[發明專利]燃料電池系統

無效

• 申請號: 200780032703.0
• 申請日: 2007-09-27
• 公開（公告）號: CN101512815A
• 公開（公告）日: 2009-08-19
• 發明（設計）人: 森田純司;菅原靖;柴田礎一;浦田隆行;梅田孝裕
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/02;H01M8/24;H01M8/10
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司
• 代理人: 龍 淳

技術領域

本發明涉及使用燃料氣體以及氧化劑氣體來進行發電運轉的燃料電池系統，尤其涉及根據負載的電力需要而進行發電運轉的燃料電池系統。

技術背景

一直以來，作為能夠有效地利用能量的小規模的發電裝置，發電效率以及綜合效率高的燃料電池熱電聯供系統(以下簡稱為“燃料電池系統”)引人注目。

燃料電池系統具備燃料電池層疊體(電池堆)以作為其發電部的本體。作為該燃料電池層疊體，例如使用熔融碳酸鹽型燃料電池層疊體、堿性水溶液型燃料電池層疊體、磷酸型燃料電池層疊體、高分子電解質型燃料電池層疊體等。在這些燃料電池層疊體之中，磷酸型燃料電池層疊體和高分子電解質型燃料電池層疊體的發電運轉時的工作溫度比其他的燃料電池層疊體的工作溫度低，因而多用作構成燃料電池系統的燃料電池層疊體。尤其是高分子電解質型燃料電池層疊體，由于其輸出密度高且長期可靠性優異，因而在燃料電池系統中被優先使用。

以下對具備高分子電解質型燃料電池層疊體的燃料電池系統的一般構成以及其工作進行大致的說明。此外，在以下的說明中，將“燃料電池層疊體”作為“燃料電池”，并將“高分子電解質型燃料電池層疊體”簡記為“高分子電解型燃料電池”。

首先，對高分子電解質型燃料電池的構成進行說明。

高分子電解質型燃料電池具備單電池(cell)。單電池具備電解質膜電極組件(MEA)。電解質膜電極組件具備選擇性地輸送氫離子的高分子電解質膜和夾著該高分子電解質膜的一對氣體擴散電極。另一方面，在高分子電解質膜的周圍，為了防止燃料氣體和氧化劑氣體的泄?漏以及這兩種氣體的混合而配置有一對墊片。而且，電解質膜電極組件以及一對墊片被一對導電性隔板夾著。導電性隔板的陽極側具備用于向電解質膜電極組件供給燃料氣體，且排出剩余的燃料氣體以及水蒸汽的燃料氣體流路。導電性隔板的陰極側具備用于向電解質膜電極組件供給氧化劑氣體，且排出剩余的氧化劑氣體以及伴隨著發電而產生的水的氧化劑氣體流路。

另外，在該高分子電解質型燃料電池中，從數十個到數百個的單電池、以及由向冷卻介質流路供給的冷卻介質冷卻這些單電池的冷卻器，交替或者以1個冷卻器相對于多個單電池的比例進行層疊。另外，從數十個到數百個的單電池和冷卻器的層疊體在兩端經由集電板以及絕緣板而配置有端板，再由緊固桿牢固地緊固。于是，所鄰接的一個單電池和另一個單電池電連接，且所鄰接的單電池和冷卻器也電連接。即，在高分子電解質型燃料電池中，從數十個到數百個的單電池經由冷卻器而電串聯連接。

接著，一邊參照附圖，一邊對具備高分子電解質型燃料電池的燃料電池系統的構成進行說明。

圖8是模式性地示意具備高分子電解質型燃料電池的現有的燃料電池系統的構成的方框圖。

如圖8所示，現有的燃料電池系統200具備作為其發電部的本體的高分子電解質型燃料電池101、以及溫度檢測器102。高分子電解質型燃料電池101中，如果向燃料氣體流路以及氧化劑氣體流路供給含有氫的燃料氣體以及含有氧的氧化劑氣體，并且向冷卻介質流路供給冷卻介質，則進行使用燃料氣體所含有的氫和氧化劑氣體所含有的氧的電化學反應，從而產生電力和熱。另外，溫度檢測器102檢測高分子電解質型燃料電池101的溫度。

另外，這個燃料電池系統200具備燃料氣體生成裝置103、路徑切換器104、迂回路徑109、路徑切換器105、氧化劑氣體供給裝置106、冷卻介質循環裝置107、以及控制裝置108。燃料氣體生成裝置103使用城市燃氣等的燃料原料和水，生成含有氫的燃料氣體。路徑切換器104在高分子電解質型燃料電池101的燃料氣體流路和迂回路徑109之間切換在燃料氣體生成裝置103中生成的燃料氣體的供給對象。路?徑切換器105在高分子電解質型燃料電池101的燃料氣體流路和迂回路徑109之間切換向燃料氣體生成裝置103的燃燒裝置(圖中未顯示)供給的可燃性氣體的供給源。氧化劑氣體供給裝置106從燃料電池系統200的外部導入氧化劑氣體，并向高分子電解質型燃料電池101的氧化劑氣體流路供給該氧化劑氣體。冷卻介質循環裝置107，在與高分子電解質型燃料電池101的冷卻介質流路之間使冷卻介質循環。控制裝置108分別控制燃料電池系統200的各構成要素的工作，并控制燃料電池系統200的全體工作。

接著，對具備高分子電解質型燃料電池的燃料電池系統的工作進行說明。