JP2010061981A - Starting method for fuel cell system - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な工程で、電極触媒の劣化を可及的に阻止し、発電性能を良好に維持することを可能にする。
【解決手段】燃料電池20は、電解質膜・電極構造体28をカソード側セパレータ29及びアノード側セパレータ30で挟持する。アノード側セパレータ30には、複数の燃料ガス流路46a、46bが山部48a、48bを介して交互に設けられる。燃料ガス流路46aは、入口側に絞り部を設ける一方、燃料ガス流路46bは、出口側に絞り部を設ける。燃料電池システムの始動方法は、燃料ガス流路46a、46bに水素ガスを供給することにより、入口側に絞り部がない燃料ガス流路46bに優先的に水素ガスを流通させることによって、この燃料ガス流路46bと燃料ガス流路46aとの間に差圧を発生させ、山部48a、48bに対面するガス拡散層26bに残存する空気を水素ガスに置換する。
【選択図】図3The present invention provides a simple process for preventing deterioration of an electrode catalyst as much as possible and maintaining good power generation performance.
In a fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure is sandwiched between a cathode separator and an anode separator. The anode separator 30 is provided with a plurality of fuel gas flow paths 46a, 46b alternately via peak portions 48a, 48b. The fuel gas channel 46a is provided with a throttle on the inlet side, while the fuel gas channel 46b is provided with a throttle on the outlet side. The fuel cell system is started by supplying hydrogen gas to the fuel gas passages 46a and 46b and preferentially circulating the hydrogen gas through the fuel gas passage 46b having no throttle on the inlet side. A differential pressure is generated between the gas passage 46b and the fuel gas passage 46a, and the air remaining in the gas diffusion layer 26b facing the peaks 48a and 48b is replaced with hydrogen gas.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する複数の酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する複数の燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路が前記酸化剤ガスで満たされた状態で運転停止される燃料電池システムの始動方法に関する。 The present invention has a plurality of oxidant gas passages for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a plurality of fuel gas passages for supplying a fuel gas to the anode side electrode, and the oxidant gas and the fuel gas The present invention relates to a method for starting a fuel cell system that includes a fuel cell that generates electric power through an electrochemical reaction, and that is shut down in a state where the oxidant gas channel and the fuel gas channel are filled with the oxidant gas.
燃料電池は、燃料ガス(主に水素を含有するガス)及び酸化剤ガス(主に酸素を含有するガス)をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。 A fuel cell supplies a fuel gas (mainly hydrogen-containing gas) and an oxidant gas (mainly oxygen-containing gas) to the anode-side electrode and the cathode-side electrode and causes them to react electrochemically. It is a system that obtains electrical energy.
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体(MEA)を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。 For example, in a polymer electrolyte fuel cell, an electrolyte membrane / electrode structure (MEA) provided with an anode electrode and a cathode electrode on both sides of an electrolyte membrane made of a polymer ion exchange membrane is sandwiched by separators. Has a cell. This type of power generation cell is normally used as a fuel cell stack by alternately laminating a predetermined number of electrolyte membrane / electrode structures and separators.
この種の燃料電池では、発電(運転)が停止されると、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるものの、アノード側電極に前記燃料ガスが残存する一方、カソード側電極に前記酸化剤ガスが残存している。このため、燃料電池の停止中に反応が惹起され、カソード側が高電位に保持されてしまい、電極触媒層が劣化するという問題がある。 In this type of fuel cell, when power generation (operation) is stopped, supply of fuel gas and oxidant gas to the fuel cell is stopped, but the fuel gas remains on the anode side electrode, while the cathode side The oxidant gas remains on the electrode. For this reason, there is a problem that a reaction is caused while the fuel cell is stopped, the cathode side is held at a high potential, and the electrode catalyst layer is deteriorated.
そこで、例えば、特許文献1に開示されている燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、燃料ガス及び酸化剤ガスを電気化学的に反応させて発電する燃料電池と、前記燃料電池の燃料極側に燃料ガスを供給する燃料ガス供給系と、前記燃料電池の酸化剤極側に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系と、前記酸化剤ガスの加湿を行う加湿手段と、前記燃料ガス供給系と前記酸化剤ガス供給系とを開閉可能に接続する連通手段とを備えている。 Thus, for example, a fuel cell system disclosed in Patent Document 1 is known. The fuel cell system includes a fuel cell that generates electricity by electrochemically reacting a fuel gas and an oxidant gas, a fuel gas supply system that supplies fuel gas to a fuel electrode side of the fuel cell, and an oxidation of the fuel cell. An oxidant gas supply system for supplying an oxidant gas to the agent electrode side, a humidifying means for humidifying the oxidant gas, and a communication means for connecting the fuel gas supply system and the oxidant gas supply system in an openable and closable manner And.
そして、システム運転停止時に、燃料電池の燃料極側への燃料ガスの供給を停止するとともに、通常発電時に供給する酸化剤ガスよりも乾燥した酸化剤ガスを酸化剤極側へ供給し、その後、乾燥した酸化剤ガスを連通手段を通じて燃料極側にも供給した後、運転を停止することを特徴としている。 And, when the system operation is stopped, the supply of the fuel gas to the fuel electrode side of the fuel cell is stopped, and the oxidant gas dried than the oxidant gas supplied at the time of normal power generation is supplied to the oxidant electrode side. The operation is stopped after supplying the dried oxidant gas to the fuel electrode side through the communication means.
これにより、運転停止時や保管時における燃料電池の電解質膜及び触媒層の劣化を有効に抑制することができるとともに、保管時に電圧が生じる可能性がなくなるため、保管の際の取り扱い性も向上する、としている。 As a result, the deterioration of the electrolyte membrane and catalyst layer of the fuel cell during shutdown and storage can be effectively suppressed, and the possibility of voltage generation during storage is eliminated, so that handling during storage is also improved. , And.
ところで、燃料電池は、通常、図7に示すように、電解質膜・電極構造体1をアノード側セパレータ2及びカソード側セパレータ3で挟持している。電解質膜・電極構造体1は、固体高分子電解質膜4を備え、前記固体高分子電解質膜4の両面には、アノード側電極5及びカソード側電極6が設けられている。アノード側電極5は、電極触媒層5a及びガス拡散層5bを有する一方、カソード側電極6は、電極触媒層6a及びガス拡散層6bを有している。
By the way, in a fuel cell, as shown in FIG. 7, the electrolyte membrane / electrode structure 1 is usually sandwiched between an
アノード側セパレータ2には、複数の燃料ガス流路2aが山部2b間に形成されるとともに、カソード側セパレータ3には、複数の酸化剤ガス流路3aが山部3b間に形成されている。
The anode-
この燃料電池の運転停止時に、上記の特許文献1を採用すると、燃料ガス流路2a及び酸化剤ガス流路3aに乾燥した酸化剤ガスが充填されている。このため、燃料電池を始動させる際には、燃料ガス流路2aに燃料ガスが供給されることにより、前記燃料ガス流路2a及びガス拡散層5bに残存する酸化剤ガスが前記燃料ガスに置換されている。
When the above-described Patent Document 1 is employed when the operation of the fuel cell is stopped, the
しかしながら、ガス拡散層5bにおいて、特に、アノード側セパレータ2の山部2bに対面する部分7では、燃料ガスが流れ難くなり、この部分7に残存する酸化剤ガスは、燃料ガスと置換されるまでに相当な時間がかかってしまう。これにより、燃料ガスと酸化剤ガスとが反応して電極触媒層5aが劣化し、燃料電池の発電性能が低下するという問題がある。
However, in the
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程で、電極触媒の劣化を可及的に阻止し、発電性能を良好に維持することが可能な燃料電池システムの始動方法を提供することを目的とする。 The present invention solves this type of problem, and provides a starting method of a fuel cell system capable of preventing deterioration of an electrode catalyst as much as possible and maintaining good power generation performance with a simple process. The purpose is to do.
本発明は、カソード側電極に酸化剤ガスを供給する複数の酸化剤ガス流路及びアノード側電極に燃料ガスを供給する複数の燃料ガス流路を有し、前記酸化剤ガス及び前記燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備え、前記酸化剤ガス流路及び前記燃料ガス流路が前記酸化剤ガスで満たされた状態で運転停止される燃料電池システムの始動方法に関するものである。 The present invention has a plurality of oxidant gas passages for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a plurality of fuel gas passages for supplying a fuel gas to the anode side electrode, and the oxidant gas and the fuel gas The present invention relates to a method for starting a fuel cell system that includes a fuel cell that generates electricity by an electrochemical reaction, and that is shut down in a state where the oxidant gas channel and the fuel gas channel are filled with the oxidant gas.
この始動方法は、燃料ガス流路に燃料ガスを供給するとともに、隣接する前記燃料ガス流路間に差圧を発生させることにより、アノード側電極の少なくとも発電領域内に滞留する酸化剤ガスを、前記燃料ガスに置換している。 In this starting method, the fuel gas is supplied to the fuel gas flow path, and a differential pressure is generated between the adjacent fuel gas flow paths, so that the oxidant gas staying in at least the power generation region of the anode side electrode is The fuel gas is substituted.
また、互いに隣接する燃料ガス流路は、一方の燃料ガス流路の入口側と他方の燃料ガス流路の出口側とに交互に絞り部を設けるとともに、前記絞り部は、発電領域外に配置されることにより、少なくとも発電領域内に滞留する酸化剤ガスを、燃料ガスに置換することが好ましい。 The fuel gas flow paths adjacent to each other are provided with throttle portions alternately on the inlet side of one fuel gas flow channel and the outlet side of the other fuel gas flow channel, and the throttle portions are disposed outside the power generation region. By doing so, it is preferable to replace at least the oxidant gas staying in the power generation region with the fuel gas.
さらに、この始動方法は、燃料ガス流路を負圧にした後、前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給することにより、酸化剤ガスを前記燃料ガスに置換することが好ましい。 Further, in this starting method, it is preferable to replace the oxidant gas with the fuel gas by supplying the fuel gas to the fuel gas flow channel after making the fuel gas flow channel have a negative pressure.
本発明では、隣接する燃料ガス流路間に差圧を発生させるため、高圧側の燃料ガス流路から低圧側の燃料ガス流路に燃料ガスが移動する。従って、隣接する燃料ガス流路を仕切る山部に対面するガス拡散層に残存する酸化剤ガスは、前記燃料ガス流路間を横切って移動する燃料ガスにより良好に置換される。 In the present invention, in order to generate a differential pressure between adjacent fuel gas passages, the fuel gas moves from the high-pressure fuel gas passage to the low-pressure fuel gas passage. Therefore, the oxidant gas remaining in the gas diffusion layer facing the mountain portion that partitions adjacent fuel gas flow paths is satisfactorily replaced by the fuel gas that moves across the fuel gas flow paths.
これにより、少なくとも発電領域全域に残存する酸化剤ガスを、迅速且つ確実に燃料ガスに置換することができ、簡単な工程で、電極触媒の劣化を可及的に阻止し、発電性能を良好に維持することが可能になる。 As a result, at least the oxidant gas remaining in the entire power generation region can be quickly and reliably replaced with the fuel gas, and the deterioration of the electrode catalyst is prevented as much as possible with a simple process, and the power generation performance is improved. It becomes possible to maintain.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る始動方法が適用される燃料電池システム10の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
燃料電池システム10は、燃料電池スタック12と、前記燃料電池スタック12に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置14と、前記燃料電池スタック12に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置16と、前記燃料電池システム10全体の制御を行うコントローラ18とを備える。
The
燃料電池スタック12は、複数の燃料電池20を積層して構成される。図2に示すように、各燃料電池20は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜22をカソード側電極24とアノード側電極26とで挟持した電解質膜・電極構造体28を備える。電解質膜・電極構造体28は、カソード側セパレータ29及びアノード側セパレータ30により挟持される。カソード側セパレータ29及びアノード側セパレータ30は、例えば、カーボンセパレータで構成される。
The
図3に示すように、カソード側電極24及びアノード側電極26は、固体高分子電解質膜22の両面に形成され、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子からなる電極触媒層24a、26aと、カーボンペーパ等からなるガス拡散層24b、26bとを有する。
As shown in FIG. 3, the cathode-
図2に示すように、燃料電池20の矢印B方向(長手方向)の一端縁部には、積層方向である矢印A方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス(以下、空気ともいう)を供給する酸化剤ガス入口連通孔32a、冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔34b、及び燃料ガス、例えば、水素含有ガス(以下、水素ガスともいう)を排出する燃料ガス出口連通孔36bが矢印C方向(鉛直方向)に配列して設けられる。
As shown in FIG. 2, one end edge of the
燃料電池20の矢印B方向の他端縁部には、矢印A方向に互いに連通して、燃料ガスを供給する燃料ガス入口連通孔36a、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔34a、及び酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔32bが矢印C方向に配列して設けられる。
The other end edge of the
カソード側セパレータ29の電解質膜・電極構造体28に向かう面29aには、矢印B方向に延在する複数の酸化剤ガス流路38が山部40間に設けられる。酸化剤ガス流路38の矢印B方向両端は、バッファ部42a、42bを介して酸化剤ガス入口連通孔32a及び酸化剤ガス出口連通孔32bに連通する。カソード側セパレータ29の面29aとは反対の面29bと、アノード側セパレータ30との間には、冷却媒体流路44が形成される。
A plurality of oxidant
図4に示すように、アノード側セパレータ30の電解質膜・電極構造体28に向かう面30aには、矢印B方向に延在して複数の燃料ガス流路46a、46bが山部48a、48bを介して交互に形成される。燃料ガス流路46a、46bの両端には、バッファ部50a、50bが設けられる。
As shown in FIG. 4, on the
アノード側セパレータ30には、それぞれ燃料ガス入口連通孔36a及び燃料ガス出口連通孔36bに近接して複数の連通孔52a、52bが貫通形成される。連通孔52aは、燃料ガス入口連通孔36aを面30b側から面30a側に連通し、さらにバッファ部50aを介して燃料ガス流路46a、46bに連通する。連通孔52bは、燃料ガス出口連通孔36bを面30b側から面30a側に連通し、さらにバッファ部50bを介して燃料ガス流路46a、46bに連通する。
A plurality of
燃料ガス流路46aは、入口側(バッファ部50a側)に絞り部54aを設ける一方、燃料ガス流路46bは、出口側(バッファ部50b側)に絞り部54bを設ける。絞り部54a、54bは、矢印C方向に向かって交互に配置されるとともに、前記絞り部54a、54bは、アノード側電極26の発電領域Gの外方に設定される。なお、絞り部54a、54bに代えて、例えば、燃料ガス流路46aの入口側及び燃料ガス流路46bの出口側の深さを浅く設定してもよい。
The
カソード側セパレータ29は、ガスケット等のシール部材56を設けるとともに、アノード側セパレータ30は、同様に、ガスケット等のシール部材58を設ける。
The
図1に示すように、酸化剤ガス供給装置14は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ60を備え、前記エアコンプレッサ60が空気供給流路62に配設される。空気供給流路62には、加湿器64が配設されるとともに、前記空気供給流路62は、燃料電池スタック12の酸化剤ガス入口連通孔32aに連通する。
As shown in FIG. 1, the oxidant
酸化剤ガス供給装置14は、酸化剤ガス出口連通孔32bに連通する空気排出流路66を備える。この空気排出流路66には、エアコンプレッサ60から空気供給流路62を通って燃料電池スタック12に供給される空気の圧力を調整するための開度調整可能な背圧制御弁68が設けられる。
The oxidant
燃料ガス供給装置16は、高圧水素を貯留する水素タンク70を備え、この水素タンク70は、水素供給流路72を介して燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔36aに連通する。この水素供給流路72には、水素タンク元弁74a、減圧弁74b、水素供給弁74c及びエゼクタ76が、順次、設けられる。
The fuel
エゼクタ76は、水素タンク70から供給される水素ガスを、水素供給流路72を通って燃料電池スタック12に供給するとともに、燃料電池スタック12で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路84から吸引して、再度、前記燃料電池スタック12に燃料ガスとして供給する。
The
水素供給流路72と空気供給流路62とは、連結流路78を介して連通可能であり、この連結流路78には、バルブ80が配設される。
The hydrogen
燃料ガス出口連通孔36bには、オフガス流路82が連通する。オフガス流路82には、水素循環路84が連通するとともに、前記水素循環路84は、エゼクタ76に連通する。水素循環路84には、ポンプ弁86を介して水素ポンプ88が接続される一方、オフガス流路82には、燃料排出弁(パージ弁)90が配設される。
An off
燃料電池スタック12には、例えば、走行用モータ等の負荷92が、スイッチ94を介して電気的に切断及び接続可能に設けられる。
For example, a
このように構成される燃料電池システム10の動作について、本発明の第1の実施形態に係る始動方法との関連で以下に説明する。
The operation of the
燃料電池システム10の運転停止時には、後述するように、酸化剤ガス流路38及び燃料ガス流路46a、46bが、酸化剤ガスである空気により満たされている。
When the operation of the
そこで、コントローラ18に燃料電池システム10の始動信号が入力されると、例えば、水素供給弁74cが閉塞される一方、ポンプ弁86が開放される。このため、水素ポンプ88の作用下に、燃料電池スタック12内の燃料ガス流路46a、46bが吸引される。
Therefore, when the start signal of the
燃料ガス流路46a、46bが所定の負圧状態(例えば、絶対圧で40〜85kPa)に至ると、ポンプ弁86が閉塞される一方、水素供給弁74cが開放される。従って、水素タンク70から水素供給流路72に燃料ガスである水素ガスが供給される。
When the
この水素ガスは、水素供給流路72を通って燃料電池スタック12の燃料ガス入口連通孔36aに供給される。これにより、燃料電池スタック12内では、各燃料電池20の燃料ガス流路46a、46bに水素ガスが供給される。具体的には、図2及び図4に示すように、各アノード側セパレータ30に供給された水素ガスは、面30b側から複数の連通孔52aを通って面30a側に移動し、バッファ部50aを介して各燃料ガス流路46a、46bに供給される。
This hydrogen gas is supplied to the fuel gas
この場合、第1の実施形態では、図4に示すように、燃料ガス流路46aの入口側に絞り部54aが設けられる一方、燃料ガス流路46bの出口側に絞り部54bが設けられている。このため、バッファ部50aに導入された水素ガスは、抵抗の少ない、すなわち、入口側に絞り部のない燃料ガス流路46bに優先的に流通する一方、入口側に絞り部54aを設ける燃料ガス流路46aには、比較的少量の水素ガスが流通する。
In this case, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the
多量の水素ガスが流通する燃料ガス流路46bは、出口側に絞り部54bが設けられており、この燃料ガス流路46b内の水素ガス圧力は、燃料ガス流路46a内の水素ガス圧力よりも高圧になる。従って、燃料ガス流路46b、46a間に水素ガス圧力の差圧が発生し、高圧側である前記燃料ガス流路46b内の水素ガスは、山部48a、48bに対面するガス拡散層26b内を通って、低圧側の燃料ガス流路46aに移動する(図3及び図4参照)。
The
その際、ガス拡散層26bには、ほぼ全域にわたって空気が残存しており、燃料ガス流路46bに対面する部分付近の空気は、この燃料ガス流路46bを流通する水素ガスと容易且つ迅速に置換される一方、山部48a、48bに対面する部分付近では、空気が残存し易い。
At that time, air remains in the
しかしながら、第1の実施形態では、燃料ガス流路46b、46a間の水素ガス圧力の差圧により、前記燃料ガス流路46bを流通する水素ガスは、前記山部48a、48bに対面する部分を通って、燃料ガス流路46aに移動する。これにより、山部48a、48bに対面する部分近傍に残存する空気は、燃料ガス流路46b、46a間を横切って移動する水素ガスにより良好且つ迅速に置換される。
However, in the first embodiment, due to the differential pressure of the hydrogen gas pressure between the
このため、燃料ガス流路46a、46b及びガス拡散層26bの少なくとも発電領域全域に残存する酸化剤ガスを、迅速且つ確実に水素ガスに置換することができ、簡単な工程で、電極触媒層26aの劣化を可及的に阻止し、各燃料電池20の発電性能を良好に維持することが可能になるという効果が得られる。
For this reason, the oxidant gas remaining in at least the entire power generation region of the
しかも、燃料ガス流路46a、46bでは、始動前に負圧状態にした後、水素ガスの供給が行われている。従って、燃料ガス流路46a、46b及びガス拡散層26bに残存する空気は、水素ガスと一層迅速に置換することができ、燃料電池スタック12の始動が短時間で確実に遂行可能になるという利点がある。
Moreover, in the
なお、燃料ガス流路46a、46bを流通した水素ガスは、バッファ部50bから複数の連通孔52bを通って、燃料ガス出口連通孔36bに排出される。
The hydrogen gas flowing through the
一方、酸化剤ガス供給装置14では、図1に示すように、エアコンプレッサ60を介して空気供給流路62に空気が送られる。この空気は、酸化剤ガス入口連通孔32aに供給され、燃料電池スタック12内の各燃料電池20に設けられているカソード側セパレータ29に供給される。
On the other hand, in the oxidant
図2に示すように、カソード側セパレータ29では、酸化剤ガス入口連通孔32aに供給された空気は、酸化剤ガス流路38に沿って矢印B方向に移動しながら、カソード側電極24に供給される。
As shown in FIG. 2, in the
このように、燃料ガス流路46a、46bに水素ガスが供給される一方、酸化剤ガス流路38に空気が供給される。この状態で、図1に示すように、スイッチ94が閉塞されることにより、燃料電池スタック12が負荷92に電気的に接続される。このため、燃料電池スタック12の始動が開始される。
In this manner, hydrogen gas is supplied to the fuel
この始動時には、酸化剤ガスは、各カソード側電極24に沿って供給される一方、燃料ガスは、各アノード側電極26に沿って供給される。これにより、カソード側電極24に供給される空気と、アノード側電極26に供給される燃料ガスとが、電気化学的に反応して発電が行われる。
At the start-up, oxidant gas is supplied along each
また、図示しないが、冷却媒体入口連通孔34aには、純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。この冷却媒体は、各冷却媒体流路44を流通することにより、燃料電池20を冷却した後、冷却媒体出口連通孔34bに排出される。
Although not shown, a coolant such as pure water, ethylene glycol, or oil is supplied to the
さらに、燃料電池スタック12による発電が停止される際には、バルブ80が開放されるとともに、水素供給弁74cが閉塞される。従って、エアコンプレッサ60を介して空気供給流路62に供給される空気は、燃料電池スタック12内の酸化剤ガス流路38に供給される一方、一部が連結流路78を通って水素供給流路72から前記燃料電池スタック12内の燃料ガス流路46a、46bに供給される。これにより、酸化剤ガス流路38及び燃料ガス流路46a、46bは、空気によりパージされて燃料電池システム10の運転が停止される。
Further, when power generation by the
図5は、本発明の第2の実施形態に係る始動方法が適用される燃料電池システムを構成する燃料電池100の要部分解斜視説明図である。なお、第1の実施形態に使用される燃料電池20と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
FIG. 5 is an exploded perspective view of a main part of the
燃料電池100は、電解質膜・電極構造体102をカソード側セパレータ104及びアノード側セパレータ106で挟持して構成される。カソード側セパレータ104の電解質膜・電極構造体102に向かう面29aには、例えば、矢印B方向に1往復半だけ折り返す蛇行流路である酸化剤ガス流路108が設けられる。
The
酸化剤ガス流路108の入口側及び出口側には、それぞれブリッジ部110a、110bを介して酸化剤ガス入口連通孔32a及び酸化剤ガス出口連通孔32bに連通する。
The inlet side and outlet side of the oxidant
アノード側セパレータ106の電解質膜・電極構造体102に向かう面30aには、図6に示すように、例えば、矢印B方向に1往復半だけ折り返す蛇行流路である燃料ガス流路112a、112bが交互に設けられる。
On the
燃料ガス流路112aの入口側(燃料ガス入口連通孔36a側)には、絞り部54aが設けられる一方、燃料ガス流路112bの出口側(燃料ガス出口連通孔36b側)には、絞り部54bが設けられる。
A
このように構成される第2の実施形態では、図6に示すように、燃料ガス流路112aと燃料ガス流路112bとが交互に設けられるとともに、前記燃料ガス流路112aの入口側に絞り部54aが設けられ、且つ、前記燃料ガス流路112bの出口側に絞り部54bが設けられている。
In the second embodiment configured as described above, as shown in FIG. 6, the fuel gas flow paths 112a and the fuel gas flow paths 112b are alternately provided, and are throttled to the inlet side of the fuel gas flow path 112a. A
このため、始動時に、燃料ガス入口連通孔36aから複数の連通孔52aを介して燃料ガス流路112a、112bに水素ガスが導入されると、入口側に絞り部のない前記燃料ガス流路112bに優先的に水素ガスが流通し、水素ガス流通量の少ない前記燃料ガス流路112aとの間に水素ガス圧の差圧が惹起される。従って、水素ガスが多量に流通する燃料ガス流路112bでは、前記燃料ガス流路112bに沿って蛇行しながら絞り部54b側に移動するとともに、水素ガスの一部が差圧によって前記燃料ガス流路112bから燃料ガス流路112a間を横切って移動する。
For this reason, when hydrogen gas is introduced from the fuel gas
これにより、第2の実施形態では、第1の実施形態と同様に、山部114a、114bに対面するガス拡散層内を水素ガスが円滑に流動し、この部分に残存する空気を水素ガスに迅速に置換することが可能になる。
As a result, in the second embodiment, as in the first embodiment, the hydrogen gas smoothly flows in the gas diffusion layer facing the
このため、アノード側電極26の少なくとも発電領域全域に残存する空気を迅速且つ確実に水素ガスに置換することができ、簡単な工程で、電極触媒の劣化を可及的に阻止し、燃料電池100の発電性能を良好に維持することが可能になる等、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
For this reason, the air remaining in at least the entire power generation region of the anode-
10…燃料電池システム 12…燃料電池スタック
14…酸化剤ガス供給装置 16…燃料ガス供給装置
18…コントローラ 20、100…燃料電池
22…固体高分子電解質膜 24…カソード側電極
24a、26a…電極触媒層 24b、26b…ガス拡散層
26…アノード側電極 28、102…電解質膜・電極構造体
29、30、104、106…セパレータ
32a…酸化剤ガス入口連通孔 32b…酸化剤ガス出口連通孔
34a…冷却媒体入口連通孔 34b…冷却媒体出口連通孔
36a…燃料ガス入口連通孔 36b…燃料ガス出口連通孔
38、108…酸化剤ガス流路
40、48a、48b、114a、114b…山部
42a、42b、50a、50b…バッファ部
44…冷却媒体流路
46a、46b、112a、112b…燃料ガス流路
54a、54b…絞り部 60…エアコンプレッサ
70…水素タンク 76…エゼクタ
88…水素ポンプ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記燃料ガス流路に前記燃料ガスを供給するとともに、隣接する前記燃料ガス流路間に差圧を発生させることにより、前記アノード側電極の少なくとも発電領域内に滞留する前記酸化剤ガスを、前記燃料ガスに置換することを特徴とする燃料電池システムの始動方法。 A plurality of oxidant gas passages for supplying an oxidant gas to the cathode side electrode and a plurality of fuel gas passages for supplying a fuel gas to the anode side electrode; A fuel cell system start-up method comprising a fuel cell for generating electric power, wherein the oxidant gas passage and the fuel gas passage are filled with the oxidant gas, and the operation is stopped.
While supplying the fuel gas to the fuel gas flow path and generating a differential pressure between the adjacent fuel gas flow paths, the oxidant gas that stays in at least the power generation region of the anode side electrode, A starting method for a fuel cell system, characterized by substituting with fuel gas.
前記絞り部は、発電領域外に配置されることにより、少なくとも前記発電領域内に滞留する前記酸化剤ガスを、前記燃料ガスに置換することを特徴とする燃料電池システムの始動方法。 2. The starting method according to claim 1, wherein the fuel gas flow paths adjacent to each other are provided with throttle portions alternately on the inlet side of one fuel gas flow path and the outlet side of the other fuel gas flow path,
A method for starting a fuel cell system, wherein the throttle unit is disposed outside the power generation region to replace at least the oxidant gas staying in the power generation region with the fuel gas.
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