燃料电池系统技术方案

提供一种对燃料电池堆（１０）有效地进行扫气过程的燃料电池系统，该燃料电池堆（１０）由两个或两个以上各自利用所供给的反应气体发电的燃料电池（４０）构成。当燃料电池堆（１０）停止发电或当燃料电池堆（１０）未进行发电时，执行扫气过程，其中使作为扫气气体的反应气体从气体通道部（４４、４６）循环到出口歧管（６２、６８）。在扫气过程期间，限制扫气气体从每个气体通道部（４４、４６）排放到出口歧管（６２、６８）时所通过的区域，并且从一个到另一个依次开关待限制的区域。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池系统，具体地涉及执行用于排出残留在燃料 电池系统中的水分的扫气过程的燃料电池系统。相关技术的描述燃料电池堆由相互堆叠的两个或两个以上燃料电池构成。每个燃 料电池还具有由几个薄构件构成的堆叠结构。更具体地，每个燃料电池由MEA (膜电极组合件)和从两侧将MEA夹在中间的隔离器构成， 所述MEA由电解质膜和设置在电解质膜两侧上的电极构成。在这种燃料电池中，为了能够有效发电，必须保持电解质膜高度 润湿。为此，总是利用由燃料电池发电所产生的水和由反应气体携带入 燃料电池中的水分使每个燃料电池的内部润湿。当停止发电操作时，燃 料电池中气体所含的水分冷凝并形成露。因此，当在寒冷地区等中使用 燃料电池系统时，露冻结并随后堵塞反应气体通道，其可导致燃料电池 系统的启动性能变差。为了解决该问题，例如，日本专利申请/>开2006-04904 (JP-A-2006-04卯4 )描述了 一种执行扫气过程以除去每个燃料电池中 余留的水分的燃料电池系统。根据该燃料电池系统，更具体而言，当停 止发电的请求被发出时，大量的扫气气体循环通过燃料电池，所以滞留 在每个燃料电池中的水分与扫气气体一起排出到外部。然而，根据上述燃料电池系统，因为在扫气过程期间需要在高压 下向每个燃料电池供给大量的气体，所以需要提供大容量压缩机，因此 可能过度消耗储存在电池中的电力。
技术实现思路
本专利技术提供能够在燃料电池堆中执行有效的扫气过程的燃料电池系统。本专利技术的第一方面涉及燃料电池系统，所述燃料电池系统具有由 两个或两个以上相互堆叠的燃料电池构成的且适于利用所供给的反应气 体发电的燃料电池堆，所述燃料电池的每一个具有所述反应气体流过其中 的气体通道部和所述il应气体从所述气体通道部排出到其中的出口歧管； 和用于在所述燃料电池堆停止发电或在所述燃料电池堆没有进行发电 时将扫气气体从所述气体通道部循环至所述出口歧管的扫气装置。所述 扫气装置限制所述扫气气体从所述气体通道部排出时所通过的区域。根据上述燃料电池系统，在所述扫气过程期间限制所述扫气气体从 所述气体通道部排出到所述出口歧管时所通过的区域。由于所述气体通道 部的出口由此减少，所以所述气体通道部出口附近的气流的速率增加，因 此可以将残留在所述气体通道部中的水分有效地排出到外部。上述燃料电池系统可以为所述出口歧管包括两个或两个以上相互 隔开且对应于所述气体通道部的各区域的出口歧管；在至少一个所述出口 歧管中设置有用于调节打开度的打开度调节装置；和所述扫气装置控制所 述打开度调节装置以使至少一个所述出口歧管变窄。根据该结构，因为所述出口歧管包括两个或两个以上的出口歧管， 所以可以使至少一个所述歧管变窄。当在如此构建的燃料电池系统中执行 扫气过程时，至少一个出口歧管变窄，使得可以有效地限制扫气气体排出 所至的区域。此外，上述燃料电池系统可以为所述出口歧管包括两个或两个以 上相互隔开的且对应于所述气体通道部的各个区域的出口歧管；在所述出 口歧管中分别设置有用于调节所述出口歧管的打开度的出口打开度调节 装置；和所述扫气装置控制所述出口打开度调节装置以使至少一个所述出 口歧管变窄。根据该结构，因为所述出口歧管包括两个或两个以上出口歧管，所 以至少一个所述歧管可以变窄。当在如此构建的燃料电池系统中执行扫气 过程时，至少一个所述出口歧管变窄，使得可以有效地限制扫气气体排出 所至的区域。此外，上述燃料电池系统可以使得所述扫气装置从一个至另 一个依5次开关所述出口歧管，以使得所述出口歧管被所述出口打开度调节装置变 窄。根据该结构，在所述扫气过程期间，通过开关待变窄的所述出口歧 管，从一个到另一个开关所述气体通道部的所述气体出口，因此可以将残 留在所述气体通道部中各个区域中的水分有效地排出到外部。本专利技术的第二方面涉及根据本专利技术第一方面的燃料电池系统，其中 所述燃料电池的每一个都具有连接至所述气体通道部的上游末端的两个 或两个以上入口歧管，所述两个或两个以上入口歧管相互隔开，并JL^J"应 于所述气体通道部的各个区域；在所述入口歧管中分别设置有入口打开度 调节装置；和所述扫气装置控制所述入口打开度调节装置以使面朝所述 变窄的一个或更多个出口歧管的一个或更多个入口歧管变窄。才艮据该结构，当在具有所述两个或两个以上入口歧管和所述两个 或两个以上出口歧管的所述燃料电池堆中执行所述扫气过程时，所述一 个或更多个出口歧管变窄，并且跨过所述气体通道部面朝该相同的一个 或更多个出口歧管的一个或更多个入口歧管也变窄。由于这样减小了所 述气体通道部的气体入口的区域，所以在此处扫气气体输送到所述气体 通道部的流速增加，因此可以将残留的水分更有效地排出到外部。本专利技术的第三方面涉及才艮据本专利技术第一方面的燃料电池系统，其中 所述出口歧管是单个出口歧管；在所述出口歧管中设置有两个或两个以上 弹性构件；设置有用于使所述弹性构件膨胀或收缩的形状控制装置；和所 述扫气装置通过使至少一个所述弹性构件膨胀限制扫气气体从所述气 体通道部排出到所述出口歧管时所通过的区域。根据该结构，在执行所述扫气过程时，设置在所述出口歧管中的 至少一个所述弹性构件膨胀，并且随着所述弹性构件在所述出口歧管中 膨胀，通向所述出口歧管的所述气体通道部的出口变窄，由此有效地限 制了扫气气体排出所至的区域。此外，所述扫气装置可以从一个到另一个依次开关所述弹性构件， 以4吏得所述弹性构件通过所述形状控制装置而膨胀。根据该结构，在执行所述扫气过程时，从一个到另一个依次开关待膨胀的所述弹性构件，由此开关所述气体通道部的气体出口。因此，可以将残留气体从所述气体通道部的各个区域有效地排出。才艮据本专利技术第一方面、第二方面和第三方面的燃料电池系统可以使得所述反应气体是氧化性气体。在该情况下，可以对每个燃料电池的阴极有效地进行扫气过程。附图说明参照附图，由以下示例性实施方案的说明，本专利技术的前述和其它特征和优点将变得明显，附图中使用类似的附图标记表示类似的元件/要素，其中图l是示意性示出根据本专利技术第一示例性实施方案的燃料电池系统的配置的图2是示意性示出沿图1中所示的燃料电池堆10的部件堆叠方向观察的燃料电池堆10的内部结构和其外围部件的图3是沿图2所示燃料电池堆10的部件堆叠方向截取的燃料电池堆10的一部分的横截面细节的图4是示出燃料电池堆IO发电期间的气体流动的图5是示出燃料电池堆10扫气期间的气体流动的图6是限定本专利技术第一示例性实施方案的每个开闭阀64的控制状态的表；图7是示意性示出沿本专利技术第二实施方案的燃料电池堆80的部件堆叠方向观察的燃料电池堆80的内部结构和其外围部件的图8是示出在燃料电池堆80中的扫气过程期间的气体流动的图9示意性示出沿本专利技术第三示例性实施方案的燃料电池堆90的部件堆叠方向观察的燃料电池堆90的内部结构和其外围部件的图；和图10是示出燃料电池堆卯中的扫气过程期间的气体流动的图。具体实施例方式在下文中，将参照附图描述本专利技术的示例性实施方案。应注意，在下文中，各示例性实施方案中类似的要素/元件和部件用类似的附图标记表示，并且将不再重复对这些要素/元件和部件的说明。此外，应理解本专利技术不限于以下示例性实施方案中的任意实施方案。图1是示意性示出根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　　　　由两个或两个以上相互堆叠的燃料电池构成的且适于利用所供给的反应气体发电的燃料电池堆，所述燃料电池的每一个具有所述反应气体流过其中的气体通道部和所述反应气体从所述气体通道部排出到其中的出口歧管；和　　　　用于在所述燃料电池堆停止发电时或在所述燃料电池堆不发电时，将扫气气体从所述气体通道部循环至所述出口歧管的扫气装置，所述燃料电池系统的特征在于：　　　　所述扫气装置限制所述扫气气体从所述气体通道部排出时所通过的区域。

【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：大竹康贵，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]