[发明专利]燃料电池系统

说明书

本发明提供在燃料电池系统的启动时能够在短时间内进行燃料气体以外的气体从燃料电池组的各燃料极的排放的燃料电池系统。燃料电池系统具有燃料电池组、喷出器集合部、燃料气体供给部、循环流路、混合气体供给流路、检测上述燃料电池组的燃料极侧的压力信息的压力检测部、将上述燃料气体的浓度为规定的浓度以下的上述燃料废气向外部排出的燃料废气排出部、以及控制部，上述喷出器集合部并列具有将第1混合气体向上述燃料电池组的各燃料极供给的第1喷出器、和将循环气体的含有比例比该第1混合气体多的第2混合气体向上述燃料电池组的各燃料极供给的第2喷出器。

技术领域

本公开涉及燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是在将多个单电池层叠而成的燃料电池组(以下，存在称为电池组的情况)中通过作为燃料气体的氢(H₂)与作为氧化剂气体的氧(O₂)的电化学反应取出电能的发电装置。此外，以下，也存在不特别地区别燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”的情况。

该燃料电池的单电池通常由膜电极接合体(MEA：Membrane ElectrodeAssembly)、和根据需要夹持该膜电极接合体的两面的两片隔离件构成。

膜电极接合体具有以下构造，即，在具有质子(H⁺)传导性的固体高分子型电解质膜(以下，也简称为“电解质膜”)的两面分别按顺序形成有催化剂层和气体扩散层。

隔离件通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔离件也作为发电的电气的集电体发挥功能。

在燃料电池的燃料极(阳极)，从流路和气体扩散层供给的氢通过催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜并向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路来工作，并向阴极移动。向阴极供给的氧在阴极上与质子及电子进行反应，并生成水。

生成的水向电解质膜给予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，通过流路并被向系统外排出。

另外，公知有以下方法，即，在包括燃料电池组在内的燃料电池系统的停止时，停止燃料气体向燃料电池组的各燃料极的供给，将燃料电池组的各燃料极中的燃料气体向大气中放出，并通过空气和氮气等燃料气体以外的气体(以下，存在记载为非活性气体的情况)使燃料电池组的各燃料极中充满。因此，在燃料电池系统的启动时，需要将燃料电池组的各燃料极中的该非活性气体置换为燃料气体。

研究有在燃料电池系统的启动时能够在短时间内进行燃料气体以外的气体从燃料电池组的各燃料极中的排出(排放)的燃料电池系统。

例如在专利文献1中公开有以下燃料电池系统：利用喷出器的逆循环特性，即通过在启动时将燃料气体的供给量设定于燃料气体从喷出器朝向燃料电池在循环流路中逆流的范围，从而在燃料气体从喷出器通过燃料供给流路并朝向燃料电池的入口的同时，从喷出器流过循环流路并朝向燃料电池的特性，使在循环流路和燃料供给流路中充满的非活性气体一起从喷出器朝向排放管线流动，因此能够在短时间内可靠地将配管内的空气等排放。

另外，在专利文献2中公开有在具有串联连接的多个喷出器的燃料电池系统中，即使在循环流路的逆流防止阀冻结那样的低温环境下也能够进行迅速的启动的燃料电池系统。

专利文献1：日本特开2003-157875号公报

专利文献2：日本特开2008-192514号公报

上述专利文献1所记载的燃料电池系统利用喷出器的逆循环特性。因此，特别是在远离燃料电池组内的燃料气体供给口的一侧，非活性气体容易残存。其结果是，将非活性气体从燃料电池组的各燃料极完全排放可能不能在短时间内进行。

另外，从排放的观点出发，理想的是在循环流路设置氢泵，并以与燃料电池组内的非活性气体混合的方式循环后从各燃料极将非活性气体排放，但氢泵的成本较高，从实现燃料电池搭载车辆的普及的观点出发，难以设置于燃料电池系统中。