[发明专利]燃料电池系统及用于其的运转方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统及用于该燃料电池系统的运转方法。更 具体地，本发明涉及一种具有碱型燃料电池并通过使燃料循环而使用燃料 的燃料电池系统。

背景技术

存在各种类型的燃料电池，例如碱型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体 电解质型、固体聚合物型等等。在这些燃料电池之中，碱型燃料电池通常 由阳极、阴极和将这两个电极彼此分隔开的电解质溶液构成。阳极被供给 以氢作为燃料(或被供给以用作产生氢的材料的燃料)，阴极被供给以氧 (或者大气等)。在阳极，被供给到其的氢变为氢原子，氢原子与从阴极 透过电解质溶液而到达阳极的氢氧离子发生反应，从而生成水。由该反应 产生的电子被输送至外部电极。另一方面，在阴极，随着在阳极提取的电 子经由外部电路被供给，吸附于阴极的氧分子接收所述电子，并与电解质 溶液的水发生反应而产生氢氧离子。

例如，结合在日本专利特开2002-8706号公报(JP-A-2002-8706)中 公开的碱型燃料电池，公开了一种用于向阳极供给氢的系统，其中在阳极 侧设有反应室，并产生纯氢。反应室的内部充填有氢氧化钾水溶液。在燃 料电池运转期间，向反应室内供给硅，其中硅与氢氧化钾反应而生成纯氢。 由此产生的氢被供给到阳极，使得上述电化学反应发生。

在某些情况下，为了有效利用燃料，通过使供给到阳极的燃料循环而 使用该燃料。然而，在碱型燃料电池中，氢与氧在阳极反应而生成水。因 此，在阳极通过循环而被供给以水溶性燃料的情况下，燃料与水有时混合 且燃料浓度逐渐降低。然而，优选地，为了维持高性能的发电而要供给一 定浓度水平的燃料。

为此，例如，可设想这样一种检测燃料浓度、并在检测到的燃料浓度 降低至一定水平时排出燃料并供给新的燃料的方法。然而，在某些情况下， 排出的燃料含有未反应的燃料。从有效利用燃料的观点来看，优选地，应 抑制这种浪费的燃料排出。

发明内容

本发明提供了一种通过使燃料循环而使用燃料并被改良以便在抑制燃 料浓度降低的同时提高燃料的有效利用率的碱型燃料电池。

本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，包括：碱型燃料电池，所 述碱型燃料电池具有电解质，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极， 所述阳极被供给以液体燃料；排出通路，所述排出通路连接到所述燃料电 池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料等的排燃料；循环 通路，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并 使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池；和燃料/水分离装置，所述燃 料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通 路和所述循环通路之间。所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所 述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循 环通路中。

所述燃料电池系统包括燃料/水分离装置，所述燃料/水分离装置从由所 述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的 浓缩燃料流入所述循环通路中。因此，在所述碱型燃料电池中，可通过在 抑制由于混合了所生成的水而导致的燃料浓度下降的同时使燃料循环而使 用燃料。因此，在追求燃料的有效利用的同时，可通过向燃料电池供给较 高浓度的燃料来维持高性能的发电。

在上述燃料电池系统中，所述燃料/水分离装置可包括连接到所述排出 通路的再循环部，和与所述再循环部接触的燃料凝集部，所述燃料凝集部 与所述再循环部的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许 所述排燃料中的燃料透过所述渗透蒸发膜，已透过所述渗透蒸发膜的所述 浓缩燃料被导入所述燃料凝集部中，以及所述燃料凝集部连接到所述循环 通路以将所述浓缩燃料供给到所述循环通路。

由于上述燃料/水分离装置使得被导入所述再循环部中的排燃料透过 所述渗透蒸发膜，所以燃料能以高浓度被回收。因此，被回收至所述燃料 凝集部的所述浓缩燃料可被供给到燃料的循环通路，从而即使在通过使燃 料循环而使用燃料时也能抑制燃料浓度的降低。

所述燃料可以是醇，以及所述渗透蒸发膜可以是包含从由高硅沸石、 硅橡胶、混有高硅沸石的硅橡胶和三甲基甲硅烷基丙炔构成的组中选出的 至少一种的膜。

所述燃料电池系统还可包括再循环管，所述再循环管连接至所述再循 环部的入口和出口，并使从所述再循环部的所述出口排出的所述排燃料再 循环到所述再循环部的入口侧。