[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及包含燃料电池的燃料电池系统。

背景技术

作为包含固体高分子形燃料电池(以下，简称为燃料电池)和向其供给燃料等的机构的系统(以下，称为燃料电池系统)，已知有向燃料电池供给氢的燃料电池系统，或通过都市煤气、甲醇等的改质产生氢并将该氢向燃料电池供给的燃料电池系统(例如，参照专利文献2、4、5)。而且，也已知有将甲醇、乙醇等直接(不改质)向燃料电池供给的燃料电池系统(例如，参照专利文献1、3)。

向燃料电池直接供给液体(甲醇等)类型的燃料电池系统具有以下优点，即，不需要烃水蒸气转化装置，能够使用比氢容易储藏和输送的液体作为燃料。但是，在向燃料电池直接供给液体燃料时，会产生液体燃料通过电解质膜而到达阴极的现象。该现象称为交叉，若产生交叉，则燃料被白白浪费掉。而且，若交叉的液体燃料在阴极侧被氧化，则燃料电池的输出下降。因此，难以产生交叉的电解质膜或不使交叉的液体燃料氧化的催化剂(例如，参照专利文献1)的开发不断发展。

专利文献1：日本特开2008-016344号公报

专利文献2：日本特表2006-511923号公报

专利文献3：日本特开2008-097838号公报

专利文献4：日本特开2001-250573号公报

专利文献5：日本特开2003-017096号公报

若对阴极侧的催化剂想办法，则能够防止由交叉引起的输出下降。但是，即使如此想办法，也无法阻止交叉本身的发生。因此，期望有能够经济地(以应用成本不上升的形式)减少由交叉引起的燃料的消耗量的技术。

另外，已有的燃料电池系统具有起动(尤其是低温下的起动)花费时间且难以对输出(发电量)进行较大变更的缺点。因此，期望不存在所述缺点的燃料电池系统。

发明内容

因此，本发明的第一课题在于提供一种由交叉引起的燃料的消耗量更少且能够经济地运用的燃料电池系统。

另外，本发明的第二课题在于提供一种具有能够作为如下系统工作的结构的燃料电池系统，即，所述系统为由交叉引起的燃料的消耗量更少的系统、能够进行发电量的较大变更的系统等。

为了解决上述第一课题，本发明的第一形态的燃料电池系统具备：燃料电池，该燃料电池通过使供给的液体燃料与氧化剂在其内部进行电化学反应而进行发电；燃料电池控制部，该燃料电池控制部为了使所述燃料电池动作而向所述燃料电池供给第一液体燃料，在使所述燃料电池的动作停止时，通过向所述燃料电池供给饱和蒸气压力比所述第一液体燃料低的第二液体燃料，用所述第二液体燃料置换所述燃料电池内的所述第一液体燃料。

即，在工作停止中的燃料电池内部存在容易蒸发(饱和蒸气压力高)的液体燃料的情况下，由于在阴极侧交叉的液体燃料比较早地蒸发，因此交叉进行。另一方面，在动作停止中的燃料电池内部存在难以蒸发(饱和蒸气压力低)的液体燃料的情况下，由于在阴极侧交叉的液体燃料不会较早地蒸发，因此在电解质膜的阴极侧形成液体燃料的层(液体燃料浓度高的部分)，作为其结果，交叉的进行停止。因此，为了使交叉不进行，考虑使用难以蒸发的液体燃料，但是，这样的液体燃料比容易蒸发的液体燃料(乙醇、甲醇等)价格高。

并且，在通常情况下，如果使用廉价的(饱和蒸汽压力比第2液体燃料低)第一液体燃料作为燃料，并且，在燃料电池停止时，将燃料电池内的第一液体燃料置换为饱和蒸气压力更高的第二液体燃料，则使用成本(发电成本)不会上升，能够在燃料电池的停止中防止燃料(第一液体燃料以及第二液体燃料)由于交叉而白白地消耗掉。因此，在本发明中，燃料电池系统为上述结构。

本发明的第一形态的燃料电池系统可以使用作为电解质膜而具备阳离子交换膜的燃料电池、作为电解质膜而具备阴离子交换膜的燃料电池中的任意一个来实现。但是，阴离子交换膜是与阳离子交换膜相比交叉的燃料量少的电解质膜。而且，当电解质膜为阴离子交换膜时，能够在阴极侧使用催化剂(非铂催化剂)，所述催化剂不使交叉的燃料氧化。因此，在实现本发明的燃料电池系统时，希望采用使用阴离子交换膜作为各电解质膜的燃料电池。

另外，本发明的第一形态的燃料电池系统中的第二液体燃料(燃料电池控制部向燃料电池供给的第二液体燃料)只要饱和蒸汽压力比第一液体燃料高即可。但是，若使第二液体燃料为难以冻结的物质、例如乙二醇，则也能够抑制燃料电池的冻结。