[发明专利]燃料电池的运转方法及燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及层叠有电解质-电极结构体和平面为矩形形状的隔板的燃料电池的运转方法及燃料电池系统，其中，该电解质-电极结构体在电解质的两侧设有一对电极。 

背景技术

例如，固体高分子型燃料电池具备通过一对隔板夹持电解质膜-电极结构体(MEA)而成的单元电池(发电单元)，该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜构成的固体高分子电解质膜的两侧分别配设有阳极侧电极及阴极侧电极。单元电池通过层叠多个，而构成例如车载用燃料电池组。 

在上述的燃料电池中，在一方的隔板的面内设有与阳极侧电极对置而用于使燃料气体流动的燃料气体流路(反应气体流路)，并且在另一方的隔板的面内设有与阴极侧电极对置而用于使氧化剂气体流动的氧化剂气体流路(反应气体流路)。而且，在隔板之间沿着所述隔板的面方向设有用于使冷却介质流动的冷却介质流路。 

在燃料电池中，为了将固体高分子电解质膜维持成所希望的湿润状态，将向所述燃料电池供给的氧化剂气体或燃料气体预先加湿，另一方面，因发电反应而生成水。因此，在反应气体流路中，生成水可能冷凝而产生冷凝水。 

此时，在燃料气体流路中，在氧化剂气体流路侧产生的生成水容易透过薄膜状的固体高分子电解质膜而反向扩散。因此，因该结露水而电解质膜-电极结构体被闭塞，从而存在无法发电的部位，与该部位对应的氧化剂气体流路的下游侧的温度下降，有时会产生结露。而且，燃料气体流路的下游侧被水闭塞，氧化剂气体流路侧的生成水可能无法向所述燃料气体流路侧反向扩散。由此，存在氧化剂气体流路的下游侧也会产生滞留水的 问题。 

另一方面，采用在多个单元电池中的每一个上形成冷却介质流路的所谓拉开间隔冷却结构。此时，在接近冷却介质流路一侧的单元电池上设置的燃料气体流路中，存在温度下降变得显著而冷凝水容易滞留的问题。 

由此，存在燃料气体流路被闭塞，燃料气体的流动变得不均匀(所谓，溢流)，无法具有所希望的发电功能这样的问题。并且，在氧化剂气体流路中也同样存在引起流路闭塞的问题。 

因此，例如已知有日本特开2004-185938号公报中公开的燃料电池系统。该燃料电池系统如图15所示，在燃料电池1的热介质排出口1a连结空气加湿器2，并且在该空气加湿器2上连结燃料加湿器3。在燃料加湿器3上连结热交换器4，在该热交换器4上连结燃料电池1的热介质供给口1b，由此构成作为热介质的水的水循环路径5。 

在燃料电池1的氧化剂排出口1c连结全热交换器6，并且在该全热交换器6上连结空气加湿器2。在该空气加湿器2上连结燃料电池1的氧化剂供给口1d，由此构成作为氧化剂的空气的空气供给路径7。 

在燃料加湿器3上连结燃料改性装置8，使用城市煤气等原燃料，通过所述燃料改性装置8生成氢主体的改性气体。该改性气体在由燃料加湿器3加湿之后，向燃料电池1的燃料供给口1e供给。 

因此，在反应气体的入口区域中，当反应气体的露点设定得比热介质(从燃料电池1排出的水)的温度低时，反应气体在入口区域会由所述热介质加热。由此，在入口区域能够防止加湿反应气体中的水蒸气发生冷凝，在所述入口区域，冷凝水不会附着于流路，从而反应气体顺畅地开始流动。 

然而，在上述的燃料电池系统中，在反应气体的出口区域中，反应气体的露点设定得比热介质的温度高。因此，反应气体在出口区域由热介质冷却，反应气体中的水蒸气有时会发生冷凝，但由于向各热介质流路均匀地施加压力而使水滴容易飞散，因此在短时间内能够将冷凝水向出口集管部排除。 

然而，在反应气体的出口区域中，反应气体因反应而被消耗。因此，存在无法从反应气体的出口区域向出口集管部将冷凝水良好地排出这样的问题。尤其是在低负载发电时，反应气体的流量少，冷凝水的排除变得 困难，并且由于温度下降而所述冷凝水容易大量地产生，存在引起滞留水的问题。 

发明内容

本发明用于解决这种问题，其目的在于提供一种能够可靠地阻止冷凝水滞留于反应气体流路，并能够确保良好的发电状态的燃料电池的运转方法及燃料电池系统。