燃料電池系統技術方案

一種燃料電池系統，其向燃料電池供給陽極氣體及陰極氣體而進行發電，該燃料電池系統具有：控制閥，其控制供給至燃料電池的陽極氣體的壓力；緩沖部，其存儲從燃料電池排出的陽極尾氣；排氣閥，其調節從緩沖部排出的陽極尾氣的流量；脈動運轉單元，其對應于燃料電池的負載而增大與控制閥相比更靠近下游的陽極氣體的壓力，并使其發生變動；以及排氣單元，其對應于燃料電池的負載而控制所述排氣閥的開度，排氣單元在燃料電池的負載降低的下降過渡運轉時，使對應于燃料電池的負載而被控制的所述排氣閥的開度增大。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】【專利摘要】一種燃料電池系統，其向燃料電池供給陽極氣體及陰極氣體而進行發電，該燃料電池系統具有：控制閥，其控制供給至燃料電池的陽極氣體的壓力；緩沖部，其存儲從燃料電池排出的陽極尾氣；排氣閥，其調節從緩沖部排出的陽極尾氣的流量；脈動運轉單元，其對應于燃料電池的負載而增大與控制閥相比更靠近下游的陽極氣體的壓力，并使其發生變動；以及排氣單元，其對應于燃料電池的負載而控制所述排氣閥的開度，排氣單元在燃料電池的負載降低的下降過渡運轉時，使對應于燃料電池的負載而被控制的所述排氣閥的開度增大。【專利說明】燃料電池系統
本專利技術涉及一種燃料電池系統。
技術介紹
在JP2007 - 517369A中，作為現有的燃料電池系統，記載有下述技術，即，在陽極氣體供給通路中設置常閉螺線管閥，在陽極氣體排出通路中從上游依次設置常開螺線管閥和緩沖罐(循環罐)。 該現有的燃料電池系統，是不使向陽極氣體排出通路排出的未使用的陽極氣體返回至陽極氣體供給通路的陽極氣體非循環型的燃料電池系統，通過周期性地對常閉螺線管閥及常開螺線管閥進行開閉，從而使積蓄在緩沖罐中的未使用的陽極氣體逆流至燃料電池系統而進行再利用。
技術實現思路
但是，在上述現有的燃料電池系統中，在向燃料電池堆施加的負載(以下稱為“電池堆負載”)降低后的過渡運轉時(以下稱為“下降過渡運轉時”)，由于來自緩沖罐的陽極尾氣的逆流，可知會在燃料電池堆內部的陽極氣體流路內產生陽極氣體濃度局部地變低的部分的問題。 本專利技術就是著眼于上述問題而提出的，其目的在于在下降過渡運轉時，抑制在陽極氣體流路內產生陽極氣體濃度局部地變低的部分。 根據本專利技術的某個方式，提供一種燃料電池系統，其向燃料電池供給陽極氣體及陰極氣體而進行發電，該燃料電池系統具有:控制閥，其控制向燃料電池供給的陽極氣體的壓力；緩沖部，其存儲從燃料電池排出的陽極尾氣；排氣閥，其調節從緩沖部排出的陽極尾氣的流量；脈動運轉單元，其對應于燃料電池的負載而增大與控制閥相比更靠近下游的陽極氣體的壓力，并且使其發生變動；以及排氣單元，其對應于燃料電池的負載而控制所述排氣閥的開度，排氣單元在燃料電池的負載降低的下降過渡運轉時，使對應于燃料電池的負載而被控制的排氣閥的開度增大。 下面，參照附圖，對本專利技術的實施方式、本專利技術的優點進行詳細地說明。 【專利附圖】【附圖說明】 圖1是本專利技術的第I實施方式所涉及的燃料電池的概略斜視圖。 圖2是圖1的燃料電池的I1-1I剖面圖。 圖3是本專利技術的第I實施方式所涉及的陽極氣體非循環型的燃料電池系統的概略結構圖。 圖4是對燃料電池系統的運轉狀態為恒定的穩定運轉時的脈動運轉進行說明的圖。 圖5是對本專利技術的第I實施方式所涉及的脈動運轉控制進行說明的流程圖。 圖6是對本專利技術的第I實施方式所涉及的通常運轉處理進行說明的流程圖。 圖7是基于電池堆負載而計算排氣閥的通常目標開度的圖表。 圖8是對本專利技術的第I實施方式所涉及的下降過渡運轉處理進行說明的流程圖。 圖9是基于電池堆負載而設定排氣閥的下降過渡目標開度的圖表。 圖10是對本專利技術的第I實施方式所涉及的脈動運轉控制的動作進行說明的時序圖。 圖11是對本專利技術的第I實施方式所涉及的脈動運轉控制的效果進行說明的圖。 圖12是對本專利技術的第2實施方式所涉及的脈動運轉控制進行說明的流程圖。 圖13是對本專利技術的第2實施方式所涉及的下降過渡運轉處理進行說明的流程圖。 圖14是對本專利技術的第2實施方式所涉及的脈動運轉控制的動作進行說明的時序圖。 圖15A是對應于下降過渡運轉前的緩沖罐內的陽極氣體濃度，對以相同時間實施了下降過渡運轉的情況下的下降過渡運轉后的陽極氣體流路內的陽極氣體的濃度分布進行比較后的圖。 圖15B是對應于下降過渡運轉前的緩沖罐內的陽極氣體濃度，對以相同時間實施了下降過渡運轉的情況下的下降過渡運轉后的陽極氣體流路內的陽極氣體的濃度分布進行比較后的圖。 圖16是對本專利技術的第3實施方式所涉及的下降過渡運轉處理進行說明的流程圖。 圖17是表示下降過渡運轉剛結束后的陽極氣體流路內的陽極氣體的濃度分布的圖。 圖18是表示沉淀點從陽極氣體流路外出現后的陽極氣體流路內的陽極氣體的濃度分布的圖。 圖19是對本專利技術的第4實施方式所涉及的下降過渡運轉處理進行說明的流程圖。 圖20是表示在下降過渡運轉時將調壓閥完全關閉，使陽極壓力降低至下限值為止的情況下的陽極壓力的變化的時序圖。 圖21是對在陽極氣體流路的內部，部分局部地發生陽極氣體濃度比其他部位低的原因進行說明的圖。 【具體實施方式】 (第I實施方式) 作為燃料電池，利用陽極電極(燃料極)和陰極電極(氧化劑極)夾持電解質膜，通過向陽極電極供給含有氫氣的陽極氣體(燃料氣體)，向陰極電極供給含有氧氣的陰極氣體(氧化劑氣體)而進行發電。在陽極電極及陰極電極的兩個電極上進行的電極反應如下述所示。 陽極電極:2H2— 4H++4e-…(I) 陰極電極:4H++4e、02— 2H20 …(2) 通過上述(I)及(2)的電極反應，燃料電池產生I伏程度的電動勢。 圖1及圖2是對本專利技術的第I實施方式所涉及的燃料電池10的結構進行說明的圖。圖1是燃料電池10的概略斜視圖。圖2是圖1的燃料電池10的I1-1I剖面圖。 通過燃料電池10,通過在膜電極接合體(Membrane Electrode Assembly;以下稱為“MEA”)11的正反兩面配置陽極隔膜12和陰極隔膜13而構成。 MEAll具有電解質膜111、陽極電極112、陰極電極113。MEAll在電解質膜111的一個側面上具有陽極電極112，在另一個側面上具有陰極電極113。 電解質膜111是由氟類樹脂形成的具有質子傳導性的離子交換膜。電解質膜111在濕潤狀態下表現出良好的導電性。 陽極電極112具有催化劑層112a和氣體擴散層112b。催化劑層112a與電解質膜111接觸。催化劑層112a由鉬或承載有鉬等的炭黑粒子形成。氣體擴散層112b設置在催化劑層112a的外側(電解質膜111的相反側)，與陽極隔膜12接觸。氣體擴散層112b由具有充分的氣體擴散性及導電性的部件形成，例如由碳纖維構成的線編織成的碳布形成。 陰極電極113也與陽極電極112相同地，具有催化劑層113a和氣體擴散層113b。 陽極隔膜12與氣體擴散層112b接觸。陽極隔膜12在與氣體擴散層112b接觸的一側具有多個槽狀的陽極氣體流路121，它們用于向陽極電極112供給陽極氣體。 陰極隔膜13與氣體擴散層113b接觸。陰極隔膜13在與氣體擴散層113b接觸的一側具有多個槽狀的陰極氣體流路131，它們用于向陰極電極113供給陰極氣體。 流過陽極氣體流路121的陽極氣體和流過陰極氣體流路131的陰極氣體彼此平行地沿同一方向流動。也可以彼此平行地沿相反方向流動。 在將上述燃料電池10作為汽車用動力源使用的情況下，由于要求的電力很大，因此，將數百片的燃料電池10層疊而作為燃料電池堆使用。并且，構成向燃料電池堆供給陽極氣體及陰極氣體的燃料電池系統，輸出車輛驅動用的電力。 圖3是本專利技術的第I實施方式所涉及的陽極氣體非循環型的燃料電本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種燃料電池系統，其向燃料電池供給陽極氣體及陰極氣體而使其發電，其中，該燃料電池系統具有：控制閥，其控制向所述燃料電池供給的陽極氣體的壓力；緩沖部，其存儲從所述燃料電池排出的陽極尾氣；排氣閥，其調節從所述緩沖部排出的陽極尾氣的流量；脈動運轉單元，其對應于所述燃料電池的負載，增大與所述控制閥相比更靠近下游的陽極氣體的壓力，并且使其發生變動；以及排氣單元，其對應于所述燃料電池的負載而控制所述排氣閥的開度，所述排氣單元，在所述燃料電池的負載降低的下降過渡運轉時，使對應于所述燃料電池的負載而被控制的所述排氣閥的開度增大。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：池添圭吾，筑后隼人，富田要介，市川靖，
申請(專利權)人：日產自動車株式會社，
類型：發明
國別省市：日本;JP