燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，其向燃料电池供给阳极气体及阴极气体而进行发电，该燃料电池系统具有：控制阀，其控制供给至燃料电池的阳极气体的压力；缓冲部，其存储从燃料电池排出的阳极尾气；排气阀，其调节从缓冲部排出的阳极尾气的流量；脉动运转单元，其对应于燃料电池的负载而增大与控制阀相比更靠近下游的阳极气体的压力，并使其发生变动；以及排气单元，其对应于燃料电池的负载而控制所述排气阀的开度，排气单元在燃料电池的负载降低的下降过渡运转时，使对应于燃料电池的负载而被控制的所述排气阀的开度增大。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种燃料电池系统，其向燃料电池供给阳极气体及阴极气体而进行发电，该燃料电池系统具有：控制阀，其控制供给至燃料电池的阳极气体的压力；缓冲部，其存储从燃料电池排出的阳极尾气；排气阀，其调节从缓冲部排出的阳极尾气的流量；脉动运转单元，其对应于燃料电池的负载而增大与控制阀相比更靠近下游的阳极气体的压力，并使其发生变动；以及排气单元，其对应于燃料电池的负载而控制所述排气阀的开度，排气单元在燃料电池的负载降低的下降过渡运转时，使对应于燃料电池的负载而被控制的所述排气阀的开度增大。【专利说明】燃料电池系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统。
技术介绍
在JP2007 - 517369A中，作为现有的燃料电池系统，记载有下述技术，即，在阳极气体供给通路中设置常闭螺线管阀，在阳极气体排出通路中从上游依次设置常开螺线管阀和缓冲罐(循环罐)。 该现有的燃料电池系统，是不使向阳极气体排出通路排出的未使用的阳极气体返回至阳极气体供给通路的阳极气体非循环型的燃料电池系统，通过周期性地对常闭螺线管阀及常开螺线管阀进行开闭，从而使积蓄在缓冲罐中的未使用的阳极气体逆流至燃料电池系统而进行再利用。
技术实现思路
但是，在上述现有的燃料电池系统中，在向燃料电池堆施加的负载(以下称为“电池堆负载”)降低后的过渡运转时(以下称为“下降过渡运转时”)，由于来自缓冲罐的阳极尾气的逆流，可知会在燃料电池堆内部的阳极气体流路内产生阳极气体浓度局部地变低的部分的问题。 本专利技术就是着眼于上述问题而提出的，其目的在于在下降过渡运转时，抑制在阳极气体流路内产生阳极气体浓度局部地变低的部分。 根据本专利技术的某个方式，提供一种燃料电池系统，其向燃料电池供给阳极气体及阴极气体而进行发电，该燃料电池系统具有:控制阀，其控制向燃料电池供给的阳极气体的压力；缓冲部，其存储从燃料电池排出的阳极尾气；排气阀，其调节从缓冲部排出的阳极尾气的流量；脉动运转单元，其对应于燃料电池的负载而增大与控制阀相比更靠近下游的阳极气体的压力，并且使其发生变动；以及排气单元，其对应于燃料电池的负载而控制所述排气阀的开度，排气单元在燃料电池的负载降低的下降过渡运转时，使对应于燃料电池的负载而被控制的排气阀的开度增大。 下面，参照附图，对本专利技术的实施方式、本专利技术的优点进行详细地说明。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术的第I实施方式所涉及的燃料电池的概略斜视图。 图2是图1的燃料电池的I1-1I剖面图。 图3是本专利技术的第I实施方式所涉及的阳极气体非循环型的燃料电池系统的概略结构图。 图4是对燃料电池系统的运转状态为恒定的稳定运转时的脉动运转进行说明的图。 图5是对本专利技术的第I实施方式所涉及的脉动运转控制进行说明的流程图。 图6是对本专利技术的第I实施方式所涉及的通常运转处理进行说明的流程图。 图7是基于电池堆负载而计算排气阀的通常目标开度的图表。 图8是对本专利技术的第I实施方式所涉及的下降过渡运转处理进行说明的流程图。 图9是基于电池堆负载而设定排气阀的下降过渡目标开度的图表。 图10是对本专利技术的第I实施方式所涉及的脉动运转控制的动作进行说明的时序图。 图11是对本专利技术的第I实施方式所涉及的脉动运转控制的效果进行说明的图。 图12是对本专利技术的第2实施方式所涉及的脉动运转控制进行说明的流程图。 图13是对本专利技术的第2实施方式所涉及的下降过渡运转处理进行说明的流程图。 图14是对本专利技术的第2实施方式所涉及的脉动运转控制的动作进行说明的时序图。 图15A是对应于下降过渡运转前的缓冲罐内的阳极气体浓度，对以相同时间实施了下降过渡运转的情况下的下降过渡运转后的阳极气体流路内的阳极气体的浓度分布进行比较后的图。 图15B是对应于下降过渡运转前的缓冲罐内的阳极气体浓度，对以相同时间实施了下降过渡运转的情况下的下降过渡运转后的阳极气体流路内的阳极气体的浓度分布进行比较后的图。 图16是对本专利技术的第3实施方式所涉及的下降过渡运转处理进行说明的流程图。 图17是表示下降过渡运转刚结束后的阳极气体流路内的阳极气体的浓度分布的图。 图18是表示沉淀点从阳极气体流路外出现后的阳极气体流路内的阳极气体的浓度分布的图。 图19是对本专利技术的第4实施方式所涉及的下降过渡运转处理进行说明的流程图。 图20是表示在下降过渡运转时将调压阀完全关闭，使阳极压力降低至下限值为止的情况下的阳极压力的变化的时序图。 图21是对在阳极气体流路的内部，部分局部地发生阳极气体浓度比其他部位低的原因进行说明的图。 【具体实施方式】 (第I实施方式) 作为燃料电池，利用阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹持电解质膜，通过向阳极电极供给含有氢气的阳极气体(燃料气体)，向阴极电极供给含有氧气的阴极气体(氧化剂气体)而进行发电。在阳极电极及阴极电极的两个电极上进行的电极反应如下述所示。 阳极电极:2H2— 4H++4e-…(I) 阴极电极:4H++4e、02— 2H20 …(2) 通过上述(I)及(2)的电极反应，燃料电池产生I伏程度的电动势。 图1及图2是对本专利技术的第I实施方式所涉及的燃料电池10的结构进行说明的图。图1是燃料电池10的概略斜视图。图2是图1的燃料电池10的I1-1I剖面图。 通过燃料电池10,通过在膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly;以下称为“MEA”)11的正反两面配置阳极隔膜12和阴极隔膜13而构成。 MEAll具有电解质膜111、阳极电极112、阴极电极113。MEAll在电解质膜111的一个侧面上具有阳极电极112，在另一个侧面上具有阴极电极113。 电解质膜111是由氟类树脂形成的具有质子传导性的离子交换膜。电解质膜111在湿润状态下表现出良好的导电性。 阳极电极112具有催化剂层112a和气体扩散层112b。催化剂层112a与电解质膜111接触。催化剂层112a由钼或承载有钼等的炭黑粒子形成。气体扩散层112b设置在催化剂层112a的外侧(电解质膜111的相反侧)，与阳极隔膜12接触。气体扩散层112b由具有充分的气体扩散性及导电性的部件形成，例如由碳纤维构成的线编织成的碳布形成。 阴极电极113也与阳极电极112相同地，具有催化剂层113a和气体扩散层113b。 阳极隔膜12与气体扩散层112b接触。阳极隔膜12在与气体扩散层112b接触的一侧具有多个槽状的阳极气体流路121，它们用于向阳极电极112供给阳极气体。 阴极隔膜13与气体扩散层113b接触。阴极隔膜13在与气体扩散层113b接触的一侧具有多个槽状的阴极气体流路131，它们用于向阴极电极113供给阴极气体。 流过阳极气体流路121的阳极气体和流过阴极气体流路131的阴极气体彼此平行地沿同一方向流动。也可以彼此平行地沿相反方向流动。 在将上述燃料电池10作为汽车用动力源使用的情况下，由于要求的电力很大，因此，将数百片的燃料电池10层叠而作为燃料电池堆使用。并且，构成向燃料电池堆供给阳极气体及阴极气体的燃料电池系统，输出车辆驱动用的电力。 图3是本专利技术的第I实施方式所涉及的阳极气体非循环型的燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其向燃料电池供给阳极气体及阴极气体而使其发电，其中，该燃料电池系统具有：控制阀，其控制向所述燃料电池供给的阳极气体的压力；缓冲部，其存储从所述燃料电池排出的阳极尾气；排气阀，其调节从所述缓冲部排出的阳极尾气的流量；脉动运转单元，其对应于所述燃料电池的负载，增大与所述控制阀相比更靠近下游的阳极气体的压力，并且使其发生变动；以及排气单元，其对应于所述燃料电池的负载而控制所述排气阀的开度，所述排气单元，在所述燃料电池的负载降低的下降过渡运转时，使对应于所述燃料电池的负载而被控制的所述排气阀的开度增大。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：池添圭吾，筑后隼人，富田要介，市川靖，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP