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JP2006278168A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2006278168A
JP2006278168A JP2005096426A JP2005096426A JP2006278168A JP 2006278168 A JP2006278168 A JP 2006278168A JP 2005096426 A JP2005096426 A JP 2005096426A JP 2005096426 A JP2005096426 A JP 2005096426A JP 2006278168 A JP2006278168 A JP 2006278168A
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Japan
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fuel cell
maintenance agent
drainage
cell system
oxidant gas
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JP2005096426A
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Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Hamada
仁 濱田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to US11/886,009 priority patent/US20080107939A1/en
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Abstract

【課題】運転を一時停止させることなく、出力特性を維持安定化した燃料電池システムを提供する。
【解決手段】モニタ18は、FCスタック10の使用状態を監視し、ガス流路に反応水の排出が滞り水詰まりが発生したと判断すると、反応水の量の推定を行うとともに、反応水の排出量に応じた排水維持剤の添加量を計算し、流量コントローラ14に排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤の供給を指示する。モニタ18の指示に従い流量コントローラ14は、排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤を酸化剤ガス供給手段16に供給する。酸化剤ガス供給手段16では、排水維持剤を酸化剤ガスと混合し、FCスタック10に供給する。FCスタック10から排出された反応水と排出維持剤と排出酸化剤ガスは、回収手段20にて、排水維持剤と反応水および排出酸化剤ガスとに分離される。
【選択図】図1
A fuel cell system that maintains and stabilizes output characteristics without temporarily stopping operation.
When a monitor 18 monitors the usage state of an FC stack 10 and determines that the reaction water is discharged into the gas flow path and clogging occurs, the amount of the reaction water is estimated and the reaction water is estimated. The amount of drainage maintenance agent added according to the discharge amount is calculated, and the flow controller 14 is instructed to supply the required amount of drainage maintenance agent from the drainage maintenance agent storage tank 12. In accordance with an instruction from the monitor 18, the flow rate controller 14 supplies a required amount of drainage maintenance agent from the drainage maintenance agent storage tank 12 to the oxidant gas supply means 16. In the oxidant gas supply means 16, the waste water maintenance agent is mixed with the oxidant gas and supplied to the FC stack 10. The reaction water, the discharge maintenance agent, and the discharge oxidant gas discharged from the FC stack 10 are separated by the recovery means 20 into a waste water maintenance agent, reaction water, and discharge oxidant gas.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池システム、特に、発電中に生成する反応水を排除し易くし、燃料電池の発電効率を維持安定化させる燃料電池システムの改良に関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to an improvement in a fuel cell system that makes it easy to eliminate reaction water generated during power generation and maintains and stabilizes the power generation efficiency of the fuel cell.

例えば、固体高分子型燃料電池は、図8に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜52を燃料極50と空気極54との2枚の電極で挟んだ接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を、さらに2枚のセパレータ30に挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねて燃料電池スタック(FCスタック)とし、高圧電圧を得るようにしている。   For example, as shown in FIG. 8, a polymer electrolyte fuel cell is a joined body (MEA: Membrane Electrode) in which an electrolyte membrane 52 made of a solid polymer membrane is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode 50 and an air electrode 54. Assembly) is a minimum unit of a cell sandwiched between two separators 30, and usually a plurality of cells are stacked to form a fuel cell stack (FC stack) to obtain a high voltage.

固体高分子型燃料電池の発電の仕組みは、一般に、燃料極(アノード側電極)50に燃料ガス、例えば水素含有ガスが、一方、空気極(カソード側電極)54には酸化剤ガス、例えば主に酸素(O2)を含有するガスあるいは空気が供給される。水素含有ガスは、セパレータ30の表面に加工された細かい溝を通って燃料極50に供給され、電極の触媒の作用により電子と水素イオン(H+)に分解される。電子は外部回路を通って、燃料極50から空気極54に移動し、電流を作り出す。一方、水素イオン(H+)は電解質膜52を通過して空気極54に達し、酸素および外部回路を通ってきた電子と結合し、反応水(H2O)になる。水素(H2)と酸素(O2)および電子の結合反応と同時に発生する熱は、冷却水によって回収される。また、空気極54のあるカソード側に生成した水(以下「反応水」という)は、カソード側から排出される。 The power generation mechanism of the polymer electrolyte fuel cell generally includes a fuel gas (anode side electrode) 50 containing a fuel gas, such as a hydrogen-containing gas, and an air electrode (cathode side electrode) 54 containing an oxidant gas such as a main gas. Is supplied with gas or air containing oxygen (O 2 ). The hydrogen-containing gas is supplied to the fuel electrode 50 through a fine groove processed on the surface of the separator 30, and is decomposed into electrons and hydrogen ions (H + ) by the action of the catalyst of the electrode. The electrons move from the fuel electrode 50 to the air electrode 54 through an external circuit, and produce an electric current. On the other hand, hydrogen ions (H + ) pass through the electrolyte membrane 52 to reach the air electrode 54 and combine with oxygen and electrons that have passed through the external circuit to become reaction water (H 2 O). Heat generated simultaneously with the bonding reaction of hydrogen (H 2 ), oxygen (O 2 ), and electrons is recovered by cooling water. Further, water generated on the cathode side with the air electrode 54 (hereinafter referred to as “reaction water”) is discharged from the cathode side.

図8に示すように、燃料電池の運転中(発電中)において、反応水は空気極54の表面の電解質膜52に接する部分に発生する。そして、燃料電池の運転に伴い、この反応水を燃料電池系外に効率良く排出できない場合には、空気極54の拡散層とセパレータ30との間の空間に反応水が滞留し、その結果、反応ガス、特に酸化剤ガスの拡散が阻害され、いわゆるフラッティング現象が生じてしまう。かかる場合、燃料電池の発電効率が低下する傾向が見られた。   As shown in FIG. 8, during operation of the fuel cell (during power generation), reaction water is generated at a portion in contact with the electrolyte membrane 52 on the surface of the air electrode 54. When the reaction water cannot be efficiently discharged out of the fuel cell system along with the operation of the fuel cell, the reaction water stays in the space between the diffusion layer of the air electrode 54 and the separator 30, and as a result, The diffusion of the reaction gas, particularly the oxidant gas, is hindered and a so-called flatting phenomenon occurs. In such a case, the power generation efficiency of the fuel cell tended to decrease.

そこで、燃料電池から反応水を効率良く排出する工夫がいくつか提案されている。例えば、特許文献1には、燃料電池のセパレータ成形体の表面に、水との接触角が40度以下となる被覆層、特に親水性ポリマー層を設けることが提案され、また、特許文献2には、燃料電池用のカーボン主成分のセパレータの表面に真空紫外光を照射して、セパレータ表面の濡れ性を改良することが提案され、さらに、特許文献3には、一方面に撥水性樹脂と導電性微粒子からなる層を有し、この一方面の水との接触角が108度以上である炭素繊維電極材料を電極として用いた燃料電池が提案されている。   Therefore, some ideas for efficiently discharging the reaction water from the fuel cell have been proposed. For example, Patent Document 1 proposes to provide a coating layer, particularly a hydrophilic polymer layer, having a contact angle with water of 40 degrees or less on the surface of a separator molded body of a fuel cell. Is proposed to improve the wettability of the separator surface by irradiating the surface of a carbon-based separator for fuel cells with vacuum ultraviolet light. A fuel cell using a carbon fiber electrode material having a layer made of conductive fine particles and having a contact angle with water on one side of 108 degrees or more as an electrode has been proposed.

しかしながら、特許文献1,2において提案されたセパレータは、燃料電池の運転時間に伴い、その親水性表面は反応水により徐々に剥がれてゆき、その結果、表面の親水性能が低下してゆき、燃料電池における排水性を長期に亘って維持することは困難であった。また、特許文献3で提案された炭素電極材料も、その表面の撥水性樹脂が燃料電池の運転に伴い、徐々に劣化してゆき、同様に、燃料電池における排水性を長期に亘って維持することは困難であった。   However, in the separators proposed in Patent Documents 1 and 2, the hydrophilic surface is gradually peeled off by the reaction water with the operation time of the fuel cell, and as a result, the hydrophilic performance of the surface is lowered. It has been difficult to maintain the drainage performance of the battery over a long period of time. Further, the carbon electrode material proposed in Patent Document 3 also has a water-repellent resin on its surface that gradually deteriorates with the operation of the fuel cell, and similarly maintains the drainage in the fuel cell for a long time. It was difficult.

一方、特許文献4には、リン酸型燃料電池の運転時に、カソード電極の触媒層が濡れ過剰になり、電池出力特性が低下した場合、図9に示すように、単位セル電圧と予め定めた制限値とを比較判定し(S200)、単位セルの発電電圧が制限値以下になったとき、カソード側電極の触媒層の濡れ過剰による電池出力特性の低下と判定し、燃料電池の昇温状体のまま燃料電池の運転を一時停止させ(S202)、カソード側電極への酸化剤ガスの供給を停止させ、その後、カソード側電極への窒素ガスの流通を開始し、カソード側電極に残った酸化剤ガスの酸素分をパージし(S204)、次いで、カソード側電極への窒素ガスの流通を充分に行ったのち、親水性官能基除去ガスとして水素ガスの流通を実施し、カソード側電極を水素還元処理し(S206)、カソード側電極触媒層中の担持体カーボン表面に生成した親水性官能基を還元除去し、その後、カソード側電極への窒素ガスの流通を再び行い、カソード側電極に残った親水性官能基除去ガスである水素をパージし(S208)、燃料電池の運転を再開させる(S210)燃料電池の運転方法が提案されている。   On the other hand, in Patent Document 4, when the catalyst layer of the cathode electrode becomes excessively wet during the operation of the phosphoric acid fuel cell, and the battery output characteristics are deteriorated, the unit cell voltage is predetermined as shown in FIG. The limit value is compared and determined (S200), and when the generated voltage of the unit cell becomes equal to or less than the limit value, it is determined that the battery output characteristics are deteriorated due to excessive wetting of the catalyst layer of the cathode side electrode, and the temperature rise of the fuel cell The operation of the fuel cell is temporarily stopped (S202), the supply of the oxidant gas to the cathode side electrode is stopped, and then the flow of nitrogen gas to the cathode side electrode is started and remains on the cathode side electrode. The oxygen content of the oxidant gas is purged (S204), and then the nitrogen gas is sufficiently circulated to the cathode side electrode. Then, the hydrogen gas is circulated as the hydrophilic functional group removal gas, and the cathode side electrode is Hydrogen reduction treatment (S206), the hydrophilic functional groups generated on the surface of the support carbon in the cathode side electrode catalyst layer are reduced and removed, and then the nitrogen gas is circulated again to the cathode side electrode to leave the hydrophilicity remaining on the cathode side electrode. Hydrogen that is a functional group removal gas is purged (S208), and the operation of the fuel cell is restarted (S210).

特開2000−251903号公報JP 2000-251903 A 特開2003−142116号公報JP 2003-142116 A 特開2003−213563号公報JP 2003-213563 A 特開平7−307161号公報JP 7-307161 A

しかしながら、上記特許文献4に提案された燃料電池の運転方法では、随時燃料電池の運転を停止させ、カソード側電極の触媒層の濡れ性を改善しなければならず、燃料電池の運転効率が著しく損なわれるおそれがあった。さらに、親水性官能基除去ガスとして水素を用いる場合、この水素ガスと後に運転時に供給する酸化剤ガスとの遭遇を回避するために、窒素ガスにより入念に水素ガスを酸化剤ガス流路から排除しなければならず、運転停止時間がかさみ、さらに燃料電池の運転効率が低下してしまうおそれがあった。   However, in the fuel cell operation method proposed in Patent Document 4, the fuel cell operation must be stopped at any time to improve the wettability of the catalyst layer of the cathode electrode, and the operation efficiency of the fuel cell is remarkably increased. There was a risk of damage. Furthermore, when hydrogen is used as the hydrophilic functional group removal gas, hydrogen gas is carefully removed from the oxidant gas flow path by nitrogen gas in order to avoid encountering this hydrogen gas and the oxidant gas supplied later during operation. Therefore, the operation stop time is increased, and the operation efficiency of the fuel cell may be lowered.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、燃料電池からの反応水排出を良好に行い、燃料電池システムの運転効率を維持安定化させる燃料電池システムを提供する。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a fuel cell system that satisfactorily discharges reaction water from the fuel cell and maintains and stabilizes the operation efficiency of the fuel cell system.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは以下の特徴を有する。   In order to achieve the above object, the fuel cell system of the present invention has the following features.

(1)電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に、セル内の排水性を維持するための排水維持剤を供給する排水維持剤供給手段を有する燃料電池システムである。   (1) In a fuel cell system having a fuel cell in which a cell composed of a joined body having a fuel electrode and an air electrode on an electrolyte membrane and a pair of separators sandwiching the joined body, the fuel cell includes A fuel cell system having drainage maintenance agent supply means for supplying a drainage maintenance agent for maintaining drainage in the cell.

上記構成により、排水維持剤によって、燃料電池の運転を停止させることなくセル内の反応水が燃料電池系外に効率よく排出されるため、フラッティング現象が生じ難く、燃料電池の出力特性を維持安定させることができる。   With the above configuration, the waste water maintenance agent efficiently discharges the reaction water in the cell outside the fuel cell system without stopping the operation of the fuel cell, so that the flattening phenomenon hardly occurs and the output characteristics of the fuel cell are maintained. It can be stabilized.

(2)電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、さらに、前記反応ガス供給手段により供給される反応ガスに、セル内の排水性を維持するための排水維持剤を供給する排水維持剤供給手段を有する燃料電池システムである。   (2) A fuel cell formed by laminating a cell including a joined body having a fuel electrode and an air electrode on an electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the joined body, and supplying a reaction gas to the fuel cell In the fuel cell system comprising a reaction gas supply means, a waste water maintenance agent supply means for supplying a waste water maintenance agent for maintaining drainage in the cell to the reaction gas supplied by the reaction gas supply means Is a fuel cell system.

反応ガスに排水維持剤を供給して、反応ガスとともに燃料電池内に供給することによって、反応ガスの拡散に伴い、排水維持剤も均一に電極拡散層表面およびセパレータの表面に拡散する。その結果、電極拡散層表面並びにセパレータの表面に存在する反応水の排出が促進され、燃料電池の出力特性の低下を抑制することができる。   By supplying the wastewater maintenance agent to the reaction gas and supplying it into the fuel cell together with the reaction gas, the wastewater maintenance agent is also uniformly diffused on the surface of the electrode diffusion layer and the separator as the reaction gas diffuses. As a result, the discharge of the reaction water present on the electrode diffusion layer surface and the separator surface is promoted, and the deterioration of the output characteristics of the fuel cell can be suppressed.

(3)上記(1)または(2)に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池の使用状態を監視するモニタを有し、前記モニタから得られる前記燃料電池の使用状態に応じて、前記排水維持剤供給手段より前記燃料電池に排水維持剤を供給する。   (3) In the fuel cell system according to the above (1) or (2), the fuel cell system further includes a monitor for monitoring a use state of the fuel cell, and according to the use state of the fuel cell obtained from the monitor, A drainage maintenance agent is supplied to the fuel cell from the drainage maintenance agent supply means.

燃料電池の使用状態を上記モニタにより監視することによって、燃料電池内のセルの電極の拡散層表面およびセパレータの濡れ性を把握することができる。これにより、濡れ過剰で反応水の排出が滞っている場合に、適宜排水維持剤を燃料電池に供給することができるため、濡れ性を好適な状態に保つことができ、その結果、燃料電池の出力特性を維持安定化させることができる。   By monitoring the use state of the fuel cell by the monitor, the wettability of the diffusion layer surface of the electrode of the cell in the fuel cell and the separator can be grasped. Thereby, when the discharge of the reaction water is delayed due to excessive wetting, the drainage maintenance agent can be appropriately supplied to the fuel cell, so that the wettability can be maintained in a suitable state. The output characteristics can be maintained and stabilized.

(4)上記(1)から(3)のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池から排出される排出ガスを流通させる排出ガス流路と、前記排出ガス流路上に設けられ前記排水維持剤を回収する回収手段と、を有する。   (4) In the fuel cell system according to any one of (1) to (3) above, an exhaust gas flow channel for circulating exhaust gas discharged from the fuel cell, and an exhaust gas flow channel on the exhaust gas flow channel And a collecting means for collecting the waste water maintenance agent.

排水維持剤を回収することによって、再利用することができ、より効率良くコスト低減が図られた燃料電池システムを提供することができる。   By collecting the drainage maintenance agent, it is possible to provide a fuel cell system that can be reused and the cost can be reduced more efficiently.

(5)上記(1)から(4)のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記排水維持剤は、セル内で生成された反応水の表面張力を低下させる表面張力低下剤である。   (5) In the fuel cell system according to any one of (1) to (4), the drainage maintenance agent is a surface tension reducing agent that reduces the surface tension of the reaction water generated in the cell. .

一般に、セパレータの表面は、疎水性が高く、反応水が付着して排出されにくい状況にある。そこで、反応水の表面張力を低下させる表面張力低下剤を燃料電池に供給することによって、セパレータ表面に滞留していた反応水のセパレータに対する接触角を低下させ、効率よく排出させることができる。   In general, the surface of the separator is highly hydrophobic and is in a situation where reaction water adheres and is not easily discharged. Therefore, by supplying a surface tension reducing agent for reducing the surface tension of the reaction water to the fuel cell, the contact angle of the reaction water staying on the separator surface with respect to the separator can be reduced and discharged efficiently.

(6)上記(5)に記載の燃料電池システムにおいて、前記表面張力低下剤は、アルコール類、界面活性剤からなる群から選択された少なくとも1種の薬剤である。   (6) In the fuel cell system according to the above (5), the surface tension reducing agent is at least one agent selected from the group consisting of alcohols and surfactants.

上記表面張力低下剤は、反応水に溶解しやすく且つ反応水の表面張力を低下させることができ、さらに、有機溶剤に比べ自然にも優しい薬剤である。   The surface tension reducing agent is easily dissolved in the reaction water and can reduce the surface tension of the reaction water, and is a natural agent as compared with an organic solvent.

(7)上記(1)から(6)のいずれか1つに記載の燃料電池システムにおいて、前記排水維持供給手段は、前記排水維持剤を前記空気極のあるカソード側に供給する。   (7) In the fuel cell system according to any one of (1) to (6), the drainage maintenance supply unit supplies the drainage maintenance agent to the cathode side having the air electrode.

上述したように、燃料電池のセル内では、カソード側に反応水が生成する。したがって、カソード側に排水維持剤を供給することによって、効率よく反応水を排出することができる。   As described above, reaction water is generated on the cathode side in the fuel cell. Therefore, the reaction water can be efficiently discharged by supplying the drainage maintenance agent to the cathode side.

本発明によれば、排水維持剤によって、燃料電池の運転を停止させることなく、セル内の反応水が燃料電池系外に効率よく排出されるため、フラッティング現象が生じ難く、燃料電池の出力特性を維持安定させることができる。   According to the present invention, since the reaction water in the cell is efficiently discharged out of the fuel cell system without stopping the operation of the fuel cell by the drainage maintenance agent, the flattening phenomenon hardly occurs, and the output of the fuel cell The characteristics can be maintained and stabilized.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態の燃料電池システムは、図1に示すように、固体高分子膜からなる電解質膜を燃料極と空気極との2枚の電極で挟んだ接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)を、さらに2枚のセパレータに挟持してなるセルを最小単位とし、通常、このセルを複数積み重ねてスタック状にした燃料電池スタック(以下「FCスタック」という)10と、排水維持剤を貯留している排水維持剤貯留タンク12と、排水維持剤貯留タンク12から供給される排水維持剤の流量を制御する流量コントローラ14と、流量コントローラ14から供給される排水維持剤と酸化剤ガスとを混合しFCスタック10の酸化剤ガス供給路に供給する酸化剤ガス供給手段16と、FCスタック10の使用状態を監視するモニタ18と、FCスタック10より排出される反応水と排水維持剤と排出酸化剤ガスとから排水維持剤を回収する回収手段20とを有する。   As shown in FIG. 1, the fuel cell system of the present embodiment includes an assembly (MEA: Membrane Electrode Assembly) in which an electrolyte membrane made of a solid polymer membrane is sandwiched between two electrodes, a fuel electrode and an air electrode. Further, a cell sandwiched between two separators is set as a minimum unit, and usually, a fuel cell stack (hereinafter referred to as “FC stack”) 10 in which a plurality of cells are stacked to form a stack, and a drainage maintenance agent are stored. The waste water maintenance agent storage tank 12, the flow rate controller 14 for controlling the flow rate of the waste water maintenance agent supplied from the waste water maintenance agent storage tank 12, and the waste water maintenance agent and oxidant gas supplied from the flow rate controller 14 are mixed. An oxidant gas supply means 16 for supplying an oxidant gas supply path of the FC stack 10 and a monitor for monitoring the use state of the FC stack 10 18 and a recovery means 20 for recovering the wastewater maintenance agent from the reaction water discharged from the FC stack 10, the wastewater maintenance agent, and the discharged oxidant gas.

次に、図1および図3を用いて、本実施の形態の燃料電池システムの動作を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3.

モニタ18によって、FCスタック10の使用状態を監視し(S100)、モニタ18において、ガス流路に反応水の排出が滞り水詰まりが発生し、排水維持剤の添加が必要であると判断された場合(S102)、反応水の量の推定を行うとともに、反応水の排出量に応じた排水維持剤の添加量を計算し、流量コントローラ14に排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤の供給を指示する(S104)。モニタ18より指示を受けた流量コントローラ14は、排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤を酸化剤ガス供給手段16に供給する(S106)。ここで、流量コントローラ14における排水維持剤の供給は、間欠的であっても連続であってもどちらでもよいが、間欠的に供給した場合、排水維持剤の消費量を連続供給に比べ抑えることができる。次いで、酸化剤ガス供給手段16において、排水維持剤は酸化剤ガスと混合され、FCスタック10の酸化剤ガス供給路に供給される。これにより、酸化剤ガスの拡散に伴い、酸化剤ガスの排出流路まで排水維持剤が供給され、空気極(カソード側)における過剰反応水を燃料電池系外に排出することができ、燃料電池の出力特性を維持安定化させることができる。さらに、FCスタック10の酸化剤ガス排出流路から排出された反応水と排出維持剤と排出酸化剤ガスは、酸化剤ガス排出流路上に設けられた回収手段20において、排水維持剤と、反応水および排出酸化剤ガスとに分離され、排水維持剤は回収され、例えば排水維持剤貯留タンク12に戻してもよい。   The use state of the FC stack 10 is monitored by the monitor 18 (S100). In the monitor 18, it is determined that the reaction water is discharged in the gas flow path and the water is clogged, and that the drainage maintenance agent needs to be added. In the case (S102), the amount of the reaction water is estimated, the amount of the waste water maintenance agent added according to the discharge amount of the reaction water is calculated, and the required amount of the waste water maintenance agent is supplied from the waste water maintenance agent storage tank 12 to the flow rate controller 14. Is supplied (S104). Receiving the instruction from the monitor 18, the flow controller 14 supplies a required amount of the waste water maintenance agent from the waste water maintenance agent storage tank 12 to the oxidant gas supply means 16 (S106). Here, the supply of the drainage maintenance agent in the flow rate controller 14 may be either intermittent or continuous, but when intermittently supplied, the consumption of the drainage maintenance agent is suppressed compared to the continuous supply. Can do. Next, in the oxidant gas supply means 16, the waste water maintenance agent is mixed with the oxidant gas and supplied to the oxidant gas supply path of the FC stack 10. As a result, with the diffusion of the oxidant gas, the drainage maintenance agent is supplied to the oxidant gas discharge passage, and excess reaction water at the air electrode (cathode side) can be discharged out of the fuel cell system. The output characteristics can be maintained and stabilized. Further, the reaction water, the discharge maintenance agent, and the discharge oxidant gas discharged from the oxidant gas discharge channel of the FC stack 10 are reacted with the waste water maintenance agent in the recovery means 20 provided on the oxidant gas discharge channel. Separated into water and discharged oxidant gas, the drainage maintenance agent may be recovered and returned to the drainage maintenance agent storage tank 12, for example.

また、図2に示す本実施の形態の他の燃料電池システムは、FCスタック10より排出される反応水と排水維持剤と排出酸化剤ガスの一部若しくはすべてを、酸化剤ガス供給手段16に戻す構成となっている以外は、上述した図1に示す燃料電池システムと同じ構成となっている。   Further, in the other fuel cell system of the present embodiment shown in FIG. 2, the reaction water, the drainage maintenance agent, and part or all of the discharged oxidant gas discharged from the FC stack 10 are supplied to the oxidant gas supply means 16. Except for the returning configuration, the fuel cell system has the same configuration as that shown in FIG.

次に、図2および図3を用いて、本実施の形態の燃料電池システムの動作を説明する。   Next, the operation of the fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

モニタ18によって、FCスタック10の使用状態を監視し(S100)、モニタ18において、特に燃料電池内のセルの排出ガスの湿度を測定し、ガス流路に反応水の排出が滞り水詰まりが発生して、排水維持剤の添加が必要であると判断された場合(S102)、反応水の量の推定を行うとともに、反応水の排出量に応じた排水維持剤の添加量を計算し、流量コントローラ14に排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤の供給を指示する(S104)。モニタ18より指示を受けた流量コントローラ14は、排水維持剤貯留タンク12から必要量の排水維持剤を酸化剤ガス供給手段16に供給する(S106)。ここで、流量コントローラ14における排水維持剤の供給は、間欠的であっても連続であってもよいどちらでもよいが、間欠的に供給した場合、排水維持剤の消費量を連続供給に比べ抑えることができる。次いで、酸化剤ガス供給手段16において、排水維持剤は酸化剤ガスと混合され、FCスタック10の酸化剤ガス供給路に供給される。これにより、酸化剤ガスの拡散に伴い、酸化剤ガスの排出流路まで排水維持剤が供給され、空気極(カソード側)における過剰反応水を燃料電池系外に排出することができ、燃料電池の出力特性を維持安定化させることができる。さらに、FCスタック10の酸化剤ガス排出流路から排出された反応水と排出維持剤と排出酸化剤ガスの一部若しくはそのすべてを、適宜酸化剤ガス供給手段16に供給し、再度、FCスタック10に供給する。一方、FCスタック10に対する排水維持剤の供給過剰になる場合には、酸化剤ガス排出流路上に設けられた回収手段20において、排水維持剤と、反応水および排出酸化剤ガスとに分離され、排水維持剤は回収され、例えば排水維持剤貯留タンク12に戻してもよい。   The use state of the FC stack 10 is monitored by the monitor 18 (S100), and the monitor 18 measures the humidity of the exhaust gas of the cells in the fuel cell in particular, and the reaction water is discharged in the gas flow path, resulting in water clogging. Then, when it is determined that the addition of the drainage maintenance agent is necessary (S102), the amount of the reaction water is estimated and the addition amount of the drainage maintenance agent according to the discharge amount of the reaction water is calculated, and the flow rate is calculated. The controller 14 is instructed to supply a necessary amount of drainage maintenance agent from the drainage maintenance agent storage tank 12 (S104). Receiving the instruction from the monitor 18, the flow controller 14 supplies a required amount of the waste water maintenance agent from the waste water maintenance agent storage tank 12 to the oxidant gas supply means 16 (S106). Here, the supply of the drainage maintenance agent in the flow rate controller 14 may be either intermittent or continuous. However, when intermittently supplied, the consumption of the drainage maintenance agent is suppressed compared to the continuous supply. be able to. Next, in the oxidant gas supply means 16, the waste water maintenance agent is mixed with the oxidant gas and supplied to the oxidant gas supply path of the FC stack 10. As a result, with the diffusion of the oxidant gas, the drainage maintenance agent is supplied to the oxidant gas discharge passage, and excess reaction water at the air electrode (cathode side) can be discharged out of the fuel cell system. The output characteristics can be maintained and stabilized. Further, the reaction water, the discharge maintaining agent, and a part or all of the discharged oxidant gas discharged from the oxidant gas discharge flow path of the FC stack 10 are appropriately supplied to the oxidant gas supply means 16, and again the FC stack. 10 is supplied. On the other hand, when the supply of the wastewater maintenance agent to the FC stack 10 is excessive, in the recovery means 20 provided on the oxidant gas discharge flow path, the wastewater maintenance agent is separated into the reaction water and the discharge oxidant gas, The drainage maintenance agent is collected and may be returned to the drainage maintenance agent storage tank 12, for example.

上記排水維持剤(親水性維持剤)は、セルのガス流路の親水性を向上させるものであって、好ましくは、セパレータ30に形成されているガス流路表面の親水性を維持するものである。さらに上記排水維持剤(親水性維持剤)は、セル内で生成された反応水の表面張力を低下させる表面張力低下剤であることが好ましく、表面張力低下剤は、アルコール類、界面活性剤からなる群から選択された少なくとも1種の薬剤であることが望ましい。また、上記アルコール類としては、炭素数6以下のアルコールが好ましく、より好ましくはエタノールである。また、界面活性剤は、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれを用いてもよいが、金属イオンや窒素原子、リン原子を含まない界面活性剤が好ましく、より好ましくは非イオン界面活性剤であって、鎖長の短い非イオン界面活性剤が望ましい。上記排水維持剤として、車両に搭載されるウォッシャー液を用いてもよい。かかる場合、排水維持剤貯留タンク12を別途設けなくてもよく、燃料電池システムをコンパクト化できる。   The drainage maintenance agent (hydrophilic maintenance agent) improves the hydrophilicity of the gas flow path of the cell, and preferably maintains the hydrophilicity of the surface of the gas flow path formed in the separator 30. is there. Furthermore, the drainage maintenance agent (hydrophilic maintenance agent) is preferably a surface tension reducing agent that reduces the surface tension of the reaction water generated in the cell, and the surface tension reducing agent is selected from alcohols and surfactants. Desirably, the drug is at least one drug selected from the group consisting of: Moreover, as said alcohol, C6 or less alcohol is preferable, More preferably, it is ethanol. The surfactant may be any of a nonionic surfactant, an anionic surfactant, a cationic surfactant, and an amphoteric surfactant, but does not contain a metal ion, nitrogen atom, or phosphorus atom. Are preferred, more preferred are nonionic surfactants, and nonionic surfactants having a short chain length are desirable. A washer fluid mounted on a vehicle may be used as the drainage maintenance agent. In such a case, the drainage maintenance agent storage tank 12 need not be provided separately, and the fuel cell system can be made compact.

特に、上記排水維持剤は、図4に示すようにセパレータ30の表面に対する反応水の表面張力をθsからθs’に低下させるものであり、ここで、θs’は90度以下であることが好ましく、且つ、セル内の電極のガス拡散層40の表面に対する反応水の表面張力がθGDLからθGDL’に低下しても、そのθGDL’が90度以上となる薬剤であることが望まれる。上記範囲のθs’およびθGDL’にすることによって、電極のガス拡散層における充分な撥水性を保ちながら、セパレータに付着してガス拡散を妨げる反応水を効率よく燃料電池の系外に排出することができる。また、排水維持剤は、電極の拡散層に染み込みにくい薬剤であることが望ましい。 In particular, as shown in FIG. 4, the drainage maintenance agent reduces the surface tension of the reaction water with respect to the surface of the separator 30 from θs to θs ′, where θs ′ is preferably 90 degrees or less. and surface tension of the water of reaction against the surface of the gas diffusion layer 40 of the electrode in the cell is 'be reduced to its theta GDL' theta GDL from theta GDL it is desired that a drug to be more than 90 degrees . By setting θs ′ and θ GDL ′ within the above ranges, the reaction water that adheres to the separator and prevents gas diffusion is efficiently discharged out of the fuel cell system while maintaining sufficient water repellency in the gas diffusion layer of the electrode. be able to. Moreover, it is desirable that the drainage maintenance agent is a drug that hardly permeates the electrode diffusion layer.

また、上記モニタ18は、燃料電池の使用状態、例えば、燃料電池の使用(運転)経過時間、燃料電池の発電状態、燃料電池内のセル温度、燃料電池の発電特性によるフラッティング現象の有無を測定している。   Further, the monitor 18 indicates whether or not a fuel cell has been used, for example, the elapsed use time of the fuel cell, the power generation state of the fuel cell, the cell temperature in the fuel cell, and the presence or absence of a flattening phenomenon due to the power generation characteristics of the fuel cell. Measuring.

さらに詳細に説明すると、「燃料電池の使用(運転)経過時間」を用いる場合には、モニタ18は、時計機能を有し、予め測定され『使用(運転)経過時間の制限時間』として設定された燃料電池における電極の拡散層の濡れ過剰となる時間になると、流量コントローラ14に、電極の拡散層の濡れ過剰となる時間において生成していると推定される反応水の量に応じて、必要量の排水維持剤を供給するように指示するモニタであればよい。   More specifically, when the “elapsed time of use (operation) of fuel cell” is used, the monitor 18 has a clock function and is measured in advance and set as “time limit of elapsed time of use (operation)”. When the time when the electrode diffusion layer in the fuel cell is excessively wetted is necessary, the flow rate controller 14 is required depending on the amount of reaction water estimated to be generated during the time when the electrode diffusion layer is excessively wetted. What is necessary is just a monitor which instruct | indicates to supply the quantity of waste_water | drain maintenance agents.

また、「燃料電池の発電状態」を用いる場合には、モニタ18は、燃料電池の出力電流を測定する電流計の機能を有し、電流量に応じて反応水が推定できるため、濡れ過剰となる反応水の量になった時点で、反応水量に応じた必要量の排水維持剤を供給するように、流量コントローラ14に指示するモニタであればよい。   Further, when the “power generation state of the fuel cell” is used, the monitor 18 has a function of an ammeter that measures the output current of the fuel cell, and can estimate the reaction water according to the amount of current. What is necessary is just a monitor which instruct | indicates to the flow controller 14 to supply the required amount of waste_water | drain maintenance agent according to the amount of reaction water, when the amount of the reaction water becomes.

また、「燃料電池内のセル温度」を用いる場合、モニタ18は、温度測定機能を有し、通常運転時のセル温度、例えば80℃が、閾値セル温度以下、例えば30℃以下まで低下した場合には、予め測定されたセル温度と反応水の量との関係に基づいて、閾値セル温度以下において生成していると推定される反応水の量に応じて、必要量の排水維持剤を供給するように、流量コントローラ14に指示するモニタであればよい。   In addition, when the “cell temperature in the fuel cell” is used, the monitor 18 has a temperature measurement function, and the cell temperature during normal operation, for example, 80 ° C. is reduced to a threshold cell temperature or less, for example, 30 ° C. or less. Supply the required amount of waste water maintenance agent according to the amount of reaction water estimated to be generated below the threshold cell temperature based on the relationship between the cell temperature measured in advance and the amount of reaction water. As long as it is a monitor, the flow controller 14 may be instructed.

また、「燃料電池の発電特性によるフラッティング現象の有無の判定」を用いる場合、モニタ18は電圧測定機能を有し、予め燃料電池においてフラッティング現象の生じる電圧値を測定し、この測定された電圧値を閾値電圧値とし、この閾値電圧値になった時点で、流量コントローラ14に、フラッティング現象において生成していると推定される反応水の量に応じて、必要量の排水維持剤を供給するように指示するモニタであればよい。   Further, in the case of using “determination of the presence or absence of a flattening phenomenon based on the power generation characteristics of the fuel cell”, the monitor 18 has a voltage measurement function, and previously measures the voltage value at which the flattening phenomenon occurs in the fuel cell. A voltage value is set as a threshold voltage value, and when this threshold voltage value is reached, a required amount of drainage maintenance agent is supplied to the flow rate controller 14 according to the amount of reaction water estimated to be generated in the flatting phenomenon. Any monitor that instructs to supply it may be used.

本実施の形態では、モニタ18は、電流測定機能と、セル温度測定機能と、供給される反応ガス量を測定できる機能を有するモニタがより好ましく、電流量および反応ガス流量に応じて生成する反応水の量を計算により正確に推定することができ、さらにセル温度によって、セル内に滞留している反応水の量を算定することができる。これにより、滞留反応水に対してより正確な量の排水維持剤の供給を行うことができる。   In the present embodiment, the monitor 18 is more preferably a monitor having a current measurement function, a cell temperature measurement function, and a function capable of measuring the amount of reaction gas supplied, and a reaction generated according to the current amount and the reaction gas flow rate. The amount of water can be accurately estimated by calculation, and the amount of reaction water remaining in the cell can be calculated from the cell temperature. As a result, a more accurate amount of the waste water maintenance agent can be supplied to the staying reaction water.

なお、モニタ18は、これに限るものではなく、例えば、セル内部環境、すなわち、セル温度、外気温度、セルの負荷、化学量論的比(ストイキ比)、運転履歴からセル内部の反応水の量を推定可能なモニタであっても、また上記セル内部環境を予めマッピングしておいたマップ情報を有し、このマップ情報を基に反応水の量を推定可能なモニタであってもよく、FCスタックの水詰まりに伴う圧損を測定し、この圧損から反応水量を推定するモニタであってもよい。   The monitor 18 is not limited to this. For example, the reaction water inside the cell is determined from the cell internal environment, that is, the cell temperature, the outside air temperature, the cell load, the stoichiometric ratio (stoichiometric ratio), and the operation history. Even if it is a monitor that can estimate the amount, it may also be a monitor that has map information in which the internal environment of the cell is mapped in advance and can estimate the amount of reaction water based on this map information, It may be a monitor that measures the pressure loss due to the clogging of the FC stack and estimates the amount of reaction water from this pressure loss.

また、排水維持剤は、排出されるべき反応水の量に対して0〜15重量%添加されることが好ましい。通常、排出されるべき反応水の量に対して50重量%を超える排水維持剤を添加すると、セパレータの濡れ性は向上し反応水の排出性は向上するものの、電極の拡散層に対する水の接触角が小さくなり、拡散層の撥水性が低下し、燃料電池の出力が減少するおそれがあり、さらに、電極の拡散層に排水維持剤が染み込むおそれもあるため、あまり好ましくない。   Moreover, it is preferable that 0-15 weight% of waste_water | drain maintenance agents are added with respect to the quantity of the reaction water which should be discharged | emitted. Normally, adding a drainage maintenance agent exceeding 50% by weight with respect to the amount of reaction water to be discharged improves the wettability of the separator and improves the drainage of the reaction water, but the water contacts the electrode diffusion layer. Since the corner becomes smaller, the water repellency of the diffusion layer decreases, the output of the fuel cell may decrease, and the drainage maintenance agent may permeate into the diffusion layer of the electrode.

また、本実施の形態の酸化剤ガス供給手段について、図5から図7を用いて、具体的に以下に説明する。   The oxidant gas supply means of the present embodiment will be specifically described below with reference to FIGS.

図5には、酸化剤ガス供給手段として、インジェクション方式の酸化剤ガス供給手段16aの一例が示されている。図5に示すように、酸化剤ガス供給手段16aには、流量コントローラから供給された排水維持剤を霧状に噴射するためのインジェクションノズル22と、排水維持剤の噴射方向に直交するように酸化剤ガスを酸化剤ガス供給手段16a内に導入する酸化剤ガス導入口24とが設けられている。したがって、必要量の排水維持剤は、インジェクションノズル22より噴射されてミスト状に拡散し、この霧状拡散域に酸化剤ガスが導入されるため、ミスト状の排水維持剤は酸化剤ガスの流れにのって均一に分散された状態でFCスタック10に供給されることになる。これにより、ミスト状の排水維持剤が反応水に溶解し、セパレータに対する反応水の接触角が小さくなり、反応水の排出が改善される。   FIG. 5 shows an example of an injection type oxidant gas supply means 16a as the oxidant gas supply means. As shown in FIG. 5, the oxidant gas supply means 16a includes an injection nozzle 22 for injecting the waste water maintenance agent supplied from the flow controller in the form of a mist and oxidation so as to be orthogonal to the injection direction of the waste water maintenance agent. An oxidant gas introduction port 24 for introducing the oxidant gas into the oxidant gas supply means 16a is provided. Therefore, the required amount of the waste water maintenance agent is injected from the injection nozzle 22 and diffused in a mist form, and the oxidant gas is introduced into this mist-like diffusion region. Therefore, it is supplied to the FC stack 10 in a uniformly dispersed state. Thereby, the mist-like drainage maintenance agent is dissolved in the reaction water, the contact angle of the reaction water with respect to the separator is reduced, and the discharge of the reaction water is improved.

図6には、酸化剤ガス供給手段として、キャブレター方式の酸化剤ガス供給手段16bの一例が示されている。図6に示すように、酸化剤ガス供給手段16bには、流量コントローラから供給された排水維持剤を酸化剤ガス供給手段16b内に導入する排水維持剤導入口32と、酸化剤ガスの圧力を調整し酸化剤ガス導入口24を介して酸化剤ガス供給手段16bに酸化剤ガスを導入する圧力調整バルブ28とが設けられている。したがって、圧力調整バルブ28により酸化剤ガス供給手段16b内に導入する酸化剤ガスの圧力を調整することによって、必要量の排水維持剤を、酸化剤ガス供給手段16b内の排水維持剤液面より酸化剤ガスの移動速度に応じた負圧で引き込み、均一分散された排水維持剤混入酸化剤ガスをFCスタック10に供給することができる。これにより、酸化剤ガスに均一分散した排水維持剤が反応水に溶解し、セパレータに対する反応水の接触角が小さくなり、その結果、反応水の排出が改善される。   FIG. 6 shows an example of a carburetor type oxidant gas supply unit 16b as the oxidant gas supply unit. As shown in FIG. 6, the oxidant gas supply means 16b has a wastewater maintenance agent inlet 32 for introducing the wastewater maintenance agent supplied from the flow controller into the oxidant gas supply means 16b, and the pressure of the oxidant gas. There is provided a pressure adjusting valve 28 for adjusting and introducing the oxidant gas to the oxidant gas supply means 16b through the oxidant gas introduction port 24. Therefore, by adjusting the pressure of the oxidant gas introduced into the oxidant gas supply means 16b by the pressure adjustment valve 28, a necessary amount of the wastewater maintenance agent is supplied from the drainage maintenance agent liquid level in the oxidant gas supply means 16b. It is possible to supply the FC stack 10 with the waste gas-maintaining agent-mixed oxidant gas that is drawn at a negative pressure corresponding to the moving speed of the oxidant gas and is uniformly dispersed. Thereby, the waste water maintenance agent uniformly dispersed in the oxidant gas is dissolved in the reaction water, the contact angle of the reaction water with respect to the separator is reduced, and as a result, the discharge of the reaction water is improved.

図7には、酸化剤ガス供給手段として、バブリング方式の酸化剤ガス供給手段16cの一例が示されている。図7に示すように、酸化剤ガス供給手段16cには、流量コントローラから供給された排水維持剤を酸化剤ガス供給手段16c内に導入する排水維持剤導入口32と、酸化剤ガスの圧力を調整し酸化剤ガス導入口24を介して酸化剤ガス供給手段16c内に酸化剤ガスの一部を導入する圧力調整バルブ28と、さらに酸化剤ガスの圧力を調整し酸化剤ガス導入口34を介して酸化剤ガス供給手段16c内に酸化剤ガスの一部を導入する圧力調整バルブ38とが設けられている。さらに、酸化剤ガス導入口34は、酸化剤ガス供給手段16cの底面に設けられている。したがって、酸化剤ガス導入口34より圧力調整バルブ38によって圧力調整された酸化剤ガスは、酸化剤ガス導入口34を介して酸化剤ガス供給手段16cに一定量貯留されている排水維持剤からなる液体内に導入され、酸化剤ガスの泡が液面に上昇して弾ける際に、ミスト化した排水維持剤が、圧力調整バルブ28により酸化剤ガス供給手段16bに導入された酸化剤ガスの流れにのって、均一分散された状態で、酸化剤ガスとともにFCスタック10に供給される。これにより、酸化剤ガスに均一分散した排水維持剤が反応水に溶解し、セパレータに対する反応水の接触角が小さくなり、その結果、反応水の排出が改善される。   FIG. 7 shows an example of a bubbling type oxidant gas supply unit 16c as the oxidant gas supply unit. As shown in FIG. 7, the oxidant gas supply means 16c has a wastewater maintenance agent inlet 32 for introducing the wastewater maintenance agent supplied from the flow controller into the oxidant gas supply means 16c, and the pressure of the oxidant gas. A pressure adjusting valve 28 for introducing a part of the oxidant gas into the oxidant gas supply means 16c through the oxidant gas introduction port 24, and a oxidant gas introduction port 34 by adjusting the pressure of the oxidant gas. And a pressure regulating valve 38 for introducing a part of the oxidant gas into the oxidant gas supply means 16c. Further, the oxidant gas inlet 34 is provided on the bottom surface of the oxidant gas supply means 16c. Therefore, the oxidant gas pressure-adjusted by the pressure adjustment valve 38 from the oxidant gas inlet 34 is made of a drainage maintenance agent stored in a fixed amount in the oxidant gas supply means 16c via the oxidant gas inlet 34. The flow of the oxidant gas introduced into the oxidant gas supply means 16b by the pressure regulating valve 28 when the bubbles of the oxidant gas are introduced into the liquid and bounced up and bounced to the liquid level. Therefore, the oxidant gas is supplied to the FC stack 10 in a uniformly dispersed state. Thereby, the waste water maintenance agent uniformly dispersed in the oxidant gas is dissolved in the reaction water, the contact angle of the reaction water with respect to the separator is reduced, and as a result, the discharge of the reaction water is improved.

次に、本実施の形態の燃料電池システムにおける回収手段20について、図1を用いて説明する。   Next, the recovery means 20 in the fuel cell system of the present embodiment will be described with reference to FIG.

回収手段20は、耐圧容器に加熱手段を有し、必要に応じて減圧手段を有する。回収手段20内に、FCスタック10より反応水と排水維持剤と排出酸化剤ガスが導入されると、25℃付近で一定時間貯留し、液相と気相に分離させ、気相に含まれる酸化剤ガスが排出される。次に、回収手段20に残留した液相に対して、加熱手段を用い、排水維持剤が気化する温度、例えばエタノール類を排水維持剤として用いた場合、メタノールであれば64℃以上100℃以下、エタノールであれば78℃以上100℃以下の温度に加熱制御して、排水維持剤を蒸留して水と分別回収する。ここで、減圧手段を用いれば、加熱手段による加熱温度を下げることができる。なお、排水維持剤として界面活性剤やウオッシャー液を用いる場合には、上述したエタノール類に比べ、水と分別することが難しいことから、図2に示すように、FCスタック10より排出された反応水と排水維持剤と排出酸化剤ガスの混合物を、再度酸化剤ガス供給手段16に戻し、再利用する方が効率がよい。   The recovery unit 20 has a heating unit in the pressure vessel and, if necessary, a decompression unit. When reaction water, drainage maintenance agent, and exhaust oxidant gas are introduced into the recovery means 20 from the FC stack 10, they are stored for a certain period of time near 25 ° C., separated into a liquid phase and a gas phase, and contained in the gas phase. Oxidant gas is discharged. Next, when the heating means is used for the liquid phase remaining in the recovery means 20 and the temperature of the drainage maintenance agent is vaporized, for example, ethanol is used as the drainage maintenance agent, if it is methanol, it is 64 ° C. or more and 100 ° C. or less. If it is ethanol, it is heated and controlled at a temperature of 78 ° C. or higher and 100 ° C. or lower, and the waste water retention agent is distilled and recovered separately from water. Here, if the decompression means is used, the heating temperature by the heating means can be lowered. In the case where a surfactant or a washer liquid is used as a drainage maintenance agent, it is difficult to separate it from water as compared with the above-described ethanols, so that the reaction discharged from the FC stack 10 as shown in FIG. It is more efficient to return the mixture of the water, the drainage maintenance agent, and the discharged oxidant gas to the oxidant gas supply means 16 again and reuse it.

また、エタノールやウオッシャー液は毒性が極めて低いことから、エタノールまたはウオッシャー液を排水維持剤として用いる場合には、回収手段20において回収することなく、場合によっては燃料電池システムより外部に排出することも許容される。   In addition, since ethanol or washer fluid has extremely low toxicity, when ethanol or washer fluid is used as a drainage maintenance agent, it may be discharged outside the fuel cell system without being collected by the collecting means 20 in some cases. Permissible.

以上、主に、反応水が生成するカソード側からの排水維持剤の導入について説明したが、これに限るものではなく、アノード側にも、燃料ガス供給手段に図1,2に示すように排水維持剤を導入する構成を設けてもよい。   As mentioned above, the introduction of the drainage maintenance agent from the cathode side where the reaction water is generated has been described. However, the present invention is not limited to this, and the anode side also has a fuel gas supply means as shown in FIGS. A configuration for introducing a maintenance agent may be provided.

本発明の燃料電池システムは、燃料電池を用いる用途であれば、いかなる用途にも有効であるが、特に車両用の燃料電池に供することができる。   The fuel cell system of the present invention is effective for any application as long as it uses a fuel cell, but can be used particularly for a fuel cell for vehicles.

本発明の燃料電池システムの一態様の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the one aspect | mode of the fuel cell system of this invention. 本発明の燃料電池システムの他の態様の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the other aspect of the fuel cell system of this invention. 本発明の燃料電池システムにおける排水維持剤の供給動作の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of supply operation | movement of the waste_water | drain maintenance agent in the fuel cell system of this invention. 排水維持剤の添加前と添加後のセパレータとガス拡散層に対する水の接触角の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the contact angle of the water with respect to the separator and gas diffusion layer before addition of a waste_water | drain maintenance agent, and after addition. 本発明の燃料電池システムの酸化剤ガス供給手段の一例の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of an example of the oxidizing agent gas supply means of the fuel cell system of this invention. 本発明の燃料電池システムの酸化剤ガス供給手段の他の例の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the other example of the oxidizing agent gas supply means of the fuel cell system of this invention. 本発明の燃料電池システムの酸化剤ガス供給手段の他の例の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the other example of the oxidizing agent gas supply means of the fuel cell system of this invention. 燃料電池のセルの構成および発電時のメカニズムを説明する図である。It is a figure explaining the structure of the cell of a fuel cell, and the mechanism at the time of electric power generation. 従来の燃料電池の運転方法の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of the driving | running method of the conventional fuel cell.

符号の説明Explanation of symbols

10 スタック、12 排水維持剤貯留タンク、14 流量コントローラ、16,16a,16b,16c 酸化剤ガス供給手段、18 モニタ、20 回収手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stack, 12 Drainage maintenance agent storage tank, 14 Flow rate controller, 16, 16a, 16b, 16c Oxidant gas supply means, 18 monitor, 20 collection means.

Claims (7)

電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に、セル内の排水性を維持するための排水維持剤を供給する排水維持剤供給手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
In a fuel cell system having a fuel cell formed by laminating a cell composed of a joined body having a fuel electrode and an air electrode on an electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the joined body,
A fuel cell system comprising a drainage maintenance agent supply means for supplying a drainage maintenance agent for maintaining drainage in the cell to the fuel cell.
電解質膜に燃料極と空気極を有する接合体と、前記接合体を挟持する一対のセパレータとから構成されるセルを積層してなる燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
さらに、前記反応ガス供給手段により供給される反応ガスに、セル内の排水性を維持するための排水維持剤を供給する排水維持剤供給手段を有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell formed by laminating a cell composed of a joined body having a fuel electrode and an air electrode on an electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the joined body;
In a fuel cell system comprising a reaction gas supply means for supplying a reaction gas to the fuel cell,
The fuel cell system further comprises waste water maintenance agent supply means for supplying a waste water maintenance agent for maintaining drainage in the cell to the reaction gas supplied by the reaction gas supply means.
請求項1または請求項2に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記燃料電池の使用状態を監視するモニタを有し、
前記モニタから得られる前記燃料電池の使用状態に応じて、前記排水維持剤供給手段より前記燃料電池に排水維持剤を供給することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 1 or 2,
And a monitor for monitoring the usage state of the fuel cell,
A fuel cell system, wherein a drainage maintenance agent is supplied to the fuel cell from the drainage maintenance agent supply means according to a use state of the fuel cell obtained from the monitor.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記燃料電池から排出される排出ガスを流通させる排出ガス流路と、
前記排出ガス流路上に設けられ前記排水維持剤を回収する回収手段と、を有することを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3,
Furthermore, an exhaust gas passage for circulating exhaust gas discharged from the fuel cell;
A fuel cell system, comprising: a recovery means provided on the exhaust gas flow path for recovering the waste water maintenance agent.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排水維持剤は、セル内で生成された反応水の表面張力を低下させる表面張力低下剤であることを特徴とする燃料電池システム。
In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The fuel cell system, wherein the drainage maintenance agent is a surface tension reducing agent that reduces the surface tension of the reaction water generated in the cell.
請求項5に記載の燃料電池システムにおいて、
前記表面張力低下剤は、アルコール類、界面活性剤からなる群から選択された少なくとも1種の薬剤であることを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to claim 5, wherein
The fuel cell system, wherein the surface tension reducing agent is at least one agent selected from the group consisting of alcohols and surfactants.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排水維持供給手段は、前記排水維持剤を前記空気極のあるカソード側に供給することを特徴とする燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, wherein
The drainage maintenance supply means supplies the drainage maintenance agent to the cathode side having the air electrode.
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