[發明專利]燃料電池系統及其排空方法

無效

• 申請號: 200910004368.4
• 申請日: 2002-01-29
• 公開（公告）號: CN101483249A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 佐薙德壽;永田裕二;高橋元洋;金子隆之;蟹江尚樹;小川雅弘
• 申請（專利權）人: 株式會社東芝
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 夏 青

本申請是申請號為02804381.2、申請日為2002年1月29日、發明名稱為“燃料電池系統及其排空方法”的中國專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及燃料電池系統及其對該系統的排空方法，該燃料電池系統包括用于排空來自燃料供應管線的未反應的可燃氣體的排空設備。

背景技術

最近，燃料電池系統作為高效能量轉換設備已經倍受矚目。

已經運行或者正在研究和開發一些類型的燃料電池系統。在這些系統中，利用質子作為電解質的質子交換膜燃料電池系統具有小型的結構，此外，這種系統還確保了高功率密度，并且能夠以簡單系統的形式運行，這樣就引起人們的注意，不僅將其用作固定分布的電池，而且還將其用作航空、車輛和家用的電源。

這種倍受矚目的燃料電池系統、特別是質子交換膜燃料電池系統具有一個包括燃料電池主體1、燃料重整裝置2和排空管線的結構，如圖13所示。

燃料電池主體1設置有膜電極復合體，在該膜電極復合體中，質子導電固體聚合物膜4c例如被保持在具有催化層的氣體擴散電極4之間。用作集流器的隔板5a，5b以層疊狀態交替地設置在該膜電極復合體的兩個外側上，隔板5a，5b具有氣體供應凹槽并且由低氣體滲透性的材料形成。

氣體擴散電極4在其一側上設置有燃料電極4a，在另一側上設置有氧化電極(空氣電極)4b。主要含氫的燃料氣體和空氣通過隔板5a，5b的氣體供應凹槽分別供應到這些電極中。

在此階段，從氧化電極4b產生的氧離子穿過固體聚合物膜4c以與燃料電極4a中的氫反應，由此放出電子。這樣所放出的電子用作直流電源。

從碳氫燃料(例如城市煤氣)中生成主要含氫的燃料氣體的燃料重整裝置2通過采用催化劑使城市煤氣進行化學反應、利用加氫脫硫(例如向其中加入蒸汽)從城市煤氣中除去其中所含的硫，將碳氫燃料重整為主要含氫的燃料氣體。

設置有惰性氣體(例如，氮)供應設備6和惰性氣體閥7的排空管線3連接到燃料供應管線8的燃料閥10的下游側。排空管線3借助于通過惰性氣體閥7從惰性氣體供應設備6供應的惰性氣體以及通過排氣管道9從該系統向外部釋放廢氣，來排空在上述直流電源產生的過程中產生的甚至在工作終止之后仍然遺留在燃料電池主體1、燃料重整裝置2和燃料供應管線8中的冷凝水和未反應的氫氣。

在常規燃料電池系統中，以此方式進行排空操作以便應付由于未反應的氫引起的爆炸事件和由冷凝水造成的腐蝕。

在如圖13所示的常規燃料電池系統中，考慮到由于來自燃料供應線路的未反應物質造成的剩余可燃氣體的易爆炸性、由剩余的冷凝水造成的設備的腐蝕和對覆蓋在設備上的催化劑的破壞、以及由氧化氣體造成的催化劑的氧化而引起的失活，當操作停止時利用惰性氣體(例如氮)進行排空操作，以便從該系統向外排空可燃氣體和冷凝水。

然而，惰性氣體(例如，氮氣)供應設備具有系統上復雜的結構、大尺寸、增加的成本和增加的運行成本，以及還需要許多附加設備，這樣造成了多種不便和問題。

需要氮供應設備的燃料電池系統已經很難適于家用，因此形成了應用于或普及到家庭的障礙。

鑒于這些情況，本發明的目的是提供一種包括排空設備的燃料電池系統及其排空方法，該排空設備以簡單的結構和易操作的方式可靠地去除殘留在系統中的燃燒氣體和冷凝水。

發明內容

為了實現上述目的，根據本發明的燃料電池系統包括燃料電池主體、燃料重整裝置、設置在燃料電池主體和燃料重整裝置之間的燃料供應管線、以及排空管線，該排空管線連接到燃料重整裝置并且包括蒸汽供應管線和空氣供應管線。

根據本發明的燃料電池系統的優選實施方式，上述蒸汽供應線路裝配有蒸汽閥和蒸汽儲存器。

上述蒸汽閥包括設定閥打開/關閉時間的定時電路。

上述燃料電池主體可設置有電池電壓檢測器。

上述空氣供應線路裝配有鼓風機和空氣閥。

上述空氣閥包括設定閥打開/關閉時間的定時電路。

上述空氣供應管線的鼓風機和空氣閥可設置定時電路，該電路設定將蒸汽轉化為冷凝水所需的先前測量的時間周期。

此外，還可設置有間歇信號發生器，該發生器間歇地打開或關閉空氣閥以及間歇地使鼓風機工作。