专利名称：燃烧电池系统、其运转方法、程序及记录介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统、其运转方法、程序及记录介质。
背景技术：
高分子电解质型燃料电池，其基本原理是在高分子电解质膜的一侧面上暴露燃料气体、而在另一侧面上暴露空气等氧化剂气体，通过介由离子交换膜进行的化学反应而合成水，对由此产生的反应能量进行电取出。
该燃料电池的基本发电元件，具备选择性输送氢离子的高分子电解质膜，及形成在高分子电解质膜两面、以担载铂族金属催化剂的碳粉末为主成分的一对催化剂层(阳极催化剂层及阴极催化剂层)。另外，还具备位于夹着该一对催化剂层的位置、兼具有通气性和电子传导性且主要由碳素纤维构成的气体扩散电极。这些高分子电解质膜、一对催化剂层及气体扩散电极合在一起，称作电解质膜—电极接合体。以下，将电解质膜—电极接合体称作MEA(menblene-electrode-assembly)。
另外，该燃料电池，在MED的电极周围部具备以夹着高分子电解质膜的形态配置的密封用垫圈。这些MEA—垫圈的组装体，由形成燃料气体流路的阳极隔膜(导电性双极板)和形成氧化剂气体流路的阴极隔膜夹着而被紧固。另外，阳极隔膜通过外部回路而与阴极隔膜进行电连接。
在此系统中，若向阳极隔膜供给燃料气体(通常为氢气)、而向阴极隔膜供给氧化剂气体(通常为空气)，则发生如下所述的化学反应。
即，燃料气体，通过阳极气体扩散电极到达阳极催化剂层，在阳极催化剂层离解成质子和电子。此时，离解的电子介由阳极气体扩散电极被回收到阳极隔膜。而另一方的质子由离子交换膜进行质子输送而移动到阴极催化剂层。
在阴极催化剂层，由该质子、通过阴极气体扩散电极到达阴极催化剂层的氧化剂气体、和通过外部连接回路移动到阴极隔膜后介由阴极气体扩散电极向催化剂层供给的电子，发生催化反应，而生成水。
对通过上述一系列反应而使氢与氧化合生成水时的能量差的部分进行电取出，这是高分子电解质型燃料电池的工作原理。
在此，离子交换膜在充分湿润状态下具有稳定的质子输送能，因此，在该电池的工作中水是必需的。该水通常是对向电池供给的氢及空气进行加湿，从而被与反应气体同时供给。另外，为使上述反应进行良好，必需至少60℃以上的温度，实际上燃料电池大多是在60℃～80℃运转。
上述由MEA和隔膜构成的单电池的电动势，与输出电流密度具有依存性，而常用区域为0.6～0.8V左右，因此，在电力用途上通常是层叠几十～几百节使用，将该层叠电池称作电池组。
另外，燃料电池，在发电的同时发热，而在电池组中其发热密度比单电池大，因此，通常每1～3个电池要设置冷却水流路，进行强制性地水冷(有时也使用乙二醇等冷媒)，使电池维持良好的温度状态。因此，电池组中，要进行燃料气体、氧化剂气体、水三种流体的给排，在隔膜上为这三种流体设置各一对(根据情形可以是多对)岐管(共用贯通孔)。其构造是，这些各个流体从该岐管(manifold)，被连接到各自的隔膜的槽，被分流到各电池单元及水冷部。
如果例如是燃料气体，则从燃料气体供给岐管被分流到阳极隔膜的燃料气体流路，在流经流路的过程中，在MEA中伴随着电池反应而被消耗，剩余的燃料气体由燃料气体排气岐管废弃。一般的层叠燃料电池的构造是将这些各电池单元(电池部)和冷却部交错重叠地进行层叠，将其层叠体介由集电板和绝缘板而由端板进行夹持，再用紧固螺栓从两端固定。
所谓的燃料电池系统，指的是用于运转电池组、取出电力的装置整体，本系统中直接驱动电池组的是，将LPG、LNG汽油等可取得的燃料经水蒸气改性而转换成氢且向电池组供给的燃料气体供给系统、对从鼓风机送出的空气进行加湿且向电池组供给的氧化气体供给系统、向电池组供给循环冷却水的冷却水系统及负载电力的电负载系统。
再有，燃料气体所必需的加湿，通常是由以水蒸气改性法添加给燃料的水提供。另外，空气的加湿，为了有效利用从电池组排出的生成水，通常是将阴极排出气体(湿润空气)与从鼓风机送出的供给空气进行全热交换，从而获得要求的加湿量。但是，在由改性反应而被添加的水相对于电池运转条件不足时、及由全热交换而获得的水相对于电池运转条件不足时，在它们的后段设置以电池组冷却排水作为水源及热源的膜加湿器。膜加湿及全热交换，通常是介由水容易透过而气体不透过的加湿膜进行，被使用于电池组上的离子交换膜(全氟磺酸膜)也因适合该用途而被常用。
关于该高分子电解质型燃料电池的期望运转条件及其实现它的方案，最具代表性的现有例有专利文献1。以该原理作为第1现有技术说明如下。
燃料电池是使氢和氧发生电化学反应生成水、取出其电位差作为电力的装置。由于在此生成的水会引起催化剂层的液阻现象(催化剂层由水堵塞且妨碍气体透过从而停止发电的现象)，因此，它的排除在电池的稳定运转上极为重要。
排除在阴极生成的水的方法中最有效的方法是使燃料气体或氧化剂气体始终保持饱和露点以下的水蒸气量。即，通过使氧化剂气体保持饱和露点以下的水蒸气量，从而充裕地使生成的水在氧化剂气体中挥发且与剩余的氧化剂气体一起从电池单元排出。另外，离子交换膜容易透过水，因此，通过使燃料气体保持饱和露点以下的水蒸气量，从而能够使在阴极生成的水在离子交换膜逆扩散后、在燃料气体中挥发且与剩余的燃料气体一同排出。
实现上述运转条件的具体方案，是在气体的吸入部和排出部之间给予压力损失(压力降低)。即，气体的水吸收能力在压力降低的同时提高，因此，随着向排出部流过而气体压力减低，因此，首先能有效地排出伴随着反应逐次在电池单元内生成的水。该压力降低通过(a)设置在吸入部的小孔、(b)流路长度的延长、(c)流路剖面面积的变更、(d)流路内面至少一部分的摩擦系数的增加、(e)将流路内的氢气流量比氢气在阳极转换成阳离子的量实际上设定得高而实现。以上说明了专利文献1的原理。
不过，本发明者特别是在重视电池组的发电效率而以低电流密度额定运转的用途(特别是低处用热电联供系统)中，在上述运转条件中发现了致命的缺陷。即，如果燃料气体、氧化剂气体双方，不能在电池单元内所有部位保持饱和水蒸气量，则在离子交换膜无法保持饱和水蒸气量的部分会发生时效性损伤(随时间经过而损伤)而不能保持燃料电池的寿命。
关于消除上述第1现有技术的致命缺陷、能够保持燃料电池寿命燃料电池系统的一例，以下作为第2现有技术进行说明。
第2现有技术的燃料电池发电系统，具备具有单电池层叠而成的电池组的高分子电解质型燃料电池、向高分子电解质型燃料电池供给燃料气体的阳极气体供给部、提供氧化剂气体的阴极气体供给部。还有，阳极气体供给部，具有改性机用于将燃料气体前体改性成富氢的燃料气体。
在第2现有技术的高分子电解质型燃料电池和阳极气体供给部之间设置用于加湿阳极气体的阳极气体加湿部。另外，在高分子电解质型燃料电池和阴极气体供给部之间设置用于加湿阴极气体的阴极气体加湿部。这些阳极气体加湿部及阴极气体加湿部以用于将从高分子电解质型燃料电池排出的阳极及阴极排出气体的排出热量及水分给予阳极气体及阴极气体全热交换器为基本构成，根据需要，可附加设置以电池组冷却排水作为热源及水源的膜加湿器。
在上述构成的第2现有技术的燃料电池发电系统中，以电池组的工作温度为基准将加湿部的温度维持在一定温度，对阳极气体及阴极气体的露点进行调节。其结果会在电池组内部发生结露。从而，MEA中的固体高分子电解质膜应含有必要充足的水分。即，根据第2现有技术的燃料电池发电系统，则能避免催化剂层的液阻现象，同时，能使固体高分子电解质膜含有充足的水分。
如此，使用第2现有技术的燃料电池发电系统，从而能使固体高分子电解质膜含有必要充足的水分，因此，特别是在重视电池组的发电效率而以低电流密度额定运转的用途(特别是低处用热电联供系统)中，能够解决不能保持燃料电池寿命的问题。
专利文献1特表平6-504403号公报如上所述，第2现有技术的燃料电池发电系统，特别是在重视电池组的发电效率而以低电流密度额定运转的用途(特别是低处用热电联供系统)中，也能够解决不能保持燃料电池寿命的问题。不过，第2现有技术的燃料电池发电系统，当燃料电池系统处于运转上不可避免的不平衡状况时，即启动停止、负载变动时，不能通过使固体高分子电解质膜含有必要充足的水分而保护燃料电池。
即，在第2现有技术的加湿系统(阳极气体加湿部及阴极气体加湿部)中，加湿热源，在阳极，第一是改性反应水，第二是从电池组排出的废弃阳极气体(以下称废气)及电池组冷却排水，而在阴极，第一是从电池组排出的排出阴极气体(以下称废空气)，第二是电池组冷却排水。
负载变动时，特别是缩减负载时电池组冷却排水的温度容易降低。这种现象是由于低负载时发热量降低、散热要件相对大，此外在燃料电池的工作原理上低负载运转时发电效率提高，其结果是随之发生发热量降低和在通常的旋转型泵中低负载时的冷却水量难以控制(节流困难)等。同样地，废气及废空气也在低负载时由于散热而无法获取充足的热量。其结果，在全热交换器或膜加湿器的工作原理上，由于水温降低而难以进行如上所述的充足的加湿。这种情况在停止工作时也同样。
另外，在急剧增大负载时，电池会与负载呈比例地立即需求水，而相对于此，由于在加湿系统、燃料供给系统的热要件中存在基于热容量的热时间常数，无法达到这种要求，因此暂时性成为加湿不足的状态。
另外，特别是在利用水蒸气改性法时，启动时改性气体露点容易超过。其结果是过加湿的改性气体被注入燃料电池时，容易引起上述的液阻现象，在此状态解除负载时会发生由于极性转移而产生的电池破坏。
由于这些原因，从而在第2现有技术的高分子电解质型燃料电池系统中，进行频繁的启动停止、急剧的负载变动时会产生与连续额定运转相比较电池的劣化率大的问题。
发明内容
本发明是出上述现有的问题的考虑，其目的在于提供能更确实地使MEA的整个区域保持水蒸气饱和的燃料电池系统、燃料电池系统的运转方法、程序及记录介质。
为了解决上述问题，第1项本发明的燃料电池系统，具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体；控制部，用以控制使向上述气体流路槽供给的上述气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的至少一个上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
另外，第2项本发明，根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，其中，上述控制部控制上述气体含有的水蒸气量以使在上述电解质膜上述气体所含有的水蒸气不会发生液阻现象。
另外，第3项本发明，根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，具有设置在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、用以调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量的缓冲机构部；上述缓冲机构部具有储备水分的储备部，用以加热由上述储备部所储备的水分的加热部，检测上述被储备的水分的温度的温度检测部，控制加热部用以保持上述水分的温度比上述气体流路槽的电极入口部的温度高、而将上述水分再气化向上述至少一个电极供给的供给控制部。
另外，第4项本发明的燃料电池系统，具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；
气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体；缓冲机构部，其设置在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、用以调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量。
另外，第5项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述缓冲机构部具有储备水分的储备部；用以加热由上述储备部所储备的水分的加热部；检测上述被储备的水分的温度的温度检测部；控制加热部用以保持上述水分的温度比上述气体流路槽的电极入口部的温度高，而将上述水分再气化向上述至少一个电极供给的供给控制部。
另外，第6项本发明，根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，上述储备部，在超过上述缓冲机构部的内部温度下的饱和水蒸气量时进行热量控制以使从上述气体供给部供给的水蒸气冷凝；上述控制部，利用(1)改性机的废热、(2)从上述改性机向上述电池组供给的上述燃料气体的热、(3)通过燃烧燃料获得的热、(4)通过燃烧从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热、(5)从上述电池组排出的冷却水的废热、的任意热中至少一种热作为热源，从而使冷凝的上述水蒸气气化。
另外，第7项本发明，根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，通过燃烧上述燃料或从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热，从改性机燃烧器获得。
另外，第8项本发明，根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，通过燃烧上述燃料或从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热，从改性机燃烧器以外的专用燃烧机获得。
另外，第9项本发明，根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，通过根据检测对上述电池组供给的水蒸气量的检测信号，对导入到上述缓冲机构部中的上述一种以上热的热量进行控制，从而控制使向上述气体流路槽供给的气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
另外，第10项本发明，根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，上述控制部通过热介质量的控制来进行上述一种以上热的热量控制。
另外，第11项本发明，根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，由上述控制部进行的上述一种以上热的热量控制，包含上述改性机或专用燃烧机的燃烧量控制。
另外，第12项本发明，根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述一种以上热向上述控制部的供给，通过来自其热的热源泉的热流体直接导通而进行。
另外，第13项本发明，根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述一种以上热向上述控制部的供给，通过使来自其热的热源泉的热流体与电池组冷却排水进行热交换之后间接导通而进行。
另外，第14项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述控制部的控制常数，能对应多个运转模式设定多个。
另外，第15项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，学习使用状态下的最适宜的控制常数而进行控制。
另外，第16项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，具备用以向上述气体流路槽供给上述气体的气体入口岐管，上述缓冲机构部与上述气体入口岐管直接连结而配置。
另外，第17项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，具备用以向上述气体流路槽供给上述气体的气体入口岐管，上述缓冲机构部设置在上述气体入口岐管内。
另外，第18项本发明，根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述电池组和上述缓冲机构部被一并绝热。
另外，第19项本发明的运转燃料电池系统的运转方法，是运转燃料电池系统的燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；
气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体，其中该燃料电池系统的运转方法，具备控制步骤，在该控制步骤进行控制使向上述气体流路槽供给的上述气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
另外，第20项本发明的燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体，其中该燃料电池系统的运转方法，具备在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量的调节步骤。
另外，第21项本发明，是用以将计算机作为权利要求1所述的燃料电池系统的控制部而发挥作用的程序，其进行控制使向上述气体流路槽供给的上述气体含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
另外，第22项本发明，是记录权利要求21所述的程序的记录介质，是能够由计算机进行处理的记录介质。
发明的效果根据本发明，能够提供能更确实地使MEA的整个区域保持水蒸气饱和的燃料电池系统、燃料电池系统的运转方法、程序及记录介质。
图1是本发明的实施方式1的燃料电池系统的示意图。
图2是本发明的实施方式1的燃料电池系统的电池组的侧面图。
图3(a)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的隔膜的平面图；图3(b)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的隔膜的平面图；图3(c)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的隔膜的侧面图。
图4是本发明的实施方式1的燃料电池系统的构成斜视图。
图5(a)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的缓冲机构部隔膜的平面图；图5(b)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的缓冲机构部隔膜的平面图；图5(c)是本发明的实施方式1的燃料电池系统的缓冲机构部隔膜的侧面图。
图6是本发明的实施方式1的燃料电池系统的侧面构成图。
图7是本发明的实施方式2的燃料电池系统的示意图。
图8(a)是本发明的实施方式2的燃料电池系统的构成斜视图；图8(b)是本发明的实施方式2的燃料电池系统的主要部分放大斜视图；图8(c)是本发明的实施方式2的燃料电池系统的本发明的实施方式1的燃料电池系统的主要部分放大侧面图。
图9是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图10是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图11是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图12是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图13是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图14是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图15是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图16是本发明的实施方式3的图15的燃料电池系统的电池组的构成斜视图。
图17是本发明的实施方式3的燃料电池系统的概略图。
图18是表示本发明的实施例1与现有的燃料电池系统的额定连续运转的寿命特性的曲线图。
图19是表示本发明的实施例1的燃料电池系统与现有的燃料电池系统的负载变动运转寿命特性的曲线图。
图20是表示本发明的实施例1的燃料电池系统的负载变动运转时的水收支的曲线图。
图21是表示本发明的实施例1的燃料电池系统的额定连续运转的寿命特性比较的节数依存性的曲线图。
图22是表示本发明的实施例2的燃料电池系统的额定连续运转的寿命特性比较的节数依存性的曲线图。
图23是表示本发明的实施例1与实施例2的燃料电池系统的负载变动运转寿命特性的曲线图。
图中1-电池组；2-阳极气体供给部；3-阴极气体供给部；4-阳极气体加湿部；5-阴极气体加湿部；6-阳极加热介质流路；8-阴极加热介质流路；10-绝热材料；20-阳极缓冲机构部；21-阳极缓冲机构热交换部；22-阳极缓冲机构水位检测部；23-阳极缓冲机构湿度检测部；24-排泄口；25-阳极缓冲机构加热介质供给部；26-阳极缓冲机构加热调节阀；27-阳极缓冲机构排泄阀；28-阳极缓冲机构控制部；29-阳极缓冲机构储备部；30-阴极缓冲机构部；31-阴极缓冲机构热交换部；32-阴极缓冲机构水位检测部；33-阴极缓冲机构湿度检测部；34-排泄口；35-阴极缓冲机构加热介质供给部；36-阴极缓冲机构加热调节阀；37-阴极缓冲机构排泄阀；38-阴极缓冲机构控制部；39-阴极缓冲机构储备部。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)图1是本实施方式1的本发明燃料电池系统的基本构成的示意图。本实施方式1的高分子电解质型燃料电池系统，具备由单电池层叠而成的电池组1、向电池组1供给燃料气体的阳极气体供给部2和供给氧化剂气体的阴极气体供给部3。在该电池组1和阳极气体供给部2之间，设置用于加湿阳极气体的阳极气体加湿部4。另外，在电池组1和阴极气体供给部3之间，设置用于加湿阴极气体的阴极气体加湿部5。
首先，对图1所示的电池组1进行说明。
图2表示电池组1的侧面图。图2中，电池组1具有多个层叠的单电池43。单电池43，是与背景技术中说明的同样的制品。该单电池43具有具有一对气体扩散层和电解质膜的MEA42、垫圈、在与MEA42相接的面上形成有将燃料气体向MEA42供给的阳极气体流路的隔膜、和在与MEA42相接的面上形成将氧化剂气体向MEA42供给的阴极气体流路的隔膜。
还有，构成MEA42的阳极及阴极任何一个都表示具有气体扩散性的气体扩散电极。更具体地说，阳极及阴极任何一个都可以由具有气体扩散性的催化剂层构成，也可以是在气体扩散层上形成上述催化剂层的层叠体。再有，阳极及阴极也可以是具有在气体扩散层和催化剂层之间配置1层以上其他层(例如，由气体扩散层、电子传导性及具有防水性的多孔体构成的层)这种构成的层叠体。
作为该隔膜，本实施方式1中，采用了作为本发明的隔膜一例的2种隔膜，一个是具有燃料气体流路13和冷却水流路18的隔膜40，另一个是具有氧化剂气体流路19和冷却水流路18的隔膜41。
这2种隔膜，使隔膜40的燃料气体流路13形成面与隔膜41的氧化剂气体流路19形成面夹着MEA42对置而排列。基于如此排列，从而单电池43在其两端具有由冷却水流路18形成的冷却部44。再有，其说明省略，而在MEA42各隔膜40、41间及相邻的单电池43间配置垫圈。
图3是(a)是图2所示的隔膜40的平面图。另外，图3(b)是图2所示的隔膜40的图3(a)相反侧的面的平面图。另外，图3(c)是图2所示的隔膜40的侧面图。还有，图2所示的隔膜41，具有与隔膜40同样的构成，因此，省略其详细说明。
如图3(a)所示，从隔膜40的平面40a看，在端周边形成阳极气体入口岐管11、阳极气体出口岐管12、阴极气体入口岐管14、及阴极气体出口岐管15。另外，还形成冷却水入口岐管16及冷却水出口岐管17。还有，这些各出口和入口岐管，实际上设置在相对于正方形状隔膜40的平面中心点对称的位置。还有，阳极气体入口岐管11和阴极气体入口岐管14设置成与隔膜40的平面40a一边附近相邻的形式。还有，阳极气体出口岐管12及阴极气体出口岐管15，设置成与上述一边的对边附近相邻的形式。还有，冷却水入口岐管16和冷却水出口岐管17分别设置在剩下的两边上。还有，冷却水入口岐管16设置在阳极气体入口岐管11附近。
从该阳极气体入口岐管11到阳极气体出口岐管12，呈锯齿状形成构成燃料气体流路13的多个平行的槽。另外，在形成燃料气体流路13的相反面上，从冷却水入口岐管16到冷却水出口岐管17，呈锯齿状形成构成冷却水流路18的多个平行的冷却水流路槽。
以上，对图1所示的电池组1进行了说明。
接下来，对图1中电池组以外的部分进行说明。
即，在图3(a)及图3(b)所示的阳极气体入口岐管11与图1所示的阳极气体加湿部4之间，如图1所示，根据需要设置作为本发明的缓冲机构部一例的阳极缓冲机构部20，用以对燃料气体附加水。该阳极缓冲机构部20，如图1所示，具有作为本发明的储备部一例的阳极缓冲机构储备部29，用以储备对燃料气体附加的水分，并与阳极气体入口岐管11直接连结。
还有，与上述阳极侧同样，在阴极侧的阴极气体入口岐管14与阴极气体加湿部5之间，如图1所示，根据需要设置作为本发明的缓冲机构部一例的阴极缓冲机构部30，该阴极缓冲机构部30，如图1所示，具有作为本发明的储备部一例的阴极缓冲机构储备部39。
电池组1、阳极缓冲机构储备部29、及阴极缓冲机构储备部39为一体化的构成，如图1所示，由绝热材料10覆盖。
图1中，在上述阳极缓冲机构储备部29内，设置用以加热储备水的作为本发明的加热部一例的阳极缓冲机构热交换部21、和检测储备水水位的阳极缓冲机构水位检测部22。另外，还设置用以排出被储备在阳极缓冲机构储备部29内的水的阳极缓冲机构排泄口24。还在阳极缓冲机构部内设置用以检测缓冲机构内的水蒸气量的阳极缓冲机构湿度检测部23。
另外，图1中，在上述阴极缓冲机构储备部39内，也与阳极缓冲机构储备部29同样，设置作为本发明的加热部一例的阴极缓冲机构热交换部31、阴极缓冲机构水位检测部32、排泄口34和阴极缓冲机构湿度检测部33。
图1中，从设置在绝热材料10外部的阳极缓冲机构加热介质供给部25向阳极缓冲机构热交换部21形成阳极加热介质流路6，在该阳极加热介质流路6设置用以调节加热介质流量的阳极缓冲机构加热调节阀26。另外，阳极缓冲机构排泄口24，通向绝热材料10外部，设置用以调节储备水的排出的阳极缓冲机构排泄阀27。另外，设置阳极缓冲机构控制部28，其可根据由阳极缓冲机构水位检测部22检测的储备水的水位，进行阳极缓冲机构排泄阀27的开关控制，根据由阳极缓冲机构湿度检测部23检测的湿度，控制阳极缓冲机构加热调节阀26的开关。
即，阳极缓冲机构部20，具有阳极缓冲机构储备部29、阳极缓冲机构热交换部21、阳极缓冲机构水位检测部22、阳极缓冲机构湿度检测部23、阳极缓冲机构排泄口24、阳极缓冲机构加热介质供给部25、阳极加热介质流路6、阳极缓冲机构加热调节阀26、阳极缓冲机构排泄阀27及阳极缓冲机构控制部28。
另外，与阳极侧同样，在阴极侧也设置阴极缓冲机构加热介质供给部35、阴极加热介质流路8、阴极缓冲机构加热调节阀36、阴极缓冲机构排泄阀37及阴极缓冲机构控制部38。
在此，从阳极缓冲机构加热介质供给部25向阳极缓冲机构热交换部21供给的加热介质，是将消除电池组发热的电池组冷却水与至少以下(1)～(4)任意一种热源进行热交换而升温的物质，或是从(1)～(4)任意一种热源排出的燃烧排气及其他物质，其交换热量控制同样是根据来自阳极缓冲机构控制部28的信号，由在此没有图示的改性机或专用燃烧器的燃烧量控制等进行。另外，与系统运转变化(启动停止、负载变动)相对的时间常数及控制常数，对应于各个运转模式而被预置在在此没有图示的控制用存储介质中，在实际运转时通过学习控制程序，对控制常数进行微调而设定。关于阴极侧也同样。
(1)上述改性机的废热(2)从上述改性机向上述电池组供给的上述富氢的燃料气体的热(3)由燃烧燃料而获得的热
(4)由燃烧从上述电池组排出的残余燃料气体而获得的热还有，关于上述1(1)～(4)，在后述的实施方式3中进行详细说明。
关于图1所示的阳极缓冲机构部20和阴极缓冲机构部30的构成，以下进行具体地叙述。
图4是图1所示的电池组1、与阳极缓冲机构部20及阴极缓冲机构部30的构成斜视图。图1中的阳极缓冲机构储备部29及阴极缓冲机构储备部39，如图4所示，由多个缓冲机构部隔膜50、60层叠而形成。多个缓冲机构部隔膜50、60被层叠在电池组1上，在电池组1的相反侧配置端板51。
接下来，关于缓冲机构部隔膜50进行详细叙述。
图5(a)是缓冲机构部隔膜50的缓冲机构储备用槽形成面。另外，图5(b)是缓冲机构部隔膜50的加热介质流路用槽形成面。另外，图5(c)是图5(a)的AA′剖视图。
如图5(a)所示，缓冲机构部隔膜50的一面50a，从层叠方向看，在上边附近并排形成2个阳极气体出口岐管52、阴极气体出口岐管53。另外，在各自的气体出口岐管下部的、缓冲机构部隔膜50的下边附近，并排形成阳极气体入口岐管54、阴极气体入口岐管55。
另外，在形成气体出口岐管52、53及气体入口岐管54、55以外的两边附近(图5(a)中左右的边)，每边上各自形成加热介质入口岐管58及加热介质出口岐管59。还有，加热介质入口岐管58及加热介质出口岐管59形成在相对于大致正方形状的缓冲机构部隔膜50中心大致点对称的位置。再有，形成在隔膜40上的冷却水入口岐管16和冷却水出口岐管17也形成在缓冲机构部隔膜50上。
此外，在冷却水入口岐管16和加热介质出口岐管59之间的、缓冲机构部隔膜50的边附近设置阳极储备水排出岐管70。另外，在冷却水出口岐管17和加热介质入口岐管58之间的、缓冲机构部隔膜50的边附近设置阴极储备水排出岐管80。
另外，在缓冲机构部隔膜50的表面50a上形成有位于阳极气体出口岐管52和阳极气体入口岐管54之间的阳极缓冲机构储备部用槽56、和位于阴极气体出口岐管53和阴极气体入口岐管55之间的阴极缓冲机构储备部用槽57。
该阳极缓冲机构储备部用槽56，具有下部封闭的水储备部用槽56a。另外，阳极缓冲机构储备部用槽56，还具有从阳极气体出口岐管52朝向水储备部用槽56a上部而形成的气体出口用槽56b、和从水储备部用槽56a上部向上方向折返而向下方的阳极气体入口岐管54而形成的气体入口用槽56c。并且，从水储备用槽56a向阳极储备水排出岐管70形成水排出用槽56d。还有，在阴极气体出口岐管53和阴极气体入口岐管55之间，也形成与阳极缓冲机构储备部用槽56同样形状的阴极缓冲机构储备部用槽57。
另外，在上述缓冲机构储备用槽56的形成面的相反面50b上，形成加热介质流路用槽46。该加热介质流路用槽46从上述加热介质入口岐管58向加热介质出口岐管59形成锯齿形状。
还有，缓冲机构部隔膜60，以与上述缓冲机构部隔膜50左右对称的方式形成各出口入口岐管、阳极及阴极缓冲机构储备部用槽56、57及加热介质流路用槽46。除此之外，缓冲机构部隔膜60与缓冲机构部隔膜50为同样构成，因此，关于缓冲机构部隔膜60省略详细说明。
如图4所示，在层叠缓冲机构部隔膜50、60时，缓冲机构部隔膜50、60和图2所示的隔膜40、41的各岐管的位置，如以下所示对应。
即，图5(a)、图5(b)及图5(c)所示的缓冲机构部隔膜50、60的阳极气体出口岐管52和图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41的阳极气体入口岐管11在层叠时位置一致。
另外，图5(a)、图5(b)及图5(c)所示的缓冲机构部隔膜50、60的阴极气体出口岐管53和图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41的阴极气体入口岐管14在层叠时位置一致。
另外，图5(a)、图5(b)及图5(c)所示的缓冲机构部隔膜50、60的阳极气体入口岐管54和图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41的阴极气体出口岐管15在层叠时位置一致。
另外，图5(a)、图5(b)及图5(c)所示的缓冲机构部隔膜50、60的阴极气体入口岐管55和图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41的阳极气体出口岐管12在层叠时位置一致。
图6是图1所示的缓冲机构部和图1所示的电池组1的侧剖视图。即，在此，列举阳极侧为例说明。如图6所示，通过将图5(a)、图5(b)及图5(c)所示的缓冲机构部隔膜50、60的形成各个缓冲机构储备部槽56的面重合在一起，从而形成缓冲机构储备构成部29a。该缓冲机构部隔膜50、60交错层叠，从而形成多个缓冲机构储备构成部29a，构成图1的示意图中说明的缓冲机构储备部29。
另外，在各缓冲机构储备构成部29a之间，通过将隔膜50与隔膜60的加热介质流路用槽46(参照图(b))的形成面重合在一起，从而形成加热介质流路47。由该多个加热介质流路47构成作为本发明的加热部一例的热交换部48。还有，在图1的示意图中，分别设置的阳极加热介质流路6和阴极加热介质流路8，在表示具体例的图6中，相当于图1所示的对阳极缓冲机构储备部29和阴极缓冲机构储备部39同时加热的加热介质流路47。另外，图1的阳极缓冲机构热交换部21和阴极缓冲机构热交换部31也相当于图6中的热交换部48。
另外，与电池组1相接的缓冲机构部隔膜，如图6所示，成为不形成阳极气体入口岐管54的缓冲机构部端隔膜61。另外，图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41的冷却水入口出口岐管16、17设置在缓冲机构部隔膜50、60、61上，而不形成流路，因此，穿过缓冲机构部隔膜50、60、61向电池组1供给。另外，图5(a)及图5(b)所示的缓冲机构部隔膜50和60的加热介质入口及出口岐管58、59不设置在电池组1的图3(a)及图3(b)所示的隔膜40、41上。最好是在设计上，设置成穿过电池组1而通过加热介质的情形。
另外，图6中，在被层叠的缓冲机构部隔膜50、60的电池组1的相反侧设置端板51。
该端板51，如图4所示，在与图1所示的阳极缓冲机构储备部29及阴极缓冲机构储备部39对应的位置设置光学的水位传感器63(相当于图1中所示的阳极缓冲机构水位检测部22。)，用以介由观察窗62检测储备水的水位。另外，用以将被储备在图1所示的阳极缓冲机构储备部29中的水排出到系统外的、图1中说明的阳极缓冲机构排泄口24及阳极缓冲机构排泄阀27，如图4所示，被设置在端板51、缓冲机构部隔膜50、60上。另外，图4中，在端板51上，在层叠时相当于缓冲机构的阳极气体出口岐管52、阴极气体出口岐管53内的位置嵌设阳极气体湿度传感器220、阴极气体湿度传感器221，且与在此没有图示的控制部电连接。
还有，没有图示，不过，在阴极侧也设置水位传感器63、阴极缓冲机构排泄口34及阴极缓冲机构排泄阀27。
另外，在图1的示意图中，检测水位的阳极缓冲机构水位检测部22，在图4的具体例中相当于在端板51上介由观察窗62的光学水位传感器63，不过不限定于此。简要地说，阳极缓冲机构水位检测部22，只要能检测出被储备在缓冲机构储备部的水的水位即可。另外，在如图4所示的自动排水样式中也可以省略。
另外，图4中，端板51，在与缓冲机构部隔膜50、60的阳极气体入口岐管54、阴极气体入口岐管55相对应的位置具有阳极气体供给管64、阴极气体供给管65。同样地，端板51，在与缓冲机构部隔膜50、60的各出入口岐管相对应的位置设置冷却水供给管66、冷却水排出管67、加热介质供给管68及加热介质排出管69。
关于上述构成的本实施方式1的燃料电池系统的工作，进行以下叙述。还有，举阳极气体侧为例进行说明，而在阴极气体侧也同样。
还有，使在阳极气体加湿部4被给予燃料气体的露点为T1。另外，通过阳极缓冲机构控制部28调节阳极缓冲机构加热调节阀26从而调节加热介质的流量，使阳极缓冲机构储备部29内的温度保持在T2。
另外，使MEA42的燃料气体流路13的入口部的温度为T3。
从阳极气体供给部2发生、在阳极气体加湿部4被给予T1的露点的燃料气体，如图6箭头所示，通过端板51的阳极气体供给管64，流入缓冲机构部隔膜50、60的阳极气体入口岐管54内。
接下来，通过设置在各缓冲机构部隔膜50、60上的、如图5所示的缓冲机构储备部槽56的气体入口用槽56c，流入图6所示的多个缓冲机构储备构成部29a。在与电池组1接触的缓冲机构部隔膜61上不设置阳极气体入口岐管54，因此，燃料气体全部流入缓冲机构储备构成部29a。在此，该燃料气体所含有的水蒸气中、与阳极缓冲机构储备构成部29a的内部温度(T2)下的露点相当的水蒸气，不会在阳极缓冲机构储备构成部29a内液化，从图5(a)及图5(b)所示的阳极气体出口岐管52向图4所示的电池组1的阳极气体入口岐管11供给。
接下来，在MEA42的燃料气体流路13的入口被冷却至T3。在此，阳极缓冲机构储备部29中存在储备水，若T2＞T3的关系始终成立，则在MEA42的气体流入部相对于T3水蒸气成为饱和。要使水蒸气相对于T3成为过饱和，则由阳极缓冲机构控制部28进行调节从热介质供给热量的控制，以使例如T2相对于T3高出一定值。此时，若阳极缓冲机构控制部28可以控制使T2相对于T3高出一定值、且T3与T2的关系满足T3+10＞T2、且，则能够回液阻现象。
另外，若此系统中，T1＞T2的关系始终成立，则储备水会一直增加，因此，将过剩的储备水从阳极缓冲机构储备部29通过图4所示的阳极储备水排出岐管70和阳极缓冲机构排泄口24排出，能向其他副机供给。例如返回到加湿部再利用，或作为改性机的工作水利用。
另外，此系统，在系统工作过程中暂时成为T1＜T2时，不足分量由储备水自然蒸发而供给，而不会发生供给水蒸气量相对于电池不足，从系统工作稳定成为T1＞T2的时点开始储备水又转为增加。
作为上述例子，使用辅助热源，使全热交换器(没有图示)的温度维持在78℃，从而维持在供给气体的露点(T1)74℃，将其导入维持在72℃(T2)的阳极缓冲机构储备部29，向电池温度70℃(T3＝71℃左右)的MEA42的气体入口部进行供给。表1表示各温度下的水的饱和水蒸气量。
表1水的饱和水蒸气量
如此，基本上控制从水蒸气供给系统供给的水蒸气供给量相对于电池工作必需的量过剩，将该过剩部分及供给中在管内液化且不会对防止MEA干燥立即生效的部分进行储备。将该被储备的水用电池温度以上的热源再气化，给予电池温度下的饱和水蒸气量以上的水蒸气量。之后，进行控制(相对于这部分的能检测的电池温度而成为过饱和)、即调节控制(缓冲)，使其在电池组岐管内以MEA42的气体流入部的温度冷却而成为饱和。
如上所述，通过供给含有比MEA的气体流入部的温度下的饱和水蒸气量高的水蒸气的气体，从而能更确实地在MEA所有部位使供给气体保持饱和水蒸气量。
另外，通过设置缓冲机构部，从而，在由于气体加湿部4、5的供给能力相对于电池的要求量暂时降低等控制上的原因或随着电力负载增大等，相对于电池的要求水蒸气量而言、气体加湿部的水蒸气供给能力赶不上(时延)响应速度的状况下，能进行缓冲或调节，使被储备在内部的水气化而填补该不足分量。
并且，通过将缓冲机构储备部与气体入口岐管直接连结设置、再一并绝热，从而能防止气体温度降低。即，所采用的设计是使在从气体加湿部4、5向电池组1的管中结露、实际的水蒸气量降低的反应气体，再次返回到电池温度以上的露点、且其不会再次结露而在电池中被消耗。
因此，能提供即使在以低电流密度额定运转的用途(特别是低处用热电联供系统)中，也能更长寿命地进行稳定运转的燃料电池系统或其运转方法。
(实施方式2)图7是本实施方式2的燃料电池系统的示意图。如图7所示，本实施方式2的燃料电池系统，基本构成与实施方式1相同，不过，在将阳极缓冲机构部及阴极缓冲机构部设置在阳极及阴极气体入口岐管内这点不同。为此，以本实施方式2相对于实施方式1的不同点为中心进行说明。还有，对与实施方式1相同的构成要件使用相同符号。
图8是(a)是本实施方式2的燃料电池系统的电池组1(图7)的构成斜视图。如图8(a)所示，本实施方式2的燃料电池系统，具备与实施方式1的阳极及阴极入口岐管11、14形状不同的阳极及阴极入口岐管71、81。另外，与实施方式1不同的是不具备缓冲机构部隔膜，而是在电池组1上直接层叠端板90。
图8(b)是阴极气体入口岐管81的放大斜视图。另外，图8(c)是从端板90沿电池组1方向看的阴极气体入口岐管81的放大平面图。如图8(c)所示，该阴极气体入口岐管81底部的右侧81a向阴极气体入口岐管81内突出，左侧81b形成能储备水的作为本发明的储备部一例的阴极缓冲机构储备部82。在该阴极缓冲机构储备部82的底部，设置具有阴极缓冲机构加热介质流路84的作为本发明的加热部一例的阴极缓冲机构热交换部83。从该阴极气体入口岐管81的右侧81a，形成作为氧化剂气体流路19用槽的氧化剂气体流路用槽86。另外，设置在端板51上的阴极气体入口岐管81，不贯通端板90，如图8(b)所示，端板90具备与阴极气体入口岐管81上部接合的阴极气体供给管91。另外，如图8(a)所示，端板90具有分别检测阳极气体入口岐管71、阴极气体岐管81内的湿度的阳极气体湿度传感器220、阴极气体湿度传感器221。
如此，实施方式1的阴极缓冲机构部30，在本实施方式2中，相当于设置在阴极气体入口岐管81内的、具有阴极缓冲机构储备部82及阴极缓冲机构热交换部83的阴极缓冲机构部85。
另外，与阴极侧同样，阳极气体入口岐管71，在底部右侧具备作为本发明的储备部一例的阳极缓冲机构储备部72，从底部左侧形成燃料气体流路13的槽。与上述的阴极侧同样，在阳极缓冲机构储备部72的底部，设置具有阳极缓冲机构加热介质流路74的作为本发明的加热部一例的阳极缓冲机构热交换部73。
另外，如此，实施方式1的阳极缓冲机构部20，在本实施方式2中，相当于设置在阳极气体入口岐管71内的、具有阳极缓冲机构储备部72及阳极缓冲机构热交换部73的阳极缓冲机构部75。另外，在端板90上设置与阳极气体入口岐管71上部接合的阳极气体供给管92。
另外，端板90，与实施方式1同样，具有阳极观察窗93、阴极观察窗94，用以检测储备在阳极及阴极缓冲机构储备部72、82中的水位。没有图示，不过，观察窗93、94中还分别设置光学的水位传感器。另外，端板90，在与电池组1的冷却水入口岐管16相对应的位置具有冷却水供给管95，在与冷却水出口岐管17相对应的位置具有冷却水排出管96。
还有，阳极气体入口岐管71、阴极气体入口岐管81、冷却水入口岐管16全部位于电池组1的上部，使该电池组中全部流体垂直向下流动，从而设计成越向上部温度越低(原因是随着向下流，由于电池组1的发热而使各流体被加热，因此下部的温度比上部高。)。
另外，本实施方式2的燃料电池系统，其构成是在冷却水排出管96上设置分流阀97，由分流阀97分流的冷却水流入阳极缓冲机构加热介质流路74及阴极缓冲机构加热介质流路84中。
在该分流阀97与阳极缓冲机构加热介质流路74、阴极缓冲机构加热介质流路84之间，设置外部热交换器98，用以在冷却水温度不足时，能补充从电池组1以外的热源吸收的热。
还有，在图7的示意图中，检测水位的阳极缓冲机构水位检测部22，在图8的具体例中，相当于端板90上介由观察窗93、94的水位传感器，不过并不限定于此。简要地说，阳极缓冲机构水位检测部22，只要能检测出被储备在缓冲机构储备部中的水的水位即可。
另外，向加热介质流路74、84供给加热介质的加热介质供给部，在图7中与阳极缓冲机构加热介质供给部25及阴极缓冲机构加热介质供给部35分别论述，而图8(a)中，向加热介质供给部84、94供给加热介质的流路为一个，因此，加热介质供给部也没必要分别设置。
关于上述构成的本实施方式2的燃料电池系统的工作进行以下说明。还有，关于阴极侧进行说明，而阳极侧也同样。
从阴极气体供给部3供给、在阴极气体加湿部5被加湿的氧化剂气体，从阴极气体供给管91流入阴极气体入口岐管81内。
接下来，比阴极气体入口岐管81内的露点低的部分流入氧化剂气体流路用槽86。
阴极气体入口岐管81内的水蒸气量由阴极气体湿度传感器221始终监测，以使该水蒸气量始终比T3(MEA42的氧化剂气体流路入口部的温度)下的饱和水蒸气量多，在阴极缓冲机构热交换部83进行热供给，为了使储备水气化，而在从此处向单电池43分流的时刻始终具有比单电池43的温度高的露点。
本实施方式2，与实施方式1比较，特别是即使在为了获得高电压而提高层叠节数、加长电池组长度时，也具有可由各电池单元均等进行水蒸气的分配的优点。
另外，本实施方式2，与实施方式1比较，在更均等地向各单电池分配水蒸气的这点上更优越。即，在实施方式1所示的方式中，从缓冲机构部20、30到各单电池43的距离(事实上的管长)不均等，特别是在多节层叠时，由于岐管内的结露而在远离缓冲机构的部分水蒸气量不足。本实施方式2中，为了在气体岐管内储备水，使管长均等且为最短。
另外，实施方式1中存在着在电池组1的层叠节数升高时，缓冲机构部隔膜50、60的层叠节数也必须与之相应地增加这种封装上的问题，而在本实施方式2中，将气体岐管的一定面积作为储备空间，由此，储备水量与层叠节数自动地成比例，因此没有问题。
另外，本发明的控制部，在实施方式1、2中相当于阳极缓冲机构控制部28及阴极缓冲机构控制部38，对储备在储备部的水分的再气化量进行控制。关于控制该气化量的方法，也可以如上所述使用湿度传感器进行反馈控制，还可以是以水位检测气化的水的绝对量而进行同样控制的方法。简要地说，只要是能对加热部进行控制、以使储备在储备部的水分的温度保持比气体流路槽的入口部的电解质膜的温度高的温度，而将水分再气化向被层叠的多个单电池供给的控制部即可。
另外，本发明的缓冲机构部，在本实施方式1中，相当于阳极缓冲机构部20及阴极缓冲机构部30，在本实施方式2中，相当于阳极缓冲机构部75及阴极缓冲机构部85，装备在阳极侧和阴极侧的两侧，不过也可以只设置在某一侧。此时，与现有的燃料电池系统相比较，则能更长寿命地进行稳定运转，不过，为了防止MEA的干燥，最好是将缓冲机构部设置在阳极及阴极侧的双方。
另外，也可不限定于本实施方式1、2中说明的缓冲机构部的构成。不管怎样，该缓冲机构部只要具有对向多个单电池供给的反应气体的水蒸气量进行调整、始终供给电池温度下的饱和水蒸气量以上的水蒸气量的功能(缓冲)即可。另外，加热介质如上所述，可以将电池冷却排水暂且与电池以外的热源进行热交换之后使用，也可以将来自电池以外的热源的燃烧排气直接引入到阳极缓冲机构加热介质流路74及阴极缓冲机构加热介质流路84中，在岐管内直接加热储备水。
(实施方式3)关于实施方式3中与上述实施方式1及2共同使用的、向缓冲机构储备部供给热的热供给机构进行说明。
作为与上述实施方式1及2任意一个共同使用的、向缓冲机构储备部供给热的热供给机构，将比T3(MEA的气体入口部的温度)高的高温流体通过加热介质流路导入到缓冲机构，在缓冲机构内与储备水进行热交换的方式简便且可靠。在实际的燃料电池系统中，作为电池排热以外的热源有以下选择。
(1)阳极气体供给部2所具有的燃料改性机的废热。
(2)导入从燃料改性机供给的加湿氢气(温度150度左右)的方法。
(3)为了本目的而燃烧燃料自身的方法。
(4)为了本目的而燃烧废气(阳极中剩余的排出氢气)的方法。
以下，关于上述选择进行说明。还有，以实施方式1为例进行说明，而实施方式2中也同样。
(1)方法是在阳极气体供给部2进行从燃料气体向富氢气体的改性时需要加热，因此利用该废热作为热源对加热介质进行加热。图9是本实施方式3的(1)的燃料电池系统的概略图。还有，关于与图1所示的实施方式1相同的构成，使用相同符号。
如图9所示，阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8，构成朝向阳极气体供给部2的改性机的流路。另外，阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8，在改性机前流路合流，利用改性机的废热对加热介质进行加热。且被加热的加热介质向阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8分流，朝向阳极缓冲机构储备部29及阴极缓冲机构储备部39供给。
(2)方法是将从阳极气体供给部2的燃料改性机向电池组1供给的加湿氢气的热作为热源利用，导入到阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8中。图10是本实施方式3的(2)的燃料电池系统的概略图。如图10所示，在被加湿的燃料气体流路中设置热交换器138。朝向该热交换器138设置阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8。另外，阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8，在热交换器138前流路合流，在热交换器138中利用加湿燃料气体传来的热对加热介质进行加热。并且被加热的加热介质向阳极加热介质流路6及阴极加热介质流路8分流，朝向阳极缓冲机构储备部29及阴极缓冲机构储备部39供给。
(3)方法是燃烧其他燃料用以对导入加热介质流路的加热介质进行加热。图11是本实施方式3的(3)的燃料电池系统的概略图。如图11所示，(3)的燃料电池系统与上述(2)的不同点在于不设置热交换器138，而是设置利用燃烧其他燃料对加热介质进行加热的加热部139。由该加热部139加热的加热介质与上述(2)同样朝向阳极缓冲机构储备部29及阴极缓冲机构储备部39供给。
(4)方法是燃烧阳极侧的剩余燃料气体用以对导入加热介质流路的加热介质进行加热。图12是本实施方式3的(4)的燃料电池系统的概略图。如图12所示，(4)的燃料电池系统与上述(3)的不同点在于不设置加热部139，而是设置利用燃烧剩余燃料气体对加热介质进行加热的燃料气体燃烧加热部140。在该燃料电池系统中设置流路，用以将电池组1中未使用的剩余燃料气体向燃料气体燃烧加热部140供给，利用在燃料气体燃烧加热部140中燃烧剩余燃料气体而对加热介质进行加热。
还有，可以设置燃烧这些原燃料或废气的专用燃烧器以进行上述(3)、(4)，或也可以在由原燃料或废气驱动的改性机上附加该功能。即，例如事先设成为使改性机燃烧排气始终导入缓冲机构的形式，在露点不足时通常进行除了改性反应所必需的燃烧量之外、还将补充加湿所必需的燃烧量给予改性机燃烧器的控制，从而能达到该目的。
来自这些热源的热，与从电池组1排出的冷却水暂且进行热交换被导入缓冲机构、或被直接导入缓冲机构。以下，关于来自上述热源的热与从电池组1排出的冷却水暂且进行热交换被导入缓冲机构时的具体例和来自上述热源的热被直接导入缓冲机构的具体例，进行说明。
图13是实施方式3的燃料电池系统的概略图，是对实施方式1的燃料电池系统中、图1的阳极缓冲机构加热介质供给部25及阴极缓冲机构加热介质供给部35的部分进行更详细表示的图。图13是来自上述热源的热被直接导入缓冲机构时的具体例。还有，图13中，关于与图1相同部分使用相同符号，省略详细说明。
图13中，在阳极缓冲机构加热介质供给部25上，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质经由热介质导入管205被导入。然后，阳极缓冲机构加热介质供给部25，将被导入的热介质经由阳极加热介质流路6直接向阳极缓冲机构热交换部21供给。然后，在阳极缓冲机构热交换部21与阳极储备水进行热交换的热介质，经由阳极加热介质流路6，返回到阳极缓冲机构加热介质供给部25中，从阳极缓冲机构加热介质供给部25经由热介质排出管206被排出。
同样，图13中，在阴极缓冲机构加热介质供给部35上，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质经由热介质导入管210被导入。然后，阴极缓冲机构加热介质供给部35，将被导入的热介质经由阴极加热介质流路8直接向阴极缓冲机构热交换部31供给。然后，在阴极缓冲机构热交换部31与阴极储备水进行热交换的热介质，经由阴极加热介质流路8，返回到阴极缓冲机构加热介质供给部35中，从阴极缓冲机构加热介质供给部35经由热介质排出管211被排出。
如此，图13的燃料电池系统中，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质被直接导通到阴极缓冲机构热交换部31及阳极缓冲机构热交换部21。
图14是实施方式3的燃料电池系统的概略图，是对实施方式1的燃料电池系统中、图1的阳极缓冲机构加热介质供给部25及阴极缓冲机构加热介质供给部35的部分进行更详细表示的图。图14是来自上述热源的热与从电池组1排出的冷却水暂且进行交换而被导入缓冲机构时的具体例。还有，图14中，关于与图1相同部分使用相同符号，省略详细说明。
图14中，在阳极缓冲机构加热介质供给部25上，从电池组排出的冷却水经由冷却水导入管201被导入，同时担载来自上述热源的热的热介质经由热介质导入管205被导入。然后，在阳极缓冲机构加热介质供给部25的热交换器204中，将从电池组1排出的冷却水与被导入的热介质进行热交换，使从电池组1排出的冷却水升温。阳极缓冲机构加热介质供给部25，将热交换器204中升温的冷却水经由阳极加热介质流路6向阳极缓冲机构热交换部21供给。在阳极缓冲机构热交换部21与阳极储备水进行热交换后的电池组1的冷却水，经由阳极加热介质流路6返回到阳极缓冲机构加热介质供给部25，再从阳极缓冲机构加热介质供给部25经由冷却水排出管206被排出。另一方面，在热交换器204中进行热交换后的热介质经由热介质量调节阀203从热介质排出管202排出。
同样，图14中，在阴极缓冲机构加热介质供给部35上，从电池组1排出的冷却水经由冷却水导入管207被导入，同时担载来自上述热源的热的热介质经由热介质导入管211被导入。然后，在阴极缓冲机构加热介质供给部35的热交换器210中，将被导入的从电池组1排出的冷却水与被导入的热介质进行热交换，使从电池组1排出的冷却水升温。阴极缓冲机构加热介质供给部35，将热交换器210中升温的冷却水经由阴极加热介质流路8向阴极缓冲机构热交换部31供给。在阴极缓冲机构热交换部31与阴极储备水进行热交换的电池组1的冷却水，经由阴极加热介质流路8返回到阴极缓冲机构加热介质供给部35，再从阴极缓冲机构加热介质供给部35经由冷却水排出管212被排出。另一方面，在热交换器210中进行热交换后的热介质经由热介质量调节阀209从热介质排出管208排出。
如此，图14的燃料电池系统中，来自上述(1)～(4)的热源的热向阳极缓冲机构热交换部21及阴极缓冲机构热交换部31的供给，通过利用担载该热的热介质与电池组1的冷却水进行热交换后进行的间接导通来进行。
图15是实施方式3的燃料电池系统的概略图，是与实施方式1的燃料电池系统相对应、对图7的阳极缓冲机构加热介质供给部25及阴极缓冲机构加热介质供给部35的部分进行更详细表示的图。图15是来自上述热源的热被直接导入缓冲机构时的具体例。还有，图15中，关于与图7相同部分使用相同符号，省略详细说明。
图16表示图15的燃料电池系统的电池组1的构成斜视图。实施方式2的燃料电池系统，如图8(a)所示，设有外部热交换器98、分流阀97。图15的燃料电池系统，如图16所示，取代外部热交换器98、分流阀97等，设置热介质导入管205及热介质导入管210。对于除此之外的方面，图16均与图8(a)同样。
图15中，在阳极缓冲机构加热介质供给部25上，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质经由热介质导入管205被导入。然后，阳极缓冲机构加热介质供给部25，将被导入的热介质经由阳极加热介质流路6直接向阳极缓冲机构热交换部21供给。然后，在阳极缓冲机构热交换部21与阳极储备水进行热交换的热介质，经由阳极加热介质流路6，返回到阳极缓冲机构加热介质供给部25中，再从阳极缓冲机构加热介质供给部25经由热介质排出管206被排出。
同样，图15中，在阴极缓冲机构加热介质供给部35上，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质经由热介质导入管210被导入。然后，阴极缓冲机构加热介质供给部35，将被导入的热介质经由阴极加热介质流路8直接向阴极缓冲机构热交换部供给。然后，在阴极缓冲机构热交换部与阴极储备水进行热交换的热介质，经由阴极加热介质流路8，返回到阴极缓冲机构加热介质供给部35中，从阴极缓冲机构加热介质供给部35经由热介质排出管211被排出。
如此，图15的燃料电池系统中，担载来自上述(1)～(4)的热源的热的热介质被直接导通到阴极缓冲机构热交换部及阳极缓冲机构热交换部21。
图17是实施方式2的燃料电池系统，是对图7的阳极缓冲机构加热介质供给部25及阴极缓冲机构加热介质供给部35的部分进行更详细表示的图。图17是来自上述热源的热与从电池组1排出的冷却水暂且进行热交换而被导入缓冲机构时的具体例。还有，图17中，关于与图7相同部分使用相同符号，省略详细说明。
图17中，阳极缓冲机构加热介质供给部25的热交换器204及阴极缓冲机构加热介质供给部35的热交换器210，相当于图8(a)所示的外部热交换器98。
图17中，在阳极缓冲机构加热介质供给部25上，从电池组1排出的冷却水经由冷却水导入管201被导入，同时担载来自上述热源的热的热介质经由热介质导入管205被导入。然后，在阳极缓冲机构加热介质供给部25的热交换器204中，将被导入的从电池组1排出的冷却水与被导入的热介质进行热交换，使从电池组1排出的冷却水升温。阳极缓冲机构加热介质供给部25，将在热交换器204中升温的冷却水经由阳极加热介质流路6向阳极缓冲机构热交换部21供给。在阳极缓冲机构热交换部21与阳极储备水进行热交换的电池组1的冷却水，经由阳极加热介质流路6返回到阳极缓冲机构加热介质供给部25，再从阳极缓冲机构加热介质供给部25经由冷却水排出管206被排出。另一方面，在热交换器204中进行热交换后的热介质经由热介质量调节阀203从热介质排出管202排出。
同样，图17中，在阴极缓冲机构加热介质供给部35上，从电池组排出的冷却水经由冷却水导入管207被导入，同时担载来自上述热源的热的热介质经由热介质导入管211被导入。然后，在阴极缓冲机构加热介质供给部35的热交换器210中，将导入的从电池组1排出的冷却水与被导入的热介质进行热交换，使从电池组1排出的冷却水升温。阴极缓冲机构加热介质供给部35，将在热交换器210中升温的冷却水经由阴极加热介质流路8向阴极缓冲机构热交换部31供给。在阴极缓冲机构热交换部31与阴极储备水进行热交换的电池组1的冷却水，经由阴极加热介质流路8返回到阴极缓冲机构加热介质供给部35，再从阴极缓冲机构加热介质供给部35经由冷却水排出管212被排出。另一方面，在热交换器210中进行热交换后的热介质经由热介质量调节阀209从热介质排出管208排出。
如此，图17的燃料电池系统中，来自上述(1)～(4)的热源的热向阴极缓冲机构热交换部21及阴极缓冲机构热交换部31的供给，由担载该热的热介质与电池组1的冷却水进行热交换后进行的间接导通进行。
以上，关于来自上述热源的热暂且与从电池组1排出的冷却水进行热交换而被导入缓冲机构时的具体例和来自上述热源的热被直接导入缓冲机构的具体例，进行了说明。
还有，实施方式1～3中的各机构，其功能可以限定为相同的，也可以不限定。
实施例以下，通过实施例对实施方式1～3的燃料电池系统进行更具体的说明。还有，本发明并不限定以下实施例。
(实施例1)本实施例1中采用实施方式1中说明的燃料电池系统。所需指出的是，本实施例1的燃料电池系统的图4所示的缓冲机构部隔膜50、60，根据储备的要求水量而采用适当的节数层叠。所谓的适当的节数，根据本案申请人的燃料电池系统的运转状况的证实实验，以在储备水水位从规定值的状态下降到从气体加湿系统供给的水蒸气量为额定的70％时、能够连续15分钟从储备水供给其不足分量的水容量为基准，不过不是必须遵守这个，并没有限定。
另外，储备水水位介由设置在端板51的观察窗62用光学水位传感器63进行监测，每当达到规定水位时，介由端板51上的与液面计连接的阳极缓冲机构排泄口24，使阳极缓冲机构排泄阀27开放一定时间而排出，成为燃料气体供给部2的改性机的工作水。还有，在阴极侧也同样成为改性机的工作水。
还有，缓冲机构部隔膜50、61的材质，采用与电池组隔膜40、41相同的玻璃碳(东海碳公司制)，虽然图中被省略，不过采用电池组电动势导通到与端板介由绝缘板绝缘的集电板的形态。电池组1的基本规格是在电极面积200平方厘米、电流密度0.2A/平方厘米、层叠节数45节、燃料利用率(Uf)75％、空气利用率(Uo)50％的条件下工作，工作初始电压约为0.74V、额定输出为1.32KW。额定运转条件下，工作中按干燥基准必需约20LM的SRG(CO2浓度23％)和53LM的空气。本电池组的流路规格为完全并行流式，冷却水流路大致沿反应气体流路设置，额定冷却水量为1.8L/分，在其被注入电池组的时刻的冷却水温度为60℃时，可获得约69度的排水温度。
改性机工作条件在改性部温度630度、S/C(蒸气/碳比)3.0时被驱动，气体露点的实测值在额定运转时为63度±2度，而在启动及负载变动时由于内部保留水的过量蒸发而有时会超过70度。因此，在该燃料供给系统中，不需要阳极气体的补充加湿，不用特别设置阳极气体加湿器。作为阴极气体，采用由鼓风机供给的空气。它在使用总膜面积5000cm2的全热交换器(使用加湿膜Nafion112杜邦公司)、通过与废空气的全热交换被加湿到露点57度后，利用作为水源及热源的膜总面积1000cm2的膜加湿器将电池组冷却排水加湿到露点63度来使用。另外，这些阳极气体及阴极气体的露点由阳极气体露点计、阴极气体露点计进行监测，而该控制定点设定为62度。
缓冲机构部被串联层叠为电池组后，进行一并绝热，不进行补充热供给时，通过电池组散热而与电池组保持大致相同温度。作为补充加湿时所必需的热介质，直接采用改性机燃烧器废气。改性机燃烧器采用基本上以除湿过的废气为燃料、而以作为原料的城市煤气13A为辅助燃料的协助燃烧形态。额定驱动时的原燃料13A消耗量约为4LM，此时几乎不会发生过不足，而能以废气(氢量约3LM)进行独自运转。异质改性机燃烧器的燃烧控制，通过在改性反应自身的最适宜燃烧控制程序中编入能反馈由缓冲机构内的阳极气体露点计及阴极气体露点计输出的信号来调节燃烧量的子程序而形成改造程序进行。其结果是在反应气体的露点相对于控制定点降低时作为辅助燃料的13A注入量增大，能直接增大燃烧器废热。
在上述的额定运转条件中，供给露点从作为定点的62度每降低一度，则需要在阳极进行0.25g/min的补充加湿、在阴极进行0.65g/min的补充加湿。乘以其气化焓热(该温度区域下大致为0.55kcal/g)，计算结果分别为0.14kcal/min、0.35kcal/min。13A的燃烧热量为11000kcal/m3，因此，供给气体露点上升一度所必需的原燃料流量，在阳极为(0.14/11000)*1000＝0.0127LM＝13ccm、在阴极为(0.35/11000)*1000＝0.0318LM＝32ccm，合计计算结果为额定原燃料消耗量的1％左右。
具有上述系统的燃料电池加湿系统中，通过增加电池组冷却水量，能使电池组排水温度下降，可以任意减少阴极温水加湿器供给的水蒸气供给量。用这种方法将阴极温水加湿器的供给露点缩减到60℃时(此时的冷却水量2.6LM为电池组排出水温66.5度。)，在上述控制情形中，会发生距定点2度的露点不足，而此时的原燃料增加量的实测值为130ccm，为上述计算值(32*2＝64ccm)的约2倍。即，原燃料流量增大分量，主要是被用于改性反应增加供给氢量，而该增加分量不会在不进行定电流控制的电池组中消耗从而成为废气，最终会在燃烧器被燃烧，该燃烧排气被导入上述的缓冲机构部成为补充热源，而除了其改性效率(约80％)的损失之外，还包括管散热、由缓冲机构产生的热传递损失等全部在内，补充加湿的热效率计算结果为约50％。如此，利用额定原燃料消耗量的几％到10％的协助燃烧，从而能补偿几度的供给气体露点降低。
另外，在上述系统中，从追加原燃料、到供给气体的露点增加的时间常数，在不进行特别的控制时需要约2.5分。在上述的子程序中，追加PID设定及PID自动确定子程序而进行重写时，该时间可缩短为约一分钟，能进行更灵敏的露点补偿。
将图6所示的系统图的现有燃料电池系统与具有图1所示的系统并具有图3所示的形态的缓冲机构的本实施例1的燃料电池系统进行比较运转。
此时的额定运转的电池组的寿命特性比较图(电池单元平均电压的变化)如图18所示。根据该试验结果，本实施例1的系统与本案申请人的现有品相比较，具有更好的寿命特性。其理由认为如上所述那样，将在管中结露而使实际的水蒸气量降低的反应气体、在相对于电池组1不给予结露的管长的距离再次返回到电池温度以上的露点，成为能实质性地防止MEA42干燥的形态的效果；以及在主要由于周围环境的原因而使全热交换能力减少的情况(全热交换的加湿能力与周围温度具有依存性，随着系统内部温度升高而减少。即，具有外部气温依存性。)下的相对于电池组1的缓冲效果。
再有，图19中，示出了使双方燃料电池系统反复进行在电流密度0.2A/平方厘米下的额定运转4小时和在0.1A/平方厘米下的微弱运转4小时(调节比TDR为50％)、在1个循环8小时的负载变动耐久试验时的寿命特性。由此很明显看出与额定寿命试验相比，在二者的耐久性上出现较大的开口(不同)。
为了解析这种现象，对从阳极气体加湿部4供给的水蒸气的总量(由露点计检测产生的实测值)和阳极缓冲机构储备部29的储备水水位进行实测，与电池组所要求的水的总量(从电池反应式得出的计算值)合在一起，作出曲线图。图20表示其结果。
根据该曲线图，很明显的是在负载增大的情况下，相对于电池与负载相应地立即要求水而言，改性机达到热平衡需要时间，结果供给水量不能达到要求水位。因此很明显，在现有例中没有缓冲的情形下，这期间电池组在干燥状态运转。另一方面，设置缓冲的情形下，从水位的变化很明显地看出，这期间也从储备水向电池组补充必要的量。二者在负载变动寿命特性上的差异解释为该负载增大时由于干燥运转而产生的寿命劣化的积累。
(实施例2)本实施例2中采用实施方式2中说明的燃料电池系统。关于本实施例2的燃料电池系统的工作条件如以下所示。
在额定运转条件电流密度0.2A/平方厘米MEA、燃料利用率(Uf)75％、空气利用率(Uo)40％时，使流入电池组1的冷却水温度为70度，对位于冷却水从电池组1排出部位的分流阀97内的温度进行监测，进行流量控制以使该温度为75度，而对于电池组输出1KW、此时的流量约3.5公升/分。
该分流阀97，具有控制流向阳极及阴极侧加热介质流路74、84的冷却水量、以使储备水为一定温度的功能，本实施例2的实验中，由阳极及阴极缓冲机构控制部28、38进行控制，以使储备水水温保持72度。另外，加热介质流路74、84中设置外部热交换器97，能在冷却水温度不足时补充从电池组以外的热源引入的热，而额定运转条件下，不采用它也能使储备水保持72度。
另外，阳极及阴极侧加热介质流路74、84是在SUS316L管(外径6135mm壁厚1mm)上包覆PFA管且进行热收缩、将其弯折而构成。该部位的材质由于燃料电池特别忌讳重金属污染、尤其阳极中是在还原性空气中使用，因此，使用金属管时必须特别注意如上所述事项。
将实施例1与本实施例2的燃料电池系统，按以下3种层叠节数组装，进行额定耐久试验。
50节层叠(电池组长300mm、额定1.3KW)100节层叠(电池组长600mm、额定2.6KW)200节层叠(电池组长1200mm、额定5.2KW)实施例1的结果如图21所示，本实施例2的结果如图22所示。由此很明显，本实施例2与实施例1相比，特别是在电池组长度较长时能获得良好的结果。
为了验证其理由，将200节层叠、1500小时工作后的电池组进行分解，从缓冲机构部20、30侧数起(本实施例2中从端板90侧数起)对第1节、第50节、第100节、第150节、第200节的电池单元(本案申请人将一节一节的电池(单电池)作为组件，再将其层叠而构成，能进行任意地交换、替换或使用后的再工作)在上述额定运转条件下的电压进行检测。该结果如表2所示。
表2
从结果可以判断，实施例1中越往后段电池单元劣化越严重，本实施例2中没有显示出明显的倾向，总的看来，没有比实施例1劣化严重，如上所述，这可以解释为是距水蒸气供给部的距离问题，本实施例2中在这一点上相对于实施例1发现了改善。
将实施例2的燃料电池系统进行比较对照，按照0.05A→0.2A→0.4A(额定)→0.8A→0.4A→0.2A→0.05A的顺序，将各负载分别施以1小时进行负载变动耐久试验。图23的曲线表示反复进行负载变动时的各实施例1、2的电池平均电压，粗线表示时间上的平均值。利用该时间上的平均值，比较实施例1与实施例2的耐久性。可以看出本实施例2比实施例1有进一步改善，能确认本实施例的优越性是能在电池组整个区域内提高相对于负载的供给水量随动性。
还有，本发明的程序，是用以由计算机施行上述说明的燃料电池系统的控制部的功能的程序，是与计算机协同工作的程序。
另外，本发明的记录介质，是担载用以由计算机施行上述说明的燃料电池系统的控制部的全部或局部功能的程序的记录介质，是能由计算机读取且被读取的上述程序与上述计算机协同施行上述功能的记录介质。
另外，所谓本发明的上述控制部的功能，意指全部或局部的功能。
另外，本发明的程序的利用方式，也可以是记录在能由计算机读取的记录介质上、且与计算机协同工作的形式。
另外，本发明的程序的利用方式，也可以是在传播介质中传播、由计算机读取、与计算机协同工作的形式。
另外，作为记录介质，包括ROM等；作为传播介质，包括互联网等传播介质、光·电波·声波等。
另外，上述本发明的计算机，不限定于CPU等纯粹的硬件，可以包括软件和OS、还有周边设备等。
还有，如上述说明，本发明的构成，可以在软件上实现，也可以硬件上实现。
产业上的可利用性本发明的燃料电池系统及其运转方法等，具有能更确实地使MEA整个区域保持水蒸气饱和的效果，可以用作家庭用热电联供燃料电池系统等。
权利要求
1.一种燃料电池系统，具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于将燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用于加湿上述气体；控制部，其控制使向上述气体流路槽供给的上述气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处至少一个的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，上述控制部控制上述气体含有的水蒸气量以使在上述电解质膜上述气体所含有的水蒸气不会发生液阻现象。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，具有设置在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、用以调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量的缓冲机构部；上述缓冲机构部具有储备水分的储备部，用以加热由上述储备部所储备的水分的加热部，检测上述被储备的水分的温度的温度检测部，控制加热部用以保持上述水分的温度比上述气体流路槽的电极入口部的温度高、而将上述水分再气化向上述至少一个电极供给的供给控制部。
4.一种燃料电池系统，具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于将燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体；缓冲机构部，其设置在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、用以调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述缓冲机构部具有储备水分的储备部；用以加热由上述储备部所储备的水分的加热部；检测上述被储备的水分的温度的温度检测部；控制上述加热部用以保持上述水分的温度比上述气体流路槽的电极入口部的温度高，而将上述水分再气化向上述至少一个电极供给的供给控制部。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，上述储备部，在超过上述缓冲机构部的内部温度下的饱和水蒸气量时进行热量控制以使从上述气体供给部供给的水蒸气冷凝；上述控制部，利用(1)改性机的废热、(2)从上述改性机向上述电池组供给的上述燃料气体的热、(3)通过燃烧燃料获得的热、(4)通过燃烧从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热、(5)从上述电池组排出的冷却水的废热、的任意热中至少一种热作为热源，从而使冷凝的上述水蒸气气化。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，通过燃烧上述燃料或从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热，从改性机燃烧器获得。
8.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，通过燃烧上述燃料或从上述电池组排出的残余燃料气体获得的热，从改性机燃烧器以外的专用燃烧机获得。
9.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，通过根据检测对上述电池组供给的水蒸气量的检测信号，来对导入到上述缓冲机构部中的上述一种以上热的热量进行控制，从而控制使向上述气体流路槽供给的气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，上述控制部通过热介质量的控制来进行上述一种以上热的热量控制。
11.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，由上述控制部进行的上述一种以上热的热量控制，包含上述改性机或专用燃烧机的燃烧量控制。
12.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述一种以上热向上述控制部的供给，通过来自其热的热源泉的热流体直接导通而进行。
13.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，上述一种以上热向上述控制部的供给，通过使来自其热的热源泉的热流体与电池组冷却排水进行热交换之后间接导通而进行。
14.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述控制部的控制常数，能对应多个运转模式设定多个。
15.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述控制部，学习使用状态下的最适宜的控制常数而进行控制。
16.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，具备用以向上述气体流路槽供给上述气体的气体入口岐管，上述缓冲机构部与上述气体入口岐管直接连结而配置。
17.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，具备用以向上述气体流路槽供给上述气体的气体入口岐管，上述缓冲机构部设置在上述气体入口岐管内。
18.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，上述电池组和上述缓冲机构部被一并绝热。
19.一种燃料电池系统的运转方法，是运转燃料电池系统的燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体，其中该燃料电池系统的运转方法，具备控制步骤，在该控制步骤进行控制使向上述气体流路槽供给的上述气体所含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
20.一种燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统具备具有多个层叠的单电池的电池组，该单电池具有电解质膜、夹隔上述电解质膜配置的一对气体扩散电极、及从上述一对气体扩散电极外侧夹入配置并形成有用于使燃料气体或氧化剂气体向各个上述气体扩散电极供给的气体流路槽的隔膜；气体供给部，其向上述电池组供给上述气体；气体加湿部，其配置在上述气体供给部和上述气体流路槽之间、用以加湿上述气体，其中该燃料电池系统的运转方法，具备在上述气体流路槽和上述气体加湿部之间、调节向上述多个层叠的单电池供给的上述气体的水蒸气量的调节步骤。
21.一种程序，是用以将计算机作为权利要求1所述的燃料电池系统的控制部而发挥作用的程序，其进行控制使向上述气体流路槽供给的上述气体含有的水蒸气量、比在上述气体扩散电极最初消耗上述气体处的上述气体流路槽入口部的温度下的饱和水蒸气量多。
22.一种记录介质，是记录权利要求21所述的程序的记录介质，是能够由计算机进行处理的记录介质。
全文摘要
提供能更确实地使MEA的整个区域保持为水蒸气饱和的燃料电池系统及其运转方法、程序及记录介质。这种燃料电池系统包括具有将反应气体导入各单电池的电极的气体分配装置的电池组(1)；向电池组1供给上述反应气体的气体供给部(2、3)；配置在气体供给部(2、3)上述气体分配装置的上述电极入口部之间、用以对上述反应气体进行加湿的气体加湿部(4、5)；用以控制向至少1个上述电极供给的上述反应气体所含有的水蒸气量、比在上述气体分配装置的上述至少1个电极入口部的温度下的饱和水蒸气量多的控制部。
文档编号H01M8/06GK1630123SQ20041008191
公开日2005年6月22日 申请日期2004年12月16日 优先权日2003年12月17日
发明者小林晋, 松本敏宏, 富泽猛, 日下部弘树 申请人:松下电器产业株式会社