燃料电池系统及在停用时除水以改善耐冻性的方法技术方案

一种燃料电池系统（Ｓ），提供有：燃料电池体（１２），供应空气至燃料电池体的供气系统（１，２，３，４），空气流速控制系统（５，６，７，８，９，１０，１３，１４），它改变供应空气通过的流动通道开口度以控制空气流速，和去除粘附至空气流速控制系统的液滴的液滴去除结构（３，８，９，１０，１３，１４，１９，２０，２１，２２，２３，２４）。液滴去除结构可操作，以设定空气流速控制系统的开口度为液滴去除开口度，以增加空气流速，从而允许空气以液滴去除开口度流动，以导致粘附至空气流速控制系统的液滴被吹走。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池系统及相关方法，更具体地说，涉及一种防止露水在供气通道中冷凝的燃料电池系统及其相关方法。
技术介绍
当在低温环境下停止燃料电池系统的操作时，可以想到燃料电池系统中的冷凝露水易于结冰，而提供重启燃料电池系统的影响。如果燃料电池系统在低于0℃的低温环境中处于这种停止条件下，可以想到由于包含在空气中的水分的影响，燃料电池系统的空气流速控制系统易于结冰，从而导致在燃料电池系统重启时需要使这种凝固冰(frozen ice)融化和解冻的情况，以使空气流速控制系统可操作。日本专利申请特许公开2000-12060提出一种结构，其中，由于绝热压缩，作为供气源的压缩机工作在高于允许产生高温空气的最高效率点的压缩比，通过这种方法增加系统温度以解冻这种凝固冰。
技术实现思路
但是，使用采用这种结构的燃料电池系统，以利用由供气源供应的高温空气增加系统温度，从而解冻空气流速控制系统中的冰，在冰被融化之前需要花费相当长的时间，导致系统重启周期增加的倾向。此外，由于空气流速控制系统的构造为在燃料电池系统中正常产生电能的操作停止时被保持在完全封闭的条件下，如果系统与粘附在其上的冰冻结在一起，难以方便地将由供气源供应的空气传送至安装在空气流速控制系统下游的系统组成元件，倾向于进一步增加系统的重启时间。此外，虽然可以想到采用另一使用加热器或电热器融化冰的结构，这种结构导致燃料电池系统结构复杂，此外，可能需要使用来自蓄电池之类的辅助能源的能量。本专利技术人通过以上述方法进行研究的基础上完成本专利技术，并且目标是提供一种燃料电池系统及相关方法，其防止空气流速控制系统等的气流通道的结冰和粘附，以提供缩短的启动时间。为了获得上述目标，按照本专利技术的第一方面，一种燃料电池系统包括燃料电池体；供应空气至燃料电池体的供气系统；改变供应空气通过的流动通道开口度(opening degree)同时控制空气流速的空气流速控制系统；和去除粘附至空气流速控制系统的液滴的液滴去除结构。这里液滴去除结构可操作，从而，当在燃料电池系统停止时或停止之后建立给定条件时，通过设定空气流速控制系统的开口度为液滴去除开口度，以增加空气流速，从而允许空气以液滴去除开口度流动，以导致粘附至空气流速控制系统的液滴被吹走。也就是说，一种燃料电池系统包括燃料电池体；供应空气至燃料电池体的空气供应装置；改变供应空气通过的流动通道开口度同时控制空气流速的空气流速控制装置；和去除粘附至空气流速控制装置的液滴的液滴去除装置。并且液滴去除装置可操作，从而，当在燃料电池系统停止时或停止之后建立给定条件时，通过设定空气流速控制装置的开口度为液滴去除开口度，以增加空气流速，从而允许空气以液滴去除开口度流动，以导致粘附至空气流速控制装置的液滴被吹走。另一方面，提供一种去除燃料电池系统中液滴的方法，该燃料电池系统拥有燃料电池体、供应空气至燃料电池体的空气供应系统和改变供应空气通过的流动通道开口度同时控制空气流速的空气流速控制系统。去除燃料电池系统中液滴的方法包括识别燃料电池系统停止时或停止之后是否建立给定条件；设定空气流速控制系统的开口度使其具有液滴去除开口度以增加空气流速；并允许空气以液滴去除开口度流动，以导致粘附至空气流速控制系统的液滴被去除。从以下结合附图的说明中，本专利技术的其它及进一步特征、优点、和益处将变得更加明显。附图说明图1是按照本专利技术第一实施方式的燃料电池系统的系统结构视图；图2表示按照第一实施方式的图1所示燃料电池系统操作基本顺序的流程图。图3的图表代表温度T与第一实施方式的燃料电池系统的空气中饱和蒸汽数量Φ间的关系；图4的图表代表在第一实施方式的燃料电池系统中吸湿材料的重量随时间的改变，表示在吸湿材料被替换的计时点tc与其相应重量W1间的关系；图5A和5B表示在第一实施方式的燃料电池系统中，在串联安装空气流速控制系统的情况下执行去除液滴操作的时间图；图6A至6C表示在第一实施方式的燃料电池系统中，在空气流速控制系统与另一空气流速控制系统并联安装的情况下执行去除液滴操作的时间图；图7的图表代表在第一实施方式的燃料电池系统中，空气流速控制系统的环境温度T与液滴去除开口度被保持的时间间隔tX间的关系；图8的图表代表在第一实施方式的燃料电池系统中，空气流速控制系统的环境湿度MO与液滴去除开口度被保持的时间间隔tX间的关系；图9表示在第一实施方式的燃料电池系统中，当定期改变液滴去除开口度时执行操作的时间图；和图10为是按照本专利技术第二实施方式的燃料电池系统的系统结构视图。具体实施例方式下文参照适当的附图详细说明本专利技术的各具体实施方式。(第一实施方式)首先，参照图1至9，更详细地说明本专利技术的第一实施方式。图1为目前提交的实施方式的燃料电池系统的整体结构视图。在图1中，所表示的燃料电池系统S包括过虑空气的空气过滤器1，检测通过空气流速的气流计2，用来压缩并供应过滤空气至燃料电池系统各部件的作为供气源的压缩机3，驱动压缩机3的驱动电机4，检测通过空气流速的气流计5、6、7，流量控制阀8、9、10，作为允许进给燃料的重整装置的重整器11，燃料由未显示的燃料供应源提供，以在存在重整催化剂的条件下重整和反应从而形成富氢态的重整气体，作为基于由重整器11传送的重整气体和由压缩机3供应的空气产生电能输出的发电装置的燃料电池体12，分别作为压力控制装置的压力控制阀13、14，作为燃烧装置的燃烧器15，它允许由燃料电池体12排出的废气在压缩机3供应的空气存在的情况下被燃烧，消除由燃烧器15产生的排气噪音水平的消音器16，和流向控制阀17、18、19、20。这里，在图1中，空气过滤器1、气流计2、压缩机3和驱动电机4形成供气系统。另外，压缩机3起到液滴去除供气装置的作用，不需要单独的其它液滴去除供气装置。此外，气流计5与流量控制阀8间的组合，气流计6与流量控制阀9间的组合和气流计7与流量控制阀10间的组合分别形成空气流速控制系统。另外，可以想到各空气流速控制系统以相互相关的关系形成整个空气流速控制系统。此外，流向控制阀19、20，吸收空气中的水分以去除液滴的空气干燥器21，和利用燃烧器15的废热加热空气干燥器21以允许空气干燥器21再生的空气干燥器干燥单元22，形成吸湿装置。利用燃烧器15的废热加热空气干燥器21允许运行成本被降低。此外，由于这种吸湿装置在正常工作条件下位于没有气流的通道中，在正常工作条件下未赋予压力损失不利影响。这里，使用供气系统，利用气流计2检测由空气过滤器1过滤的空气流速，控制压缩机驱动电机4以允许压缩机3的排出量被以按照所检测空气流速的期望流速被调节。此外，空气流速控制系统被分别安装在重整器11、燃料电池体12和燃烧器15的流动通道中，并且使用空气流速控制系统，改变流量控制阀8、9、10的开口度，以允许根据分别利用气流计5、6、7所检测到的流速获得期望的下游流速，从而分别控制供应至重整器11、燃料电池体12和燃烧器15的空气流速。此外，重整器11在催化剂存在的情况下，利用由未显示的进给燃料箱传送的诸如甲醇或汽油的烃类燃料、由未显示的水箱传送的水、和由压缩机3供应的空气执行重整反应，从而产生H2和CO的混合气体。并且，CO的存在导致燃料电池体12的铂电极被损害(poison)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池体；供应空气至燃料电池体的供气系统；空气流速控制系统，改变供应空气通过的流动通道的开口度而控制空气流速；和去除粘附至空气流速控制系统的液滴的液滴去除结构，液滴去除结构可操作，从 而，当在燃料电池系统停止时或停止之后建立给定条件时，设定空气流速控制系统的开口度为液滴去除开口度，以增加空气流速，从而允许空气以液滴去除开口度流动，以导致粘附至空气流速控制系统的液滴被吹走。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：浅井明宽，大泽俊哉，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]