燃料电池系统技术方案

提供一种可以长期在维持高发电效率状态下运行的燃料电池系统，具备：燃料箱（２），其储存燃料；燃料供给部（３），其从燃料箱（２）供给燃料；混合箱（４），其储存稀释了燃料的燃料水溶液；发电部（７），其具有包含电解质膜、和通过电解质膜而相互对置的阳极及阴极的膜电极复合体，并通过供给阳极的燃料水溶液与供给阴极的空气的反应进行发电；燃料循环部（５），其从混合箱（４）向阳极供给燃料水溶液；空气供给部（６），其向阴极供给空气；以及，气液分离部（８），其连接在阳极和混合箱（４）之间，把从阳极排出的、通过反应生成的流体分离成液体和气体；其中，向阳极供给空气，向混合箱（４）排出阳极内的燃料水溶液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及以液体燃料作为燃料的液体型的燃料电池系统。技术背景在以甲醇等液体燃料作为燃料的液体型燃料电池中，已知有利用 泵等辅机供给发电部中的反应所需的燃料和空气的"主动方式"(例 如，参照专利文件1)。通过采用主动方式，在环境变化时也能够稳 定地获得较高的输出。但是，考虑面向便携机器的用途的情况下，主 动方式需要携带较多的辅机，所以存在系统大型化、复杂化的问题。 因此，希望能够尽量减少辅机，而且最低限度必需的辅机也可以小型 化。例如，在以曱醇为燃料的燃料电池中，在发电部的阳极，甲醇和 水发生反应。在发生该反应的同时，发生供给阳极的曱醇及水透过电解质层、向阴极侧移送的"穿越(crossover)",该穿越了的甲醇及水， 对阳极反应不作贡献，移动到阴极侧。因此，穿越比例较大的情况下， 发电效率就降低了。特别地，水的穿越较大的情况下，从阳极侧向阴极侧移动的水的 量较大，就有必要在燃料箱大量装载阳极反应所需的水。此时，燃料 箱中的甲醇浓度就被迫下降，燃料利用率降低，也很不利于系统体积 的小型化。另一方面，如果设置回收通过穿越而从阳极排出的水、并 使其返回阳极侧的回收机构，则其又会导致系统体积的增加，成为小 型化的障碍。为了减少这种水的穿越，开发了低透水性的膜电极复合体 (MEA)。通过利用低透水性的MEA，省去了水回收机构，也能够 在MEA内从阴极侧补充阳极反应所需的水的一部分，所以燃料箱中能够装载所需的高浓度甲醇。另外，即便设置了水回收机构，由于通过水回收;f几构所要回收的水的量减少，所以可以^使用于回收的凝缩部 小型化，也会导致系统的小型化。但是，在利用低透水性的MEA的燃料电池系统中，在长期运转 的情况下，MEA的性能发生劣化，水的穿越量经过一段时间后也比 初期的值增大。水的穿越增大了，则在省去了水回收机构时，由于如 果以初期所装载的曱醇浓度继续运转、则与初期相比水的透过量增 大，所以存在用于阳极反应所必需的水不足而不能运转的情况。另一 方面，在设置了水回收机构时，由于水的回收量增加，造成用于凝缩 的辅机等的负担，供给辅机等的电量也增加，系统效率就降低了。[专利文件1特开2005_360700号公报
技术实现思路
本专利技术提供一种在液体型燃料电池中，可以长期在维持较高的发 电效率的状态下进行运转的燃料电池系统。根据本专利技术的一种方式，提供一种燃料电池系统，其具备(a) 燃料箱，其储存燃料，(b)燃料供给部，其从燃料箱供给燃料，(c)混合 箱，其储存稀释了燃料的燃料水溶液，(d)发电部，其具有包含电解质 膜、和隔着电解质膜而相互对置的阳极和阴极的膜电极复合体，并通 过供给阳极的燃料水溶液与供给阴极的空气的反应进行发电，(e)燃料 循环部，其从混合箱向阳极供给燃料水溶液，(f)空气供给部，其向阴 极供给空气，以及(g)气液分离部，其连接在阳极和混合箱之间，把从 阳极排出的、通过反应生成的流体分离成液体和气体；其中，向阳极 供给空气，向混合箱排出阳极内的燃料水溶液。根据本专利技术的另一种方式，提供一种燃料电池系统，其具备(a) 燃料箱，其储存燃料，(b)燃料供给部，其从燃料箱供给燃料，(c)发电 部，其具有包含电解质膜和隔着电解质膜而相互对置的阳极和阴极的 膜电极复合体，并通过供给阳极的燃料与供给阴极的空气的反应进行 发电，把通过反应而生成的气体从阳极的气体排出口排出，(d)燃料循环部，其向阳极供给从燃料供给部供给的燃料，(f)燃料回收部，其回 收从阳极排出的燃料水溶液，以及(g)回收箱，其储存由燃料回收部所回收的燃料水溶液；其中，燃料回收部回收从阳极内排出的燃料水溶 液，从气体排出口向阳极吸入空气。 专利技术效果根据本专利技术，可以提供一种在液体型燃料电池中，能够长期在维 持较高的发电效率的状态下进行运转的燃料电池系统。附图说明图l是举例表示根据本专利技术的第l实施方式的燃料电池系统的框图。图2是举例表示根据本专利技术的第1实施方式的燃料电池的剖面图。图3是用于说明根据本专利技术的第1实施方式的燃料电池系统的运 行方法的一例的流程图。图4是用于对根据本专利技术的第1实施方式的燃料电池系统的a 恢复处理进行说明的图表。图5是用于对根据本专利技术的第1实施方式的燃料电池系统的a 恢复处理进行说明的其他图表。图6是举例表示根据本专利技术的第1实施方式的第1变形例的燃料 电池系统的框图。图7是举例表示根据本专利技术的第1实施方式的第2变形例的燃料 电池系统的运行方法的一例的流程图。图8是举例表示根据本专利技术的第1实施方式的第3变形例的燃料 电池系统的框图。图9是用于说明根据本专利技术的第1实施方式的第4变形例的燃料 电池系统的a恢复处理的时点的图表。图IO是用于说明根据本专利技术的第1实施方式的第4变形例的燃 料电池系统的a恢复处理的时点的其他图表。图11是举例表示根据本专利技术的第2实施方式的燃料电池系统的框图，图12是举例表示根据本专利技术的第2实施方式的燃料电池的剖面图。图13是用于说明根据本专利技术的第2实施方式的燃料电池系统的 工作的一例的流程图。具体实施方式下面参照附图说明本专利技术的实施方式。在下面的附图中，对相同 或者类似的部分赋予相同或者类似的符号。不过，应注意附图只是示 意图，其厚度与平面尺寸的关系、各层的厚度的比例等与实物不同。 因此，具体的厚度或尺寸应参照下面的说明进行判断。另外，在各附 图相互之间，当然也包含相互的尺寸关系和比例不同的部分。另外，下面所示的实施方式，是例示把该专利技术的技术思想具体化 的装置或方法的实施方式；本专利技术的技术思想，其构成部件的材质、 形状、构造、配置等并不特定于下述的形式。本专利技术的技术思想，在 权利要求的范围内，可以进行各种变更。 (第1实施方式)作为根据本专利技术的第1实施方式的燃料电池系统，对釆用了燃料 利用甲醇的直接甲醇型燃料电池(DMFC)的系统进行说明。根据本 专利技术的第1实施方式的燃料电池系统，如图1所示，具有发电部7、 燃料箱2以及发电部7发电所需的辅机1。辅机l，具有燃料供给部3、混合箱4、燃料循环部5、气液分 离部8、空气供给部6、电力调整部9、温度调整单元13、液量传感 器41、浓度传感器42以及控制部10。燃料箱2和燃料供给部3通过管线Lll连结，燃料供给部3和 混合箱4通过管线L12连接，混合箱4和燃料循环部5通过管线L13 连接，发电部7的阳极和燃料循环部5通过管线L14连接，发电部的 阳极和气液分离部8通过管线L15连接，混合箱4和气液分离部8通过管线L16连接，发电部7的阴极和空气供给部6通过管线L17连接。 发电部7的阴极上连接有管线L18。燃料箱2中，储存有燃料或者含有燃料和少量水的高浓度燃料水 溶液。燃料供给部3，通过管线Lll向混合箱供给从燃料箱2供给的 甲醇或者高浓度甲醇水溶液。混合箱4，把从燃料供给部3通过管线 Lll供给的甲醇或者高浓度甲醇水溶液、与从发电部7通过管线L15 排出的包含甲醇水溶液的流体相混合，储存发电最适合浓度的甲醇水 溶液。燃料循环部5，通过管线L14向发电部7的阳极供给混合箱4内 的甲醇水溶液，同时通过管线L15、 L16使从发电部7排出的包含曱 醇水溶液的流体在混合箱4内循环。从发电部7排出的流体中由于也 包含二氧化碳(C02)等气体，气液分离部8将气体和液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于具备：储存燃料的燃料箱；从所述燃料箱供给所述燃料的燃料供给部；储存稀释了所述燃料的燃料水溶液的混合箱；发电部，其具有包含电解质膜、和隔着所述电解质膜而相互对置的阳极和阴极的膜电极复合体，并通过供给所述阳极的所述燃料水溶液与供给所述阴极的空气的反应进行发电；从所述混合箱向所述阳极供给所述燃料水溶液的燃料循环部；向所述阴极供给空气的空气供给部；以及气液分离部，其连接在所述阳极和所述混合箱之间，把从所述阳极排出的、通过所述反应生成的流体分离成液体和气体，其中，向所述阳极供给空气，向所述混合箱排出所述阳极内的所述燃料水溶液。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：八木亮介，佐藤裕辅，赤坂芳浩，秋田征人，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]