[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种设有固体聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统。

背景技术

通过氢和氧的电化学反应产生电力的燃料电池作为电源在过去已经被注意到。这些燃料电池包括使用固体聚合物膜作为电解质膜的固体聚合物电解质燃料电池。为了利用这种类型的固体聚合物电解质燃料电池获得期望的发电性能，需要将电解质膜保持在适当湿润的条件下，并且利用电解质膜保持适当水平的质子传导性。为此，在设有固体聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统中，需要在操作期间湿润电解质膜。

近来，已经提出了一种技术，利用该技术，在发电期间的燃料电池中产生的也就是通过氢和氧的电化学反应产生的产物水被再使用以湿润电解质膜，从而提高燃料电池系统的能量效率。例如，JP8-500931A和JP9-312164A公开了通过向阴极循环和再提供含有从阴极排出的产物水的阴极废气从而湿润电解质膜的技术。

另一方面，如果在电解质膜附近存在多余湿气，则将发生溢流。具体地，反应气体到电解质膜的扩散将被该多余湿气阻碍，并降低燃料电池的发电性能。作为用于消除该溢流的技术，例如，JP2004-152532A公开了一种技术，利用该技术，当发生溢流时，增加从外部提供到燃料电池的气体流，从而排出多余湿气。

如在上述JP8-500931A和JP9-312164A中指导的，在通过向阴极循环和再提供包含从燃料电池阴极排出的产物水的阴极废气来湿润电解质膜的燃料电池系统中，为了消除溢流，可以执行在前述JP2004-152532中公开的技术。然而，在这种情况下，如果仅仅增加从外部提供到燃料电池的气体流，则具有这样的风险：电解质膜将过分干燥，并且燃料电池的发电性能将下降。因此，需要在抑制电解质膜的干燥并维持潮湿状态的同时来消除溢流。

发明内容

本发明意图解决上述问题，并且目的为：在设有固体聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统中，在将电解质膜维持在湿润状态的同时消除溢流。

为了至少部分地解决上述问题，在本发明中采用下面的结构。

本发明的燃料电池系统包括：燃料电池，该燃料电池采用固体聚合物电解质作为电解质膜；供应管路，用于向所述燃料电池的阴极供应氧化剂气体；循环管路，用于将从所述阴极排出的阴极废气循环到所述供应管路；循环气体流量调节器，用于调节通过所述循环管路循环的所述阴极废气的流量；溢流检测器，用于检测在所述燃料电池中是否发生溢流；以及控制器，用于控制所述循环气体流量调节器。当所述溢流检测器检测到溢流时，所述控制器控制所述循环气体流量调节器，使得通过所述循环管路循环的所述阴极废气的流量比没有发生溢流时大。

通过这么做，在利用包含湿气的阴极废气以及适当控制其循环量来湿润电解质膜的同时，当在燃料电池中发生溢流时，可以从燃料电池中排出多余湿气。由此，在设有固体聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统中，在排出多余湿气并消除溢流的同时，能够将电解质膜维持在湿润状态下。

在前述燃料电池系统中，循环气体流量调节器可以包括：第一流量调节阀，该第一流量调节阀设置在所述循环管路上，用于调节通过所述循环管路循环的所述阴极废气的流量；以及泵，该泵设置在所述供应管路与所述循环管路的汇合部分的下游的所述供应管路上。当溢流检测器检测到溢流时，控制器可以加快泵的旋转速度并加大第一流量调节阀的开度，使得所述旋转速度和开度比没有发生溢流时大。

在前述燃料电池系统中，循环气体流量调节部分还可以包括第二流量调节阀，该第二流量调节阀被设置在供应管路和循环管路的汇合部分的上游的供应管路上，用于调节氧化剂气体的流量。当溢流检测器检测到溢流时，控制器可以减小第二流量调节阀的开度，使得该开度比没有发生溢流时小。

通过这么做，当在燃料电池中发生溢流时，可以增加包含湿气的阴极废气的循环量。

除了被构造为上述的燃料电池系统之外，本发明还可以被构成为燃料电池系统控制方法的发明。并且，本发明可以被简化从而以多种其他模式实现，诸如：用于实现上述的计算机程序；上面记录有程序的记录介质；或者包含程序并且实施为载波的数据信号。在这各个实施例中，可以执行之前所示的多种补充元件。