[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

目前，具备接受反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给而进行 发电的燃料电池的燃料电池系统正在实用化。公知的是在这样的燃料 电池系统的燃料电池的内部及燃料废气的循环流路中，伴随发电而逐 渐蓄积氮气等杂质。现在，提出有一种燃料电池系统，以使燃料电池 的运转状态稳定化为目的，其在与循环流路连接的排出流路上设置有 净化阀，并对净化阀进行开闭控制而将杂质排出到外部(进行放气)。

另外，近年来，提出有调整净化阀的开度以使燃料气体系统(燃 料气体供给流路及循环流路)内的氮气浓度大致保持恒定的技术(例 如参照日本特开2004-185974号公报)。采用这样的技术时，可以抑 制与氮气同时排出的燃料气体的排出量。

但是，现有的燃料电池系统设计如下：伴随燃料电池的负载及燃 料电池的运转温度等，燃料气体系统内的杂质分压(氮气及水蒸气的 分压的总和)发生变化。在这种现有的燃料电池系统中，在负载变动 时存在燃料气体的化学计量比出现不足而燃料电池的运转状态变得不 稳定的可能性。在上述的日本特开2004-185974号公报记载的技术中， 为了实现燃料电池的运转状态的稳定化而进行净化阀的控制，但由于 没有考虑燃料气体系统内的饱和水蒸气，所以对于负载变动时的运转 状态的稳定性仍有改善的余地。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种即使在 负载变动时也能够维持燃料电池的稳定的运转状态的燃料电池系统。

为了实现所述目的，本发明提供一种燃料电池系统，具备：燃料 电池；燃料气体系统，用于向该燃料电池供给燃料气体并且使从燃料 电池排出的气体循环；净化阀，用于从该燃料气体系统排出气体；以 及控制单元，控制该净化阀的开闭动作，其中，控制单元控制净化阀 的开闭动作，以在全负载区域中使燃料气体系统内的杂质分压恒定。

另外，本发明提供一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池 系统具备：燃料电池；燃料气体系统，用于向该燃料电池供给燃料气 体并且使从燃料电池排出的气体循环；以及净化阀，用于从该燃料气 体系统排出气体，其中，具备如下所述的工序：控制净化阀的开闭动 作以在全负载区域中使燃料气体系统内的杂质分压恒定。

采用这样的构成及方法时，能够控制净化阀的开闭动作，以在全 负载区域中(从低负载区域直至高负载区域)使燃料气体系统内的杂 质分压恒定。因此，能够抑制由于伴随负载的变动引起的杂质分压的 变动所导致的燃料气体的化学计量比不足。其结果，即使负载变动时 也能够维持燃料电池的稳定的运转状态。

在所述燃料电池系统中，能够采用控制净化阀的开闭动作的控制 单元，从而燃料电池的运转温度越上升越使从燃料气体系统排出的气 体的排出量增大。

采用这样的构成时，即使在由于燃料电池的运转温度的上升而引 起燃料气体系统内的水蒸气增加的情况下，也能够有效地排出该增加 的水蒸气。

另外，在所述燃料电池系统中，可以采用具有用于使从燃料供给 源供给的燃料气体流向燃料电池的燃料气体供给流路、以及用于使从 燃料电池排出的气体循环到燃料气体供给流路的循环流路的燃料气体 系统，并可以同时采用调整燃料气体供给流路的上游侧的气体压力而 向下游侧供给的开闭阀、以及将在循环流路中流通的气体强制地向燃 料气体供给流路输送的循环泵。在该情况下，可以采用设定从净化阀 排出的气体的排出量、从开闭阀向燃料电池供给的燃料气体的压力、 以及通过循环泵向燃料气体供给流路输送的气体的流量的控制单元， 以使从燃料气体系统排出的燃料气体的排出量为最小。

采用这样的构成时，能够设定从净化阀排出的气体的排出量(放 气量)、从开闭阀向燃料电池供给的燃料气体的压力(调压值)、通 过循环泵向燃料气体供给流路输送的气体的流量(循环量)，以使从 燃料气体系统排出的燃料气体的排出量为最小。因此，能够降低燃料 气体的损失，从而能够节约燃料。

另外，在所述燃料电池系统中，可采用喷射器作为开闭阀。

所谓喷射器，是能够利用电磁驱动力以规定的驱动周期直接驱动 阀芯而使其离开阀座从而调整气体状态(气体流量及气压)的电磁驱 动式的开闭阀。规定的控制部驱动喷射器的阀芯而控制燃料气体的喷 射时期及喷射时间，由此能够高精度地控制燃料气体的流量及压力。