JP2010238567A

JP2010238567A - Fuel cell system

Info

Publication number: JP2010238567A
Application number: JP2009086043A
Authority: JP
Inventors: Kazumine Kimura; 和峰木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of easily exchanging a single cell when power generation performance of the single cell is lowered by degradation of a cathode catalyst caused by a backward flow of air. SOLUTION: The fuel cell system 100 has a first fuel cell stack module 10 and a second fuel cell stack module 20, and these fuel cell stack modules are connected with each other in series. Air supply piping 60 and cathode off-gas exhaust piping 62 are connected with the second fuel cell stack module 20. Furthermore, the first fuel cell stack module 10 and the second fuel cell stack module 20 are detachably connected with each other by using a connection member. Exchange timing of the second fuel cell stack module 20 can be determined by monitoring output of a cell monitor 28 where a control unit 70 is connected with the second fuel cell stack module 20. COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、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.

燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギ源として注目されている。この燃料電池は、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードを接合した膜電極接合体を有する単セルからなり、一般に、複数の単セルを積層させた燃料電池スタックの形態で利用される。そして、各単セルのアノードには、燃料ガスとして、水素が供給され、各単セルのカソードには、酸化剤ガスとして、酸素を含む空気が供給される。 A fuel cell that generates power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas has attracted attention as an energy source. This fuel cell is composed of a single cell having a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are bonded to both surfaces of an electrolyte membrane, respectively, and is generally used in the form of a fuel cell stack in which a plurality of single cells are stacked. The Hydrogen is supplied as a fuel gas to the anode of each single cell, and air containing oxygen is supplied as an oxidant gas to the cathode of each single cell.

このような燃料電池スタックを備える燃料電池システムでは、発電停止時には、アノードへの水素の供給が停止されるため、単セルにおいて、電解質膜を介してカソード側からアノード側に空気が透過する（以下、電解質膜を介してカソード側からアノード側に空気が透過することを空気が逆流すると言う）。すると、空気が逆流した単セルのアノードにおいて、部分的な水素欠損が生じ、すなわち、相対的に水素濃度が低下し、その単セルのアノードにおいて部分的な水素欠損が生じた部位に対応するカソードが備える触媒（以下、カソード触媒と呼ぶ）が１（Ｖ）以上の高電位にさらされて劣化し、単セルの発電性能が低下する。そして、燃料電池スタックの一部に、上述したカソード触媒が劣化した単セルが存在すると、燃料電池スタック全体としての出力が大幅に低下し、比較的大きな出力が要求される高負荷運転ができなくなる。このため、燃料電池スタックの発電性能を回復させるためには、カソード触媒の劣化によって発電性能が低下した単セルを交換する必要が生じる。 In a fuel cell system including such a fuel cell stack, supply of hydrogen to the anode is stopped when power generation is stopped. Therefore, in a single cell, air permeates from the cathode side to the anode side via the electrolyte membrane (hereinafter referred to as “cell generation”). When air passes through the electrolyte membrane from the cathode side to the anode side, the air flows backward). Then, a partial hydrogen deficiency occurs in the anode of the single cell where the air flows back, that is, the cathode corresponding to the site where the hydrogen concentration is relatively lowered and the partial hydrogen deficiency occurs in the anode of the single cell. The catalyst (hereinafter referred to as a cathode catalyst) included in the battery is deteriorated by being exposed to a high potential of 1 (V) or more, and the power generation performance of the single cell is lowered. If a single cell in which the above-described cathode catalyst is deteriorated exists in a part of the fuel cell stack, the output of the fuel cell stack as a whole is greatly reduced, and high load operation requiring a relatively large output cannot be performed. . For this reason, in order to restore the power generation performance of the fuel cell stack, it is necessary to replace a single cell whose power generation performance has been reduced due to deterioration of the cathode catalyst.

そして、従来、燃料電池スタックにおいて、発電性能が低下した一部の単セル（不良電池）の交換を容易に行うことを可能とするための種々の技術が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。 Conventionally, in the fuel cell stack, various techniques for enabling easy replacement of some single cells (defective batteries) whose power generation performance has been reduced have been proposed (for example, the following patent documents) 1).

特開２００４−３６３０９３号公報JP 2004-363093 A 特許第３６７３１４５号明細書Japanese Patent No. 3673145 特開２００８−１６５９９４号公報JP 2008-165994 A

しかし、上記特許文献１に記載された技術では、不良電池の交換のために、積層電池（燃料電池スタック）全体を分解しなければならず、不良電池の交換時の作業性について、改善の余地があった。例えば、先に説明した空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、燃料電池スタックにおいて、空気が逆流しやすい単セル、すなわち、空気の給排気を行うための配管が接続される端部側に配置された単セルから進行することが予め分かっている。このような場合には、上記端部側に配置された単セル（複数の単セルを含む）を交換すればよい。それにも関わらず、単セルの交換を行うために、燃料電池スタック全体を分解することは、作業性が悪かった。 However, in the technique described in Patent Document 1, the entire stacked battery (fuel cell stack) must be disassembled in order to replace a defective battery, and there is room for improvement in workability when replacing a defective battery. was there. For example, the deterioration of the cathode catalyst due to the backflow of air described above is disposed in the fuel cell stack on the end side where a single cell in which air easily flows back, that is, a pipe for supplying and exhausting air is connected. It is known in advance that it proceeds from a single cell. In such a case, a single cell (including a plurality of single cells) disposed on the end side may be replaced. Nevertheless, disassembling the entire fuel cell stack in order to replace the unit cell has been inefficient.

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池システムにおいて、上記端部側に配置された単セルの交換を容易に行うことができるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to facilitate replacement of a single cell arranged on the end side in a fuel cell system. .

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。 SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］燃料電池システムであって、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第１の単セルを複数積層してなり、前記第１の単セルの積層方向の一方の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うための第１の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記一方の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うための第１の酸化剤ガス排出マニホールドを有する燃料電池スタックモジュールと、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第２の単セルを複数積層してなり、前記第１の燃料電池スタックモジュールにおける前記一方の端部に直列接続される第２の燃料電池スタックモジュールであって、前記第２の単セルの積層方向の両端部のうちの、前記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス供給マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記反対側の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス排出マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス排出マニホールドを有する第２の燃料電池スタックモジュールと、前記第１の燃料電池スタックモジュールと、前記第２の燃料電池スタックモジュールとを着脱可能に接続する接続部材と、少なくとも前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧を検出する電圧検出部と、を備える燃料電池システム。 [Application Example 1] A fuel cell system, in which a plurality of first single cells that generate electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and one of the first single cells in the stacking direction A first oxidant gas supply manifold for supplying the oxidant gas from an end; and a first oxidant gas discharge manifold for discharging the oxidant gas from the one end. A plurality of fuel cell stack modules and a plurality of second single cells that generate electric power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas are stacked in series with the one end of the first fuel cell stack module. A second fuel cell stack module to be connected, of both ends in the stacking direction of the second single cells, the end on the side connected to the first fuel cell stack module Supplies the oxidant gas from the opposite end, communicates with the first oxidant gas supply manifold, and the oxidant from the opposite end. A second fuel cell stack module for discharging gas and having a second oxidant gas discharge manifold in communication with the first oxidant gas discharge manifold; the first fuel cell stack module; A fuel cell system comprising: a connecting member that detachably connects two fuel cell stack modules; and a voltage detection unit that detects at least a voltage in the second fuel cell stack module.

適用例１の燃料電池システムでは、上記第１および第２の燃料電池スタックモジュールへの酸化剤ガス（空気）の給排気は、上記第２の燃料電池スタックモジュールの上記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から行われる。このため、先に説明した発電停止時の空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、上記第２の燃料電池スタックモジュール側から進行することになる。 In the fuel cell system of Application Example 1, supply and exhaust of the oxidant gas (air) to the first and second fuel cell stack modules are performed by the first fuel cell stack module of the second fuel cell stack module. Is performed from the end on the side opposite to the end connected to the. For this reason, the deterioration of the cathode catalyst due to the backflow of air when power generation is stopped as described above proceeds from the second fuel cell stack module side.

そして、適用例１の燃料電池システムでは、上記第１の燃料電池スタックモジュールと上記第２の燃料電池スタックモジュールとが、上記接続部材によって、着脱可能に接続されている。このため、上述したカソード触媒の劣化による上記第２の燃料電池スタックモジュールの出力低下が生じたときには、上記接続部材による第１および第２の燃料電池スタックモジュールの接続を解除するだけで、上記第１および第２の燃料電池スタックモジュールを含む燃料電池スタック全体を分解することなく、上記第２の燃料電池スタックモジュールの交換を容易に行うことができる。 In the fuel cell system of Application Example 1, the first fuel cell stack module and the second fuel cell stack module are detachably connected by the connection member. Therefore, when the output of the second fuel cell stack module is reduced due to the deterioration of the cathode catalyst described above, the first and second fuel cell stack modules are simply disconnected by the connecting member. The second fuel cell stack module can be easily replaced without disassembling the entire fuel cell stack including the first and second fuel cell stack modules.

なお、適用例１の燃料電池システムは、上記電圧検出部を備えているので、上記電圧検出部によって、例えば、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧（各単セルの電圧、あるいは、複数の単セルの電圧）が予め規定された閾値以下となったときに、その旨をユーザに報知し、上記第２の燃料電池スタックモジュールの交換を促すようにすることができる。このようなユーザへの報知は、適用例１の燃料電池システムが、さらに、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧が予め規定された閾値以下となったときに、その旨をユーザに報知するための報知部を備えるようにすればよい。上述したユーザへの報知の態様としては、例えば、警告音を発したり、警告ランプを点灯させたりする態様が挙げられる。 Note that the fuel cell system of Application Example 1 includes the voltage detection unit. Therefore, the voltage detection unit causes, for example, the voltage in the second fuel cell stack module (the voltage of each single cell, or a plurality of When the voltage of the single cell becomes equal to or lower than a predetermined threshold value, the user can be informed so that the replacement of the second fuel cell stack module can be promoted. Such notification to the user is performed when the fuel cell system of Application Example 1 further detects a significant voltage drop in the second fuel cell stack module, that is, in the second fuel cell stack module. What is necessary is just to provide the alerting | reporting part for alert | reporting that to a user, when a voltage becomes below a predetermined threshold value. Examples of the above-described manner of notifying the user include a mode in which a warning sound is emitted or a warning lamp is turned on.

［適用例２］適用例１記載の燃料電池システムであって、さらに、前記第１の燃料電池スタックモジュールと前記第２の燃料電池スタックモジュールとによって発電された電力を出力するか、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を出力するかを切り換えるための切換スイッチと、前記電圧検出部によって検出された上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力するように、前記切換スイッチを制御するスイッチ制御部と、を備える燃料電池システム。 [Application Example 2] The fuel cell system according to Application Example 1, wherein the electric power generated by the first fuel cell stack module and the second fuel cell stack module is further output, or the first A changeover switch for switching whether to output the electric power generated by the fuel cell stack module, and when a significant voltage drop in the second fuel cell stack module detected by the voltage detection unit is detected, And a switch control unit that controls the changeover switch so that the electric power generated by the first fuel cell stack module is output to the outside.

適用例２の燃料電池システムでは、上記電圧検出部によって、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、上記燃料電池スタックモジュールにおける電圧が予め規定された閾値以下となったときに、上記スイッチ制御部が、上記切換スイッチを制御することによって、大幅な電圧低下が検出された上記第２の燃料電池スタックモジュールを電気的に切断して、まだ大幅な電圧低下が検出されていない上記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力することができる。したがって、上記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出された場合であっても、比較的大きな出力が要求される高負荷運転、および、高効率運転を可能とすることができる。 In the fuel cell system of Application Example 2, when the voltage detection unit detects a significant voltage drop in the second fuel cell stack module, that is, the voltage in the fuel cell stack module is equal to or lower than a predetermined threshold value. Then, the switch control unit controls the changeover switch to electrically disconnect the second fuel cell stack module in which a significant voltage drop is detected. It is possible to output the electric power generated by the first fuel cell stack module in which no is detected. Therefore, even when a significant voltage drop is detected in the second fuel cell stack module, it is possible to perform a high load operation and a high efficiency operation that require a relatively large output.

本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 100 as 1st Example of this invention. 本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of 100 A of fuel cell systems as 2nd Example of this invention. 本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the fuel cell system 100B as 3rd Example of this invention. 本発明の第４実施例としての燃料電池システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of 100 C of fuel cell systems as 4th Example of this invention.

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としての燃料電池システム１００の概略構成を示す説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
A. First embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100 as a first embodiment of the present invention.

図１（ａ）の上段に示したように、第１実施例の燃料電池システム１００は、第１の燃料電池スタックモジュール１０と、第２の燃料電池スタックモジュール２０と、を備えており、これらは直列接続されている。第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０は、それぞれ、電解質膜の両面に、それぞれ、アノード、および、カソードが接合された膜電極接合体を有する単セルを複数積層することによって構成されている。 As shown in the upper part of FIG. 1A, the fuel cell system 100 of the first embodiment includes a first fuel cell stack module 10 and a second fuel cell stack module 20, and these Are connected in series. Each of the first and second fuel cell stack modules 10 and 20 is configured by laminating a plurality of unit cells each having a membrane electrode assembly in which an anode and a cathode are joined to both surfaces of an electrolyte membrane. ing.

なお、本実施例では、第２の燃料電池スタックモジュール２０は、２０枚の単セルを備えるものとした。第１の燃料電池スタックモジュール１０が備える単セルの数は、要求される出力に応じて、任意に設定可能である。また、本実施例では、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルが備える膜電極接合体と、第２の燃料電池スタックモジュール２０を構成する各単セルが備える膜電極接合体とは、同じであるものとした。 In the present embodiment, the second fuel cell stack module 20 includes 20 single cells. The number of single cells provided in the first fuel cell stack module 10 can be arbitrarily set according to the required output. In this embodiment, the membrane electrode assembly provided in each single cell constituting the first fuel cell stack module 10, and the membrane electrode assembly provided in each single cell constituting the second fuel cell stack module 20, Were the same.

本実施例の燃料電池システム１００において、第１の燃料電池スタックモジュール１０の一方の端部（図の右側）には、集電板１１と、絶縁板１３と、スプリングボックス３３と、締結板３０とが配置されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の他方の端部（図の左側）には、集電板１２と、絶縁板１４と、締結板３１とが配置されている。そして、締結板３０と締結板３１とは、複数の締結棒４０を含む締結部材によって締結されている。このとき、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルには、スプリングボックス３３内に収納されたスプリングの弾性力によって、所定の荷重が加えられる。 In the fuel cell system 100 of the present embodiment, a current collector plate 11, an insulating plate 13, a spring box 33, and a fastening plate 30 are provided at one end (right side in the drawing) of the first fuel cell stack module 10. And are arranged. In addition, a current collector plate 12, an insulating plate 14, and a fastening plate 31 are disposed at the other end (left side in the drawing) of the first fuel cell stack module 10. The fastening plate 30 and the fastening plate 31 are fastened by a fastening member including a plurality of fastening rods 40. At this time, a predetermined load is applied to each single cell constituting the first fuel cell stack module 10 by the elastic force of the spring housed in the spring box 33.

なお、集電板１１は、導線（符号省略）によって、外部回路に接続されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０には、第１の燃料電池スタックモジュール１０が備える各単セルのセル電圧（アノードとカソードとの間の電圧）を測定するためのセルモニタ１８が接続されている。そして、セルモニタ１８の出力は、後述する制御ユニット７０によって監視される。 The current collector plate 11 is connected to an external circuit by a conducting wire (reference numeral omitted). The first fuel cell stack module 10 is connected to a cell monitor 18 for measuring the cell voltage (voltage between the anode and the cathode) of each single cell included in the first fuel cell stack module 10. Yes. The output of the cell monitor 18 is monitored by a control unit 70 described later.

第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部には、供給された空気を各単セルのカソードに分岐して供給するための空気供給マニホールド１０ｍｉが形成されている。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部には、各単セルのカソードから排出されるカソードオフガスを集合させて排出するためのカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏが形成されている。 An air supply manifold 10mi is formed in the first fuel cell stack module 10 to branch and supply the supplied air to the cathode of each single cell. In addition, a cathode offgas discharge manifold 10mo for collecting and discharging the cathode offgas discharged from the cathode of each single cell is formed inside the first fuel cell stack module 10.

また、燃料電池システム１００において、第２の燃料電池スタックモジュール２０の一方の端部（図の右側）には、集電板２１と、絶縁板２３と、締結板３１とが配置されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の他方の端部（図の左側）には、集電板２２と、絶縁板２４と、締結板３２とが配置されている。そして、締結板３１と締結板３２とは、複数の締結棒５０およびスプリングナット５２を含む締結部材によって締結されている。このとき、第２の燃料電池スタックモジュール２０を構成する各単セルには、スプリングナット５２の弾性力によって、所定の荷重が加えられている。図から分かるように、締結板３１は、第１の燃料電池スタックモジュール１０の締結、および、第２の燃料電池スタックモジュール２０の締結に共通に用いられる。複数の締結棒５０およびスプリングナット５２を含む締結部材、および、締結板３１，３２は、本発明における接続部材に相当する。 In the fuel cell system 100, a current collector plate 21, an insulating plate 23, and a fastening plate 31 are disposed at one end portion (right side in the drawing) of the second fuel cell stack module 20. In addition, a current collector plate 22, an insulating plate 24, and a fastening plate 32 are disposed at the other end (left side in the drawing) of the second fuel cell stack module 20. The fastening plate 31 and the fastening plate 32 are fastened by fastening members including a plurality of fastening rods 50 and spring nuts 52. At this time, a predetermined load is applied to each single cell constituting the second fuel cell stack module 20 by the elastic force of the spring nut 52. As can be seen from the figure, the fastening plate 31 is commonly used for fastening the first fuel cell stack module 10 and fastening the second fuel cell stack module 20. The fastening members including the plurality of fastening rods 50 and the spring nuts 52, and the fastening plates 31 and 32 correspond to the connection members in the present invention.

なお、第１の燃料電池スタックモジュール１０の端部に配置された集電板１２と第２の燃料電池スタックモジュール２０の端部に配置された集電板２１とは、導線等の導電体（符号省略）によって、電気的に接続されている。また、集電板２２は、導線（符号省略）によって、外部回路に接続されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０には、第２の燃料電池スタックモジュール２０が備える各単セルのセル電圧を測定するためのセルモニタ２８が接続されている。そして、セルモニタ２８の出力は、後述する制御ユニット７０によって監視される。 The current collector plate 12 disposed at the end of the first fuel cell stack module 10 and the current collector plate 21 disposed at the end of the second fuel cell stack module 20 are made of a conductor such as a conductor ( Are electrically connected. In addition, the current collector plate 22 is connected to an external circuit by a conductive wire (reference numeral omitted). The second fuel cell stack module 20 is connected to a cell monitor 28 for measuring the cell voltage of each single cell included in the second fuel cell stack module 20. The output of the cell monitor 28 is monitored by a control unit 70 described later.

第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部には、供給された空気を各単セルに分岐して供給するための空気供給マニホールド２０ｍｉが形成されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部には、各単セルのカソードから排出されるカソードオフガスを集合させて排出するためのカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏが形成されている。 An air supply manifold 20mi is formed in the second fuel cell stack module 20 to branch the supplied air to each single cell. In addition, a cathode offgas discharge manifold 20mo for collecting and discharging the cathode offgas discharged from the cathode of each single cell is formed inside the second fuel cell stack module 20.

第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０において、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉは、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉと連通している。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏは、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏと連通している。そして、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉには、外部から空気を供給するための空気供給配管６０が接続されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏには、カソードオフガスを外部に排出するためのカソードオフガス排出配管６２が接続されている。したがって、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉには、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成された空気供給マニホールド２０ｍｉを介して、外部から空気が供給される。また、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏからは、第２の燃料電池スタックモジュール２０の内部に形成されたカソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏを介して、外部にカソードオフガスが排出される。なお、本実施例では、後述する第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時の作業性を考慮して、空気供給配管６０、および、カソードオフガス排出配管６２として、容易に屈曲が可能なフレキシブル配管を用いるものとした。 In the first and second fuel cell stack modules 10 and 20, the air supply manifold 20 mi formed in the second fuel cell stack module 20 is air formed in the first fuel cell stack module 10. It communicates with the supply manifold 10mi. The cathode offgas discharge manifold 20mo formed in the second fuel cell stack module 20 communicates with the cathode offgas discharge manifold 10mo formed in the first fuel cell stack module 10. An air supply pipe 60 for supplying air from the outside is connected to the air supply manifold 20mi formed inside the second fuel cell stack module 20. A cathode offgas discharge pipe 62 for discharging the cathode offgas to the outside is connected to the cathode offgas discharge manifold 20mo formed inside the second fuel cell stack module 20. Accordingly, air is supplied from the outside to the air supply manifold 10mi formed inside the first fuel cell stack module 10 via the air supply manifold 20mi formed inside the second fuel cell stack module 20. Is done. Further, the cathode offgas discharge manifold 10mo formed inside the first fuel cell stack module 10 is connected to the outside via the cathode offgas discharge manifold 20mo formed inside the second fuel cell stack module 20. Off-gas is discharged. In this embodiment, in consideration of workability at the time of replacement of the second fuel cell stack module 20 to be described later, a flexible pipe that can be bent easily as the air supply pipe 60 and the cathode offgas discharge pipe 62. Was used.

なお、図示は省略しているが、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０内部には、空気供給マニホールド１０ｍｉ，２０ｍｉや、カソードオフガス排出マニホールド１０ｍｏ，２０ｍｏと同様に、水素供給マニホールドや、アノードオフガス排出マニホールドや、冷却水供給マニホールドや、冷却水排出マニホールドが形成されており、これらには、それぞれ、対応する配管等が接続されている。 Although not shown, the first and second fuel cell stack modules 10 and 20 have a hydrogen supply manifold and air supply manifolds 10mi and 20mi and cathode offgas discharge manifolds 10mo and 20mo, respectively. An anode off-gas discharge manifold, a cooling water supply manifold, and a cooling water discharge manifold are formed, and corresponding pipes and the like are connected to each of them.

上述した構造を有する第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０を含む燃料電池スタックでは、先に説明した発電停止時の空気の逆流によるカソード触媒の劣化は、空気供給配管６０、および、カソードオフガス排出配管６２が接続された第２の燃料電池スタックモジュール２０側から進行し、第２の燃料電池スタックモジュール２０の発電性能が低下する。本実施例の燃料電池システム１００では、このような場合に、スプリングナット５２を緩めることによって、図１（ａ）の下段に示したように、第１の燃料電池スタックモジュール１０を分解することなく、燃料電池スタックから第２の燃料電池スタックモジュール２０を容易に取り外し、新たな第２の燃料電池スタックモジュール２０と交換することができる。なお、図１（ｂ）に示したように、第２の燃料電池スタックモジュール２０には、第２の燃料電池スタックモジュール２０の取り外し時の破損を防止、抑制するために、適宜、保護部材２０ｐが備えられている。本実施例では、保護部材２０ｐとして、ゴムシールを用いるものとした。 In the fuel cell stack including the first and second fuel cell stack modules 10 and 20 having the above-described structure, the deterioration of the cathode catalyst due to the backflow of air when power generation is stopped as described above is caused by the air supply pipe 60 and Proceeding from the second fuel cell stack module 20 side to which the cathode offgas discharge pipe 62 is connected, the power generation performance of the second fuel cell stack module 20 is reduced. In such a case, in the fuel cell system 100 of the present embodiment, by loosening the spring nut 52, the first fuel cell stack module 10 is not disassembled as shown in the lower part of FIG. The second fuel cell stack module 20 can be easily removed from the fuel cell stack and replaced with a new second fuel cell stack module 20. As shown in FIG. 1B, the second fuel cell stack module 20 includes a protective member 20p as appropriate in order to prevent and suppress damage during removal of the second fuel cell stack module 20. Is provided. In this embodiment, a rubber seal is used as the protective member 20p.

燃料電池システム１００の運転は、制御ユニット７０によって制御される。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０からなる燃料電池スタックに対する出力要求（燃料電池スタックに接続される負荷の大きさ）や、燃料電池スタックに接続された温度センサ等、各種センサの出力等に基づいて、図示しない各種バルブや、燃料ガス給排気系や、酸化剤ガス給排気系や、冷却媒体循環系等、システムの運転を制御する。 The operation of the fuel cell system 100 is controlled by the control unit 70. The control unit 70 is configured as a microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, and the like inside, and controls the fuel cell stack including the first and second fuel cell stack modules 10 and 20 according to a program stored in the ROM. Based on output requirements (size of load connected to the fuel cell stack), outputs of various sensors such as temperature sensors connected to the fuel cell stack, various valves not shown, fuel gas supply / exhaust systems, Controls system operation such as oxidant gas supply / exhaust system and cooling medium circulation system.

また、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期の判断も行う。すなわち、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０に接続されたセルモニタ２８の出力の監視を行い、第２の燃料電池スタックモジュール２０における大幅な電圧低下が検出された場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０における電圧が予め規定された閾値以下となった場合に、その旨をユーザに報知し、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換をユーザに促すための処理を行う。このような処理の態様としては、例えば、ブザーによって警告音を発したり、警告ランプを点灯させたりする態様が挙げられる。セルモニタ２８、および、制御ユニット７０は、本発明における電圧検出部に相当する。 The control unit 70 also determines the replacement time of the second fuel cell stack module 20. That is, the control unit 70 monitors the output of the cell monitor 28 connected to the second fuel cell stack module 20, and when a significant voltage drop is detected in the second fuel cell stack module 20, that is, the first When the voltage in the second fuel cell stack module 20 becomes equal to or lower than a predetermined threshold value, the user is notified of this, and processing for prompting the user to replace the second fuel cell stack module 20 is performed. Examples of such processing include a mode in which a warning sound is generated by a buzzer or a warning lamp is turned on. The cell monitor 28 and the control unit 70 correspond to a voltage detection unit in the present invention.

なお、本実施例では、制御ユニット７０は、第２の燃料電池スタックモジュール２０における大幅な電圧低下が検出されたとき、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０における電圧が予め規定された閾値以下となった場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期であることを判断するものとしたが、この代わりに、第２の燃料電池スタックモジュール２０について、単セルが備えるカソード触媒の劣化が生じるまでの保証期間を予め設定しておき、タイマーを参照して、上記保証期間が経過したときに、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換時期であることを判断するようにしてもよい。 In this embodiment, the control unit 70 detects that a significant voltage drop in the second fuel cell stack module 20 is detected, that is, the voltage in the second fuel cell stack module 20 is equal to or lower than a predetermined threshold value. In this case, it is determined that it is time to replace the second fuel cell stack module 20, but instead of the second fuel cell stack module 20, the deterioration of the cathode catalyst included in the single cell is determined. A guarantee period until the occurrence of the occurrence of the problem may be set in advance, and a timer may be referred to determine that it is time to replace the second fuel cell stack module 20 when the guarantee period has elapsed. .

以上説明した第１実施例の燃料電池システム１００によれば、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０とが、締結棒５０およびスプリングナット５２等の接続部材によって、着脱可能に接続されているため、先に説明した空気の逆流によるカソード触媒の劣化によって第２の燃料電池スタックモジュール２０の出力低下が生じた場合に、上記接続部材による第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０の接続を解除するだけで、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０を含む燃料電池スタック全体を分解することなく、第２の燃料電池スタックモジュール２０の交換を容易に行うことができる。 According to the fuel cell system 100 of the first embodiment described above, the first fuel cell stack module 10 and the second fuel cell stack module 20 are attached and detached by the connecting members such as the fastening rod 50 and the spring nut 52. Since the connection is possible, when the output of the second fuel cell stack module 20 is reduced due to the deterioration of the cathode catalyst due to the backflow of air described above, the first and second fuel cells by the connection member are used. It is easy to replace the second fuel cell stack module 20 without disassembling the entire fuel cell stack including the first and second fuel cell stack modules 10 and 20 by simply disconnecting the stack modules 10 and 20. Can be done.

Ｂ．第２実施例：
図２は、本発明の第２実施例としての燃料電池システム１００Ａの概略構成を示す説明図である。図２（ａ）に示すように、第２実施例の燃料電池システム１００Ａの構成は、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１００の構成とほぼ同じである。そして、燃料電池システム１００Ａは、燃料電池スタックが、第１実施例の燃料電池システム１００における第２の燃料電池スタックモジュール２０の代わりに、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを備えている。以下、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａについて説明し、第１実施例の燃料電池システム１００と共通する部分については、説明を省略する。 B. Second embodiment:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100A as a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2A, the configuration of the fuel cell system 100A of the second embodiment is substantially the same as the configuration of the fuel cell system 100 of the first embodiment described above. In the fuel cell system 100A, the fuel cell stack includes a second fuel cell stack module 20A instead of the second fuel cell stack module 20 in the fuel cell system 100 of the first embodiment. Hereinafter, the second fuel cell stack module 20A will be described, and description of portions common to the fuel cell system 100 of the first embodiment will be omitted.

本実施例における第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａは、１０枚の単セルを備えており、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの内部には、空気供給マニホールド２０Ａｍｉ、および、カソードオフガス排出マニホールド２０ｍｏが形成されている。そして、空気供給マニホールド２０Ａｍｉの流路断面積は、第１の燃料電池スタックモジュール１０の内部に形成された空気供給マニホールド１０ｍｉの流路断面積の１．２倍であるものとした。こうすることによって、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失が、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さくなる。 The second fuel cell stack module 20A in this embodiment includes 10 single cells, and an air supply manifold 20Ami and a cathode offgas discharge manifold 20mo are provided inside the second fuel cell stack module 20A. Is formed. The flow passage cross-sectional area of the air supply manifold 20Ami is assumed to be 1.2 times the flow passage cross-sectional area of the air supply manifold 10mi formed inside the first fuel cell stack module 10. By doing so, the pressure loss of air in the second fuel cell stack module 20A becomes smaller than the pressure loss of air in the first fuel cell stack module 10.

また、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを構成する各単セルは、第１の燃料電池スタックモジュール１０を構成する各単セルとは異なる膜電極接合体２００を備えるものとした。図２（ｂ）に示すように、この膜電極接合体２００は、電解質膜２１０の両面に、それぞれ、アノード側触媒層２２０、および、カソード側触媒層２３０を接合することによって構成されている。 Further, each single cell constituting the second fuel cell stack module 20 A is provided with a membrane electrode assembly 200 different from each single cell constituting the first fuel cell stack module 10. As shown in FIG. 2B, this membrane electrode assembly 200 is configured by joining an anode side catalyst layer 220 and a cathode side catalyst layer 230 to both surfaces of an electrolyte membrane 210, respectively.

そして、アノード側触媒層２２０における触媒としての白金の目付量は、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のアノード触媒層における白金の目付量よりも低く設定されている。本実施例では、アノード側触媒層２２０における白金の目付量を０．０２（ｍｇ／ｃｍ^２）とした。こうすることによって、アノード側触媒層２２０における酸素還元活性を、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のアノード側触媒層における酸素還元活性よりも低下させることができる。 The basis weight of platinum as a catalyst in the anode catalyst layer 220 is set lower than the basis weight of platinum in the anode catalyst layer of the membrane electrode assembly used in the first fuel cell stack module 10. In this example, the basis weight of platinum in the anode side catalyst layer 220 was set to 0.02 (mg / cm ² ). By doing so, the oxygen reduction activity in the anode catalyst layer 220 can be made lower than the oxygen reduction activity in the anode catalyst layer of the membrane electrode assembly used in the first fuel cell stack module 10.

また、カソード側触媒層２３０には、触媒を担持するカーボンとして、第１の燃料電池スタックモジュール１０に用いられる膜電極接合体のカソード側触媒層よりも高結晶のカーボン（以下、高結晶カーボンと呼ぶ）を用いるものとした。高結晶カーボンとしては、例えば、カーボンナノチューブ、デンカブラック（登録商標）、ＨＯＰＧ（Highly Oriented Pyrolytic Graphite）が用いられる。こうすることによって、触媒を担持するカーボンとして低結晶のカーボンを用いる場合よりも、カソード側触媒層２３０におけるカソード触媒の劣化を抑制することができる。 In addition, the cathode side catalyst layer 230 has a higher crystalline carbon than the cathode side catalyst layer of the membrane electrode assembly used in the first fuel cell stack module 10 (hereinafter referred to as a high crystalline carbon) as carbon supporting the catalyst. Called). Examples of the highly crystalline carbon include carbon nanotubes, Denka Black (registered trademark), and HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite). By doing so, it is possible to suppress the deterioration of the cathode catalyst in the cathode side catalyst layer 230 as compared with the case where low crystal carbon is used as the catalyst-supporting carbon.

以上説明した第２実施例の燃料電池システム１００Ａによっても、先に説明した第１実施例の燃料電池システム１００と同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０の出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。 Also in the fuel cell system 100A of the second embodiment described above, when the output of the second fuel cell stack module 20 is reduced, as in the fuel cell system 100 of the first embodiment described above, The two fuel cell stack modules 20A can be easily replaced.

さらに、第２実施例の燃料電池システム１００Ａでは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失が、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さいので、発電停止時に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａ側に積極的に空気を逆流させ、第１の燃料電池スタックモジュール１０側におけるカソード触媒の劣化を、第１実施例の燃料電池システム１００よりも生じさせにくくすることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 100A of the second embodiment, since the pressure loss of air in the second fuel cell stack module 20A is smaller than the pressure loss of air in the first fuel cell stack module 10, The air is positively flowed back to the second fuel cell stack module 20A side, so that the deterioration of the cathode catalyst on the first fuel cell stack module 10 side is less likely to occur than the fuel cell system 100 of the first embodiment. Can do.

また、単に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける空気の圧力損失を、第１の燃料電池スタックモジュール１０における空気の圧力損失よりも小さくしただけでは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおけるカソード触媒の劣化が激しくなり、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換頻度を増大させるおそれが生じる。これについては、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａに、上述した膜電極接合体２００を用いることによって、カソード触媒の劣化を抑制することが可能となり、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換頻度の増加を抑制することができる。 Further, the cathode catalyst in the second fuel cell stack module 20A is simply obtained by making the pressure loss of air in the second fuel cell stack module 20A smaller than the pressure loss of air in the first fuel cell stack module 10. There is a risk that the deterioration of the fuel cell will become severe and the replacement frequency of the second fuel cell stack module 20A will increase. With respect to this, by using the membrane electrode assembly 200 described above for the second fuel cell stack module 20A, it becomes possible to suppress the deterioration of the cathode catalyst, and the frequency of replacement of the second fuel cell stack module 20A can be reduced. Increase can be suppressed.

Ｃ．第３実施例：
図３は、本発明の第３実施例としての燃料電池システム１００Ｂの概略構成を示す説明図である。第３実施例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００の特徴の一部と第２実施例の燃料電池システム１００Ａの特徴の一部とを組み合わせるとともに、燃料電池スタックを構成する部材の一部を省略した構造を有している。 C. Third embodiment:
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100B as a third embodiment of the present invention. The fuel cell system 100B of the third embodiment combines a part of the features of the fuel cell system 100 of the first embodiment and a part of the features of the fuel cell system 100A of the second embodiment, and constitutes a fuel cell stack. It has a structure in which a part of the member to be omitted is omitted.

図３の上段に示したように、第３実施例の燃料電池システム１００Ｂは、第１の燃料電池スタックモジュール１０と、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａと、を備えており、これらは直列接続されている。そして、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとは、導電性を有する仕切板３４によって分離されている。 As shown in the upper part of FIG. 3, the fuel cell system 100B of the third embodiment includes a first fuel cell stack module 10 and a second fuel cell stack module 20A, which are connected in series. Has been. The first fuel cell stack module 10 and the second fuel cell stack module 20A are separated by a partition plate 34 having conductivity.

本実施例の燃料電池システム１００Ｂにおいて、第１の燃料電池スタックモジュール１０の端部（図の右側）には、集電板１１と、絶縁板１３と、締結板３０とが配置されている。また、第２の燃料電池スタックモジュール２０の端部（図の左側）には、集電板２２と、絶縁板２４と、締結板３２とが配置されている。そして、締結板３０と締結板３２とは、複数の締結棒５０Ｂおよびスプリングナット５２を含む締結部材によって締結されている。このとき、第１および第２の燃料電池スタックモジュール１０，２０Ａを構成する各単セルには、スプリングナット５２の弾性力によって、所定の荷重が加えられている。複数の締結棒５０Ｂおよびスプリングナット５２を含む締結部材、および、締結板３０，３２は、本発明における接続部材に相当する。 In the fuel cell system 100B of the present embodiment, a current collector plate 11, an insulating plate 13, and a fastening plate 30 are disposed at an end portion (right side in the drawing) of the first fuel cell stack module 10. In addition, a current collector plate 22, an insulating plate 24, and a fastening plate 32 are disposed at the end (left side in the drawing) of the second fuel cell stack module 20. The fastening plate 30 and the fastening plate 32 are fastened by fastening members including a plurality of fastening rods 50 B and spring nuts 52. At this time, a predetermined load is applied to each single cell constituting the first and second fuel cell stack modules 10 and 20A by the elastic force of the spring nut 52. The fastening members including the plurality of fastening bars 50B and the spring nuts 52, and the fastening plates 30 and 32 correspond to the connection members in the present invention.

以上説明した第３実施例の燃料電池システム１００Ｂによっても、先に説明した第１および第２実施例の燃料電池システム１００，１００Ａと同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。 The fuel cell system 100B of the third embodiment described above also causes a decrease in the output of the second fuel cell stack module 20A, similar to the fuel cell systems 100, 100A of the first and second embodiments described above. The second fuel cell stack module 20A can be easily replaced.

Ｄ．第４実施例：
図４は、本発明の第４実施例としての燃料電池システム１００Ｃの概略構成を示す説明図である。図示するように、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃの構成は、先に説明した第２実施例の燃料電池システム１００Ａの構成とほぼ同じである。 D. Fourth embodiment:
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 100C as a fourth embodiment of the present invention. As shown in the figure, the configuration of the fuel cell system 100C of the fourth embodiment is substantially the same as the configuration of the fuel cell system 100A of the second embodiment described above.

そして、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃは、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとによって発電された電力を外部回路に出力するか、第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部回路に出力するかを切り換えるための切換スイッチ８０を備えている。また、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃは、第２実施例の燃料電池システム１００Ａにおける制御ユニット７０の代わりに、制御ユニット７０Ｃを備えている。この制御ユニット７０Ｃは、制御ユニット７０が備える機能の他に、切換スイッチ８０を制御する機能も有している。 The fuel cell system 100C of the fourth embodiment outputs the electric power generated by the first fuel cell stack module 10 and the second fuel cell stack module 20A to an external circuit, or the first fuel cell stack. A changeover switch 80 is provided for switching whether to output the electric power generated by the module 10 to an external circuit. In addition, the fuel cell system 100C of the fourth embodiment includes a control unit 70C instead of the control unit 70 in the fuel cell system 100A of the second embodiment. The control unit 70C has a function of controlling the changeover switch 80 in addition to the function of the control unit 70.

具体的には、制御ユニット７０Ｃは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａに接続されたセルモニタ２８の出力の監視を行い、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出されていない場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける電圧が予め規定された閾値以下になっていない場合には、第１の燃料電池スタックモジュール１０と第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａとによって発電された電力を外部回路に出力するように、切換スイッチ８０を制御する。一方、制御ユニット７０Ｃは、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出された場合、すなわち、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける電圧が予め規定された閾値以下になった場合には、その旨をユーザに報知し、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換をユーザに促すための処理を行うとともに、第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部回路に出力するように、切換スイッチ８０を制御する。制御ユニット７０Ｃは、本発明におけるスイッチ制御部に相当する。 Specifically, the control unit 70C monitors the output of the cell monitor 28 connected to the second fuel cell stack module 20A, and no significant voltage drop is detected in the second fuel cell stack module 20A. That is, when the voltage in the second fuel cell stack module 20A is not less than or equal to a predetermined threshold value, power is generated by the first fuel cell stack module 10 and the second fuel cell stack module 20A. The changeover switch 80 is controlled so as to output electric power to an external circuit. On the other hand, the control unit 70C detects that a significant voltage drop in the second fuel cell stack module 20A is detected, that is, when the voltage in the second fuel cell stack module 20A is equal to or lower than a predetermined threshold. Notifies the user to that effect, performs processing for prompting the user to replace the second fuel cell stack module 20A, and outputs the electric power generated by the first fuel cell stack module 10 to an external circuit. Thus, the changeover switch 80 is controlled. The control unit 70C corresponds to the switch control unit in the present invention.

以上説明した第４実施例の燃料電池システム１００Ｃによっても、先に説明した第１ないし第３実施例の燃料電池システム１００，１００Ａ，１００Ｂと同様に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの出力低下が生じた場合に、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａの交換を容易に行うことができる。 The fuel cell system 100C of the fourth embodiment described above also reduces the output of the second fuel cell stack module 20A, as in the fuel cell systems 100, 100A, 100B of the first to third embodiments described above. When this occurs, the replacement of the second fuel cell stack module 20A can be easily performed.

さらに、第４実施例の燃料電池システム１００Ｃでは、切換スイッチ８０を備えているので、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、切換スイッチ８０を制御することによって、大幅な電圧低下が検出された第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａを電気的に切断して、まだ大幅な電圧低下が検出されていない第１の燃料電池スタックモジュール１０によって発電された電力を外部に出力することができる。したがって、第２の燃料電池スタックモジュール２０Ａにおける大幅な電圧低下が検出された場合であっても、比較的大きな出力が要求される高負荷運転、および、高効率運転を可能とすることができる。 Furthermore, since the fuel cell system 100C of the fourth embodiment includes the changeover switch 80, when a significant voltage drop is detected in the second fuel cell stack module 20A, the changeover switch 80 is controlled. The second fuel cell stack module 20A in which a significant voltage drop is detected is electrically disconnected, and the electric power generated by the first fuel cell stack module 10 in which no significant voltage drop has been detected is externally applied. Can be output. Therefore, even when a significant voltage drop is detected in the second fuel cell stack module 20A, it is possible to perform a high load operation and a high efficiency operation that require a relatively large output.

１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…燃料電池システム
１０…第１の燃料電池スタックモジュール
１０ｍｉ…空気供給マニホールド
１０ｍｏ…カソードオフガス排出マニホールド
１１，１２…集電板
１３，１４…絶縁板
１８…セルモニタ
２０，２０Ａ…第２の燃料電池スタックモジュール
２０ｍｉ，２０Ａｍｉ…空気供給マニホールド
２０ｍｏ…カソードオフガス排出マニホールド
２０ｐ…保護部材
２１，２２…集電板
２３，２４…絶縁板
２８…セルモニタ
３０，３１，３２…締結板
３３…スプリングボックス
３４…仕切板
４０，５０，５０Ｂ…締結棒
５２…スプリングナット
６０…空気供給配管
６２…カソードオフガス排出配管
７０，７０Ｃ…制御ユニット
８０…切換スイッチ
２００…膜電極接合体
２１０…電解質膜
２２０…アノード側触媒層
２３０…カソード側触媒層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,100A, 100B, 100C ... Fuel cell system 10 ... 1st fuel cell stack module 10mi ... Air supply manifold 10mo ... Cathode off-gas discharge manifold 11, 12 ... Current collecting plate 13, 14 ... Insulating plate 18 ... Cell monitor 20, 20A 2nd fuel cell stack module 20mi, 20Ami ... Air supply manifold 20mo ... Cathode off-gas discharge manifold 20p ... Protection member 21, 22 ... Current collector plate 23, 24 ... Insulating plate 28 ... Cell monitor 30, 31, 32 ... Fastening plate 33 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Spring box 34 ... Partition plate 40, 50, 50B ... Fastening rod 52 ... Spring nut 60 ... Air supply piping 62 ... Cathode off-gas discharge piping 70, 70C ... Control unit 80 ... Changeover switch 200 ... Membrane electrode assembly 210 ... Electrolyte membrane 220 ... Anode side catalyst layer 230 ... Cathode side catalyst layer

Claims

燃料電池システムであって、
燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第１の単セルを複数積層してなり、前記第１の単セルの積層方向の一方の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うための第１の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記一方の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うための第１の酸化剤ガス排出マニホールドを有する燃料電池スタックモジュールと、
前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電する第２の単セルを複数積層してなり、前記第１の燃料電池スタックモジュールにおける前記一方の端部に直列接続される第２の燃料電池スタックモジュールであって、前記第２の単セルの積層方向の両端部のうちの、前記第１の燃料電池スタックモジュールと接続される側の端部とは反対側の端部から前記酸化剤ガスの供給を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス供給マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス供給マニホールド、および、前記反対側の端部から前記酸化剤ガスの排出を行うとともに、前記第１の酸化剤ガス排出マニホールドと連通する第２の酸化剤ガス排出マニホールドを有する第２の燃料電池スタックモジュールと、
前記第１の燃料電池スタックモジュールと、前記第２の燃料電池スタックモジュールとを着脱可能に接続する接続部材と、
少なくとも前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける電圧を検出する電圧検出部と、
を備える燃料電池システム。 A fuel cell system,
In order to supply the oxidant gas from one end in the stacking direction of the first single cell, which is formed by stacking a plurality of first single cells that generate power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas. A fuel cell stack module having a first oxidant gas supply manifold, and a first oxidant gas discharge manifold for discharging the oxidant gas from the one end,
A plurality of second single cells that generate power by an electrochemical reaction between the fuel gas and the oxidant gas, and are connected in series to the one end of the first fuel cell stack module; It is a fuel cell stack module, and the oxidation is performed from an end of the second unit cell in the stacking direction opposite to the end connected to the first fuel cell stack module. Supplying the oxidant gas, discharging the oxidant gas from the second oxidant gas supply manifold communicating with the first oxidant gas supply manifold, and the opposite end, and A second fuel cell stack module having a second oxidant gas discharge manifold in communication with one oxidant gas discharge manifold;
A connecting member for detachably connecting the first fuel cell stack module and the second fuel cell stack module;
A voltage detector for detecting a voltage in at least the second fuel cell stack module;
A fuel cell system comprising:

請求項１記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記第１の燃料電池スタックモジュールと前記第２の燃料電池スタックモジュールとによって発電された電力を出力するか、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を出力するかを切り換えるための切換スイッチと、
前記電圧検出部によって、前記第２の燃料電池スタックモジュールにおける大幅な電圧低下が検出されたときに、前記第１の燃料電池スタックモジュールによって発電された電力を外部に出力するように、前記切換スイッチを制御するスイッチ制御部と、
を備える燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, further comprising:
Switching for switching between outputting power generated by the first fuel cell stack module and the second fuel cell stack module or outputting power generated by the first fuel cell stack module A switch,
The changeover switch is configured to output the electric power generated by the first fuel cell stack module to the outside when the voltage detection unit detects a significant voltage drop in the second fuel cell stack module. A switch control unit for controlling
A fuel cell system comprising: