JP2005294223A

JP2005294223A - Solid polymer electrolyte fuel cell system and its operation method

Info

Publication number: JP2005294223A
Application number: JP2004111679A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kasahara; 英男笠原; Eiichi Yasumoto; 栄一安本; Hiroki Kusakabe; 弘樹日下部; Hideo Obara; 英夫小原; Kazuhito Hado; 一仁羽藤; Takeshi Tomizawa; 猛富澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-04-06
Filing date: 2004-04-06
Publication date: 2005-10-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid polymer electrolyte fuel cell system securing stability of output voltage for a long time and to provide its operation method. <P>SOLUTION: The solid polymer fuel cell system 100 is equipped with a solid polymer electrolyte fuel cell 1 formed by alternately stacking a plurality of unit cells and a plurality of conductive separators and generating electric power with supplied fuel gas and oxidant gas, a gas supply mechanism supplying the fuel gas and the oxidant gas to the solid polymer electrolyte fuel cell after they are humidified, a cooling mechanism cooling the solid polymer electrolyte fuel cell with a cooling medium, and a control device 18 controlling the cooling mechanism and the gas supply mechanism. The control device controls at least one of the cooling water pump 14, a three-way valve 15, and an on-off valve 16 according to the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell, and varies the relative humidity inside the solid polymer electrolyte fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関し、特に、固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell system and an operation method thereof, and more particularly, to a solid polymer electrolyte fuel cell system and an operation method thereof.

近年、地球の環境問題に関し、自動車から排出される窒素酸化物を含有する排気ガスによる大気汚染の問題や、年々増加する二酸化炭素による地球温暖化の問題が重要視されている。そして、電源開発の分野においては、これらの環境問題を解決すべく、排気ガスがクリーンであり、かつエネルギー変換効率の高い発電が可能である燃料電池システムが注目されている。 In recent years, regarding the environmental problems of the earth, the problem of air pollution due to exhaust gas containing nitrogen oxides emitted from automobiles and the problem of global warming due to the increasing carbon dioxide have been regarded as important. In the field of power supply development, in order to solve these environmental problems, attention is paid to a fuel cell system that can generate power with clean exhaust gas and high energy conversion efficiency.

この燃料電池システムは、例えば、水素ガス、又は改質ガス等の水素豊富なガスからなる燃料ガスと、空気等の酸化剤ガスとを燃料電池システム内のガス用流路に供給することによって所定の電気化学反応を引き起こし、その引き起こした所定の電気化学反応によって発生する化学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する、エネルギー変換システムの内の一種である。そして、近年では、種々ある燃料電池システムの中でも特に高い出力電流密度特性を有する固体高分子電解質型燃料電池システムが、自動車用の移動体電源装置として、或いは、家庭用の定置電源装置として、特に注目されている。 In this fuel cell system, for example, a fuel gas composed of a hydrogen-rich gas such as hydrogen gas or a reformed gas and an oxidant gas such as air are supplied to a gas flow path in the fuel cell system. This is a kind of energy conversion system that converts the chemical energy generated by the predetermined electrochemical reaction caused by the electrochemical reaction into electrical energy. In recent years, a solid polymer electrolyte fuel cell system having a particularly high output current density characteristic among various fuel cell systems is used as a mobile power supply device for automobiles or as a stationary power supply device for home use. Attention has been paid.

この固体高分子電解質型燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を燃料ガス側電極（燃料極）と空気側電極（酸化剤極）とで挟み、その両側に導電性セパレータを配置して構成した単電池（通常、セルという）を複数積層してなる単電池積層体（通常、スタックという）を有している。又、この固体高分子電解質型燃料電池システムは、燃料ガス側電極に接して設けられた燃料ガス用流路に前記燃料ガスを、空気側電極に接して設けられた酸化剤ガス用流路に空気を、固体高分子電解質膜を湿潤させるため各々加湿した後に供給するガス供給機構と、前記固体高分子電解質型燃料電池システム本体の温度を所定の冷却媒体によって冷却するための冷却機構とを備えている。尚、前記冷却機構は放熱部を有しており、この放熱部は前記単電池積層体の内部を流れて温度上昇した冷却媒体を冷却するように機能する。 This solid polymer electrolyte fuel cell system is configured by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between a fuel gas side electrode (fuel electrode) and an air side electrode (oxidant electrode), and arranging conductive separators on both sides thereof. It has a cell stack (usually called a stack) formed by laminating a plurality of cells (usually called cells). Further, the solid polymer electrolyte fuel cell system is configured such that the fuel gas is supplied to the fuel gas flow channel provided in contact with the fuel gas side electrode, and the oxidant gas flow channel provided in contact with the air side electrode. A gas supply mechanism for supplying air after being humidified to wet the solid polymer electrolyte membrane; and a cooling mechanism for cooling the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell system body with a predetermined cooling medium. ing. Note that the cooling mechanism has a heat radiating portion, and this heat radiating portion functions to cool the cooling medium whose temperature has risen through the inside of the unit cell stack.

ところで、このような構成を有する従来の固体高分子電解質型燃料電池システムを用いる際、実使用上問題が発生しない程度の安定した出力電圧を得るためには、前記単電池を常に安定した状態で動作させる必要がある。そして、例えば、固体高分子電解質型燃料電池システムを家庭用電源装置として用いる場合には、前記単電池の各々を、少なくとも４万時間は安定に動作させる必要がある。つまり、燃料電池システム、ひいては固体高分子電解質型燃料電池システムでは、単電池の出力電圧を如何にして長期間安定させるかが重要な課題となる。尚、固体高分子電解質型燃料電池システムの出力電圧の安定性を決定する要因の１つとしては、一般に、固体高分子電解質膜・触媒層・ガス層のいわゆる３相界面の十分な形成が必要であると考えられている。従って、例えば、高出力から低出力への電力変化に伴って加湿された燃料ガス及び空気から発生する過剰な水分や、固体高分子電解質膜の経時的劣化に基づく撥水性低下によりフラッディング現象が引き起こされ、このフラッディング現象によって３相界面の形成が不十分となった場合には、固体高分子電解質膜のガス拡散層中における燃料ガス及び空気の拡散性が不安定となるので、触媒層における電気化学反応が不安定となる。ここで、燃料ガス及び空気の拡散性は電気的には単電池における内部抵抗として表すことができるので、燃料ガス及び空気の拡散性が不安定となり触媒層における電気化学反応が不安定となった場合には、単電池の出力電圧の安定性が損なわれることになる。従って、固体高分子電解質型燃料電池システムの出力電圧の安定性を長期間に渡って確保するためには、単電池における３相界面の長期に渡る十分な形成、換言すれば、固体高分子電解質膜におけるフラッディング現象の長期的な抑制が重要な鍵となる。 By the way, when using a conventional solid polymer electrolyte fuel cell system having such a configuration, in order to obtain a stable output voltage that does not cause a problem in actual use, the unit cell is always in a stable state. Need to work. For example, when the solid polymer electrolyte fuel cell system is used as a household power supply device, each of the unit cells needs to be stably operated for at least 40,000 hours. In other words, in a fuel cell system, and thus a solid polymer electrolyte fuel cell system, how to stabilize the output voltage of a single cell for a long period of time is an important issue. As one of the factors that determine the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell system, it is generally necessary to sufficiently form a so-called three-phase interface of the solid polymer electrolyte membrane, the catalyst layer, and the gas layer. It is considered to be. Therefore, for example, the flooding phenomenon is caused by excessive moisture generated from the humidified fuel gas and air accompanying the power change from high output to low output, or water repellency reduction due to deterioration over time of the solid polymer electrolyte membrane. When the formation of the three-phase interface becomes insufficient due to this flooding phenomenon, the diffusibility of the fuel gas and air in the gas diffusion layer of the solid polymer electrolyte membrane becomes unstable. The chemical reaction becomes unstable. Here, the diffusivity of the fuel gas and air can be electrically expressed as the internal resistance in the unit cell, so that the diffusibility of the fuel gas and air becomes unstable and the electrochemical reaction in the catalyst layer becomes unstable. In this case, the stability of the output voltage of the single cell is impaired. Therefore, in order to ensure the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell system over a long period of time, sufficient formation of the three-phase interface in the unit cell over a long period of time, in other words, the solid polymer electrolyte Long-term suppression of flooding phenomenon in the membrane is an important key.

一方、固体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、燃料ガス側電極に液体燃料を供給するタイプのものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１８８００８号公報 On the other hand, some solid polymer electrolyte fuel cell systems supply liquid fuel to the fuel gas side electrode. (For example, refer to Patent Document 1).
JP-A-6-188008

フラッディング現象を抑制するために、このような従来例の液体燃料の供給手段を改良して、水を直接固体高分子電解質膜に供給することが考えられる。 In order to suppress the flooding phenomenon, it is conceivable to improve the conventional liquid fuel supply means and supply water directly to the solid polymer electrolyte membrane.

しかし、このような構成とすると、各単電池の固体高分子電解質膜に水を供給するための水分供給用ポンプ等、従来のシステム構成では不要であった新たな構成要素が必要となる。つまり、固体高分子電解質型燃料電池システムの構成が従来以上に複雑になるので、その製造コスト及びランニングコストの低減化が阻害される恐れがある。 However, such a configuration requires new components that are unnecessary in the conventional system configuration, such as a water supply pump for supplying water to the solid polymer electrolyte membrane of each unit cell. That is, the configuration of the solid polymer electrolyte fuel cell system becomes more complicated than before, and there is a risk that the manufacturing cost and running cost will be reduced.

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、固体高分子電解質膜におけるフラッディング現象を長期的に抑制することによって出力電圧の安定性を長期的に確保可能でかつこれを簡単な構成で実現可能な固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By suppressing flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte membrane for a long time, the stability of the output voltage can be ensured for a long time, and It is an object of the present invention to provide a solid polymer electrolyte fuel cell system that can be realized with a simple configuration and an operation method thereof.

上記課題を解決するために、本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法は、固体高分子電解質膜が燃料極と酸化剤極とで挟まれ、前記燃料極の外面にその燃料ガス流路を有する面が接するようにアノード導電性セパレータが配置され、かつ前記酸化剤極の外面にその酸化剤ガス流路を有する面が接するようにカソード導電性セパレータが配置されてなる単電池と、該単電池が複数積層された単電池積層体と、該単電池積層体の少なくとも前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを加湿して供給するガス供給機構と、前記単電池積層体に形成された冷却媒体用流路と、該冷却媒体用流路に放熱部で冷却された冷却用媒体を循環させて前記単電池積層体を冷却する冷却機構とを備えた固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法において、前記単電池積層体の出力電圧に応じて、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を変化させる（請求項１，８）。かかる構成とすると、単電池積層体の出力電圧に応じて燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を変化させるので、例えば、単電池積層体の出力電圧が低下してきた場合には前記相対湿度を低下させることにより単電池内の固体高分子電解質膜における過剰な水分を除去することが可能になる。つまり、固体高分子電解質膜におけるフラッディング現象を抑制することができるので、単電池積層体の出力電圧の安定性を長期に渡り確保することが可能になる。 In order to solve the above problems, a solid polymer electrolyte fuel cell system and an operation method thereof according to the present invention include a solid polymer electrolyte membrane sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, and the outer surface of the fuel electrode An anode conductive separator is disposed so that the surface having the fuel gas flow path is in contact, and a cathode conductive separator is disposed so that the surface having the oxidant gas flow path is in contact with the outer surface of the oxidant electrode. A battery, a unit cell stack in which a plurality of the unit cells are stacked, a gas supply mechanism for humidifying and supplying an oxidant gas to at least the oxidant gas flow path of the unit cell stack, and the unit cell stack A solid polymer electrolyte type comprising: a cooling medium channel formed on the cooling medium; and a cooling mechanism that circulates the cooling medium cooled by the heat radiating unit in the cooling medium channel and cools the unit cell stack. Fuel cell system and In the method of operation, in response to said output voltage of the cell stack, changing at least one of the relative humidity of the fuel gas passage and the oxidant gas flow passage (claim 1,8). With such a configuration, the relative humidity of at least one of the fuel gas flow path and the oxidant gas flow path is changed according to the output voltage of the cell stack, and thus, for example, the output voltage of the cell stack has decreased. In some cases, excessive water in the solid polymer electrolyte membrane in the unit cell can be removed by lowering the relative humidity. That is, since the flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte membrane can be suppressed, it is possible to ensure the stability of the output voltage of the unit cell laminate for a long period of time.

この場合、前記単電池積層体の出力電圧の電圧低下率に応じて、前記相対湿度を変化させてもよい（請求項２，９）。かかる構成とすると、単電池積層体の出力電圧の電圧低下率に応じて、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を変化させることができる。 In this case, the relative humidity may be changed according to the voltage drop rate of the output voltage of the unit cell stack (claims 2 and 9). With this configuration, the relative humidity of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel can be changed according to the voltage drop rate of the output voltage of the cell stack.

この場合、前記出力電圧の電圧低下率が２０〜５０ｍＶ／３０秒となった場合に、前記相対湿度を変化させてもよい（請求項３，１０）。かかる構成とすると、単電池積層体の燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を好適に変化させることができる。 In this case, when the voltage drop rate of the output voltage becomes 20 to 50 mV / 30 seconds, the relative humidity may be changed (claims 3 and 10). With such a configuration, the relative humidity of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel of the unit cell stack can be suitably changed.

又、上記の場合、前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路に循環させる前記冷却用媒体の流量を変化させることにより前記相対湿度を変化させてもよい（請求項４，１１）。かかる構成とすると、単電池積層体の冷却媒体用流路に供給する冷却用媒体の流量を変化させることによって動作中の単電池積層体の温度を変化させることができる。そして、例えば冷却用媒体の流量を低下させた場合には単電池積層体の温度が上昇するので、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路の内部の相対湿度を低下させることが可能になる。これにより、単電池内の固体高分子電解質膜においては過剰な水分が除去されるので、フラッディング現象を効果的に抑制することが可能になる。つまり、単電池積層体の出力電圧の安定性を確保することができる。 In the above case, the relative humidity may be changed by changing the flow rate of the cooling medium to be circulated through the cooling medium flow path of the unit cell stack (claims 4 and 11). With such a configuration, the temperature of the unit cell stack in operation can be changed by changing the flow rate of the cooling medium supplied to the cooling medium flow path of the unit cell stack. For example, when the flow rate of the cooling medium is decreased, the temperature of the cell stack increases, so that the relative humidity inside the fuel gas channel and the oxidant gas channel can be decreased. As a result, excess water is removed from the solid polymer electrolyte membrane in the unit cell, so that the flooding phenomenon can be effectively suppressed. That is, the stability of the output voltage of the unit cell stack can be ensured.

又、前記冷却機構は前記冷却用媒体が前記放熱部をバイパスするバイパス用流路を有し、前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路において前記バイパス用流路を経て前記放熱部をバイパスするように前記冷却用媒体を循環させることにより前記相対湿度を変化させてもよい（請求項５，１２）。かかる構成とすると、例えば冷却水等の冷却用媒体が給湯器において放熱するタイプの固体高分子電解質型燃料電池システムにおいては、単電池積層体から排出された冷却用媒体が給湯器をバイパスするバイパス用流路を流れ、即ち給湯器において放熱せずに単電池積層体に戻ることにより単電池積層体の温度を迅速に上昇させることができる。そして、これによって、単電池内の固体高分子電解質膜においては過剰な水分が迅速に除去されるようになるので、フラッディング現象を迅速に解消することが可能になる。つまり、単電池積層体の出力電圧の安定性を迅速に確保することができる。 Further, the cooling mechanism has a bypass flow path in which the cooling medium bypasses the heat radiating section, and bypasses the heat radiating section through the bypass flow path in the cooling medium flow path of the unit cell stack. Thus, the relative humidity may be changed by circulating the cooling medium (Claims 5 and 12). With this configuration, for example, in a solid polymer electrolyte fuel cell system in which a cooling medium such as cooling water dissipates heat in the water heater, the cooling medium discharged from the unit cell stack bypasses the water heater. The temperature of the cell stack can be rapidly increased by flowing through the flow path, that is, returning to the cell stack without radiating heat in the water heater. As a result, excess water is quickly removed from the solid polymer electrolyte membrane in the unit cell, so that the flooding phenomenon can be quickly eliminated. That is, the stability of the output voltage of the cell stack can be quickly secured.

又、前記ガス供給機構は大気を導入する大気導入部を有し、前記単電池積層体の前記酸化剤ガス流路に、前記大気導入部より導入した大気を供給することにより前記相対湿度を変化させてもよい（請求項６，１３）。かかる構成とすると、単電池積層体のカソード電極側に加湿した空気を供給する固体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、加湿した空気に大気を混合した加湿状態が制御された空気を単電池積層体に供給するので、酸化剤ガス流路（ひいては、燃料ガス流路）の相対湿度を低下させることが可能になる。これにより、単電池内の固体高分子電解質膜においては過剰な水分が除去されるので、フラッディング現象を効果的に抑制することが可能になる。これにより、単電池積層体の出力電圧の安定性を確保することができる。 Further, the gas supply mechanism has an air introduction part for introducing air, and the relative humidity is changed by supplying air introduced from the air introduction part to the oxidant gas flow path of the unit cell stack. (Claims 6 and 13). With this configuration, in the solid polymer electrolyte fuel cell system that supplies humidified air to the cathode electrode side of the unit cell stack, the humidified state in which the air is mixed with the humidified air is supplied to the unit cell stack. Therefore, the relative humidity of the oxidant gas channel (and hence the fuel gas channel) can be reduced. As a result, excess water is removed from the solid polymer electrolyte membrane in the unit cell, so that the flooding phenomenon can be effectively suppressed. Thereby, the stability of the output voltage of the cell stack can be secured.

この場合、前記ガス供給機構が、前記大気導入部より導入した前記大気を前記酸化剤ガス流路に断続的に供給してもよい（請求項７，１４）。かかる構成とすると、単電池積層体のカソード電極側に供給する空気の加湿状態を精密に制御することができるので、単電池積層体の出力電圧の安定性を精密に制御することが可能になる。 In this case, the gas supply mechanism may intermittently supply the atmosphere introduced from the atmosphere introduction section to the oxidant gas flow path (Claims 7 and 14). With this configuration, it is possible to precisely control the humidified state of the air supplied to the cathode electrode side of the unit cell stack, and thus it is possible to precisely control the stability of the output voltage of the unit cell stack. .

本発明は、以上に述べたような手段で実施され、単電池の内部の相対湿度を下げることによって固体高分子電解質膜の過剰な水分を除去して３層界面を好適に形成し、これにより出力電圧が常に安定である固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法を提供することができるという効果が得られる。 The present invention is carried out by the means as described above, and by removing the relative moisture inside the unit cell, the excess water content of the solid polymer electrolyte membrane is removed to suitably form the three-layer interface. An effect is obtained that it is possible to provide a solid polymer electrolyte fuel cell system whose output voltage is always stable and an operation method thereof.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、本発明の実施の形態における固体高分子電解質型燃料電池システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram schematically showing an example of a configuration of a solid polymer electrolyte fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

先ず、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの全体構成について、図１を参照しながら説明する。 First, the overall configuration of the solid polymer electrolyte fuel cell system according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

図１に示すように、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システム１００は、燃料ガス及び酸化剤ガス（通常、空気）が供給されて発電する固体高分子電解質型燃料電池１（スタック）と、都市ガス等の原料を改質して水素豊富な燃料ガスを生成する改質器２と、改質器２に、改質反応に必要な熱を供給するバーナー３と、固体高分子電解質型燃料電池１の燃料ガス用流路１ｃに供給する燃料ガスを加湿する燃料側加湿器４と、固体高分子電解質型燃料電池１の燃料ガス用流路１ｃから排出される燃料ガスに含まれる水蒸気から水を回収する燃料側水回収器５と、酸化剤ガスを固体高分子電解質型燃料電池１に送出する空気供給装置６と、固体高分子電解質型燃料電池１の酸化剤ガス用流路１ｂに供給する酸化剤ガスを加湿する酸化剤側加湿器７と、酸化剤側加湿器７から排出される加湿された酸化剤ガスに空気供給装置６が送出する加湿前の酸化剤ガスを混合するための開閉弁１６と、固体高分子電解質型燃料電池１の酸化剤ガス用流路１ｂから排出される酸化剤ガスに含まれる水蒸気から水を回収する酸化剤側水回収器８と、燃料側水回収器５及び酸化剤側水回収器８で回収した水を蓄える蓄水タンク９と、蓄水タンク９に蓄えた水を燃料側加湿器４及び酸化剤側加湿器７に送出する燃料側水ポンプ１０及び酸化剤側水ポンプ１１とを備えている。 As shown in FIG. 1, a solid polymer electrolyte fuel cell system 100 according to the present embodiment includes a solid polymer electrolyte fuel cell 1 (which is supplied with a fuel gas and an oxidant gas (usually air)) to generate power. Stack), a reformer 2 for reforming raw materials such as city gas to produce hydrogen-rich fuel gas, a burner 3 for supplying heat necessary for the reforming reaction to the reformer 2, A fuel-side humidifier 4 that humidifies the fuel gas supplied to the fuel gas channel 1c of the molecular electrolyte fuel cell 1 and the fuel gas discharged from the fuel gas channel 1c of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 A fuel-side water recovery device 5 that recovers water from contained water vapor, an air supply device 6 that sends an oxidant gas to the solid polymer electrolyte fuel cell 1, and an oxidant gas for the solid polymer electrolyte fuel cell 1 Acid that humidifies the oxidant gas supplied to the channel 1b Agent-side humidifier 7, on-off valve 16 for mixing the oxidant gas before humidification sent from the air supply device 6 with the humidified oxidant gas discharged from the oxidant-side humidifier 7, and a solid polymer An oxidant side water recovery unit 8 that recovers water from water vapor contained in the oxidant gas discharged from the oxidant gas flow path 1b of the electrolyte fuel cell 1, a fuel side water recovery unit 5, and an oxidant side water recovery A water storage tank 9 for storing the water collected by the vessel 8, and a fuel side water pump 10 and an oxidant side water pump 11 for sending the water stored in the water storage tank 9 to the fuel side humidifier 4 and the oxidant side humidifier 7. And.

又、この固体高分子電解質型燃料電池システム１００は、動作中発熱する固体高分子電解質型燃料電池１を所定の温度に維持するために用いる冷却水を蓄える蓄水タンク１３と、蓄水タンク１３に蓄えた冷却水を固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａに循環させる冷却用水ポンプ１４と、固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａから排出される高温状態とされた冷却水の熱を利用して給湯する給湯器１２と、前記冷却水用流路１ａから排出された冷却水を、給湯器１２をバイパスさせて蓄水タンク１３に直接供給するための三方弁１５及びバイパス配管１７とを備えている。 The solid polymer electrolyte fuel cell system 100 includes a water storage tank 13 for storing cooling water used for maintaining the solid polymer electrolyte fuel cell 1 that generates heat during operation at a predetermined temperature, and a water storage tank 13. The cooling water pump 14 for circulating the cooling water stored in the refrigerant to the cooling water flow path 1a of the solid polymer electrolyte fuel cell 1, and the high temperature discharged from the cooling water flow path 1a of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 In order to directly supply the hot water heater 12 for supplying hot water using the heat of the cooling water in the state and the cooling water discharged from the cooling water flow path 1a to the water storage tank 13 by bypassing the hot water heater 12 The three-way valve 15 and the bypass pipe 17 are provided.

更に、この固体高分子電解質型燃料電池システム１００は、上述した各構成要素の動作を制御するための制御装置１８と、発電した電力を外部負荷２０に供給するための出力端子２１と、出力電圧を検出する出力電圧検知手段（ここでは、電圧計）２２とを備えている。 Furthermore, the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 includes a control device 18 for controlling the operation of each of the above-described components, an output terminal 21 for supplying generated power to the external load 20, and an output voltage. Output voltage detecting means (in this case, a voltmeter) 22.

ここで、固体高分子電解質型燃料電池１の構成要素である単電池の構成について概説する。 Here, the configuration of the unit cell that is a component of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 will be outlined.

図２は、本発明の実施の形態における固体高分子電解質型燃料電池の単電池の構成を模式的に示すブロック図である。尚、図２では、固体高分子電解質膜と導電性セパレータとを分離した状態を示している。 FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of a unit cell of the solid polymer electrolyte fuel cell according to the embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state where the solid polymer electrolyte membrane and the conductive separator are separated.

図２に示すように、本実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池１を構成する単電池３５は、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜３０と、アノード側電極として機能する触媒層を備えた燃料極３１と、カソード側電極として機能する触媒層を備えた酸化剤極３２と、燃料ガスが供給される燃料ガス用流路３３ａが形成されたアノード導電性セパレータ３３と、酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス用流路３４ａが形成されたカソード導電性セパレータ３４とを有している。そして、単電池３５は、固体高分子電解質膜３０が燃料極３１と酸化剤極３２とで挟まれ、その両側にアノード導電性セパレータ３３とカソード導電性セパレータ３４とが、燃料ガス用流路３３ａ及び酸化剤ガス用流路３４ａが燃料極３１及び酸化剤極３２に接するようにして配置され構成される。単電池３５は、燃料ガス用流路３３ａに加湿された燃料ガスが、又、酸化剤ガス用流路３４ａに加湿された酸化剤ガスが、各々供給されて発電する。尚、固体高分子電解質型燃料電池１は、図２に示す単電池３５が複数積層され構成される。 As shown in FIG. 2, the unit cell 35 constituting the solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present embodiment includes a solid polymer electrolyte membrane 30 having proton conductivity and a catalyst layer functioning as an anode side electrode. , An oxidant electrode 32 having a catalyst layer functioning as a cathode side electrode, an anode conductive separator 33 having a fuel gas flow path 33a to which fuel gas is supplied, and an oxidant And a cathode conductive separator 34 having an oxidant gas flow path 34a to which gas is supplied. In the unit cell 35, the solid polymer electrolyte membrane 30 is sandwiched between the fuel electrode 31 and the oxidant electrode 32, and the anode conductive separator 33 and the cathode conductive separator 34 are provided on both sides of the fuel electrode 31a. The oxidant gas flow path 34 a is disposed and configured so as to be in contact with the fuel electrode 31 and the oxidant electrode 32. The unit cell 35 is supplied with the fuel gas humidified in the fuel gas flow path 33a and supplied with the oxidant gas humidified in the oxidant gas flow path 34a to generate electric power. The solid polymer electrolyte fuel cell 1 includes a plurality of unit cells 35 shown in FIG.

次に、本発明の実施の形態に係る固体高分子電解質型燃料電池システムの基本的な動作について、図面を参照しながら説明する。 Next, the basic operation of the solid polymer electrolyte fuel cell system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１に示すように構成された固体高分子電解質型燃料電池システム１００では、改質器２によって、例えば都市ガスが改質されることにより、水素豊富な状態とされた燃料ガスが生成される。この時、バーナー３は、改質器２において所定の改質反応が進行するように、改質器２を加熱する。この改質器２において生成された燃料ガスは、燃料側加湿器４で、蓄水タンク９から燃料側水ポンプ１０によって供給される水が用いられて加湿された後、固体高分子電解質型燃料電池１に送り込まれる。この固体高分子電解質型燃料電池１に送り込まれた燃料ガスは、固体高分子電解質型燃料電池１の内部に設けられている燃料ガス用流路１ｃを通過しながら、順次、酸化剤ガスとの反応による発電に消費される。そして、固体高分子電解質型燃料電池１から排出され発電に用いられなかった燃料ガスは、燃料側水回収器５に送り込まれ、そこで除湿される。尚、燃料側水回収器５によって燃料ガスから得られた水は、蓄水タンク９に蓄えられる。又、除湿された燃料ガスは、ここでは、バーナー３に供給され、このバーナー３における燃焼に用いられる。 In the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 configured as shown in FIG. 1, for example, city gas is reformed by the reformer 2, thereby generating a hydrogen-rich fuel gas. . At this time, the burner 3 heats the reformer 2 so that a predetermined reforming reaction proceeds in the reformer 2. The fuel gas generated in the reformer 2 is humidified by the fuel-side humidifier 4 using water supplied from the water storage tank 9 by the fuel-side water pump 10, and then the solid polymer electrolyte fuel It is sent to the battery 1. The fuel gas sent into the solid polymer electrolyte fuel cell 1 passes through the fuel gas flow channel 1c provided inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1 and sequentially passes with the oxidant gas. It is consumed for power generation by reaction. The fuel gas discharged from the solid polymer electrolyte fuel cell 1 and not used for power generation is sent to the fuel-side water recovery unit 5 where it is dehumidified. The water obtained from the fuel gas by the fuel-side water recovery device 5 is stored in the water storage tank 9. In addition, the dehumidified fuel gas is supplied to the burner 3 and used for combustion in the burner 3.

又、酸化剤ガスは、空気供給装置６によって酸化剤側加湿器７に供給される。この酸化剤側加湿器７に供給された酸化剤ガスは、この酸化剤側加湿器７において、蓄水タンク９から酸化剤側水ポンプ１１によって供給される水が用いられて加湿された後、固体高分子電解質型燃料電池１に送り込まれる。固体高分子電解質型燃料電池１に送り込まれた酸化剤ガスは、固体高分子電解質型燃料電池１の内部に設けられている酸化剤ガス用流路１ｂを通過する。この際、酸化剤ガス用流路１ｂを通過する酸化剤ガスと、燃料ガス用流路１ｃを通過する燃料ガスとが化学的に反応し、この化学的な反応により発電が行われる。そして、酸化剤ガス用流路１ｂを通過し、固体高分子型燃料電池１から排出された発電に用いられなかった酸化剤ガスは、その後、酸化剤側水回収器８に送り込まれる。酸化剤側水回収器８に送り込まれた酸化剤ガスは、酸化剤側水回収器８によって除湿される。尚、酸化剤側水回収器８によって酸化剤ガスから得られた水は、燃料ガスの場合と同様、蓄水タンク９に蓄えられる。又、除湿された酸化剤ガスは、ここでは、空気供給装置６に戻される。 The oxidant gas is supplied to the oxidant side humidifier 7 by the air supply device 6. The oxidant gas supplied to the oxidant side humidifier 7 is humidified in the oxidant side humidifier 7 using the water supplied from the water storage tank 9 by the oxidant side water pump 11. It is fed into the solid polymer electrolyte fuel cell 1. The oxidant gas sent to the solid polymer electrolyte fuel cell 1 passes through the oxidant gas flow path 1 b provided inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1. At this time, the oxidant gas passing through the oxidant gas channel 1b and the fuel gas passing through the fuel gas channel 1c chemically react, and power is generated by this chemical reaction. Then, the oxidant gas that has passed through the oxidant gas flow path 1 b and was not used for power generation discharged from the polymer electrolyte fuel cell 1 is sent to the oxidant-side water recovery device 8. The oxidant gas sent to the oxidant side water recovery unit 8 is dehumidified by the oxidant side water recovery unit 8. The water obtained from the oxidant gas by the oxidant side water recovery device 8 is stored in the water storage tank 9 as in the case of the fuel gas. The dehumidified oxidant gas is returned to the air supply device 6 here.

一方、固体高分子電解質型燃料電池１において発電が行われている間、固体高分子電解質型燃料電池１は上述した化学的な反応によって発熱する。そこで、固体高分子電解質型燃料電池１の温度を一定に維持するために、冷却用水ポンプ１４を動作させて、蓄水タンク１３に蓄えた冷却水を固体高分子電解質型燃料電池１の内部に設けられた冷却水用流路１ａを通過するように循環させる。具体的には、前記冷却水を、冷却用水ポンプ１４を動作させることにより蓄水タンク１３から固体高分子電解質型燃料電池１の内部に形成されている冷却水用流路１ａ内へ移動させ、その後、三方弁１５を通過させて給湯器１２内へ移動させる。そして、給湯器１２において冷却された冷却水を、蓄水タンク１３に戻す。この蓄水タンク１３に戻った冷却水は、固体高分子電解質型燃料電池１の冷却のために再び用いられる。この時、固体高分子電解質型燃料電池１が発熱することにより温度上昇した冷却水は、給湯器１２において例えば水との熱交換に用いられる。即ち、前記温度上昇した冷却水と、給湯器１２に配設された図１では図示しない配管内を流れる水との間で熱交換が行われることにより、前記温度上昇した冷却水は所定の温度まで冷却される。この冷却され蓄水タンク１３に戻された冷却水が冷却水用ポンプ１４によって固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａに供給されるので、固体高分子電解質型燃料電池１は所定の温度に維持されるようになる。尚、給湯器１２からは、所定の温度に加熱された例えば温水が、必要に応じて使用者に供給される。 On the other hand, while power generation is performed in the solid polymer electrolyte fuel cell 1, the solid polymer electrolyte fuel cell 1 generates heat by the above-described chemical reaction. Therefore, in order to keep the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 constant, the cooling water pump 14 is operated, and the cooling water stored in the water storage tank 13 is placed inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1. Circulation is performed so as to pass through the cooling water channel 1a. Specifically, the cooling water is moved from the water storage tank 13 into the cooling water flow path 1a formed inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1 by operating the cooling water pump 14, Thereafter, the three-way valve 15 is passed and moved into the water heater 12. Then, the cooling water cooled in the water heater 12 is returned to the water storage tank 13. The cooling water that has returned to the water storage tank 13 is used again for cooling the solid polymer electrolyte fuel cell 1. At this time, the cooling water whose temperature has risen due to heat generation of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is used in the water heater 12 for heat exchange with water, for example. That is, heat exchange is performed between the temperature-increased cooling water and water flowing in a pipe (not shown in FIG. 1) disposed in the water heater 12, so that the temperature-increased cooling water has a predetermined temperature. Until cooled. Since the cooling water cooled and returned to the water storage tank 13 is supplied to the cooling water flow path 1a of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 by the cooling water pump 14, the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is The temperature is maintained at a predetermined temperature. For example, hot water heated to a predetermined temperature is supplied from the water heater 12 to the user as necessary.

尚、このような固体高分子電解質型燃料電池システム１００における各構成要素の動作は、制御装置１８によって適宜制御される。 The operation of each component in such a solid polymer electrolyte fuel cell system 100 is appropriately controlled by the control device 18.

以上、固体高分子電解質型燃料電池システム１００が上述のように動作することによって、固体高分子電解質型燃料電池１の出力端子２１には所定の電圧が発生する。そして、使用者は、固体高分子電解質型燃料電池システム１００に設けられ、固体高分子電解質型燃料電池１の前記出力端子と電気的に接続された外部接続端子と、電子機器等の電源端子とを電気的に接続することによって、その電子機器等を正常に動作させることが可能になる。 As described above, when the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 operates as described above, a predetermined voltage is generated at the output terminal 21 of the solid polymer electrolyte fuel cell 1. And a user is provided in the solid polymer electrolyte fuel cell system 100, and is electrically connected to the output terminal of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 and a power terminal such as an electronic device. By electrically connecting the two, it becomes possible to operate the electronic device or the like normally.

ところで、上述の如く動作する固体高分子電解質型燃料電池システム１００では、固体高分子電解質型燃料電池１の内部でフラッディング現象が発生すると、その固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の安定性が損なわれる。又、この場合、単電池電圧の転極、及び単電池の損傷を招く恐れがある。そこで、本発明では、単電池の内部の相対湿度を下げて、これにより固体高分子電解質膜における過剰な水分を除去することによって、フラッディング現象を抑制する。そして、このフラッディング現象の抑制によって、固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の安定性を確保する。以下、フラッディング現象が発生し、これにより固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の安定性が損なわれた場合における本発明に係る固体高分子電解質型燃料電池システム１００の動作について説明する。 In the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 operating as described above, when a flooding phenomenon occurs inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1, the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is determined. Is damaged. Further, in this case, there is a risk of cell voltage reversal and cell damage. Therefore, in the present invention, the flooding phenomenon is suppressed by lowering the relative humidity inside the unit cell and thereby removing excess moisture in the solid polymer electrolyte membrane. The stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is ensured by suppressing the flooding phenomenon. Hereinafter, the operation of the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 according to the present invention when the flooding phenomenon occurs and the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is impaired will be described.

図１に示す固体高分子電解質型燃料電池システム１００では、制御装置１８が出力電圧検知手段２２を介して固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の変動（低下）を検知した場合、制御装置１８は以下に示す第１〜第３の対応手段を遂行する。即ち、フラッディング現象により固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の変動（低下）が観測されたときには、先ず、第１の対応手段として、冷却用水ポンプ１４の動作を制限することにより固体高分子電解質型燃料電池１を冷却するための冷却水の供給量を低下させ、これによって固体高分子電解質型燃料電池１の温度を上昇させる。すると、固体高分子電解質型燃料電池１の温度の上昇によって燃料ガス用流路１ｃ及び酸化剤ガス用流路１ｂの内部の相対湿度が低下するので、固体高分子電解質型燃料電池１を構成する図１では図示されない固体高分子電解質膜においては過剰な水分が排除されるようになる。つまり、これにより、固体高分子電解質膜におけるフラッディング現象が抑制されるようになる。 In the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 shown in FIG. 1, when the control device 18 detects a change (decrease) in the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 via the output voltage detection means 22, the control device 18 performs the following first to third corresponding means. That is, when fluctuation (decrease) in the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is observed due to the flooding phenomenon, first, as a first countermeasure, the operation of the cooling water pump 14 is restricted to restrict the operation of the solid polymer electrolyte. The supply amount of cooling water for cooling the electrolyte fuel cell 1 is decreased, and thereby the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is increased. Then, since the relative humidity inside the fuel gas flow channel 1c and the oxidant gas flow channel 1b decreases due to the temperature rise of the solid polymer electrolyte fuel cell 1, the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is configured. In the solid polymer electrolyte membrane (not shown in FIG. 1), excessive moisture is excluded. That is, the flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte membrane is thereby suppressed.

又、固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の変動（低下）が頻繁に発生する場合には、制御装置１８は第２の対応手段として、開閉弁１６を必要量だけ開くことによって酸化剤側加湿器７から供給される加湿された空気に加湿されていない空気（つまり、大気）を必要量混合させる。すると、固体高分子電解質型燃料電池１における酸化剤ガス用流路１ｂの内部の相対湿度が低下するので、上記第１の対応手段の場合と同様、固体高分子電解質型燃料電池１を構成する固体高分子電解質膜においては過剰な水分が排除される。つまり、固体高分子電解質型燃料電池１におけるフラッディング現象が抑制される。この場合、開閉弁１６を断続的に開閉して、大気を、酸化剤側加湿器７によって加湿された空気に対してパルス的に導入してもよい。このときの開閉弁１６の開閉間隔は、開状態と閉状態とを１対２の間隔で行うことが好ましい。又、導入する空気の流量は、定格の５０％とすることが好ましい。 When the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 frequently fluctuates (decreases), the control device 18 opens the opening / closing valve 16 by a required amount as a second countermeasure, thereby oxidizing the oxidant. The humidified air supplied from the side humidifier 7 is mixed with a necessary amount of unhumidified air (that is, the atmosphere). Then, since the relative humidity inside the oxidant gas flow path 1b in the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is lowered, the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is configured as in the case of the first countermeasure. Excess water is excluded from the solid polymer electrolyte membrane. That is, the flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is suppressed. In this case, the opening / closing valve 16 may be intermittently opened and closed, and the atmosphere may be introduced in a pulsed manner to the air humidified by the oxidant side humidifier 7. At this time, it is preferable that the opening / closing interval of the opening / closing valve 16 is an interval between the open state and the closed state at a one-to-two interval. The flow rate of air to be introduced is preferably 50% of the rating.

更に、これら第１及び第２の対応手段によっても固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の安定性を確保することが出来ない場合には、最終的な第３の対応手段として、固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａから排出される温度上昇した冷却水を、三方弁１５を操作してバイパス配管１７に導入し、これによって温度上昇した冷却水を蓄水タンク１３に直接流入させるようにする。つまり、前記冷却水を、給湯器１２をバイパスして蓄水タンク１３に直接流入させるようにする。このようにすると、発電中の固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａから排出される温度上昇した冷却水が、給湯器１２において冷却されずに固体高分子電解質型燃料電池１の冷却水用流路１ａに再び供給されるので、固体高分子電解質型燃料電池１の温度が上昇する。そして、この固体高分子電解質型燃料電池１の温度上昇によって、燃料ガス用流路１ｃ及び酸化剤ガス用流路１ｂの内部の相対湿度が低下する。これにより、上記第１及び第２の対応手段の場合と同様、固体高分子電解質型燃料電池１を構成する固体高分子電解質膜においては過剰な水分が排除されるので、固体高分子電解質型燃料電池１におけるフラッディング現象が抑制されるようになる。 Furthermore, if the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 cannot be ensured by these first and second means, the final third means is a solid high The coolant whose temperature has risen discharged from the coolant channel 1a of the molecular electrolyte fuel cell 1 is introduced into the bypass pipe 17 by operating the three-way valve 15, and the coolant whose temperature has been increased thereby is stored in the water storage tank 13. So that it flows directly into That is, the cooling water is allowed to flow directly into the water storage tank 13 by bypassing the water heater 12. In this way, the temperature-increased cooling water discharged from the cooling water flow path 1a of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 during power generation is not cooled in the water heater 12, but is solid polymer electrolyte fuel cell 1. Then, the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 rises. As the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 rises, the relative humidity inside the fuel gas channel 1c and the oxidant gas channel 1b decreases. As a result, as in the case of the first and second means, excess water is eliminated from the solid polymer electrolyte membrane constituting the solid polymer electrolyte fuel cell 1, so that the solid polymer electrolyte fuel The flooding phenomenon in the battery 1 is suppressed.

以上のように、固体高分子電解質型燃料電池システム１００の出力電圧が変動（低下）した場合において上記第１〜第３の対応手段を講ずることによれば、酸化剤ガス用流路１ｂ及び燃料ガス用流路１ｃの内部の相対湿度を低下させることができる。そして、これによって、固体高分子電解質型燃料電池１の内部においては固体高分子電解質膜・触媒層・ガス層の３相界面が長期に渡り十分に形成され、即ち、固体高分子電解質型燃料電池１におけるフラッディング現象を抑制することができるので、その出力電圧の安定性を確保することが可能になる。又、固体高分子電解質型燃料電池１における単電池電圧の転極や単電池の損傷を防止することも可能になる。つまり、常に安定に動作する出力電圧の安定性が長期的に確保された固体高分子電解質型燃料電池システムを得ることが可能になる。 As described above, when the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell system 100 fluctuates (decreases), the oxidant gas flow path 1b and the fuel can be obtained by taking the first to third measures. The relative humidity inside the gas flow channel 1c can be reduced. As a result, a solid polymer electrolyte membrane / catalyst layer / gas layer three-phase interface is sufficiently formed for a long time inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1, that is, the solid polymer electrolyte fuel cell. Since the flooding phenomenon in 1 can be suppressed, the stability of the output voltage can be ensured. In addition, it becomes possible to prevent cell voltage reversal and unit cell damage in the solid polymer electrolyte fuel cell 1. That is, it is possible to obtain a solid polymer electrolyte fuel cell system in which the stability of the output voltage that always operates stably is ensured for a long time.

尚、本発明によって固体高分子電解質型燃料電池１におけるフラッディング現象を軽減若しくは短縮させる際には、固体高分子電解質型燃料電池１の出力電圧の低下率が２０〜５０ｍＶ／３０秒となった場合に相対湿度を下げることが好ましい。又、この時、固体高分子電解質型燃料電池１の温度の上昇率は、５％以内とすることが好ましい。更に、固体高分子電解質型燃料電池１の内部の相対湿度は上記第１〜第３の何れかの対応手段により制御されるが、冷却水をバイパス配管１７の内部に流して給湯器１２をバイパスさせる上記第３の対応手段によれば給湯器１２の温水供給機能を停止させることになるので、これは最後の対応手段とすることが好ましい。 When reducing or shortening the flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte fuel cell 1 according to the present invention, the rate of decrease in the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is 20 to 50 mV / 30 seconds. It is preferable to lower the relative humidity. At this time, the rate of temperature increase of the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is preferably within 5%. Further, the relative humidity inside the solid polymer electrolyte fuel cell 1 is controlled by any one of the above first to third means, but the water heater 12 is bypassed by flowing cooling water into the bypass pipe 17. According to the third countermeasure means to be performed, the hot water supply function of the water heater 12 is stopped, so this is preferably the last countermeasure means.

（実施例１）
図３は、出力電圧低下時に冷却水量を調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。ここで、曲線IIIａは固体高分子電解質型燃料電池の温度を通常より２℃上昇させて運転した場合、曲線IIIｂは固体高分子電解質型燃料電池の温度を通常より４℃上昇させて運転した場合、曲線IIIｃは固体高分子電解質型燃料電池の温度を通常より１０℃上昇させて運転した場合について示している。又、曲線IIIｄ及び曲線IIIｅは各々比較例を示しており、曲線IIIｄは出力電圧低下時に燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を調整して運転した場合、曲線IIIｅは撥水性が通常より１．３倍高い固体高分子電解質膜を用いて運転した場合について示している。 (Example 1)
FIG. 3 is a graph showing the change over time in the output voltage of the unit cell when the amount of cooling water is adjusted when the output voltage is lowered. Here, curve IIIa shows a case where the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is increased by 2 ° C. than usual, and curve IIIb shows a case where the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is increased by 4 ° C. than usual. Curve IIIc shows the case where the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell is increased by 10 ° C. than usual. Curves IIId and IIIe show comparative examples, respectively, and curve IIId shows that when the output voltage is lowered and the fuel gas and the oxidant gas are adjusted to operate, curve IIIe has a water repellency of 1.3% than usual. It shows the case of operating using a solid polymer electrolyte membrane twice as high.

本実施例では、固体高分子電解質膜―電極接合体（ＭＥＡ）を、燃料ガス用及び酸化剤ガス用流路等を備えた導電性のセパレータで挟み、これを１０枚積層することによって得られる固体高分子電解質型燃料電池を用いた。又、本実施例では、上記の如く構成した固体高分子電解質型燃料電池と、その他の必要部材とを準備し、各々に必要なガスマニホ−ルドを配管及び接合することによって固体高分子電解質型燃料電池システムを構成した。そして、固体高分子電解質型燃料電池が所定の温度（例えば、７５℃）を維持するように冷却水を循環させながら、燃料ガスとしては改質ガスを模擬した模擬ガス（水素濃度８０％、二酸化炭素濃度２０％）を、又、酸化剤ガスとしては空気供給装置を用いて供給される空気（大気）を、各々燃料ガス側加湿器及び酸化剤ガス側加湿器で加湿した後に固体高分子電解質型燃料電池に供給して発電運転させた。尚、この時、固体高分子電解質型燃料電池が放電する際の電流密度は０．２Ａ／ｃｍ²とした。又、前記模擬ガスを消費する際の水素利用率は７５％とした。又、酸化剤ガスを消費する際の空気の利用率は４０％とした。又、燃料ガス側加湿器及び酸化剤ガス側加湿器の温度を７５℃に制御しながら発電運転させた。 In this embodiment, the solid polymer electrolyte membrane-electrode assembly (MEA) is sandwiched between conductive separators provided with fuel gas and oxidant gas channels, and 10 sheets are stacked. A solid polymer electrolyte fuel cell was used. Further, in this embodiment, a solid polymer electrolyte fuel cell constructed as described above and other necessary members are prepared, and the gas manifolds necessary for each are prepared by piping and joining them. A battery system was constructed. Then, while the cooling water is circulated so that the solid polymer electrolyte fuel cell maintains a predetermined temperature (for example, 75 ° C.), the fuel gas is a simulated gas (hydrogen concentration 80%, dioxide dioxide) that simulates the reformed gas. Solid polymer electrolyte after humidifying the air (atmosphere) having a carbon concentration of 20%) and an oxidant gas using an air supply device with a fuel gas side humidifier and an oxidant gas side humidifier, respectively. The fuel cell was supplied to a type fuel cell and operated for power generation. At this time, the current density when the solid polymer electrolyte fuel cell was discharged was 0.2 A / cm ² . The hydrogen utilization rate when consuming the simulated gas was 75%. The utilization rate of air when oxidant gas is consumed is 40%. The power generation operation was performed while controlling the temperature of the fuel gas side humidifier and the oxidant gas side humidifier to 75 ° C.

このような諸条件の下、出力電圧低下時において冷却水量を調整することによって単電池の内部の相対湿度を下げるように固体高分子電解質型燃料電池システムを発電運転させた結果、図３の曲線IIIａ〜曲線IIIｃに示すように、比較例である曲線IIIｄ及び曲線IIIｅに比べ、何れの条件の場合においても２５０時間程度までは単電池の出力電圧が比較的安定することが判明した。又、３００時間以降における出力電池の変動状況から判断して、出力電圧が低下し始めた場合には固体高分子電解質型燃料電池の温度を通常より４℃上昇させることが、出力電圧の安定性に対して最も好適であることが分かった。但し、固体高分子電解質型燃料電池の温度を通常より４℃上昇させた場合には、単電池の出力電圧は比較的安定するが、給湯器の温度上昇率が低下することが観察された。 Under these conditions, the solid polymer electrolyte fuel cell system was operated to generate power so as to lower the relative humidity inside the cell by adjusting the amount of cooling water when the output voltage was lowered. As shown in the curve IIIa to curve IIIc, it was found that the output voltage of the unit cell was relatively stable up to about 250 hours under any condition as compared with the curve IIId and curve IIIe as comparative examples. In addition, when the output voltage starts to decrease, judging from the fluctuation state of the output battery after 300 hours, the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell can be raised by 4 ° C. than usual to stabilize the output voltage. Was found to be most suitable. However, it was observed that when the temperature of the solid polymer electrolyte fuel cell was increased by 4 ° C. than usual, the output voltage of the unit cell was relatively stable, but the temperature increase rate of the water heater decreased.

（実施例２）
図４は、出力電圧低下時に酸化剤ガス（空気）の湿度を調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。ここで、曲線IVａは加湿した酸化剤ガスに大気を０．２８Ｌ／分の割合で混合させ運転した場合、曲線IVｂは加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で混合させて運転した場合、曲線IVｃは加湿した酸化剤ガスに大気を１．１２Ｌ／分の割合で混合させて運転した場合について示している。尚、曲線IVｄ及び曲線IVｅは各々比較例を示しており、実施例１における曲線IIIｄ及び曲線IIIｅの場合と同等である。 (Example 2)
FIG. 4 is a graph showing the change with time of the output voltage of the cell when the humidity of the oxidant gas (air) is adjusted when the output voltage is lowered. Here, curve IVa indicates that the atmosphere is mixed with humidified oxidant gas at a rate of 0.28 L / min, and curve IVb indicates that the atmosphere is mixed with humidified oxidant gas at a rate of 0.56 L / min. When operated, curve IVc shows a case where the atmosphere is mixed with humidified oxidant gas at a rate of 1.12 L / min. Curve IVd and curve IVe each show a comparative example, and are equivalent to the case of curve IIId and curve IIIe in Example 1.

本実施例においても、固体高分子電解質膜―電極接合体を、燃料ガス用及び酸化剤ガス用流路等を備えた導電性のセパレータで挟み、これを１０枚積層することによって得られる固体高分子電解質型燃料電池を用いた。又、このように構成された固体高分子電解質型燃料電池とその他の必要部材とを準備して、固体高分子電解質型燃料電池システムを構成した。更に、その他の発電運転に係る条件についても、実施例１の場合と同等とした。 Also in this example, the solid polymer electrolyte membrane-electrode assembly is sandwiched between conductive separators provided with fuel gas and oxidant gas flow paths, and 10 solid layers are obtained. A molecular electrolyte fuel cell was used. In addition, the solid polymer electrolyte fuel cell thus configured and other necessary members were prepared to constitute a solid polymer electrolyte fuel cell system. Further, other conditions relating to the power generation operation were also set to be the same as those in the first embodiment.

上記実施例１と同等の運転条件の下、出力電圧低下時において加湿された酸化剤ガスに大気を混合することによって単電池の内部の相対湿度を下げるように固体高分子電解質型燃料電池システムを発電運転させた結果、図４の曲線IVａ〜曲線IVｃに示すように、比較例である曲線IVｄ及び曲線IVｅに比べ、何れの条件の場合においても２５０時間程度までは単電池の出力電圧が比較的安定することが判明した。又、３００時間以降における出力電池の変動状況から判断して、出力電圧が低下し始めた場合には加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で混合させることが、出力電圧の安定性に対して最も好適であることが分かった。 The solid polymer electrolyte fuel cell system is configured so as to lower the relative humidity inside the unit cell by mixing the atmosphere with the oxidant gas humidified when the output voltage is reduced under the same operating conditions as in Example 1 above. As a result of the power generation operation, as shown in curve IVa to curve IVc in FIG. 4, compared with curve IVd and curve IVe, which are comparative examples, the output voltage of the cell is compared up to about 250 hours under any condition. Was found to be stable. Judging from the fluctuation state of the output battery after 300 hours, when the output voltage starts to decrease, the atmosphere is mixed with the humidified oxidant gas at a rate of 0.56 L / min. It has been found that it is most suitable for stability.

（実施例３）
図５は、出力電圧低下時に酸化剤ガスの湿度を断続的に調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。ここで、曲線Vａは加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で１秒間流した後に６秒間停止させ混合した場合、曲線Vｂは加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で３秒間流した後に６秒間停止させ混合した場合、曲線Vｃは加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で５秒間流した後に６秒間停止させ混合した場合について示している。尚、曲線Vｄ及び曲線Vｅは各々比較例を示しており、実施例２の場合と同様、実施例１における曲線IIIｄ及び曲線IIIｅの場合と同等である。 (Example 3)
FIG. 5 is a graph showing the change over time of the output voltage of the unit cell when the humidity of the oxidant gas is intermittently adjusted when the output voltage is lowered. Here, the curve Va indicates that when the atmosphere is flowed to the humidified oxidant gas at a rate of 0.56 L / min for 1 second and then stopped and mixed for 6 seconds, the curve Vb indicates that the atmosphere is added to the humidified oxidant gas at 0.56 L / minute. When flowing for 3 seconds at a rate of 3 minutes and then stopped and mixed for 6 seconds, curve Vc shows the case where the atmosphere is flowed to the humidified oxidant gas at a rate of 0.56 L / minute for 5 seconds and then stopped for 6 seconds and mixed. ing. Note that the curve Vd and the curve Ve respectively show comparative examples, and are the same as those in the case of the curve IIId and the curve IIIe in the example 1, as in the case of the example 2.

尚、本実施例においても、固体高分子電解質型燃料電池及び固体高分子電解質型燃料電池システムの構成は、実施例１及び実施例２と同等である。従って、その詳細な説明は省略する。 In this embodiment, the configurations of the solid polymer electrolyte fuel cell and the solid polymer electrolyte fuel cell system are the same as those in the first and second embodiments. Therefore, the detailed description is abbreviate | omitted.

図５の曲線Vａ〜曲線Vｃに示すように、出力電圧低下時において加湿された酸化剤ガスに大気を断続的に混合することによって単電池の内部の相対湿度を下げた場合においても、比較例である曲線Vｄ及び曲線Vｅに比べ、何れの条件の場合においても２５０時間程度までは単電池の出力電圧が比較的安定することが判明した。又、３００時間以降における出力電池の変動状況から判断して、出力電圧が低下し始めた場合には加湿した酸化剤ガスに大気を０．５６Ｌ／分の割合で３秒間流した後に６秒間停止させ混合させる方法が、出力電圧の安定性に対して最も好適であることが分かった。 As shown in curve Va to curve Vc in FIG. 5, even when the relative humidity inside the unit cell is lowered by intermittently mixing the atmosphere with the oxidant gas humidified when the output voltage is lowered, the comparative example Compared with the curves Vd and Ve, the output voltage of the unit cell was found to be relatively stable up to about 250 hours under any condition. In addition, when the output voltage starts to decrease, judging from the state of fluctuation of the output battery after 300 hours, the atmosphere is passed through the humidified oxidant gas at a rate of 0.56 L / min for 3 seconds and then stopped for 6 seconds. It has been found that the mixing and mixing method is most suitable for the stability of the output voltage.

尚、以上の説明では、固体高分子電解質型燃料電池の内部の相対湿度を制御する際に、前記第１〜第３の対応手段を個別に実施する場合を説明したが、前記第１〜第３の対応手段を必要に応じて複数同時に実施するようにしてもよい。このように、前記第１〜第３の対応手段を必要に応じて複数同時に実施することによって、固体高分子電解質型燃料電池の内部の相対湿度を迅速に制御することが可能になり、その結果、固体高分子電解質型燃料電池システムの出力電圧の安定性を迅速に確保することが可能になる。又、以上の説明では固体高分子電解質型燃料電池システムについての一例を挙げて説明したが、その他の如何なる形式の燃料電池システムであっても、本発明を実施又は応用することが可能である。 In the above description, when controlling the relative humidity inside the solid polymer electrolyte fuel cell, the case where the first to third corresponding means are individually implemented has been described. A plurality of the corresponding means may be implemented simultaneously as necessary. As described above, by performing a plurality of the first to third countermeasures simultaneously as necessary, it becomes possible to quickly control the relative humidity inside the solid polymer electrolyte fuel cell, and as a result. Thus, it becomes possible to quickly ensure the stability of the output voltage of the solid polymer electrolyte fuel cell system. In the above description, an example of a solid polymer electrolyte fuel cell system has been described. However, the present invention can be implemented or applied to any other type of fuel cell system.

本発明の固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法は、固体高分子電解質型燃料電池における単電池内の相対湿度を下げ、これにより固体高分子電解質膜におけるフラッディング現象を長期的に抑制することによってその出力電圧の安定性を長期的に確保可能な固体高分子電解質型燃料電池システム及びその運転方法として有用である。 The solid polymer electrolyte fuel cell system and the operation method thereof according to the present invention reduce the relative humidity in the unit cell in the solid polymer electrolyte fuel cell, thereby suppressing the flooding phenomenon in the solid polymer electrolyte membrane for a long time. Therefore, it is useful as a solid polymer electrolyte fuel cell system capable of ensuring the stability of the output voltage for a long period of time and its operation method.

本発明の実施の形態における固体高分子電解質型燃料電池システムの構成の一例を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically an example of composition of a solid polymer electrolyte fuel cell system in an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態における固体高分子電解質型燃料電池の単電池の構成を模式的に示すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a configuration of a unit cell of a solid polymer electrolyte fuel cell in an embodiment of the present invention. 出力電圧低下時に冷却水量を調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the output voltage of a single battery at the time of adjusting the amount of cooling water at the time of output voltage fall. 出力電圧低下時に酸化剤ガスの湿度を調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the output voltage of a cell when the humidity of oxidant gas is adjusted at the time of output voltage fall. 出力電圧低下時に酸化剤ガスの湿度を断続的に調整した場合における単電池の出力電圧の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the output voltage of a cell when the humidity of oxidant gas is adjusted intermittently at the time of output voltage fall.

符号の説明Explanation of symbols

１固体高分子電解質型燃料電池
１ａ冷却水用流路
１ｂ酸化剤ガス用流路
１ｃ燃料ガス用流路
２改質器
３バーナー
４燃料側加湿器
５燃料側水回収器
６空気供給装置
７酸化剤側加湿器
８酸化剤側水回収器
９蓄水タンク
１０燃料側水ポンプ
１１酸化剤側水ポンプ
１２給湯器
１３蓄水タンク
１４冷却用水ポンプ
１５三方弁
１６開閉弁
１７バイパス配管
１８制御装置
２０外部負荷
２１出力端子
２２出力電圧検知手段
３０固体高分子電解質膜
３１燃料極
３２酸化剤極
３３アノード導電性セパレータ
３３ａ燃料ガス用流路
３４カソード導電性セパレータ
３４ａ酸化剤ガス用流路
３５単電池（セル）
１００固体高分子電解質型燃料電池システム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid polymer electrolyte fuel cell 1a Cooling water channel 1b Oxidant gas channel 1c Fuel gas channel 2 Reformer 3 Burner 4 Fuel side humidifier 5 Fuel side water recovery device 6 Air supply device 7 Oxidation Agent side humidifier 8 Oxidant side water recovery device 9 Water storage tank 10 Fuel side water pump 11 Oxidant side water pump 12 Water heater 13 Water storage tank 14 Cooling water pump 15 Three-way valve 16 On-off valve 17 Bypass piping 18 Controller 20 External load 21 Output terminal 22 Output voltage detection means 30 Solid polymer electrolyte membrane 31 Fuel electrode 32 Oxidant electrode 33 Anode conductive separator 33a Fuel gas flow path 34 Cathode conductive separator 34a Oxidant gas flow path 35 Single cell ( cell)
100 Solid polymer electrolyte fuel cell system

Claims

固体高分子電解質膜が燃料極と酸化剤極とで挟まれ、前記燃料極の外面にその燃料ガス流路を有する面が接するようにアノード導電性セパレータが配置され、かつ前記酸化剤極の外面にその酸化剤ガス流路を有する面が接するようにカソード導電性セパレータが配置されてなる単電池と、該単電池が複数積層された単電池積層体と、該単電池積層体の少なくとも前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを加湿して供給するガス供給機構と、前記単電池積層体に形成された冷却媒体用流路と、該冷却媒体用流路に放熱部で冷却された冷却用媒体を循環させて前記単電池積層体を冷却する冷却機構とを備えた固体高分子電解質型燃料電池システムにおいて、
前記単電池積層体の出力電圧に応じて、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を変化させる、固体高分子電解質型燃料電池システム。 A solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, an anode conductive separator is disposed so that a surface having the fuel gas channel is in contact with the outer surface of the fuel electrode, and the outer surface of the oxidant electrode A unit cell in which a cathode conductive separator is disposed so that the surface having the oxidant gas flow path is in contact with the cell, a unit cell stack in which a plurality of the unit cells are stacked, and at least the oxidation of the unit cell stack A gas supply mechanism for humidifying and supplying the oxidant gas to the agent gas flow path, a cooling medium flow path formed in the unit cell stack, and a cooling medium cooled in the cooling medium flow path by a heat radiation portion A solid polymer electrolyte fuel cell system comprising a cooling mechanism for circulating the medium to cool the unit cell stack,
A solid polymer electrolyte fuel cell system in which the relative humidity of at least one of the fuel gas channel and the oxidant gas channel is changed in accordance with the output voltage of the unit cell stack.

前記単電池積層体の出力電圧の電圧低下率に応じて、前記相対湿度を変化させる、請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the relative humidity is changed in accordance with a voltage drop rate of an output voltage of the unit cell stack.

前記出力電圧の電圧低下率が２０〜５０ｍＶ／３０秒となった場合に、前記相対湿度を変化させる、請求項２記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 2, wherein the relative humidity is changed when a voltage drop rate of the output voltage reaches 20 to 50 mV / 30 seconds.

前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路に循環させる前記冷却用媒体の流量を変化させることにより前記相対湿度を変化させる、請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 2. The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the relative humidity is changed by changing a flow rate of the cooling medium to be circulated through the cooling medium flow path of the unit cell stack.

前記冷却機構は前記冷却用媒体が前記放熱部をバイパスするバイパス用流路を有し、
前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路において前記バイパス用流路を経て前記放熱部をバイパスするように前記冷却用媒体を循環させることにより前記相対湿度を変化させる、請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 The cooling mechanism has a bypass flow path in which the cooling medium bypasses the heat dissipation part,
The solid according to claim 1, wherein the relative humidity is changed by circulating the cooling medium in the cooling medium flow path of the unit cell stack so as to bypass the heat radiating portion via the bypass flow path. Polymer electrolyte fuel cell system.

前記ガス供給機構は大気を導入する大気導入部を有し、
前記単電池積層体の前記酸化剤ガス流路に、前記大気導入部より導入した大気を供給することにより前記相対湿度を変化させる、請求項１記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 The gas supply mechanism has an air introduction part for introducing air,
2. The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 1, wherein the relative humidity is changed by supplying air introduced from the air introduction portion to the oxidant gas flow path of the single cell stack.

前記ガス供給機構が、前記大気導入部より導入した前記大気を前記酸化剤ガス流路に断続的に供給する、請求項６記載の固体高分子電解質型燃料電池システム。 The solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 6, wherein the gas supply mechanism intermittently supplies the atmosphere introduced from the atmosphere introduction unit to the oxidant gas flow path.

固体高分子電解質膜が燃料極と酸化剤極とで挟まれ、前記燃料極の外面にその燃料ガス流路を有する面が接するようにアノード導電性セパレータが配置され、かつ前記酸化剤極の外面にその酸化剤ガス流路を有する面が接するようにカソード導電性セパレータが配置されてなる単電池と、該単電池が複数積層された単電池積層体と、該単電池積層体の少なくとも前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを加湿して供給するガス供給機構と、前記単電池積層体に形成された冷却媒体用流路と、該冷却媒体用流路に放熱部で冷却された冷却用媒体を循環させて前記単電池積層体を冷却する冷却機構とを備えた固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法において、
前記単電池積層体の出力電圧に応じて、前記燃料ガス流路及び前記酸化剤ガス流路の少なくとも何れかの相対湿度を変化させる、固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 A solid polymer electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxidant electrode, an anode conductive separator is disposed so that a surface having the fuel gas channel is in contact with the outer surface of the fuel electrode, and the outer surface of the oxidant electrode A unit cell in which a cathode conductive separator is disposed so that the surface having the oxidant gas flow path is in contact with the cell, a unit cell stack in which a plurality of the unit cells are stacked, and at least the oxidation of the unit cell stack A gas supply mechanism for humidifying and supplying the oxidant gas to the agent gas flow path, a cooling medium flow path formed in the unit cell stack, and a cooling medium cooled in the cooling medium flow path by a heat radiation portion In a method for operating a solid polymer electrolyte fuel cell system comprising a cooling mechanism for circulating the medium to cool the unit cell stack,
A method for operating a solid polymer electrolyte fuel cell system, wherein the relative humidity of at least one of the fuel gas flow channel and the oxidant gas flow channel is changed according to an output voltage of the unit cell stack.

前記単電池積層体の出力電圧の電圧低下率に応じて、前記相対湿度を変化させる、請求項８記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 The operation method of the solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 8, wherein the relative humidity is changed according to a voltage drop rate of an output voltage of the unit cell stack.

前記出力電圧の電圧低下率が２０〜５０ｍＶ／３０秒となった場合に、前記相対湿度を変化させる、請求項９記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 The operation method of the solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 9, wherein the relative humidity is changed when the voltage drop rate of the output voltage becomes 20 to 50 mV / 30 seconds.

前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路に循環させる前記冷却用媒体の流量を変化させることにより前記相対湿度を変化させる、請求項８記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 The operation method of the solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 8, wherein the relative humidity is changed by changing a flow rate of the cooling medium to be circulated through the cooling medium flow path of the unit cell stack.

前記冷却機構は前記冷却用媒体が前記放熱部をバイパスするバイパス用流路を有し、
前記単電池積層体の前記冷却媒体用流路において前記バイパス用流路を経て前記放熱部をバイパスするように前記冷却用媒体を循環させることにより前記相対湿度を変化させる、請求項８記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 The cooling mechanism has a bypass flow path in which the cooling medium bypasses the heat dissipation part,
9. The solid according to claim 8, wherein the relative humidity is changed by circulating the cooling medium so as to bypass the heat radiating portion through the bypass flow path in the cooling medium flow path of the unit cell stack. A method for operating a polymer electrolyte fuel cell system.

前記ガス供給機構は大気を導入する大気導入部を有し、
前記単電池積層体の前記酸化剤ガス流路に、前記大気導入部より導入した大気を供給することにより前記相対湿度を変化させる、請求項８記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。 The gas supply mechanism has an air introduction part for introducing air,
The method for operating a solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 8, wherein the relative humidity is changed by supplying the atmosphere introduced from the atmosphere introduction section to the oxidant gas flow path of the unit cell stack. .

前記ガス供給機構が、前記大気導入部より導入した前記大気を前記酸化剤ガス流路に断続的に供給する、請求項１３記載の固体高分子電解質型燃料電池システムの運転方法。

The method of operating a solid polymer electrolyte fuel cell system according to claim 13, wherein the gas supply mechanism intermittently supplies the atmosphere introduced from the atmosphere introduction unit to the oxidant gas flow path.