燃料电池层叠体及其控制方法、燃料电池系统技术方案

本公开提供燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法，既能抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能实现小型化。本公开的燃料电池层叠体在邻接的两个燃料电池单电池彼此之间具有由相互的隔膜、壁部件、以及垫圈包围且通过壁部件的间隙与反应气体排出歧管连通的贮水部。本公开的燃料电池系统通过控制反应气体供给流路的阀和压缩机、以及反应气体排出流路的阀的至少一个，来将滞留于贮水部的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。本公开的控制方法对反应气体排出歧管内进行减压以及扫气来将排出至反应气体排出歧管内的液态水向燃料电池层叠体的外部排出。外部排出。外部排出。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池层叠体及其控制方法、燃料电池系统


[0001]本公开涉及燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。

技术介绍

[0002]公知有一种通过使阳极气体例如氢与阴极气体例如氧进行化学反应来进行发电的燃料电池单电池。
[0003]在具有将多个这样的燃料电池单电池相互层叠而成的燃料电池层叠体的燃料电池系统中存在如下情况：发电时生成的水、反应气体即阳极气体以及/或者阴极气体的加湿所使用的液态水在燃料电池层叠体中的反应气体排出歧管内、比燃料电池层叠体靠下游的配管内等流路内滞留。
[0004]若在这样的状态下燃料电池系统被暴露于冰点下，则滞留水有可能在流路内结冰而阻塞燃料电池系统内的反应气体的流路，从而阻碍反应气体向燃料电池单电池的供给。
[0005]因此，燃料电池系统有可能难以在冰点下启动。
[0006]针对上述那样的问题，例如专利文献1公开了如下的燃料电池模块：具有在比燃料电池层叠体靠下游侧的位置设置有贮水部的结构。
[0007]另外，专利文献2公开了如下的燃料电池模块：反应气体排出歧管在燃料电池被搭载于车辆的状态下在膜电极接合体的下方具有供液态水存积的贮水部。在该文献所公开的燃料电池模块中，多个燃料电池单电池的电解质膜被延伸插入于贮水部，一对端板的任意一方具有能够将存积于贮水部的液态水向燃料电池模块的外部排出的排水流路。
[0008]专利文献1：日本特开2019
‑
192648号公报
[0009]专利文献2：日本特开2017r/>‑
117757号公报
[0010]如专利文献1以及2那样，从在燃料电池系统中抑制反应气体的流路的阻塞的观点出发，可考虑在燃料电池模块等配置贮水部，但这样的贮水部的配置有可能使包括燃料电池模块等在内的燃料电池系统整体大型化。
[0011]然而，在燃料电池系统的实用化的情况下、例如应用于搭载空间有限的车辆等的情况下，希望使燃料电池系统整体小型化。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于，提供既能够抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能够实现小型化的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。
[0013]本专利技术人发现可通过以下的方式来解决上述课题：
[0014]《方式1》
[0015]一种燃料电池层叠体，由两个以上的燃料电池单电池相互层叠而成，
[0016]上述燃料电池单电池具有发电元件、以及层叠于上述发电元件的两面的一对隔膜，
[0017]上述一对隔膜具有沿上述燃料电池单电池的层叠方向贯通上述一对隔膜的反应
气体排出流通孔，并且，
[0018]邻接的两个上述燃料电池单电池以相互的上述隔膜邻接、且相互的上述隔膜的上述反应气体排出流通孔彼此连结而形成反应气体排出歧管的方式相互层叠，
[0019]在上述燃料电池层叠体中，
[0020]上述燃料电池层叠体在邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜间具有壁部件以及垫圈，
[0021]上述壁部件被配置为在邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜之间的至少一部分具有间隙，且当从上述层叠方向观察时围绕上述反应气体排出流通孔，
[0022]上述垫圈将邻接的两个上述燃料电池单电池的相互的上述隔膜，并且被配置为当从上述层叠方向观察时，隔着上述壁部件在上述反应气体排出流通孔的相反侧与上述壁部件至少部分地具有间隔，
[0023]由此形成由邻接的两个上述燃料电池单电池彼此的相互的上述隔膜、上述壁部件、以及上述垫圈包围并且通过上述壁部件的上述间隙与上述反应气体排出歧管连通的贮水部。
[0024]《方式2》
[0025]根据方式1所述的燃料电池层叠体，其中，
[0026]上述壁部件由邻接的两个上述燃料电池单电池彼此的相互的上述隔膜的至少一方形成。
[0027]《方式3》
[0028]根据方式1或者2所述的燃料电池层叠体，其中，
[0029]上述反应气体排出歧管是阴极气体排出歧管或者阳极气体排出歧管。
[0030]《方式4》
[0031]根据方式1～3中任一项所述的燃料电池层叠体，其中，
[0032]上述发电元件依次具有阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层。
[0033]《方式5》
[0034]一种燃料电池系统，具有方式1～4中任一项所述的燃料电池层叠体、反应气体供给流路、反应气体排出流路、以及控制部，其中，
[0035]反应气体按照上述反应气体供给流路、上述燃料电池层叠体、以及上述反应气体排出流路的顺序流通，
[0036]上述反应气体供给流路具有阀以及/或者压缩机，
[0037]上述反应气体排出流路具有阀，
[0038]上述控制部构成为通过控制上述反应气体供给流路的上述阀和上述压缩机、以及上述反应气体排出流路的上述阀的至少一个，来对上述反应气体排出歧管内进行减压，由此将滞留于上述贮水部的因电池反应而生成的液态水向上述反应气体排出歧管内排出，并且对上述反应气体排出歧管内进行扫气，而能够将排出至上述反应气体排出歧管内的上述液态水向上述燃料电池层叠体的外部排出。
[0039]《方式6》
[0040]根据方式5所述的燃料电池系统，其中，
[0041]通过控制上述反应气体供给流路的上述阀和上述压缩机、以及上述反应气体排出流路的上述阀的至少一个，能够对上述反应气体排出歧管内进行增压而使未被排出至上述燃料电池层叠体的外部的上述液态水流入上述贮水部内并滞留。
[0042]《方式7》
[0043]一种燃料电池层叠体的控制方法，是方式1～4中任一项所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，包括：
[0044]对上述反应气体排出歧管内进行减压，来将滞留于上述贮水部的因燃料电池层叠体中的发电而生成的液态水向上述反应气体排出歧管内排出；以及
[0045]对上述反应气体排出歧管内进行扫气，来将排出至上述反应气体排出歧管内的上述液态水向上述燃料电池层叠体的外部排出。
[0046]《方式8》
[0047]根据方式7所述的燃料电池层叠体的控制方法，其中，还包括：
[0048]对上述反应气体排出歧管内进行增压，来使通过上述扫气未被排出至上述燃料电池层叠体的外部的上述液态水流入上述贮水部内并滞留。
[0049]根据本公开，可提供既能抑制因滞留水的结冰引起的反应气体的流路的阻塞又能实现小型化的燃料电池层叠体、燃料电池系统、以及燃料电池层叠体的控制方法。
附图说明
[0050]图1是从侧面观察本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100的示意图。
[0051]图2是从层叠方向观察本公开的第1实施方式所涉及的燃料电池层叠体100所具有的燃料电池单电池1的示意图。
[0052]图3是图2的X的部分的放大图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池层叠体，由两个以上的燃料电池单电池相互层叠而成，所述燃料电池单电池具有发电元件、以及层叠于所述发电元件的两面的一对隔膜，所述一对隔膜具有沿所述燃料电池单电池的层叠方向贯通所述一对隔膜的反应气体排出流通孔，并且，邻接的两个所述燃料电池单电池以相互的所述隔膜邻接、且相互的所述隔膜的所述反应气体排出流通孔彼此连结而形成反应气体排出歧管的方式相互层叠，其中，所述燃料电池层叠体在邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜间具有壁部件以及垫圈，所述壁部件被配置为在邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜之间的至少一部分具有间隙，并且当从所述层叠方向观察时围绕所述反应气体排出流通孔，所述垫圈将邻接的两个所述燃料电池单电池的相互的所述隔膜接合，并且被配置为当从所述层叠方向观察时隔着所述壁部件在所述反应气体排出流通孔的相反侧与所述壁部件至少部分地具有间隔，由此形成由邻接的两个所述燃料电池单电池彼此的相互的所述隔膜、所述壁部件、以及所述垫圈包围且通过所述壁部件的所述间隙与所述反应气体排出歧管连通的贮水部。2.根据权利要求1所述的燃料电池层叠体，其中，所述壁部件由邻接的两个所述燃料电池单电池彼此的相互的所述隔膜的至少一方形成。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池层叠体，其中，所述反应气体排出歧管是阴极气体排出歧管或者阳极气体排出歧管。4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池层叠体，其中，所述发电元件依次具有阴极气体扩散层、阴极催化剂电极层、电解质层、阳极催化剂电极层、以及阳极气体扩散层。5.一种燃料电池系统，具有权利要求1～4中任一项所述的燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：户松仁，藤尾孝郎，筒井光，小林将矢，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：