專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將燃料電池排出的燃料氣體循環(huán)供給燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術：
將作為燃料氣體的氫氣(剩余氫)循環(huán)供給燃料電池的燃料電池系統(tǒng)是眾所周知的(例如，參見專利文獻1和2)。這種燃料電池系統(tǒng)的燃料氣體系統(tǒng)的配管線路由從高壓罐等燃料氣體供給源到燃料電池的氣體入口的供給配管、及從燃料電池的氣體出口至匯合到供給配管的匯合點的循環(huán)配管構成。即，將氫氣循環(huán)供給燃料電池的氣體循環(huán)系統(tǒng)由循環(huán)配管及供給配管的匯合點的下游側的部分構成。
例如在專利文獻1中，在供給配管的匯合點的上游側，從燃料氣體供給源側順序設置截止閥和調(diào)壓閥，在循環(huán)配管上設置泵及止回閥。而且，在專利文獻2中，除該結構之外，還在燃料電池的氣體入口側及氣體出口側等氣體循環(huán)系統(tǒng)的配管上設置多個截止閥。
專利文獻1日本特開2004-22198號公報(圖1)專利文獻2日本特開2002-216812號公報(圖4)發(fā)明內(nèi)容可是，在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時關閉燃料氣體供給源側的截止閥，斷開來自燃料氣體供給源的氫氣的供給。在該閥剛關閉之后，陽極側的氫氣壓力和陰極側的氧化劑氣體壓力變得不同。然而，當該壓力差(極間差壓)大時，會有引起燃料電池的劣化或由短路泄漏產(chǎn)生的氫向外部的放出的擔憂。因此，在運轉(zhuǎn)結束時，為了減小極間差壓，希望對陽極側的氫氣壓力進行減壓。
在專利文獻1的結構中，在減小氫氣壓力的情況下，考慮在運轉(zhuǎn)結束時繼續(xù)進行泵的驅(qū)動，由燃料電池的發(fā)電來消耗殘留在氣體循環(huán)系統(tǒng)中的氫氣。但是，斷開來自燃料氣體供給源的氫氣供給的截止閥設置在調(diào)壓閥的上游側。因此，不僅消耗氣體循環(huán)系統(tǒng)的氫氣，而且需要消耗從截止閥到調(diào)壓閥的氫氣。結果，氫氣的無用消耗量增大，二次電池被過充電，存在運轉(zhuǎn)結束前需要較多時間的擔憂。而且，由于在氣體循環(huán)系統(tǒng)中設置止回閥(開閉裝置)，在運轉(zhuǎn)結束時驅(qū)動泵的時候，會妨礙有效的氫氣循環(huán)。
而且，在專利文獻2的結構中，當在運轉(zhuǎn)結束時給氫氣壓力減壓時，會有產(chǎn)生上述同樣問題的擔憂。而且，由于在氣體循環(huán)系統(tǒng)中設置多個截止閥、止回閥，會進一步妨礙氫氣的循環(huán)。另一方面，在運轉(zhuǎn)結束時關閉氣體循環(huán)系統(tǒng)的兩個截止閥(燃料電池的氣體入口側及氣體出口側)，能減少由燃料電池的發(fā)電消耗的氫氣的量。但是，由于不能驅(qū)動泵，所以難以在額定運轉(zhuǎn)的壓力以下進行燃料電池的發(fā)電。
另外，這兩篇專利文獻，在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)中，在氣體循環(huán)系統(tǒng)的截止閥、止回閥處都會產(chǎn)生氫氣的壓力損失。因此，考慮壓力損失需要驅(qū)動泵，此外，還需要相應地增加泵的轉(zhuǎn)速，從而需要多余的消耗電力。
本發(fā)明鑒于以上問題，著眼于改進氣體循環(huán)系統(tǒng)，其目的在于，除了提供一種簡單的燃料電池系統(tǒng)之外，還提供一種在運轉(zhuǎn)結束時等能減少燃料氣體的消耗量的燃料電池系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，作為燃料氣體的配管線路具有氣體循環(huán)系統(tǒng)，連接燃料電池的氣體出口和氣體入口，并將燃料氣體循環(huán)供給該燃料電池；及第一供給通路，與氣體循環(huán)系統(tǒng)相連，來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體在其中流動，其中，該燃料電池系統(tǒng)具有調(diào)壓閥，設置在第一供給通路上；和至少一個截止閥，僅設置在配管線路中的第一供給通路上，并位于調(diào)壓閥下游側。
根據(jù)這種結構，由于在氣體循環(huán)系統(tǒng)中未設置截止閥，所以能簡單地構成減少了部件個數(shù)的燃料電池系統(tǒng)。在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)期間，通過打開截止閥，使來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體和氣體循環(huán)系統(tǒng)的燃料氣體匯合，并將經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓的燃料氣體供給燃料電池。另一方面，在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束后，通過關閉截止閥，將第一供給通路和氣體循環(huán)系統(tǒng)之間斷開，氣體循環(huán)系統(tǒng)在與燃料電池之間構成獨立的封閉空間。
這樣，與現(xiàn)有技術那樣在截止閥的下游側設置調(diào)壓閥的結構相比，如本發(fā)明所述，由于形成在調(diào)壓閥下游側的第一供給通路上設置截止閥的結構，所以能減少殘留在封閉空間中的燃料氣體的量。因此，可以在運轉(zhuǎn)結束時等減少燃料氣體的消耗量，從而能提高燃費(發(fā)電效率)、并有助于縮短運轉(zhuǎn)結束時間。而且，由于在上述封閉空間中，不設置進行關閉的截止閥，所以可以不妨礙燃料氣體的循環(huán)而適當?shù)剡M行。另外，截止閥或止回閥等用于開閉構成氣體循環(huán)系統(tǒng)的配管的開閉裝置優(yōu)選不設置在氣體循環(huán)系統(tǒng)中。換句話說，在氣體循環(huán)系統(tǒng)中，燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路優(yōu)選總是處于連通狀態(tài)。
為了實現(xiàn)上述目的，當從其它觀點看本發(fā)明時，本發(fā)明另一燃料電池系統(tǒng)，作為燃料氣體的配管線路具有氣體循環(huán)系統(tǒng)，連接燃料電池的氣體出口和氣體入口，并將燃料氣體循環(huán)供給該燃料電池；及第一供給通路，與氣體循環(huán)系統(tǒng)相連，來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體在其中流動，其中，在第一供給通路上從燃料氣體供給源側順序設置調(diào)壓閥和至少一個截止閥，在氣體循環(huán)系統(tǒng)中，燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路總是處于連通狀態(tài)。
優(yōu)選的是，在氣體循環(huán)系統(tǒng)中，在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)期間及停止期間，燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路處于連通狀態(tài)。
優(yōu)選的是，燃料電池系統(tǒng)還具有設置在氣體循環(huán)系統(tǒng)中用于壓送燃料氣體的泵、和控制泵及至少一個截止閥的控制裝置。而且，控制裝置在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時，在至少一個截止閥關閉后繼續(xù)進行泵的驅(qū)動，通過燃料電池的發(fā)電消耗氣體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料氣體。
根據(jù)這種結構，當在運轉(zhuǎn)結束時由燃料電池的發(fā)電消耗氣體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料氣體時，繼續(xù)進行泵的驅(qū)動。因此，能適當?shù)叵娜剂蠚怏w，同時能穩(wěn)定地進行燃料電池的發(fā)電。
優(yōu)選的是，至少一個截止閥設置在氣體循環(huán)系統(tǒng)和第一供給通路的連接點的緊鄰處。
根據(jù)這種結構，能使上述封閉空間具有最小限度的容積，能進一步減少封閉空間內(nèi)的燃料氣體的量。這樣，能在運轉(zhuǎn)結束時進一步減少燃料氣體的消耗量。
優(yōu)選的是，燃料氣體供給源是儲存氫氣作為燃料氣體的壓力容器。
根據(jù)這種結構，能由壓力容器儲存氫氣，壓力容器的氫氣能由調(diào)壓閥調(diào)壓后被供給燃料電池。這里，在壓力容器中，不僅包含以高壓儲存氫氣的高壓罐，而且包含內(nèi)部具有氫吸附合金的氫吸附罐。
優(yōu)選的是，在至少一個截止閥中包括設置在第一供給通路上的調(diào)壓閥下游側的第一截止閥和設置在調(diào)壓閥與燃料氣體供給源之間的第二截止閥。
根據(jù)這種結構，能使調(diào)壓閥和燃料氣體供給源之間的截止閥相對燃料氣體供給源發(fā)揮主閥的作用。
優(yōu)選的是，第二截止閥為燃料氣體供給源的主閥。
優(yōu)選的是，調(diào)壓閥在第一供給通路上設置多個。
優(yōu)選的是，氣體循環(huán)系統(tǒng)具有氣液分離器，用于分離從燃料電池排出的陽極廢氣的水分和氣體成分。
優(yōu)選的是，氣體循環(huán)系統(tǒng)具有雜質(zhì)去除器，該雜質(zhì)去除器用于除去從燃料電池排出的陽極廢氣中包含的雜質(zhì)成分。
優(yōu)選的是，氣體循環(huán)系統(tǒng)包括從氣體出口到與第一供給通路的連接點的第一循環(huán)路徑、和與第一循環(huán)路徑連通并從連接點到氣體入口的第二循環(huán)路徑構成。
為了實現(xiàn)上述目的，當從其它觀點看本發(fā)明時，本發(fā)明另一燃料電池系統(tǒng)具有供給配管，其從燃料氣體供給源延伸至燃料電池的氣體入口；及循環(huán)配管，其從燃料電池的氣體出口延伸至匯合到供給配管的匯合點，并使從燃料電池排出的陽極廢氣與來自燃料氣體供給源的燃料氣體匯合，其中，在供給配管上的匯合點的上游側設置調(diào)壓閥和位于調(diào)壓閥下游側的截止閥，供給配管上的匯合點的下游側與循環(huán)配管總是處于連通狀態(tài)。
優(yōu)選的是，供給配管的匯合點的下游側與循環(huán)配管在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)期間及停止期間處于連通狀態(tài)。
優(yōu)選的是，在供給配管的匯合點的下游側及循環(huán)配管中不設置用于開閉這些配管的開閉裝置。
根據(jù)這種結構，和上述的本發(fā)明相同，由于在供給配管上的匯合點的下游側及循環(huán)配管中沒有開閉裝置，所以，能使燃料電池系統(tǒng)簡單化。在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時，通過打開截止閥，將經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)壓的匯合后的燃料氣體供給燃料電池。另一方面，在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束后，通過關閉截止閥，斷開來自燃料氣體供給源的燃料氣體向燃料電池的供給。這時，由截止閥下游側的供給配管的部分和循環(huán)配管在與燃料電池之間構成的封閉空間(封閉回路)。
因此，和上述相同，與現(xiàn)有技術相比，能減少殘留在封閉空間中的燃料氣體的量。而且，可以在運轉(zhuǎn)結束時等減少燃料氣體的消耗量，從而能提供燃費(發(fā)電效率)并有助于縮短運轉(zhuǎn)結束時間。而且，由于在上述封閉空間中，不設置進行關閉的開閉裝置，所以，可以不防礙燃料氣體的循環(huán)而適當?shù)剡M行。
這里，在“開閉裝置”中不僅包含截止閥，而且還包含止回閥等。當從開閉裝置側觀察上述效果時，在供給配管的匯合點的下游側及循環(huán)配管中不設置開閉裝置，所以，能抑制燃料氣體的壓力損失，同時與現(xiàn)有技術相比，能減少部件個數(shù)。而且，由于沒有能流入這些循環(huán)配管的雜質(zhì)進入開閉裝置的擔憂，所以，可以整體上提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性。
優(yōu)選的是，燃料電池系統(tǒng)還具有設置在循環(huán)配管上用于壓送陽極廢氣的泵、和用于控制泵及截止閥的控制裝置。控制裝置在燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時，在截止閥關閉后繼續(xù)進行泵的驅(qū)動，由燃料電池的發(fā)電消耗截止閥下游側的配管內(nèi)的燃料氣體。
優(yōu)選的是，截止閥設置在匯合點的緊鄰處。
考慮得到本發(fā)明的過程，當從其它觀點看本發(fā)明時，為如下所述。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明另一燃料電池系統(tǒng)，作為燃料氣體的配管線路具有氣體循環(huán)系統(tǒng)，連接燃料電池的氣體出口和氣體入口，并將燃料氣體循環(huán)供給該燃料電池；及通路(第一供給通路)，與氣體循環(huán)系統(tǒng)相連，來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體在其中流動，其中，在配管線路中設置調(diào)壓閥和至少一個截止閥，至少一個截止閥不設置在氣體循環(huán)系統(tǒng)中，而是設置在通路(第一供給通路)上的調(diào)壓閥的下游側。
本發(fā)明另一燃料電池系統(tǒng)具有供給配管，其從燃料氣體供給源延伸至燃料電池的氣體入口；及循環(huán)配管，其從燃料電池的氣體出口延伸至匯合到供給配管的匯合點，并使從燃料電池排出的陽極廢氣與來自燃料氣體供給源的燃料氣體匯合，其中，在供給配管上的匯合點的上游側，從燃料氣體供給源側順序設置調(diào)壓閥和截止閥，在供給配管上的匯合點的下游側和循環(huán)配管中不設置用于開閉這些配管的開閉裝置。
根據(jù)以上說明的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，能得到簡單的結構，此外，還能在運轉(zhuǎn)結束時等，使燃料氣體適當?shù)匮h(huán)，同時，能適當?shù)販p少其消耗量。


圖1為表示根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的結構的構成圖。
圖2為表示根據(jù)比較例的現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)的結構的構成圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖，對根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的燃料電池系統(tǒng)進行說明。該燃料電池系統(tǒng)，對設置在作為燃料氣體的氫氣的配管線路中的閥等開閉裝置的配置進行改善，并能使系統(tǒng)的結構簡單化。而且，燃料電池系統(tǒng)在系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時等減少氫氣的消耗量。
如圖1所示，搭載在例如燃料電池機動車上的燃料電池系統(tǒng)1具有由層疊多個單電池形成的堆疊結構所構成的燃料電池2、和統(tǒng)一控制系統(tǒng)整體的控制裝置3。作為燃料電池2，存在磷酸型等多個種類，但是，這里由適合車載或定置的固體高分子電解質(zhì)型構成。
盡管圖中未示出，但是，燃料電池2的單電池通過由金屬等一對隔板夾持MEA(薄膜電極組件)而構成。MEA由供給作為氧化劑氣體的空氣的陽極、供給作為燃料氣體的氫氣的陰極、和設置在陽極與陰極之間的電解質(zhì)膜構成。通常，在一對隔板中的一個的內(nèi)表面上形成空氣的流路，在另一個隔板的內(nèi)表面上形成氫氣的流路。燃料電池2由該空氣和氫氣發(fā)電，從而得到電能。
空氣由圖中省略的壓縮機壓送，經(jīng)供給配管11供給燃料電池2。從燃料電池2排出的空氣(陰極廢氣)經(jīng)排出配管12排到外部。
氫氣儲存在燃料氣體供給源21中。燃料氣體供給源21例如由內(nèi)部具有氫吸附合金的罐(壓力容器)或者以35MPa或70MPa的高壓儲存氫氣的高壓罐(壓力容器)構成?；蛘?，燃料氣體供給源21由儲存20MPa的壓縮天然氣(CNG)等原燃料的壓力容器構成。在這種情況下，在燃料電池機動車中設置對氫氣重整的重整器。
作為氫氣的配管線路，由從燃料氣體供給源21延伸至燃料電池2的陽極氣體入口2a的供給配管22、和從燃料電池2的陽極氣體出口2b延伸至匯合到供給配管22的匯合點A的循環(huán)配管23構成。循環(huán)配管23使從燃料電池2排出的未反應的氫氣(陽極廢氣)與來自燃料氣體供給源21的新的氫氣匯合。該匯合后的混合氣體被供給燃料電池2。
供給配管22主要由從燃料氣體供給源21延伸至匯合點A且新的氫氣在其中流動的上游管31、和從匯合點A延伸至燃料電池2的陽極氣體入口2a且混合后的氫氣在其中流動的下游管32構成。通過下游管32(第一循環(huán)路徑)和循環(huán)配管23(第二循環(huán)路徑)連接燃料電池2的陽極氣體出口2b和陽極氣體入口2a，構成將氫氣循環(huán)供給燃料電池2的氣體循環(huán)系統(tǒng)35。而且，在氣體循環(huán)系統(tǒng)35的匯合點A(連接點)處連接上游管31(第一供給通路)。
在上游管31上設置相對燃料氣體供給源21為主閥的截止閥41(第二截止閥)、位于截止閥41下游側的調(diào)壓閥42、和位于調(diào)壓閥42下游側的截止閥43(第一截止閥)。
調(diào)壓閥42(調(diào)節(jié)器)對來自燃料氣體供給源21的氫氣進行減壓，調(diào)節(jié)供給燃料電池2的氫氣的壓力。在本實施方式中，雖然在上游管31上設置一個調(diào)壓閥42，但是優(yōu)選的是，在上游管31上設置多個調(diào)壓閥42，階段性地對來自燃料氣體供給源21的氫氣壓力進行減壓。例如，設置兩個調(diào)壓閥42，最終將氫氣的壓力調(diào)節(jié)到0.2MPa～0.3MPa。不過，多個調(diào)壓閥42全都設置在匯合點A附近的截止閥43的上游側，而且設置在作為主閥的截止閥41的下游側。
兩個截止閥41、43例如由連接到控制裝置3上的電磁閥構成，并由控制裝置3開閉控制。截止閥43具有防止倒流功能，位于緊鄰匯合點A的上游側。通過打開截止閥41、43，可將上游管31內(nèi)的氫氣供給燃料電池2。通過關閉截止閥41、43，可以斷開上游管31內(nèi)的氫氣向燃料電池2的供給。這時，從截止閥43到匯合點A的上游管31的部分及氣體循環(huán)系統(tǒng)35在與燃料電池2之間構成封閉空間(封閉回路)。
在循環(huán)配管23上設置用于壓送氫氣的泵50。循環(huán)配管23主要由從燃料電池2的陽極氣體出口2b延伸到泵50的第一配管51、和從泵50延伸到匯合點的第二配管52構成。泵50將作為其驅(qū)動源的馬達連接到控制裝置3，由控制裝置3控制馬達的轉(zhuǎn)速。
在循環(huán)配管23上不設置對其進行開閉的開閉裝置。這里，所謂開閉裝置主要是指截止閥，但也包含為阻止氫氣倒流而堵塞的止回閥。這種開閉裝置不僅不設置在循環(huán)配管23上，而且也不設置在供給配管22的下游管32上。即，氣體循環(huán)系統(tǒng)35形成一個開閉裝置都不具有的構造。換句話說，氣體循環(huán)系統(tǒng)35的結構為，陽極氣體出口2b和陽極氣體入口2a間的通路(循環(huán)配管23及下游管32)總是(也包含燃料電池系統(tǒng)1的運轉(zhuǎn)期間及停止期間)保持連通狀態(tài)。另外，所謂連通狀態(tài)，是指循環(huán)配管23及下游管32的內(nèi)部未被完全封閉的狀態(tài)，指的是氣體可在它們的內(nèi)部流通的狀態(tài)。
另外，作為本發(fā)明的一種形式，也可以采用圖3所示的系統(tǒng)結構。
即，如圖3所示，也可以在循環(huán)配管23上設置用于分離從燃料電池2排出的氫氣的水分和氣體成分的氣液分離器71。而且，還可以在循環(huán)配管23上設置用于除去包含在氫氣中的雜質(zhì)成分的離子交換器等雜質(zhì)去除器72。氣液分離器71或離子交換器72不形成開閉循環(huán)配管23的結構。即，氣液分離器71及雜質(zhì)去除器72不具有妨礙循環(huán)配管23的連通狀態(tài)的結構。具體地說，氣液分離器71例如為旋流式分離器，而不是斷開氣液分離器71內(nèi)的氣體通路的結構。而且，雜質(zhì)去除器72例如為網(wǎng)眼狀的過濾器，或者為封入可通過氣體的離子交換樹脂的殼體。雜質(zhì)去除器72也同樣不是堵塞氣體通路的結構。
而且，如圖3所示，也可以設置分支連接到例如循環(huán)配管23的第一配管51或第二配管52上的清潔系統(tǒng)81。清潔系統(tǒng)81用于將氫氣包含的雜質(zhì)與氫氣一起排到外部。優(yōu)選的是，清潔系統(tǒng)81具有連接到第一配管51的清潔通路82、和開閉清潔通路82的截止閥型的清潔閥83。進一步優(yōu)選的是，在陽極氣體出口2b和泵50間的第一配管51上，從陽極氣體出口2b向下游順序設置氣液分離器71、清潔通路82的連接點、泵50。
控制裝置3(ECU)具有圖中省略的CPU、存儲由CPU處理的控制程序、控制數(shù)據(jù)的ROM、主要作為控制處理用的各種操作領域使用的RAM等?？刂蒲b置3輸入來自省略圖示的溫度傳感器、壓力傳感器等各種傳感器的檢測信號。而且，控制裝置3通過將控制信號輸出到各種驅(qū)動器來對泵50及各截止閥41、43進行控制等，統(tǒng)一控制燃料電池系統(tǒng)1整體。
對于本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1的效果，與圖2所示的現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)1′對比而進行說明。在圖2中，對于和本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1相同的構成部件，使用相同的標號。
如圖2所示，在氣體循環(huán)系統(tǒng)35的供給配管22的下游管32和循環(huán)配管23的第一配管51上分別設置截止閥101、102。而且，在循環(huán)配管23的第二配管52上設置止回閥103。另外，對于供給配管22的上游管31，在調(diào)壓閥42和匯合點A之間不設置截止閥。
在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)1′中，在氣體循環(huán)系統(tǒng)35中設置兩個截止閥101、102及止回閥103。與此相對，在不具備這些元件的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，相應地，能減少部件個數(shù)、實現(xiàn)成本降低。
一般地，在氣體循環(huán)系統(tǒng)35中，存在從其配管或燃料電池2流出或溶出的雜質(zhì)成分、異物在配管內(nèi)流動的擔憂。在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)1′中，存在因該雜質(zhì)成分等而妨礙截止閥101、102等的功能的擔憂。與此相對，根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1，由于減少了部件個數(shù)，所以能將其功能妨礙防止于未然，從而能提高系統(tǒng)的可靠性。
而且，在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)1′的運轉(zhuǎn)中，在氣體循環(huán)系統(tǒng)35的兩個截止閥101、102及止回閥104處會產(chǎn)生氫氣的壓力損失。因此，需要考慮壓力損失而驅(qū)動調(diào)整轉(zhuǎn)速后的泵50。與此相對，在本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，由于在氣體循環(huán)系統(tǒng)35中未設置這些開閉裝置，所以能盡量地抑制氫氣的壓力損失。因此，在簡化泵50的控制的同時，能減少消耗電力。
而且，一般優(yōu)選的是，在燃料電池系統(tǒng)(1、1′)的運轉(zhuǎn)結束后，陽極和陰極間的極間差壓較小。因此，在進行到燃料電池系統(tǒng)(1、1′)的運轉(zhuǎn)停止的運轉(zhuǎn)結束時，僅在規(guī)定時間內(nèi)繼續(xù)進行泵50的驅(qū)動，由燃料電池2的發(fā)電來消耗氫氣。
在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)1′中，當在運轉(zhuǎn)結束時關閉氣體循環(huán)系統(tǒng)35的兩個截止閥101、102時，不能繼續(xù)進行泵50的驅(qū)動。因此，難以在額定運轉(zhuǎn)的壓力以下進行燃料電池2的發(fā)電。而且，在打開兩個截止閥101、102并驅(qū)動泵50的情況下，不僅需要消耗氣體循環(huán)系統(tǒng)35的氫氣，而且需要消耗上游管31的氫氣。
與此相對，在本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，由于氣體循環(huán)系統(tǒng)35總是處于連通狀態(tài)，所以能在運轉(zhuǎn)結束時可靠地繼續(xù)進行泵50的驅(qū)動。而且，通過關閉匯合點緊鄰處的截止閥43，能消耗氣體循環(huán)系統(tǒng)35的氫氣，而不會消耗上游管31的氫氣。即，由于殘留在封閉空間內(nèi)的氫氣的量減少，能相應減少運轉(zhuǎn)結束時的氫氣的消耗量。因此，能在額定運轉(zhuǎn)的壓力以下穩(wěn)定地進行燃料電池2的發(fā)電，從而能提高燃費(發(fā)電效率)。而且，能在縮短運轉(zhuǎn)結束時間的同時，適當?shù)胤乐箞D中省略的二次電池的過充電。
權利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，作為燃料氣體的配管線路具有氣體循環(huán)系統(tǒng)，連接燃料電池的氣體出口和氣體入口，并將燃料氣體循環(huán)供給該燃料電池；及第一供給通路，與所述氣體循環(huán)系統(tǒng)相連，來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體在其中流動，其中，該燃料電池系統(tǒng)具有調(diào)壓閥，設置在所述第一供給通路上；和至少一個截止閥，僅設置在所述配管線路中的所述第一供給通路上，并位于所述調(diào)壓閥的下游側。
2.如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述氣體循環(huán)系統(tǒng)中，所述燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路總是處于連通狀態(tài)。
3.一種燃料電池系統(tǒng)，作為燃料氣體的配管線路具有氣體循環(huán)系統(tǒng)，連接燃料電池的氣體出口和氣體入口，并將燃料氣體循環(huán)供給該燃料電池；及第一供給通路，與所述氣體循環(huán)系統(tǒng)相連，來自燃料氣體供給源的新的燃料氣體在其中流動，其中，在所述第一供給通路上從所述燃料氣體供給源側順序設置調(diào)壓閥和至少一個截止閥，在所述氣體循環(huán)系統(tǒng)中，所述燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路總是處于連通狀態(tài)。
4.如權利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述氣體循環(huán)系統(tǒng)中，在該燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)期間及停止期間，所述燃料電池的氣體出口和氣體入口間的通路處于連通狀態(tài)。
5.如權利要求1～4中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具有設置在所述氣體循環(huán)系統(tǒng)中用于壓送燃料氣體的泵、和控制所述泵及所述至少一個截止閥的控制裝置，所述控制裝置在該燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時，在所述至少一個截止閥關閉后繼續(xù)進行所述泵的驅(qū)動，通過所述燃料電池的發(fā)電消耗所述氣體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料氣體。
6.如權利要求1～5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述至少一個截止閥設置在所述氣體循環(huán)系統(tǒng)和所述第一供給通路的連接點的緊鄰處。
7.如權利要求1～6中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料氣體供給源是儲存氫氣作為燃料氣體的壓力容器。
8.如權利要求1～7中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述至少一個截止閥中包括設置在所述第一供給通路的所述調(diào)壓閥下游側的第一截止閥、和設置在所述調(diào)壓閥與所述燃料氣體供給源之間的第二截止閥。
9.如權利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二截止閥為所述燃料氣體供給源的主閥。
10.如權利要求1～9中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述調(diào)壓閥在所述第一供給通路上設置多個。
11.如權利要求1～10中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)具有氣液分離器，該氣液分離器用于分離從所述燃料電池排出的陽極廢氣的水分和氣體成分。
12.如權利要求1～11中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)具有雜質(zhì)去除器，該雜質(zhì)去除器用于除去從所述燃料電池排出的陽極廢氣中包含的雜質(zhì)成分。
13.如權利要求1～12中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體循環(huán)系統(tǒng)包括從所述氣體出口到與所述第一供給通路的連接點的第一循環(huán)路徑、和與所述第一循環(huán)路徑連通并從所述連接點到所述氣體入口的第二循環(huán)路徑。
14.一種燃料電池系統(tǒng)，具有供給配管，從燃料氣體供給源延伸至燃料電池的氣體入口；及循環(huán)配管，從所述燃料電池的氣體出口延伸至匯合到所述供給配管的匯合點，并使從該燃料電池排出的陽極廢氣與來自所述燃料氣體供給源的燃料氣體匯合，其中，在所述供給配管的所述匯合點上游側設置調(diào)壓閥和位于該調(diào)壓閥下游側的截止閥，所述供給配管的所述匯合點下游側與所述循環(huán)配管總是處于連通狀態(tài)。
15.如權利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述供給配管的所述匯合點下游側與所述循環(huán)配管在該燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)期間及停止期間處于連通狀態(tài)。
16.如權利要求14或15所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述供給配管的所述匯合點下游側及所述循環(huán)配管上不設置用于開閉這些配管的開閉裝置。
17.如權利要求14～16中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具有設置在所述循環(huán)配管上用于壓送陽極廢氣的泵、和控制所述泵及所述截止閥的控制裝置；所述控制裝置在該燃料電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)結束時，在所述截止閥關閉后繼續(xù)進行所述泵的驅(qū)動，由所述燃料電池的發(fā)電消耗該截止閥下游側的配管內(nèi)的燃料氣體。
18.如權利要求14～17中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述截止閥設置在所述匯合點的緊鄰處。
全文摘要
本發(fā)明目的在于提供一種簡單的燃料電池系統(tǒng)，此外，還將提供一種運轉(zhuǎn)結束時等可以減少燃料氣體消耗量的燃料電池系統(tǒng)作為課題。燃料電池系統(tǒng)(1)具有從儲存燃料氣體的燃料氣體供給源(21)延伸至燃料電池(2)的氣體入口(2a)的供給配管(22)、和從燃料電池(2)的氣體出口(2b)延伸至匯合到供給配管(22)的匯合點(A)的循環(huán)配管(23)。在供給配管上(22)的匯合點(A)的上游側設置調(diào)壓閥(42)及截止閥(43)。供給配管(22)的匯合點(A)的下游側與循環(huán)配管(23)總是處于連通狀態(tài)。
文檔編號H01M8/04GK101076911SQ20058004235
公開日2007年11月21日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權日2004年12月15日
發(fā)明者山本克彥, 弓田修, 蟹江尚樹, 吉田尚弘 申請人:豐田自動車株式會社