燃料电池系统技术方案

在燃料电池系统（１０）中，氢气从具有吸氢合金（ＭＨ）和换热器（１８）的贮氢槽（１２）供给至燃料电池（１１）。在这一过程中，贮氢槽（１２）中的压力通过使用冷却了燃料电池（１１）的导热介质保持在等于或高于预定压力的水平。当供给至燃料电池（１１）的氢气的温度处于预定温度或低于此温度，控制装置（３０）基于提供自温度传感器（２３）的检测信号来控制第一至第四电磁阀（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３和Ｖ４），从而已经冷却了燃料电池（１１）的导热介质供给至换热器（１８）。

【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，更具体而言，涉及氢气从含贮氢部件的贮氢槽供给至燃料电池的燃料电池系统、用于冷却燃料电池并加热贮氢部件的导热介质，槽中的压力保持为大于或等于将氢气供给至燃料电池所需的压力。
技术介绍
随着近年来对防止全球变暖的认知的提高，为了降低车辆二氧化碳的排放量，使用燃料电池系统的电动车和家用电源燃料电池系统已经发展起来。在这种燃料电池系统中，氢气作为燃料气体从贮氢槽供给至燃料电池。在特定温度和压力条件下将氢气作为氢化物存储并在不同的温度和压力条件下释放氢气的贮氢合金已经作为存储和传送氢气的装置获得关注。如果容积相同，贮氢合金可获得比在气体状态下存储的氢气大得多的氢气存储量。在燃料电池系统中，燃料电池(例如固体聚合物燃料电池)发电的同时导致放热反应。因此，燃料电池需要被冷却。此外，当氢气用贮氢槽中的贮氢合金供给至燃料电池时，贮氢合金释放氢气的同时导致吸热反应。因此，槽中的贮氢合金需要被加热。例如，专利公开1公开了一种结构，其中已经冷却了燃料电池的导热介质循环系统还用作用于加热贮氢合金的导热介质循环系统。在这种结构中，导热介质向贮氢槽的供给受控以将贮氢槽中的压力保持为大于或等于将氢气供给至燃料电池所需的压力。此外，专利公开2公开了在超过贮氢合金平稳压力的压力下对应于槽中的某一温度将氢气充入贮氢槽空间中。这种情况下，贮氢槽中氢气的填充压力优选在25至50MPa范围内。专利公开1：日本专利公开5-251105专利公开2：日本专利公开2004-108570-->
技术实现思路
贮氢槽可为混合槽，用于将氢气保持在氢气贮存在贮氢合金中的状态和氢气在超过平稳压力的压力下充入槽中空间内的状态。在这种情况下，当槽用氢气充满时，如果贮氢槽中的压力大于或等于平稳压力，则氢气不从贮氢合金释放。当氢气被供给时，贮氢槽中的压力在预定压力下被调节，充在贮氢槽中空间内的氢气被供给至燃料电池。这时，供给至燃料电池的氢气经历绝热膨胀，氢气的温度降低。在燃料电池的氧气电极处，氢气和氧气彼此反应以形成水，一些水蒸发。蒸汽会从氧气电极流经电解薄膜进入氢气电极。当燃料电池是固体聚合物燃料电池时，电解薄膜保持在潮湿状态以允许氢气离子穿过。出于这种原因，例如当周围温度低于零摄氏度时，供给至氢气电极的氢气温度降低并导致存在于燃料电池氢反应表面上的水结冰。这会关闭燃料电池的氢气通道。冷却介质的流量和温度被调节以在燃料电池正常工作期间将燃料电池维持在发电效率高的温度(60至80℃)当然，例如当燃料电池不热时，供给至燃料电池的氢气温度会降低并且氢反应表面的温度会降低。这会降低燃料电池的发电效率。因此，本专利技术的一个目的是提供一种燃料电池系统，防止当燃料电池的工作温度降低时燃料电池的发电效率变低，同时防止存在于燃料电池氢反应表面上的水结冰，从而燃料电池的氢气通道不会关闭。为了解决上述问题，本专利技术的一个方面是提供一种燃料电池系统，其中氢气从在槽主体中含有贮氢部件的贮氢槽供给至燃料电池，已经冷却了燃料电池的导热介质用于加热贮氢部件，并且槽主体中的压力保持为大于或等于将氢气供给至燃料电池所需的压力。换热器设置在贮氢槽中。导热介质通道将导热介质供给至换热器。温度检测装置检测供给至燃料电池的氢气的温度。设置在导热介质通道上的切换装置在已经冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器的状态与导热介质流经换热器旁边的状态之间切换。控制装置基于由温度检测装置提供的信号来控制切换装置。控制装置控制切换装置从而当供给至燃料电池的氢气的温度低于或等于预定温度时，已经冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器。采用上述结构，基于供给至燃料电池的氢气的温度，已经冷却了-->燃料电池的导热介质供给至换热器以加热贮氢槽。这方式供给至燃料电池的氢气的温度变得过低。其结果是，燃料电池的工作温度被防止变低，并且燃料电池的发电效率防止降低。这还防止燃料电池氢反应表面上的水结冰，从而氢气通道不会关闭。在燃料电池系统中，优选的是预定温度设定在燃料电池氢反应表面上的水结冰所处的温度。这进一步防止燃料电池氢反应表面上的水结冰，从而氢气通道不会关闭。燃料电池系统优选包括多个贮氢槽。氢气经由共用管从每个贮氢槽供给至燃料电池。温度检测装置检测燃料电池与连接于每个贮氢槽的管部之间流动的氢气的温度。这样，用单个温度检测装置以高精度检测从每个贮氢槽供给至燃料电池的氢气的温度。在燃料电池系统中，优选的是已经冷却了燃料电池的导热介质在穿过贮氢槽的氢气出口附近之后供给至贮氢部件。这会在贮氢部件被加热之前加热贮氢槽的氢气出口附近。因此，从贮氢槽供给至燃料电池的氢气更有效地被加热。在燃料电池系统中，优选的是切换装置可在已经冷却了燃料电池的导热介质被相继供给至每个换热器的状态与导热介质被供给至某一个换热器的状态之间切换。采用这种结构，当燃料电池系统包括多个贮氢槽时，所有的贮氢槽可同时被加热或者特定一个贮氢槽可选择性地被加热。在燃料电池系统中，优选的是每个贮氢槽具有一个阀，控制器以当用氢气供给燃料电池时每个贮氢槽中的氢气残余量保持相同的方式控制每个贮氢槽的阀开合。采用这种结构，每个贮氢槽中的氢气残余量变得大致相同。这简化了与每个贮氢槽中贮氢部件的加热，即导热介质向每个换热器的供给相关的控制。在燃料电池系统中，优选的是控制器以当燃料电池已经用来自一个贮氢槽中的氢气供给了预定一段时间时另一个贮氢槽接着用氢气供给燃料电池的方式控制每个贮氢槽的阀开合。这进一步简化了与导热介质向每个换热器的供给相关的控制。在燃料电池系统中，优选的是该燃料电池系统安装在燃料电池驱动的汽车中。这使燃料电池驱动汽车的驱动状态稳定化，不受例如周围温度的影响。-->附图说明图1是显示根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统结构的示意图；图2是显示根据本专利技术第二实施例的燃料电池系统结构的示意图；图3是显示根据本专利技术第三实施例的燃料电池系统结构的示意图；图4是显示根据本专利技术另一实施例的贮氢槽的示意剖视图；图5是显示根据本专利技术另一实施例的贮氢槽的示意剖视图。具体实施方式(第一实施例)根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统10现在将参考图1进行描述。燃料电池系统10包括燃料电池11、三个贮氢槽12、压缩机13和散热器14。燃料电池11、贮氢槽12和散热器14一个接一个通过导热介质通道15连接。本实施例中，耐用型冷却剂(LLC)用作流经导热介质通道15的导热介质。燃料电池11是固体聚合物燃料电池。该燃料电池11通过使供应自每个贮氢槽12的氢气与供应自压缩机13的空气中所含氧气反应产生直流电能(直流电源)。燃料电池11包括用于在操作期间冷却燃料电池11的换热器11a。本实施例中，换热器11a形成导热介质通道15的一部分。每个贮氢槽12包括槽主体16，其中设置有贮氢单元17。该贮氢单元17含有已知的贮氢合金MH，它用作贮氢部件。用于与贮氢合金MH换热的换热器18设置在每个贮氢槽12中。换热器18具有大量与贮氢合金MH有效换热的肋片19。在优选的实施例中，换热器18形成贮氢单元17的一部分和导热介质通道15的一部分。贮氢槽12通过共用管20连接于燃料电池11的氢气供给口20b。阀门21设置在连接该管20与每个贮氢槽12的连接部20a中。调压阀22设置在管20中连接部20a的下游位置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其中氢气从在槽主体中含有贮氢部件的贮氢槽供给至燃料电池，已经冷却了燃料电池的导热介质用于加热贮氢部件，槽主体中的压力保持为大于或等于将氢气供给至燃料电池所需的压力，燃料电池系统包括：　　　　设置在贮氢槽中的换热器；　　　　用于将导热介质供给至换热器的导热介质通道；　　　　用于检测供给至燃料电池的氢气的温度的温度检测装置；　　　　设置在导热介质通道上的切换装置，用于在已经冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器的状态与导热介质流经换热器旁边的状态之间切换；以及　　　　用于基于提供自温度检测装置的信号来控制切换装置的控制装置；　　　　该燃料电池系统的特征在于控制装置控制切换装置，从而当供给至燃料电池的氢气的温度低于或等于预定温度时，冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-12-24 374356/20041.一种燃料电池系统，其中氢气从在槽主体中含有贮氢部件的贮氢槽供给至燃料电池，已经冷却了燃料电池的导热介质用于加热贮氢部件，槽主体中的压力保持为大于或等于将氢气供给至燃料电池所需的压力，燃料电池系统包括：设置在贮氢槽中的换热器；用于将导热介质供给至换热器的导热介质通道；用于检测供给至燃料电池的氢气的温度的温度检测装置；设置在导热介质通道上的切换装置，用于在已经冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器的状态与导热介质流经换热器旁边的状态之间切换；以及用于基于提供自温度检测装置的信号来控制切换装置的控制装置；该燃料电池系统的特征在于控制装置控制切换装置，从而当供给至燃料电池的氢气的温度低于或等于预定温度时，冷却了燃料电池的导热介质供给至换热器。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于预定温度设定为燃料电池氢反应表面上的水结冰的温度。3.根据权利要求1和2中任一项所述的燃料电池系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：久保秀人，森大五郎，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]