[发明专利]高分子电解质型燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用高分子电解质型燃料电池的高分子电解质型燃料电池系统。

背景技术

一般而言，高分子电解质型燃料电池系统(以下，简称为PEFC系统)构成为，具有：单电池，具有形成有阳极气体流路槽的阳极隔板、形成有阴极气体流路槽的阴极隔板、以及被它们夹着的MEA；层叠体，层叠有所述单电池且在所述层叠的单电池彼此的层叠面之间构成有连接传热媒体的入口和出口而延伸的传热媒体流路；温度调整装置，调整所述层叠体的温度；阳极气体供给装置，向所述层叠体供给所述阳极气体；阴极气体供给装置，向所述层叠体供给所述阴极气体；以及控制装置，控制所述温度调整装置、所述阳极气体供给装置、所述阴极气体供给装置的动作状态。

在此，在PEFC系统的电化学反应中，如专利文献1和2所示，有必要充分地润湿高分子电解质膜。

尤其是在专利文献1中，公开了一种PEFC系统，该PEFC系统能够向MEA供给露点温度比MEA的温度高2℃左右的阳极气体和阴极气体，从而能够更加可靠地将MEA的整个区域保持为水分饱和状态。

另一方面，在PEFC系统中，在单电池内部的气体流路或电极内部发生结露，因水堵塞而使得发电输出不稳定化或性能降低的现象、所谓的溢流(flooding)现象日益成为问题。尤其是在层叠体的发电输出为低输出的状态(以下，简称为“低输出时”)下，具有易于引起溢流现象的倾向。即，在低输出时，由于层叠体中的阳极气体和阴极气体的消耗量减少，因而，阳极气体供给装置和阴极气体供给装置减少了这些气体的供给量。因此，单电池的阳极气体流路槽和阴极气体流路槽中的这些气体的流速和供给压降低，基于这些气体的压力的结露水的排出能力降低了。

为了抑制这些问题，人们提出了抑制单电池内部的结露水的产生或促进单电池内部的结露水的除去的各种的PEFC系统。

专利文献3中公开了一种通过改进阳极气体流路槽和阴极气体流路槽的构成，增大阳极气体和阴极气体的单位时间的移动量，从而促进单电池内部的水分排除的方法。

专利文献4中公开了一种如果发电输出不稳定化，则通过提高单电池的温度或降低阳极气体和阴极气体的至少任一个的加湿量，从而抑制单电池内部的结露水的产生的方法。而且，专利文献4中公开了一种如发电输出不稳定化，则通过提高阳极气体和阴极气体中至少任一个的供给量，从而促进单电池内部的结露水的除去的运转方法。

专利文献5中公开了一种在溢流现象产生时，沿上下方向切换单电池内的阳极气体和阴极气体的流通方向的PEFC系统的运转方法。即，专利文献5为利用重力来促进单电池内部的结露水的排出的技术。

专利文献6中公开了一种在低输出时，提高层叠体的紧固力的PEFC系统的运转方法。通过提高紧固力，从而减小了单电池内部的阳极气体流路槽和阴极气体流路槽的流路截面积，进而提高了这些流路中的气体的流速。于是，促进了单电池内部的结露水的排出。

另外，专利文献7中公开了一种调整阳极气体流路槽和阴极气体流路槽的表面性状的技术。

专利文献1：日本特开第2005-203361号公报

专利文献2：日本特开第2002-164069号公报

专利文献3：日本特开第2003-272676号公报

专利文献4：日本特开第2001-148253号公报

专利文献5：日本特开第2003-142133号公报

专利文献6：日本特开第2004-253269号公报

专利文献7：日本特许第3739386号公报

发明内容

然而，专利文献1的PEFC系统具有调整阳极气体和阴极气体的露点温度的控制装置。于是，能够更加可靠地将MEA的整个区域保持为水分饱和状态，因而，也防止了低输出时的高分子电解质膜的干燥。然而，在上述控制装置中，通过以燃料气体的露点温度(T2)相对于燃料气体流路入口的温度(T3)高出一定值的方式进行控制，从而防止溢流。即，无论发电输出的高低，通过将层叠体的温度和燃料气体的露点温度的温度差控制在一定范围内，能够防止发电输出的不稳定化。因此，专利文献1中没有公开对应于发电输出的降低，使燃料气体成为进一步的水分过饱和状态的技术，也没有给出任何启示(参照专利文献1第0099至0112段)。

专利文献3和5中所示的特殊的单电池的构造使单电池的构造变得复杂化。

此外，专利文献4中所示的降低阳极气体和阴极气体的加湿量或提高单电池的温度的运转方法，导致高分子电解质膜的湿润不足，有可能损伤高分子电解质膜。