[发明专利]气体泄漏探测装置和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于探测燃料电池系统中的燃料气体泄漏的方法和装置。

背景技术

最近，燃料电池作为新的能源被受到关注。燃料电池使用氧气和适当的燃料气体如氢气产生电力。典型的燃料电池系统包括燃料气体供应通道、燃料气体排放通道以及气体循环通道。燃料气体通过燃料气体供应通道提供给燃料电池。燃料气体通过燃料气体排放通道从燃料电极(下面，称为“阳极”)排出(排放)。排出的燃料气体通过气体循环通道回流到燃料气体供应通道。下面，燃料气体供应通道、燃料气体排放通道、气体循环通道以及燃料气体可以通过的其他通道将被共同地称为“阳极系统通道”。

可以探测阳极系统通道中的燃料气体泄漏的技术是已知的。在日本专利申请公开号JP2004-281132A(下面，称为“JP2004-281132A)中公开了这种技术的例子。具体，JP2004-281132A描述了通过将由氢气流量计(HFM)等等所探测的阳极系统通道中流动的燃料气体量与由燃料电池产生电力而消耗的燃料气体量、通过燃料电池的电解质膜片从阳极系统通道流到氧电极的燃料气体量以及通过燃料气体排放通道的排出的(排放的)气体量相比较，来探测气体泄漏。

亦即，根据JP2004-281132A的公开，通过将探测的阳极系统通道中流动的燃料气体量与1)由燃料电池产生电力消耗，2)从阳极系统通道通过燃料电池的电解质膜片流到氧电极，以及3)通过燃料气体排放通道排出(排放)的燃料气体量相比较，探测气体泄漏，因为这些是导致阳极系统通道中流动的燃料气体的探测量波动的因数。但是，JP2004-281132A中公开的技术未考虑可能导致阳极系统通道中流动的燃料气体量波动的其他因数，因此该技术降低了气体泄漏探测的精确度。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以提高探测燃料电池中的燃料气体泄漏的精确度的技术。

本发明的第一方面涉及一种用于探测燃料电池系统中的燃料气体泄漏的气体泄漏探测装置。该燃料电池系统包括燃料电池、燃料气体供应源、供应通道、排放通道以及放气阀。燃料气体通过供应通道从燃料气体供应源提供给燃料电池。燃料气体通过排放通道从燃料电池排出。在排放通道中设置放气阀，该放气阀调整从燃料电池排出的燃料气体量。气体泄漏探测装置包括供应通道中的供应量探测器，该供应量探测器探测供应的燃料气体量。该供应通道包括位于供应量探测器下游的第一通道。该燃料电池包括通过其流动燃料气体的第二通道。该排放通道包括位于放气阀上游的第三通道。该气体泄漏探测装置还包括消耗量计算器、压力探测器、变化量计算器、差量计算器以及燃料气体泄漏探测器。该消耗量计算器计算由燃料电池消耗的燃料气体量。该压力探测器探测该气体泄漏探测通道中的燃料气体的压力，该气体泄漏探测通道包括第一通道、第二通道和第三通道。该变化量计算器使用探测的压力获得燃料气体的压力变化，以及计算由于燃料气体的压力变化而引起的气体泄漏探测通道中的燃料气体的变化量。该差量计算器通过从供应的燃料气体量减去消耗的燃料气体量和气体泄漏探测通道中的燃料气体的变化量，计算供应的燃料气体的探测量与消耗的燃料气体量和气体泄漏探测通道中的燃料气体变化量之和之间的差异。当该差异等于或大于第一预定值时，该燃料气体泄漏探测器判定气体泄漏探测通道中存在燃料气体泄漏。

具有上述结构的气体泄漏探测装置可以准确地判定是否存在燃料气体泄漏，即使当由于燃料电池的工作状态变化而引起气体泄漏探测通道中的燃料气体的压力变化时。

该气体泄漏探测通道也可以包括循环通道。在供应量探测器的位置下游，循环通道的一端被连接到供应通道，以及循环通道的另一端被连接到排放通道。该燃料气体通过循环通道从排放通道回流到供应通道，以便可以重复利用该燃料气体。

利用该结构，该气体泄漏探测装置可以探测循环通道中存在的任意燃料气体泄漏。

该燃料电池系统可以包括在循环通道中设置的循环泵，该循环泵从排放通道传送燃料气体到供应通道。该气体泄漏探测装置可以包括用于校正由供应量探测器探测的供应燃料气体量以降低由循环泵产生的脉动影响的校正部分。该差量计算器通过从供应的燃料气体的校正量中减去消耗的燃料气体量和气体泄漏探测通道中的燃料气体的变化量计算该差值。

该结构降低由于循环泵的脉动而引起的由供应量探测器探测的供应燃料气体的变化量。因此，该供应量探测器可以准确地探测供应的燃料气体量。