JP6834746B2

JP6834746B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6834746B2
Application number: JP2017085667A
Authority: JP
Inventors: 伸之北村; 真明松末
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-04-24
Also published as: JP2018185907A

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池は、一対のセパレータにより膜電極接合体が挟持されている。各セパレータの膜電極接合体側の面には、反応ガスが流通する流路が形成されている。特許文献１では、反応ガスの流路を画定する複数の溝の本数が下流側に行くに従い少なくなることにより、流路での反応ガスの流速の低下が抑制されている。 In a fuel cell, a membrane electrode assembly is sandwiched between a pair of separators. A flow path through which the reaction gas flows is formed on the surface of each separator on the membrane electrode joint side. In Patent Document 1, the number of a plurality of grooves defining the flow path of the reaction gas decreases toward the downstream side, so that the decrease in the flow velocity of the reaction gas in the flow path is suppressed.

特開２００１−５２７２３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-52723

上記のような構成において、上流側での膜電極接合体の乾燥を抑制するために加湿した反応ガスを供給すると、流路の溝の本数が少ない下流側で排水性が低下する可能性がある。 In the above configuration, if a humidified reaction gas is supplied to suppress the drying of the membrane electrode assembly on the upstream side, the drainage property may decrease on the downstream side where the number of grooves in the flow path is small. ..

本発明の目的は、膜電極接合体の乾燥を抑制しつつセパレータの流路からの排水性の低下が抑制された燃料電池システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system in which a decrease in drainage property from a flow path of a separator is suppressed while suppressing drying of a membrane electrode assembly.

上記目的は、膜電極接合体と、第１入口マニホールド、第１出口マニホールド、及び前記膜電極接合体との間で前記第１入口マニホールドから前記第１出口マニホールドへアノードガスである第１反応ガスを案内する第１流路、を有した第１セパレータと、互いに隔てられた第２及び第３入口マニホールド、互いに隔てられた第２及び第３出口マニホールド、前記膜電極接合体との間で前記第２入口マニホールドから前記第２出口マニホールドへカソードガスである第２反応ガスを案内し前記膜電極接合体を介して前記第１流路の上流側に対向した第２流路、及び前記膜電極接合体との間で前記第３入口マニホールドから前記第３出口マニホールドへ前記第２反応ガスを案内し前記膜電極接合体を介して前記第１流路の下流側に対向し前記第２流路とは隔てられた第３流路、を有した第２セパレータと、前記第２流路を流通する前記第２反応ガスの湿度及び圧力の少なくとも一方が前記第３流路を流通する前記第２反応ガスよりも高くなるように制御する第１制御機構と、前記第３流路を流通する前記第２反応ガスのストイキ比が前記第２流路を流通する前記第２反応ガスよりも大きくなるように制御する第２制御機構と、を備えた燃料電池システムによって達成できる。 The object is a first reaction gas which is an anode gas from the first inlet manifold to the first outlet manifold between the membrane electrode assembly, the first inlet manifold, the first outlet manifold, and the membrane electrode assembly. Between the first separator having the first flow path, the second and third inlet manifolds separated from each other, the second and third outlet manifolds separated from each other, and the membrane electrode assembly. A second flow path that guides the second reaction gas, which is a cathode gas, from the second inlet manifold to the second outlet manifold and faces the upstream side of the first flow path via the membrane electrode assembly, and the membrane electrode. The second reaction gas is guided from the third inlet manifold to the third outlet manifold with the joining body, and faces the downstream side of the first flow path via the membrane electrode assembly, and the second flow path. At least one of the humidity and pressure of the second separator having a third flow path separated from the second flow path and the second reaction gas flowing through the second flow path flows through the third flow path. The stoichiometric ratio of the first control mechanism that controls the temperature to be higher than that of the reaction gas and the second reaction gas that flows through the third flow path is larger than that of the second reaction gas that flows through the second flow path. This can be achieved by a fuel cell system equipped with a second control mechanism that controls as such.

本発明によれば、膜電極接合体の乾燥を抑制しつつセパレータの流路からの排水性の低下が抑制された燃料電池システムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell system in which the deterioration of drainage from the flow path of the separator is suppressed while suppressing the drying of the membrane electrode assembly.

図１は、燃料電池システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system. 図２Ａは、燃料電池のセルの部分断面図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれアノードセパレータ及びカソードセパレータの説明図である。FIG. 2A is a partial cross-sectional view of a fuel cell cell, and FIGS. 2B and 2C are explanatory views of an anode separator and a cathode separator, respectively. 図３は、第１変形例の燃料電池システムの構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell system of the first modification. 図４Ａは、燃料電池の説明図であり、図４Ｂは、分割アノードセパレータの説明図であり、図４Ｃは、分割カソードセパレータの説明図である。4A is an explanatory view of the fuel cell, FIG. 4B is an explanatory view of the split anode separator, and FIG. 4C is an explanatory view of the split cathode separator. 図５Ａは、カソードストイキ比とカソード背圧に応じた、分割ユニットのそれぞれの発電可能領域と高効率発電領域を示したグラフであり、図５Ｂは、制御ユニットが実行する制御の一例を示したフローチャートである。FIG. 5A is a graph showing each power generation possible region and high efficiency power generation region of the divided unit according to the cathode stoichiometric ratio and the cathode back pressure, and FIG. 5B shows an example of the control executed by the control unit. It is a flowchart. 図６Ａは、カソード背圧を補正するためのマップであり、図６Ｂは、カソード背圧を補正するためのマップである。FIG. 6A is a map for correcting the cathode back pressure, and FIG. 6B is a map for correcting the cathode back pressure. 図７は、第２変形例の燃料電池システムの構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram of a fuel cell system of the second modification. 図８は、燃料電池のカソードセパレータの説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a cathode separator of a fuel cell. 図９は、第３変形例の燃料電池システムの説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of the fuel cell system of the third modification. 図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれアノードセパレータ及びカソードセパレータの説明図である。10A and 10B are explanatory views of an anode separator and a cathode separator, respectively.

図１は、燃料電池システム１の構成図である。燃料電池システム１は、カソードガス系３０、アノードガス系４０、電力系５０、及び制御ユニット６０を含む。燃料電池２０は、カソードガスとアノードガスの供給を受けて発電する。カソードガス系３０は、カソードガスとしての、酸素を含む空気を燃料電池２０に供給する。アノードガス系４０は、アノードガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給する。電力系５０は、システムの電力を充放電する。制御ユニット６０は、燃料電池システム１全体を統括制御する。燃料電池２０は、固体高分子電解質型であり、複数のセルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池２０には、出力電流及び電圧をそれぞれ検出する電流センサ２ａ及び電圧センサ２ｂ、燃料電池２０の温度を検出する温度センサ２ｃが取り付けられている。 FIG. 1 is a block diagram of the fuel cell system 1. The fuel cell system 1 includes a cathode gas system 30, an anode gas system 40, an electric power system 50, and a control unit 60. The fuel cell 20 receives power from the cathode gas and the anode gas to generate electricity. The cathode gas system 30 supplies air containing oxygen as a cathode gas to the fuel cell 20. The anode gas system 40 supplies hydrogen gas as an anode gas to the fuel cell 20. The power system 50 charges and discharges the power of the system. The control unit 60 controls the entire fuel cell system 1 in an integrated manner. The fuel cell 20 is a solid polymer electrolyte type and has a stack structure in which a plurality of cells are laminated. The fuel cell 20 is provided with a current sensor 2a and a voltage sensor 2b for detecting the output current and the voltage, respectively, and a temperature sensor 2c for detecting the temperature of the fuel cell 20.

カソードガス系３０は、エアポンプ３１、カソードガス配管３２ａ〜３２ｃ、加湿器３３、カソードオフガス配管３４ａ〜３４ｃ等を有している。エアポンプ３１は、カソードガス配管３２ａを介して外気から取り込んだ酸素を含む空気（カソードガス）を圧縮して、カソードガス配管３２ｂ及び３２ｃから燃料電池２０のカソード極に供給する。燃料電池２０のカソード極からは、カソードオフガスが、カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ｃに排出されカソードオフガス配管３４ａを介して外部へ排出される。エアポンプ３１は、カソードガス配管３２ａ上に設けられている。エアポンプ３１よりも上流側のカソードガス配管３２ａに流量センサ３ａが設けられている。カソードガス配管３２ｂ及び３２ｃの各上流端はカソードガス配管３２ａに接続され、カソードガス配管３２ｂ及び３２ｃの各下流端は燃料電池２０に接続されている。カソードガス配管３２ａ〜３２ｃが互いに接続された位置に分流弁３５が設けられている。また、エアポンプ３１と分流弁３５との間のカソードガス配管３２ａ上に圧力センサ３ｂが設けられている。カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ｃの各上流端は燃料電池２０に接続され、カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ｃの各下流端はカソードオフガス配管３４ａに接続されている。カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ｃ上にそれぞれ調圧弁３６ｂ及び３６ｃが設けられている。加湿器３３は、カソードオフガス配管３４ｃを通過する酸化剤オフガス中の水分を利用してカソードガス配管３２ｂを通過するカソードガスを加湿する。 The cathode gas system 30 includes an air pump 31, cathode gas pipes 32a to 32c, a humidifier 33, cathode off gas pipes 34a to 34c, and the like. The air pump 31 compresses oxygen-containing air (cathode gas) taken in from the outside air through the cathode gas pipe 32a and supplies the air (cathode gas) from the cathode gas pipes 32b and 32c to the cathode electrode of the fuel cell 20. From the cathode electrode of the fuel cell 20, the cathode off gas is discharged to the cathode off gas pipes 34b and 34c and discharged to the outside through the cathode off gas pipe 34a. The air pump 31 is provided on the cathode gas pipe 32a. A flow rate sensor 3a is provided in the cathode gas pipe 32a on the upstream side of the air pump 31. Each upstream end of the cathode gas pipes 32b and 32c is connected to the cathode gas pipe 32a, and each downstream end of the cathode gas pipes 32b and 32c is connected to the fuel cell 20. A flow dividing valve 35 is provided at a position where the cathode gas pipes 32a to 32c are connected to each other. Further, a pressure sensor 3b is provided on the cathode gas pipe 32a between the air pump 31 and the flow dividing valve 35. Each upstream end of the cathode off gas pipes 34b and 34c is connected to the fuel cell 20, and each downstream end of the cathode off gas pipes 34b and 34c is connected to the cathode off gas pipe 34a. Pressure regulating valves 36b and 36c are provided on the cathode off-gas pipes 34b and 34c, respectively. The humidifier 33 humidifies the cathode gas passing through the cathode gas pipe 32b by utilizing the moisture in the oxidant off gas passing through the cathode off gas pipe 34c.

アノードガス系４０は、アノードガス供給排出部４１、アノードガス供給排出部４１からアノードガスを燃料電池２０に供給するアノードガス配管４２ａ、及び燃料電池２０から燃料オフガスをアノードガス供給排出部４１に排出するアノードオフガス配管４４ａを含む。尚、アノードガス供給排出部４１は、例えばアノードガスを貯留した燃料タンクや、アノードガスを噴射するインジェクタ、アノードオフガスを外部に排出する排出通路等を備えるが、図示や詳細な説明は省略する。 The anode gas system 40 discharges fuel off gas from the anode gas supply / discharge unit 41, the anode gas supply / discharge unit 41 to the anode gas pipe 42a for supplying the anode gas to the fuel cell 20, and the fuel cell 20 to the anode gas supply / discharge unit 41. The anode off-gas pipe 44a is included. The anode gas supply / discharge unit 41 includes, for example, a fuel tank for storing the anode gas, an injector for injecting the anode gas, a discharge passage for discharging the anode off gas to the outside, and the like, but illustration and detailed description thereof will be omitted.

電力系５０は、昇圧コンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、及びトラクションモータＭを備えている。昇圧コンバータ５１は、燃料電池２０からの直流電圧を調整してバッテリ５２に出力可能である。昇圧コンバータ５１により、燃料電池２０の出力電圧が制御される。バッテリ５２は、充放電可能な二次電池であり、余剰電力の充電や補助的な電力供給が可能である。燃料電池２０で発電された直流電力の一部は、昇圧コンバータ５１により昇降圧され、バッテリ５２に充電される。トラクションインバータ５３は、燃料電池２０又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭへ供給する。トラクションモータＭは、車輪Ｗを駆動する。トラクションモータＭが回生を行う場合には、トラクションモータＭからの出力電力は、トラクションインバータ５３を介して直流電力に変換されてバッテリ５２に充電される。 The power system 50 includes a boost converter 51, a battery 52, a traction inverter 53, and a traction motor M. The boost converter 51 can adjust the DC voltage from the fuel cell 20 and output it to the battery 52. The output voltage of the fuel cell 20 is controlled by the boost converter 51. The battery 52 is a rechargeable and dischargeable secondary battery, and can charge surplus power and supply auxiliary power. A part of the DC power generated by the fuel cell 20 is stepped up and down by the boost converter 51 to charge the battery 52. The traction inverter 53 converts the DC power output from the fuel cell 20 or the battery 52 into three-phase AC power and supplies it to the traction motor M. The traction motor M drives the wheels W. When the traction motor M regenerates, the output power from the traction motor M is converted into DC power via the traction inverter 53 and charged to the battery 52.

制御ユニット６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メモリを備えている。また、制御ユニット６０には、入力される各センサ信号に基づき、当該システムの各部を統合的に制御する。 The control unit 60 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and a memory. Further, the control unit 60 integrally controls each part of the system based on each input sensor signal.

次に、燃料電池２０のセル１０について説明する。図２Ａは、燃料電池２０のセル１０の部分断面図である。セル１０は、電解質膜１２の一方の面にアノード触媒層１４ａが形成され、他方の面にカソード触媒層１４ｃが形成された膜電極接合体（以下ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と称する）１１を備える。電解質膜１２は、固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。アノード触媒層１４ａ及びカソード触媒層１４ｃは、電気化学反応を進行させる触媒（例えば白金や、白金−コバルト合金）を担持したカーボン粒子（例えばカーボンブラック）と、プロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含む。ＭＥＡ１１の両側には、アノード側撥水層１６ａとカソード側撥水層１６ｃと、一対の拡散層であるアノードガス拡散層１７ａとカソードガス拡散層１７ｃとが配置されている。ＭＥＡ１１、一対の撥水層、及び一対のガス拡散層を総称して膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode Gas diffusion layer Assembly）１５と称す。ＭＥＧＡ１５の両側には、ＭＥＧＡ１５を挟持するアノードセパレータ１８ａとカソードセパレータ１８ｃが配置されている。アノードセパレータ１８ａは、アノードガス拡散層１７ａとの間にアノード流路１９ａを形成する。カソードセパレータ１８ｃは、カソードガス拡散層１７ｃとの間にカソード流路１９ｃを形成する。尚、アノードセパレータ１８ａのアノード流路１９ａが形成された面とは反対側の面、及び、カソードセパレータ１８ｃのカソード流路１９ｃが形成された面とは反対側の面には、冷媒が流れる冷媒流路が形成されている。燃料電池２０では、このようなセルが複数積層されている。 Next, the cell 10 of the fuel cell 20 will be described. FIG. 2A is a partial cross-sectional view of cell 10 of the fuel cell 20. The cell 10 includes a membrane electrode assembly (hereinafter referred to as MEA (Membrane Electrode Assembly)) 11 in which the anode catalyst layer 14a is formed on one surface of the electrolyte membrane 12 and the cathode catalyst layer 14c is formed on the other surface. .. The electrolyte membrane 12 is a solid polymer membrane and has good proton conductivity in a wet state. The anode catalyst layer 14a and the cathode catalyst layer 14c include carbon particles (for example, carbon black) carrying a catalyst (for example, platinum or a platinum-cobalt alloy) for advancing an electrochemical reaction, and an ionomer having proton conductivity. .. On both sides of the MEA 11, an anode-side water-repellent layer 16a and a cathode-side water-repellent layer 16c, and a pair of diffusion layers, an anode gas diffusion layer 17a and a cathode gas diffusion layer 17c, are arranged. The MEA 11, the pair of water repellent layers, and the pair of gas diffusion layers are collectively referred to as a membrane electrode gas diffusion layer assembly (MEGA) 15. An anode separator 18a and a cathode separator 18c that sandwich the MEGA 15 are arranged on both sides of the MEGA 15. The anode separator 18a forms an anode flow path 19a with the anode gas diffusion layer 17a. The cathode separator 18c forms a cathode flow path 19c with the cathode gas diffusion layer 17c. Refrigerant flowing on the surface of the anode separator 18a opposite to the surface on which the anode flow path 19a is formed and on the surface of the cathode separator 18c opposite to the surface on which the cathode flow path 19c is formed. A flow path is formed. In the fuel cell 20, a plurality of such cells are stacked.

図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれアノードセパレータ１８ａ及びカソードセパレータ１８ｃの説明図である。アノードセパレータ１８ａ及びカソードセパレータ１８ｃのそれぞれには、アノード入口マニホールドａ１、アノード出口マニホールドａ２、カソード入口マニホールドｃ１及びｃ３、カソード出口マニホールドｃ２及びｃ４、冷媒入口マニホールドｗ１、冷媒出口マニホールドｗ２が設けられている。アノード入口マニホールドａ１、カソード出口マニホールドｃ２、冷媒入口マニホールドｗ１、カソード入口マニホールドｃ３と、カソード入口マニホールドｃ１、冷媒出口マニホールドｗ２、カソード出口マニホールドｃ４、アノード出口マニホールドａ２とは、矩形状のアノードセパレータ１８ａ及びカソードセパレータ１８ｃでの、互いに対向する２つの短辺側にそれぞれ設けられている。 2B and 2C are explanatory views of the anode separator 18a and the cathode separator 18c, respectively. Each of the anode separator 18a and the cathode separator 18c is provided with an anode inlet manifold a1, an anode outlet manifold a2, a cathode inlet manifold c1 and c3, a cathode outlet manifold c2 and c4, a refrigerant inlet manifold w1, and a refrigerant outlet manifold w2. .. The anode inlet manifold a1, the cathode outlet manifold c2, the refrigerant inlet manifold w1, the cathode inlet manifold c3, and the cathode inlet manifold c1, the refrigerant outlet manifold w2, the cathode outlet manifold c4, and the anode outlet manifold a2 are the rectangular anode separator 18a and the anode outlet manifold a2. The cathode separator 18c is provided on each of the two short side surfaces facing each other.

図１及び図２Ｂに示すように、アノードガスは、アノードガス配管４２ａ、アノード入口マニホールドａ１、アノード流路１９ａ、アノード出口マニホールドａ２、及びアノードオフガス配管４４ａの順に流通する。アノード流路１９ａは、アノード入口マニホールドａ１からアノード出口マニホールドａ２まで蛇行した、いわゆるサーペンタイン流路である。 As shown in FIGS. 1 and 2B, the anode gas flows in the order of the anode gas pipe 42a, the anode inlet manifold a1, the anode flow path 19a, the anode outlet manifold a2, and the anode off-gas pipe 44a. The anode flow path 19a is a so-called serpentine flow path meandering from the anode inlet manifold a1 to the anode outlet manifold a2.

図２Ｃに示すように、カソードセパレータ１８ｃは、互いに隔てられたカソード流路１９ｃ１及び１９ｃ２を含む。また、カソード入口マニホールドｃ１及びカソード出口マニホールドｃ２と、カソード入口マニホールドｃ３及びカソード出口マニホールドｃ４とも互いに隔てられている。カソードガスの一部は、カソードガス配管３２ａ及び３２ｂ、カソード入口マニホールドｃ１、カソード流路１９ｃ１、カソード出口マニホールドｃ２、カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ａの順に流通する。また、残りのカソードガスは、カソードガス配管３２ａ及び３２ｃ、カソード入口マニホールドｃ３、カソード流路１９ｃ２、カソード出口マニホールドｃ４、カソードオフガス配管３４ｃ及び３４ａの順に流れる。即ち、カソード流路１９ｃ１及１９ｃ２をそれぞれ流通するカソードガスは、燃料電池２０内では合流しないように構成されている。カソード流路１９ｃ１及び１９ｃ２をそれぞれ流れるカソードガスは、互いに逆向きである。カソード流路１９ｃ１は、ＭＥＧＡ１５を介してアノード流路１９ａの上流側に対向する。カソード流路１９ｃ２は、ＭＥＧＡ１５を介してアノード流路１９ａの下流側に対向する。 As shown in FIG. 2C, the cathode separator 18c includes cathode flow paths 19c1 and 19c2 separated from each other. Further, the cathode inlet manifold c1 and the cathode outlet manifold c2, and the cathode inlet manifold c3 and the cathode outlet manifold c4 are also separated from each other. A part of the cathode gas flows in the order of the cathode gas pipes 32a and 32b, the cathode inlet manifold c1, the cathode flow path 19c1, the cathode outlet manifold c2, and the cathode off gas pipes 34b and 34a. The remaining cathode gas flows in the order of the cathode gas pipes 32a and 32c, the cathode inlet manifold c3, the cathode flow path 19c2, the cathode outlet manifold c4, and the cathode off gas pipes 34c and 34a. That is, the cathode gases flowing through the cathode flow paths 19c1 and 19c2 are configured so as not to merge in the fuel cell 20. The cathode gases flowing through the cathode flow paths 19c1 and 19c2 are opposite to each other. The cathode flow path 19c1 faces the upstream side of the anode flow path 19a via the MEGA 15. The cathode flow path 19c2 faces the downstream side of the anode flow path 19a via the MEGA 15.

アノードセパレータ１８ａは、第１セパレータの一例である。アノード入口マニホールドａ１は、第１入口マニホールドの一例である。アノード出口マニホールドａ２は、第１出口マニホールドの一例である。アノード流路１９ａは、第１流路の一例である。アノードガスは、第１反応ガスの一例である。カソードセパレータ１８ｃは、第２セパレータの一例である。カソード入口マニホールドｃ１及びｃ３は、第２及び第３入口マニホールドの一例である。カソード出口マニホールドｃ２及びｃ４は、第２及び第３出口マニホールドの一例である。カソード流路１９ｃ１は、第２流路の一例である。カソード流路１９ｃ２は、第３流路の一例である。カソードガスは、第２反応ガスの一例である。 The anode separator 18a is an example of the first separator. The anode inlet manifold a1 is an example of the first inlet manifold. The anode outlet manifold a2 is an example of the first outlet manifold. The anode flow path 19a is an example of the first flow path. The anode gas is an example of the first reaction gas. The cathode separator 18c is an example of a second separator. The cathode inlet manifolds c1 and c3 are examples of the second and third inlet manifolds. The cathode outlet manifolds c2 and c4 are examples of the second and third outlet manifolds. The cathode flow path 19c1 is an example of the second flow path. The cathode flow path 19c2 is an example of a third flow path. The cathode gas is an example of the second reaction gas.

尚、図示はしないが、冷媒は、冷媒入口マニホールドｗ１、アノード流路１９ａの背面側に形成された流路、冷媒出口マニホールドｗ２の順に流通する。同様に、冷媒は、冷媒入口マニホールドｗ１からカソード流路１９ｃ１及び１９ｃ２の背面側に形成された流路、冷媒出口マニホールドｗ２の順に流通する。 Although not shown, the refrigerant flows in the order of the refrigerant inlet manifold w1, the flow path formed on the back side of the anode flow path 19a, and the refrigerant outlet manifold w2. Similarly, the refrigerant flows in this order from the refrigerant inlet manifold w1, the flow path formed on the back side of the cathode flow paths 19c1 and 19c2, and the refrigerant outlet manifold w2.

加湿器３３により、カソードガス配管３２ｂからカソード流路１９ｃ１に流れるカソードガスの湿度は、カソードガス配管３２ｃからカソード流路１９ｃ２に流れるカソードガスよりも高くなるように制御されている。ここで、上述したように、カソード流路１９ｃ１は、ＭＥＧＡ１５を介してアノード流路１９ａの上流側に対向する。アノード流路１９ａの上流側は、アノード流路１９ａの下流側よりも乾燥しやすい状態にある。このため、カソード流路１９ｃ１を流れるカソードガスの湿度を高くなるように制御することにより、アノード流路１９ａの上流側に対応するＭＥＡ１１の部分の乾燥を抑制できる。 The humidifier 33 controls the humidity of the cathode gas flowing from the cathode gas pipe 32b to the cathode flow path 19c1 to be higher than that of the cathode gas flowing from the cathode gas pipe 32c to the cathode flow path 19c2. Here, as described above, the cathode flow path 19c1 faces the upstream side of the anode flow path 19a via the MEGA 15. The upstream side of the anode flow path 19a is in a state of being easier to dry than the downstream side of the anode flow path 19a. Therefore, by controlling the humidity of the cathode gas flowing through the cathode flow path 19c1 to be high, it is possible to suppress the drying of the portion of MEA 11 corresponding to the upstream side of the anode flow path 19a.

また、調圧弁３６ｂ及び３６ｃの開度により、カソード流路１９ｃ１でのカソードガスの圧力は、カソード流路１９ｃ２でのカソードガスの圧力よりも高く制御されている。即ち、カソード流路１９ｃ１でのカソード背圧は、カソード流路１９ｃ２でのカソード背圧よりも高くなるように制御されている。これにより、カソード流路１９ｃ１からの排水性が抑制され、アノード流路１９ａの上流側に対応するＭＥＡ１１の部分の乾燥を抑制できる。 Further, the pressure of the cathode gas in the cathode flow path 19c1 is controlled to be higher than the pressure of the cathode gas in the cathode flow path 19c2 by the opening degree of the pressure regulating valves 36b and 36c. That is, the cathode back pressure in the cathode flow path 19c1 is controlled to be higher than the cathode back pressure in the cathode flow path 19c2. As a result, the drainage property from the cathode flow path 19c1 is suppressed, and the drying of the portion of the MEA 11 corresponding to the upstream side of the anode flow path 19a can be suppressed.

また、分流弁３５により、カソードガス配管３２ｃからカソード流路１９ｃ２に流れるカソードガスのストイキ比は、カソード流路１９ｃ１を流れるカソードガスよりも大きくなるように制御されている。ここで上述したようにカソード流路１９ｃ２は、ＭＥＧＡ１５を介してアノード流路１９ａの下流側に対向する。アノード流路１９ａの下流側は、アノード流路１９ａの上流側よりも液水が残留しやすい。このため、アノード流路１９ａの下流側に滞留した液水がＭＥＧＡ１５等を介してカソード流路１９ｃ２にまで侵入して、排水性が低下する可能性がある。このため、カソード流路１９ｃ２でのカソードストイキ比が大きくなるように制御されることにより、カソード流路１９ｃ２からの排水性が向上する。また、ストイキ比の高いカソードガスが供給されることにより発電性能の低下も抑制される。 Further, the flow dividing valve 35 controls the stoichiometric ratio of the cathode gas flowing from the cathode gas pipe 32c to the cathode flow path 19c2 to be larger than that of the cathode gas flowing through the cathode flow path 19c1. Here, as described above, the cathode flow path 19c2 faces the downstream side of the anode flow path 19a via the MEGA 15. Liquid water is more likely to remain on the downstream side of the anode flow path 19a than on the upstream side of the anode flow path 19a. Therefore, the liquid water staying on the downstream side of the anode flow path 19a may invade into the cathode flow path 19c2 via MEGA15 or the like, and the drainage property may be deteriorated. Therefore, by controlling the cathode stoichiometric ratio in the cathode flow path 19c2 to be large, the drainage property from the cathode flow path 19c2 is improved. Further, by supplying the cathode gas having a high stoichiometric ratio, the deterioration of the power generation performance is suppressed.

以上のように、加湿器３３、調圧弁３６ｂ及び３６ｃ、分流弁３５は、制御機構の一例である。詳細には、加湿器３３と調圧弁３６ｂ及び３６ｃは、第１制御機構の一例である。分流弁３５は、第２制御機構の一例である。 As described above, the humidifier 33, the pressure regulating valves 36b and 36c, and the flow dividing valve 35 are examples of the control mechanism. Specifically, the humidifier 33 and the pressure regulating valves 36b and 36c are examples of the first control mechanism. The shunt valve 35 is an example of the second control mechanism.

次に、複数の変形例について説明する。尚、変形例について、同一の構成については同一の符号を付することにより重複する説明は省略する。図３は、第１変形例の燃料電池システム１ａの構成図である。カソードガス系３０ａは、エアポンプ３１とは別にカソードガス配管３２ｃ上にエアポンプ３１ｃを備えているが、カソードガス配管３２ｂ上にはエアポンプは設けられていない。カソードオフガス配管３４ｂ及び３４ｃ上にそれぞれ調圧弁３６ｂ及び３６ｃが設けられている。カソードガス配管３２ｂ及び３２ｃ上にそれぞれ圧力センサ３ｂ及び３ｃが設けられている。また、第１変形例では、上述した実施例と異なり加湿器３３は設けられておらず、電力系５０ａは２つの電流センサ２ａ１及び２ａ２を備えている。 Next, a plurality of modified examples will be described. It should be noted that, with respect to the modified examples, the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. FIG. 3 is a configuration diagram of the fuel cell system 1a of the first modification. The cathode gas system 30a includes an air pump 31c on the cathode gas pipe 32c separately from the air pump 31, but the air pump is not provided on the cathode gas pipe 32b. Pressure regulating valves 36b and 36c are provided on the cathode off-gas pipes 34b and 34c, respectively. Pressure sensors 3b and 3c are provided on the cathode gas pipes 32b and 32c, respectively. Further, in the first modification, unlike the above-described embodiment, the humidifier 33 is not provided, and the power system 50a includes two current sensors 2a1 and 2a2.

図４Ａは、燃料電池２０ａの説明図である。燃料電池２０ａは、２つに分割された分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２を有している。分割ユニット２０ａ１は複数の分割セル１０ａ１を有し、分割ユニット２０ａ２は複数の分割セル１０ａ２を有している。分割セル１０ａ１及び１０ａ２は、分割された分割アノードセパレータ１８ａ１及び１８ａ２をそれぞれ有している。図４Ｂは、分割アノードセパレータ１８ａ１及び１８ａ２の説明図である。分割アノードセパレータ１８ａ１には、カソード入口マニホールドｃ１、アノード流路１９ａの上流部分、カソード出口マニホールドｃ２、アノード入口マニホールドａ１、及び冷媒出口マニホールドｗ２が形成されている。分割アノードセパレータ１８ａ２には、カソード入口マニホールドｃ３、アノード流路１９ａの下流部分、カソード出口マニホールドｃ４、アノード出口マニホールドａ２、及び冷媒入口マニホールドｗ１が形成されている。同様に、分割セル１０ａ１及び１０ａ２は、分割された分割カソードセパレータ１８ｃ１及び１８ｃ２をそれぞれ有している。図４Ｃは、分割カソードセパレータ１８ｃ１及び１８ｃ２の説明図である。分割カソードセパレータ１８ｃ１には、カソード入口マニホールドｃ１、カソード流路１９ｃ１、カソード出口マニホールドｃ２、アノード入口マニホールドａ１、及び冷媒出口マニホールドｗ２が形成されている。分割カソードセパレータ１８ｃ２には、カソード入口マニホールドｃ３、カソード流路１９ｃ２、カソード出口マニホールドｃ４、アノード出口マニホールドａ２、及び冷媒入口マニホールドｗ１が形成されている。尚、図示はしないが、これらの分割されたセパレータと同様に、ＭＥＧＡも分割されており、その他集電板も分割されている。これら分割された同種類の部材同士は、絶縁部材を介して一体化されており両者間で絶縁性が保たれている。このため、電流センサ２ａ１及び２ａ２は、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の電流値をそれぞれ検出できる。制御ユニット６０ａは、電流センサ２ａ１及び２ａ２により分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各交流インピーダンスを測定し、測定結果に基づいて、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれでのカソード背圧やカソードストイキ比を制御する。 FIG. 4A is an explanatory diagram of the fuel cell 20a. The fuel cell 20a has two division units 20a1 and 20a2. The division unit 20a1 has a plurality of division cells 10a1, and the division unit 20a2 has a plurality of division cells 10a2. The split cells 10a1 and 10a2 have split anode separators 18a1 and 18a2, respectively. FIG. 4B is an explanatory diagram of the split anode separators 18a1 and 18a2. The split anode separator 18a1 is formed with a cathode inlet manifold c1, an upstream portion of the anode flow path 19a, a cathode outlet manifold c2, an anode inlet manifold a1, and a refrigerant outlet manifold w2. The split anode separator 18a2 is formed with a cathode inlet manifold c3, a downstream portion of the anode flow path 19a, a cathode outlet manifold c4, an anode outlet manifold a2, and a refrigerant inlet manifold w1. Similarly, the split cells 10a1 and 10a2 have split cathode separators 18c1 and 18c2, respectively. FIG. 4C is an explanatory diagram of the divided cathode separators 18c1 and 18c2. The split cathode separator 18c1 is formed with a cathode inlet manifold c1, a cathode flow path 19c1, a cathode outlet manifold c2, an anode inlet manifold a1, and a refrigerant outlet manifold w2. The split cathode separator 18c2 is formed with a cathode inlet manifold c3, a cathode flow path 19c2, a cathode outlet manifold c4, an anode outlet manifold a2, and a refrigerant inlet manifold w1. Although not shown, the MEGA is also divided and the other current collector plates are also divided in the same manner as these divided separators. These divided members of the same type are integrated with each other via an insulating member, and the insulating property is maintained between the two members. Therefore, the current sensors 2a1 and 2a2 can detect the current values of the split units 20a1 and 20a2, respectively. The control unit 60a measures each AC impedance of the split units 20a1 and 20a2 by the current sensors 2a1 and 2a2, and controls the cathode back pressure and the cathode stoichiometric ratio in each of the split units 20a1 and 20a2 based on the measurement results.

図５Ａは、カソードストイキ比とカソード背圧に応じた、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれの発電可能領域Ｅ１及びＥ２と高効率発電領域Ｅ１ａ及びＥ２ａを示したグラフである。図５Ａに示すように、分割ユニット２０ａ１の高効率発電領域Ｅ１ａは、分割ユニット２０ａ２の発電可能領域Ｅ２よりもカソード背圧が高く、分割ユニット２０ａ２の高効率発電領域Ｅ２ａは、分割ユニット２０ａ１の発電可能領域Ｅ１よりもカソードストイキ比が大きい。このため、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２間で、カソード背圧及びカソードストイキ比を異なるように制御することにより、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の双方を高効率で発電させることができる。 FIG. 5A is a graph showing the power generation enableable regions E1 and E2 and the high efficiency power generation regions E1a and E2a of the divided units 20a1 and 20a2, respectively, according to the cathode stoichiometric ratio and the cathode back pressure. As shown in FIG. 5A, the high-efficiency power generation region E1a of the split unit 20a1 has a higher cathode back pressure than the power generation possible region E2 of the split unit 20a2, and the high-efficiency power generation region E2a of the split unit 20a2 generates power from the split unit 20a1. The cathode back pressure ratio is larger than the possible region E1. Therefore, by controlling the cathode back pressure and the cathode stoichiometric ratio to be different between the split units 20a1 and 20a2, both the split units 20a1 and 20a2 can generate electricity with high efficiency.

図５Ｂは、制御ユニット６０ａが実行する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は、所定の時間毎に繰り返し実行される。最初に、アクセル開度センサ８１の検出値に基づいて、燃料電池２０ａの負荷率が取得される（ステップＳ１）。尚、燃料電池２０ａの負荷率は、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の負荷率と同じである。 FIG. 5B is a flowchart showing an example of the control executed by the control unit 60a. This control is repeatedly executed at predetermined time intervals. First, the load factor of the fuel cell 20a is acquired based on the detected value of the accelerator opening sensor 81 (step S1). The load factor of the fuel cell 20a is the same as the load factor of the split units 20a1 and 20a2.

次に電流センサ２ａ１及び２ａ２と電圧センサ２ｂとから、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各交流インピーダンスが測定される（ステップＳ３）。詳細には、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれに高周波の電流を印加した場合での交流インピーダンスと、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれに低周波の電流を印加した場合での交流インピーダンスとが測定される。これらの高周波及び低周波での交流インピーダンスをそれぞれ、高周波インピーダンス及び低周波インピーダンスと称する。 Next, the AC impedances of the dividing units 20a1 and 20a2 are measured from the current sensors 2a1 and 2a2 and the voltage sensor 2b (step S3). Specifically, the AC impedance when a high-frequency current is applied to each of the dividing units 20a1 and 20a2 and the AC impedance when a low-frequency current is applied to each of the dividing units 20a1 and 20a2 are measured. .. These high-frequency and low-frequency AC impedances are referred to as high-frequency impedance and low-frequency impedance, respectively.

ここで、高周波インピーダンスの実部は、ＭＥＡの湿潤状態に応じて変化する値であり、高周波インピーダンスの実部の値が増大するほど、ＭＥＡは乾燥状態にあることを示す。また、低周波インピーダンスの虚部は、セル内の残留水の量に応じて変化する値であり、低周波インピーダンスの虚部の値が増大するほど、残留水の量が多いことを示す。高周波とは例えば３００Ｈｚ前後の周波数であり、低周波とは例えば１０Ｈｚ以下の周波数である。 Here, the real part of the high-frequency impedance is a value that changes according to the wet state of the MEA, and as the value of the real part of the high-frequency impedance increases, it indicates that the MEA is in a dry state. Further, the imaginary part of the low frequency impedance is a value that changes according to the amount of residual water in the cell, and the larger the value of the imaginary part of the low frequency impedance, the larger the amount of residual water. The high frequency is, for example, a frequency of about 300 Hz, and the low frequency is, for example, a frequency of 10 Hz or less.

次に、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各高周波インピーダンスの実部と、燃料電池２０ａの負荷率に応じたカソード背圧を規定した所定のマップとから、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各カソード背圧が補正される（ステップＳ５）。図６Ａは、カソード背圧を補正するためのマップである。横軸は負荷率を示し、縦軸はカソード背圧を示す。このマップは、予め制御ユニット６０ａのメモリに記憶されている。 Next, the cathode back pressures of the split units 20a1 and 20a2 are corrected from the actual parts of the high-frequency impedances of the split units 20a1 and 20a2 and a predetermined map that defines the cathode back pressure according to the load factor of the fuel cell 20a. (Step S5). FIG. 6A is a map for correcting the cathode back pressure. The horizontal axis shows the load factor, and the vertical axis shows the cathode back pressure. This map is stored in the memory of the control unit 60a in advance.

分割ユニット２０ａ１の高周波インピーダンスの実部が負荷率に応じた所定の範囲内にある場合には、分割ユニット２０ａ１でのカソード背圧、即ちカソード流路１９ｃ１での圧力が図６Ａに示した曲線Ｐ１となるように、調圧弁３６ｂの開度が制御される。同様に、分割ユニット２０ａ２の高周波インピーダンスの実部が負荷率に応じた所定の範囲内にある場合には、分割ユニット２０ａ２でのカソード背圧、即ちカソード流路１９ｃ２での圧力が図６Ａに示した曲線Ｐ２となるように調圧弁３６ｃの開度が制御される。尚、図６Ａに示すように、曲線Ｐ１の方が曲線Ｐ２よりもカソード背圧が高くなるように予め規定され、曲線Ｐ１及びＰ２の何れも燃料電池２０ａの負荷率が増大するほどカソード背圧が増大するように規定されている。 When the real part of the high frequency impedance of the dividing unit 20a1 is within a predetermined range according to the load factor, the cathode back pressure in the dividing unit 20a1, that is, the pressure in the cathode flow path 19c1 is the curve P1 shown in FIG. 6A. The opening degree of the pressure regulating valve 36b is controlled so as to be. Similarly, when the real part of the high frequency impedance of the split unit 20a2 is within a predetermined range according to the load factor, the cathode back pressure in the split unit 20a2, that is, the pressure in the cathode flow path 19c2 is shown in FIG. 6A. The opening degree of the pressure regulating valve 36c is controlled so as to have a curved line P2. As shown in FIG. 6A, the curve P1 is predetermined to have a higher cathode back pressure than the curve P2, and both the curves P1 and P2 have a cathode back pressure as the load factor of the fuel cell 20a increases. Is stipulated to increase.

分割ユニット２０ａ１の高周波インピーダンスの実部が負荷率に応じた所定の範囲内から逸脱して増大した場合には、分割ユニット２０ａ１でのカソード背圧が曲線Ｐ１よりも高い曲線Ｐ１ａとなるように、調圧弁３６ｂの開度が制御される。同様に、分割ユニット２０ａ２の高周波インピーダンスの実部が負荷率に応じた所定の範囲内から逸脱して増大した場合には、分割ユニット２０ａ２でのカソード背圧が曲線Ｐ２よりも高い曲線Ｐ２ａとなるように、調圧弁３６ｃの開度が制御される。このように、ＭＥＡの湿潤状態に応じて分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれのカソード背圧が制御され、ＭＥＡが乾燥状態を示す場合には、そのカソード背圧が増大補正されて排水性が抑制される。これによりＭＥＡの乾燥が抑制される。尚、曲線Ｐ２ａは、曲線Ｐ１よりも低くなるように規定されている。 When the real part of the high frequency impedance of the dividing unit 20a1 deviates from the predetermined range according to the load factor and increases, the cathode back pressure in the dividing unit 20a1 becomes a curve P1a higher than the curve P1. The opening degree of the pressure regulating valve 36b is controlled. Similarly, when the real part of the high frequency impedance of the split unit 20a2 deviates from a predetermined range according to the load factor and increases, the cathode back pressure in the split unit 20a2 becomes a curve P2a higher than the curve P2. As described above, the opening degree of the pressure regulating valve 36c is controlled. In this way, the cathode back pressures of the split units 20a1 and 20a2 are controlled according to the wet state of the MEA, and when the MEA shows a dry state, the cathode back pressure is increased and corrected to suppress drainage. To. This suppresses the drying of MEA. The curve P2a is defined to be lower than the curve P1.

次に、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各低周波インピーダンスの虚部と、燃料電池２０ａの負荷率に応じたカソードストイキ比を規定した所定のマップとから、分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２の各カソードストイキ比が補正される（ステップＳ７）。図６Ｂは、カソード背圧を補正するためのマップである。横軸は負荷率を示し、縦軸はカソードストイキ比を示す。このマップは、予め制御ユニット６０ａのメモリに記憶されている。 Next, from the imaginary part of each low frequency impedance of the divided units 20a1 and 20a2 and a predetermined map that defines the cathode stoichiometric ratio according to the load factor of the fuel cell 20a, the cathode stoichiometric ratio of the divided units 20a1 and 20a2 is determined. It is corrected (step S7). FIG. 6B is a map for correcting the cathode back pressure. The horizontal axis shows the load factor, and the vertical axis shows the cathode stoichiometric ratio. This map is stored in the memory of the control unit 60a in advance.

分割ユニット２０ａ１の低周波インピーダンスの虚部が負荷率に応じた所定の範囲内にある場合には、分割ユニット２０ａ１に供給されるカソードガスのストイキ比であるカソードストイキ比は、図６Ｂに示した曲線Ｓ１となるように、エアポンプ３１の回転速度が制御される。同様に、分割ユニット２０ａ２の低周波インピーダンスの虚部が負荷率に応じた所定の範囲内にある場合には、分割ユニット２０ａ２でのカソードストイキ比が図６Ｂに示した曲線Ｓ２となるようにエアポンプ３１ｃの回転速度が制御される。尚、図６Ｂに示すように、曲線Ｓ２の方が曲線Ｓ１よりもカソードストイキ比が大きくなるように予め規定され、曲線Ｓ１及びＳ２の何れも燃料電池２０ａの負荷率が増大するほどカソードストイキ比が低下するように規定されている。 When the imaginary portion of the low frequency impedance of the split unit 20a1 is within a predetermined range according to the load factor, the cathode stoichiometric ratio, which is the stochastic ratio of the cathode gas supplied to the split unit 20a1, is shown in FIG. 6B. The rotation speed of the air pump 31 is controlled so as to have a curve S1. Similarly, when the imaginary part of the low frequency impedance of the split unit 20a2 is within a predetermined range according to the load factor, the air pump so that the cathode stoichiometric ratio in the split unit 20a2 becomes the curve S2 shown in FIG. 6B. The rotation speed of 31c is controlled. As shown in FIG. 6B, the curve S2 is predetermined to have a larger cathode stoichiometric ratio than the curve S1, and both the curves S1 and S2 have a cathode stoichiometric ratio as the load factor of the fuel cell 20a increases. Is stipulated to decrease.

分割ユニット２０ａ１の低周波インピーダンスの虚部が負荷率に応じた所定の範囲内から逸脱して増大した場合には、分割ユニット２０ａ１でのカソードストイキ比が曲線Ｓ１よりも高い曲線Ｓ１ａとなるように、エアポンプ３１の回転速度が制御される。同様に、分割ユニット２０ａ２の低周波インピーダンスの虚部が負荷率に応じた所定の範囲内から逸脱して増大した場合には、分割ユニット２０ａ２でのカソードストイキ比が曲線Ｓ２よりも高い曲線Ｓ２ａとなるように、エアポンプ３１ｃの回転速度が制御される。このように、セル内の残水量に応じて分割ユニット２０ａ１及び２０ａ２のそれぞれのカソードストイキ比が制御され、残水量が多いことを示す場合には、そのカソードストイキ比が増大補正され、これにより排水性が向上し、発電性能の低下も抑制される。尚、曲線Ｓ１ａは、曲線Ｓ２よりも低くなるように規定されている。 When the imaginary part of the low frequency impedance of the dividing unit 20a1 deviates from the predetermined range according to the load factor and increases, the cathode stoichiometric ratio in the dividing unit 20a1 becomes a curve S1a higher than the curve S1. , The rotation speed of the air pump 31 is controlled. Similarly, when the imaginary portion of the low frequency impedance of the split unit 20a2 deviates from the predetermined range according to the load factor and increases, the cathode stoichiometric ratio in the split unit 20a2 becomes higher than the curve S2. The rotation speed of the air pump 31c is controlled so as to be. In this way, the cathode stoichiometric ratios of the split units 20a1 and 20a2 are controlled according to the amount of residual water in the cell, and when it indicates that the amount of residual water is large, the cathode stoichiometric ratio is increased and corrected, thereby draining water. The property is improved and the deterioration of power generation performance is suppressed. The curve S1a is defined to be lower than the curve S2.

尚、エアポンプ３１の回転速度の変更により、カソード流路１９ｃ２でのカソードストイキ比のみならず、カソード流路１９ｃ１でのカソードストイキ比も変化する場合には、エアポンプ３１及び３１ｃの双方の回転速度を制御することにより、カソード流路１９ｃ１でのカソードストイキ比を所望の値に制御してもよい。カソード流路１９ｃ１でのカソード背圧が、調圧弁３６ｂの開度のみならずエアポンプ３１の回転速度によっても変動する場合には、調圧弁３６ｂの開度及びエアポンプ３１の回転速度の双方を制御することにより、カソード流路１９ｃ１でのカソード背圧を所望の値となるように制御してもよい。同様に、カソード流路１９ｃ２でのカソード背圧が調圧弁３６ｃの開度のみならずエアポンプ３１ｃの回転速度によっても変動する場合には、調圧弁３６ｃの開度及びエアポンプ３１ｃの回転速度の双方を制御することにより、カソード流路１９ｃ２でのカソード背圧を所望の値となるように制御してもよい。 If not only the cathode stoichiometric ratio in the cathode flow path 19c2 but also the cathode stoichiometric ratio in the cathode flow path 19c1 changes due to the change in the rotation speed of the air pump 31, the rotation speeds of both the air pumps 31 and 31c are changed. By controlling, the cathode stoichiometric ratio in the cathode flow path 19c1 may be controlled to a desired value. When the cathode back pressure in the cathode flow path 19c1 fluctuates not only with the opening degree of the pressure regulating valve 36b but also with the rotation speed of the air pump 31, both the opening degree of the pressure regulating valve 36b and the rotation speed of the air pump 31 are controlled. Thereby, the cathode back pressure in the cathode flow path 19c1 may be controlled to be a desired value. Similarly, when the cathode back pressure in the cathode flow path 19c2 fluctuates not only with the opening degree of the pressure regulating valve 36c but also with the rotation speed of the air pump 31c, both the opening degree of the pressure regulating valve 36c and the rotation speed of the air pump 31c are adjusted. By controlling, the cathode back pressure in the cathode flow path 19c2 may be controlled to a desired value.

以上のように第１変形例の燃料電池システム１ａでは、調圧弁３６ｂ及び３６ｃは、第１制御機構の一例である。エアポンプ３１ｃは、第２制御機構の一例である。 As described above, in the fuel cell system 1a of the first modification, the pressure regulating valves 36b and 36c are examples of the first control mechanism. The air pump 31c is an example of the second control mechanism.

次に、第２変形例の燃料電池システム１ｂについて説明する。図７は、第２変形例の燃料電池システム１ｂの構成図である。カソードガス系３０ｂでは、カソードガス配管３２ａの下流端は、カソードガス配管３２ｂ〜３２ｄの上流端に接続されている。ここで、カソードガス配管３２ｃの内径は、カソードガス配管３２ｂ及び３２ｄの各内径よりも大きく形成されている。カソードガス配管３２ａ〜３２ｄが互いに接続された箇所にはエアポンプ３１が設けられている。カソードガス配管３２ｂ〜３２ｄの下流端は、燃料電池２０ｂに接続されている。カソードオフガス配管３４ｂ〜３４ｄの上流端は燃料電池２０ｂに接続されている。カソードオフガス配管３４ｃ及び３４ｄの下流端は、カソードオフガス配管３４ａの上流端に接続されている。カソードオフガス配管３４ａには、圧力センサ４ｃと、圧力センサ４ｃよりも下流側に調圧弁３６ａとが設けられている。カソードオフガス配管３４ｂ上には、圧力センサ４ｂが設けられている。カソードオフガス配管３４ｂの下流端は、カソードオフガス配管３４ｄに接続されている。カソードオフガス配管３４ｄには調圧弁３６ｄが設けられており、詳細にはカソードオフガス配管３４ｂと調圧弁３６ｄとの接続箇所よりも下流側に設けられている。加湿器３３は、カソードオフガス配管３４ａを流通するカソードガス中の水分を利用して、カソードガス配管３２ｂを流通するカソードガスを加湿する。 Next, the fuel cell system 1b of the second modification will be described. FIG. 7 is a configuration diagram of the fuel cell system 1b of the second modification. In the cathode gas system 30b, the downstream end of the cathode gas pipe 32a is connected to the upstream end of the cathode gas pipes 32b to 32d. Here, the inner diameter of the cathode gas pipe 32c is formed to be larger than the inner diameters of the cathode gas pipes 32b and 32d. An air pump 31 is provided at a position where the cathode gas pipes 32a to 32d are connected to each other. The downstream ends of the cathode gas pipes 32b to 32d are connected to the fuel cell 20b. The upstream ends of the cathode off gas pipes 34b to 34d are connected to the fuel cell 20b. The downstream ends of the cathode off gas pipes 34c and 34d are connected to the upstream ends of the cathode off gas pipes 34a. The cathode off gas pipe 34a is provided with a pressure sensor 4c and a pressure regulating valve 36a on the downstream side of the pressure sensor 4c. A pressure sensor 4b is provided on the cathode off gas pipe 34b. The downstream end of the cathode off gas pipe 34b is connected to the cathode off gas pipe 34d. The cathode off gas pipe 34d is provided with a pressure regulating valve 36d, and more specifically, the cathode off gas pipe 34d is provided on the downstream side of the connection point between the cathode off gas pipe 34b and the pressure regulating valve 36d. The humidifier 33 humidifies the cathode gas flowing through the cathode gas pipe 32b by utilizing the moisture in the cathode gas flowing through the cathode off gas pipe 34a.

図８は、燃料電池２０ｂのカソードセパレータ１８ｃ３の説明図である。カソードセパレータ１８ｃ３には、アノード入口マニホールドａ１、アノード出口マニホールドａ２、カソード入口マニホールドｃ１、ｃ３、及びｃ５、カソード出口マニホールドｃ２、ｃ４、及びｃ６、冷媒入口マニホールドｗ１、及び冷媒出口マニホールドｗ２、カソード流路１９ｃ１〜１９ｃ３が形成されている。カソード流路１９ｃ３は、カソード流路１９ｃ１及び１９ｃ２の間に形成されている。カソード流路１９ｃ１〜１９ｃ３は互いに隔てられている。また、カソード入口マニホールドｃ１及びカソード出口マニホールドｃ２と、カソード入口マニホールドｃ３及びカソード出口マニホールドｃ４と、カソード入口マニホールドｃ５及びカソード出口マニホールドｃ６も互いに隔てられている。カソードガスの一部は、カソードガス配管３２ａ及び３２ｄ、カソード入口マニホールドｃ５、カソード流路１９ｃ３、カソード出口マニホールドｃ６、カソードオフガス配管３４ｄ及び３４ａの順に流通する。即ち、カソード流路１９ｃ１〜１９ｃ３をそれぞれ流通するカソードガスは、燃料電池２０ｂ内では合流しないように構成されている。カソード流路１９ｃ３は、ＭＥＧＡ１５を介してアノード流路１９ａの上流側及び下流側の間の中流域に対向する。 FIG. 8 is an explanatory diagram of the cathode separator 18c3 of the fuel cell 20b. The cathode separator 18c3 includes an anode inlet manifold a1, an anode outlet manifold a2, a cathode inlet manifold c1, c3, and c5, a cathode outlet manifold c2, c4, and c6, a refrigerant inlet manifold w1, a refrigerant outlet manifold w2, and a cathode flow path. 19c1 to 19c3 are formed. The cathode flow path 19c3 is formed between the cathode flow paths 19c1 and 19c2. The cathode flow paths 19c1 to 19c3 are separated from each other. Further, the cathode inlet manifold c1 and the cathode outlet manifold c2, the cathode inlet manifold c3 and the cathode outlet manifold c4, and the cathode inlet manifold c5 and the cathode outlet manifold c6 are also separated from each other. A part of the cathode gas flows in the order of the cathode gas pipes 32a and 32d, the cathode inlet manifold c5, the cathode flow path 19c3, the cathode outlet manifold c6, and the cathode off gas pipes 34d and 34a. That is, the cathode gases flowing through the cathode flow paths 19c1 to 19c3 are configured so as not to merge in the fuel cell 20b. The cathode flow path 19c3 faces the middle basin between the upstream side and the downstream side of the anode flow path 19a via the MEGA 15.

このような構成によっても、加湿器３３によりカソード流路１９ｃ１を流通するカソードガスを加湿できる。また、調圧弁３６ｄは、カソードオフガス配管３４ｄ上に設けられているが、上述したようにカソードオフガス配管３４ｄ及び３４ｂが互いに接続された箇所よりも下流側に設けられている。このため、制御ユニット６０ｃにより制御される調圧弁３６ｄの開度により、カソード流路１９ｃ３のみならずカソード流路１９ｃ１でのカソード背圧も高くすることができる。 Even with such a configuration, the cathode gas flowing through the cathode flow path 19c1 can be humidified by the humidifier 33. The pressure regulating valve 36d is provided on the cathode off gas pipe 34d, but is provided on the downstream side of the portion where the cathode off gas pipes 34d and 34b are connected to each other as described above. Therefore, depending on the opening degree of the pressure regulating valve 36d controlled by the control unit 60c, not only the cathode flow path 19c3 but also the cathode back pressure in the cathode flow path 19c1 can be increased.

また、カソードガス配管３２ｃの内径は、カソードガス配管３２ｂ及び３２ｄの各内径よりも大きく形成されている。このため、カソード流路１９ｃ２でのカソードストイキ比をカソード流路１９ｃ１及び１９ｃ３のそれぞれよりも大きくすることができる。 Further, the inner diameter of the cathode gas pipe 32c is formed to be larger than the inner diameters of the cathode gas pipes 32b and 32d. Therefore, the cathode stoichiometric ratio in the cathode flow path 19c2 can be made larger than that in each of the cathode flow paths 19c1 and 19c3.

以上のように第２変形例の燃料電池システム１ｂでは、加湿器３３及び調圧弁３６ｄは、第１制御機構の一例である。カソードガス配管３２ｃは、第２制御機構の一例である。 As described above, in the fuel cell system 1b of the second modification, the humidifier 33 and the pressure regulating valve 36d are examples of the first control mechanism. The cathode gas pipe 32c is an example of the second control mechanism.

図９は、第３変形例の燃料電池システム１ｃの説明図である。第３変形例では、上述した実施例及び変形例と異なり、カソードガスの供給、排出する機構については簡易に構成されている。具体的には、カソードガス系３０ｃでは、カソードガス配管３２ａの下流端が燃料電池２０ｃに接続され、カソードオフガス配管３４ａの上流端が燃料電池２０ｃに接続されている。また、カソードガス配管３２ａには、上流側から流量センサ３ａ、エアポンプ３１、及び圧力センサ３ｂが設けられている。カソードオフガス配管３４ａには調圧弁３６ａが設けられている。 FIG. 9 is an explanatory diagram of the fuel cell system 1c of the third modification. In the third modification, unlike the above-described embodiment and modification, the mechanism for supplying and discharging the cathode gas is simply configured. Specifically, in the cathode gas system 30c, the downstream end of the cathode gas pipe 32a is connected to the fuel cell 20c, and the upstream end of the cathode off gas pipe 34a is connected to the fuel cell 20c. Further, the cathode gas pipe 32a is provided with a flow rate sensor 3a, an air pump 31, and a pressure sensor 3b from the upstream side. A pressure regulating valve 36a is provided in the cathode off gas pipe 34a.

次にアノードガス系４０ｃについて説明する。アノードガス系４０ｃは、アノードガス配管４２ａ〜４２ｃ、アノードオフガス配管４４ｂ及び４４ｃ、アノード排出配管４４ａ´、加湿配管４８ｂ、循環配管４８ｃを含む。アノードガス配管４２ａの上流端は、アノードガスである水素ガスが充填されたタンクＴに接続され、下流端はアノードガス配管４２ｂ及び４２ｃに接続されている。アノードガス配管４２ａ上には、上流側からタンクバルブ４１ａ、調圧バルブ４１ｂ、及びインジェクタ４１ｃが設けられている。アノードガス配管４２ｂ及び４２ｃの下流端は、燃料電池２０ｃに接続されている。アノードガス配管４２ｂ上には、インジェクタ４３ｂが設けられている。アノードガス配管４２ｃ上には、上流側からエジェクタ４３ｃ、及び圧力センサ４ｃが設けられている。アノードオフガス配管４４ｂ及び４４ｃの上流端は、燃料電池２０ｃに接続されている。アノードオフガス配管４４ｂの下流端は、アノードオフガス配管４４ｃに接続されている。アノードオフガス配管４４ｃの下流端は、気液分離器４５に接続されている。気液分離器４５の鉛直下方側には、アノード排出配管４４ａ´の上流端が接続されている。アノード排出配管４４ａ´上には排水弁４６ａが設けられている。加湿配管４８ｂの上流端は、気液分離器４５と排水弁４６ａとの間のアノード排出配管４４ａ´に接続されている。加湿配管４８ｂの下流端は、インジェクタ４３ｂに接続されている。気液分離器４５の鉛直上方側には、循環配管４８ｃの上流端が接続されている。循環配管４８ｃの下流端は、エジェクタ４３ｃに接続されている。気液分離器４５は、燃料電池２０ｃから排出されたアノードオフガス中の気体と液体とを分離する。気液分離器４５で分離された気体は、循環配管４８ｃを介してエジェクタ４３ｃからアノードガス配管４２ｃへ吸引される。このようにアノードオフガスが循環する。このため、アノードガス配管４２ｃは、インジェクタ４１ｃから噴射されたアノードオフガスの一部と、循環するアノードオフガスとが流通し、アノードガス配管４２ｃから燃料電池２０ｃにアノードストイキ比の大きいアノードガスが燃料電池２０ｃに供給される。また、気液分離器４５内に貯留された液体は、加湿配管４８ｂを介してインジェクタ４３ｂにより所定のタイミングで噴射される。これにより加湿されたアノードガスがアノードガス配管４２ｂから燃料電池２０ｃに供給される。尚、所定のタイミングで排水弁４６ａが開弁することにより、気液分離器４５に貯留された液体や循環するアノードオフガスはアノード排出配管４４ａ´を介して外部へと排出される。 Next, the anode gas system 40c will be described. The anode gas system 40c includes anode gas pipes 42a to 42c, anode off-gas pipes 44b and 44c, anode discharge pipe 44a', humidification pipe 48b, and circulation pipe 48c. The upstream end of the anode gas pipe 42a is connected to the tank T filled with hydrogen gas, which is the anode gas, and the downstream end is connected to the anode gas pipes 42b and 42c. A tank valve 41a, a pressure regulating valve 41b, and an injector 41c are provided on the anode gas pipe 42a from the upstream side. The downstream ends of the anode gas pipes 42b and 42c are connected to the fuel cell 20c. An injector 43b is provided on the anode gas pipe 42b. An ejector 43c and a pressure sensor 4c are provided on the anode gas pipe 42c from the upstream side. The upstream ends of the anode off-gas pipes 44b and 44c are connected to the fuel cell 20c. The downstream end of the anode off-gas pipe 44b is connected to the anode off-gas pipe 44c. The downstream end of the anode off-gas pipe 44c is connected to the gas-liquid separator 45. The upstream end of the anode discharge pipe 44a'is connected to the vertically lower side of the gas-liquid separator 45. A drain valve 46a is provided on the anode discharge pipe 44a'. The upstream end of the humidifying pipe 48b is connected to the anode discharge pipe 44a'between the gas-liquid separator 45 and the drain valve 46a. The downstream end of the humidifying pipe 48b is connected to the injector 43b. The upstream end of the circulation pipe 48c is connected to the vertically upper side of the gas-liquid separator 45. The downstream end of the circulation pipe 48c is connected to the ejector 43c. The gas-liquid separator 45 separates the gas and the liquid in the anode off gas discharged from the fuel cell 20c. The gas separated by the gas-liquid separator 45 is sucked from the ejector 43c to the anode gas pipe 42c via the circulation pipe 48c. In this way, the anode off gas circulates. Therefore, in the anode gas pipe 42c, a part of the anode off gas injected from the injector 41c and the circulating anode off gas circulate, and the anode gas having a large anode stoichiometric ratio from the anode gas pipe 42c to the fuel cell 20c is the fuel cell. It is supplied to 20c. Further, the liquid stored in the gas-liquid separator 45 is injected at a predetermined timing by the injector 43b via the humidifying pipe 48b. As a result, the humidified anode gas is supplied to the fuel cell 20c from the anode gas pipe 42b. When the drain valve 46a is opened at a predetermined timing, the liquid stored in the gas-liquid separator 45 and the circulating anode off-gas are discharged to the outside through the anode discharge pipe 44a'.

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれアノードセパレータ１８ａ４及びカソードセパレータ１８ｃ４の説明図である。アノードセパレータ１８ａ４及びカソードセパレータ１８ｃ４のそれぞれには、アノード入口マニホールドａ１１及びａ１３、アノード出口マニホールドａ１２及びａ１４、カソード入口マニホールドｃ１１、カソード出口マニホールドｃ１２、冷媒入口マニホールドｗ１、及び冷媒出口マニホールドｗ２が設けられている。カソード入口マニホールドｃ１１及びカソード出口マニホールドｃ１２は、矩形状のアノードセパレータ１８ａ４及びカソードセパレータ１８ｃ４での、互いに対向する２つの長辺側にそれぞれ設けられている。アノード入口マニホールドａ１１、アノード出口マニホールドａ１４、冷媒出口マニホールドｗ２と、アノード出口マニホールドａ１２、アノード入口マニホールドａ１３、冷媒入口マニホールドｗ１とは、矩形状のアノードセパレータ１８ａ４及びカソードセパレータ１８ｃ４での、互いに対向する２つの短辺側にそれぞれ設けられている。図９及び図１０Ｂに示すように、カソードガスは、カソードガス配管３２ａ、カソード入口マニホールドｃ１１、カソード出口マニホールドｃ１２、カソードオフガス配管３４ａの順に流通する。 10A and 10B are explanatory views of the anode separator 18a4 and the cathode separator 18c4, respectively. Each of the anode separator 18a4 and the cathode separator 18c4 is provided with an anode inlet manifold a11 and a13, an anode outlet manifolds a12 and a14, a cathode inlet manifold c11, a cathode outlet manifold c12, a refrigerant inlet manifold w1 and a refrigerant outlet manifold w2. There is. The cathode inlet manifold c11 and the cathode outlet manifold c12 are provided on the two long side faces of the rectangular anode separator 18a4 and the cathode separator 18c4, respectively. The anode inlet manifold a11, the anode outlet manifold a14, the refrigerant outlet manifold w2, and the anode outlet manifold a12, the anode inlet manifold a13, and the refrigerant inlet manifold w1 face each other in the rectangular anode separator 18a4 and the cathode separator 18c4. It is provided on each of the two short sides. As shown in FIGS. 9 and 10B, the cathode gas flows in the order of the cathode gas pipe 32a, the cathode inlet manifold c11, the cathode outlet manifold c12, and the cathode off gas pipe 34a.

図１０Ａに示すように、アノードセパレータ１８ａ４は、互いに隔てられたアノード流路１９ａ１及び１９ａ２を含む。また、アノード入口マニホールドａ１１及びアノード出口マニホールドａ１２と、アノード入口マニホールドａ１３及びアノード出口マニホールドａ１４とも互いに隔てられている。カソードガスの一部は、アノードガス配管４２ａ及び４２ｂ、アノード入口マニホールドａ１１、アノード流路１９ａ１、アノード出口マニホールドａ１２、アノードオフガス配管４４ｂの順に流通する。残りのカソードガスは、アノードガス配管４２ａ及び４２ｃ、アノード入口マニホールドａ１３、アノード流路１９ａ２、アノード出口マニホールドａ１４、アノードオフガス配管４４ｃの順に流れる。即ち、アノード流路１９ａ１及び１９ａ２をそれぞれ流通するカソードガスは、燃料電池２０ｃ内では合流しないように構成されている。アノード流路１９ａ１及び１９ａ２をそれぞれ流れるアノードガスは、互いに逆向きである。アノード流路１９ａ１は、ＭＥＧＡを介してカソードセパレータ１８ｃ４のカソード流路１９ｃの上流側に対向する。アノード流路１９ａ２は、ＭＥＧＡを介してカソード流路１９ｃの下流側に対向する。尚、図１０Ｂに示すように、カソードセパレータ１８ｃ４は、カソード流路１９ｃが形成され、カソードガスは、カソードガス配管３２ａ、カソード入口マニホールドｃ１１、カソード流路１９ｃ、カソード出口マニホールドｃ１２、カソードオフガス配管３４ａの順に流通する。 As shown in FIG. 10A, the anode separator 18a4 includes anode channels 19a1 and 19a2 separated from each other. Further, the anode inlet manifold a11 and the anode outlet manifold a12, and the anode inlet manifold a13 and the anode outlet manifold a14 are also separated from each other. A part of the cathode gas flows in the order of the anode gas pipes 42a and 42b, the anode inlet manifold a11, the anode flow path 19a1, the anode outlet manifold a12, and the anode off-gas pipe 44b. The remaining cathode gas flows in the order of the anode gas pipes 42a and 42c, the anode inlet manifold a13, the anode flow path 19a2, the anode outlet manifold a14, and the anode off-gas pipe 44c. That is, the cathode gases flowing through the anode flow paths 19a1 and 19a2 are configured so as not to merge in the fuel cell 20c. The anode gases flowing through the anode flow paths 19a1 and 19a2, respectively, are opposite to each other. The anode flow path 19a1 faces the upstream side of the cathode flow path 19c of the cathode separator 18c4 via MEGA. The anode flow path 19a2 faces the downstream side of the cathode flow path 19c via MEGA. As shown in FIG. 10B, the cathode separator 18c4 is formed with a cathode flow path 19c, and the cathode gas is a cathode gas pipe 32a, a cathode inlet manifold c11, a cathode flow path 19c, a cathode outlet manifold c12, and a cathode off gas pipe 34a. It is distributed in the order of.

第３変形例の燃料電池システム１ｃでは、カソードセパレータ１８ｃは、第１セパレータの一例である。カソード入口マニホールドｃ１１は、第１入口マニホールドの一例である。カソード出口マニホールドｃ１２は、第１出口マニホールドの一例である。カソード流路１９ｃは、第１流路の一例である。カソードガスは、第１反応ガスの一例である。アノードセパレータ１８ａは、第２セパレータの一例である。アノード入口マニホールドａ１１及びａ１３は、第２及び第３入口マニホールドの一例である。アノード出口マニホールドａ１２及びａ１４は、第２及び第３出口マニホールドの一例である。アノード流路１９ａ１は、第２流路の一例である。アノード流路１９ａ２は、第３流路の一例である。アノードガスは、第２反応ガスの一例である。 In the fuel cell system 1c of the third modification, the cathode separator 18c is an example of the first separator. The cathode inlet manifold c11 is an example of the first inlet manifold. The cathode outlet manifold c12 is an example of the first outlet manifold. The cathode flow path 19c is an example of the first flow path. The cathode gas is an example of the first reaction gas. The anode separator 18a is an example of the second separator. The anode inlet manifolds a11 and a13 are examples of the second and third inlet manifolds. The anode outlet manifolds a12 and a14 are examples of the second and third outlet manifolds. The anode flow path 19a1 is an example of the second flow path. The anode flow path 19a2 is an example of the third flow path. The anode gas is an example of the second reaction gas.

上述したようにインジェクタ４３ｂにより、アノードガス配管４２ｂからアノード流路１９ａ１に流れるアノードガスの湿度は、アノードガス配管４２ｃからアノード流路１９ａ２に流れるアノードガスよりも高くなるように制御される。ここで、上述したように、アノード流路１９ａ１は、ＭＥＧＡを介してカソード流路１９ｃの上流側に対向する。カソード流路１９ｃの上流側は、カソード流路１９ｃの下流側よりも乾燥しやすい状態にある。このため、アノード流路１９ａ１を流れるカソードガスの湿度を高くなるように制御することにより、アノード流路１９ａ１、及びカソード流路１９ｃの上流側に対応するＭＥＡの部分の乾燥を抑制できる。 As described above, the injector 43b controls the humidity of the anode gas flowing from the anode gas pipe 42b to the anode flow path 19a1 to be higher than that of the anode gas flowing from the anode gas pipe 42c to the anode flow path 19a2. Here, as described above, the anode flow path 19a1 faces the upstream side of the cathode flow path 19c via MEGA. The upstream side of the cathode flow path 19c is in a state of being easier to dry than the downstream side of the cathode flow path 19c. Therefore, by controlling the humidity of the cathode gas flowing through the anode flow path 19a1 to be high, it is possible to suppress the drying of the anode flow path 19a1 and the MEA portion corresponding to the upstream side of the cathode flow path 19c.

また、循環配管４８ｃにより、アノードガス配管４２ｃからアノード流路１９ａ２に流れるアノードガスのストイキ比、即ちアノード流路１９ａ２でのアノードストイキ比は、アノード流路１９ａ１よりも大きくなるように制御されている。ここで上述したようにアノード流路１９ａ２は、ＭＥＧＡを介してカソード流路１９ｃの下流側に対向する。カソード流路１９ｃの下流側は、カソード流路１９ｃの上流側よりも液水が残留しやすい。このため、カソード流路１９ｃの下流側に滞留した液水がＭＥＧＡ等を介してアノード流路１９ａ２にまで侵入して、排水性が低下する可能性がある。よって、アノード流路１９ａ２でのアノードストイキ比が大きくなるように制御されることにより、アノード流路１９ａ２からの排水性が向上すると共に、アノードストイキ比の高いアノードガスが供給されることにより発電性能の低下も抑制される。 Further, the circulation pipe 48c controls the stoichiometric ratio of the anode gas flowing from the anode gas pipe 42c to the anode flow path 19a2, that is, the anode stoichiometric ratio in the anode flow path 19a2 to be larger than that of the anode flow path 19a1. .. Here, as described above, the anode flow path 19a2 faces the downstream side of the cathode flow path 19c via MEGA. Liquid water is more likely to remain on the downstream side of the cathode flow path 19c than on the upstream side of the cathode flow path 19c. Therefore, the liquid water staying on the downstream side of the cathode flow path 19c may invade into the anode flow path 19a2 via MEGA or the like, and the drainage property may be deteriorated. Therefore, by controlling the anode stoichiometric ratio in the anode flow path 19a2 to be large, the drainage property from the anode flow path 19a2 is improved, and the anode gas having a high anode stoichiometric ratio is supplied to generate power. The decrease is also suppressed.

以上のように第３変形例の燃料電池システム１ｃでは、インジェクタ４３ｂ、気液分離器４５、及び加湿配管４８ｂは、第１制御機構の一例である。エジェクタ４３ｃ及び循環配管４８ｃは、第２制御機構の一例である。 As described above, in the fuel cell system 1c of the third modification, the injector 43b, the gas-liquid separator 45, and the humidifying pipe 48b are examples of the first control mechanism. The ejector 43c and the circulation pipe 48c are examples of the second control mechanism.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the examples of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific examples, and various modifications and modifications are made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１燃料電池システム
１０セル
１１膜電極接合体（ＭＥＡ）
１８ａアノードセパレータ（第１セパレータ）
１８ｃカソードセパレータ（第２セパレータ
１９ａアノード流路（第１流路）
１９ｃ１カソード流路（第２流路）
１９ｃ２カソード流路（第３流路）
２０燃料電池
３３加湿器（第１制御機構）
３５分流弁（第２制御機構）
３６ｂ、３６ｃ調圧弁（第１制御機構）
ａ１アノード入口マニホールド（第１入口マニホールド）
ａ２アノード出口マニホールド（第１出口マニホールド）
ｃ１カソード入口マニホールド（第２入口マニホールド）
ｃ２カソード出口マニホールド（第２出口マニホールド）
ｃ３カソード入口マニホールド（第３入口マニホールド）
ｃ４カソード出口マニホールド（第３出口マニホールド） 1 Fuel cell system 10 cells 11 Membrane electrode assembly (MEA)
18a Anode separator (first separator)
18c Cathode separator (2nd separator 19a Anode flow path (1st flow path))
19c1 Cathode flow path (second flow path)
19c2 Cathode flow path (third flow path)
20 Fuel cell 33 Humidifier (1st control mechanism)
35-minute flow valve (second control mechanism)
36b, 36c pressure regulating valve (first control mechanism)
a1 Anode inlet manifold (first inlet manifold)
a2 Anode outlet manifold (first outlet manifold)
c1 Cathode inlet manifold (second inlet manifold)
c2 Cathode outlet manifold (second outlet manifold)
c3 Cathode inlet manifold (3rd inlet manifold)
c4 Cathode outlet manifold (3rd outlet manifold)

Claims

Membrane electrode assembly and
It has a first inlet manifold, a first outlet manifold, and a first flow path for guiding a first reaction gas, which is an anode gas, from the first inlet manifold to the first outlet manifold between the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly. With the first separator
Cathode gas from the second inlet manifold to the second outlet manifold between the second and third inlet manifolds separated from each other, the second and third outlet manifolds separated from each other, and the membrane electrode assembly. 2 From the third inlet manifold to the third outlet between the second flow path that guides the reaction gas and faces the upstream side of the first flow path via the membrane electrode assembly and the membrane electrode assembly. A second separator having a third flow path that guides the second reaction gas to the manifold and faces the downstream side of the first flow path via the membrane electrode assembly and is separated from the second flow path. When,
A first control mechanism that controls so that at least one of the humidity and pressure of the second reaction gas flowing through the second flow path is higher than that of the second reaction gas flowing through the third flow path.
A fuel cell system including a second control mechanism that controls the stoichiometric ratio of the second reaction gas flowing through the third flow path to be larger than that of the second reaction gas flowing through the second flow path. ..