燃料电池系统技术方案

燃料电池系统（１０、２００）包括允许在氧化气体供给源的上游引入氧化气体的进入管（４５、４６），该氧化气体供给源向燃料电池（２０）供给氧化气体，还包括排放含有水蒸气的废气的排出管（５１、５２、２２１、２２２），该水蒸气在氧电极侧通过燃料电池（２０）的运行产生。燃料电池系统（１０、２００）设置有连接进入管和排出管（５１、５２、２２１、２２２）的循环管（６１、６２、２２０）、设在循环管内且运行以调节从排出管（５１、５２、２２１、２２２）向进入管供给的废气的流速的循环阀（６０）和设在排出管（５１、５２、２２１、２２２）内循环管和排出管（５１、５２、２２１、２２２）接合的位置处且产生高于至少大气压力的压力的压力产生构件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及循环从燃料电池的氧电极排出的废气以将它再循环的燃料电池系统。2.
技术介绍
通过在例如空气的氧化气体和例如氢的燃料气体之间的电化学反应用于产生动力的燃料电池系统要求潮湿供给到燃料电池的氧化气体以获得预先确定的动力产生效率。一般地，在燃料电池系统中，包括由氧电极上的电化学反应产生的水蒸汽的废气循环到氧化气体供给到其上的侧，如在专利公布JP-A-8-500931中所披露。前述的系统调节待循环的气体的流速以实现适当的湿润，而不使用在氧化气体供给到其上的侧处的湿润模块。专利公布JP-A-2002-343398披露的技术中形成了旁通通道，使得当燃料电池的运行停止时燃料电池内的水成分在短时期内去除。前述的燃料电池系统如图5中所示，它包括在压缩机上游的允许氧化气体进入的进入管A、从燃料电池堆中排出废气的排出管B和连接了管A和管B的连接管C。循环阀V2供给在连接管C内以调节废气的流速。连接管C的一端连接到调节燃料电池堆内部压力的压力调节阀V1的下游部分。在将废气通过压力调节阀V1排放到外部期间，来自燃料电池堆的废气被从排出管B进入到进入管A内，废气用于湿润待供给到燃料电池堆的氧化气体。前述的燃料电池系统未能适当地控制待循环的废气的流速且因此未能调节湿润的量。当循环阀V2的一端连接到围绕废气的出口的部分时，循环阀V2的入口处的压力变得大约为大气压。因此，在循环阀V2入口和出口之间的压力差变得小，这使得难于执行适当的流速控制。另外，通过压力调节阀V1后的废气受到流速改变的影响，此流速改变根据关于燃料电池堆输出的要求，这可能导致压力波动。考虑到压力波动的循环的废气的流速控制进一步要求了循环阀V2的复杂的控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供改进了将废气循环到进入侧的阀的可控性的燃料电池系统。根据本专利技术的燃料电池系统包括进入管，它允许在氧化气体供给源上游的氧化气体的引入，该氧化气体供给源向燃料电池供给氧化气体，还包括排出管，它排放包括水蒸气的废气，水蒸气在燃料电池的运行中在氧电极侧产生。燃料电池系统设置有连接了进入管和排出管的循环管、设置在循环管内且运行以调节从排出管供给到进入管的废气流速的循环阀和设置在排出管内的循环管和排出管接合的位置处的压力产生构件，该压力产生构件产生高于至少大气压的压力。在根据本专利技术的燃料电池系统中，压力产生构件允许在高于大气压力的压力下的废气到达循环阀的上游侧。换言之，循环阀的入口和出口之间的压力差被维持为等于或高于预先确定的值。这使得能改进循环阀的可控性。适当量的废气被循环以供给适当量的水蒸气到进入侧处的氧化气体。因此，在进入侧处的湿润的量能有效地被调节。在以上构建的燃料电池系统中，压力产生构件可以形成为废气压力调节阀，它将流经排出管的废气的压力调节为预先确定的压力值。在以上构建的燃料电池系统中，根据压力调节阀的控制范围，流入到循环阀内的废气的压力被调节到预先确定的高于大气压力的压力范围内。即使包含从燃料电池排放的废气的水蒸气的压力依赖于输出而波动，也能抑制此压力波动以稳定流入到循环阀内的废气的压力。这使得能改进循环阀的可控性。使用现有的压力调节阀允许了对流入循环阀内的废气的容易的压力控制。在以上构建的燃料电池系统中，循环废气的循环管的一端可以在燃料电池和废气压力调节阀之间的位置处连接到排出管。在以上构建的燃料电池系统中，在排出管上设置检测废气压力的传感器。废气压力调节阀可以构建为基于从传感器发送的电信号而电气地调节废气压力调节阀的开度。在以上构建的燃料电池系统中，废气压力调节阀的开度基于检测到的废气压力电气地控制。因此，流入到循环阀内的废气的压力能精确地调节。在以上构建的燃料电池系统中，压力产生构件可以形成为调节燃料电池内压力的压力调节阀。此外，循环废气的循环管的一端可以在燃料电池和压力调节阀之间的位置处连接到排出管。在以上构建的燃料电池系统中，从燃料电池和压力调节阀之间的排出管获取的废气通过循环管以流入到循环阀内。废气的压力由压力调节阀控制为预先确定的压力值。在燃料电池系统中，用于循环废气的管道设计为使得不要求附加的设备。这使得能将系统设置为以更少数量的部件改进循环阀的可控性。在以上构建的燃料电池系统中，检测废气压力的传感器围绕燃料电池在排出管上设置。压力调节阀可以构建为基于从传感器发送的电信号而电气地调节压力调节阀的开度。在以上构建的燃料电池系统中，压力调节阀的开度基于检测的废气压力电气地控制。因此，能精确地调节流入到循环阀内的废气的压力。在根据本专利技术的燃料电池系统中，压力产生构件可以形成为设置在排出管内循环管和排出管被接合位置下游的节气门和安全阀的一个。在燃料电池系统中，在管内的废气压力在通过节气门前设定为高于大气压力的值。因此，在增加的压力下的废气流入到循环阀内，改进了循环阀的可控性。在以上构建的燃料电池系统中，供给氧化气体到燃料电池的氧气供给源可以设置有压缩机，它通过进入管从外部引入空气。在以上构建的燃料电池系统中，氧化气体通过压缩机被允许进入，以提供到燃料电池，且进入管内的压力变成负压。在循环阀上游和下游之间的压力差增加，因此改进了循环阀的可控性。在以上构建的燃料电池系统中，由压缩机引入的空气是环境空气。另一个根据本专利技术的燃料电池系统包括允许在氧化气体供给源上游引入氧化气体的进入管，该氧化气体供给源向燃料电池供给氧化气体，还包括排放包括水蒸气的废气的排出管，该水蒸气在燃料电池运行期间在氧电极侧产生。燃料电池设置有连接进入管和排出管的循环管、设置在循环管内且运行以调节从排出管供给到进入管的废气流速的循环阀和设置在排出管内的压力产生构件，该压力产生构件在循环管和排出管接合的位置处产生高于进入管内压力的压力。附图说明本专利技术的前面的和进一步的目的、特征和优点将参考附图从如下的优选实施例的描述中变得显见，附图中同样的附图标记用于代表同样的元件，且其中 图1是示出了根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统的结构的示意性视图；图2是单元电池的示意性视图；图3是示出了输入到燃料电池系统的控制单元和从燃料电池系统的控制单元输出的信号的方框图；图4是示出了根据本专利技术第二实施例的燃料电池系统的结构的示意性视图；和图5是如相关技术中的燃料电池系统的示意性视图。具体实施例方式如下将描述本专利技术的优选实施例和修改的例子。图1是示出了如本专利技术的第一实施例的燃料电池系统的结构的示意性视图，系统形成为如燃料电池系统10，它通过氢和氧之间的电化学反应生成动力，它安装在由燃料电池产生的动力驱动的车辆上。参考图1，燃料电池系统10主要地由燃料电池堆20、氢系统30、空气系统40、冷却系统70、排出系统80、输出系统90、控制单元120等形成。燃料电池堆20包括多个单元电池21，单元电池21每个具有氢电极(在下文中称为阳极)和氧电极(在下文中称为阴极)，它们被堆叠。堆叠的单元电池21穿插在端板28、29之间。图2是示出了单元电池21的结构的示意性试图。单元电池21通过按次序堆叠分隔器22、阳极23、电解质24、阴极25和分隔器26形成。分隔器22、26具有凹槽27，每个凹槽27用作允许氢气、氧气和冷却剂流过的流道。氢气和氧气通过凹槽27分别供给到阳极23和阴极25。提供到阳极23的氢气与组成阳极23的催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统（１０、２００），包括允许在氧化气体供给源的上游引入氧化气体的进入管（４５），该氧化气体供给源向燃料电池（２０）供给该氧化气体，还包括排放含有水蒸气的废气的排出管（５１、５２、２２１、２２２），该水蒸气在氧电极侧通过所述燃料电池的运行产生，其特征在于包括：连接进入管（４５）和排出管（５１、５２、２２１、２２２）的循环管（６１、６２、２２０）；设置在该循环管内且运行以调节从排出管（５１、５２、２２１、２２２）供给到进入管（４５）的废气的流速的循环 阀（６０）；和设置在排出管（５１、５２、２２１、２２２）内且在循环管（６１、６２、２２０）和排出管（５１、５２、２２１、２２２）接合处产生高于至少大气压力的压力的压力产生构件。

【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：山崎大辅，梅花丰一，渡边修夫，北村伸之，
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]