燃料电池系统技术方案

本发明专利技术提供一种燃料电池系统，具备：膨胀机(42)，其被从氧化剂排出路径(12)排出的废气所驱动，将动力传递给压缩机(40)；旁路路径(20)，其在氧化剂排出路径(12)中对加湿器(30)设旁路；流量调节阀(21)，其改变旁路路径(20)的开度；电压传感器(15)，其检测燃料电池堆(10)的输出电压；电流传感器(16)，其检测燃料电池堆(10)的输出电流；以及旁路控制部(61)，其对应于燃料电池堆(10)的输出功率，通过流量调节阀(21)改变旁路比，其中，该旁路比是在旁路路径流通的废气的流量相对于从燃料电池堆(10)排出到氧化剂排出路径(12)的废气的总流量的大小的比例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具备从燃料电池堆的排出气体中回收能量的膨胀机的燃料电池系统。
技术介绍
现有技术中，在燃料电池系统中采用了如下的构成在燃料电池堆的氧化剂提供路径以及氧化剂排出路径之间，具备使用从燃料电池堆排出到氧化剂排出路径的废气中的水分来对从氧化剂提供路径提供给燃料电池堆的空气(氧化剂气体)进行加湿的加湿器(例如，參照日本特开2005-158354号公报)。在专利文献I所记载的燃料电池系统中，在氧化剂提供路径或者氧化剂排出路径侦牝具备对加湿器设旁路的旁路路径以及调节旁路路径的开度的流量调节阀，来改变在旁路路径中从旁流过的气体的流量，由此，对应于燃料电池堆的发电量来控制从氧化剂提供 路径提供给燃料电池堆的空气的加湿的程度。另ー方面，在燃料电池系统中，提出了如下构成设置通过从燃料电池堆排出到氧化剂排出路径的废气而驱动的氧化剂提供路径侧的压缩机和同轴的膨胀机，来回收废气的能量。并且，在上述的专利文献I所记载的具备加湿器的燃料电池系统中，还考虑通过设置膨胀机来有效活用废气的能量。
技术实现思路
为此，本专利技术目的在于提供一种能效率良好地兼顾进行由加湿器基于废气的加湿、和膨胀机的来自废气的能量回收的燃料电池系统。本专利技术为了达成上述目的而提出，涉及对下述的燃料电池系统进行的改良，该电池系统具备燃料电池堆；氧化剂提供路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并对阴极提供氧化剂气体；氧化剂排出路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并从阴极排出废气；加湿器，其搭架在所述氧化剂提供路径以及所述氧化剂排出路径的途中进行连接，通过废气中的水分来对氧化剂气体进行加湿；以及压缩机，其将氧化剂气体送出到所述氧化剂提供路径。并且，该燃料电池系统特征在于还具备膨胀机，其被从所述氧化剂排出路径排出的废气所驱动，将动力传递到所述压缩机；旁路路径，其在所述氧化剂排出路径中，对所述加湿器设旁路；旁路比改变部，其改变旁路比，其中所述旁路比是在所述旁路路径流动的废气的流量相对于从阴极排出到所述氧化剂排出路径的废气的流量的大小的比例；燃料电池堆输出參数检测部，其检测对应于所述燃料电池堆的输出而变化的燃料电池堆输出參数；和旁路控制部，其对应于所述燃料电池堆输出參数的检测值，通过所述旁路比改变部来改变所述旁路比(第I专利技术)。根据第I专利技术，通过对应于所述燃料电池堆输出參数的检测值所示的所述燃料电池堆的输出来改变所述旁路比，能效率良好地兼顾所述加湿器对所述氧化剂气体的加湿程度、和所述膨胀机的来自废气的能量的回收量，来使所述燃料电池系统工作。另外，在第I专利技术中，特征在于，在所述燃料电池堆输出參数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出位于从规定的下限等级起到上限等级为止的输出范围内时，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设为超过零的恒定值(第2专利技术)。根据第2专利技术，在所述燃料电池堆的输出在所述输出范围内时，通过使所述旁路比恒定地使废气在所述旁路路径中流通，能容易地将所述加湿器对氧化剂气体的加湿的程度、以及所述膨胀机的来自废气的能量的回收率确保在一定等级以上。另外，在第I专利技术中，在所述燃料电池堆输出參数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出位于从规定的下限等级起到上限等级为止的输出范围内时，根据所述燃料电池堆输出參数的检测值而识别的所述燃料电池堆的输出越大，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设得越小(第3专利技术)。根据第3专利技术，在所述燃料电池堆的输出为所述低中输出范围内时，所述燃料电池堆的输出越大，由所述旁路比改变部将所述旁路比设定得越小，由此能使所述加湿器对氧化剂气体的加湿成为与所述燃料电池堆的发电量相应的程度，同时通过伴随所述燃料电池堆的输出増加的废气的流量増加，能抑制所述膨胀机的来自废气的能量的回收量的减少。另外，在第2专利技术或第3专利技术中，在所述燃料电池堆输出參数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出不足所述下限等级时，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设为第I规定值以下(第4专利技术)。根据第4专利技术，在所述燃料电池堆的输出为所述下限等级以下、废气的流量少时，由所述膨胀机从废气回收的能量变小，由能量回收带来的好处減少。为此，在这种情况下，通过使所述旁路比为所述第I规定值以下来使所述旁路路径的废气的流通量成为微小值，能在使所述加湿器对氧化剂气体的加湿为优先的适当的平衡的基础上，兼顾所述膨胀机进行的能量回收和所述加湿器对氧化剂的加湿。另外，在第2专利技术到第4专利技术的任一者中，在所述燃料电池堆输出參数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出超过了所述上限等级时，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设为第2规定值以下(第5专利技术)。根据第5专利技术，在所述燃料电池堆的输出为所述上限等级以上、废气的流量多吋，从在所述加湿器内流通的废气中也能由所述膨胀机回收充分的能量。因此，在这种情况下，通过将所述旁路比设为所述第2规定值以下而使所述旁路的废气的流通量成为微小值，能在使所述加湿器对氧化剂气体的加湿为优先的适当的平衡的基础上，兼顾所述膨胀机进行的能量回收和所述加湿器对氧化剂的加湿。附图说明图I是本专利技术的燃料电池系统的构成图。图2是对应于燃料电池堆的输出来设定旁路比的处理的流程图。图3是表示对加湿器设旁路来将废气提供给膨胀机从而提高能量的回收率的说明图。具体实施例方式參照图I 图3来说明本专利技术的实施方式的一例。參照图1，本实施方式的燃料电、池系统例如是搭载于燃料电池堆汽车上的燃料电池系统，具备燃料电池堆10 ;与燃料电池堆10的阴极(空气极)连接并向阴极提供空气(氧化剂气体)的氧化剂提供路径11;与燃料电池堆10的阴极连接并用于排出反应后的废气的氧化剂排出路径12 ;与燃料电池堆10的阳极连接并用于提供氢(燃料气体)的燃料提供路径13 ;将来自未图示的氢气罐的氢送出到燃料提供路径13的喷射器50 ;以及与燃料电池堆10的阳极连接并将剩余氢返回给氢提高路径13的燃料气体排出路径14。另外，燃料电池系统具备对将空气送出到氧化剂提供路径11的压缩机40进行驱动的电动机41 ;与压缩机40同轴连结于电动机41，并通过在氧化剂排出路径12流通的废气使涡轮(未图示)旋转的膨胀机42 ;搭架在氧化剂提供路径11以及氧化剂排出路径12的途中进行连接的加湿器30 ;对加湿器30设旁路来将加湿器30的上游侧和下游侧的氧化剂排出路径12连通的旁路路径20 ;改变旁路路径20的开度的流量调节阀21 (在本专利技术中相当于旁路比改变部)；检测燃料电池堆10的输出电压的电压传感器15 ;以及检测燃料电池堆10的输出电流的电流传感器16。 加湿器30具备例如中空丝膜、平膜等仅使流体中的水分移动的构成，使用在氧化剂排出路径12中流通的废气中的水分，来对在氧化剂提供路径11中流通的空气进行加湿。膨胀机42的涡轮通过在氧化剂排出路径12流通的废气而转动，介由电动机41的驱动轴将驱动カ传递到压缩机40，由此回收废气的能量。进而，燃料电池系统具备对燃料电池系统的整体的动作进行控制的控制器60，电压传感器15的电压检测信号和电流传感器16的电流检测信号被输入到控制器60。另外，通过从控制器60输出的控制信号来控制流量调节阀21和电动机41的工作。控制器60是由CPU、存储器等构成的电子单元，通过由CPU执行保持在存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具备：燃料电池堆；氧化剂提供路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并对阴极提供氧化剂气体；氧化剂排出路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并从阴极排出废气；加湿器，其搭架在所述氧化剂提供路径以及所述氧化剂排出路径的途中进行连接，通过废气中的水分来对氧化剂气体进行加湿；和压缩机，其将氧化剂气体送出给所述氧化剂提供路径，其特征在于，还具备：膨胀机，其被从所述氧化剂排出路径排出的废气所驱动，将动力传递到所述压缩机；旁路路径，其在所述氧化剂排出路径中，对所述加湿器设旁路；旁路比改变部，其改变旁路比，其中所述旁路比是在所述旁路路径流动的废气的流量相对于从阴极排出到所述氧化剂排出路径的废气的流量的大小的比例；燃料电池堆输出参数检测部，其检测对应于所述燃料电池堆的输出而变化的燃料电池堆输出参数；和旁路控制部，其对应于所述燃料电池堆输出参数的检测值，通过所述旁路比改变部来改变所述旁路比。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅原龙也，小林知树，铃木干浩，金泽卓磨，若林拓也，加地勇人，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：