燃料电池系统和燃料电池系统的运行方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统以及燃料电池系统的运行方法。本发明专利技术的燃料电池系统具备：高分子电解质型燃料电池（１），其具备具有高分子电解质膜（１３）、阳极（１６ａ）以及阴极（１６ｂ）的ＭＥＡ（１２）；将燃料气体供给阳极（１６ａ）的燃料气体供给装置（４）；将氧化剂气体供给阴极（１６ｂ）的氧化剂气体供给装置（５）；检测从阴极（１６ｂ）排出的水分的流量或从阳极（１６ａ）排出的水分的流量的至少一个水分的流量的水分流量检测器（２）；存储在高分子电解质型燃料电池（１）的基准输出时的基准水分流量的存储机构（２２）；阳极氧化器（２５），把由水分流量检测器（２）检测出的水分的流量与由存储机构（２２）存储的基准水分流量作比较并根据其比较的结果氧化阳极（１６ａ）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统以及其运行方法，特别涉及搭载高分子 电解质型燃料电池作为燃料电池的燃料电池系统以及其运行方法。
技术介绍
'高分子电解质型燃料电池是具有通过使含有将城市燃气等的原料 气体进行重整而得到的氢的燃料气体与含有空气等的氧气的氧化剂气 体发生电化学反应(氧化还原反应)从而把电子取出提供给外部电路的构成的燃料电池。该燃料电池的单电池(cell)具有由高分子电解质 膜以及一对气体扩散电极(阳极以及阴极)构成的MEA (高分子电解 质膜-电极组件)、密封垫圈(gasket)和导电性的隔板。在隔板上， 在与气体扩散电极相接触的面上设置有用于使燃料气体或者氧化剂气 体(将它们称为反应气体)流通的气体流路，夹着在周缘部配置了密 封垫圈的MEA，从而构成了单电池。在像这样的燃料电池中，因为由单电池所获得的电压比较低，所 以通过层叠单电池并加以紧固连接，并将邻接的MEA互相电串联连 接，从而获得需要的输出电压。但是，对于在高分子电解质型燃料电池的运行中的电池性能降低 来说，可以列举由于杂质的混入而引起的构成气体扩散电极的催化 剂的材料劣化，由于气体流路中的溢流(flooding)的进行而引起的阻 碍反应气体向气体扩散电极透过，由于发生反应气体的交叉泄露等而 引起的单电池的破损等等。检测以及预测这些劣化并采取适当的对应 措施可以谋求提高燃料电池的寿命。其中，由于杂质的混入而引起的电池性能的降低，因为通过去除 该杂质来谋求燃料电池性能的恢复，所以是重要的。杂质的混入被认 为有通过混入反应气体而从外部混入的情况，以及由制作燃料电池 的时候的残留物或者由于在燃料电池运行的时候构成燃料电池的部件的热分解等而产生的杂质在内部混入的情况。杂质会附着于催化剂或 者附着于气体扩散层，由此妨碍反应气体的扩散或者反应，其结果就 会引起电池性能的降低。作为恢复由于像这样的杂质附着于气体扩散电极而引起的性能降 低的燃料电池的方法，已知有使燃料极的电位上升到吸附于燃料极(阳 极)的中毒成分(杂质)被电化学氧化的电位以上的燃料电池的运行 控制方法(例如参照专利文献1)。在专利文献1中，作为检测燃料电 池性能的降低的手段，公开了配设测定燃料极的电位的氢电极基准 电位传感器的方法，或者配设测定燃料电池电压的电压传感器的方法。而且，在专利文献2中公开了将电压测定用端子配设于隔板并对 每一个单电池测定电压的燃料电池堆。由此，通过提升燃料极的电位就能够恢复由于杂质附着于电极而 引起性能降低的燃料电池。专利文献1:日本特许第3536645号公报 专利文献2:日本特开平11-339828号公报
技术实现思路
然而，在专利文献2所公开的燃料电池堆中，作为阳极和阴极的 相对性的差值来测定电压，所以在电压异常的情况下，不能够确定是 由于阴极的劣化引起的还是由于阳极的劣化所引起的，或者是由于溢 流或交叉泄露所引起的，仍然还有进行改善的余地。另外，专利文献1所公开的运行控制方法中，因为单单是作为阳 极和阴极的相对的差值而测定电压，所以即使在产生不是由于阳极的 杂质的混入而引起的电压的异常的情况下，也提高阳极的电位，所以 存在在发生该异常的情况下引起包含于阳极的催化剂的材料劣化的问 题。本专利技术是鉴于以上的课题而做出的，目的在于利用燃料电池的性 能恢复所需要的时机(timing)，提供能够更加可靠地恢复阳极的性能 的燃料电池系统以及燃料电池系统的运行方法。本专利技术人为了达到上述目的而反复进行了悉心研究，结果发现， 在燃料电池的基准输出时的排出水的流量与在阳极由于杂质而中毒的时候的排出水的流量有相关性，对达到上述的本专利技术的目的是极为有 效的，进而完成了本专利技术。艮P，为了解决上述课题，本专利技术所涉及的燃料电池系统具备高 分子电解质型燃料电池，该高分子电解质型燃料电池具备MEA，该MEA具有高分子电解质膜和夹持该高分子电解质膜的阳极以及阴极，所述高分子电解质型燃料电池构成为，向所述阳极供给燃料气体，向 所述阴极供给氧化剂气体，该供给的燃料气体与氧化剂气体发生反应 而发电，未反应的所述燃料气体从所述阳极排出，未反应的所述氧化剂气体从所述阴极排出；燃料气体供给装置，向所述阳极供给所述燃 料气体；氧化剂气体供给装置，向所述阴极供给所述氧化剂气体；水 分流量检测器，检测从所述阴极排出的水分的流量或者从所述阳极排 出的水分的流量中的至少一个水分的流量(以下称之为水分流量)； 存储机构，存储作为在所述高分子电解质型燃料电池的基准输出时的 所述水分流量的基准水分流量；阳极氧化器，将用所述水分流量检测 器检测的所述水分流量与存储在所述存储机构中的所述基准水分流量 作比较，并根据其比较结果而对所述阳极进行氧化。由此，用水分流量检测器检测水分流量，并将该检测到的水分流 量与阳极没有中毒的基准输出时的基准水分流量作比较，并进行阳极 的氧化，所以仅在阳极由于杂质而中毒的恰当的时机进行阳极的氧化， 所以可以最小限度地抑制由于氧化而引起的阳极的劣化，同时可以恢 复燃料电池的性能。另外，在专利文献1的运行控制方法的情况下，为了设置氢电极 基准电位传感器，重新需要用于利用离子传导路径而连接氢电极基准 电位传感器和阳极的构成(例如需要在接合着阳极的电解质膜上进一 步接合氢电极基准传感器的构成)。另外，在该运行控制方法的情况 中，为了保持氢电极基准电位传感器的基准电位，条件是消除氢电极 基准电位传感器由于CO等而引起的中毒，因此，需要使用纯氢的气 瓶，或者使用从重整了的燃料气体中去除CO或者C02的装置来精制 纯氢。而且这种情况中，给氢电极基准电位传感器的氢的供给流路也 不得不设置与供给阳极的燃料气体不同的流路。如此，如专利文献1 所记载的技术所述那样将氢电极基准电位传感器导入到燃料电池系统中的技术从成本或是费工夫的角度来说都是非常困难的。因此，如果如本专利技术这样进行构成的话，即使不在阳极设置氢电 极基准电位传感器，也能够检测出阳极的中毒，所以可以减轻设置为 了保持氢电极基准电位传感器的基准电位所需要的装置等由于设置氢 电极基准电位传感器而引起的燃料电池系统的成本或者制造工序的复 杂化。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池系统中，所述阳极氧化器也可 以构成为，通过将所述阳极的电位控制在相对于标准氢电极的0 +1.23V的范围，从而氧化所述阳极。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池系统中，所述阳极氧化器也可 以构成为，通过将所述阳极的电位控制在相对于标准氢电极的+0.8~+1.23￥的范围，从而氧化所述阳极。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池系统中，所述阳极氧化器也可 以构成为，通过将所述阳极的电位控制在吸附于所述阳极的中毒成分 的电化学氧化电位以上，从而氧化所述阳极。另外，在本专利技术所涉及的燃料电池系统中，也可以为，所述水分 流量检测器是检测作为从所述阴极排出的水分的流量的阴极水分流量 的阴极水分流量检测器，所述存储机构是存储作为在所述基准输出的 时候从所述阴极排出的水分的流量的阴极基准水分流量的存储机构， 所述阳极氧化器构成为，在所述阴极水分流量相对于所述阴极基准水 分流量而言增加的情况下，氧化所述阳极。由此，用阴极水分流量检测器检测阴极水分流量，并在该检测出 的阴极水分流量比阳极没有中毒的基准输出时的阴极基准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于：具备：　高分子电解质型燃料电池，该高分子电解质型燃料电池具备ＭＥＡ，该ＭＥＡ具有高分子电解质膜和夹持该高分子电解质膜的阳极以及阴极，所述高分子电解质型燃料电池构成为，向所述阳极供给燃料气体，向所述阴极供给氧化剂气体，该供给的燃料气体与氧化剂气体发生反应而发电，未反应的所述燃料气体从所述阳极排出，未反应的所述氧化剂气体从所述阴极排出；　燃料气体供给装置，向所述阳极供给所述燃料气体；　氧化剂气体供给装置，向所述阴极供给所述氧化剂气体；　水分流量检测器，检测从所述阴极排出的水分的流量或者从所述阳极排出的水分的流量中的至少一个水分的流量（以下称为水分流量）；　存储机构，存储基准水分流量，该基准水分流量是在所述高分子电解质型燃料电池的基准输出时的所述水分流量；　阳极氧化器，将用所述水分流量检测器检测的所述水分流量与存储在所述存储机构中的所述基准水分流量作比较，并根据其比较结果而对所述阳极进行氧化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：野木淳志，柴田础一，牟田葵，辻庸一郎，羽藤一仁，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]