高分子电解质型燃料电池系统技术方案

本发明专利技术的高分子电解质型燃料电池系统具有单电池(10)、层叠体 (100)、温度调整装置(160、140、40、41)、阳极气体供给装置(110)、 阴极气体供给装置(120)、以及控制装置(300)，在层叠体(100)的 发电输出下降时，控制装置(300)控制阳极气体供给装置(110)和 阴极气体供给装置(120)，降低阳极气体和阴极气体的供给流量，并 且，控制阳极气体供给装置(110)、阴极气体供给装置(120)、以及 温度调整装置(140A)中的至少任一个，使向所述阳极气体流路槽和 所述阴极气体流路槽中的至少任一个供给的气体的露点温度相对地高 于层叠体(100)的温度，从而使该气体成为进一步的水分过饱和状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用高分子电解质型燃料电池的高分子电解质型燃料 电池系统。
技术介绍
一般而言，高分子电解质型燃料电池系统(以下，简称为PEFC 系统)构成为，具有单电池，具有形成有阳极气体流路槽的阳极隔 板、形成有阴极气体流路槽的阴极隔板、以及被它们夹着的MEA;层叠体，层叠有所述单电池且在所述层叠的单电池彼此的层叠面之间构 成有连接传热媒体的入口和出口而延伸的传热媒体流路；温度调整装置，调整所述层叠体的温度；阳极气体供给装置，向所述层叠体供给 所述阳极气体；阴极气体供给装置，向所述层叠体供给所述阴极气体； 以及控制装置，控制所述温度调整装置、所述阳极气体供给装置、所 述阴极气体供给装置的动作状态。在此，在PEFC系统的电化学反应中，如专利文献1和2所示， 有必要充分地润湿高分子电解质膜。尤其是在专利文献l中，公开了一种PEFC系统，该PEFC系统能 够向MEA供给露点温度比MEA的温度高2'C左右的阳极气体和阴极 气体，从而能够更加可靠地将MEA的整个区域保持为水分饱和状态。另一方面，在PEFC系统中，在单电池内部的气体流路或电极内 部发生结露，因水堵塞而使得发电输出不稳定化或性能降低的现象、 所谓的溢流(flooding)现象日益成为问题。尤其是在层叠体的发电输 出为低输出的状态(以下，简称为"低输出时")下，具有易于引起溢 流现象的倾向。gP，在低输出时，由于层叠体中的阳极气体和阴极气 体的消耗量减少，因而，阳极气体供给装置和阴极气体供给装置减少 了这些气体的供给量。因此，单电池的阳极气体流路槽和阴极气体流 路槽中的这些气体的流速和供给压降低，基于这些气体的压力的结露水的排出能力降低了。为了抑制这些问题，人们提出了抑制单电池内部的结露水的产生 或促进单电池内部的结露水的除去的各种的PEFC系统。专利文献3中公开了一种通过改进阳极气体流路槽和阴极气体流路槽的构成，增大阳极气体和阴极气体的单位时间的移动量，从而促 进单电池内部的水分排除的方法。专利文献4中公开了一种如果发电输出不稳定化，则通过提高单电池的温度或降低阳极气体和阴极气体的至少任一个的加湿量，从而抑制单电池内部的结露水的产生的方法。而且，专利文献4中公开了 一种如发电输出不稳定化，则通过提高阳极气体和阴极气体中至少任 一个的供给量，从而促进单电池内部的结露水的除去的运转方法。专利文献5中公开了一种在溢流现象产生时，沿上下方向切换单 电池内的阳极气体和阴极气体的流通方向的PEFC系统的运转方法。 即，专利文献5为利用重力来促进单电池内部的结露水的排出的技术。专利文献6中公开了一种在低输出时，提高层叠体的紧固力的 PEFC系统的运转方法。通过提高紧固力，从而减小了单电池内部的阳 极气体流路槽和阴极气体流路槽的流路截面积，进而提高了这些流路 中的气体的流速。于是，促进了单电池内部的结露水的排出。另外，专利文献7中公开了一种调整阳极气体流路槽和阴极气体 流路槽的表面性状的技术。专利文献1:日本特开第2005-203361号公报专利文献2:日本特开第2002-164069号公报专利文献3:日本特开第2003-272676号公报专利文献4:日本特开第2001-148253号公报专利文献5:日本特开第2003-142133号公报专利文献6:日本特开第2004-253269号公报专利文献7:日本特许第3739386号公报
技术实现思路
然而，专利文献1的PEFC系统具有调整阳极气体和阴极气体的 露点温度的控制装置。于是，能够更加可靠地将MEA的整个区域保持6为水分饱和状态，因而，也防止了低输出时的高分子电解质膜的干燥。 然而，在上述控制装置中，通过以燃料气体的露点温度(T2)相对于燃料气体流路入口的温度(T3)高出一定值的方式进行控制，从而防止溢流。g卩，无论发电输出的高低，通过将层叠体的温度和燃料气体 的露点温度的温度差控制在一定范围内，能够防止发电输出的不稳定 化。因此，专利文献1中没有公开对应于发电输出的降低，使燃料气 体成为进一步的水分过饱和状态的技术，也没有给出任何启示(参照专利文献1第0099至0112段)。专利文献3和5中所示的特殊的单电池的构造使单电池的构造变 得复杂化。此外，专利文献4中所示的降低阳极气体和阴极气体的加湿量或 提高单电池的温度的运转方法，导致高分子电解质膜的湿润不足，有 可能损伤高分子电解质膜。另外，专利文献6的技术在PEFC系统的发电输出变动时，必须 调整紧固力，有可能加速层叠体的紧固构造的劣化，进而缩短层叠体 的寿命。专利文献7公开了排水性能优异的PEFC用隔板，但是，没有公 开谋求PEFC系统的低输出时的发电输出的稳定化的技术，也没有给 出任何启示。因此，对于在低输出时使发电输出更加稳定化的PEFC系统而言， 还有改善的余地。本专利技术是为了解决上述的问题而提出的，其目的在于，提供一种 PEFC系统，该PEFC系统不使PEFC的构造复杂化，且不导致高分子 电解质膜的湿润不足的可能性，即使在低输出状态下，也能够使发电 输出更加稳定。为了解决上述问题，专利技术者们反复进行认真研讨，结果，新发现 了以下的见解，得到了本专利技术。艮P，如专利文献3至6所示，本
的技术人员一般认为 如果在低输出状态下，气体的供给量减少，则通过气体排出结露水的 效果变弱，因而，在阳极气体流路槽和阴极气体流路槽中，结露水容 易滞留，层叠体的发电输出不稳定化。7然而，专利技术者们发现了这样一个现象通过在阳极气体流路槽和 阴极气体流路槽中增加结露水的产生量，反而促进了结露水的排水。 即，发现了在低输出状态下减少气体的供给量的情况下，如果在阳极 气体流路槽和阴极气体流路槽中，结露水为更容易产生的状态，则反 而发电输出稳定。尽管还不清楚产生这样的现象的原因，但是，专利技术 者们推测，这时因为结露水被取入至形成于这些流路槽的表面的水膜， 使结露水被容易地冲走。基于该新的见解，第1专利技术的高分子电解质型燃料电池系统，具有单电池，具有形成有阳极气体流路槽的阳极隔板、形成有阴极气体流路槽的阴极隔板、以及被它们夹着的MEA; 层叠体，由上述单电池层叠而成； 温度调整装置，调整上述层叠体的温度；阳极气体供给装置，向上述阳极气体流路槽供给具有水蒸气分压 的阳极气体；阴极气体供给装置，向上述阴极气体流路槽供给具有水蒸气分压 的阴极气体；以及控制装置，控制上述温度调整装置、上述阳极气体供给装置、以 及上述阴极气体供给装置。在上述层叠体的发电输出下降时，上述控制装置控制上述阳极气 体供给装置和上述阴极气体供给装置，降低上述阳极气体和上述阴极 气体的供给流量，并且，控制上述阳极气体供给装置、上述阴极气体 供给装置、以及上述温度调整装置中的至少任一个，使向上述阳极气 体流路槽和上述阴极气体流路槽中的至少任一个供给的气体的露点温 度相对地高于上述层叠体的温度，从而使该气体成为进一步的水分过 饱和状态。如果如此地构成，则能够不使PEFC的构造复杂化，且不导致高 分子电解质膜的湿润不足的可能性，即使在低输出状态下，也能够使 发电输出更加稳定。第2专利技术的高分子电解质型燃料电池系统中，上述阳极气体流路 槽和上述阴极气体流路槽中的至少任一个的表面的接触角可以为90°8以下。如果如此地构成，则这些本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子电解质型燃料电池系统，其特征在于，　具有：　单电池，具有形成有阳极气体流路槽的阳极隔板、形成有阴极气体流路槽的阴极隔板、以及被它们夹着的ＭＥＡ；　层叠体，由所述单电池层叠而成；　温度调整装置，调整所述层叠体的温度；　阳极气体供给装置，向所述阳极气体流路槽供给具有水蒸气分压的阳极气体；　阴极气体供给装置，向所述阴极气体流路槽供给具有水蒸气分压的阴极气体；以及　控制装置，控制所述温度调整装置、所述阳极气体供给装置、以及所述阴极气体供给装置，　在所述层叠体的发电输出下降时，所述控制装置控制所述阳极气体供给装置和所述阴极气体供给装置，降低所述阳极气体和所述阴极气体的供给流量，并且，控制所述阳极气体供给装置、所述阴极气体供给装置、以及所述温度调整装置中的至少任一个，使向所述阳极气体流路槽和所述阴极气体流路槽中的至少任一个供给的气体的露点温度相对地高于所述层叠体的温度，从而使该气体成为进一步的水分过饱和状态。

【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：竹口伸介，辻庸一郎，日下部弘树，
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