JP2006216293A - Fuel cell system - Google Patents

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Akira Matsunaga
亮 松永
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system composed of a plurality of fuel cells, restraining an electrolyte film from deterioration. <P>SOLUTION: On the fuel cell system having fuel cell stacks 1a, 1b, hydrogen flow passages 18a, 18b or air flow passages 19a, 19b are made to serially communicate. Hydrogen is firstly supplied from a hydrogen bomb 4 to the hydrogen flow passage 18a, and the air is firstly supplied from a compressor 3 to the air flow passage 19a. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は燃料電池システムに関するものであり、特に複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system having a plurality of fuel cell stacks.

燃料電池スタックは、例えばプロトン伝導性を有する固体高分子電解質膜とこれを挟持するように配置されたアノードおよびカソードとからなる単位セルを複数個積層することで構成される。そして、アノード側ガス流路には燃料としての水素を水素供給源として例えば高圧の水素ボンベから供給し、カソード側ガス流路には酸化剤としての空気を例えばコンプレッサーもしくはブロアを介して供給している。アノード、カソードにはそれぞれの極において反応を促進するためにＰｔ等の貴金属を主とした触媒層が形成されている。   The fuel cell stack is configured, for example, by laminating a plurality of unit cells including a solid polymer electrolyte membrane having proton conductivity and an anode and a cathode disposed so as to sandwich the membrane. Then, hydrogen as a fuel is supplied to the anode side gas passage from a high pressure hydrogen cylinder as a hydrogen supply source, and air as an oxidant is supplied to the cathode side gas passage through, for example, a compressor or a blower. Yes. A catalyst layer mainly composed of a noble metal such as Pt is formed on the anode and the cathode in order to promote the reaction at each electrode.

アノードにおいては、
Ｈ2→ ２Ｈ+＋２ｅ- 式（１）
という反応を起し、燃料としての水素が水素イオンと電子に分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜の内部を拡散しカソードに到達し、電子は外部回路を流れ燃料電池スタックの出力として取り出される。 In the anode,
H 2 → 2H + + 2e - Formula (1)
As a result, hydrogen as a fuel is separated into hydrogen ions and electrons. Hydrogen ions diffuse inside the solid polymer electrolyte membrane and reach the cathode, and electrons flow through an external circuit and are taken out as the output of the fuel cell stack.

カソードにおいては、アノードから固体高分子電解質膜中を拡散してきた水素イオン、アノードから外部回路を通じて移動してきた電子、および空気中の酸素がカソードの触媒層中に形成されている三相界面上で、
２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→ Ｈ2Ｏ 式（２）
の反応により水が生成される。 At the cathode, hydrogen ions that have diffused from the anode into the solid polymer electrolyte membrane, electrons that have migrated from the anode through an external circuit, and oxygen in the air are formed on the three-phase interface formed in the catalyst layer of the cathode. ,
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O Formula (2)
Water is produced by this reaction.

燃料電池スタックにおいて、これらの化学反応を安定的に発生させるためには、固体高分子電解質膜が十分湿潤していること、カソードにて式（２）の反応により生成した水を固体高分子電解質膜の湿潤状態を維持するために利用し、かつ余剰な水分は速やかに外部へ放出することが必要となる。燃料電池スタックの一般的な構成においては、ガス流れに対して連続的にこの化学反応が発生するため、部位ごとに湿潤状態が変わってゆくことが知られており、その湿潤状態の変化が固体高分子電解質膜に与える影響を最小に抑えるための種々の工夫がなされてきた。   In order to stably generate these chemical reactions in the fuel cell stack, the solid polymer electrolyte membrane is sufficiently wet, and the water generated by the reaction of the formula (2) at the cathode is used as the solid polymer electrolyte. It is necessary to quickly release the excess water that is used to maintain the wet state of the film and to the outside. In a general configuration of a fuel cell stack, it is known that this chemical reaction continuously occurs with respect to a gas flow, so that the wet state changes from site to site. Various attempts have been made to minimize the influence on the polymer electrolyte membrane.

従来、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムでは、複数の燃料電池スタックを直列に連通する流路を備え、単位セル内部の燃料と酸化剤の流れは、反対方向から供給、つまり互いに対向流となるように燃料と酸化剤を供給する燃料電池システムが特許文献１に開示されている。
特開２００４−３１１３４号公報 2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell system having a plurality of fuel cell stacks has a flow path that connects the plurality of fuel cell stacks in series, and the flow of fuel and oxidant inside the unit cell is supplied from opposite directions, that is, opposed to each other. A fuel cell system for supplying fuel and an oxidant so as to satisfy is disclosed in Patent Document 1.
JP 2004-31134 A

燃料電池スタックの下流まで燃料、または酸化剤を供給するためには燃料、または酸化剤の流量、つまり燃料、または酸化剤を供給する圧力を高くしなければならない。   In order to supply the fuel or oxidant to the downstream of the fuel cell stack, the flow rate of the fuel or oxidant, that is, the pressure for supplying the fuel or oxidant must be increased.

しかし、上記の発明では、単位セル内部において燃料と酸化剤の流れが互いに対向流となるために、例えば燃料の上流側と酸化剤の下流側の差圧が大きくなり、固体高分子電解質膜を劣化させ、寿命を短くする、といった問題点がある。   However, in the above invention, since the flow of the fuel and the oxidant are opposed to each other inside the unit cell, for example, the differential pressure between the upstream side of the fuel and the downstream side of the oxidant is increased, and the solid polymer electrolyte membrane is There is a problem of deteriorating and shortening the service life.

本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムにおいて、アノードとカソード間の差圧を小さくし、固体高分子電解質膜の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの劣化を抑制することを目的とする。   The present invention has been invented to solve such problems. In a fuel cell system having a plurality of fuel cell stacks, the pressure difference between the anode and the cathode is reduced, and the solid polymer electrolyte membrane is dried. The purpose is to suppress the deterioration of the fuel cell stack.

本発明では、電解質膜を有する膜電極複合体と、膜電極複合体に水素または酸化剤ガスを供給する水素流路または酸化剤流路を膜電極複合体を挟んで略平行に配設するセパレータとから構成する複数の燃料電池と、複数の燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、複数の燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、複数の燃料電池は、水素流路間または酸化剤ガス流路間をそれぞれ直列に連通し、複数の燃料電池の水素流路と酸化剤流路内で、水素供給手段から供給する水素の最上流部と酸化剤供給手段から供給する酸化剤の最上流部とが膜電極複合体を挟んで重なり合わず、かつ水素供給手段から供給する水素の最上流部と酸化剤供給手段から供給する酸化剤の最下流部とが膜電極複合体を挟んで重なり合わないように水素供給手段と酸化剤供給手段から水素と酸化剤を供給する。   In the present invention, a membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, and a separator having a hydrogen channel or an oxidant channel for supplying hydrogen or an oxidant gas to the membrane electrode complex and arranged substantially in parallel with the membrane electrode complex interposed therebetween A fuel cell system comprising: a plurality of fuel cells comprising: a plurality of fuel cells; a hydrogen supply means for supplying hydrogen to the plurality of fuel cells; and an oxidant supply means for supplying an oxidant to the plurality of fuel cells. The fuel cell is connected in series between the hydrogen flow paths or between the oxidant gas flow paths, and in the hydrogen flow paths and the oxidant flow paths of the plurality of fuel cells, The most upstream part of the oxidant supplied from the oxidant supply means does not overlap with the membrane electrode assembly interposed therebetween, and the most upstream part of the hydrogen supplied from the hydrogen supply means and the most oxidant supplied from the oxidant supply means. The membrane electrode assembly is sandwiched between the downstream part Non-overlapping supplying the oxidizing agent hydrogen from the oxidant supply means and the hydrogen supply means so.

本発明によると、水素の流れの最上流部と酸化剤の流れの最上流部が膜電極複合体を介して向かい合わず、かつ水素の流れの最上流部と酸化剤の流れの最下流部が膜電極複合体を介して向かい合わないように水素と酸化剤を供給するので、水素流路と酸化剤流路間の圧力差、つまりアノードとカソードとの圧力差を小さくし、電解質膜の乾燥を抑制し、燃料電池スタックの劣化を抑制することができる。   According to the present invention, the most upstream part of the hydrogen flow and the most upstream part of the oxidant flow do not face each other through the membrane electrode assembly, and the most upstream part of the hydrogen flow and the most downstream part of the oxidant flow are Since hydrogen and oxidant are supplied so as not to face each other through the membrane electrode assembly, the pressure difference between the hydrogen channel and the oxidant channel, that is, the pressure difference between the anode and the cathode is reduced, and the electrolyte membrane is dried. It is possible to suppress the deterioration of the fuel cell stack.

本発明の実施形態の構成を図１の概略構成図を用いて説明する。この実施形態の燃料電池システムは、燃料電池スタック（燃料電池）１ａと、燃料電池スタック（燃料電池）１ｂと、燃料電池スタック１ａと燃料電池スタック１ｂに空気を供給するコンプレッサ（酸化剤供給手段）３と、燃料電池スタック１ａと燃料電池スタック１ｂに水素を供給する水素ボンベ（水素供給手段）４と、燃料電池スタック１ａと燃料電池スタック１ｂ間で水素を循環させる循環ポンプ５と、燃料電池スタック１ａ、１ｂに供給する空気を加湿する加湿装置６を備える。なお、図１の燃料電池スタック１ａ、燃料電池スタック１ｂは説明のため後述する水素流路１８ａ、１８ｂ、空気流路（酸化剤流路）１９ａ、１９ｂ、冷却水流路２１ａ、２１ｂのみを図示する。   The configuration of the embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG. The fuel cell system of this embodiment includes a fuel cell stack (fuel cell) 1a, a fuel cell stack (fuel cell) 1b, and a compressor (oxidant supply means) that supplies air to the fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b. 3, a hydrogen cylinder (hydrogen supply means) 4 for supplying hydrogen to the fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b, a circulation pump 5 for circulating hydrogen between the fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b, and a fuel cell stack A humidifier 6 is provided for humidifying the air supplied to 1a and 1b. The fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b in FIG. 1 illustrate only hydrogen flow paths 18a and 18b, air flow paths (oxidant flow paths) 19a and 19b, and cooling water flow paths 21a and 21b, which will be described later for explanation. .

燃料電池スタック１ａは、単位セル１０ａを例えば１００枚積層して構成される。ここで単位セル１０ａについて図２の概略構成図を用いて説明する。   The fuel cell stack 1a is configured by stacking, for example, 100 unit cells 10a. Here, the unit cell 10a will be described with reference to the schematic configuration diagram of FIG.

単位セル１０ａは、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜）１１ａと、電解質膜１１ａを挟持するアノード触媒層１２ａとカソード触媒層１３ａと、アノード触媒層１２ａとカソード触媒層１３ａの外側に設けたアノードガス拡散層１４ａとカソードガス拡散層１５ａを備える。また、アノードガス拡散層１４ａの外側に設けられたアノードセパレータ（セパレータ）１６ａと、カソードガス拡散層１５ａの外側に設けられたカソードセパレータ（セパレータ）１７ａを備える。さらに水素または空気が単位セル１０ａからリークしないようにエッジシール２０ａを備える。なお、電解質膜１１ａとアノード触媒層１２ａとカソード触媒層１３ａとアノードガス拡散層１４ａとカソード触媒層１５ａを膜電極複合体２２ａとする。   The unit cell 10a is provided outside the solid polymer electrolyte membrane (hereinafter, electrolyte membrane) 11a, the anode catalyst layer 12a and the cathode catalyst layer 13a sandwiching the electrolyte membrane 11a, and the anode catalyst layer 12a and the cathode catalyst layer 13a. An anode gas diffusion layer 14a and a cathode gas diffusion layer 15a are provided. Further, an anode separator (separator) 16a provided outside the anode gas diffusion layer 14a and a cathode separator (separator) 17a provided outside the cathode gas diffusion layer 15a are provided. Further, an edge seal 20a is provided so that hydrogen or air does not leak from the unit cell 10a. The electrolyte membrane 11a, the anode catalyst layer 12a, the cathode catalyst layer 13a, the anode gas diffusion layer 14a, and the cathode catalyst layer 15a are used as the membrane electrode assembly 22a.

アノードガス拡散層１４ａ、カソードガス拡散層１５ａは例えばカーボンペーパによって構成され、カーボンペーパの空孔を水素または空気が通り、水素または空気が拡散する。なお、カーボンペーパの空孔率を変更し、カーボンペーパに親水性、または撥水性の塗料を塗布することで、アノードガス拡散層１４ａ、カソードガス拡散層１５ａの含水性能を変更することができる。   The anode gas diffusion layer 14a and the cathode gas diffusion layer 15a are made of carbon paper, for example, and hydrogen or air passes through the pores of the carbon paper, and hydrogen or air diffuses. The water content of the anode gas diffusion layer 14a and the cathode gas diffusion layer 15a can be changed by changing the porosity of the carbon paper and applying a hydrophilic or water-repellent paint to the carbon paper.

アノードセパレータ１６ａ、またはカソードセパレータ１７ａは、コンプレッサ３から供給された空気が流れる空気流路１９ａ、または水素ボンベ４から供給された水素が流れる水素流路１８ａと、図示しない冷却水タンクなどから供給された冷却水流路２１ａを備える。   The anode separator 16a or the cathode separator 17a is supplied from an air passage 19a through which air supplied from the compressor 3 flows, a hydrogen passage 18a through which hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 flows, a cooling water tank (not shown), or the like. The cooling water flow path 21a is provided.

空気流路１９ａと水素流路１８ａは直線形状の流路であり、電解質膜１１ａを挟んで平行となるように配設される。なお、空気流路１９ａと水素流路１８ａの形状は直線形状に限られず、直線部と折り返し部とからなるサーペンタイン形状などでもよい。   The air flow path 19a and the hydrogen flow path 18a are linear flow paths, and are arranged in parallel with the electrolyte membrane 11a interposed therebetween. In addition, the shape of the air channel 19a and the hydrogen channel 18a is not limited to a linear shape, and may be a serpentine shape including a straight portion and a folded portion.

冷却水流路２１ａは直線形状の流路であり、空気流路１９ａと水素流路１８ａと平行に配設される。   The cooling water channel 21a is a linear channel and is disposed in parallel with the air channel 19a and the hydrogen channel 18a.

燃料電池スタック１ｂは燃料電池スタック１ａと同様の構成であるので、詳しい説明は省略する。以下において燃料電池スタック１ｂの構成については図２に示す燃料電池スタック１ａと同じ番号で添え字ｂを付して説明する。   Since the fuel cell stack 1b has the same configuration as the fuel cell stack 1a, detailed description thereof is omitted. In the following, the configuration of the fuel cell stack 1b will be described with the same number as the fuel cell stack 1a shown in FIG.

燃料電池スタック１ａと燃料電池スタック１ｂは空気の流れに対して、燃料電池スタック１ａを上流側、燃料電池スタック１ｂを下流側となるように配置する。つまり燃料電池スタック１ａから排出された空気が燃料電池スタック１ｂに供給されるように配置する。   The fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b are arranged so that the fuel cell stack 1a is on the upstream side and the fuel cell stack 1b is on the downstream side with respect to the air flow. That is, it arrange | positions so that the air discharged | emitted from the fuel cell stack 1a may be supplied to the fuel cell stack 1b.

加湿装置６はコンプレッサ３と燃料電池スタック１ａとの間に配設する。また、燃料電池スタック１ｂから排出された排出空気が導入され、燃料電池スタック１ａ、１ｂの発電反応で生成された生成水を含んだ排出空気によってコンプレッサ３によって導入され空気を加湿する。なお、燃料電池スタック１ａ、１ｂによって生成された生成水以外の方法によって空気を加湿しても良い。   The humidifier 6 is disposed between the compressor 3 and the fuel cell stack 1a. Further, exhaust air discharged from the fuel cell stack 1b is introduced, and the air introduced by the compressor 3 is humidified by exhaust air containing generated water generated by the power generation reaction of the fuel cell stacks 1a and 1b. Note that the air may be humidified by a method other than the generated water generated by the fuel cell stacks 1a and 1b.

コンプレッサ３から導入された空気は、加湿装置６、燃料電池スタック１ａ、燃料電池スタック１ｂ、加湿装置６の順番に流れる。燃料電池スタック１ｂから排出された空気は加湿装置６においてコンプレッサ３から導入された空気を加湿し、その後燃料電池システムの外部へ排出される。   The air introduced from the compressor 3 flows in the order of the humidifier 6, the fuel cell stack 1 a, the fuel cell stack 1 b, and the humidifier 6. The air discharged from the fuel cell stack 1b humidifies the air introduced from the compressor 3 in the humidifier 6 and then discharged to the outside of the fuel cell system.

一方、水素ボンベ４から供給された水素は、燃料電池スタック１ｂ、燃料電池スタック１ａ、循環ポンプの順番に流れる。なお、燃料電池スタック１ａから排出された水素は、再び燃料電池スタック１ｂに供給される。つまりこの実施形態では、水素ボンベ４によって供給された水素は循環ポンプ５によって燃料電池スタック１ｂ、１ａ間を環流し、次第に消費される。なお、水素流路１８ａ、１８ｂに例えば窒素などの不純物が混入し、水素濃度が低くなった場合には燃料電池スタック１ａから排出された水素を燃料電池システムから排出する構成としても良い。   On the other hand, the hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 flows in the order of the fuel cell stack 1b, the fuel cell stack 1a, and the circulation pump. The hydrogen discharged from the fuel cell stack 1a is supplied again to the fuel cell stack 1b. That is, in this embodiment, the hydrogen supplied by the hydrogen cylinder 4 is circulated between the fuel cell stacks 1b and 1a by the circulation pump 5 and gradually consumed. In addition, when impurities, such as nitrogen, mix in the hydrogen flow paths 18a and 18b and hydrogen concentration becomes low, it is good also as a structure which discharges | emits hydrogen discharged | emitted from the fuel cell stack 1a from the fuel cell system.

この実施形態ではコンプレッサ３から供給される空気をまず燃料電池スタック１ａに供給し、水素ボンベ４から供給される水素をまず燃料電池スタック１ｂに供給する。つまり空気流路１９ａ、１９ｂと水素流路１８ａ、１８ｂにおいて空気の流れの最上流部と水素の流れの最上流部とが異なる燃料電池スタック１ａ、１ｂとなるように水素と空気を供給する。   In this embodiment, the air supplied from the compressor 3 is first supplied to the fuel cell stack 1a, and the hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 is first supplied to the fuel cell stack 1b. That is, hydrogen and air are supplied so that the most upstream part of the air flow and the most upstream part of the hydrogen flow in the air passages 19a and 19b and the hydrogen passages 18a and 18b are different fuel cell stacks 1a and 1b.

また、図示しない冷却水タンクなどから供給される冷却水は燃料電池スタック１ａ、燃料電池スタック１ｂの順番に流れ、図示しないラジエータなどによって冷却水の温度は制御される。これによってフラッディングの生じ易い燃料電池スタック１ａ、１ｂの下流側の温度を高くすることができる。   Further, cooling water supplied from a cooling water tank (not shown) flows in the order of the fuel cell stack 1a and the fuel cell stack 1b, and the temperature of the cooling water is controlled by a radiator (not shown). As a result, the temperature on the downstream side of the fuel cell stacks 1a and 1b, where flooding is likely to occur, can be increased.

この実施形態においては、アノードガス拡散層１４ａを高空孔率で、かつ親水性を有するのように構成し、カソードガス拡散層１５ａを低空孔率で、かつ撥水性を有するように構成する。また、アノードガス拡散層１４ｂを低空効率で、かつ撥水性を有するように構成し、カソードガス拡散層１５ｂを高空孔率で、かつ親水性を有するように構成する。すなわちアノードガス拡散層１４ａ、１４ｂにおいては、アノードガス拡散層１４ａの方がアノードガス拡散層１４ｂよりも空孔率を高く、撥水性を低くし、カソードガス拡散層１５ａ、１５ｂにおいては、カソードガス拡散層１５ａの方がカソードガス拡散層１５ｂよりも空孔率を低くし、撥水性を高くする。   In this embodiment, the anode gas diffusion layer 14a is configured to have a high porosity and hydrophilicity, and the cathode gas diffusion layer 15a is configured to have a low porosity and water repellency. Further, the anode gas diffusion layer 14b is configured to have low air efficiency and water repellency, and the cathode gas diffusion layer 15b is configured to have high porosity and hydrophilicity. That is, in the anode gas diffusion layers 14a and 14b, the anode gas diffusion layer 14a has a higher porosity and lower water repellency than the anode gas diffusion layer 14b, and the cathode gas diffusion layers 15a and 15b The diffusion layer 15a has a lower porosity and higher water repellency than the cathode gas diffusion layer 15b.

これにより、比較的水分を多く含む水素が供給される水素流路１８ａと向かい合う電解質膜１１ａには水が多く供給されるようにし、アノードガス拡散層１４ａ側から電解質膜１１ａ内部の水移動によりカソードガス拡散層１５ａ側の電解質膜１１ａを加湿する。また、比較的乾燥した空気が供給される空気流路１９ａと対峙する電解質膜１１ａでは水素と酸素の反応により生成された水によって電解質膜１１ａを保湿する。   As a result, a large amount of water is supplied to the electrolyte membrane 11a facing the hydrogen flow path 18a to which hydrogen containing a relatively large amount of water is supplied, and the cathode is moved by water movement inside the electrolyte membrane 11a from the anode gas diffusion layer 14a side. The electrolyte membrane 11a on the gas diffusion layer 15a side is humidified. Further, in the electrolyte membrane 11a facing the air channel 19a to which relatively dry air is supplied, the electrolyte membrane 11a is moisturized by water generated by the reaction of hydrogen and oxygen.

また、比較的水分を多く含む空気が供給される空気流路１９ｂと対峙する電解質膜１１ｂには水分が多く供給されるようにし、カソードガス拡散層１５ｂ側から電解質膜１１ｂ内部の水移動によりアノードガス拡散層１４ｂ側の電解質膜１１ｂを加湿する。また、比較的乾燥した水素が供給される水素流路１８ｂと対峙する電解質膜１１ｂの乾燥を抑制する。   Further, a large amount of water is supplied to the electrolyte membrane 11b facing the air flow path 19b to which air containing a relatively large amount of water is supplied, and the anode is moved by water movement inside the electrolyte membrane 11b from the cathode gas diffusion layer 15b side. The electrolyte membrane 11b on the gas diffusion layer 14b side is humidified. Moreover, drying of the electrolyte membrane 11b facing the hydrogen flow path 18b to which relatively dry hydrogen is supplied is suppressed.

以上の構成により、電解質膜１１ａ、１１ｂの乾燥を抑制し、電解質膜１１ａ、１１ｂの劣化を抑制することができる。なお、アノードガス拡散層１４ａ、１４ｂ、カソードガス拡散層１５ａ、１５ｂの空孔率、含水性能はアノードガス拡散層１４ａ、１４ｂ、カソードガス拡散層１５ａ、１５ｂの一部にのみ設けても良い。   With the above configuration, drying of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed, and deterioration of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed. The porosity and moisture content of the anode gas diffusion layers 14a and 14b and the cathode gas diffusion layers 15a and 15b may be provided only in a part of the anode gas diffusion layers 14a and 14b and the cathode gas diffusion layers 15a and 15b.

次にこの実施形態の燃料電池スタック１ａ、１ｂにおける圧力の変化について図３を用いて説明する。   Next, changes in pressure in the fuel cell stacks 1a and 1b of this embodiment will be described with reference to FIG.

燃料電池スタック１ａ、１ｂに水素、または空気が供給されると、燃料電池スタック１ａ、１ｂにおける発電反応によって水素、または空気中の酸素が消費される。そのため水素、空気の流れに対して上流側よりも下流側の方が圧力が低くなる。この実施形態では燃料電池スタック１ａはコンプレッサ３から空気と、燃料電池スタック１ｂから排出された水素とが供給される。つまり圧力が一番高い状態の空気と、燃料電池スタック１ｂの発電反応により水素が消費され、圧力が低くなった水素が供給される。また、燃料電池スタック１ｂでは、燃料電池スタック１ｂから排出された空気と、水素ボンベ４から供給された水素と環流する水素が混ざった水素とが供給される。つまり、燃料電池スタック１ａの発電反応によって酸素が消費され、圧力が低くなった空気と、圧力が一番高い状態の水素が供給される。   When hydrogen or air is supplied to the fuel cell stacks 1a and 1b, hydrogen or oxygen in the air is consumed by a power generation reaction in the fuel cell stacks 1a and 1b. Therefore, the pressure on the downstream side is lower than the upstream side with respect to the flow of hydrogen and air. In this embodiment, the fuel cell stack 1a is supplied with air from the compressor 3 and hydrogen discharged from the fuel cell stack 1b. That is, hydrogen is consumed by the air at the highest pressure and the power generation reaction of the fuel cell stack 1b, and the hydrogen at a lower pressure is supplied. Further, in the fuel cell stack 1b, air discharged from the fuel cell stack 1b and hydrogen mixed with hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 and recirculating hydrogen are supplied. That is, oxygen is consumed by the power generation reaction of the fuel cell stack 1a, and the air having a low pressure and the hydrogen having the highest pressure are supplied.

以上により、燃料電池スタック１ａ、１ｂの水素流路１８ａ、１８ｂ、空気流路１９ａ、１９ｂでの圧力差は燃料電池スタック１ｂの下流において最大となるが、その圧力差を比較的小さくすることができる。ここで燃料電池スタック１ａ、１ｂにおける電解質膜１１ａ、１１ｂを挟んだ水素流路１８ａ、１８ｂと空気流路１９ａ、１９ｂ間の圧力差と燃料電池スタック１ａ、１ｂの寿命との関係を図４に示す。燃料電池スタック１ａ、１ｂの寿命は水素流路１８ａ、１８ｂと空気流路１９ａ、１９ｂ間の圧力差が小さい程長くなる。   As described above, the pressure difference between the hydrogen flow paths 18a and 18b and the air flow paths 19a and 19b of the fuel cell stacks 1a and 1b is maximized downstream of the fuel cell stack 1b, but the pressure difference can be made relatively small. it can. FIG. 4 shows the relationship between the pressure difference between the hydrogen flow paths 18a, 18b and the air flow paths 19a, 19b sandwiching the electrolyte membranes 11a, 11b in the fuel cell stacks 1a, 1b and the life of the fuel cell stacks 1a, 1b. Show. The lifetime of the fuel cell stacks 1a and 1b becomes longer as the pressure difference between the hydrogen flow paths 18a and 18b and the air flow paths 19a and 19b is smaller.

次にこの実施形態の燃料電池スタック１ａ、１ｂにおける温度と湿度の変化について図５を用いて説明する。   Next, changes in temperature and humidity in the fuel cell stacks 1a and 1b of this embodiment will be described with reference to FIG.

冷却水を空気の流れと同じ方向で流すことにより、燃料電池スタック１ａ、１ｂの温度は、冷却水の流れ方向の上流から下流となるに従って、つまり空気の流れ方向に従って温度が高くなる。   By flowing the cooling water in the same direction as the air flow, the temperature of the fuel cell stacks 1a and 1b increases from the upstream to the downstream in the cooling water flow direction, that is, according to the air flow direction.

また、燃料電池スタック１ａの空気流路１９ａを流れる空気の相対湿度は、燃料電池スタック１ａの空気の流れの上流から下流となるに従って高くなる。これは燃料電池スタック１ａの発電反応において、カソードで水が生成され、燃料電池スタック１ａの下流となるに従って空気が加湿されるためである。そのため加湿装置６での空気の加湿量は、燃料電池スタック１ａの出力、温度などによって制御し、燃料電池スタック１ａの上流において電解質膜１１ａが乾燥しない加湿量とすることが望ましい。   In addition, the relative humidity of the air flowing through the air flow path 19a of the fuel cell stack 1a increases as the air flows from the fuel cell stack 1a to the downstream. This is because in the power generation reaction of the fuel cell stack 1a, water is generated at the cathode and the air is humidified as it goes downstream of the fuel cell stack 1a. Therefore, it is desirable that the humidification amount of air in the humidifier 6 is controlled by the output, temperature, etc. of the fuel cell stack 1a so that the electrolyte membrane 11a is not dried upstream of the fuel cell stack 1a.

燃料電池スタック１ａの水素流路１８ａを流れる水素は燃料電池スタック１ｂから排出された水素であり、詳しくは後述するが、比較的水分を多く含んだ水素が供給され、かつ燃料電池スタック１ａの上流の温度が低いので、水素流路１８ａの上流を流れる水素の相対湿度は高くなる。   The hydrogen flowing through the hydrogen flow path 18a of the fuel cell stack 1a is hydrogen discharged from the fuel cell stack 1b. As will be described in detail later, hydrogen containing a relatively large amount of water is supplied and upstream of the fuel cell stack 1a. Therefore, the relative humidity of the hydrogen flowing upstream of the hydrogen flow path 18a becomes high.

燃料電池スタック１ａの上流では空気流路１９ａを流れる空気は水分を多く含んでいないが、水素流路１８ａを流れる水素は水分を比較的多く含んでいるので、電解質膜１１ａの内部による水移動により、燃料電池スタック１ａの上流側における電解質膜１１ａの水分布、特に空気流路１９ａの上流側の電解質膜１１ａの乾燥を抑制することができ、電解質膜１１ａの劣化を抑制することができる。   Upstream of the fuel cell stack 1a, the air flowing through the air flow path 19a does not contain much water, but the hydrogen flowing through the hydrogen flow path 18a contains a relatively large amount of water, so that water moves inside the electrolyte membrane 11a. The water distribution of the electrolyte membrane 11a on the upstream side of the fuel cell stack 1a, in particular, the drying of the electrolyte membrane 11a on the upstream side of the air flow path 19a can be suppressed, and the deterioration of the electrolyte membrane 11a can be suppressed.

また、電解質膜１１ａの上流側の乾燥を抑制するために加湿装置６における加湿量を多くすると燃料電池スタック１ａの下流においてフラッディングを生じる可能性があるが、この実施形態では燃料電池スタック１ａの上流において水素流路１８ａの水を電解質膜１１ａの内部で移動させることにより、加湿装置６における加湿量を少なくし、燃料電池スタック１ａの下流でのフラッディングを抑制することができる。   Further, if the amount of humidification in the humidifying device 6 is increased in order to suppress drying on the upstream side of the electrolyte membrane 11a, flooding may occur downstream of the fuel cell stack 1a, but in this embodiment, upstream of the fuel cell stack 1a. Then, by moving the water in the hydrogen flow path 18a inside the electrolyte membrane 11a, the amount of humidification in the humidifier 6 can be reduced, and flooding downstream of the fuel cell stack 1a can be suppressed.

一方、燃料電池スタック１ｂの空気流路１９ｂを流れる空気の相対湿度は、燃料電池スタック１ｂの上流から下流となるに従って高くなる。   On the other hand, the relative humidity of the air flowing through the air flow path 19b of the fuel cell stack 1b increases from the upstream side to the downstream side of the fuel cell stack 1b.

燃料電池スタック１ｂの水素流路１８ｂを流れる水素の相対湿度は、燃料電池スタック１ｂの上流から下流となるに従って高くなる。これは空気流路１９ｂを流れる空気中に含まれる水分が多くなので、電解質膜１１ｂの内部による水移動により、水素流路１８ｂの水分が多くなるためである。なお、燃料電池スタック１ｂでは、水素タンク４から相対湿度の低い水素が供給されるので、燃料電池スタック１ｂの入口付近においては相対湿度が低くなる。   The relative humidity of the hydrogen flowing through the hydrogen flow path 18b of the fuel cell stack 1b increases from the upstream to the downstream of the fuel cell stack 1b. This is because the amount of moisture contained in the air flowing through the air flow path 19b is large, so that the moisture in the hydrogen flow path 18b increases due to water movement inside the electrolyte membrane 11b. In the fuel cell stack 1b, hydrogen having a low relative humidity is supplied from the hydrogen tank 4, so that the relative humidity is low in the vicinity of the inlet of the fuel cell stack 1b.

燃料電池スタック１ｂの上流では水素流路１８ｂを流れる水素の相対湿度が低いが、空気流路１９ｂには燃料電池スタック１ａから排出された空気が供給されるので、空気流路１９ｂを流れる空気中には水分が多く含まれるので、電解質膜１１ｂの内部による水移動により加湿することができ、水素流路１８ｂの上流側の電解質膜１１ｂの乾燥を抑制することができ、電解質膜１１ｂの劣化を抑制することができる。   Although the relative humidity of hydrogen flowing through the hydrogen flow path 18b is low upstream of the fuel cell stack 1b, air discharged from the fuel cell stack 1a is supplied to the air flow path 19b. Since a large amount of moisture is contained, it can be humidified by water movement inside the electrolyte membrane 11b, and drying of the electrolyte membrane 11b on the upstream side of the hydrogen flow path 18b can be suppressed, and deterioration of the electrolyte membrane 11b can be prevented. Can be suppressed.

なお、この実施形態ではコンプレッサ３から供給する空気のみを加湿したが、図６に示すように水素ボンベ４から供給する水素を加湿装置７によって加湿しても良い。なお、加湿装置７による水素の加湿は、燃料電池スタック１ｂから排出される空気中の水分によって加湿する。   In this embodiment, only the air supplied from the compressor 3 is humidified, but the hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 may be humidified by the humidifier 7 as shown in FIG. The humidification of hydrogen by the humidifier 7 is humidified by moisture in the air discharged from the fuel cell stack 1b.

この実施形態では水素と空気の流れを同一方向としたが、水素と空気の流れ方向を反対方向、すなわち対向流としても良い。この場合には、例えば水素をまず燃料電池スタック１ａに供給し、その後燃料電池スタック１ｂに供給する。また、空気をまず燃料電池スタック１ａに供給し、その後燃料電池スタック１ｂに供給する。つまり、水素の流れの最上流部と空気の流れの最下流部とが、同一の燃料電池スタックとならないように水素と空気を供給する。   In this embodiment, the flow directions of hydrogen and air are the same direction, but the flow directions of hydrogen and air may be opposite directions, that is, opposite flows. In this case, for example, hydrogen is first supplied to the fuel cell stack 1a and then supplied to the fuel cell stack 1b. Air is first supplied to the fuel cell stack 1a and then supplied to the fuel cell stack 1b. That is, hydrogen and air are supplied so that the most upstream part of the hydrogen flow and the most downstream part of the air flow do not form the same fuel cell stack.

この実施形態では２つの燃料電池スタック１ａ、１ｂを有するが、これに限られることはなく、複数の燃料電池スタックを有する燃料電池システムに使用することができる。   In this embodiment, the two fuel cell stacks 1a and 1b are provided. However, the present invention is not limited to this, and the fuel cell system can be used for a fuel cell system having a plurality of fuel cell stacks.

本発明の実施形態の効果について説明する。   The effect of the embodiment of the present invention will be described.

ここで水素と空気を異なる方向から供給する場合、つまり電解質膜を挟んで水素と空気が反対方向に流れ対向流とした場合の圧力、湿度の変化について図７、８を用いて説明する。図７は燃料電池スタックの湿度の変化を示す図であり、図８は燃料電池スタックの圧力の変化を示す図である。   Here, changes in pressure and humidity when hydrogen and air are supplied from different directions, that is, when hydrogen and air flow in opposite directions with an electrolyte membrane interposed therebetween are described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing a change in the humidity of the fuel cell stack, and FIG. 8 is a diagram showing a change in the pressure of the fuel cell stack.

例えば燃料電池スタック１ｂから燃料電池スタック１ａへ水素を流し、燃料電池スタック１ａから燃料電池スタック１ｂへ空気を流した場合には、燃料電池スタック１ａ、１ｂの湿度の変化においては、水素ボンベなどから最初に水素が供給され、乾燥しやすい水素流路１８ｂの上流と燃料電池スタック１ａ、１ｂを通り水分を多く含んだ空気が流れる空気流路１９ｂの下流が電解質膜１１ｂを挟んで向かい合い、比較的水分を多く含んだ水素流路１８ａの下流とコンプレッサなどから最初に空気が供給される空気流路１９ａの上流が電解質膜１１ａを挟んで向かい合う。電解質膜１１ａ、１１ｂの内部による水移動により、電解質膜１１ａ、１１ｂにおいて乾燥を抑制し、電解質膜１１ａ、１１ｂの乾燥による劣化は抑制することができる。   For example, when hydrogen is allowed to flow from the fuel cell stack 1b to the fuel cell stack 1a and air is allowed to flow from the fuel cell stack 1a to the fuel cell stack 1b, the change in humidity of the fuel cell stacks 1a and 1b First, hydrogen is supplied and the upstream of the hydrogen flow path 18b that is easy to dry and the downstream of the air flow path 19b through which the air containing a lot of moisture passes through the fuel cell stacks 1a and 1b face each other with the electrolyte membrane 11b interposed therebetween. The downstream of the hydrogen flow path 18a containing a large amount of water and the upstream of the air flow path 19a to which air is first supplied from a compressor or the like face each other with the electrolyte membrane 11a interposed therebetween. By water movement inside the electrolyte membranes 11a and 11b, drying of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed, and deterioration due to drying of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed.

しかし、対向流で水素、空気を供給した場合には、水素流路１８ｂの上流と空気流路１９ｂの下流の圧力差が大きくなる。これにより圧力差が大きくなる箇所の電解質膜１１ｂの劣化が生じ易くなる。   However, when hydrogen and air are supplied in a counterflow, the pressure difference between the upstream of the hydrogen passage 18b and the downstream of the air passage 19b increases. As a result, deterioration of the electrolyte membrane 11b at a location where the pressure difference becomes large is likely to occur.

この実施形態では、複数の燃料電池、例えば２つの燃料電池１ａ、１ｂの水素流路１８ａ、１８ｂ、または空気流路１９ａ、１９ｂを直列に連通させ、水素と空気の流れを同一方向とする場合に、水素ボンベ４から水素をまず水素流路１８ｂに供給し、その後水素流路１８ｂから排出する水素を水素流路１８ａに供給する。またコンプレッサ３から空気をまず空気流路１９ａに供給し、その後空気流路１９ａから排出された空気を空気流路１９ｂに供給する。これにより、水素流路１８ａと空気流路１９ａ、または水素流路１８ｂと空気流路１９ｂ間の圧力差を小さくすることができ、電解質膜１１ａ、１１ｂの劣化を抑制することができる。   In this embodiment, a plurality of fuel cells, for example, the hydrogen flow paths 18a and 18b of the two fuel cells 1a and 1b or the air flow paths 19a and 19b are connected in series so that the flow of hydrogen and air is in the same direction. In addition, hydrogen is first supplied from the hydrogen cylinder 4 to the hydrogen passage 18b, and then hydrogen discharged from the hydrogen passage 18b is supplied to the hydrogen passage 18a. Air from the compressor 3 is first supplied to the air flow path 19a, and then the air discharged from the air flow path 19a is supplied to the air flow path 19b. Thereby, the pressure difference between the hydrogen flow path 18a and the air flow path 19a or between the hydrogen flow path 18b and the air flow path 19b can be reduced, and deterioration of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed.

また、燃料電池スタック１ａ、１ｂの水素流路１８ａ、１８ｂ、または空気流路１９ａ、１９ｂを直列に連通させ、水素と空気の流れを同一方向とする場合には、水素と空気を例えば燃料電池スタック１ａに最初に供給すると、燃料電池スタック１ａの上流側において電解質膜１１ａが乾燥し易くなり、これを防ぐために水素と空気の加湿量を多くすると、燃料電池スタック１ｂの下流側、特に空気流路１９ｂの下流側においてフラッディングを生じ易くなる。しかし、この実施形態では水素を水素流路１８ｂに供給した後に水素流路１８ａに供給し、空気を空気流路１９ａに供給した後に空気流路１９ｂに供給する。そのため、燃料電池スタック１ａでは水素流路１８ｂから排出され水分を多く含んだ水素と、コンプレッサ３から供給される空気が供給され、燃料電池スタック１ｂでは水素ボンベ４から供給される水素と、空気流路１９ａから排出され水分を多く含んだ空気が供給されるので、電解質膜１１ａ、１１ｂの乾燥を抑制することができる。   In addition, when the hydrogen flow paths 18a and 18b or the air flow paths 19a and 19b of the fuel cell stacks 1a and 1b are communicated in series so that the flow of hydrogen and air is in the same direction, the hydrogen and air are, for example, a fuel cell. When first supplied to the stack 1a, the electrolyte membrane 11a is easily dried on the upstream side of the fuel cell stack 1a. To prevent this, if the humidification amount of hydrogen and air is increased, the downstream side of the fuel cell stack 1b, particularly the air flow Flooding is likely to occur on the downstream side of the path 19b. However, in this embodiment, hydrogen is supplied to the hydrogen flow path 18b and then supplied to the hydrogen flow path 18a, and air is supplied to the air flow path 19a and then supplied to the air flow path 19b. Therefore, in the fuel cell stack 1a, hydrogen that is discharged from the hydrogen flow path 18b and contains a large amount of water and air supplied from the compressor 3 are supplied, and in the fuel cell stack 1b, hydrogen supplied from the hydrogen cylinder 4 and air flow Since air exhausted from the passage 19a and containing a large amount of moisture is supplied, drying of the electrolyte membranes 11a and 11b can be suppressed.

燃料電池スタック１ｂのアノードガス拡散層１４ｂの空孔率を燃料電池スタック１ａのアノードガス拡散層１４ａよりも低くし、撥水性を高くする。また、燃料電池スタック１ａのカソードガス拡散層１５ａの空孔率を燃料電池スタック１ｂのカソードガス拡散層１５ｂよりも低くし、撥水性を高くする。これによって乾燥が生じ易いカソードガス拡散層１５ａ側の電解質膜１１ａ、またはアノードガス拡散層１４ｂ側の電解質膜１１ｂの乾燥を更に抑制することができる。特に相対湿度が低い水素が供給される燃料電池スタック１ｂの水素流路１８ｂ上流側の電解質膜１１ｂと、相対湿度が低い空気が供給される燃料電池スタック１ａの空気流路１９ａ上流側の電解質膜１１ａの乾燥を抑制することができる。   The porosity of the anode gas diffusion layer 14b of the fuel cell stack 1b is made lower than that of the anode gas diffusion layer 14a of the fuel cell stack 1a to increase the water repellency. Further, the porosity of the cathode gas diffusion layer 15a of the fuel cell stack 1a is made lower than that of the cathode gas diffusion layer 15b of the fuel cell stack 1b to increase the water repellency. Thus, drying of the electrolyte membrane 11a on the cathode gas diffusion layer 15a side or the electrolyte membrane 11b on the anode gas diffusion layer 14b side, which is likely to be dried, can be further suppressed. In particular, the electrolyte membrane 11b on the upstream side of the hydrogen flow path 18b of the fuel cell stack 1b supplied with hydrogen having a low relative humidity, and the electrolyte membrane on the upstream side of the air flow path 19a of the fuel cell stack 1a supplied with air having a low relative humidity. The drying of 11a can be suppressed.

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and improvements that can be made within the scope of the technical idea.

複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに利用することができる。   The present invention can be used for a fuel cell system including a plurality of fuel cell stacks.

本発明の燃料電池システムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell system of this invention. 本発明の単位セルの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the unit cell of this invention. 本発明の燃料電池スタックの圧力変化を示す図である。It is a figure which shows the pressure change of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池スタックの圧力差と寿命の関係を示す図である。It is a figure which shows the pressure difference and lifetime relationship of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池スタックの温度と湿度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the temperature and humidity of the fuel cell stack of this invention. 本発明の燃料電池システムの変更例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the example of a change of the fuel cell system of this invention. 本発明を用いない場合の燃料電池スタックの湿度の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the humidity of a fuel cell stack when not using this invention. 本発明を用いない場合の燃料電池スタックの圧力の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the pressure of a fuel cell stack when not using this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ａ、１ｂ 燃料電池スタック（燃料電池）
３ コンプレッサ（酸化剤供給手段）
４ 水素ボンベ（水素供給手段）
６ 加湿装置（酸化剤加湿手段）
７ 加湿装置（水素加湿手段）
１０ａ、１０ｂ 単位セル
１１ａ、１１ｂ 固体高分子電解質膜（電解質膜）
１４ａ、１４ｂ アノードガス拡散層
１５ａ、１５ｂ カソードガス拡散層
１６ａ、１６ｂ アノードセパレータ（セパレータ）
１７ａ、１７ｂ カソードセパレータ（セパレータ）
１８ａ、１８ｂ 水素流路
１９ａ、１９ｂ 空気流路（酸化剤流路）
２１ａ、２１ｂ 冷却水流路
２２ａ、２２ｂ 膜電極複合体 1a, 1b Fuel cell stack (fuel cell)
3 Compressor (Oxidizing agent supply means)
4 Hydrogen cylinder (hydrogen supply means)
6 Humidifier (oxidizer humidification means)
7 Humidifier (hydrogen humidifier)
10a, 10b Unit cell 11a, 11b Solid polymer electrolyte membrane (electrolyte membrane)
14a, 14b Anode gas diffusion layer 15a, 15b Cathode gas diffusion layer 16a, 16b Anode separator (separator)
17a, 17b Cathode separator (separator)
18a, 18b Hydrogen channel 19a, 19b Air channel (oxidant channel)
21a, 21b Cooling water flow path 22a, 22b Membrane electrode composite

Claims (7)

電解質膜を有する膜電極複合体と、前記膜電極複合体に水素または酸化剤を供給する水素流路または酸化剤流路を前記膜電極複合体を挟んで略平行に配設するセパレータとから構成する複数の燃料電池と、
前記複数の燃料電池に水素を供給する水素供給手段と、
前記複数の燃料電池に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記複数の燃料電池は、前記水素流路間、前記酸化剤流路間をそれぞれ直列に連通し、
前記複数の燃料電池の前記水素流路と前記酸化剤流路内で、前記水素供給手段から供給する前記水素の最上流部と前記酸化剤供給手段から供給する前記酸化剤の最上流部とが前記膜電極複合体を挟んで重なり合わず、かつ前記水素供給手段から供給する前記水素の最上流部と前記酸化剤供給手段から供給する前記酸化剤の最下流部とが前記膜電極複合体を挟んで重なり合わないように前記水素供給手段と前記酸化剤供給手段から前記水素と前記酸化剤を供給することを特徴とする燃料電池システム。 A membrane electrode assembly having an electrolyte membrane, and a hydrogen channel or an oxidant channel for supplying hydrogen or an oxidant to the membrane electrode complex and a separator disposed substantially in parallel with the membrane electrode complex interposed therebetween A plurality of fuel cells,
Hydrogen supply means for supplying hydrogen to the plurality of fuel cells;
An oxidant supply means for supplying an oxidant to the plurality of fuel cells, and a fuel cell system comprising:
The plurality of fuel cells communicate in series between the hydrogen flow paths and between the oxidant flow paths,
In the hydrogen flow path and the oxidant flow path of the plurality of fuel cells, the most upstream part of the hydrogen supplied from the hydrogen supply means and the most upstream part of the oxidant supplied from the oxidant supply means The most upstream part of the hydrogen supplied from the hydrogen supply means and the most downstream part of the oxidant supplied from the oxidant supply means do not overlap with each other across the membrane electrode composite, and the membrane electrode composite constitutes the membrane electrode composite. A fuel cell system, wherein the hydrogen and the oxidant are supplied from the hydrogen supply means and the oxidant supply means so as not to overlap each other. 前記複数の燃料電池の各水素流路と各酸化剤流路を流れる前記水素と前記酸化剤の流れ方向が略同一であり、かつ前記水素供給手段から供給される前記水素が最初に流れる燃料電池と、前記酸化剤供給手段によって供給される前記酸化剤が最初に流れる燃料電池とが異なることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cells in which the flow direction of the hydrogen and the oxidant flowing through the hydrogen flow paths and the oxidant flow paths of the plurality of fuel cells are substantially the same, and the hydrogen supplied from the hydrogen supply means flows first. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein a fuel cell in which the oxidant supplied by the oxidant supply means flows first is different. 前記膜電極複合体は、前記水素が供給されるアノードガス拡散層と、前記酸化剤が供給されるカソードガス拡散層を備え、
前記アノードガス拡散層と前記カソードガス拡散層は、前記複数の燃料電池の中で前記水素の流れ方向の上流側に位置する程、空孔率を低くし、かつ撥水性を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The membrane electrode assembly includes an anode gas diffusion layer to which the hydrogen is supplied and a cathode gas diffusion layer to which the oxidant is supplied,
The anode gas diffusion layer and the cathode gas diffusion layer have a lower porosity and a higher water repellency as they are positioned upstream of the hydrogen flow direction in the plurality of fuel cells. The fuel cell system according to claim 1 or 2. 前記複数の燃料電池の各水素流路と各酸化剤流路を流れる前記水素と前記酸化剤の流れ方向が略反対方向であり、かつ前記水素供給手段から供給される前記水素が最初に流れる燃料電池と、前記酸化剤供給手段によって供給される前記酸化剤が最後に流れる燃料電池とが異なることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。   Fuel in which the flow direction of the hydrogen and the oxidant flowing through the hydrogen flow paths and the oxidant flow paths of the plurality of fuel cells are substantially opposite, and the hydrogen supplied from the hydrogen supply means flows first. 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the battery is different from a fuel cell in which the oxidant supplied by the oxidant supply unit flows last. 3. 前記複数の燃料電池は、
前記燃料電池を冷却する冷却水流路を備え、
前記冷却水流路間を直列に連通し、
前記複数の燃料電池に前記冷却水を供給する順番と前記複数の燃料電池に前記酸化剤を供給する順番とを同一の順番とすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システム。 The plurality of fuel cells include:
A cooling water flow path for cooling the fuel cell;
The cooling water flow paths communicate in series,
The order in which the cooling water is supplied to the plurality of fuel cells and the order in which the oxidant is supplied to the plurality of fuel cells are set to be the same order. The fuel cell system described. 前記酸化剤供給手段と前記酸化剤の流れ方向の最上流に位置する前記燃料電池との間に配設し、前記酸化剤の流れ方向の最下流に位置する前記燃料電池から排出された前記酸化剤によって前記酸化剤供給手段によって供給する前記酸化剤を加湿する酸化剤加湿手段を備えたことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載に記載の燃料電池システム。   The oxidant disposed between the oxidant supply means and the fuel cell located at the most upstream in the flow direction of the oxidant and discharged from the fuel cell located at the most downstream in the flow direction of the oxidant 6. The fuel cell system according to claim 1, further comprising an oxidizing agent humidifying unit that humidifies the oxidizing agent supplied by the oxidizing agent supplying unit. 前記水素供給手段と前記水素の流れ方向の最上流に位置する前記燃料電池との間に配設し、前記酸化剤の流れ方向の最下流に位置する前記燃料電池から排出された前記酸化剤によって前記水素供給手段によって供給する前記水素を加湿する水素加湿手段を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載に記載の燃料電池システム。   By the oxidant disposed between the hydrogen supply means and the fuel cell located at the uppermost stream in the hydrogen flow direction and discharged from the fuel cell located at the most downstream side in the oxidant flow direction. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 6, further comprising hydrogen humidifying means for humidifying the hydrogen supplied by the hydrogen supply means.
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