燃料电池系统技术方案

本发明专利技术涉及燃料电池系统。该燃料电池系统减低从燃料电池（１２１）排出的氢废气中的氢的量，然后将该氢废气排放到大气中，并包括调节阀（１３３），该调节阀（１３３）抑制从燃料电池（１２１）间歇排放到排气通路从而以脉冲方式流入该排气通路的氢废气的流量的脉动变化，以使该流量变得恒定（稳定）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池系统以及一种采用该燃料电池系统的电动车。更具体地，本专利技术涉及对燃料电池系统的改进，其中，使残留氢回流。
技术介绍
燃料电池接收氢气和氧气(氧化气体)的供给以产生电力。含有在燃料电池中未消耗的残留氢的气体被作为氢废气排放到燃料电池的外部。同时，含有在燃料电池中未消耗的氧的气体被作为氧废气排放到燃料电池的外部。由于氢废气中残留有氢气，所以可通过使氢废气回流至燃料电池的氢气供给侧来提高燃料效率。在这种氢废气在燃料电池中循环的情况下，从燃料电池的阴极侧渗透至阳极侧的氮气(N2)积聚，这会阻碍电化学反应并降低燃料电池的单元电池输出。同时，氢气中的加湿水和由于电化学反应生成的水滞留在燃料电池内，这会阻碍电化学反应并降低该燃料电池的单元电池输出。因此，在氢废气循环系统中提供排出阀，并经由该排出阀将氢废气间歇排放到燃料电池的外部，从而防止燃料电池的输出降低。当氢废气被排放到燃料电池系统的外部时，该氢废气和氧废气在一室内混合以便减小氢浓度，如在日本专利早期公开No.2003-132915(JP-A-No.2003-132915)中公开的，或者利用催化剂对氢进行燃烧处理，如在日本专利早期公开No.2002-289237(JP-A-No.2002-289237)中公开的。在日本专利早期公开No.2002-289237中公开的燃料电池系统中，氢废气被暂时(临时)存储在位于排出通路中的一室中，氢废气从该室逐渐排放到使氢废气与氧废气合流(混合)的合流部(汇合部，汇流部)并被该氧废气稀释，以及利用包括催化剂的燃烧器对氢进行燃烧处理。尽管日本专利早期公开No.2003-132915中公开的用于稀释氢废气的室以及日本专利早期公开No.2002-289237中公开的用于对氢进行燃烧处理的燃烧器都能有效地减小当氢废气被排放到大气中时的氢浓度，但间歇流入所述室或所述燃烧器内的氢废气的流量根据燃料电池的工作(运行)状态(负荷)而变化。因此，要求所述室或所述燃烧器的尺寸较大，以处理最大量(峰量)的氢废气。尤其，在车载燃料电池系统的情况下，由于燃料电池系统的安装空间有限，需要减小这种氢废气排出机构的尺寸。同时，由于燃烧器内的催化剂中采用一般较昂贵的铂，如果燃烧器(催化剂)的尺寸大，则该燃烧器(催化剂)的成本高。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种通过使氢废气的流量或者氢废气中的氢浓度恒定而使氢废气排出机构的尺寸小的燃料电池系统。本专利技术的第一方面涉及一种减低从燃料电池排出的氢废气中的氢浓度，然后将该氢废气排放到大气中的燃料电池系统。该燃料电池系统包括将氢废气的流量(或氢废气中的氢浓度)调节到恒定流量(或恒定浓度)的调节阀(流量控制阀、压力调节阀、开/闭阀等)，该调节阀设置在供从燃料电池连续或者间歇排出的氢废气通过而导出到燃料电池系统外部的排气通路中。采用该构造，即便当燃料电池的工作状态变化时，也可减小排气通路中氢废气的流量(或者氢废气中的氢浓度)的脉动变化，使氢废气的流量均匀(恒定)，因而使催化剂的作用稳定。此外，可减少昂贵的催化剂的使用量。此外，在氢废气被稀释然后不使用催化剂进行燃烧处理就排放到大气中的情况下，可容易地将排气通路中的氢浓度维持为低值。调节阀可以是基于燃料电池的工作状态控制开/闭量的机械式调节阀或电磁阀。燃料电池系统还可包括用于检测排气通路中氢废气的状态量(例如，氢废气的流量或者氢废气中的氢浓度，或者基于燃料电池的工作状态估计的氢废气的流量或者氢废气中的氢浓度)的气体状态检测装置，并可基于检测到的状态量来控制调节阀。采用该构造，由于基于检测到的状态量来控制调节阀的开/闭，可使流量稳定。此外，燃料电池系统还可包括暂时存储气体的室，该室设置在排气通路上调节阀的上游。采用该构造，由于间歇排出的氢废气被暂时存储，氢废气流量的脉动变化被抑制并使得氢废气的流量恒定。燃料电池系统还可包括使含氧流体(空气废气、空气、氧化气体等)与氢废气合流的合流部，该合流部设置在调节阀的下游。在下述实施例中，燃烧器用作合流部。然而，氢废气用管和空气废气用管与一根管连接。此外，合流部可包括用于通过使氢废气与所述流体合流来减低氢废气中的氢浓度的氢减少装置(例如，稀释装置和转化装置(催化剂和燃烧器))。术语“减低氢浓度”意味着“减低从氢减少装置排出的气体中的氢浓度”和“减少从氢减少装置排出的氢的总量”。燃料电池还可包括用于检测流入氢减少装置的流体的状态量(流量和浓度)的流体状态传感器，并且调节阀可以是基于该流体状态传感器的输出来控制开/闭量的电磁阀。此外，氢减少装置可包括利用所述流体使氢氧化的转化装置(催化剂和燃烧器)，且燃料电池系统还可包括用于检测转化装置中氢被氧化的部位的温度的温度检测装置，并可基于该温度来控制调节阀的开/闭量。采用该构造，由于可根据温度检测装置的输出来改变导出到转化装置的氢废气量和导出到该转化装置的空气废气量，所以能维持该转化装置的活化温度，因而能使氢有效氧化。此外，可通过调节阀控制供给到转化装置的流体量。采用该构造，可将氢与氧之间的空燃比调节为适当值。此外，氢废气的状态量可以是压力，且调节阀的开/闭量可根据该压力来调节。采用该构造，可根据例如通过用于检测氢废气压力的压力传感器检测的压力，将调节阀的开/闭量设定为适当值。此外，可基于将氢废气从燃料电池排放到排气通路的氢排气阀的开/闭状态来获取氢废气的状态量。采用该构造，由于基于氢排气阀的开/闭信息来控制调节阀的开/闭，所以不需要提供用于检测氢废气的状态量的特定传感器。此外，导出到排气通路的氢废气的流量可通过调节调节阀的开口面积来调节。排气通路可包括供氢废气导出到燃料电池系统外部的至少两个排气通路，且调节阀可包括设置在所述至少两个排气通路的每一个中的开/闭阀。根据每个所述开/闭阀的上游侧的氢废气的状态来控制每个开/闭阀。本专利技术的第二方面涉及一种稀释从燃料电池排出的氢废气然后将该氢废气排放到大气中的燃料电池系统。该燃料电池系统包括供可用于稀释氢废气的稀释气体流过的第一通路；供来自燃料电池的氢废气排出的第二通路；合流部，第一通路和第二通路与该合流部连接；以及用于调节合流部中的氢废气的压力和稀释气体的压力的压力调节装置，该压力调节装置设置在第一通路和第二通路中的至少一个中。采用该构造，由于合流部处空气废气的压力与氢废气的压力之差被调节，可使排放到该合流部的氢废气量恒定。压力调节装置可设置在第二通路中。压力调节装置可包括设置在位于燃料电池的阴极侧的氧化气体供给通路中的空气压缩机，以及连接该空气压缩机的入口侧和出口侧中的至少一个与第二通路的调节通路。压力调节装置可包括可根据合流部中的压力调节开/闭量的开/闭阀，该开/闭阀设置在调节通路中。调节通路可包括连接位于空气压缩机的入口侧的供给通路与第二通路的第一调节通路，以及连接位于空气压缩机的出口侧的供给通路与第二通路的第二调节通路。燃料电池系统还可包括通过利用空气压缩机经由第一调节通路在第二通路中形成负压而使氢废气的压力低于合流部中稀释气体的压力以及利用空气压缩机经由第二调节通路使该第二通路中氢废气的压力高于合流部中的稀释气体的压力的压力控制装置。本专利技术的第三方面涉及一种稀释从燃料电池排出的氢废气然后将该氢废气排放到大气中的燃料电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，它减低从燃料电池排出的氢废气中的氢浓度，然后将所述氢废气排放到大气中，所述燃料电池系统包括：将所述氢废气的流量调节到恒定流量的调节阀，该调节阀设置在供从所述燃料电池排出的所述氢废气通过而导出到所述燃料电池系统外部的 排气通路中。

【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：柳拓男，山岸典生，藤田信雄，
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]