專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其發(fā)電停止方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)及其發(fā)電停止方法，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，其通過(guò)向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電；氧化劑氣體供給裝置，其向所述燃料電池供給所述氧化劑氣體；燃料氣體供給裝置，其向所述燃料電池供給所述燃料氣體。
背景技術(shù)：
例如，在固體高分子型燃料電池中，通過(guò)一對(duì)隔膜夾持電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體(MEA)，該電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體(MEA)在由高分子離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)膜的兩側(cè)分別 設(shè)有正電極及負(fù)電極。在一隔膜和電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體之間形成有用于向正電極供給燃料氣體的燃料氣體流路，并且，在另一個(gè)隔膜和所述電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體之間設(shè)有用于向負(fù)電極供給氧化劑氣體的氧化劑氣體流路。燃料電池通常通過(guò)多個(gè)層疊形成燃料電池堆，并且與氧化劑氣體供給裝置、燃料氣體供給裝置及冷卻介質(zhì)供給裝置等各種附件相關(guān)聯(lián)地裝入燃料電池電動(dòng)車，構(gòu)成車載用燃料電池系統(tǒng)。如上所述，在該燃料電池系統(tǒng)中，使用高分子電解質(zhì)膜，該高分子電解質(zhì)膜中，為了確保良好的離子導(dǎo)電性，需要保持適度的水分。因此，通過(guò)對(duì)向燃料電池的向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向所述燃料電池的向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體進(jìn)行預(yù)先加濕，從而阻止固體高分子電解質(zhì)膜的干燥以維持所需的加濕狀態(tài)。例如圖6所示，在日本特開(kāi)2005-268117號(hào)(以下稱為現(xiàn)有技術(shù)I)公開(kāi)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中，具備供給通路2a，其向燃料電池Ia供給氧化劑氣體；噴出通路3a，其使從所述燃料電池Ia的氧化劑極噴出的氧化劑廢氣流動(dòng)；廢氣返回通路4a，其連通所述噴出通路3a及所述供給通路2a，并且，將從所述燃料電池Ia噴出的濕潤(rùn)的氧化劑廢氣的至少一部分返回所述供給通路2a。在比供給通路2a和廢氣返回通路4a的合流區(qū)域更靠下游側(cè)的所述供給通路2a上設(shè)有旋轉(zhuǎn)式的氧化劑廢氣輸送驅(qū)動(dòng)源5a。因此，向燃料電池Ia供給的反應(yīng)前的氧化劑氣體，被反應(yīng)后的濕潤(rùn)的氧化劑廢氣加濕，因而能夠廢除加濕器。另外，由于反應(yīng)前的氧化劑氣體和反應(yīng)后的氧化劑廢氣合流成為合流流體后，通過(guò)氧化劑廢氣輸送驅(qū)動(dòng)源5a，所以，所述合流流體可以明確地混合而提高擴(kuò)散混合性。另一方面，在所述燃料電池系統(tǒng)中，在發(fā)電時(shí)生成水，如停止發(fā)電，則在氧化劑氣體流路及燃料氣體流路的下游側(cè)容易滯留生成水。而且，在燃料電池停止時(shí)，如在氧化劑氣體流路及燃料氣體流路進(jìn)行由空氣引起的掃氣，則啟動(dòng)時(shí)，特別是在所述氧化劑氣體流路的下游側(cè)由于高電位而引起陰極側(cè)電極的劣化。因此，公知有例如日本特開(kāi)2003-115317號(hào)(以下稱為現(xiàn)有技術(shù)2)公開(kāi)的燃料電池的發(fā)電停止方法。如圖7所示，該發(fā)電停止方法中，將第一流路切換閥Ib的開(kāi)閉狀態(tài)3設(shè)為打開(kāi)以使空氣循環(huán)路2b和空氣壓縮機(jī)3b連接，并且，隔斷外氣流入側(cè)。將第二流路切換閥4b的開(kāi)閉狀態(tài)設(shè)為打開(kāi)，以使從燃料電池5b排出的空氣廢氣在空氣循環(huán)路2b流通，并且，隔斷大氣放出側(cè)。因此，燃料電池5b中沒(méi)有新的外氣供給，從所述燃料電池5b的陰極排出的空氣廢氣，在從所述燃料電池5b經(jīng)第二空氣斷流閥6b、第二流路切換閥4b、除濕器7b、第一流路切換閥lb、空氣壓縮機(jī)3b、第一空氣斷流閥Sb回到所述燃料電池5b的閉合回路循環(huán)。由此,空氣廢氣中的氧被消耗用來(lái)發(fā)電,所述空氣廢氣中的氧濃度降低。因此,發(fā)電停止后即使發(fā)生交叉泄漏，也幾乎沒(méi)有氫和氧的反應(yīng)，能夠保護(hù)固體高分子電解質(zhì)膜。然而，優(yōu)選的是，在燃料電池系統(tǒng)中，具有進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的膜加濕用控制及化學(xué)計(jì)量控制(現(xiàn)有技術(shù)1)，并且，密封陰極系統(tǒng)內(nèi)的(現(xiàn)有技術(shù)2)功能。特別優(yōu)選的是，在發(fā)電停止后密封陰極系統(tǒng)，并且，在該陰極系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)氧化劑氣體，同時(shí)，消耗氧氣以使其富含氮。但是，所述現(xiàn)有技術(shù)I及現(xiàn)有技術(shù)2中，不能應(yīng)對(duì)這種要求
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決這種問(wèn)題而作成的，其目的在于，提供一種具有簡(jiǎn)單且緊湊的結(jié)構(gòu)，能夠減少陰極側(cè)的密封區(qū)域，抑制因發(fā)電停止時(shí)的氧氣所致的劣化，并且，可以很好地實(shí)現(xiàn)氧化劑氣體的再循環(huán)率的控制的燃料電池系統(tǒng)及其發(fā)電停止方法。本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其具備燃料電池，其通過(guò)向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電；氧化劑氣體供給裝置，其向所述燃料電池供給所述氧化劑氣體；燃料氣體供給裝置，其向所述燃料電池供給所述燃料氣體。在該燃料電池系統(tǒng)中，氧化劑氣體供給裝置具備氧化劑氣體供給流路，其與燃料電池的氧化劑氣體入口連通；氧化劑氣體排出流路，其與所述燃料電池的氧化劑氣體出口連通；壓縮機(jī)，其配設(shè)在所述氧化劑氣體供給流路上；供給流路密封閥，其配置在所述氧化劑氣體供給流路上，且位于所述壓縮機(jī)的下游；排出流路密封閥，其配設(shè)在所述氧化劑氣體排出流路中；排出流體循環(huán)流路，其在比所述排出流路密封閥更靠上游的位置與所述氧化劑氣體排出流路連通，且在比所述壓縮機(jī)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體供給流路連通。另外，該發(fā)電停止方法中，在燃料電池的發(fā)電停止時(shí)，通過(guò)縮小排出流路密封閥的開(kāi)度，從而提高陰極側(cè)至常壓以上，且消耗所有的氧成分。本發(fā)明中，供給流路密封閥位于壓縮機(jī)的下游，且配置在氧化劑氣體供給流路上。因此，由供給流路密封閥和排出流路密封閥密封的陰極側(cè)密封區(qū)域變窄。而且，容易漏氣的壓縮機(jī)配置在陰極側(cè)密封區(qū)域外，能夠在發(fā)電停止時(shí)抑制氧進(jìn)入所述陰極側(cè)密封區(qū)域內(nèi)。因此，燃料電池能夠盡可能地阻止氧導(dǎo)致的劣化。另外，排出流體循環(huán)流路的一端位于比排出流路密封閥更靠上游，且與氧化劑氣體排出流路連通，并且，所述排出流體循環(huán)流路的另一端位于比壓縮機(jī)更靠上游且與氧化劑氣體供給流路連通。由此，通過(guò)控制排出流路密封閥的開(kāi)度，能夠控制循環(huán)的氧化劑廢氣(從燃料電池排出的氧化劑氣體)相對(duì)于由壓縮機(jī)供給的新的空氣之比即循環(huán)比(氧化劑廢氣/新的空氣)。因此，能夠容易控制對(duì)應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等的循環(huán)比。通過(guò)與附圖結(jié)合的下面的優(yōu)選實(shí)施方式例的說(shuō)明，所述目的及其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加明了。


圖I是本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；圖2是比較例I的燃料電池系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；
圖3是比較例2的燃料電池系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)I公開(kāi)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的示意說(shuō)明圖；圖7是現(xiàn)有技術(shù)2公開(kāi)的發(fā)電停止方法的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10具備燃料電池12，其通過(guò)向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電；氧化劑氣體供給裝置14，其向所述燃料電池12供給所述氧化劑氣體；燃料氣體供給裝置16，其向所述燃料電池12供給所述燃料氣體；控制器(控制裝置)18。燃料電池12層疊多個(gè)單位電池20。各單位電池20具備例如通過(guò)負(fù)電極24和正電極26夾持全氟磺酸的薄膜中浸滲有水的固體高分子電解質(zhì)膜22的電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體(MEA)28。負(fù)電極24及正電極26具有由碳紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層和表面擔(dān)載有鉬合金(或Ru等)的多孔質(zhì)碳粒子均勻涂布于所述氣體擴(kuò)散層的表面而形成的電極催化劑層。電極催化劑層形成于固體高分子電解質(zhì)膜22的兩面。電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體28由陰極側(cè)隔膜30及陽(yáng)極側(cè)隔膜32夾持。陰極側(cè)隔膜30及陽(yáng)極側(cè)隔膜32使用例如碳隔膜或金屬隔膜。在陰極側(cè)隔膜30和電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體28之間設(shè)有氧化劑氣體流路34，并且，在陽(yáng)極側(cè)隔膜32與所述電解質(zhì)膜、電極結(jié)構(gòu)體28之間設(shè)有燃料氣體流路36。在彼此相鄰的陰極側(cè)隔膜30和陽(yáng)極側(cè)隔膜32之間設(shè)有冷卻介質(zhì)流路38。在燃料電池12中設(shè)有氧化劑氣體入口 40a，其在各燃料電池12的層疊方向相互連通，供給氧化劑氣體，例如含氧氣體(以下也稱為空氣)；燃料氣體入口 42a，其供給燃料氣體，例如含氫氣體(以下也稱為氫氣)；冷卻介質(zhì)入口(未圖示)，其供給冷卻介質(zhì)；氧化劑氣體出口 40b，其排出所述氧化劑氣體；燃料氣體出口 42b，其排出所述燃料氣體；冷卻介質(zhì)出口(未圖示)，其排出所述冷卻介質(zhì)。氧化劑氣體供給裝置14具有與燃料電池12的氧化劑氣體入口 40a連通的氧化劑氣體供給流路44、與所述燃料電池12的氧化劑氣體出口 40b連通的氧化劑氣體排出流路46。在氧化劑氣體供給流路44中，沿氧化劑氣體即空氣的流動(dòng)方向(箭頭A方向)從上游側(cè)向下游側(cè)依次設(shè)有壓縮機(jī)48、加濕器50及供給流路密封閥52。壓縮機(jī)48被電動(dòng)機(jī)54驅(qū)動(dòng)，且與膨脹透平56連結(jié)而能夠傳遞動(dòng)力。膨脹透平56配設(shè)在氧化劑氣體排出流路46上。
加濕器50跨設(shè)在氧化劑氣體供給流路44和氧化劑氣體排出流路46上，在沿箭頭A方向在所述氧化劑氣體供給流路44中流通的供給氣體(供給空氣)和排出氣體(氧化劑廢氣)之間進(jìn)行水分及熱交換。在氧化劑氣體供給流路44上，繞開(kāi)加濕器50連通旁通流路58，在該旁通流路58配設(shè)有開(kāi)閉閥60。在氧化劑氣體排出流路46上，沿排出的氧化劑廢氣的流動(dòng)方向(箭頭B方向)從上游側(cè)向下游側(cè)配設(shè)有排出流路密封閥62、加濕器50及膨脹透平56。以如下方式設(shè)有排出流體循環(huán)流路64，即，該流體循環(huán)流路64 —端在比排出流路密封閥62更靠上游(氧化劑氣體出口 40b的附近)的位置與氧化劑氣體排出流路46連通，另一端在比壓縮機(jī)48更靠上游的位置與氧化劑氣體供給流路44連通。在排出流體循環(huán)流路64配設(shè)有開(kāi)閉閥(循環(huán)流路閥)66，并且，所述排出流體循環(huán)流路64被插入加濕器
50內(nèi)。燃料氣體供給裝置16具備儲(chǔ)存高壓氫的氫罐(H2罐)70。氫罐70經(jīng)由氫供給流路72與燃料電池12的燃料氣體入口 42a連通。在氫供給流路72上設(shè)有斷流閥74及噴射器76。燃料氣體供給裝置16具備與燃料電池12的燃料氣體出口 42b連通的燃料廢氣流路78。在燃料廢氣流路78設(shè)有與噴射器76連通的氫循環(huán)路80和斷流閥(凈化閥)82。以下，對(duì)該燃料電池系統(tǒng)10的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。首先，經(jīng)由氧化劑氣體供給裝置14的壓縮機(jī)48向氧化劑氣體供給流路44送入空氣?？諝馔ㄟ^(guò)加濕器50加濕后，供給至燃料電池12的氧化劑氣體入口 40a。空氣通過(guò)沿設(shè)于燃料電池12內(nèi)的各單位電池20的氧化劑氣體流路34移動(dòng)，從而向負(fù)電極24供給。含有未反應(yīng)的空氣的氧化劑廢氣從氧化劑氣體出口 40b向氧化劑氣體排出流路46排出，通過(guò)送入加濕器50而對(duì)新供給的空氣進(jìn)行加濕。氧化劑廢氣作為驅(qū)動(dòng)源供給于膨脹透平56后，排出到外部。膨脹透平56能夠向壓縮機(jī)48傳遞動(dòng)力。另一方面，在燃料氣體供給裝置16中，通過(guò)開(kāi)放斷流閥74，將從氫罐70導(dǎo)出的氫氣向氫供給流路72供給。氫氣通過(guò)氫供給流路72向燃料電池12的燃料氣體入口 42a供給。供給至燃料電池12內(nèi)的氫氣通過(guò)沿各單位電池20的燃料氣體流路36移動(dòng)，而向正電極26供給。從而，向負(fù)電極24供給的空氣和向正電極26供給的氫氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而進(jìn)行發(fā)電。從燃料氣體流路36排出的氫氣廢氣經(jīng)由氫循環(huán)路80從燃料氣體出口 42b被吸引至噴射器76，作為燃料氣體再次向燃料電池12供給。在此，在氧化劑氣體供給裝置14上設(shè)有與氧化劑氣體供給流路44和氧化劑氣體排出流路46連通的排出流體循環(huán)流路64。因此，設(shè)于排出流體循環(huán)流路64上的開(kāi)閉閥66進(jìn)行開(kāi)放操作時(shí)，從燃料電池12的氧化劑氣體出口 40b向氧化劑氣體排出流路46導(dǎo)出的氧化劑廢氣通過(guò)所述排出流體循環(huán)流路64被導(dǎo)入氧化劑氣體供給流路44。由此，氧化劑廢氣與向氧化劑氣體供給流路44新供給的空氣混合而被吸入至壓縮機(jī)48，該混合后的氧化劑氣體通過(guò)加濕器50、或者在開(kāi)閉閥60的開(kāi)放作用下通過(guò)旁通流路58，向燃料電池12的氧化劑氣體入口 40a供給。在該情況下，在第一實(shí)施方式中，在氧化劑氣體供給流路44配置有供給流路密封閥52，該供給流路密封閥52位于壓縮機(jī)48的下游。因此，通過(guò)供給流路密封閥52和排出流路密封閥62密封的陰極側(cè)密封區(qū)域有效地變窄。而且，容易漏氣的壓縮機(jī)48配置于陰極側(cè)密封區(qū)域外，在發(fā)電停止時(shí)，可以抑制氧進(jìn)入所述陰極側(cè)密封區(qū)域內(nèi)。因此，燃料電池12能夠盡可能地阻止因不必要的氧的侵入導(dǎo)致的劣化。另外，排出流體循環(huán)流路64的一端位于比排出流路密封閥62更靠上游，且與氧化劑氣體排出流路46連通，并且，所述排出流體循環(huán)流路64的另一端位于比壓縮機(jī)48更靠上游，且與氧化劑氣體供給流路44連通。由此，僅調(diào)節(jié)排出流路密封閥62的開(kāi)度，就能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)向排出流體循環(huán)流路64供給的氧化劑廢氣的流量。因此，如果將排出流路密封閥62全開(kāi)，則能夠充分確保回收裝置即膨脹透平56所需的能量回收量，另一方面，如果將所述排出流路密封閥62設(shè)定為微小開(kāi)度，則能夠相對(duì)于排出流體循環(huán)流路64使極少量的氧化劑廢氣循環(huán)。
特別是，排出流路密封閥62至少可以進(jìn)行全開(kāi)狀態(tài)和微小開(kāi)度狀態(tài)的開(kāi)度調(diào)節(jié)。該微小開(kāi)度狀態(tài)是指，調(diào)節(jié)在排出流體循環(huán)流路64中循環(huán)的氧化劑廢氣的流量，提高陰極側(cè)至常壓以上，且為了消耗包含新吸入壓縮機(jī)48的空氣的所有的氧成分，而維持必要流量的開(kāi)度狀態(tài)。因此，在燃料電池系統(tǒng)10的陰極側(cè)，消耗氧成分以填充氮成分(富氮)，并且，該氮成分的壓力比大氣壓更大0，即設(shè)定為可以阻止來(lái)自外部的空氣的導(dǎo)入的壓力。由此，在第一實(shí)施方式中，通過(guò)控制排出流路密封閥62的開(kāi)度，可以控制循環(huán)的氧化劑廢氣相對(duì)于供給至壓縮機(jī)48的新的空氣之比即循環(huán)比(氧化劑廢氣/新的空氣)。從而能夠容易可靠地控制為依據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等的循環(huán)比。在此，圖2中表示通常想到的燃料電池系統(tǒng)10a，圖3中同樣表示通常想到的燃料電池系統(tǒng)10b。另外,對(duì)與第一實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)10相同的結(jié)構(gòu)要素,標(biāo)注相同的參照符號(hào)，省略對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，在燃料電池系統(tǒng)IOa中，在氧化劑氣體供給流路44和氧化劑氣體排出流路46上設(shè)有排出流體循環(huán)流路64a。該排出流體循環(huán)流路64a的一端位于壓縮機(jī)48的上游側(cè)，且與氧化劑氣體供給流路44連通，并且，所述排出流體循環(huán)流路64a的另一端位于膨脹透平56的下游，且與氧化劑氣體排出流路46連通。在該燃料電池系統(tǒng)IOa中，通過(guò)供給流路密封閥52和排出流路密封閥62，可以使陰極側(cè)密封區(qū)域變窄，并且可以進(jìn)行氧廢氣的循環(huán)。但是，密封陰極側(cè)密封區(qū)域的同時(shí)，很難用氮填充所述陰極側(cè)密封區(qū)域內(nèi)。排出流體循環(huán)流路64a位于膨脹透平56的下游連接氧化劑氣體排出流路46，因此通過(guò)極小流量提高內(nèi)壓的輸出控制變難。另外，如圖3所示，在燃料電池系統(tǒng)IOb中，位于壓縮機(jī)48的上游，在氧化劑氣體供給流路44上配置有供給流路密封閥52a，并且，位于膨脹透平56的下游側(cè)，在氧化劑氣體排出流路46配置有排出流路密封閥62a。另外，與燃料電池系統(tǒng)IOa同樣地設(shè)有排出流體循環(huán)流路64a。在該燃料電池系統(tǒng)IOb中，通過(guò)供給流路密封閥52a和排出流路密封閥62a密封的陰極側(cè)密封區(qū)域適當(dāng)擴(kuò)大，并且，氣密性低的壓縮機(jī)48配置于所述陰極側(cè)密封區(qū)域內(nèi)。因此，氣密性的保持變得困難。
與此相對(duì)，在第一實(shí)施方式中，特別是在發(fā)電停止后，通過(guò)控制排出流路密封閥62為微小開(kāi)度，從而使微小流量的氧化劑廢氣在排出流體循環(huán)流路64中流通的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電，能夠完全且均勻地消耗燃料電池12的陰極側(cè)的氧，可以用氮填充所述陰極側(cè)。圖4是本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100的示意結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖。另外，對(duì)與第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10相同的結(jié)構(gòu)要素,標(biāo)注相同的參照符號(hào)，省略對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。另外，以下說(shuō)明的第三實(shí)施方式中也同樣省略詳細(xì)說(shuō)明。在燃料電池系統(tǒng)100中，供給流路密封閥52位于加濕器50的上游且配置在氧化劑氣體供給流路44上，另一方面，排出流路密封閥62位于所述加濕器50的下游且配置在氧化劑氣體排出流路46上。該第二實(shí)施方式中，供給流路密封閥52配置于加濕器50的入口側(cè)附近，暴露在沿氧化劑氣體供給流路44流動(dòng)的干燥的空氣中。另一方面，排出流路密封閥62配置于加濕 器50的出口側(cè)。因此，由加濕器50除去了水分的氧化劑廢氣在排出流路密封閥62流通。因此，供給流路密封閥52及排出流路密封閥62暴露于低濕度的氣體中，能夠很好地避免由水分帶來(lái)的影響。另外，在圖4中，若將排出流路密封閥62配置于加濕器50的上游側(cè)，則例如由于該加濕器50的膜特性，在所述加濕器50的內(nèi)部可能發(fā)生氧化劑氣體的交叉泄漏。圖5是本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)110的示意結(jié)構(gòu)說(shuō)明圖。在燃料電池系統(tǒng)110中，分支流路112的一端位于供給流路密封閥52的下游且與氧化劑氣體供給流路44連通，并且，所述分支流路112的另一端與構(gòu)成燃料氣體供給裝置16的氫供給流路72連通。在該分支流路112配置有開(kāi)閉閥114。在該第三實(shí)施方式中，在燃料電池12停止發(fā)電時(shí),與所述第一實(shí)施方式相同，在陰極側(cè)密封區(qū)域填充氮成分后，使開(kāi)閉閥114開(kāi)放。因此，氮成分經(jīng)由分支流路112也送入氫供給流路72中。在燃料氣體供給裝置16中，斷流閥74、82閉塞以密封陽(yáng)極側(cè)密封區(qū)域，在該陽(yáng)極側(cè)密封區(qū)域填充氮成分。由此，燃料電池12在發(fā)電停止期間，分別在陰極側(cè)及陽(yáng)極側(cè)填充氮，能夠盡可能避免膜劣化等缺陷。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具備 燃料電池(12)，其通過(guò)向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電； 氧化劑氣體供給裝置(14)，其向所述燃料電池(12)供給所述氧化劑氣體； 燃料氣體供給裝置(16)，其向所述燃料電池(12)供給所述燃料氣體， 所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于， 所述氧化劑氣體供給裝置(14)具備 氧化劑氣體供給流路(44)，其與所述燃料電池(12)的氧化劑氣體入口(40a)連通； 氧化劑氣體排出流路(46)，其與所述燃料電池(12)的氧化劑氣體出口(40b)連通； 壓縮機(jī)(48)，其配設(shè)在所述氧化劑氣體供給流路(44)上； 供給流路密封閥(52)，其配置在所述氧化劑氣體供給流路(44)上，且位于所述壓縮機(jī)(48)的下游； 排出流路密封閥(62)，其配設(shè)在所述氧化劑氣體排出流路(46)上； 排出流體循環(huán)流路(64)，其在比所述排出流路密封閥￠2)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體排出流路(46)連通，且在比所述壓縮機(jī)(48)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體供給流路(44)連通。
2.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在所述排出流體循環(huán)流路￠4)上配設(shè)有循環(huán)流路閥(66)。
3.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 加濕器(50)跨設(shè)在所述氧化劑氣體供給流路(44)及所述氧化劑氣體排出流路(46)上。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述供給流路密封閥(52)配置在所述氧化劑氣體供給流路(44)上，且位于所述加濕器(50)的上游，另外， 所述排出流路密封閥￠2)配置在所述氧化劑氣體排出流路(46)上，且位于所述加濕器(50)的下游。
5.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述排出流路密封閥(62)至少能夠進(jìn)行全開(kāi)狀態(tài)和微小開(kāi)度狀態(tài)的開(kāi)度調(diào)節(jié)，所述微小開(kāi)度狀態(tài)是指為了將所述陰極側(cè)提高至常壓以上且消耗所有的氧成分而維持必要的流量的開(kāi)度狀態(tài)， 所述燃料電池系統(tǒng)具備 循環(huán)流路閥(66)，其配設(shè)在所述排出流體循環(huán)流路￠4)上； 控制裝置(18)，其在所述循環(huán)流路閥￠6)開(kāi)放時(shí)，將所述排出流路密封閥￠2)控制為所述微小開(kāi)度狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述燃料氣體供給裝置(16)具備與所述燃料電池(12)的燃料氣體入口(42a)連通的燃料氣體供給流路(72)，并且， 分支流路(112)的一端在所述供給流路密封閥(52)的下游的位置與所述氧化劑氣體供給流路(44)連通，且所述分支流路(112)的另一端與所述燃料氣體供給流路(72)連通。
7.如權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 在所述氧化劑氣體排出流路(46)上設(shè)有膨脹透平(56)，該膨脹透平(56)位于所述排出流路密封閥(62)的下游，并且， 所述膨脹透平(56)與所述壓縮機(jī)(48)連結(jié)而能夠傳遞動(dòng)力。
8.一種燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電停止方法，其特征在于， 所述燃料電池系統(tǒng)具備 燃料電池(12)，其通過(guò)向陰極側(cè)供給的氧化劑氣體及向陽(yáng)極側(cè)供給的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電； 氧化劑氣體供給裝置(14)，其向所述燃料電池(12)供給所述氧化劑氣體； 燃料氣體供給裝置(16)，其向所述燃料電池(12)供給所述燃料氣體， 所述氧化劑氣體供給裝置(14)具備 氧化劑氣體供給流路(44)，其與所述燃料電池(12)的氧化劑氣體入口(40a)連通； 氧化劑氣體排出流路(46)，其與所述燃料電池(12)的氧化劑氣體出口(40b)連通； 壓縮機(jī)(48)，其配設(shè)在所述氧化劑氣體供給流路(44)上； 供給流路密封閥(52)，其配置在所述氧化劑氣體供給流路(44)上，且位于所述壓縮機(jī)(48)的下游； 排出流路密封閥(62)，其配設(shè)在所述氧化劑氣體排出流路(46)上； 排出流體循環(huán)流路(64)，其在比所述排出流路密封閥￠2)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體排出流路(46)連通，且在比所述壓縮機(jī)(48)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體供給流路(44)連通， 其中， 在所述燃料電池(12)停止發(fā)電時(shí)，通過(guò)縮小所述排出流路密封閥￠2)的開(kāi)度，從而將所述陰極側(cè)提高至常壓以上且消耗所有的氧成分。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)電停止方法，其特征在于， 在所述陰極側(cè)填充所述氧化劑氣體中的氮成分后，將所述氮成分向所述燃料氣體供給裝置(16)供給并填充到所述陽(yáng)極側(cè)。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)及其發(fā)電停止方法。燃料電池系統(tǒng)(10)的氧化劑氣體供給裝置(14)具備與燃料電池(12)的氧化劑氣體入口(40a)連通的氧化劑氣體供給流路(44)；與所述燃料電池(12)的氧化劑氣體出口(40b)連通的氧化劑氣體排出流路(46)；配設(shè)在所述氧化劑氣體供給流路(44)上的壓縮機(jī)(48)；配置在所述氧化劑氣體供給流路(44)上且位于所述壓縮機(jī)(48)的下游的供給流路密封閥(52)；配設(shè)在所述氧化劑氣體排出流路(46)上的排出流路密封閥(62)；在比所述排出流路密封閥(62)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體排出流路(46)連通，且在比所述壓縮機(jī)(48)更靠上游的位置與所述氧化劑氣體供給流路(44)連通的排出流體循環(huán)流路(64)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102738489SQ20121009986
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者中島伸高, 福間一教 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社