[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，其具有由多个电池构成的燃料电 池堆。更具体地，本发明涉及一种燃料电池系统，其在实质上使燃料 气体限制在燃料电池堆内部的状态下操作，所述燃料气体被每个电池 使用以用于发电。

背景技术

例如，如在以下所列专利文献中公开，已知在使燃料气体限制在 燃料电池堆内部的状态下操作且供给适量的燃料气体以补偿用于发电 消耗的燃料电池系统(总体上称为终端系统(dead-end system))。 在操作中，在终端系统的燃料电池堆的各电池的阳极气体通路中积聚 有氮和其它杂质。如果这些杂质覆盖MEA的表面，则抑制电极催化 剂上的电动反应，导致电压降低。另外，会产生异常电势而导致MEA 的劣化。为了避免这些问题并且维持燃料电池堆的足够的性能，必须 在合适的时间将在阳极气体通路中积聚的杂质排放到燃料电池堆的外 部。

然而，从阳极气体通路排出杂质致使从阳极气体通路排出燃料气 体。从而，频繁的排放导致差的燃料效率，因此是不期望的。如果在 等到积聚适量的杂质为止之后排出杂质，则可以减少燃料气体的浪费。 就是说，虽然在维持燃料电池堆的足够性能方面不期望积聚杂质，但 是在提高燃料效率方面可期望地是使排放的频率最小。

专利文献1公开了一种可以满足对立的两个需要的系统，即，防 止燃料电池堆的性能由于杂质的积聚而劣化和通过减少燃料气体的排 放而提高燃料效率。专利文献1中所公开的系统具有用于存储杂质的 存储容器(缓冲器)和布置在存储容器下游的关闭阀，所述存储容器 布置在用于从燃料电池堆排出燃料气体的废气的排出管中。通过将燃 料气体中的杂质导引到布置在燃料电池堆的外部的存储容器，可以防 止阳极气体通路中的杂质的浓度增大，并且通过打开关闭阀可以减小 排放的频率。

专利文献1：日本专利特开NO.2005-243477

专利文献2：日本专利特开NO.2006-12553

专利文献3：日本专利特开NO.2005-353569

专利文献4：日本专利特开NO.2005-353303

专利文献5：日本专利特开NO.Hei9-312167

发明内容

然而，专利文献1中所公开的系统需要用于与燃料电池堆分离的 存储容器的空间。考虑到燃料电池系统用作诸如汽车的可移动物体的 电源，所以燃料电池系统优选地在构造上尽可能简单并且尺寸上尽可 能紧凑。

已经设计本发明来解决上述问题，并且本发明的目的是提供一种 简单和紧凑的燃料电池系统，该燃料电池系统防止燃料电池堆的性能 由于杂质的积聚而劣化并且通过减少燃料气体的排放而提高燃料效 率。

为了获得上述目的，根据本发明的第一方面，提供一种燃料电池 系统，所述燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个 电池，所述燃料电池系统在实质上使燃料气体限制在燃料电池堆内部 的情况下操作，所述燃料气体被每个电池使用以用于发电，其特征在 于，该燃料电池系统具有杂质存储段，用于存储燃料气体中的杂质， 所述杂质存储段形成在燃料电池堆内部并与每个电池的阳极气体通路 的出口连通。

根据本发明的第二方面，在本发明的第一方面中，燃料电池系统 具有连通机构，所述连通机构允许杂质存储段与燃料电池堆的外部连 通。

根据本发明的第三方面，在本发明的第一方面或第二方面中，在 燃料电池堆内部形成有燃料气体进入歧管，所述燃料气体进入歧管用 于将从燃料电池堆的外部供给的燃料气体分配到电池的阳极气体通 路，并且杂质存储段的容积大于燃料气体进入歧管的容积。

根据本发明的第四方面，在本发明的第三方面中，在燃料电池堆 内部形成有空气进入歧管和空气排出歧管，所述空气进入歧管用于将 从燃料电池堆的外部供给的空气分配到电池的阴极气体通路，所述空 气排出歧管用于将从电池的阴极气体通路收集的空气排放到燃料电池 堆的外部，并且杂质存储段的容积大于燃料气体进入歧管、空气进入 歧管和空气排出歧管的容积的总和。