專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，特別是涉及一種在關(guān)閉了燃料廢 氣的流路的狀態(tài)下運(yùn)行燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池具有層疊了多個(gè)電池單元的燃料電池堆。電池單元例如
層疊有膜電極組件(Membrane-Electrode Assembly; MEA)和間隔 件。膜電極組件具有由離子交換樹脂組成的電解質(zhì)膜、設(shè)置在該電解 質(zhì)膜的一個(gè)面上的陽(yáng)極、以及設(shè)置在電解質(zhì)膜的另一個(gè)面上的陰極。 另外，陽(yáng)極和陰極分別具有與電解質(zhì)膜相接觸地配置的催化層。如果 對(duì)各個(gè)電極提供反應(yīng)氣體，則在電極間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電動(dòng) 勢(shì)。具體而言，反應(yīng)是通過向陽(yáng)極提供氫氣(燃料氣體)、向陰極提 供氧氣(氧化劑氣體)而發(fā)生的。
一般來說，通過壓縮機(jī)向陰極提供從大氣取入的空氣。另 一方面， 向陽(yáng)極提供貯存在高壓氫罐中的氫氣。向該陽(yáng)極提供氫氣方法之一有 所謂的"盲端(dead-end)，，方式(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。在該方 式中，在閉塞了氫氣的流路的狀態(tài)下運(yùn)行，向陽(yáng)極提供與所消耗的氫 氣的量相當(dāng)?shù)臍錃狻?br> 在"盲端，，方式的燃料電池系統(tǒng)的情況下，隨著時(shí)間的流逝，殘留 在燃料氣體流路中的雜質(zhì)的量不斷增加。例如，提供給陰極的空氣中 所包含的氮?dú)馔高^電解質(zhì)膜并積累在陽(yáng)極側(cè)。因此，在專利文獻(xiàn)l所 公開的燃料電池系統(tǒng)中，設(shè)置有將雜質(zhì)此從燃料氣體的流路周期地排 出的清除閥。在燃料電池的電壓低于規(guī)定值的情況下，通過打開該清 除閥來恢復(fù)電壓。
專利文獻(xiàn)1:日本特表2004-536436號(hào)^^艮但是，在陰極側(cè)使用了碳的燃料電池系統(tǒng)中，存在下述問題，即， 若在陰極電位大于等于規(guī)定值時(shí)打開清除閥，則會(huì)引起碳的氧化，從 而使燃料電池劣化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述問題而做出的。即，本發(fā)明的目的在于在使 用"盲端"方式的燃料電池系統(tǒng)中，在抑制碳的氧化反應(yīng)的同時(shí)，排出 積累在陽(yáng)極側(cè)的雜質(zhì)。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)通過以下記載而明了。
本發(fā)明為一種燃料電池系統(tǒng)，具有包括隔著電解質(zhì)膜配置的陽(yáng)極 和陰極的燃料電池，分別向上述陽(yáng)極提供燃料氣體、向上述陰極提供 氧化劑氣體，并且在關(guān)閉了從上述燃料電池排出的燃料廢氣的流路的 狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，其特征在于，在上述陰極側(cè)使用碳，具有測(cè)量上述 燃料電池的電壓的電壓測(cè)量單元、打開上述燃料廢氣的流路進(jìn)行清除 的清除單元、以及當(dāng)通過上述電壓測(cè)量單元測(cè)量的電壓大于等于規(guī)定 值時(shí)限制上述清除單元的動(dòng)作的清除限制單元。
在本發(fā)明中，若設(shè)引起上述碳的氧化的上述陰極的電位為x、上
述陽(yáng)極的電位的最大值為Y,則上述規(guī)定值可以設(shè)為(X-Y)。 上述X優(yōu)選為1.1V ~ 1.3V、上述Y優(yōu)選為0.45V ~ 0.55V。 上述X優(yōu)選為1.2V。 上述規(guī)定值優(yōu)選為0.7V。
本發(fā)明中的燃料電池系統(tǒng)還具有用于使上述燃料電池的電壓降 低的電壓降低單元。其特征在于，當(dāng)由上述電壓測(cè)量單元測(cè)量的電壓 大于等于上述規(guī)定值時(shí)，使上述電壓降低單元運(yùn)行。
的最大值的單元。
上述電壓降低單元還可以是將上述燃料氣體的壓力設(shè)定為進(jìn)行 上述清除所需要的最低限的壓力的單元。
根據(jù)本發(fā)明，燃料電池系統(tǒng)具有當(dāng)由電壓測(cè)量單元測(cè)量的電壓大于等于規(guī)定值時(shí)限制清除單元運(yùn)行的清除限制單元。因此，能夠在抑


圖l是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是構(gòu)成圖1的燃料電池的電池單元的剖面示意圖。 圖3是表示陽(yáng)極或陰極的電極電位和燃料電池的電池單元電壓 的時(shí)序變化的圖。
圖4是表示陰極電位與碳的氧化量之間的關(guān)系的圖。 圖5是表示燃料電池的電流與電壓之間的關(guān)系的圖。 圖6是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 圖7是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 (附圖標(biāo)記說明)
1:燃料電池系統(tǒng)；2:燃料電池；3:電動(dòng)機(jī)；4:壓縮機(jī)；5: 加濕器；6:氫罐；7:氫調(diào)壓閥；8:流路；9:清除閥；10:空氣凈 化器；11:電壓測(cè)量單元；12:控制裝置；13:清除限制單元；16: 清除單元；17:電壓降低單元；21:電池單元；22: MEGA; 23、 24: 間隔件；25:電解質(zhì)膜；26:陽(yáng)極；27:陰極；28、 29:氣體擴(kuò)散層
具體實(shí)施例方式
圖l是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的一個(gè)例子。該燃料 電池系統(tǒng)可以應(yīng)用于車載用和放置用等各種用途。另外，在圖l中， 箭頭表示氣體的流動(dòng)方向。
如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)1具有燃料電池2。燃料電池2的陰 極連接有氧化劑氣體(空氣)的流路14。在氧化劑的流路14的上游 端設(shè)置有用于去除空氣中的灰塵等異物的空氣凈化器10。在空氣凈化 器10的下游配置有由電動(dòng)機(jī)3驅(qū)動(dòng)、向燃料電池2提供壓縮空氣的 壓縮機(jī)4。另外，在壓縮機(jī)4的下游配置有回收從燃料電池2排出的濕器5。
燃料電池2的陽(yáng)極連接有燃料氣體(氫)的流路15。在燃料氣 體的流路15的上游端連接有在高壓狀態(tài)下貯存干燥的氫的氫罐6。另 外，在氫罐6的下游配置有調(diào)整由氫罐6提供給燃料電池2的氫的壓 力的氫調(diào)壓閥7。另外，燃料電池2的陽(yáng)極連接有從燃料電池2排出 的燃料廢氣的流路8。在燃料廢氣的流路8上配置有清除閥9。如果 打開清除閥9,則廢氣根據(jù)其打開程度而被清除。
在燃料電池系統(tǒng)1中，對(duì)陽(yáng)極的氫的供給是通過"盲端"方式進(jìn)行 的。在這里，燃料電池的"盲端，，運(yùn)行表示在至少以下的某一種情形下 進(jìn)行的發(fā)電。
(1) 持續(xù)發(fā)電而不從陽(yáng)極排氣的燃料電池。
(2) 在從陰極通過電解質(zhì)膜透過的陽(yáng)極中的雜質(zhì)(氮等)的分 壓、與陰極的雜質(zhì)的分壓基本一致的狀態(tài)下持續(xù)地發(fā)電的燃料電池。 換而言之，即，在將陽(yáng)極的雜質(zhì)的分壓提高到陰極的雜質(zhì)分壓的狀態(tài) 下進(jìn)行發(fā)電的燃料電池。
(3) 在發(fā)電反應(yīng)中將提供給陽(yáng)極的燃料氣體基本上全部消耗的 燃料電池。在這里所說的"基本上全部"最好是除了通過密封和膜泄漏 到陽(yáng)極以外的成分之外的所提供的全部燃料。
在本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，例如，可以通過在關(guān)閉清除 閥9而將燃料廢氣的流路8閉塞的狀態(tài)下從氬罐6提供氫，來進(jìn)行"盲 端，，運(yùn)行。另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)1在不是在整個(gè)發(fā)電范圍內(nèi) 進(jìn)行"盲端，，運(yùn)行的燃料電池、而是在至少一部分發(fā)電范圍(例如，僅 僅小負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行模式)內(nèi)進(jìn)行盲端運(yùn)行的燃料電池中也可以采用。
另外，提供給陽(yáng)極的燃料氣體也不限于氫。例如，作為提供給陽(yáng) 極的氫源，也可以使用通過碳?xì)浠衔锏母男苑磻?yīng)生成的改性氣體。 在這種情況下，作為碳?xì)寤衔?，可以使用以甲烷為主要成分的天?氣、甲醇等的酒精或者汽油等。根據(jù)所使用的碳?xì)浠衔锏姆N類來選 擇適于改性反應(yīng)的催化劑和溫度。由此，可以生成包括氫、二氧化碳 和水的富氫的改性氣體。燃料電池2，具有層疊了多個(gè)電池單元的構(gòu)造。另外，電池單元 具有在由陽(yáng)極和陰極構(gòu)成的一對(duì)電極之間夾持著電解質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)。
圖2是表示構(gòu)成燃料電池2的電池單元的剖面示意圖的一個(gè)例 子。如該圖所示，電池單元21通過將膜電極氣體擴(kuò)散層組件 (Membrane Electrode Gas-diffusion-layer Assembly; MEGA) 22、 和形成了反應(yīng)氣體的流路的間隔件23、 24層疊所構(gòu)成。MEGA 22具 有由固體高分子構(gòu)成的電解質(zhì)膜25。在電解質(zhì)膜25的一個(gè)面上設(shè)置 有由催化劑層構(gòu)成的陽(yáng)極26。另外，在電解質(zhì)膜25的另一個(gè)面上設(shè) 置有由催化劑層構(gòu)成的陰極27。在陽(yáng)極26和陰極27的外側(cè)面分別設(shè) 置有氣體擴(kuò)散層28、 29。間隔件23、 24隔著氣體擴(kuò)散層28、 29而分 別設(shè)置在陽(yáng)極26和陰極27上。
在本實(shí)施方式中，在陰極27 —側(cè)使用碳(C)。更詳細(xì)而言， 催化劑層和氣體擴(kuò)散層中的至少一方使用碳。例如，可以利用作為催 化劑金屬的鉑(Pt)、和作為支持該催化劑金屬的支持體的碳來構(gòu)成 陰極27。若在催化劑層中使用碳，則可以提高作為催化劑的特性。另 外，氣體擴(kuò)散層29也可以使用碳來構(gòu)成。另外，若從提高作為催化 劑的特性的角度出發(fā)，最好是不僅在陰極27側(cè)，而且在陽(yáng)極26側(cè)也 使用碳。不過，在本發(fā)明中，陽(yáng)極26 —側(cè)也可以使用碳以外的材料 來構(gòu)成。
如果向陽(yáng)極26提供氬，則在陽(yáng)極26發(fā)生下式(1)的反應(yīng)，生 成H+。
H2—2H+ + 2e…(1)
所生成的H+透過電解質(zhì)膜25移動(dòng)到陰極27后，與提供給陰極 27的氧之間發(fā)生下式(2)的反應(yīng)。
(1/2 ) 02 + 2H+ + 2e-—H20... ( 2 )
即，在兩個(gè)電極之間，通過發(fā)生下式(3)所示的電化學(xué)反應(yīng)， 在燃料電池2中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
H2+ (1/2) 02—H20". (3)
如式(3)所示，通過兩個(gè)電極之間的電化學(xué)反應(yīng)，在陰極27側(cè)生成水。所生成的水透過電解質(zhì)膜25也積累在陰極26側(cè)。
另外，提供給陰極27的空氣中還包含氮。該氮也透過電解質(zhì)膜 25積累在陽(yáng)極26側(cè)。
因此，如果運(yùn)行燃料電池2，則水、氮不斷地積累在燃料廢氣的 流路8中。由此，造成氫氣分壓降低，燃料電池2的電壓下降。
圖3表示陽(yáng)極和陰極的電極電位和燃料電池的電池單元電位隨 時(shí)間的經(jīng)過而變化的情況。如該圖所示，陽(yáng)極26和陰極27的下游側(cè) 的電位隨時(shí)間的經(jīng)過而上升。另外，電池單元的電壓隨時(shí)間的經(jīng)過而 下降。這是由以下原因引起的。
如上所述，在以"盲端，，方式運(yùn)行燃料電池2時(shí)，氮、水等雜質(zhì)隨 著時(shí)間的經(jīng)過積累在燃料廢氣的流路8中。氫的壓力由氫調(diào)壓閥7調(diào) 整為規(guī)定的值。因此，若燃料廢氣中雜質(zhì)的濃度升高，則氫的分壓相 對(duì)下降。因此，在陽(yáng)極26的下游側(cè)就會(huì)產(chǎn)生呈氫缺乏狀態(tài)(以下， 稱為局部氫缺乏)的區(qū)域。于是，如圖3所示，該區(qū)域的電位上升， 與該區(qū)域?qū)χ玫年帢O27的區(qū)域的電位也上升。另外，還引起燃料電 池2的電池單元的電壓下降。
例如，假設(shè)在構(gòu)成燃料電池2的電池單元的一部分中發(fā)生局部氫 缺乏。這里，將該電池單元稱為氫缺乏電池單元。陽(yáng)極26的電位升 高是因?yàn)榈脱跄軌蜃鳛榉肿哟嬖诘碾娢徊皇荗(零)V，而是0.6V 0.7V的緣故。因此，能夠有效利用的電位面積減少，電壓下降。另夕卜， 還引起電池單元的電壓下降。
下降了的電池單元電壓可以通過打開設(shè)置在燃料廢氣的流路8 上的清除閥9并清除燃料廢氣來恢復(fù)。在圖3中，通過在箭頭表示的 定時(shí)打開清除閥，電池單元電壓恢復(fù)到原來的值。另外，上升了的陽(yáng) 極26和陰極27的電位也下降。
另外，在本實(shí)施方式中，可以適當(dāng)?shù)卮_定進(jìn)行清除的定時(shí)。例如， 可以每隔規(guī)定時(shí)間打開清除閥9，定期地進(jìn)行清除。另外，也可以在 由燃料電池2的電流電壓特性確定的各個(gè)條件中的初始電壓值與實(shí)測(cè) 的電壓值之差大于等于規(guī)定值時(shí)打開清除閥9，來進(jìn)行清除。在陰極27發(fā)生水的電解。另外，在陰極27的催化劑層使用碳(C ) 的類型中，由于陰極27的電位上升，發(fā)生下式(4)所示的碳的氧化 反應(yīng)。
C + 2H20—C02 + 4H+ + 4e…(4 )
圖4表示陰極27的電位與碳的氧化量之間的關(guān)系?？v軸表示二 氧化碳(C02)的發(fā)生量。從式(4)可知，C02的發(fā)生量越多則碳的 氧化量也越多。
如式(4)所示，碳的氧化是通過與水反應(yīng)而產(chǎn)生的。另一方面， 若在陽(yáng)極26發(fā)生局部氫缺乏，則隨著陽(yáng)極26和陰極27的電位上升， 為了補(bǔ)充不足的氫而在陰極27處發(fā)生水的電解。該反應(yīng)與陰極27的 電位有關(guān)，陰極27的電位越高則越會(huì)促進(jìn)水的電解。即，若陰極27 的電位升高，則越發(fā)生水的電解，據(jù)此，與碳反應(yīng)的水的量不斷減少。 因此，若促進(jìn)水的電解，則開始引起碳的氧化的電位升高。根據(jù)本發(fā) 明人的實(shí)測(cè)，若引起水的電解，則如圖4所示，碳在大于等于1.2V
的陰極電位處被氧化。
另一方面，如果打開清除閥9以清除積蓄在陽(yáng)極26處的雜質(zhì)， 則雜質(zhì)和氫都被排出。因此，當(dāng)在陰極27的電位大約大于等于1.2V 的狀態(tài)下進(jìn)行清除時(shí)，急劇地發(fā)生碳的氧化。為了防止這種情況，在 陰極電位大于等于約1.2V時(shí)最好不進(jìn)行清除。即，當(dāng)陰極27的電位 大于等于約1.2V時(shí)，禁止進(jìn)行清除的單元的動(dòng)作。
在這里，為了測(cè)量陰極27的電位，需要設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)氫電極(standard hydrogen electrode; SHE )。因此，進(jìn)行電池單元電位的測(cè)量以代替 測(cè)量陰極27的電位。具體而言，電池單元電壓等于陰極電位與陽(yáng)極 電位之差。因此，預(yù)先求得引起碳的氧化的陰極電位X、和由于發(fā)生 局部氫缺乏而上升的陽(yáng)極電位的最大值Y，在電池單元的測(cè)量值大于 等于(X-Y)時(shí)，禁止執(zhí)行清除的單元的動(dòng)作。
根據(jù)通過本發(fā)明人實(shí)測(cè)而求得的結(jié)果，在陰極27側(cè)引起碳的氧 化是在X大于等于1.2V時(shí)。另外，因發(fā)生局部氫缺乏所引起的陽(yáng)極 26的電位最大上升到Y(jié)-0.5V左右。因此，在本發(fā)明中，X優(yōu)選在
101.1V~1.3V，最好X=1.2V。另夕卜Y優(yōu)選在0.45V ~ 0.55V,最好 Y=0.50V。在這里，Y的值根據(jù)燃料氣體的種類、燃料電池系統(tǒng)的運(yùn) 行條件、催化劑層的各種要素等而變化，所以更加優(yōu)選設(shè)定為適當(dāng)?shù)?最佳值。
在圖1的燃料電池系統(tǒng)1中，由電壓測(cè)量單元11測(cè)量電池單元 電壓。電壓測(cè)量單元11既可以監(jiān)測(cè)構(gòu)成燃料電池2的電池單元整體 的電壓，也可以分別監(jiān)測(cè)各個(gè)電池單元的電壓。另外，清除單元16 由清除閥9、流路8和控制裝置12構(gòu)成，利用控制裝置12來控制清 除閥9的開關(guān)。另外，燃料電池系統(tǒng)1還具有禁止清除單元16的動(dòng) 作的清除限制單元13。并且，本發(fā)明中的清除限制單元13為限制清 除單元16的動(dòng)作的單元。在清除單元16的動(dòng)作被限制的情況下，清 除閥9處于其打開程度受到限制的狀態(tài)。另外，在清除單元16的動(dòng) 作被禁止時(shí)，清除閥9處于完全關(guān)閉的狀態(tài)。因此，若清除限制單元 13運(yùn)行，則清除閥9被限制為微小的打開程度或者完全關(guān)閉。如本實(shí) 施方式所示，清除限制單元13優(yōu)選為禁止清除單元16的動(dòng)作、將清 除閥9設(shè)定為完全關(guān)閉的狀態(tài)的單元。
例如，在X-1.2V、 Y-0.5V的情況下，在電池單元電壓為大于等 于0.7V時(shí)，必須不進(jìn)行清除。因此，將來自電壓測(cè)量單元11的測(cè)量 數(shù)據(jù)發(fā)送給清除限制單元13,在測(cè)量數(shù)據(jù)大于等于0.7V的時(shí)刻清除 限制單元13運(yùn)行。具體而言，從清除限制單元13向控制裝置l2發(fā) 送信號(hào)，禁止清除單元16運(yùn)行。由此，在陰極27的電位大于等于1.2V 時(shí)不進(jìn)行清除，所以，能夠抑制在陰極27處的碳的氧化反應(yīng)。
此外，清除限制單元13也可以根據(jù)陰極27側(cè)的碳的氧化的進(jìn)行 狀況，來控制清除單元16的控制量。即，在陰極27側(cè)，必須在碳的 氧化正在進(jìn)行的狀況下不進(jìn)行清除。因此，測(cè)量來自陰極27側(cè)的二 氧化碳(C02)的發(fā)生量，并以C02的發(fā)生量的越多則越減少清除單 元16的清除量的方式控制清除限制單元13。據(jù)此，在碳的氧化正在 進(jìn)行的狀態(tài)下，清除量減少，所以能夠抑制陰極27的碳的氧化反應(yīng)。
在本實(shí)施方式中，可以在燃料電池系統(tǒng)1中進(jìn)一步設(shè)置用于降低燃料電池2的電池單元電壓的電壓降低單元17。圖6是設(shè)置有電壓降 低單元17的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的一個(gè)例子。在圖6中，對(duì)和圖1 相同的要素標(biāo)記同一附圖標(biāo)記，并且省略了重復(fù)的說明。電壓降低單 元17例如可以是將燃料電池2的電流設(shè)定為所允許的最大值的單元。 利用圖5和圖6對(duì)該情況進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖5表示燃料電池2的電流I與電壓V之間的關(guān)系。如圖所示， 電壓V隨著電流I的增大而降低。在這里，燃料電池2所容許的電流 的最大值Imax對(duì)應(yīng)于輸出電壓的最小值Vmin。這樣，若將電流I 設(shè)定為最大值Imax,則電壓V隨之降低為最小值Vmin。因此，關(guān)于 電壓降低單元17，可以是將電流設(shè)定為燃料電池2所容許的最大值的 單元，并且電壓降低單元17在電池單元電壓大于等于(X-Y)時(shí)運(yùn)行。 由此，可以將電池單元電壓可靠地設(shè)為低于(X-Y)的值。另外，清 除限制單元13的動(dòng)作在電池單元電壓低于(X-Y)時(shí)被解除。
另外，圖7是設(shè)置有其他的電壓降低單元17的燃料電池系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)圖的一個(gè)例子。在圖7中對(duì)與圖l相同的要素標(biāo)記了同一附圖標(biāo) 記，并且省略了重復(fù)的說明。如該圖所示,電壓降低單元17也可以 是將提供給陽(yáng)極26的氫的壓力設(shè)定為進(jìn)行清除所必需的最低限的壓 力的單元。
可以通過降低對(duì)陽(yáng)極26的氫的供給壓力來降低電池單元電壓。 另一方面，在進(jìn)行清除時(shí)，提供給陽(yáng)極26的氫的壓力必須為足以排 出氮、水等雜質(zhì)的壓力。換而言之，如果氫的供給壓達(dá)不到足以排出 雜質(zhì)的壓力，則不能進(jìn)行清除。
因此，關(guān)于電壓降低單元17，可以設(shè)置為將對(duì)陽(yáng)極27的氫的供 給壓力設(shè)定為進(jìn)行清除所必需的最低限的壓力的單元，并且電壓降低 單元17在電池單元電壓大于等于(X-Y)時(shí)進(jìn)行運(yùn)行。由此，可以是 不會(huì)影響清除并且可以將電池單元電壓設(shè)定為低于(X-Y)的值。另 外，在這種情況下，清除限制單元13的動(dòng)作在電池單元電壓低于 (X-Y)時(shí)也被解除。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1，由于在電池單元電壓大于等于規(guī)定值時(shí)，清除限制單元l:5運(yùn)行而不進(jìn)行清除，所以，
既能夠抑制在陰極27側(cè)發(fā)生碳的氧化，也能夠排出積累在陽(yáng)極26側(cè) 的雜質(zhì)。
另外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，可以在不脫離本發(fā)明的主 旨的范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)施各種變形。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有包括隔著電解質(zhì)膜配置的陽(yáng)極和陰極的燃料電池，分別對(duì)上述陽(yáng)極提供燃料氣體、對(duì)上述陰極提供氧化劑氣體，并且在關(guān)閉了從上述燃料電池排出的燃料廢氣的流路的狀態(tài)下運(yùn)行，其特征在于，在上述陰極側(cè)使用碳；并且具有測(cè)量上述燃料電池的電壓的電壓測(cè)量單元、打開上述燃料廢氣的流路來進(jìn)行清除的清除單元、以及當(dāng)通過上述電壓測(cè)量單元測(cè)量的電壓大于等于規(guī)定值時(shí)限制上述清除單元的動(dòng)作的清除限制單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 設(shè)引起上述碳的氧化的上述陰極的電位為X、上述陽(yáng)極的電位的最大值為Y，則上述規(guī)定值為(X-Y)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述X為1.1V~1.3V、上述Y為0.45V~0.55V。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述X為1.2V。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述規(guī)定值為0.7V。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具有電壓降低單元，當(dāng)由上述電壓測(cè)量單元測(cè)量的電壓大于等 于上述規(guī)定值時(shí)，使上述燃料電池的電壓降低。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述電壓降低單元是將上述燃料電池的電流設(shè)定為所容許的最大值的單元。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述電壓降低單元是將上述燃料氣體的壓力設(shè)定為進(jìn)行上述清除所需要的最低限的壓力的單元。
9. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有包括隔著電解質(zhì)膜配置的陽(yáng)極和陰 極的燃料電池，分別對(duì)上述陽(yáng)極提供燃料氣體、對(duì)上述陰極提供氧化 劑氣體，并且在至少一部分的運(yùn)行模式下，在關(guān)閉了從上述燃料電池 排出的燃料廢氣的流路的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)行，其特征在于，在上述陰極側(cè)使用碳；并且具有打開上述燃料廢氣的流路進(jìn)行清除的清除單元和清除限制 單元，該清除限制單元以隨著上述碳的氧化的進(jìn)行而減少清除量的方 式，限制上述清除單元的動(dòng)作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述清除限制單元以隨著上述陰極的二氧化碳的發(fā)生量的增多而減少上述清除量的方式限制上述清除單元的動(dòng)作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用盲端方式的燃料電池系統(tǒng)，既抑制碳的氧化反應(yīng)，又排出蓄積在陽(yáng)極側(cè)的雜質(zhì)。在燃料電池系統(tǒng)(1)中，在關(guān)閉了燃料廢氣的流路(8)的狀態(tài)下進(jìn)行燃料電池(2)的運(yùn)行，通過打開清除閥(9)來排出堆積在流路(8)中的雜質(zhì)。在本發(fā)明中，當(dāng)由電壓測(cè)量單元(11)測(cè)量的電池單元電壓大于等于規(guī)定值時(shí)，使清除限制單元13進(jìn)行動(dòng)作，不進(jìn)行清除。在這里，若設(shè)引起碳的氧化的陰極的電位為X、設(shè)陽(yáng)極電位的最大值為Y，則上述規(guī)定值為(X-Y)。
文檔編號(hào)H01M8/10GK101512817SQ200780033688
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者宇佐美祥 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社