CN101617430A - 燃料电池发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料电池发电系统，其包含燃料电池(1)和向所述燃料电池供给氢的燃料流路(6)，该燃料电池(1)包含第1膜电极接合体，该第1膜电极接合体包含对氧进行还原的正极、对氢进行氧化的负极、和配置在所述正极和所述负极之间的固体电解质膜。在当前的所述发电系统中，即使停止运转，通过燃料电池内残留的氢，也发生正极以及负极的触媒颗粒的成长、和承载触媒颗粒的碳粉的氧化等，因此存在正极以及负极劣化的问题。在本发明中，通过在所述发电系统中的所述燃料流路(6)上连接可以除去在该系统内存在的至少一部分氢的除氢装置(3)，能够减少在所述发电系统的运转停止后从氢供给源流入所述燃料电池(1)内的剩余氢，解决了上述问题。

Description

燃料电池发电系统

技术领域

本发明涉及长寿命的燃料电池发电系统。

背景技术

近年来，随着个人计算机、便携电话等无绳设备的普及，越发希望对作为其电源的电池进行小型化、高容量化。现在，锂离子二次电池作为能量密度高、能够实现小型轻量化的电池已得到了实用，作为便携式电源的需要正在增大。但是，该锂离子二次电池对于一部分无绳设备来说，存在无法保证足够的连续使用时间的问题。

为解决上述问题，例如固体高分子型燃料电池(PEFC)等燃料电池的开发取得了进展。燃料电池，若进行燃料以及氧的供给则可以连续使用。并且，具备由正极、负极、和作为电解质的固体高分子电解质构成的膜电极接合体(MEA)，在正极活性物质中使用了空气中的氧、在负极活性物质中使用了氢的PEFC，作为能量密度比锂离子二次电池高的电池而受到关注。

但是，在现有的燃料电池中，即使停止运转，通过在燃料电池内残留的氢，也发生正极以及负极的触媒颗粒的成长、和承载触媒颗粒的碳粉的氧化等。由此，产生正极以及负极由于长时间使用而劣化的问题，因此电极的长寿命化成为研究课题。上述正极以及负极的劣化的机制不明确，但推测也许是由于电池内残留的氢，各MEA的开路电压达到1V附近，因此在正极引起触媒的颗粒成长和碳粉的氧化，另一方面，在负极发生氢和漏入的氧的燃烧反应等，与正极同样地引起触媒颗粒的成长和碳粉的氧化。

防止如上述那样由燃料电池内残留的氢引起的正极以及负极的劣化的方法也正在被研究。例如在专利文献1以及专利文献2中提出了以下方法：在以氢为燃料的燃料电池发电系统中，为了在系统停止后消耗残留氢，在燃料电池具有的各MEA上连接外部电阻，进行基于残留氢的放电。

而且，在专利文献3中提出了以下方法：在输出用燃料电池之外，在气体排出口配置用于消耗从输出用燃料电池向外部排出的残留氢的处理用燃料电池。

但是，专利文献1～专利文献3中公开的技术不防止剩余的氢流入燃料电池内。因此，例如像专利文献4中记载的那样，在利用氢发生物质和水的化学反应来供给氢的情况下，在燃料电池的工作停止、即停止从燃料电池向外部负荷供给电力的同时，难以完全停止来自氢供给源的氢供给，因此为了消耗剩余氢，需要使MEA长时间工作。在这种情况下，持续发电导致的电极的劣化慢慢发展。另外，在燃料电池中，位于氢气流的上游侧的MEA、即更接近氢气供给源的MEA，与位于氢气的下游侧或者更接近氢气排出口的MEA相比，暴露在更多的氢气中，因此易于发生劣化。特别是在使用专利文献4中记载的氢供给源的情况下，存在大量的剩余氢流入燃料电池的可能性，为了防止在各MEA间产生特性的偏差，要提高抑制剩余氢流入燃料电池的必要性。

【专利文献1】特开平11-26003号公报

【专利文献2】特开2003-115305号公报

【专利文献3】特开2007-80721号公报

【专利文献4】WO2006/073113号小册子

发明内容

本发明提供一种燃料电池发电系统，其包含燃料电池和向所述燃料电池供给氢的燃料流路，所述燃料电池包含第1膜电极接合体，该第1膜电极结合体包含对氧进行还原的正极、对氢进行氧化的负极、和配置在所述正极和所述负极之间的固体电解质膜，所述燃料电池发电系统的特征在于，所述燃料电池含有多个所述第1膜电极接合体，在所述燃料流路上连接了可以除去在所述系统内部存在的至少一部分氢的除氢装置。

根据本发明，可以减小燃料电池的工作停止后从氢供给源流入燃料电池内的剩余氢。由此可以抑制由剩余氢导致的燃料电池的劣化，实现燃料电池的长寿命化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的燃料电池发电系统的结构例的概略图。

图2是表示本发明的实施方式1的燃料电池发电系统的另一结构例的概略图。

图3是表示本发明的燃料电池发电系统的燃料电池的一例的示意截面图。

图4是表示本发明的燃料电池发电系统的氢供给源的一例的示意图。

图5是表示本发明的燃料电池发电系统的除氢装置的一例的示意截面图。

图6是表示本发明的实施方式2的燃料电池发电系统的结构例的概略图。

图7是表示本发明的实施方式2的燃料电池发电系统的另一结构例的概略图。

图8是表示本发明的实施方式2的燃料电池发电系统的又一结构例的概略图。

图9是表示本发明的实施方式2的燃料电池发电系统的又一结构例的概略图。

图10是表示本发明的实施方式2的燃料电池发电系统的又一结构例的概略图。

图11是表示本发明的实施方式3的燃料电池发电系统的结构例的概略图。

图12是表示本发明的实施方式3的燃料电池发电系统的另一结构例的概略图。

图13是表示本发明的实施方式3的燃料电池发电系统的又一结构例的概略图。

图14A是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的膜电极接合体的平面图。

图14B是图14A的截面图。

图15是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的正极面板的平面图。

图16是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的正极端部集电板的平面图。

图17是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的正极集电板的平面图。

图18A是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的正极绝缘板的平面图。

图18B是图18A的I-I线截面图。

图19A是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的燃料罐部的平面图。

图19B是图19A的II-II线截面图。

图19C是图19A的III-III线截面图。

图20是在实施例1的燃料电池发电系统中构成燃料电池的密封材料的平面图。

图21A是在实施例1的燃料电池发电系统中构成除氢装置的膜电极接合体的平面图。

图21B是图21A的截面图。

图22是在实施例1的燃料电池发电系统中构成除氢装置的正极集电板的平面图。

图23A是在实施例1的燃料电池发电系统中构成除氢装置的罐部的平面图。

图23B是图23A的IV-IV线截面图。

图23C是图23A的V-V线截面图。

图24是在实施例1的燃料电池发电系统中构成除氢装置的密封材料的平面图。

图25是表示实施例1的燃料电池发电系统的结构的概略图。

图26是表示实施例5的燃料电池发电系统的结构的概略图。

图27是表示在实施例5的燃料电池发电系统的发电试验中，进出燃料电池的气体流速的时间变化的曲线图。

图28是表示在实施例5的燃料电池发电系统的发电试验中，膜电极接合体的电压值的时间变化的曲线图。

图29是表示在除了不设置有逆流防止部以外与实施例5的燃料电池发电系统同样地构成的系统的发电试验中，出入燃料电池的气体流速的时间变化的曲线图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式和实施例。在图1～图26中，原则上对相同部分或具有相同功能的部分赋予相同符号，有时省略重复的说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的燃料电池发电系统的一例的概略图。1是燃料电池，具有电气串联连接的多个第1膜电极接合体(MEA)100，与应用本发明的燃料电池发电系统的电子设备等外部负荷4相连。2是作为用于向燃料电池1供给作为燃料的氢的氢供给源的氢制造装置。在燃料电池1和氢制造装置2之间形成了燃料流路6，在燃料流路6的途中配置有除氢装置3。7是断流阀(stopvalve)，通过与燃料电池1的停止工作一致地进行关闭，可以切断从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给，通过与燃料电池1的开始工作一致地进行打开，可以进行从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给。

使除氢装置3在外部负荷4关闭(OFF)时、即停止了从燃料电池1向外部负荷4的电力供给时进行工作。由此，在继续从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给的情况下，或者即使通过断流阀7停止氢供给、剩余氢仍向燃料电池1内流入的情况下，通过除氢装置3可以除去流向燃料电池1的氢。结果，向燃料电池1内的氢供给停止，或者其供给量大幅度降低。另外，与从氢制造装置2供给的剩余氢的量相比，当除氢装置3的除氢能力较高时，不仅可以除去来自氢制造装置2的氢，也可以除去在燃料电池1的内部残留的剩余氢。

除氢装置3也可以在燃料电池1的工作过程中工作。例如，也可以在氢供给量超过在燃料电池1中的发电所需要的氢的量时，使除氢装置3工作来除去剩余的氢，调整对燃料电池1的氢供给量。

本发明的燃料电池发电系统也可以不具备断流阀7，但在具备断流阀7的情况下如图1所示，优选配置在氢制造装置2和除氢装置3之间。另外，在图1中表示了外部负荷4经由开关(S)与燃料电池1相连的结构，但外部负荷4也可以以直接与燃料电池1连接的形态而构成。

另外，作为氢供给源的氢制造装置2可以配备在本发明的燃料电池发电系统中，也可以成为与本发明的燃料电池发电系统分离的结构。

另外，图2是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。图2的燃料电池发电系统，是在图1所示的燃料电池发电系统的燃料电池1所具备的各个MEA100上通过导体等连接了电阻10的例子，其正极和负极可以经由电阻10电气导通。

在图2所示的燃料电池发电系统中，在结束对外部负荷4的电力供给，停止燃料电池1的工作时，接通在将各个MEA100的正极-负极间相连的导体上设置的开关(S)来使正极和负极导通。由此，各个MEA100以燃料电池1中残留的氢作为燃料来进行发电，因此可以消耗燃料电池1内的剩余氢。通过在剩余氢的处理中同时使用除氢装置3和燃料电池1内的MEA100，与仅使除氢装置3工作相比，可以更快地消耗系统内部的剩余氢，因此可以更进一步地抑制由于剩余氢导致的燃料电池1的劣化，从而进一步延长燃料电池1的寿命。另外，可以实现除氢装置3的小型化、简化。

在图2的燃料电池发电系统中，经由电阻10将燃料电池1的各MEA100中的正极和负极相连，例如将电阻10的电阻值设定为在燃料电池1的工作停止后，MEA100的正极-负极间的电压降低到0.1V所需要的时间在1分钟以内即可。另外，MEA100的正极和负极可以不使用电阻10而通过导体直接导通。另外，不需要构成为在燃料电池1的全部MEA100中使正极和负极电气导通，可以构成为在至少一个MEA100中使正极和负极电气导通。例如若在剩余氢的处理中使用接近氢制造装置2的、配置在氢流的上游侧的一个或多个MEA100，则可以防止剩余氢流入下游侧的MEA100。另外，在剩余氢的处理中也可以利用下游侧的MEA100，与容易发生特性劣化的上游侧的MEA100相比，通过延长下游侧的MEA100的发电时间，作为燃料电池1的整体可以使各MEA100的特性劣化均匀地发展，抑制特性的偏差。

图3是表示本发明的燃料电池发电系统的燃料电池(燃料电池模块)的一例的示意截面图。图3是为截面图，但为了易于理解各构成要素，针对一部分构成要素未附加表示是截面的斜线。另外，在图3中未示出用于使MEA的正极和负极电气导通的结构。

图3的燃料电池1具备3个由正极、固体电解质膜103和负极依次层压而形成的MEA100，将这些MEA100配置成平面状，所述正极由正极扩散层101以及正极触媒层102构成，所述负极由负极扩散层105以及负极触媒层104构成。

在各个MEA100的正极侧依次配置了正极集电板24、25a、25b、正极绝缘板22、以及正极面板(panel plate)20。另外，在各个MEA100的负极侧依次配置了负极集电板26、27a、27b、负极绝缘板23、以及负极面板21。

并且，全部MEA100被正极面板20和负极面板21夹持地成为一体化。另外，虽然在图3中并未明示，但相邻的MEA100彼此通过正极集电板24、25a、25b和负极集电板26、27a、27b的电气连接而串联连接。

在正极集电板24、25a、25b、正极绝缘板22以及正极面板20上，设置了多个用于将燃料电池1外部的氧导入正极的氧导入孔。并且，通过正极集电板24、25a、25b的氧导入孔、正极绝缘板22的氧导入孔、以及正极面板20的氧导入孔，形成了多个从正极面板20的外表面到达MEA100的正极扩散层101的正极开口部30，成为从这些正极开口部30通过扩散将燃料电池1外部的氧(空气)供给到正极扩散层101的结构。

另外，在图3的燃料电池1中，在负极集电板26、27a、27b、负极绝缘板23以及负极面板21上设置了多个用于将燃料罐部29内的燃料导入负极的燃料导入孔。并且，通过负极集电板26、27a、27b的燃料导入孔、负极绝缘板23的燃料导入孔、以及负极面板21的燃料导入孔，形成了多个从负极面板21的燃料罐部29侧表面到达MEA100的负极扩散层105的负极开口部31，成为从这些负极开口部31将燃料罐部29内的燃料供给到负极扩散层105的结构。

在图3的燃料电池1中，正极面板20和负极面板21、还有燃料罐部29，通过螺栓32和螺母33被固定。另外，在图3中，28a以及28b为密封材料。

正极扩散层101以及负极扩散层105由多孔性的电子传导性材料等构成，例如使用了实施过防水处理的多孔质碳片等。在正极扩散层101或负极扩散层105的触媒层侧，以进一步提高放水性以及提高与触媒层的接触性为目的，有时涂布了包含氟树脂粒子[聚四氟乙烯(PTFE)树脂粒子等]的碳粉膏。

正极触媒层102具有对经过正极扩散层101扩散过来的氧进行还原的功能。正极触摸层102例如含有承载触媒的碳粉(触媒承载碳粉)和质子(proton)传导性材料。另外，根据需要也可以进一步含有树脂等粘合剂。

作为在正极触媒层102中使用的触媒，只要可以将氧还原，则不特别进行限制，例如列举出铂微粒。另外，上述触媒可以是通过从铁、镍、钴、锡、钌以及金组成的组中选择的至少一种金属元素和铂的合金构成的微粒等。

作为上述触媒的载体的碳粉，例如使用BET比表面积为10～2000m²/g、平均颗粒径为20～100nm的碳黑(carbon black)等。例如可以通过胶体(colloid)法等向碳粉承载上述触媒。

作为上述碳粉和上述触媒的含有比例，理想的是例如相对于碳粉100质量份，触媒为5～400质量份。这是因为，若是这样的含有比例，则可以构成具有足够的触媒活性的正极触媒层。另外因为，例如通过在碳粉上析出触媒的方法(例如胶体法)来制作触媒承载碳粉时，若碳粉和触媒为上述含有比例，则触媒的直径不过分增大可获得足够的触媒活性。

作为正极触媒层102中包含的质子传导性材料不特别进行限制，例如可以使用聚全氟磺酸树脂、磺化聚醚磺酸树脂、磺化聚酰亚胺树脂等具有磺酸基的树脂。作为聚全氟磺酸树脂，具体来说列举出杜邦公司生产的“ナフ_イオン(Nafion)(注册商标)”、旭硝子公司生产的“フレミオン(Flemion)(注册商标)”、旭化成工业公司生产的“アシプレ_ツクス(Aciplex)(商品名)”等。

正极触媒层102中的质子传导性材料的含有量，相对于触媒承载碳粉100质量份，理想的是2～200质量份。这是因为，若以上述量含有质子传导性材料，则在正极触媒层中得到足够的质子传导性，电阻值不过分增大可以获得电池性能良好的燃料电池。

作为在正极触媒层102中使用的粘合剂不特别进行限制，但例如可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(E/TFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)以及聚三氟氯乙烯(PCTFE)等氟化树脂、或者聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚酯、离聚物、丁基橡胶、乙烯·醋酸乙烯酯共聚物、乙烯·丙烯酸乙酯共聚物以及乙烯·丙烯酸共聚物等非氟化树脂等。

正极触媒层102中的粘合剂的含有量，相对于触媒承载碳粉100质量份，理想的是0.01～100质量份。这是因为，若以上述的量含有粘合剂，则正极触媒层得到足够的粘合性，电阻值不过度增大可以获得电池性能良好的燃料电池。

负极触媒层104具有将经由负极扩散层105扩散过来的氢等燃料氧化的功能。负极触媒层104例如含有承载了触媒的碳粉(触媒承载碳粉)、质子传导性材料。根据需要，也可以进一步包含树脂等粘合剂。

负极触煤层104中使用的触媒，只要可以将氢等燃料氧化则不特别限制，例如可以使用作为正极触媒层102中使用的触媒而举例表示的所述各触媒。关于负极触媒层104中使用的碳粉、质子传导性材料以及粘合剂，也可以使用作为在正极触媒层102中使用的碳粉、质子传导性材料以及粘合剂而举例表示的所述各材料。

固体电解质膜103只要是由可以传送质子且不表现出电子传导性的材料构成的膜，则不特别限制。作为可以构成固体电解质膜103的材料，例如列举出聚全氟磺酸树脂，具体而言，列举出杜邦公司生产的“ナフ_イオン(Nafion)(注册商标)”、旭硝子公司生产的“フレミオン(Flemion)(注册商标)”、旭化成工业公司生产的“アシプレ_ツクス(Aciplex)(商品名)”等。此外，作为固体电解质膜103的材料，也可以使用磺化聚醚磺酸树脂、磺化聚酰亚胺树脂、硫酸掺杂聚苯并咪唑等。

图4是表示本发明的燃料电池发电系统的氢供给源的一例的示意图。图4所示的氢供给源，是具有对于氢发生物质连续或断续地供给水、使氢发生物质与水反应来产生氢的机构的氢制造装置的结构例。

作为氢供给源的氢制造装置2具备容纳氢发生物质34a的氢发生物质容纳容器34、和容纳水35a的水容纳容器35，从水容纳容器35向氢发生物质容纳容器34供给水35a，在氢发生物质容纳容器34内使氢发生物质34a和水35a反应来制造氢。因此，氢发生物质容纳容器34也起到作为氢发生物质34a和水35a的反应容器的作用。在氢发生物质容纳容器34中产生的氢，经过由氢导出管39、40构成的燃料流路被供给到燃料电池。

在从水容纳容器35向氢发生物质容纳容器34供给水35a的供水管38中设置了供水泵36。在水容纳容器35中容纳的水35a是中性的水、酸性水溶液、碱性水溶液等至少包含水的液体即可，根据与使用的氢发生物质34a的反应性等，选择适当的液体即可。

氢发生物质容纳容器34以及水容纳容器35也可以做成装卸式。由此，在氢发生物质容纳容器34内的氢发生物质34a被消耗尽、或者水容纳容器35内的水35a消失的情况下将它们拆除，重新安装填充了氢发生物质34a的氢发生物质容纳容器34或填充了水35a的水容纳容器35，由此可以再次进行氢制造。

作为在氢发生物质容纳容器34中容纳的氢发生物质34a不特别限制，但优选是可以与水在120℃以下的低温进行反应来产生氢的物质。例如可以适宜地使用铝、硅、锌、镁这样的金属；以50质量％以上、理想的是以80质量％以上、更理想的是以90质量％以上含有从铝、硅、锌以及镁中选择的一种以上的元素的合金；金属氢化物等。

由上述金属或合金构成的氢发生物质，在表面上形成氧化膜来进行稳定化。因此，为了提高反应性，希望尽可能减小氢发生物质的粒径，增大反应面积。例如，氢发生物质颗粒的平均粒径理想的是在100μm以下，更理想的是在50μm以下。另外，为了提高反应效率，颗粒形状理想的是片状。当粒径过度减小时，不仅体积密度减小、填充密度降低，处理也变得困难，因此氢发生物质的粒径优选在0.1μm以上。

作为平均粒径的测定方法，例如可以使用激光衍射·散射法等。具体而言，是利用了通过对分散在水等液相中的测定对象物质照射激光而检测出的散射强度分布的颗粒直径分布的测定方法。作为基于激光衍射·散射法的颗粒直径分布测定装置，例如可以使用日机装株式会社制造的“マイクロトラ_ツクHRA(Microtrac HRA)”等。

另外，作为用作氢发生物质的金属氢化物，例如列举出硼氢化纳或硼氢化钾等。这些金属氢化物，在碱性水溶液中比较稳定，但在触媒存在的情况下可以快速与水反应而产生氢。作为触媒例如可以使用Pt、Ni等金属或酸等。

氢发生物质可以单独使用上述举例表示的物质中的一种，也可以同时使用两种以上。

上述氢发生物质，为了提高与水的反应性，可以在与水混合的状态下加热，也可以供给加热后的水。

另外，通过一起使用上述氢发生物质、和与水反应来发热的发热物质(氢发生物质以外的物质)，即使供给低温(例如5℃左右)的水，通过上述发热物质的发热，也可以提高发应系统内温度，迅速地产生氢。

与水反应而发热的发热物质，例如可以举例表示氧化钙、氧化镁、氯化钙、氯化镁、硫酸钙等通过与水的反应而成为氢氧化物，或者通过水合来发热的碱金属和碱土金属的氧化物、氯化物、硫酸化合物等。另外，像硼氢化纳、硼氢化钾、硼氢化锂等金属氢化物等那样通过与水的反应生成氢的物质，如前所述，可以作为氢发生物质而使用，但也可以用作发热物质。

特别是作为氢发生物质而使用铝、硅、锌、镁这样的金属，或以铝、硅、锌以及镁中的一种以上的元素为主体的合金的情况下，优选同时使用上述发热物质。另一方面，在作为氢发生物质而使用上述金属氢化物的情况下，即使不同时使用发热物质，也能够以较好的速度制造氢，但也可以同时使用发热物质来进一步提高氢发生速度。

氢发生物质容纳容器34，只要可以容纳产生氢的氢发生物质34a则不特别限定其材质或形状，但最好是水或氢不从水的供给口或氢的导出口以外泄漏的材质或形状。作为具体的容器的材质，优选是难以透过水以及氢、并且即使加热到120℃左右容器也不损坏的材质，例如可以使用铝、铁等金属、聚乙烯、聚丙烯等树脂。另外，作为容器的形状，可以采用棱柱形、圆柱形等。

关于水容纳容器35不特别进行限制，例如可以采用与现有的氢制造装置同样的容纳水的罐等。

水容纳容器35中的水35a通过供水管38被供给到氢发生物质容纳容器34，由此，与氢发生物质容纳容器34内的氢发生物质34a反应来产生氢，但有时在氢发生物质容纳容器34内存在的未反应的水混入到已产生的氢中，它们的混合物通过氢导出管40流入燃料电池侧。

因此，在氢制造装置2中，最好在向燃料电池供给氢的燃料流路的中途设置冷凝水分离器37。如图4所示，从氢发生物质容纳容器34排出的氢气通过氢导出管39被导入冷凝水分离器37。在此期间，氢气中包含的水分在氢导出管39内被冷却而成为冷凝水。冷凝水通过重力而下落到冷凝水分离器37的下部，因此可以将氢气与水分离。分离出的氢气经由氢导出管40被供给到燃料电池侧。

另外，如图4所示，若通过水回收管41将冷凝水分离器37和水容纳容器35连接，则可以将通过冷凝水分离器37分离出的水回收到水容纳容器35。通过回收分离出的水，可以高效率地利用为了产生氢而供给的水，可以使水容纳容器35更紧凑。

图5是表示本发明的燃料电池发电系统的除氢装置的一例的示意截面图。在图5中仅以截面表示了除氢装置3，但为了使易于理解除氢装置3的各构成要素，针对一部分构成要素未附加表示是截面的斜线。

图5所示的除氢装置3具备构成为可以使正极和负极电气导通的第2MEA200。MEA200具有将氧还原的正极触媒层202、和将氢氧化的负极触媒层204，而且在正极触媒层202和负极触媒层204之间具备固体电解质膜203。另外，在正极触媒层202的与固体电解质膜203接触的面的相反侧层压了正极扩散层201，在负极触媒层204的与固体电解质膜203接触的面的相反侧层压了负极扩散层205。它们可以通过与图3中说明的燃料电池1的第1MEA100同样的材料来构成。

通过在正极扩散层201的上部配置的正极集电板42、和在负极扩散层205的下部配置的负极集电板43夹持MEA200，正极集电板42和负极集电板43例如通过螺栓50和螺母51被固定。44是由硅橡胶等形成的密封材料，45是罐部(氢罐部)。

除氢装置3经由作为燃料流路的氢导出管40a与氢制造装置2相连，从氢制造装置2供给的氢通过除氢装置3的内部，经由作为燃料流路的氢供给管40b被供给到燃料电池。

正极集电板42以及负极集电板43例如由铂、金等贵金属或不锈钢等耐腐蚀性金属、或者碳等构成。另外，为了提高耐腐蚀性，有时在这些材料的表面上实施了电镀或涂漆。

在正极集电板42上形成了多个空气孔42a，通过这些空气孔42a将大气中的氧供给到MEA200的正极。另一方面，向罐部45流入的剩余的氢，通过在负极集电板43上形成的多个氢导入孔43a被供给到MEA200的负极。

在正极集电板42的端部连接了正极导线46，在负极集电板43的端部连接了负极导线47。另外，这些导线46、47经由电阻48以及开关49相连。并且在燃料电池1的工作停止时、即切断了外部负荷时，通过接通开关49来使MEA200的正极-负极间导通，可以消耗流入除氢装置3内的剩余的氢。由此，可以完全清除从除氢装置3经由氢供给管40b流向燃料电池的剩余的氢，或者可以大幅度减少其量。

在图5所示的除氢装置3中，经由电阻48将MEA200的正极和负极连接，但将电阻48的电阻值设定为，例如在燃料电池的工作停止后MEA200的正极-负极间的电压降低到0.1V所需的时间在1分钟以内即可。另外，MEA200的正极和负极可以不使用电阻48而通过导体直接导通，也可以将得到的电流利用于对二次电池充电、或者设备的工作。

另外，在将除氢装置3和燃料电池连接的氢供给管40b中可以设置活栓(cock)等排出部，以便可以将从氢制造装置2流向燃料电池的剩余氢排出到燃料电池发电系统的系统外。在这种情况下，通过上述排出部，将燃料电池的工作停止时从氢制造装置2向燃料电池流入的剩余氢排出到燃料电池发电系统的系统外部，可以更可靠地防止上述氢导致的燃料电池的劣化。当将氢直接排出到系统外部时，有时发生起火等危险，但如果通过除氢装置3减少排出到外部的剩余氢，则也可以避免上述危险。

(实施方式2)

在上述实施方式1的燃料电池发电系统1中，在提高了燃料电池1的气密性的情况下，当使除氢装置3工作时，有时消耗燃料电池1内的残留氢，内压过度降低。为了防止内压的必要以上的降低，在本发明的燃料电池发电系统中，可以在消耗了某程度的残留氢的阶段将外部气体取入燃料电池1内。例如可以在燃料流路6等中设置活栓等外部气体导入部。另外，可以通过以下表示的流路切换部，切换向燃料电池1的氢的流入和外部气体取入。

图6是表示设置了上述流路切换部的本发明的燃料电池发电系统的一例的概略图。图6的燃料电池发电系统，除了在燃料流路6的中途设置流路切换部5、在燃料电池1中设置逆流防止阀9以外，与图1所示的燃料电池发电系统具有相同的结构。

在图6中表示了可以使氢从氢制造装置2以及除氢装置3向燃料电池1流通的状态，但通过使流路切换部5向箭头方向旋转90度，使燃料流路6内的氢的流通成为不可能，切断从除氢装置3向燃料电池1的氢的流入，并且可以将外部气体取入燃料电池1内。8a以及8b是开闭阀，用于在使流路切换部5从图6所示的状态向箭头方向旋转90度时，调节向燃料电池1内取入的外部气体量。另外，逆流防止阀9是使气体仅可以从燃料电池1的内部向系统外单方向流动的阀。在从氢制造装置2向燃料电池1供给过剩的氢时，若逆流防止阀9工作，则可以将该氢排出系统外，并且可以防止在燃料电池1的运转时外部气体进入燃料电池1内。即使在仅通过除氢装置3无法处理过剩的氢的情况下，若逆流防止阀9工作，则可以向外部排出氢。或者，在使逆流防止阀9的方向逆转、燃料电池1内的压力降低的情况下，也可以将外部气体取入燃料电池1内。

另外，7是断流阀，通过在燃料电池1的工作停止的同时关闭，可以切断从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给，或者通过在燃料电池1的工作开始的同时打开，可以进行从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给。

关于除氢装置3的工作，可以与实施方式1的燃料电池发电系统的除氢装置同样地进行。

关于燃料电池1运转停止后的流路切换部5的流路的切换，理想的是在除氢装置3工作后经过了某程度的时间后进行。在使图6所示的流路切换部5从图6所示的状态向箭头的方向旋转了90度的状态下，通过流路切换部5把从除氢装置3向流路切换部5的流路向系统外开放。因此，虽然有时也向系统外排出从除氢装置3流出的氢，但若在除氢装置3的除氢进展了某程度的状态下、即燃料流路6内的残留氢被消耗了某程度后进行切换，则可以减少向系统外排出的氢量。

作为流路切换部5，只要具有气密性、具有可以切换两条路径的功能，则不特别限定，但考虑到燃料电池发电系统的重量方面或成本方面、布局方面等，适于使用3向阀或4向阀。另外，通过将它们做成例如可以电气驱动的电磁阀，也可以电气地进行控制。

作为流路切换部5的构成材料，只要具有气密性和耐腐蚀性则不特别限定，但适于是例如：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(E/TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等耐热性氟化树脂；聚丙烯、聚缩醛树脂等。

也可以不一定具备开闭阀8a、8b以及逆流防止阀9，但最好是具备。开闭阀8a可以是仅能在向燃料电池1的方向上流过气体的逆流防止阀，开闭阀8b可以是仅能在向系统外的方向上流过气体的逆流防止阀。而且，在图6中表示了外部负荷4经由开关(S)与燃料电池1连接的结构，但外部负荷4也可以以直接与燃料电池1连接的状态来构成。

另外，图7是表示设置了流路切换部的本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。图7的燃料电池发电系统是在图6所示的燃料电池发电系统的燃料电池1所具备的各个MEA100上通过导体等连接了电阻10的例子。各MEA100的正极和负极可以经由电阻10电气导通。图7的燃料电池发电系统中的各构成要素的工作条件等，可以与图2或图6所示的燃料电池发电系统进行同样的设定。

在图6以及图7所示的结构的燃料电池发电系统中，流路切换部5的流路切换，可以在关闭外部负荷4之后(即停止向外部负荷4的电力供给后)立即进行，但为了减少向系统外的氢排出量，理想的是在通过利用除氢装置3或MEA100减少了残留氢后来进行。具体而言，理想的是在燃料电池1的各个MEA100的至少一个的电压降低到1V以下、更理想的是降低到0.5V以下后使流路切换部5工作。另外，在通过燃料电池1整体的电压判断流路切换部5的切换时期的情况下，理想的是在燃料电池1的开路电压降低到氢流通时的1/2以下后使流路切换部5工作。

另一方面，在燃料电池1的气密性较高的情况下，有时消耗燃料电池1的残留氢而使内压过度降低，因此理想的是在残留氢的消耗未过度发展的阶段使流路切换部5工作。具体而言，理想的是在燃料电池1的全部MEA100的电压在0.2V以上的状态下使流路切换部5工作。另外，在通过燃料电池1整体的电压判断流路切换部5的切换时期的情况下，理想的是在燃料电池1的开路电压降低到氢流通时的1/10之前使流路切换部5工作。

通常，燃料电池1内的残留氢浓度不均匀，氢的流动的上游侧的MEA100易于遭受由残留氢导致的劣化，因此更理想的是根据最接近氢制造装置2的MEA100的电压来使流路切换部5工作。

而且，图8是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。在图8所示的燃料电池发电系统中，除了将开闭阀8b和除氢装置3连接来构成循环路径11，并设置了可以仅在循环路径11内达到异常压力时将循环路径11内的氢排出到系统外的逆流防止阀12以外，是与图7所示的燃料电池发电系统相同的结构。

在图6以及图7所示的燃料电池发电系统中，通过了开闭阀8b的氢被排出到系统外，但在图8所示的燃料电池发电系统中，可以经由循环路径11再次送入除氢装置3。因此，可以减少向系统外排出的氢量，可以进一步提高除氢效率。

另外，图9是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。图9所示的燃料电池发电系统，是代替图8所示的燃料电池发电系统的逆流防止阀9而设置了流路切换部13的例子。在流路切换部13上连接了逆流防止阀14和开闭阀15。

在图9的燃料电池发电系统中，在燃料电池1的工作时，流路切换部13被设定成在燃料电池1侧和逆流防止阀14侧形成流路，通过逆流防止阀14防止外部气体流入燃料电池1内。并且，在燃料电池1的工作停止后，使流路切换部13向箭头的方向旋转90度，打开开闭阀15，可以将外部气体取入燃料电池1内。因此，在图9的燃料电池发电系统中，与例如图7或图8所示的结构的燃料电池发电系统相比，可以更迅速地进行燃料电池1内的气体置换。

流路切换部可以如图6～图8所示那样仅设置一个，也可以如图9所示那样设置多个，另外，也可以省略图9的流路切换部5，仅设置流路切换部13。但是，出于在燃料电池1的工作停止后更可靠地切断氢向燃料电池1内的侵入的考虑，流路切换部更理想的是至少设置在除氢装置3和燃料电池1之间。另外，使流路切换部5工作的条件，在图8、图9以及后述的图10所示的结构的燃料电池发电系统中，也可以与针对图6以及图7所示的结构的燃料电池发电系统而说明的条件设为相同的条件。

另外，图10是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。图10所示的燃料电池发电系统是设置了送风机16、17的例子，所述送风机16、17在燃料电池1的工作停止后从流路切换部5、13将外部气体取入燃料电池1时，可以强制地排放系统内的残留氢。另外，在各MEA100上连接了逆流防止阀18。

在图10的燃料电池发电系统中，在燃料电池1工作时送风机16、17已停止，在燃料电池1的工作停止后，使流路切换部5、13向箭头的方向旋转90度来切换流路，同时驱动送风机16、17，向流路内强制导入外部气体。此时，当送风机16、17的外部气体的流入方向都是向燃料电池1内导入外部空气的方向时，当已设置好在各MEA100中设置了逆流防止阀18的排气路时，可以通过上述排气路将少量残留的氢排气到燃料电池1外。

另一方面，例如也可以驱动送风机16将外部气体取入系统内，驱动送风机17将系统内的气体排出到系统外，来进行燃料电池1内的气体置换。此时，通过开闭阀8a、15可以调整排气量等。

于是，在图10所示的结构的燃料电池发电系统中，与图6～图9所示的结构的燃料电池发电系统相比，可以迅速地进行燃料电池1内的气体置换。

(实施方式3)

以下表示可以应对燃料电池内部的压力变化的本发明的实施方式中与实施方式2不同的实施方式的一例。

图11是表示设置了内部压力调整部的本发明的燃料电池发电系统的一例的概念图。图11的燃料电池发电系统，除了在燃料电池1中设置了内部压力调整部以外，和图1所示的燃料电池发电系统具有相同的结构。

图11所示的燃料电池发电系统，通过通气路径57将燃料电池1内的燃料流路6和燃料电池1的外部相连。58a以及58b是作为内部压力调整部的逆流防止部，逆流防止部58a可以仅在将燃料电池1内的气体(氢)排放到燃料电池1的外部的方向上开放流路，逆流防止部58b可以仅在将外部空气从燃料电池1的外部取入燃料电池1内的方向上开放流路。

另外，7是断流阀(stop valve)，通过与燃料电池1的工作停止一致地关闭，可以切断从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给，另外，通过与燃料电池1的工作开始一致地打开，可以进行从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给。

除氢装置3，在外部负荷4关闭时、即停止从燃料电池1向外部负荷4的电力供给时工作。由此，在持续从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给的情况下、或者即使通过断流阀7停止氢供给，剩余氢仍流入燃料电池1内的情况下，通过除氢装置3可以除去流向燃料电池1的氢。结果，消除向燃料电池1内的氢供给，或者大幅度降低其供给量。

另外，与从氢制造装置2供给的剩余氢的量相比，当除氢装置3的除氢能力较高时，不仅可以除去来自氢制造装置2的氢，也可以除去在燃料电池1的内部残留的剩余氢。

除氢装置3也可以在燃料电池1的工作过程中工作。例如当氢供给量超过在燃料电池1中的发电所需的氢的量时，也可以使除氢装置3工作来除去剩余的氢，调整向燃料电池1的氢供给量。

另外，通过从氢制造装置2向燃料电池1的氢供给量的变化等，燃料电池1的内部的压力过度升高时，逆流防止部58a工作，可以将燃料电池1内的气体向燃料电池1外排放。

另一方面，通过除氢装置3的氢消耗等，燃料电池1的内部的压力过度降低时，通过逆流防止部58b可以很快地将外部气体取入燃料电池1内。通过它们的作用可以防止燃料电池1的内部的压力变化导致的燃料电池1的损坏，将燃料电池1的输出保持稳定。

在本发明的燃料电池发电系统中，逆流防止部58a以及58b可以仅具备某一方，但理想的是设置两者。

作为本发明的燃料电池发电系统中可以使用的逆流防止部，只要具有气密性、具有单向的通气孔功能，则不特别限定，但适于应用：具有平行移动的阀体的升降式止逆阀、具有进行铰链运动的阀体的旋板式止逆阀、具有球形阀体的球阀等方向止逆阀；减压阀、安全阀、溢流阀(止回阀)等、具有在一定压力变化以上自然地通过阀排出气体的构造的压力控制阀等。另外，通过将上述举例表示的阀做成可以电气驱动的电磁阀，也可以电气地控制来自燃料电池的气体的排气和向燃料电池内的外部气体的取入。

逆流防止部中的开放开始工作压力的适宜值，可以随着燃料电池发电系统的大小等而变化，但理想的是例如表压在1.0MPa以下。另外，在燃料电池发电系统具备仅在从燃料电池1内的燃料流路向燃料电池1的外部排气的方向上开放流路的逆流防止部58a、和仅在从燃料电池1的外部向燃料电池1的内部的燃料流路流入外部气体的方向上开放流路的逆流防止部58b二者的情况下的、逆流防止部58a以及58b的开放开始工作压力的压差值的适宜值，也可以随着燃料电池发电系统的大小而变化，但理想的是0～0.5MPa。在对逆流防止部58a以及58b的开放开始工作压力设置差值的情况下，为了防止在燃料电池1的工作中向燃料电池1内取入外部气体而导致输出降低，理想的是使逆流防止部58b的开放开始工作压力高于逆流防止部58a的开放开始工作压力。

作为逆流防止部的构成材料，只要具有气密性和耐腐蚀性则不特别限定，但适于是例如：聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-乙烯共聚物(E/TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)等耐热性氟化树脂；聚丙烯(PP)、聚缩醛树脂等。

另外，图12是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。图12的燃料电池发电系统表示了在图11所示的燃料电池发电系统的燃料电池1具备的各个MEA100上通过导体等连接了电阻10的例子。各MEA100的正极和负极可以经由电阻10电气导通。图12的燃料电池发电系统中的各构成要素的工作条件等，可以与图2或图11所示的燃料电池发电系统中的各构成要素进行同样的设定。

在图12的燃料电池发电系统中，将外部负荷4关闭，在各个MEA100中，当将在正极-负极间连接的导体上设置的开关(s)接通来消耗燃料电池1内的残留氢时，燃料电池1内的压力降低。在这种情况下，将逆流防止部58b自动开放，将外部空气取入燃料电池1内来防止内压降低。因此可以防止燃料电池1的损坏。

如图11或图12所示的燃料电池发电系统那样，在使通气路径57以T字形分支的情况下，当通过逆流防止部58a从燃料电池1内的燃料流路6向燃料电池1的外部排放氢等时，有时在燃料电池1内产生的水等侵入通气路径57内，使逆流防止部58b的功能降低。在这种情况下，如后述的图13那样分别设置与逆流防止部58a连接的通气路径、以及与逆流防止部58b连接的通气路径即可。

另外，在本发明的燃料电池发电系统中，可以将逆流防止部58a以及58b的某一方或双方设置多个。

图13是表示本发明的燃料电池发电系统的另一例的概略图。在图13所示的燃料电池发电系统中具备独立的通气路径57a、57b，在逆流防止部58a的气体放出侧，通气路径57a以T字形进行分支。在分支后的通气路径57a的一端设置了仅在从通气路径57a侧向外部排气的方向上开放流路的逆流防止部58c，其另一端形成了与除氢装置3连接的循环路径60。在循环路径60中设置了仅在流入除氢装置3的方向上开放流路的逆流防止部58d。在图13的燃料电池发电系统中，可以将从燃料电池1的通气路径57a经由逆流防止部58a排出的剩余的气体，经由循环路径60，经由逆流防止部58d导入除氢装置3。因此，可以减少从燃料电池1经由通气路径57a排出到燃料电池1外的氢的量，可以进一步提高除氢效率。

在图13的燃料电池发电系统中，根据系统的大小，逆流防止部58a、58c、58d的开放开始工作压力的压差值的适宜范围可以变化，但关于逆流防止部58a和逆流防止部58c的压差值、逆流防止部58a和逆流防止部58d的压差值、逆流防止部58c和逆流防止部58d的压差值中的任何一个，都最好是0～0.5Mpa。另外，在对逆流防止部58a、58c、58d的开放开始工作压力设置差值时，开放开始工作压力的大小的关系最好为58c＞58a＞58d。

至此，使用图1～图13说明了本发明，但图1～图13仅表示本发明的一例，本发明的燃料电池发电系统不限于图1～图13所示的系统。

以下，根据实施例详细描述本发明。

(实施例1)

<燃料电池的制作>

首先，制作了图3所示的构造的燃料电池。在第1MEA100中使用了图14A、B所示的结构的MEA。图14是MEA100的平面图，图14B是MEA100的截面图，在图14B中，为了易于理解各构成要素而省略了表示是截面的斜线。在MEA100的正极以及负极中使用了在碳布(Carbon Cloth)上涂布了承载Pt的碳而得到的电极(E-TEK公司制造的“LT140E-W”，Pt量：0.5mg/cm²)。另外，在固体电解质膜103中使用了杜邦公司制造的“ナフ_イオン(Nafion)112”。各电极的大小设为25mm×92mm，固体电极质膜的大小设为29mm×96mm。

图15表示在燃料电池1的制作中使用的正极面板20的平面图。在正极面板20中使用了不锈钢(SUS304)制造的厚度为2mm的板。在图15中，30a为氧导入孔，在图3中形成正极开口部30。53是用于通过螺栓32和螺母33来固定正极面板20和负极面板21的螺纹孔。在正极面板20上，以与各MEA100的正极扩散层101对应的方式，作为氧导入孔30a，分别在上下配置6个、在左右配置12个、共计72个为一组，共配置了3组1×13mm的长方形的孔。负极面板21也是与正极面板20相同的材质、形状。即，面板中的开口，在正极成为形成正极开口部30的氧导入孔，在负极成为形成负极开口部31的燃料导入孔。

另外，图16表示在燃料电池1的制作中所使用的正极集电板(正极端口集电板)24的平面图，图17表示正极集电板25a、25b的平面图。在图16以及图17中，30b为氧导入孔，在图3中形成正极开口部30。另外，在图16所示的正极端口集电板24上设置了正极集电端子部54，在图17所示的正极集电板25a、25b上分别设置了两个正极串联连接突出部(tab)55。

在正极集电板24、25a、25b中，使用在镍上施加了镀金的、厚度为0.3mm的集电板，氧导入孔30b以及螺纹孔53的形状以及配置，与正极面板20中的氧导入孔以及螺纹孔相同。另外，负极端部集电板26采用与正极端部集电板24相同的材质、形状，负极集电板27a、27b采用与正极集电板25a、25b同样的材质、形状。即，集电板中的开口，在正极成为形成正极开口部30的氧导入孔，在负极成为形成负极开口部31的燃料导入孔。

图18A、B表示在燃料电池1的制作中所使用的正极绝缘板22。图18A是正极绝缘板22的平面图。另外，图18B是图18A的I-I线截面图，但以虚线表示了螺纹孔53的配置，为了易于理解该配置而省略了表示是截面的斜线。正极绝缘板22被配置在金属制的正极面板20和正极集电板24、25a、25b之间，用于将这些板间绝缘。在图18A、B中，66是用于收纳正极集电板24、25a、25b的凹部。

在正极绝缘板22中使用了玻璃环氧树脂制的厚度为0.5mm的板。氧导入孔30c以及螺纹孔53的形状以及配置，与正极面板20中的氧导入孔以及螺纹孔相同。另外，负极绝缘板23采用与正极绝缘板22相同的材质、形状。即，绝缘板中的开口，在正极成为形成正极开口部30的氧导入孔，在负极成为形成负极开口部31的燃料导入孔。

图19A、B、C表示在燃料电池1的制作中所使用的燃料罐部29。图19A是燃料罐部29的平面图。另外，图19B是图19A的II-II线截面图，图19C是图19A的III-III线截面图，但在这些截面图中以虚线表示了螺纹孔53的配置，因此为了易于理解该配置而省略了表示是截面的斜线。

燃料罐部29是为了向MEA100的负极供给燃料或者保持燃料而设置的部件，设置了用于供给燃料的燃料供给口67、和用于排出燃料的燃料排出口68，而且，为了对各MEA100均匀地进行燃料供给，设置了燃料流通引导部69。燃料被保持在罐内部70。

在燃料罐部29中使用了玻璃环氧树脂制造的、厚度为3mm的材料。中央的罐内部70的深度设为2mm。

图20表示在燃料电池1的制作中所使用的密封材料28a、28b的平面图。密封材料28a、28b配置在MEA100的上下，此时，MEA100的电极收纳在密封材料28a、28b上设置的孔72中，固体电解质膜103中从电极部分挤出的部分夹在密封材料28a、28b之间。通过成为这样的结构，将燃料和空气中的氧隔离，可以使燃料电池1良好地工作。在密封材料28a、28b上设置了串联连接突出部接触区域71，在该部分使正极集电板的正极串联连接突出部和负极集电板的负极串联连接突出部电气接触，将各MEA100串联连接。

在密封材料28a、28b中使用硅橡胶制造的、厚度为0.2mm的材料，用于收纳MEA100的电极的孔72的大小设为26mm×93mm。

以上各部件按照图3所示的顺序层压，使用螺栓32和螺母33进行一体化，将3个MEA100串联连接制作出燃料电池1。另外，在各MEA100上，在正极以及负极上安装了导体，将10Ω的电阻以及开关与这些导体连接，可以将正极-负极间导通。

<除氢装置的制作>

接着，制作出图5所示的构造的除氢装置3。在第2MEA200中使用了图21A、B所示的结构的MEA。图21A是MEA200的平面图，图21B是MEA200的截面图，在图21B中为易于理解各构成要素而省略了表示是截面的斜线。在MEA200的正极、负极以及固体电解质膜中，使用了与燃料电池1的第1MEA100中的正极、负极以及固体电解质膜相同的材料。各电极的大小设为30mm×60mm，固体电解质膜的大小设为34mm×64mm。

图22表示在除氢装置3的制作中所使用的正极集电板42的平面图。在图22中，73是用于通过螺栓50和螺母51固定除氢装置3的正极集电板42、负极集电板43以及罐部45的螺纹孔。另外，在正极集电板42的端部连接了正极导线46。

在正极集电板42中使用了在镍上实施了镀金的、厚2mm的板。在正极集电板42上，以与MEA200的正极扩散板201对应的方式，作为空气孔42a，分别在上下配置4个、在左右配置15个，共配置了60个1×13mm的长方形的孔。负极集电板43也是与正极集电板42相同的形状、材质。即，集电板中的开口，在正极成为空气孔42a，在负极成为图5所示的氢导入孔43a。

图23A、B、C表示在除氢装置3的制作中所使用的罐部45。图23A是罐部45的平面图，图23B是图23A的IV-IV线截面图，图23C是图23A的V-V线截面图。为了保持从氢制造装置2流入除氢装置3的氢并向MEA200的负极供给上述氢，而设置罐部45，其具备用于供给氢的氢供给口75、和用于排出氢的氢排出口76。氢被保持在罐内部74中。在图23A中，73是螺纹孔。

在罐部45中使用了由玻璃环氧树脂制作的、厚3mm的罐。中央的罐内部74的深度为2mm。

图24表示在除氢装置3的制作中使用的密封材料44的平面图。密封材料44由硅橡胶制作，厚度为0.2mm，为了收纳MEA200的电极，形成了31mm×61mm的大小的孔77。在图24中73为螺纹孔。

按照图5所示的顺序将以上各部件层压，使用螺栓50和螺母51进行了一体化。而且，在正极集电板42以及负极集电板43上分别安装了正极导线46以及负极导线47，在这些导线上连接20mΩ的电阻48以及开关49，可以导通MEA200的正极-负极间。

<氢制造装置的制作>

然后，制作出图4所示的结构的作为氢供给源的氢制作装置2。在氢发生物质容纳容器34中使用了内容积为50cm³的聚丙烯制作的棱柱形的容器。在供水管38、氢导出管39、40以及水回收管41中使用了内径为2mm、外径为3mm的聚丙烯制作的管。在氢发生物质容纳容器34中装入了作为氢发生物质的平均颗粒直径为3μm的铝粉19.7g、和作为发热物质的氧化钙2.5g的混合物。在水容纳容器35中使用内容积为50cm³的聚丙烯制作的棱柱形的容器，在其中装入了45g水。在冷凝水分离器37中使用了内容积30cm³的聚丙烯制作的棱柱形的容器。

<燃料电池发电系统的组装>

使用以上的燃料电池1、氢制造装置2以及除氢装置3，组装出图25所示的结构的燃料电池发电系统。图25所示的燃料电池发电系统，除了使用3个MEA100、未设置断流阀7以外，是与图2所示的燃料电池发电系统相同的结构。在将燃料电池1和除氢装置3之间连接的氢供给管(图5中的氢供给管40b)中，使用了内径为2mm、外径为3mm的聚丙烯制作的管。

<发电试验>

使用上述燃料电池发电系统在25℃进行了发电试验。通过氢制造装置2的供水泵36向氢发生物质容纳容器34供给水容纳容器35内的水35a来产生氢，将氢供给到燃料电池1。通过外部负荷4，以2.0V的恒定电压使燃料电池1工作，进行了4小时的发电。在发电结束后切断外部负荷4，进一步停止供水泵36的供水，同时将除氢装置3的开关49接通。另外，在各MEA100中设置的开关(s)也同时接通，使MEA100的正极和负极电气导通。第二天，拆下氢发生物质容纳容器34以及水容纳容器35，重新在各容器中再投入相同量的氢发生物质以及水，在与上述相同的条件下再次开始发电。每天重复实施该试验。

(比较例1)

除了未设置除氢装置3以外，与实施例1同样地制作燃料电池发电系统，在与实施例1相同的条件下重复实施发电试验。

关于实施例1以及比较例1的燃料电池发电系统，以第1次发电试验的发电输出作为基准，测定了直到发电输出降低到第1次发电输出的80％为止可以重复的发电试验的次数。表1表示其结果。

[表1]

	发电试验的重复次数
		实施例1	94次
比较例1	14次

如表1所示，在实施例1的燃料电池发电系统中，可以维持第1次的发电输出的80％以上的发电次数为94次。另一方面，在比较例1的燃料电池发电系统中为14次。如在实施例1和比较例1的燃料电池发电系统中采用的氢供给源那样，在氢发生物质和水反应来发生氢的方式的氢供给源的情况下，在停止氢发生物质和水的接触后，氢仍然继续产生一会儿。在比较例1的燃料电池发电系统中，由于没有除氢装置，因此长时间向燃料电池供给氢。因此，认为在比较例1中，在正极以及负极发生触媒颗粒的成长和碳颗粒的氧化等，劣化加深。另一方面，在实施例1的燃料电池发电系统中，通过除氢装置抑制了上述劣化，因此认为与比较例1的燃料电池发电系统相比，可以更长时间地维持燃料电池的特性。

(实施例2)

在实施例1的燃料电池发电系统中，在将除氢装置3和燃料电池1连接的燃料流路中设置了流路切换部，而且在燃料电池1中设置了逆流防止阀，由此构成与图7所示的燃料电池发电系统相同的系统。但是，在本实施例的系统中使用3个MEA100，未设置断流阀7。

<发电试验>

使用实施例2的燃料电池发电系统在25℃进行发电试验。通过氢制造装置2的供水泵36向氢发生物质容纳容器34供给水容纳容器35内的水35a来产生氢，将氢供给到燃料电池1。通过外部负荷4，以2.0V的恒定电压使燃料电池1工作，进行了4小时的发电。在发电结束后切断外部负荷4，进一步停止供水泵36的供水，同时将除氢装置3的开关49接通。另外，在各MEA100中设置的开关(s)也同时接通，使MEA100的正极和负极电气导通。而且，当燃料电池1的各MEA100的电压变为1V以下时，使流路切换部5工作来切换流路。

(实施例3)

除了不使在燃料电池1的各MEA100中设置的开关(s)工作以外，与实施例2同样地进行了发电试验。

(实施例4)

除了不使流路切换部5工作以外，与实施例3同样地进行了发电试验。

(比较例2)

在比较例1的燃料电池系统中，除了未进一步使各MEA100中设置的开关(s)工作以外，与实施例1同样地进行了发电试验。

在实施例2～4以及比较例2的发电试验中，在燃料电池1的工作停止后，即关闭外部负荷4后，测定燃料电池1的电压变化，求出电压下降到1.5V为止所需的时间。表2表示其结果。

[表2]

	电压下降所需时间
		实施例2	20秒
实施例3	80秒
		实施例4	80秒
比较例2	1000秒以上

在供水泵36停止后，从氢制造装置2向燃料电池1侧的氢供给仍持续一会儿，因此如表2所示，在不具备除氢装置3的比较例2的燃料电池发电系统中，电压下降需要相当长的时间。另一方面，在具有除氢装置3的实施例2～实施例4的燃料电池发电系统中，通过除氢装置3大幅度减少了流入燃料电池1内的氢，因此在短时间内降低了燃料电池1的电压。尤其在除氢中也利用了燃料电池1的各MEA100的实施例2的燃料电池发电系统中，可以以更短时间进行剩余氢的处理。

在实施例2以及实施例3的燃料电池发电系统中，通过流路切换部5的工作防止了氢流入燃料电池1，但在不使流路切换部5工作的实施例4的燃料电池发电系统中，短时间内，未通过除氢装置3消耗的氢继续流入了燃料电池1。因此，优选根据除氢装置的能力同时使用除氢装置和流路切换部。

(实施例5)

在实施例1的燃料电池发电系统中，在氢制造装置2和除氢装置3之间设置断流阀7，而且在燃料电池1中设置逆流防止部58a、58b，由此构成了图26所示的燃料电池发电系统。作为逆流防止部58a、58b而使用了止回阀。另外，使逆流防止部58a、58b的两端的通气路径分别汇合来作为通气路径57、81，为了测定经由逆流防止部58a、58b出入的气体的流速，在通气路径81上连接了质量流量计82。在质量流量计82中使用了KOFLOC公司制造的“质量流量MODEL3660”。

<发电试验>

使用实施例5的燃料电池发电系统在25℃进行了发电试验。通过氢制造装置2的水供给泵36将水容纳容器35内的水35a向氢发生物质容纳容器34供给来产生氢，将氢供给到燃料电池1。通过外部负荷4，以2.0V的恒定电压使燃料电池1工作，进行了4小时发电。在从发电开始起40分钟后，开始测定燃料电池1的氢制造装置2侧的MEA100的电压值(A)、和通气路径57侧的MEA100的电压值(B)，将测定持续200秒时间。

另外，在从发电开始起500秒后，通过质量流量计82开始测定出入燃料电池1的气体的流速，持续测定直到从发电开始起3000秒后。图27表示上述发电试验中的、出入燃料电池1的气体的流速的时间变化。另外，图28表示燃料电池1的氢制造装置2侧的MEA100的电压值(A)以及通气路径57侧的MEA100的电压值(B)的变化。通过以开始监控时的值为基准的相对值来表示了各个电压值。

在设置了止回阀(逆流防止部58a、58b)的实施例5的系统中可知，如图27所示，气体的流速整体上稳定，另一方面，在瞬间有较大压力变化的情况下开阀来通过气体，有效地抑制了压力变化。因此，如图28所示，可以使燃料电池1稳定地工作。为了比较，图29中表示不设置逆流防止部58a、58b，而将通气路径57和81直接连接而构成的燃料电池发电系统中的气体的流速的时间变化，可知气体的流速整体上偏向负侧，同时大幅度变化，由于供给到燃料电池1内的氢的压力变化，燃料电池1的内压容易变化。因此，燃料电池1的输出容易受到向燃料电池1内供给的氢的压力变化的影响。

本发明，在不超出其主旨的范围内，也可以实施为上述以外的形态。本申请中公开的实施方式作为一例，不限定于此。本发明的范围，与上述说明书的记载相比，优先解释附加的请求保护范围的记载，在与请求保护范围等同范围内的全部变更，包含在请求保护的范围内。

产业上的可利用性

在本发明的燃料电池发电系统中，可以通过比较简单的机构抑制燃料电池的工作停止时由于氢导致的燃料电池的劣化，因此也容易进行系统的小型化。从而，本发明的燃料电池发电系统，以功能强大的便携式电子设备的电源用途为代表，可以良好地用于应用现有燃料电池的各种用途。

Claims (12)

1.一种燃料电池发电系统，其包含燃料电池和向所述燃料电池供给氢的燃料流路，所述燃料电池包含第1膜电极接合体，该第1膜电极接合体包含对氧进行还原的正极、对氢进行氧化的负极、和配置在所述正极和所述负极之间的固体电解质膜，所述燃料电池发电系统的特征在于，

所述燃料电池含有多个所述第1膜电极接合体，

在所述燃料流路上连接了除氢装置，其能够除去在所述系统内部存在的至少一部分氢。

2.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

所述除氢装置包含第2膜电极接合体，该第2膜电极接合体包含对氧进行还原的正极、对氢进行氧化的负极、和配置在所述正极和所述负极之间的固体电解质膜。

3.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

在所述燃料电池的工作时，通过所述除氢装置能够调整向所述燃料电池供给的氢流量。

4.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

能够使所述第1膜电极接合体的所述正极和所述负极电气导通。

5.根据权利要求2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

能够使所述第2膜电极接合体的所述正极和所述负极电气导通。

6.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

还包含流路切换部，其能够切换向所述燃料电池的氢的流入和外部空气的取入，

所述流路切换部配置在所述燃料电池和所述除氢装置之间的所述燃料流路中。

7.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

还包含流路切换部，其能够切换向所述燃料电池的氢的流入和外部空气的取入，

所述流路切换部配置在所述燃料电池和所述除氢装置之间的所述燃料流路中，

在至少一个所述第1膜电极接合体的电压降低到1V以下后，使所述流路切换部工作来将外部空气取入到所述系统的内部。

8.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

还包含流路切换部，其能够切换向所述燃料电池的氢的流入和外部空气的取入，

所述流路切换部配置在所述燃料电池和所述除氢装置之间的所述燃料流路中，

在全部所述第1膜电极接合体的电压在0.2V以上的状态下，使所述流路切换部工作来将外部空气取入到所述系统的内部。

9.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

还包含逆流防止部，

所述逆流防止部能够使所述燃料电池内部的剩余的氢放出到外部。

10.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

还包含逆流防止部，

所述逆流防止部能够将外部空气取入到燃料电池的内部。

11.根据权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于

还包含氢供给源。

12.根据权利要求11所述的燃料电池发电系统，其特征在于，

所述氢供给源是与水反应来产生氢的氢发生物质。

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