JPH07272738A - Fuel cell system - Google Patents

Fuel cell system

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JPH07272738A
JPH07272738A JP6063703A JP6370394A JPH07272738A JP H07272738 A JPH07272738 A JP H07272738A JP 6063703 A JP6063703 A JP 6063703A JP 6370394 A JP6370394 A JP 6370394A JP H07272738 A JPH07272738 A JP H07272738A
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JP
Japan
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fuel cell
passage
pressure
closed
purge gas
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JP6063703A
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Japanese (ja)
Inventor
Nariyuki Kawazu
成之 河津
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To provide a fuel cell system wherein a pressure between anode/ cathode electrodes and between each of these electrodes and a fuel cell vessel is set to a permissible pressure difference or less, even when changed gas volume by generating each part temperature difference at the time of storing the fuel cell system stopped. CONSTITUTION:In an anode electrode side gas supply path and in an anode electrode side discharge gas flow path, of a fuel cell 1, valves 11, 12 are provided, and on the other hand, in a cathode electrode side gas supply path and in a cathode electrode side discharge gas flow path, of the fuel cell 1, valves 13, 14 are provided. Accordingly, when the valves 11, 12 and the valves 13, 14 are closed, an anode electrode closed path 40 and a cathode electrode closed path 41 are formed. Further, a flow path between the anode electrode closed path and the cathode electrode closed path 41. is connected by a connecting path 44, and in this connecting path 44, a pair of check valves 20, 21, set to a prescribed cracking pressure, are parallelly provided so as to make a flow direction opposed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池システム、特に
燃料電池システム停止保管時に各部温度差の発生によっ
てガス体積が変化しても、アノード極とカソード極の間
及びそれらの各極と燃料電池容器との間を許容圧力差以
下にする燃料電池システムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a space between the anode electrode and the cathode electrode, and between each of these electrodes and the fuel cell, even if the gas volume changes due to the temperature difference at each part when the fuel cell system is stopped and stored. The present invention relates to a fuel cell system in which the pressure difference between the container and the container is not more than an allowable pressure difference.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気化学反応により発電方式を用いた燃
料電池は、高効率と優れた環境特性を有することから、
小出力電池として近年脚光を浴びている。燃料電池の原
理は、水の電気分解の逆反応、すなわち水素と酸素が結
び付いて水を生成する際の発生する電気エネルギーを利
用している。実際の燃料電池発電システムは、発電を行
う燃料電池本体を中心とし、燃料電池本体へ水素リッチ
ガスを供給するための改質器と、該水素リッチガスに水
分を添加する加湿装置等の周辺装置で構成されている。
2. Description of the Related Art A fuel cell using a power generation system by an electrochemical reaction has high efficiency and excellent environmental characteristics.
Recently, it has been spotlighted as a small output battery. The principle of the fuel cell utilizes the reverse reaction of electrolysis of water, that is, electric energy generated when hydrogen and oxygen combine to generate water. An actual fuel cell power generation system is mainly composed of a fuel cell main body for power generation, and includes a reformer for supplying hydrogen-rich gas to the fuel cell main body and peripheral devices such as a humidifier for adding water to the hydrogen-rich gas. Has been done.

【0003】燃料電池としては、無機酸であるリン酸を
電解質とするリン酸型燃料電池と、炭酸リチウムと炭酸
カリウムとの混合炭酸塩を含浸させた電解質板を用いる
溶融炭酸塩型燃料電池と、リン酸水溶液や溶融炭酸塩の
ような液体状材料の代わりに酸素イオン導電性を有する
固体の安定化ジルコニアを電解質とし作動温度1000
℃の固体電解質型燃料電池と、水酸化カリウム水溶液を
電解質とするアルカリ型燃料電池と、水素イオン導電性
のフッ素樹脂系のイオン交換膜(例えばナフィオン(Na
fion デュポン社の登録商標))を電解質とし作動温度
が80〜90℃である固体高分子型燃料電池がある。
As the fuel cell, there are a phosphoric acid type fuel cell using phosphoric acid which is an inorganic acid as an electrolyte, and a molten carbonate type fuel cell using an electrolyte plate impregnated with a mixed carbonate of lithium carbonate and potassium carbonate. Instead of liquid materials such as phosphoric acid aqueous solution and molten carbonate, solid stabilized zirconia having oxygen ion conductivity is used as an electrolyte at an operating temperature of 1000.
° C solid electrolyte fuel cell, alkaline fuel cell using potassium hydroxide aqueous solution as electrolyte, hydrogen ion conductive fluororesin ion exchange membrane (for example, Nafion (Na
There is a polymer electrolyte fuel cell having fion DuPont (registered trademark) as an electrolyte and an operating temperature of 80 to 90 ° C.

【0004】近年、特に電解質の逸散・保持等の問題が
なく、常温で起動しかつ起動時間が極めて早い等の利点
を有する固体高分子型燃料電池が注目されている。この
固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte
Fuel Cells )は、イオン交換膜型燃料電池(IEMFC:Ion
Exchange Membrane Fuel Cells)、プロトン交換膜型燃
料電池(PEMFC:Proton Exchange Membrane Fuel Cell
s)、固体高分子電解質型燃料電池(SPEFC:Solid Polyme
r Electrolyte Fuel Cells )とも呼ばれ、構造の概要
は図7に示す通りである。なお、図7は、単一セルの燃
料電池の構造である。
In recent years, a polymer electrolyte fuel cell has been attracting attention because it has no problems such as electrolyte dissipation and retention, and has advantages such as starting at room temperature and extremely short starting time. This polymer electrolyte fuel cell (PEFC: Polymer Electrolyte
Fuel Cells) is an ion-exchange membrane fuel cell (IEMFC: Ion
Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell)
s), polymer electrolyte fuel cell (SPEFC: Solid Polymer
r Electrolyte Fuel Cells) and its structure is shown in Fig. 7. Note that FIG. 7 shows the structure of a single cell fuel cell.

【0005】すなわち、固体高分子電解質膜61の両側
面には、ガス拡散能を有する多孔質のカーボンペーパー
やカーボンクロスからなるアノード電極62とカソード
電極63が配置され、更に両極の外側面には、固体高分
子電解質膜61を挟持するようにアノード極側緻密カー
ボンプレート64とカソード極側緻密カーボンプレート
65とが配置されている。そして、このアノード極側緻
密カーボンプレート64とカソード極側緻密カーボンプ
レート65の外郭には、それぞれ例えば銅のような導電
性の高い金属からなる集電体66、67が配置されてい
る。そして、各部材は相互に接合されて配置されてい
る。更に、アノード極側緻密カーボンプレート64のア
ノード極62と接する側には、リブ状の複数の溝からな
るアノード極側ガス流路68が形成され、このアノード
極側ガス流路68には改質器から電気化学反応の燃料ガ
スとして供給される水素リッチガスの改質ガスが流通す
る。一方、カソード極側緻密カーボンプレート65のカ
ソード極63と接する側には、リブ状の複数の溝からな
るカソード極側ガス流路69が形成され、このカソード
極側ガス流路69には電気化学反応の燃料ガスとして供
給される酸素ガス又は空気が流通する。
That is, an anode electrode 62 and a cathode electrode 63, which are made of porous carbon paper or carbon cloth having gas diffusing ability, are arranged on both side surfaces of the solid polymer electrolyte membrane 61, and further on the outer side surfaces of both electrodes. The dense carbon plate 64 on the anode side and the dense carbon plate 65 on the cathode side are arranged so as to sandwich the solid polymer electrolyte membrane 61. Further, current collectors 66 and 67 made of a highly conductive metal such as copper are arranged on the outer contours of the anode pole side dense carbon plate 64 and the cathode pole side dense carbon plate 65, respectively. And each member is arrange | positioned and mutually joined. Further, an anode electrode side gas flow channel 68 consisting of a plurality of rib-shaped grooves is formed on the side of the anode electrode side dense carbon plate 64 which is in contact with the anode electrode 62, and the reforming is performed in the anode electrode side gas flow channel 68. A reformed gas, which is a hydrogen-rich gas supplied as a fuel gas for an electrochemical reaction, flows from the reactor. On the other hand, on the side of the cathode electrode side dense carbon plate 65 that is in contact with the cathode electrode 63, a cathode electrode side gas flow passage 69 is formed which is composed of a plurality of rib-shaped grooves. Oxygen gas or air supplied as the fuel gas for the reaction flows.

【0006】そして、アノード電極62においては、次
式の水素酸化反応が起こる。
Then, at the anode electrode 62, a hydrogen oxidation reaction of the following formula occurs.

【0007】H2 → 2H+ +2e- 発生した水素イオンH+ は、固体高分子電解質1を通過
してカソード極63に移動する。一方、カソード極63
では、供給された酸素又は空気と水素イオンH+とが次
式のように反応する。
H 2 → 2H + + 2e − The generated hydrogen ions H + pass through the solid polymer electrolyte 1 and move to the cathode 63. On the other hand, the cathode 63
Then, the supplied oxygen or air reacts with hydrogen ions H + as in the following equation.

【0008】1/2O2 +2H+ +2e- → H2 O これらの電気化学的反応により、固体高分子型燃料電池
は起電力を呈する。
1 / 2O 2 + 2H + + 2e → H 2 O Due to these electrochemical reactions, the polymer electrolyte fuel cell exhibits an electromotive force.

【0009】通常、所望の出力電圧を確保するために、
燃料電池は単一セルを複数枚積層している。図8には、
単一セルを電気的に直列に3枚積層した燃料電池の集合
体、いわゆる3セルスタックの構造が示されている。図
8のような3セルスタックは、上述の図7と異なり各セ
ル間は、両面に異なる燃焼ガスを流通させるリブ付きセ
パレータ74によって仕切られている。また、スタック
の両端には、発電による発熱を吸収し燃料電池を所定反
応温度に保つための冷却水流路70と、その外郭に集電
体66、67と、その外郭に絶縁体(インシュレータ)
71、エンドプレート72が配置され、各部材は締め付
けボルト73により密着接合されている。
Usually, in order to secure a desired output voltage,
The fuel cell has a plurality of single cells stacked. In FIG.
A structure of a so-called three-cell stack, which is an assembly of fuel cells in which three single cells are electrically stacked in series, is shown. Unlike the above-mentioned FIG. 7, the 3-cell stack as shown in FIG. 8 is partitioned between the cells by ribbed separators 74 that allow different combustion gases to flow on both sides. Further, at both ends of the stack, a cooling water flow path 70 for absorbing heat generated by power generation and maintaining the fuel cell at a predetermined reaction temperature, current collectors 66 and 67 in its outer shell, and insulators (insulators) in its outer shell.
71 and an end plate 72 are arranged, and each member is closely joined by a tightening bolt 73.

【0010】上述の固体高分子型燃料電池を例えば自動
車に搭載する場合、自動車の運転・停止に応じて固体高
分子型燃料電池の運転・停止、すなわち間欠運転を頻繁
に行う。固体高分子型燃料電池を停止すると、燃料電池
内部を不活性雰囲気にするためのパージガス、及び冷却
水によって燃料電池本体は冷却される。この燃料電池本
体の冷却に伴い燃料電池内部のガス温度が低下する。一
方、アノード極側ガス流路及びカソード極側ガス流路に
は、水蒸気が存在し、その残存水蒸気量は異なる場合が
ある。ここで、燃料電池の停止によるガス温度の低下に
伴いアノード側及びカソード側の水蒸気が凝集し水とな
る。更に、車両に搭載する場合、パージガスの消費を押
さえるために、パージ後燃料電池本体は密閉状態にされ
る。従って、燃料電池の密閉空間の内部圧力が低下する
と共に、残存水蒸気量が異なるカソード極密閉路及びア
ノード極密閉路内の圧力も低下し更に両密閉路間に圧力
差が生じる。
When the above-mentioned solid polymer fuel cell is mounted in, for example, an automobile, the solid polymer fuel cell is frequently operated / stopped, that is, intermittent operation is performed according to the operation / stop of the automobile. When the polymer electrolyte fuel cell is stopped, the fuel cell main body is cooled by the purge gas for making the inside of the fuel cell an inert atmosphere and the cooling water. As the fuel cell body cools, the gas temperature inside the fuel cell decreases. On the other hand, water vapor is present in the anode-side gas flow path and the cathode-side gas flow path, and the residual water vapor amount may differ. Here, as the gas temperature decreases due to the stop of the fuel cell, the water vapor on the anode side and the cathode side aggregate to become water. Further, when mounted on a vehicle, the fuel cell main body is closed after purging in order to suppress consumption of purge gas. Therefore, the internal pressure of the closed space of the fuel cell is reduced, and the pressures in the cathode closed passage and the anode closed passage having different residual water vapor amounts are also decreased, and a pressure difference is generated between the closed passages.

【0011】このアノード極密閉路とカソード極密閉路
とに圧力差により、例えば固体電解質膜と電極との接合
体が一方向から圧力を加えられることとなる。このた
め、固体電解質膜と電極との接合体が、例えば対向する
セパレータに設けられたリブ状の複数溝の角部分に押し
つけられ、変形したり、場合によっては切断されてしま
う恐れがある。このような場合、通常、0.2〜3mm
程度と薄く、また強度的にも弱い固体高分子電解質膜が
影響を受けやすい。
Due to the pressure difference between the anode pole closed path and the cathode pole closed path, for example, the bonded body of the solid electrolyte membrane and the electrode is applied with pressure from one direction. For this reason, the bonded body of the solid electrolyte membrane and the electrodes may be pressed against the corners of the rib-shaped grooves provided on the opposing separators, and may be deformed or cut in some cases. In such cases, usually 0.2 to 3 mm
The solid polymer electrolyte membrane, which is thin and weak in strength, is easily affected.

【0012】更に、停止により内部圧力が低下した燃料
電池に、次の起動の際に加圧した燃料ガスを導入する
と、急激な圧力変化が生じるため、一度に多量の燃料ガ
スが流れ込んでしまう。その結果、固体高分子電解質膜
及び固体高分子型燃料電池の各部にダメージを与える恐
れがある。
Furthermore, when the pressurized fuel gas is introduced into the fuel cell whose internal pressure has dropped due to the stoppage at the time of the next start, a rapid pressure change occurs, so that a large amount of fuel gas flows in at one time. As a result, the solid polymer electrolyte membrane and each part of the solid polymer fuel cell may be damaged.

【0013】このような問題が生じると、燃料電池の耐
久性を十分確保できない恐れがあった。
When such a problem occurs, there is a possibility that the durability of the fuel cell cannot be sufficiently ensured.

【0014】そこで、特開平3−297064号公報の
「燃料電池内の圧力差をバランスさせる方法」には、ア
ノード極側とカソード極側、電池収納容器の各々の間の
圧力を常にバランスさせるためのベローズ式バランサを
設置する方法が記載されている。
Therefore, in the "method for balancing the pressure difference in the fuel cell" of Japanese Patent Laid-Open No. 397064/1993, in order to always balance the pressure between the anode side, the cathode side and the cell storage container. The method of installing the bellows type balancer is described.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平3
−297064号公報の構成では、ベローズ式バランサ
として、制御すべき両者の圧力差に応じたガスを、吸収
バランスさせるだけの内部容量を設置する必要がある。
そして、このベローズ式バランサは、巨大なアコーディ
オンのようなものである。
However, the above-mentioned Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
In the configuration of Japanese Patent No. 297064, it is necessary as a bellows type balancer to have an internal capacity enough to absorb and balance the gas according to the pressure difference between the two to be controlled.
And this bellows balancer is like a giant accordion.

【0016】従って、例えば出力が10kW級の固体高
分子型燃料電池を仮定すると、その配管内部の空間容積
から、このベローズ式バランサに求められる内部容積は
10リットル以上にもなり、固体高分子型燃料電池本体
のサイズに匹敵するほどの巨大なベローズ式バランサを
設置しなければならない。すなわち、固体高分子型燃料
電池の出力規模を大きくすると、ベローズ式バランサも
それに比例して大きくしなければならず、これでは自動
車のように限られたスペース内に燃料電池を搭載するこ
とは難しい。
Therefore, for example, assuming a solid polymer fuel cell having an output of 10 kW, the internal volume required for this bellows type balancer will be 10 liters or more from the space volume inside the pipe, and the solid polymer fuel cell It is necessary to install a huge bellows type balancer that is comparable to the size of the fuel cell body. That is, when the output scale of the polymer electrolyte fuel cell is increased, the bellows type balancer must be increased in proportion thereto, which makes it difficult to mount the fuel cell in a limited space like an automobile. .

【0017】本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、小型でかつ燃料電池システ
ム停止保管時に各部温度差の発生によってガス体積が変
化しても、アノード極とカソード極の間及びそれらの各
極と燃料電池容器との間を許容圧力差以下にする燃料電
池システムを提供することである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and an object thereof is to reduce the size of the anode and the anode even if the gas volume changes due to the temperature difference between parts when the fuel cell system is stopped and stored. It is an object of the present invention to provide a fuel cell system in which the pressure difference between the cathode electrodes and between each of these electrodes and the fuel cell container is kept below the allowable pressure difference.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る燃料電池システムは、以下のことを特
徴とする。
In order to achieve the above object, the fuel cell system according to the present invention is characterized by the following.

【0019】(1)燃料電池システムの停止後、パージ
ガスにより燃料電池を不活性雰囲気に置換し、その後燃
料電池本体を密閉状態にする燃料電池システムにおい
て、アノード極側ガス流路を密閉して形成されたアノー
ド極密閉路と、カソード極側ガス流路を密閉して形成さ
れたカソード極密閉路と、前記アノード極密閉路とカソ
ード極密閉路との流路間を連結する連結路と、前記連結
路にガスの流れ方向を反対にして並設され所定のクラッ
キング圧に設定された一対の逆止弁と、を有し、燃料電
池システムの停止保管時に燃料電池本体のアノード極密
閉路とカソード極密閉路との間の圧力差を一定に保持す
る。
(1) In the fuel cell system in which the fuel cell is replaced with an inert atmosphere by a purge gas after the fuel cell system is stopped and then the fuel cell body is sealed, the gas passage on the anode electrode side is hermetically sealed. The anode closed passage, the cathode closed passage formed by closing the cathode side gas passage, the connecting passage connecting between the anode closed passage and the cathode closed passage, A pair of check valves, which are arranged in parallel in the connection path with the gas flow directions opposite to each other and set to a predetermined cracking pressure, and which have a closed anode path and a cathode of the fuel cell body when the fuel cell system is stopped and stored. The pressure difference between the pole closed path is kept constant.

【0020】(2)上記(1)記載の燃料電池システム
において、更に、前記アノード極密閉路とカソード極密
閉路とからなる燃料電池密閉路にパージガスを供給する
パージガス供給路と、前記燃料電池密閉路に設けられ所
定のクラッキング圧に設定され、かつ前記燃料電池密閉
路に向かってパージガスが流れるように設置された逆止
弁と、を有し、燃料電池システムの停止保管時に燃料電
池への燃料ガス供給路と燃料電池密閉路との間の圧力差
を一定に保持する。
(2) In the fuel cell system according to the above (1), further, a purge gas supply passage for supplying a purge gas to a fuel cell closed passage consisting of the anode closed passage and the cathode closed passage, and the fuel cell closed passage. A check valve which is provided in the passage and is set to a predetermined cracking pressure so that the purge gas flows toward the closed passage of the fuel cell, and the fuel to the fuel cell when the fuel cell system is stopped and stored. The pressure difference between the gas supply passage and the fuel cell closed passage is kept constant.

【0021】(3)上記(2)記載の燃料電池システム
において、更に、前記燃料電池を収納する燃料電池本納
容器と、前記燃料電池収納容器にパージガスを供給する
第2のパージガス供給路と、前記燃料電池収納容器と前
記アノード極密閉路又はカノード極密閉路のいずれか一
方とを連結する第2の連結路と、前記第2の連結路に流
れ方向を反対にして並設され所定のクラッキング圧に設
定された一対の逆止弁と、前記第2のパージガス供給路
に設けられ所定のクラッキング圧に設定され、かつ前記
燃料電池収納容器及びアノード極密閉路又はカソード極
密閉路のいずれか一方に向かってパージガスが流れるよ
うに設置された逆止弁と、を有し、燃料電池システムの
停止保管時にアノード極密閉路及びカソード極密閉路と
燃料電池容器との間の圧力差を一定に保持する。
(3) In the fuel cell system according to (2) above, further, a fuel cell main container for accommodating the fuel cell, and a second purge gas supply passage for supplying a purge gas to the fuel cell container. A second connecting path that connects the fuel cell storage container to either the anode pole closed path or the cathode pole closed path, and a predetermined cracking lined up in the second connection path with their flow directions opposite to each other. A pair of check valves set to pressure, and a predetermined cracking pressure provided in the second purge gas supply passage, and one of the fuel cell storage container and the anode seal passage or the cathode seal passage. And a check valve installed so that the purge gas flows toward the fuel cell system. Holding the pressure differential constant.

【0022】[0022]

【作用】上記燃料電池システムの構成によれば、アノー
ド極密閉路とカソード極密閉路との流路間を連結する連
結路と、前記連結路にガスの流れ方向を反対にして並設
され所定のクラッキング圧に設定された一対の逆止弁と
を有するので、燃料電池の停止保管中に冷却に伴って生
じる燃料電池のアノード極側とカソード極側との圧力差
を一定、所定のクラッキング圧に保持することができ
る。
According to the above structure of the fuel cell system, the connecting passage for connecting the flow passages of the anode closed passage and the cathode closed passage and the connection passage are arranged in parallel with the gas flow directions opposite to each other. Since it has a pair of check valves set to the cracking pressure of the fuel cell, the pressure difference between the anode electrode side and the cathode electrode side of the fuel cell, which is caused by cooling during the stop and storage of the fuel cell, is constant, and the predetermined cracking pressure is maintained. Can be held at.

【0023】更に、上記構成に加え、アノード極密閉路
とカソード極密閉路とからなる燃料電池密閉路にパージ
ガスを供給するパージガス供給路と、前記燃料電池密閉
路に設けられ所定のクラッキング圧に設定され、かつ前
記燃料電池密閉路に向かってパージガスが流れるように
設置された逆止弁とを有するので、燃料電池の停止保管
中に冷却に伴って生じる燃料電池の内部圧力の低下に応
じて、燃料電池密閉路にパージガスを供給して、燃料ガ
ス供給路と燃料電池密閉路との間の圧力差を一定に保つ
ことができる。従って、次の起動における燃料電池への
燃料ガスの急激な流入を防止することができる。
Further, in addition to the above structure, a purge gas supply passage for supplying a purge gas to a fuel cell closed passage consisting of an anode closed passage and a cathode closed passage, and a predetermined cracking pressure provided in the fuel cell closed passage are set. And having a check valve installed so that the purge gas flows toward the fuel cell closed path, depending on the decrease in the internal pressure of the fuel cell caused by cooling during the stopped storage of the fuel cell, By supplying the purge gas to the fuel cell closed passage, the pressure difference between the fuel gas supply passage and the fuel cell closed passage can be kept constant. Therefore, it is possible to prevent the fuel gas from rapidly flowing into the fuel cell at the next startup.

【0024】更に、上記構成において、更に、燃料電池
を燃料電池本納容器に収納する場合、燃料電池収納容器
にパージガスを供給する第2のパージガス供給路と、燃
料電池収納容器と燃料電池密閉路とを連結する第2の連
結路と、前記第2の連結路に流れ方向を反対にして並設
され所定のクラッキング圧に設定された一対の逆止弁
と、前記第2のパージガス供給路に設けられ所定のクラ
ッキング圧に設定され、かつ前記燃料電池収密閉路に向
かってパージガスが流れるように設置された逆止弁と、
を有するので、燃料電池システムの停止保管時に燃料電
池の内圧が低下した場合、燃料電池収納容器内から燃料
電池密閉路にパージガスを供給し、燃料電池内の内圧低
下を速やかに一定圧に保持することができる。更に、圧
力低下を生じた燃料電池収納容器にもパージガスが供給
されるので、結果として、燃料電池密閉路と燃料電池容
器との間の圧力差を一定に保持することができる。
Further, in the above structure, when the fuel cell is further housed in the fuel cell main container, the second purge gas supply passage for supplying the purge gas to the fuel cell container, the fuel cell container and the fuel cell closed passage. A second connecting path for connecting to the second connecting path, a pair of check valves installed in parallel in the second connecting path with flow directions opposite to each other and set to a predetermined cracking pressure, and the second purge gas supply path. A check valve that is provided and is set to a predetermined cracking pressure, and is installed so that the purge gas flows toward the fuel cell closed passage.
Therefore, when the internal pressure of the fuel cell decreases during the stop and storage of the fuel cell system, the purge gas is supplied from the inside of the fuel cell storage container to the closed passage of the fuel cell to quickly maintain the internal pressure drop within the fuel cell at a constant pressure. be able to. Further, since the purge gas is also supplied to the fuel cell container in which the pressure has dropped, as a result, the pressure difference between the fuel cell closed passage and the fuel cell container can be kept constant.

【0025】[0025]

【実施例】以下図面に基づいて、本発明の好適な実施例
を説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】第1の実施例 図1には、燃料電池の停止保管中に冷却に伴って生じる
燃料電池のアノード極側とカソード極側との圧力差をバ
ランスするブロック構成図が示されている。
First Embodiment FIG. 1 shows a block diagram for balancing the pressure difference between the anode electrode side and the cathode electrode side of the fuel cell, which is caused by cooling during the stopped storage of the fuel cell. .

【0027】図1に示すように、固体高分子型燃料電池
1(以下「燃料電池1」と略す)のアノード側入口2に
は、水素リッチガスである改質ガスを供給するアノード
極側ガス供給路が設けられており、一方、燃料電池1の
カソード側入口4には、酸素ガス又は空気を供給するカ
ソード極側ガス供給路が設けられている。また、燃料電
池1のアノード側出口3には、燃料電池1で消費された
排ガスを排出するアノード極側排ガス流路が設けられて
おり、一方燃料電池1のカソード側出口5には、燃料電
池1で消費された酸素又は空気を含む水蒸気を排出する
カソード極側排ガス流路が設けられている。そして、そ
れぞれにバルブ11、13、12、14が設けられてい
る。
As shown in FIG. 1, an anode-side gas supply for supplying a reformed gas, which is a hydrogen-rich gas, to an anode-side inlet 2 of a polymer electrolyte fuel cell 1 (hereinafter abbreviated as "fuel cell 1"). On the other hand, the cathode side inlet 4 of the fuel cell 1 is provided with a cathode electrode side gas supply passage for supplying oxygen gas or air. Further, the anode side outlet 3 of the fuel cell 1 is provided with an anode side exhaust gas flow path for discharging the exhaust gas consumed in the fuel cell 1, while the cathode side outlet 5 of the fuel cell 1 is provided with a fuel cell. The exhaust gas passage on the cathode side is provided for discharging water vapor including oxygen or air consumed in 1. Then, valves 11, 13, 12, and 14 are provided respectively.

【0028】従って、バルブ11、12を閉じるとアノ
ード極密閉路40、及びバルブ13、14を閉じるとカ
ソード極密閉路41が形成される。
Therefore, when the valves 11 and 12 are closed, the anode closed passage 40 is formed, and when the valves 13 and 14 are closed, the cathode closed passage 41 is formed.

【0029】更に、アノード極密閉路40とカソード極
密閉路41との流路間は、連結路44で連結されてい
る。そして、この連結路44には、所定のクラッキング
圧に設定された一対の逆止弁20、21が流れ方向を反
対にするように並設されている。なお、矢印は許容され
るガスの流れ方向を示す。また、連結路44には、連結
路44の流路を開閉させるバルブ19が設けられてい
る。
Further, the flow paths of the anode pole closed path 40 and the cathode pole closed path 41 are connected by a connection path 44. A pair of check valves 20 and 21 set to a predetermined cracking pressure are arranged in parallel in the connecting path 44 so that the flow directions thereof are opposite to each other. The arrow indicates the allowable flow direction of gas. Further, the connecting path 44 is provided with a valve 19 for opening and closing the flow path of the connecting path 44.

【0030】なお、本実施例において、バルブ11、1
2、13、14、19は電磁弁であって、図示しない制
御部の電気信号によってラッチされ、駆動する。
In this embodiment, the valves 11, 1
Reference numerals 2, 13, 14, and 19 are solenoid valves, which are latched and driven by electric signals from a control unit (not shown).

【0031】次に、本実施例の燃料電池システムの動作
を説明する。
Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described.

【0032】燃料電池1の運転時には、アノード側のバ
ルブ11とカソード側のバルブ13とを開け、燃料ガス
を燃料電池1に供給し発電させる。この時連結路44の
流路を閉じるためバルブ19は閉じられている。
During operation of the fuel cell 1, the valve 11 on the anode side and the valve 13 on the cathode side are opened, and fuel gas is supplied to the fuel cell 1 to generate electricity. At this time, the valve 19 is closed to close the flow path of the connecting path 44.

【0033】一方、燃料電池1の停止時には、燃料電池
の内部を不活性雰囲気に置換するために、アノード側の
バルブ11とカソード側のバルブ13を閉じ、燃料電池
1にパージタンク(図示せず)よりパージガスを供給す
る。この時もバルブ19は閉じておく。
On the other hand, when the fuel cell 1 is stopped, in order to replace the inside of the fuel cell with an inert atmosphere, the valve 11 on the anode side and the valve 13 on the cathode side are closed, and a purge tank (not shown) is attached to the fuel cell 1. ) Supply the purge gas. Also at this time, the valve 19 is closed.

【0034】パージが完了したら、バルブ12、14を
閉じ、バルブ19を開ける。この状態で、アノード極密
閉路40とカソード極密閉路41とからなる燃料電池密
閉路が形成される。そして、燃料電池1の冷却に伴い、
アノード極密閉路40のガス圧力とカソード極密閉路4
1のガス圧力とが一定以上の圧力差、即ち逆止弁20、
21のクラッキング圧力以上になると、逆止弁20又は
逆止弁21が開き、圧力の高い方から低い方へガスが流
れる。更に、一対の逆止弁20、21は対向して並設さ
れているので、アノード側、カソード側のどちらの圧力
が高くなっても、あるいはどちらの圧力が低くなっても
逆止弁が開き、圧力差が一定になるようになる。特に、
運転時、一般にはカソード極側はアノード極側に比べ加
圧(例えば2気圧加圧)されており、クラッキング圧を
この加圧分(例えば2気圧)にしておけば、運転時及び
停止保管時に固体高分子型燃料電池の固体高分子電解質
膜は常時同じ方向から同じ圧力で保持されることとな
り、起動時に固体高分子電解質膜が圧力差によって動揺
することがない。従って、固体高分子電解質膜が変形、
切断等の損傷を受けることがない。
When the purging is completed, the valves 12 and 14 are closed and the valve 19 is opened. In this state, a fuel cell closed passage including the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 is formed. Then, as the fuel cell 1 cools,
Gas pressure of anode closed passage 40 and cathode closed passage 4
1, the pressure difference from the gas pressure of a certain value or more, namely, the check valve 20,
When the cracking pressure becomes equal to or higher than 21, the check valve 20 or the check valve 21 opens, and gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side. Further, since the pair of check valves 20 and 21 are arranged in parallel so as to face each other, the check valves are opened regardless of which pressure is higher on the anode side or the cathode side or which pressure is lower. , The pressure difference becomes constant. In particular,
During operation, the cathode side is generally pressurized (for example, 2 atm pressure) as compared with the anode side, and if the cracking pressure is set to this amount (for example, 2 atm), it can be used during operation and when stopped and stored. The solid polymer electrolyte membrane of the solid polymer electrolyte fuel cell is always held at the same pressure from the same direction, and the solid polymer electrolyte membrane does not sway due to the pressure difference at the time of startup. Therefore, the solid polymer electrolyte membrane is deformed,
No damage such as cutting.

【0035】ここで、アノード側もカソード側も既にパ
ージガスでパージされているので、逆止弁20、21が
開いて相互に流入するガスはパージガス(窒素あるいは
アルゴン)である。従って、燃料ガス(アノード系統に
おいては水素、カソード系統においては酸素または空
気)が流入し合うことはない。
Since the anode side and the cathode side have already been purged with the purge gas, the check valves 20, 21 are opened and the gas flowing into each other is the purge gas (nitrogen or argon). Therefore, the fuel gas (hydrogen in the anode system, oxygen or air in the cathode system) does not flow into each other.

【0036】なお、燃料電池1の入口側に上記逆止弁2
0、21を設けても同様の効果が得られる。
The check valve 2 is provided on the inlet side of the fuel cell 1.
Even if 0 and 21 are provided, the same effect can be obtained.

【0037】第2の実施例 図2には、燃料電池の停止保管中に冷却に伴って生じる
燃料電池の内部圧力の低下に応じて、燃料電池密閉路に
パージガスを供給して、燃料電池への燃料ガス供給路と
燃料電池密閉路との間の圧力差を一定に保持するブロッ
ク構成図が示されている。なお、第1の実施例と同様の
構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。
Second Embodiment FIG. 2 shows that the purge gas is supplied to the fuel cell closed passage to the fuel cell in response to the decrease in the internal pressure of the fuel cell caused by the cooling during the stopped storage of the fuel cell. 2 is a block configuration diagram for maintaining a constant pressure difference between the fuel gas supply passage and the fuel cell closed passage. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0038】本実施例の特徴は、更にパージガスタンク
80からアノード極密閉路40及びカソード極密閉路4
1にパージガスを供給するパージガス供給路が設けら
れ、パージ供給路は、アノード側パージガス供給路50
とカソード側パージガス供給路52に分岐している。ま
た、アノード側パージガス供給路50とカソード側パー
ジガス供給路52には、それぞれ所定のクラッキング圧
に設定され、かつパージガスタンク80から燃料電池1
へパージガスが流れるようにアノード側逆止弁18とカ
ソード側逆止弁22が設置されている。更にパージガス
供給路の上流には、バルブ60が設置されている。この
バルブ60は、本実施例では電磁弁である。
The feature of this embodiment is that the purge gas tank 80 is further connected to the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 4.
1 is provided with a purge gas supply path for supplying a purge gas, and the purge supply path is the anode side purge gas supply path 50.
And a cathode side purge gas supply path 52. A predetermined cracking pressure is set in each of the anode-side purge gas supply passage 50 and the cathode-side purge gas supply passage 52, and the purge gas tank 80 and the fuel cell 1 are connected to each other.
The anode check valve 18 and the cathode check valve 22 are installed so that the purge gas flows. Further, a valve 60 is installed upstream of the purge gas supply passage. The valve 60 is a solenoid valve in this embodiment.

【0039】次に、本実施例の燃料電池システムの動作
を説明する。なお、燃料電池1の運転時の動作は、第1
の実施例と同様である。
Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described. The operation during operation of the fuel cell 1 is
It is similar to the embodiment of.

【0040】本実施例は、更に燃料電池の冷却に伴っ
て、アノード極密閉路40とカソード極密閉路41とか
らなる燃料電池密閉路が一定圧力以下になることを防止
することができる。すなわち、パージガスの置換完了後
もそのままバルブ60を開けておく。次に、バルブ1
2、14を閉じ、バルブ19を開ける。この状態で、ア
ノード極密閉路40とカソード極密閉路41とからなる
燃料電池密閉路が形成される。そして、燃料電池1の冷
却に伴い、アノード極密閉路40のガス圧力とカソード
極密閉路41のガス圧力とが逆止弁20、21のクラッ
キング圧力以上になると、逆止弁20又は逆止弁21が
開き、圧力の高い方から低い方へガスが流れ、圧力差が
一定になるようになる。
In the present embodiment, it is possible to prevent the fuel cell closed passage composed of the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 from having a certain pressure or less as the fuel cell is cooled. That is, the valve 60 is left open even after the replacement of the purge gas is completed. Next, valve 1
2, 14 are closed and valve 19 is opened. In this state, a fuel cell closed passage including the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 is formed. Then, when the gas pressure in the anode closed passage 40 and the gas pressure in the cathode closed passage 41 become equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 20 and 21 as the fuel cell 1 is cooled, the check valve 20 or the check valve. 21 opens, the gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side, and the pressure difference becomes constant.

【0041】更に、アノード側逆止弁18とカソード側
逆止弁22のクラッキング圧を、例えば燃料ガスを供給
するアノード極側ガス供給路とカソード極側ガス供給路
とのガス圧に設定しておけば、燃料電池密閉路の圧力の
圧力低下に応じてパージガスが燃料電池密閉路に供給さ
れる。
Further, the cracking pressures of the anode side check valve 18 and the cathode side check valve 22 are set to the gas pressures of the anode side gas supply path and the cathode side gas supply path for supplying the fuel gas, for example. In other words, the purge gas is supplied to the fuel cell closed passage in accordance with the decrease in pressure of the fuel cell closed passage.

【0042】これにより、次の起動における燃料電池へ
の燃料ガスの急激な流入とそれにともなう圧力の急激な
変動を防止することができる。更に、両極の全体的な圧
力低下を不要に高めることがないため、外気の燃料電池
内への侵入を阻止できると共に、内外の圧力差によるシ
ール部や構成材の破損等が抑制され、安定的な保管状態
を保つことができる。
With this, it is possible to prevent the sudden inflow of the fuel gas into the fuel cell at the next startup and the abrupt fluctuation of the pressure accompanied therewith. Furthermore, since it does not unnecessarily increase the overall pressure drop of both electrodes, it is possible to prevent the outside air from entering the fuel cell, and to suppress the damage of the seal part and the components due to the pressure difference between the inside and the outside, which is stable. Can be kept in a good storage state.

【0043】なお、本実施例において、燃料電池1の入
口側に上記逆止弁20、21を設け、パージガス供給路
を出口側に設けてもよく、更に逆止弁20、21とパー
ジガス供給路を同じ側に設けても同様の効果が得られ
る。
In this embodiment, the check valves 20 and 21 may be provided on the inlet side of the fuel cell 1 and the purge gas supply passage may be provided on the outlet side. Further, the check valves 20 and 21 and the purge gas supply passage may be provided. The same effect can be obtained even if they are provided on the same side.

【0044】第3の実施例 図3には、燃料電池システムの停止保管時に燃料電池密
閉路と燃料電池容器との間の圧力差を一定に保持するブ
ロック構成図が示されている。なお、第1及び第2の実
施例と同様の構成要素には同一の符号を付しその説明を
省略する。
Third Embodiment FIG. 3 is a block diagram showing a constant pressure difference between the fuel cell closed passage and the fuel cell container when the fuel cell system is stopped and stored. The same components as those in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0045】本実施例は、更に、燃料電池1は燃料電池
収納容器6に収納され、この燃料電池収納容器6には、
パージガス供給路51を介してパージガスが供給され
る。また、燃料電池収納容器6とアノード極密閉路40
とは、第2の連結路46によって連結されている。ま
た、第2の連結路46には、所定のクラッキング圧に設
定された一対の逆止弁25、26が流れ方向を反対にし
て並設され、更に第2の連結路46を開閉するバルブ2
4が設けられている。更に、パージガス供給路51に
は、所定のクラッキング圧に設定され、かつ燃料電池収
納容器6に向かってパージガスが流れるように設置され
た逆止弁23と、第2のパージガス供給路51を開閉す
るバルブ61とが設けられている。
In the present embodiment, the fuel cell 1 is further housed in a fuel cell container 6, and this fuel cell container 6 contains:
Purge gas is supplied through the purge gas supply path 51. Further, the fuel cell container 6 and the anode closed passage 40
And are connected by a second connecting path 46. In addition, a pair of check valves 25 and 26, which are set to a predetermined cracking pressure, are arranged in parallel in the second connecting passage 46 with the flow directions thereof being opposite to each other, and the valve 2 which opens and closes the second connecting passage 46 is further provided.
4 are provided. Further, in the purge gas supply passage 51, the check valve 23 set to a predetermined cracking pressure and installed so that the purge gas flows toward the fuel cell storage container 6, and the second purge gas supply passage 51 are opened and closed. And a valve 61.

【0046】次に、本実施例の燃料電池システムの動作
を説明する。なお、燃料電池1の運転時の動作は、第1
の実施例と同様である。
Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described. The operation during operation of the fuel cell 1 is
It is similar to the embodiment of.

【0047】本実施例は、更に燃料電池の冷却に伴っ
て、アノード極密閉路40とカソード極密閉路41とか
らなる燃料電池密閉路と燃料電池収納容器とが一定圧力
以下になることを防止することができる。すなわち、パ
ージガスの置換完了後もそのままバルブ60、61を開
けておく。次に、バルブ12、14を閉じる。この状態
で、アノード極密閉路40とカソード極密閉路41とか
らなる燃料電池密閉路が形成される。次に、バルブ1
9、24を開ける。そして、燃料電池1の冷却に伴い、
アノード極密閉路40のガス圧力とカソード極密閉路4
1のガス圧力とが逆止弁20、21のクラッキング圧力
以上になると、逆止弁20又は逆止弁21が開き、圧力
の高い方から低い方へガスが流れると共に、アノード極
密閉路40のガス圧力と燃料電池収納容器6のガス圧力
とが逆止弁25、26のクラッキング圧力以上になる
と、逆止弁25又は逆止弁26が開き、圧力の高い方か
ら低い方へガスが流れる。また、燃料電池収納容器6か
らパージガスが流出し、圧力が低下すると、パージガス
供給路51を介してパージガスが燃料電池収納容器6に
供給される。これにより、燃料電池密閉路と燃料電池収
納容器6との間の圧力差が一定に保たれ、燃料電池本体
に損傷を与えることがない。
In the present embodiment, it is prevented that the fuel cell closed passage composed of the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 and the fuel cell storage container become below a certain pressure as the fuel cell is cooled. can do. That is, the valves 60 and 61 are left open even after the replacement of the purge gas is completed. Next, the valves 12 and 14 are closed. In this state, a fuel cell closed passage including the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 is formed. Next, valve 1
Open 9, 24. Then, as the fuel cell 1 cools,
Gas pressure of anode closed passage 40 and cathode closed passage 4
When the gas pressure of 1 becomes equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 20 and 21, the check valve 20 or the check valve 21 opens, the gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side, and the anode pole closed passage 40 When the gas pressure and the gas pressure in the fuel cell storage container 6 become equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 25 and 26, the check valve 25 or the check valve 26 opens, and the gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side. Further, when the purge gas flows out from the fuel cell storage container 6 and the pressure drops, the purge gas is supplied to the fuel cell storage container 6 via the purge gas supply passage 51. As a result, the pressure difference between the fuel cell closed path and the fuel cell container 6 is kept constant, and the fuel cell body is not damaged.

【0048】また、第2の実施例同様に、アノード側逆
止弁18とカソード側逆止弁22のクラッキング圧を、
例えば燃料ガスを供給するアノード極側ガス供給路とカ
ソード極側ガス供給路とのガス圧に設定しておけば、燃
料電池密閉路と燃料ガス供給路との間の圧力差も一定に
できる。このため、次の起動における燃料電池への燃料
ガスの急激な流入と、それにともなう圧力の急激な変動
を防止することができる。更に、両極の全体的な圧力低
下を不要に高めることがないため、外気の燃料電池内へ
の侵入を阻止できると共に、内外の圧力差によるシール
部や構成材の破損等が抑制され、安定的な保管状態を保
つことができる。
Further, similarly to the second embodiment, the cracking pressures of the anode side check valve 18 and the cathode side check valve 22 are
For example, if the gas pressure between the anode electrode side gas supply passage and the cathode electrode side gas supply passage for supplying the fuel gas is set, the pressure difference between the fuel cell closed passage and the fuel gas supply passage can be made constant. Therefore, it is possible to prevent the rapid inflow of the fuel gas into the fuel cell at the time of the next startup and the abrupt fluctuation of the pressure accompanying it. Furthermore, since it does not unnecessarily increase the overall pressure drop of both electrodes, it is possible to prevent the outside air from entering the fuel cell, and to suppress the damage of the seal part and the components due to the pressure difference between the inside and the outside, which is stable. Can be kept in a good storage state.

【0049】なお、本実施例において、燃料電池1の入
口側に上記逆止弁20、21、25、26を設け、2つ
のパージガス供給路を出口側に設けてもよく、更に逆止
弁20、21、25、26と2つのパージガス供給路を
同じ側に設けても同様の効果が得られる。
In this embodiment, the check valves 20, 21, 25 and 26 may be provided on the inlet side of the fuel cell 1, and two purge gas supply passages may be provided on the outlet side. , 21, 25, and 26 are provided on the same side, the same effect can be obtained.

【0050】第4の実施例 図4には、第3の実施例に加えて、固体高分子型燃料電
池の冷却水系統をも一定圧力差に保持するブロック構成
図が示されている。なお、第1、第2及び第3の実施例
と同様の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略
する。
Fourth Embodiment FIG. 4 shows, in addition to the third embodiment, a block diagram for maintaining the cooling water system of the polymer electrolyte fuel cell at a constant pressure difference. The same components as those in the first, second and third embodiments are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0051】本実施例の場合、更に燃料電池1に冷却水
を供給する冷却水供給路48と、燃料電池1から冷却水
を流出させる冷却水排出路49とからなる冷却配管が設
けられている。更に、冷却水供給路48に合流し冷却水
供給路48にパージガスを供給するパージガス供給路5
3が設けられている。パージガス供給路53を設けたの
は、冷却水に溶解している酸素が冷却水配管を腐食する
のを防止するためである。
In the case of the present embodiment, a cooling pipe is further provided which comprises a cooling water supply passage 48 for supplying cooling water to the fuel cell 1 and a cooling water discharge passage 49 for letting the cooling water out of the fuel cell 1. . Further, the purge gas supply passage 5 is joined to the cooling water supply passage 48 and supplies the purge gas to the cooling water supply passage 48.
3 is provided. The purge gas supply passage 53 is provided to prevent oxygen dissolved in the cooling water from corroding the cooling water pipe.

【0052】次に、本実施例の燃料電池システムの動作
を説明する。なお、燃料電池1の運転時の動作は、第1
の実施例と同様である。
Next, the operation of the fuel cell system of this embodiment will be described. The operation during operation of the fuel cell 1 is
It is similar to the embodiment of.

【0053】本実施例は、更に燃料電池1の冷却に伴っ
て、燃料電池密閉路と冷却システムとが一定圧力以下に
なることを防止することができる。すなわち、パージガ
スの置換完了後もそのままパージガスを供給路は開にし
ておく。次に、バルブ12、14を閉じる。この状態
で、アノード極密閉路40とカソード極密閉路41とか
らなる燃料電池密閉路が形成される。次に、バルブ1
9、24、30を開ける。そして、燃料電池1の冷却に
伴い、アノード極密閉路40のガス圧力とカソード極密
閉路41のガス圧力とが逆止弁20、21のクラッキン
グ圧力以上になると、逆止弁20又は逆止弁21が開
き、圧力の高い方から低い方へガスが流れると共に、ア
ノード極密閉路40のガス圧力と燃料電池収納容器6の
ガス圧力とが逆止弁25、26のクラッキング圧力以上
になると、逆止弁25又は逆止弁26が開き、圧力の高
い方から低い方へガスが流れる。更に、カソード極密閉
路41のガス圧力と冷却水排出路49のガス圧力とが逆
止弁31、32のクラッキング圧力以上になると、逆止
弁31又は逆止弁32が開き、圧力の高い方から低い方
へガスが流れる。また、燃料電池収納容器6からパージ
ガスが流出し、また冷却配管の圧力が低下すると、パー
ジガス供給路51、53を介してパージガスが燃料電池
収納容器6及び冷却配管に供給される。これにより、燃
料電池密閉路と燃料電池収納容器6、燃料電池密閉路と
冷却配管との間の圧力差が一定に保たれ、燃料電池本体
に損傷を与えることがない。また、冷却系と反応極側や
容器内との間の圧力差が抑制されるため、冷却板の変形
によって電極や膜が押圧され破損することが防止でき
る。尚、冷却系は冷却効率を高めるため、反応系と近接
して構成されるため、影響が大きい。
In this embodiment, it is possible to prevent the pressure in the fuel cell closed passage and the cooling system from becoming lower than a certain pressure as the fuel cell 1 is cooled. That is, even after the replacement of the purge gas is completed, the supply path for the purge gas is left open. Next, the valves 12 and 14 are closed. In this state, a fuel cell closed passage including the anode closed passage 40 and the cathode closed passage 41 is formed. Next, valve 1
Open 9, 24 and 30. Then, when the gas pressure in the anode closed passage 40 and the gas pressure in the cathode closed passage 41 become equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 20 and 21 as the fuel cell 1 is cooled, the check valve 20 or the check valve. 21 opens, gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side, and when the gas pressure of the anode closed passage 40 and the gas pressure of the fuel cell storage container 6 becomes equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 25 and 26, the reverse pressure is generated. The stop valve 25 or the check valve 26 opens, and gas flows from the higher pressure side to the lower pressure side. Further, when the gas pressure in the cathode pole closed passage 41 and the gas pressure in the cooling water discharge passage 49 become equal to or higher than the cracking pressure of the check valves 31 and 32, the check valve 31 or the check valve 32 opens, and the one with the higher pressure is used. Gas flows downward from the Further, when the purge gas flows out from the fuel cell storage container 6 and the pressure in the cooling pipe decreases, the purge gas is supplied to the fuel cell storage container 6 and the cooling pipe via the purge gas supply paths 51 and 53. As a result, the pressure difference between the fuel cell closed passage and the fuel cell storage container 6 and between the fuel cell closed passage and the cooling pipe is kept constant, and the fuel cell main body is not damaged. Further, since the pressure difference between the cooling system and the reaction electrode side or the inside of the container is suppressed, it is possible to prevent the electrode or the membrane from being pressed and damaged by the deformation of the cooling plate. Since the cooling system is configured close to the reaction system in order to improve the cooling efficiency, it has a great influence.

【0054】第5の実施例 図5には、改質器と燃料電池密閉路との間の圧力差を一
定に保つ燃料電池システムのブロック構成図である。な
お、第1の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付
しその説明を省略する。
Fifth Embodiment FIG. 5 is a block diagram of a fuel cell system for keeping the pressure difference between the reformer and the fuel cell closed passage constant. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0055】図5に示すように、加湿器7は燃料電池1
に供給される燃料ガス(ここで言う燃料ガスにはアノー
ド側ガス(H2 )及びカソード側ガス(O2 又は空気)
両方を含む)を加湿するものである。加湿することによ
って、固体高分子電解質膜における水素イオンH+ の移
動が促進され、燃料電池の電池抵抗が低下し、より多く
の出力電流を取り出すことができる。加湿器7を介して
燃料電池1に燃料ガスを供給する燃料ガス供給路には、
バルブ9、10、11が設けられている。また、加湿器
7と燃料電池1とを連絡する配管には、加湿された燃料
ガスが所定温度に保たれるように、ヒータ8が設けられ
ている。燃料電池の停止時には、加湿器7もパージガス
により置換される。従って、加湿器7にもパージガス供
給路54を介してパージガスが供給される。パージガス
供給路54には、パージガス供給路54を開閉するバル
ブ15が設けられている。更に、パージガス供給路54
は分岐して、それぞれ加湿器7の上流と、加湿器7とヒ
ータ8との間、ヒータ8と燃料電池1との間にパージガ
スを供給する。そして、分岐したそれぞれのパージガス
供給路には、逆止弁16、17、18が設けられてい
る。 通常、加湿器7の内部には、加湿用に多量の水が
蓄えられている。更に、他の金属配管部分に比べ加湿器
7の冷却速度が遅く、従って加湿器7の内部の圧力が、
相対的な関係として見かけ上、その前後の区画の圧力よ
り高くなり、次に燃料電池1を始動するためにバルブ
9、10、11を開けたとき、その圧力差によって、加
湿器7の内部の水が次の区画に流れ出したり、前の区画
に逆流してしまう恐れがある。なお、すべての機器が常
温となった時点での他の機器間との圧力関係は、加湿器
内の圧力が最も低くなる。
As shown in FIG. 5, the humidifier 7 is the fuel cell 1
To the fuel gas (the fuel gas here is anode gas (H 2 ) and cathode gas (O 2 or air))
It includes both). By humidifying, the movement of hydrogen ions H + in the solid polymer electrolyte membrane is promoted, the cell resistance of the fuel cell is lowered, and more output current can be taken out. In the fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the fuel cell 1 via the humidifier 7,
Valves 9, 10, 11 are provided. A heater 8 is provided in a pipe connecting the humidifier 7 and the fuel cell 1 so that the humidified fuel gas is maintained at a predetermined temperature. The humidifier 7 is also replaced by the purge gas when the fuel cell is stopped. Therefore, the purge gas is also supplied to the humidifier 7 via the purge gas supply path 54. The purge gas supply passage 54 is provided with a valve 15 that opens and closes the purge gas supply passage 54. Further, the purge gas supply path 54
Branch and supply purge gas between the humidifier 7 and the heater 8 and between the heater 8 and the fuel cell 1, respectively. Check valves 16, 17, and 18 are provided in the respective branched purge gas supply paths. Usually, a large amount of water is stored in the humidifier 7 for humidification. Furthermore, the cooling rate of the humidifier 7 is slower than that of other metal pipe parts, and therefore the pressure inside the humidifier 7 is
The relative pressure is apparently higher than the pressure in the compartments before and after it, and when the valves 9, 10 and 11 are next opened to start the fuel cell 1, the pressure difference causes the internal pressure of the humidifier 7 to rise. Water may flow into the next compartment or back into the previous compartment. In addition, the pressure inside the humidifier has the lowest pressure relationship with other devices at the time when all the devices reach normal temperature.

【0056】図5を参照しながら、一例を挙げて本実施
例のシステムの動作を説明する。
The operation of the system according to this embodiment will be described with reference to FIG. 5 by way of example.

【0057】燃料電池1の運転時のガス圧力が2気圧で
あって、逆止弁16、17、18のクラッキング圧を
0.5気圧とし、パージガス圧力を2気圧とした場合を
例にとって説明する。なお、燃料電池1の停止時は、2
気圧から常圧に戻る。
An example will be described in which the gas pressure during operation of the fuel cell 1 is 2 atm, the cracking pressure of the check valves 16, 17, 18 is 0.5 atm, and the purge gas pressure is 2 atm. . When the fuel cell 1 is stopped, 2
Return from atmospheric pressure to normal pressure.

【0058】まず、通常の運転時においては、バルブ1
5を閉じてパージガス供給路54を遮断しておく。そし
て、バルブ9、10、11を開けて、ガス圧力が2気圧
になるようにバルブ12を調整して、系統内の内圧力を
保持する。
First, during normal operation, the valve 1
5 is closed to shut off the purge gas supply passage 54. Then, the valves 9, 10 and 11 are opened, and the valve 12 is adjusted so that the gas pressure becomes 2 atm to maintain the internal pressure in the system.

【0059】次に、燃料電池1の運転を停止する場合に
は、バルブ15を閉じたまま、ヒータ8を停止させる。
この時、バルブ10、11を開けたままで、バルブ12
を全開して系統内を下げ、ガス圧力を常圧(1気圧)に
する。
Next, when the operation of the fuel cell 1 is stopped, the heater 8 is stopped with the valve 15 kept closed.
At this time, leave the valves 10 and 11 open and leave the valve 12
Is fully opened to lower the system, and the gas pressure is set to normal pressure (1 atm).

【0060】その後、バルブ9を閉じ、バルブ10、1
1、12を開けておく。次に、バルブ15を開けてパー
ジガス供給路54より不活性なパージガスを系統内に供
給する。このときのパージガスは、ガス圧力を2気圧で
注入する。
Thereafter, the valve 9 is closed and the valves 10, 1
Leave 1 and 12 open. Next, the valve 15 is opened and an inactive purge gas is supplied into the system through the purge gas supply path 54. The purge gas at this time is injected at a gas pressure of 2 atm.

【0061】そして、パージ後、バルブ9、10、1
1、12を閉じて、バルブ15のみをパージガス供給路
54より継続してガス圧力を2気圧でバージガスを注入
し続ける。これにより、「2気圧(パージガス圧力)−
0.5気圧(クラッキング圧)=1.5気圧(系統内
圧)」で系統内を1.5気圧にすることができる。
After purging, the valves 9, 10, 1
The valves 1 and 12 are closed, and only the valve 15 is continuously supplied from the purge gas supply path 54 to continuously inject the barge gas at a gas pressure of 2 atm. As a result, "2 atm (purge gas pressure)-
The pressure in the system can be increased to 1.5 atm by "0.5 atm (cracking pressure) = 1.5 atm (system internal pressure)".

【0062】この状態で、例えば加湿器7の内部圧力が
低下して、1.2気圧になると、逆止弁16よりパージ
ガスが流入して、加湿器7の内部は1.5気圧になる。
なお、パージガス圧力は、2気圧に限るものではなく、
パージガス圧力が、逆止弁16、17、18のクラッキ
ング圧と大気圧との和より大きい関係が成り立てばよ
く、このような圧力にしておけば、パージガス圧力を途
中で変える必要はない。
In this state, for example, when the internal pressure of the humidifier 7 drops to 1.2 atm, the purge gas flows in from the check valve 16 and the internal pressure of the humidifier 7 becomes 1.5 atm.
The purge gas pressure is not limited to 2 atm,
It suffices that the purge gas pressure has a relationship larger than the sum of the cracking pressure of the check valves 16, 17, and 18 and the atmospheric pressure. With such a pressure, it is not necessary to change the purge gas pressure midway.

【0063】第6の実施例 図6には、停止時に周囲の金属配管との冷却速度の相違
によって、加湿器の内部圧力が上昇した時に、系統外に
ガスを放出させるシステム構成が示されている。なお、
第1の実施例と同様の構成要素には同一の符号を付しそ
の説明を省略する。
Sixth Embodiment FIG. 6 shows a system configuration in which gas is released to the outside of the system when the internal pressure of the humidifier increases due to the difference in cooling rate from the surrounding metal pipes when stopped. There is. In addition,
The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

【0064】図6に示すように、加湿器7は燃料電池1
に供給される燃料ガスを加湿するものである。加湿する
ことによって、固体高分子電解質膜における水素イオン
+の移動が促進され、燃料電池の効率が促進される。
加湿器7を介して燃料電池1に燃料ガスを供給する燃料
ガス供給路には、バルブ9、10、11が設けられてい
る。また、加湿器7と燃料電池1の間には、加湿された
燃料ガスが所定温度に保たれるように、ヒータ8が設け
られている。更に、加湿器7または、燃料電池の停止時
には、加湿器7もパージガスにより置換される。従っ
て、加湿器7にもパージガス供給路54を介してパージ
ガスが供給される。パージガス供給路54には、パージ
ガス供給路54を開閉するバルブ15が設けられてい
る。更に、パージガス供給路54は分岐して、それぞれ
加湿器7の下流と、バルブ10とヒータ8との間、ヒー
タ8と燃料電池1との間にパージガスを供給する。そし
て、分岐したそれぞれのパージガス供給路には、逆止弁
33、17、18が設けられている。また、逆止弁33
を有する分岐パージガス供給路は、更に分岐し、バルブ
9と加湿器7との間から分岐したガス抜き流路100に
合流している。そして、分岐パージガス供給路には、バ
ルブ99が設けられ、一方、ガス抜き流路100の合流
点より下流には、逆止弁34が設けられている。この逆
止弁34は、逆止弁33と流れる方向が逆になるように
設けられている。
As shown in FIG. 6, the humidifier 7 is the fuel cell 1
It humidifies the fuel gas supplied to. The humidification promotes the movement of hydrogen ions H + in the solid polymer electrolyte membrane and promotes the efficiency of the fuel cell.
Valves 9, 10 and 11 are provided in the fuel gas supply path for supplying the fuel gas to the fuel cell 1 via the humidifier 7. Further, a heater 8 is provided between the humidifier 7 and the fuel cell 1 so that the humidified fuel gas is kept at a predetermined temperature. Further, when the humidifier 7 or the fuel cell is stopped, the humidifier 7 is also replaced by the purge gas. Therefore, the purge gas is also supplied to the humidifier 7 via the purge gas supply path 54. The purge gas supply passage 54 is provided with a valve 15 that opens and closes the purge gas supply passage 54. Further, the purge gas supply path 54 is branched to supply the purge gas downstream of the humidifier 7, between the valve 10 and the heater 8, and between the heater 8 and the fuel cell 1. Check valves 33, 17, and 18 are provided in the respective branched purge gas supply paths. Also, the check valve 33
The branch purge gas supply path having a branch is further branched to join the gas vent passage 100 branched from between the valve 9 and the humidifier 7. A valve 99 is provided in the branch purge gas supply passage, and a check valve 34 is provided downstream of the confluence point of the gas vent passage 100. The check valve 34 is provided so that the flow direction thereof is opposite to that of the check valve 33.

【0065】図6を参照しながら、一例を挙げて本実施
例のシステムの動作を説明する。
The operation of the system of this embodiment will be described by way of an example with reference to FIG.

【0066】燃料電池1の運転時のガス圧力が2気圧で
あって、逆止弁33、17、18のクラッキング圧を
0.5気圧とし、パージガス圧力を2気圧とした場合を
例にとって説明する。なお、燃料電池1の停止時は、2
気圧から常圧に戻る。
An example will be described in which the gas pressure during operation of the fuel cell 1 is 2 atm, the cracking pressure of the check valves 33, 17 and 18 is 0.5 atm, and the purge gas pressure is 2 atm. . When the fuel cell 1 is stopped, 2
Return from atmospheric pressure to normal pressure.

【0067】まず、通常の運転時においては、バルブ1
5を閉じてパージガス供給路54を遮断しておく。そし
て、バルブ9、10、11、99を開けて、ガス圧力が
2気圧になるようにバルブ12を調整して、系統内の内
圧力を保持する。
First, in normal operation, the valve 1
5 is closed to shut off the purge gas supply passage 54. Then, the valves 9, 10, 11, 99 are opened, the valve 12 is adjusted so that the gas pressure becomes 2 atm, and the internal pressure in the system is maintained.

【0068】次に、燃料電池1の運転を停止する場合に
は、バルブ99を閉じてバルブ15を閉じたまま、ヒー
タ8を停止させる。この時、バルブ10、11を開けた
ままで、バルブ12を全開して系統内を下げ、ガス圧力
を常圧(1気圧)にする。
Next, when the operation of the fuel cell 1 is stopped, the heater 8 is stopped while the valve 99 is closed and the valve 15 is closed. At this time, with the valves 10 and 11 still open, the valve 12 is fully opened to lower the inside of the system to bring the gas pressure to normal pressure (1 atm).

【0069】その後、バルブ9を閉じ、バルブ10、1
1、12を開けておく。次に、バルブ15を開けてパー
ジガス供給路54より不活性なパージガスを系統内に供
給する。このときのパージガスは、ガス圧力を2気圧で
注入する。
Thereafter, the valve 9 is closed and the valves 10 and 1 are
Leave 1 and 12 open. Next, the valve 15 is opened and an inactive purge gas is supplied into the system through the purge gas supply path 54. The purge gas at this time is injected at a gas pressure of 2 atm.

【0070】そして、パージ後、バルブ9、10、1
1、12、99を閉じて、バルブ15のみをパージガス
供給路54より継続してガス圧力を2気圧でバージガス
を注入し続ける。これにより、「2気圧(パージガス圧
力)−0.5気圧(クラッキング圧)=1.5気圧(系
統内圧)」で系統内を1.5気圧にすることができる。
この状態で、例えば加湿器7の内部圧力が低下して、
1.2気圧になると、逆止弁16よりパージガスが流入
して、加湿器7の内部は1.5気圧になる。なお、上述
したように、パージガス圧力は、2気圧に限るものでは
なく、パージガス圧力が、逆止弁33、17、18のク
ラッキング圧と大気圧との和より大きい関係が成り立て
ばよく、このような圧力にしておけば、パージガス圧力
を途中で変える必要はない。
After purging, the valves 9, 10, 1
1, 12, 99 are closed, and only the valve 15 is continuously supplied from the purge gas supply passage 54 to continuously inject the barge gas at a gas pressure of 2 atm. As a result, the pressure in the system can be increased to 1.5 atm by "2 atm (purge gas pressure) -0.5 atm (cracking pressure) = 1.5 atm (system internal pressure)".
In this state, for example, the internal pressure of the humidifier 7 decreases,
When the pressure reaches 1.2 atm, the purge gas flows in from the check valve 16 and the inside of the humidifier 7 becomes 1.5 atm. As described above, the purge gas pressure is not limited to 2 atm, and the purge gas pressure may be greater than the sum of the cracking pressures of the check valves 33, 17, and 18 and the atmospheric pressure. It is not necessary to change the purge gas pressure on the way if the pressure is set to a proper value.

【0071】本実施例の特徴は、バルブ99を介して加
湿器7の入口からもパージガスを流入させることであ
る。例えば、加湿器7の出口のみにパージガスを注入
し、バルブ9を閉じたままにすると、加湿器7の内部圧
力が上昇し、これに伴って加湿器7の入口から水が溢れ
てしまう。本実施例のように、加湿器7の入口を開放に
しパージガスを流入させれば、加湿器7より水が溢れる
恐れがない。
The feature of this embodiment is that the purge gas is also introduced from the inlet of the humidifier 7 via the valve 99. For example, if the purge gas is injected only into the outlet of the humidifier 7 and the valve 9 is kept closed, the internal pressure of the humidifier 7 rises, and along with this, water overflows from the inlet of the humidifier 7. As in this embodiment, if the inlet of the humidifier 7 is opened and the purge gas is allowed to flow in, there is no risk of water overflowing from the humidifier 7.

【0072】更に、本実施例の特徴は、ガス抜き用の逆
止弁34を設けたことである。加湿器7の内部圧力が所
定のパージ後の系統内圧力(上記の例でいえば1.5気
圧)より高くなったときに、逆止弁34によって加湿器
7の内部圧力を速やかに、所定圧力にすることができ
る。また、図6のように逆止弁34を配置し、外部放出
する形態としたことにより、例えば加湿器7の内部圧力
の上昇が急激であって加湿器7より水が溢れてしまった
場合にも、溢れた水を燃料電池1に向かう配管に流出さ
せることなく、速やかに外部に放出することができる。
Further, the feature of this embodiment is that a check valve 34 for venting gas is provided. When the internal pressure of the humidifier 7 becomes higher than the internal pressure of the system after the predetermined purge (1.5 atm in the above example), the check valve 34 promptly sets the internal pressure of the humidifier 7 to the predetermined value. Can be pressure. Further, the check valve 34 is arranged as shown in FIG. 6 so that the check valve 34 is discharged to the outside, so that, for example, when the internal pressure of the humidifier 7 is rapidly increased and the humidifier 7 overflows with water. Also, the overflowed water can be promptly discharged to the outside without flowing out to the pipe toward the fuel cell 1.

【0073】本発明では、その内容を平易に説明するた
め、固体高分子型燃料電池のアノード側の材料ガス供給
源の詳細を図示しなかったが、高圧水素ガスボンベによ
る供給、メタノール改質法による水素発生器からの供
給、水素吸蔵合金からの供給、液体水素タンクからの供
給など、固体高分子型燃料電池のアノード側材料ガスの
供給方法として用いられているいずれの方式にも適用す
ることができる。
In the present invention, although the details of the material gas supply source on the anode side of the polymer electrolyte fuel cell are not shown for the sake of simple explanation, the supply by a high-pressure hydrogen gas cylinder and the methanol reforming method are not shown. It can be applied to any method used as a method for supplying a material gas on the anode side of a polymer electrolyte fuel cell, such as supply from a hydrogen generator, supply from a hydrogen storage alloy, supply from a liquid hydrogen tank, etc. it can.

【0074】同様にカソード側の材料ガスの供給源にお
いても、高圧酸素(または空気)ガスボンベによる供
給、コンプレッサーによる大気加圧供給、液体酸素(ま
たは空気)タンクからの供給など、固体高分子型燃料電
池のカソード側材料ガスの供給方法として用いられてい
るいずれの方式にも適用することができる。
Similarly, in the material gas supply source on the cathode side, solid polymer fuel such as high pressure oxygen (or air) gas cylinder supply, pressurized air supply by a compressor, liquid oxygen (or air) tank supply, etc. It can be applied to any method used as a method of supplying the material gas on the cathode side of the battery.

【0075】図5、図6では、その内容を平易に説明す
るため、固体高分子型燃料電池の材料ガスの加湿につい
て、加湿器としてのみ図示し、その詳細については述べ
なかった。ここでは一般的に示したバブリング法による
加湿器だけでなく、水を直接ガス気流中で霧化する方式
や、特開平3−239958号公報に述べられているよ
うな気体状の水は通すが、液体状の水は通さない多孔質
膜により、気化させる方式などいずれの加湿方法にも適
用することが可能である。
In FIGS. 5 and 6, the humidification of the material gas of the polymer electrolyte fuel cell is shown only as a humidifier, and its details are not described in order to explain the contents in a simple manner. Here, not only the humidifier by the bubbling method generally shown, but also a method in which water is atomized directly in a gas stream or gaseous water as described in JP-A-3-239958 is passed. With a porous membrane that does not allow liquid water to pass through, it can be applied to any humidifying method such as a method of vaporizing.

【0076】なお、アノード側に改質器(メタノール改
質器またはメタン改質器)を用いた場合、一般には改質
反応に必要とされる水分以上の水分量を投入して改質反
応を行うので、改質器から得られた改質ガスは、既に一
定量の水蒸気を含有している。従って、この水蒸気含有
量で不足する場合にのみ加湿器を設ければよい。
When a reformer (methanol reformer or methane reformer) is used on the anode side, generally, the reforming reaction is carried out by adding a water amount more than that required for the reforming reaction. Since this is done, the reformed gas obtained from the reformer already contains a certain amount of steam. Therefore, the humidifier may be provided only when the water vapor content is insufficient.

【0077】図5、図6では「燃料ガス」とのみ表記し
たが、これはアノード側材料ガス、カソード側材料ガス
のいずれでもかまわない。従って、図5、図6はアノー
ド、またはカソードのいずれか片方の配管系統のみを示
したが、図示しなかった別の材料ガス系統に対しても同
様に適用することができる。
Although only "fuel gas" is shown in FIGS. 5 and 6, this may be either the anode side material gas or the cathode side material gas. Therefore, although FIG. 5 and FIG. 6 show only the piping system of either the anode or the cathode, the present invention can be similarly applied to another material gas system not shown.

【0078】上述の実施例では、その内容を平易に説明
するため、一つの燃料電池システムが一つの燃料電池ス
タックから構成されている場合があり、この時、これら
のスタックは相互に電気的に直列又は並列に(さらには
それらの組合わせ)接続されている。しかし、このよう
な場合での材料ガスや冷却水は各スタックを並列に接続
して供給することが一般的である。こうした複数個の燃
料電池スタックからなるシステムにおいても本発明をそ
のまま適用できる。無論、各スタックごとに実施例で述
べた、「ガス連結路にガスの流れ方向と反対に並列さ
れ、所定のクラッキング圧に設定された逆止弁を有す
る」構成にしてもよいし、燃料電池全体で一箇所だけ
「ガス連結路にガスの流れ方向と反対に並列され、所定
のクラッキング圧に設定された逆止弁を有する」構成に
してもよい。スタック相互間の配管が長く、これらの配
管中の圧力変動も当該燃料電池に対して影響を与える可
能性があると予見される場合には、各スタックごとに設
置した方がよい。
In the above-mentioned embodiment, one fuel cell system may be composed of one fuel cell stack in order to explain the contents in a simple manner. At this time, these stacks are electrically connected to each other. They are connected in series or in parallel (and combinations thereof). However, in such a case, the material gas and the cooling water are generally supplied by connecting the stacks in parallel. The present invention can be applied as it is to a system including a plurality of fuel cell stacks. As a matter of course, each stack may have a structure described in the embodiment, "having a check valve which is arranged in parallel in the gas connecting passage in the direction opposite to the gas flow direction and set to a predetermined cracking pressure", or the fuel cell. The configuration may be such that only one place is provided "there is a check valve that is arranged in parallel in the gas connecting path in the direction opposite to the gas flow direction and has a predetermined cracking pressure". If the pipes between the stacks are long and it is predicted that the pressure fluctuations in these pipes may affect the fuel cell, it is better to install each stack.

【0079】上述の実施例では、その内容を平易に説明
するため、材料ガスを加熱する手段を明示しなかった
が、固体高分子型燃料電池は80℃〜100℃で運転さ
れるので、材料ガスも固体高分子型燃料電池と同じか、
あるいは少し高い温度まで加熱することが望ましい。た
だし、アノード側材料ガスを改質器による改質ガスを用
いる場合は、改質器の運転温度が200℃以上であるか
ら、別に加熱手段を設ける必要はない。
In the above-mentioned embodiment, the means for heating the material gas was not specified for the sake of simplicity of explanation, but the polymer electrolyte fuel cell is operated at 80 to 100 ° C. Is the gas the same as the polymer electrolyte fuel cell,
Alternatively, heating to a slightly higher temperature is desirable. However, when the reformed gas from the reformer is used as the anode-side material gas, the operating temperature of the reformer is 200 ° C. or higher, and thus it is not necessary to provide a separate heating means.

【0080】[0080]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃料
電池システムによれば、アノード極密閉路とカソード極
密閉路との流路間を連結する連結路と、前記連結路にガ
スの流れ方向を反対にして並設され所定のクラッキング
圧に設定された一対の逆止弁とを有するので、燃料電池
の停止保管中に冷却に伴って生じる燃料電池のアノード
極側とカソード極側との圧力差を一定、例えばクラッキ
ング圧に保持することができる。
As described above, according to the fuel cell system of the present invention, the connecting passage connecting the passages of the anode closed passage and the cathode closed passage, and the gas flow in the connecting passage. Since it has a pair of check valves arranged in parallel in opposite directions and set to a predetermined cracking pressure, the anode electrode side and the cathode electrode side of the fuel cell, which are generated by cooling during the stopped storage of the fuel cell, are formed. The pressure difference can be kept constant, for example at the cracking pressure.

【0081】更に、上記構成に加え、アノード極密閉路
とカソード極密閉路とからなる燃料電池密閉路にパージ
ガスを供給するパージガス供給路と、前記燃料電池密閉
路に設けられ所定のクラッキング圧に設定され、かつ前
記燃料電池密閉路に向かってパージガスが流れるように
設置された逆止弁とを有するので、燃料電池の停止保管
中に冷却に伴って生じる燃料電池の内部圧力の低下に応
じて、燃料電池密閉路にパージガスを供給して、燃料ガ
ス供給路と燃料電池密閉路との間の圧力差を一定に保つ
ことができる。従って、次の起動における燃料電池への
燃料ガスの急激な流入を防止することができる。
In addition to the above structure, a purge gas supply passage for supplying a purge gas to a fuel cell closed passage consisting of an anode closed passage and a cathode closed passage, and a predetermined cracking pressure provided in the fuel cell closed passage are set. And having a check valve installed so that the purge gas flows toward the fuel cell closed path, depending on the decrease in the internal pressure of the fuel cell caused by cooling during the stopped storage of the fuel cell, By supplying the purge gas to the fuel cell closed passage, the pressure difference between the fuel gas supply passage and the fuel cell closed passage can be kept constant. Therefore, it is possible to prevent the fuel gas from rapidly flowing into the fuel cell at the next startup.

【0082】更に、上記構成において、更に、燃料電池
を燃料電池本納容器に収納する場合、燃料電池収納容器
にパージガスを供給する第2のパージガス供給路と、燃
料電池収納容器と燃料電池密閉路とを連結する第2の連
結路と、前記第2の連結路に流れ方向を反対にして並設
され所定のクラッキング圧に設定された一対の逆止弁
と、前記第2のパージガス供給路に設けられ所定のクラ
ッキング圧に設定され、かつ前記燃料電池収密閉路に向
かってパージガスが流れるように設置された逆止弁と、
を有するので、燃料電池システムの停止保管時に燃料電
池の内圧が低下した場合、燃料電池収納容器内から燃料
電池密閉路にパージガスを供給し、燃料電池内の内圧低
下を速やかに一定圧に保持することができる。更に、圧
力低下を生じた燃料電池収納容器にもパージガスが供給
されるので、結果として、燃料電池密閉路と燃料電池容
器との間の圧力差を一定に保持することができる。
Further, in the above structure, when the fuel cell is housed in the fuel cell main container, the second purge gas supply passage for supplying the purge gas to the fuel cell container, the fuel cell container and the fuel cell closed passage. A second connecting path for connecting to the second connecting path, a pair of check valves installed in parallel in the second connecting path with flow directions opposite to each other and set to a predetermined cracking pressure, and the second purge gas supply path. A check valve that is provided and is set to a predetermined cracking pressure, and is installed so that the purge gas flows toward the fuel cell closed passage.
Therefore, when the internal pressure of the fuel cell decreases during the stop and storage of the fuel cell system, the purge gas is supplied from the inside of the fuel cell storage container to the closed passage of the fuel cell to quickly maintain the internal pressure drop within the fuel cell at a constant pressure. be able to. Further, since the purge gas is also supplied to the fuel cell container in which the pressure has dropped, as a result, the pressure difference between the fuel cell closed passage and the fuel cell container can be kept constant.

【0083】本発明の燃料電池システムを燃料電池に適
用すると、例えば以下のような効果を有する。
When the fuel cell system of the present invention is applied to a fuel cell, for example, the following effects are obtained.

【0084】すなわち、自動車に搭載した固体高分子型
燃料電池のように、繰り返し、運転、停止を行う用途に
おいても、高い信頼性を確保することが出来る。
That is, high reliability can be ensured even in applications such as a polymer electrolyte fuel cell mounted on an automobile, which is repeatedly operated, stopped and operated.

【0085】また、従来技術に比べ、容易にまた低コス
トで実現可能で、かつ耐久性能に優れている。
Further, as compared with the prior art, it can be realized easily and at low cost, and has excellent durability performance.

【0086】更に、本発明を適用すべき固体高分子型燃
料電池が大型になっても、圧力を一定に制御すべき部分
つまり逆止弁のサイズはパージガス配管径に対応した程
度のものであれば充分で、従来技術が持っていた、固体
高分子型燃料電池のサイズ(出力規模)が大きくなる
と、ベローズ式バランサもそれに比例して大きくしなけ
ればならない。とか、ベローズ式バランサの内部容積を
越えては、圧力制御が出来ず、いかなる場合にも圧力制
御するためには、充分余裕のあるベローズ式バランサ即
ち、巨大なベローズ式バランサを用意しなければならな
い。といった問題を解決することができる。
Further, even if the polymer electrolyte fuel cell to which the present invention is applied becomes large in size, the size of the portion where the pressure should be controlled to be constant, that is, the check valve, is of a size corresponding to the purge gas pipe diameter. If the size (output scale) of the polymer electrolyte fuel cell, which the conventional technology has, is increased, the bellows type balancer must be increased in proportion thereto. Or, the pressure cannot be controlled beyond the internal volume of the bellows type balancer, and in order to control the pressure in any case, a bellows type balancer with a sufficient margin, that is, a huge bellows type balancer must be prepared. . Such problems can be solved.

【0087】固体高分子型燃料電池(電池本体及びシス
テムを構成する配管)の長期的な性能低下を防止し、長
寿命の固体高分子型燃料電池を提供することが可能にな
る。
It is possible to prevent a long-term deterioration of the performance of the polymer electrolyte fuel cell (cell body and piping forming the system) and provide a polymer electrolyte fuel cell having a long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る第1の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係る第2の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 2 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係る第3の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 3 is a block diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る第4の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 4 is a block diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.

【図5】本発明に係る第5の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 5 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係る第6の実施例の燃料電池システム
のブロック構成図である。
FIG. 6 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】単一セルの燃料電池の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a single cell fuel cell.

【図8】3セルスタックの構造を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a 3-cell stack.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料電池 2 アノード側入口 3 アノード側出口 4 カソード側入口 5 カソード側出口 11、13、12、14、19 バルブ 20、21 逆止弁 40 アノード極密閉路 41 カソード極密閉路 44 連結路 1 Fuel cell 2 Anode side inlet 3 Anode side outlet 4 Cathode side inlet 5 Cathode side outlet 11, 13, 12, 14, 19 Valve 20, 21 Check valve 40 Anode sealed passage 41 Cathode sealed passage 44 Connection passage

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料電池システムの停止後、パージガス
により燃料電池を不活性雰囲気に置換し、その後燃料電
池本体を密閉状態にする燃料電池システムにおいて、 アノード極側ガス流路を密閉して形成されたアノード極
密閉路と、 カソード極側ガス流路を密閉して形成されたカソード極
密閉路と、 前記アノード極密閉路とカソード極密閉路との流路間を
連結する連結路と、 前記連結路にガスの流れ方向を反対にして並設され所定
のクラッキング圧に設定された一対の逆止弁と、 を有し、燃料電池システムの停止保管時に燃料電池本体
のアノード極密閉路とカソード極密閉路との間の圧力差
を一定に保持することを特徴とする燃料電池システム。
1. A fuel cell system in which a fuel cell system is replaced with an inert atmosphere by a purge gas after the fuel cell system is stopped, and then the fuel cell body is hermetically sealed, in which an anode side gas flow passage is hermetically sealed. An anode closed passage, a cathode closed passage formed by closing a gas passage on the cathode side, a connecting passage connecting the anode closed passage and the cathode closed passage, and the connection A pair of check valves, which are installed in parallel with the gas flow directions opposite to each other and are set to a predetermined cracking pressure, and the anode electrode closed passage and the cathode electrode of the fuel cell main body when the fuel cell system is stopped and stored. A fuel cell system characterized in that the pressure difference between the fuel cell system and the closed passage is kept constant.
【請求項2】 請求項1記載の燃料電池システムにおい
て、 更に、前記アノード極密閉路とカソード極密閉路とから
なる燃料電池密閉路にパージガスを供給するパージガス
供給路と、 前記燃料電池密閉路に設けられ所定のクラッキング圧に
設定され、かつ前記燃料電池密閉路に向かってパージガ
スが流れるように設置された逆止弁と、 を有し、燃料電池システムの停止保管時に燃料電池密閉
路と燃料ガス供給路との間の圧力差を一定に保持するこ
とを特徴とする燃料電池システム。
2. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a purge gas supply passage for supplying a purge gas to a fuel cell closed passage formed of the anode closed passage and the cathode closed passage, and the fuel cell closed passage. A check valve which is provided and set to a predetermined cracking pressure and is installed so that the purge gas flows toward the fuel cell closed passage, and the fuel cell closed passage and the fuel gas when the fuel cell system is stopped and stored. A fuel cell system characterized in that the pressure difference between the fuel cell system and the supply channel is kept constant.
【請求項3】 請求項1記載の燃料電池システムにおい
て、 更に、前記燃料電池を収納する燃料電池本納容器と、 前記燃料電池収納容器にパージガスを供給する第2のパ
ージガス供給路と、 前記燃料電池収納容器と前記アノード極密閉路又はカノ
ード極密閉路のいずれか一方とを連結する第2の連結路
と、 前記第2の連結路に流れ方向を反対にして並設され所定
のクラッキング圧に設定された一対の逆止弁と、 前記第2のパージガス供給路に設けられ所定のクラッキ
ング圧に設定され、かつ前記燃料電池収納容器及びアノ
ード極密閉路又はカソード極密閉路のいずれか一方に向
かってパージガスが流れるように設置された逆止弁と、 を有し、燃料電池システムの停止保管時にアノード極密
閉路及びカソード極密閉路と燃料電池容器との間の圧力
差を一定に保持することを特徴とする燃料電池システ
ム。
3. The fuel cell system according to claim 1, further comprising: a fuel cell main container for accommodating the fuel cell; a second purge gas supply passage for supplying a purge gas to the fuel cell accommodating container; A second connecting path for connecting the battery container and one of the anode pole closed path and the cathode pole closed path, and the second connection path are arranged in parallel with the flow directions being opposite to each other to a predetermined cracking pressure. A pair of check valves that are set, a predetermined cracking pressure that is provided in the second purge gas supply passage, and is directed to either the fuel cell container and the anode closed passage or the cathode closed passage. And a check valve installed so that the purge gas can flow through the fuel cell system.The check valve is installed between the anode and cathode closed passages and the fuel cell container when the fuel cell system is stopped and stored. A fuel cell system characterized by maintaining a constant pressure difference.
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