專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，特別是涉及抑制異常噪音以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生的技術(shù)。
背景技術(shù)：
如日本專利特開2002-373687號公報所記載的那樣，燃料電池系統(tǒng)，構(gòu)成將多個由陽極電極和陰極電極夾住電解質(zhì)的單電池多個層疊的燃料電池，使連接到燃料電池的氫供給口的氫供給管所供給的氫(燃料氣體)與陽極接觸，使連接到燃料電池的空氣供給口的空氣供給管所供給的空氣(氧化氣體)與陰極接觸，通過由此產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。
日本專利特開2002-373687號公報公開了一種燃料電池系統(tǒng)，其中，在壓送吸入或排出燃料電池的氣體時，通過在利用脈動壓送氣體的配管中設(shè)置減振部件來抑制由配管振動引起的噪音的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
對于在將來自氫供給源的氫供給燃料電池陽極側(cè)的氫供給管的途中設(shè)有燃料電池入口斷流閥(下面，稱作FC入口閥)的燃料電池系統(tǒng)的起動，通過打開氫供給源側(cè)的主截止閥(主閥)、接著打開FC入口閥來進行。
可是存在下述問題，即，打開主截止閥后，如果在氫供給管的FC入口閥的上游側(cè)還未被充分加壓的狀態(tài)下打開該FC入口閥，則在系統(tǒng)起動時具有與大氣壓相當?shù)膲毫Φ臍涔┙o管及燃料電池內(nèi)的氣體通路中，由于供給高壓氫及加壓空氣而急劇地加壓，從而會因為沖擊而在電池組(stack)內(nèi)部產(chǎn)生異常噪音，并在機械部件中產(chǎn)生振動應(yīng)力。
這種問題不僅出現(xiàn)在氫供給系統(tǒng)的通路(氫供給管)中，而且在將從燃料電池排出的氫廢氣返回氫供給管的氫循環(huán)系統(tǒng)的通路、將氫廢氣排到外部的氫排出系統(tǒng)的通路、及將來自燃料電池的空氣廢氣排出的空氣排出系統(tǒng)的通路等、供給燃料電池的氣體及從燃料電池排出的廢氣流通的通路中也會產(chǎn)生這種問題。
作為該問題的對策，即使在氫供給管等的氣體通路中設(shè)置日本專利特開2002-373687號公報中記載的減振部件，也只能吸收特定頻率范圍的振動，而不能充分地解決所述問題。而且，這種急劇加壓不一定限定在燃料電池的起動期間。
另外，在具有從其兩側(cè)由陽極電極和陰極電極夾持固體高分子電解質(zhì)膜(以下，稱作電解質(zhì)膜)的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)中，為了電解質(zhì)膜的破損防止、長壽命化等，有必要將陽極側(cè)的氫氣供給壓力與陰極側(cè)的空氣供給壓力的壓差(以下，稱作極間壓差)控制到規(guī)定值以下。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，可抑制由急劇加壓引起的異常噪音的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具有接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電并排出反應(yīng)廢氣的燃料電池；所述反應(yīng)氣體或所述反應(yīng)廢氣流通的氣體通路；設(shè)置在該氣體通路上的閥裝置；及控制該閥裝置的開度的控制裝置，其中，所述控制裝置在所述氣體通路內(nèi)的氣體壓力增加時，根據(jù)所述閥裝置的上游和下游的壓差的大小，以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制該閥裝置的開度。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于例如像系統(tǒng)起動時那樣、閥裝置的下游壓力(例如，閥裝置-燃料電池間的氣體通路、燃料電池內(nèi)的氣體通路等)降低到與大氣壓相當，所以，即使在供給高壓或加壓后的反應(yīng)氣體時氣體通路內(nèi)的氣體壓力增加的情況下，通過與閥裝置的上下游間的壓差的大小對應(yīng)地使該閥裝置的開度面積連續(xù)增加或斷續(xù)增加(例如，以規(guī)定周期重復(fù)全開和全閉)，也可以抑制氣體通路內(nèi)的急劇加壓。
而且，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具有接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電并排出反應(yīng)廢氣的燃料電池；所述反應(yīng)氣體或所述反應(yīng)廢氣流通的氣體通路；設(shè)置在該氣體通路上的閥裝置；及控制該閥裝置的開度的控制裝置，其中，所述控制裝置在所述閥裝置的上下游間的壓差為規(guī)定值以上時，根據(jù)該壓差的大小，以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制該閥裝置的開度。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于例如像系統(tǒng)起動時那樣、閥裝置的下游壓力降低到與大氣壓相當，所以，即使在供給高壓或加壓后的反應(yīng)氣體時出現(xiàn)急劇加壓的擔(dān)憂的情況下，在閥裝置的上下游間的壓差未滿規(guī)定值期間，通過連續(xù)或斷續(xù)地增加該閥裝置的開度面積，能使閥裝置的上下游間的壓差逐漸減小，從而可以抑制急劇加壓。
所述控制裝置在所述閥裝置的下游壓力為目標壓力以下時，根據(jù)所述下游壓力與目標壓力的壓差的大小控制該閥裝置的開度。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使在存在氣體通路被急劇加壓的擔(dān)憂的情況下，在閥裝置的下游壓力達到目標壓力之前期間，通過連續(xù)或斷續(xù)地增加該閥裝置的開度面積，能使閥裝置的下游壓力和目標壓力的壓差逐漸減小，從而可以抑制急劇加壓。
所述壓差越大，所述閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量越小。
由于對于壓差大這種情況，存在急劇加壓的擔(dān)憂，所以根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以更有效地抑制急劇加壓時的共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
所謂“單位時間內(nèi)的開度面積變化量越小”除表示連續(xù)或階段地增加閥裝置的開度時的開度面積變化量小之外，還包含下述含義，即，斷續(xù)地使閥裝置的開度為全開時的全開時間較短及/或全閉時間較長。
所述閥裝置的下游的封閉空間體積越大，該閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量越小。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使在加壓后的封閉空間包含例如燃料電池內(nèi)的氣體通路等、封閉空間體積大的情況下，也可以更有效地抑制急劇加壓時的共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
所述閥裝置可以為開閉式電磁閥或開度可變式電磁閥中的至少一種。
例如，在閥裝置為開閉式電磁閥的情況下，即，在閥裝置為只能選擇全開(開度指令ON)或全閉(開度指令OFF)的閥裝置的情況下，通過以規(guī)定周期重復(fù)全開和全閉，能使所述壓差逐漸減少，從而可以抑制急劇加壓。
在所述閥裝置為開閉式電磁閥的情況下，可以由負載控制來改變該閥裝置的開度面積。
這種情況中，可以使負載比(ON-OFF重復(fù)時的ON-OFF時間比率)一定，也可以使負載比隨時間經(jīng)過而逐漸減少或增加。
另一方面，在閥裝置為開度可變式電磁閥的情況下，即，在閥裝置為能在全開-全閉期間例如線性地可變控制閥裝置開度的裝置的情況下，通過例如漸漸地增加閥裝置的開度等、連續(xù)地使閥裝置的開度變化，能使所述壓差逐漸減少，從而可以抑制急劇加壓。
所述閥裝置可以為位于設(shè)置在所述氣體通路上的調(diào)壓閥的下游的電磁閥。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由調(diào)壓閥(例如，機械式調(diào)節(jié)器、減壓閥等)減壓后的氣體壓力會由其下游的電磁閥連續(xù)或斷續(xù)地進行開度控制，從而能以簡單地方式保證電磁閥的耐久性、密封性。而且，還可以抑制由高壓氣體的影響產(chǎn)生的電磁閥的控制惡化。
可以根據(jù)所述閥裝置的下游壓力，設(shè)定該閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以使該閥裝置的下游壓力反饋到閥裝置的開度設(shè)定。
所述閥裝置可以為連接到所述氣體通路上的高壓儲氣罐的主閥。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使對于在氣體通路的途中未設(shè)置容許/禁止向燃料電池的氣體供給的閥裝置或?qū)Τ蛉剂想姵氐臍怏w供給壓力進行調(diào)壓(減壓)的閥裝置的燃料電池系統(tǒng)，通過控制高壓儲氣罐的主閥，也可以抑制與燃料電池相連的氣體供給通路或燃料電池內(nèi)部的氣體通路被急劇加壓。
可以在所述氣體通路上串聯(lián)地設(shè)置多個所述閥裝置，并與上游側(cè)閥裝置的開閉狀態(tài)對應(yīng)地控制下游側(cè)閥裝置的開度面積。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以主要控制串聯(lián)地設(shè)置的閥裝置中上游側(cè)的閥裝置的開度，從屬地控制下游側(cè)閥裝置的開度。而且，在例如系統(tǒng)起動時下游側(cè)的閥裝置保持關(guān)閉、僅打開上游側(cè)的閥裝置的情況下，上游側(cè)的閥裝置至下游側(cè)的閥裝置間的封閉空間，作為抑制其下游的氣體通路(例如與燃料電池相連的氣體供給通路或燃料電池內(nèi)部的氣體通路)被急劇加壓的緩沖器而起作用。
可以協(xié)調(diào)控制供給所述燃料電池陽極側(cè)的氣體壓力與供給陰極側(cè)的氣體壓力。
這里，所謂協(xié)調(diào)控制是指，例如與對應(yīng)陰極側(cè)(燃料氣體側(cè))或陰極側(cè)(氧化氣體側(cè))中一側(cè)的氣體壓力變化設(shè)定的閥裝置的開度控制對應(yīng)地，另一側(cè)的氣體壓力變化，以此方式進行調(diào)壓(實施至少另一側(cè)的閥裝置的開度控制)。
例如，可以主要控制設(shè)置在高壓燃料氣體側(cè)的氣體通路中的閥裝置，并與其對應(yīng)地、控制設(shè)置在氧化氣體側(cè)的氣體通路中的閥裝置或/和氣體供給機構(gòu)(例如，壓縮機)，所以可以將從燃料氣體供給通路供給燃料電池的燃料氣體供給壓力與從氧化氣體供給通路供給燃料電池的氧化氣體供給壓力之間的壓差控制到適當范圍內(nèi)。
特別是，在用陽極電極和陰極電極從電解質(zhì)膜兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜構(gòu)成燃料電池的燃料電池系統(tǒng)中，能抑制極間壓差(燃料氣體供給壓力與氧化氣體供給壓力的壓差)的過度增大，從而可以防止電解質(zhì)膜破損等。
所述氣體通路的一部分為相互并列的通路，其中一條通路與另一條通路相比為壓力損失大的通路，當所述壓差為規(guī)定值以上時，代替連續(xù)或斷續(xù)地增加所述閥裝置的開度面積的方式，使用所述壓力損失大的通路。
比另一條通路的壓力損失大的通路，例如可以如下構(gòu)成，即，使其與另一條通路相比小徑化、在通路途中設(shè)置彎曲部、曲折部、或者在通路途中設(shè)置如節(jié)流孔或過濾器等使流體阻力增加的元件。
所述控制裝置可以在所述燃料電池起動時以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制所述閥裝置的開度。由于在燃料電池起動時、例如長時間停止后的起動時或從間歇運轉(zhuǎn)開始的再起動時，存在壓力降低到與大氣壓相當或規(guī)定壓力的氣體通路(例如，氣體供給通路及燃料電池內(nèi)的氣體通路)接受高壓或加壓后的反應(yīng)氣體或反應(yīng)廢氣的供給而被急劇加壓的擔(dān)憂，所以所述控制可以有效地抑制這種急劇加壓。
作為所述燃料電池系統(tǒng)的一種起動方法，可以在所述閥裝置的下游壓力為目標壓力以下時，以使所述下游壓力和目標壓力之間的壓差逐漸減小的方式將所述反應(yīng)氣體供給燃料電池。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以抑制急劇加壓。
而且，作為其它起動方法，也可以在所述閥裝置的上下游間的壓差為規(guī)定值以上時，以使該壓差逐漸減小的方式將所述反應(yīng)氣體供給燃料電池。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以抑制急劇加壓。
在這些燃料電池系統(tǒng)的起動方法中，作為使閥裝置的下游壓力與目標壓力的壓差逐漸減少、或者使閥裝置的上下游間的壓差逐漸減少的具體方法，例如有使加壓時的閥裝置的開度比通常運轉(zhuǎn)時的開度小(例如，通常運轉(zhuǎn)時的1/3)、使單位時間內(nèi)的壓力上升量保持在一定值(例如，10kPa/100毫秒)以下、使單位時間內(nèi)的氣體供給量(流速)保持在一定值(例如，1L/100毫秒)以下等。
除了這些方法之外，還可以使單位時間內(nèi)的閥開度可變、在加壓初期慢慢地(例如，5step/秒)打開閥，從加壓開始伴隨時間經(jīng)過而快速(例如，20step/秒)打開閥，由此使所述壓差逐漸減小。
另外，在使用僅對開閉(ON-OFF)兩狀態(tài)的閥開度能進行電子控制的電磁閥(開閉式電磁閥)的情況下，代替控制閥開度，可以通過控制開閉的負載比(ON-OFF比)來使所述壓差逐漸減小。例如以下述方式進行控制，即，加壓初期使ON時間比率變小，經(jīng)過規(guī)定時間后使ON時間比率變大。


圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一實施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖2為說明圖1所示的燃料電池系統(tǒng)起動時FC入口閥的控制流程的流程圖。
圖3為表示FC入口閥為開閉式電磁閥時的一控制例的時間圖。
圖4為表示圖3所示的一控制例的壓力變動的時間圖。
圖5為表示FC入口閥為開閉式電磁閥時的其它控制例的時間圖。
圖6為表示FC入口閥為開度可變式電磁閥時的一控制例的時間圖。
圖7為說明第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)起動時FC入口閥的控制流程的流程圖。
圖8為說明第三實施方式的燃料電池系統(tǒng)起動時FC入口閥的控制流程的流程圖。
圖9為說明第四實施方式的燃料電池系統(tǒng)起動時FC入口閥的控制流程的流程圖。
圖10為表示第五實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖11為表示第六實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
<第一實施方式>
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一實施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。該燃料電池系統(tǒng)1除了可以適用到燃料電池車輛的車載發(fā)電系統(tǒng)之外，還可以適用到如定置使用的發(fā)電系統(tǒng)。
燃料電池10為通過燃料氣體(反應(yīng)氣體)和氧化氣體(反應(yīng)氣體)的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的單電池的層疊體。各單電池為將陽極電極和陰極電極配置在電解質(zhì)膜的兩側(cè)的結(jié)構(gòu)。
作為氧化氣體的空氣被供給燃料電池10的陰極側(cè)。空氣從過濾器40吸入、由壓縮機41壓縮后、由加濕器42加濕、并從配管(氣體通路)35供給燃料電池10。來自陰極的排氣(下面，稱作陰極廢氣(反應(yīng)廢氣))通過配管36、消聲器43排到外部。空氣的供給壓力由調(diào)壓閥44的開度控制。
儲存在氫罐(高壓儲氣罐)20中的氫作為燃料氣體通過配管(氣體通路)32供給燃料電池陽極側(cè)。也可以代替該氫罐20，使用通過以醇、烴、醛等為原料的改性反應(yīng)產(chǎn)生氫并將其供給陽極側(cè)的燃料改性器、氫吸附合金等。
在配管32上從其上游順次設(shè)置氫罐20的截止閥(主閥)21、將一次壓力減壓到規(guī)定的二次壓力的調(diào)節(jié)閥(調(diào)壓閥)23、開閉閥24、及燃料電池入口閥(閥裝置)25。
該燃料電池入口閥(以下，稱作FC入口閥)25為開閉式電磁閥或開度可變式電磁閥，對于前一種電磁閥，在閥本體內(nèi)滑動并可著座在閥座上的閥體的開度(以下，稱作閥開度)只能選擇全開、全閉中的一種；對于后一種電磁閥，能在全開-全閉間例如線性地可變控制閥開度，對于任一種結(jié)構(gòu)都能采用控制裝置50控制閥開度。
高壓儲存在氫罐20中的氫由調(diào)節(jié)閥23調(diào)壓(減壓)后供給燃料電池10的陽極。而且，來自該陽極的排氣(下面，稱作陽極廢氣(反應(yīng)廢氣))流到配管33。在該配管33的陽極出口側(cè)設(shè)置燃料電池出口閥(以下，稱作FC出口閥)26。
配管33在其途中分支為兩路，一路連接到將陽極廢氣排到外部用的排出管34，另一路通過單向閥28連接到配管32。在由連接到燃料電池10的陽極出口的配管33與從其分支后連接到配管32的配管構(gòu)成的燃料氣體循環(huán)通路上設(shè)置使陽極廢氣升壓而回流到配管32的氫泵45。
在設(shè)置在排出管34上的排出閥(排氣閥)27關(guān)閉期間，陽極廢氣通過配管32再次循環(huán)到燃料電池10。由于在陽極廢氣中殘留未由發(fā)電消耗掉的氫，所以通過如此循環(huán)，能有效利用氫。
在陽極廢氣的循環(huán)中，氫用在發(fā)電中，另一方面，氫以外的雜質(zhì)，例如，從陰極透過電解質(zhì)膜的氮等未被消耗而殘留下來，因此，雜質(zhì)的濃度逐漸增大。在這種狀態(tài)下，當排出閥27打開時，陽極廢氣通過排出管34排到外部(排氣)，雜質(zhì)的循環(huán)量降低。
除氫及空氣之外，冷卻水也被供給燃料電池10。冷卻水通過冷卻水泵46流經(jīng)冷卻用的配管37，由散熱器38冷卻后供給燃料電池10。配管37在散熱器38的上游分支為兩路，一路繞過散熱器38，通過設(shè)置在該散熱器38下游的旁通閥39與散熱器配管匯合。
控制裝置50由CPU、ROM、RAM、HDD、輸入/輸出接口及顯示器等的控制計算機系統(tǒng)構(gòu)成，該控制裝置接收圖中未示出的車輛的加速器開度信號等需求負荷、以及來自設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)1的各部分上的傳感器(壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、電流計、電壓計等)和各機器(壓縮機41、氫泵45等)的控制信息，控制系統(tǒng)各部分的閥類或馬達類部件的運轉(zhuǎn)。
而且，控制裝置50在配管32、燃料電池10內(nèi)的氣體通路、配管33或配管34(以下，有時將這些統(tǒng)稱為“氣體通路”)內(nèi)的氣體壓力增加時，對應(yīng)FC入口閥25的上游和下游的壓差的大小、以連續(xù)或斷續(xù)增加開度面積的方式控制該FC入口閥25的開度。以下為方便起見，將控制開度面積的動作簡單地稱作“控制閥開度”。
例如，在燃料電池10的起動時或從間歇運轉(zhuǎn)開始的再起動等的初期加壓時，當FC入口閥25的下游壓力、即，該FC入口閥25至燃料電池10間的配管32及燃料電池10內(nèi)的氣體通路的壓力為規(guī)定壓力(目標壓力)以下時，或者FC入口閥25的上下游間的壓差為規(guī)定值以上時，以使上述下游壓力和規(guī)定壓力之間的壓差或上下游間的壓差逐漸減少的方式控制燃料電池入口閥25的閥開度。
也就是說，在長時間停止后的起動時或從間歇運轉(zhuǎn)開始的再起動時，氣體通路降低到與大氣壓相當或降低到規(guī)定壓力。在這種狀態(tài)下，當將來自氫罐20的高壓氫供給氣體通路時，該氣體通路被急劇地加壓，結(jié)果，可能產(chǎn)生沖擊引起的異常噪音，出現(xiàn)機械部件應(yīng)力。
在本實施方式的FC入口閥25為開閉式電磁閥的情況下，通過實施以規(guī)定周期重復(fù)全開和全閉的負載控制，可以使上述壓差逐漸減小，從而可以抑制急劇加壓。這時，可以使負載比(ON-OFF重復(fù)時的ON-OFF時間比率)一定，也可以使負載比伴隨時間逐漸減少或增加。
另一方面，在本實施方式的FC入口閥25為開度可變式電磁閥的情況下，例如通過逐漸增加等方式連續(xù)地使閥開度變化，可以使上述壓差逐漸減小，從而可以抑制急劇加壓。
由于在該FC入口閥25的下游的封閉空間中包含燃料電池10內(nèi)的氣體通路，該封閉空間體積較大，所以優(yōu)選的是，以單位時間內(nèi)的開度面積變化量減小的方式控制FC入口閥25的開閉動作。另外，所謂FC入口閥25下游的封閉空間體積是指包含燃料電池10內(nèi)的氣體通路的、從FC入口閥25到FC出口閥26的氣體通路體積。
而且，對于FC入口閥25，上述壓差越大，越減小單位時間內(nèi)的開度面積變化量，或者可以根據(jù)FC入口閥25的下游壓力，設(shè)定單位時間內(nèi)的開度面積變化量。
對于截止閥21至FC入口閥25間的配管32，從關(guān)閉各閥21、23、25、26等的狀態(tài)開始，首先，打開截止閥21、給該截止閥21至開閉閥24之間加壓，接著，打開開閉閥24、給該開閉閥24至FC入口閥25間加壓，之后，打開FC入口閥25、給該FC入口閥25至FC出口閥26間加壓。
也就是從位于配管32上游側(cè)的閥開始順次打開，由此使從該打開的閥至緊位于其下游的閥之間的封閉空間作為緩沖器而起作用，并能使配管32內(nèi)部及燃料電池10內(nèi)部逐漸加壓。
這樣，對于在配管32、燃料電池10內(nèi)的氣體通路及配管33上串聯(lián)地設(shè)有多個閥21，...，26的燃料電池系統(tǒng)1，通過對應(yīng)上游側(cè)的閥的開閉狀態(tài)控制下游側(cè)的閥的開度，可以主要控制串聯(lián)地設(shè)置的閥21，...，26中相對位于上游側(cè)的閥(以下，稱作上游側(cè)閥)的開度，從屬地控制相對位于下游側(cè)的閥(以下，稱作下游側(cè)閥)的開度。
這樣，例如當系統(tǒng)起動時(包含從間歇運轉(zhuǎn)開始的再起動時)保持下游側(cè)閥關(guān)閉、僅打開上游側(cè)閥時，上游側(cè)閥至下游側(cè)閥間的封閉空間作為控制與燃料電池10相連的配管21、33或燃料電池10內(nèi)的氣體通路被急劇加壓的緩沖器而起作用。
接著，參照圖2～圖5，相對于控制裝置50所進行的燃料電池起動時的FC入口閥25的控制流程，對開閉式電磁閥用作該FC入口閥25的情況進行說明。另外，圖2中的閥裝置在本實施方式中為FC入口閥25。
首先，在圖2的步驟S1中，判斷是否應(yīng)該對FC入口閥25至FC出口閥26間的封閉空間加壓，例如進行FC入口閥25上游側(cè)的配管32是否被加壓到規(guī)定壓力的判斷，當該判斷結(jié)果為“否”時，重復(fù)該步驟S1的判斷，等待FC入口閥25上游側(cè)的配管32被加壓到規(guī)定壓力。
另一方面，當步驟S1的判斷結(jié)果為“是”時，取得FC入口閥25的下游壓力(步驟S3)。例如使用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器測定該下游壓力。接著，在步驟S5中，判斷下游壓力是否為加壓終了壓力(目標壓力)以下，當判斷結(jié)果為“否”時，即，當下游壓力已經(jīng)超過加壓終了壓力時，跳過下面的處理并結(jié)束本控制流程。
另一方面，當步驟S5的判斷結(jié)果為“是”時，即，在下游壓力尚未達到加壓終了壓力的情況下，對FC入口閥25發(fā)出僅在規(guī)定時間(例如，100毫秒以下)保持閥開度為全開(ON)的開度指令(步驟S7)，接著，對FC入口閥25發(fā)出僅在規(guī)定時間(例如，100毫秒以下)保持閥開度為全閉(OFF)的開度指令(步驟S8)，之后返回步驟S5。
在本實施方式中，由于在FC入口閥25的下游壓力超過加壓終了壓力之前的期間內(nèi)，重復(fù)進行步驟S7和S9的處理，所以，例如以同一周期重復(fù)步驟S7的全開指令和步驟S9的全閉指令。即，以規(guī)定的負載比對FC入口閥25的閥開度進行負載控制，結(jié)果，如圖3所示，驅(qū)動FC入口閥。
如此對FC入口閥25進行閥驅(qū)動的結(jié)果是，在從加壓開始時的初期壓力至達到加壓終了壓力(目標壓力)期間，F(xiàn)C入口閥25的下游壓力進行如圖4所示的階梯狀地變化的壓力變動。由此，根據(jù)本實施方式，由于使FC入口閥25的下游壓力與加壓終了壓力的壓差逐漸減少，以抑制急劇加壓，所以能抑制共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
而且，在本實施方式中，由調(diào)壓閥23減壓后的氣體壓力由設(shè)置在其下游的FC入口閥25進行開度控制，所以能以簡單的方式實現(xiàn)FC入口閥25的耐久性、密封性，并能抑制高壓氫氣的影響所導(dǎo)致的FC入口閥25的控制惡化。
另外，在由負載控制改變FC入口閥25的閥開度的情況下，可以如上述圖3所示，將負載比(ON-OFF重復(fù)時的ON-OFF時間比率)設(shè)定為一定，也可以如圖5所示，使負載比隨時間逐漸減少，或者也可以和圖5所示的閥驅(qū)動模式相反，使負載比隨時間逐漸增加。
<第二實施方式>
接著，參照圖6及圖7，對于控制裝置50所進行的燃料電池起動時的FC入口閥25的其它實施方式的控制流程，對開度可變式電磁閥用作該FC入口閥25的情況進行說明。另外，圖7中的閥裝置在本實施方式中為FC入口閥25。
本實施方式和上述第一實施方式的主要不同點在于，在上述第一實施方式中，斷續(xù)地使由開閉式電磁閥構(gòu)成的FC入口閥25的閥開度變化以進行控制(負載控制)，與此相對，在本實施方式中，連續(xù)地使由開度可變式電磁閥構(gòu)成的FC入口閥25的閥開度變化以進行控制。
首先，在圖7的步驟S11中，判斷是否應(yīng)該對FC入口閥25至FC出口閥26間的封閉空間加壓，例如進行FC入口閥25上游側(cè)的配管32是否被加壓到規(guī)定壓力的判斷，當該判斷結(jié)果為“否”時，重復(fù)該步驟S11的判斷，等待FC入口閥25上游側(cè)的配管32被加壓到規(guī)定壓力。
另一方面，當步驟S11的判斷結(jié)果為“是”時，取得FC入口閥25的下游壓力(步驟S13)。例如使用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器測定該下游壓力。接著，在步驟S15中，判斷下游壓力是否為加壓終了壓力(目標壓力)以下，當判斷結(jié)果為“否”時，即，當下游壓力已經(jīng)超過加壓終了壓力時，跳過下面的處理并結(jié)束本控制程序。
另一方面，當步驟S15的判斷結(jié)果為“是”時，即，在下游壓力尚未達到加壓終了壓力的情況下，參照規(guī)定下游壓力和閥開度之間關(guān)系的映射確定閥開度(步驟S17)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25，之后返回步驟S13。另外，規(guī)定下游壓力和閥開度之間關(guān)系的映射可以如此確定，即，下游壓力越低，或下游壓力和上游壓力之間的壓差越大，閥開度越小。
在本實施方式中，由于在FC入口閥25的下游壓力超過加壓終了壓力之前的期間內(nèi)，重復(fù)進行步驟S17和步驟S19的處理，所以例如如圖6所示，F(xiàn)C入口閥25的閥開度以連續(xù)地變化的方式被驅(qū)動。
如此對FC入口閥25進行閥驅(qū)動的結(jié)果是，在本實施方式中，在從加壓開始時的初期壓力達到加壓終了壓力(目標壓力)期間，F(xiàn)C入口閥25的下游壓力以該下游壓力和加壓終了壓力的壓差逐漸減少的方式慢慢加壓，由此也能抑制共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
另外，該FC入口閥25的下游壓力和加壓終了壓力之間的壓差越大，或者，該FC入口閥25的下游壓力和上游壓力的壓差越大，該FC入口閥25的單位時間內(nèi)的開度面積變化量越減小。由于對于上述壓差較大的這種情況，存在FC入口閥25至FC出口閥26間的氣體通路被急劇加壓的擔(dān)憂，所以，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能更有效地抑制急劇加壓時的共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
<第三實施方式>
接著，參照圖8，對于控制裝置50所進行的燃料電池起動時的FC入口閥25的其它實施方式的控制流程，和上述第二實施方式相同，對開度可變式電磁閥用作該FC入口閥25的情況進行說明。另外，圖8中的閥裝置在本實施方式中為FC入口閥25。
本實施方式和上述第二實施方式的主要不同點在于，在上述第二實施方式中，使用FC入口閥25的下游壓力對該FC入口閥25的閥開度進行前饋控制，與此相對，在本實施方式中，以單位時間內(nèi)的壓力上升量一定、即壓力上升率一定的方式對FC入口閥25的閥開度進行反饋控制。
首先，在圖8的步驟S21中，判斷是否應(yīng)該對FC入口閥25至FC出口閥26間的封閉空間加壓，例如進行FC入口閥25上游側(cè)的配管32是否被加壓到規(guī)定壓力的判斷，當該判斷結(jié)果為“否”時，重復(fù)該步驟S21的判斷，等待FC入口閥25上游側(cè)的配管32被加壓到規(guī)定壓力。
另一方面，當步驟S21的判斷結(jié)果為“是”時，取得FC入口閥25的下游壓力(步驟S23)。例如使用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器測定該下游壓力。接著，在步驟S25中，判斷下游壓力是否為加壓終了壓力(目標壓力)以下，當判斷結(jié)果為“否”時，即，當下游壓力已經(jīng)超過加壓終了壓力時，跳過下面的處理并結(jié)束本控制程序。
另一方面，當步驟S25的判斷結(jié)果為“是”時，即，在本次控制周期內(nèi)取得的下游壓力尚未達到加壓終了壓力的情況下，根據(jù)相對在上次的控制周期內(nèi)取得的下游壓力的壓力上升ΔP、及從在上次的控制周期內(nèi)取得下游壓力開始至在本次的控制周期內(nèi)取得下游壓力為止的經(jīng)過時間、即本流程的控制周期ΔT，計算壓力上升率ΔP/ΔT(步驟S27)。
在該壓力上升率ΔP/ΔT和規(guī)定的適當值相等的情況下(步驟S29是)，在仍舊維持FC入口閥25的閥開度的基礎(chǔ)上(步驟S31)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S33)，之后返回步驟S23。
在步驟S29的判斷結(jié)果為“否”的情況下，判斷壓力上升率ΔP/ΔT是否比上述規(guī)定的適當值大(步驟S41)，當該判斷結(jié)果為“是”時，在使FC入口閥25的閥開度減少規(guī)定量的基礎(chǔ)上(步驟S43)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S33)，之后返回步驟S23。
當步驟S41的判斷結(jié)果為“否”時，即，在壓力上升率ΔP/ΔT比上述規(guī)定的適當值小的情況下，在使FC入口閥25的閥開度增加規(guī)定量的基礎(chǔ)上(步驟S45)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S33)，之后返回步驟S23。
在本實施方式中，由于在FC入口閥25的下游壓力超過加壓終了壓力之前的期間內(nèi)，重復(fù)進行步驟S27以后的處理，即，重復(fù)進行對應(yīng)該下游壓力的上升率設(shè)定閥開度的處理，所以可以使該FC入口閥25的下游壓力反饋到FC入口閥25的閥開度設(shè)定。
在本實施方式中，如此對FC入口閥25進行閥驅(qū)動的結(jié)果是，在以FC入口閥25的下游壓力和加壓終了壓力之間的壓差逐漸減少的方式慢慢進行加壓時，向使該下游壓力的壓力上升率ΔP/ΔT與規(guī)定的適當值一致的方向校正閥開度，所以能更有效地抑制加壓時共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
另外，在本實施方式中，由于能根據(jù)壓力上升ΔP、控制周期ΔT及FC入口閥25至FC出口閥26間的所有氣體通路容積計算氣體供給速度，所以也可以代替使用上述壓力上升率ΔP/ΔT控制FC入口閥25的閥開度，以該氣體供給速度保持一定(適當值)的方式控制FC入口閥25的閥開度。
另外，在步驟S43中的FC入口閥25的開度減少處理(開度面積減少處理)及/或步驟S45中的FC入口閥25的開度增加處理(開度面積增加處理)中，可以通過例如PID控制等確定開度增加。
<第四實施方式>
接著，參照圖9，對于控制裝置50所進行的燃料電池起動時的FC入口閥25的其它實施方式的控制流程，和上述第二實施方式及第三實施方式相同地，對開度可變式電磁閥用作該FC入口閥25的情況進行說明。另外，圖9中的閥裝置在本實施方式中為FC入口閥25。
本實施方式和上述第三實施方式的主要不同點在于，在上述第三實施方式中，以單位時間內(nèi)的壓力上升量一定、即壓力上升率一定的方式對FC入口閥25的閥開度進行反饋控制，與此相對，在本實施方式中，以單位時間內(nèi)的氣體供給量一定、即流速一定的方式對FC入口閥25的閥開度進行反饋控制。
首先，在圖9的步驟S51中，判斷是否應(yīng)該對FC入口閥25至FC出口閥26間的封閉空間加壓，例如進行FC入口閥25上游側(cè)的配管32是否被加壓到規(guī)定壓力的判斷，當該判斷結(jié)果為“否”時，重復(fù)該步驟S51的判斷，等待FC入口閥25上游側(cè)的配管32被加壓到規(guī)定壓力。
另一方面，當步驟S51的判斷結(jié)果為“是”時，取得FC入口閥25的上游壓力和下游壓力(步驟S53)。例如使用設(shè)置在配管32的FC入口閥25至開閉閥24間的壓力傳感器測定FC入口閥25的上游壓力。而且，例如使用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器測定FC入口閥25的下游壓力。
接著，在步驟S55中，判斷下游壓力是否為加壓終了壓力(目標壓力)以下，當判斷結(jié)果為“否”時，即，當下游壓力已經(jīng)超過加壓終了壓力時，跳過下面的處理并結(jié)束本控制程序。
另一方面，當步驟S55的判斷結(jié)果為“是”時，即，在下游壓力尚未達到加壓終了壓力的情況下，參照對步驟S53取得的上游壓力和下游壓力的壓差與FC入口閥25的流量壓力損失特性之間得關(guān)系進行規(guī)定的映射，推測通過FC入口閥25的單位時間內(nèi)的氣體供給量，即，推測流速(步驟S57)。
在該流速和規(guī)定的適當值相等的情況下(步驟S59是)，在仍舊維持FC入口閥25的閥開度的基礎(chǔ)上(步驟S61)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S63)，之后返回步驟S53。
在步驟S59的判斷結(jié)果為“否”的情況下，判斷上述流速是否比上述規(guī)定的適當值大(步驟S71)，當該判斷結(jié)果為“是”時，在使FC入口閥25的閥開度減少規(guī)定量的基礎(chǔ)上(步驟S73)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S63)，之后返回步驟S53。
當步驟S71的判斷結(jié)果為“否”時，即，在上述流速比上述規(guī)定的適當值小的情況下，在使FC入口閥25的閥開度增加規(guī)定量的基礎(chǔ)上(步驟S75)，將與此對應(yīng)的開度指令發(fā)給FC入口閥25(步驟S63)，之后返回步驟S53。
在本實施方式中，由于在FC入口閥25的下游壓力超過加壓終了壓力之前的期間內(nèi)，重復(fù)進行步驟S57以后的處理，即，重復(fù)進行如下的處理對應(yīng)根據(jù)FC入口閥25的上下游間的壓差及該FC入口閥25的流量壓力損失特性求出的流速而設(shè)定閥開度，所以可以使該FC入口閥25的下游壓力反饋到FC入口閥25的閥開度設(shè)定。
如此對FC入口閥25進行閥驅(qū)動的結(jié)果是，在本實施方式中，在以FC入口閥25的下游壓力和加壓終了壓力之間的壓差逐漸減少的方式慢慢進行加壓時，向使與FC入口閥25的下游壓力存在相關(guān)的某流速與規(guī)定的適當值一致的方向校正閥開度，所以能更有效地抑制加壓時共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
<第五實施方式>
圖10為表示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第五實施方式的概略結(jié)構(gòu)圖。下面，對與圖1所示的上述第一實施方式～第四實施方式相同的構(gòu)成元件使用相同的標號并省略其說明，僅以相對上述第一實施方式的結(jié)構(gòu)及效果的不同點為中心進行說明。
本實施方式和上述各實施方式的主要不同點如下，首先，第一，在上述第一實施方式中，在連通氫罐20和燃料電池10的配管32上不存在任何相互并列的通路，與此相對，在本實施方式中，配管32的一部分形成相互并列的通路32a、32b。這些通路32a、32b具有相同的直徑。
其次，在上述各實施方式中，在配管32上從上游側(cè)順次設(shè)置截止閥21、調(diào)節(jié)閥23、開閉閥24及FC入口閥25，與此相對，在本實施方式中，在包含通路32a、32b的配管32上從上游側(cè)順次設(shè)置截止閥21、切換閥61、通路32a上的節(jié)流裝置62、調(diào)節(jié)閥23及FC入口閥25。
而且，在上述各實施方式中，當FC入口閥25的下游壓力為加壓終了壓力以下時，通過控制燃料電池入口閥25的閥開度來抑制急劇加壓，與此相對，在本實施方式中，代替控制燃料電池入口閥25的閥開度，可以通過選擇地使用通路32a、32b的任何一方來抑制急劇加壓。
本實施方式的切換閥61為可選擇下述任一種情況的流路切換部一種情況為來自氫罐20的氫氣通過設(shè)置節(jié)流裝置62的通路32a側(cè)供給燃料電池10，一種情況為來自氫罐20的氫氣通過繞過節(jié)流裝置62的通路32b側(cè)供給燃料電池，該切換閥61由控制裝置50控制切換方向。
節(jié)流裝置62為可以使一條通路32a的流體壓力損失比另一條通路32b的壓力損失相對大的壓力損失產(chǎn)生部，并以使通路32a的氣體流路截面局部變窄的方式構(gòu)成。本實施方式的節(jié)流裝置62例如為將上下游間的節(jié)流量設(shè)定到規(guī)定的固定值的節(jié)流裝置。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，例如在如燃料電池10起動時等那樣的初期加壓時，在FC入口閥25的下游壓力與加壓終了壓力(目標壓力)的壓差或FC入口閥25的上下游間的壓差為規(guī)定值以上的情況下，對切換閥61進行切換，使來自氫罐20的氫氣通過壓力損失大的通路32a側(cè)供給燃料電池10，由此抑制加壓速度，從而可以使上述壓差逐漸減少。
另一方面，在如通常運轉(zhuǎn)時等那樣、上述壓差未滿規(guī)定值的情況下，對切換閥61進行切換，使來自氫罐20的氫氣通過壓力損失小的通路32b側(cè)供給燃料電池10，由此繞過節(jié)流裝置62，從而可以避免由于該節(jié)流裝置62的存在而引起的壓力損失。
如上所述，根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)11，可以不進行如上述第一實施方式～第四實施方式那樣、使FC入口閥25的閥開度連續(xù)或斷續(xù)地變化的復(fù)雜控制，而是通過由切換閥61進行的單純流路切換來抑制急劇加壓時共鳴的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
另外，在使相互并列的一條通路32a成為比另一條通路32b壓力損失大的通路時，除了如上所述那樣在通路32a中設(shè)置節(jié)流裝置62之外，還可以例如使通路32a比另一條通路32b直徑小、在通路32a的途中設(shè)置彎曲部、曲折部、或者在通路32a的途中設(shè)置如過濾器等使流體阻力增加的元件來實現(xiàn)。
另外，切換閥61不僅可以斷開或連通通路32a、32b中的一個，而且可以同時斷開或連通通路32a、32b兩者。
<第六實施方式>
如圖11所示，也可以代替圖10中的切換閥61、通路32a、32b、節(jié)流裝置62，在配管32的截止閥21至調(diào)節(jié)閥23之間設(shè)置可由控制裝置50對上下游間的節(jié)流進行可變控制的可變節(jié)流裝置71。
根據(jù)如此構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)12，例如在如燃料電池10起動時等那樣的初期加壓時、在上述壓差為規(guī)定值以上的情況下，通過將可變節(jié)流裝置71控制到節(jié)流側(cè)，能使來自氫罐20的氫氣中產(chǎn)生壓力損失，從而能抑制加壓速度，所以，可以使上述壓差逐漸減少。
另一方面，在如通常運轉(zhuǎn)時等那樣、上述壓差未滿規(guī)定值的情況下，通過將可變節(jié)流裝置71控制到開放側(cè)，能不使來自氫罐20的氫氣中產(chǎn)生壓力損失，所以可以避免由于可變節(jié)流裝置71的存在而引起的壓力損失。
<第七實施方式>
本實施方式與上述第一實施方式～第四實施方式的主要不同點在于，在上述各實施方式中，當FC入口閥25的下游壓力為加壓終了壓力以下時，通過控制燃料電池入口閥25的開度來抑制急劇加壓，與此相對，在本實施方式中，代替控制燃料電池入口閥25的開度，通過控制氫罐20的主閥、即截止閥21的開度來抑制急劇加壓。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，即使在下述燃料電池系統(tǒng)中，即，在作為燃料氣體供給通路的配管32上未設(shè)置容許/禁止向燃料電池10的氫氣供給的閥裝置中、除截止閥21之外的開閉閥24及FC入口閥25、對供給燃料電池10的氫氣的供給壓力進行調(diào)壓(減壓)的調(diào)節(jié)閥23，也可以通過控制截止閥21來抑制急劇加壓。
<第八實施方式>
在根據(jù)上述第一實施方式～第七實施方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以對設(shè)置在配管32、36上的各閥裝置(截止閥21、開閉閥24、FC入口閥25、調(diào)壓閥44等)的開度、設(shè)置在配管36上的壓縮機41的動作量進行協(xié)調(diào)控制。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，以設(shè)置在高壓氣體流經(jīng)的配管32上的截止閥21、開閉閥24及FC入口閥25中的至少一個為主，控制供給燃料電池10的氫氣的供給壓力(氣壓)，并與此對應(yīng)，控制設(shè)置在配管36上的調(diào)壓閥44的閥開度與設(shè)置在配管35上的壓縮機41的動作量(送氣量)中的至少一方，由此可以對供給燃料電池10的空氣的供給壓力(氣壓)進行調(diào)壓。這樣，可以將從配管32到燃料電池10的氫氣供給壓力與從配管35到燃料電池10的空氣供給壓力的壓差控制到適當范圍內(nèi)。
特別是，如上述各實施方式所述，在用陽極電極和陰極電極從電解質(zhì)膜兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜而構(gòu)成燃料電池10的燃料電池系統(tǒng)中，能抑制極間壓差(氫氣供給壓力與空氣供給壓力的壓差)的過度增大，從而能防止電解質(zhì)膜的破損等。
下面，對根據(jù)本實施方式的協(xié)調(diào)控制的具體內(nèi)容進行說明。
(1)使用例如設(shè)置在燃料電池10內(nèi)或燃料電池10至調(diào)壓閥44間的壓力傳感器檢測陰極壓力，以該陰極壓力為目標值實施陽極側(cè)的加壓。更具體地說，伴隨陰極側(cè)的壓力上升實施陽極側(cè)的加壓。也可以與此相反，以該陽極壓力為目標值實施陰極側(cè)的調(diào)壓。
(2)在陽極側(cè)及陰極側(cè)的加壓時，可以用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器檢測極間壓差，將陽極和陰極中高壓側(cè)的加壓或調(diào)壓控制到加壓或調(diào)壓延遲的方向，以使該壓差為容許壓力(設(shè)計耐壓)以下。例如，可以通過減少壓縮機41的送氣量，降低調(diào)壓閥44的關(guān)閉速度、或降低陽極側(cè)的閥裝置(例如，F(xiàn)C入口閥25)的打開速度等，延遲高壓側(cè)的加壓或調(diào)壓。
(3)也可以和上述(2)相反，將陽極和陰極中低壓側(cè)的加壓或調(diào)壓控制到加壓或調(diào)壓加速的方向。例如，可以通過增加壓縮機41的送氣量，增大調(diào)壓閥44的關(guān)閉速度、或增大陽極側(cè)的閥裝置(例如，F(xiàn)C入口閥25)的打開速度等，加速低壓側(cè)的加壓或調(diào)壓。
(4)在陽極側(cè)及陰極側(cè)的加壓時，可以用設(shè)置在燃料電池10內(nèi)的壓力傳感器檢測極間壓差，對高壓側(cè)進行減壓，以使該壓差為容許壓力(設(shè)計耐壓)以下。例如，通過將調(diào)壓閥44控制到打開側(cè)、減少壓縮機41的送氣量、或打開排出閥27以降低陽極側(cè)的壓力等，可以給高壓側(cè)減壓。
(5)也可以和上述(4)相反，對低壓側(cè)進行加壓，以使極間壓差為容許壓力(設(shè)計耐壓)以下。例如，通過將調(diào)壓閥44控制到關(guān)閉側(cè)、增加壓縮機41的送氣量、或增大陰極側(cè)的閥裝置(例如，F(xiàn)C入口閥25)的打開速度等，可以給低壓側(cè)加壓。
另外，盡管上述(1)～(5)的控制中，將閥裝置設(shè)想為可實現(xiàn)開度指令的開度可變式電磁閥，但是在閥裝置為開閉式電磁閥的情況下，通過實施負載控制，可以實施和上述(1)～(5)基本相同的控制。
<其它實施方式>
上面雖然參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行了詳細描述，但是具體的結(jié)構(gòu)不限于上述實施方式，即使存在不脫離本發(fā)明的宗旨范圍內(nèi)的設(shè)計變化等，也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
例如，在上述各實施方式中，雖然在配管32上設(shè)置了截止閥21、調(diào)節(jié)閥23、開閉閥24、FC入口閥25等，但是如果在配管32的任一處設(shè)置開閉式的閥裝置(例如，氫罐20的截止閥21)，則也可以不設(shè)置其它閥(例如，調(diào)節(jié)閥23、開閉閥24、FC入口閥25)。
而且，控制開度面積的閥裝置不限于設(shè)置在氫供給系統(tǒng)的通路(配管32)上的閥21、23～25，除了設(shè)置在使從燃料電池10排出的陽極廢氣返回氫供給系統(tǒng)的氫循環(huán)系統(tǒng)的通路(配管33中連接到配管32的一方)中的閥26、28，或設(shè)置在將陽極廢氣排到外部的氫排出系統(tǒng)的通路(配管34)中的排出閥27之外，還可以是設(shè)置在將來自燃料電池10的陰極廢氣排出的空氣排出系統(tǒng)的通路(配管36)中的調(diào)壓閥44。
另外，也可以代替調(diào)節(jié)閥23，在配管32上設(shè)置噴射器。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，即使像在例如燃料電池起動時或從間歇運轉(zhuǎn)開始的再起動時等那樣，存在氣體通路接受高壓或加壓后的反應(yīng)氣體、反應(yīng)廢氣的供給而被急劇加壓的擔(dān)憂，也可以根據(jù)閥裝置的上游和下游的壓差的大小、以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制該閥裝置的開度，所以能抑制異常噪音的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力產(chǎn)生。
由此，本發(fā)明能廣泛地應(yīng)用在存在這種要求的燃料電池系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電并排出反應(yīng)廢氣的燃料電池；所述反應(yīng)氣體或所述反應(yīng)廢氣流通的氣體通路；設(shè)置在該氣體通路上的閥裝置；及控制該閥裝置的開度的控制裝置，其中，所述控制裝置在所述氣體通路內(nèi)的氣體壓力增加時，根據(jù)所述閥裝置的上游和下游的壓差的大小，以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制該閥裝置的開度。
2.一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電并排出反應(yīng)廢氣的燃料電池；所述反應(yīng)氣體或所述反應(yīng)廢氣流通的氣體通路；設(shè)置在該氣體通路上的閥裝置；及控制該閥裝置的開度的控制裝置，其中，所述控制裝置在所述閥裝置的上下游間的壓差為規(guī)定值以上時，根據(jù)該壓差的大小，以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制該閥裝置的開度。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制裝置在所述閥裝置的下游壓力為目標壓力以下時，根據(jù)所述下游壓力與目標壓力的壓差的大小控制該閥裝置的開度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述壓差越大，所述閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量越小。
5.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述閥裝置的下游的封閉空間體積越大，該閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量越小。
6.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述閥裝置為開閉式電磁閥或開度可變式電磁閥中的至少一種。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述閥裝置為開閉式電磁閥的情況下，由負載控制改變該閥裝置的開度面積。
8.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述閥裝置為位于設(shè)置在所述氣體通路上的調(diào)壓閥的下游的電磁閥。
9.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，根據(jù)所述閥裝置的下游壓力設(shè)定該閥裝置的單位時間內(nèi)的開度面積變化量。
10.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述閥裝置為連接到所述氣體通路上的高壓儲氣罐的主閥。
11.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述氣體通路上串聯(lián)地設(shè)置多個所述閥裝置，與上游側(cè)閥裝置的開閉狀態(tài)對應(yīng)地控制下游側(cè)閥裝置的開度面積。
12.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，協(xié)調(diào)控制供給所述燃料電池陽極側(cè)的氣體壓力與供給陰極側(cè)的氣體壓力。
13.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體通路的一部分為相互并列的通路，其中一條通路與另一條通路相比為壓力損失大的通路，當所述壓差為規(guī)定值以上時，代替連續(xù)或斷續(xù)地增加所述閥裝置的開度面積的方式，使用所述壓力損失大的通路。
14.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料電池由陽極電極和陰極電極從電解質(zhì)膜的兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜。
15.如權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述控制裝置在所述燃料電池起動時，以連續(xù)或斷續(xù)地增加開度面積的方式控制所述閥裝置的開度。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電并排出反應(yīng)廢氣的燃料電池；所述反應(yīng)氣體或所述反應(yīng)廢氣流通的氣體通路；設(shè)置在該氣體通路上的閥裝置；及控制該閥裝置的開度的控制裝置。在該燃料電池系統(tǒng)的起動時，首先，取得閥裝置的下游壓力(步驟S3)，在該下游壓力為規(guī)定的加壓終了壓力以下的情況下(步驟S5是)，對閥裝置以規(guī)定的負載比進行負載控制(步驟S7、S9)。這樣，能抑制急劇加壓導(dǎo)致異常噪音的產(chǎn)生以及機械部件的應(yīng)力發(fā)生。
文檔編號H01M8/04GK101069317SQ200680001300
公開日2007年11月7日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者坊農(nóng)哲也 申請人:豐田自動車株式會社