[发明专利]燃料电池系统的运行方法及燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用高分子电解质型燃料电池(以下，将PolymerElectrolyte Fuel Cell简称为PEFC)的燃料电池系统(PEFC系统)的运行方法以及利用该运行方法的PEFC系统。尤其是，涉及向PEFC主体供给还原剂及氧化剂的开始动作中PEFC系统的运行方法，及利用该运行方法的PEFC系统。

背景技术

近年来，面向实用化的研究开发正在盛行的PEFC是由多个单电池叠层而成的，该单电池中构成有被以高分子电解质膜作为基材的MEA(Membrane-Electrode-Assembly)隔离的还原剂流路及氧化剂流路。

以该PEFC作为燃料电池主体使用的燃料电池系统(PEFC系统)的启动动作中，为了防止MEA的劣化，通常要实施用惰性气体和水清洗PEFC主体的还原剂流路及氧化剂流路的残留气体的清洗操作。例如，专利文献1中是在氧化剂流路中有水流通。

另一方面，在PEFC系统的停止状态中，还原剂流路的残留气体中可能混入有来自氧化剂流路或外部的氧气等氧化剂，氧化剂流路的残留气体中可能混入有来自还原剂流路的还原剂的主要成分氢气。因此，如果这些残留气体与还原剂及氧化剂混合，则会在还原剂流路或氧化剂流路中发生预料之外的燃烧反应，从而会损伤MEA。因此，专利文献2及专利文献3中公开了在PEFC系统的启动动作即向PEFC主体供给还原剂及氧化剂的开始动作中，抑制这些残留气体与还原剂及氧化剂相混合的技术。

专利文献2的技术是通过用于缩短氢气通过时间的气体，增大流过还原剂流路的气体的体积流量，从而加快还原剂流路的残留气体的清洗的技术(参照专利文献2段落[0041])

专利文献3技术是向还原剂流路供给还原剂及向氧化剂流路供给氧化剂之前，使氢气流入还原剂流路内，再使还原剂流路的残留气体在包括还原剂流路在内的阳极循环路中循环，从而预先降低还原剂流路的残留气体中的氧浓度的技术(参照专利文献3段落[0017])

专利文献4技术是在PEFC启动动作中，将循环水送入还原剂流路清洗还原剂流路内的同时，预热PEFC的阳极侧电极，预热之后，将还原剂送入还原剂流路中以挤出还原剂流路中的水，使还原剂在还原剂流路中流通的技术。另外，专利文献4的技术如同文献[图1]所公开，是通过泵(62)经由还原剂流路(5)内及阳极侧电极(2，3)内使循环水进行循环的技术。同文献不需要设置用于清洗的特殊的惰性气体罐。此外，同文献的技术因使循环水流入还原剂流路且直接加热单电池，所以可以得到很高的预热效率。

专利文献5的技术是在PEFC停止动作时，清洗气体(惰性气体、空气等)经由冷却剂流路的一部分流入还原剂流路中的技术。据此，在清洗气体和残留气体之间存在冷却剂(水)，可以从PEFC内的还原剂流路除去残留气体。残留气体不会扩散至冷却剂中。因此，根据同文献的技术，在PEFC停止后，可以在短时间内简便且经济地使PEFC内部置于惰性气氛下。

专利文献6的技术是在PEFC停止时，在还原剂流路或氧化剂流路中封入水的状态或者封入加湿的惰性气体的状态下，停止运行，并进行保管的技术。根据同文献的技术，在PEFC系统的启动动作中，无需特别的清洗动作的前提下可以使还原剂或氧化剂流入，从而能减少清洗用的惰性气体的使用量。

专利文献1：特开2003-142132号公报

专利文献2：特开2005-190854号公报

专利文献3：特开2006-24390号公报

专利文献4：特开平10-270065号公报

专利文献5：特开平7-272737号公报

专利文献6：特开平6-251788号公报

发明内容

但是，专利文献2的技术中，因为无法避免还原剂流路的残留气体和还原剂的接触，对于防止因残留气体和还原剂的混合而引起的MEA的损伤而言，仍有改善余地。此外，加压供给还原剂和用于缩短氢气通过时间的气体的动作控制，存在使PEFC系统的控制复杂化的问题。

此外，专利文献3的技术中，因为无法避免还原剂流路的残留气体和还原剂的接触，对于防止因残留气体和还原剂的混合而引起的单电池的损伤而言，仍有改善余地。此外，要使混合有氢气的残留气体循环需要时间，在PEFC系统的快速启动方面仍有改善余地。