[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及具备从燃料电池堆的排出气体中回收能量的膨胀机的燃料电池系统。

背景技术

现有技术中，在燃料电池系统中采用了如下的构成：在燃料电池堆的氧化剂提供路径以及氧化剂排出路径之间，具备使用从燃料电池堆排出到氧化剂排出路径的废气中的水分来对从氧化剂提供路径提供给燃料电池堆的空气(氧化剂气体)进行加湿的加湿器(例如，参照日本特开2005-158354号公报)。

在专利文献1所记载的燃料电池系统中，在氧化剂提供路径或者氧化剂排出路径侧，具备对加湿器设旁路的旁路路径以及调节旁路路径的开度的流量调节阀，来改变在旁路路径中从旁流过的气体的流量，由此，对应于燃料电池堆的发电量来控制从氧化剂提供路径提供给燃料电池堆的空气的加湿的程度。

另一方面，在燃料电池系统中，提出了如下构成：设置通过从燃料电池堆排出到氧化剂排出路径的废气而驱动的氧化剂提供路径侧的压缩机和同轴的膨胀机，来回收废气的能量。并且，在上述的专利文献1所记载的具备加湿器的燃料电池系统中，还考虑通过设置膨胀机来有效活用废气的能量。

发明内容

为此，本发明目的在于提供一种能效率良好地兼顾进行由加湿器基于废气的加湿、和膨胀机的来自废气的能量回收的燃料电池系统。

本发明为了达成上述目的而提出，涉及对下述的燃料电池系统进行的改良，该电池系统具备：燃料电池堆；氧化剂提供路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并对阴极提供氧化剂气体；氧化剂排出路径，其与燃料电池堆的阴极连接，并从阴极排出废气；加湿器，其搭架在所述氧化剂提供路径以及所述氧化剂排出路径的途中进行连接，通过废气中的水分来对氧化剂气体进行加湿；以及压缩机，其将氧化剂气体送出到所述氧化剂提供路径。

并且，该燃料电池系统特征在于还具备：膨胀机，其被从所述氧化剂排出路径排出的废气所驱动，将动力传递到所述压缩机；旁路路径，其在所述氧化剂排出路径中，对所述加湿器设旁路；旁路比改变部，其改变旁路比，其中所述旁路比是在所述旁路路径流动的废气的流量相对于从阴极排出到所述氧化剂排出路径的废气的流量的大小的比例；燃料电池堆输出参数检测部，其检测对应于所述燃料电池堆的输出而变化的燃料电池堆输出参数；和旁路控制部，其对应于所述燃料电池堆输出参数的检测值，通过所述旁路比改变部来改变所述旁路比(第1发明)。

根据第1发明，通过对应于所述燃料电池堆输出参数的检测值所示的所述燃料电池堆的输出来改变所述旁路比，能效率良好地兼顾所述加湿器对所述氧化剂气体的加湿程度、和所述膨胀机的来自废气的能量的回收量，来使所述燃料电池系统工作。

另外，在第1发明中，特征在于，在所述燃料电池堆输出参数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出位于从规定的下限等级起到上限等级为止的输出范围内时，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设为超过零的恒定值(第2发明)。

根据第2发明，在所述燃料电池堆的输出在所述输出范围内时，通过使所述旁路比恒定地使废气在所述旁路路径中流通，能容易地将所述加湿器对氧化剂气体的加湿的程度、以及所述膨胀机的来自废气的能量的回收率确保在一定等级以上。

另外，在第1发明中，在所述燃料电池堆输出参数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出位于从规定的下限等级起到上限等级为止的输出范围内时，根据所述燃料电池堆输出参数的检测值而识别的所述燃料电池堆的输出越大，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设得越小(第3发明)。

根据第3发明，在所述燃料电池堆的输出为所述低中输出范围内时，所述燃料电池堆的输出越大，由所述旁路比改变部将所述旁路比设定得越小，由此能使所述加湿器对氧化剂气体的加湿成为与所述燃料电池堆的发电量相应的程度，同时通过伴随所述燃料电池堆的输出增加的废气的流量增加，能抑制所述膨胀机的来自废气的能量的回收量的减少。

另外，在第2发明或第3发明中，在所述燃料电池堆输出参数的检测值表现为所述燃料电池堆的输出不足所述下限等级时，所述旁路控制部通过所述旁路比改变部将所述旁路比设为第1规定值以下(第4发明)。

根据第4发明，在所述燃料电池堆的输出为所述下限等级以下、废气的流量少时，由所述膨胀机从废气回收的能量变小，由能量回收带来的好处减少。为此，在这种情况下，通过使所述旁路比为所述第1规定值以下来使所述旁路路径的废气的流通量成为微小值，能在使所述加湿器对氧化剂气体的加湿为优先的适当的平衡的基础上，兼顾所述膨胀机进行的能量回收和所述加湿器对氧化剂的加湿。