燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种简单和紧凑的燃料电池系统，该燃料电池系统防止燃料电池堆的性能由于杂质的积聚而劣化并且通过减少燃料气体的排放而提高燃料效率。在燃料电池堆（２）中形成有杂质存储段（３０），所述杂质存储段（３０）与各电池（２０）的阳极气体通路的出口连通并且存储燃料气体中的杂质。杂质存储段（３０）的容积优选地大于燃料气体进入歧管（２６）的容积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池系统，其具有由多个电池构成的燃料电 池堆。更具体地，本专利技术涉及一种燃料电池系统，其在实质上使燃料 气体限制在燃料电池堆内部的状态下操作，所述燃料气体被每个电池 使用以用于发电。
技术介绍
例如，如在以下所列专利文献中公开，已知在使燃料气体限制在 燃料电池堆内部的状态下操作且供给适量的燃料气体以补偿用于发电消耗的燃料电池系统(总体上称为终端系统(dead-end system ))。 在操作中，在终端系统的燃料电池堆的各电池的阳极气体通路中积聚 有氮和其它杂质。如果这些杂质覆盖MEA的表面，则抑制电极催化 剂上的电动反应，导致电压降低。另外，会产生异常电势而导致MEA 的劣化。为了避免这些问题并且维持燃料电池堆的足够的性能，必须部。然而，从阳极气体通路排出杂质致使从阳极气体通路排出燃料气 体。从而，频繁的排放导致差的燃料效率，因此是不期望的。如果在 等到积聚适量的杂质为止之后排出杂质，则可以减少燃料气体的浪费。 就是说，虽然在维持燃料电池堆的足够性能方面不期望积聚杂质，但 是在提高燃料效率方面可期望地是使排放的频率最小。专利文献1公开了一种可以满足对立的两个需要的系统，即，防 止燃料电池堆的性能由于杂质的积聚而劣化和通过减少燃料气体的排 放而提高燃料效率。专利文献l中所公开的系统具有用于存储杂质的 存储容器(緩冲器)和布置在存储容器下游的关闭阀，所述存储容器布置在用于从燃料电池堆排出燃料气体的废气的排出管中。通过将燃 料气体中的杂质导引到布置在燃料电池堆的外部的存储容器，可以防 止阳极气体通路中的杂质的浓度增大，并且通过打开关闭阀可以减小 排放的频率。专利文献1:日本专利特开NO.2005-243477 专利文献2:日本专利特开NO.2006-12553 专利文献3:日本专利特开NO.2005-353569 专利文献4:日本专利特开NO.2005-353303 专利文献5:日本专利特开NO. Hei9-31216
技术实现思路
然而，专利文献l中所公开的系统需要用于与燃料电池堆分离的 存储容器的空间。考虑到燃料电池系统用作诸如汽车的可移动物体的 电源，所以燃料电池系统优选地在构造上尽可能简单并且尺寸上尽可能紧凑,已经设计本专利技术来解决上述问题，并且本专利技术的目的是提供一种 简单和紧凑的燃料电池系统，该燃料电池系统防止燃料电池堆的性能 由于杂质的积聚而劣化并且通过减少燃料气体的排放而提高燃料效 率。为了获得上述目的，根据本专利技术的第一方面，提供一种燃料电池 系统，所述燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个 电池，所述燃料电池系统在实质上使燃料气体限制在燃料电池堆内部 的情况下操作，所述燃料气体被每个电池使用以用于发电，其特征在 于，该燃料电池系统具有杂质存储段，用于存储燃料气体中的杂质，的出口连通。根据本专利技术的第二方面，在本专利技术的第一方面中，燃料电池系统 具有连通机构，所述连通机构允许杂质存储段与燃料电池堆的外部连 通。根据本专利技术的第三方面，在本专利技术的第一方面或第二方面中，在 燃料电池堆内部形成有燃料气体进入歧管，所述燃料气体进入歧管用路，并且杂质存储段的容积大于燃料气体进入歧管的容积。根据本专利技术的第四方面，在本专利技术的第三方面中，在燃料电池堆 内部形成有空气进入歧管和空气排出歧管，所述空气进入歧管用于将 从燃料电池堆的外部供给的空气分配到电池的阴极气体通路，所述空 气排出歧管用于将从电池的阴极气体通路收集的空气排放到燃料电池 堆的外部，并且杂质存储段的容积大于燃料气体进入歧管、空气进入 歧管和空气排出歧管的容积的总和。根据本专利技术的第五方面，在本专利技术的第四方面中，在燃料电池堆 内部形成有冷却剂进入歧管和冷却剂排出歧管，所述冷却剂进入歧管所述冷却剂排出歧管用于将从电池的冷却剂通路收集的冷却剂排放到 燃料电池堆的外部，并且杂质存储段的容积大于燃料气体进入歧管、 空气进入歧管、空气排出歧管、冷却剂进入歧管和冷却剂排出歧管的 容积的总和。根据本专利技术的第六方面，在本专利技术的第三至第五方面中的任一方 面中，在将燃料气体进入歧管和每个电池的阳极气体通路相连通的连通部分中形成有节流口 (choke)。根据本专利技术的第 一方面，由于燃料气体中的杂质被导引到形成在 燃料电池堆内部的杂质存储段中，所以防止阳极气体通路中的杂质的 浓度增大。结果，可以减少燃料气体的废气从燃料电池堆排出的频率， 并且可以减少燃料气体的浪费。另外，用于从电池的阳极气体通路的 出口收集阳极废气且将该阳极废气导引到杂质存储段的单独的燃料气 体排出歧管也是不必要的。因此，整个系统可以构造上简单并且尺寸 上紧凑。根据本专利技术的第二方面，由于杂质存储段与燃料电池堆的外部连 通，所以杂质存储段中积聚的杂质可以被排放到的杂质存储段的外部。根据本专利技术的第三方面，由于杂质存储段的容积大于燃料气体进 入歧管的容积，所以大量的杂质可以存储在杂质存储段中，并且因此可以减小排;^文的频率。根据本专利技术的第四方面，由于杂质存储段的容积大于燃料气体进 入歧管、空气进入歧管和空气排出歧管的容积的总和，所以较大量的 杂质可以存储在杂质存储段中，并且因此可以进一步减小排放的频率。根据本专利技术的第五方面，由于杂质存储段的容积大于燃料气体进 入歧管、空气进入歧管、空气排出歧管、冷却剂进入歧管和冷却剂排 出歧管的容积的总和，所以更大量的杂质可以存储在杂质存储段中， 并且因此可以更进一步减小排放的频率。根据本专利技术的第六方面，由于在将燃料气体进入歧管和每个电池 的阳极气体通路相连通的连通部分中形成有节流口 ，所以在连通部分可以减小电池的阳极气体通路中的出口压力差，并且可以防止由出口 压力差所引起的杂质从杂质存储段回流至阳极气体通路中。附图说明图1是示出根据本专利技术的实施例的燃料电池系统的构造的示意 图；以及图2是沿着图1中的线A-A得到的剖视图，其示意性地示出电池 的内部构造和在电池中发生的现象。具体实施例方式以下，将参照图1和2说明本专利技术的实施例。图1是示出根据本专利技术的实施例的燃料电池系统的构造的示意 图。燃料电池系统具有用于发电的燃料电池堆2并且将电力供给至诸 如马达的电力负荷。燃料电池堆2由多个电池20构成，并且这些电池 20都相互串联地电连接。虽然没有示出，但是每个电池20都具有插 置在一对集电器之间的膜电极组件(MEA) 。 MEA是固体聚合物电解质膜、形成在电解质膜的相对表面上的催化剂电极和形成在两个催 化剂电极上的诸如碳片材的气体扩散层的结合体。集电器用作相邻的两个MEA之间的分离器。每个电池20都使用供给至其阳极的燃料气 体(例如，氢)和供给至其阴极的空气来发电。与燃料电池堆2连接的是燃料气体供给管6，其用于将燃料气体 从诸如高压氢罐的燃料气体供给源4供给至燃料电池堆2。供给至燃 料电池堆2的燃料气体通过燃料电池堆2中的燃料气体进入歧管26 分配到电池20的阳极气体通路并且在MEA中使用，所述MEA是发 电段。在燃料电池堆2中，形成有与电池20的阳极气体通路的出口连通 的燃料气体排出歧管30。当燃料电池堆2发电时，通过燃料气体进入 歧管26供给用于补偿发电消耗的适量的燃料气体，并且因此在阳极气 体通路中产生燃料气体流。燃料气体流促使阳极气体通路中的杂质(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个电池，所述燃料电池系统在实质上使燃料气体限制在所述燃料电池堆内部的状态下操作，所述燃料气体被每个电池使用以用于发电，　其特征在于，所述燃料电池系统具有杂质存储段，用于 存储所述燃料气体中的杂质，所述杂质存储段形成在所述燃料电池堆内部并与每个电池的阳极气体通路的出口连通。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2007-5-25 139391/20071.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统具有燃料电池堆，所述燃料电池堆包括多个电池，所述燃料电池系统在实质上使燃料气体限制在所述燃料电池堆内部的状态下操作，所述燃料气体被每个电池使用以用于发电，其特征在于，所述燃料电池系统具有杂质存储段，用于存储所述燃料气体中的杂质，所述杂质存储段形成在所述燃料电池堆内部并与每个电池的阳极气体通路的出口连通。2. 根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料 电池系统具有连通机构，所述连通机构允许所述杂质存储段与所述燃 料电池堆的外部连通。3. 根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，在所 述燃料电池堆内部形成有燃料气体进入歧管，所述燃料气体进入歧管 用于将从所述燃料电池堆的外部供给的所述燃料气体分配到所述电池 的所述阳极气体通路，并且所述杂质存储段的容积大于所述燃料气体 进入歧管的容积。4. 根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述燃 料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇佐美祥，小川朋宏，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]