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JP2009245641A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2009245641A
JP2009245641A JP2008087989A JP2008087989A JP2009245641A JP 2009245641 A JP2009245641 A JP 2009245641A JP 2008087989 A JP2008087989 A JP 2008087989A JP 2008087989 A JP2008087989 A JP 2008087989A JP 2009245641 A JP2009245641 A JP 2009245641A
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cathode
unit
oxidant
anode
fuel
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Pending
Application number
JP2008087989A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Yasuda
一浩 安田
Yoshihiro Akasaka
芳浩 赤坂
Hiroyasu Sumino
裕康 角野
Hiroshi Fukazawa
大志 深沢
Masato Akita
征人 秋田
Ryosuke Yagi
亮介 八木
Takahiro Suzuki
貴博 鈴木
Fuminobu Tezuka
史展 手塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】フラッディングによるカソードの酸素拡散能の低下を抑制して、安定した出力を長期間維持する燃料電池システムを提供する。
【解決手段】水とアルコールの混合溶液である燃料を酸化するアノード、酸化剤含有ガスを還元するカソード、およびアノードとカソードの間に挟持される固体高分子電解質膜とから構成される発電部と、アノードに燃料を供給する燃料供給部と、カソードに酸化剤含有ガスを供給する酸化剤含有ガス供給部と、酸化剤含有ガス供給部とカソードの間に介挿され、酸化剤含有ガスを加湿する酸化剤含有ガス加湿部と、アノードとカソードの間の電圧を測定する電圧測定部と、電圧測定部から得られる情報に基づきカソードに供給する酸化剤含有ガスの湿度を調整する第1の制御部と、を有することを特徴とする燃料電池システム。
【選択図】図1
A fuel cell system that suppresses a decrease in oxygen diffusion capacity of a cathode due to flooding and maintains a stable output for a long period of time.
A power generation unit including an anode that oxidizes a fuel that is a mixed solution of water and alcohol, a cathode that reduces an oxidant-containing gas, and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode; A fuel supply unit that supplies fuel to the anode, an oxidant-containing gas supply unit that supplies an oxidant-containing gas to the cathode, and an oxidant-containing gas supply unit that is interposed between the oxidant-containing gas and the cathode to humidify the oxidant-containing gas. A first control for adjusting the humidity of the oxidant-containing gas supplied to the cathode based on information obtained from the voltage measurement unit, a voltage measurement unit for measuring a voltage between the anode and the cathode, And a fuel cell system.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に固体高分子型燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a polymer electrolyte fuel cell system.

昨今、携帯機器の用途の拡大に伴って燃料電池の開発が盛んに行われている。特に携帯機器向け燃料電池において、メタノールを直接セルに供給する直接メタノール型燃料電池(DMFC)の開発が、携帯機器、特に携帯電話・ノートPC等の電源用として研究・開発が行われている。     In recent years, fuel cells have been actively developed along with the expansion of applications of portable devices. In particular, in fuel cells for portable devices, development of a direct methanol fuel cell (DMFC) that supplies methanol directly to the cell is being researched and developed for use as a power source for portable devices, particularly cellular phones and notebook PCs.

燃料電池では単セルを複数直列に接続することで必要とされる出力を得ている。単セルの接続方法によって、スタック型と呼ばれる3次元的に積層するものと平面型と呼ばれる2次元的に配置するものとに分けることができる。スタック型は発電によって生じる熱を有効に利用して高出力が得られる反面、携帯機器としては体積的にコンパクトにできない問題点がある。平面型は体積的にコンパクトにでき、かつ、空気の配流において補機の使用を抑えることができる等の利点があり、携帯機器向けに鋭意研究がなされている。     In a fuel cell, a required output is obtained by connecting a plurality of single cells in series. Depending on the connection method of the single cells, it can be divided into a three-dimensional stack called a stack type and a two-dimensional layout called a planar type. The stack type can effectively use heat generated by power generation to obtain high output, but has a problem that it cannot be made compact in volume as a portable device. The flat type has advantages such as being able to be compact in volume and suppressing the use of auxiliary equipment in air distribution, and has been intensively studied for portable devices.

一般に、現在開発されているDMFCにおいては、単セルは触媒層を塗布したカーボン多孔質板からなる電極部材を固体高分子プロトン導電膜(たとえばDupont社製Nafion膜(登録商標)等)に加熱・圧着等によって接着して製造されている。     In general, in the DMFC currently developed, a single cell is obtained by heating an electrode member made of a carbon porous plate coated with a catalyst layer to a solid polymer proton conductive film (for example, Nafion film (registered trademark) manufactured by Dupont). It is manufactured by bonding by crimping or the like.

アノード極、カソード極には、それぞれPt−Ru系合金触媒、Pt系触媒が使用され、特にDMFCにおいては高い出力を得るために多量の触媒が使用されている。     A Pt—Ru alloy catalyst and a Pt catalyst are used for the anode electrode and the cathode electrode, respectively. In particular, a large amount of catalyst is used for obtaining high output in the DMFC.

DMFCにおいては、燃料を直接セルに供給して発電を行うため、水素や他の燃料を用いる燃料電池と比べ、携帯性・安全性に優れた燃料電池として注目されている。     In DMFC, since fuel is directly supplied to a cell to generate power, it is attracting attention as a fuel cell that is superior in portability and safety as compared with fuel cells that use hydrogen or other fuels.

ところが、DMFCは、長期間継続して発電すると発電出力(電圧)が経時的に低下する現象が起こってしまう問題があった。この出力が低下する原因としては、アノード、カソード触媒の活性低下、電解質膜の劣化、アノード・カソードでの燃料・酸素の拡散能の低下など挙げられていて、発電条件によって劣化原因が異なることも分かっている。   However, the DMFC has a problem that a power generation output (voltage) decreases with time when power is generated continuously for a long period of time. Reasons for this decrease in output include reduced activity of the anode and cathode catalyst, deterioration of the electrolyte membrane, and decrease in the ability to diffuse fuel and oxygen at the anode and cathode, and the cause of deterioration varies depending on the power generation conditions. I know it.

このように、燃料電池システムの出力を低下させる因子の中で、カソードに水が滞留することによりカソードの酸素拡散能の低下する現象は、通称カソードのフラッディングとして知られている。   As described above, among the factors that reduce the output of the fuel cell system, the phenomenon in which the oxygen diffusing capacity of the cathode decreases due to the retention of water at the cathode is commonly known as cathode flooding.

特に、DMFCの様に液体燃料を直接アノードに供給して発電する燃料電池の場合には、液体燃料中の水分が過剰にセルに残存してしまう傾向にある。この過剰な水は電解質膜の乾燥によるプロトン導電率の低下を抑制する面では優れているが、カソードのフラッディングによる発電特性劣化の原因になっている。   In particular, in the case of a fuel cell that generates power by supplying liquid fuel directly to the anode, such as DMFC, water in the liquid fuel tends to remain in the cell excessively. This excess water is excellent in terms of suppressing a decrease in proton conductivity due to drying of the electrolyte membrane, but causes power generation characteristics to deteriorate due to flooding of the cathode.

このように、カソードのフラッディングによる出力低下はDMFCの出力低下の大部分を占めるため、これを回避することによる発電出力の安定化を確立する手法が技術的に求められている。   As described above, the decrease in output due to the flooding of the cathode accounts for the majority of the decrease in output of the DMFC. Therefore, a technique for establishing stabilization of the power generation output by avoiding this is technically required.

一方、過剰に水が供給されない様に燃料供給を制御していても発電中の発電用セル(以下セルと略す)の状態によっては、セル内の残存水量が低下する場合がある。セル内の残存水量が低下すると電解質膜の中の水が欠乏し、セル抵抗の増加が起こり、結果として出力低下の原因となる。   On the other hand, even if the fuel supply is controlled so that water is not supplied excessively, the amount of water remaining in the cell may decrease depending on the state of the power generation cell (hereinafter abbreviated as a cell) during power generation. When the amount of water remaining in the cell is reduced, the water in the electrolyte membrane is deficient, resulting in an increase in cell resistance, resulting in a decrease in output.

このように燃料電池システムの水を管理する手法として特許文献1がある。
特開2001−143732公報
As a technique for managing the water of the fuel cell system in this way, there is Patent Document 1.
JP 2001-143732 A

特許文献1に示す手法は、システム内の湿度を監視しながらカソードに供給する空気中の水分を制御するものである。しかし、特許文献1は水素を燃料に用いた燃料電池に使用したもので、例えばメタノールと水の混合溶液を燃料として用いる本発明のようなDMFCにおいては、セル電圧はメタノールクロスオーバ量、セル温度、フラッディングによって影響を受ける。すなわち特許文献1は空気供給時の湿度をコントロールしているものではないため、DMFCには不適切な制御である。   The technique shown in Patent Document 1 controls moisture in the air supplied to the cathode while monitoring the humidity in the system. However, Patent Document 1 is used for a fuel cell using hydrogen as a fuel. For example, in a DMFC using a mixed solution of methanol and water as a fuel, the cell voltage is a methanol crossover amount, a cell temperature. Affected by flooding. That is, since Patent Document 1 does not control the humidity at the time of air supply, it is inappropriate control for DMFC.

本発明は係る問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池システムの発電部の電圧を監視しながら、カソードに供給する酸化剤含有ガス中(例えば空気)の湿度を制御することにより、カソードに過剰な水が滞留しないようにすることで、フラッディングによるカソードの酸素拡散能の低下を抑制して、安定した出力を長期間維持する燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and by controlling the humidity in the oxidant-containing gas (for example, air) supplied to the cathode while monitoring the voltage of the power generation unit of the fuel cell system. An object of the present invention is to provide a fuel cell system that maintains a stable output for a long period of time by preventing a decrease in the oxygen diffusing capacity of the cathode due to flooding by preventing excessive water from staying at the cathode.

本発明に係る燃料電池システムは、水とアルコールの混合溶液である燃料を酸化するアノード、酸化剤含有ガスを還元するカソード、およびアノードとカソードの間に挟持される固体高分子電解質膜とから構成される発電部と、アノードに燃料を供給する燃料供給部と、カソードに酸化剤含有ガスを供給する酸化剤含有ガス供給部と、酸化剤含有ガス供給部とカソードの間に介挿され、酸化剤含有ガスを加湿する酸化剤含有ガス加湿部と、アノードとカソードの間の電圧を測定する電圧測定部と、電圧測定部から得られる情報に基づきカソードに供給する酸化剤含有ガスの湿度を調整する制御部と、を有することを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes an anode that oxidizes a fuel that is a mixed solution of water and alcohol, a cathode that reduces an oxidant-containing gas, and a solid polymer electrolyte membrane that is sandwiched between the anode and the cathode. A power generation unit, a fuel supply unit for supplying fuel to the anode, an oxidant-containing gas supply unit for supplying an oxidant-containing gas to the cathode, an oxidant-containing gas supply unit and the cathode, Adjust the humidity of the oxidant-containing gas supplied to the cathode based on the information obtained from the voltage measurement unit, the voltage measurement unit that measures the voltage between the anode and the cathode, and the oxidant-containing gas humidification unit that humidifies the oxidant-containing gas And a control unit.

本発明により、フラッディングによるカソードの酸素拡散能の低下を抑制して、安定した出力を長期間維持する燃料電池システムを提供される。   According to the present invention, there is provided a fuel cell system capable of maintaining a stable output for a long period of time by suppressing a decrease in oxygen diffusion capacity of a cathode due to flooding.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに限定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention includes the material, shape, structure, The arrangement is not limited to the following. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

〔第1の実施の形態〕
以下、本発明の第1の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、燃料にメタノール水溶液を用いた直接メタノール型の燃料電池システム(DMFC)を一例として説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a direct methanol fuel cell system (DMFC) using a methanol aqueous solution as a fuel will be described as an example.

図1は第1の実施の形態に係る燃料電池システムの構成を示したものである。   FIG. 1 shows the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.

図1に示した、第1の実施の形態に係る燃料電池システム10は、過剰な水がセル内に残存しないように燃料供給部42の制御および膜電極複合体(MEA)の構造の最適化を行うことで、まず、過剰な水が発電部4に供給されないように燃料供給部42、および酸化剤含有ガス供給部52、酸化剤含有ガス加湿部53を制御させて燃料電池システム10を駆動するものである。   The fuel cell system 10 according to the first embodiment shown in FIG. 1 controls the fuel supply unit 42 and optimizes the structure of the membrane electrode assembly (MEA) so that excessive water does not remain in the cell. First, the fuel cell system 10 is driven by controlling the fuel supply unit 42, the oxidant-containing gas supply unit 52, and the oxidant-containing gas humidification unit 53 so that excessive water is not supplied to the power generation unit 4. To do.

セルに供給される燃料41(水およびメタノール)量は燃料供給の制御やMEAの形状によって変更が可能である。DMFCの発電の際にアノード反応で使用される燃料41は、水:メタノール=1:1(mol比)である。しかしながら、アノードで生成するプロトンがカソードに移動する際に同伴水として3個程度の水が移動する。そのため、DMFCにおいては、セルに実際に供給される水/メタノール比(モル比)は1ではなく、燃料制御やMEAの構造により1〜19程度まで変化する。上記で述べた過剰の水とは、プロトンに同伴して移動する水のことで、これを極力減らすようにする。   The amount of fuel 41 (water and methanol) supplied to the cell can be changed by controlling the fuel supply and the shape of the MEA. The fuel 41 used in the anode reaction during power generation of DMFC is water: methanol = 1: 1 (molar ratio). However, when protons generated at the anode move to the cathode, about three waters move as entrained water. Therefore, in the DMFC, the water / methanol ratio (molar ratio) actually supplied to the cell is not 1, but varies from about 1 to 19 depending on the fuel control and MEA structure. The excess water described above is water that moves with protons, and is reduced as much as possible.

たとえば、燃料供給においては、通常(1〜2mol/L)よりもメタノール濃度の高い水溶液(3〜10mol/L)のメタノール水溶液を用い、かつ、単位時間当たりの燃料41の供給量を落として供給したり、MEAの構造においては、アノード2に撥水性の高いカーボン多孔板を使用したり、アノード触媒層21とアノード多孔板(後述するアノードガス拡散層22)の間にMPL層(Micro Porous Layer)を介在させるなどして、アノード2での反応に不要な水がセル内に入るのを防ぐ。   For example, in fuel supply, an aqueous methanol solution (3 to 10 mol / L) having a higher methanol concentration than usual (1 to 2 mol / L) is used, and the supply amount of the fuel 41 per unit time is reduced. In the MEA structure, a carbon porous plate with high water repellency is used for the anode 2, or an MPL layer (Micro Porous Layer) is provided between the anode catalyst layer 21 and the anode porous plate (anode gas diffusion layer 22 described later). ) To prevent unnecessary water for the reaction at the anode 2 from entering the cell.

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムは、燃料41を酸化するアノード2、酸化剤含有ガス51を還元するカソード3、およびアノード2とカソード3の間に挟持される(固体高分子)電解質膜1とから構成される発電部4と、アノード2に燃料41を供給する燃料供給部42と、カソード3に酸化剤含有ガス51を供給する酸化剤含有ガス供給部52と、酸化剤含有ガス供給部52とカソード3の間に介挿され、酸化剤含有ガス51を加湿する酸化剤含有ガス加湿部53と、アノード2とカソード3の間の電圧を測定する電圧測定部6と、電圧測定部6から得られる情報に基づきカソード3に供給する酸化剤含有ガス51の湿度を調整する制御部7と、を有する。   The fuel cell system according to the embodiment of the present invention includes an anode 2 that oxidizes fuel 41, a cathode 3 that reduces oxidant-containing gas 51, and an electrolyte sandwiched between anode 2 and cathode 3 (solid polymer). A power generation unit 4 composed of the membrane 1, a fuel supply unit 42 for supplying fuel 41 to the anode 2, an oxidant-containing gas supply unit 52 for supplying an oxidant-containing gas 51 to the cathode 3, and an oxidant-containing gas An oxidant-containing gas humidifying unit 53 that is interposed between the supply unit 52 and the cathode 3 and humidifies the oxidant-containing gas 51, a voltage measuring unit 6 that measures the voltage between the anode 2 and the cathode 3, and a voltage measurement And a control unit 7 that adjusts the humidity of the oxidant-containing gas 51 supplied to the cathode 3 based on the information obtained from the unit 6.

以下、図2を参照しながら説明する。   Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

(発電部)
発電部4は、アノード2とカソード3に挟持された電解質膜1を有する。
(Power generation part)
The power generation unit 4 has an electrolyte membrane 1 sandwiched between an anode 2 and a cathode 3.

(電解質膜)
直接メタノール型の燃料電池システム(DMFC)の場合、電解質膜1には、例えばDupont社のNafion膜(登録商標)を用いることができる。電解質膜1はアノード2の触媒層21(以下アノード触媒層21とする)で生成したプロトン(H)をカソード3の触媒層(以下、カソード触媒層31とする)へ移送する媒体として機能する。
(Electrolyte membrane)
In the case of a direct methanol fuel cell system (DMFC), the electrolyte membrane 1 may be, for example, a Dupont Nafion membrane (registered trademark). The electrolyte membrane 1 functions as a medium for transferring protons (H + ) generated in the catalyst layer 21 of the anode 2 (hereinafter referred to as the anode catalyst layer 21) to the catalyst layer of the cathode 3 (hereinafter referred to as the cathode catalyst layer 31). .

(アノード触媒層・カソード触媒層)
この電解質膜1の両側にはアノード触媒層21及びカソード触媒層31が配置される。メタノール水溶液を燃料41とする場合、アノード触媒層21には、例えばPt−Ru触媒を用いることができる。また、カソード触媒層31にはPt触媒等の貴金属触媒を用いることができる。
(Anode catalyst layer / Cathode catalyst layer)
An anode catalyst layer 21 and a cathode catalyst layer 31 are disposed on both sides of the electrolyte membrane 1. When an aqueous methanol solution is used as the fuel 41, for example, a Pt—Ru catalyst can be used for the anode catalyst layer 21. Further, a noble metal catalyst such as a Pt catalyst can be used for the cathode catalyst layer 31.

アノード触媒層21はPt−Ru触媒をパーフルオルスルホン酸樹脂溶液(ナフィオン溶液(商標))、水、及びエチレングリコールと混合して分散させた後、電解質膜上にスプレー法によって塗布することで作製することができる。   The anode catalyst layer 21 is obtained by mixing a Pt-Ru catalyst with a perfluorosulfonic acid resin solution (Nafion solution (trademark)), water, and ethylene glycol, and then dispersing the mixture on the electrolyte membrane by a spray method. Can be produced.

また、カソード触媒31はPt触媒をパーフルオルスルホン酸樹脂溶液(ナフィオン溶液(商標))、水、及びエチレングリコールと混合して分散させた後、電解質膜上にスプレー法によって塗布することで作製することができる。   The cathode catalyst 31 is prepared by mixing a Pt catalyst with a perfluorosulfonic acid resin solution (Nafion solution (trademark)), water, and ethylene glycol, and then applying the mixture onto the electrolyte membrane by a spray method. can do.

(アノードガス拡散層、カソードガス拡散層)
アノード触媒層21及びカソード触媒層31の、電解質膜1とは反対側にそれぞれ配置されたアノードガス拡散層22及びカソードガス拡散層32が配置される。アノードガス拡散層22およびカソードガス拡散層32にはカーボンペーパー、カーボンクロスもしくはカーボン不織布等を用いることができる。それぞれのガス拡散層には主としてカーボン粉末とPTFEから成るカーボン緻密撥水層(マイクロポーラスレイヤー:MPL)を設けても良い。
(Anode gas diffusion layer, cathode gas diffusion layer)
An anode gas diffusion layer 22 and a cathode gas diffusion layer 32 are disposed on the opposite sides of the anode catalyst layer 21 and the cathode catalyst layer 31 from the electrolyte membrane 1, respectively. For the anode gas diffusion layer 22 and the cathode gas diffusion layer 32, carbon paper, carbon cloth, carbon non-woven fabric, or the like can be used. Each gas diffusion layer may be provided with a carbon dense water repellent layer (microporous layer: MPL) mainly composed of carbon powder and PTFE.

アノードガス拡散層22はアノード触媒層21への燃料供給、生成物排出、集電を円滑に行う機能を提供する。カソードガス拡散層32はカソード触媒層31への空気供給、生成物排出、集電を円滑に行う機能を提供する。   The anode gas diffusion layer 22 provides a function of smoothly supplying fuel to the anode catalyst layer 21, discharging a product, and collecting current. The cathode gas diffusion layer 32 provides a function of smoothly supplying air to the cathode catalyst layer 31, discharging a product, and collecting current.

これらアノードガス拡散層22、アノード触媒層21、電解質膜1、カソード触媒層31、カソードガス拡散層32を順に積層した構造体を膜電極複合体(MEA)5と称することが多い。   A structure in which the anode gas diffusion layer 22, the anode catalyst layer 21, the electrolyte membrane 1, the cathode catalyst layer 31, and the cathode gas diffusion layer 32 are sequentially laminated is often referred to as a membrane electrode assembly (MEA) 5.

(膜電極複合体のスタック方法)
膜電極複合体5は、例えば、アノード触媒層21及びカソード触媒層31が両面に塗布された電解質膜1と、アノードガス拡散層22及びカソードガス拡散層32とを接合して作製される。あるいは、電解質膜1と、アノード触媒層21が塗布されたアノードガス拡散層22及びカソード触媒層31が塗布されたカソードガス拡散層32とを接合しても良い。それぞれ高い圧力で接合することにより、アノード触媒層21及びカソード触媒層31と接する界面の接触抵抗を低減することができる。
(Stacking method of membrane electrode composite)
The membrane electrode assembly 5 is produced, for example, by joining the electrolyte membrane 1 having the anode catalyst layer 21 and the cathode catalyst layer 31 applied on both surfaces, and the anode gas diffusion layer 22 and the cathode gas diffusion layer 32. Alternatively, the electrolyte membrane 1 may be joined to the anode gas diffusion layer 22 coated with the anode catalyst layer 21 and the cathode gas diffusion layer 32 coated with the cathode catalyst layer 31. By joining at a high pressure, the contact resistance at the interface contacting the anode catalyst layer 21 and the cathode catalyst layer 31 can be reduced.

なお、ここで「接合」とは、両者が予めプレス機等を用いて圧縮されることで一体化し、一の部材と他の部材の相対する一部が融着等により、簡単な工具を用いた程度では部材の変形を伴わずに分離することが困難な加工方法、またはその結果の状態を意味する。例えば、膜電極複合体5についてもこのことが当て嵌まる。膜電極複合体5として接合した後の部材は、もとの部材の厚みに比べて全面において厚みが薄くなっている。一方、後述する「接触」とは、両者が予め圧縮によって一体化されることなく、膜電極複合体5を分解した場合に容易に両者を容易に分離可能な状態を意味し、「接合」とは区別される。   Here, “joining” means that both members are integrated by being compressed in advance using a press or the like, and a part of one member and another member facing each other is fused to use a simple tool. This means a processing method that is difficult to separate without deformation of the member to a certain extent, or a resulting state. For example, this also applies to the membrane electrode assembly 5. The member after joining as the membrane electrode assembly 5 has a reduced thickness on the entire surface compared to the thickness of the original member. On the other hand, “contact” described later means a state in which both can be easily separated when the membrane electrode assembly 5 is disassembled without being previously integrated by compression. Are distinguished.

(アノード流路板)
アノードガス拡散層22のアノード触媒層21とは反対側に、アノード流路板23が配置される。アノード流路板23は燃料のアノード流路25(25a、25b、25c)を有する。アノード流路板23に設けられるアノード流路25は、例えば、サーペンタイン流路や、複数の流路が平行に走るパラレル流路とすることができる。
(Anode channel plate)
An anode flow path plate 23 is disposed on the opposite side of the anode gas diffusion layer 22 from the anode catalyst layer 21. The anode flow path plate 23 has fuel anode flow paths 25 (25a, 25b, 25c). The anode channel 25 provided in the anode channel plate 23 can be, for example, a serpentine channel or a parallel channel in which a plurality of channels run in parallel.

アノード流路板23はアノード拡散層22を通じてアノード触媒層21へと燃料を供給する目的と、アノード反応(式1)により生じた生成物(CO等)を排出する目的のためにアノード流路25が設けられたものである。なお、アノード流路板23に導電性を有するカーボンなどを用いることによりアノード2の集電板の機能を併せて持たせることも可能である。

Figure 2009245641
The anode channel plate 23 is an anode channel for the purpose of supplying fuel to the anode catalyst layer 21 through the anode diffusion layer 22 and for discharging the product (CO 2 etc.) generated by the anode reaction (Formula 1). 25 is provided. In addition, it is also possible to give the function of the current collecting plate of the anode 2 by using conductive carbon or the like for the anode flow path plate 23.
Figure 2009245641

このように、アノード集電体から電解質膜1と境界までをアノード2とする。すなわち、本実施の形態においては、アノード流路板23、アノードガス拡散層22、アノード触媒層21がアノード2に相当する。   Thus, the anode current collector to the electrolyte membrane 1 and the boundary are used as the anode 2. That is, in the present embodiment, the anode flow path plate 23, the anode gas diffusion layer 22, and the anode catalyst layer 21 correspond to the anode 2.

(カソード流路板)
カソードガス拡散層32のカソード触媒層31とは反対側に、カソード流路板33が配置される。カソード流路板33は酸化剤含有ガスのカソード流路35(35a、35b、35c)を有する。カソード流路板33に設けられるカソード流路35は、例えば、サーペンタイン流路や、複数の流路が平行に走るパラレル流路とすることができる。
(Cathode channel plate)
On the opposite side of the cathode gas diffusion layer 32 from the cathode catalyst layer 31, a cathode flow path plate 33 is disposed. The cathode channel plate 33 has a cathode channel 35 (35a, 35b, 35c) of an oxidizing agent-containing gas. The cathode channel 35 provided in the cathode channel plate 33 can be, for example, a serpentine channel or a parallel channel in which a plurality of channels run in parallel.

カソード流路板33はカソードガス拡散層32を通じてカソード触媒層31へと酸化剤供給ガスを供給する目的と、カソード反応(式2)により生じた生成物(HO等)を排出する目的のためにカソード流路35が設けられたものである。なお、カソード流路板33に導電性を有するカーボンなどを用いることによりカソードの集電板の機能を併せて持たせることも可能である。

Figure 2009245641
The cathode flow path plate 33 is used for supplying an oxidant supply gas to the cathode catalyst layer 31 through the cathode gas diffusion layer 32 and for discharging products (H 2 O, etc.) generated by the cathode reaction (formula 2). Therefore, a cathode channel 35 is provided. The cathode channel plate 33 can be provided with the function of a cathode current collecting plate by using conductive carbon or the like.
Figure 2009245641

このように、カソード流路板33から電解質膜1と境界までをカソード3とする。すなわち、本実施の形態においては、カソード流路板33、カソードガス拡散層32、カソード触媒層31がカソード3に相当する。
(燃料供給部)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、アノード2に燃料41を供給する燃料供給部42を有する。燃料供給部42は、燃料41が貯蔵された燃料容器43からアノード2のアノード流路25(25a〜25c)に燃料41を送る機能を有する。燃料供給部42には例えばポンプを用いることができる。燃料41には所定の濃度(例えば4mol−CHOH/L)に調整したメタノール水溶液を用いることができる。
Thus, the cathode 3 is defined from the cathode channel plate 33 to the electrolyte membrane 1 and the boundary. That is, in the present embodiment, the cathode flow path plate 33, the cathode gas diffusion layer 32, and the cathode catalyst layer 31 correspond to the cathode 3.
(Fuel supply part)
The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel supply unit 42 that supplies fuel 41 to the anode 2. The fuel supply unit 42 has a function of sending the fuel 41 from the fuel container 43 in which the fuel 41 is stored to the anode flow path 25 (25a to 25c) of the anode 2. For example, a pump can be used as the fuel supply unit 42. As the fuel 41, an aqueous methanol solution adjusted to a predetermined concentration (for example, 4 mol-CH 3 OH / L) can be used.

(酸化剤含有ガス供給部)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、カソード3に酸化剤含有ガス51を供給する酸化剤含有ガス供給部52を有する。酸化剤含有ガス供給部52は、酸化剤含有ガス51、例えば酸素を含有した空気をカソード3のカソード流路35(35a〜35c)に送る機能を有する。酸化剤ガス供給部52には例えばポンプを用いることができる。あるいは、酸化剤含有ガスを加圧して貯蔵したボンベなどを用いることもできる。
(Oxidant-containing gas supply unit)
The fuel cell system according to the present embodiment includes an oxidant-containing gas supply unit 52 that supplies the oxidant-containing gas 51 to the cathode 3. The oxidant-containing gas supply unit 52 has a function of sending an oxidant-containing gas 51, for example, oxygen-containing air, to the cathode flow path 35 (35 a to 35 c) of the cathode 3. For example, a pump can be used for the oxidant gas supply unit 52. Or the cylinder etc. which pressurized and stored the oxidizing agent containing gas can also be used.

(酸化剤含有ガス加湿部)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、酸化剤含有ガス供給部52とカソード3の間に介挿され、酸化剤含有ガス51を加湿する酸化剤含有ガス加湿部53を有する。酸化剤含有ガス加湿部53は、酸化剤含有ガス51の湿度を相対的に変化させる機能を有する。
(Oxidant-containing gas humidifier)
The fuel cell system according to the present embodiment includes an oxidant-containing gas humidifying unit 53 that is interposed between the oxidant-containing gas supply unit 52 and the cathode 3 and humidifies the oxidant-containing gas 51. The oxidant-containing gas humidifying unit 53 has a function of relatively changing the humidity of the oxidant-containing gas 51.

例えば、図1に示すように、切り替えバルブ54と水を貯蔵した容器55から構成することができる。水を貯蔵した容器55は、酸化剤含有ガス供給部52から送られてくる酸化剤含有ガス51により水がバブリングされ、酸化剤含有ガス51が加湿される機能を有する。酸化剤含有ガス51の湿度を相対的に変化させるには、切り替えバルブ54を切り替えることにより、酸化剤含有ガス51が水を貯蔵した容器55を経由する場合には相対的に湿度が高い状態に、経由しない場合には相対的に湿度が低い状態に、と適宜選択することにより実現することができる。   For example, as shown in FIG. 1, it can be comprised from the switching valve | bulb 54 and the container 55 which stored water. The container 55 storing water has a function of bubbling water with the oxidant-containing gas 51 sent from the oxidant-containing gas supply unit 52 and humidifying the oxidant-containing gas 51. In order to change the humidity of the oxidant-containing gas 51 relatively, by switching the switching valve 54, when the oxidant-containing gas 51 passes through the container 55 storing water, the humidity is relatively high. When not going through, it can be realized by appropriately selecting a relatively low humidity state.

もしくは適切な量の水を酸化剤含有ガス51の供給時に、酸化剤含有ガス51と共にカソード3に供給しても良い。容器55をバブリングさせて酸化剤含有ガス51を加湿して供給する場合は、この手段は有効である。なぜなら、容器55の内部の水温が60℃以下の場合には、バブリングしても十分な水を酸化剤含有ガスと共にカソード3に供給することが困難(水の水蒸気分圧が低いため)だからである。具体的には、海綿などの多孔質体に水を含ませ、この表面に酸素含有ガス51を通気させて加湿する方法や酸化剤含有ガス51の供給流路に少量の水をポンプ等で供給することで、酸化剤含有ガス51と水滴をセル内のカソード流路に直接供給する手法を適用することができる。   Alternatively, an appropriate amount of water may be supplied to the cathode 3 together with the oxidant-containing gas 51 when the oxidant-containing gas 51 is supplied. This means is effective when the container 55 is bubbled and the oxidant-containing gas 51 is humidified and supplied. This is because when the water temperature inside the container 55 is 60 ° C. or less, it is difficult to supply sufficient water to the cathode 3 together with the oxidant-containing gas even if bubbling (because the water vapor partial pressure of water is low). is there. Specifically, water is contained in a porous body such as sponge and oxygen-containing gas 51 is passed through the surface for humidification, or a small amount of water is supplied to the supply channel of the oxidant-containing gas 51 with a pump or the like. Thus, it is possible to apply a method of directly supplying the oxidant-containing gas 51 and water droplets to the cathode flow channel in the cell.

(電圧測定部)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、アノード2とカソード3の間の電圧を測定する電圧測定部6を有する。電圧測定部6は、発電部4が先に述べたようなアノード集電体とカソード集電板を用いる場合には、これらの間の電圧を公知の電圧測定手段を適用して測定することができる。
(Voltage measurement unit)
The fuel cell system according to the present embodiment has a voltage measuring unit 6 that measures the voltage between the anode 2 and the cathode 3. When the power generator 4 uses the anode current collector and the cathode current collector as described above, the voltage measuring unit 6 can measure the voltage between them by applying a known voltage measuring means. it can.

また、本実施の形態に係る燃料電池システムは、発電部4の温度を測定する温度測定部8を有していてもよい。温度測定部8は、アノード2に熱電対を設置するなどの公知の温度測定手段を適用して測定することができる。   In addition, the fuel cell system according to the present embodiment may include a temperature measurement unit 8 that measures the temperature of the power generation unit 4. The temperature measuring unit 8 can measure by applying a known temperature measuring means such as installing a thermocouple on the anode 2.

(制御部)
本実施の形態に係る燃料電池システムは、電圧測定部6から得られる情報に基づきカソード3に供給する酸化剤含有ガス51の湿度を調整する制御部7を有する。電圧測定部6で得られる情報(電圧情報)は、信号線E4により、制御部7に送られる。
(Control part)
The fuel cell system according to the present embodiment includes a control unit 7 that adjusts the humidity of the oxidant-containing gas 51 supplied to the cathode 3 based on information obtained from the voltage measurement unit 6. Information (voltage information) obtained by the voltage measuring unit 6 is sent to the control unit 7 through the signal line E4.

図3に制御部7の構成を示す。制御部7は、外部入力部100、判定部110、調整部120、情報格納部130、演算処理部140を有する。   FIG. 3 shows the configuration of the control unit 7. The control unit 7 includes an external input unit 100, a determination unit 110, an adjustment unit 120, an information storage unit 130, and an arithmetic processing unit 140.

(外部入力部)
外部入力部100は、電圧入力部101、温度入力部102を有する。電圧入力部101は電圧測定部6と信号線E4により接続されている。温度入力部102は温度測定部8と信号線E3により接続されている。
(External input section)
The external input unit 100 includes a voltage input unit 101 and a temperature input unit 102. The voltage input unit 101 is connected to the voltage measurement unit 6 through a signal line E4. The temperature input unit 102 is connected to the temperature measurement unit 8 through a signal line E3.

(判定部)
判定部110は、電圧判定部111、温度判定部112を有する。電圧判定部111は信号線E4を介して電圧測定部6から得られる情報(電圧情報)に基づいて、酸化剤含有ガス加湿部53を通じて、酸化剤含有ガス51の湿度を相対的に変化させるか否かを判定する機能を有する。
(Judgment part)
The determination unit 110 includes a voltage determination unit 111 and a temperature determination unit 112. Whether the voltage determination unit 111 relatively changes the humidity of the oxidant-containing gas 51 through the oxidant-containing gas humidification unit 53 based on information (voltage information) obtained from the voltage measurement unit 6 via the signal line E4. It has a function to determine whether or not.

また、温度判定部112は、信号線E3を介して温度測定部8から得られる情報(温度情報)に基づいて、燃料供給部42を通じて、燃料41の単位時間当たりの供給量の増加、維持、減少について判定する機能を有する。   Further, the temperature determination unit 112 increases or maintains the supply amount of the fuel 41 per unit time through the fuel supply unit 42 based on information (temperature information) obtained from the temperature measurement unit 8 through the signal line E3. It has a function to determine the decrease.

(調整部)
調整部120は、湿度調整部121、燃料供給調整部122を有する。湿度調整部121は信号線E2を通じて酸化剤含有ガス加湿部53に接続されている。第1の形態においては切り替えバルブ54により酸化剤含有ガスの流路の切り替えを行い、酸化剤含有ガス51の湿度を調整する機能を有する。
(Adjustment part)
The adjustment unit 120 includes a humidity adjustment unit 121 and a fuel supply adjustment unit 122. The humidity adjusting unit 121 is connected to the oxidant-containing gas humidifying unit 53 through the signal line E2. In the first embodiment, the switching valve 54 switches the flow path of the oxidant-containing gas and has a function of adjusting the humidity of the oxidant-containing gas 51.

燃料供給調整部122は、信号線E1を通じて燃料供給部42に接続されている。第2の実施の形態においては前述した燃料供給部42(ポンプ)に接続され、単位時間当たりの燃料供給量を調整する機能を有する。   The fuel supply adjustment unit 122 is connected to the fuel supply unit 42 through the signal line E1. The second embodiment is connected to the above-described fuel supply unit 42 (pump) and has a function of adjusting the fuel supply amount per unit time.

(情報格納部)
情報格納部130は、電圧情報格納部131、温度情報格納部132を有する。上記判定部110で行う判定のために参照するための電圧情報、温度情報を格納する。情報格納部130にはハードディスクなどの記憶媒体を用いることができる。
(Information storage)
The information storage unit 130 includes a voltage information storage unit 131 and a temperature information storage unit 132. Voltage information and temperature information for reference for determination performed by the determination unit 110 are stored. The information storage unit 130 can be a storage medium such as a hard disk.

(演算処理部)
演算処理部140は、外部入力部100、判定部110、調整部120、情報格納部130の情報のやり取り、情報の演算処理や加工、情報格納部130への格納等を行う機能を有する。演算処理部140には電子計算機などのCPUを用いることができる。
(Calculation processing part)
The arithmetic processing unit 140 has functions for exchanging information with the external input unit 100, the determination unit 110, the adjustment unit 120, and the information storage unit 130, calculating and processing information, storing the information in the information storage unit 130, and the like. The arithmetic processing unit 140 can be a CPU such as an electronic computer.

(燃料電池の機能)
次に図1に示した発電スタックの基本的な機能について説明する。まず、燃料41(メタノール水溶液)は燃料供給部42(ポンプ)を通じてアノード流路25へ供給され、アノードガス拡散層22を通してアノード触媒層21へ供給される。膜電極複合体5のアノード触媒層21においては上述したアノード反応(式1)が起こる。
(Function of fuel cell)
Next, the basic function of the power generation stack shown in FIG. 1 will be described. First, the fuel 41 (methanol aqueous solution) is supplied to the anode flow path 25 through the fuel supply unit 42 (pump), and is supplied to the anode catalyst layer 21 through the anode gas diffusion layer 22. In the anode catalyst layer 21 of the membrane electrode assembly 5, the above-described anode reaction (formula 1) occurs.

(式1)に基づき、アノード触媒層21で生成したプロトン(H)はアノード触媒層21から電解質膜1を通りカソード触媒層31へと流れる。電子(e)はアノードガス拡散層22、アノード流路板23、外部回路(図示省略)、カソード流路板33、カソードガス拡散層32を経由してカソード触媒層31へと運ばれる。アノード触媒層21で生成した二酸化炭素(CO)はアノードガス拡散層22、アノード流路25を通して外部へ排出される。 Based on (Formula 1), protons (H + ) generated in the anode catalyst layer 21 flow from the anode catalyst layer 21 through the electrolyte membrane 1 to the cathode catalyst layer 31. Electrons (e ) are carried to the cathode catalyst layer 31 via the anode gas diffusion layer 22, the anode flow path plate 23, an external circuit (not shown), the cathode flow path plate 33, and the cathode gas diffusion layer 32. Carbon dioxide (CO 2 ) generated in the anode catalyst layer 21 is discharged to the outside through the anode gas diffusion layer 22 and the anode flow path 25.

酸化剤ガス手段52から供給される空気12により、プロトン及びエレクトロンは、カソード触媒層31において上述した(式2)に示すカソード反応で消費される。なお、図1において、酸化剤含有ガス51はカソード流路板33のカソード流路35、カソードガス拡散層32を介してカソード触媒層31へ供給される。   By the air 12 supplied from the oxidant gas means 52, protons and electrons are consumed in the cathode catalyst layer 31 by the cathode reaction shown in (Formula 2) described above. In FIG. 1, the oxidant-containing gas 51 is supplied to the cathode catalyst layer 31 through the cathode channel 35 and the cathode gas diffusion layer 32 of the cathode channel plate 33.

一般に、カソード反応(式2)が起こる際、プロトンの移動と共にメタノール(CHOH)および水(HO)も電解質膜1を通過して移動する(前者をメタノールのクロスオーバー、後者を水のクロスオーバーと呼ぶ)。このうち、電解質膜1を透過したメタノールは酸化剤ガス供給部52から供給される空気51によりカソード触媒層31において(式3)に示す酸化反応を起こし、水が生成される。

Figure 2009245641
In general, when the cathode reaction (formula 2) occurs, methanol (CH 3 OH) and water (H 2 O) also move through the electrolyte membrane 1 along with the movement of protons (the former is methanol crossover and the latter is water). Called a crossover). Of these, methanol that has permeated through the electrolyte membrane 1 undergoes an oxidation reaction shown in (Equation 3) in the cathode catalyst layer 31 by the air 51 supplied from the oxidant gas supply unit 52 to generate water.
Figure 2009245641

また、カソード反応(式2)で生成した水、および透過した水の一部は電解質膜1を通してアノード触媒層21へ逆拡散する。残りの水は膜電極複合体5からカソード流路板33を通じて外部へと排出される。   Further, the water generated in the cathode reaction (Formula 2) and a part of the permeated water are back-diffused through the electrolyte membrane 1 to the anode catalyst layer 21. The remaining water is discharged from the membrane electrode assembly 5 to the outside through the cathode channel plate 33.

ここで、(式2)に示すカソード反応および(式3)に示す酸化反応により生成する水がカソード3から適切に排出されない場合、カソード3において水が滞留し、酸化剤含有ガス41がカソード触媒31に適切に供給されない状態となる。これが先に説明したカソードのフラッディングである。   Here, when water generated by the cathode reaction shown in (Formula 2) and the oxidation reaction shown in (Formula 3) is not properly discharged from the cathode 3, the water stays in the cathode 3, and the oxidant-containing gas 41 becomes the cathode catalyst. 31 is not properly supplied. This is the cathode flooding described above.

本発明に係る燃料電池システム10においては、燃料供給部42と酸化剤含有ガス加湿部53を有することにより、発電中に発電部4の中に残存する水分量を調整することができる。これによりカソード3に過剰の水が滞留することによって生じるカソード3のフラッディングによる出力の低下を抑制することが可能となる効果を有する。   In the fuel cell system 10 according to the present invention, the amount of moisture remaining in the power generation unit 4 during power generation can be adjusted by including the fuel supply unit 42 and the oxidant-containing gas humidification unit 53. As a result, it is possible to suppress a reduction in output due to flooding of the cathode 3 caused by excess water remaining in the cathode 3.

このフラッディングは制御部7において以下の制御を行うことにより、防止することができる。   This flooding can be prevented by performing the following control in the control unit 7.

以下、図4を参照し、この手順について説明する。   Hereinafter, this procedure will be described with reference to FIG.

〔フラッディング〕
図4はカソード3のフラッディングを防止するための手順を示したプロセスフローである。なお、当然のことながら、カソード3のフラッディングは燃料電池システム10が設計範囲内にある所定の出力を行う時に生じるものであるので、燃料電池システム10は稼動状態にあるものとする。また、このとき、電圧測定部6により発電部4の電圧は常時測定され、信号線E4により制御部7に送られているものとする。なお、電圧測定部6による発電部4の電圧の測定は、必要に応じて適宜測定されてもよい。
[Flooding]
FIG. 4 is a process flow showing a procedure for preventing flooding of the cathode 3. As a matter of course, flooding of the cathode 3 occurs when the fuel cell system 10 performs a predetermined output within the design range, so that the fuel cell system 10 is in an operating state. At this time, it is assumed that the voltage of the power generation unit 4 is constantly measured by the voltage measurement unit 6 and sent to the control unit 7 through the signal line E4. In addition, the measurement of the voltage of the electric power generation part 4 by the voltage measurement part 6 may be measured suitably as needed.

制御部7の電圧入力部101に送られた電圧情報は演算処理部140で演算処理され、あるいは電圧情報格納部131に予め格納された温度情報と比較参照される。これらの演算処理、比較参照の結果は電圧判定部111に保存される。電圧判定部111に保存された結果に基づき、湿度調整部121から信号線E2を介して酸化剤含有ガス加湿部53が制御される。   The voltage information sent to the voltage input unit 101 of the control unit 7 is subjected to arithmetic processing by the arithmetic processing unit 140 or compared with temperature information stored in advance in the voltage information storage unit 131. The results of these arithmetic processes and comparison reference are stored in the voltage determination unit 111. Based on the result stored in the voltage determination unit 111, the oxidant-containing gas humidification unit 53 is controlled from the humidity adjustment unit 121 via the signal line E2.

説明の便宜のために、所定の電圧として以下の4つを定義する。   For convenience of explanation, the following four are defined as predetermined voltages.

V3 : 燃料電池システムの稼動において復旧不可能と判断される最小電圧値
V1 : 燃料電池システムの稼動において許容される最小電圧値
V2 : 燃料電池システムの稼動において許容される最大電圧値
V4 : 燃料電池システムの稼動において復旧不可能と判断される最大電圧値
Vi(i=1、2、3、4)は燃料電池システムの種類等に応じて、予め設定された値であり、電圧情報格納部131に格納され、適宜参照される。なお、V3<V1≦V2<V4である。
V3: Minimum voltage value judged to be unrecoverable in operation of the fuel cell system V1: Minimum voltage value allowed in operation of the fuel cell system V2: Maximum voltage value allowed in operation of the fuel cell system V4: Fuel cell The maximum voltage value Vi (i = 1, 2, 3, 4) determined to be unrecoverable in the operation of the system is a preset value according to the type of the fuel cell system, and the voltage information storage unit 131. And is referred to as appropriate. Note that V3 <V1 ≦ V2 <V4.

(第1非加湿ステップ:S1)
まず、初期状態として、燃料電池システム10に非加湿酸化剤含有ガスを供給する第1非加湿ステップS1を行う。ここで「非加湿酸化剤含有ガス」とは、酸化剤含有ガス51が酸化剤含有ガス加湿部53の操作によって、相対的に湿度の低い酸化剤ガス51となっていることをいう。一方、「加湿酸化剤含有ガス」とは、酸化剤含有ガス51が酸化剤含有ガス加湿部53の操作によって、先の「非加湿酸化剤含有ガス」に比較して相対的に湿度の高い酸化剤ガス51となっていることをいう。
(First non-humidifying step: S1)
First, as an initial state, a first non-humidification step S1 for supplying a non-humidified oxidant-containing gas to the fuel cell system 10 is performed. Here, the “non-humidified oxidant-containing gas” means that the oxidant-containing gas 51 is changed to the oxidant gas 51 having relatively low humidity by the operation of the oxidant-containing gas humidifying unit 53. On the other hand, the “humidified oxidant-containing gas” means that the oxidant-containing gas 51 is oxidized by the operation of the oxidant-containing gas humidifying unit 53 with a relatively high humidity compared to the previous “non-humidified oxidant-containing gas”. It means that it is the agent gas 51.

例えば、図1に示す燃料電池システム10においてはバルブ54を切り替え、酸化剤含有ガス51が水を貯蔵した容器55を経由しない状態とすることにより第1非加湿ステップS1を行うことができる。   For example, in the fuel cell system 10 shown in FIG. 1, the first non-humidifying step S1 can be performed by switching the valve 54 so that the oxidant-containing gas 51 does not pass through the container 55 storing water.

非加湿酸化剤含有ガスをカソード3に供給して所定の時間(例えば5〜10分間)経過し、燃料電池システム10が安定した後、電圧測定部6から得られる情報に基づき、電圧値Vを求める。ここで「電圧測定部6から得られる情報に基づき、電圧値Vを求める」とは、電圧測定部から得られる情報は、必ずしも電圧値そのものであるとは限らないので(例えば、電圧測定部6からの情報は0−5Vの信号の形で送られてくることもある)、このような情報を演算処理部140で演算処理(変換)し正しい値(電圧V)とすることを意味する。   After a predetermined time (for example, 5 to 10 minutes) has passed since the non-humidified oxidant-containing gas is supplied to the cathode 3 and the fuel cell system 10 has stabilized, the voltage value V is determined based on the information obtained from the voltage measurement unit 6. Ask. Here, “determining the voltage value V based on the information obtained from the voltage measuring unit 6” means that the information obtained from the voltage measuring unit is not necessarily the voltage value itself (for example, the voltage measuring unit 6 Information may be sent in the form of a signal of 0-5V), meaning that such information is arithmetically processed (converted) by the arithmetic processing unit 140 to obtain a correct value (voltage V).

この電圧値Vに応じて以下の場合に分けて、制御部7では判断され、制御される。   Depending on the voltage value V, the control unit 7 determines and controls in the following cases.

(S1−1) V4<V : 所定の運転停止モードに入る。   (S1-1) V4 <V: A predetermined operation stop mode is entered.

(S1−2) V2<V≦V4 : 第1非加湿ステップS1を継続する。   (S1-2) V2 <V ≦ V4: The first non-humidifying step S1 is continued.

(S1−3) V1≦V≦V2 : 第1非加湿ステップS1を継続する。   (S1-3) V1 ≦ V ≦ V2: The first non-humidifying step S1 is continued.

(S1−4) V<V1 : 加湿ステップS2を行う。   (S1-4) V <V1: The humidification step S2 is performed.

(加湿ステップ:S2)
上記(S1−4)と判定された場合、加湿ステップS2を以下のように行う。例えば、図1に示す燃料電池システム10においてはバルブ54を切り替え、酸化剤含有ガス51が水を貯蔵した容器55を経由する状態とすることにより加湿ステップS2を行うことができる。
(Humidification step: S2)
When it determines with the above (S1-4), humidification step S2 is performed as follows. For example, in the fuel cell system 10 shown in FIG. 1, the humidifying step S2 can be performed by switching the valve 54 so that the oxidant-containing gas 51 passes through the container 55 storing water.

加湿酸化剤含有ガスをカソード3に供給して所定の時間(例えば5〜10分間)経過し、燃料電池システム10が安定した後、電圧測定部6から得られる電圧情報から電圧値Vを求める。この時、電圧値Vに応じて以下の場合に分けて、制御部7では判断され、制御される。   After the humidified oxidant-containing gas is supplied to the cathode 3 and a predetermined time (for example, 5 to 10 minutes) elapses and the fuel cell system 10 is stabilized, the voltage value V is obtained from the voltage information obtained from the voltage measuring unit 6. At this time, according to the voltage value V, the control unit 7 determines and controls in the following cases.

(S2−1) V1≦V : 第1非加湿ステップS1を行う。   (S2-1) V1 ≦ V: The first non-humidifying step S1 is performed.

(S2−2) V<V1 : 他の原因があると判断される。   (S2-2) V <V1: It is determined that there is another cause.

すなわち、電圧測定部6から得られる情報に基づき求められた電圧値Vが、所定の電圧値(上記の場合V1がこれに相当)よりも小さいと判断された場合に、制御部7がカソード3に供給する酸化剤含有ガス51の湿度を上昇させてカソード3に供給する調整(加湿ステップS2)を行う。   That is, when it is determined that the voltage value V obtained based on the information obtained from the voltage measurement unit 6 is smaller than a predetermined voltage value (in the above case, V1 corresponds to this), the control unit 7 performs the cathode 3 The humidity of the oxidant-containing gas 51 to be supplied to the cathode 3 is adjusted to be supplied to the cathode 3 (humidification step S2).

(第1の実施の形態の効果)
このように、第1の実施の形態によれば、電圧測定部6、制御部7、酸化剤含有ガス加湿部53を有することにより、第1非加湿ステップS1、加湿ステップS2を行うことが可能となる。このことにより、燃料電池システム10の発電中に発電部4の中に残存する水分量を調整することができる。また、これによりカソード3に過剰の水が滞留することによって生じるカソード3のフラッディングによる出力の低下を抑制することが可能となる効果を有する。
(Effects of the first embodiment)
Thus, according to 1st Embodiment, it is possible to perform 1st non-humidification step S1 and humidification step S2 by having the voltage measurement part 6, the control part 7, and the oxidizing agent containing gas humidification part 53. It becomes. As a result, the amount of moisture remaining in the power generation unit 4 during the power generation of the fuel cell system 10 can be adjusted. This also has the effect of suppressing a reduction in output due to flooding of the cathode 3 caused by excess water remaining in the cathode 3.

さらに、出力低下が生じた場合に、カソード3のフラッディングに起因するものかどうかを判定することができる。すなわち、(S2−2)の場合を除き、燃料電池システム10の出力低下はカソード3のフラッディングが原因によるものであり、第1非加湿ステップS1、加湿ステップS2により出力を回復させることができる。   Furthermore, when the output is reduced, it can be determined whether or not it is caused by flooding of the cathode 3. That is, except for the case of (S2-2), the decrease in the output of the fuel cell system 10 is caused by the flooding of the cathode 3, and the output can be recovered by the first non-humidification step S1 and the humidification step S2.

〔第2の実施の形態〕
上記第1の実施の形態において、(S2−2)の場合、すなわち、燃料電池システム10の出力の低下がカソード3のフラッディングによるものではなく、他に原因があると判定された場合に対応した第2の実施の形態について説明する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, the case of (S2-2), that is, the case where it is determined that the decrease in the output of the fuel cell system 10 is not due to the flooding of the cathode 3 and that there is another cause. A second embodiment will be described.

燃料41を直接アノード2に供給する燃料電池システム10においては、出力(電圧)の低下がカソード3のフラッディングによる電圧の低下に起因しない場合がある。この原因として、いわゆる「燃料クロスオーバー」と呼ばれる燃料41が供給過剰になっている場合や、逆に燃料41が供給不足になっている場合が該当する。このような場合には、カソード3でフラッディングによる出力(電圧)低下が起こっていなくても出力(電圧)が低下する状態が観察される。   In the fuel cell system 10 in which the fuel 41 is directly supplied to the anode 2, the output (voltage) may not decrease due to the voltage decrease due to the flooding of the cathode 3. This is because the fuel 41 called “fuel crossover” is excessively supplied, or conversely, the fuel 41 is insufficiently supplied. In such a case, a state is observed in which the output (voltage) decreases even when the output (voltage) does not decrease due to flooding at the cathode 3.

ここで、燃料クロスオーバーにより燃料41が供給過剰になった場合にはカソード3で(式3)に示す燃料41の酸化反応により発電部4の温度が上昇する。逆に、燃料41が供給不足になった場合にはカソード3で酸化反応に供給される燃料41が減少するため、発電部4の温度が低下する。   Here, when the fuel 41 is excessively supplied due to the fuel crossover, the temperature of the power generation unit 4 rises at the cathode 3 due to the oxidation reaction of the fuel 41 shown in (Equation 3). Conversely, when the fuel 41 is insufficiently supplied, the fuel 41 supplied to the oxidation reaction at the cathode 3 decreases, so the temperature of the power generation unit 4 decreases.

第2の実施の形態においては、この特徴を利用し、発電部4の電圧が燃料電池システムの稼動において許容される最小電圧値(V1)を下回った場合(第1の実施の形態における(S2−2)に相当)には、燃料供給部42を制御することで燃料41のクロスオーバによる電圧の低下、もしくは燃料41の不足による電圧の低下が起こっているのかどうかを、発電部4の温度を温度測定部8で測定し、制御部7で判定するものである。具体的には、発電部4の温度測定部8から得られる温度情報に基づき、以下の手順に行うことで、出力が低下する原因を詳細に判定することができる。   In the second embodiment, this feature is utilized, and the voltage of the power generation unit 4 falls below the minimum voltage value (V1) allowed in the operation of the fuel cell system ((S2 in the first embodiment) 2)), whether the voltage drop due to the crossover of the fuel 41 or the voltage drop due to the shortage of the fuel 41 has occurred by controlling the fuel supply unit 42 is determined depending on the temperature of the power generation unit 4. Is measured by the temperature measuring unit 8 and determined by the control unit 7. Specifically, the cause of the decrease in output can be determined in detail by performing the following procedure based on the temperature information obtained from the temperature measurement unit 8 of the power generation unit 4.

第2の実施の形態、第1の実施の形態に加え、発電部4が発電部4の温度を測定する温度測定部8を有し、制御部7が温度測定部8から得られる情報に基づきアノード3に供給する単位時間当たりの燃料供給量を調整することを特徴とする燃料電池システムである。   In addition to the second embodiment and the first embodiment, the power generation unit 4 has a temperature measurement unit 8 that measures the temperature of the power generation unit 4, and the control unit 7 is based on information obtained from the temperature measurement unit 8. In this fuel cell system, the fuel supply amount per unit time supplied to the anode 3 is adjusted.

ここで、温度測定部8による発電部4の温度は稼動している間は継続的に測定されてもよいし、必要に応じて適宜測定されてもよい。これら温度情報は信号線E3により制御部7に送られる。   Here, the temperature of the power generation unit 4 by the temperature measurement unit 8 may be continuously measured while it is operating, or may be appropriately measured as necessary. The temperature information is sent to the control unit 7 through the signal line E3.

制御部7の温度入力部102に送られた温度情報は演算処理部140で演算処理され、あるいは温度情報格納部132に予め格納された温度情報と比較参照される。これらの演算処理、比較参照の結果は温度判定部112に保存される。温度判定部112に保存された結果に基づき、燃料供給調整部122から信号線E1を介して燃料供給部42が制御される。   The temperature information sent to the temperature input unit 102 of the control unit 7 is arithmetically processed by the arithmetic processing unit 140 or compared with temperature information stored in advance in the temperature information storage unit 132. The results of these calculation processes and comparison reference are stored in the temperature determination unit 112. Based on the result stored in the temperature determination unit 112, the fuel supply unit 42 is controlled from the fuel supply adjustment unit 122 via the signal line E1.

説明の便宜のために、所定の温度として以下の4つを定義する。   For convenience of explanation, the following four are defined as predetermined temperatures.

T3 : 燃料電池システムの稼動において復旧不可能と判断される最低温度
T1 : 燃料電池システムの稼動において許容される最低温度
T2 : 燃料電池システムの稼動において許容される最高温度
T4 : 燃料電池システムの稼動において復旧不可能と判断される最高温度
Ti(i=1、2、3、4)は燃料電池システムの種類等に応じて、予め設定された値であり、温度情報格納部131に格納され、適宜参照される。なお、T3<T1≦T2<T4である。
T3: Minimum temperature judged to be unrecoverable in the operation of the fuel cell system T1: Minimum temperature allowed in the operation of the fuel cell system T2: Maximum temperature allowed in the operation of the fuel cell system T4: Operation of the fuel cell system The maximum temperature Ti determined to be unrecoverable in (i = 1, 2, 3, 4) is a preset value according to the type of the fuel cell system and the like, and is stored in the temperature information storage unit 131. Referenced as appropriate. Note that T3 <T1 ≦ T2 <T4.

(アノード温度判定ステップ:S3)
加湿ステップS2の(S2−2)において、「他に原因があると判断」された場合、アノード2の温度測定部8で測定された温度Tに応じて以下の場合分けを行う。
(Anode temperature determination step: S3)
In the humidification step S2 (S2-2), when “determined that there is another cause” is determined, the following case classification is performed according to the temperature T measured by the temperature measurement unit 8 of the anode 2.

(S3−1) T4<T : 所定の運転停止モードに入る。   (S3-1) T4 <T: A predetermined operation stop mode is entered.

(S3−2) T2<T≦T4 : 燃料低減ステップS4を行う。   (S3-2) T2 <T ≦ T4: The fuel reduction step S4 is performed.

(S3−3) T1≦T≦T2 : 電圧判定ステップS6を行う。   (S3-3) T1 ≦ T ≦ T2: Voltage determination step S6 is performed.

(S3−4) T3≦T<T1 : 燃料増加ステップS5を行う。   (S3-4) T3 ≦ T <T1: The fuel increase step S5 is performed.

(S3−5) T<T3 : 所定の運転停止モードに入る。   (S3-5) T <T3: Enters a predetermined operation stop mode.

このアノード温度判定ステップS3により、燃料電池システム10の出力が低下している原因が、発電部4に供給される燃料41が多すぎるためにクロスオーバーを引き起こしていることに起因するものであるのか、あるいは少なすぎて発電部4の温度が低下していることに起因するものであるのか、が判定される。   Whether the output of the fuel cell system 10 is reduced due to the anode temperature determination step S3 is due to the fact that the fuel 41 supplied to the power generation unit 4 is too much, causing a crossover. Alternatively, it is determined whether this is due to the fact that the temperature of the power generation unit 4 has decreased due to too little.

これを更に正確に判断するために、アノード温度判定ステップS3の場合分けに応じて、以下の燃料低減ステップS4、燃料増加ステップS5のいずれかを行う。   In order to more accurately determine this, one of the following fuel reduction step S4 and fuel increase step S5 is performed according to the case classification in the anode temperature determination step S3.

(燃料低減ステップ:S4)
上記(S3−2)と判定された場合、燃料低減ステップS4を以下のように行う。例えば、図1に示す燃料電池システム10においては燃料供給部42のポンプの回転数を低減し、発電部4へ供給される単位時間当たりの燃料41を低減することにより燃料低減ステップS4を行うことができる。
(Fuel reduction step: S4)
When it is determined as (S3-2) above, the fuel reduction step S4 is performed as follows. For example, in the fuel cell system 10 shown in FIG. 1, the fuel reduction step S <b> 4 is performed by reducing the rotation speed of the pump of the fuel supply unit 42 and reducing the fuel 41 per unit time supplied to the power generation unit 4. Can do.

このように燃料低減ステップS4を所定の時間(例えば5分間)経過し、燃料電池システム10が安定した後、温度測定部8に基づき得られる情報から発電部4の温度を求める。ここで「温度測定部8から得られる情報から発電部4の温度を求める」とは、温度測定部8から得られる情報は、必ずしも温度の値そのものであるとは限らないので(例えば、温度測定部8からの情報は0−5Vの信号の形で送られてくることもある)、このような情報を演算処理部140で演算処理し、正しい値に(温度T)とすることを意味する。   Thus, after a predetermined time (for example, 5 minutes) has passed through the fuel reduction step S4 and the fuel cell system 10 is stabilized, the temperature of the power generation unit 4 is obtained from information obtained based on the temperature measurement unit 8. Here, “determining the temperature of the power generation unit 4 from the information obtained from the temperature measurement unit 8” is because the information obtained from the temperature measurement unit 8 is not necessarily the temperature value itself (for example, temperature measurement The information from the unit 8 may be sent in the form of a signal of 0-5V), which means that such information is arithmetically processed by the arithmetic processing unit 140 to obtain a correct value (temperature T). .

この時、温度に応じて以下の場合に分けて、制御部7で判定され、制御される。   At this time, it is determined and controlled by the control unit 7 in the following cases according to the temperature.

(S4−1) T2<T : 電圧判定ステップS6を行う。   (S4-1) T2 <T: The voltage determination step S6 is performed.

(S4−2) T≦T2 : 燃料低減ステップS4を継続する。   (S4-2) T ≦ T2: The fuel reduction step S4 is continued.

すなわち、温度測定部8から得られる情報に基づき求められた温度の値Tが予め与えられた第1の範囲内(上記の場合、T2<T<T4に相当)に含まれると判断された場合に、制御部7がアノード3に供給する単位時間当たりの燃料41の供給を低下させる調整(燃料減少ステップS4)を行う。   That is, when it is determined that the temperature value T obtained based on the information obtained from the temperature measuring unit 8 is included in the first range given in advance (corresponding to T2 <T <T4 in the above case). Further, an adjustment (fuel reduction step S4) is performed to reduce the supply of the fuel 41 per unit time supplied to the anode 3 by the control unit 7.

(燃料増加ステップ:S5)
上記(S3−4)と判定された場合、燃料増加ステップS5を以下のように行う。例えば、図1に示す燃料電池システム10においては燃料供給部42のポンプの回転数を増加し、発電部4へ供給される単位時間当たりの燃料41を増加することにより燃料増加ステップS5を行うことができる。
(Fuel increase step: S5)
When it is determined as (S3-4) above, the fuel increase step S5 is performed as follows. For example, in the fuel cell system 10 shown in FIG. 1, the fuel increase step S5 is performed by increasing the number of revolutions of the pump of the fuel supply unit 42 and increasing the fuel 41 per unit time supplied to the power generation unit 4. Can do.

このように燃料増加ステップS5を所定の時間(例えば5分間)経過し、燃料電池システム10が安定した後、温度測定部8から得られる温度情報から温度Tを求める。この時、温度Tに応じて以下の場合に分けて、制御部7で判定され、制御される。   Thus, after a predetermined time (for example, 5 minutes) has passed through the fuel increasing step S5 and the fuel cell system 10 is stabilized, the temperature T is obtained from the temperature information obtained from the temperature measuring unit 8. At this time, it is determined and controlled by the control unit 7 according to the temperature T in the following cases.

(S5−1) T1≦T : 電圧判定ステップS6を行う。   (S5-1) T1 ≦ T: Voltage determination step S6 is performed.

(S5−2) T<T1 : 燃料増加ステップS5を継続する。   (S5-2) T <T1: The fuel increase step S5 is continued.

すなわち、温度測定部8から得られる情報に基づき求められた温度の値Tが予め与えられた第2の範囲内(上記の場合、T3<T<T1に相当)に含まれると判断された場合に、制御部7がアノード3に供給する単位時間当たりの燃料41の供給を増加させる調整(燃料増加ステップS5)を行う。   That is, when it is determined that the temperature value T obtained based on the information obtained from the temperature measuring unit 8 is included in the second range given in advance (corresponding to T3 <T <T1 in the above case). In addition, adjustment is performed to increase the supply of the fuel 41 per unit time supplied to the anode 3 by the control unit 7 (fuel increase step S5).

(電圧判定ステップ:S6)
上記(S3−3)、(S4−1)、(S5−1)と判定された場合、電圧判定ステップS6を以下のように行う。
(Voltage judgment step: S6)
When it is determined as (S3-3), (S4-1), or (S5-1), the voltage determination step S6 is performed as follows.

(S6−1) V3≦V : 電圧判定ステップS6を継続する。   (S6-1) V3 ≦ V: The voltage determination step S6 is continued.

(S6−2) V<V3 : 第2非加湿ステップS7を行う。   (S6-2) V <V3: The second non-humidifying step S7 is performed.

(第2非加湿ステップ:S7)
上記(S6−2)と判定された場合、第2非加湿ステップS7を以下のように行う。
(Second non-humidifying step: S7)
When it is determined as (S6-2), the second non-humidifying step S7 is performed as follows.

(S7−1) V1≦V : 第2非加湿ステップS7を継続する。   (S7-1) V1 ≦ V: The second non-humidifying step S7 is continued.

(S7−2) V3≦V<V1 : 第1非加湿ステップS1を行う。   (S7-2) V3 ≦ V <V1: The first non-humidifying step S1 is performed.

(S7−3) V<V3 : 所定の運転停止モードに入る。   (S7-3) V <V3: Enters a predetermined operation stop mode.

(第2の実施の形態の効果)
第2の実施の形態によれば、燃料供給部42の不具合により出力(電圧)が低下しているようであればそれを是正した後、再度酸化剤含有ガス加湿部53を制御する。これにより発電部4の温度Tが燃料電池システム10の稼動において許容される範囲内(T1≦T≦T2)に回復する場合には、電圧測定部6の電圧を監視しながら酸化剤含有ガス51の湿度を変化させることにより、カソード3におけるフラッディングを抑制しつつ、出力(電圧)を安定領域(V1≦V≦V2)に維持することができる。
(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment, if the output (voltage) seems to be lowered due to a malfunction of the fuel supply unit 42, after correcting it, the oxidant-containing gas humidification unit 53 is controlled again. As a result, when the temperature T of the power generation unit 4 recovers within the allowable range for operation of the fuel cell system 10 (T1 ≦ T ≦ T2), the oxidant-containing gas 51 is monitored while monitoring the voltage of the voltage measurement unit 6. By changing the humidity, the output (voltage) can be maintained in the stable region (V1 ≦ V ≦ V2) while suppressing flooding at the cathode 3.

すなわち、制御部7、温度測定部8、燃料供給部42を有することにより、アノード温度判定ステップS3を行うことが可能となる。すなわち、燃料電池システム10の出力が低下している原因が、発電部4に供給される燃料41が多すぎるためにクロスオーバーを引き起こしていることに起因するものなのか、それとも少なすぎて発電部4の温度が低下していることに起因するものなのか、あるいはそれ以外の原因によるものであるのか、が判定される。   That is, the anode temperature determination step S3 can be performed by including the control unit 7, the temperature measurement unit 8, and the fuel supply unit 42. That is, the reason why the output of the fuel cell system 10 is reduced is that the fuel 41 supplied to the power generation unit 4 is too much to cause a crossover, or the power generation unit is too small. It is determined whether it is due to the temperature of 4 being lowered or due to other causes.

これに加えて、燃料低減ステップS4あるいは燃料増加ステップS5、および電圧判定ステップS6を行うことにより、燃料電池システム10の出力低下を回復することができるか、あるいは更に別の原因により回復不能であるか、を判定することができる。すなわち、(S7−3)の場合を除き、燃料電池システム10の出力低下は燃料41の供給が過剰に供給されたことによるクロスオーバー、燃料41の供給が不足していることによる発電部4の温度低下によるものであり、第2非加湿ステップS7により出力を回復することができる。   In addition to this, by performing the fuel reduction step S4 or the fuel increase step S5 and the voltage determination step S6, the output decrease of the fuel cell system 10 can be recovered or cannot be recovered due to another cause. Can be determined. That is, except for the case of (S7-3), the output decrease of the fuel cell system 10 is caused by the crossover due to the excessive supply of the fuel 41 and the power generation unit 4 due to the insufficient supply of the fuel 41. This is due to the temperature drop, and the output can be recovered by the second non-humidifying step S7.

一方、(S7−3)の場合には、2つの原因(燃料41の供給が過剰に供給されたことによるクロスオーバー、燃料41の供給が不足していることによる発電部4の温度低下)以外に原因があるものと判定することができる。
On the other hand, in the case of (S7-3), other than two causes (crossover due to excessive supply of fuel 41, temperature drop of power generation unit 4 due to insufficient supply of fuel 41) It can be determined that there is a cause.

本発明に係る燃料電池システムを示す構成図。The block diagram which shows the fuel cell system which concerns on this invention. 本発明に係る発電部を示す断面図。Sectional drawing which shows the electric power generation part which concerns on this invention. 本発明の係る制御部を示す構成図。The block diagram which shows the control part which concerns on this invention. 本発明の実施形態に係るプロセスフロー図。The process flow figure concerning the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 ・・・ 電解質膜
2 ・・・ アノード
3 ・・・ カソード
4 ・・・ 発電部
5 ・・・ 膜電極複合体(MEA)
6 ・・・ 電圧測定部
7 ・・・ 制御部(第1の制御部、第2の制御部)
8 ・・・ 温度測定部
10 ・・・ 燃料電池システム
21 ・・・ アノード触媒層
22 ・・・ アノードガス拡散層
23 ・・・ アノード流路板(アノード集電板)
24 ・・・ ガスケット
25、25a、25b、25c ・・・ アノード流路
31 ・・・ カソード触媒層
32 ・・・ カソードガス拡散層
33 ・・・ カソード流路板(カソード集電板)
34 ・・・ ガスケット
35、35a、35b、35c ・・・ カソード流路
41 ・・・ 燃料
42 ・・・ 燃料供給部
43 ・・・ 燃料容器
51 ・・・ 酸化剤含有ガス(空気)
52 ・・・ 酸化剤含有ガス供給部
53 ・・・ 酸化剤含有ガス加湿部
54 ・・・ バルブ(切替バルブ)
55 ・・・ 容器
E1、E2、E3、E4 ・・・ 信号線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrolyte membrane 2 ... Anode 3 ... Cathode 4 ... Power generation part 5 ... Membrane electrode assembly (MEA)
6 ... Voltage measurement unit 7 ... Control unit (first control unit, second control unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Temperature measurement part 10 ... Fuel cell system 21 ... Anode catalyst layer 22 ... Anode gas diffusion layer 23 ... Anode flow path plate (anode current collecting plate)
24 ... Gaskets 25, 25a, 25b, 25c ... Anode channel 31 ... Cathode catalyst layer 32 ... Cathode gas diffusion layer 33 ... Cathode channel plate (cathode current collector plate)
34 ... Gasket 35, 35a, 35b, 35c ... Cathode channel 41 ... Fuel 42 ... Fuel supply part 43 ... Fuel container 51 ... Oxidant-containing gas (air)
52 ... Oxidant-containing gas supply unit 53 ... Oxidant-containing gas humidification unit 54 ... Valve (switching valve)
55 ... Containers E1, E2, E3, E4 ... Signal line

Claims (6)

水とアルコールの混合溶液である燃料を酸化するアノード、酸化剤含有ガスを還元するカソード、および前記アノードと前記カソードの間に挟持される固体高分子電解質膜とから構成される発電部と、
前記アノードに前記燃料を供給する燃料供給部と、
前記カソードに前記酸化剤含有ガスを供給する酸化剤含有ガス供給部と、
前記酸化剤含有ガス供給部と前記カソードの間に介挿され、前記酸化剤含有ガスを加湿する酸化剤含有ガス加湿部と、
前記アノードと前記カソードの間の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部から得られる情報に基づき前記カソードに供給する酸化剤含有ガスの湿度を調整する制御部と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
A power generation unit including an anode that oxidizes a fuel that is a mixed solution of water and alcohol, a cathode that reduces an oxidant-containing gas, and a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between the anode and the cathode;
A fuel supply unit for supplying the fuel to the anode;
An oxidant-containing gas supply unit for supplying the oxidant-containing gas to the cathode;
An oxidant-containing gas humidifying unit interposed between the oxidant-containing gas supply unit and the cathode and humidifying the oxidant-containing gas;
A voltage measuring unit for measuring a voltage between the anode and the cathode;
A control unit for adjusting the humidity of the oxidant-containing gas supplied to the cathode based on information obtained from the voltage measurement unit;
A fuel cell system comprising:
前記発電部がこの発電部の温度を測定する温度測定部を有し、
前記制御部が前記温度測定部から得られる情報に基づき前記アノードに供給する単位時間当たりの燃料供給量を調整する
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。
The power generation unit has a temperature measurement unit for measuring the temperature of the power generation unit,
2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the control unit adjusts a fuel supply amount per unit time supplied to the anode based on information obtained from the temperature measurement unit.
前記アルコールがメタノールであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1 or 2, wherein the alcohol is methanol. 前記電圧測定部から得られる情報に基づき求められた電圧の値が、所定の電圧の値よりも小さいと判断された場合に、前記制御部が前記カソードに供給する前記酸化剤含有ガスの湿度を上昇させて前記カソードに供給する調整を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   When it is determined that the voltage value obtained based on the information obtained from the voltage measurement unit is smaller than a predetermined voltage value, the humidity of the oxidant-containing gas supplied to the cathode by the control unit is set. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein an adjustment is made to raise and supply to the cathode. 前記温度測定部から得られる情報に基づき求められた温度の値が予め与えられた第1の範囲内に含まれると判断された場合に、前記制御部が前記アノードに供給する単位時間当たりの前記燃料の供給を低下させる調整を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   When it is determined that the temperature value obtained based on the information obtained from the temperature measurement unit is included in the first range given in advance, the control unit supplies the anode with the unit time. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein adjustment is performed to reduce fuel supply. 前記温度測定部から得られる情報に基づき求められた温度の値が予め与えられた第2の範囲内に含まれると判断された場合に、前記制御部が前記アノードに供給する単位時間当たりの前記燃料の供給を増加させる調整を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システム。   When it is determined that the temperature value obtained based on the information obtained from the temperature measurement unit is included in the second range given in advance, the control unit supplies the anode to the anode. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein adjustment for increasing the supply of fuel is performed.
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