JP4599796B2

JP4599796B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP4599796B2
Application number: JP2002371407A
Authority: JP
Inventors: 康二小林; 宗久堀口
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2022-12-24
Also published as: JP2004206898A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。この燃料電池システムは電気自動車等の移動用電源、あるいは据え置き用電源に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子膜型の燃料電池（ＰＥＦＣ:Polymer Electrolyte Fuel Cells）が知られている。この燃料電池は、水素極（アノード極）と、この水素極に水素を含む燃料ガスを供給するための燃料室と、空気極（カソード極）と、この空気極に空気を供給するための空気室と、水素極及び空気極間に介在するイオン交換樹脂からなる電解質膜とを有している。また、この燃料電池では、水素極と酸素極との間で効果的に電気化学反応を生じ、効果的に起電力を得るため、水素極及び空気極に各々電解質が形成され、各電解質には白金等の触媒が担持されている。
【０００３】
この燃料電池は、起電力を得る駆動時に燃料室に燃料ガスを導入するための燃料導入手段等とともに燃料電池システムを構成する。燃料導入手段としては、水素ボンベ、ポンプ、バルブ、配管等が採用される。
【０００４】
この燃料電池システムでは、駆動時において、燃料導入手段により燃料室に燃料ガスを導入し、かつ空気室に空気を導入する等により、水素極と空気極との間で起電力を生じることとなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の燃料電池システムにおいては、起電力を得る駆動と、起電力を得ない停止とを繰り返すと、燃料電池の空気極及び電解質膜が劣化しやすいことが明らかとなった。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、駆動と停止とを繰り返しても、燃料電池の空気極及び電解質膜が劣化し難い燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記課題解決のために鋭意研究を行い、駆動と停止とを繰り返すことにより燃料電池の空気極が劣化する原因が以下の二つの理由によることをほぼ確信した。すなわち、停止時に燃料室内に残留する燃料ガスを空気と置換することが一つの理由である。また、駆動の始まりである始動時に燃料室内に燃料ガスを導入する際、燃料室内の空気から燃料ガスへの置換率と、その置換率を達成するための時間とが二つ目の理由となり得る。
【０００８】
つまり、駆動時の燃料電池システムでは、水素極において、Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅの反応を生じ、空気極において、Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ→２Ｈ₂Ｏの反応を生じ、水素極と空気極との間に起電力を生じる。ところが、その燃料電池システムを停止し、再び始動する際、水素極に燃料ガスである水素とともに空気が存在すると、水素極における水素で満たされている面において、Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅの反応を生じ、水素極における水素で満たされておらず、空気が残留している面において、１／２Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ→Ｈ₂Ｏの反応を生じる。その際、電解質内の酸性度が変化し、空気極においては、Ｃ＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ、Ｐｔ＋２Ｈ₂Ｏ→ＰｔＯ＋２Ｈ⁺＋２ｅ、Ｐｔ→Ｐｔ²⁺＋２ｅ、２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ等の反応を生じる。こうして、停止時、燃料電池内において局部電池が発生し、その結果、空気極側の白金の溶出と電解質膜の変色とが生じることにより、空気極が劣化すると考えられる。この推察を経て、発明者らは以下の発明を完成させるに至った。
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、水素極、該水素極に燃料ガスを供給するための燃料室、空気極、該空気極に空気を供給するための空気室並びに該水素極及び該空気極間に介在する電解質膜を有し、少なくとも該空気極に触媒が担持された固体高分子膜型の燃料電池と、
電磁弁と圧力計とが設けられた配管を有し、駆動時に該燃料室に該燃料ガスを導入するための燃料導入手段と、
停止時に該燃料室内に残留する該燃料ガスを該空気と置換する燃料置換手段と、
始動から該空気極の触媒が溶出する異常反応発生時間までの間であって全量でない所定の置換率になるまで、該燃料室内の該空気が該燃料ガスに置換されるような圧力で該燃料室内に該燃料ガスが供給されるように、該燃料導入手段の該電磁弁を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の燃料電池システムでは、燃料置換手段により、停止時に燃料室内に残留する燃料ガスを空気と置換するのであるが、制御手段は、始動時に燃料導入手段を制御し、燃料室内（燃料室内の容積）の空気から燃料ガスへの置換率と、その置換率を達成するための時間とを空気極の劣化を防止可能なものとする。
【００１１】
したがって、この燃料電池システムでは、駆動と停止とを繰り返しても、燃料電池の空気極が劣化し難い。
【００１２】
発明者らの試験結果によれば、置換率が８５％以上であり、時間が１．０秒以内であることが好ましく、置換率が９５％以上であり、時間が０．６秒以内であることがより好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（試験）
まず図１に示す燃料電池スタック１（以下、単に「スタック」という。）を用意する。このスタック１は、２枚のエンドプレート２０ａ、２０ｂ間に図示しない集電板及び絶縁板を介して積層体１０が挟持されたものである。積層体１０は、図２に示すように、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）１１をセパレータ１２で挟みながら順次積層したものである。ＭＥＡ１１は、イオン交換樹脂（「Nafion」（登録商標）デュポン（株）製）からなる電解質膜１１ａと、この電解質膜１１ａの一面に一体に形成されたカーボンからなる水素極（アノード）１１ｂと、電解質膜１１ａの他面に一体に形成されたカーボンからなる空気極（カソード）１１ｃとからなる。水素極１１ｂ及び空気極１１ｃは電解質膜１１ａと一体の電解質を有し、各電解質には触媒としての白金が担持されている。全ての水素極１１ｂは一方の集電板に電気的に接続され、全ての空気極１１ｃは他方の集電板に電気的に接続されており、図１に示すように、両集電板の各端子１ａ、１ｂはスタック１から突出されている。
【００１４】
図２に示すように、各セパレータ１２の水素極１１ｂ側には燃料室１２ａが形成されており、燃料室１２ａによって燃料ガスが水素極１１ｂに供給されるようになっている。他方、各セパレータ１２の空気極１１ｃ側には空気室１２ｂが形成されており、空気室１２ｂによって空気が空気極１１ｃに供給されるようになっている。燃料室１２ａは水平方向に開口されており、空気室１２ｂは燃料室１２ａと直交する方向である垂直方向に開口されている。なお、積層体１０の両端のセパレータ１２には燃料室１２ａ又は空気室１２ｂだけが形成されている。こうして、一枚のＭＥＡ１１と一対のセパレータ１２とによって個々の燃料電池であるセル１０ａが構成されている。各セル１０ａの全ての燃料室１２ａは、図１に示すように、一方のエンドプレート２０ａに形成された燃料ガス導入口２１及び他方のエンドプレート２０ｂに形成された図示しない燃料ガス導出口に連通している。燃料ガス導入口２１及び燃料ガス導出口は燃料導入手段の一部である。また、各セル１０ａの全ての空気室１２ｂは上下に連通している。
【００１５】
このスタック１では、空気室１２ｂだけが形成されたセパレータ１２と、このセパレータ１２の外側に位置するエンドプレート２０ｂとを貫通する８個の貫通孔３０が形成されており、各貫通孔３０には空気極１１ｃの電位を測定可能な電位センサ３１が取付けられている。
【００１６】
そして、このスタック１を図３に示すように構成し、燃料電池システムを組付ける。この燃料電池システムでは、スタック１の燃料ガス導入口２１に配管４１が接続され、燃料ガス導出口に配管４２が接続されている。配管４１には圧力計４３、電磁弁４４及び調圧弁４５を介して水素ボンベ４６が接続されている。配管４２は電磁弁４７を介して外気に開放されている。配管４１の電磁弁４４と調圧弁４５との間には配管４８が接続され、配管４８には調圧弁４９、電磁弁５０及び圧力計５１が設けられている。また、配管４１の圧力計４３と電磁弁４４との間にも配管５２が接続されており、配管５２には電磁弁５３が設けられている。配管４８の圧力計５１よりも下流は配管５２の電磁弁５３と配管４１との間に接続されている。また、配管５２の電磁弁５３と配管４１との間には配管５４が接続されており、配管５４は電磁弁５５を介して外気に開放されている。配管４２の電磁弁４７とスタック１との間には配管５６が接続されており、配管５６はポンプ５７、電磁弁５８及び逆止弁５９を介して外気に開放されている。配管５２の電磁弁５３より上流は配管５６のポンプ５７と電磁弁５８との間に接続されている。これらのうち、水素ボンベ４６、調圧弁４５、４９、電磁弁４４、５０、圧力計４３、５１及び配管４１、４８、５２が起電力を得る駆動時に燃料室１２ａに燃料ガスを導入するための燃料導入手段である。また、逆止弁５９、電磁弁５８、５５、５３、４７、ポンプ５７及び配管４２、５６、５４、５２が停止時に燃料室１２ａ内に残留する燃料ガスを空気と置換する燃料置換手段である。
【００１７】
そして、図４に示すように、燃料電池システムの燃料導入手段にコンピュータからなる制御手段６０を接続する。以上のように構成された燃料電池システムにおいて、停止時に燃料室１２ａ内に置換された空気を始動によって再度燃料ガスとしての水素で置換する燃料室１２ａの置換率（％）と、初期性能からの出力変化（％）との関係を測定する。この際、燃料置換手段により、停止時に燃料室１２ａ内に残留する水素を空気と置換する。そして、制御手段６０によって所定時間（０．６秒）の間に置換率が８０％、８５％又は９５％以上になるように制御する。
【００１８】
また、上記燃料電池システムにおいて、一定の置換率までの到達時間（ｓｅｃ）と、異常反応発生時間（ｓｅｃ／始動毎）との関係を測定する。この際、制御手段６０によって燃料導入手段による水素の流速を変更し、最も燃料ガス導入口２１に近いセルである入口側セル１０ａと、最も燃料ガス導出口に近いセルである出口側セル１０ａとについて、水素の流速の順に入口側セル１０ａをＡ〜Ｆ、出口側セル１０ａをａ〜ｆとする。結果を図５に示す。図５において、横軸は、９５％置換までの到達時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、異常反応発生時間（ｓｅｃ／始動毎）を示す。なお、異常反応発生時間の０．１秒未満は切り捨てる。
【００１９】
図５より、一番水素の流速が早い条件Ａ−ａでは、最初のセル１０ａも最後のセル１０ａも異常反応が発生しないことがわかる。また、条件Ａ−ａよりも水素の流速が遅い条件Ｂ−ｂ、条件Ｃ−ｃでは、最初のセル１０ａで異常反応を生じないものの、最後のセル１０ａでは、水素の到達まで時間がかかるため、異常反応が起こることがわかる。条件Ｄ−ｄ、条件Ｅ−ｅ、条件Ｆ−ｆでは、最初のセル１０ａ及び最後のセル１０ａで水素の到達に時間がかかって異常反応が起こり易いことがわかる。このため、始動時の燃料室１２ａ内の空気から水素への置換率が９５％以上であり、時間が１．０秒以内、より好ましくは０．６秒以内であれば、駆動と停止とを繰り返しても、スタック１の空気極１１ｃが劣化し難いことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】試験に係る燃料電池スタックの分解斜視図である。
【図２】試験に係る積層体の模式断面図である。
【図３】試験に係る燃料電池システムの模式構成図である。
【図４】試験に係る燃料電池システムのブロック構成図である。
【図５】試験に係り、９５％の置換率までの到達時間と異常反応発生時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１ｂ…水素極
１２ａ…燃料室
１１ｃ…空気極
１２ｂ…空気室
１１ａ…電解質膜
１、１０ａ…燃料電池（１…スタック、１０ａ…セル）
２１、４６、４５、４９、４４、５０、４３、５１、４１、４８、５２…燃料導入手段（２１…燃料ガス導入口、４６…水素ボンベ、４５、４９…調圧弁、４４、５０…電磁弁、４３、５１…圧力計、４１、４８、５２…配管）
５９、５８、５５、５３、４７、５７、４２、５６、５４、５２…燃料置換手段（５９…逆止弁、５８、５５、５３、４７…電磁弁、５７…ポンプ、４２、５６、５４、５２…配管）
６０…制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell. This fuel cell system is suitable for use as a moving power source for an electric vehicle or the like or a stationary power source.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has been known. The fuel cell includes a hydrogen electrode (anode electrode), a fuel chamber for supplying a fuel gas containing hydrogen to the hydrogen electrode, an air electrode (cathode electrode), and air for supplying air to the air electrode. A chamber and an electrolyte membrane made of an ion exchange resin interposed between the hydrogen electrode and the air electrode. Further, in this fuel cell, in order to effectively generate an electrochemical reaction between the hydrogen electrode and the oxygen electrode and to effectively obtain an electromotive force, electrolytes are formed on the hydrogen electrode and the air electrode, respectively. A catalyst such as platinum is supported.
[0003]
This fuel cell constitutes a fuel cell system together with a fuel introduction means for introducing fuel gas into the fuel chamber at the time of driving to obtain an electromotive force. As the fuel introduction means, a hydrogen cylinder, a pump, a valve, piping, or the like is employed.
[0004]
In this fuel cell system, an electromotive force is generated between the hydrogen electrode and the air electrode when the fuel gas is introduced into the fuel chamber by the fuel introduction means and air is introduced into the air chamber during driving. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional fuel cell system, it has been clarified that the air electrode and the electrolyte membrane of the fuel cell are likely to be deteriorated when the drive for obtaining the electromotive force and the stop without obtaining the electromotive force are repeated.
[0006]
The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and should solve the problem of providing a fuel cell system in which the air electrode and the electrolyte membrane of the fuel cell are unlikely to deteriorate even if the driving and stopping are repeated. It is an issue.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventors have intensively studied to solve the above problems, and are almost sure that the cause of the deterioration of the air electrode of the fuel cell due to repeated driving and stopping is due to the following two reasons. That is, one reason is that the fuel gas remaining in the fuel chamber at the time of stoppage is replaced with air. Further, when the fuel gas is introduced into the fuel chamber at the start of driving, the replacement rate from the air in the fuel chamber to the fuel gas and the time for achieving the replacement rate can be the second reason. .
[0008]
That is, in the fuel cell system at the time of driving, a reaction of H ₂ → 2H ⁺ + 2e occurs at the hydrogen electrode, and a reaction of O ₂ + 4H ⁺ + 4e → 2H ₂ O occurs at the air electrode. An electromotive force is generated between them. However, when the fuel cell system is stopped and restarted, if air is present together with hydrogen, which is a fuel gas, at the hydrogen electrode, the reaction of H ₂ → 2H ⁺ + 2e occurs on the surface filled with hydrogen at the hydrogen electrode. Occurs, and a reaction of 1 / 2O ₂ + 2H ⁺ + 2e → H ₂ O occurs on the surface of the hydrogen electrode that is not filled with hydrogen and remains air. At that time, the acidity in the electrolyte changes, and at the air electrode, C + 2H ₂ O → CO ₂ + 4H ⁺ + 4e, Pt + 2H ₂ O → PtO + 2H ⁺ + 2e, Pt → Pt ²⁺ + 2e, 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ Reactions such as + 4e occur. Thus, when the fuel cell is stopped, a local battery is generated in the fuel cell, and as a result, elution of platinum on the air electrode side and discoloration of the electrolyte membrane occur, and therefore the air electrode is considered to deteriorate. Through this inference, the inventors have completed the following invention.
[0009]
The fuel cell system of the present invention includes a hydrogen electrode, a fuel chamber for supplying fuel gas to the hydrogen electrode, an air electrode, an air chamber for supplying air to the air electrode, and between the hydrogen electrode and the air electrode. A polymer electrolyte fuel cell having an intervening electrolyte membrane and at least a catalyst supported on the air electrode;
A fuel introduction means having a pipe provided with a solenoid valve and a pressure gauge, for introducing the fuel gas into the fuel chamber at the time of driving;
Fuel replacement means for replacing the fuel gas remaining in the fuel chamber with the air when stopped;
From the start until the catalyst of the air Kikyoku becomes a predetermined level of substitution not the total amount be between up to abnormal reaction occurs time eluting, fuel at a pressure such as air in the fuel chamber is replaced with the fuel gas And control means for controlling the solenoid valve of the fuel introduction means so that the fuel gas is supplied into the room.
[0010]
In the fuel cell system of the present invention, the fuel gas remaining in the fuel chamber at the time of stoppage is replaced with air by the fuel replacement unit. However, the control unit controls the fuel introduction unit at the time of start-up and controls the fuel chamber (inside the fuel chamber). It is possible to prevent the deterioration of the air electrode from the substitution rate of the volume) air to the fuel gas and the time for achieving the substitution rate.
[0011]
Therefore, in this fuel cell system, even if driving and stopping are repeated, the air electrode of the fuel cell is unlikely to deteriorate.
[0012]
According to the test results of the inventors, the substitution rate is 85% or more and the time is preferably within 1.0 seconds, the substitution rate is 95% or more and the time is within 0.6 seconds. It is more preferable.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(test)
First, a fuel cell stack 1 (hereinafter simply referred to as “stack”) shown in FIG. 1 is prepared. In the stack 1, the laminate 10 is sandwiched between two end plates 20a and 20b via current collectors and insulating plates (not shown). As shown in FIG. 2, the stacked body 10 is formed by sequentially stacking MEA (Membrane Electrode Assembly) 11 while being sandwiched between separators 12. MEA11, the electrolyte and the membrane 11a, the electrolytic Shitsumaku 11a hydrogen electrode made of carbon, which is formed integrally on one surface of (anode) 11b made of an ion-exchange resin ( "Nafion" (registered trademark) manufactured by Du Pont Co.) When composed of an air electrode (cathode) 11c made of carbon formed integrally on the other surface of the electrolytic Shitsumaku 11a. The hydrogen electrode 11b and the air electrode 11c have an electrolyte integral with the electrolyte membrane 11a, and platinum as a catalyst is supported on each electrolyte. All the hydrogen electrodes 11b are electrically connected to one current collector plate, and all the air electrodes 11c are electrically connected to the other current collector plate. As shown in FIG. Each terminal 1a, 1b protrudes from the stack 1.
[0014]
As shown in FIG. 2, a fuel chamber 12a is formed on each separator 12 on the hydrogen electrode 11b side, and fuel gas is supplied to the hydrogen electrode 11b by the fuel chamber 12a. On the other hand, the air electrode 11c side of each separator 12 is formed with an air chamber 12b, so that the air is supplied to the air electrode 11c by an air chamber 12b. The fuel chamber 12a is opened in the horizontal direction, and the air chamber 12b is opened in the vertical direction, which is a direction orthogonal to the fuel chamber 12a. In addition, only the fuel chamber 12a or the air chamber 12b is formed in the separator 12 of the both ends of the laminated body 10. FIG. In this way, the cell 10a which is each fuel cell is comprised by one MEA11 and a pair of separator 12. FIG. As shown in FIG. 1, all the fuel chambers 12a of each cell 10a communicate with a fuel gas inlet 21 formed in one end plate 20a and a fuel gas outlet port (not shown) formed in the other end plate 20b. is doing. The fuel gas inlet 21 and the fuel gas outlet are part of the fuel introduction means. Moreover, all the air chambers 12b of each cell 10a are connected to the upper and lower sides.
[0015]
In this stack 1, eight through holes 30 are formed through the separator 12 in which only the air chamber 12 b is formed and the end plate 20 b located outside the separator 12. A potential sensor 31 capable of measuring the potential of the air electrode 11c is attached.
[0016]
Then, the stack 1 is configured as shown in FIG. 3, and the fuel cell system is assembled. In this fuel cell system, a pipe 41 is connected to the fuel gas inlet 21 of the stack 1 and a pipe 42 is connected to the fuel gas outlet. A hydrogen cylinder 46 is connected to the pipe 41 through a pressure gauge 43, an electromagnetic valve 44 and a pressure regulating valve 45. The pipe 42 is opened to the outside air via an electromagnetic valve 47. A pipe 48 is connected between the solenoid valve 44 and the pressure regulating valve 45 of the pipe 41, and a pressure regulating valve 49, a solenoid valve 50, and a pressure gauge 51 are provided in the pipe 48. A pipe 52 is also connected between the pressure gauge 43 and the solenoid valve 44 of the pipe 41, and a solenoid valve 53 is provided in the pipe 52. A downstream side of the pressure gauge 51 of the pipe 48 is connected between the solenoid valve 53 of the pipe 52 and the pipe 41. A pipe 54 is connected between the solenoid valve 53 and the pipe 41 of the pipe 52, and the pipe 54 is open to the outside air via the solenoid valve 55. A pipe 56 is connected between the electromagnetic valve 47 of the pipe 42 and the stack 1, and the pipe 56 is opened to the outside air via a pump 57, an electromagnetic valve 58 and a check valve 59. An upstream side of the solenoid valve 53 of the pipe 52 is connected between a pump 57 and a solenoid valve 58 of the pipe 56. Among these, the hydrogen cylinder 46, the pressure regulating valves 45 and 49, the electromagnetic valves 44 and 50, the pressure gauges 43 and 51, and the pipes 41, 48, and 52 are for introducing fuel gas into the fuel chamber 12a when driving to obtain an electromotive force. It is a fuel introduction means. The check valve 59, the electromagnetic valves 58, 55, 53, 47, the pump 57, and the pipes 42, 56, 54, 52 are fuel replacement means for replacing the fuel gas remaining in the fuel chamber 12a with air when stopped. .
[0017]
And as shown in FIG. 4, the control means 60 which consists of computers is connected to the fuel introduction means of a fuel cell system. In the fuel cell system configured as described above, the replacement rate (%) of the fuel chamber 12a in which the air replaced in the fuel chamber 12a at the time of stoppage is replaced again with hydrogen as the fuel gas at the start, and the initial performance Measure the relationship with output change (%). At this time, hydrogen remaining in the fuel chamber 12a at the time of stoppage is replaced with air by the fuel replacement means. Then, the control unit 60 controls the replacement rate to be 80%, 85%, or 95% or more during a predetermined time (0.6 seconds).
[0018]
In the fuel cell system, the relationship between the arrival time (sec) until a certain replacement rate and the abnormal reaction occurrence time (sec / every start) is measured. In this case, controlled by the means 60 to change the flow rate of hydrogen by the fuel introducing means, the most inlet-side cell 10a is the cell close to the fuel gas inlet 21, outlet-side cells 10 is the cell closest to the fuel gas outlet port a , Let the inlet side cell 10a be A to F and the outlet side cell 10a be a to f in the order of the hydrogen flow rate. The results are shown in FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the arrival time (sec) until 95% replacement, and the vertical axis indicates the abnormal reaction occurrence time (sec / every start). The abnormal reaction occurrence time of less than 0.1 seconds is rounded down.
[0019]
FIG. 5 shows that under the condition Aa where the flow rate of hydrogen is the fastest, no abnormal reaction occurs in the first cell 10a or the last cell 10a. Also, under the conditions Bb and Cc where the hydrogen flow rate is slower than the condition Aa, no abnormal reaction occurs in the first cell 10a, but it takes time until hydrogen reaches the last cell 10a. It can be seen that an abnormal reaction occurs. It can be seen that under conditions D-d, E-e, and F-f, it takes time to reach hydrogen in the first cell 10a and the last cell 10a, and an abnormal reaction is likely to occur. For this reason, if the replacement rate from the air in the fuel chamber 12a to hydrogen at startup is 95% or more and the time is within 1.0 second, more preferably within 0.6 second, the drive and stop are performed. Even if it repeats, it turns out that the air electrode 11c of the stack 1 is hard to deteriorate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a fuel cell stack according to a test.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a laminate according to a test.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a test.
FIG. 4 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to a test.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between an arrival time up to a substitution rate of 95% and an abnormal reaction occurrence time in the test.
[Explanation of symbols]
11b ... Hydrogen electrode 12a ... Fuel chamber 11c ... Air electrode 12b ... Air chamber 11a ... Electrolyte membrane 1, 10a ... Fuel cell (1 ... Stack, 10a ... Cell)
21, 46, 45, 49, 44, 50, 43, 51, 41, 48, 52 ... fuel introduction means (21 ... fuel gas inlet, 46 ... hydrogen cylinder, 45, 49 ... pressure regulating valve, 44, 50 ... electromagnetic Valve, 43, 51 ... pressure gauge, 41, 48, 52 ... piping)
59, 58, 55, 53, 47, 57, 42, 56, 54, 52 ... fuel replacement means (59 ... check valve, 58, 55, 53, 47 ... solenoid valve, 57 ... pump, 42, 56, 54 52 ... Piping)
60 ... Control means

Claims

A hydrogen electrode, a fuel chamber for supplying fuel gas to the hydrogen electrode, an air electrode, an air chamber for supplying air to the air electrode, and an electrolyte membrane interposed between the hydrogen electrode and the air electrode; A polymer electrolyte fuel cell having a catalyst supported at least on the air electrode;
A fuel introduction means having a pipe provided with a solenoid valve and a pressure gauge, for introducing the fuel gas into the fuel chamber at the time of driving;
Fuel replacement means for replacing the fuel gas remaining in the fuel chamber with the air when stopped;
From the start until the catalyst of the air Kikyoku becomes a predetermined level of substitution not the total amount be between up to abnormal reaction occurs time eluting, fuel at a pressure such as air in the fuel chamber is replaced with the fuel gas A fuel cell system comprising: control means for controlling the electromagnetic valve of the fuel introduction means so that the fuel gas is supplied into the room.

The fuel introducing means (46, etc.) includes a hydrogen cylinder (46), a first pipe (41) connecting the hydrogen cylinder (46) and the stack (1) of the fuel cell (10a), and the first The first solenoid valve (44) and the first pressure gauge (43) provided in the pipe (41) and the first solenoid valve (41) from the first pipe (41) upstream of the first solenoid valve (44) 44) a second pipe (48, 52) extending to the first pipe (41) downstream of the second pipe (48, 52), a second solenoid valve (50) and a second pressure gauge ( 51). The fuel cell system according to claim 1, further comprising:

The fuel cell system of claim 1, wherein that the substitution rate of 85% or more within 1.0 second from the start.

Claims 1 to 3 fuel cell system according to any one of to, characterized in that a within 0.6 seconds from the start the substitution rate of 95% or more.