一种燃料电池系统，特别是对旨在提高发电期间产生的反应水的排出并保持和稳定燃料电池发电效率的燃料电池的改进。监测器（４８）监测ＦＣ堆（１０）的使用状态，并通过判断反应水的排出是否达到气体流动通路产生排水堵塞的地步，不仅估计反应水的量，而且计算对应于反应水的排出量的要添加的排水维持剂的量，指示流速控制器（４４）从斥水剂贮存容器（４２）供给所需量的斥水剂。根据监测器（４８）的指示，流速控制器（４４）从斥水剂贮存容器（４２）向混合供给单元（４６）供给所需量的斥水剂。氧化气体从阴极侧泵（５６）供给到混合供给单元（４６），然后斥水剂与氧化气体在混合供给单元（４６）内混合在一起，并供给到ＦＣ堆（１０）内的氧化气体供给通路。从ＦＣ堆（１）的氧化气体排出通路排出的反应水、斥水剂和排出氧化气体通过回收单元（５８）分离成斥水剂和反应水与排出氧化气体的混合物，然后回收斥水剂。
【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，尤其涉及改善发电期间产生的反应水的排水，并且保持和稳定燃料电池发电效率的燃料电池系统。
技术介绍
如图14中所示，在固态聚合物燃料电池中，包括电解质膜52的组件(MEA：薄膜电极组件)自身夹在两个分离器30之间以产生作为最小单元的电池，然后通常多个这种电池堆叠在一起形成燃料电池堆(FC堆)，从而能够获得高电压，其中电解质膜52由夹在两个电极，即燃料电极50和空气电极54，之间的固态聚合物膜形成。固态聚合物燃料电池的发电机构包括例如含氢气体的燃料气体至燃料电极(阳极侧电极)50的供给和例如主要包括氧气(O2)的氧化气体或空气至空气电极(阴极侧电极)52的供给。含氢气体通过形成在分离器30表面内的微细管道供给至燃料电极50，电极催化剂的作用使得氢气分离成电子和氢离子(H+)。电子通过外电路从燃料电极50流到空气电极50，从而产生电流。其间，氢离子(H+)通过电解质膜52至空气电极54，并且与氧气和通过外电路的电子结合，从而产生反应水(H2O)。使用冷却水回收氢气(H2)、氧气(O2)和电子之间发生结合反应时产生的热量。另外，在组件阴极侧上空气电极54产生的水(在下文中称为“反应水”)从阴极侧排出。如图14中所示，在燃料电池运行期间(在发电期间)，在空气电极54的表面上与电解质膜52相接触的那些部分产生反应水。当燃料电池运行时，如果该反应水无法有效地从燃料电池系统排出，那么反应水会在空气电极54的扩散层与分离器30之间的空间内聚积，结果，-->阻止了反应气体，尤其是氧化气体的扩散，引起所谓的消光现象(flattingphenomenon)。在这种情形下，倾向于观察到燃料电池发电效率的降低。因此，为了将反应水从燃料电池有效地排出，提出了多种装置。例如，日本专利公开No.2000-251903提出在燃料电池分离器模制的表面上提供一种涂层，尤其是亲水聚合物层，其与水的接触角不超过40度；日本专利公开No.2003-142116提出在主要由碳构成的燃料电池分离器的表面上照射真空紫外线，从而提高分离器表面的润湿性；日本专利公开No.2003-213563提出了一种燃料电池，该燃料电池使用碳纤维电极材料作为电极，该碳纤维电极材料在材料的一个表面上具有由斥水树脂和导电小颗粒组成的层，其中在该表面与水的接触角至少为108度。但是，在日本专利公开No.2000-251903和日本专利公开No.2003-142116中提出的分离器中，当燃料电池的运行时间增加时，由于反应水的作用逐渐去除亲水表面，结果表面的亲水作用逐渐退化，从而意味着难以长时间保持燃料电池的排水性。另外，日本专利公开No.2003-213563中提出的碳纤维电极材料在燃料电池运行时，电极表面上的斥水树脂也逐渐退化，从而意味着以与上面相类似的方式，难以长时间保持燃料电池的排水性。另一方面，日本专利公开No.Hei 07-307161提出了一种燃料电池操作方法，其中在磷酸燃料电池运行期间，如果由于阴极侧电极的催化剂层的过度湿润而引起电池输出特性退化，那么如图15中所示，在单元电池电压与预设限值之间进行比较(S200)，当单元电池的操作电压降低至低于该预设限值时，认为由于阴极侧电极的催化剂层过度湿润而引起电池输出特性降低，并且由于燃料电池仍处于升温状态而临时停止燃料电池的运行(S202)，停止将氧化气体供给至阴极侧电极，然后开始将氮气供给至阴极侧电极，从而从阴极侧电极清除氧化-->气体的残留氧化成分(S204)，随后使用氮气适当地清除阴极侧电极，开始供给用作亲水官能团去除气体的氢气，从而实施阴极侧电极的氢气还原处理(S206)，还原和去除了阴极侧电极催化剂层中碳载体表面产生的亲水官能团，然后重新开始将氮气供给至阴极侧电极，从而从阴极侧电极清除任何去除残留亲水官能团的氢气(S208)，然后重新开始燃料电池的运行(S210)。但是，在上面日本专利公开No.Hei 07-307161中提出的燃料电池操作方法中，当需要时必须停止燃料电池的运行，以提高阴极侧电极的催化剂层的润湿性，从而意味着可能显著地损失燃料电池的运行效率。此外，在将氢气用作亲水官能团去除气体的情形中，必须使用氮气进行清除而将该氢气彻底地从氧化气体管道去除，以避免氢气与运行重新开始时供给的氧化气体相遭遇，但是该工艺进一步延长了运行停止的时间，从而意味着可能更加恶化了燃料电池的运行效率。
技术实现思路
考虑到上述问题，本专利技术的优点是提供一种能够利于反应水从燃料电极排出、并且保持和稳定燃料电池运行效率的燃料电池系统。本专利技术的燃料电池系统具有下述特征。(1)一种具有通过堆叠电池形成的燃料电池的燃料电池系统，各所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和夹着所述组件的一对分离器构成，其中所述燃料电池具有排水添加剂供给单元，该排水添加剂供给单元供给用于提高电池内的排水性的排水添加剂。(2)一种燃料电池系统，包括通过堆叠电池形成的燃料电池以及反应气体供给单元，各所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和夹着所述组件的一对分离器构成，所述反应气体供给单元向所述燃料电池供给反应气体，其中所述燃料电池系统还包括排水-->添加剂供给单元，该排水添加剂供给单元向由所述反应气体供给单元供给的所述反应气体供给用于提高电池内的排水性的排水添加剂。通过使用上述排水添加剂，无需停止所述燃料电池的运行就可将所述电池内的反应水从所述燃料电池有效地排出，因此不会出现消光现象，并且可保持和稳定所述燃料电池的输出特性。(3)上面(1)或(2)中所述的燃料电池系统，还包括监测器，该监测器监测所述燃料电池的使用状态，其中所述排水添加剂供给单元根据所述监测器监测的所述燃料电池的使用状态向所述燃料电池供给所述排水添加剂。(4)如上面(1)至(3)中任意一项所述的燃料电池系统，还包括：排气通路，该排气通路输送从所述燃料电池排出的排气；以及回收单元，该回收单元设在所述排气通路内并回收所述排水添加剂。(5)如上面(1)至(4)中任意一项所述的燃料电池系统，其中所述排水添加剂供给单元向所述空气电极所在的阴极侧供给所述排水添加剂。(6)一种燃料电池系统，具有通过堆叠电池形成的燃料电池，各所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和夹着所述组件的一对分离器构成，其中所述燃料电池具有排水维持剂供给单元，该排水维持剂供给单元供给用于维持所述电池内排水性的排水维持剂。在该结构中，通过使用上述排水维持剂，无需停止所述燃料电池的运行就可将所述电池内的反应水从所述燃料电池有效地排出，因此不会出现消光现象，并且可保持和稳定所述燃料电池的输出特性。(7)一种燃料电池系统，包括通过堆叠电池形成的燃料电池以及反应气体供给单元，各所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气-->电极的组件和夹着所述组件的一对分离器构成，所述反应气体供给单元向所述燃料电池供给反应气体，其中所述燃料电池系统还包括排水维持剂供给单元，该排水维持剂供给单元向由所述反应气体供给单元供给的所述反应气体供给用于维持所述电池内排水性的排水维持剂。通过向所述反应气体供给所述排水维持剂，从而将所述排水维持剂与所述反应气体一起供给到所述燃料电池内部，所述反应气体的扩散使所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括具有电池的燃料电池，所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和层压至所述组件的分离器构成，其中所述燃料电池具有排水添加剂供给单元，该排水添加剂供给单元供给用于提高电池内的排水性的排水添加剂。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-3-29 096426/2005;JP 2005-3-29 096428/20051.一种燃料电池系统，包括具有电池的燃料电池，所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和层压至所述组件的分离器构成，其中所述燃料电池具有排水添加剂供给单元，该排水添加剂供给单元供给用于提高电池内的排水性的排水添加剂。2.一种燃料电池系统，包括具有电池的燃料电池，所述电池由在电解质膜上具有燃料电极和空气电极的组件和层压至所述组件的分离器构成，以及反应气体供给单元，该反应气体供给单元向所述燃料电池供给反应气体，其中所述燃料电池系统还包括排水添加剂供给单元，该排水添加剂供给单元向由所述反应气体供给单元供给的所述反应气体供给用于提高电池内的排水性的排水添加剂。3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，还包括监测器，该监测器监测所述燃料电池的使用状态，其中所述排水添加剂供给单元根据所述监测器监测的所述燃料电池的使用状态向所述燃料电池供给所述排水添加剂。4.如权利要求1至3中任意一项所述的燃料电池系统，还包括：排气通路，该排气通路输送从所述燃料电池排出的排气；以及回收单元，该回收单元设在所述排气通路内并回收所述排水添加剂。5.如权利要求1至4中任意一项所述的燃料电池系统，其中所述排水添加剂供给单元向所述空气电极所在的阴极侧供给所述排水添加剂。-->6.如权利要求1至5中任意一项所述的燃料电池系统，其中所述排水添加剂为...
【专利技术属性】
技术研发人员：滨田仁，荻野温，
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]
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