[发明专利]燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。

背景技术

以往，已知如下一种燃料电池系统：在负极气体供给通路上设置有常闭电磁阀，在负极气体排出通路上从上游起依次设置有常开电磁阀和回收罐(缓冲罐)(参照JP2007-517369A)。公开了以下内容：该燃料电池系统是不使排出到负极气体排出通路的未使用的负极气体返回负极气体供给通路的负极气体非循环型的燃料电池系统，将常闭电磁阀和常开电磁阀周期性地开闭。

发明内容

一般来说，需要使燃料电池的负极压力与负荷相应地提高。当在此前提下通过驱动器等要求从高负荷运转转向低负荷运转时，在负极排气非循环型的燃料电池系统中有可能发生如下的问题。

在从高负荷状态转变为低负荷状态的情况下，需要使负极压力降低到与负荷相应的压力。此时，可知负极气体系统的压力会由于与负荷相应的发电而通过负极气体的消耗来降低，但是由于堆的发电区域内的负极气体的消耗而发电区域的压力降低。随之，含有杂质的负极气体从压力相对高的缓冲罐反流到发电区域，从而在燃料电池内部的负极气体流路内产生局部上负极气体浓度变低的点。在该点，存在反应所需的负极气体不足而发电效率降低的可能性。

在这种情况下，希望增大设置于缓冲罐后的用于将负极排气排出到大气的放气阀的开度来大量地放气，由此抑制含有杂质的负极气体的反流。然而，本申请发明人发现到，在考虑成本而采用开/关阀的情况下，若为了解决上述问题而增大放气阀开度，则存在稳定地进行脉动运转时的放气量过大而过量地舍弃负极排气的担忧。

因此，本发明的目的在于提供如下一种技术：在要求从高负荷运转转变为低负荷运转的下降过渡时，即使是开/关阀，也能够抑制因含有杂质的负极气体从缓冲罐反流而导致的发电区域内的负极气体浓度降低。

一个实施方式中的燃料电池系统具备控制负极气体的压力的压力调节阀以及控制从燃料电池排出的负极排气的排出量的放气阀。在该燃料电池系统中，放气阀构成为能够将开口面积以至少两个梯级进行变更。而且，该燃料电池系统还具备：脉动运转控制单元，其对压力调节阀进行控制，使得负荷高时的燃料电池内的负极气体压力比负荷低时的燃料电池内的负极气体压力高，并且使燃料电池内的负极气体压力在规定的负荷下周期性地增减；以及放气阀控制单元，其使下降过渡运转时使用的放气阀的开口面积比其它运转时使用的放气阀的开口面积大。

下面参照附图来详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。

附图说明

图1A是用于说明第一实施方式中的燃料电池系统的结构的图，是燃料电池的立体图。

图1B是用于说明第一实施方式中的燃料电池系统的结构的图，是图1A的燃料电池的1B-1B剖视图。

图2是第一实施方式中的负极气体非循环型的燃料电池系统的概要结构图。

图3是说明燃料电池系统的运转状态为固定的稳定运转时的脉动运转的图。

图4是脉动运转控制的流程图。

图5是表示在下降过渡运转时使压力调节阀完全闭合来使负极压力降低到下限压力的情况下的负极压力的变化的时序图。

图6是用于说明在负极气体流路的内部产生局部上负极气体浓度低于他处的部分的理由的图。

图7是由第一实施方式中的燃料电池系统进行的下降过渡运转时的放气阀的开闭控制的流程图。

图8是表示第一实施方式中的燃料电池系统中放气阀的开闭、放气阀的开闭、负极压力、负荷的时间变化的时序图的一例。

图9是在下降过渡运转中进行也同时打开放气阀的控制的情况下的时序图的一例。

图10是由第二实施方式中的燃料电池系统进行的下降过渡运转时的放气阀的开闭控制的流程图。

图11是表示第二实施方式中的燃料电池系统中放气阀的开闭、放气阀的开闭、负极压力、负荷的时间变化的时序图的一例。

图12是第三实施方式中的燃料电池系统的概要结构图。

图13是由第三实施方式中的燃料电池系统进行的下降过渡运转时的放气阀的开闭控制的流程图。

图14是表示第三实施方式中的燃料电池系统中放气阀的开闭、放气阀的开闭、气体压力、负荷的时间变化的时序图的一例。

具体实施方式

-第一实施方式-