[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

在日本JP2007-517369A中，作为以往的燃料电池系统，公开了一种在负极(anode)气体供给通路上设置有常闭电磁阀、并且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缓冲罐(回收罐)的燃料电池系统。该以往的燃料电池系统是不使被排出到负极气体排出通路的未使用的负极气体返回到负极气体供给通路的负极气体非循环型的燃料电池系统，通过实施周期性地开闭常闭电磁阀和常开电磁阀的脉动运转，使蓄积在缓冲罐中的未使用的负极气体反流到燃料电池堆从而再利用。然后，将积存在缓冲罐内的氮等杂质经由设置于比缓冲罐更靠下游的负极气体排出通路的第二常开电磁阀排出到系统外部。

发明内容

发明要解决的问题

在实施脉动运转的情况下，在燃料电池系统启动时、之后的通常运转中，需要将积存在缓冲罐内的氮等杂质快速地从缓冲罐内排出到系统外部。

当前设计出了以下系统：将用于将缓冲罐内的气体排出到系统外部的通路(放气通路)连接在燃料电池堆与缓冲罐之间。在这种系统的情况下，已知若不适当地控制负极系统内的压力，就无法将缓冲罐内的气体从放气通路排出到系统外部，反之，从燃料电池堆排出的浓度比较高的负极气体会从放气通路排出到系统外部。因此，已知存在以下的问题：无法将积存在缓冲罐内的氮等杂质快速地排出到系统外部，无法使缓冲罐内的负极气体浓度(氢浓度)快速地升高。

本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于将积存在缓冲罐内的氮等杂质快速地排出到系统外部，使缓冲罐内的负极气体浓度(氢浓度)快速地升高。

用于解决问题的方案

根据本发明的某个方式，提供了一种将负极气体和正极气体供给到燃料电池来进行发电的燃料电池系统。而且，该燃料电池系统的特征在于，具备：控制阀，其控制燃料电池内的负极气体的压力；缓冲部，其蓄积从燃料电池排出的负极排气；排气排出通路，其将燃料电池与缓冲部进行连接；放气通路，其与排气排出通路连接；放气阀，其设置于放气通路；放气单元，其打开放气阀来将缓冲部的气体排出到燃料电池系统的外部；以及压力控制单元，其使燃料电池内的负极气体的压力从第一规定压力下降来使缓冲部的气体反流到燃料电池侧。

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是本发明的第一实施方式的燃料电池的概要立体图。

图1B是图1A的燃料电池的IB-IB剖视图。

图2是本发明的第一实施方式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是说明本发明的第一实施方式的燃料电池系统的控制的流程图。

图5是说明启动放气运转处理的流程图。

图6是说明启动放气准备处理的流程图。

图7是说明启动放气处理的流程图。

图8是基于代表温度和大气压来计算启动放气结束时间ttp的对应图。

图9是说明减压处理的流程图。

图10是说明压力保持处理的流程图。

图11是说明升压处理的流程图。

图12是说明启动放气结束处理的流程图。

图13是表示本发明的第一实施方式的燃料电池系统的控制动作的时序图。

图14是本发明的第二实施方式的负极气体非循环型的燃料电池系统的概要结构图。

图15是说明稳定运转时的脉动运转的图。

图16是说明本发明的第二实施方式的脉动控制的流程图。

图17是基于目标输出电力来设定负极压力的上限压力和下限压力的表。

图18是说明本发明的第二实施方式的放气控制的流程图。

图19是说明本发明的第二实施方式的放气时间计算处理的流程图。

图20是基于电解质膜的温度和含水率来计算氮透过量的对应图。

图21是基于氮浓度来计算目标放气总流量的表。

图22是基于负极压力和目标放气总流量来计算放气时间的对应图。

图23是说明本发明的第二实施方式的放气控制的动作的时序图。

具体实施方式

(第一实施方式)