专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术：
近年来，作为运转效率及环境性优良的电源，燃料电池受到瞩目。燃料电池通过燃料与氧化剂的电化学反应而进行发电。存在使用了使阳离子、阴离子透过的离子交换膜的燃料电池。例如，已知有使用了使阴离子透过的阴离子交换膜(电解质膜)的燃料电池。专利文献1 日本特开2006-244961号公报
发明内容
向使用了阴离子交换膜的燃料电池的阴极侧供给氧化剂，并将含有与阴离子反应而生成水的化合物的燃料向阳极侧供给。这种情况下，在经由阴离子交换膜从阴极侧向阳极侧透过的阴离子的作用下，阳极侧的燃料发生反应而生成水。存在使用气体的氨或氨水作为向阳极侧供给的燃料的情况。使用气体的氨时，需要与气体的氨、催化剂层、阴离子交换膜的界面(三相界面)。为了在三相界面使气体的氨高效率地反应，而在催化剂层上涂敷与被称为离聚物的阴离子交换膜同类的化合物。使用气体的氨作为燃料时，离聚物的材料费用增加，并且增加在催化剂层上涂敷离聚物的工序，从而成本增大。而且，使用氨水作为燃料时，由于氨水中混入较多的水，因此阳极的浓度过电压增大。本发明鉴于上述课题而作出，其目的在于提供一种不使成本增加， 而降低阳极的浓度过电压，并提高燃料电池的发电性能的技术。为了解决上述课题，燃料电池系统具备控制单元，该控制单元根据燃料电池的温度对从燃料供给单元向燃料电池供给的燃料的压力进行控制，所述燃料供给单元向燃料电池供给燃料。详细来说，燃料电池系统具备通过含有液化氨的燃料与氧化剂的电化学反应进行发电的燃料电池；向燃料电池供给燃料的燃料供给单元；向燃料电池供给氧化剂的氧化剂供给单元；测定燃料电池的温度的温度测定单元；及根据燃料电池的温度对从燃料供给单元向燃料电池供给的燃料的压力进行控制的第一控制单元。在上述燃料电池系统中，将含有液化氨的燃料向燃料电池供给。向燃料电池供给的燃料的温度依赖于燃料电池的温度。即，燃料电池的温度高于向燃料电池供给前的燃料的温度时，若将燃料向燃料电池供给，则燃料的温度上升到燃料电池的温度或其附近。燃料电池的温度低于向燃料电池供给前的燃料的温度时，若将燃料向燃料电池供给，则燃料的温度下降到燃料电池的温度或其附近。氨在常温、常压下为气体，但通过被加压而发生液化。氨的液化压力依赖于氨的温度。即，氨的温度上升时，氨的液化压力上升，氨的温度下降时，氨的液化压力下降。向燃料电池供给的液化氨的压力低于氨的液化压力时，液化氨从液体状态变为气体状态。因此，燃料电池内的阳极的浓度过电压上升，燃料电池的发电效率下降。
在上述燃料电池系统中，控制向燃料电池供给的燃料的压力，以能够使向燃料电池供给的燃料中含有的液化氨维持液体状态。即，测定燃料电池的温度，根据燃料电池的温度，控制向燃料电池供给的燃料的压力。由此，向燃料电池供给的燃料中含有的液化氨能够在燃料电池内维持液体状态。其结果是，能够降低燃料电池内的阳极的浓度过电压并提高燃料电池的发电性能。另外，上述燃料电池系统还具备对从氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力进行控制的第二控制单元。并且，上述第二控制单元也可以以使向燃料电池供给的氧化剂的压力和向燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力的方式控制向燃料电池供给的氧化剂的压力。根据上述燃料电池系统，通过控制从氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力，而能够使向燃料电池供给的氧化剂的压力与向燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力。由此，能够抑制燃料电池内的燃料的压力与氧化剂的压力之间的不均衡引起的燃料电池内的电解质膜的破损。另外，在上述燃料电池系统中，第一控制单元也可以根据燃料电池的温度的变化控制向燃料电池供给的燃料的压力。向燃料电池供给的燃料的温度依赖于燃料电池的温度。通过根据燃料电池的温度的变化控制向燃料电池供给的燃料的压力，而能够使向燃料电池供给的燃料中含有的液化氨在燃料电池内维持液体状态。另外，在上述燃料电池系统中，也可以在向燃料电池供给的燃料的压力存在变化时，第二控制单元以使向燃料电池供给的氧化剂的压力与向燃料电池供给的燃料的变化后的压力成为相同压力的方式控制向燃料电池供给的氧化剂的压力。根据上述燃料电池系统，能够通过控制从氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力，而使向燃料电池供给的氧化剂的压力与向燃料电池供给的燃料的变化后的压力成为相同压力。由此，能够抑制燃料电池内的燃料的压力与氧化剂的压力之间的不均衡引起的燃料电池内的电解质膜的破损。另外，燃料电池系统具备通过含有液化氨的燃料与氧化剂的电化学反应而进行发电的燃料电池；向燃料电池供给燃料的燃料供给单元；及向燃料电池供给氧化剂的氧化剂供给单元。通过将燃料中含有的液化氨向燃料电池供给，而能够降低燃料电池内的阳极的浓度过电压并提高燃料电池的发电性能。另外，上述燃料电池系统还可以具备对从燃料供给单元向燃料电池供给的燃料的压力进行调整的第一调整单元；及对从氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力进行调整的第二调整单元。而且，在上述燃料电池系统中，第二调整单元也可以以使向燃料电池供给的氧化剂的压力与向燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力的方式调整向所述燃料电池供给的氧化剂的压力。根据上述燃料电池系统，通过调整从氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力，而能够使向燃料电池供给的氧化剂的压力与向燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力。由此，能够抑制燃料电池内的燃料的压力与氧化剂的压力之间的不均衡弓丨起的燃料电池内的电解质膜的破损。发明效果能够不使成本增加而降低阳极的浓度过电压并提高燃料电池的发电性能。
图1是燃料电池组的简图。图2是表示燃料电池系统的结构的图。图3是表示氨的液化压力与氨的温度之间的关系的坐标图。图4是表示燃料电池系统的处理的流程的流程图。符号说明
1..燃料电池(FC)组
2..燃料电池单元
3..阳极内部通路
4..阳极催化剂电极层
5..阴离子交换膜
6..阴极催化剂电极层
7..阴极内部通路
8..负载
10 气泵
11 ·阴极压力传感器
12 ·阴极节流阀
13 燃料罐
14 压力调整阀
15 止回阀
16 ·阳极压力传感器
17 温度传感器
18 燃料循环泵
19 ·电子控制单元(ECU)
20 ·阴极通路
21 ·阴极排出通路
22 ·阳极通路
23 ·阳极循环通路
具体实施例方式以下，参照附图，说明用于实施本发明的最佳方式(以下，称为实施方式)的燃料电池系统。以下的实施方式的结构是例示，本发明并不局限于实施方式的结构。图1是本实施方式的燃料电池系统所具备的燃料电池(FC)组的简图。燃料电池组 1是层叠有多个燃料电池单元2的层叠结构，在各燃料电池单元2的两侧配置有隔板(未图示)。燃料电池单元2具有阳极内部通路3、阳极催化剂电极层4、阴离子交换膜5、阴极催化剂电极层6及阴极内部通路7。而且，燃料电池单元2也可以是具有使阴极催化剂电极层 6、阴离子交换膜5及阳极催化剂电极层4 一体化的膜电极接合体(MEA)的结构。阴离子交换膜5是使阴离子透过的电解质膜。阳极催化剂电极层4及阴极催化剂电极层6配置在阴离子交换膜5的两侧。
在阳极催化剂电极层4上连接有阳极内部通路3。从阳极内部通路3的入口流入的燃料向阳极催化剂电极层4供给，从阳极催化剂电极层4排出未反应的燃料。在阴极催化剂电极层6上连接有阴极内部通路7。从阴极内部通路7的入口流入的空气向阴极催化剂电极层6供给，从阴极催化剂电极层6排出未反应的空气。在本实施方式的燃料电池系统的发电处理中，将燃料中含有的液化氨(NH3)向阳极催化剂电极层4供给。而且，在本实施方式的燃料电池系统的发电处理中，将含有氧(O2) 的空气(氧化剂)向阴极催化剂电极层6供给。向阳极催化剂电极层4供给液化氨并向阴极催化剂电极层6供给空气时，在燃料电池组1中产生电化学反应，产生电能。向阳极催化剂电极层4供给液化氨时，液化氨与通过了阴离子交换膜5的氢氧化物离 子(0H_)进行反应，生成水(H2O)及氮(N2)并放出电子(e_)。阳极催化剂电极层4中的电化学反应如下式⑴所示。(1) 2NH3+60r — N2+6H20+6e"需要说明的是，通过式(1)的电化学反应生成的水的大部分通过阴离子交换膜5， 但一部分残留在燃料中。向阴极催化剂电极层6供给空气时，空气中的氧与通过了阴离子交换膜5的水以及从阳极催化剂电极层4放出的电子进行反应，生成氢氧化物离子。需要说明的是，根据需要，也可以向阴极催化剂电极层6供给水。阴极催化剂电极层6中的电化学反应如下式(2)所示。(2) 3H20+3/202+6e" — 60F在燃料电池组1中，从阳极催化剂电极层4放出的电子通过外部电路等负载8而向阴极催化剂电极层6移动，从而进行发电。阳极催化剂电极层4及阴极催化剂电极层6中的电化学反应如下式(3)所示。(3) 2NH3+3/202 — N2+3H20阴离子交换膜5只要是能够使在阴极催化剂电极层6生成的氢氧化物离子向阳极催化剂电极层4移动的介质即可。阴离子交换膜5例如为具有伯、仲、叔氨基、季铵基、吡啶基、咪唑基、季吡啶鐺(e 'J ”勺M基及季咪唑鐺基等阴离子交换基的固体高分子膜(阴离子交换树脂)。而且，固体高分子膜例如为烃类树脂及氟类树脂等。图2是表示本实施方式的燃料电池系统的结构的图。如图2所示，本实施方式的燃料电池系统具备燃料电池组1、气泵10、阴极压力传感器11、阴极节流阀12、燃料罐13、 阳极压力调整阀14、止回阀15、阳极压力传感器16、温度传感器17、燃料循环泵18及电子控制单元(ECU) 19。在燃料电池组1上连接有用于向燃料电池组1供给空气的阴极通路20。在阴极通路20上连接有通过阴极通路20向燃料电池组1供给空气的气泵10 (相当于氧化剂供给单元)。在阴极通路20上连接有对向燃料电池组1供给的空气的压力进行计测的阴极压力传感器11。气泵10及阴极压力传感器11与电子控制单元19电连接。气泵10对应于来自电子控制单元19的控制信号而被驱动。而且，与电子控制单元19不同的另一控制装置也可以控制气泵10的驱动。通过气泵10被驱动，而将从外部空气吸入的空气向燃料电池组1供给。阴极压力传感器11对应于来自电子控制单元19的控制信号，而测定向燃料电池组1供给的空气的压力。阴极压力传感器11也可以持续或以规定间隔测定向燃料电池组1供给的空气的压力。通过阴极压力传感器11测定的空气的压力的数据从阴极压力传感器11向电子控制单元19传送。电子控制单元19由CPU (Central Processing Unit)、 RAM (Random Access Memory)、ROM (Read Only Memory)及输入输出接口等构成。向电子控制单元19传送的空气的压力的数据存储在电子控制单元19所具备的RAM中。在燃料电池组1上连接有用于将从燃料电池组1排出的空气向外部空气排出的阴极排出通路21。在阴极排出通路21上设有对向燃料电池组1供给的空气的压力进行调整的阴极节流阀12。通过阴极节流阀12控制从燃料电池组1排出的空气的背压，从而调整向燃料电池组1供给的空气的压力。阴极节流阀12与电子控制单元19电连接。向燃料电池组1供给空气的供给压力通过阴极节流阀12的开度进行控制。即，通过控制阴极节流阀12 的开度，而将向燃料电池组1供给的空气的压力的值调整成规定值。阴极节流阀12的开度的控制通过来自电子控制单元19的控制信号进行。阴极节流阀12及电子控制单元19相当于第二控制单元。需要说明的是，也可以取代在阴极排出通路21设置阴极节流阀12的情况而在阴极通路20设置阴极压力调整阀。也可以通过阴极压力调整阀，调整向燃料电池组1供给的空气的压力。在燃料电池组1上连接有用于向燃料电池组1供给燃料的阳极通路22。在阳极通路22上连接有通过阳极通路22向燃料电池组1供给燃料的燃料罐13。在燃料罐13中蓄积有向燃料电池组1供给的燃料。在燃料罐13上设有用于将燃料罐13中蓄积的燃料向阳极通路22输出的输出阀。通过打开输出阀，而将燃料罐13中蓄积的燃料向阳极通路22输出。输出阀与电子控制单元19电连接。通过从电子控制单元19传送的控制信号，进行输出阀的开闭。在阳极通路22上设有用于调整向燃料电池组1供给的燃料的压力的阳极压力调整阀14。阳极压力调整阀14与电子控制单元19电连接。向燃料电池组1供给燃料的供给压力通过阳极压力调整阀14的开度进行控制。即，通过控制阳极压力调整阀14的开度，而将向燃料电池组1供给的燃料的压力的值调整成规定值。阳极压力调整阀14的开度的控制通过来自电子控制单元19的控制信号进行。阳极压力调整阀14及电子控制单元19相当于第一控制单元。需要说明的是，也可以取代在阳极通路22设置阳极压力调整阀14的情况而在阳极循环通路23设置阳极节流阀。也可以通过控制从燃料电池组1排出的燃料的背压，而调整向燃料电池组1供给的燃料的压力。在阳极通路22上设有防止向燃料电池供给的燃料的倒流的止回阀15。在阳极通路22上连接有测定向燃料电池组1供给的燃料的压力的阳极压力传感器16。阳极压力传感器16与电子控制单元19电连接。阳极压力传感器16对应于来自电子控制单元19的控制信号而测定向燃料电池组1供给的燃料的压力。阳极压力传感器16也可以持续或以规定间隔测定向燃料电池组1供给的燃料的压力。通过阳极压力传感器16测定的燃料的压力的数据从阳极压力传感器16向电子控制单元19传送。传动给电子控制单元19的燃料的压力的数据存储在电子控制单元19所具备的RAM中。在燃料电池组1上连接有测定燃料电池组1的温度的温度传感器17 (相当于温度测定单元)。温度传感器17与电子控制单元19电连接。温度传感器17对应于来自电子控制单元19的控制信号，测定燃料电池组1的温度。温度传感器17也可以持续或以规定间隔测定燃料电池组1的温度。通过温度传感器17测定的燃料电池组1的温度的数据从温度传感器17向电子控制单元19传送。传送给电子控制单元19的燃料电池组1的温度的数据存储在电子控制单元19所具备的RAM中。在燃料电池组1上连接有用于使从燃料电池组1排出的燃料循环到阳极通路22 的阳极循环通路23。在阳极循环通路23上设有燃料循环泵18。通过燃料循环泵18被驱动而使从燃料电池组1排出的燃料通过阳极循环通路23流入阳极通路22。也可以在阳极循环通路23上设置从燃料分离出水的分离器，该燃料从燃料电池组1排出。通过分离器分离后的水也可以向阴极催化剂电极层6供给。而且，通过分离器分离出的水也可以向外部空气排出。也可以在阳极循环通路23上设置从燃料分离出氮的气液分离器，该燃料从燃料电池组1排出。通过气液分离器分离出的氮也可以向外部空气排出。在燃料罐13中蓄积有包含液化氨的燃料。氨的液化由温度和压力决定。即，能够使氨维持液体状态的最低压力对应于温度进行变化。图3是表示对氨加压时的氨的液化压力(MPa)与氨的温度(deg C)之间的关系的坐标图。图3的纵轴表示氨的液化压力(MPa)， 图3的横轴表示氨的温度(deg C)。图3所示的曲线A表示与氨的温度相对的氨的液化压力。如图3所示，氨的温度上升时，氨的液化压力也上升。这种情况下，对应于氨的温度的上升，通过使对氨的加压为氨的液化压力以上，而使氨维持液体状态。例如，对应于氨的温度的上升，如图3所示的直线B那样对氨加压，从而使氨维持液体状态。也可以预先在电子控制单元19所具备的ROM中存储与图3所示的坐标图相关的数据。在燃料罐13中以高压(例如，0. 85MPa 2. 5MPa)蓄积有液化氨。燃料罐13内的液化氨的压力的值是例示，也可以是其他值。从燃料罐13向阳极通路22输出的液化氨的压力由阳极压力调整阀14减压，减压后的液化氨向燃料组供给。在本实施方式的燃料电池系统中，以氨的液化压力以上的压力向燃料电池组1供给液化氨。电子控制单元19也可以参照由阳极压力传感器16测定的燃料的压力的数据来调整氨的供给压力。接下来，说明本实施方式的燃料电池系统的动作。图4是表示本实施方式的燃料电池系统的处理的流程的流程图。本实施方式的燃料电池系统在对于燃料电池系统进行起动开始的处理时执行图4的处理。例如，也可以在点火开关接通时，电子控制单元19判断为存在燃料电池系统的起动开始的指令，并执行图4的处理。温度传感器17开始燃料电池组1的温度的测定(SOl)。基于温度传感器17的燃料电池组1的温度的测定的开始通过来自电子控制单元19的开始信号进行。电子控制单元19从温度传感器17取得通过温度传感器17测定的燃料电池组1的温度的数据。电子控制单元19对应于从温度传感器17取得的燃料电池组1的温度，决定液化氨的供给压力(S02)。液化氨的供给压力是指向燃料电池组1供给的液化氨的压力。向燃料电池组1供给的液化氨的温度依赖于燃料电池组1的温度。即，燃料电池组1的温度高于向燃料电池组1供给前的液化氨的温度时，若向燃料电池组1供给液化氨，则液化氨的温度上升到燃料电池组1的温度或其附近。燃料电池组1的温度低于向燃料电池组1供给前的液化氨的温度时，若向燃料电池组1供给液化氨，则液化氨的温度下降到燃料电池组1的温度或其附近。在本实施方式中，基于燃料电池组1的温度，决定液化氨的供给压力。
电子控制单元19也可以参照与图3所示的坐标图相关的数据，决定氨的供给压力。在此，说明电子控制单元19基于图3所示的直线B决定液化氨的供给压力的例子。例如，燃料电池组1的温度为40°C时，电子控制单元19将液化氨的供给压力决定为2MPa。如图3所示，2MPa是氨的液化压力以上的压力，因此能够将氨以液体状态向燃料电池组1供给。而且，说明电子控制单元19决定液化氨的供给压力的其他例子。燃料电池组1的温度为T°C时，电子控制单元19参照与图3的坐标图相关的数据，算出与T°C相对的液化压力 PMPa0然后，也可以将PMPa加上规定值后的值决定为液化氨的供给压力。返回图4的说明。电子控制单元19通过控制燃料罐13的输出阀及阳极压力调整阀14，而开始向燃料电池组1供给液化氨(S03)。这种情况下，电子控制单元19打开燃料罐13的输出阀。然后，电子控制单元19控制阳极压力调整阀14，以使液化氨的供给压力成为对应于燃料电池组1的温度决定的供给压力。电子控制单元19也可以参照通过阳极压力传感器16测定的燃料的压力的数据，而调整液化氨的供给压力。电子控制单元19通过控制气泵10及阴极节流阀12，而开始向燃料电池组1供给空气(S04)。这种情况下，电子控制单元19开始驱动气泵10。然后，电子控制单元19控制阴极节流阀12，以使空气的供给压力成为与液化氨的供给压力同等的压力。换言之，电子控制单元19控制阴极节流阀12，以使空气的供给压力的值成为与液化氨的供给压力的值相同的值或近似的值。在此，空气的供给压力是指向燃料电池组1供给的空气的压力。电子控制单元19也可以参照通过阴极压力传感器11测定的空气的压力的数据，而调整空气的供给压力。电子控制单元19从温度传感器17取得通过温度传感器17测定的燃料电池组1 的温度的数据(S05)。电子控制单元19判定燃料电池组1的温度是否存在变化(S06)。燃料电池组1的温度不存在变化时(S06的处理中为否)，电子控制单元19进行步骤S05的处理。另一方面，燃料电池组1的温度存在变化时(S06的处理中为是)，电子控制单元19对应于燃料电池组1的变化后的温度而决定液化氨的供给压力(S07)。电子控制单元19控制阳极压力调整阀14，以使液化氨的供给压力成为对应于燃料电池组1的变化后的温度决定的供给压力(S08)。电子控制单元19也可以参照通过阳极压力传感器16测定的燃料的压力的数据来调整液化氨的供给压力。电子控制单元19控制阴极节流阀12，以使空气的供给压力成为与液化氨的供给压力同等的压力(S09)。换言之，电子控制单元19控制阴极节流阀12，以使空气的供给压力的值成为与液化氨的供给压力的值相同的值或近似的值。电子控制单元19也可以参照通过阴极压力传感器11测定的空气的压力的数据而调整空气的供给压力。步骤S09的处理之后，电子控制单元19进行步骤S05的处理。当存在燃料电池系统的动作结束的指令时， 图4所示的处理结束。在本实施方式的燃料电池系统中，使用液化氨作为向燃料电池组1供给的燃料。 使用液化氨作为向燃料电池组1供给的燃料时，无需在阳极催化剂电极层4涂敷离聚物。 艮口，向阳极催化剂电极层4供给的液化氨的一部分及通过阳极催化剂电极层4的电化学反应生成的水的一部分在阳极催化剂电极层4作为铵离子(NH4+)及氢离子(H+)存在。因此， 促进通过阴离子交换膜5的氢氧化物离子向阳极催化剂电极层4的移动。由此，即使不在阳极催化剂电极层4涂敷离聚物，也能够高效地进行阳极催化剂电极层4上的电化学反应。由此，能够不使成本增加，而降低阳极催化剂电极层4的浓度过电压并提高燃料电池系统的发电性能。在本实施方式的燃料电池系统的发电处理时，向燃料电池组1供给液化氨及空气。如上所述，在阳极催化剂电极层4及阴极催化剂电极层6的电化学反应中，仅生成氮及水，不生成二氧化碳(CO2)。另一方面，在使用烃类燃料的情况下，发电时生成二氧化碳。通过使用液化氨作为燃料，能够抑制燃料电池系统的发电时的二氧化碳的产生。通过抑制二氧化碳的产生，能够有助于防止地球温暖化。在本实施方式的燃料电池系统中，向燃料电池组1供给的空气的压力被控制成与向燃料电池组1供给的液化氨的压力同等的压力。由此，对燃料电池单元2均勻地施加压力。因此，能够抑制燃料电池组1内的液化氨的压力与空气的压力之间的不均衡引起的阴离子交换膜5的破损。
在本实施方式的燃料电池系统中，对应于燃料电池组1的温度，而控制向燃料电池组1供给的液化氨的压力。例如，对应于燃料电池组1的温度的上升而增加液化氨的供给压力。而且，对应于燃料电池组1的温度的下降而减少液化氨的供给压力。液化氨的供给压力增加时，空气的供给压力也增加。空气的供给压力增加时，空气中的氧分压增加，因此能够降低阴极催化剂电极层6的浓度过电压(扩散分极)。即，在阴极催化剂电极层6中， 随着空气中的氧分压升高而氧反应的机会增大，因此阴极催化剂电极层6的浓度过电压降低。其结果是，能够提高燃料电池系统的发电效率。<变形例>上述实施方式的燃料电池系统也可以如下所述变形。即，也可以对上述实施方式的燃料电池系统进行变形，以使燃料电池系统的阳极流路中的氨在燃料电池系统的设计温度下作为液体存在。在此，燃料电池系统的阳极流路是包含燃料电池罐13、阳极通路22及阳极内部通路3在内的氨的流通路径。而且，燃料电池系统的设计温度是燃料电池系统的设计中设定的燃料电池系统的运转中的燃料电池组1的最高温度。燃料电池系统的设计温度预先通过实验或模拟求出即可。本变形例对燃料电池系统进行变形，以使从燃料电池罐13向阳极通路22输出的液化氨的压力及从阳极通路22向燃料电池组1供给的液化氨的压力成为规定压力以上。该规定压力是在燃料电池系统的设计温度中，使从燃料电池罐13向阳极通路22输出的液化氨及从阳极通路22向燃料电池组1供给的液化氨维持液体状态的压力。即，在燃料电池系统的设计温度下，从燃料电池罐13向阳极通路22输出的液化氨及从阳极通路22向燃料电池组1供给的液化氨以液体存在时的液化氨的压力成为规定压力。本变形例的燃料电池系统替换压力调整阀14而具有固定压力调整阀。固定压力调整阀将向燃料电池组13供给的液化氨调整成规定压力。本变形例的燃料电池系统所具备的固定压力调整阀预先设定成使向燃料电池组13供给的液化氨成为规定压力。因此，即使固定压力调整阀未接收到来自电子控制单元19的控制信号，固定压力调整阀也能够将向燃料电池组13供给的液化氨调整成规定压力。另外，本变形例的燃料电池系统以在将向燃料电池组13供给的液化氨调整成规定压力时能够经受阳极流路中的液化氨的压力的方式设计阳极流路。即，以使得即使在从燃料电池罐13输出的液化氨的压力成为规定压力时也不会引起阳极通路22的破损等的方式，对阳极通路22进行设计。而且，以使得即使在向燃料电池罐13供给的液化氨的压力成为规定压力的情况下也不会引起阳极内部通路3的破损等的方式，对阳极内部通路3进行设计。另外，本变形例的燃料电池系统也可以替换阴极节流阀12而具有阴极固定阀。阴极固定阀控制从燃料电池组1排出的空气的背压，将向燃料电池组1供给的空气的压力调整成固定值的压力。在此，固定值是向燃料电池组1供给的空气的压力成为与向燃料电池罐13供给的液化氨的压力相同的压力的值。本变形例的燃料电池系统所具备的阴极固定阀预先设定为使向燃料电池组1供给的空气的压力成为固定值。因此，即使阴极固定阀未接收到来自电子控制单元19的控制信号，阴极固定阀也能够将向燃料电池组13供给的空气的压力调整成固定值的压力。本变形例的燃料电池系统在阳极通路22上设有用于对从燃料罐13向阳极通路22 输出的液化氨进行冷却的冷却装置。设置在阳极通路22上的冷却装置与电子控制单元19 电连接。电子控制单元19通过向冷却装置传送控制信号而控制冷却装置。电子控制单元 19监控燃料电池组1的温度，以使燃料电池组1的温度不超过燃料电池系统的设计温度。 燃料电池组1的温度超过燃料电池系统的设计温度时，电子控制单元19也可以以使向燃料电池组1供给的液化氨的温度下降的方式控制冷却装置。在本变形例的燃料电池系统中，即使在燃料电池组1的温度为燃料电池系统的设计温度以下时，也将向燃料电池组13供给的液化氨调整成规定压力。由此，即使在燃料电池组1的温度上升时，也能够总是在高压的条件下将液化氨向燃料电池组1供给。即，通过将向燃料电池组13供给的液化氨调整成规定压力，能够将氨以液体状态向燃料电池组1供给。
权利要求
1.一种燃料电池系统，具备通过含有液化氨的燃料与氧化剂的电化学反应进行发电的燃料电池； 向所述燃料电池供给燃料的燃料供给单元； 向所述燃料电池供给氧化剂的氧化剂供给单元； 测定所述燃料电池的温度的温度测定单元；及根据所述燃料电池的温度对从所述燃料供给单元向所述燃料电池供给的燃料的压力进行控制的第一控制单元。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，还具备对从所述氧化剂供给单元向燃料电池供给的氧化剂的压力进行控制的第二控制单元，所述第二控制单元以使向所述燃料电池供给的氧化剂的压力和向所述燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力的方式控制向所述燃料电池供给的氧化剂的压力。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述第一控制单元根据所述燃料电池的温度的变化控制向所述燃料电池供给的燃料的压力。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，在向所述燃料电池供给的燃料的压力存在变化时，所述第二控制单元以使向所述燃料电池供给的氧化剂的压力与向所述燃料电池供给的燃料的变化后的压力成为相同压力的方式控制向所述燃料电池供给的氧化剂的压力。
5.一种燃料电池系统，具备通过含有液化氨的燃料与氧化剂的电化学反应而进行发电的燃料电池； 向所述燃料电池供给燃料的燃料供给单元；及向所述燃料电池供给氧化剂的氧化剂供给单元。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，还具备对从所述燃料供给单元向所述燃料电池供给的燃料的压力进行调整的第一调整单元；及对从所述氧化剂供给单元向所述燃料电池供给的氧化剂的压力进行调整的第二调整单元，所述第二调整单元以使向所述燃料电池供给的氧化剂的压力与向所述燃料电池供给的燃料的压力成为相同压力的方式调整向所述燃料电池供给的氧化剂的压力。
全文摘要
本发明不使成本增加，而降低阳极的浓度过电压，并提高燃料电池的发电性能。燃料电池系统具备通过含有液化氨的燃料与氧化剂的电化学反应进行发电的燃料电池(1)；向燃料电池(1)供给燃料的燃料供给单元(13)；向燃料电池(1)供给氧化剂的氧化剂供给单元(10)；测定燃料电池(1)的温度的温度测定单元(17)；及根据燃料电池(1)的温度对从燃料供给单元(13)向燃料电池(1)供给的燃料的压力进行控制的控制单元。
文档编号H01M8/04GK102160223SQ20088013123
公开日2011年8月17日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者中西治通, 有川英一, 松本信一, 永长秀男 申请人:丰田自动车株式会社