燃料电池系统和燃料电池启动方法技术方案

提供使用总是具有最佳浓度的燃料来操作燃料电池并降低启动燃料电池所需的时间段的系统。在分离的储存罐中独立地储存主要执行发电反应的低浓度燃料和主要执行发电反应与升高发电电池的温度的反应的高浓度燃料。这使得根据发电电池的温度来立即切换要提供到负电极的燃料。结果，可以使用总是具有最佳浓度的燃料来操作燃料电池。此外，由于可以在短时间内升高发电电池的温度，因此可以降低在发电电池的温度低时使用的辅助电池的容量，这使得燃料电池系统的尺寸缩小。

【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，并且涉及燃料电池系统的启动方法。
技术介绍
燃料电池是用于通过诸如氢气或甲醇之类的燃料气体与诸如氧气之类的氧化剂气体之间的电化学反应来产生电力的发电元件。在发电时生成的反应物是水的燃料电池作为不引起环境污染的发电元件一直吸引着广泛关注，并且已经尝试了燃料电池的各种利用，例如将其作为用于驱动机动车的驱动电源。按电解质的种类等来将燃料电池分为各种类型，已经公知的代表类型是使用固体聚合物(solid polymer)电解质作为电解质的燃料电池。由于固体聚合物型燃料电池可以降低成本，可以轻易缩小其尺寸、厚度和重量，此外从电池性能方面看来，其具有高输出密度，因此固体聚合物型燃料电池作为电子设备的驱动电源具有很好的前景。固体聚合物型燃料电池通常使用氢气作为燃料，除此之外，已经开发了通过改为(modifying)甲醇或天然气来产生将要作为燃料使用的氢气的各种燃料电池。此外，近些年来，已经开发了直接将甲醇作为燃料提供到燃料电池，由此产生电力的直接甲醇型燃料电池。在恰当的操作温度，即60到80℃上，运行直接甲醇型燃料电池。因此，需要在从燃料电池的停止状态启动燃料电池期间升高燃料电池的温度，使得燃料电池不能立即启动。为了解决这个问题，提供了一种方法，该方法在燃料电池启动之前通过使用诸如锂粒子电池之类的辅助电池来进行驱动。然而，在启动之前的时间很长的情况下，需要具有适于长时间操作的电量的辅助电池。此外，还有一种方法，该方法通过使用加热器等来进行加热，但是该方法也需要辅助电池的电力。此外，存在这样一种燃料电池系统，在启动时，作为燃料的液态甲醇溶液的浓度升高，并且使渗入电解质薄膜的液态甲醇溶液直接与阴极的氧气燃烧(例如，参照日本专利公开No.2003-520399)。此外，还有一种方法，其-->中将甲醇(例如，参照日本专利公开No.Hei-307970)或液态甲醇溶液(例如，参照日本专利公开No.2002-075414)直接提供到阴极，以直接与氧气燃烧。然而，在日本专利公开No.2003-520399中描述的燃料电池系统中，通过使用喷嘴来将从系统中提供的单一甲醇容器中馈送的甲醇喷射在与阳极连接的循环通道中，并且根据发电电池的温度来控制喷射量。然而，在该系统中，除非在发电电池中消耗了液态甲醇溶液中的甲醇，否则不能降低提供到阳极的液态甲醇溶液的浓度。因此，当发电电池的温度升高时，即使停止从喷嘴喷射甲醇，也不能立即实现从高浓度液态甲醇溶液到低浓度液态甲醇溶液的转换。此外，该系统具有不能总实现在最佳浓度的操作的问题。在日本专利公开No.Hei-307970中描述的方法中，在直接馈送到阴极的甲醇和氧气之间的大多数反应集中在甲醇输入端口附近，并且在该部分局部产生热，使得发电电池整体的温度不均衡。因此，甚至当发电电池的温度升高到预定温度之上时，由于发电电池整体的温度不均衡，所以不能实现有效的反应。此外，在日本专利公开No.2002-075414中描述的方法具有馈送到阴极的液态甲醇溶液中的水将附着于阴极的问题。由于发电反应发生在电极和电解质之间的交界面，因此水附着于阴极将降低氧气与阴极接触的量，由此降低发电反应的效率。考虑到现有技术的情况，本专利技术的目的在于提供通过使用具有恒定最佳浓度的燃料来操作燃料电池的系统、以及不直接将燃料提供到阴极的系统。本专利技术的另一目的在于缩短启动燃料电池所需的时间。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种燃料电池系统，包括：具有夹在正电极和负电极之间的电解质的发电电池；第一储存罐，用于储存具有预定浓度的低浓度燃料；和第二储存罐，用于包含浓度高于低浓度燃料的高浓度燃料，根据发电电池的温度来切换地提供浓度不同的、储存在第一储存罐和第二储存罐中的燃料。根据本专利技术的燃料电池系统，在分离的储存罐中分别储存用于主要执行发电反应的低浓度燃料和用于主要执行发电反应与用于升高发电电池的温度的反应的高浓度燃料，由此可以根据发电电池的温度来立即切换提供到负电-->极的燃料。这使得可以以恒定最佳浓度执行操作。此外，通过将高浓度燃料通过电解质从负电极提供到正电极，可以分散地提供高浓度，由此可以防止局部热产生。此外，可以防止当直接向正电极提供燃料时可能产生的水附着于正电极的情况。此外，根据本专利技术，提供启动燃料电池系统的方法，其中该系统包括具有夹在正电极和负电极之间的电解质的发电电池；第一储存罐，用于储存具有预定浓度的低浓度燃料；和第二储存罐，用于包含浓度高于低浓度燃料的高浓度燃料，根据发电电池的温度来切换地提供浓度不同的、储存在第一储存罐和第二储存罐中的燃料，该方法包括步骤：将燃料提供到负电极，同时将提供到负电极的高浓度燃料量设置为小于提供到负电极的低浓度燃料量；和以设置为比在发电电池的温度在预定温度或高于预定温度的情况下所提供的氧化剂量要小的量将氧化剂提供到正电极。根据本专利技术的启动燃料电池的方法，在燃料电池系统中，将高浓度燃料提供到负电极，由此高浓度燃料可以与提供到正电极端的氧化剂反应，并且可以借此升高发电电池的温度。在这个实例中，可以通过将高浓度燃料量和提供到发电电池的氧化剂抑制为较低的水平来加速热产生。这使得可以缩短在启动燃料电池系统期间升高发电电池的温度所需的时间段。此外，由于可以在短时间内升高发电电池的温度，因此可以降低当发电电池的温度低时使用的辅助电池的容量，由此可以缩小燃料电池系统的尺寸。在根据本专利技术的燃料电池系统中，在分离的储存罐中分别储存用于主要执行发电反应的低浓度燃料和用于主要执行发电反应和用于升高发电电池的温度的反应的高浓度燃料，由此可以根据发电电池的温度来立即切换提供到负电极的燃料。这使得可以以恒定最佳浓度执行操作。此外，通过将高浓度燃料通过电解质从负电极提供到正电极，可以分散地提供高浓度，由此可以防止局部热产生。此外，可以防止当直接向正电极提供燃料时可能产生的水附着于正电极的情况。此外，在根据本专利技术的燃料电池系统中，在第一储存罐中储存低浓度燃料，该燃料的浓度被控制到能够进行有效发电反应的浓度，可以在正常操作中通过仅从第一储存罐向发电电池提供燃料来提供具有稳定浓度的低浓度燃料，由此执行稳定的发电。此外，由于不需要在传送中控制燃料浓度，因此不需要提供喷嘴。另外，通过分别布置第一储存罐和第二储存罐，可以根据使用储存罐二者的频率来设计系统，并且可以不浪费地使用-->燃料。此外，可以根据使用环境来调节所储存的燃料的浓度。此外，第一储存罐和第二储存罐是可独立分离的，并且可以替换它们。根据本专利技术中启动燃料电池的方法，在燃料电池系统中，将高浓度燃料提供到负电极，由此高浓度燃料可以与提供到正电极端的氧化剂反应，以便升高发电电池的温度。在这个实例中，可以通过将高浓度燃料量和提供到发电电池的氧化剂抑制为较低的水平来加速热产生。这使得可以缩短在启动燃料电池系统期间升高发电电池的温度所需的时间段。此外，由于可以在短时间内升高发电电池的温度，因此可以降低当发电电池的温度低时使用的辅助电池的容量，由此可以缩小燃料电池系统的尺寸。附图说明图1是在本专利技术中的燃料电池系统的配置的实例的方框图。图2显示在启动本专利技术中的燃料电池系统时甲醇和高浓度液态甲醇溶液的流动。图3显示在本专利技术的燃料电池系统的正常操作时甲醇和低浓度液态甲醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：具有夹在正电极和负电极之间的电解质的发电电池；第一储存罐，用于储存具有预定浓度的低浓度燃料；和第二储存罐，用于包含浓度高于所述低浓度燃料的高浓度燃料，其中根据所述发电电池的温度来切换地 提供浓度不同的、储存在所述第一储存罐和所述第二储存罐中的所述燃料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-6-21 182546/20041.一种燃料电池系统，包括：具有夹在正电极和负电极之间的电解质的发电电池；第一储存罐，用于储存具有预定浓度的低浓度燃料；和第二储存罐，用于包含浓度高于所述低浓度燃料的高浓度燃料，其中根据所述发电电池的温度来切换地提供浓度不同的、储存在所述第一储存罐和所述第二储存罐中的所述燃料。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中在所述第一储存罐和所述发电电池之间循环所述低浓度燃料。3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中在所述第二储存罐和所述发电电池之间循环所述高浓度燃料。4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中通过使用在所述发电电池中产生的水稀释要被稀释的燃料来形成低浓度燃料和高浓度燃料中的每一种。5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其中将所述要被稀释的燃料储存在第三储存罐中，并且从所述第三储存罐将所述要被稀...

【专利技术属性】
技术研发人员：金井刚，须藤业，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]