JPH07288136A - Fuel cell system - Google Patents
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- JPH07288136A JPH07288136A JP6102294A JP10229494A JPH07288136A JP H07288136 A JPH07288136 A JP H07288136A JP 6102294 A JP6102294 A JP 6102294A JP 10229494 A JP10229494 A JP 10229494A JP H07288136 A JPH07288136 A JP H07288136A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 装置のコンパクト化とエネルギ効率の向上と
を図りつつ、燃料ガスの加湿を実現する。
【構成】 燃料電池システム1は、燃料電池本体10
と、燃料電池本体10へ燃料ガスを送る燃料ガス供給通
路20と、燃料電池本体10へ酸化ガスを送る酸化ガス
供給通路30と、燃料電池本体10から排出される前記
燃料ガスを含む排ガスを送る燃料ガス排出通路40と、
燃料電池本体10から排出される前記酸化ガスを含む排
ガスを送る酸化ガス排出通路50とを備え、さらに、酸
化ガス排出通路50と燃料ガス供給通路20とを連通す
る循環通路60を備える。酸化ガス排出通路50からの
排ガスは酸化ガスと生成水とを含み、その排ガスが燃料
ガス側に送られると、排ガス中の酸素は燃料ガスである
水素と反応して水が生成され、その生成水により燃料ガ
スの加湿がなされる。
(57) [Abstract] [Purpose] To realize humidification of fuel gas while making the device compact and improving energy efficiency. [Configuration] The fuel cell system 1 includes a fuel cell main body 10
A fuel gas supply passage 20 for sending a fuel gas to the fuel cell body 10, an oxidizing gas supply passage 30 for sending an oxidizing gas to the fuel cell body 10, and an exhaust gas containing the fuel gas discharged from the fuel cell body 10. A fuel gas discharge passage 40,
An oxidizing gas exhaust passage 50 for sending exhaust gas containing the oxidizing gas exhausted from the fuel cell main body 10 is provided, and a circulation passage 60 for connecting the oxidizing gas exhaust passage 50 and the fuel gas supply passage 20 is provided. The exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage 50 contains the oxidizing gas and the produced water, and when the exhaust gas is sent to the fuel gas side, the oxygen in the exhaust gas reacts with hydrogen, which is the fuel gas, to produce water, and the produced water. The fuel gas is humidified by water.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、電極にガスを供給し
てそのガスの化学反応から起電力を得る電池本体を備え
た燃料電池システムに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system provided with a cell body for supplying gas to electrodes to obtain electromotive force from a chemical reaction of the gas.
【0002】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】例え
ば、燃料電池の一つである固体高分子型燃料電池では、
次式に示すように、アノードでは水素ガスを水素イオン
と電子にする反応が、カソードでは酸素ガスと水素イオ
ンおよび電子から水を生成する反応が行なわれる。 アノード反応:H2→2H++2e- カソード反応:2H++2e-+(1/2)O2→H2O2. Description of the Related Art For example, in a polymer electrolyte fuel cell which is one of fuel cells,
As shown in the following equation, a reaction of hydrogen gas into hydrogen ions and electrons is performed at the anode, and a reaction of producing water from oxygen gas and hydrogen ions and electrons is performed at the cathode. Anode reaction: H 2 → 2H + + 2e − Cathode reaction: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
【0003】アノードで発生した水素イオンは、水和状
態(H+・xH2O)となって電解質膜中をカソードに移
動する。このため、電解質膜のアノード側表面付近で
は、水が不足する状態となり、上述の反応を連続して行
なうには、この不足する水を補給する必要がある。固体
高分子型燃料電池に用いられる電解質膜は、湿潤状態で
良好な電気伝導性を有するが、含水率が低下すると、電
解質膜の電気抵抗が大きくなって電解質として十分に機
能しなくなり、場合によっては、電極反応を停止させて
しまう。The hydrogen ions generated at the anode become hydrated (H + · xH 2 O) and move to the cathode in the electrolyte membrane. For this reason, water becomes insufficient in the vicinity of the surface of the electrolyte membrane on the anode side, and in order to continuously carry out the above-mentioned reaction, it is necessary to replenish this insufficient water. The electrolyte membrane used in the polymer electrolyte fuel cell has good electric conductivity in a wet state, but when the water content decreases, the electric resistance of the electrolyte membrane increases and the electrolyte membrane does not sufficiently function as an electrolyte. Will stop the electrode reaction.
【0004】この水の補給は、燃料ガスを加湿すること
により行なうのが一般的である。燃料ガスを加湿する装
置としては、例えば、燃料ガスをバブリングして加湿す
る装置(例えば、特開平5−94832号公報)があ
り、この装置で加湿された燃料ガスを固体高分子型燃料
電池の本体内に供給する。Replenishment of this water is generally performed by humidifying the fuel gas. As a device for humidifying the fuel gas, for example, there is a device for bubbling the fuel gas to humidify it (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-94832), and the fuel gas humidified by this device is used in a solid polymer fuel cell. Supply inside the body.
【0005】しかし、こうした技術では、前記加湿装置
が、前記固体高分子型燃料電池本体を収納するスタック
の外部に別体で設けられていることから、装置が大型化
するといった問題があった。However, in such a technique, since the humidifying device is provided as a separate member outside the stack accommodating the polymer electrolyte fuel cell main body, there is a problem that the device becomes large.
【0006】これに対して、燃料ガスに酸素を供給し、
その電極の触媒層で水蒸気を発生させる技術が提案され
ていた(特開昭62−216174号公報)。この技術
によれば、加湿装置のような大型の装置を用いることな
しに、カソードに供給する酸素含有ガス(酸化ガス)を
燃料ガス側にも供給すればよく、装置のコンパクト化を
図ることができた。しかし、この技術では、酸化ガスの
消費量が多くなり、エネルギ効率が悪いといった問題が
生じた。On the other hand, by supplying oxygen to the fuel gas,
A technique for generating water vapor in the catalyst layer of the electrode has been proposed (JP-A-62-216174). According to this technique, the oxygen-containing gas (oxidizing gas) to be supplied to the cathode may be supplied also to the fuel gas side without using a large-sized device such as a humidifying device, and the device can be made compact. did it. However, this technique has a problem that the consumption of the oxidizing gas is large and the energy efficiency is low.
【0007】この発明の燃料電池システムは、こうした
問題点に鑑みてなされたもので、装置のコンパクト化と
エネルギ効率の向上とを図りつつ、燃料ガスの加湿を実
現することを目的としている。The fuel cell system of the present invention has been made in view of these problems, and an object thereof is to realize humidification of fuel gas while achieving compactness of the apparatus and improvement of energy efficiency.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
べく、前記課題を解決するための手段として、以下に示
す構成をとった。In order to achieve such an object, the following constitution is adopted as a means for solving the above problems.
【0009】即ち、本発明の第1の燃料電池システム
は、電解質を2つの電極で挟持する電池本体を備えた燃
料電池システムであって、前記2つの電極の内の一方の
電極に水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路
と、他方の電極に酸化ガスを供給する酸化ガス供給通路
と、前記電池本体から前記供給された燃料ガスを排出す
る燃料ガス排出通路と、前記電池本体から前記供給され
た酸化ガスを排出する酸化ガス排出通路と、前記酸化ガ
ス排出通路からの排ガスを前記燃料ガス供給通路に供給
することにより、前記排ガスを前記電池本体に循環させ
る循環通路とを備えた構成をとった。That is, the first fuel cell system of the present invention is a fuel cell system including a cell body in which an electrolyte is sandwiched between two electrodes, and one of the two electrodes contains hydrogen. A fuel gas supply passage for supplying a fuel gas, an oxidizing gas supply passage for supplying an oxidizing gas to the other electrode, a fuel gas discharge passage for discharging the supplied fuel gas from the cell body, and a fuel cell for discharging the fuel gas from the cell body. A configuration including an oxidizing gas discharge passage for discharging the supplied oxidizing gas, and a circulation passage for circulating the exhaust gas to the cell body by supplying the exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage to the fuel gas supply passage I took it.
【0010】こうした燃料電池システムにおいて、前記
電池本体の運転状態を検出する運転状態検出手段と、該
検出された運転状態に応じて前記循環通路の排ガスの循
環量を制御する循環量制御手段とを備えた構成としても
よい。In such a fuel cell system, an operating state detecting means for detecting an operating state of the cell body and a circulating amount controlling means for controlling the circulating amount of the exhaust gas in the circulating passage according to the detected operating state are provided. It may have a configuration provided.
【0011】あるいは、前記燃料電池システムにおい
て、前記酸化ガス供給通路から前記燃料ガス供給通路に
至る連通路と、該連通路を流れるガスの流量と前記循環
通路を流れるガスの流量とをそれぞれ調整して、両者の
比率を任意の割合に制御する制御弁と、前記電池本体の
運転状態を検出する運転状態検出手段と、該検出された
運転状態に応じて前記制御弁を制御する制御手段とを備
えた構成としてもよい。Alternatively, in the fuel cell system, the communication passage extending from the oxidizing gas supply passage to the fuel gas supply passage, the flow rate of gas flowing through the communication passage, and the flow rate of gas flowing through the circulation passage are respectively adjusted. A control valve for controlling the ratio of the both to an arbitrary ratio, an operating state detecting means for detecting the operating state of the battery body, and a control means for controlling the control valve according to the detected operating state. It may have a configuration provided.
【0012】これら燃料電池システムにおいて、前記運
転状態検出手段は、前記電池本体に設けられた電解質の
含水率の程度を検出する手段としてもよい。また、運転
状態検出手段は、前記循環通路に設けられ、該循環通路
を流れる排ガス中の酸素濃度を検出する手段としてもよ
い。さらに、運転状態検出手段は、前記循環通路に設け
られ、該循環通路を流れる排ガス中の湿度を検出する手
段としてもよい。In these fuel cell systems, the operating condition detecting means may be means for detecting the degree of water content of the electrolyte provided in the cell body. Further, the operating state detecting means may be provided in the circulation passage and may be a means for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the circulation passage. Further, the operating state detecting means may be a means provided in the circulation passage and detecting the humidity in the exhaust gas flowing through the circulation passage.
【0013】さらに、前記燃料電池システムにおいて、
前記電池本体は、前記燃料ガスを供給する前記電極の前
記電解質とは反対側の表面に、前記燃料ガスの流路溝を
備えるとともに、前記電極は、前記電解質側に形成され
る第1の触媒層と、前記流路溝側に形成される第2の触
媒層とを備えた構成としてもよい。Further, in the above fuel cell system,
The battery main body is provided with a channel groove for the fuel gas on a surface of the electrode for supplying the fuel gas opposite to the electrolyte, and the electrode is a first catalyst formed on the electrolyte side. A layer and a second catalyst layer formed on the channel groove side may be provided.
【0014】また、本発明の第2の燃料電池システム
は、電解質を2つの電極で挟持する電池本体を備えた燃
料電池システムであって、前記2つの電極の内の一方の
電極に水素を含む燃料ガスを供給する燃料ガス供給通路
と、他方の電極に酸化ガスを供給する酸化ガス供給通路
と、前記電池本体から前記供給された燃料ガスを排出す
る燃料ガス排出通路と、前記電池本体から前記供給され
た酸化ガスを排出する酸化ガス排出通路と、前記燃料ガ
ス排出通路からの排ガスを前記酸化ガス供給通路に供給
することにより、前記排ガスを前記電池本体に循環させ
る循環通路とを備えた構成をとった。The second fuel cell system of the present invention is a fuel cell system having a cell body in which an electrolyte is sandwiched between two electrodes, wherein one of the two electrodes contains hydrogen. A fuel gas supply passage for supplying a fuel gas, an oxidizing gas supply passage for supplying an oxidizing gas to the other electrode, a fuel gas discharge passage for discharging the supplied fuel gas from the cell body, and a fuel cell for discharging the fuel gas from the cell body. A configuration including an oxidizing gas discharge passage for discharging the supplied oxidizing gas, and a circulation passage for circulating the exhaust gas to the battery main body by supplying the exhaust gas from the fuel gas discharge passage to the oxidizing gas supply passage I took it.
【0015】[0015]
【作用】以上のように構成された本発明の第1の燃料電
池システム(請求項1記載のもの)によれば、酸化ガス
排出通路から排出された排ガスは燃料ガス供給通路から
電池本体に循環される。その排ガス中には、電池本体で
生成された水と残余分の酸素とが含まれており、この排
ガスが燃料ガス供給通路に供給されると、その水と、前
記酸素と燃料ガス中の水素とが反応して生成される新た
な水により、燃料ガスの加湿がなされる。According to the first fuel cell system of the present invention configured as described above (according to claim 1), the exhaust gas discharged from the oxidizing gas discharge passage is circulated from the fuel gas supply passage to the cell body. To be done. The exhaust gas contains water generated in the battery main body and residual oxygen, and when this exhaust gas is supplied to the fuel gas supply passage, the water, the oxygen and hydrogen in the fuel gas are supplied. The fuel gas is humidified by the new water generated by the reaction between and.
【0016】また、請求項2記載の燃料電池システムに
よれば、運転状態検出手段により検出された電池本体の
運転状態に応じて、循環量制御手段により循環通路の循
環量が制御される。循環量が制御されると燃料ガスの加
湿量が変化することから、電池本体の運転状態に応じて
燃料ガスの加湿量の調整が可能となる。According to the fuel cell system of the second aspect, the circulation amount control means controls the circulation amount of the circulation passage in accordance with the operation state of the battery main body detected by the operation state detection means. Since the humidification amount of the fuel gas changes when the circulation amount is controlled, the humidification amount of the fuel gas can be adjusted according to the operating state of the cell body.
【0017】請求項3記載の燃料電池システムによれ
ば、運転状態検出手段により検出された電池本体の運転
状態に応じて、制御手段により制御弁が制御されること
により、酸化ガス供給通路から燃料ガス供給通路に至る
連通路を流れるガスの流量と循環通路を流れるガスの流
量との比率が任意の割合に制御される。連通路を流れる
ガスは循環通路を流れるガスに比べて高濃度の酸化ガス
であることから、連通路のガスの流量の比率を高めるこ
とにより、循環通路だけからガスを供給する場合に比べ
て供給する酸化ガスを高濃度とすることができる。この
結果、電池本体の運転状態に応じて制御弁を制御するこ
とにより、その運転状態に応じて酸化ガスの供給量、ひ
いては燃料ガスの加湿量の調整が可能となる。According to the third aspect of the fuel cell system, the control means controls the control valve in accordance with the operating state of the cell body detected by the operating state detecting means, whereby the fuel is supplied from the oxidizing gas supply passage. The ratio between the flow rate of the gas flowing through the communication passage leading to the gas supply passage and the flow rate of the gas flowing through the circulation passage is controlled to an arbitrary ratio. Since the gas flowing through the communication passage is an oxidizing gas with a higher concentration than the gas flowing through the circulation passage, increasing the ratio of the flow rate of the gas in the communication passage allows the gas to be supplied compared to the case where gas is supplied only from the circulation passage. The oxidizing gas used can be highly concentrated. As a result, by controlling the control valve according to the operating state of the battery main body, it becomes possible to adjust the supply amount of the oxidizing gas and hence the humidifying amount of the fuel gas according to the operating state.
【0018】請求項4記載の燃料電池システムによれ
ば、電池本体に設けられた電解質の含水率の程度に応じ
て燃料ガスの加湿量の調整が可能となる。請求項5記載
の燃料電池システムによれば、循環通路を流れる排ガス
中の酸素濃度に応じて燃料ガスの加湿量の調整が可能と
なる。請求項6記載の燃料電池システムによれば、循環
通路を流れる排ガス中の湿度に応じて燃料ガスの加湿量
の調整が可能となる。According to the fuel cell system of the fourth aspect, it is possible to adjust the humidification amount of the fuel gas according to the water content of the electrolyte provided in the cell body. According to the fuel cell system of the fifth aspect, it is possible to adjust the humidification amount of the fuel gas according to the oxygen concentration in the exhaust gas flowing through the circulation passage. According to the fuel cell system of the sixth aspect, it is possible to adjust the humidification amount of the fuel gas according to the humidity in the exhaust gas flowing through the circulation passage.
【0019】一般に、燃料ガス中の水素と供給された酸
素との反応は、電極に備えられた触媒層(電解質側の第
1の触媒層)でなされるが、これに対して請求項7記載
の燃料電池によれば、流路溝側の第2の触媒層で大部分
なされる。電極に備えられた第1の触媒層で酸素と水素
との反応がなさせると、その反応熱によって電解質がダ
メージを受けることがあるが、流路溝側に設けられた、
即ち、電解質に対して遠い方に設けられた第2の触媒層
で酸素と水素との反応を行なうようにすることで、電解
質への反応熱の影響を少なくすることが可能である。In general, the reaction between hydrogen in the fuel gas and the supplied oxygen is carried out in the catalyst layer (first catalyst layer on the electrolyte side) provided on the electrode. According to the fuel cell of (1), the second catalyst layer on the flow channel side is mostly used. When oxygen and hydrogen react with each other in the first catalyst layer provided in the electrode, the reaction heat may damage the electrolyte.
That is, it is possible to reduce the influence of reaction heat on the electrolyte by causing the reaction of oxygen and hydrogen in the second catalyst layer provided farther from the electrolyte.
【0020】本発明の第2の燃料電池システム(請求項
8記載のもの)によれば、燃料ガス排出通路から排出さ
れた排ガスは酸化ガス供給通路から電池本体に循環され
る。その排ガス中には、燃料ガス(水素)の残余分があ
り、この排ガスが酸化ガス供給通路に供給されると、前
記水素と酸化ガス供給通路中の酸素とが反応して生成さ
れる新たな水により、酸化ガスの加湿がなされる。According to the second fuel cell system of the present invention (claim 8), the exhaust gas discharged from the fuel gas discharge passage is circulated from the oxidizing gas supply passage to the cell body. There is a residual fuel gas (hydrogen) in the exhaust gas, and when this exhaust gas is supplied to the oxidizing gas supply passage, the hydrogen and oxygen in the oxidizing gas supply passage react with each other to generate a new gas. The water humidifies the oxidizing gas.
【0021】[0021]
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の好適な実施例について説
明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below in order to further clarify the structure and operation of the present invention described above.
【0022】図1は、本発明の第1実施例を適用した燃
料電池システム1の全体構成図である。図1に示すよう
に、この燃料電池システム1は、固体高分子型の燃料電
池本体10と、燃料電池本体10へ燃料ガス(水素ガ
ス)を送る燃料ガス供給通路20と、燃料電池本体10
へ酸化ガス(酸素含有ガス)を送る酸化ガス供給通路3
0と、燃料電池本体10から排出される前記燃料ガスを
含む排ガスを送る燃料ガス排出通路40と、燃料電池本
体10から排出される前記酸化ガスを含む排ガスを送る
酸化ガス排出通路50とを備える。さらに、この燃料電
池システム1は、酸化ガス排出通路50と燃料ガス供給
通路20とを連通する循環通路60を備える。なお、循
環通路60には、通路内の排ガスを酸化ガス排出通路5
0側から燃料ガス供給通路20側に圧送する循環ポンプ
62が設けられている。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 1 to which the first embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a polymer electrolyte fuel cell body 10, a fuel gas supply passage 20 for feeding a fuel gas (hydrogen gas) to the fuel cell body 10, and a fuel cell body 10.
Oxidizing gas supply passage 3 for sending the oxidizing gas (oxygen-containing gas)
0, a fuel gas discharge passage 40 for sending the exhaust gas containing the fuel gas discharged from the fuel cell body 10, and an oxidizing gas discharge passage 50 for sending the exhaust gas containing the oxidizing gas discharged from the fuel cell body 10. . Further, the fuel cell system 1 includes a circulation passage 60 that connects the oxidizing gas discharge passage 50 and the fuel gas supply passage 20. In addition, in the circulation passage 60, the exhaust gas in the passage is mixed with the oxidizing gas discharge passage 5
A circulation pump 62 is provided that pressure-feeds from the 0 side to the fuel gas supply passage 20 side.
【0023】燃料電池本体10の構成について次に説明
する。図2は、燃料電池本体10のセル構造の模式図、
図3は、そのセル構造の分解斜視図である。これら図に
示すように、セルは、電解質膜110と、この電解質膜
110を両側から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡
散電極としてのアノード120およびカソード130
と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつ燃料ガス
および酸化ガスの流路溝を形成すると共にアノード12
0およびカソード130と電子の授受を行なう集電極1
40,150と、集電極140,150の外側に配置さ
れ各セルを仕切るセパレータ160により構成されてい
る。なお、このセパレータ160は電極150がガス不
透過性であれば、省略してもよい。The structure of the fuel cell body 10 will be described below. FIG. 2 is a schematic diagram of a cell structure of the fuel cell main body 10,
FIG. 3 is an exploded perspective view of the cell structure. As shown in these drawings, the cell includes an electrolyte membrane 110, and an anode 120 and a cathode 130 as gas diffusion electrodes having a sandwich structure in which the electrolyte membrane 110 is sandwiched from both sides.
While sandwiching this sandwich structure from both sides, a channel groove for fuel gas and oxidizing gas is formed and the anode 12
0 and the collector 130 for exchanging electrons with the cathode 130
40 and 150, and a separator 160 arranged outside the collector electrodes 140 and 150 to partition each cell. The separator 160 may be omitted if the electrode 150 is gas impermeable.
【0024】電解質膜110は、高分子材料、例えばフ
ッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤
状態で良好な電気電導性を示す。アノード120は、炭
素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにテフロン
とカーボンの混合物を塗布し、テフロンの融点以上の温
度で焼結することで撥水性を付与して形成されたガス拡
散層121を中心に備え、そのガス拡散層121の電解
質膜110側の表面と集電極140側の表面とに、触媒
としての第1の触媒層122と第2の触媒層123とを
それぞれ備える。両触媒層122,123は、白金また
は白金と他の金属との合金等を担持したカーボン粉末を
電解質の溶液と混合したペーストをガス拡散層121の
表面に塗布することにより形成されたものである。な
お、白金系の金属に換えてニッケル・コバルト系の金属
等を用いるように構成してもよい。第2の触媒層123
はスパッタリングによって触媒を表面近傍に担持させる
ように形成してもよく、また、ガス拡散層121に撥水
性を付与する過程に用いるカーボンに触媒を担持させる
ことによって形成してもよい。The electrolyte membrane 110 is an ion exchange membrane formed of a polymer material such as a fluorine resin, and exhibits good electric conductivity in a wet state. The anode 120 has a gas diffusion layer 121 formed by applying a mixture of Teflon and carbon to a carbon cloth woven with a yarn made of carbon fibers and sintering the mixture at a temperature equal to or higher than the melting point of Teflon to impart water repellency. A first catalyst layer 122 and a second catalyst layer 123 as catalysts are provided on the surface of the gas diffusion layer 121 on the electrolyte membrane 110 side and the surface of the gas diffusion layer 121 on the collector electrode 140 side, respectively. Both catalyst layers 122 and 123 are formed by applying a paste prepared by mixing carbon powder supporting platinum or an alloy of platinum and another metal with an electrolyte solution onto the surface of the gas diffusion layer 121. . The platinum-based metal may be replaced with nickel-cobalt-based metal or the like. Second catalyst layer 123
May be formed so as to support the catalyst near the surface by sputtering, or may be formed by supporting the catalyst on carbon used in the process of imparting water repellency to the gas diffusion layer 121.
【0025】カソード130は、アノード120側と同
様にカーボンクロスにより形成されたガス拡散層131
を中心に備え、そのガス拡散層131の電解質膜110
側の表面に触媒層122と同じ触媒層132をそれぞれ
備える。なお、カソード側には第2の触媒層123に相
当するものはない。The cathode 130 is a gas diffusion layer 131 made of carbon cloth as in the case of the anode 120 side.
And the electrolyte membrane 110 of the gas diffusion layer 131.
The same catalyst layer 132 as the catalyst layer 122 is provided on each side surface. Incidentally, there is no one corresponding to the second catalyst layer 123 on the cathode side.
【0026】集電極140,150は、多孔質でガス透
過性を有するポーラスカーボンにより形成されており、
気孔率が40ないし80[%]のものである。また、集
電極140には、複数のリブ142が形成されており、
このリブ142とアノード120の表面とで燃料ガスと
水蒸気との混合ガスの流路溝145を形成している。な
お、この流路溝145はその一方口で燃料ガス供給通路
20と接続され、その他方口で燃料ガス排出通路40と
接続されている。一方、集電極150にも、複数のリブ
152が形成されており、このリブ152とカソード1
30とで酸化ガスの流路をなすと共にカソード130で
生成する水を集水する流路溝155を形成している。こ
の流路溝155はその一方口で酸化ガス供給通路30と
接続され、その他方口で酸化ガス排出通路50と接続さ
れている。The collecting electrodes 140, 150 are made of porous carbon having gas permeability.
The porosity is 40 to 80%. Further, a plurality of ribs 142 are formed on the collecting electrode 140,
The ribs 142 and the surface of the anode 120 form a channel groove 145 for a mixed gas of fuel gas and water vapor. The flow channel groove 145 is connected to the fuel gas supply passage 20 at one end and is connected to the fuel gas discharge passage 40 at the other end. On the other hand, a plurality of ribs 152 are also formed on the collector electrode 150.
A flow channel groove 155 for collecting water generated at the cathode 130 is formed while forming a flow channel for the oxidizing gas. The channel groove 155 is connected to the oxidizing gas supply passage 30 at one end thereof and is connected to the oxidizing gas discharge passage 50 at the other end thereof.
【0027】セパレータ160は、カーボンを圧縮して
ガス不透過としたガス不透過カーボンにより形成されて
おり、電解質膜110,アノード120,カソード13
0,集電極140,150により構成されるセルをその
厚み方向に積層する際の隔壁をなす。こうして形成され
た各部材をセパレータ160,集電極140,アノード
120,電解質膜110,カソード130,集電極15
0,セパレータ160の順に複数個積層して固体高分子
型燃料電池を構成する。The separator 160 is made of gas-impermeable carbon that is made gas-impermeable by compressing carbon, and has an electrolyte membrane 110, an anode 120, and a cathode 13.
0, a partition wall for stacking cells constituted by the collecting electrodes 140, 150 in the thickness direction thereof. The members formed in this way are used as a separator 160, a collector electrode 140, an anode 120, an electrolyte membrane 110, a cathode 130, and a collector electrode 15.
A plurality of 0 and a separator 160 are laminated in this order to form a polymer electrolyte fuel cell.
【0028】こうして構成された燃料電池システム1に
おけるガスの流れについて次に説明する。燃料ガス源7
0に貯えられた燃料ガスは燃料ガス供給通路20を流れ
て燃料電池本体10のアノード120側の流路溝145
に送られる。この燃料ガスは流路溝145を伝わってア
ノード120に取り込まれつつ、その残余分は燃料ガス
排出通路40から外部に送られる。一方、酸化ガス源8
0に貯えられた酸化ガスは酸化ガス供給通路30を流れ
て燃料電池本体10のカソード130側の流路溝155
に送られる。この酸化ガスは流路溝155を伝わってカ
ソード130に取り込まれつつ、その残余分は酸化ガス
排出通路50に送られる。なお、カソード130におい
ては酸化ガスを受けて水が生成されるが、この水も酸化
ガス排出通路50から前記残余分の酸化ガスとともに排
出される。The flow of gas in the fuel cell system 1 thus constructed will be described below. Fuel gas source 7
The fuel gas stored in 0 flows through the fuel gas supply passage 20 and flows into the flow path groove 145 on the anode 120 side of the fuel cell body 10.
Sent to. The fuel gas is introduced into the anode 120 through the flow channel 145, and the remainder is sent from the fuel gas discharge passage 40 to the outside. On the other hand, the oxidizing gas source 8
The oxidant gas stored in 0 flows through the oxidant gas supply passage 30 and flows into the channel groove 155 on the cathode 130 side of the fuel cell body 10.
Sent to. The oxidizing gas is taken into the cathode 130 through the channel groove 155, and the remainder is sent to the oxidizing gas discharge passage 50. Although water is generated at the cathode 130 by receiving the oxidizing gas, this water is also discharged from the oxidizing gas discharge passage 50 together with the residual oxidizing gas.
【0029】酸化ガス排出通路50から排出された排ガ
スとしての水を含んだ酸化ガスは循環通路60を流れて
燃料ガス供給通路20に送られ、燃料電池本体10に循
環される。その排ガスが燃料ガスに送られると、排ガス
中の酸素は燃料ガスである水素と反応して水が生成さ
れ、その生成水により燃料ガスの加湿がなされる。The oxidizing gas containing water as exhaust gas discharged from the oxidizing gas discharge passage 50 flows through the circulation passage 60, is sent to the fuel gas supply passage 20, and is circulated in the fuel cell body 10. When the exhaust gas is sent to the fuel gas, oxygen in the exhaust gas reacts with hydrogen, which is the fuel gas, to generate water, and the generated water humidifies the fuel gas.
【0030】したがって、この燃料電池システム1で
は、バブラーのような大型の装置が不要であることか
ら、システム全体のコンパクト化を図りつつ燃料ガスの
加湿を行なうことができる。また、燃料ガス供給通路2
0へ供給される酸化ガスは酸化ガス排出通路50からの
排ガスを再利用したものであることから、酸化ガス源8
0の酸化ガスの消費量を節約することができ、エネルギ
効率に優れている。Therefore, in the fuel cell system 1, since a large device such as a bubbler is unnecessary, it is possible to humidify the fuel gas while making the entire system compact. Further, the fuel gas supply passage 2
Since the oxidizing gas supplied to 0 is recycled exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage 50, the oxidizing gas source 8
It is possible to save the consumption amount of the oxidizing gas of 0, and it is excellent in energy efficiency.
【0031】また、この第1実施例では、アノード12
0の集電極140側の表面に第2の触媒層123が形成
されていることから、燃料ガス供給通路20から供給さ
れた水素と酸素(循環通路60で循環されたもの)との
反応をこの第2の触媒層123で大部分行なうことがで
きる。このため、第1の触媒層122では水素と酸素と
の反応がほとんどなされることはなく、電解質膜110
は反応熱による影響を受けることが少なく、電解質膜1
10がダメージを受けるのを防止することができる。Further, in the first embodiment, the anode 12
Since the second catalyst layer 123 is formed on the surface of the No. 0 collector electrode 140 side, the reaction between hydrogen and oxygen (circulated in the circulation passage 60) supplied from the fuel gas supply passage 20 Most can be done with the second catalyst layer 123. Therefore, the first catalyst layer 122 hardly reacts with hydrogen and oxygen, and the electrolyte membrane 110
Is less affected by the reaction heat, and the electrolyte membrane 1
It is possible to prevent 10 from being damaged.
【0032】本発明の第2実施例について次に説明す
る。図4は、本発明の第2実施例を適用した燃料電池シ
ステム200の全体構成図である。図4に示すように、
この燃料電池システム200は、第1実施例と同様な燃
料電池本体210,燃料ガス供給通路220,酸化ガス
供給通路230,燃料ガス排出通路240,酸化ガス排
出通路250,循環通路260および循環ポンプ262
を備え、さらに、循環通路260の途中に3ポート電磁
切換弁265と逆止め弁267を備える。3ポート電磁
切換弁265の他端265aは、酸化ガス供給通路23
0に接続されており、制御系290からの制御信号を受
けて、循環通路260と酸化ガス供給通路230とのい
ずれか一方を選択的に燃料ガス供給通路220に接続す
る。The second embodiment of the present invention will be described below. FIG. 4 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 200 to which the second embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG.
This fuel cell system 200 has the same fuel cell body 210, fuel gas supply passage 220, oxidizing gas supply passage 230, fuel gas discharge passage 240, oxidizing gas discharge passage 250, circulation passage 260 and circulation pump 262 as in the first embodiment.
Further, a 3-port electromagnetic switching valve 265 and a check valve 267 are provided in the circulation passage 260. The other end 265a of the 3-port electromagnetic switching valve 265 is connected to the oxidizing gas supply passage 23.
0, the control signal from the control system 290 is received, and either the circulation passage 260 or the oxidizing gas supply passage 230 is selectively connected to the fuel gas supply passage 220.
【0033】制御系290は、燃料電池本体210の運
転状態を検出するセンサとして、燃料電池本体210の
インピーダンスZを検出するインピーダンスセンサ29
2と、燃料電池本体210の温度を検出する温度センサ
294とを備え、さらに、インピーダンスセンサ292
および温度センサ294に接続される電子制御ユニット
296を備える。The control system 290 serves as a sensor for detecting the operating state of the fuel cell main body 210, and an impedance sensor 29 for detecting the impedance Z of the fuel cell main body 210.
2 and a temperature sensor 294 for detecting the temperature of the fuel cell main body 210, and further, an impedance sensor 292.
And an electronic control unit 296 connected to the temperature sensor 294.
【0034】温度センサ294は、通常の温度計であ
る。インピーダンスセンサ292は、燃料電池本体21
0の電気化学的反応に影響を与えないように、交流式の
電極間抵抗計である。なお、このインピーダンスセンサ
292における交流の測定周波数は最適な周波数、例え
ば、10[kHz]となっている。The temperature sensor 294 is an ordinary thermometer. The impedance sensor 292 is the fuel cell main body 21.
It is an AC interelectrode resistance meter so as not to affect the electrochemical reaction of 0. The AC measurement frequency of the impedance sensor 292 is an optimum frequency, for example, 10 [kHz].
【0035】電子制御ユニット296は、マイクロコン
ピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しく
は、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算
等を実行するCPU296a、CPU296aで各種演
算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御デー
タ等が予め格納されたROM296b、同じくCPU2
96aで各種演算処理を実行するのに必要な各種データ
が一時的に読み書きされるRAM296c、インピーダ
ンスセンサ292および温度センサ294からの出力信
号を入力すると共にCPU296aでの演算結果に応じ
て3ポート電磁切換弁265に制御信号を出力する入出
力回路296d等を備えている。The electronic control unit 296 is configured as a logic circuit centered on a microcomputer. More specifically, the CPU 296a and the CPU 296a, which execute predetermined arithmetic operations according to a preset control program, perform various arithmetic operations. A ROM 296b in which necessary control programs, control data, etc. are stored in advance, and also the CPU 2
Inputting output signals from the RAM 296c, the impedance sensor 292, and the temperature sensor 294 at which various data necessary for executing various arithmetic processing in the 96a is temporarily read and written, and 3-port electromagnetic switching is performed according to the arithmetic result in the CPU 296a. An input / output circuit 296d for outputting a control signal to the valve 265 is provided.
【0036】こうした構成の電子制御ユニット296の
CPU296aによって、インピーダンスセンサ292
および温度センサ294からの出力信号から燃料電池本
体210の電解質膜110の濡れ状態が判定され、この
判定結果に応じて3ポート電磁切換弁265が駆動制御
され、燃料ガス供給通路20への接続通路が循環通路6
0と酸化ガス供給通路30とのいずれか一方に選択的に
切り替えられる。The impedance sensor 292 is controlled by the CPU 296a of the electronic control unit 296 thus constructed.
And the wet state of the electrolyte membrane 110 of the fuel cell main body 210 is determined from the output signal from the temperature sensor 294, the 3-port electromagnetic switching valve 265 is drive-controlled according to the determination result, and the connection passage to the fuel gas supply passage 20 is obtained. Is the circulation passage 6
0 or the oxidizing gas supply passage 30 is selectively switched.
【0037】次に、CPU296aにより実行される切
換弁制御処理について、図5のフローチャートに基づい
て説明する。CPU296aは、処理が開始されると、
まず、インピーダンスセンサ292で検出されたインピ
ーダンスZと、温度センサ294で検出された温度Tと
をそれぞれ読み込む(ステップS300,S310)。Next, the switching valve control process executed by the CPU 296a will be described with reference to the flowchart of FIG. When the CPU 296a starts processing,
First, the impedance Z detected by the impedance sensor 292 and the temperature T detected by the temperature sensor 294 are read (steps S300 and S310).
【0038】次いで、それらインピーダンスZおよび温
度Tから燃料電池本体210の電解質膜110が乾いた
状態にあるか否かを判定する処理を行なう(ステップS
330)。この判定は、ステップS300およびS31
0で検出されたインピーダンスZおよび温度Tを、予め
ROM296bに格納したマップに照らし合わせて行な
う。このマップは、図6に示すように、インピーダンス
Zと温度Tとから定まる複数の等含水率曲線Wを示すも
ので、この等含水率曲線Wは、インピーダンスZが大き
い程、また温度Tが大きい程、低い値をとる。CPU2
96aは、インピーダンスZおよび温度Tを図6のマッ
プに照らし合わせることで、インピーダンスZおよび温
度Tから定まる等含水率曲線Wを選択して、その等含水
率曲線Wで示される含水率が予め定めた値より小さいか
否かを判定することで、電解質膜110が乾いた状態に
あるか否かを判定する。Next, a process for determining whether or not the electrolyte membrane 110 of the fuel cell main body 210 is in a dry state is performed from the impedance Z and the temperature T (step S).
330). This determination is made in steps S300 and S31.
The impedance Z and the temperature T detected at 0 are compared with the map stored in the ROM 296b in advance. As shown in FIG. 6, this map shows a plurality of equal moisture content curves W defined by the impedance Z and the temperature T. The equal moisture content curves W are such that the larger the impedance Z is, the larger the temperature T is. The lower the value. CPU2
By comparing the impedance Z and the temperature T with the map of FIG. 6, 96a selects the equal moisture content curve W determined from the impedance Z and the temperature T, and the moisture content indicated by the equal moisture content curve W is predetermined. It is determined whether or not the electrolyte membrane 110 is in a dry state by determining whether or not the value is smaller than the above value.
【0039】ステップS330で、燃料電池本体210
の電解質膜110が乾いた状態にあると判定されると、
次いで、予め用意したフラグf(初期値=0)が値0か
否かを判定する処理を行なう(ステップS340)。こ
こで、フラグfが値0と判定されると、3ポート電磁切
換弁265を、燃料ガス供給通路220と酸化ガス供給
通路230とが接続される位置に切り替える(ステップ
S350)と共に、フラグfを値1に設定する(ステッ
プS360)。一方、ステップS340でフラグfが値
0でないと判定されたときには、既にステップS350
で3ポート電磁切換弁265の切換が終わったものとし
て、ステップS350およびS360の処理を飛ばし
て、「リターン」に抜けて、このルーチンの処理を一旦
終える。In step S330, the fuel cell main body 210
When it is determined that the electrolyte membrane 110 of is in a dry state,
Next, a process of determining whether or not the flag f (initial value = 0) prepared in advance has a value of 0 is performed (step S340). Here, when the flag f is determined to be 0, the 3-port electromagnetic switching valve 265 is switched to the position where the fuel gas supply passage 220 and the oxidizing gas supply passage 230 are connected (step S350), and the flag f is set. The value is set to 1 (step S360). On the other hand, if it is determined at step S340 that the flag f is not 0, then at step S350.
Assuming that the switching of the 3-port solenoid operated directional control valve 265 has been completed, the processing of steps S350 and S360 is skipped, the process returns to "return", and the processing of this routine is once completed.
【0040】一方、ステップS330で、否定判定、即
ち、燃料電池本体210の電解質膜110が乾いた状態
にないと判定された場合には、ステップS370に進
み、フラグfが値1か否かを判定する処理を行なう。こ
こで、フラグfが値1と判定されると、3ポート電磁切
換弁265を、燃料ガス供給通路220と循環通路26
0とが接続される位置に切り替える(ステップS38
0)と共に、フラグfを値0に設定する(ステップS3
90)。一方、ステップS370でフラグfが値1でな
いと判定されたときには、既にステップS380で3ポ
ート電磁切換弁265の切換が終わったものとして、ス
テップS380およびS390の処理を飛ばして、「リ
ターン」に抜けて、このルーチンの処理を一旦終える。On the other hand, if the negative determination is made in step S330, that is, if the electrolyte membrane 110 of the fuel cell main body 210 is not in the dry state, the process proceeds to step S370 to determine whether the flag f is 1 or not. Perform determination processing. Here, when the flag f is determined to be the value 1, the 3-port electromagnetic switching valve 265 is connected to the fuel gas supply passage 220 and the circulation passage 26.
Switch to the position where 0 is connected (step S38
Along with 0, the flag f is set to the value 0 (step S3).
90). On the other hand, when it is determined that the flag f is not 1 in step S370, it is assumed that the switching of the 3-port electromagnetic switching valve 265 has already been completed in step S380, the processes of steps S380 and S390 are skipped, and the process returns to “return”. Then, the processing of this routine is once finished.
【0041】即ち、この切換弁制御処理ルーチンによれ
ば、燃料電池本体210の電解質膜110が乾いた状態
にあると判定されたときには、3ポート電磁切換弁26
5は、燃料ガス供給通路220と酸化ガス供給通路23
0とが接続される位置に切り替えられ、燃料電池本体2
10の電解質膜110が乾いた状態でないと判定された
ときには、3ポート電磁切換弁265は、燃料ガス供給
通路220と循環通路260とが接続される位置に切り
替えられる。That is, according to this switching valve control processing routine, when it is determined that the electrolyte membrane 110 of the fuel cell main body 210 is in a dry state, the 3-port electromagnetic switching valve 26.
5 is a fuel gas supply passage 220 and an oxidizing gas supply passage 23
0 is connected to the position where the fuel cell main body 2
When it is determined that the electrolyte membrane 110 of 10 is not in a dry state, the 3-port electromagnetic switching valve 265 is switched to a position where the fuel gas supply passage 220 and the circulation passage 260 are connected.
【0042】以上詳述した第2実施例の燃料電池システ
ム200では、電解質膜110の湿潤状態が良好である
定常運転時には、酸化ガス排出通路250からの排ガス
が燃料ガス供給通路220に循環され、一方、電解質膜
110の湿潤状態が不良である運転初期時や高出力時等
には、酸化ガス供給通路230から排出された酸化ガス
が燃料ガス供給通路220にダイレクトに供給される。
一般に、急に負荷が増加した時や起動初期等は、電解質
膜110の含水率が低く乾き気味となり、燃料ガスへの
加湿量が多く必要となるが、一方では、上記状態におい
て酸化ガスの消費が多くなり循環する排ガス中の残存酸
素量が減少したり、または、排出される水分量が減少す
るなど不安定となることから、酸化ガス排出通路250
の排ガスを燃料ガス供給通路220に循環させるだけで
は、燃料ガス中の水素の分圧比を落とさずに燃料ガスの
加湿の程度を充分に高めることができない。これに対し
て、前記のように構成することで、酸化ガス供給通路2
30から酸化ガスを燃料ガス供給通路220に充分に供
給することができる。In the fuel cell system 200 of the second embodiment described in detail above, the exhaust gas from the oxidizing gas exhaust passage 250 is circulated to the fuel gas supply passage 220 during steady operation in which the electrolyte membrane 110 is in a good wet state. On the other hand, the oxidizing gas discharged from the oxidizing gas supply passage 230 is directly supplied to the fuel gas supply passage 220 at the initial stage of operation when the wet state of the electrolyte membrane 110 is poor or at the time of high output.
Generally, when the load suddenly increases or at the beginning of startup, the electrolyte membrane 110 has a low water content and tends to be dry, and a large amount of humidification to the fuel gas is required. As a result, the amount of residual oxygen in the circulating exhaust gas decreases, or the amount of water discharged becomes unstable, resulting in instability.
It is not possible to sufficiently increase the degree of humidification of the fuel gas without lowering the partial pressure ratio of hydrogen in the fuel gas only by circulating the exhaust gas of No. 2 in the fuel gas supply passage 220. On the other hand, by configuring as described above, the oxidizing gas supply passage 2
The oxidizing gas can be sufficiently supplied from 30 to the fuel gas supply passage 220.
【0043】したがって、この第2実施例の燃料電池シ
ステム200では、第1実施例と同様に、システム全体
のコンパクト化とエネルギの効率化とを高める効果を奏
すると共に、次のような効果も奏する。即ち、この燃料
電池システム200では、燃料電池本体210の運転状
態に応じて、燃料ガス供給通路220への酸化ガスの供
給量、ひいては燃料ガスの加湿量を適正に調整すること
ができるといった効果も奏する。Therefore, in the fuel cell system 200 of the second embodiment, similar to the first embodiment, the effect of improving the compactness of the entire system and the improvement of energy efficiency are achieved, and the following effects are also exhibited. . That is, in this fuel cell system 200, the amount of oxidizing gas supplied to the fuel gas supply passage 220, and hence the amount of humidification of fuel gas, can be adjusted appropriately according to the operating state of the fuel cell body 210. Play.
【0044】なお、この第2実施例の燃料電池システム
200では、3ポート電磁切換弁265を用いて、循環
通路260と酸化ガス供給通路230とのいずれか一方
を選択的に燃料ガス供給通路220に接続しているが、
これに換えて、酸化ガス供給通路230と燃料ガス供給
通路220とを連通する連通路の途中と、循環通路26
0の途中とに2つのMFC(Mass Flow Controller )
を設け、両MFCによりその連通路を流れるガスの流量
Aと循環通路260を流れるガスの流量Bとをそれぞれ
調整することにより、両流量A,Bの比率を任意の割合
に制御する構成としてもよい。In the fuel cell system 200 of the second embodiment, by using the 3-port electromagnetic switching valve 265, either the circulation passage 260 or the oxidizing gas supply passage 230 is selectively selected. Connected to
Instead, the middle of the communication passage that connects the oxidizing gas supply passage 230 and the fuel gas supply passage 220 and the circulation passage 26
Two MFCs (Mass Flow Controller) in the middle of 0
And the flow rate A of the gas flowing through the communication passage and the flow rate B of the gas flowing through the circulation passage 260 are respectively adjusted by both MFCs to control the ratio of the two flow rates A and B to an arbitrary ratio. Good.
【0045】こうした構成により、前記第2実施例のよ
うに、流量A,Bの比率を100:0と0:100との
いずれかに切り換えるのではなく、50:50等の任意
の割合に制御することができる。なお、この割合は、燃
料ガス供給通路220へ供給される酸素量が、目標とす
る燃料ガスの加湿状態を達成するために必要な所望の量
となるように定められるものである。したがって、燃料
電池本体の運転状態に応じて燃料ガスの加湿量をより適
正に調整することができる。With this configuration, the ratio of the flow rates A and B is not switched to either 100: 0 or 0: 100 as in the second embodiment, but is controlled to an arbitrary ratio such as 50:50. can do. It should be noted that this ratio is determined so that the amount of oxygen supplied to the fuel gas supply passage 220 is a desired amount necessary for achieving a target humidification state of the fuel gas. Therefore, the humidification amount of the fuel gas can be adjusted more appropriately according to the operating state of the fuel cell body.
【0046】本発明の第3実施例について次に説明す
る。図7は、本発明の第3実施例を適用した燃料電池シ
ステム400の全体構成図である。図7に示すように、
この燃料電池システム400は、第1実施例と同様な燃
料電池本体410,燃料ガス供給通路420,酸化ガス
供給通路430,燃料ガス排出通路440,酸化ガス排
出通路450,循環通路460および循環ポンプ462
を備え、さらに、循環通路460の循環ポンプ462よ
り下流側に電動弁465を備える。電動弁465は、制
御系490から与えられた開度制御信号に応じて流量を
任意に制御するものである。The third embodiment of the present invention will be described below. FIG. 7 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 400 to which the third embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG.
The fuel cell system 400 includes a fuel cell body 410, a fuel gas supply passage 420, an oxidizing gas supply passage 430, a fuel gas discharge passage 440, an oxidizing gas discharge passage 450, a circulation passage 460 and a circulation pump 462, which are similar to those of the first embodiment.
Further, a motor-operated valve 465 is provided on the downstream side of the circulation pump 462 in the circulation passage 460. The motor-operated valve 465 arbitrarily controls the flow rate according to the opening control signal provided from the control system 490.
【0047】制御系490は、第2実施例と同様に、イ
ンピーダンスセンサ492,温度センサ494および両
センサ492,494に接続される電子制御ユニット4
96を備える。電子制御ユニット496は、第2実施例
と同様なCPU496a,ROM496b,RAM49
6cおよび入出力回路496dを備える。こうした構成
の電子制御ユニット496のCPU496aによって、
インピーダンスセンサ492および温度センサ494か
らの出力信号から燃料電池本体410の電解質膜の濡れ
状態が判定され、この判定結果に応じて電動弁465の
開度θが制御されて、循環通路460の流量が制御され
る。The control system 490 is the electronic control unit 4 connected to the impedance sensor 492, the temperature sensor 494 and both the sensors 492 and 494, as in the second embodiment.
Equipped with 96. The electronic control unit 496 includes a CPU 496a, a ROM 496b, and a RAM 49 which are the same as those in the second embodiment.
6c and an input / output circuit 496d. With the CPU 496a of the electronic control unit 496 having such a configuration,
The wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell body 410 is determined from the output signals from the impedance sensor 492 and the temperature sensor 494, the opening degree θ of the electric valve 465 is controlled according to the determination result, and the flow rate of the circulation passage 460 is changed. Controlled.
【0048】次に、CPU396aにより実行される電
動弁制御処理について説明する。この電動弁制御処理
は、第2実施例のそれと比べて、ステップS350およ
びステップS380の処理内容が相違するだけで、その
他のステップについては全く同じものである。この実施
例では、ステップS350では、電動弁395の開度θ
を全開に制御する処理を行ない、ステップS380で
は、電動弁395の開度θを全開状態より閉じ側の所定
開度θcに制御する処理を行なう。Next, the electric valve control processing executed by the CPU 396a will be described. This motor-operated valve control process is the same as that of the second embodiment except that the processing contents of steps S350 and S380 are different, and the other steps are exactly the same. In this embodiment, in step S350, the opening degree θ of the motor-operated valve 395.
Is controlled to be fully opened, and in step S380, a process of controlling the opening degree θ of the electric valve 395 to a predetermined opening degree θc on the closing side from the fully opened state is performed.
【0049】こうした構成の電動弁制御処理によれば、
燃料電池本体410の電解質膜が乾いた状態にあると判
定されたときには、電動弁495の開度θは全開に制御
され、燃料電池本体410の電解質膜が乾いた状態でな
いと判定されたときには、電動弁495の開度θは全開
状態より閉じ側の所定開度θcに制御される。According to the motor-operated valve control process having such a configuration,
When it is determined that the electrolyte membrane of the fuel cell body 410 is in a dry state, the opening degree θ of the motor-operated valve 495 is controlled to be fully open, and when it is determined that the electrolyte membrane of the fuel cell body 410 is not in a dry state, The opening degree θ of the electric valve 495 is controlled to a predetermined opening degree θc on the closing side from the fully opened state.
【0050】したがって、この第3実施例の燃料電池シ
ステム400では、電解質膜110の湿潤状態が良好で
ある定常運転時には、循環通路460から少量の排ガス
が燃料ガス供給通路420に循環され、一方、電解質膜
110の湿潤状態が不良である運転初期時や高出力時等
には、循環通路460から多量の排ガスが燃料ガス供給
通路420に循環される。このため、この燃料電池シス
テム400では、燃料電池本体410の運転状態に応じ
て、燃料ガス供給通路220へ供給される酸化ガス排出
通路450からの排ガス量を調整することができ、この
結果、燃料ガスの加湿量を適正に調整することができ
る。なお、この燃料電池システム400でも、第1およ
び第2実施例と同様に、システム全体のコンパクト化と
エネルギの効率化とを高める効果を奏する。Therefore, in the fuel cell system 400 of the third embodiment, a small amount of exhaust gas is circulated from the circulation passage 460 to the fuel gas supply passage 420 during the steady operation in which the electrolyte membrane 110 is in a good wet state, and A large amount of exhaust gas is circulated from the circulation passage 460 to the fuel gas supply passage 420 at the initial stage of operation when the electrolyte membrane 110 is in a poor wet state or at the time of high output. Therefore, in this fuel cell system 400, the amount of exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage 450 supplied to the fuel gas supply passage 220 can be adjusted according to the operating state of the fuel cell main body 410, and as a result, the fuel The amount of humidification of gas can be adjusted appropriately. It should be noted that this fuel cell system 400 also has the effect of enhancing the compactness of the entire system and the improvement of energy efficiency, as in the first and second embodiments.
【0051】本発明の第4実施例について次に説明す
る。図8は、本発明の第4実施例を適用した燃料電池シ
ステム600の全体構成図である。図8に示すように、
この燃料電池システム600は、第1実施例と同様な燃
料電池本体610,燃料ガス供給通路620,酸化ガス
供給通路630,燃料ガス排出通路640,酸化ガス排
出通路650,循環通路660および循環ポンプ662
を備え、さらに、循環通路660の循環ポンプ662よ
り下流側にMFC(Mass Flow Controller )665
を、循環ポンプ662より上流側に酸素濃度センサ66
7をそれぞれ備える。MFC665は、ガスの質量流量
を検出し、電子制御ユニット696から与えられた開度
制御信号に応じてガスの質量流量を任意に制御するもの
である。酸素濃度センサ667は、予め定められた所定
の酸素濃度の前後でステップ状に変化する電圧信号Eを
出力するものである。なお、この所定の酸素濃度は、燃
料電池本体610の電解質膜の湿潤状態が好適となるよ
うな濃度である。The fourth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 8 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 600 to which the fourth embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG.
The fuel cell system 600 includes a fuel cell main body 610, a fuel gas supply passage 620, an oxidizing gas supply passage 630, a fuel gas discharge passage 640, an oxidizing gas discharge passage 650, a circulation passage 660 and a circulation pump 662, which are similar to those of the first embodiment.
And a MFC (Mass Flow Controller) 665 downstream of the circulation pump 662 in the circulation passage 660.
The oxygen concentration sensor 66 on the upstream side of the circulation pump 662.
7 are provided respectively. The MFC 665 detects the mass flow rate of gas and arbitrarily controls the mass flow rate of gas according to the opening control signal given from the electronic control unit 696. The oxygen concentration sensor 667 outputs a voltage signal E that changes stepwise before and after a predetermined oxygen concentration. The predetermined oxygen concentration is such that the wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell body 610 is suitable.
【0052】電子制御ユニット696は、第2実施例と
同様なCPU696a,ROM696b,RAM696
cおよび入出力回路696dを備える。こうした構成の
電子制御ユニット696のCPU696aによって、酸
素濃度センサ667からの電圧信号Eに応じてMFC6
65の開度が制御されて、循環通路660の流量が制御
される。The electronic control unit 696 includes a CPU 696a, a ROM 696b, and a RAM 696 similar to those of the second embodiment.
c and an input / output circuit 696d. The CPU 696a of the electronic control unit 696 having the above configuration responds to the voltage signal E from the oxygen concentration sensor 667 according to the voltage signal E.
The opening degree of 65 is controlled to control the flow rate of the circulation passage 660.
【0053】次に、CPU396aにより実行されるM
FC制御処理について、図9のフローチャートに基づい
て説明する。CPU696aは、処理が開始されると、
まず、酸素濃度センサ667からの電圧信号Eを読み込
む(ステップS700)。次いで、その電圧信号Eに基
づいて酸素濃度はリーン状態にあるかリッチ状態にある
かを判別する処理を行なう(ステップS710)。この
リッチ状態、リーン状態とは、必要とする加湿量、即
ち、酸素量に対する酸素の過不足を示すものであり、ス
テップS710で、酸素濃度がリーン状態にあると判定
されると、MFC665へ送る流量設定信号を定める開
度Vを微小開度△Vだけインクリメントする処理を行な
い(ステップS720)、一方、酸素濃度がリッチ状態
にあると判定されると、前記開度Vを微小開度△Vだけ
デクリメントする処理を行なう(ステップS730)。
その後、ステップS720またはステップS730で求
められた開度Vに応じた流量設定信号をMFC665に
出力する(ステップS740)。ステップS740の処
理を終えると、「リターン」に抜けて、このルーチンの
処理を一旦終える。Next, the M executed by the CPU 396a
The FC control process will be described based on the flowchart of FIG. When the CPU 696a starts processing,
First, the voltage signal E from the oxygen concentration sensor 667 is read (step S700). Next, based on the voltage signal E, a process of determining whether the oxygen concentration is in the lean state or the rich state is performed (step S710). The rich state and the lean state indicate the required humidification amount, that is, the excess or deficiency of oxygen with respect to the oxygen amount. When it is determined in step S710 that the oxygen concentration is in the lean state, it is sent to the MFC 665. A process of incrementing the opening degree V that defines the flow rate setting signal by the minute opening degree ΔV is performed (step S720). On the other hand, if it is determined that the oxygen concentration is in the rich state, the opening degree V is changed to the minute opening degree ΔV. A decrementing process is performed (step S730).
After that, a flow rate setting signal corresponding to the opening degree V obtained in step S720 or step S730 is output to the MFC 665 (step S740). When the process of step S740 ends, the process returns to "return" and the process of this routine ends once.
【0054】こうした構成のMFC制御処理ルーチンに
よれば、酸素濃度センサ667からの電圧信号Eにより
定まる酸素濃度がリーン状態にあると判定されたときに
は、MFC665の開度はステップ状に徐々に増大さ
れ、また、その酸素濃度がリッチ状態にあると判定され
たときには、MFC665の開度はステップ状に徐々に
減少される。前記酸素濃度がリーンにあるということ
は、燃料ガス供給通路620に循環される酸素量が少な
いということであり、このために、燃料ガス供給通路6
20で生成される水の量が少なくなるが、前記のように
MFC665の開度を増大することにより、循環通路6
0の流量を増やすことができ、この結果、酸素の循環量
が増えて生成水が増量される。According to the MFC control processing routine having such a configuration, when it is determined that the oxygen concentration determined by the voltage signal E from the oxygen concentration sensor 667 is in the lean state, the opening degree of the MFC 665 is gradually increased stepwise. Further, when it is determined that the oxygen concentration is in the rich state, the opening degree of the MFC 665 is gradually reduced in a stepwise manner. The lean oxygen concentration means that the amount of oxygen circulated in the fuel gas supply passage 620 is small.
Although the amount of water generated in 20 decreases, by increasing the opening degree of MFC 665 as described above, the circulation passage 6
The flow rate of 0 can be increased, and as a result, the circulation amount of oxygen is increased and the amount of produced water is increased.
【0055】一方、酸素濃度センサ667で検出される
酸素濃度がリッチ状態にあるということは、燃料ガス供
給通路620に循環される酸素量が多いということであ
り、このために、燃料ガス供給通路620で生成される
水の量が多くなるが、前記のようにMFC665の開度
を減少することにより、循環通路60の流量を減らして
生成水を減少させることができる。On the other hand, the fact that the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 667 is in a rich state means that the amount of oxygen circulated in the fuel gas supply passage 620 is large. Although the amount of water generated in 620 increases, it is possible to reduce the flow rate in the circulation passage 60 and decrease the generated water by reducing the opening degree of the MFC 665 as described above.
【0056】したがって、この第4実施例の燃料電池シ
ステム600では、酸化ガス排出通路650から燃料ガ
ス供給通路620へ供給されるガス中の酸素濃度を常に
最適に調整することができる。このために、燃料ガスの
加湿量を適正に調節して、燃料電池本体610の電解質
膜の湿潤状態を、運転状態に関わらず常に良好に保つこ
とができる。なお、この燃料電池システム600でも、
第1ないし第3実施例と同様に、システム全体のコンパ
クト化とエネルギの効率化とを高める効果を奏する。Therefore, in the fuel cell system 600 of the fourth embodiment, the oxygen concentration in the gas supplied from the oxidizing gas exhaust passage 650 to the fuel gas supply passage 620 can always be optimally adjusted. Therefore, the amount of humidification of the fuel gas can be appropriately adjusted so that the electrolyte membrane of the fuel cell body 610 can always be kept in a good wet state regardless of the operating state. In addition, even in this fuel cell system 600,
Similar to the first to third embodiments, the effects of increasing the compactness of the entire system and the efficiency of energy can be obtained.
【0057】本発明の第5実施例について次に説明す
る。この第5実施例は、第4実施例の構成において、酸
素濃度センサ667に換えて、排ガス中の湿度を検出す
る湿度センサを設けたものである。こうした構成におけ
る電子制御ユニットは、湿度センサからの検出信号を受
けて、排ガス中の湿度が高い場合に、MFCの開度を小
さくし、排ガス中の湿度が低い場合に、MFCの開度を
大きくする制御を実行する。The fifth embodiment of the present invention will be described below. In the fifth embodiment, a humidity sensor for detecting the humidity in exhaust gas is provided in place of the oxygen concentration sensor 667 in the configuration of the fourth embodiment. The electronic control unit with such a configuration receives the detection signal from the humidity sensor and reduces the opening of the MFC when the humidity in the exhaust gas is high, and increases the opening of the MFC when the humidity in the exhaust gas is low. To execute the control.
【0058】この結果、電解質膜の湿潤状態が良好で排
ガスから多量の水が排出されている場合には、排ガスの
循環量を少なくすることができ、一方、電解質膜の湿潤
状態が不良で排ガスに含まれる水が少ない場合には、排
ガスの循環量を多くすることができる。したがって、燃
料ガスの加湿量を適正に調節して、燃料電池本体の電解
質膜の湿潤状態を、運転状態に関わらず常に良好に保つ
ことができる。なお、この燃料電池システムでも、第1
ないし第4実施例と同様に、システム全体のコンパクト
化とエネルギの効率化とを高める効果を奏する。この第
5実施例に換えて、酸素濃度センサ667(第4実施
例)と湿度センサとの両方を設けた構成としてもよく、
より適正に燃料ガスの加湿を行なうという観点から循環
ガスの制御を行なうことが可能となる。As a result, when the electrolyte membrane is in a good wet condition and a large amount of water is discharged from the exhaust gas, the circulation amount of the exhaust gas can be reduced, while the wet condition of the electrolyte membrane is poor and the exhaust gas is exhausted. When the amount of water contained in is small, the circulation amount of exhaust gas can be increased. Therefore, the amount of humidification of the fuel gas can be appropriately adjusted to keep the wet state of the electrolyte membrane of the fuel cell main body always good regardless of the operating state. In this fuel cell system, the first
As in the case of the fourth embodiment, the effects of increasing the compactness of the entire system and the efficiency of energy can be achieved. Instead of the fifth embodiment, a configuration in which both an oxygen concentration sensor 667 (fourth embodiment) and a humidity sensor may be provided,
The circulating gas can be controlled from the viewpoint of more appropriately humidifying the fuel gas.
【0059】本発明の第6実施例について次に説明す
る。図10は、本発明の第6実施例を適用した燃料電池
システム800の全体構成図である。この燃料電池シス
テム800は、第2実施例の構成と第4実施例の構成と
を合わせ持つものである。即ち、図10に示すように、
燃料電池システム800は、第2実施例と同様な構成
(図中、第2実施例と同じ部分には同一の番号を付け
た)を備え、さらに、その循環通路260にMFC86
5と酸素濃度センサ667とを備える。The sixth embodiment of the present invention will be described below. FIG. 10 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 800 to which the sixth embodiment of the present invention is applied. This fuel cell system 800 has both the configuration of the second embodiment and the configuration of the fourth embodiment. That is, as shown in FIG.
The fuel cell system 800 has the same configuration as that of the second embodiment (in the figure, the same parts as those of the second embodiment are denoted by the same reference numerals), and further, the MFC 86 is provided in the circulation passage 260 thereof.
5 and an oxygen concentration sensor 667.
【0060】こうした構成によれば、3ポート電磁切換
弁265を駆動制御して燃料ガス供給通路20への接続
通路を酸化ガス供給通路230側に切り替えることで、
燃料ガス供給通路20へ供給する酸素量を多量にするこ
とができ、しかも、MFC865の開度を制御して循環
通路260からの排ガスの循環量を制御することによ
り、燃料ガス供給通路20への酸素の供給量を緻密に制
御することができる。このため、燃料ガスの加湿量を運
転状態に応じてより適正に調節することができ、しか
も、システム全体のコンパクト化とエネルギの効率化と
の効果も兼ね備える。According to this structure, by driving and controlling the three-port electromagnetic switching valve 265 to switch the connection passage to the fuel gas supply passage 20 to the oxidizing gas supply passage 230 side,
The amount of oxygen supplied to the fuel gas supply passage 20 can be increased, and by controlling the opening of the MFC 865 to control the circulation amount of the exhaust gas from the circulation passage 260, the amount of oxygen supplied to the fuel gas supply passage 20 can be increased. The supply amount of oxygen can be precisely controlled. For this reason, the humidification amount of the fuel gas can be adjusted more appropriately according to the operating state, and further, the effect of making the entire system compact and making the energy efficient are both provided.
【0061】なお、前記第6実施例において、さらに、
酸化ガス供給通路230に第2の酸素濃度センサを設
け、インピーダンスセンサ292,温度センサ294お
よび第1の酸素濃度センサ867の検出信号に加えて第
2の酸素濃度センサの検出信号に応じて3ポート電磁切
換弁265やMFC865を駆動制御する構成としても
よい。この構成によれば、酸化ガス供給通路230から
供給される酸素濃度に応じた燃料ガスの加湿量の制御が
可能となることから、酸化ガス源280から供給される
酸化ガス中の酸素含有率が変動する場合にも、燃料ガス
の加湿量の制御を適正に行なうことができる。In the sixth embodiment, further,
A second oxygen concentration sensor is provided in the oxidizing gas supply passage 230, and in addition to the detection signals of the impedance sensor 292, the temperature sensor 294, and the first oxygen concentration sensor 867, three ports are provided according to the detection signals of the second oxygen concentration sensor. The electromagnetic switching valve 265 and the MFC 865 may be driven and controlled. According to this configuration, it is possible to control the humidification amount of the fuel gas according to the oxygen concentration supplied from the oxidizing gas supply passage 230, so that the oxygen content rate in the oxidizing gas supplied from the oxidizing gas source 280 can be controlled. Even when it fluctuates, it is possible to properly control the humidification amount of the fuel gas.
【0062】前述してきた第1ないし第6実施例では、
循環通路として酸化ガス排出通路からの排ガスを燃料ガ
ス供給通路に循環する構成をとっていたが、これに換え
て、燃料ガス排出通路からの排ガスを酸化ガス供給通路
に循環する構成としてもよい。こうした構成によっても
水が新たに生成され、その水により酸化ガスの加湿がな
され、その結果、それら実施例と同様に、システムのコ
ンパクト化を図りつつ加湿を行なうことができる。な
お、こうした構成における第2実施例に対応する例とし
ては、燃料ガス排出通路240と酸化ガス供給通路23
0とを連通する循環通路260を設けた上で、その循環
通路260の途中に3ポート電磁切換弁を設け、その3
ポート電磁切換弁の他端を、燃料ガス供給通路230に
接続したもので、その他の制御系等は第2実施例と同じ
構成である。この構成によっても、第2実施例と同様
に、酸化ガスの加湿量を燃料電池の運転状態に応じて適
正に調整することができる。In the first to sixth embodiments described above,
Although the exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage is circulated to the fuel gas supply passage as the circulation passage, the exhaust gas from the fuel gas discharge passage may be circulated to the oxidizing gas supply passage instead. With such a configuration, water is newly generated and the oxidizing gas is humidified by the water. As a result, the humidification can be performed while the system is made compact as in the embodiments. As an example corresponding to the second embodiment having such a configuration, the fuel gas discharge passage 240 and the oxidizing gas supply passage 23 are provided.
A circulation passage 260 communicating with 0 is provided, and a 3-port electromagnetic switching valve is provided in the middle of the circulation passage 260.
The other end of the port electromagnetic switching valve is connected to the fuel gas supply passage 230, and the other control system and the like have the same configuration as in the second embodiment. With this configuration, as in the second embodiment, the humidification amount of the oxidizing gas can be properly adjusted according to the operating state of the fuel cell.
【0063】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、アノード120に第1の触媒層122を設
けた構成に換えて、ガス拡散層121を構成するカーボ
ンクロスに、触媒としての金属を担持したカーボン粉を
クロスの隙間に練り込ませてアノード120を形成した
構成等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such an embodiment. For example, in place of the structure in which the first catalyst layer 122 is provided on the anode 120, a metal as a catalyst is added to the carbon cloth forming the gas diffusion layer 121. Needless to say, the present invention can be carried out in various modes without departing from the scope of the present invention, such as a configuration in which the carried carbon powder is kneaded into the gap of the cloth to form the anode 120.
【0064】[0064]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1および8
に記載の燃料電池システムでは、システム全体のコンパ
クト化と、酸化ガスの消費量の節約によるエネルギ効率
の向上とを図りつつ、燃料ガスの加湿を行なうことがで
きるといった効果を奏する。請求項2ないし6に記載の
燃料電池システムでは、燃料ガスの加湿量を電池本体の
運転状態に応じて適正に調整することができるといった
効果を奏する。請求項7に記載の燃料電池システムで
は、電解質への酸素と水素との反応による熱の影響を少
なくすることができるといった効果を奏する。As described above, according to claims 1 and 8
The fuel cell system described in (1) has an effect that the fuel gas can be humidified while the overall system is made compact and the energy efficiency is improved by saving the consumption of the oxidizing gas. The fuel cell system according to the second to sixth aspects has an effect that the humidification amount of the fuel gas can be appropriately adjusted according to the operating state of the cell body. In the fuel cell system according to the seventh aspect, it is possible to reduce the effect of heat due to the reaction of oxygen and hydrogen on the electrolyte.
【図1】本発明の第1実施例を適用した燃料電池システ
ム1の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 1 to which a first embodiment of the present invention is applied.
【図2】燃料電池本体10のセル構造の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a cell structure of the fuel cell body 10.
【図3】そのセル構造の分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the cell structure.
【図4】本発明の第2実施例を適用した燃料電池システ
ム200の全体構成図である。FIG. 4 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 200 to which a second embodiment of the present invention is applied.
【図5】電子制御ユニット296のCPU296aによ
り実行される切換弁制御処理を示すフローチャートであ
る。5 is a flow chart showing a switching valve control process executed by a CPU 296a of an electronic control unit 296. FIG.
【図6】インピーダンスZと温度Tとから定まる複数の
等含水率曲線Wを示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a plurality of equal moisture content curves W determined from impedance Z and temperature T.
【図7】本発明の第3実施例を適用した燃料電池システ
ム400の全体構成図である。FIG. 7 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 400 to which a third embodiment of the present invention is applied.
【図8】本発明の第4実施例を適用した燃料電池システ
ム600の全体構成図である。FIG. 8 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 600 to which a fourth embodiment of the present invention is applied.
【図9】電子制御ユニット396のCPU396aによ
り実行されるMFC制御処理を示すフローチャートであ
る。FIG. 9 is a flowchart showing MFC control processing executed by a CPU 396a of an electronic control unit 396.
【図10】本発明の第6実施例を適用した燃料電池シス
テム800の全体構成図である。FIG. 10 is an overall configuration diagram of a fuel cell system 800 to which a sixth embodiment of the present invention is applied.
1…燃料電池システム 10…燃料電池本体 20…燃料ガス供給通路 30…酸化ガス供給通路 40…燃料ガス排出通路 50…酸化ガス排出通路 60…循環通路 62…循環ポンプ 70…燃料ガス源 80…酸化ガス源 110…電解質膜 120…アノード 121…ガス拡散層 122…第1の触媒層 123…第2の触媒層 130…カソード 131…ガス拡散層 132…触媒層 140…集電極 142…リブ 145…流路溝 150…集電極 152…リブ 155…流路溝 160…セパレータ 200…燃料電池システム 210…燃料電池本体 220…燃料ガス供給通路 230…酸化ガス供給通路 240…燃料ガス排出通路 250…酸化ガス排出通路 260…循環通路 262…循環ポンプ 267…逆止め弁 280…酸化ガス源 290…制御系 292…インピーダンスセンサ 294…温度センサ 296…電子制御ユニット 296a…CPU 395…電動弁 396…電子制御ユニット 396a…CPU 400…燃料電池システム 410…燃料電池本体 420…燃料ガス供給通路 430…酸化ガス供給通路 440…燃料ガス排出通路 450…酸化ガス排出通路 460…循環通路 462…循環ポンプ 465…電動弁 490…制御系 492…インピーダンスセンサ 494…温度センサ 495…電動弁 496…電子制御ユニット 496a…CPU 600…燃料電池システム 610…燃料電池本体 620…燃料ガス供給通路 630…酸化ガス供給通路 640…燃料ガス排出通路 650…酸化ガス排出通路 660…循環通路 662…循環ポンプ 665…MFC 667…酸素濃度センサ 696…電子制御ユニット 696a…CPU DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell main body 20 ... Fuel gas supply passage 30 ... Oxidation gas supply passage 40 ... Fuel gas discharge passage 50 ... Oxidation gas discharge passage 60 ... Circulation passage 62 ... Circulation pump 70 ... Fuel gas source 80 ... Oxidation Gas source 110 ... Electrolyte membrane 120 ... Anode 121 ... Gas diffusion layer 122 ... First catalyst layer 123 ... Second catalyst layer 130 ... Cathode 131 ... Gas diffusion layer 132 ... Catalyst layer 140 ... Collection electrode 142 ... Rib 145 ... Flow Channel groove 150 ... Collection electrode 152 ... Rib 155 ... Channel groove 160 ... Separator 200 ... Fuel cell system 210 ... Fuel cell main body 220 ... Fuel gas supply passage 230 ... Oxidation gas supply passage 240 ... Fuel gas discharge passage 250 ... Oxidation gas discharge Passage 260 ... Circulation passage 262 ... Circulation pump 267 ... Check valve 280 ... Oxidizing gas source 290 ... Control System 292 ... Impedance sensor 294 ... Temperature sensor 296 ... Electronic control unit 296a ... CPU 395 ... Motorized valve 396 ... Electronic control unit 396a ... CPU 400 ... Fuel cell system 410 ... Fuel cell main body 420 ... Fuel gas supply passage 430 ... Oxidizing gas supply Passage 440 ... Fuel gas discharge passage 450 ... Oxidation gas discharge passage 460 ... Circulation passage 462 ... Circulation pump 465 ... Motor valve 490 ... Control system 492 ... Impedance sensor 494 ... Temperature sensor 495 ... Motor valve 496 ... Electronic control unit 496a ... CPU 600 Fuel cell system 610 Fuel cell main body 620 Fuel gas supply passage 630 Oxidizing gas supply passage 640 Fuel gas exhaust passage 650 Oxidizing gas exhaust passage 660 Circulation passage 662 Circulation pump 665 MFC 667 Oxygen Degree sensor 696 ... electronic control unit 696a ... CPU
Claims (8)
を備えた燃料電池システムであって、 前記2つの電極の内の一方の電極に水素を含む燃料ガス
を供給する燃料ガス供給通路と、 他方の電極に酸化ガスを供給する酸化ガス供給通路と、 前記電池本体から前記供給された燃料ガスを排出する燃
料ガス排出通路と、 前記電池本体から前記供給された酸化ガスを排出する酸
化ガス排出通路と、 前記酸化ガス排出通路からの排ガスを前記燃料ガス供給
通路に供給することにより、前記排ガスを前記電池本体
に循環させる循環通路とを備えた燃料電池システム。1. A fuel cell system comprising a battery body in which an electrolyte is sandwiched between two electrodes, wherein a fuel gas supply passage for supplying a fuel gas containing hydrogen to one of the two electrodes, An oxidizing gas supply passage for supplying an oxidizing gas to the other electrode, a fuel gas discharge passage for discharging the supplied fuel gas from the cell body, and an oxidizing gas discharge for discharging the supplied oxidizing gas from the cell body A fuel cell system comprising: a passage; and a circulation passage that circulates the exhaust gas into the cell body by supplying the exhaust gas from the oxidizing gas discharge passage to the fuel gas supply passage.
て、 前記電池本体の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、 該検出された運転状態に応じて前記循環通路の排ガスの
循環量を制御する循環量制御手段とを備えた燃料電池シ
ステム。2. The fuel cell system according to claim 1, wherein an operating state detecting means for detecting an operating state of the cell body, and a circulation amount of exhaust gas in the circulation passage according to the detected operating state. A fuel cell system comprising: a circulation amount control means for controlling.
て、 前記酸化ガス供給通路から前記燃料ガス供給通路に至る
連通路と、 該連通路を流れるガスの流量と前記循環通路を流れるガ
スの流量とをそれぞれ調整して、両者の比率を任意の割
合に制御する制御弁と、 前記電池本体の運転状態を検出する運転状態検出手段
と、 該検出された運転状態に応じて前記制御弁を制御する制
御手段とを備えた燃料電池システム。3. The fuel cell system according to claim 1, wherein a communication passage extending from the oxidizing gas supply passage to the fuel gas supply passage, a flow rate of the gas flowing through the communication passage, and a gas flowing through the circulation passage. A control valve that adjusts the flow rate and controls the ratio of the two to an arbitrary ratio, an operating state detection unit that detects the operating state of the battery body, and the control valve that controls the operating state according to the detected operating state. A fuel cell system including a control unit for controlling.
に設けられた電解質の含水率の程度を検出する手段であ
る請求項2または3記載の燃料電池システム。4. The fuel cell system according to claim 2, wherein the operating state detecting means is a means for detecting a degree of water content of an electrolyte provided in the cell body.
に設けられ、該循環通路を流れる排ガス中の酸素濃度を
検出する手段である請求項2または3記載の燃料電池シ
ステム。5. The fuel cell system according to claim 2 or 3, wherein the operating state detecting means is provided in the circulation passage and detects oxygen concentration in exhaust gas flowing through the circulation passage.
に設けられ、該循環通路を流れる排ガス中の湿度を検出
する手段である請求項2または3記載の燃料電池システ
ム。6. The fuel cell system according to claim 2, wherein the operating state detecting means is provided in the circulation passage and detects humidity in exhaust gas flowing through the circulation passage.
燃料電池システムであって、 前記電池本体は、 前記燃料ガスを供給する前記電極の前記電解質とは反対
側の表面に、前記燃料ガスの流路溝を備えるとともに、 前記電極は、 前記電解質側に形成される第1の触媒層と、 前記流路溝側に形成される第2の触媒層とを備えた燃料
電池システム。7. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein the battery main body is provided with the fuel on a surface of the electrode for supplying the fuel gas opposite to the electrolyte. A fuel cell system comprising a gas flow channel groove, and the electrode including a first catalyst layer formed on the electrolyte side and a second catalyst layer formed on the flow channel side.
を備えた燃料電池システムであって、 前記2つの電極の内の一方の電極に水素を含む燃料ガス
を供給する燃料ガス供給通路と、 他方の電極に酸化ガスを供給する酸化ガス供給通路と、 前記電池本体から前記供給された燃料ガスを排出する燃
料ガス排出通路と、 前記電池本体から前記供給された酸化ガスを排出する酸
化ガス排出通路と、 前記燃料ガス排出通路からの排ガスを前記酸化ガス供給
通路に供給することにより、前記排ガスを前記電池本体
に循環させる循環通路とを備えた燃料電池システム。8. A fuel cell system comprising a cell body for sandwiching an electrolyte between two electrodes, wherein a fuel gas supply passage for supplying a fuel gas containing hydrogen to one of the two electrodes, An oxidizing gas supply passage for supplying an oxidizing gas to the other electrode, a fuel gas discharge passage for discharging the supplied fuel gas from the cell body, and an oxidizing gas discharge for discharging the supplied oxidizing gas from the cell body A fuel cell system comprising: a passage; and a circulation passage that circulates the exhaust gas in the cell body by supplying the exhaust gas from the fuel gas discharge passage to the oxidizing gas supply passage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6102294A JPH07288136A (en) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6102294A JPH07288136A (en) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | Fuel cell system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07288136A true JPH07288136A (en) | 1995-10-31 |
Family
ID=14323601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6102294A Pending JPH07288136A (en) | 1994-04-15 | 1994-04-15 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07288136A (en) |
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