c(R3)を満たして水素や酸素の進入を防いでいる。   This completes the control for stopping the power generation operation. FIG. 6 is a diagram showing a state in which the fuel cell system is stopped. That is, the cooling water tank 132 above the fuel cell stack 100 is emptied, and the stored cooling water is stored in the fuel gas flow path 103c (R1) and the oxidant gas flow path 104c (R2) of the fuel cell stack 100. The cooling water flow passage 107c (R3) is filled to prevent entry of hydrogen or oxygen.

〔2−2.起動の流れ〕
続いて、図7及び図8を用いて、参考例の燃料電池システムについて、起動時における制御フロー(図7)および燃料電池スタック100の電圧変化(図8)を説明する。すなわち、起動の制御は、停止の状態、つまりスタック電圧がE(図8)の状態で制御手段Cにより開始される。そして、最初に、燃料供給源より燃料ガスを燃料電池スタック100に供給し、直後に冷却水ポンプ134を起動する(ステップS21)。
[2-2. (Startup flow)
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, the control flow (FIG. 7) and the voltage change of the fuel cell stack 100 (FIG. 8) at the start-up will be described for the fuel cell system of the reference example . That is, the activation control is started by the control means C in a stopped state, that is, in a state where the stack voltage is E (FIG. 8). First, fuel gas is supplied from the fuel supply source to the fuel cell stack 100, and immediately thereafter, the cooling water pump 134 is activated (step S21).

すると、燃料ガスの供給により燃料ガス流通路103c(R1)内の水が押し出されるが、直後に冷却水ポンプ134を起動することにより、冷却水流通路107c(R3)内の冷却水が負圧になり、燃料ガス流通路103c(R1)の水が導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107c(R3)へと取り除かれる。このように冷却水が取り除かれた燃料ガス流通路103c(R1)には、燃料ガス供給手段111および燃料ガス排出手段118に残存する水素を含む燃料ガスが供給され、次いで燃料ガス供給手段111により後続の新たな燃料ガスが供給される。   Then, the water in the fuel gas flow passage 103c (R1) is pushed out by the supply of the fuel gas, but immediately after the cooling water pump 134 is started, the cooling water in the cooling water flow passage 107c (R3) becomes negative pressure. Thus, the water in the fuel gas flow passage 103c (R1) is removed to the cooling water flow passage 107c (R3) through the conductive porous material. Fuel gas containing hydrogen remaining in the fuel gas supply means 111 and the fuel gas discharge means 118 is supplied to the fuel gas flow passage 103c (R1) from which the cooling water has been removed in this way, and then the fuel gas supply means 111 supplies the fuel gas. Subsequent new fuel gas is supplied.

この際、酸化剤ガス流通路104c(R2)については、酸化剤ガス供給弁122と酸化剤ガス排出弁123が閉じられているため、酸化剤ガス流通路104c(R2)内の水が負圧になりそのまま保持される。そして、酸化剤ガス流通路104c(R2)および燃料ガス流通路103c(R1)に酸素がない状態で燃料ガス流通路103c(R1)に水素を含む燃料ガスが供給されるため、燃料ガス流通路103c(R1)に酸素と水素が共存することで起こる部分電池による腐食を防ぐことが出来る。この時点では、スタック電圧はCの状態に保たれる。   At this time, for the oxidant gas flow passage 104c (R2), since the oxidant gas supply valve 122 and the oxidant gas discharge valve 123 are closed, the water in the oxidant gas flow passage 104c (R2) has a negative pressure. It is kept as it is. Since the fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas flow passage 103c (R1) in the absence of oxygen in the oxidant gas flow passage 104c (R2) and the fuel gas flow passage 103c (R1), the fuel gas flow passage Corrosion due to the partial cell caused by coexistence of oxygen and hydrogen in 103c (R1) can be prevented. At this point, the stack voltage is kept in the C state.

次に、酸化剤ガス供給弁122と酸化剤ガス排出弁123を開くことで(ステップS22)、酸化剤ガス流通路104c(R2)の圧力が大気圧となり、酸化剤ガス流通路104c(R2)内の水が導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107c(R3)へと取り除かれる。また、酸化剤ガス供給手段121により酸化剤ガス、具体的には空気を酸化剤ガス流通路104c(R2)へ導入する(ステップS22)。この時点では、スタック電圧は開路電圧Bに保持される。最後に、外部負荷が接続され(ステップS23)、燃料電池スタック100の起電力による発電が開始され、スタック電圧は電圧Aに保持される。以上で起動の制御は終了し、定常の発電運転に移行する。   Next, by opening the oxidant gas supply valve 122 and the oxidant gas discharge valve 123 (step S22), the pressure of the oxidant gas flow path 104c (R2) becomes atmospheric pressure, and the oxidant gas flow path 104c (R2). The water inside is removed to the cooling water flow passage 107c (R3) through the conductive porous material. Further, the oxidant gas supply means 121 introduces oxidant gas, specifically air, into the oxidant gas flow path 104c (R2) (step S22). At this point, the stack voltage is held at the open circuit voltage B. Finally, an external load is connected (step S23), power generation by the electromotive force of the fuel cell stack 100 is started, and the stack voltage is held at the voltage A. The start control is thus completed, and the routine proceeds to steady power generation operation.

〔3.施形態の参考例の実験結果と効果〕
以上の通り、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べた。一方、比較のため、起動・停止時に両極を窒素ガスによりパージする従来技術によっても、同じく100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べた。この結果に基づき、図9に、スタック電圧と起動停止回数の関係を示す。すなわち、参考例にしたがって起動停止した場合、起動停止回数とともにスタック電圧が低下する傾向は示したが、その傾きは、窒素パージによる従来技術と同程度であり、すなわち、参考例によれば、窒素ガスを用いることなく、窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることが可能となった。
[3. Experimental results and effects of the reference example of implementation Embodiment
As described above, starting and stopping were performed 100 times, and changes in the stack voltage were examined. On the other hand, for the sake of comparison, the change in the stack voltage was also examined by starting and stopping 100 times in the same manner according to the conventional technique in which both electrodes were purged with nitrogen gas at the time of starting and stopping. Based on this result, FIG. 9 shows the relationship between the stack voltage and the number of start / stop times. That is, when the start-stop according to Reference Example, but the stack voltage is shown a tendency to decrease with start and stop times, the slope is about the same as the prior art with nitrogen purge, i.e., according to the reference example, nitrogen Without using gas, it was possible to suppress the voltage deterioration to the same level as that of nitrogen purge.

以上のように、参考例では、運転停止時に燃料電池スタック100から酸素を除去すると共に、燃料電池スタック100より高い位置に設けた冷却水タンク132から高低差による重力で容易にスタック内空隙を水パージした上、外部からの酸素の侵入も遮断することにより、酸素と水素の共存による部分電池の腐食が防止でき、起動・停止を繰り返しても、窒素ガスを用いることなく、従来の窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることが可能となる。 As described above, in the reference example , oxygen is removed from the fuel cell stack 100 when the operation is stopped, and the voids in the stack are easily drained from the cooling water tank 132 provided at a position higher than the fuel cell stack 100 by gravity due to the height difference. In addition to purging and blocking the entry of oxygen from the outside, corrosion of the partial cell due to the coexistence of oxygen and hydrogen can be prevented. It is possible to suppress voltage degradation to the same extent.

特に、参考例では、運転停止時に燃料電池スタック100の酸素ガスを消費し除去するために、ダミーの外部負荷を用いることにより、本来の負荷とタイミングなどの制約条件を生じることなしに、簡易な構成で容易に迅速な停止処理が実現可能となる。 In particular, in the reference example , a dummy external load is used to consume and remove the oxygen gas in the fuel cell stack 100 when the operation is stopped. A quick stop process can be easily realized with the configuration.

また、参考例では、酸素遮断手段として、遮断弁を用いることにより、部品の形状や配置関係に制約条件を生じることなく、酸素の侵入を迅速確実に所望のタイミングで遮断可能となる。 Further, in the reference example , by using a shut-off valve as the oxygen shut-off means, it is possible to quickly and surely shut off oxygen intrusion at a desired timing without causing a constraint on the shape and arrangement relationship of parts.

〔4.第実施形態
実施形態は、酸素遮断手段として、燃料電池システムの起動時に燃料ガス流通路から水を除去するタイミングと酸化剤ガス流通路から水を除去するタイミングをずらすための酸化剤ガスバッファ(「冷却水バッファ」とも呼ぶ)を、酸化剤ガス供給手段または酸化剤ガス排出手段の少なくとも一方に設ける例である。
[4. First Embodiment
In the first embodiment, as an oxygen shut-off means, an oxidant gas buffer (“cooling”) for shifting the timing for removing water from the fuel gas flow passage and the timing for removing water from the oxidant gas flow passage when the fuel cell system is started. In this example, the water buffer is also provided in at least one of the oxidant gas supply means and the oxidant gas discharge means.

具体的には、図10に示すように、施形態の参考例の燃料電池システムにおける酸化剤ガス供給弁122と排出弁123(図2)を、それぞれ酸化剤ガスバッファ(冷却水バッファ)Bに置き換えた例について、この部分の作用を中心に、施形態の参考例との相違点を説明する。 Specifically, as shown in FIG. 10, the oxidizing gas supplying valve 122 and the discharge valve 123 in the fuel cell system of Example of implementation forms (Fig. 2), respectively oxidant gas buffer (cooling water buffer) B for example replaced, especially in the effect of this portion will be described the difference from the reference example of implementation forms.

まず、第実施形態での発電運転停止における、制御フローを図11、燃料電池スタック100の電圧変化を図12に示す。この第実施形態では、外部ダミー負荷の接続、燃料ガス供給源の遮断、冷却水ポンプの停止による水パージ、については施形態の参考例と同様であるが、外部負荷の切断についで(ステップS31)、空気供給源の遮断はするが(ステップS32)、同時に酸化剤ガスの供給弁と排出弁の閉鎖は不要である。 First, FIG. 11 shows the control flow and FIG. 12 shows the voltage change of the fuel cell stack 100 when the power generation operation is stopped in the first embodiment. In the first embodiment, the external dummy load connection, blocking the fuel gas supply source, the water purge with stopping of the cooling water pump is similar to the reference example of implementation forms for, followed by cleavage of the external load ( In step S31), the air supply source is shut off (step S32), but at the same time, it is not necessary to close the oxidant gas supply valve and the discharge valve.

この第実施形態では、冷却水タンク132に貯蔵されていた冷却水が、燃料電池スタック100の燃料ガス流通路103c(R1)、酸化剤ガス流通路104c(R2)、冷却水流通路107c(R3)を満たして水素や酸素の侵入を防いでいることに加え、酸化剤ガス供給手段121と排出手段128にある冷却水バッファBも水パージされ、水で満たされている。 In the first embodiment, the cooling water stored in the cooling water tank 132 is converted into the fuel gas flow passage 103c (R1), the oxidant gas flow passage 104c (R2), and the cooling water flow passage 107c (R3) of the fuel cell stack 100. ) To prevent hydrogen and oxygen from entering, and the cooling water buffer B in the oxidant gas supply means 121 and the discharge means 128 is also purged with water and filled with water.

また、第実施形態における起動について、制御フローを図14)、燃料電池スタック100の電圧変化を図16に示す。すなわち、燃料ガスの供給と冷却水ポンプの起動により(ステップS41)、燃料ガス流通路103c(R1)の水を燃料ガスに置き換え、また、酸化剤ガス流通路104c(R2)内の水も導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107c(R3)へと取り除かれるが、酸化剤ガスの供給弁や排出弁とその制御に代え(ステップS42)、冷却水バッファB内の水があるため、燃料ガス流通路103c(R1)内の水除去よりも酸化剤ガス流通路104c(R2)内の水除去の方が時間を要し、後のタイミングとなる。ここで、図15に、燃料ガス流通路103c(R1)内の水が先に取り除かれた時点の燃料電池システムの状態を示す。 FIG. 14) shows the control flow for activation in the first embodiment, and FIG. 16 shows the voltage change of the fuel cell stack 100. That is, by supplying the fuel gas and starting the cooling water pump (step S41), the water in the fuel gas flow path 103c (R1) is replaced with the fuel gas, and the water in the oxidant gas flow path 104c (R2) is also conductive. Is removed to the cooling water flow passage 107c (R3) through the porous porous material, but instead of the oxidant gas supply valve and discharge valve and its control (step S42), because there is water in the cooling water buffer B, The water removal in the oxidant gas flow passage 104c (R2) takes more time than the water removal in the fuel gas flow passage 103c (R1), and the later timing. Here, FIG. 15 shows the state of the fuel cell system when the water in the fuel gas flow passage 103c (R1) is first removed.

すなわち、酸化剤ガス流通路104c(R2)の水は、燃料ガス流通路103c(R1)に水素を含む燃料ガスが供給された後になってから、完全に除去されるというタイミングとなる。冷却水が取り除かれた酸化剤ガス流通路104c(R2)には、停止時にバッファBからパージされた残留空気が侵入し、開路電圧が生じる。この開路電圧の検知をまって空気を供給し、スタック電圧は開路電圧Bに保持される。その後、外部負荷が接続、発電の開始以降は施形態の参考例と同様である。 That is, the timing is such that the water in the oxidant gas flow passage 104c (R2) is completely removed after the fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas flow passage 103c (R1). Residual air purged from the buffer B at the time of stoppage enters the oxidant gas flow passage 104c (R2) from which the cooling water has been removed, and an open circuit voltage is generated. The open circuit voltage is detected and air is supplied, and the stack voltage is held at the open circuit voltage B. Then, the external load is connected, since the start of power generation is the same as the reference example of implementation forms.

実施形態でも、100回の起動・停止を行ってスタック電圧の変化を調べた結果、施形態の参考例と同様の効果が確認できた。特に、第実施形態では、酸化剤ガス供給手段121と排出手段128に冷却水バッファBを設けることで、弁などの遮断機構を設けずに起動時の酸化剤ガス流通路104c(R2)の水を保持しつつ、燃料ガス流通路103c(R1)に燃料を導入可能となる。これにより、可動部やその制御を削減して、燃料電池スタック100外部からの酸素の混入を所期のタイミングまで簡便確実に防止可能となる。 Also in the first embodiment, a result of investigating changes in stack voltage by performing 100 times of the start and stop, the same effect as a reference example of the implementation form was confirmed. In particular, in the first embodiment, the cooling water buffer B is provided in the oxidant gas supply means 121 and the discharge means 128, so that the oxidant gas flow passage 104c (R2) at the start-up can be provided without providing a shut-off mechanism such as a valve. Fuel can be introduced into the fuel gas flow passage 103c (R1) while holding water. As a result, the movable part and its control can be reduced, and mixing of oxygen from the outside of the fuel cell stack 100 can be easily and surely prevented until a predetermined timing.

特に、冷却水バッファBは容積があれば大径のホース配管などで良く、遮断機構よりも安価であり、かつ制御する必要がなくシステムが簡素になるとともに、制御に必要な基板の入力・出力数を削減することができ、コストダウンに加え、システムの信頼性がいっそう改善できる。   In particular, the cooling water buffer B may be a large-diameter hose pipe if it has a volume, is cheaper than a shut-off mechanism, requires no control, simplifies the system, and inputs and outputs of the board necessary for control The number can be reduced, and in addition to cost reduction, the reliability of the system can be further improved.

〔5.第実施形態
実施形態は、本発明の燃料電池システムにおける酸素遮断手段を、配管に設けたU字形部(「U字シール」と呼ぶ)に置き換えた例である。このU字シールは、酸化剤ガス供給手段または酸化剤ガス排出手段の配管に、冷却水を滞留させて燃料電池スタック100外部からの酸素の侵入を防止するものである。
[5. Second Embodiment ]
The second embodiment is an example in which the oxygen blocking means in the fuel cell system of the present invention is replaced with a U-shaped portion (referred to as a “U-shaped seal”) provided in a pipe. This U-shaped seal prevents cooling water from staying in the piping of the oxidant gas supply means or the oxidant gas discharge means to prevent oxygen from entering from the outside of the fuel cell stack 100.

具体的には、第実施形態は、図17に示すように、酸化剤ガス供給手段121にある冷却水バッファ(図13,15)を削除し、酸化剤ガス排出手段118にある冷却水バッファをU字シール124に置き換えたもので、発電運転停止時における制御フローならびに燃料電池スタック100の電圧変化は第実施形態と同様(図11及び図12)であるから説明を省略する。 Specifically, in the second embodiment, as shown in FIG. 17, the cooling water buffer (FIGS. 13 and 15) in the oxidant gas supply means 121 is deleted, and the cooling water buffer in the oxidant gas discharge means 118 is removed. Is replaced with a U-shaped seal 124, and the control flow and the voltage change of the fuel cell stack 100 when the power generation operation is stopped are the same as those in the first embodiment (FIGS. 11 and 12), and thus the description thereof is omitted.

ここで、図18は、停止時における燃料電池システムの構成を示す図である。この状態では、燃料電池スタック100よりも上部にある冷却水タンク132は空になり、貯蔵されていた冷却水が燃料電池スタック100の燃料ガス流通路103c(R1)、酸化剤ガス流通路104c(R2)、冷却水流通路107c(R3)を満たして水素や酸素の侵入を防いでいる。また、酸化剤ガス排出手段128にあるU字シール124も水パージされ、上部を除いて水で満たされている。   Here, FIG. 18 is a diagram showing a configuration of the fuel cell system at the time of stopping. In this state, the cooling water tank 132 above the fuel cell stack 100 is emptied, and the stored cooling water flows into the fuel gas flow path 103c (R1) and the oxidant gas flow path 104c ( R2) and the cooling water flow passage 107c (R3) are filled to prevent entry of hydrogen and oxygen. The U-shaped seal 124 in the oxidant gas discharge means 128 is also purged with water and filled with water except for the upper part.

また、第実施形態における燃料電池システムの起動時についても、制御フローおよび燃料電池スタック100の電圧変化は第実施形態(図14及び図16)に準じるが、異なる特徴として、制御手段により起動時に冷却水の負圧について二段階の制御を行う。まず、第一の段階では、U字形部124の水面の高低差で決まる耐差圧が、冷却水の負圧に打ち勝つように冷却水ポンプ134を制御し、続く第二の段階では、冷却水の負圧が、U字形部124の前記耐差圧に打ち勝つように冷却水ポンプ134を制御する。 Also, at the time of starting the fuel cell system in the second embodiment, the control flow and the voltage change of the fuel cell stack 100 are the same as those in the first embodiment (FIGS. 14 and 16). Sometimes two-stage control is performed on the negative pressure of the cooling water. First, in the first stage, the cooling pressure pump 134 is controlled so that the differential pressure resistance determined by the difference in level of the water surface of the U-shaped portion 124 overcomes the negative pressure of the cooling water. The cooling water pump 134 is controlled so that the negative pressure overcomes the differential pressure resistance of the U-shaped portion 124.

より具体的には、第実施形態では、まず最初に、燃料供給源より燃料ガスが燃料電池スタック100に供給され、直後に冷却水ポンプ134が起動する際の冷却水系における負圧が、酸化剤ガス排出手段128にあるU字シール124における水面の高低差で決まる耐差圧よりも小さくなるように、冷却水ポンプ134の駆動制御などにより設定する。この圧力状態は、起動の制御すなわち起動シーケンス開始直後の第一の段階である。 More specifically, in the second embodiment, first, the fuel gas is supplied from the fuel supply source to the fuel cell stack 100, and the negative pressure in the cooling water system when the cooling water pump 134 is started immediately thereafter is oxidized. It is set by driving control of the cooling water pump 134 or the like so as to be smaller than the withstand pressure difference determined by the difference in level of the water surface in the U-shaped seal 124 in the agent gas discharging means 128. This pressure state is the first stage immediately after the start control, that is, the start sequence.

これにより、酸化剤ガス流通路104c(R2)内が負圧になっても、起動開始から一定時間の間は、水が導電性多孔質材料を介して冷却水流通路107c(R3)へと取り除かれず、外部からの酸素の侵入を防ぐことが出来る。図19は、燃料ガス流通路103c(R1)内の水が先行して取り除かれた、第一の段階における燃料電池システムの状態を示す。   Thereby, even if the inside of the oxidant gas flow passage 104c (R2) becomes a negative pressure, water is removed to the cooling water flow passage 107c (R3) through the conductive porous material for a certain time from the start of activation. This prevents oxygen from entering from the outside. FIG. 19 shows the state of the fuel cell system in the first stage in which water in the fuel gas flow passage 103c (R1) has been removed in advance.

続いて、燃料ガス流通路に水素を含む燃料ガスが供給された後に冷却水系の負圧を、酸化剤ガス排出手段にあるU字シール124の水面の高低差で決まる耐差圧よりも大きくなるように設定することにより、酸化剤ガス流通路の水を完全に除去する。この圧力状態が、起動シーケンス後半の第二の段階である。   Subsequently, after the fuel gas containing hydrogen is supplied to the fuel gas flow passage, the negative pressure of the cooling water system becomes higher than the differential pressure resistance determined by the height difference of the water surface of the U-shaped seal 124 in the oxidant gas discharge means. By setting so, the water in the oxidant gas flow passage is completely removed. This pressure state is the second stage in the second half of the startup sequence.

こうして冷却水が取り除かれた酸化剤ガス流通路104c(R2)には、停止時にバッファからパージされた残留空気が侵入し、開路電圧が生じる。この閉路電圧の検知を契機として空気を供給し、スタック電圧は閉路電圧Bに保持される。最後に、外部負荷を接続し、燃料電池スタック100の起電力による発電を開始し、以降、スタック電圧は電圧Aに保持される。以上で起動の制御は終了し、定常の発電運転に移行する。   Thus, residual air purged from the buffer at the time of stoppage enters the oxidizing gas flow passage 104c (R2) from which the cooling water has been removed, and an open circuit voltage is generated. Air is supplied in response to the detection of the closed circuit voltage, and the stack voltage is held at the closed circuit voltage B. Finally, an external load is connected, and power generation by the electromotive force of the fuel cell stack 100 is started. Thereafter, the stack voltage is held at the voltage A. The start control is thus completed, and the routine proceeds to steady power generation operation.

以上説明した方法により、100回の起動・停止を行い、スタック電圧の変化を調べた。この結果、第実施形態に沿って起動停止した場合についても、起動停止回数とともにスタック電圧は低下する傾向を示したが、その傾きは従来の窒素パージによる方法と同程度であり、窒素ガスを用いずに窒素パージと同程度の電圧劣化に抑えることが可能となった。 By the method described above, starting / stopping was performed 100 times, and the change in the stack voltage was examined. As a result, even when starting and stopping according to the second embodiment, the stack voltage tended to decrease with the number of times of starting and stopping, but the inclination thereof was the same as that of the conventional nitrogen purge method, and nitrogen gas was reduced. It became possible to suppress voltage degradation to the same extent as nitrogen purge without using.

以上のように、第実施形態では、酸化剤ガス排出手段128のみにU字シール124を設け、この部分に冷却水を滞留させてシールするという簡便な構成により、安く確実に酸素の進入を防止可能となる。より具体的には、起動の際の冷却水系の負圧を2段階に制御することで、弁などの遮断機横を設けずに起動時の酸化剤ガス流通路の水を保持して燃料ガス流通路に燃料を導入することができる。 As described above, in the second embodiment, the U-shaped seal 124 is provided only in the oxidant gas discharge means 128, and the cooling water is retained and sealed in this portion, thereby allowing oxygen to enter at low cost and reliably. It becomes possible to prevent. More specifically, by controlling the negative pressure of the cooling water system at the time of startup in two stages, the water in the oxidant gas flow path at the time of startup is maintained without providing a valve or other circuit breaker, and fuel gas Fuel can be introduced into the flow path.

特に、U字シール124は所定の高低差があれば大径のホース配管などで良く、遮断機構よりも安価であり、かつ制御する必要がなくシステムが簡素になるとともに、制御に必要な基板の入力・出力数を削減することができ、コスト低減、信頼性向上などの効果も得られる。   In particular, the U-shaped seal 124 may be a large-diameter hose pipe or the like if there is a predetermined height difference, is cheaper than a shut-off mechanism, and does not need to be controlled, simplifies the system, and requires a substrate for control. The number of inputs / outputs can be reduced, and effects such as cost reduction and reliability improvement can be obtained.

〔6.他の実施形態〕
なお、上記各実施形態は例示に過ぎず、本発明は以下に例示するもの及びそれ以外を含む他の実施形態も包含するものである。例えば、酸化剤ガスの遮断弁を供給手段と排出手段の両方にも受けることや、同様に、酸化剤ガスバッファ(冷却水バッファ)についても、供給側と排出側の両方に設けることは必須ではない。
[6. Other embodiments]
In addition, said each embodiment is only an illustration, and this invention also includes other embodiment including what is illustrated below and others. For example, it is essential that both the supply means and the discharge means receive the oxidant gas shut-off valve, and that the oxidant gas buffer (cooling water buffer) be provided on both the supply side and the discharge side. Absent.

本発明の参考例における燃料電池システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in the reference example of this invention. 本発明の参考例における燃料電池スタックを示す図The figure which shows the fuel cell stack in the reference example of this invention 本発明の参考例における燃料電池スタックのA−A’断面を示す図The figure which shows the AA 'cross section of the fuel cell stack in the reference example of this invention. 本発明の参考例における運転停止の制御フロー図Control flow chart of operation stop in a reference example of the present invention 本発明の参考例における運転停止中の燃料電池スタックの電圧を示す図The figure which shows the voltage of the fuel cell stack in the stop example in the reference example of this invention 本発明の参考例における停止中の燃料電池システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in the stop in the reference example of this invention 本発明の参考例における起動の制御フロー図Control flow diagram of activation in a reference example of the present invention 本発明の参考例における起動中の燃料電池スタックの電圧を示す図The figure which shows the voltage of the fuel cell stack in starting in the reference example of this invention 本発明の参考例における起動停止回数とスタック電圧の関係を示す図The figure which shows the relationship between the number of start / stops and the stack voltage in the reference example of this invention 本発明の第実施形態における発電運転中の燃料電池システムの構成を示 す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in power generation operation in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態における運転停止の制御フロー図Control flow chart of operation stop in the first embodiment of the present invention 本発明の第実施形態における運転停止中の燃料電池スタックの電圧を示 す図The figure which shows the voltage of the fuel cell stack in the 1st Embodiment of this invention during the operation stop 本発明の第実施形態における停止中の燃料電池システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in the stop in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態における起動の制御フロー図Control flow chart of activation in the first embodiment of the present invention 本発明の第実施形態における起動制御中の燃料電池システムの構成を示 す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in the start control in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態における起動中の燃料電池スタックの電圧を示す図The figure which shows the voltage of the fuel cell stack in starting in 1st Embodiment of this invention 本発明の第実施形態における発電運転中の燃料電池システムの構成を示 す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in power generation operation in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態における停止制御中の燃料電池システムの構成を示 す図The figure which shows the structure of the fuel cell system in stop control in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第実施形態において、燃料ガス流通路内の水が取り除かれた時 の状態を示す図The figure which shows a state when the water in a fuel gas flow path is removed in 2nd Embodiment of this invention.

100…固体高分子型燃料電池スタック
101…単位電池
102…固体高分子電解質膜
103…アノード電極
103a…アノード触媒層
103b…アノードカーボン平板
103c…(単位電池の)燃料ガス流通路
104…カソード電極
104a…カソード触媒層
104b…カソードカーボン平板
104c…(単位電池の)酸化剤ガス流通路
105…燃料ガス流通路付のアノード側セパレータ
106…酸化剤ガス流通路付のカソード側セパレータ
107…冷却板
107c…(単位電池の)冷却水流通路
108…膜電極複合体(MEA)
111…燃料ガス供給手段
117…燃料ガス水パージ弁
118…燃料ガス排出手段
121…酸化剤ガス供給手段
122…酸化剤ガス供給弁
123…酸化剤ガス排出弁
124…U字シール
128…酸化剤ガス排出手段
131…冷却水供給手段
132…冷却水タンク
133…冷却水排出手段
134…冷却水ポンプ
135…冷却水バッファ
R1…(スタックの)燃料ガス流通路
R2…(スタックの)酸化剤ガス流通路
R3…(スタックの)冷却水流通路
B…バッファ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Solid polymer fuel cell stack 101 ... Unit cell 102 ... Solid polymer electrolyte membrane 103 ... Anode electrode 103a ... Anode catalyst layer 103b ... Anode carbon flat plate 103c ... Fuel gas flow path 104 (unit cell) ... Cathode electrode 104a ... cathode catalyst layer 104b ... cathode carbon flat plate 104c ... (unit cell) oxidant gas flow passage 105 ... anode side separator 106 with fuel gas flow passage ... cathode side separator 107 with oxidant gas flow passage ... cooling plate 107c ... Cooling water flow passage 108 (unit cell) ... Membrane electrode assembly (MEA)
111 ... Fuel gas supply means 117 ... Fuel gas water purge valve 118 ... Fuel gas discharge means 121 ... Oxidant gas supply means 122 ... Oxidant gas supply valve 123 ... Oxidant gas discharge valve 124 ... U-shaped seal 128 ... Oxidant gas Discharge means 131 ... Cooling water supply means 132 ... Cooling water tank 133 ... Cooling water discharge means 134 ... Cooling water pump 135 ... Cooling water buffer R1 ... Fuel gas flow path R2 (for stack) Oxidant gas flow path (for stack) R3: Cooling water passage B (stack) B: Buffer

Claims (3)

単位電池であって、
固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、
前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の流通路に対し、導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータと、
を用いた単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックに冷却水を供給する冷却水供給手段と、
前記燃料電池スタックから燃料ガスを排出する燃料ガス排出手段と、
前記燃料電池スタックから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出手段と、
前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段と、
前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に、かつ、前記燃料電池スタックよりも高い位置に、設ける冷却水タンクと、
を有する燃料電池システムにおいて、
この燃料電池システムの運転停止時に、燃料電池スタックにダミーの外部負荷を接続することにより、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素ガスを消費して除去する酸素除去手段と、
燃料電池システムの起動時に燃料ガス流通路から水を除去するタイミングと酸化剤ガス流通路から水を除去するタイミングをずらすための冷却水バッファを、前記酸化剤ガス供給手段または前記酸化剤ガス排出手段の少なくとも一方に設けて燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止する酸素遮断手段と、
燃料電池システムの発電運転を停止及び起動する制御手段と、
を設け、
前記制御手段は、燃料電池システムについてその停止の際に、
本来の外部負荷を切断し、
前記酸化剤ガス供給手段を制御することによって、酸化剤ガスの供給を停止し、
前記酸素遮断手段を制御することによって、燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止し、
前記酸素除去手段を制御することにより前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素を除去し、
前記燃料ガス供給手段を制御することによって、燃料ガスの供給を停止し、
前記冷却水ポンプを停止することにより、前記セパレータを経て前記冷却水で各流通路を充満させることに加え、前記冷却水で前記冷却水バッファを充満させることを特徴とする燃料電池システム。
A unit battery,
Two gas diffusion electrodes sandwiching a solid polymer electrolyte membrane;
A fuel gas flow path and an oxidant gas flow path respectively disposed in contact with the gas diffusion electrodes;
To flow passage of the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage, the separator having a water flow passage provided in isolation of a conductive porous material,
A fuel cell stack formed by laminating a predetermined number of unit cells using
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell stack;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell stack;
Cooling water supply means for supplying cooling water to the fuel cell stack;
Fuel gas discharging means for discharging fuel gas from the fuel cell stack;
Oxidant gas discharge means for discharging oxidant gas from the fuel cell stack;
Cooling water discharge means for discharging cooling water from the fuel cell stack by a cooling water pump;
A cooling water tank provided between the cooling water pump and the cooling water supply means and at a position higher than the fuel cell stack;
In a fuel cell system having
An oxygen removing means for consuming and removing oxygen gas in the oxidant gas of the fuel cell stack by connecting a dummy external load to the fuel cell stack when the operation of the fuel cell system is stopped;
A cooling water buffer for shifting the timing at which water is removed from the fuel gas flow passage and the timing at which water is removed from the oxidant gas flow passage when the fuel cell system is started is provided with the oxidant gas supply means or the oxidant gas discharge means. An oxygen blocking means for preventing oxygen from entering the fuel cell stack from the outside,
Control means for stopping and starting the power generation operation of the fuel cell system;
Provided,
When the control means stops the fuel cell system,
Disconnect the original external load,
By controlling the oxidant gas supply means, the supply of the oxidant gas is stopped,
By controlling the oxygen blocking means, preventing oxygen from entering the fuel cell stack from the outside,
By removing the oxygen in the oxidant gas of the fuel cell stack by controlling the oxygen removal means,
By controlling the fuel gas supply means, the supply of fuel gas is stopped,
Wherein by stopping the cooling water pump, a fuel cell system, characterized in that said via a separator in addition to be filled with each of the flow channels in the cooling water, to fill the coolant buffer in the cooling water.
単位電池であって、
固体高分子電解質膜を挟持した2枚のガス拡散電極と、
前記ガス拡散電極にそれぞれ接して配置された燃料ガス流通路及び酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス流通路および酸化剤ガス流通路の流通路に対し、導電性多孔質材料で隔離して設けた水流通路を有するセパレータと、
を用いた単位電池を所定数積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池スタックに冷却水を供給する冷却水供給手段と、
前記燃料電池スタックから燃料ガスを排出する燃料ガス排出手段と、
前記燃料電池スタックから酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス排出手段と、
前記燃料電池スタックから冷却水ポンプにより冷却水を排出する冷却水排出手段と、
前記冷却水ポンプと前記冷却水供給手段の間に、かつ、前記燃料電池スタックよりも高い位置に、設ける冷却水タンクと、
を有する燃料電池システムにおいて、
この燃料電池システムの運転停止時に、燃料電池スタックにダミーの外部負荷を接続することにより、前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素ガスを消費して除去する酸素除去手段と、
前記酸化剤ガス供給手段または前記酸化剤ガス排出手段のうち少なくとも一方の配管に、冷却水を滞留させて燃料電池スタック外部からの酸素の侵入を防止するU字形部を設けて燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止する酸素遮断手段と、
燃料電池システムの発電運転を停止及び起動する制御手段と、
を設け、
前記制御手段は、燃料電池システムについてその停止の際に、
本来の外部負荷を切断し、
前記酸化剤ガス供給手段を制御することによって、酸化剤ガスの供給を停止し、
前記酸素遮断手段を制御することによって、燃料電池スタックへの外部からの酸素の侵入を防止し、
前記酸素除去手段を制御することにより前記燃料電池スタックの酸化剤ガス中の酸素を除去し、
前記燃料ガス供給手段を制御することによって、燃料ガスの供給を停止し、
前記冷却水ポンプを停止することにより、前記セパレータを経て前記冷却水で各流通路を充満させることに加え、前記冷却水で前記U字形状を充満させることを特徴とする燃料電池システム。
A unit battery,
Two gas diffusion electrodes sandwiching a solid polymer electrolyte membrane;
A fuel gas flow path and an oxidant gas flow path respectively disposed in contact with the gas diffusion electrodes;
To flow passage of the fuel gas flow passage and the oxidant gas flow passage, the separator having a water flow passage provided in isolation of a conductive porous material,
A fuel cell stack formed by laminating a predetermined number of unit cells using
Fuel gas supply means for supplying fuel gas to the fuel cell stack;
An oxidant gas supply means for supplying an oxidant gas to the fuel cell stack;
Cooling water supply means for supplying cooling water to the fuel cell stack;
Fuel gas discharging means for discharging fuel gas from the fuel cell stack;
Oxidant gas discharge means for discharging oxidant gas from the fuel cell stack;
Cooling water discharge means for discharging cooling water from the fuel cell stack by a cooling water pump;
A cooling water tank provided between the cooling water pump and the cooling water supply means and at a position higher than the fuel cell stack;
In a fuel cell system having
An oxygen removing means for consuming and removing oxygen gas in the oxidant gas of the fuel cell stack by connecting a dummy external load to the fuel cell stack when the operation of the fuel cell system is stopped;
At least one pipe of the oxidant gas supply means or the oxidant gas discharge means is provided with a U-shaped portion that retains cooling water and prevents oxygen from entering from the outside of the fuel cell stack, to the fuel cell stack. Oxygen blocking means for preventing oxygen from entering from outside,
Control means for stopping and starting the power generation operation of the fuel cell system;
Provided,
When the control means stops the fuel cell system,
Disconnect the original external load,
By controlling the oxidant gas supply means, the supply of the oxidant gas is stopped,
By controlling the oxygen blocking means, preventing oxygen from entering the fuel cell stack from the outside,
By removing the oxygen in the oxidant gas of the fuel cell stack by controlling the oxygen removal means,
By controlling the fuel gas supply means, the supply of fuel gas is stopped,
Wherein by stopping the cooling water pump, a fuel cell system, characterized in that said via a separator in addition to be filled with each of the flow channels in the cooling water, to fill the U-shape in the cooling water.
前記制御手段は、燃料電池システムの起動時に、
第一の段階では、前記U字形部の耐差圧が、冷却水の負圧に打ち勝つように前記冷却水ポンプを制御し、
続く第二の段階では、冷却水の負圧が、前記U字形部の前記耐差圧に打ち勝つように前記冷却水ポンプを制御すること
を特徴とする請求項2記載の燃料電池システム。
The control means, at the time of starting the fuel cell system,
In the first stage, the cooling water pump is controlled so that the differential pressure resistance of the U-shaped portion overcomes the negative pressure of the cooling water,
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein in the second step, the cooling water pump is controlled so that a negative pressure of the cooling water overcomes the differential pressure resistance of the U-shaped portion.
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