JP4467415B2 - Fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
固体高分子形燃料電池は、固体高分子電解質膜の一方の面にアノード(燃料極)を、他方の面にカソード(空気極)を接合一体化してセル(膜電極接合体)を形成し、アノードに対向する面に凹溝状の燃料流路を設けたプレートと、カソードに対向する面に凹溝状の酸化剤流路を設けたプレートとでセルを挟んで複数積層し、両端部にエンドプレートを添えて通しボルトで締め付けることにより燃料電池スタックが構成される。そして、燃料流路には燃料(水素又は水素主体の改質ガス)を流通させると共に、酸化剤流路には酸化剤(通常は空気)を流通させ、固体高分子電解質膜を介して電気化学反応を起こさせることにより直流電力を発電する。 A polymer electrolyte fuel cell is a cell (membrane electrode assembly) formed by joining and integrating an anode (fuel electrode) on one surface of a solid polymer electrolyte membrane and a cathode (air electrode) on the other surface, A plurality of layers are stacked with a cell sandwiched between a plate provided with a grooved fuel flow path on the surface facing the anode and a plate provided with a grooved oxidant flow path on the surface facing the cathode. A fuel cell stack is constructed by attaching an end plate and tightening with a through bolt. A fuel (hydrogen or hydrogen-based reformed gas) is circulated through the fuel channel, and an oxidant (usually air) is circulated through the oxidant channel, and electrochemically passed through the solid polymer electrolyte membrane. Direct current power is generated by causing a reaction.
このような固体高分子形燃料電池において、固体高分子電解質膜は飽和湿潤状態で適正に機能するため、反応ガス(燃料及び/又は酸化剤)を加湿器等で加湿した後にプレートの流路を流通させ、これにより固体高分子電解質膜を飽和湿潤状態に保持するようにしている。また、固体高分子形燃料電池の作動温度は約80℃であるが、電気化学反応は発熱反応であるため発電中に温度が上昇する。これを防止するために燃料電池スタック内に冷却プレートを組み込んでそのチャンネルに冷却水を流通させ、燃料電池スタックを作動温度に保持するようにしているのが一般的である。 In such a polymer electrolyte fuel cell, the polymer electrolyte membrane functions properly in a saturated and wet state. Therefore, after the reaction gas (fuel and / or oxidizer) is humidified with a humidifier or the like, the flow path of the plate is passed through. The solid polymer electrolyte membrane is maintained in a saturated and wet state by flowing. The operating temperature of the polymer electrolyte fuel cell is about 80 ° C., but since the electrochemical reaction is an exothermic reaction, the temperature rises during power generation. In order to prevent this, a cooling plate is generally incorporated in the fuel cell stack, and cooling water is circulated through the channel to keep the fuel cell stack at the operating temperature.
固体高分子形燃料電池を作動させる従来の燃料電池システムでは、システム停止時に冷却水の流れを停止させていた(特許文献1参照)。
システム停止時に冷却水の流れを止めて、燃料電池スタックを自然冷却させると、燃料電池スタックはその外側から順に冷えていくため、燃料電池スタック内に温度差が生じる。燃料電池スタック内の水蒸気は、温度が低い場所から先に結露するため、自然冷却の過程で各セル内の水分布が変化する。これにより、次回起動時に各セルへの反応ガスの分配が不均一になり、発電時の各セル電圧が不安定になる。また、配管で接続されている燃料加湿器または空気加湿器の温度(水温)が電池温度より高い場合、反応ガスを止めていても燃料加湿器または空気加湿器から蒸気が電池に拡散して、電池内で結露するため、これによっても電池内の水分布が変化する。 If the flow of the cooling water is stopped when the system is stopped and the fuel cell stack is naturally cooled, the fuel cell stack cools in order from the outside, and thus a temperature difference occurs in the fuel cell stack. Since the water vapor in the fuel cell stack is condensed first from the place where the temperature is low, the water distribution in each cell changes in the course of natural cooling. Thereby, the distribution of the reaction gas to each cell becomes non-uniform at the next start-up, and each cell voltage at the time of power generation becomes unstable. Also, if the temperature of the fuel humidifier or air humidifier connected by piping (water temperature) is higher than the battery temperature, even if the reaction gas is stopped, the steam diffuses from the fuel humidifier or air humidifier to the battery, Since condensation occurs in the battery, this also changes the water distribution in the battery.
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池システムを起動したときの出力を安定化させる技術の提供にある。 The present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to provide a technique for stabilizing the output when the fuel cell system is activated.
本発明のある態様は、電解質膜の一方の面にアノードが接合され、前記電解質膜の他方の面にカソードが接合された膜電極接合体と、前記アノードに燃料を供給する燃料流路が設けられた燃料流路プレート、前記カソードに酸化剤を供給する酸化剤流路が設けられた酸化剤流路プレート、熱媒体が流通する熱媒体流路が設けられた熱媒体流路プレートとが組み合わされた積層体を含む燃料電池スタックと、前記熱媒体との熱交換により前記燃料を加湿する燃料加湿手段と、前記熱媒体との熱交換により前記酸化剤を加湿する酸化剤加湿手段と、前記燃料電池スタックから排出された熱媒体を冷却後に燃料加湿手段及び酸化剤加湿手段と熱交換して前記燃料電池スタックに投入して熱媒体を循環させる手段と、システム停止時に、負荷電流の遮断を行ったのち、所定の冷却停止条件が成立するまで前記熱媒体の循環を継続させる制御手段と、を備え、前記熱媒体を循環させる手段は、前記負荷電流の遮断の後、前記熱媒体が循環することで燃料加湿手段の温度または酸化剤加湿手段の温度と、燃料電池スタックの温度とを同等にすることを特徴とする。
In one aspect of the present invention, a membrane electrode assembly in which an anode is joined to one surface of an electrolyte membrane and a cathode is joined to the other surface of the electrolyte membrane, and a fuel flow path for supplying fuel to the anode are provided. A fuel flow path plate provided with an oxidant flow path plate provided with an oxidant flow path for supplying an oxidant to the cathode, and a heat medium flow path plate provided with a heat medium flow path through which the heat medium flows. A fuel cell stack including the laminated body, a fuel humidifying means for humidifying the fuel by heat exchange with the heat medium, an oxidant humidifying means for humidifying the oxidant by heat exchange with the heat medium, The heat medium discharged from the fuel cell stack is cooled and then heat exchanged with the fuel humidifying means and the oxidant humidifying means, and the heat medium is inserted into the fuel cell stack to circulate the heat medium. And a control means for continuing the circulation of the heat medium until a predetermined cooling stop condition is satisfied, and the means for circulating the heat medium is configured such that after the load current is interrupted, the heat medium By circulating, the temperature of the fuel humidifying means or the temperature of the oxidant humidifying means is made equal to the temperature of the fuel cell stack.
なお、燃料流路プレート、酸化剤流路プレートおよび熱媒体流路プレートはそれぞれが別部材であるとは限られず、たとえば、バイポーラプレートの一方の面に燃料流路を設け、他方の面に熱媒体流路を設けることにより、燃料流路プレートと熱媒体流路プレートとがひとつの部材で実現された構成も本発明に含まれる。 The fuel flow path plate, the oxidant flow path plate, and the heat medium flow path plate are not necessarily separate members. For example, the fuel flow path is provided on one surface of the bipolar plate, and the heat flow path is provided on the other surface. A configuration in which the fuel flow path plate and the heat medium flow path plate are realized by one member by providing the medium flow path is also included in the present invention.
上記構成によれば、システム停止後にも熱媒体を燃料電池スタックに流通させることにより、各セルの温度分布にばらつきが生じることが抑制されるため、各セルの水分布のばらつきが抑制される。この結果、次回起動時の各セルの発電量が均一化し、出力の安定化が実現される。 According to the above configuration, the distribution of the temperature distribution of each cell is suppressed by causing the heat medium to flow through the fuel cell stack even after the system is stopped, so that the variation of the water distribution of each cell is suppressed. As a result, the power generation amount of each cell at the next start-up becomes uniform, and the output is stabilized.
本発明の他の態様は、電解質膜の一方の面にアノードが接合され、前記電解質膜の他方の面にカソードが接合された膜電極接合体と、前記アノードに燃料を供給する燃料流路が設けられた燃料流路プレート、前記カソードに酸化剤を供給する酸化剤流路が設けられた酸化剤流路プレート、熱媒体が流通する熱媒体流路が設けられた熱媒体流路プレートとが組み合わされた積層体を含む燃料電池スタックと、前記熱媒体との熱交換により前記燃料を加湿する燃料加湿手段と、前記熱媒体との熱交換により前記酸化剤を加湿する酸化剤加湿手段と、前記燃料電池スタックから排出された熱媒体を冷却後に燃料加湿手段及び酸化剤加湿手段と熱交換して前記燃料電池スタックに投入して熱媒体を循環させる手段と、システム停止時に、所定の冷却停止条件が成立するまで前記熱媒体の循環を継続させるとともに、前記燃料または前記酸化剤の少なくとも一方の供給を継続させ、負荷電流をシステム停止から徐々に減少させて、所定の冷却停止条件が成立したときに前記負荷電流を遮断する制御手段と、を備え、前記熱媒体を循環させる手段は、前記負荷電流の遮断の後、前記熱媒体が循環することで燃料加湿手段の温度または酸化剤加湿手段の温度と、燃料電池スタックの温度とを同等にすることを備えることを特徴とする。
In another aspect of the present invention, a membrane electrode assembly in which an anode is joined to one surface of an electrolyte membrane and a cathode is joined to the other surface of the electrolyte membrane, and a fuel flow path for supplying fuel to the anode are provided. A fuel flow path plate provided, an oxidant flow path plate provided with an oxidant flow path for supplying an oxidant to the cathode, and a heat medium flow path plate provided with a heat medium flow path through which the heat medium flows. A fuel cell stack including a combined laminate, fuel humidifying means for humidifying the fuel by heat exchange with the heat medium, and oxidant humidifying means for humidifying the oxidant by heat exchange with the heat medium; Means for exchanging heat with the fuel humidifying means and oxidant humidifying means after cooling the heat medium discharged from the fuel cell stack, and circulating the heat medium into the fuel cell stack; and a predetermined cooling stop when the system is stopped. The circulation of the heat medium is continued until the condition is satisfied, the supply of at least one of the fuel or the oxidant is continued, and the load current is gradually decreased from the system stop to satisfy a predetermined cooling stop condition. Control means for interrupting the load current, and the means for circulating the heat medium is the temperature of the fuel humidifying means or the oxidant humidifying means by circulating the heat medium after the load current is interrupted. And the temperature of the fuel cell stack are made equal to each other.
上記構成によれば、システム停止後に電極が酸化することが抑制されるので、燃料電池の耐久性および出力の安定性を向上させることができる。 According to the above configuration, since the electrode is suppressed from being oxidized after the system is stopped, the durability and output stability of the fuel cell can be improved.
上記構成において、制御手段は、システム停止から所定の冷却停止条件の成立時までの間に、燃料電池スタックから排出される熱媒体の温度と、燃料電池スタックに投入される熱媒体の温度との温度差が所定の範囲になるように、熱媒体の循環量を調節してもよい。これによれば、燃料電池スタック内の各セルの水分布をより均一化させることができる。 In the above configuration, the control means is configured to calculate the temperature of the heat medium discharged from the fuel cell stack and the temperature of the heat medium input to the fuel cell stack between the time when the system is stopped and a predetermined cooling stop condition is satisfied. The circulation amount of the heat medium may be adjusted so that the temperature difference falls within a predetermined range. According to this, the water distribution of each cell in the fuel cell stack can be made more uniform.
上記構成において、制御手段は、燃料電池スタックから排出される熱媒体の温度が外気温度の関数で定まる値より低くなったことを冷却停止条件として定めてもよい。また、制御手段は、システム停止後から所定時間を経過したことを冷却停止条件として定めてもよい。これによれば、熱媒体の循環を適度な期間で終了させることにより、電力消費を低減させることができる。 In the above configuration, the control means may determine that the temperature of the heat medium discharged from the fuel cell stack is lower than a value determined by a function of the outside air temperature as a cooling stop condition. The control means may determine that a predetermined time has elapsed since the system stop as a cooling stop condition. According to this, power consumption can be reduced by terminating the circulation of the heat medium in an appropriate period.
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。 A combination of the above-described elements as appropriate can also be included in the scope of the invention for which patent protection is sought by this patent application.
本発明によれば、燃料電池システム起動時の出力安定性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the output stability when starting the fuel cell system.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システム10の全体構成を示す。燃料電池システム10は、燃料電池スタック20、燃料供給手段30、燃料加湿器40、空気供給手段50、空気加湿器60、熱媒体用熱交換器70、配管80、制御バルブ86、循環ポンプ90および制御部100を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a
燃料電池スタック20は、高分子電解質膜の一方の面にアノードが接合され、電解質膜の他方の面にカソードが接合された膜電極接合体と、アノードに燃料を供給する燃料流路が設けられた燃料流路プレート、カソードに酸化剤を供給する酸化剤流路が設けられた酸化剤流路プレート、熱媒体が流通する熱媒体流路が設けられた熱媒体流路プレートとが組み合わされた積層体を含む。燃料電池スタック20は、公知の構成とすることができ、その典型例として、特開2004−185938の図1および図2に示された構成、あるいは特開2004−185934号の図1に示された構成が挙げられる。本実施形態の燃料電池スタック20において、発電に用いられる燃料および空気、ならびにアノードおよび/またはカソードの冷却に用いられる熱媒体の流れの方向は、重力方向の並行流とする。本実施形態では、熱媒体として水が用いられるが、熱の受け渡しが可能であれば、他の液体や気体を用いることができる。以下、熱媒体として用いられる水を冷却水とよぶ。
The
燃料供給手段30は、燃料となる水素を供給する手段である。たとえば、燃料供給手段30は、天然ガスやメタンガス等の炭化水素系ガスを貯留する燃料タンク、燃料タンクから供給される炭化水素系ガスから硫黄成分を除去する脱硫器、および脱硫後の炭化水素系ガスを改質して水素を取り出す改質装置で主に構成される。 The fuel supply means 30 is means for supplying hydrogen as fuel. For example, the fuel supply means 30 includes a fuel tank that stores a hydrocarbon gas such as natural gas or methane gas, a desulfurizer that removes sulfur components from the hydrocarbon gas supplied from the fuel tank, and a hydrocarbon system after desulfurization. It consists mainly of a reformer that reforms gas and extracts hydrogen.
燃料加湿器40は、燃料供給手段30から供給される燃料を加湿する。具体的には、燃料加湿器40は、燃料加湿タンク42および燃料用熱交換器44を含み、燃料加湿タンク42に入れられ、燃料用熱交換器44によって昇温された水を用いて、バブリング方式により燃料を加湿して、燃料の相対湿度を100%RHにする。
The
空気供給手段50は、酸化剤となる酸素を含む空気を供給する手段である。たとえば、空気供給手段50は、外気を取り込むブロア、および必要に応じて設けられるエアフィルタで構成される。 The air supply means 50 is a means for supplying air containing oxygen as an oxidant. For example, the air supply means 50 includes a blower that takes in outside air and an air filter that is provided as necessary.
空気加湿器60は、空気供給手段50から供給される空気を加湿する。具体的には、空気加湿器60は、空気加湿タンク62を含み、空気加湿タンク62に入れられた水を用いて、バブリング方式により空気を加湿して、空気の相対湿度を100%RHにする。
The
熱媒体用熱交換器70は、外気などとの熱交換により、燃料電池スタック20から排出された冷却水の温度を下げる。熱媒体用熱交換器70により、燃料電池スタック20から排出された冷却水の温度を効率的に下げることができる。
The heat exchanger for
配管80は、燃料電池スタック20に設けられた熱媒体流路を流通して排出された冷却水が再び熱媒体流路に供給されるような冷却水の循環が可能な構成を備える。具体的には、燃料電池スタック20から排出された冷却水は、熱媒体用熱交換器70にまず導かれ、熱媒体用熱交換器70の下流に設けられた分岐点82において、燃料加湿器40に向かうラインと、空気加湿器60に向かうラインとに所定の分配比で分岐する。燃料電池スタック20から排出された冷却水の一部は、燃料加湿器40が有する燃料用熱交換器44を流通し、燃料電池スタック20から排出された冷却水の残りは、空気加湿器60に直接供給される。燃料用熱交換器44を流通した後の冷却水は、空気加湿器60の上流で上述した空気加湿器60に向かうラインを流れる冷却水と合流点84で合流する。合流後の冷却水は、空気加湿器60の空気加湿タンク62を流通した後、空気加湿器60から排出される。循環ポンプ90は、空気加湿器60から排出された冷却水を汲み上げて、所定の水量の冷却水として燃料電池スタック20に送り込む。
The
制御バルブ86は、分岐点82の合流点84との間に設けられた開閉度が可変のバルブである。制御バルブ86の開度を調節することにより、冷却水の分配比を補正することができる。なお、制御バルブ86の設置は不可欠ではなく、運転条件によって冷却水の分配比を補正する必要がない場合には不要である。
The
制御部100は、燃料電池スタック20による発電量を制御する他、制御バルブ86の開度や、循環ポンプ90を調節して冷却水の水量を制御する。また、制御部100は、必要に応じて、燃料供給手段30からの燃料供給量および空気供給手段50からの空気供給量を制御する。
In addition to controlling the amount of power generated by the
(システム停止時の動作)
燃料電池システム10におけるシステム停止時の動作について説明する。以下の説明では、燃料電池スタック20に設けられた冷却水の入口付近の温度を、冷却水入口温度(T1)と呼び、燃料電池スタック20に設けられた冷却水の出口付近の温度を、冷却水出口温度(T2)と呼ぶ。また、燃料加湿器40で加湿された燃料の温度を加湿燃料温度(T3)と呼び、空気加湿器60で加湿された空気の温度を加湿空気温度(T4)と呼ぶ。さらに、燃料電池スタック20に設けられた燃料の入口付近の露点を燃料露点(T5)と呼び、燃料電池スタック20に設けられた空気の入口付近の露点を空気露点(T6)と呼ぶ。なお、T1、T2、T3、T4、T5およびT6は、必要に応じて図示しない温度センサにより計測され、計測された値は制御部100に送信される。
(Operation when the system is stopped)
The operation of the
制御部100は、システム停止時に、循環ポンプ90による冷却水の循環を継続したまま、負荷電流を遮断する。冷却水の循環は、後述する冷却停止条件が成立するまで続けられる。次に、制御部100は、燃料供給手段30からの燃料の供給および空気供給手段50からの空気の供給を停止させる。燃料の供給停止と空気の供給停止の順番はどちらが先でもよく、両者を同時に停止させてもよい。制御部100は、負荷電流遮断後に冷却停止条件が成立するか否かを判定する。冷却停止条件としては、たとえば、電池温度、冷却水出口温度(T2)、加湿燃料温度(T3)、または加湿空気温度(T5)のいずれかが設定温度になったことが挙げられる。この場合、設定温度は、たとえば、(外気温度+5)℃のような外気温度の関数で定められる。このほか、冷却停止条件として、負荷電流遮断後から一定時間が経過したこと採用してもよい。このような冷却停止条件の成立をもって冷却水の循環を停止することにより、各セルの水分布の均一化を図りつつ、電力消費を低減させることができる。
When the system is stopped, the
なお、制御部100は、負荷電流遮断後の冷却水循環時に、冷却水出口温度(T2)と冷却水入口温度(T1)との差が所定温度、たとえば2℃以下になるように、循環ポンプ90を用いて冷却水の水量を調節してもよい。これによれば、燃料電池スタック20内の冷却水の流れ方向の温度分布がなだらかになるため、各セル内における水分布に差が生じにくくすることができる。
In addition, the
図2は、負荷遮断後に冷却水循環を継続したとき(以下、強制冷却と呼ぶ)の温度変化を示すグラフである。また、図4は、負荷遮断と同時に冷却水循環を停止して自然冷却を行ったとき(以下、自然冷却と呼ぶ)の温度変化(比較例)を示すグラフである。温度の計測は、電池表面の2カ所、燃料加湿器40の表面、および空気加湿器60の表面の計4点で行った。この結果、強制冷却時には、負荷電流遮断後から1時間以内に各温度がばらつくことなく、速やかに40℃以下に低下することが確認された。一方、自然冷却時には、システム停止後から4時間以上経過しても、各温度は40℃以上を保ち、かつ各温度にばらつきが見られることがわかる。
FIG. 2 is a graph showing a temperature change when cooling water circulation is continued after load interruption (hereinafter referred to as forced cooling). FIG. 4 is a graph showing a temperature change (comparative example) when the cooling water circulation is stopped and natural cooling is performed simultaneously with load interruption (hereinafter referred to as natural cooling). The temperature was measured at a total of four points: two locations on the battery surface, the surface of the
図3は、強制冷却後にシステムを起動したときの、セル電流および各セルの電圧の変化を示すグラフである。また、図5は、自然冷却後にシステムを起動したときの、セル電流および各セルの電圧の変化(比較例)を示すグラフである。自然冷却後のシステム起動後の各セル電圧には、ばらつきが見られる。自然冷却時には、燃料電池スタック20の外側から順に冷えていくため、燃料電池スタック20内に温度差が生じる。燃料電池スタック20内の水蒸気は、温度が低い場所から先に結露するため、自然冷却の過程で各セル内の水分布が変化する。これにより、次回起動時に各セルへの反応ガスの分配が不均一になり、発電時の各セル電圧が不安定になる。また、配管80で接続されている燃料加湿器40または空気加湿器60の温度(水温)が電池温度より高い場合、反応ガスを止めていても燃料加湿器40または空気加湿器60から蒸気が燃料電池スタック20に拡散して、燃料電池スタック20内で結露するため、これによっても燃料電池スタック20内の水分布が変化する。
FIG. 3 is a graph showing changes in cell current and voltage of each cell when the system is started after forced cooling. FIG. 5 is a graph showing changes in cell current and voltage of each cell (comparative example) when the system is started after natural cooling. Variations are observed in each cell voltage after system startup after natural cooling. At the time of natural cooling, the
一方、強制冷却後のシステム起動後の各セル電圧には、比較例のようなばらつきが見られず、出力が安定していることが確認された。これは、負荷遮断後にも冷却水循環を継続したことによって、冷却の過程において燃料電池スタック20内に温度差が生じることが抑制された結果、燃料電池スタック20内の水分布が一様になったためであると考えられる。また、負荷遮断後にも冷却水循環を継続したことによって、燃料加湿器40または空気加湿器60と燃料電池スタック20の温度が同等に推移するため、燃料加湿器40または空気加湿器60から燃料電池スタック20に蒸気が拡散することが抑制されることも出力安定化の要因となっている。
On the other hand, in each cell voltage after the system startup after forced cooling, there was no variation as in the comparative example, and it was confirmed that the output was stable. This is because the water circulation in the
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications such as design changes can be added based on the knowledge of those skilled in the art. Embodiments to which such modifications are added Can also be included in the scope of the present invention.
例えば、上述の実施の形態では、負荷電流遮断後に燃料および空気の供給も遮断されているが、燃料および空気の少なくとも一方の供給停止は、冷却停止条件が成立したことを条件としてもよい。負荷電流遮断後の燃料または空気の供給量は、運転時と同じでもよく、徐々に減少させてもよい。負荷電流遮断後に燃料の供給を継続することにより、アノード電極が酸化することが抑制される。この際に、燃料供給手段30が燃料を窒素で置換して供給することにより、酸素を混入させることなく、燃料電池スタック20と燃料供給用の配管から燃料を追い出すことができるので、アノード電極の酸化が抑制されるとともに、次回起動時の燃料濃度の適切に保つことができ、出力の安定性をより向上させることができる。また、空気供給手段50が空気を窒素で置換して供給することにより、燃料電池スタック20と空気供給用の配管から酸素を追い出すことができるので、カソード電極の酸化が抑制され、燃料電池の耐久性および出力の安定性をより向上させることができる。
For example, in the above-described embodiment, the supply of fuel and air is also interrupted after the load current is interrupted. However, the supply stop of at least one of fuel and air may be made on the condition that the cooling stop condition is satisfied. The amount of fuel or air supplied after the load current is interrupted may be the same as that during operation, or may be gradually decreased. By continuing the fuel supply after the load current is cut off, the anode electrode is suppressed from being oxidized. At this time, the fuel supply means 30 replaces the fuel with nitrogen and supplies it, so that the fuel can be expelled from the
燃料および空気の少なくとも一方の供給停止を、冷却停止条件が成立したことを条件とすることに加えて、システム停止時には、負荷電流を徐々に下げていき、冷却停止条件が成立したことを条件として、負荷電流を遮断してもよい。これによれば、燃料電池スタック20内の酸素が速やかに消費されるため、電極の酸化がより迅速に抑制される。
In addition to the supply stop of at least one of fuel and air being conditioned on the condition that the cooling stop condition is satisfied, when the system is stopped, the load current is gradually decreased and the condition that the cooling stop condition is satisfied is satisfied. The load current may be cut off. According to this, since the oxygen in the
10 燃料電池システム、20 燃料電池スタック、30 燃料供給手段、40 燃料加湿器、50 空気供給手段、60 空気加湿器、70 熱媒体用熱交換器、80 配管、86 制御バルブ、90 循環ポンプ、100 制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記熱媒体との熱交換により前記燃料を加湿する燃料加湿手段と、
前記熱媒体との熱交換により前記酸化剤を加湿する酸化剤加湿手段と、
前記燃料電池スタックから排出された熱媒体を冷却後に燃料加湿手段及び酸化剤加湿手段と熱交換して前記燃料電池スタックに投入して熱媒体を循環させる手段と、
システム停止時に、負荷電流の遮断を行ったのち、所定の冷却停止条件が成立するまで前記熱媒体の循環を継続させる制御手段と、を備え、
前記熱媒体を循環させる手段は、前記負荷電流の遮断の後、前記熱媒体が循環することで燃料加湿手段の温度または酸化剤加湿手段の温度と、燃料電池スタックの温度とを同等にすることを特徴とする燃料電池システム。 A membrane electrode assembly in which an anode is joined to one surface of an electrolyte membrane, and a cathode is joined to the other surface of the electrolyte membrane; and a fuel channel plate provided with a fuel channel for supplying fuel to the anode; A fuel comprising a laminate in which an oxidant flow path plate provided with an oxidant flow path for supplying an oxidant to the cathode and a heat medium flow path plate provided with a heat medium flow path through which the heat medium flows are combined. A battery stack,
Fuel humidifying means for humidifying the fuel by heat exchange with the heat medium;
An oxidizing agent humidifying means for humidifying the oxidizing agent by heat exchange with the heat medium;
Means for exchanging heat with the fuel humidifying means and the oxidant humidifying means after cooling the heat medium discharged from the fuel cell stack, and circulating the heat medium into the fuel cell stack;
A control means for continuing circulation of the heat medium until a predetermined cooling stop condition is satisfied after the load current is interrupted when the system is stopped;
The means for circulating the heat medium equalizes the temperature of the fuel humidifying means or the temperature of the oxidant humidifying means and the temperature of the fuel cell stack by circulating the heat medium after the load current is interrupted. A fuel cell system.
前記熱媒体との熱交換により前記燃料を加湿する燃料加湿手段と、
前記熱媒体との熱交換により前記酸化剤を加湿する酸化剤加湿手段と、
前記燃料電池スタックから排出された熱媒体を冷却後に燃料加湿手段及び酸化剤加湿手段と熱交換して前記燃料電池スタックに投入して熱媒体を循環させる手段と、
システム停止時に、所定の冷却停止条件が成立するまで前記熱媒体の循環を継続させるとともに、前記燃料または前記酸化剤の少なくとも一方の供給を継続させ、負荷電流をシステム停止から徐々に減少させて、所定の冷却停止条件が成立したときに前記負荷電流を遮断する制御手段と、を備え、
前記熱媒体を循環させる手段は、前記負荷電流の遮断の後、前記熱媒体が循環することで燃料加湿手段の温度または酸化剤加湿手段の温度と、燃料電池スタックの温度とを同等にすることを備えることを特徴とする燃料電池システム。 A membrane electrode assembly in which an anode is joined to one surface of the electrolyte membrane, and a cathode is joined to the other surface of the electrolyte membrane; and a fuel channel plate provided with a fuel channel for supplying fuel to the anode; A fuel comprising a laminate in which an oxidant flow path plate provided with an oxidant flow path for supplying an oxidant to the cathode and a heat medium flow path plate provided with a heat medium flow path through which the heat medium flows are combined. A battery stack,
Fuel humidifying means for humidifying the fuel by heat exchange with the heat medium;
An oxidizing agent humidifying means for humidifying the oxidizing agent by heat exchange with the heat medium;
Means for exchanging heat with the fuel humidifying means and the oxidant humidifying means after cooling the heat medium discharged from the fuel cell stack, and circulating the heat medium into the fuel cell stack;
When the system is stopped, the circulation of the heat medium is continued until a predetermined cooling stop condition is satisfied, and the supply of at least one of the fuel or the oxidant is continued, and the load current is gradually decreased from the system stop, Control means for interrupting the load current when a predetermined cooling stop condition is satisfied,
The means for circulating the heat medium equalizes the temperature of the fuel humidifying means or the temperature of the oxidant humidifying means and the temperature of the fuel cell stack by circulating the heat medium after the load current is interrupted. A fuel cell system comprising:
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4, wherein the control unit determines that the predetermined time has elapsed since the system stop as the cooling stop condition.
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