[发明专利]燃料电池系统

说明书

背景技术

本发明涉及一种燃料电池系统，并且具体地涉及一种即使当例如在启动期间难以为所需气体量提供适当的燃料气体供给量时，也能够获得期望的发电量的技术。

已经努力开发一种包括燃料电池的燃料电池系统，该燃料电池系统包括位于固相聚合物电解质膜(下文中称为电解质膜)的相对侧上的燃料极和氧化剂极；例如氢气的燃料气体被供给燃料极，而例如空气的氧化剂气体被供给氧化剂极，使得燃料电池能够直接从燃料气体和氧化剂气体之间的氧化还原反应导致的化学能产生电能。

对于该类型的燃料电池系统，需要控制燃料极侧上的燃料气体供给压力(气体供给压力)和氧化剂极侧上的氧化剂气体供给压力(气体供给压力)之间的差压(下文中称为正负极差压)到预定值或小于预定值，从而防止对电解质膜可能的损坏并且使得电解质膜寿命更长。为了减少正负极差压，例如，日本专利特许公开No.2003-068334中提出了一种用于改变氢气调整器的整定压力的技术，该氢气调整器调整取决于由燃料电池负载(燃料电池的发电需求)确定的氧化剂气体供给压力的燃料气体供给压力。

发明内容

一些该类型的燃料电池系统将从燃料电池排出的燃料废气导入燃料供给系统用于循环，以增加燃料经济性。然而，废气循环增加了燃料气体中的杂质浓度。这使得难以提供系统中用于电力负载的适当的燃料气体供给量，如上述文献所述，该系统根据氧化剂气体的供给压力来确定燃料气体的供给压力。另一方面，通过以预定时间间隔放出(排出)燃料废气到系统外部而减少了杂质浓度。然而，额外量的燃料气体被排出，从而降低了燃料经济性。

因此，本发明的目的是提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统在即使难以为燃料电池负载(电池发电需求)提供适当的燃料气体供给量的情况下，仍能够提供期望的发电量，同时减少排放到系统外部的燃料气体量。

本发明提供一种燃料电池系统，包括具有燃料极和氧化剂极的燃料电池，根据发电需求将反应气体供给到燃料电池的气体供给装置，和气体供给压力控制装置，该气体供给压力控制装置用于控制气体供给压力，从而将供给到燃料电池的燃料极的反应气体和供给到燃料电池的氧化剂极的反应气体之间的正负极差压维持在预定范围之内，其中，如果供给到所述燃料电池的所述反应气体供给量等于或小于一预定值，则所述气体供给压力控制装置调整所述气体供给压力以扩大所述正负极差压的所述范围。

利用该构造，如果难以提供根据燃料电池的发电需求的适当的反应气体供给量，则气体供给压力被控制为使得通过例如增加供给燃料极的反应气体的压力来增加正负极差压，而不是可控地维持正负极差压在预定范围内。这使得不需要所谓的排出反应废气到外界的排气过程就能提供期望的反应气体供给量。

气体供给压力控制装置可以利用减少供给燃料电池的反应气体量来扩大正负极差压的范围。

气体供给压力控制装置可以至少为供给燃料极的燃料气体和供给氧化剂极的氧化剂气体之一调整气体供给压力。

供给燃料电池的反应气体量的等于或小于预定值的情况，可能就是供给燃料极的燃料气体量小于用于燃料电池发电需求的适当的所需气体量的情况，或者是供给燃料极的燃料气体中的杂质浓度达到或者大于预定值的情况。

如果供给燃料极的燃料气体量小于用于燃料电池发电需求的适当的所需气体量或者如果供给燃料极的燃料气体中的杂质浓度达到或大于预定值，那么气体供给压力控制装置可能增加燃料气体供给压力。具体地，后者的构造使得容易并且精确地确定燃料气体供给量是否大于或等于所需气体量成为可能。

燃料电池和燃料供给源之间的燃料供给通道可以包括第一截止阀和布置在第一截止阀下游位置的第一减压阀，以及第二截止阀和布置在第二截止阀下游位置的第二减压阀，这些阀构成了并联回路。第二减压阀可具有比第一减压阀高的整定压力。气体供给压力控制装置可控制第一截止阀和第二截止阀的开启和关闭状态，以使来自燃料供给源的燃料气体选择性地通过第一减压阀和第二减压阀中的一个。

通过这种构造，气体供给压力控制装置可以通过关闭第一截止阀的同时开启第二截止阀来增加燃料气体供给压力。

如果即使在燃料气体供给压力已经因此增加后，供给燃料极的燃料气体量仍小于所需气体量，那么可限制燃料电池产生的能量。