[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。更为详细而言，涉及能够降低发 电停止时的氢消耗量并且能够防止阴极催化剂劣化的燃料电池系统。

背景技术

在家庭用燃料电池系统中，通过白天进行运转而深夜停止运转的 DSS(Daily Start & Stop or Daily Start-up & Shut-down)运转，从而有 望提高节省电热费和削减二氧化碳的效果。在DSS运转过程中会频繁 地停止燃料电池系统的运转。若实行所涉及的运转，在以往的燃料电 池中，则存在着如下问题，即在非发电时，由于残存于电池堆内部的 反应气体或从外部入侵的空气等而造成电极催化剂劣化，从而引起电 池性能降低。

作为应对上述问题的燃料电池系统，在专利文献1中提出了一个 如下的燃料电池系统方案：在燃料电池系统的发电停止过程中，在停 止了燃料气体和氧化剂气体的供给以及排出之后，将惰性气体注入到 燃料电池的燃料气体通道和氧化剂气体通道中。在此，上述的所谓燃 料气体通道是指提供给燃料电池的燃料气体供给路径以及排出路径， 所谓氧化剂气体通道是指提供给燃料电池的氧化剂气体供给路径以及 排出路径。

此外，在专利文献2中提出了一个如下的燃料电池系统方案：在 非发电时，关闭燃料气体通道以及氧化剂气体通道，并将惰性气体提 供给由通过关闭而实质上与外部相隔离的燃料电池内的燃料气体通道 以及与其连通的空间所构成的燃料气体封入空间，将空气提供给由通 过关闭而实质上与外部相隔离的燃料电池内的氧化剂气体通道以及与 其连通的空间所构成的氧化剂气体封入空间。通常而言，在燃料气体 封入空间以及氧化剂气体封入空间中，由于交叉泄漏等而引起的气体 消耗和温度下降为压力降低的原因，而在专利文献2中所述的燃料电 池系统中，向燃料气体封入空间提供惰性气体、向氧化剂气体封入空 间中提供空气，以使燃料气体封入空间以及氧化剂气体封入空间的压 力不降低。在氧化剂气体封入空间中，因为氧被消耗而只残留氮，所 以可以将电极电位控制为较低。此外，由于将气体提供给燃料电池内 部从而压力下降进行补充，所以不存在与大气的压力差，从而可以将 将混入到燃料气体封入空间的氧抑制为极少量，并能够更进一步有效 地抑制电极电位的上升。

专利文献1：日本专利申请公开2005-222707号公报

专利文献2：国际公开号WO2007/063826号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在上述专利文献1所述的燃料电池系统中，作为用于防止电极劣 化的惰性气体，使用除去了杂质的原料气体。在燃料电池系统启动时， 需要将被注入到燃料电池的燃料气体通道和氧化剂气体通道的未参与 反应的原料气体经燃烧后向外部排出。为了实行未参与反应的惰性气 体的燃烧而需要具备必要的配管和阀结构或装置，因此使系统变得复 杂化。

此外，在专利文献2所述的燃料电池系统中，在非发电时关闭燃 料气体通道以及氧化剂气体通道，向氧化剂气体封入空间提供空气， 其中氧化剂气体封入空间由通过被关闭从而实质上与外部相隔离的燃 料电池内的氧化剂气体通道以及与其连通的空间构成的。在此情况下， 在燃料电池中，燃料气体中的氢和残留于被提供的空气中以及氧化剂 气体封入空间的气体中的氧通过高分子电解质膜而进行反应，消耗了 氢和氧。为此，从降低非发电时被消耗的燃料气体中的氢的量从而提 高能量效率的观点出发，还有进一步改善的余地。即，进一步降低提 供给氧化剂气体封入空间的空气中的氧的量，从而有望待降低非发电 时被消耗的氢的消耗量。此外，从抑制非发电时的阴极催化剂的劣化 并充分防止电极性能降低的观点出发，也有进一步改善的余地。

本发明正是为了解决上述课题而悉心研究的结果，目的在于提供 一种能够降低非发电时被消耗的氢的消耗量，并能够提高能量效率， 且能够充分防止非发电时阴极催化剂性能降低的燃料电池系统。

解决问题的手段

本发明人对降低燃料电池系统在非发电时燃料气体中的氢的消费 量的方法进行了悉心的研究与探讨，发现如下结果。