燃料电池系统以及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统以及其控制方法。燃料电池系统(10)具有气液分离器(38)、循环流路(42)、连接流路(56)、分配流路(60)。气液分离器(38)对经由燃料排气流路(22)流入的燃料排气进行气体与液体的分离。循环流路(42)将气液分离器(38)的气体排出口(40)与燃料气体供给流路(18)连通。连接流路(56)经由排水阀(58)来将气液分离器(38)的液体排出口(54)与氧化剂气体供给流路(26)连通。分配流路(60)经由开闭阀(62)来将燃料气体供给流路(18)与氧化剂气体供给流路(26)连通，或者将循环流路(42)与氧化剂气体供给流路(26)连通。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池系统以及其控制方法
本专利技术涉及对燃料电池的阳极电极以及阴极电极供给燃料气体以及氧化剂气体来进行发电的燃料电池系统以及其控制方法。
技术介绍
例如，固体高分子型的燃料电池具备在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方表面配设阳极电极而且在另一方表面配设阴极电极而成的电解质膜-电极结构体(MEA)。电解质膜-电极结构体被隔板夹持来构成发电单电池(单位电池)。通常，为了获得期望的发电能力，在将所需个数的发电单电池层叠成为电池堆的状态下，例如组装入燃料电池车辆等。关于这种燃料电池，例如约70℃～100℃为最适合发电的动作温度区域，但特别是在车载等用途中，也设想在冰点下等寒冷环境中起动的情形。该情况下，燃料电池的发电反应的速度变小与低温相当的量，因此仅靠该发电反应进行加热，达到燃料电池最适合的动作温度区域为止需要长时间。因而，即使在冰点下等起动的情况下，也应使燃料电池迅速地预热至上述的动作温度区域，例如日本特开2001-189164号公报提出的燃料电池系统的低温起动方法。该方法中，向阴极电极供给氧化剂气体，并且从燃料气体供给装置供给燃料气体，使得在阴极催化体处发生发热反应。专利文献1：日本特开2001-189164号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的主要目的在于提供燃料电池系统，该燃料电池系统在用于从流入燃料排气的气液分离器的液体排出口将排出排出流体的排水阀正常打开的情况下，能够有效地利用该排出流体来使燃料电池迅速地预热。本专利技术的其它目的在于提供上述的燃料电池系统的控制方法。用于解决问题的方案根据本专利技术的一实施方式，提供燃料电池系统，其经由燃料气体供给流路向燃料电池的阳极电极供给燃料气体并且经由氧化剂气体供给流路向所述燃料电池的阴极电极供给氧化剂气体来进行发电，所述燃料电池系统具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；气液分离器，所述燃料排气经由所述燃料排气流路流入该气液分离器，该气液分离器对该燃料排气进行气体与液体的分离；循环流路，其经由连接部来与所述燃料气体供给流路连接，由此将所述气液分离器的气体排出口与所述燃料气体供给流路连通；连接流路，其经由排水阀来将所述气液分离器的液体排出口与所述氧化剂气体供给流路连通；分配流路，其将所述燃料气体供给流路与所述氧化剂气体供给流路连通，或者将所述循环流路与所述氧化剂气体供给流路连通；以及开闭阀，其能够对所述分配流路进行开闭。该燃料电池系统中，向阳极电极供给燃料气体并且向阴极电极供给氧化剂气体，由此发生电化学反应(发电反应)。其结果是，从阳极电极向燃料排气流路排出燃料排气。该燃料排气包含在上述的发电反应中未被消耗的燃料气体的未消耗部分(以下简称为未消耗部分)、剩余的水等。从而，使燃料排气经由燃料排气流路流入到气液分离器，被分离了液体的水并且包含未消耗部分的排出气体从气体排出口向循环流路排出。循环流路经由连接部来与燃料气体供给流路连接。因此，能够经由循环流路以及燃料气体供给流路，将未消耗部分再次供给到阳极电极来用于发电反应。另一方面，气液分离器的液体排出口经由排水阀来与连接流路连接，由此通过打开排水阀，从该液体排出口向连接流路排出包含液体的水和未消耗部分的排出流体。这样，经由连接流路，使排出流体中包含的未消耗部分流入到氧化剂气体供给流路，由此能够使该未消耗部分与氧化剂气体一并供给到阴极电极。由此，能够在阴极催化体处发生发热反应。从而，除上述的发电反应的热以外，还能利用在阴极催化体处的发热反应的热对燃料电池进行加热，因此能够使燃料电池迅速地预热。另外，由于能够有效地利用通常向大气等放出的排出流体中包含的未消耗部分，由此能够使向燃料电池系统供给的燃料气体的利用效率提高。该情况下，也能够不需要用于在向大气等放出之前对排出流体中包含的未消耗部分进行稀释的设备等。另外，在例如因冻结等而使排水阀无法正常打开，排出流体中包含的未消耗部分无法供给到阴极电极的情况下，打开开闭阀，由此经由分配流路来使燃料气体供给流路或者循环流路与氧化剂气体供给流路连通。由此，代替排出流体，使向燃料气体供给流路供给的燃料气体、排出气体、它们的混合气体中的任一者包含的燃料气体与氧化剂气体一并供给到阴极电极，能够在阴极催化体处发生发热反应。从而，即使在排水阀没有正常打开的情况下，也能够对燃料电池进行迅速的预热。在上述的燃料电池系统中优选为，在所述连接部设置引射器，该引射器将向所述燃料气体供给流路供给的所述燃料气体、从所述气体排出口向所述循环流路排出的排出气体混合，经由电磁阀向所述引射器供给所述燃料气体，所述分配流路将所述燃料气体供给流路的比所述引射器靠下游侧与所述氧化剂气体供给流路连通。该情况下，当使开闭阀打开时，使引射器的下游侧的混合气体经由分配流路向氧化剂气体供给流路流通，由此在引射器的上游侧设置的电磁阀使向该引射器喷射的燃料气体的流量增大。由此，引射器产生的对排出气体的吸引力增大，因此即使不使用泵等也能够提高在燃料气体供给流路的引射器的下游侧、燃料排气流路、循环流路循环的气体的循环效率。其结果是，能够以简单的结构促进发电反应，能够迅速地进行燃料电池的预热。在上述的燃料电池系统中优选为，还具备控制部，该控制部能够对所述开闭阀以及所述排水阀进行开阀指示或者闭阀指示，所述控制部在所述燃料电池的预热开始时对所述排水阀进行开阀指示。在根据该开阀指示而排水阀打开的情况下，能够有效地利用排出流体使燃料电池迅速地预热。在上述的燃料电池系统中优选为，所述控制部在判定为进行了开阀指示的所述排水阀没有打开的情况下，对所述开闭阀进行开阀指示。该情况下，代替排出流体，能够利用向燃料气体供给流路供给的燃料气体、排出气体、它们的混合气体中的任一者包含的燃料气体使燃料电池迅速地预热。在上述的燃料电池系统中优选为，还具备压力传感器，该压力传感器检测在所述燃料气体供给流路的比所述连接部靠下游侧、所述燃料排气流路、所述循环流路循环的气体的压力，所述控制部基于所述压力传感器的检测结果判定进行了开阀指示的所述排水阀是否打开。这样，基于压力传感器的检测结果，能够容易并且高精度地判定排水阀实际上是否打开。在上述的燃料电池系统中优选为，还具备温度传感器，该温度传感器能够测定所述燃料电池的温度，所述控制部调整对所述燃料气体供给流路供给的所述燃料气体的供给量，使得通过对所述排水阀以及所述开闭阀双方、或者仅对所述排水阀进行开阀指示而上升的所述温度传感器的检测结果的上升率处于规定的范围内。例如，当在排水阀打开的状态下调整对燃料气体供给流路供给的燃料气体的供给量时，能调整从液体排出口排出的排出流体中包含的未消耗部分的量。由此，调整向阴极电极供给的未消耗部分的量，由此能够调整在阴极催化体处的发热反应产生的发热量。另一方面，当在开闭阀打开的状态下调整对燃料气体供给流路供给的燃料气体的供给量时，能调整经由分配流路向阴极电极供给的燃料气体的量。从而，该情况下，也能够调整在阴极催化体处的发热反应产生的发热量。也就是说，通过调整燃料气体的供给量使得燃料电池系统的温度的上升率处于规定的范围内，由此能够使燃料电池系统以既不过度又无不足的升温率进行加热，因此能够在期望的时间内良好地进行燃料电池的预热。根据本专利技术的另一实施方式，提供燃料电池系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，经由燃料气体供给流路向燃料电池的阳极电极供给燃料气体并且经由氧化剂气体供给流路向所述燃料电池的阴极电极供给氧化剂气体来进行发电，所述燃料电池系统具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；气液分离器，所述燃料排气经由所述燃料排气流路流入该气液分离器，该气液分离器对该燃料排气进行气体与液体的分离；循环流路，其经由连接部来与所述燃料气体供给流路连接，由此来将所述气液分离器的气体排出口与所述燃料气体供给流路连通；连接流路，其经由排水阀来将所述气液分离器的液体排出口与所述氧化剂气体供给流路连通；分配流路，其将所述燃料气体供给流路与所述氧化剂气体供给流路连通，或者将所述循环流路与所述氧化剂气体供给流路连通；以及开闭阀，其能够对所述分配流路进行开闭。

【技术特征摘要】
2017.12.21 JP 2017-2451221.一种燃料电池系统，经由燃料气体供给流路向燃料电池的阳极电极供给燃料气体并且经由氧化剂气体供给流路向所述燃料电池的阴极电极供给氧化剂气体来进行发电，所述燃料电池系统具备：燃料排气流路，其使从所述阳极电极排出的燃料排气流通；气液分离器，所述燃料排气经由所述燃料排气流路流入该气液分离器，该气液分离器对该燃料排气进行气体与液体的分离；循环流路，其经由连接部来与所述燃料气体供给流路连接，由此来将所述气液分离器的气体排出口与所述燃料气体供给流路连通；连接流路，其经由排水阀来将所述气液分离器的液体排出口与所述氧化剂气体供给流路连通；分配流路，其将所述燃料气体供给流路与所述氧化剂气体供给流路连通，或者将所述循环流路与所述氧化剂气体供给流路连通；以及开闭阀，其能够对所述分配流路进行开闭。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述连接部设置引射器，该引射器将向所述燃料气体供给流路供给的所述燃料气体与从所述气体排出口向所述循环流路排出的排出气体混合，经由电磁阀向所述引射器供给所述燃料气体，所述分配流路将所述燃料气体供给流路的比所述引射器靠下游侧与所述氧化剂气体供给流路连通。3.根据权利要求1或者2所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备控制部，该控制部能够对所述开闭阀以及所述排水阀进行开阀指示或者闭阀指示，所述控制部在所述燃料电池的预热开始时对所述排水阀进行开阀指示。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部在判定为进行了开阀指示的所述排水阀没有打开的情况下，对所述开闭阀进行开阀指示。5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备压力传感器，该压力传感器检测在所述燃料气体供给流路的比所述连接部靠下游侧、所述燃料排气...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈村雄士，高久晃一，加藤航一，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP