[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术

日本JP2007-517369A所记载的燃料电池系统在负极气体供给通路上设置有常闭电磁阀，在负极气体排出通路上从上游起依次设置有常开电磁阀和再循环罐(缓冲罐)。该燃料电池系统是不使排出到负极气体排出通路的未使用的负极气体返回负极气体供给通路的负极气体非循环型的燃料电池系统，将常闭电磁阀和常开电磁阀周期性地开闭。

发明内容

当前，在我们开发的负极气体非循环型的燃料电池系统中，要求输出越大，考虑到发电效率而使负极气体的压力越大。在该系统中，在燃料电池堆的要求输出变小的过渡运转时(以下称为“下降过渡运转时”)，随着负极系的压力急剧下降，会从缓冲罐大幅地反流负极废气。随着继续发电，负极废气中会包含很多从正极系交叉泄漏的氮等杂质，因此可知会产生以下问题：在燃料电池堆内部的负极气体流路内局部地产生负极气体浓度降低的部分。

本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于在下降过渡运转时抑制负极气体流路内局部地产生负极气体浓度降低的部分。

为了达成上述目的，根据本发明的某个方式，提供了如下一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备：缓冲罐，其蓄积从上述燃料电池排出的负极废气；控制阀，其控制向上述燃料电池供给的负极气体的压力；以及负极气体压力控制单元，其控制上述控制阀，使得要求输出越大则负极气体压力越上升，其中，在要求输出变小的下降过渡运转时，上述负极气体压力控制单元将上述控制阀的开度调节为规定的开度，一边使负极气体的压力减小一边供给负极气体。

参照附图，在下面详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1是燃料电池的概要立体图。

图2是图1的燃料电池的剖面图。

图3是本发明的一个实施方式的负极气体非循环型的燃料电池系统的概要结构图。

图4是说明稳定运转时的脉动运转的图。

图5是说明本发明的一个实施方式的脉动运转控制的流程图。

图6是说明本发明的一个实施方式的通常运转处理的流程图。

图7是说明本发明的一个实施方式的下降过渡运转处理的流程图。

图8是说明本发明的一个实施方式的净化阀的控制的流程图。

图9是说明本发明的一个实施方式的脉动运转控制的动作的时序图。

图10是说明本发明的一个实施方式的脉动运转控制的效果的图。

图11是表示在下降过渡运转时将压力调节阀完全闭合以使负极压力降低到下限压力的情况下的负极压力的变化的时序图。

图12是说明在负极气体流路的内部局部产生负极气体浓度低于其它部分的理由的图。

具体实施方式

燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)夹持电解质膜并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。

负极电极：2H₂→4H⁺+4e^-    …(1)

正极电极：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O…(2)

通过该(1)和(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。

图1和图2是说明本发明的一个实施方式的燃料电池10的结构的图。图1是燃料电池10的概要立体图。图2是图1的燃料电池10的II-II剖面图。

燃料电池10构成为以下结构：在膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly，以下称为“MEA”)11的表里两面配置负极隔板12和正极隔板13。

MEA11具备电解质膜111、负极电极112以及正极电极113。MEA11在电解质膜111的其中一面上具有负极电极112，在另一面上具有正极电极113。

电解质膜111是由氟基树脂形成的质子传导性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下表现出良好的电传导性。