專利名稱：燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。更詳細(xì) 而言，涉及使用高分子電解質(zhì)型燃料電池的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電 池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于燃料電池而言，雖然根據(jù)電解質(zhì)的種類而開發(fā)了多個(gè)種類， 但是近年來(lái)傾向于廣泛使用高分子電解質(zhì)型燃料電池(以下稱之為
PEFC)。 PEFC具有MEA(Membrane陽(yáng)Electrode國(guó)Assembly:電解質(zhì)膜-電 極組件)，并具有以下構(gòu)造通過(guò)將MEA的兩側(cè)主面分別暴露于含有 氫的陽(yáng)極氣體以及空氣等的含有氧的陰極氣體中，使陽(yáng)極氣體與陰極 氣體發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生電和熱。即，發(fā)生以下的電化學(xué)反應(yīng)， 陽(yáng)極側(cè)的氫被消耗，而在陰極側(cè)生成了作為反應(yīng)生成物的水。
陽(yáng)極H2—2《+2e— (1)
陰極2H++(l/2)02+2e——H20 (2)
PEFC—般是把層疊單電池(以下簡(jiǎn)稱為電池(cell))而構(gòu)成的燃 料電池堆(以下簡(jiǎn)稱為堆)作為主體的。 一般來(lái)說(shuō)，層疊10 200個(gè)電 池，由端板經(jīng)由集電板和絕緣板來(lái)夾持其兩端，由緊固螺栓緊固兩端 之間從而構(gòu)成燃料電池堆。
單電池是通過(guò)由一對(duì)平板狀的隔板、具體而言是由陽(yáng)極隔板以及 陰極隔板夾持MEA來(lái)構(gòu)成的。
MEA構(gòu)成為具有高分子電解質(zhì)膜，具有選擇性地輸送氫離子的 氫離子傳導(dǎo)性；以及在高分子電解質(zhì)膜的兩面上層疊而構(gòu)成的一對(duì)電 極，即陽(yáng)極和陰極，從而在MEA的兩個(gè)主面上形成了一對(duì)電極。這一 對(duì)電極是由以下電極來(lái)構(gòu)成的，該電極由把擔(dān)載電極催化劑(比如鉑 等的金屬催化劑)的導(dǎo)電性碳粉末作為主要成分的催化劑層以及形成 于該催化劑層的外側(cè)的同時(shí)具有通氣性和電子導(dǎo)電性的氣體擴(kuò)散層 (比如實(shí)施了撥水處理的碳紙)構(gòu)成。另外，在MEA的周圍夾持著高
分子電解質(zhì)膜而配置了密封材料或者襯墊(gasket)。利用該密封材料
防止在燃料電池堆內(nèi)流通的陽(yáng)極氣體或者陰極氣體向外部泄露或者兩 者的混合。
另外，隔板是由包含具有導(dǎo)電性的碳的樹脂以及金屬等的導(dǎo)電材
料來(lái)構(gòu)成的，并與MEA的電極相導(dǎo)通而承擔(dān)電回路的一部分。在MEA 的兩個(gè)面上，構(gòu)成有分別在各個(gè)面上連接入口和出口而進(jìn)行延伸的陽(yáng) 極氣體流路以及陰極氣體流路。由此，從入口分別向陽(yáng)極以及陰極供 給陽(yáng)極氣體以及陰極氣體，并且把生成的水或者剩余的這些氣體從出 口運(yùn)往外部。這些流路雖然能夠與隔板分別設(shè)置，但是一般的方式是 將流路溝槽設(shè)置在隔板的表面上，MEA的兩個(gè)面接觸于隔板而被夾持。 由此，MEA由隔板而機(jī)械性地固定，而且隔板將鄰接的MEA互相電 串聯(lián)連接。
另外，陽(yáng)極氣體流路以及陰極氣體流路形成為使MEA的電極全部 區(qū)域沒有任何隱蔽之處地暴露于陽(yáng)極氣體以及陰極氣體流路中。 一般 來(lái)說(shuō)是形成盤蛇狀(serpentine)的流路。
在此，高分子電解質(zhì)膜以飽和狀態(tài)含有水分，從而降低膜的電阻 率，從而作為具有氫離子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)來(lái)行使其功能。因此，在PEFC 發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候，陽(yáng)極氣體和陰極氣體被加濕后供給。此外，在發(fā)電 運(yùn)行時(shí)，由于氫的氧化而在陰極氣體流路中生成了作為反應(yīng)生成物的 水。被加濕了的陽(yáng)極氣體中的水、被加濕了的陰極氣體中的水以及反 應(yīng)所生成的水是以使高分子電解質(zhì)膜的含水量成為飽和狀態(tài)的形式而 做出貢獻(xiàn)，并且更進(jìn)一步地與剩余的陽(yáng)極氣體以及陰極氣體一起向 PEFC的外部排出。
可是，在單電池中的電化學(xué)反應(yīng)因?yàn)槭欠艧岱磻?yīng)，所以在PEFC 發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候需要將單電池冷卻成使單電池內(nèi)面成為催化劑活性溫 度。另外，在PEFC進(jìn)行啟動(dòng)工作的時(shí)候，需要預(yù)熱單電池以使得單 電池內(nèi)面成為催化劑活性溫度。除此之外，在PEFC發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候 要加以適當(dāng)?shù)臏囟裙芾怼＜?，單電池的冷卻在不夠充分的情況下，MEA 的溫度會(huì)上升而從高分子電解質(zhì)膜蒸發(fā)水分以致發(fā)生干燥。眾所周知， 其結(jié)果是促進(jìn)了高分子電解質(zhì)膜的劣化從而降低了單電池的耐久性， 同時(shí)也增加了高分子電解質(zhì)膜的電阻并降低了單電池的電輸出。在另
外一方面，如果將單電池冷卻到必要的程度以上，那么在氣體流路中 流動(dòng)的反應(yīng)氣體中的水分就會(huì)發(fā)生結(jié)露，包含于反應(yīng)氣體中的液體狀 態(tài)的水的量也就會(huì)增加。液體狀態(tài)的水由于表面張力而作為液滴附著 于隔板的陰極氣體以及陽(yáng)極氣體的至少任一個(gè)的流路溝槽中。該液滴 的量在非常的情況下，附著于這些流路溝槽內(nèi)的水會(huì)阻礙氣體的流動(dòng)， 引發(fā)所謂的溢流(flooding)。眾所周知，其結(jié)果是減少了電極的反應(yīng) 面積，發(fā)生電輸出不穩(wěn)定等PEFC的性能的降低。
再則，在外部有效地利用單電池中所發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)熱，即構(gòu)
成把PEFC作為中心的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，從而能夠提高PEFC的熱效率。
基于這些理由， 一般在PEFC的堆的所層疊的單電池彼此的層疊 面之間形成連接入口和出口而進(jìn)行延伸的傳熱介質(zhì)流路，構(gòu)成為使傳 熱介質(zhì)在單電池的層疊面間流通。另外，在隔板中使用了傳熱性良好 的材料。于是， 一般的方法是使由于放熱反應(yīng)而溫度上升的隔板和傳 熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換的方法。關(guān)于傳熱介質(zhì)的流路， 一般的方式是將流 路溝槽設(shè)置于隔板的外表面。也可以在被層疊的單電池彼此之間配設(shè) 另外的部件來(lái)構(gòu)成。
然而，在專利文獻(xiàn)1中，公開了具有氣流反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和控制裝置的 燃料電池系統(tǒng)，上述氣流反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將供給燃料電池堆的氣體的流動(dòng)反 轉(zhuǎn)，從氣體出口部導(dǎo)入氣體，從氣體入口部排出氣體，上述控制裝置 以使向上述燃料電池堆供給的氣體的流動(dòng)暫時(shí)反轉(zhuǎn)的形式控制上述氣 流反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在專利文獻(xiàn)1中，由此而能夠緩和燃料電池堆內(nèi)部的溢 流(flooding)，從而能夠不降低燃料電池系統(tǒng)的效率。
另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了反復(fù)反轉(zhuǎn)單電池中的陰極氣體的 流通方向或者陽(yáng)極氣體的流通方向的燃料電池的運(yùn)行方法。在專利文 獻(xiàn)2中，由此在單電池中由于電流密度高而造成水分生成量多的部分 降低電流密度而減少水分生成量，因而可以抑制由于所生成的水分而 沾濕單電池，從而能夠進(jìn)一步解除單電池的潤(rùn)濕。因此，可以防止由 于潤(rùn)濕的進(jìn)行而使陰極氣體或者陽(yáng)極氣體難以向電極供給、難以發(fā)生 電化學(xué)反應(yīng)這樣的不良狀況的發(fā)生。
再有，在專利文獻(xiàn)3中，公開了連續(xù)性地改變流通于燃料電池內(nèi) 的流體的流動(dòng)方向的技術(shù)。由此，能夠防止流體的流動(dòng)發(fā)生暫時(shí)性的
停止，能夠阻止燃料電池的輸出降低。
專利文獻(xiàn)1:日本特開2001-210341號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:日本特開2003-59515號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開2004-79431號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文獻(xiàn)1以及2的燃料電池系統(tǒng)中，雖看到了燃料電 池堆的性能降低的一定程度的恢復(fù)，但是仍然還有改善的余地。
另外，在專利文獻(xiàn)3的技術(shù)中，就以僅僅把陽(yáng)極氣體流路以及陰 極氣體流路的出口改變成另外的出口的構(gòu)成，與使陽(yáng)極氣體流路以及 陰極氣體流路的入口和出口反轉(zhuǎn)的構(gòu)成相比較，排除陽(yáng)極氣體流路以 及陰極氣體流路的出口附近的滯留水的能力缺乏，因此關(guān)于燃料電池 堆的性能的恢復(fù)還有改善的余地。再則，為了連續(xù)性地改變?nèi)剂想姵?內(nèi)的流體，傳熱介質(zhì)流路、陽(yáng)極氣體流路以及陰極氣體流路的入口和 出口需要分別為2個(gè)以上、合計(jì)12處以上的出入口部，因此也存在著 燃料電池的構(gòu)造變得特殊而且復(fù)雜的問(wèn)題。
本發(fā)明是為了解決如同上述的課題而做出的，目的在于提供能夠 更加充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降并且能夠抑制燃料電 池堆的耐久性的下降的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。
為了解決上述課題，本發(fā)明者經(jīng)反復(fù)悉心研究，其結(jié)果發(fā)現(xiàn)了如 果使在使陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體的流通方向反轉(zhuǎn)的狀態(tài)下的運(yùn)行 (以下簡(jiǎn)稱為反轉(zhuǎn)運(yùn)行)連續(xù)，則能夠進(jìn)一步改善燃料電池堆的性能 恢復(fù)。這被推測(cè)為通過(guò)反轉(zhuǎn)運(yùn)行的連續(xù)從而直至在MEA的電極內(nèi)的 細(xì)孔部中的水堵塞為止也會(huì)得到消除，電化學(xué)反應(yīng)就會(huì)變得更加容易 發(fā)生。但是，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了使該反轉(zhuǎn)運(yùn)行連續(xù)之后燃料電池堆的耐久 性就會(huì)有下降的傾向。
在此，本發(fā)明者如以下所述推測(cè)了伴隨著反轉(zhuǎn)運(yùn)行的連續(xù)的燃料 電池堆的耐久性的下降現(xiàn)象。
一般來(lái)說(shuō)，在單電池中的傳熱介質(zhì)流路、陽(yáng)極氣體流路以及陰極 氣體流路構(gòu)成為，從單電池的層疊的方向進(jìn)行觀察的話，它們的入口 側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此基本上互相重疊。也就是說(shuō)，在單電
池內(nèi)的傳熱介質(zhì)流路中，因?yàn)楸浑娀瘜W(xué)反應(yīng)的熱進(jìn)行了加熱，所以與 入口側(cè)相比較出口側(cè)的溫度較高，在單電池內(nèi)的陰極氣體流路中，由 于電化學(xué)反應(yīng)的生成水而提高了出口側(cè)的濕度。另外，在陽(yáng)極氣體流 路中也同樣，由于電化學(xué)反應(yīng)而使氫減少，還有，高分子電解質(zhì)膜的 陰極氣體流路側(cè)的生成水變成水合水并透過(guò)高分子電解質(zhì)膜而向高分 子電解質(zhì)膜的陽(yáng)極氣體流路側(cè)移動(dòng)，從而在出口側(cè)濕度相對(duì)升高。如 果是這樣的話，那么陰極氣體流路和陽(yáng)極氣體流路二者都在出口側(cè)溫 度和濕度升高的這一點(diǎn)上相一致。除此之外，傳熱介質(zhì)流路也是出口 側(cè)溫度高。因此，現(xiàn)有的燃料電池堆構(gòu)成為，從單電池的層疊的方向 進(jìn)行觀察，傳熱介質(zhì)流路、陽(yáng)極氣體流路以及陰極氣體流路的入口側(cè) 區(qū)域彼此和出口側(cè)區(qū)域彼此基本相重疊。根據(jù)這樣的構(gòu)成，燃料電池 堆構(gòu)成為，在發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候，隨著靠近陽(yáng)極氣體流路以及陰極氣體 流路的出口溫度變高，陰極氣體流路以及陽(yáng)極氣體流路中的相對(duì)濕度 在各個(gè)流路的全部上接近于100%。在此，所謂入口側(cè)區(qū)域是指在流路 行程中由相比于出口更接近入口的一方的流路構(gòu)成的區(qū)域，所謂出口 側(cè)區(qū)域是指在流路行程中由相比于入口更接近出口的一方的流路構(gòu)成 的區(qū)域。
因此，在使陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體的流通方向反轉(zhuǎn)的情況下， 陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體的入口位置以及出口位置與傳熱介質(zhì)的入 口位置以及出口位置與反轉(zhuǎn)之前相比較變成了分開的位置。由此，在 陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體的反轉(zhuǎn)前的入口附近部分(入口側(cè)區(qū)域) 中，比反轉(zhuǎn)之前流過(guò)更高溫度的陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體，而且該 區(qū)域的相對(duì)濕度較反轉(zhuǎn)之前降低了。因此，如果連續(xù)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，那么 在相對(duì)濕度低的部分中高分子電解質(zhì)膜的電阻就會(huì)增大而燃料電池堆 的性能就會(huì)降低。另外，伴隨著高分子電解質(zhì)膜的濕潤(rùn)程度的變化， 會(huì)發(fā)生高分子電解質(zhì)膜的伸縮，隨著伴隨該伸縮的張力的增減高分子 電解質(zhì)膜會(huì)被損傷，該損傷程度的擴(kuò)大將會(huì)導(dǎo)致燃料電池堆的耐久性 的下降。
還有，陰極氣體以及/或者陽(yáng)極氣體的流通方向在反轉(zhuǎn)的時(shí)候，輸 出電壓恐怕會(huì)有暫時(shí)的下降。但是，這個(gè)暫時(shí)的輸出電壓的下降被認(rèn) 為可以通過(guò)使用像二次電池那樣的后備用的電源來(lái)對(duì)燃料電池系統(tǒng)進(jìn)
行充分補(bǔ)償。
根據(jù)如上所述的研究，以至于本發(fā)明人想到了為解決上述課題的 以下的發(fā)明。
第l個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有
單電池，具有MEA以及夾持該MEA而配設(shè)的一對(duì)陽(yáng)極隔板和陰 極隔板，并且構(gòu)成有陽(yáng)極氣體流路，在所述MEA和所述陽(yáng)極隔板之 間連接陽(yáng)極氣體的入口和出口而進(jìn)行延伸；以及陰極氣體流路，在所 述MEA和所述陰極隔板之間連接陰極氣體的入口和出口而進(jìn)行延伸，
燃料電池堆，層疊所述單電池，并且構(gòu)成有在所述被層疊的單電 池彼此的層疊面之間連接傳熱介質(zhì)的入口和出口而進(jìn)行延伸的傳熱介 質(zhì)流路，
所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路構(gòu)
成為入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此從所述層疊的方向看基本 互相重疊，并且陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)構(gòu)成為從各個(gè)所 述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路的入口朝 著出口按順?lè)较蜻M(jìn)行流通，
所述燃料電池系統(tǒng)具有
陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)，所述陽(yáng)極 氣流反轉(zhuǎn)裝置將所述陽(yáng)極氣體流路中的陽(yáng)極氣體的流通方向朝著與所 述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反轉(zhuǎn)，所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置將所述陰極氣 體流路中的陰極氣體的流通方向朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反 轉(zhuǎn)，
傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置，將所述傳熱介質(zhì)流路中的傳熱介質(zhì)的流通 方向朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反轉(zhuǎn)，
控制裝置，根據(jù)所述燃料電池堆的性能下降，對(duì)所述陽(yáng)極氣流反 轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置中的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流 反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
如此構(gòu)成之后，根據(jù)燃料電池堆的性能下降反轉(zhuǎn)傳熱介質(zhì)以及陽(yáng) 極氣體和陰極氣體中的至少任一個(gè)的流通方向，交換了在這些流路中 的入口側(cè)區(qū)域以及出口側(cè)區(qū)域。即，即使是在反轉(zhuǎn)運(yùn)行的時(shí)候，因?yàn)?也可以構(gòu)成為與順?lè)较蜻\(yùn)行時(shí)同樣從所述層疊的方向進(jìn)行觀察的話這
些入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此基本重疊，所以即使是在反轉(zhuǎn) 運(yùn)行的時(shí)候，也可以使陰極氣體流路以及陽(yáng)極氣體流路中的相對(duì)濕度 與順?lè)较蜻\(yùn)行時(shí)同樣。因此，能夠抑制燃料電池堆的高分子電解質(zhì)膜 的損傷，同時(shí)能夠充分地消除燃料電池堆內(nèi)的水堵塞，所以能夠更加 充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降，并且能夠抑制燃料電池 堆的耐久性的降低。
在此，MEA是指在高分子電解質(zhì)膜的兩個(gè)面上分開陽(yáng)極和陰極而 被接合來(lái)構(gòu)成的電解質(zhì)與電極的組件。
第2個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有測(cè)定所述燃料電池堆的輸出電
壓的電壓測(cè)定裝置，
所述控制裝置可以根據(jù)所述輸出電壓而對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置 和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置 進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。如此構(gòu)成之后，因?yàn)榭梢灾苯訖z測(cè)出燃料電池堆的性 能，所以能夠可靠地進(jìn)行這些反轉(zhuǎn)裝置的切換。
第3個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有測(cè)定所述燃料電池堆的連續(xù)發(fā)
電時(shí)間的時(shí)間測(cè)定裝置，
所述控制裝置可以根據(jù)所述連續(xù)發(fā)電時(shí)間來(lái)對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn) 裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn) 裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。如此構(gòu)成之后，因?yàn)閷?duì)于燃料電池堆的性能下降 能夠進(jìn)一步預(yù)防性地切換這些反轉(zhuǎn)裝置，所以能夠更加穩(wěn)定地發(fā)電運(yùn) 行燃料電池系統(tǒng)。另外，還能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的 構(gòu)成。
第4個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有測(cè)定在所述陽(yáng)極氣體流路中的 陽(yáng)極氣體和在所述陰極氣體流路中的陰極氣體的至少任一個(gè)的壓力損 失的壓力測(cè)定裝置，
所述控制裝置可以根據(jù)所述壓力損失來(lái)對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置 和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置 進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。如此構(gòu)成之后，能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池系 統(tǒng)的構(gòu)成，并且能夠可靠地進(jìn)行各個(gè)反轉(zhuǎn)裝置的切換。在此，所謂壓 力損失是指在該流路區(qū)間中的壓力差。
第5個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以為所述控制裝置幾乎是同時(shí)
進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè) 的所述反轉(zhuǎn)控制以及對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置的所述反轉(zhuǎn)控制。如 此構(gòu)成之后，就能夠簡(jiǎn)化控制裝置的構(gòu)成。
第6個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以為所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所 述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反 轉(zhuǎn)控制之后，再進(jìn)行對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置的所述反轉(zhuǎn)控制。如 此構(gòu)成之后，通過(guò)不進(jìn)行傳熱介質(zhì)的反轉(zhuǎn)而進(jìn)行陽(yáng)極氣體以及/或者陰 極氣體的反轉(zhuǎn)，在陽(yáng)極氣體流路以及/或者陰極氣體流路的反轉(zhuǎn)之前的 出口側(cè)區(qū)域中，在與反轉(zhuǎn)之前基本相同的溫度條件下，流通著水分量 更加少的陽(yáng)極氣體以及/或者陰極氣體，所以能夠更早地消除由于這些 部分中的水分而引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
第7個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有測(cè)定所述燃料電池堆的輸出電 壓的電壓測(cè)定裝置，
所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反 轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再根據(jù)所述電壓測(cè)定裝置 所測(cè)定的輸出電壓對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行控制。
如此構(gòu)成之后，因?yàn)橹苯訖z測(cè)出燃料電池堆的性能，所以能夠更 加可靠地消除由陽(yáng)極氣體流路以及/或者陰極氣體流路的水分引起的閉 塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
第8個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)為如果所述輸出電壓變成小于第1 反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓，那么所述控制裝置對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰 極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，在該反轉(zhuǎn)控制之后，如 果所述輸出電壓變成在第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓以上，那么對(duì)所述傳熱介質(zhì) 流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，
所述第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓是比所述反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓更高的電壓值。
如此構(gòu)成之后，就能夠更加可靠地實(shí)施本發(fā)明。
第9個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有時(shí)間測(cè)定裝置，
所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反 轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再根據(jù)所述時(shí)間測(cè)定裝置 所測(cè)定的經(jīng)過(guò)時(shí)間對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
如此構(gòu)成之后，就能夠更加簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成。
第io個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置
和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，直到對(duì) 所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置的所述反轉(zhuǎn)控制為止的延緩時(shí)間是根據(jù)陰極 氣體的露點(diǎn)、所述陰極氣體流路的溫度、陰極氣體的流量以及陰極氣 體流路的容積來(lái)決定的。
如此構(gòu)成之后，就能夠更加可靠地實(shí)施本發(fā)明。
第11個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有測(cè)定在所述陽(yáng)極氣體流路中的 陽(yáng)極氣體和在所述陰極氣體流路中的陰極氣體的至少任一個(gè)的壓力損 失的壓力測(cè)定裝置，
所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反 轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再根據(jù)所述壓力測(cè)定裝置 所測(cè)定的壓力損失對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
如此構(gòu)成之后，就能夠更加簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成。 另外，因?yàn)橹苯訖z測(cè)出由陽(yáng)極氣體流路以及/或者陰極氣體流路的水分 引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)，所以就能夠更加可靠地消除由于水分 的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
第12個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)為如果所述壓力損失變成了高于 第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力，那么所述控制裝置就對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和 所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，在進(jìn)行該反轉(zhuǎn)控 制之后，如果所述壓力損失在第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力以下，那么就對(duì)所述
傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，
所述第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力是比所述第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力更低的壓力。 如此構(gòu)成之后，就能夠更加可靠地實(shí)施本發(fā)明。
第13個(gè)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，所述燃料電池系統(tǒng)具
有
單電池，具有MEA以及夾持該MEA而配設(shè)的一對(duì)陽(yáng)極隔板和陰 極隔板，并且構(gòu)成有陽(yáng)極氣體流路，在所述MEA和所述陽(yáng)極隔板之 間連接陽(yáng)極氣體的入口和出口而進(jìn)行延伸；以及陰極氣體流路，在所 述MEA和所述陰極隔板之間連接陰極氣體的入口和出口而進(jìn)行延伸，
燃料電池堆，層疊所述單電池，并且構(gòu)成有在所述被層疊的單電 池彼此的層疊面之間連接傳熱介質(zhì)的入口和出口而延伸的傳熱介質(zhì)流 路，
所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路構(gòu) 成為從所述層疊的方向看，入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此互 相基本重疊，而且陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)構(gòu)成為分別從 所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路的入口 朝著出口按順?lè)较蛄魍ǎ?br>
并且，還具有以下步驟根據(jù)所述燃料電池堆的性能下降，朝著 與所述順?lè)较蛳喾吹姆较?，使所述?yáng)極氣體流路中的陽(yáng)極氣體的流通 方向和所述陰極氣體流路中的陰極氣體的流通方向的至少任一個(gè)以及 所述傳熱介質(zhì)流路中的傳熱介質(zhì)的流通方向進(jìn)行反轉(zhuǎn)。
如此構(gòu)成之后，根據(jù)燃料電池堆的性能下降而反轉(zhuǎn)傳熱介質(zhì)以及 陽(yáng)極氣體和陰極氣體的至少任一個(gè)的流通方向，從而交換在這些流路 上的入口側(cè)區(qū)域以及出口側(cè)區(qū)域。即，即使是在反轉(zhuǎn)運(yùn)行的時(shí)候，因 為也可以使這些入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此構(gòu)成為與順?lè)较?運(yùn)行時(shí)同樣地從所述層疊的方向看基本重疊，所以即使是在反轉(zhuǎn)運(yùn)行 的時(shí)候，也可以使陰極氣體流路以及陽(yáng)極氣體流路中的相對(duì)濕度與順 方向運(yùn)行時(shí)同樣。因此，能夠抑制燃料電池堆的高分子電解質(zhì)膜的損 傷，同時(shí)能夠充分地消除燃料電池堆內(nèi)的水堵塞，所以能夠更加充分 地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降，并且能夠抑制燃料電池堆的 耐久性的降低。
如以上所述，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方 法取得了能夠更加充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降并且能 夠抑制燃料電池堆的耐久性的降低的效果。
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的高分子電解質(zhì)型燃料電池的 單電池以及電池堆的層疊構(gòu)造的部分分解斜視圖。
圖2是表示圖1的電池堆的單電池之間的層疊構(gòu)造的分解斜視圖。
圖3是表示圖1的電池堆的端部的構(gòu)造的分解斜視圖。
圖4是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。
圖5是表示圖4的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。
圖6是表示第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。
圖7是示意性地表示第3實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 圖8是表示第3實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。 圖9是表示在變形例1中的陽(yáng)極氣體流路溝槽的變形例的平面圖。 圖10是表示在變形例2中的反轉(zhuǎn)裝置的變形例的圖。 圖11是表示在變形例3中的燃料電池堆的變形例的圖。 圖12是表示在第1實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。
圖13是表示在第2實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。
圖14是表示在第3實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。 符號(hào)的說(shuō)明
5膜-電極組件(MEA)
6襯墊
7 MEA部件
9A陽(yáng)極隔板
9C、 9CE陰極隔板
10單電池
121、 221、 321第1陽(yáng)極氣體歧管(manifold)孑L
12E、 22E、 32E第2陽(yáng)極氣體歧管孔
131、 231、 331第1陰極氣體歧管孔
13E、 23E、 33E第2陰極氣體歧管孔
141、 241、 341第1傳熱介質(zhì)歧管孔
14E、 24E、 34E第2傳熱介質(zhì)歧管孔
15、 25、 35、 55、 65、 75螺栓孔
20、 30MEA接觸面
21陽(yáng)極氣體流路溝槽
21A、 21B主流路溝槽
21C支流路溝槽
21U入口側(cè)區(qū)域21L出口側(cè)區(qū)域
31陰極氣體流路溝槽
31U入口側(cè)區(qū)域
31L出口側(cè)區(qū)域
26、 36傳熱介質(zhì)流路溝槽
26U、 36U入口側(cè)區(qū)域
26L、 36L出口側(cè)區(qū)域
50、 51集電板
55端子
60、 61絕緣板
70、 71端板
521、 621、 721第1陽(yáng)極氣體流通孔 52E、 62E、 72E第2陽(yáng)極氣體流通孔 531、 631、 731第1陰極氣體流通孔 53E、 63E、 73E第2陰極氣體流通孔 541、 641、 741第1傳熱介質(zhì)流通孔 54E、 64E、 74E第2傳熱介質(zhì)流通孔 80螺栓 81墊圈 82螺母
921第1陽(yáng)極氣體歧管 92E第2陽(yáng)極氣體歧管 931第1陰極氣體歧管 93E第2陰極氣體歧管 941第1傳熱介質(zhì)歧管 94E第2傳熱介質(zhì)歧管 99單電池層疊體 100燃料電池堆 1021第1陽(yáng)極氣體管嘴 102E第2陽(yáng)極氣體管嘴 1031第1陰極氣體管嘴
103E第2陰極氣體管嘴
1041第1傳熱介質(zhì)管嘴
104E第2傳熱介質(zhì)管嘴
1121第1陽(yáng)極氣體管路
112E第2陽(yáng)極氣體管路
1131第l陰極氣體管路
113E第2陰極氣體管路
1141第l傳熱介質(zhì)管路
114E第2傳熱介質(zhì)管路
122陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置
123陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置
124傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置
130電輸出系統(tǒng)
131電壓計(jì)
2021、 203E第1端口
202W、 203W三通閥
202C、 203C、 202D、 203D分支部
202J、 203J第2端口
202K、 203K第3端口
204、 205分支路
202V、 203V、 204V、 205V閥
300、 310、 320控制裝置
301輸入部
302存儲(chǔ)部
303演算部
304控制部
306壓力計(jì)
A順?lè)较驙顟B(tài)
B反轉(zhuǎn)狀態(tài)
S1 S8、 S201 S203、 S207、 S301 S304步驟
T計(jì)測(cè)時(shí)間
T。反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間 Tstand反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間 △T延緩時(shí)間 V。ut輸出電壓 Vstand反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓
V2第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓
p壓力
Pstand反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力 P2第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖就用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式進(jìn)行說(shuō)明。 (第1實(shí)施方式)
圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的高分子電解質(zhì)型燃料電池的 單電池以及電池堆的層疊構(gòu)造的部分分解斜視圖。
如圖1所示，在高分子電解質(zhì)型燃料電池的主體中，層疊了 100 個(gè)矩形平板狀的單電池10的單電池層疊體99形成長(zhǎng)方體狀而構(gòu)成。
單電池10是用一對(duì)平板狀的陽(yáng)極隔板9A以及陰極隔板9C(總稱 兩者為隔板)夾持MEA部件7來(lái)構(gòu)成的。
在隔板9A、 9C以及MEA部件7的周緣部上，第1陽(yáng)極氣體歧管 孔121、 221、 321、第2陽(yáng)極氣體歧管孔12E、 22E、 32E、第1陰極氣 體歧管孔131、 231、 331、第2陰極氣體歧管孔13E、 23E、 33E、第1 傳熱介質(zhì)歧管孔141、 241、 341以及第2傳熱介質(zhì)歧管孔14E、 24E、 34E以貫通其主面的形式穿透。第1陽(yáng)極氣體歧管孔121、 221、 321以 及第2陽(yáng)極氣體歧管孔12E、22E、32E分別在單電池層疊體99中相連， 而形成第1陽(yáng)極氣體歧管921以及第2陽(yáng)極氣體歧管92E。另外，同樣， 第1陰極氣體歧管孔131、 231、 331以及第2陰極氣體歧管孔13E、23E、 33E分別在單電池層疊體99中相連，而形成第1陰極氣體歧管931以 及第2陰極氣體歧管93E。還有，同樣，第1傳熱介質(zhì)歧管孔141、 241、 341以及第2傳熱介質(zhì)歧管孔14E、 24E、 34E分別在單電池層疊體99 中形成第1傳熱介質(zhì)歧管941以及第2傳熱介質(zhì)歧管94E。
MEA部件7是用一對(duì)氟橡膠制的襯墊6夾持在MEA5的周緣上延 伸的高分子電解膜來(lái)構(gòu)成的。因此，在襯墊6的中央開口部的兩個(gè)面 上露出了 MEA5。另外，第1陽(yáng)極氣體歧管孔121、第2陽(yáng)極氣體歧管 孔12E、第1陰極氣體歧管孔131、第2陰極氣體歧管孔13E、第1傳 熱介質(zhì)歧管孔141以及第2傳熱介質(zhì)歧管孔14E貫通襯墊6而穿過(guò)。
MEA5是具備由選擇性地透過(guò)氫離子的離子交換膜構(gòu)成的高分子 電解質(zhì)膜、以?shī)A持高分子電解質(zhì)膜的形式形成的以擔(dān)載鉑族金屬催化 劑的碳粉末作為主成分的一對(duì)陽(yáng)極側(cè)催化劑層以及陰極側(cè)催化劑層、 配設(shè)于該一對(duì)催化劑層外面的一對(duì)陽(yáng)極側(cè)氣體擴(kuò)散層以及陰極側(cè)氣體 擴(kuò)散層而構(gòu)成的。這些催化劑層和氣體擴(kuò)散層構(gòu)成電極。即，MEA5 是具有高分子電解質(zhì)膜、層疊于其兩個(gè)主面的中央部而構(gòu)成的一對(duì)電 極、陽(yáng)極以及陰極而構(gòu)成的，在MEA5的兩個(gè)主面上構(gòu)成了電極面。
MEA5可以使用市售產(chǎn)品。或者，例如也可以如下所述進(jìn)行制作。
關(guān)于高分子電解質(zhì)膜，使用全氟磺酸的市售產(chǎn)品(杜邦株式會(huì)社 制的Nafionll2(注冊(cè)商標(biāo))膜)。
催化劑層如下所述進(jìn)行制作。準(zhǔn)備使鉑擔(dān)載于作為碳粉末的科琴 碳黑(Ketjen Black International株式會(huì)社制的Ketjen Black EC，粒徑 30nm)的催化劑體(50wtW為Pt)。然后，將該催化劑體混合于全氟磺 酸離子聚合物(美國(guó)Aldrich公司制的5質(zhì)量。/。Nafion分散液)中，從 而使該混合物成形而成為催化劑層。 一般來(lái)說(shuō)，催化劑層成形成 10 20^im左右的厚度。
氣體擴(kuò)散層如下所述進(jìn)行制作。把80%以上的細(xì)孔的直徑為 20 70(im的碳織布作為基材來(lái)使用。例如，把Japan Carbon株式會(huì)社 制的GF-20-E作為基材是較為適宜的。接著，準(zhǔn)備把撥水性樹脂分散 于混合了純水和表面活性劑的溶液中而得到的撥水性樹脂分散液。例 如，優(yōu)選分散了聚四氟乙烯(PTFE)的PTFE分散液。將該基材浸漬
于撥水性樹脂分散液中。然后，燒結(jié)浸漬后的基材。例如，可以將其 通過(guò)遠(yuǎn)紅外線干燥爐并在30(TC燒結(jié)60分鐘。然后，準(zhǔn)備將碳黑分散
于混合了純水和表面活性劑的溶液中而得到的碳黑分散液。在該碳黑 分散液中加入PTFE和水并加以混練，從而準(zhǔn)備了涂層用涂料。把該涂 層用涂料涂布于上述燒結(jié)后的基材上。被涂布的基材被燒結(jié)后就變成200780002372.6
說(shuō)明書第16/33頁(yè)
了氣體擴(kuò)散層。例如，可以由熱風(fēng)干燥機(jī)在30(TC燒結(jié)2個(gè)小時(shí)左右。 由此，氣體擴(kuò)散層成為了同時(shí)兼?zhèn)渫庑院碗娮觽鲗?dǎo)性的多孔質(zhì)構(gòu)造。
另外，作為表面活性劑優(yōu)選Triton (注冊(cè)商標(biāo))X-IOO。還有，可以使 用行星混合攪拌機(jī)對(duì)溶液中的碳黑進(jìn)行分散3個(gè)小時(shí)左右。
然后，氣體擴(kuò)散層和催化劑層在高分子電解質(zhì)膜的中央部的兩個(gè) 面上通過(guò)熱壓而接合，從而被制作成了MEA5。
隔板9A、 9C是由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的。在此，隔板9A、 9C都是由 浸漬了酚醛樹脂的石墨板構(gòu)成的，形狀為150mm正方形左右、厚度為 3mm左右的平板狀。在陽(yáng)極隔板9A的內(nèi)面上，在接觸于MEA部件7 的MEA5的位置上形成了平面狀的MEA接觸面20。 MEA接觸面20 是在MEA部件7與陽(yáng)極隔板9A相接合的時(shí)候以與MEA5的一方的主 面相接觸的形式在陽(yáng)極隔板9A的內(nèi)面上存有高低差來(lái)形成的。陰極隔 板9C也是同樣，在陰極隔板9C的內(nèi)面上，在接觸MEA5的另一個(gè)主 面的位置上形成了平面狀的MEA接觸面30。MEA接觸面30是在MEA 部件7與陰極隔板9C相接合的時(shí)候以與MEA5的另一個(gè)主面相接觸 的形式在陰極隔板9C的內(nèi)面上存有高低差來(lái)形成的。由此，在單電池 10中，陽(yáng)極隔板9A以及陰極隔板9C從表面和背后夾持MEA5從而與 MEA5相接合，并且隔板9A、 9C是由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的，所以能夠經(jīng) 由隔板9A、 9C向外部取出在MEA5中所產(chǎn)生的電能。
另外，在陽(yáng)極隔板9A的內(nèi)面上，以連接第1陽(yáng)極氣體歧管孔(入 口) 22I和第2陽(yáng)極氣體歧管孔(出口) 22E之間的形式形成陽(yáng)極氣體 流路溝槽(陽(yáng)極氣體流路)21。陽(yáng)極氣體流路溝槽21跨越MEA接觸 面20的大致整個(gè)面而形成盤蛇狀。例如，陽(yáng)極氣體流路溝槽21是由 寬度為2.0mm、深度為l.Omm的1條溝槽來(lái)構(gòu)成的。
同樣，在陰極隔板9C的內(nèi)面上，以連接第1陰極氣體歧管孔(入 口) 33I和第2陰極氣體歧管孔(出口) 33E的之間的形式形成陰極氣 體流路溝槽(陰極氣體流路)31。陰極氣體流路溝槽31跨越MEA接 觸面30的大致整個(gè)面而形成盤蛇狀。例如，陰極氣體流路溝槽31是 由3條寬度為2.0mm、深度為l.Omm的溝槽并行來(lái)構(gòu)成的。
由此，在MEA5和陽(yáng)極隔板9A之間構(gòu)成連接入口 221和出口 22E 并進(jìn)行延伸的陽(yáng)極氣體流路21，在MEA5和陰極隔板9C之間構(gòu)成連接入口 33I和出口 33E并進(jìn)行延伸的陰極氣體流路31。
在此，在陽(yáng)極氣體流路溝槽21中，在第1陽(yáng)極氣體歧管孔(入口) 221側(cè)即圖1中的上側(cè)形成了入口側(cè)區(qū)域21U，在第2陽(yáng)極氣體歧管孔 (出口) 22E側(cè)即圖1中的下側(cè)構(gòu)成了出口側(cè)區(qū)域21L。還有，同樣， 在陰極氣體流路溝槽31中，在第1陽(yáng)極氣體歧管孔(入口) 331側(cè)即 在圖1中的上側(cè)構(gòu)成了入口側(cè)區(qū)域31U，在第2陽(yáng)極氣體歧管孔(出 口) 33E側(cè)即在圖1中的下側(cè)構(gòu)成了出口側(cè)區(qū)域31L。
圖2是表示圖1的電池堆的單電池之間的層疊構(gòu)造的分解斜視圖。 如圖2所示，在陽(yáng)極隔板9A的外表面上，以連接第1傳熱介質(zhì)歧 管孔(入口) 24I和第2傳熱介質(zhì)歧管孔(出口) 24E之間的形式形成 了傳熱介質(zhì)流路溝槽(傳熱介質(zhì)流路)26。傳熱介質(zhì)流路溝槽26跨越 MEA接觸面20的背部的整個(gè)面而形成盤蛇狀。同樣，在陰極隔板9C 的外表面上，以連接第1傳熱介質(zhì)歧管孔(入口 ) 341和第2傳熱介質(zhì) 歧管孔(出口) 34E之間的形式形成了傳熱介質(zhì)流路溝槽(傳熱介質(zhì)流 路)36。傳熱介質(zhì)流路溝槽36跨越MEA接觸面30的背部的整個(gè)面而 形成盤蛇狀。另外，在單電池層疊體99中，傳熱介質(zhì)流路溝槽26和 傳熱介質(zhì)流路溝槽36是以接合的形式形成的。即，傳熱介質(zhì)流路溝槽 26和傳熱介質(zhì)流路溝槽36的流路形狀是以互相成面對(duì)稱的形式形成 的。由此，在單電池10層疊狀態(tài)的時(shí)候，傳熱介質(zhì)流路26、 36進(jìn)行 一體化，從而在被層疊了的單電池IO彼此的層疊面之間構(gòu)成了連接入 口 241、 34I和出口24E、 34E而進(jìn)行延伸的傳熱介質(zhì)流路26、 36。還 有，在此，傳熱介質(zhì)流路溝槽26、 36分別是由2條寬度為2.0mm、深 度l.Omm的溝槽并行來(lái)形成的。
另外，在第1傳熱介質(zhì)歧管孔(入口) 241、 341側(cè)即在圖2中的 上側(cè)形成入口側(cè)區(qū)域26U、 36U，在第2傳熱介質(zhì)歧管孔(出口) 24E、 34E側(cè)即在圖2中的上側(cè)形成出口側(cè)區(qū)域21L。
因此，如圖1以及圖2所示，陽(yáng)極氣體流路溝槽21的入口側(cè)區(qū)域 21U和陰極氣體流路溝槽31的入口側(cè)區(qū)域31U以及傳熱介質(zhì)流路溝槽 26、 36的入口側(cè)區(qū)域26U、 36U是將MEA部件7或者隔板9A、 9C夾 持于其間而加以定位的，從而構(gòu)成為從單電池10的層疊方向看基本上 重疊。另外，陽(yáng)極氣體流路溝槽21的出口側(cè)區(qū)域21L和陰極氣體流路
溝槽31的出口側(cè)區(qū)域31L以及傳熱介質(zhì)流路溝槽26、 36的出口側(cè)區(qū) 域26L、 36L也是同樣，構(gòu)成為從單電池10的層疊方向看基本上是重 疊的。
還有，陽(yáng)極氣體流路溝槽21、陰極氣體流路溝槽31以及傳熱介質(zhì) 流路溝槽26、 36分別是由在水平方向上延伸的直線部以及連接相鄰接 的直線部的折回部構(gòu)成的，但是并行的溝槽的數(shù)目以及折回部的數(shù)目 并沒有被分別限定，可以在不損害本發(fā)明的效果對(duì)范圍內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)?shù)?設(shè)定。
圖3是表示圖1的電池堆的端部的構(gòu)造的分解斜視圖。
燃料電池堆100是通過(guò)在層疊了單電池10的層疊體99的兩端的 最外層上配設(shè)一對(duì)端部件來(lái)構(gòu)成的。S卩，在單電池10的兩端的最外層 上，層疊了與單電池10具有相同形狀的平面的集電板50、 51、絕緣板 60、 61以及端板70、 71。在集電板50、 51、絕緣板60、 61以及端板 70、 71的4角上形成螺栓孔55、 65、 75。
集電板50、51是由銅金屬等導(dǎo)電性材料構(gòu)成，分別形成有端子55。 并且，在一個(gè)集電板50上形成有貫通其主面的流通孔。具體而言，形 成了與接觸于集電板50的陰極隔板9CE即構(gòu)成層疊了的單電池10 的一個(gè)端面的陰極隔板9CE的第1傳熱介質(zhì)歧管孔341相連通的第1 傳熱介質(zhì)流通孔541、連通于第2傳熱介質(zhì)歧管孔34E的第2傳熱介質(zhì) 流通孔54E、連通于第1陽(yáng)極氣體歧管孔321的第1陽(yáng)極氣體流通孔 521、連通于第2陽(yáng)極氣體歧管孔32E的第2陽(yáng)極氣體流通孔52E、連 通于第1陰極氣體歧管孔331的第1陰極氣體流通孔531以及連通于第 2陰極氣體歧管孔33E的第2陰極氣體流通孔53E。
絕緣板60、 61以及端板70、 71是由電絕緣性材料構(gòu)成的。并且， 在一個(gè)絕緣板60上，形成了分別連通于形成于集電板50上的流通孔 521、 52E、 531、 53E、 541、 54E的第1陽(yáng)極氣體流通孔621、第2陽(yáng)極 氣體流通孔62E、第1陰極氣體流通孔631、第2陰極氣體流通孔63E、 第1傳熱介質(zhì)流通孔641以及第2傳熱介質(zhì)流通孔64E，在一個(gè)端板 70上，形成了分別連通于形成于絕緣板60上的流通孔621、 62E、 631、 63E、 641、 64E的第1陽(yáng)極氣體流通孔721、第2陽(yáng)極氣體流通孔72E、 第1陰極氣體流通孔731、第2陰極氣體流通孔73E、第1傳熱介質(zhì)流
通孔741以及第2傳熱介質(zhì)流通孔74E。并且，在端板70的外表面?zhèn)?的流通孔721、 72E、 731、 73E、 741、 74E上分別裝有第1陽(yáng)極氣體管 嘴l(m、第2陽(yáng)極氣體管嘴102E、第1陰極氣體管嘴1031、第2陰極 氣體管嘴103E、第1傳熱介質(zhì)管嘴1041以及第2傳熱介質(zhì)管嘴104E。 在這些管嘴上，使用了和外部管路部件一樣的一般的連接部件。另外， 雖未圖示，但是另外一個(gè)集電板5K絕緣板61以及端板71除了沒有 形成這些流通孔這一點(diǎn)之外，構(gòu)成是與集電板50、絕緣板60以及端板 70相同的。由此，在燃料電池堆100內(nèi)，至于各個(gè)陽(yáng)極氣體、陰極氣 體以及傳熱介質(zhì)，形成如下的流路通過(guò)第1流通孔521、 621、 721、 531、 631、 731、 541、 641、 741以及第1歧管921、 931、 941，從第1歧 管921、 931、 941向單電池IO或者單電池10之間的流路溝槽21、 31、 26、 36進(jìn)行分流，在第2歧管92E、 93E、 94E上合流，再?gòu)牡?歧管 92E、 93E、 94E到達(dá)第2流通孔52E、 62E、 72E、 53E、 63E、 73E、 54E、 64E、 74E。
然后，由緊固部件緊固連接一對(duì)端部件之間。在此，螺栓80插通 螺栓孔ll、 25、 35、 55、 65、 75，并貫通燃料電池堆100的兩端之間。 并且，在螺栓80的兩端裝有墊圈81和螺母82，就此一對(duì)端板70、 71 之間通過(guò)螺栓80和墊圈81以及螺母82緊固連接而構(gòu)成。例如，在隔 板的每單位面積上以10kgf/cm2左右的力來(lái)進(jìn)行緊固連接。
還有，在構(gòu)成已層疊了的單電池10的一個(gè)端面的陰極隔板9CE的 外表面上沒有形成傳熱介質(zhì)流路溝槽36。另外，雖然沒有圖示，但是 在構(gòu)成另一個(gè)端面的陽(yáng)極隔板的外表面上也沒有形成傳熱介質(zhì)流路溝 槽36。
圖4是示意性地表示第1實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 將第1陽(yáng)極氣體管路112I連接于燃料電池堆100的第1陽(yáng)極氣體 管嘴1021，把第2陽(yáng)極氣體管路112E連接于第2陽(yáng)極氣體管嘴102E， 把第1陰極氣體管路1131連接于第1陰極氣體管嘴1031，把第2陰極 氣體管路113E連接于第2陰極氣體管嘴103E，把第1傳熱介質(zhì)管路 1141連接于第1傳熱介質(zhì)管嘴1041，把第2傳熱介質(zhì)管路114E連接于 第2傳熱介質(zhì)管嘴104E。
并且，在第1陽(yáng)極氣體管路112I和第2陽(yáng)極氣體管路112E上配設(shè)
陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122，在第1陰極氣體管路1131和第2陰極氣體管
路113E上配設(shè)陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123，在第1傳熱介質(zhì)管路1141和第 2傳熱介質(zhì)管路114E上配設(shè)傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124。
所謂陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122、陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123以及傳熱介質(zhì) 流反轉(zhuǎn)裝置124 (將這些總稱為反轉(zhuǎn)裝置)都具有相同的構(gòu)成，同樣也 是被配設(shè)于各個(gè)第1管路以及第2管路。因此，把陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置 122作為例子來(lái)對(duì)這些反轉(zhuǎn)裝置加以說(shuō)明。
陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122具有一對(duì)三通閥202W、 203W和一對(duì)分支 路204、 205。三通閥202W被配設(shè)于第1陽(yáng)極氣體管路1121上，三通 閥203W被配設(shè)于第2陽(yáng)極氣體管路112E上。并且，將分支部202C 配設(shè)于三通閥202W和第1陽(yáng)極氣體管嘴1021之間的第1陽(yáng)極氣體管 路1121中，在該分支部202C上分支路205從第1陽(yáng)極氣體管路1121 中分支。另夕卜，將分支部203C配設(shè)于三通閥203W和第2陽(yáng)極氣體管 嘴102E之間的第2陽(yáng)極氣體管路112E中，在該分支部203C上分支路 204從第2陽(yáng)極氣體管路112E分支。在三通閥202W中，將陽(yáng)極氣體 供給源側(cè)的第1陽(yáng)極氣體管路1121連接于第1端口 2021，將第1陽(yáng)極 管嘴1021側(cè)的第1陽(yáng)極氣體管路1121連接于第2端口 202J，將分支路 204連接于第3端口 202K。另外，在三通閥203W中，將陽(yáng)極氣體排 出端側(cè)的第2陽(yáng)極氣體管路112E連接于第1端口 203E，將第2陽(yáng)極 管嘴102E側(cè)的第1陽(yáng)極氣體管路112E連接于第2端口 203J，將分支 路205連接于第3端口 203K。
由此，在圖4中如箭頭A所表示的那樣，將三通閥202W切換成 使第1端口 2021和第2端口 202J相連接，并且將三通閥203W切換成 使第1端口 203E和第2端口 203J相連接。由此，反轉(zhuǎn)裝置122內(nèi)的 流路構(gòu)成為從第1端口 202I供給的流體向第2端口 202J流通，并且 從第2端口 203J流過(guò)來(lái)的流體從第1端口 203E排出(稱之為順?lè)较?狀態(tài))。然后，由該順?lè)较驙顟B(tài)，在圖4中如箭頭B所表示那樣，將三 通閥202W切換成使第1端口 2021和第3端口 202K相連接，并且將 三通閥203W切換成使第1端口 203E和第3端口 203K相連接。由此， 從第1端口 2021供給的流體經(jīng)由分支路204以及第2陽(yáng)極氣體管路 112E向第2陽(yáng)極氣體管嘴102E流通，從第1陽(yáng)極氣體管嘴1021排出
來(lái)的流體經(jīng)由第1陽(yáng)極氣體管路1121以及分支路205而從第1端口
203E排出(稱之為反轉(zhuǎn)狀態(tài))。
另外，雖然沒有圖示，但是在比陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122更位于陽(yáng) 極氣體供給源側(cè)的第1陽(yáng)極氣體管路1121中連接有重整器等的陽(yáng)極氣 體的供給系統(tǒng)，在比陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122更位于陽(yáng)極氣體排出端側(cè) 的第2陽(yáng)極氣體管路112E中連接有燃燒裝置等的陽(yáng)極氣體的處理系 統(tǒng)。在比陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123更位于陰極氣體供給源側(cè)的第1陰極 氣體管路1131中連接有送風(fēng)器等的陰極氣體的供給系統(tǒng)，在比陰極氣 流反轉(zhuǎn)裝置123更位于陰極氣體排出端側(cè)的第2陰極氣體管路113E中 連接有排氣筒等的排氣系統(tǒng)。在比傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124更位于傳 熱介質(zhì)供給源側(cè)以及傳熱介質(zhì)排出端側(cè)的第1傳熱介質(zhì)管路1141以及 第2傳熱介質(zhì)管路114E中，連接有由泵和換熱器構(gòu)成的傳熱介質(zhì)的循 環(huán)流路。
另外，在燃料電池堆100的端子55上連接有電輸出系統(tǒng)130，在 電輸出系統(tǒng)130上連接有測(cè)定端子55之間的電壓的電壓計(jì)(電壓測(cè)定 裝置)131。
電壓計(jì)131的輸出信號(hào)構(gòu)成為向控制裝置300發(fā)送。 控制裝置300具有由鍵盤和觸摸式面板等構(gòu)成的輸入部301、由 儲(chǔ)存器等構(gòu)成的存儲(chǔ)部302、由監(jiān)視器裝置和打印機(jī)等構(gòu)成的輸出部 303、由CPU和MPU等構(gòu)成的控制部304。并且，控制裝置300構(gòu)成 為取得電壓計(jì)131的信號(hào)后控制陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122、陰極氣流反 轉(zhuǎn)裝置123以及傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124。控制部304具有計(jì)時(shí)器(時(shí) 間測(cè)定裝置)。
更為詳細(xì)的是，預(yù)先從輸入部301輸入反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓(第1反轉(zhuǎn) 基準(zhǔn)電壓)Vstand，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部302中?？刂撇?04構(gòu)成為把由
電壓計(jì)131測(cè)定的輸出電壓V。ut和反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓Vstand進(jìn)行對(duì)比，從而
控制反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的切換。
反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V^nd可以根據(jù)由在事前連接于燃料電池堆100的額 定的電負(fù)荷計(jì)算出的額定輸出電壓來(lái)決定。
在此，所謂的控制裝置意味著不僅包含單獨(dú)的控制裝置而且也包 含多個(gè)控制裝置協(xié)同工作來(lái)實(shí)行控制的控制裝置組。因此，控制裝置 300可以不必要由單獨(dú)的控制裝置來(lái)構(gòu)成，也可以構(gòu)成為由多個(gè)控制裝
置分散配置并使其協(xié)同工作來(lái)控制反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的動(dòng)作。 例如，輸出部303可以構(gòu)成為由信息終端傳送信息而顯示于可移動(dòng)設(shè) 備上。另外，也可以將控制裝置304分別配設(shè)于各個(gè)反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124上。
以下就如以上所述那樣構(gòu)成的燃料電池堆100的運(yùn)行工作加以說(shuō)明。
圖5是表示圖4的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。在這些工作 中至少關(guān)于反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的工作是通過(guò)控制裝置300來(lái)進(jìn) 行控制而完成的。
如圖5所示，首先，在運(yùn)行步驟Sl中，反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T。以及反 轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V咖d被輸入到控制裝置300中。各個(gè)反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124被初期設(shè)定為順?lè)较驙顟B(tài)。反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T?？梢愿鶕?jù)本實(shí)施方式 的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累而找到恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間從而加以設(shè)定。 即，反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T。是根據(jù)燃料電池堆100的大小、形狀、陽(yáng)極氣體
或者陰極氣體的流量以及流速等燃料電池系統(tǒng)來(lái)設(shè)定的。例如，在一 般的家庭用燃料電池系統(tǒng)中，優(yōu)選設(shè)定為1小時(shí)到2小時(shí)左右之間的 時(shí)間。
在運(yùn)行步驟S2中，燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行以順?lè)较驙顟B(tài)開始(稱 之為順?lè)较蜻\(yùn)行)?；蛘?，也可以在燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行開始后從 輸入部301輸入反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓Vstand。
根據(jù)發(fā)電運(yùn)行的開始，如圖4所示，陽(yáng)極氣體從外部經(jīng)由陽(yáng)極氣 流反轉(zhuǎn)裝置122、第1陽(yáng)極氣體管路1121，而從第1陽(yáng)極氣體管嘴1021 向燃料電池堆100供給。同樣，陰極氣體從外部經(jīng)由陰極氣流反轉(zhuǎn)裝 置123、第1陰極氣體管路1131，而從第1陰極氣體管嘴1031向燃料 電池堆100供給。傳熱介質(zhì)從外部經(jīng)由傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124、第1 傳熱介質(zhì)管路1141，而從第1傳熱介質(zhì)管嘴1041向燃料電池堆100供 給。這里是把水用作為傳熱介質(zhì)。但是，因?yàn)閭鳠峤橘|(zhì)只要是化學(xué)穩(wěn) 定性、流動(dòng)性以及傳熱特性方面優(yōu)異的即可，所以并不局限于水。例 如也可以是硅油。另外，作為一個(gè)例子，可以把氫氣作為陽(yáng)極氣體， 把空氣作為陰極氣體，將其分別加濕成露點(diǎn)為7(TC，在溫度為7(TC的
狀態(tài)下供給燃料電池堆100。
如圖1所示，第1陰極氣體歧管931內(nèi)的陰極氣體分流至陰極隔板
9C的陰極氣體流路31中，流通于單電池10中，剩余的陰極氣體以及 反應(yīng)生成物向第2陰極氣體歧管93E流出。同樣，第l陽(yáng)極氣體歧管 921內(nèi)的陽(yáng)極氣體向陽(yáng)極隔板9A的陽(yáng)極氣體流路21中分流，流通于單 電池10中，剩余的陽(yáng)極氣體向第2陽(yáng)極氣體歧管92E流出。
然后，如圖4所示，第2陽(yáng)極氣體歧管92E內(nèi)的陽(yáng)極氣體從第2 陽(yáng)極氣體流通孔52E、 62E、 72E以及第2陽(yáng)極氣體管嘴102E經(jīng)由第2 陽(yáng)極氣體管路112E、陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122向外部排出。同樣，第2 陰極氣體歧管93E內(nèi)的陰極氣體從第2陰極氣體流通孔53E、63E、73E 以及第2陰極氣體管嘴103E經(jīng)由第2陰極氣體管路113E、陰極氣流 反轉(zhuǎn)裝置123向外部排出。傳熱介質(zhì)從第2傳熱介質(zhì)流通孔54E、 64E、 74E以及第2傳熱介質(zhì)管嘴104E經(jīng)由第2傳熱介質(zhì)管路114E以及傳 熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124向外部排出。
在此，在燃料電池堆100發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候，在陽(yáng)極氣體流路溝槽 21以及陰極氣體流路溝槽31中，隨著接近于出口22E、 33E，水分量 由于生成水的蓄積而增加。并且，陽(yáng)極氣體流路溝槽21、陰極氣體流 路溝槽31以及傳熱介質(zhì)流路溝槽26、36的入口側(cè)區(qū)域21U、31U、26U、 36U (參照?qǐng)D1以及圖2)定位成從單電池10的層疊方向看基本重疊。 另外，出口側(cè)區(qū)域21L、 31L、 261、 36L也是定位成從單電池10的層 疊方向看基本重疊。因此，在燃料電池堆100發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候，在陽(yáng) 極氣體流路溝槽2K陰極氣體流路溝槽31以及傳熱介質(zhì)流路溝槽26、 36中，隨著接近于出口 22E、 33E、 24E、 34E，各個(gè)流體的溫度由于 電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱的蓄積而升高。由此，在陽(yáng)極氣體流路溝槽21以 及陰極氣體流路溝槽31中的相對(duì)濕度可以跨越全部各個(gè)流路溝槽而成 為接近100%。
以下說(shuō)明作為本發(fā)明的特征的反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的反轉(zhuǎn)動(dòng) 作。該反轉(zhuǎn)動(dòng)作是由控制裝置300進(jìn)行控制來(lái)完成的。
如圖5所示，在步驟S3中，在燃料電池堆100發(fā)電運(yùn)行開始后， 電壓計(jì)131連續(xù)性地或者間歇性地測(cè)定燃料電池堆100的輸出電壓 V。ut。在如電輸出系統(tǒng)130的電負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)那樣的燃料電池系統(tǒng)的使
用狀態(tài)的情況下，可以以指定的電負(fù)荷時(shí)的值作為輸出電壓V。ut?；蛘撸?br>
控制裝置300使用沒有圖示的電流計(jì)從而能夠取得端子55上的電流
值，從而可以把與決定反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓vstand時(shí)相同的電流值的時(shí)點(diǎn)上的
電壓計(jì)131的電壓值作為輸出電壓V。ut。
在步驟S4中，對(duì)比輸出電壓V。ut和反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V^d。
如果輸出電壓V。ut》反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓Vs加d，那么重復(fù)步驟S3。艮卩， 如在圖4中的箭頭A所示，反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124維持順?lè)较驙顟B(tài)。
另一方面，如果不是輸出電壓V。ut^反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓Vstand，那么就 進(jìn)入步驟S5，把反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124切換成與順?lè)较蛳喾吹姆较颉?即，隨著燃料電池堆100的運(yùn)行時(shí)間的經(jīng)過(guò)，如果輸出電壓V。ut〈反轉(zhuǎn) 基準(zhǔn)電壓V⑩d，那么如在圖4中的箭頭B所示，切換反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124。由此，在燃料電池堆100中的傳熱介質(zhì)、陽(yáng)極氣體以及陰 極氣體的流通方向反轉(zhuǎn)(稱之為反轉(zhuǎn)運(yùn)行)。于是，控制部304將計(jì)時(shí) 器進(jìn)行初始化(T=0)，重新開始時(shí)間計(jì)測(cè)。
由此，根據(jù)燃料電池堆100的性能下降而反轉(zhuǎn)燃料電池堆100內(nèi) 的陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)的流通方向，全部交換它們的入 口側(cè)區(qū)域21U、 31U、 26U、 36U以及出口側(cè)區(qū)域21L、 31L、 26L、 36L (參照?qǐng)D1以及圖2)。即，在反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)也同樣能夠使這些入口側(cè)區(qū) 域21U、 31U、 36U與順?lè)较蜻\(yùn)行時(shí)同樣構(gòu)成為從單電池10的層疊方 向看基本重疊，能夠使這些出口側(cè)區(qū)域21L、 31L、 36L也與順?lè)较蜻\(yùn) 行時(shí)同樣構(gòu)成為從單電池10的層疊方向看基本重疊。因此，即使是在 反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)的燃料電池堆100中，隨著接近于入口221、 33I而升高溫 度，也能夠把在陽(yáng)極氣體流路溝槽21以及陰極氣體流路溝槽31中的 相對(duì)濕度調(diào)整到與順?lè)较蜻\(yùn)行時(shí)相同。也就是說(shuō)，能夠抑制燃料電池 堆100的高分子電解質(zhì)膜的損傷，同時(shí)能夠充分消除燃料電池堆100 內(nèi)的水阻塞，所以能夠更加充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆100的性 能下降，并且還能夠抑制燃料電池堆100的耐久性的下降。
在步驟S6中，持續(xù)反轉(zhuǎn)運(yùn)行直至計(jì)時(shí)器的計(jì)測(cè)時(shí)間T成為反轉(zhuǎn)連 續(xù)時(shí)間T。為止。
如果計(jì)測(cè)時(shí)間T到達(dá)了反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T。，那么在步驟S7中，把反 轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124切換回來(lái)，返回到順?lè)较蜻\(yùn)行。
在步驟S8中，確認(rèn)燃料電池堆100的發(fā)電繼續(xù)，發(fā)電繼續(xù)的時(shí)候
重復(fù)步驟S3。
另外，在步驟S8中，在沒有確認(rèn)發(fā)電繼續(xù)的情況下，開始燃料電 池堆100的發(fā)電停止工作，從而終止燃料電池堆100的發(fā)電運(yùn)行。另 外，發(fā)電繼續(xù)的確認(rèn)可以根據(jù)從燃料電池系統(tǒng)的各處所帶來(lái)的各種信 息來(lái)進(jìn)行。例如，可以根據(jù)有無(wú)來(lái)自輸入部301的發(fā)電停止指令或者 有無(wú)電力負(fù)荷的消失信息來(lái)進(jìn)行確認(rèn)。
還有，步驟S2以及步驟S8也可以代替發(fā)電運(yùn)行的開始以及終止， 作為輸入部301中的反轉(zhuǎn)運(yùn)行的ON/OFF的指令的有無(wú)。由此，在燃 料電池堆100的發(fā)電運(yùn)行中，可以根據(jù)必要選擇本發(fā)明的反轉(zhuǎn)運(yùn)行控 制模式的實(shí)行和解除。
另外，在第1實(shí)施方式中，通過(guò)根據(jù)計(jì)時(shí)器的時(shí)間計(jì)測(cè)來(lái)限制反 轉(zhuǎn)運(yùn)行的連續(xù)時(shí)間并施行反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的切換返回控制， 但是本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)也可以使用計(jì)時(shí)器以外的手段來(lái)構(gòu)成。例 如，也可以構(gòu)成為在陽(yáng)極氣體以及陰極氣體的至少任一個(gè)流路上配 設(shè)流量計(jì)來(lái)構(gòu)成本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)先設(shè)定的規(guī)定流量 時(shí)，施行反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的切換返回控制。
在第1實(shí)施方式中，因?yàn)橥ㄟ^(guò)測(cè)定輸出電壓V。ut來(lái)直接檢測(cè)出燃 料電池堆100的性能，所以能夠準(zhǔn)確地施行對(duì)反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124 的切換。另外，燃料電池堆100的性能下降可以利用有關(guān)燃料電池堆 100的發(fā)電運(yùn)行的參數(shù)來(lái)加以檢測(cè)。例如，可以根據(jù)連續(xù)發(fā)電時(shí)間或者 陽(yáng)極氣體流路溝槽21或者陰極氣體流路溝槽31的壓力損失(在該流
路區(qū)間中的壓力差)來(lái)加以實(shí)施。 (第2實(shí)施方式)
本發(fā)明的第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)是根據(jù)燃料電池堆100的 連續(xù)發(fā)電時(shí)間來(lái)控制反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的實(shí)施方式。
本發(fā)明的第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成是從第1實(shí)施方式 的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成中省略了電壓計(jì)131的構(gòu)成，因?yàn)闆]有新的構(gòu) 成要素，所以省略構(gòu)成的說(shuō)明。
圖6是表示第2實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。在 圖6中，對(duì)與圖5相同或者相當(dāng)?shù)牟襟E標(biāo)注相同的符號(hào)并省略其說(shuō)明，
主要對(duì)其不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
如圖6所示，首先，在步驟S201中，反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T。以及反轉(zhuǎn)
基準(zhǔn)時(shí)間T咖d被輸入到控制裝置中。還有，反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間T^d通過(guò)事 前使用燃料電池堆100的耐久試驗(yàn)，取得連續(xù)發(fā)電時(shí)間和輸出電壓下
降現(xiàn)象或者不穩(wěn)定化現(xiàn)象之間的關(guān)系，從而能夠由該關(guān)系來(lái)進(jìn)行決定。
在步驟S202中，燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行以順?lè)较驙顟B(tài)開始，同 時(shí)控制部304對(duì)計(jì)時(shí)器施行初始化(T=0)，并開始時(shí)間計(jì)測(cè)。
在步驟S203中，持續(xù)發(fā)電運(yùn)行直至計(jì)測(cè)時(shí)間T成為反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間
Tstand為止。
如果計(jì)測(cè)時(shí)間T到達(dá)了反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間Tstand，那么與第1實(shí)施方式 同樣進(jìn)行步驟S5以及S6，并進(jìn)入步驟S207。
在步驟S207中，切換返回反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124，返回到順?lè)?向運(yùn)行。在該切換返回的時(shí)候，對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行初始化(T=0)，重新開 始時(shí)間計(jì)測(cè)。
然后，進(jìn)入步驟S8。
這樣，根據(jù)本實(shí)施方式，除了第1實(shí)施方式的效果以外，可以針 對(duì)燃料電池堆100的性能下降更加預(yù)防性地切換反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124，所以就能夠更加穩(wěn)定地使燃料電池系統(tǒng)發(fā)電運(yùn)行。另外，因?yàn)椴?再需要電壓計(jì)131，所以就能夠簡(jiǎn)化燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成。 (第3實(shí)施方式)
本發(fā)明的第3實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)是根據(jù)陰極氣體流路中的 陰極氣體的壓力損失來(lái)控制反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的實(shí)施方式。 圖7是示意性地表示第3實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 如圖7所示，本發(fā)明的第3實(shí)施方式除了控制裝置320具有測(cè)定 第1陰極氣體管路1131的壓力的壓力計(jì)(壓力測(cè)定裝置)306來(lái)替代 電壓計(jì)131之外，與第1實(shí)施方式相同。因此，在圖7中，對(duì)與圖4 相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的符號(hào)并省略其說(shuō)明，僅僅就不同點(diǎn)加 以說(shuō)明。
壓力計(jì)306測(cè)定第1陰極氣體管路1131的壓力P。在一般的燃料 電池系統(tǒng)中，在發(fā)電運(yùn)行過(guò)程中，供給第1陰極氣體管路U3I的陰極 氣體流量被維持一定，另外，在陰極氣體的流動(dòng)方向上第2陰極氣體
管路113E的下游側(cè)是向大氣開放的。因此，第2陰極氣體管路113E
下游側(cè)的壓力損失成為一定，所以壓力p的變化變成了大體取決于在
燃料電池堆100內(nèi)的陰極氣體流路溝槽36上的壓力損失的變化。壓力 P大那么壓力損失也大。也就是說(shuō)，根據(jù)第1陰極氣體管路1131的壓 力P的變化就能夠檢測(cè)出陰極氣體流路溝槽31的壓力損失的變化。
圖8是表示第3實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的工作例的流程圖。在 圖8中，在與圖5相同或者相當(dāng)?shù)牟襟E上標(biāo)注相同的符號(hào)并省略其說(shuō) 明，主要對(duì)不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
如圖8所示，首先，在步驟S301中，反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間T。以及反轉(zhuǎn)
基準(zhǔn)壓力(第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力)Pstand被輸入到控制裝置中。還有，反 轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力P^nd是通過(guò)事前使用燃料電池堆100的耐久試驗(yàn)，取得壓 力P的上升和輸出電壓V。ut的下降現(xiàn)象或者不穩(wěn)定化現(xiàn)象之間的關(guān)系，
從而能夠由該關(guān)系來(lái)進(jìn)行決定。然后，經(jīng)過(guò)步驟S2，而進(jìn)入步驟S303。 在步驟S303中，在燃料電池堆IOO發(fā)電運(yùn)行開始后，壓力計(jì)306
連續(xù)性地或者間歇性地測(cè)定壓力P。
在步驟S304中，對(duì)比被測(cè)定的壓力P和反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力Pstand。 如果壓力P《反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力Pstand，那么重復(fù)步驟S3。 g卩，在圖7
中如箭頭A所示，反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124維持順?lè)较驙顟B(tài)。
另一方面，如果不是壓力P《反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力Pstand，那么就進(jìn)入步
驟S5至步驟S8。即，燃料電池堆100的性能下降根據(jù)溢流(flooding) 現(xiàn)象等某些原因引起的陰極氣體流路溝槽31或者陽(yáng)極氣體流路溝槽 21上的壓力損失的上升來(lái)檢測(cè)出，所以如果壓力P〉反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力 Pstand，那么在圖7中如箭頭B示，切換反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124。
根據(jù)本實(shí)施方式，因?yàn)榭梢圆恍枰秒妷河?jì)的輸出電壓V。ut的 測(cè)定，所以能夠進(jìn)一步簡(jiǎn)化燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成，同時(shí)能夠準(zhǔn)確地進(jìn) 行反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的切換。
另外，第3實(shí)施方式也可以變形成替代壓力計(jì)306而配設(shè)壓差 計(jì)以測(cè)定第1陰極氣體管路1131和第2陰極氣體管路113E的壓差，由 控制裝置320取得該壓差。由此，因?yàn)榭梢圆皇艿?陰極氣體管113E 下游側(cè)的壓力阻力的變化的影響而測(cè)定燃料電池堆100內(nèi)的陰極氣體 流路溝槽31的壓力損失的變化，所以就能夠更加準(zhǔn)確地進(jìn)行反轉(zhuǎn)裝置 122、 123、 124的切換。
再有，在第3實(shí)施方式中，即使構(gòu)成為測(cè)定第1陽(yáng)極氣體管路1121 中的壓力或者第1陽(yáng)極氣體管路112I和第2陽(yáng)極氣體管路112E的壓差， 也能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行行反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124的切換。
以上說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式。在此，本發(fā)明的第1至第3實(shí)施 方式的陽(yáng)極氣體流路溝槽2K陰極氣體流路溝槽31以及傳熱介質(zhì)流路 溝槽26、36的流路圖形只要構(gòu)成為使這些流路的入口側(cè)區(qū)域21U、31U、 26U、 36U彼此以及出口側(cè)區(qū)域21L、 31L、 26L、 36L彼此從單電池 IO的層疊方向看分別基本重疊。例如，可以構(gòu)成為以下的變形例1。
圖9是表示在變形例1中的陽(yáng)極氣體流路溝槽的變形例的平面圖。 如圖9所示，在本變形例中陽(yáng)極隔板9A的陽(yáng)極氣體流路溝槽21不是 盤蛇狀，而是分支成多條流路而形成的。具體是具有從第1陽(yáng)極氣體 歧管孔221以及第2陽(yáng)極氣體歧管孔22E分別延伸的主流路溝槽21A、 21B和連接該一對(duì)主流路溝槽21A、 21B的多條分支流路溝槽21C來(lái) 構(gòu)成的。
并且，陽(yáng)極氣體流路溝槽21的入口側(cè)區(qū)域21U和出口側(cè)區(qū)域21L 在圖8中在上下方向分開而構(gòu)成的。另外，陰極氣體流路溝槽31以及 傳熱介質(zhì)流路溝槽26、36的流路也是同樣構(gòu)成。由此，入口側(cè)區(qū)域21U、 31U、 26U、 36U彼此以及出口側(cè)區(qū)域21L、 31L、 26L、 36L彼此構(gòu)成 為從單電池10的層疊方向看基本重疊。
另外，本發(fā)明的第1至第3實(shí)施方式的反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124 也可以如以下的變形例2進(jìn)行構(gòu)成。
圖10是表示在變形例2中的反轉(zhuǎn)裝置的變形例的圖。如圖10所 示，在本變形例中，在圖4的陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122中，三通閥202W、 203W分別被置換成了分支部202D以及分支部203D。另外，在分支 部202D和分支部202C之間的第1陽(yáng)極氣體管路1121上配設(shè)閥202V， 在分支部203D和分支部203C之間的第2陽(yáng)極氣體管路112E上配設(shè) 閥203V，在分支路204、 205上分別配設(shè)閥204V、 205V，從而進(jìn)行構(gòu) 成。
并且，通過(guò)開啟閥202V以及閥203V并關(guān)閉閥204V以及閥205V， 如在圖9中箭頭A所示，構(gòu)成了順?lè)较驙顟B(tài)。另外，通過(guò)關(guān)閉閥202V 以及閥203V并開啟204V以及閥205V,如在圖9中箭頭B所示，構(gòu) 成了反轉(zhuǎn)狀態(tài)。
還有，本發(fā)明的第1至第3實(shí)施方式的燃料電池堆100也可以如 以下的變形例3來(lái)構(gòu)成。 [變形例3]
圖11是表示在變形例3中的燃料電池堆的變形例的圖。如圖11 所示，在本變形例中，在一個(gè)端板70上形成第1陽(yáng)極氣體流通孔721、 第1陰極氣體流通孔731以及第1傳熱介質(zhì)流通孔741。并且，在端板 70外表面?zhèn)鹊牧魍?2I、73I、74I上分別安裝第1陽(yáng)極氣體管嘴1021、 第1陰極氣體管嘴1031以及第1傳熱介質(zhì)管嘴1041。
在另外一個(gè)端板71上形成第2陽(yáng)極氣體流通孔72E、第2陰極氣 體流通孔73E以及第2傳熱介質(zhì)流通孔74E。并且，在端板70外表面 側(cè)的流通孔72E、 73E、 74E上分別安裝第2陽(yáng)極氣體管嘴102E、第2 陰極氣體管嘴103E以及第2傳熱介質(zhì)管嘴104E。
[變形例4〗
再有，在本發(fā)明的第1至第3實(shí)施方式中，也可以在進(jìn)行了陽(yáng)極 氣體以及/或者陰極氣體的反轉(zhuǎn)之后進(jìn)行傳熱介質(zhì)的反轉(zhuǎn)。通過(guò)不進(jìn)行 傳熱介質(zhì)的反轉(zhuǎn)而進(jìn)行陽(yáng)極氣體以及/或者陰極氣體的反轉(zhuǎn)，在陽(yáng)極氣 體流路溝槽21以及/或者陰極氣體流路溝槽31的反轉(zhuǎn)前的出口側(cè)區(qū)域 21L以及出口側(cè)區(qū)域31L中，在與反轉(zhuǎn)前基本相同的溫度條件下，流 通著水分量更加少的陽(yáng)極氣體以及/或者陰極氣體，所以能夠更加早地 消除在這些部分上的由水分引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
圖12是表示在第1實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。在圖12中，在與圖5相同或者相當(dāng)?shù)牟襟E上標(biāo)注相同的 符號(hào)并省略其說(shuō)明，從而主要就不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
在圖12中，在步驟501中，控制部304僅僅對(duì)陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置 122以及陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。然后，在步驟S502A 中電壓計(jì)(電壓測(cè)定裝置)131測(cè)定的輸出電壓V。ut如果是在第2反轉(zhuǎn) 基準(zhǔn)電壓V2以上的話，那么進(jìn)入步驟S503，并對(duì)傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。另外，在步驟S503中，控制部304對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行 初始化(T=0)，然后再開始時(shí)間計(jì)測(cè)。以如此方式構(gòu)成后，因?yàn)槟軌?直接檢測(cè)出燃料電池堆的性能，所以就能夠更加準(zhǔn)確地消除由于水分 引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
在此，第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V2是與反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V自d分別規(guī)定的 電壓值。第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓V2比反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓Vst^高，并且可以為 在陽(yáng)極氣體流路溝槽21以及陰極氣體流路溝槽31中不發(fā)生溢流 (flooding)的正常狀態(tài)下的燃料電池堆100的輸出電壓以下的任意電 壓值。
圖13是表示在第2實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。在圖13中，在與圖6相同或者相當(dāng)?shù)牟襟E上標(biāo)注相同的 符號(hào)并省略其說(shuō)明，主要就不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
在圖13中，在步驟501中，控制部304僅僅反轉(zhuǎn)控制陽(yáng)極氣流反 轉(zhuǎn)裝置122以及陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123。然后，在步驟S502B中，計(jì) 時(shí)器(時(shí)間測(cè)定裝置)測(cè)定的計(jì)測(cè)時(shí)間如果到達(dá)反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間Tstand+ 延緩時(shí)間AT,那么進(jìn)入步驟S503，反轉(zhuǎn)控制傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置124。 在步驟S503中，控制部304對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行初始化(T=0)，然后再開始 時(shí)間計(jì)測(cè)。以如此方式構(gòu)成后，因?yàn)椴辉傩枰妷河?jì)131，所以能夠進(jìn) 一步簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成。
在此，延緩時(shí)間AT可以為對(duì)于排除滯留在陽(yáng)極氣體流路溝槽21 以及陰極氣體流路溝槽31中的水所需的充分的時(shí)間。
具體是，可以根據(jù)陰極氣體的露點(diǎn)、燃料電池堆100的溫度(更 為準(zhǔn)確的是陰極氣體流路溝槽31內(nèi)部的推定溫度)、陰極氣體的氣體 流量以及陰極氣體流路溝槽31的容積來(lái)決定延緩時(shí)間AT。
例如，燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行條件為陰極氣體的露點(diǎn)為65°C、燃料 電池堆100的溫度(更為準(zhǔn)確的是陰極氣體流路溝槽31內(nèi)部的推定溫 度)為7(TC、陰極氣體的氣體流量為50L/min.的情況下，陰極氣體的 含水量將會(huì)變成13.2cmVmin.。當(dāng)陰極氣體升溫至7(TC的時(shí)候，可能 的含水量將成為17.9cmVmin.。因此，兩者之差4.7cmVmin.為滯留在陰 極氣體流路溝槽31中的水分的排出能力。
在此，例如陽(yáng)極隔板9A以及陰極隔板9C的MEA接觸面20、 30
的面積分別為225cm2 (15cmxl5cm),假定水滯留在陰極隔板9C的陰 極氣體流路溝槽31全體的1/3的情況下，那么就會(huì)估算出水滯留在陰 極隔板9C的MEA接觸面30 (面積225cm2)全體的1/3 (面積75cm2) 中。另夕卜，陰極氣體流路溝槽31的深度為例如0.3mm的時(shí)候，就能夠 估算出滯留在陰極氣體流路溝槽31中的水量為2.25cm3。由以上所述， 能夠估算出2.25/4.7x6(H28.7sec.為對(duì)于排除滯留在陰極氣體流路溝槽 31中的水所需的充分的時(shí)間。因此，延緩時(shí)間可以為八T-29sec.。
還有，在上述的說(shuō)明中，作為判斷滯留有水的陰極氣體流路溝槽 31的比例(在上述的說(shuō)明中為陰極氣體流路溝槽31全體的1/3)的方 法，列舉觀測(cè)陰極的發(fā)電輸出的方法。例如，發(fā)電輸出在下降到?jīng)]有 異常的穩(wěn)定的時(shí)候的發(fā)電輸出的2/3為止的情況下，判斷在陰極氣體流 路溝槽31全體的1/3中滯留有水。
另外，在上述的說(shuō)明中，(l)對(duì)于將"水滯留的部分作為陰極氣體 流路溝槽31"而決定AT的情況的一個(gè)例子作了說(shuō)明，但是也可以把 水滯留的部分作為以下的部分來(lái)決定AT。
艮口，例如是，(2)"將水滯留的部分看作為MEA5的陰極電極(例 如，氣體擴(kuò)散層、催化劑層)內(nèi)部"而決定AT的情況以及(3)"將水 滯留的部分看作為陰極流路溝槽31和MEA5的陰極電極內(nèi)部二者"而 決定AT的情況。
例如上述(2)的情況，可以根據(jù)陰極氣體的露點(diǎn)、燃料電池堆100 的溫度(更為準(zhǔn)確的是陰極氣體流路溝槽31內(nèi)部的推定溫度)、陰極 氣體的氣體流量以及MEA5的陰極電極內(nèi)部的全部空隙的容積來(lái)決定 延緩時(shí)間AT。
例如上述(3)的情況，可以根據(jù)陰極氣體的露點(diǎn)、燃料電池堆100 的溫度(更為準(zhǔn)確的是陰極氣體流路溝槽31內(nèi)部的推定溫度)、陰極 氣體的氣體流量、陰極氣體流路溝槽31的容積以及陰極電極內(nèi)部的全 部空隙的容積來(lái)決定延緩時(shí)間AT。
圖14是表示在第3實(shí)施方式中的本變形例的燃料電池系統(tǒng)的工作 例的流程圖。在圖14中，在與圖8相同或者相當(dāng)?shù)牟襟E上標(biāo)注相同的 符號(hào)并省略其說(shuō)明，主要就不同點(diǎn)加以說(shuō)明。
在圖14中，在步驟501中，控制部304僅僅反轉(zhuǎn)控制陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置122以及陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置123。然后，在步驟S502C中，壓 力計(jì)(壓力測(cè)定裝置)306所測(cè)定的壓力P如果變成了第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓 力P2以下，那么進(jìn)入步驟S503，從而反轉(zhuǎn)控制傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置 124。另外，在步驟S503中，控制部304對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行初始化(T=0)， 并開始時(shí)間計(jì)測(cè)。如此構(gòu)成之后，就能夠更加簡(jiǎn)化本發(fā)明的燃料電池 系統(tǒng)的構(gòu)成。另外，因?yàn)橹苯訖z測(cè)出陽(yáng)極氣體流路溝槽21以及/或者陰 極氣體流路溝槽31的由于水分引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)，所以就 能夠更加準(zhǔn)確地消除由于水分引起的閉塞狀態(tài)或者狹窄狀態(tài)。
在此，第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力P2是與反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力Pstand分別規(guī)定的壓 力值。第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力P2低于反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力Pst^，并且可以為在陽(yáng)
極氣體流路溝槽21以及陰極氣體流路溝槽31中不發(fā)生溢流(flooding) 的正常狀態(tài)下的第1陰極氣體管路1131的壓力以上的任意的壓力值。
以上就本發(fā)明的實(shí)施方式以及其變形例作了詳細(xì)的說(shuō)明，但是本 發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式以及其變形例。
本發(fā)明使陽(yáng)極氣體和陰極氣體以及傳熱介質(zhì)3個(gè)流體的流通方向 進(jìn)行反轉(zhuǎn)，但由陰極氣體以及傳熱介質(zhì)的流通方向的反轉(zhuǎn)或者陽(yáng)極氣 體以及傳熱介質(zhì)的流通方向的反轉(zhuǎn)也能夠獲得同等的效果。
另外，通過(guò)幾乎同時(shí)進(jìn)行陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)的反 轉(zhuǎn)，從而能夠簡(jiǎn)化控制裝置300、 310、 320的控制部304的構(gòu)成。
另外，即使省略反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124也能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的燃 料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。即，在檢測(cè)出燃料電池堆100的性能下降的 情況下，例如在由電壓計(jì)131、控制部304的計(jì)時(shí)器或者壓力計(jì)306 檢測(cè)出燃料電池堆100的性能下降的情況下，暫時(shí)停止陽(yáng)極氣體以及/ 或者陰極氣體的供給和傳熱介質(zhì)的供給。然后，使各個(gè)第1管路1121、 1131、 1141和第2管路1121、 1131、 1141進(jìn)行反轉(zhuǎn)再替換燃料電池堆 100，然后再開啟陽(yáng)極氣體以及/或者陰極氣體和傳熱介質(zhì)的供給。由此， 就能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。
再則，反轉(zhuǎn)裝置122、 123、 124也能夠使用其它的一般的管路反 轉(zhuǎn)裝置來(lái)構(gòu)成。
還有，在第1實(shí)施方式以及第3實(shí)施方式中，也可以與S5同樣進(jìn) 行將反轉(zhuǎn)運(yùn)行切回到順運(yùn)行的步驟S7。也就是說(shuō)，也可以使步驟S7
構(gòu)成為根據(jù)燃料電池的輸出電壓、陽(yáng)極氣體流路或者陰極氣體流路中 的壓力損失來(lái)進(jìn)行?；蛘撸诘?實(shí)施方式中也可以使反轉(zhuǎn)連續(xù)時(shí)間 T。-反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)時(shí)間Tstand。
再有，也可以使步驟S7以與步驟S501、 S502A至S502C以及步 驟S503同樣的動(dòng)作進(jìn)行切回。g卩，也可以構(gòu)成為在陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝 置以及陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的任一個(gè)再次反轉(zhuǎn)控制之后，根據(jù)燃料電池 的輸出電壓、陽(yáng)極氣體流路或者陰極氣體流路中的壓力損失或者時(shí)間 差來(lái)進(jìn)行傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置的再一次的反轉(zhuǎn)控制。另外，在該情況 下，在第3實(shí)施方式中，需要追加壓力計(jì)306，并需要追加設(shè)置以測(cè)定 第2陰極氣體管路113E的壓力。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明作為能夠更加充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降 并且能夠抑制燃料電池堆的耐久性的下降的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電 池系統(tǒng)的運(yùn)行方法是有用的。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于具有單電池，具有MEA以及夾持該MEA而配設(shè)的一對(duì)陽(yáng)極隔板和陰極隔板，并且構(gòu)成有陽(yáng)極氣體流路，在所述MEA和所述陽(yáng)極隔板之間連接陽(yáng)極氣體的入口和出口而延伸；以及陰極氣體流路，在所述MEA和所述陰極隔板之間連接陰極氣體的入口和出口而延伸，燃料電池堆，層疊所述單電池，并且構(gòu)成有在所述被層疊的單電池彼此的層疊面之間連接傳熱介質(zhì)的入口和出口而進(jìn)行延伸的傳熱介質(zhì)流路，所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路構(gòu)成為入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此從所述層疊的方向看基本互相重疊，并且陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)構(gòu)成為從各個(gè)所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路的入口朝著出口按順?lè)较蜻M(jìn)行流通，所述燃料電池系統(tǒng)具有陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)，所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置將所述陽(yáng)極氣體流路中的陽(yáng)極氣體的流通方向朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反轉(zhuǎn)，所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置將所述陰極氣體流路中的陰極氣體的流通方向朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反轉(zhuǎn)，傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置，將所述傳熱介質(zhì)流路中的傳熱介質(zhì)的流通方向朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较蜻M(jìn)行反轉(zhuǎn)，控制裝置，根據(jù)所述燃料電池堆的性能下降，對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置中的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有測(cè)定所述燃料電池堆的輸出電壓的電壓測(cè)定裝置， 所述控制裝置根據(jù)所述輸出電壓而對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行 反轉(zhuǎn)控制。
3. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于-具有測(cè)定所述燃料電池堆的連續(xù)發(fā)電時(shí)間的時(shí)間測(cè)定裝置， 所述控制裝置根據(jù)所述連續(xù)發(fā)電時(shí)間來(lái)對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置 進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
4. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有測(cè)定在所述陽(yáng)極氣體流路中的陽(yáng)極氣體和在所述陰極氣體流路中的陰極氣體的至少任一個(gè)的壓力損失的壓力測(cè)定裝置，所述控制裝置根據(jù)所述壓力損失來(lái)對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所 述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行 反轉(zhuǎn)控制。
5. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 所述控制裝置幾乎是同時(shí)進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制以及對(duì)所述傳熱介質(zhì)流 反轉(zhuǎn)裝置的所述反轉(zhuǎn)控制。
6. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再進(jìn)行對(duì)所述傳熱介質(zhì)流 反轉(zhuǎn)裝置的所述反轉(zhuǎn)控制。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有測(cè)定所述燃料電池堆的輸出電壓的電壓測(cè)定裝置， 所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再根據(jù)所述電壓測(cè)定裝置 所測(cè)定的輸出電壓對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 如果所述輸出電壓小于第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓，那么所述控制裝置對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)進(jìn)行反 轉(zhuǎn)控制，在該反轉(zhuǎn)控制之后，如果所述輸出電壓在第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓 以上，那么所述控制裝置對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，所述第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓是比所述反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)電壓更高的電壓值。
9. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于具有時(shí)間測(cè)定裝置，所述控制裝置在進(jìn)行所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn) 裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，根據(jù)所述時(shí)間測(cè)定裝置所測(cè) 定的經(jīng)過(guò)時(shí)間對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
10. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 在進(jìn)行所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，直到對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置的所述反 轉(zhuǎn)控制為止的延緩時(shí)間是根據(jù)陰極氣體的露點(diǎn)、所述陰極氣體流路的 溫度、陰極氣體的流量以及陰極氣體流路的容積來(lái)決定的。
11. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 具有測(cè)定在所述陽(yáng)極氣體流路中的陽(yáng)極氣體和在所述陰極氣體流路中的陰極氣體的至少任一個(gè)的壓力損失的壓力測(cè)定裝置，所述控制裝置在進(jìn)行對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反 轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)的所述反轉(zhuǎn)控制之后，再根據(jù)所述壓力測(cè)定裝置 所測(cè)定的壓力損失對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制。
12. 如權(quán)利要求ll所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于 如果所述壓力損失高于第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力，那么所述控制裝置就對(duì)所述陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置和所述陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置的至少任一個(gè)進(jìn)行 反轉(zhuǎn)控制，在進(jìn)行該反轉(zhuǎn)控制之后，如果所述壓力損失在第2反轉(zhuǎn)基 準(zhǔn)壓力以下，那么所述控制裝置就對(duì)所述傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行反轉(zhuǎn)控制，所述第2反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力是比所述第1反轉(zhuǎn)基準(zhǔn)壓力更低的壓力。
13. —種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于-所述燃料電池系統(tǒng)具有單電池，具有MEA以及夾持該MEA而配設(shè)的一對(duì)陽(yáng)極隔板和陰 極隔板，并且構(gòu)成有陽(yáng)極氣體流路，在所述MEA和所述陽(yáng)極隔板之 間連接陽(yáng)極氣體的入口和出口而延伸；以及陰極氣體流路，在所述MEA 和所述陰極隔板之間連接陰極氣體的入口和出口而延伸，燃料電池堆，層疊所述單電池，并且構(gòu)成有在所述被層疊的單電 池彼此的層疊面之間連接傳熱介質(zhì)的入口和出口而延伸的傳熱介質(zhì)流 路，所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路構(gòu)成為從所述層疊的方向看，入口側(cè)區(qū)域彼此以及出口側(cè)區(qū)域彼此互 相基本重疊，而且陽(yáng)極氣體、陰極氣體以及傳熱介質(zhì)構(gòu)成為分別從 所述陽(yáng)極氣體流路、所述陰極氣體流路以及所述傳熱介質(zhì)流路的入口 朝著出口按順?lè)较蛄魍?，所述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法具有以下步驟根據(jù)所述燃料電池 堆的性能下降，朝著與所述順?lè)较蛳喾吹姆较?，使所述?yáng)極氣體流路 中的陽(yáng)極氣體的流通方向和所述陰極氣體流路中的陰極氣體的流通方 向的至少任一個(gè)以及所述傳熱介質(zhì)流路中的傳熱介質(zhì)的流通方向進(jìn)行 反轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠更加充分地預(yù)防或者恢復(fù)燃料電池堆的性能下降并且能夠抑制燃料電池堆的耐久性的下降的燃料電池系統(tǒng)以及燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)是具有陽(yáng)極氣體流路、陰極氣體流路以及傳熱介質(zhì)流路構(gòu)成為從單電池的層疊的方向看入口側(cè)區(qū)域彼此和出口側(cè)區(qū)域彼此基本互相重疊的燃料電池堆(100)的燃料電池系統(tǒng)，具有將陽(yáng)極氣體的流通方向朝著與順?lè)较?A)相反的方向(B)進(jìn)行反轉(zhuǎn)的陽(yáng)極氣流反轉(zhuǎn)裝置(122)和將陰極氣體的流通方向朝著與順?lè)较?A)相反的方向(B)進(jìn)行反轉(zhuǎn)的陰極氣流反轉(zhuǎn)裝置(123)的至少任一個(gè)，將傳熱介質(zhì)的流通方向朝著與所述順?lè)较?A)相反的方向(B)進(jìn)行反轉(zhuǎn)的傳熱介質(zhì)流反轉(zhuǎn)裝置(124)，以及控制這些反轉(zhuǎn)裝置(122)、(123)、(124)的控制裝置(300)。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101371388SQ20078000237
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月13日
發(fā)明者竹口伸介, 辻庸一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社