KR20050016297A - Polymer electrolyte fuel cell and driving method of the same - Google Patents

Polymer electrolyte fuel cell and driving method of the same

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KR20050016297A
KR20050016297A KR10-2004-7012817A KR20047012817A KR20050016297A KR 20050016297 A KR20050016297 A KR 20050016297A KR 20047012817 A KR20047012817 A KR 20047012817A KR 20050016297 A KR20050016297 A KR 20050016297A
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fuel
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KR10-2004-7012817A
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마쓰모토도시히로
도미자와다케시
고카와가쓰조
간바라데루히사
고바야시스스무
하토가즈히토
구사카베히로키
오하라히데오
다케구치신스케
시바타소이치
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

저부하시에 있어서의 플러딩의 발생을 억제할 수 있는 고분자 전해질형 연료전지를 제공하는 것이다. 산화제가스 유로홈을 가진 캐소드쪽 세퍼레이터, 및 연료가스 유로홈을 가진 애노드쪽 세퍼레이터를 가진 셀이 적층된 셀적층체(10)를 구비하고, 산화제가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 캐소드쪽 세퍼레이터에게 들어가서 나오기까지의 산화제가스 단위유로(21a, 21b)를 형성하고, 연료가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 애노드쪽 세퍼레이터에 들어가서 나오기까지의 연료가스 단위유로(22a, 22b)를 형성하고, 셀적층체(10)에 있어서의 2개 이상의 산화제가스 단위유로(21a, 21b), 연료가스 단위유로(22a, 22b)가 병렬 또는 직렬로 연결가능하고, 산화제가스 단위유로(21a, 21b)끼리, 연료가스 단위유로(22a, 22b)끼리의 병렬의 연결은, 가스가 흐르는 방향이 중력에 역행하지 않는 방향이 되도록 이루어지는 고분자 전해질형 연료전지이다. It is to provide a polymer electrolyte fuel cell that can suppress the occurrence of flooding at low load. And a cell stacked body 10 in which a cathode-side separator having an oxidant gas flow groove and a cell having an anode-side separator having a fuel gas flow path groove are stacked. A part or all of the oxidant gas flow path groove is provided to the cathode-side separator. The oxidant gas unit flow passages 21a and 21b are formed to enter and exit, and a part or all of the fuel gas flow path grooves form the fuel gas unit flow passages 22a and 22b to enter and exit the anode side separator, and the cell stacks. Two or more oxidant gas unit flow passages 21a and 21b and fuel gas unit flow passages 22a and 22b in the sieve 10 can be connected in parallel or in series, and the oxidant gas unit flow passages 21a and 21b can be connected to each other. The parallel connection of the gas unit flow paths 22a and 22b is a polymer electrolyte fuel cell in which the direction in which the gas flows is in a direction that does not reverse gravity.

Description

고분자 전해질형 연료전지 및 고분자 전해질형 연료전지의 운전방법{POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND DRIVING METHOD OF THE SAME}Polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell operation method {POLYMER ELECTROLYTE FUEL CELL AND DRIVING METHOD OF THE SAME}

본 발명은, 휴대용 전원, 전기자동차용 전원, 가정내 코제너레이션시스템 등에 사용되는 연료전지, 특히 고분자 전해질을 사용한 고분자 전해질형 연료전지에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to fuel cells used in portable power sources, power sources for electric vehicles, home cogeneration systems, and the like, particularly polymer electrolyte fuel cells using a polymer electrolyte.

고분자 전해질을 사용한 연료전지는, 수소를 함유하는 연료가스와, 공기 등의 산소를 함유하는 연료가스를, 전기화학적으로 반응시킴으로써, 전력과 열을 동시에 발생시키는 것이다. 이 연료전지는, 기본적으로는, 수소이온을 선택적으로 수송하는 고분자 전해질막 및 고분자 전해질막의 양면에 형성된 한 쌍의 전극, 즉 애노드와 캐소드로 구성된다. 상기 전극은, 백금족 금속촉매를 담지한 카본분말을 주성분으로 하여, 고분자 전해질막의 표면에 형성되는 촉매층 및 촉매층의 바깥면에 형성된, 통풍성과 전자도전성을 더불어 가진 가스확산층으로 이루어진다. A fuel cell using a polymer electrolyte generates electric power and heat simultaneously by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and a fuel gas containing oxygen such as air. This fuel cell is basically composed of a polymer electrolyte membrane for selectively transporting hydrogen ions and a pair of electrodes formed on both sides of the polymer electrolyte membrane, that is, an anode and a cathode. The electrode is composed of a carbon powder carrying a platinum group metal catalyst as a main component, and a gas diffusion layer having air permeability and electron conductivity formed on the catalyst layer formed on the surface of the polymer electrolyte membrane and on the outer surface of the catalyst layer.

고분자 전해질막 및 이것을 끼운 한 쌍의 전극으로 이루어지는 셀(cell)은, 복수 개를 접속하여 소정의 전압을 얻는다. 이 때문에, 셀 사이에 도전성의 세퍼레이터를 개재시켜 셀을 적층하여 스택(stack)으로 한다. 세퍼레이터의 양쪽에 각각 연료가스 및 산화가스를 공급하여 각각의 가스확산전극에 연료가스 및 산화가스를 공급하면, 고분자 전해질막에서의 이온도전과 각 가스확산전극의 화학반응이 진행하여, 한 쌍의 가스확산전극사이에 전압이 발생하여, 집전전극의 기능을 가지는 양 끝단쪽의 한 쌍의 세퍼레이터를 통해 외부회로에 급전(給電)한다. 이러한 발전에 있어서는, 공급가스를 될 수 있는 한 균등하게 가스확산전극의 전극면에 공급하는 것이 가스이용율을 높이고, 발전효율과 출력성능을 좋게 한다. A cell consisting of a polymer electrolyte membrane and a pair of electrodes sandwiched therewith is connected to a plurality of cells to obtain a predetermined voltage. For this reason, cells are stacked between cells in a conductive separator to form a stack. When the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to both sides of the separator and the fuel gas and the oxidizing gas are supplied to the respective gas diffusion electrodes, the ionic conduction in the polymer electrolyte membrane and the chemical reaction of each gas diffusion electrode proceed. A voltage is generated between the gas diffusion electrodes, and power is supplied to the external circuit through a pair of separators at both ends having a function of the collecting electrodes. In such power generation, supplying the supply gas to the electrode surface of the gas diffusion electrode as evenly as possible increases the gas utilization rate and improves the power generation efficiency and output performance.

전극에 공급되는 연료가스 및 산화제가스가 외부로 새거나, 2종류의 가스가 서로 혼합하거나 하지 않도록, 전극의 주위에는 고분자 전해질막을 끼우고 가스시일재나 가스켓이 배치된다. 이들 가스시일재나 가스켓은, 전극 및 고분자 전해질막과 일체화하여 미리 조립된다. 이것을, MEA(전해질막전극접합체)라고 부른다. MEA의 바깥쪽에는, 이것을 기계적으로 고정함과 동시에, 인접한 MEA를 서로 전기적으로 직렬로 접속하기 위한 도전성의 세퍼레이터가 배치된다. 세퍼레이터의 MEA와 접촉하는 부분에는, 전극면에 반응가스를 공급하고, 생성수나 잉여가스를 운반하기 위한 가스유로가 형성된다. 가스유로는, 세퍼레이터와 별도로 설치할 수도 있지만, 세퍼레이터의 표면에 홈을 형성하여 가스유로로 하는 방식이 일반적이다. In order to prevent the fuel gas and the oxidant gas supplied to the electrode from leaking out or the two kinds of gases to mix with each other, a polymer electrolyte membrane is sandwiched around the electrode and a gas seal material or a gasket is disposed. These gas seal materials and gaskets are previously assembled integrally with an electrode and a polymer electrolyte membrane. This is called MEA (electrolyte membrane electrode assembly). On the outside of the MEA, a conductive separator for mechanically fixing this and electrically connecting adjacent MEAs in series with each other is disposed. In the part which contacts the MEA of a separator, the gas flow path for supplying reaction gas to an electrode surface, and conveying a product water or a surplus gas is formed. Although a gas flow path can be provided separately from a separator, the method of forming a groove in the surface of a separator and making it a gas flow path is common.

이 가스유로로의 반응가스의 공급을 위해, 또한 가스유로로부터의 반응가스, 생성수의 배출을 위해서는, 가스를 공급하는 배관 또는 가스유로로부터의 배관을, 사용하는 세퍼레이터의 매수로 분기하여, 그 분기되는 끝을 직접 세퍼레이터의 홈에 연결해 넣는 배관치구가 필요하다. 이 치구를 매니폴드라 하며, 가스의 공급배관으로부터 직접 연결해 넣는 타입을 외부 매니폴드라고 한다. 이 외부 매니폴드와는 달리, 매니폴드에는 구조를 보다 간단하게 한 내부 매니폴드라고 하는 형식의 것이 있다. 내부 매니폴드란, 가스유로용 홈을 형성한 세퍼레이터에 관통한 구멍을 형성하여, 가스유로의 출입구를 이 구멍까지 통하게 하여, 이 구멍으로부터 직접 반응가스를 공급 또는 배출하는 것이다. In order to supply the reaction gas to the gas flow passage and to discharge the reaction gas and the generated water from the gas flow passage, the pipe for supplying the gas or the pipe from the gas flow passage branches into the number of separators to be used. A piping jig that connects the branching end directly into the groove of the separator is required. This jig is called a manifold, and the type that connects directly from the gas supply pipe is called an external manifold. Unlike this external manifold, there is a type of manifold called an internal manifold with a simpler structure. An internal manifold is a hole which penetrates through the separator which provided the groove | channel for a gas flow path, and makes the entrance and exit of a gas flow path to this hole, and supplies or discharges a reaction gas directly from this hole.

내부 매니폴드를 형성하기 위해서는, 세퍼레이터에 매니폴드 구멍이라 하는 관통하는 구멍을 형성하여, 가스유로의 출입구를 이 매니폴드 구멍에 연이어 통하게 하고, 매니폴드 구멍으로부터 각 가스유로에 반응가스를 분배함으로써 행하여진다. In order to form an internal manifold, a separator is formed by penetrating a hole called a manifold hole so that the entrance and exit of the gas flow passage is connected to the manifold hole, and the reaction gas is distributed from the manifold hole to each gas flow passage. Lose.

연료전지는, 운전중에 발열하기 때문에, 전지를 양호한 온도상태로 유지하기 위해서, 냉각수 등으로 냉각해야 한다. 통상, 1∼3셀마다, 냉각수를 흐르게 하는 냉각부가 설치된다. Since the fuel cell generates heat during operation, the fuel cell must be cooled with cooling water or the like in order to keep the battery in a good temperature state. Usually, for every 1 to 3 cells, a cooling unit for flowing cooling water is provided.

이들 MEA, 세퍼레이터 및 냉각부를 교대로 겹쳐 나가며, 10∼200셀을 적층한 후, 집전판과 절연판을 통해 끝단판으로 이것을 끼워, 체결 로드로 양 끝단에서 고정하는 것이 일반적인 적층전지의 구조이다. These MEAs, separators, and cooling sections are alternately overlapped, 10 to 200 cells are stacked, and then sandwiched by end plates through current collector plates and insulating plates, and fixed at both ends by fastening rods.

가스확산전극에 가스를 공급하기 위한 세퍼레이터의 가스유로의 구성은, 가스이용율만이 아니고, 가스확산전극에서 발생한 전류의 효율적인 집전이나 가스확산전극에서 발생하는 열의 제거에 관한 점에서 중요하다. 종래, 세퍼레이터쪽에 형성되는 가스유로는, 사행(蛇行)하는 서펜타인형으로 하거나, 유로를 병행한 복수 개 구성으로 하거나 하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특공개공보 소50-8777호 및 특허공개공보 평7-263003호 참조). The configuration of the gas flow path of the separator for supplying gas to the gas diffusion electrode is important not only in terms of gas utilization, but also in terms of efficient current collection of current generated at the gas diffusion electrode and removal of heat generated at the gas diffusion electrode. Conventionally, it is proposed that the gas flow path formed on the separator side be a serpentine type that meanders or a plurality of configurations in which the flow paths are parallel (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-8777 and See Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 7-263003).

이러한 종류의 전지의 고분자 전해질에는, 퍼플루오르술폰산계의 재료가 사용되어 왔다. 이 고분자 전해질막은, 수분을 함유한 상태에서 이온전도성이 발현하기 때문에, 통상은 연료가스나 산화제가스를 가습하여 전지에 공급해야 한다. 또한, 캐소드쪽에서는, 반응에 의해서 물이 생성되기 때문에, 전지의 동작온도보다 높은 노점이 되도록 가습된 가스가 공급되면, 전지내부의 가스유로나 전극내부에서 결로(結露)가 발생하여, 물이 막히는 등의 현상에 의해서 전지성능이 안정되지 않거나, 성능이 저하하거나 하는 문제가 있었다. 통상, 이렇게 지나치게 젖는 것에 의한 전지성능의 저하나 동작불안정이 발현하는 현상을 플러딩 현상이라고 한다. 고분자 전해질형 연료전지를 발전시스템으로 하는 경우에는, 공급가스의 가습 등을 포함시킨 시스템화가 필요하다. 시스템의 간소화, 시스템효율의 향상을 위해서는, 공급되는 가습가스의 노점(露点)을 조금이라도 저감하는 것이 바람직하다. Perfluorosulfonic acid type materials have been used for the polymer electrolyte of this type of battery. Since the polymer electrolyte membrane exhibits ion conductivity in a state of containing water, it is usually necessary to humidify the fuel gas or the oxidant gas and supply it to the battery. On the cathode side, since water is generated by the reaction, when a humidified gas is supplied to a dew point higher than the operating temperature of the battery, condensation occurs in the gas flow passage inside the battery or inside the electrode, There is a problem that the battery performance is not stabilized or the performance is deteriorated due to clogging or the like. In general, a phenomenon in which a decrease in battery performance or an operation instability caused by excessively wetting occurs is called a flooding phenomenon. In the case of using the polymer electrolyte fuel cell as a power generation system, systemization including humidification of supply gas and the like is necessary. In order to simplify the system and improve the system efficiency, it is desirable to reduce the dew point of the humidified gas supplied even a little.

이상과 같이, 플러딩 현상의 방지, 시스템 효율의 향상, 시스템의 간소화 등의 관점에서, 공급가스는 전지온도에 대하여 조금 낮은 노점이 되도록 가습하여 공급하는 것이 통상적이었다. As described above, in view of prevention of flooding phenomenon, improvement of system efficiency, and simplification of the system, it is common to supply the supply gas by humidifying the gas so as to have a dew point slightly lower with respect to the battery temperature.

그러나, 전지의 고성능화를 위해서는, 고분자 전해질막의 이온전도도를 향상시킬 필요가 있고, 그를 위해서는 공급가스의 가습을 상대습도 100%에 가까운 습도, 또는 상대습도 100% 이상으로 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 고분자 전해질막의 내구성의 관점에서도, 공급가스를 고가습으로 공급하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다. 상대습도 100%에 가까운 습도의 가스를 공급하고자 하는 경우, 상술한 플러딩의 발생이 문제가 된다. However, in order to improve the performance of the battery, it is necessary to improve the ionic conductivity of the polymer electrolyte membrane, and for that purpose, it is preferable to supply humidification of the supply gas at a humidity close to 100% relative humidity or 100% relative humidity. In addition, it is understood that it is preferable to supply the supply gas with high humidity from the viewpoint of durability of the polymer electrolyte membrane. In the case of supplying a gas having a humidity close to 100% relative humidity, the above-mentioned flooding is a problem.

이 플러딩을 방지하기 위해서, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특허공개공보 평10-106594호 참조). In order to prevent this flooding, the following technique has been proposed (for example, see Japanese Patent Laid-Open No. H10-106594).

즉, 세퍼레이터의 가스유로를, 입구쪽 매니폴드 및 출구쪽 매니폴드에 각각 이어지는 입구쪽 유로홈 및 출구쪽 유로홈, 및 입구쪽 유로홈 및 출구쪽 유로홈을 연이어 통하는 중간유로 홈에 의해 구성한다. 그리고, 입구쪽 유로홈 및 출구쪽 유로홈을 격자형상으로 하고, 중간유로홈은 복수 회 되접은 형상으로, 복수 개의 평행한 독립유로홈 및 독립유로홈의 되접음부를 격자형상 유로홈으로 한다. That is, the gas flow path of the separator is constituted by an inlet flow path groove and an outlet flow path groove which are connected to the inlet manifold and the outlet manifold, respectively, and an intermediate flow path groove which connects the inlet flow path groove and the outlet flow path groove. . The inlet flow path grooves and the outlet flow path grooves are in a lattice shape, and the intermediate flow path grooves are folded in a plurality of times, and the plurality of parallel independent flow path grooves and the refolded portions of the independent flow path grooves are formed in the grid shape flow path grooves.

반응 생성수에 의한 플러딩에 의해 공급가스의 정체를 방지하기 위해서, 과거로부터 여러 가지 가스유로홈이 고안되어, 가스유로가 격자형상이 되는 타입과, 입구에서 출구까지 1개의 유로로 하는 타입이 있다. 격자형상 타입은, 플러딩에 이르는 것과 같은 물의 고임은 생기지 않지만, 전체적으로 균일한 가스확산성능이 나쁘고, 일부가 폐쇄되는 등의 배수성능이 뒤떨어진다. 또한, 1개의 유로타입은, 가스확산성은 좋지만, 흐름 저항이 증가하여 가스공급장치쪽의 원래 압력을 높게 할 필요가 생겨, 보조기계동력이 증가하여 시스템효율이 저하한다. In order to prevent the stagnation of the supply gas by flooding with the reaction product water, various gas flow path grooves have been devised from the past, and there are two types in which the gas flow path becomes a lattice shape and one flow path from the inlet to the outlet. . In the lattice type, there is no pooling of water such as flooding, but the overall uniform gas diffusion performance is poor, and the drainage performance such as a part is closed is inferior. In addition, one flow path type has good gas diffusivity, but the flow resistance increases, so that it is necessary to increase the original pressure on the gas supply device side, and the auxiliary mechanical power increases, resulting in a decrease in system efficiency.

일본 특허공개공보 평10-106594호의 구성에 있어서는, 입구쪽 유로홈부에서는 가스확산성을 높이고, 이 부분의 반응을 촉진하여 전체의 전기변환에너지효율을 높였기 때문에, 입구쪽 유로홈부에 반응이 집중하여 고분자 전해질막이나 가스확산전극의 촉매층의 열화가 진행하여, 내구성에 과제가 남는다. 또한, 출구쪽 유로홈부에서는, 유로단면적을 넓게 하여 배수성을 확보하여 플러딩을 방지하고 있지만, 유로단면적이 넓기 때문에 가스의 흐름이 편재(偏在)하여 일정하지는 않고, 유속이 느린 부분에서는 생성수가 유로홈의 일부를 폐쇄한 상태가 발생하여, 이 부분에는 가스를 공급할 수 없어, 완전히 플러딩을 방지할 수 없다. In the structure of Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 10-106594, the reaction is concentrated in the inlet flow path groove because the inlet flow path groove portion has increased gas diffusivity, promoted the reaction of this portion, and improved the overall electrical conversion energy efficiency. As a result, deterioration of the catalyst layer of the polymer electrolyte membrane or the gas diffusion electrode proceeds, and the problem remains in durability. In addition, in the outlet flow path groove portion, the flow path area is increased to secure drainage to prevent flooding.However, since the flow path area is wide, the flow of gas is uneven and not constant. The state in which a part of is closed occurs, and gas cannot be supplied to this part, and flooding cannot be prevented completely.

플러딩을 피하기 위한 다른 방법으로서, 공급가스의 세퍼레이터 유로부분에서의 유속을 높게 하여, 결로(結露)한 물을 불어 날려버리는 것을 생각할 수 있다. As another method for avoiding flooding, it is conceivable to blow up condensed water by increasing the flow velocity in the separator flow path portion of the feed gas.

그러나, 공급가스유속을 증가시키기 위해서는, 높은 압력으로 가스를 공급하는 것이 필요하고, 시스템화한 경우의 가스공급 송풍기 또는 컴프레셔 등의 보조기계동력을 극단적으로 증가시키지 않으면 안되기 때문에, 시스템효율의 악화를 초래한다. 또한, 플러딩 현상이 애노드쪽에서 발생하면, 연료가스의 결핍을 초래하며, 이것은 전지에서 치명상이 되어 버린다. 이것은, 연료가스가 부족한 상태에서 부하전류가 강제적으로 취해지면, 연료가 없는 상태에서 전자와 프로톤을 만들기 때문에 애노드의 촉매를 담지하고 있는 카본이 분위기 중의 물과 반응하여 버리는 것에 의한다. 그 결과, 촉매층의 카본의 용출(溶出)에 의해, 애노드의 촉매층이 파괴되는 것이다. However, in order to increase the supply gas flow rate, it is necessary to supply gas at a high pressure, and the system efficiency of the gas supply blower or compressor in the case of systemization must be extremely increased, resulting in deterioration of system efficiency. do. In addition, when the flooding phenomenon occurs on the anode side, it causes a deficiency of fuel gas, which becomes fatal in the battery. This is because when a load current is forcibly taken in a state where fuel gas is insufficient, carbon carrying an anode catalyst reacts with water in the atmosphere because electrons and protons are produced without fuel. As a result, the catalyst layer of the anode is destroyed by elution of carbon in the catalyst layer.

또한, 적층전지를 탑재한 시스템에서는, 상품성을 고려하면, 전지를 정격출력조건으로 운전할 뿐만 아니라, 전력수요에 따라서 출력을 억제한 저부하운전을 할 수 있는 것이 불가결하다. 저부하 운전에서는, 효율을 유지하기 위해서, 연료가스나 산화제가스의 이용율을 정격운전과 같은 조건으로 할 필요가 있다. 즉, 정격운전시에 대하여, 예를 들어 부하를 1/2로 억제한 경우, 연료가스나 산화제가스의 유량도 1/2정도로 저감하지 않으면, 여분의 연료가스나 산화제가스를 사용하게 되기 때문에 발전효율이 저하한다. 그러나, 가스의 이용율을 일정하게 하여 저부하 운전을 하면, 가스유로내의 가스유속이 저하하여, 응축수나 생성수를 세퍼레이터 외부로 배출할 수 없고, 상술한 바와 같은 플러딩 현상이 발생하여, 전지성능이 저하하거나, 불안정하게 되거나 한다고 하는 문제가 있었다. In addition, in a system equipped with a laminated battery, in consideration of the merchandise, it is indispensable not only to operate the battery under rated output conditions but also to perform a low load operation in which the output is suppressed in accordance with electric power demand. In low load operation, in order to maintain efficiency, it is necessary to make the utilization rate of fuel gas and oxidant gas into the same conditions as a rated operation. In other words, when the load is reduced to 1/2, for example, at the time of rated operation, when the flow rate of fuel gas or oxidant gas is not reduced to about 1/2, extra fuel gas or oxidant gas is used. The efficiency is lowered. However, when the gas utilization in the gas flow path is kept constant under low load operation, the gas flow rate in the gas flow path decreases, and condensed water and generated water cannot be discharged to the outside of the separator, and the flooding phenomenon as described above occurs, resulting in battery performance. There has been a problem of deterioration or instability.

도 1은, 본 발명의 실시형태 1의 고분자 전해질형 연료전지에 사용한 도전성 세퍼레이터의 캐소드쪽의 정면도이다. 1 is a front view of a cathode side of a conductive separator used in the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.

도 2는, 본 발명의 실시형태 1의 고분자전해질형 연료전지에 사용한 도전성 세퍼레이터의 애노드쪽의 정면도이다. Fig. 2 is a front view of the anode side of the conductive separator used in the polymer electrolyte fuel cell of Embodiment 1 of the present invention.

도 3은, 본 발명의 실시형태 1의 고분자전해질형 연료전지에 사용한 도전성 세퍼레이터의 캐소드쪽의 가스유로의 변환을 나타낸 도면이다. Fig. 3 is a view showing conversion of the gas flow to the cathode side of the conductive separator used in the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.

도 4는, 본 발명의 실시형태 1의 적층형 고분자전해질형 연료전지의 캐소드쪽의 배관을 나타낸 사시도이다. Fig. 4 is a perspective view showing the pipe on the cathode side of the stacked polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 1 of the present invention.

도 5는, 본 발명의 실시형태 2의 적층형 고분자전해질형 연료전지의 캐소드쪽의 배관을 나타낸 사시도이다. Fig. 5 is a perspective view showing the pipe on the cathode side of the stacked polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 2 of the present invention.

도 6은, 본 발명의 실시예 1의 고분자전해질형 연료전지의 전류-전압특성을 나타낸 도면이다. 6 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the polymer electrolyte fuel cell of Example 1 of the present invention.

도 7은, 본 발명의 실시예 2의 고분자전해질형 연료전지의 전류-전압특성을 나타낸 도면이다. 7 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the polymer electrolyte fuel cell of Example 2 of the present invention.

도 8은, 본 발명의 실시예 3의 고분자전해질형 연료전지의 전압의 시간경과에 따른 변화를 나타낸 도면이다. 8 is a view showing a change with time of the voltage of the polymer electrolyte fuel cell of Example 3 of the present invention.

도 9는, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서의 셀 A의 캐소드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. Fig. 9 is a front view of the cathode side separator of cell A in the polymer electrolyte fuel cell of Embodiment 3 of the present invention.

도 10은, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서의 셀 A의 애노드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. Fig. 10 is a front view of the anode side separator of cell A in the polymer electrolyte fuel cell of Embodiment 3 of the present invention.

도 11은, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서의 셀 B의 캐소드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. Fig. 11 is a front view of the cathode side separator of cell B in the polymer electrolyte fuel cell of Embodiment 3 of the present invention.

도 12는, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서의 셀 B의 애노드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. 12 is a front view of the anode side separator of cell B in the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.

도 13은, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서 셀 A 및 B에 반응가스가 직렬로 공급될 때의 셀 A의 산화제가스의 흐름을 나타낸 캐소드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. FIG. 13 is a front view of a cathode-side separator showing the flow of oxidant gas in cell A when reaction gas is supplied in series to cells A and B in the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.

도 14는, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서 셀 A 및 B에 반응가스가 직렬로 공급될 때의 셀 A의 연료가스의 흐름을 나타낸 애노드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. Fig. 14 is a front view of an anode separator showing the flow of fuel gas in cell A when the reaction gas is supplied in series to cells A and B in the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.

도 15는, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서 셀 A 및 B에 반응가스가 직렬로 공급될 때의 셀 B의 산화제가스의 흐름을 나타낸 캐소드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. FIG. 15 is a front view of the cathode-side separator showing the flow of the oxidant gas of the cell B when the reaction gas is supplied in series to the cells A and B in the polymer electrolyte fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

도 16은, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지에 있어서 셀 A 및 B에 반응가스가 직렬로 공급될 때의 셀 B의 연료가스의 흐름을 나타낸 애노드쪽 세퍼레이터의 정면도이다. FIG. 16 is a front view of an anode-side separator showing the flow of the fuel gas of the cell B when the reaction gas is supplied in series to the cells A and B in the polymer electrolyte fuel cell according to the third embodiment of the present invention.

도 17은, 본 발명의 실시형태 3의 고분자전해질형 연료전지의 전체 구성을 나타낸 사시도이다. Fig. 17 is a perspective view showing the entire structure of the polymer electrolyte fuel cell according to Embodiment 3 of the present invention.

도 18은, 본 발명의 실시형태 4의 고분자전해질형 연료전지의 전체 구성을 나타낸 사시도이다. Fig. 18 is a perspective view showing the entire structure of the polymer electrolyte fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention.

도 19는, 본 발명의 실시예 4의 고분자전해질형 연료전지의 연속발전시험에 있어서의 전압의 변화를 나타낸 도면이다. Fig. 19 is a diagram showing the change of voltage in the continuous power generation test of the polymer electrolyte fuel cell of Example 4 of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : MEA 5, 131 : 집전판1: MEA 5, 131: current collector

6, 132 : 절연판 7, 133 : 끝단판6, 132: insulation plate 7, 133: end plate

10 : 도전성 세퍼레이터10: conductive separator

11a, 11b : 산화제가스의 입구쪽 매니폴드 구멍11a, 11b: Inlet manifold hole of oxidant gas

12a, 12b : 연료가스의 입구쪽 매니폴드 구멍12a, 12b: Inlet manifold hole of fuel gas

13a, 13b : 산화제가스의 출구쪽 매니폴드 구멍13a, 13b: manifold hole on the outlet side of oxidant gas

14a, 14b : 연료가스의 출구쪽 매니폴드 구멍14a, 14b: Manifold hole on the exit side of fuel gas

21a : 산화제가스의 제 1 유로 21a: first flow path of oxidant gas

21b : 산화제가스의 제 2 유로21b: second flow path of oxidant gas

22a : 연료가스의 제 1 유로22a: first flow path of fuel gas

22b : 연료가스의 제 2 유로22b: second flow path of fuel gas

30 : 연료전지 30: fuel cell

31 : 산화제가스의 공급원으로 이어지는 파이프31 pipe leading to the source of oxidant gas

31a, 31b : 분기 파이프31a, 31b: branch pipe

33a, 33b : 출구쪽의 분기 파이프33a, 33b: branch pipe on the exit side

33 : 출구쪽 파이프33: outlet pipe

35, 37, 39 : 밸브 35, 37, 39: valve

40 : 미스트 트랩 40: mist trap

101, 3L, 3R, 105 : 산화제가스의 매니폴드101, 3L, 3R, 105: manifold of oxidant gas

102, 4L, 4R, 106 : 연료가스의 매니폴드102, 4L, 4R, 106: fuel gas manifold

10A, 10B : 캐소드쪽 세퍼레이터10A, 10B: cathode side separator

20A, 20B : 애노드쪽 세퍼레이터20A, 20B: anode side separator

11A, 11B, 21A, 21B : 산화제가스의 입구쪽 매니폴드 구멍11A, 11B, 21A, 21B: Inlet manifold hole of oxidant gas

13A, 13B, 23A, 23B : 산화제가스의 입구쪽 매니폴드 구멍13A, 13B, 23A, 23B: Inlet manifold hole of oxidant gas

12A, 12B, 22A, 22B : 연료가스의 입구쪽 매니폴드 구멍 12A, 12B, 22A, 22B: Inlet manifold hole for fuel gas

14A, 14B, 24A, 24B : 연료가스의 입구쪽 매니폴드 구멍 14A, 14B, 24A, 24B: Inlet manifold hole for fuel gas

15A, 15B, 25A, 25B : 산화제가스의 출구쪽 매니폴드 구멍 15A, 15B, 25A, 25B: Outlet manifold hole of oxidant gas

16A, 16B, 26A, 26B : 산화제가스의 출구쪽 매니폴드 구멍 16A, 16B, 26A, 26B: outlet manifold hole of oxidant gas

130 : 셀적층체 130: cell stack

본 발명은, 상기 과제를 고려하여, 저부하시에 있어서의 플러딩을 억제할 수 있는 고분자 전해질형 연료전지 및 그 운전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of suppressing flooding at low load and a method of operation thereof in view of the above problems.

상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1의 본 발명은, 고분자 전해질막, 상기 고분자 전해질막을 끼운 애노드 및 캐소드, 상기 캐소드에 산화제가스를 공급하는 산화제 가스유로홈을 가진 캐소드쪽 세퍼레이터 및 상기 애노드에 연료가스를 공급하는 연료가스 유로홈을 가진 애노드쪽 세퍼레이터를 가진 셀이 적층된 셀적층체를 구비하고, In order to solve the above problems, a first aspect of the present invention provides a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, a cathode side separator having an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode, and a fuel gas to the anode. And a cell stacked structure in which cells having an anode-side separator having a fuel gas flow path groove for supplying a stacked structure are stacked.

상기 산화제가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 캐소드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 산화제가스 단위유로를 형성하고, A part or all of the oxidant gas flow path grooves form an oxidant gas unit flow path which is a flow path from the input to the cathode side separator to the output.

상기 연료가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 애노드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 연료가스 단위유로를 형성하며, A part or all of the fuel gas flow path grooves form a fuel gas unit flow path, which is a flow path from the anode side separator to the output,

상기 셀 적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 산화제가스 단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결가능하고, Two or more of the oxidant gas unit flow paths in the cell stack can be connected in parallel or in series,

상기 셀 적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 연료가스단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결가능한 고분자 전해질형 연료전지이다. A polymer electrolyte fuel cell in which two or more of the fuel gas unit flow paths in the cell stack can be connected in parallel or in series.

본원의 제 2 발명은, 그 발전출력의 변경에 대하여, 상기 산화제가스 유로홈을 통과하는 산화제가스의 속도가 상기 산화제가스 유로홈내에 물이 체류하지 않는 속도를 유지하고, 상기 연료가스 유로홈을 통과하는 연료가스의 속도가 상기 연료가스 유로홈내로 물이 체류하지 않는 속도를 유지하도록 상기 병렬연결 또는 상기 직렬연결이 변경되는, 본원 제 1 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. According to the second invention of the present application, with respect to the change in the power generation output, the speed of the oxidant gas passing through the oxidant gas flow path groove maintains the speed at which water does not stay in the oxidant gas flow path groove, The polymer electrolyte fuel cell of the first invention of the present invention, wherein the parallel connection or the series connection is changed so that the speed of the fuel gas passing through maintains the speed at which water does not stay in the fuel gas flow path groove.

본원의 제 3 발명은, 상기 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제가스 유로홈의 일부로 형성되고, 상기 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스 유로홈의 일부로 형성되어 있으며, In the third invention of the present application, the oxidant gas unit flow path is formed as a part of the oxidant gas flow path groove, and the fuel gas unit flow path is formed as a part of the fuel gas flow path groove,

상기 병렬로 연결되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되며, When connected in parallel, the plurality of oxidant gas unit flow paths formed in the cathode side separators are connected in parallel so that the oxidant gas is supplied simultaneously, and the plurality of fuels formed in the anode side separators. Gas unit flow passages are connected in parallel to each other so that the fuel gas is supplied at the same time,

상기 직렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 산화제가스 단위유로의 전부 또는 일부는, 상기 산화제가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 연료가스 단위유로의 전부 또는 일부는, 상기 연료가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되는 본원 제 2의 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. In the case of being connected in series, all or part of the plurality of oxidant gas unit flow paths formed in each of the cathode side separators are connected to each other in series so that the oxidant gas is supplied in turn, and is formed in each of the anode side separators. All or part of the plurality of fuel gas unit flow passages are the polymer electrolyte fuel cells of the second invention of the present application, which are connected in series to each other so that the fuel gas is sequentially supplied.

본원 제 4의 발명은, 상기 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제가스 유로홈의 전부에서 형성되고, 상기 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스 유로홈의 전부에서 형성되어 있으며, In the fourth invention of the present application, the oxidant gas unit flow path is formed in all of the oxidant gas flow path grooves, and the fuel gas unit flow path is formed in all of the fuel gas flow path grooves.

상기 병렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 산화제가스 단위유로끼리는, 상기 산화제가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 연료가스 단위유로끼리는, 상기 연료가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되며, When connected in parallel, the oxidant gas unit flow paths formed in the cathode separators are connected in parallel so that the oxidant gas is supplied simultaneously, and the fuel gas unit flow paths formed in the anode side separators are connected to each other. , Are connected in parallel to each other so that the fuel gas is supplied at the same time,

상기 직렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 산화제가스 단위유로의 전부 또는 일부끼리는, 상기 산화제가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 연료가스 단위유로의 전부 또는 일부끼리는, 상기 연료가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되는 본원 제 2 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. In the case of being connected in series, all or part of the oxidant gas unit flow path formed in each cathode side separator is connected in series so that the oxidant gas is sequentially supplied, and the fuel formed in each of the anode side separators. All or part of the gas unit flow passages are the polymer electrolyte fuel cells of the second invention of the present application connected in series with each other so that the fuel gas is sequentially supplied.

본원 제 5의 발명은, 상기 각 산화제가스 단위유로의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드와, 상기 각 산화제가스 단위유로의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드와, 상기 각 연료가스 단위유로의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드와, 상기 각 연료가스 단위유로의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드를 구비하고, According to a fifth aspect of the present invention, an inlet oxidant gas manifold connected to an inlet of each oxidant gas unit flow path, an outlet oxidant gas manifold connected to an outlet of each oxidant gas unit flow path, and each fuel gas unit An inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the flow path and an outlet fuel gas manifold connected to the outlets of the respective fuel gas unit flow paths,

상기 산화제가스 단위유로끼리가 직렬로 연결되는 경우는, 상기 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 상기 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되고, When the oxidant gas unit flow paths are connected in series, other than the inlet oxidant gas manifold connected to the inlet of the oxidant gas flow path groove and the outlet oxidant gas manifold connected to the outlet of the oxidant gas flow path groove, The inlet oxidant gas manifold and the outlet oxidant gas manifold,

상기 연료가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 상기 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 상기 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되는 본원 제 3 또는 4의 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. When the fuel gas unit flow paths are connected in series, other than the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas flow path groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas flow path groove, A polymer electrolyte fuel cell of the third or fourth aspect of the present invention, wherein an inlet fuel gas manifold and an outlet fuel gas manifold are connected.

본원 제 6의 발명은, 상기 산화제가스 단위유로끼리, 및 상기 연료가스 단위유로끼리의 직렬 또는 병렬로의 연결은, 상기 적층셀의 외부에 설치된 밸브를, 그 발전전력에 따라서 개폐함으로써 이루어지는 본원 제 5의 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. According to a sixth aspect of the present invention, the oxidant gas unit flow paths and the fuel gas unit flow paths connected in series or in parallel are formed by opening and closing a valve provided outside the stack cell in accordance with the power generation power. 5 is a polymer electrolyte fuel cell of the invention.

본원 제 7의 발명은, 상기 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 상기 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되는 부분, 및 상기 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 상기 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되는 부분에 미스트 트랩(mist trap)이 설치되어 있는 본원 제 5의 발명의 고분자 전해질형 연료전지이다. The seventh invention of the present application includes an inlet oxidant gas manifold other than an inlet oxidant gas manifold connected to an inlet of the oxidant gas flow path groove and an outlet oxidant gas manifold connected to an outlet of the oxidant gas flow path groove. Inlet side other than the portion to which the outlet oxidant gas manifold is connected, and the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas flow path groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas flow path groove. A polymer electrolyte fuel cell of the fifth invention of the present invention is provided with a mist trap at a portion where a fuel gas manifold and an outlet fuel gas manifold are connected.

본원 제 8의 발명은, 상기 산화제가스 단위유로끼리의 병렬의 연결은, 상기 산화제가스가 흐르는 방향이 중력에 역행하지 않는 방향이 되도록 이루어지고, In the eighth invention of the present application, the parallel connection between the oxidant gas unit flow paths is made such that the direction in which the oxidant gas flows does not reverse to gravity,

상기 연료가스 단위유로끼리의 병렬의 연결은, 상기 연료가스가 흐르는 방향이 중력에 역행하지 않는 방향이 되도록 이루어지는 본원 제 1의 발명의 고분자 전해질막형 연료전지이다. The parallel connection between the fuel gas unit flow paths is the polymer electrolyte membrane fuel cell according to the first invention of the present application, wherein the direction in which the fuel gas flows is in a direction that does not reverse to gravity.

본원 제 9의 발명은, 고분자 전해질막, 상기 고분자 전해질막을 끼운 애노드 및 캐소드, 상기 캐소드에 산화제가스를 공급하는 산화제가스유로를 가진 캐소드쪽 세퍼레이터 및 상기 애노드에 연료가스를 공급하는 연료가스유로를 가진 애노드쪽 세퍼레이터를 가진 셀이 적층된 셀적층체를 구비하고,The ninth aspect of the present invention has a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, a cathode side separator having an oxidant gas passage for supplying an oxidant gas to the cathode, and a fuel gas passage for supplying fuel gas to the anode. A cell stacked body in which cells having an anode side separator are stacked,

상기 산화제가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 캐소드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 산화제가스 단위유로를 형성하고, A part or all of the oxidant gas flow path grooves form an oxidant gas unit flow path which is a flow path from the input to the cathode side separator to the output.

상기 연료가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 애노드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 연료가스 단위유로를 형성하고 있는 고분자 전해질형 연료전지의 운전방법으로서, A part or all of the fuel gas flow path grooves is a method of operating a polymer electrolyte fuel cell in which a fuel gas unit flow path, which is a flow path from the input to the anode side to the output, is formed.

상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 산화제가스 단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결되는 공정과, A process in which two or more of said oxidant gas unit flow paths in said cell stacked body are connected in parallel or in series;

상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 연료가스 단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결되는 공정을 구비하는 고분자 전해질형 연료전지의 운전방법이다. A method of operating a polymer electrolyte fuel cell comprising the step of connecting two or more of the fuel gas unit flow paths in the cell stacked body in parallel or in series.

본 발명에 의하면, 저부하시에 있어서의 플러딩의 발생을 억제할 수 있는 고분자 전해질형 연료전지 및 그 운전방법을 제공할 수가 있다. According to the present invention, it is possible to provide a polymer electrolyte fuel cell capable of suppressing the occurrence of flooding at low load and a method of operating the same.

<실시형태 1><Embodiment 1>

도 1은 도전성 세퍼레이터의 캐소드쪽의 정면도이고, 도 2는 그 배면도로서 애노드쪽의 정면도이다. 이 도전성 세퍼레이터(10)는, 산화제 가스의 제 1 및 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(11a 및 11b), 제 1 및 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(13a 및 13b), 연료가스의 제 1 및 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(12a 및 12b), 제 1 및 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(14a 및 14b)을 가진다. 이 세퍼레이터(10)는, 캐소드쪽 면에는, 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍(11a)로부터 제 1 출구쪽 매니폴드 구멍(13a)으로 이어지는, 본 발명의 산화제가스 단위유로에 대응하는 제 1 가스유로(21a), 및 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(11b)으로부터 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(13b)으로 이어지는, 본 발명의 산화제가스 단위유로에 대응하는 제 2 가스유로(21b)를 가지며, 애노드쪽 면에는, 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍(12a)으로부터 제 1 출구쪽 매니폴드 구멍(14a)으로 이어지는, 본 발명의 연료가스 단위유로에 대응하는 제 1 가스유로(22a), 및 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(12b)으로부터 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(14b)으로 이어지는, 본 발명의 연료가스 단위유로에 대응하는 제 2 가스유로(22b)를 가진다. 본 발명의 산화제가스 유로홈은, 제 1 가스유로(21a) 및 제 2 가스유로(21b)에 의해 구성되어 있다. 본 발명의 연료가스 유로홈은, 제 1 가스유로(22a) 및 제 2 가스유로(22b)에 의해 구성되어 있다. 1 is a front view of the cathode side of the conductive separator, and FIG. 2 is a front view of the anode side as its rear view. The conductive separator 10 includes first and second inlet manifold holes 11a and 11b of oxidant gas, first and second outlet manifold holes 13a and 13b, and first and first fuel gas. Two inlet manifold holes 12a and 12b, and first and second outlet manifold holes 14a and 14b. The separator 10 has, on the cathode side, a first gas passage corresponding to the oxidant gas unit flow passage of the present invention, which extends from the first inlet manifold hole 11a to the first outlet manifold hole 13a. 21a and a second gas flow passage 21b corresponding to the oxidant gas unit flow passage of the present invention, which extends from the second inlet manifold hole 11b to the second outlet manifold hole 13b, the anode On the side, the first gas passage 22a and the second inlet corresponding to the fuel gas unit flow passage of the present invention, which extend from the first inlet manifold hole 12a to the first outlet manifold hole 14a, are provided. It has the 2nd gas flow path 22b corresponding to the fuel gas unit flow path of this invention from the side manifold hole 12b to the 2nd outlet side manifold hole 14b. The oxidant gas flow path groove of the present invention is constituted by the first gas flow path 21a and the second gas flow path 21b. The fuel gas flow path groove of the present invention is constituted by the first gas flow passage 22a and the second gas flow passage 22b.

이 세퍼레이터를 사용한 고분자 전해질형 연료전지에 있어서의 가스의 공급방법을 이하에 설명한다. The gas supply method in the polymer electrolyte fuel cell using this separator will be described below.

먼저, 정격운전시의 산화제가스의 공급방법을 도 1에 의해 설명한다. 화살표 A에서 A'에 이르는 경로, 즉 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍(11a)으로부터 제 1 가스유로(21a)를 지나서 제 1 출구쪽 매니폴드 구멍(13a)에 도달하는 경로와, 화살표 B 에서 B'에 이르는 경로, 즉 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(11b)으로부터 제 2 가스유로(21b)를 지나서 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(13b)에 도달하는 경로의 2개의 경로를 병렬로 연결한다. 그리고 이 2개의 경로에 동시에 산화제가스를 흐르게 한다. First, an oxidant gas supply method at the rated operation will be described with reference to FIG. The path from arrow A to A ', that is, the path from the first inlet manifold hole 11a to the first outlet manifold hole 13a past the first gas passage 21a and from arrow B to B The two paths of the path leading to ', i.e., the path leading from the second inlet manifold hole 11b to the second outlet manifold hole 13b through the second gas passage 21b are connected in parallel. An oxidant gas flows through these two paths simultaneously.

다음에, 정격의 1/2의 부하로 운전할 때에는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 2개의 경로, 제 1 가스유로(21a)와 제 2 가스유로(21b)를 직렬로 접속한다. 즉, 제 1 출구쪽 매니폴드 구멍(13a)과 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(11b)을 셀외부에서 화살표 AB로 나타낸 바와 같이 접속한다. 즉, 제 1 가스유로(21a) 및 제 2 가스유로(21b)를 직렬로 연결한다. 이에 따라, 화살표 A로부터 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍(11a)에 유입하는 가스는, 제 1 가스유로(21a) 및 제 2 가스유로(21b)를 차례로 흘러, 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(13b)으로부터 외부로 배출된다. 연료가스의 공급방법에 대해서도 상기와 완전히 같다. Next, when operating at a load of 1/2 of the rating, as shown in FIG. 3, the two paths, the first gas passage 21a and the second gas passage 21b, are connected in series. That is, the first outlet manifold hole 13a and the second inlet manifold hole 11b are connected outside the cell as indicated by arrow AB. That is, the first gas passage 21a and the second gas passage 21b are connected in series. Thereby, the gas which flows into the 1st inlet manifold hole 11a from arrow A flows in order through the 1st gas flow path 21a and the 2nd gas flow path 21b, and the 2nd outlet side manifold hole 13b. Is discharged to outside. The fuel gas supply method is also the same as above.

도 4는 상기와 같은 세퍼레이터를 구비한 적층형의 고분자전해질형 연료전지의 산화제 가스의 배관을 나타낸다. 이 고분자전해질형 연료전지(30)는, MEA(1)과 세퍼레이터(10)를 교대로 적층한 셀스택, 이것을 끼운 각 한 쌍의 집전판(5), 절연판(6), 끝단판(7) 및 이들을 일체로 체결하는 체결수단을 가진다. 산화제 가스의 공급원에 이어지는 파이프(31)는, 제 1 파이프(31a)와, 밸브(35)를 가진 제 2 파이프(31b)로 분기하고 있다. 제 1 파이프(31a)는, 세퍼레이터(10)의 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍(11a)과 연이어 통하여 고분자전해질형 연료전지에 설치된 매니폴드에 연결되고, 제 2 파이프(31b)는, 세퍼레이터(10)의 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍(11b)과 연이어 통하여 고분자전해질형 연료전지에 설치된 매니폴드로 연결된다. 마찬가지로 세퍼레이터(10)의 제 1 출구쪽 매니폴드 구멍(13a) 및 제 2 출구쪽 매니폴드 구멍(13b)에 각각 연이어 통하는 매니폴드에 연결되는 파이프(33a 및 33b)가 설치된다. 파이프(33a)에는 밸브(39)가 연결되고, 이것과 파이프(33b)는 출구쪽 파이프(33)에 연결된다. 파이프(31b)의 일끝단은, 바이패스 밸브(37)를 통해 파이프(33a)에 연결되어 있다. 그리고, 각 밸브는, 제어기(200)에 접속되어 있다. FIG. 4 shows piping of an oxidant gas of a stacked polymer electrolyte fuel cell equipped with a separator as described above. The polymer electrolyte fuel cell 30 includes a cell stack in which the MEA 1 and the separator 10 are alternately stacked, a pair of current collector plates 5, an insulating plate 6, and an end plate 7 sandwiching the MEA 1 and the separator 10. And fastening means for fastening them integrally. The pipe 31 which is connected to the supply source of the oxidant gas branches into the first pipe 31a and the second pipe 31b having the valve 35. The first pipe 31a is connected to the manifold provided in the polymer electrolyte fuel cell via the first inlet manifold hole 11a of the separator 10, and the second pipe 31b is the separator 10. It is connected to the manifold installed in the polymer electrolyte fuel cell via the second inlet manifold hole 11b of the (). Similarly, pipes 33a and 33b connected to the manifold communicating with the first outlet manifold hole 13a and the second outlet manifold hole 13b of the separator 10, respectively, are provided. A valve 39 is connected to the pipe 33a, and this and the pipe 33b are connected to the outlet pipe 33. One end of the pipe 31b is connected to the pipe 33a via the bypass valve 37. Each valve is connected to the controller 200.

도 4에는 간략화를 위해, 캐소드쪽 배관만을 도시하였지만, 애노드쪽 배관도 대칭의 위치에 배치함으로써 마찬가지로 구성할 수 있다. 파이프(31)로부터 분기한 파이프(31a 및 31b), 및 파이프(33)에 연결되는 파이프(33a 및 33b)는, 동일한 관(管)지름으로 하여, 분할한 파이프로 균등하게 가스를 분배할 수 있는 구조로 한다. 여기서, 균등하게 가스를 분배하기 위해서는, 2분할한 파이프의 길이를 같게 하여 각 파이프의 압력손실을 같게 하는 것이 중요하고, 동시에 도 1에 나타낸 2개의 가스유로의 유로길이를 같게 하여, 독립한 2개의 가스유로의 압력손실을 같게 하는 것이, 가스의 균등분배를 하는 데에 있어서 중요하다. Although only the cathode side piping is shown in FIG. 4 for the sake of simplicity, the anode side piping can also be configured similarly by arranging them in a symmetrical position. The pipes 31a and 31b branched from the pipe 31 and the pipes 33a and 33b connected to the pipe 33 have the same pipe diameter and can evenly distribute gas to the divided pipes. I have a structure. Here, in order to distribute the gas evenly, it is important to equalize the lengths of the pipes divided into two so that the pressure loss of each pipe is the same, and at the same time, the path lengths of the two gas flow passages shown in FIG. It is important to equalize the pressure loss of the two gas flow paths in order to evenly distribute the gases.

이 고분자전해질형 연료전지를 정격의 부하로 운전할 때에, 제어기(200)는, 밸브(35 및 39)를 열고, 바이패스 밸브(37)를 닫는다. 파이프(31)로부터 공급되는 산화제 가스는, 파이프(31a 및 31b)로부터 각각 매니폴드 구멍(11a 및 11b)으로부터 제 1 가스유로(21a) 및 제 2 가스유로(21b)에 공급되고, 파이프(33a 및 33b)를 거쳐 파이프(33)에 배출된다. 또한, 정격의 1/2의 부하로 운전할 때에는, 제어기(200)는, 밸브(35 및 39)를 닫고, 바이패스 밸브(37)를 연다. 파이프(31a)로부터 제 1 가스유로(21a)를 흐른 산화제 가스는, 파이프(33a)로부터 바이패스 밸브(37) 및 파이프(31b)를 거쳐 제 2 가스유로(21b)를 흘러, 파이프(33b)로부터 파이프(33)로 배출된다. 즉, 발전출력의 변경에 따라, 각 가스유로에 물이 체류하지 않는 가스속도를 유지하도록, 각 가스유로의 병렬연결 및 직렬연결이 변경된다. When the polymer electrolyte fuel cell is operated at a rated load, the controller 200 opens the valves 35 and 39 and closes the bypass valve 37. The oxidant gas supplied from the pipe 31 is supplied from the pipes 31a and 31b to the first gas passage 21a and the second gas passage 21b from the manifold holes 11a and 11b, respectively, and the pipe 33a And to the pipe 33 via 33b). In addition, when operating at a load of 1/2 of the rating, the controller 200 closes the valves 35 and 39 and opens the bypass valve 37. The oxidant gas that flowed from the pipe 31a to the first gas flow passage 21a flows from the pipe 33a to the second gas flow passage 21b via the bypass valve 37 and the pipe 31b to pass the pipe 33b. From the pipe 33. That is, in accordance with the change in the power generation output, the parallel connection and the series connection of each gas channel are changed to maintain the gas velocity at which water does not stay in each gas channel.

여기서는, 냉각수의 유로에 대해서는 생략하고, 따라서, 도 1 및 도 2에서는, 냉각수의 매니폴드 구멍을 생략하고 있다. 그러나, 가스유로와 마찬가지로, 냉각수의 유로를 복수로 분할하여, 가스유로의 전환과 마찬가지로, 부하에 따라서 전환하도록 구성할 수도 있다. 위에 나타낸 세퍼레이터는, 캐소드쪽 세퍼레이터와 애노드쪽 세퍼레이터판을 겸하는 것이지만, 아래와 같이 하여 냉각수에 의한 냉각부를 구성할 수 있다. 한쪽 면에 도 1과 같은 산화제가스의 유로를 형성하고, 다른 쪽 면에 냉각수의 유로를 형성한 캐소드쪽 세퍼레이터와, 한쪽 면에 도 2와 같은 연료가스의 유로를 형성하고, 다른 쪽 면에 냉각수의 유로를 형성한 애노드쪽 세퍼레이터를, 냉각수의 유로가 마주 향하도록 결합한 조합세퍼레이터를, 적절히 MEA의 사이에 삽입하는 것이다. 여기에 나타낸 가스유로의 구성으로부터, 복수로 분할된 냉각수의 유로를 구성하는 것은 당업자에는 용이할 것이다. 또, 냉각부는, 셀마다 설치하지 않은 경우는, 가스유로와 같이 복수로 분할하지 않아도 좋다. Here, about the flow path of cooling water is abbreviate | omitted, Therefore, the manifold hole of cooling water is abbreviate | omitted in FIG. However, similarly to the gas flow path, the cooling water flow path may be divided into a plurality of flow paths, and the switching may be performed according to the load in the same manner as the switching of the gas flow path. Although the separator shown above also serves as a cathode side separator and an anode side separator plate, the cooling part by cooling water can be comprised as follows. A cathode-side separator in which an oxidant gas flow path as shown in FIG. 1 is formed on one side, and a coolant flow path is formed on the other side, and a flow path of fuel gas as shown in FIG. 2 on one side, and a coolant on the other side An anode-side separator having a flow path formed therein is combined with a combination separator in which cooling flow paths face each other, as appropriately inserted between MEAs. From the configuration of the gas flow passage shown here, it will be easy for a person skilled in the art to construct a flow path of a plurality of divided cooling water. In the case where the cooling unit is not provided for each cell, it is not necessary to divide the cooling unit into a plurality of units like the gas passage.

본 실시형태의 포인트는, 세퍼레이터의 면내에 독립한 매니폴드 구멍을 가진 복수의 독립한 가스유로를 가지며, 고분자전해질형 연료전지시스템이 간단한 밸브 전환에 의해서, 저부하 운전시의 전지성능의 저하 혹은 불안정 현상을 피하도록 한 것이다. The point of this embodiment has a plurality of independent gas flow paths having independent manifold holes in the surface of the separator, and the polymer electrolyte fuel cell system is deteriorated in battery performance during low load operation by simple valve switching or This is to avoid instability.

종래의 고분자전해질형 연료전지의 세퍼레이터의 구조는, 연료가스 및 산화제 가스의 각각의 가스는, 하나의 입구쪽 매니폴드로부터 세퍼레이터의 가스유로에 공급되고, 하나의 출구쪽 매니폴드를 통해 배출되는 구성이었다. 고분자전해질형 연료전지 발전시스템의 상품성을 높이기 위해서는, 전력수요에 따른 고분자전해질형 연료전지의 부하를, 발전효율을 저하시키지 않고 변동할 수 있도록 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 정격출력에 대하여 부하를 증대시키는 경우에는, 그에 대응하는 유량으로 연료가스 및 산화제가스의 유량을 증대시키고, 정격출력에 대하여 부하를 감소시키는 경우에는, 그에 대응하는 유량으로 연료가스 및 산화제 가스의 유량을 감소시켜 운전해야 한다. In the structure of the separator of the conventional polymer electrolyte fuel cell, each gas of the fuel gas and the oxidant gas is supplied from one inlet manifold to the gas passage of the separator and discharged through one outlet manifold. It was. In order to increase the commercialization of the polymer electrolyte fuel cell power generation system, it is necessary to change the load of the polymer electrolyte fuel cell according to electric power demand without lowering the power generation efficiency. To this end, when the load is increased with respect to the rated output, the flow rate of fuel gas and oxidant gas is increased at a corresponding flow rate, and when the load is decreased with respect to the rated output, the fuel gas and the oxidant are flown at a corresponding flow rate. It should be operated with reduced gas flow rate.

통상, 고분자전해질형 연료전지의 도전성 세퍼레이터에 설치된 가스유로는, 정격출력에 있어서 가장 적합한 유속이 되도록 설계되어 있다. Usually, the gas flow path provided in the conductive separator of the polymer electrolyte fuel cell is designed to have the most suitable flow rate at the rated output.

따라서, 전력부하를 증대시킨 경우에는, 가스유량의 증대에 따라 가스유로의 가스유속이 증대하고, 전력부하를 감소하는 경우에는, 가스유량의 감소에 따라 가스유로의 가스유속이 감소한다. 가스유로의 가스유속이 증대한 경우에는, 공급가스의 압력손실이 증대하기 때문에, 보조기계동력의 증대에 의해 발전효율이 약간은 저하하지만, 가스유로의 가스유속이 증대하기 때문에, 세퍼레이터의 가스유로내의 결로수나 생성수는 오히려 효율적으로 제거할 수 있어, 플러딩 현상이 발생하는 경우는 없다. 그러나, 전력부하를 감소시키는 경우에는, 가스유량의 감소에 따라 가스유로의 가스유속도 감소한다. 가스유로의 가스유속이 감소한 경우에는, 유속의 감소 정도에 의해서, 세퍼레이터의 가스유로내의 결로수나 생성수를 효율적으로 제거하는 것이 곤란하게 되어, 플러딩 현상이 발생한다. 이 때, 전력부하를 감소하였음에도 불구하고, 공급가스유량을 감소시키지 않으면, 발전출력에 대한 보조기계동력의 비율이 상대적으로 커져, 발전시스템 전체에서의 발전효율이 저하한다. Therefore, when the electric power load is increased, the gas flow rate in the gas flow path increases with the increase of the gas flow rate, and when the electric power load is decreased, the gas flow rate in the gas flow path decreases as the gas flow rate decreases. When the gas flow rate in the gas flow path increases, the pressure loss of the supply gas increases, so that the power generation efficiency decreases slightly due to the increase in auxiliary machinery power, but the gas flow path of the separator increases because the gas flow rate in the gas flow path increases. The dew condensation water and the generated water inside can be removed efficiently, and the flooding phenomenon does not occur. However, in the case of reducing the power load, the gas flow rate in the gas flow path decreases with the decrease in the gas flow rate. When the gas flow rate in the gas flow path is decreased, it is difficult to efficiently remove condensation water and generated water in the gas flow path of the separator due to the degree of decrease in the flow rate, and a flooding phenomenon occurs. At this time, even if the power load is reduced, if the supply gas flow rate is not reduced, the ratio of the auxiliary machine power to the power generation output becomes relatively large, and the power generation efficiency of the power generation system as a whole decreases.

본 발명에 있어서는, 세퍼레이터의 면내에 독립한 입구쪽 및 출구쪽 매니폴드 구멍을 가진 복수의 독립한 가스유로를 형성하여, 이들을 직렬 혹은 병렬로 접속함으로써, 특히 저부하 운전시에도 플러딩이 일어나지 않는 고분자전해질형 연료전지를 실현하는 것이다. 예를 들면, 최고부하 발전출력과 최저부하 발전출력의 비를 4대 1로 하는 경우, 세퍼레이터의 면내의 가스유로를 4개로 독립시켜 형성하여, 최고부하 발전시에는 모든 가스유로에 병렬로 가스를 공급하고, 최저부하 운전시에는 4개 모든 가스유로를 직렬로 접속하여 가스를 공급한다. 또한, 중간의 부하운전시에는, 4개의 유로중의 인접한 2개의 가스유로를 직렬로 접속하여 가스를 공급한다. 이에 따라서, 부하변동시에도 모든 가스유로에 있어서 동일한 가스유속을 유지할 수 있다. In the present invention, by forming a plurality of independent gas flow passages having independent inlet and outlet manifold holes in the surface of the separator and connecting them in series or in parallel, a polymer which does not cause flooding even during low load operation, in particular, It is to realize an electrolyte fuel cell. For example, when the ratio of the highest load generation output to the lowest load generation output is four to one, four in-plane gas passages of the separator are formed independently, and at the highest load generation, gas is applied in parallel to all gas passages. At the minimum load operation, all four gas passages are connected in series to supply gas. In the middle of the load operation, two adjacent gas flow paths of the four flow paths are connected in series to supply gas. As a result, the same gas flow rate can be maintained in all gas flow paths even during load fluctuations.

이와 같이, 각 가스 단위유로가 복수 존재하는 경우는, 산화제가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 각 산화제가스 단위유로에 있어서의, 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되면 좋다. 그리고, 연료가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 각 연료가스 단위유로에 있어서의, 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되면 좋다. As described above, when there are a plurality of gas unit flow paths, when the oxidant gas unit flow paths are connected in series, the oxidant gas manifold and the outlet of the oxidant gas flow path grooves connected to the inlet of the oxidant gas flow path grooves. The inlet oxidant gas manifold and the outlet oxidant gas manifold in each oxidant gas unit flow path other than the outlet oxidant gas manifold connected may be connected. When the fuel gas unit flow paths are connected in series, each of the fuel gas manifolds other than the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas channel groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas channel groove is The inlet fuel gas manifold and the outlet fuel gas manifold in the fuel gas unit flow passage may be connected.

또한, 각 가스유로를 직렬로 접속하는 경우, 각 가스유로의 접속은 독립한 매니폴드 구멍을 세퍼레이터의 외부에서 배관을 사용하여 접속함으로써, 중간의 매니폴드 구멍에 있어서 결로(結露)한 응축수를 세퍼레이터의 외부로 배출하는 것이 가능해져, 하류의 유로에 응축수가 공급되지 않기 때문에, 안정된 운전이 가능하다. In addition, when connecting each gas channel in series, connection of each gas channel connects an independent manifold hole using piping outside of a separator, and the condensed water condensed in the intermediate manifold hole is separated by a separator. Since it becomes possible to discharge | emit to the outside of the and condensed water is not supplied to the downstream flow path, stable operation is possible.

이와 같이 본 실시형태의 고분자전해질형 연료전지에 의하면, 부분 부하운전이 된 경우에도, 가스유로에 있어서의 가스의 유속이 저하하지 않기 때문에, 플러딩의 발생을 억제할 수가 있다. As described above, according to the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, even when partial load operation is performed, the flow rate of the gas in the gas flow passage does not decrease, so that the occurrence of flooding can be suppressed.

그러나, 일반적으로, 연료전지는 정격부하로 운전할 수 있는 쪽이 장점이 크다. 따라서, 실제의 사용상황을 생각하면, 부분 부하로 운전되는 시간보다도 정격부하 또는 정격부하에 근접하여 운전되는 시간이 훨씬 길어지는 것이 상정되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 고분자전해질형 연료전지와 같이, 정격운전에 있어서도, 부분 부하운전에 있어서도, 각 단위유로를, 내부의 가스가 중력에 역행하지 않는 방향으로 흐르도록 구성함으로써, 플러딩의 발생을 더욱 억제할 수가 있다. 그러나, 상기 각 가스 단위유로 중, 일부 또는 전부가 내부의 가스가 중력에 역행하는 방향으로 흐르도록 구성되어 있더라도, 부분부하에 있어서의 플러딩을 억제할 수가 있다고 하는 점에서는 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. However, in general, the fuel cell is advantageous in that it can operate at the rated load. Therefore, in consideration of the actual use situation, it is assumed that the time to operate close to the rated load or the rated load is much longer than the time to operate at the partial load. Therefore, similarly to the polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment, even in the rated operation or the partial load operation, the unit flow passages are configured to flow in a direction in which the gas inside does not counter gravity. It can be further suppressed. However, even if some or all of the gas unit flow passages are configured to flow in the direction in which the gas inside the gas flows against gravity, the same effects as described above can be obtained in that flooding under partial load can be suppressed. have.

<실시형태 2><Embodiment 2>

본 실시형태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에 있어서의 제 1 출구쪽 매니폴드와 제 2 입구쪽 매니폴드를 접속하는 파이프에 미스트 트랩(mist trap)(40)을 삽입하였다. 반응가스가 상대습도가 거의 100%가 되도록 공급되는 경우, 반응가스는, 제 1 가스유로를 통과한 시점에서 생성수나 결로수 등에 의해, 많은 미스트를 포함한 상태로 되어 있다. 이 미스트가 후단의 가스유로에 공급되면, 미스트에 의한 가스유로의 폐쇄가 원인이 되어 플러딩이 발생할 위험성이 높다. 이 때문에, 상류쪽의 제 1 가스유로의 출구에서 한번 세퍼레이터의 외부로 배출한 미스트가, 다시 하류쪽의 가스유로에 공급되지 않도록, 미스트 트랩(40)을 삽입함으로써, 플러딩이 더욱 적은 신뢰성이 높은 운전을 가능하게 한다. 이 미스트 트랩(40)으로 포착된 물은, 연료전지시스템에 회수되어, 재이용하는 것도 가능하다. 미스트 트랩(40)에는, 시판되고 있는 기계식 미스트 트랩, 예를 들면 실시예 2에 사용한 것이나, 섬유형상으로 흡수효과를 가진 위크(wick) 형상의 예를 들면 연실 같은 것도 사용할 수 있다. In this embodiment, as shown in FIG. 5, the mist trap 40 was inserted in the pipe which connects the 1st exit manifold and the 2nd inlet manifold in Embodiment 1. In FIG. When the reaction gas is supplied so that the relative humidity becomes almost 100%, the reaction gas is in a state containing a large amount of mist due to the generated water, the dew condensation water, or the like when passing through the first gas passage. When this mist is supplied to the gas flow path of a later stage, it will cause the closing of the gas flow path by mist, and there exists a high risk of flooding. For this reason, by inserting the mist trap 40 so that the mist discharged once out of the separator from the outlet of the upstream 1st gas flow path is not supplied to the downstream gas flow path again, the flooding is more reliable with less flooding. Enable driving. The water trapped by the mist trap 40 can be recovered by the fuel cell system and reused. As the mist trap 40, a commercially available mechanical mist trap, for example, used in Example 2, or a wick shape having a water-absorbing effect, for example, such as a yarn, can be used.

이와 같이, 매니폴드 구멍의 접속부분에 미스트 트랩(40)을 삽입함으로써, 응축수의 배출을 확실히 하는 것이 가능해진다. 각 가스유로를 흐르는 가스는, 중력에 역행하지 않는 방향으로 흐르는 경우는, 응축수의 배출이 더욱 촉진된다. 각 가스유로를 직렬 및 병렬로 전환하였을 때에, 가스가 흐르는 방향이 변화하지 않도록 구성하면, 항상 중력방향에 역행하지 않고서 가스를 흐르게 하는 것이 가능하고, 보다 안정된 운전이 가능하다. 한편, 도 5에 있어서 제어기(200)의 기재를 생략하고 있지만, 각 밸브는, 도 4의 경우와 같이 제어기(200)를 통해 조작된다. Thus, by inserting the mist trap 40 into the connection part of a manifold hole, it becomes possible to ensure discharge | emission of condensate. When the gas flowing through each gas flow path flows in a direction that does not counter gravity, the discharge of condensed water is further promoted. When the gas flow paths are switched in series and in parallel, if the gas flow direction is configured so as not to change, it is possible to allow the gas to flow without always returning to the gravity direction, and more stable operation is possible. In addition, although description of the controller 200 is abbreviate | omitted in FIG. 5, each valve is operated through the controller 200 like the case of FIG.

(실시예 1) (Example 1)

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

아세틸렌블랙계 카본분말에 평균 입자지름 약 30Å의 백금입자를 25중량% 담지하여 캐소드촉매를, 또한, 아세틸렌블랙계 카본분말에 평균 입자지름 약 30Å의 백금-루테늄 합금입자를 25중량% 담지하여 애노드촉매를 각각 제작하였다. 이들 촉매분말을 이소프로판올에 분산시켜, 이것을 퍼플루오르카본술폰산 분말의 에틸알콜분산액{아사히그라스(주)제 프레미온(등록상표)}에 혼합하여 페이스트 상태의 잉크를 조제하였다. 이들 잉크를 원료로 하여 스크린인쇄법을 사용하여 두께 250㎛의 카본부직포{도오레(주) 코드번호 TGP-H-090}의 한쪽 면에 도포하여 각각 촉매층을 형성하였다. 이들 촉매층속에 포함되는 백금량은 0.3mg/cm2, 퍼플루오르카본술폰산의 양은 1.2mg/cm2로 하였다.25% by weight of platinum particles having an average particle diameter of about 30 kPa are supported on the acetylene black carbon powder, and 25% by weight of platinum-ruthenium alloy particles having an average particle diameter of about 30 kPa are supported on the anode. Each catalyst was produced. These catalyst powders were dispersed in isopropanol, and then mixed with an ethyl alcohol dispersion (premione (manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.)) of perfluorocarbon sulfonic acid powder to prepare a paste ink. Using these inks as a raw material, a screen layer was applied to one surface of a carbon nonwoven fabric having a thickness of 250 µm (Toray Co., Ltd. Code No. TGP-H-090) to form a catalyst layer, respectively. The amount of platinum contained in these catalyst layers was 0.3 mg / cm 2 , and the amount of perfluorocarbonsulfonic acid was 1.2 mg / cm 2 .

상기한 바와 같이 카본부직포에 촉매층을 형성하여 제작한 캐소드 및 애노드를, 전극보다 한 둘레 큰 면적을 가진 수소이온전도성 고분자전해질막{미국듀퐁사제 나피온112(등록상표)}의 중심부의 양면에, 각각의 촉매층이 전해질막에 접하도록 핫 프레스에 의해서 접합하였다. 전극의 바깥 둘레부에 노출하고 있는 전해질막 부분에는, 두께 250㎛의 불소계 고무시트로 이루어지는 가스켓을 핫 프레스에 의해서 접합하였다. 이렇게 해서 전해질막전극접합체(MEA)를 제작하였다. 고분자전해질막에는, 퍼플루오르카본술폰산을 30㎛의 두께로 박막화한 것을 사용하였다. Cathodes and anodes formed by forming a catalyst layer on a carbon nonwoven fabric as described above are formed on both sides of the center portion of a hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane (Nafion 112 (trademark) manufactured by DuPont, USA) having an area around the electrode. Each catalyst layer was bonded by hot press so as to contact the electrolyte membrane. A gasket made of a fluorine-based rubber sheet having a thickness of 250 µm was bonded to the electrolyte membrane portion exposed to the outer peripheral portion of the electrode by hot pressing. Thus, an electrolyte membrane electrode assembly (MEA) was produced. As the polymer electrolyte membrane, a thin film of perfluorocarbon sulfonic acid having a thickness of 30 μm was used.

도전성 세퍼레이터는, 두께 3mm의 등방성 흑연재에 기계가공에 의해서 가스유로 및 매니폴드 구멍을 형성한 것으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같은 구조인 것이다. 각 가스유로의 홈 폭은 2mm, 깊이는 1mm, 홈 사이의 리브 폭은 1mm로 하여, 각각 1개 패스의 가스유로홈 구성으로 하였다. 또한, 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 가스유로에 대응하여 냉각수의 유로도 분할하였다. The conductive separator is formed by forming a gas flow path and a manifold hole in an isotropic graphite material having a thickness of 3 mm, and has a structure as shown in FIGS. 1 and 2. The groove width of each gas flow path was 2 mm, the depth was 1 mm, and the rib width between grooves was 1 mm, and the gas flow path groove structure of one pass was set, respectively. In addition, although not shown in FIG. 1 and FIG. 2, the flow path of the cooling water was also divided corresponding to the gas flow path.

다음에, 상기 도전성 세퍼레이터와 MEA를 교대로 적층하여, 50셀이 적층된 도 4와 같은 고분자전해질형 연료전지를 조립하였다. 집전판은, 표면에 금도금한 구리판, 절연판은 폴리페닐렌설파이드판, 끝단판은 스텐레스강제를 각각 사용하였다. 적층전지의 체결압력은, 전극의 면적당 10kgf/cm2로 하고, 도 1에 나타낸 세퍼레이터의 상부가 위가 되도록 적층전지를 구성하였다.Next, the conductive separator and the MEA were alternately stacked to fabricate a polymer electrolyte fuel cell as shown in FIG. 4 in which 50 cells were stacked. The current collector plate was a copper plate gold-plated on the surface, a polyphenylene sulfide plate was used for the insulating plate, and stainless steel was used for the end plate. The clamping pressure of the laminated battery was 10 kgf / cm 2 per electrode area, and the laminated battery was configured so that the upper part of the separator shown in FIG. 1 was upward.

이 전지의 정격운전조건은, 연료이용율 75%, 산소이용율 40%, 전류밀도 0.3A/cm2이다.The rated operating conditions of this battery are 75% fuel utilization, 40% oxygen utilization, and 0.3 A / cm 2 current density.

이와 같이 제작한 본 실시예의 고체고분자형연료전지를 70℃로 유지하고, 애노드에는 70℃의 노점이 되도록 가습·가온한 연료가스를, 캐소드에는 70℃의 노점이 되도록 가습·가온한 공기를 각각 공급하였다. 연료가스는, 수소가스 80%, 이산화탄소 20% 및 일산화탄소 10ppm으로 이루어진다. The solid polymer fuel cell of the present embodiment thus prepared was maintained at 70 ° C, humidified and warmed fuel gas to a dew point of 70 ° C on the anode, and humidified and warmed air to a dew point of 70 ° C on the cathode, respectively. Supplied. The fuel gas consists of 80% of hydrogen gas, 20% of carbon dioxide, and 10 ppm of carbon monoxide.

이 전지를 정격의 25%의 저부하가 되는 전류밀도 0.075A/cm2로부터 정격부하가 되는 0.3A/cm2까지 전류밀도를 변화시켜 전류-전압특성을 평가하였다. 단, 시험중의 이용률은 정격조건과 동등하게 하였다. 그 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에는, 비교를 위해, 종래의 고분자 전해질형 연료전지, 즉 1개 패스의 가스유로홈 구성의 세퍼레이터를 사용한 비교예 1의 전지의 특성도 병기하였다. 본 실시예에서는 0.15A/cm2 이하를 직렬유로, 0.15A/cm2 이상을 병렬유로로 전환하여 시험을 행하였다.The current-voltage characteristics were evaluated by varying the current density from 0.075 A / cm 2 at a low load of 25% of the rated voltage to 0.3 A / cm 2 at a rated load. However, the utilization rate during the test was made equal to the rated condition. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the characteristics of the conventional polymer electrolyte fuel cell, that is, the battery of Comparative Example 1 using a separator having a one-pass gas flow groove configuration, are also described for comparison. In the present embodiment, by switching the more than 0.15A / cm 2 in series flow path, 0.15A / cm 2 or more parallel flow path was subjected to the test.

도 6으로부터, 본 실시예의 고분자전해질형 연료전지는, 비교예 1의 전지에서는 가스유속의 저하에 의해서 플러딩이 발생하고, 운전이 곤란하였던 0.075A/cm2부근에서도 플러딩이 발생하지 않고, 안정된 운전을 할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 2개의 독립된 유로를 사용한 경우를 나타내었지만, 각 유로의 압력손실이 같으면, 3개 이상의 독립된 유로를 가진 구성으로 하는 것도 가능하다.6, in the polymer electrolyte fuel cell of this example, flooding occurred due to a decrease in gas flow rate in the battery of Comparative Example 1, and flooding did not occur even near 0.075 A / cm 2, which was difficult to operate, and thus stable operation. You can see that you can. Although the case where two independent flow paths were used in the present Example was shown, if the pressure loss of each flow path is the same, it can also be set as the structure which has three or more independent flow paths.

(실시예 2) (Example 2)

본 실시예에서는, 실시형태 2에 나타낸 바와 같이, 미스트 트랩(40)을 삽입한 것 외에는 실시예 1과 같은 전지를 제작하였다. 미스트 트랩(40)은, 시판의 기계식 미스트 트랩(Armstrong사제 1-LDC)을 사용하였다. 이 전지를 실시예 1과 같은 조건으로 전류-전압특성을 측정하였다. 여기서, 실시예 2에 있어서의 유로전체의 압력손실은 실시예 1에 있어서의 유로전체의 압력손실의 약 60%로 하여 설계하였다. 이 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7로부터, 실시예 2에 의하면, 낮은 압력손실로 안정된 전지출력을 얻을 수 있는 것이 확인되었다. In the present Example, as shown in Embodiment 2, the battery similar to Example 1 was produced except having inserted the mist trap 40. As the mist trap 40, a commercial mechanical mist trap (1-LDC manufactured by Armstrong) was used. This battery was measured for current-voltage characteristics under the same conditions as in Example 1. Here, the pressure loss of the whole flow path in Example 2 was designed as about 60% of the pressure loss of the whole flow path in Example 1. As shown in FIG. This result is shown in FIG. From Fig. 7, according to Example 2, it was confirmed that stable battery output can be obtained with low pressure loss.

(실시예 3) (Example 3)

세퍼레이터를 도 1과 같이 구성하고, 또한 도 1과 같이 배치되도록 전지를 설치하는 것이 바람직하다. 통상, 냉각수가 흐르는 방향에 의해서 셀면내의 온도분포는 결정되고, 가스입구부분의 온도를 낮게, 가스출구부분의 온도를 높게 하기 위해서, 냉각수와 가스가 흐르는 방향을 합치는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 출구부근에서 대량으로 발생하는 생성수를 순조롭게 배출할 수가 있다. 즉, 가스의 흐름 방향이 변화하면 온도분포와의 상관(相關)이 무너져, 보다 물이 막힘이 생기기 쉬운 상태가 된다. It is preferable to install a battery so that a separator is comprised like FIG. 1 and arrange | positioned as FIG. Normally, the temperature distribution in the cell surface is determined by the direction in which the cooling water flows, and in order to lower the temperature of the gas inlet part and to increase the temperature of the gas outlet part, it is preferable to combine the cooling water and the direction in which the gas flows. With such a configuration, it is possible to smoothly discharge the generated water generated in large quantities near the outlet. In other words, when the flow direction of the gas changes, the correlation with the temperature distribution is broken, and the water is more likely to be clogged.

여기서, 본 실시예에서는, 실시예 1과 같이, 세퍼레이터를 도 1과 같이 구성하고, 또한 도 1과 같이 배치되도록 전지를 설치하였다. 본 실시예에 의하면, 가스유로를 병렬로 전환했을 때에도, 가스의 흐름방향이 변화하지 않기 때문에, 항상 플러딩이 억제되어, 안정된 운전이 가능하다. Here, in the present embodiment, as in Example 1, the separator is configured as shown in FIG. 1, and the battery is installed so as to be arranged as shown in FIG. According to this embodiment, even when the gas flow paths are switched in parallel, since the flow direction of the gas does not change, flooding is always suppressed and stable operation is possible.

이 전지를 실시예 1과 같은 조건으로, 정격시의 1/2의 부하로 운전했을 때의 전압의 시간경과에 따른 변화를 도 8에 나타낸다. 도 8에는, 비교예 3으로서, 강제적으로 제 2 가스유로의 입구와 출구를 역전시켜, 중력에 역행하는 방향으로 가스를 흘렸을 때의 특성도 나타내고 있다. 도 8로부터, 항상 중력에 역행하지 않는 방향으로 가스를 흐르게 함에 따라, 용이하고 또한 확실하게 안정된 운전이 가능한 것을 알 수 있다. FIG. 8 shows changes in the voltage over time when the battery was operated under the same conditions as in Example 1 under a load of 1/2 at rated time. In FIG. 8, the comparative example 3 also shows the characteristic when the inlet and outlet of a 2nd gas flow path were forcibly reversed, and gas was flowed in the direction against gravity. It can be seen from FIG. 8 that the gas can be flowed in a direction that does not always counter gravity, thereby enabling easy and reliable operation.

<실시형태 3><Embodiment 3>

도 9 및 도 10은, 셀 A를 구성하기 위한 캐소드쪽 세퍼레이터(10A) 및 애노드쪽 세퍼레이터(20A)를 나타낸다. 세퍼레이터(10A)는, 산화제가스의 매니폴드 구멍(11A, 13A 및 15A) 및 연료가스의 매니폴드 구멍(12A, 14A 및 16A)를 가지며, 캐소드에 마주 향하는 면에 매니폴드 구멍(11A와 15A)을 연결하는 본 발명의 산화제가스 단위유로에 대응하는 가스유로(17A)를 가진다. 한편, 세퍼레이터(20A)는, 연료가스의 매니폴드 구멍(22A, 24A 및 26A) 및 산화제 가스의 매니폴드 구멍(21A, 23A 및 25A)을 가지며, 애노드에 마주 향하는 면에 매니폴드 구멍(22A와 26A)을 연결하는 본 발명의 연료가스 단위유로에 대응하는 가스유로(28A)를 가진다. 9 and 10 show a cathode-side separator 10A and an anode-side separator 20A for constituting cell A. As shown in FIG. The separator 10A has manifold holes 11A, 13A and 15A of the oxidant gas and manifold holes 12A, 14A and 16A of the fuel gas, and the manifold holes 11A and 15A on the surface facing the cathode. Has a gas flow passage 17A corresponding to the oxidant gas unit flow passage of the present invention. On the other hand, the separator 20A has the manifold holes 22A, 24A and 26A of the fuel gas and the manifold holes 21A, 23A and 25A of the oxidant gas, and the manifold holes 22A and the surface facing the anode. A gas flow path 28A corresponding to the fuel gas unit flow path of the present invention connecting 26A) is provided.

도 11 및 도 12는, 셀 B를 구성하기 위한 캐소드쪽 세퍼레이터(10B) 및 애노드쪽 세퍼레이터(20B)를 나타낸다. 세퍼레이터(10B)는, 산화제 가스의 매니폴드 구멍(11B, 13B 및 15B) 및 연료가스의 매니폴드 구멍(12B, 14B 및 16B)을 가지며, 캐소드에 마주 향하는 면에 매니폴드 구멍(13B와 15B)을 연결하는 본 발명의 산화제가스 단위유로에 대응하는 가스유로(17B)를 가진다. 한편, 세퍼레이터(20B)는, 연료가스의 매니폴드 구멍(22B, 24B 및 26B) 및 산화제 가스의 매니폴드 구멍(21B, 23B 및 25B)을 가지며, 애노드에 마주 향하는 면에 매니폴드 구멍(24B와 26B)을 연결하는 본 발명의 연료가스 단위유로에 대응하는 가스유로(28B)를 가진다. 여기서, 가스유로(17A), 가스유로(17B)는, 본 발명의 산화제가스 유로홈의 전부에서 형성되어 있고, 가스유로(28A), 가스유로(28B)는, 본 발명의 연료가스 유로홈의 전부에서 형성되어 있다. 11 and 12 show a cathode side separator 10B and an anode side separator 20B for constituting the cell B. As shown in FIG. The separator 10B has manifold holes 11B, 13B, and 15B of oxidant gas and manifold holes 12B, 14B, and 16B of fuel gas, and the manifold holes 13B and 15B on the surface facing the cathode. Has a gas flow passage 17B corresponding to the oxidant gas unit flow passage of the present invention. On the other hand, the separator 20B has the manifold holes 22B, 24B and 26B of the fuel gas and the manifold holes 21B, 23B and 25B of the oxidant gas, and the manifold holes 24B and the surface facing the anode. It has a gas flow path 28B corresponding to the fuel gas unit flow path of the present invention connecting 26B). Here, the gas flow path 17A and the gas flow path 17B are formed in all of the oxidant gas flow path grooves of the present invention, and the gas flow path 28A and the gas flow path 28B are formed in the fuel gas flow path grooves of the present invention. It is formed in all.

상기의 세퍼레이터에 조합되는 전해질막전극접합체(MEA)는, 세퍼레이터와 같은 사이즈의 고분자전해질막, 상기 전해질막을 끼운 한 쌍의 가스확산전극, 즉 캐소드 및 애노드 및 전극의 둘레가장자리부로부터 밀려나온 부분의 전해질막을 끼운 한 쌍의 가스켓으로 구성된다. The electrolyte membrane electrode assembly (MEA) combined with the separator includes a polymer electrolyte membrane having the same size as the separator, a pair of gas diffusion electrodes sandwiching the electrolyte membrane, that is, a portion pushed out from the peripheral edge of the cathode and the anode and the electrode. It consists of a pair of gaskets fitted with an electrolyte membrane.

이 MEA를 세퍼레이터(10A)와 (20A)로 끼워 셀 A를 구성하고, 마찬가지로 MEA를 세퍼레이터(10B와 20B)로 끼워 셀 B를 구성한다. This MEA is sandwiched between the separators 10A and 20A to form a cell A. Similarly, the MEA is sandwiched between the separators 10B and 20B to form a cell B.

상기의 셀 A와 셀 B를 교대로 적층하여 셀적층체를 구성한다. The cell A and the cell B are alternately stacked to form a cell stacked body.

도 17은 상기의 셀적층체를 사용한 고분자 전해질형 연료전지를 나타낸다. 셀적층체(130)는, 그 양 끝단에 집전판(131) 및 절연판(132)을 통해 끝단판(133)으로 끼워져, 볼트(도시하지 않음)에 의해 체결되어 있다. 한쪽의 끝단판에는, 세퍼레이터의 산화제가스용 매니폴드 구멍(11A, 11B, 21A 및 21B)에 연이어 통하는 매니폴드(101), 산화제가스용 매니폴드 구멍(13A, 13B, 23A 및 23B)에 연이어 통하는 매니폴드(3L), 연료가스용 매니폴드 구멍(12A, 12B, 22A, 및 22B)에 연이어 통하는 매니폴드(102) 및 연료가스용 매니폴드 구멍(14A, 14B, 24A, 및 24B)에 연이어 통하는 매니폴드(4L)가 부착되어 있다. 다른 쪽의 끝단판에는, 산화제가스용 매니폴드 구멍(13A, 13B, 23A 및 23B)에 연이어 통하는 매니폴드(3R), 연료가스용 매니폴드 구멍(14A, 14B, 24A, 및 24B)에 연이어 통하는 매니폴드(4R), 산화제가스용 매니폴드 구멍(15A, 15B, 25A 및 25B)에 연이어 통하는 매니폴드(105) 및 연료가스용 매니폴드 구멍(16A, 16B, 26A, 및 26B)에 연이어 통하는 매니폴드(106)가 부착되어 있다. FIG. 17 shows a polymer electrolyte fuel cell using the cell laminate. The cell laminated body 130 is fitted to the end plate 133 through the current collector plate 131 and the insulating plate 132 at both ends thereof, and fastened by bolts (not shown). One end plate communicates with the manifold 101 and the oxidant gas manifold holes 13A, 13B, 23A, and 23B which are connected to the oxidant gas manifold holes 11A, 11B, 21A, and 21B of the separator. Manifolds 3L connected in succession to the manifold holes 12A, 12B, 22A, and 22B for fuel gas, and in turn communicates with manifold holes 14A, 14B, 24A, and 24B for fuel gas. The manifold 4L is attached. The other end plate communicates with the manifold 3R, which communicates with the oxidant gas manifold holes 13A, 13B, 23A, and 23B, and the fuel gas manifold holes 14A, 14B, 24A, and 24B. Manifold 4R, a manifold 105 in communication with the oxidant gas manifold holes 15A, 15B, 25A, and 25B, and a manifold in communication with the fuel gas manifold holes 16A, 16B, 26A, and 26B. Fold 106 is attached.

이 고분자전해질형 연료전지를 운전할 때의 산화제가스 및 연료가스의 공급방법을 설명한다. A method of supplying oxidant gas and fuel gas when operating the polymer electrolyte fuel cell will be described.

먼저, 정격으로 운전할 때에는, 산화제가스, 연료가스 모두 셀 A 및 셀 B에 병렬로 공급하여 발전시킨다. 즉, 매니폴드(3R)를 닫고, 매니폴드(101) 및 매니폴드(3L)에 산화제 가스를 균등하게 공급한다. 이에 따라 세퍼레이터(10A)에는, 도 9에 나타낸 화살표와 같이, 산화제가스가, 매니폴드 구멍(11A)에서 가스유로(17A)를 흘러, 매니폴드 구멍(15A)으로부터 배출된다. 마찬가지로, 세퍼레이터(10B)에는, 도 11에 나타낸 화살표와 같이, 산화제 가스가, 매니폴드 구멍(13B)으로부터 가스유로(17B)를 흘러, 매니폴드 구멍(15B)으로부터 배출된다. 즉, 가스유로(17A) 및 가스유로(17B)는, 병렬로 연결되어, 산화제 가스가 2개의 유로에 동시에 공급된다. First, when operating at rated power, both oxidant gas and fuel gas are supplied to cells A and B in parallel to generate power. That is, the manifold 3R is closed and the oxidant gas is equally supplied to the manifold 101 and the manifold 3L. As a result, the oxidant gas flows through the gas flow passage 17A through the manifold hole 11A and discharges from the manifold hole 15A as shown by the arrow shown in FIG. 9. Similarly, the oxidant gas flows into the separator 10B through the gas flow passage 17B from the manifold hole 13B and discharges from the manifold hole 15B as shown by the arrow shown in FIG. 11. That is, the gas flow passage 17A and the gas flow passage 17B are connected in parallel, so that the oxidant gas is simultaneously supplied to the two flow passages.

한편, 매니폴드(4R)를 닫고, 매니폴드(102) 및 매니폴드(4L)에 연료가스를 균등하게 공급하면, 세퍼레이터(20A)에는, 도 10에 나타낸 화살표와 같이, 연료가스는, 매니폴드 구멍(22A)으로부터 가스유로(28A)를 흘러, 매니폴드 구멍(26A)으로부터 배출된다. 마찬가지로, 세퍼레이터(20B)에는, 도 12에 나타낸 화살표와 같이, 연료가스는, 매니폴드 구멍(24B)으로부터 가스유로(28B)를 흘러, 매니폴드 구멍(26B)에서 배출된다. 즉, 가스유로(28A) 및 가스유로(28B)는, 병렬로 연결되어, 연료가스가 2개의 유로에 동시에 공급된다. On the other hand, if the manifold 4R is closed and fuel gas is equally supplied to the manifold 102 and the manifold 4L, the separator 20A will have the fuel gas as shown by the arrow shown in FIG. The gas flow path 28A flows from the hole 22A and is discharged from the manifold hole 26A. Similarly, the fuel gas flows into the separator 20B as shown by the arrow shown in FIG. 12 from the manifold hole 24B through the gas flow path 28B, and is discharged from the manifold hole 26B. That is, the gas flow path 28A and the gas flow path 28B are connected in parallel, and fuel gas is supplied to two flow paths simultaneously.

상기한 바와 같이 하여, 셀 A 및 셀 B의 캐소드 및 애노드에 산화제가스 및 연료가스가 각각 병렬로 공급되어 발전한다. As described above, the oxidant gas and the fuel gas are respectively supplied in parallel to the cathode and the anode of the cell A and the cell B to generate electricity.

다음에, 정격의 1/2의 부하로 운전할 때에는, 매니폴드 구멍(3L, 4L, 5, 및 6)을 닫고, 매니폴드(101)에 산화제 가스를 공급하고, 매니폴드(102)에 연료가스를 공급한다. 산화제 가스 및 연료가스는, 이하에 설명하는 바와 같이, 각각 셀 A와 셀 B를 직렬로 흘러, 매니폴드(3R 및 4R)로부터 배출된다. Next, when operating at a load of 1/2 of the rated value, the manifold holes 3L, 4L, 5, and 6 are closed, the oxidant gas is supplied to the manifold 101, and the fuel gas is supplied to the manifold 102. To supply. As described below, the oxidant gas and the fuel gas flow in series with the cells A and B, respectively, and are discharged from the manifolds 3R and 4R.

매니폴드(101)에 공급되는 산화제가스는, 도 13의 화살표에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(10A)의 매니폴드 구멍(11a)에서 가스유로(17A)를 흘러, 매니폴드 구멍(15A)에 배출된다. 이어서, 도 15의 화살표에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(10B)의 매니폴드 구멍(15B)에 들어가고, 가스유로(17B)를 흘러, 매니폴드 구멍(13B)에서 배출된다. 즉, 가스유로(17A) 및 가스유로(17B)는, 직렬로 연결되어, 산화제가스가 2개의 유로에 차례로 공급된다. As shown by the arrow of FIG. 13, the oxidant gas supplied to the manifold 101 flows through the gas flow path 17A from the manifold hole 11a of the separator 10A, and is discharged | emitted to the manifold hole 15A. . Next, as shown by the arrow of FIG. 15, it enters the manifold hole 15B of the separator 10B, flows through the gas flow path 17B, and is discharged from the manifold hole 13B. That is, the gas flow passage 17A and the gas flow passage 17B are connected in series, and the oxidant gas is sequentially supplied to the two flow passages.

마찬가지로, 매니폴드(102)에 공급되는 연료가스는, 도 14의 화살표에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(20A)의 매니폴드 구멍(22A)에서 가스유로(28A)를 흘러, 매니폴드 구멍(26A)으로 배출된다. 이어서, 도 16의 화살표에 나타낸 바와 같이, 세퍼레이터(20B)의 매니폴드 구멍(26B)에 들어가고, 가스유로(28B)를 흘러, 매니폴드 구멍(24B)에서 배출된다. 즉, 가스유로(28A) 및 가스유로(28B)는, 직렬로 연결되어, 연료가스가 2개의 유로에 차례로 공급된다. Similarly, the fuel gas supplied to the manifold 102 flows through the gas flow path 28A from the manifold hole 22A of the separator 20A to the manifold hole 26A, as shown by the arrow of FIG. Discharged. Next, as shown by the arrow of FIG. 16, it enters the manifold hole 26B of the separator 20B, flows through the gas flow path 28B, and is discharged | emitted from the manifold hole 24B. That is, the gas flow path 28A and the gas flow path 28B are connected in series, and the fuel gas is sequentially supplied to the two flow paths.

본 실시형태의 고분자형 연료전지에 있어서는, 세퍼레이터에 설치되는 한 쌍의 매니폴드 구멍 중 입구쪽 매니폴드 구멍을 적어도 2개로 하여, 매니폴드 구멍으로의 가스의 공급을 적절히 바꿈에 따라, 저부하 운전시의 전지성능의 저하 혹은 불안정 현상을 회피하고 있다. In the polymer fuel cell of the present embodiment, at least two of the inlet manifold holes among the pair of manifold holes provided in the separator, the supply of gas to the manifold holes is appropriately changed, so that the low-load operation The degradation or instability of the battery performance is avoided.

즉, 고분자전해질막 및 이것을 끼운 애노드 및 캐소드로 이루어지는 전해질막전극접합체(MEA)를 끼운 세퍼레이터쌍을 적어도 2종류 준비한다. 제 1 세퍼레이터쌍에 끼워진 셀 A와 제 2 세퍼레이터쌍에 끼워진 셀 B를 포함하는 셀적층체를 구성하여, 셀 A에는 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍으로부터 가스를 공급하고, 셀 B에는 제 2 매니폴드 구멍으로부터 가스를 공급한다. 이에 따라, 셀 A와 셀 B에는 가스를 병렬로 공급할 수가 있다. 또한, 셀 A와 셀 B의 출구쪽 매니폴드 구멍을 직렬로 연결하여, 제 1 입구쪽 매니폴드 구멍으로부터 가스를 공급하면, 가스는 셀 A와 셀 B를 직렬로 흘러, 제 2 입구쪽 매니폴드 구멍으로부터 배출된다. That is, at least two types of separator pairs in which an electrolyte membrane electrode assembly (MEA) including a polymer electrolyte membrane and an anode and a cathode sandwiching the same are sandwiched are prepared. A cell stack comprising a cell A fitted to the first separator pair and a cell B fitted to the second separator pair is constructed, gas is supplied to the cell A from the first inlet manifold hole, and the cell B is supplied to the second manifold. Supply gas from the hole. Thereby, gas can be supplied to cell A and cell B in parallel. In addition, when the outlet manifold holes of the cell A and the cell B are connected in series, and gas is supplied from the first inlet manifold hole, the gas flows in the cell A and the cell B in series and the second inlet manifold Ejected from the hole.

이렇게 해서, 산화제가스 및 연료가스의 한쪽, 바람직하게는 양쪽을 셀 A와 셀 B와, 부하에 따라서 병렬 또는 직렬로 공급할 수 있고, 가스유로에 있어서의 가스유속을 부하에 관계없이 일정하게 할 수 있다. 이에 따라, 저부하 운전시에 전지성능이 저하하거나 불안정 현상이 생기거나 하는 것을 피할 수가 있다. In this way, one, preferably both, of the oxidant gas and the fuel gas can be supplied in parallel or in series with the cells A and B, depending on the load, and the gas flow rate in the gas flow path can be kept constant regardless of the load. have. As a result, it is possible to avoid deterioration of battery performance or unstable phenomenon during low load operation.

종래의 고분자전해질형 연료전지 세퍼레이터의 구조는, 연료가스 및 산화제가스의 각각의 가스는, 하나의 가스입구쪽 매니폴드로부터 세퍼레이터의 가스유로에 공급되고, 하나의 가스출구쪽 매니폴드를 통해 배출되는 구성이었다. 연료전지 발전시스템의 상품성을 높이기 위해서는, 전력수요에 따른 연료전지의 부하를, 발전효율을 저하시키지 않고 변동시키는 것이 요구된다. 그를 위해서는, 정격출력에 대하여 부하를 증가시키는 경우에는, 그에 적합한 유량으로 연료가스 및 산화제가스의 유량을 증대시키고, 정격출력에 대하여 부하를 감소시키는 경우에는, 그에 적합한 유량으로 연료가스 및 산화제가스의 유량을 감소시켜 운전할 수 있는 것이 바람직하다. In the structure of a conventional polymer electrolyte fuel cell separator, each gas of fuel gas and oxidant gas is supplied from one gas inlet manifold to the gas passage of the separator and discharged through one gas outlet manifold. It was a composition. In order to increase the commercialization of the fuel cell power generation system, it is required to vary the load of the fuel cell in accordance with electric power demand without lowering the generation efficiency. For this purpose, when the load is increased with respect to the rated output, the flow rate of fuel gas and oxidant gas is increased at a flow rate suitable for that, and when the load is decreased with respect to the rated output, It is desirable to be able to operate by reducing the flow rate.

통상, 연료전지에 사용되는 도전성 세퍼레이터에 설치된 가스유로는, 정격출력에 있어서 가장 적합한 가스유속이 되도록 설계되어 있다. 따라서, 전력부하를 증대시킨 경우에는, 가스유량의 증대에 따라 가스유로의 가스유속이 증대하고, 전력부하를 감소시키는 경우에는, 가스유량의 감소에 따라 가스유로의 가스유속이 감소한다. 가스유로의 가스유속이 증대한 경우에는, 공급가스의 압력손실이 증대하기 때문에, 보조기계동력의 증대에 의해 발전효율이 약간은 저하하지만, 가스유로의 가스유속이 증대하기 때문에, 세퍼레이터 가스유로내의 결로수나 생성수는 오히려 효율적으로 제거할 수 있어서, 플러딩 현상이 발생하는 경우는 없다. 그러나, 전력부하를 감소시키는 경우에는, 가스유량의 감소에 따라 가스유로의 가스유속도 감소한다. 가스유로의 가스유속이 감소한 경우에는, 유속의 감소정도에 의해서, 세퍼레이터의 가스유로내의 결로수나 생성수를 효율적으로 제거하는 것이 곤란하게 되어, 플러딩 현상이 발생한다. 이 때, 전력부하를 감소하였음에도 불구하고, 공급가스유량을 감소시키지 않으면, 발전출력에 대한 보조기계동력의 비율이 상대적으로 커져, 발전시스템전체에서의 발전효율이 저하한다. Usually, the gas flow path provided in the electroconductive separator used for a fuel cell is designed so that it may become the most suitable gas flow rate in a rated output. Therefore, when the electric power load is increased, the gas flow rate in the gas flow path increases with the increase of the gas flow rate, and when the electric power load is reduced, the gas flow rate in the gas flow path decreases as the gas flow rate decreases. When the gas flow rate in the gas flow path increases, the pressure loss of the supply gas increases, so that the power generation efficiency decreases slightly due to the increase in auxiliary machinery power, but the gas flow rate in the gas flow path increases, so that the gas flow rate in the separator gas flow path increases. The dew condensation water and the generated water can be removed efficiently, so that no flooding phenomenon occurs. However, in the case of reducing the power load, the gas flow rate in the gas flow path decreases with the decrease in the gas flow rate. When the gas flow rate in the gas flow path is decreased, it is difficult to efficiently remove condensation water and generated water in the gas flow path of the separator due to the degree of decrease in the flow rate, and a flooding phenomenon occurs. At this time, even if the power load is reduced, if the supply gas flow rate is not reduced, the ratio of the auxiliary machinery power to the power generation output is relatively large, and the power generation efficiency of the power generation system as a whole is lowered.

본 발명은, 상기한 바와 같이, 다른 입구쪽 매니폴드 구멍을 가진 셀에의 가스의 공급을 매니폴드를 통해 직렬 및 병렬로 전환함으로써, 특히 저부하 운전시에도 플러딩이 일어나지 않는 고분자전해질형 연료전지를 실현하는 것이다. 예를 들면, 최고부하 발전출력과 최저부하 발전출력의 비를 2대 1로 하는 경우, 가스입구쪽 매니폴드를 2개 설치하여, 제 1 매니폴드에 연결되는 가스유로의 셀 A와 제 2 매니폴드에 연결되는 가스유로의 셀 B를 교대로 적층한다. 그리고, 고부하 발전시에는 제 1 및 제 2 가스입구쪽 매니폴드에 병렬로 가스를 공급한다. 또한, 최저부하 운전시에는 제 1 가스입구쪽 매니폴드로부터 가스를 공급하고, 제 2 가스입구쪽 매니폴드는 출구로서 사용하여, 고부하 발전시에 출구이던 매니폴드를 세퍼레이터 외부에서 배관을 사용하여 닫는 것에 의해, 셀을 직렬로 이어 가스를 공급한다. 이에 따라서, 부하변동시에도 모든 가스유로에 있어서 동일한 가스유속을 유지할 수 있다. As described above, the present invention provides a polymer electrolyte fuel cell in which gas supply to a cell having a different inlet manifold hole is switched in series and in parallel through a manifold, so that flooding does not occur, especially during low load operation. To realize that. For example, when the ratio between the highest load generation output and the lowest load generation output is two to one, two gas inlet side manifolds are provided, and the cell A and the second manifold of the gas flow path connected to the first manifold are provided. The cells B connected to the folds are alternately stacked. At the time of high load power generation, gas is supplied in parallel to the first and second gas inlet side manifolds. In addition, the gas is supplied from the first gas inlet manifold at the minimum load operation, the second gas inlet manifold is used as the outlet, and the manifold which is the outlet at high load power generation is closed using a pipe outside the separator. Thereby, the cells are supplied in series and gas is supplied. As a result, the same gas flow rate can be maintained in all gas flow paths even during load fluctuations.

가스유로를 직렬로 접속하는 경우, 각 가스유로의 접속은 독립한 매니폴드 구멍을 세퍼레이터 외부에서 배관을 사용하여 접속함으로써, 중간의 매니폴드 구멍에 있어서 결로한 응축수를 세퍼레이터 외부로 배출하는 것이 가능해져, 하류의 유로에 응축수가 공급되지 않기 때문에, 더욱 안정된 운전이 가능하다. When the gas flow paths are connected in series, each gas flow path is connected to an independent manifold hole by using a pipe from outside the separator, whereby condensed water condensed at the intermediate manifold hole can be discharged to the outside of the separator. Since condensed water is not supplied to the downstream flow path, more stable operation is possible.

또한, 매니폴드 구멍의 접속부분에 미스트 트랩을 삽입함으로써, 응축수의 배출을 보다 확실하게 하는 것이 가능해진다. 이 때, 매니폴드를 통해 직렬이 되는 셀은 인접하여 배치되어 있는 것이 바람직하다. In addition, by inserting a mist trap into the connection portion of the manifold hole, it becomes possible to more surely discharge the condensate. At this time, cells in series through the manifold are preferably arranged adjacent to each other.

이들에 의해, 특히 저부하 운전시에도 플러딩이 일어나지 않는 고분자 전해질형 연료전지를 실현할 수가 있다. By these means, it is possible to realize a polymer electrolyte fuel cell in which flooding does not occur, especially during low load operation.

또한, 고부하 운전시에 있어서는, 상기의 설명과 같이, 각 가스유로를 흐르는 가스의 방향은, 중력에 역행하지 않는 방향이기 때문에, 플러딩의 발생은 더욱 억제된다. 그러나, 저부하 운전시에 있어서는, 도 15, 16에 나타낸 바와 같이 각 가스유로를 흐르는 가스의 방향은, 중력에 역행하는 방향을 포함하는 경우가 있다. 따라서, 그 의미에서는, 플러딩이 발생할 가능성이 있지만, 실제의 시스템의 운전상황에서는, 상술한 바와 같이 정격부하에서의 운전시간이 부분부하에서의 운전시간보다도 길기 때문에, 문제가 되는 레벨이 아니다. In the case of the high load operation, as described above, the direction of the gas flowing through each gas flow path is a direction that does not reverse to gravity, so that the occurrence of flooding is further suppressed. However, at the time of low load operation, as shown to FIG. 15, 16, the direction of the gas which flows through each gas flow path may contain the direction which goes against gravity. Therefore, in the sense, there is a possibility that flooding may occur, but in the actual system operation situation, since the operation time at the rated load is longer than the operation time at the partial load as described above, this is not a problem level.

또, 본 실시형태의 설명에 있어서는, 셀 A 및 셀 B와 2종류의 셀을 적층하는 구성이지만, 3종류 이상의 셀이 적층되더라도 좋다. 즉, 정격부하일 때에는, 각 셀에 형성되는 가스 단위유로에 동시에 가스를 입력하고, 부분부하일 때에는, 부하의 크기에 따라서 각 가스 단위유로의 적어도 어느 하나를 직렬로 연결하여 차례로 가스를 입력하더라도 좋다. In addition, in description of this embodiment, although it is the structure which laminates cell A and the cell B, and two types of cells, three or more types of cells may be laminated | stacked. That is, at the rated load, the gas is simultaneously input to the gas unit flow paths formed in each cell, and at the partial load, at least one of each gas unit flow path is connected in series according to the magnitude of the load, and gas is sequentially input. good.

이 때, 산화제가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 각 산화제가스 단위유로에 있어서의 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되면 좋다. 그리고, 연료가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 각 연료가스 단위유로에 있어서의 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되면 좋다. At this time, when the oxidant gas unit flow paths are connected in series, other than the inlet oxidant gas manifold connected to the inlet of the oxidant gas flow path groove and the outlet oxidant gas manifold connected to the outlet of the oxidant gas flow path groove, The inlet oxidant gas manifold and the outlet oxidant gas manifold in each oxidant gas unit flow path may be connected. When the fuel gas unit flow paths are connected in series, each of the fuel gas manifolds other than the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas channel groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas channel groove is The inlet fuel gas manifold and the outlet fuel gas manifold in the fuel gas unit flow passage may be connected.

<실시형태 4><Embodiment 4>

본 실시형태에 있어서의 고분자전해질형 연료전지의 전체 구성을 도 18에 나타낸다. 실시형태 3과 다른 부분은, 각 매니폴드의 배관에 밸브를 설치한 것이다. 산화제 가스의 입구쪽 매니폴드(101) 및 매니폴드(3L)는 각각 밸브(V2 및 V1)를 통해 1개의 산화제가스 공급파이프에 연결되어 있다. 산화제 가스의 입구쪽 매니폴드(3R)에는 밸브(V5)를, 출구쪽 매니폴드(105)에는 밸브(V8)를 각각 설치하고 있다. 연료가스의 입구쪽 매니폴드(102) 및 매니폴드(4L)는 각각 밸브(V4 및 V3)를 통해 1개의 연료가스 공급파이프에 연결하고, 연료가스의 입구쪽 매니폴드(4R)에는 밸브(V6)를, 출구쪽 매니폴드(106)에는 밸브(V7)를 각각 설치하고 있다. 그리고, 각 밸브는, 제어기(300)에 접속되어 있다. The overall structure of the polymer electrolyte fuel cell in the present embodiment is shown in FIG. The part different from Embodiment 3 is a valve provided in the piping of each manifold. The inlet manifold 101 and manifold 3L of the oxidant gas are connected to one oxidant gas supply pipe through valves V2 and V1, respectively. The valve V5 is provided in the inlet manifold 3R of the oxidant gas, and the valve V8 is provided in the outlet manifold 105, respectively. The inlet manifold 102 and the manifold 4L of the fuel gas are connected to one fuel gas supply pipe through valves V4 and V3, respectively, and the valve V6 is connected to the inlet manifold 4R of the fuel gas. ), The valve V7 is provided at the outlet manifold 106, respectively. Each valve is connected to the controller 300.

이러한 구성에 의하면, 셀 A와 셀 B에 산화제 가스를 병렬로 공급할 때, 제어기(300)는, 밸브(V1, V2 및 V8)를 여는 동시에 밸브(V5)를 닫고, 매니폴드(101) 및 매니폴드(3L)로부터 각각 산화제 가스를 공급하여, 매니폴드(105)로부터 배출한다. 마찬가지로, 밸브(V3, V4) 및 밸브(V7)를 여는 동시에 밸브(V6)를 닫고, 연료가스를 매니폴드(102) 및 매니폴드(4L)로부터 공급하여, 매니폴드(106)로부터 배출한다. According to this configuration, when the oxidant gas is supplied to the cells A and B in parallel, the controller 300 opens the valves V1, V2 and V8 and simultaneously closes the valve V5, and the manifold 101 and the manifold. The oxidant gas is supplied from the fold 3L, respectively, and discharged from the manifold 105. Similarly, the valves V3 and V4 and V7 are opened, the valve V6 is closed, and the fuel gas is supplied from the manifold 102 and the manifold 4L and discharged from the manifold 106.

한편, 셀 A와 셀 B에 산화제가스를 직렬로 공급할 때, 제어기(300)는, 밸브(V2 및 V5)를 여는 동시에 밸브(V7 및 V8)를 닫고, 산화제 가스를 매니폴드(101)로부터 공급하고, 매니폴드(3R)로부터 배출한다. 또한, 밸브(V4) 및 밸브(V6)를 여는 동시에 밸브(V3) 및 밸브(V7)를 닫고, 연료가스를 매니폴드(102)로부터 공급하고, 매니폴드(4R)로부터 배출한다. 이와 같이, 발전출력의 변경에 따라서, 각 가스유로에 물이 체류하지 않는 가스속도를 유지하도록, 각 가스유로의 병렬연결 및 직렬연결이 변경된다. On the other hand, when supplying the oxidant gas to the cells A and B in series, the controller 300 opens the valves V2 and V5, closes the valves V7 and V8, and supplies the oxidant gas from the manifold 101. And discharge from the manifold 3R. In addition, the valve V4 and the valve V6 are opened, the valve V3 and the valve V7 are closed, the fuel gas is supplied from the manifold 102, and discharged from the manifold 4R. In this way, in accordance with the change in the power generation output, the parallel connection and the series connection to each gas channel are changed to maintain the gas velocity at which water does not stay in each gas channel.

상기의 실시형태 3, 4에 있어서는, 각 세퍼레이터는 각각 단일한 것을 사용하였지만, 한쪽 면이 캐소드쪽 세퍼레이터로서 기능하고, 그 이면이 애노드쪽 세퍼레이터로서 기능하는 세퍼레이터로 할 수도 있다. 예를 들면, 셀 A와 셀 B를 인접하여 배열할 때에는, 셀 A의 캐소드쪽 세퍼레이터의 이면을 셀 B의 애노드쪽 세퍼레이터로 한다. 또한, 상기의 실시형태에 있어서는, 설명의 편의상 셀을 냉각하기 위한 냉각수의 매니폴드 구멍을 생략하고 있다. 냉각부는, 통상 캐소드쪽 세퍼레이터와 애노드쪽 세퍼레이터가 마주 향하는 면에 냉각수의 유로를 형성함으로써 구성된다. 이 냉각부는, 각 셀마다 또는 2∼3셀마다 설치된다. In above-mentioned Embodiment 3, 4, although each separator used a single thing, it can also be set as the separator which one side functions as a cathode side separator, and the back side functions as an anode side separator. For example, when cell A and cell B are arranged adjacently, the back surface of the cathode side separator of cell A is made into the anode side separator of cell B. As shown in FIG. In addition, in said embodiment, the manifold hole of the cooling water for cooling a cell is abbreviate | omitted for convenience of description. The cooling unit is usually formed by forming a flow path of cooling water on a surface of the cathode separator and the anode separator facing each other. This cooling unit is provided for each cell or every 2 to 3 cells.

(실시예 4) (Example 4)

이하, 본 실시형태 3, 4에 대응하는 실시예를 설명한다. Hereinafter, the Example corresponding to Embodiment 3, 4 is demonstrated.

아세틸렌블랙계 카본분말에, 평균 입자지름 약 30Å의 백금입자를 25중량% 담지하였다. 이것을 캐소드의 촉매로 하였다. 또한, 아세틸렌블랙계 카본분말에, 평균 입자지름 약 30Å의 백금-루테늄합금입자를 25중량% 담지하였다. 이것을 애노드의 촉매로 하였다. 이들 촉매분말의 이소프로판올분산액에, 퍼플루오르카본술폰산분말의 에틸알콜분산액을 혼합하여, 페이스트 상태로 하였다. 이들의 페이스트를 원료로 하여 스크린인쇄법을 사용하여, 두께 250㎛의 카본부직포의 한쪽 면에 도포, 건조하여 캐소드 촉매층 및 애노드 촉매층을 각각 형성하였다. 얻어진 촉매층속에 포함되는 백금량은 0.3mg/cm2, 퍼플로오로카본술폰의 양은 1.2mg/cm2로 하였다.The acetylene black carbon powder was loaded with 25% by weight of platinum particles having an average particle diameter of about 30 kPa. This was used as a catalyst for the cathode. In addition, 25 weight% of platinum-ruthenium alloy particles with an average particle diameter of about 30 kPa were supported on the acetylene black carbon powder. This was used as a catalyst for the anode. The isopropanol dispersion of these catalyst powders was mixed with ethyl alcohol dispersion of perfluorocarbon sulfonic acid powder to obtain a paste state. Using these pastes as a raw material, the screen printing method was used to apply and dry one surface of a carbon nonwoven fabric having a thickness of 250 µm to form a cathode catalyst layer and an anode catalyst layer, respectively. The amount of platinum contained in the obtained catalyst layer was 0.3 mg / cm 2 and the amount of perfluorocarbon sulfone was 1.2 mg / cm 2 .

이들 촉매층을 가진 카본부직포로 이루어지는 전극은, 촉매재료 이외의 구성은 캐소드·애노드 음극 모두 동일한 구성이다. 이들 전극을, 전극보다 한 둘레 큰 면적을 가진 수소이온전도성 고분자전해질막의 중심부의 양면에, 인쇄한 촉매층이 전해질막쪽에 접하도록 핫 프레스에 의해서 접합하였다. 더욱 두께 250㎛의 엘라스토머(듀퐁사의 바이톤 AP, 경도 500)의 시트를 소정의 크기로 오려낸 가스켓을, 상술의 전극의 바깥둘레부에서 노출하는 전해질막의 양면에 배치하여, 핫 프레스에 의해서 접합 일체화시키고, 이렇게 해서 MEA를 제작하였다. 수소이온전도성 고분자전해질로서, 두께 30㎛의 퍼플루오르카본술폰산의 얇은 막을 사용하였다. As for the electrode which consists of carbon nonwoven fabric which has these catalyst layers, the structure other than a catalyst material is the same in both a cathode and an anode cathode. These electrodes were joined by hot press to both surfaces of the central portion of the hydrogen ion conductive polymer electrolyte membrane having an area larger than the electrode so that the printed catalyst layer was in contact with the electrolyte membrane side. Furthermore, the gasket which cut out the sheet | seat of the 250-micrometer-thick elastomer (Biton AP of Dupont, hardness 500) to predetermined size is arrange | positioned on both surfaces of the electrolyte membrane which exposes from the outer periphery of the above-mentioned electrode, and is bonded by hot press. Integral and thus, MEA was produced. As the hydrogen ion conductive polymer electrolyte, a thin membrane of perfluorocarbonsulfonic acid having a thickness of 30 µm was used.

본 실시예에서는, 도 9∼도 12에 나타낸 세퍼레이터(10A, 10B, 20A 및 20B)를 사용하였다. 이들 세퍼레이터는, 두께 3mm의 등방성 흑연판에 기계가공에 의해서 가스유로 및 매니폴드 구멍을 형성하였다. 가스유로의 홈 폭은 2mm, 깊이는 1mm, 가스유로 사이의 리브의 폭은 1m으로 하고, 가스유로는 모두 1개 패스로 하였다. In this embodiment, the separators 10A, 10B, 20A, and 20B shown in Figs. 9 to 12 were used. These separators formed gas flow paths and manifold holes by machining on an isotropic graphite plate having a thickness of 3 mm. The groove width of the gas flow path was 2 mm, the depth was 1 mm, the width of the ribs between the gas flow paths was 1 m, and the gas flow paths were all one pass.

상기의 MEA에 캐소드쪽 세퍼레이터(10A)와 애노드쪽 세퍼레이터(20A)를 조합한 셀 A와, MEA에 캐소드쪽 세퍼레이터(10B)와 애노드쪽 세퍼레이터(20B)를 조합한 셀 B를 교대로 적층하여 50셀의 셀적층체를 구성하였다. 셀적층체는, 금도금한 구리판으로 이루어지는 집전판과 폴리페닐렌설파이드제의 절연판을 통하여, 스텐레스강제의 끝단판으로 끼우고, 양 끝단판은 체결 로드로 체결하였다. 체결압력은 전극의 면적당 10kgf/cm2로 하였다. 또한, 각 도면에서 나타낸 바와 같이 세퍼레이터의 상부가 위가 되도록 적층전지를 구성하였다.Cell A, in which the cathode-side separator 10A and the anode-side separator 20A are combined with the MEA, and cell B, in which the cathode-side separator 10B and the anode-side separator 20B are combined with each other, are alternately stacked. The cell stack of the cell was constructed. The cell laminated body was sandwiched by a stainless steel end plate through a current collector plate made of gold plated copper plate and an insulating plate made of polyphenylene sulfide, and both end plates were fastened with a fastening rod. The clamping pressure was 10 kgf / cm 2 per electrode area. Moreover, as shown in each figure, the laminated battery was comprised so that the upper part of a separator might turn up.

다음에, 이 셀적층체를 사용한 전지의 실제의 운전방법에 대하여 설명한다. 앞서의 실시형태에서 설명한 바와 같이, 전지를 정격조건으로 운전할 때에는, 산화제가스, 연료가스 모두 셀 A와 셀 B에 병렬로 공급하였다. 또한, 정격에 대하여 50% 이하의 저부하 운전에서는, 산화제를 셀 A와 셀 B에 직렬로 공급하고, 연료가스도 셀 A와 셀 B에 직렬로 공급하였다. 이 전지의 정격운전조건은, 연료이용율 75%, 산소이용율 40%, 전류밀도0.3A/cm2이다.Next, the actual operation method of the battery using this cell laminated body is demonstrated. As described in the above embodiment, when the battery was operated under the rated conditions, both the oxidant gas and the fuel gas were supplied to the cells A and B in parallel. In the low load operation of 50% or less with respect to the rating, the oxidant was supplied in series to the cells A and B, and the fuel gas was also supplied to the cells A and B in series. The rated operating conditions of this battery are 75% fuel utilization, 40% oxygen utilization, and 0.3 A / cm 2 current density.

이 고분자전해질형 연료전지를 70℃로 유지하여, 애노드에 70℃의 노점이 되도록 가습·가온한 수소주체의 가스(80% 수소가스/20% 이산화탄소/10ppm 일산화탄소)를, 캐소드에 70℃의 노점이 되도록 가습·가온한 공기를 각각 공급하였다. 이 전지를 정격의 25%의 저부하가 되는 전류밀도0.075A/cm2로부터 정격부하가 되는 0.3A/cm2까지 전류밀도를 변화시켜 전류-전압특성을 평가하였다. 단지, 시험중의 이용률은 정격조건과 동등하게 하였다. 그 결과를 도 19에 나타낸다. 도 19에는 비교를 위해, 종래의 고분자전해질형 연료전지, 즉 셀 A만을 적층한 전지의 특성도 병기하였다. 본 실시예에서는, 전류밀도 0.15A/cm2이하의 경우는 직렬유로로 전환하고, 0.15A/cm2이상의 경우는 병렬유로로 전환하여 시험을 하였다. 도 19로부터, 본 실시예에 의한 고분자전해질형 연료전지에서는, 종래의 전지에서는 가스유속의 저하에 의해서 플러딩이 발생하여 운전이 곤란하게 되어 있던 0.075A/cm2부근에서도 플러딩이 발생하지 않고, 안정적으로 운전되고 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는, 2종의 셀을 사용하였지만, 매니폴드를 증가시킴으로써 더욱 직렬 접속하는 셀의 종류를 늘리는 것도 가능하다.The polymer electrolyte fuel cell was maintained at 70 ° C., and a humidified and heated hydrogen main gas (80% hydrogen gas / 20% carbon dioxide / 10 ppm carbon monoxide) was heated at 70 ° C. to the anode, and a dew point of 70 ° C. was applied to the cathode. Humidified and warm air was supplied, respectively. The current-voltage characteristics were evaluated by varying the current density from 0.075 A / cm 2 at a low load of 25% of the rated voltage to 0.3 A / cm 2 at a rated load. However, the utilization during the test was equal to the rated condition. The result is shown in FIG. 19, the characteristics of the conventional polymer electrolyte fuel cell, that is, a cell in which only cell A is stacked are also described for comparison. In this embodiment, in the case of a current density of 0.15A / cm 2 or less is converted into a serial flow path, 0.15A / cm 2 or more, the test was converted to a parallel flow path. From FIG. 19, in the polymer electrolyte fuel cell according to the present embodiment, flooding occurs due to a decrease in gas flow rate in a conventional battery, and flooding does not occur even near 0.075 A / cm 2 , which is difficult to operate. You can see that it is driving. In this embodiment, two kinds of cells are used, but it is also possible to increase the number of cells connected in series by increasing the manifold.

(실시예 5) (Example 5)

본 실시예에서는, 실시형태 4와 같이 배관에 밸브를 설치하였다. 밸브의 개폐에 의해, 가스의 공급을 전환하여, 실시예 1과 같은 시험을 하였다. 그 결과, 실시예 1과 동등한 성능을 얻을 수 있었다. In this example, a valve is provided in the pipe as in the fourth embodiment. By opening and closing the valve, the gas supply was switched to perform the same test as in Example 1. As a result, the performance equivalent to Example 1 was obtained.

또, 이상까지의 설명에 있어서, 실제의 시스템에서는, 각 가스유로의 입구쪽에는 가습기가 접속되고, 각 가스유로의 출구쪽에는 폐열 교환기가 접속되는 경우가 있다. In addition, in the above description, in an actual system, a humidifier is connected to the inlet of each gas flow path, and a waste heat exchanger may be connected to the outlet of each gas flow path.

또한, 이상까지의 설명에 있어서, 각 도면에 나타낸 각 세퍼레이터, 각 셀의 설치방향은, 도 1에 나타낸 방향과 같다. In addition, in the above description, the installation direction of each separator and each cell shown in each drawing is the same as the direction shown in FIG.

본 발명에 관한 고분자 전해질형 연료전지, 및 그 운전방법은, 저부하시에 있어서의 플러딩의 발생을 억제할 수 있고, 연료전지 코제너레이션시스템 등으로서 유용하다. The polymer electrolyte fuel cell and the operation method thereof according to the present invention can suppress the occurrence of flooding at low load and are useful as a fuel cell cogeneration system or the like.

Claims (9)

고분자전해질막, 상기 고분자전해질막을 끼운 애노드 및 캐소드, 상기 캐소드에 산화제 가스를 공급하는 산화제가스 유로홈을 가진 캐소드쪽 세퍼레이터, 및 상기 애노드에 연료가스를 공급하는 연료가스 유로홈을 가진 애노드쪽 세퍼레이터를 가진 셀이 적층된 셀적층체를 구비하고, An anode-side separator having a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, a cathode side separator having an oxidant gas flow groove for supplying an oxidant gas to the cathode, and a fuel gas flow groove for supplying fuel gas to the anode; It has a cell laminated body laminated | stacked the excitation cell, 상기 산화제가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 캐소드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 산화제가스 단위유로를 형성하고, A part or all of the oxidant gas flow path grooves form an oxidant gas unit flow path which is a flow path from the input to the cathode side separator to the output. 상기 연료가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 애노드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 연료가스 단위유로를 형성하며, A part or all of the fuel gas flow path grooves form a fuel gas unit flow path, which is a flow path from the anode side separator to the output, 상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 산화제가스 단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결가능하고, Two or more of the oxidant gas unit flow paths in the cell stacked body can be connected in parallel or in series, 상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 연료가스 단위유로가 병렬 또는 직렬로 연결가능한 고분자 전해질형 연료전지. A polymer electrolyte fuel cell in which two or more of said fuel gas unit flow paths in said cell stack are connected in parallel or in series. 제 1 항에 있어서, 그 발전출력의 변경에 대하여, 상기 산화제가스 유로홈을 통과하는 산화제 가스의 속도가 상기 산화제가스 유로홈내에 물이 체류하지 않는 속도를 유지하고, 상기 연료가스 유로홈을 통과하는 연료가스의 속도가 상기 연료가스 유로홈내에 물이 체류하지 않는 속도를 유지하도록 상기 병렬연결 또는 상기 직렬연결이 변경되는 고분자 전해질형 연료전지. 2. The flow rate of the oxidant gas passing through the oxidant gas flow path groove maintains the speed at which water does not stay in the oxidant gas flow path groove and changes through the fuel gas flow path groove. And the parallel connection or the series connection is changed so that the speed of the fuel gas is maintained so that water does not stay in the fuel gas flow path groove. 제 2 항에 있어서, 상기 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제가스 유로홈의 일부에서 형성되고, 상기 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스 유로홈의 일부에서 형성되고 있으며, The oxidant gas unit flow path is formed in a part of the oxidant gas flow path groove, and the fuel gas unit flow path is formed in a part of the fuel gas flow path groove. 상기 병렬로 연결되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제 가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되며, In the case of being connected in parallel, the plurality of oxidant gas unit flow paths formed in the cathode side separators are connected in parallel to each other so that the oxidant gas is supplied at the same time, and the plurality of fuels formed in the anode side separators. Gas unit flow passages are connected in parallel to each other so that the fuel gas is supplied at the same time, 상기 직렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 산화제가스 단위유로의 전부 또는 일부는, 상기 산화제 가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 복수의 연료가스 단위유로의 전부 또는 일부는, 상기 연료가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되는 고분자 전해질형 연료전지. When connected in series, all or part of the plurality of oxidant gas unit flow paths formed in each of the cathode side separators are connected to each other in series so that the oxidant gas is supplied in turn, and is formed in each of the anode side separators. All or a part of the plurality of fuel gas unit flow paths that are present, the polymer electrolyte fuel cell is connected in series with each other so that the fuel gas is sequentially supplied. 제 2 항에 있어서, 상기 산화제가스 단위유로는, 상기 산화제가스 유로홈의 전부에서 형성되고, 상기 연료가스 단위유로는, 상기 연료가스 유로홈의 전부에서 형성되어 있으며, The oxidant gas unit flow path is formed in all of the oxidant gas flow path grooves, and the fuel gas unit flow path is formed in all of the fuel gas flow path grooves. 상기 병렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 산화제가스 단위유로끼리는, 상기 산화제 가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에게 형성되어 있는 연료가스 단위유로끼리는, 상기 연료가스가 동시에 공급되도록 서로 병렬로 연결되며, When connected in parallel, the oxidant gas unit flow paths formed in the cathode-side separators are connected in parallel so that the oxidant gas is supplied simultaneously, and the fuel gas unit flow paths formed in the anode-side separators are connected to each other. Are connected in parallel to each other so that the fuel gas is supplied at the same time, 상기 직렬로 접속되는 경우는, 상기 각 캐소드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 산화제가스 단위유로의 전부 또는 일부끼리는, 상기 산화제 가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되고, 상기 각 애노드쪽 세퍼레이터에 형성되어 있는 연료가스 단위유로의 전부 또는 일부끼리는, 상기 연료가스가 차례로 공급되도록 서로 직렬로 연결되어 있는 고분자 전해질형 연료전지. In the case of being connected in series, all or part of the oxidant gas unit flow path formed in each of the cathode-side separators are connected in series so that the oxidant gas is sequentially supplied, and the fuel formed in each of the anode-side separators. A polymer electrolyte fuel cell in which all or part of gas unit flow passages are connected in series to each other so that the fuel gas is sequentially supplied. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 각 산화제가스 단위유로의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드와, 상기 각 산화제가스 단위유로의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드와, 상기 각 연료가스 단위유로의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드와, 상기 각 연료가스 단위유로의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드를 구비하고, The oxidant gas manifold according to claim 3 or 4, wherein the inlet oxidant gas manifold connected to the inlet of each of the oxidant gas unit flow passages, the outlet oxidant gas manifold connected to the outlet of each of the oxidant gas unit flow passages, An inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas unit flow passage, and an outlet fuel gas manifold connected to the outlets of the respective fuel gas unit flow passages, 상기 산화제가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 상기 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 상기 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되고, When the oxidant gas unit flow paths are connected in series, other than the inlet oxidant gas manifold connected to the inlet of the oxidant gas flow path groove and the outlet oxidant gas manifold connected to the outlet of the oxidant gas flow path groove, The inlet oxidant gas manifold and the outlet oxidant gas manifold, 상기 연료가스 단위유로끼리가 직렬로 연결하는 경우는, 상기 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 상기 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되는 고분자 전해질형 연료전지. When the fuel gas unit flow paths are connected in series, other than the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas flow path groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas flow path groove, A polymer electrolyte fuel cell in which an inlet fuel gas manifold and an outlet fuel gas manifold are connected. 제 5 항에 있어서, 상기 산화제가스 단위유로끼리 및 상기 연료가스 단위유로끼리의 직렬로의 또는 병렬로의 연결은, 상기 적층셀의 외부에 설치된 밸브를, 그 발전전력에 따라서 개폐함으로써 이루어지는 고분자 전해질형 연료전지. 6. The polymer electrolyte according to claim 5, wherein the oxidant gas unit flow paths and the fuel gas unit flow paths are connected in series or in parallel by opening and closing a valve provided outside the lamination cell in accordance with the power generation power. Fuel cell. 제 5 항에 있어서, 상기 산화제가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 산화제가스 매니폴드 및 상기 산화제가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 산화제가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 산화제가스 매니폴드와 출구쪽 산화제가스 매니폴드가 연결되는 부분, 및 상기 연료가스 유로홈의 입구에 접속되는 입구쪽 연료가스 매니폴드 및 상기 연료가스 유로홈의 출구에 접속되는 출구쪽 연료가스 매니폴드 이외의, 입구쪽 연료가스 매니폴드와 출구쪽 연료가스 매니폴드가 연결되는 부분에 미스트 트랩이 설치되어 있는 고분자 전해질형 연료전지. 6. An inlet oxidant gas manifold and an outlet according to claim 5, except for an inlet oxidant gas manifold connected to an inlet of the oxidant gas flow path groove and an outlet oxidant gas manifold connected to an outlet of the oxidant gas flow path groove. Inlet fuel other than the portion to which the oxidant gas manifold is connected, and the inlet fuel gas manifold connected to the inlet of the fuel gas flow path groove and the outlet fuel gas manifold connected to the outlet of the fuel gas flow path groove. A polymer electrolyte fuel cell in which a mist trap is installed at a portion where a gas manifold and an outlet fuel gas manifold are connected. 제 1 항에 있어서, 상기 산화제가스 단위유로끼리의 병렬의 연결은, 상기 산화제 가스가 흐르는 방향이 중력에 역행하지 않는 방향이 되도록 이루어지고, The parallel connection between the oxidant gas unit flow paths is made so that the direction in which the oxidant gas flows does not run against gravity. 상기 연료가스 단위유로끼리의 병렬의 연결은, 상기 연료가스가 흐르는 방향이 중력에 역행하지 않는 방향이 되도록 이루어지는 고분자 전해질막형 연료전지. The parallel connection between the fuel gas unit flow paths is such that the direction in which the fuel gas flows is a direction that does not counter gravity. 고분자전해질막, 상기 고분자전해질막을 끼운 애노드 및 캐소드, 상기 캐소드에 산화제 가스를 공급하는 산화제가스 유로를 가진 캐소드쪽 세퍼레이터 및 상기 애노드에 연료가스를 공급하는 연료가스 유로를 가진 애노드쪽 세퍼레이터를 가진 셀이 적층된 셀적층체를 구비하고, A cell having a polymer electrolyte membrane, an anode and a cathode sandwiching the polymer electrolyte membrane, a cathode side separator having an oxidant gas flow path for supplying an oxidant gas to the cathode, and an anode side separator having a fuel gas flow path for supplying fuel gas to the anode Having a stacked cell stack, 상기 산화제가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 캐소드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 산화제가스 단위유로를 형성하고, A part or all of the oxidant gas flow path grooves form an oxidant gas unit flow path which is a flow path from the input to the cathode side separator to the output. 상기 연료가스 유로홈의 일부 또는 전부는, 상기 애노드쪽 세퍼레이터에 입력되고 나서 출력되기까지의 유로인 연료가스 단위유로를 형성하고 있는 고분자전해질형 연료전지의 운전방법으로서, A part or all of the fuel gas flow path grooves is a method of operating a polymer electrolyte fuel cell in which a fuel gas unit flow path, which is a flow path inputted to the anode side separator and then outputted, is formed. 상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 산화제가스 단위유로를 병렬 또는 직렬로 연결하는 공정과, Connecting two or more of the oxidant gas unit flow paths in the cell stacked body in parallel or in series; 상기 셀적층체에 있어서의 2개 이상의 상기 연료가스 단위유로를 병렬 또는 직렬로 연결하는 공정을 구비하는 고분자전해질형 연료전지의 운전방법. A method of operating a polymer electrolyte fuel cell comprising the step of connecting two or more of said fuel gas unit flow paths in said cell stack in parallel or in series.
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