燃料电池系统的运转方法技术方案

一种燃料电池系统及其运转方法，所述燃料电池系统包括燃料电池组、在将由燃料电池组排出的冷却水冷却后向燃料电池组投入而使冷却水循环时所必需的配管及循环泵、利用与冷却水的热交换将燃料加湿的燃料加湿器、利用与冷却水的热交换将空气加湿的空气加湿器、控制部，该控制部在系统停止时，使冷却水的循环继续进行，直至给定的冷却停止条件成立为止。所述燃料电池组包括层叠体，该层叠体是组合以下部件而形成的，即，在电解质膜的一面上接合了阳极而在电解质膜的另一面上接合了阴极的膜电极接合体、设置了向阳极供给燃料的燃料流路的燃料流路平板、设置了向阴极供给氧化剂的氧化剂流路的氧化剂流路平板、设置了冷却水所流过的冷却水流路的冷却水流路平板。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统及其运转方法
本专利技术涉及燃料电池系统及其运转方法，具体来说，涉及用于防止由起动和停止的循环造成的燃料电池的劣化的燃料电池系统及其运转方法。
技术介绍
虽然已经进入了IT、生物等新技术被以世界规模展开的时代，然而即使处于此种状况下，能源工业作为最大级别的主干产业的情况仍未改变。最近，伴随着以防止地球变暖为首的环境意识的渗透，对于所谓的新能源的期待逐渐提高。新能源由于除了环境性以外，还可以与电能需求者接近而以分散型生产，因此在送电损失方面和电能供给的安全方面都有优势。另外，还可以期待新能源的开发创造出新的周边产业的附属的效果。对于新能源的热衷是以大约30年前的石油危机为契机而正式化，现在，以太阳光发电等可再生能源、废弃物发电等循环能源、燃料电池等高效率能源及净能为代表的新领域能源等能源各自处于面向实用化的开发的阶段。这当中，燃料电池是在业界中最受关注的能源之一。燃料电池是使天然气或甲醇等与水蒸气反应而产生的氢与大气中的氧发生化学反应，同时生成电和热的装置，由发电形成的副产物仅为水，即使在低输出区域中也是高效率，而且发电不受气候影响，十分稳定。特别是固体高分子型燃料电池在以居住用为首的固定型、车载用或者携带用等用途中被看作下一代的一个标准电源。(第1课题)在将燃料电池实用化方面，在反复进行起动停止的运转中的耐久性提高成为研究课题，提出过用于防止燃料电池的劣化的停止方法。[专利文献1]特开2002-093448号公报[专利文献2]特开2005-071778号公报类似专利文献1那样的停止方法中，在停止燃料电池系统时，通过在-->停止了含氧气体的供给的状态下使单元电池发电，进行消耗阴极侧的氧的氧消耗处理，来实现燃料电池的耐久性的提高。但是，此种方法中，在将燃料电池停止保管期间，因氢从阳极经电解质层扩散，或者经过电解质层扩散来的质子被借助冷却水等发生短路而流过的电流(泄漏电流)还原，在阴极中产生氢，因此所产生的氢和残留的氧反应，从而有可能如式(1)所示产生过氧化氢，或发生如式(2)所示的燃烧反应。过氧化氢具有分解电解质的作用，另外燃烧反应会使催化剂、电解质劣化，引起燃料电池的劣化。[化1]    ...(1)[化2]  ...(2)另外，类似专利文献1及2那样的停止保管方法中，在燃料系统的停止中，由于向阴极侧冲入惰性气体，因此就需要向燃料电池供给惰性气体的机构，从而有系统变得大型化的问题。(第2课题)在类似固体高分子型燃料电池那样的供给加湿了的反应气体而发电的燃料电池中，起动时的稳定性也是重要的课题。固体高分子型燃料电池通过在固体高分子电解质膜的一方的面上接合阳极(燃料极)、在另一方的面上接合阴极(空气极)而一体化形成单元电池(膜电极接合体)，用在与阳极相面对的面上设置了凹槽状的燃料流路的平板、在与阴极相面对的面上设置了凹槽状的氧化剂流路的平板夹持单元电池而层叠多个，在两个端部添加端板，用贯穿螺栓紧固而构成燃料电池组。此外，使燃料(氢或氢主体的重整气体)在燃料流路中流通，并且使氧化剂(通常为空气)在氧化剂流路中流通，通过夹隔固体高分子电解质膜引起电化学反应而产生直流电能。在此种固体高分子型燃料电池中，由于固体高分子电解质膜在饱和湿润状态下恰当地发挥作用，因此在将反应气体(燃料及/或氧化剂)用加湿器等加湿后使之流过平板的流路，这样就会将固体高分子电解质膜保持在饱和湿润状态。另外，虽然固体高分子型燃料电池的动作温度约为80℃，-->但是由于电化学反应为放热反应，因此在发电中温度上升。为了防止该情况，一般在燃料电池组内装入冷却平板，使冷却水流过其通道，从而将燃料电池组保持在动作温度。在使固体高分子型燃料电池动作的以往的燃料电池系统中，在系统停止时停止冷却水的流动(参照专利文献3)。[专利文献3]特开2004-296340号公报当在系统停止时停止冷却水的流动，使燃料电池组自然冷却时，则由于燃料电池组从其外侧开始依次冷却，因而在燃料电池组内产生温差。燃料电池组内的水蒸气由于从温度低的场所开始先结露，因此在自然冷却的过程中各单元电池内的水分布改变。这样，在下次起动时反应气体向各单元电池的分配就变得不均匀，发电时的各单元电池电压变得不稳定，在一部分的单元电池中反应气体不足而劣化。或者，有无法正常地起动，保护功能起动而停止的情况。另外，当由配管连接的燃料加湿器或空气加湿器的温度(水温)高于电池温度时，则由于即使停止反应气体的供给，蒸气也会从燃料加湿器或空气加湿器向电池扩散，在电池内结露，由此也会使电池内的水分布改变。同样地，会有如下的情况，即，在下次起动时，反应气体向各单元电池的分配变得不均匀，引起单元电池的劣化或系统停止。
技术实现思路
实施方式1是鉴于所述第1课题而完成的，其目的在于，不追加新的机构(装置)，通过改良燃料电池系统的运转方法，防止由起动和停止的循环造成的燃料电池的劣化。实施方式2是鉴于所述第2课题而完成的，其目的在于，提供使起动燃料电池系统时的输出稳定化的技术。(实施方式1)为了达成针对所述第1课题的目的，实施方式1的某个方式是，具备从原燃料重整为含有氢的燃料的重整装置、利用所述燃料发电的燃料电池的燃料电池系统的运转方法，其特征是，在起动所述燃料电池系统时，包括向所述燃料电池供给比通常的运转时含有更多的一氧化碳的所述燃料-->的一氧化碳供给步骤。这里，所谓原燃料是指含有氢原子的烃类的燃料等，具体来说，可以举出一般家庭中所铺设的LPG或城市煤气或者甲醇等醇类。根据所述方式，由于将一氧化碳浓度高的燃料向燃料电池的阳极供给，因此一氧化碳就会吸附于阳极的催化剂(特别是铂)上而阻碍从阳极生成质子。所以，就可以抑制由泄漏电流造成的阴极上的氢生成以及向阴极供给氧化剂时的氢和氧的直接反应或过氧化氢生成。这样，就可以防止燃料电池的劣化。在所述方式中，其特征是，包括：从比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度开始所述燃料电池的发电的发电开始步骤。所谓燃料电池的通常的发电温度是指，例如如果燃料电池为固体高分子型燃料电池，则为70～80℃，比通常的发电温度更低的温度是至少低10℃的60℃以下，优选45℃以下。根据本实施方式，由于燃料电池的温度低，因此供给燃料时的一氧化碳的催化剂覆盖率提高，催化剂活性降低，由此就可以抑制由泄漏电流造成的阴极上的氢生成。另外，由于当燃料电池的温度低时，氢、氧的在电解质中的扩散速度低，因此渗透(crossover)被抑制。另外，由于燃料电池温度低，因此过氧化氢生成或燃料反应的反应速度也变低。这样，就可以进一步提高所述方式的效果。实施方式1的其他方式是燃料电池系统的运转方法，其特征是，在将所述燃料电池系统停止时，包括：将所述燃料电池冷却至比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度的燃料电池冷却步骤、被设定于所述燃料电池冷却步骤的后段的将所述燃料电池的发电停止的发电停止步骤。这里，固体高分子型燃料电池的情况下的所谓通常的发电温度是指70～80℃，比通常的发电温度更低的温度是指至少低10℃，即60℃以下，优选45℃以下。根据所述方式，在将所述燃料电池系统停止时，由于在将燃料电池冷却后，停止燃料电池的发电，因此就可以抑制在停止了发电后氢、氧在电解质中扩散而渗透的情况。这样，就可以防止燃料电池的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统的运转方法，是具备从原料重整为含有氢的燃料的重整装置、利用所述燃料发电的燃料电池的燃料电池系统的运转方法，其特征是，　　　　在起动所述燃料电池系统时，包括：向所述燃料电池供给比通常的运转时含有更多的一氧化碳的所述燃料的一氧化碳供给步骤。

【技术特征摘要】
JP 2004-11-30 2004-347668;JP 2005-9-29 2005-2850401.一种燃料电池系统的运转方法，是具备从原燃料重整为含有氢的燃料的重整装置、利用所述燃料发电的燃料电池的燃料电池系统的运转方法，其特征是，在起动所述燃料电池系统时，包括：向所述燃料电池供给比通常的运转时含有更多的一氧化碳的所述燃料的一氧化碳供给步骤。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转方法，其特征是，包括：从比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度开始所述燃料电池的发电的发电开始步骤。3.一种燃料电池系统的运转方法，其特征是，在将所述燃料电池系统停止时，包括：将所述燃料电池冷却至比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度的电池冷却步骤、被设定于所述电池冷却步骤的后段的将所述燃料电池的发电停止的发电停止步骤。4.一种燃料电池系统的运转方法，是具备从原燃料重整为含有氢的燃料的重整装置、利用所述燃料发电的燃料电池的燃料电池系统的运转方法，其特征是，在将所述燃料电池系统停止时，包括：向所述燃料电池供给比通常运转时含有更多一氧化碳的所述燃料的一氧化碳供给步骤、将所述燃料电池冷却至比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度的电池冷却步骤、被设定于所述电池冷却步骤的后段的将所述燃料电池的发电停止的发电停止步骤。5.一种燃料电池系统的运转方法，其特征是，在将所述燃料电池系统停止时，包括：将所述燃料电池的发电停止的发电停止步骤、被设定于所述发电停止步骤的后段的将燃料电池冷却至比所述燃料-->电池的通常的发电温度更低的温度的电池冷却步骤。6.一种燃料电池系统的运转方法，是具备从原燃料重整为含有氢的燃料的重整装置、利用所述燃料发电的燃料电池的燃料电池系统的运转方法，其特征是，在将所述燃料电池系统停止时，包括：向所述燃料电池供给比通常的运转时含有更多的一氧化碳的所述燃料的一氧化碳供给步骤、将所述燃料电池的发电停止的发电停止步骤、被设定于所述发电停止步骤的后段的将所述燃料电池冷却至比所述燃料电池的通常的发电温度更低的温度的电池冷却步骤。7.一种燃料电池系统，包括燃料电池组、使热介质循环的机构、燃料加湿机构、氧化剂加湿机构、控制机构，其中：所述燃料电池组包括层叠体，该层叠体是组合以下部件而形成的，即，在电解质膜的一面上接合了阳极而在所述电解质膜的另一面上接合了阴极的膜电极接合体、设置了向所述阳极供给燃料的燃料流路的燃料流路平板、设置了向所述阴极供给氧化剂的氧化剂流路的氧化剂流路平板、设置了热介质所流过的热介质流路的...

【专利技术属性】
技术研发人员：松林孝昌，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]