專利名稱：燃料電池系統(tǒng)以及雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在從燃料電池排出的流體所流通的排出通路中配設(shè)有將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去部件的燃料電池系統(tǒng)、以及上述雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法。
背景技術(shù)：
以往，存在一種燃料電池系統(tǒng)，其在從燃料電池排出的流體所流通的排出通路中，配設(shè)有將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件。在這種燃料電池系統(tǒng)中，供給的氫氣不可能全都被使用于電池反應(yīng)。因此，采用了將排出的未反應(yīng)的氫氣再次返回燃料電池加以有效利用的循環(huán)系統(tǒng)，并且配設(shè)有氣液分離器，用于從混合存在從燃料電池排出的排出氣體和由燃料電池的電池反應(yīng)生成的水(生成水)的氣液混合流體中將水分去除。
在此，在上述氫氣循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)流通的氣體和水中，盡管很少但存在從燃料電池和系統(tǒng)的配管部件等溶解出的雜質(zhì)。另外，從由陰極系統(tǒng)的大氣吸入的空氣也會帶來雜質(zhì)，并通過電解質(zhì)膜混入氫氣循環(huán)系統(tǒng)。特別是在從燃料電池和系統(tǒng)的配管部件溶解出的雜質(zhì)中含有金屬離子的情況下，有可能引起燃料電池的功能下降和壽命降低。另外，還存在有在燃料電池內(nèi)生成的水變成酸性的問題。因此，以往以來采用在氫氣循環(huán)系統(tǒng)中配設(shè)離子交換器，防止因生成水和氣體等引起的燃料電池的劣化的方法。
近年來，已知一種固體高分子型燃料電池系統(tǒng)，其設(shè)置在排出燃料電池的生成水的至少一方的排出管的固體高分子型燃料電池側(cè)，去除與上述排出氣體相伴而來的上述生成水中所含有的離子。在該固體高分子型燃料電池系統(tǒng)中，公開了利用離子交換樹脂作為去除上述生成水中所含有的離子的裝置來去除氟離子的內(nèi)容(例如，參照專利文獻1)。
另外，還公開了一種燃料電池系統(tǒng)，其具有預(yù)測判斷對燃料電池的冷卻水和生成水所含有的離子進行去除的離子交換處理裝置的更換時期的功能(例如，參照專利文獻2～4)。
專利文獻1日本特開2002-313404號公報專利文獻2日本特開平5-315002號公報專利文獻3日本特開2002-298892號公報專利文獻4日本特開2003-346845號公報發(fā)明內(nèi)容但是，專利文獻1所記載的固體高分子型燃料電池系統(tǒng)，是通過在將流體(氣液混合流體)分離成液體和氣體之后，使該分離出的液體通過離子交換樹脂，從而從該液體中去除雜質(zhì)的系統(tǒng)，對于預(yù)測判斷離子交換樹脂的更換時期的功能沒有做任何考慮。另外，對于使氣液混合流體通過該離子交換樹脂，從而去除氣液混合氣液混合流體中所含有的離子的情況沒有考慮。
在此，從燃料電池排出的氣液混合流體(進行氣液分離之前的流體)與液體的狀態(tài)不同，壓力會有很大變化，流速也會產(chǎn)生變化。因此，在冷卻系統(tǒng)或生成水所通過的配管系統(tǒng)中配設(shè)離子交換處理裝置的情況、與在氣液混合流體所通過的配管系統(tǒng)中配設(shè)離子交換處理裝置的情況中，由于離子交換處理裝置的使用環(huán)境不同，所以離子交換處理裝置的劣化條件等也不同。
但是，在專利文獻2～4所記載的燃料電池系統(tǒng)中，雖然可預(yù)測判斷用于除去燃料電池的冷卻水或生成水所含有的離子的離子交換處理裝置的更換時期，但對于預(yù)測判斷用于除去氣液混合流體中所含有的離子的離子交換處理裝置的更換時期則沒有任何考慮。
本發(fā)明以改良這種現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)為課題，其目的在于，提供一種對能夠除去氣液混合流體所含有的雜質(zhì)的雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)進行檢測，并可告知雜質(zhì)去除部件的更換時期的燃料電池系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種對除去氣液混合流體所含有的雜質(zhì)的雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)進行判斷的方法。
為了達成該目的，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)在混合存在從燃料電池排出的排出氣體和液體的氣液混合流體所流通的排出通路中，配設(shè)有將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件，其中，具有對與上述雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的物理量檢測裝置、和根據(jù)由上述物理量檢測裝置檢測出的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的劣化判斷裝置。
具有這種構(gòu)造的燃料電池系統(tǒng)，因為能夠根據(jù)由物理量檢測裝置檢測出的與雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量，利用上述劣化判斷裝置判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度，所以能夠正確地得知雜質(zhì)去除部件的更換時期。因此，可將該雜質(zhì)去除部件一直使用到其所必需的雜質(zhì)去除能力消失為止，并且能夠防止在不知道所需的雜質(zhì)去除能力已經(jīng)消失的情況下使用該已劣化的雜質(zhì)去除部件的情況。
上述物理量檢測裝置，可以具有對上述雜質(zhì)去除部件的形狀的變化進行檢測的形狀變化檢測裝置。這樣，可根據(jù)雜質(zhì)去除部件的形狀變化直接判斷該雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)。
另外，上述物理量檢測裝置，可具有對通過了上述雜質(zhì)去除部件的流體的狀態(tài)量進行測定的第一流體狀態(tài)量測定裝置。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以構(gòu)成為，在具有上述第一流體狀態(tài)量測定裝置的情況下，上述物理量檢測裝置還具有對通過上述雜質(zhì)去除部件之前的流體的狀態(tài)量進行測定的第二流體狀態(tài)量測定裝置，上述劣化判斷裝置具有對由上述第一流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量和由第二流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量進行比較的物理量比較裝置，根據(jù)由該物理量比較裝置得到的值判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度。這樣，可根據(jù)由第一流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量與由第二流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量之差的閾值，判斷雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)。
作為上述流體的狀態(tài)量，例如可以列舉液體(生成水)的狀態(tài)量。作為該流體的狀態(tài)量，例如可以列舉流體的電導(dǎo)率、流體的壓力等。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以為，在從上述雜質(zhì)去除部件將液體減少的狀態(tài)下，對與該雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測。這樣，在盡量排出了生成水等干擾成分的狀態(tài)下，對雜質(zhì)去除部件的有關(guān)物理量進行檢測，所以可進一步提高該雜質(zhì)去除部件的劣化判定精度。
另外，在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中可以具有如下構(gòu)成，即，上述物理量檢測裝置具有對通過上述雜質(zhì)去除部件的氣體的狀態(tài)量進行檢測的氣體狀態(tài)量檢測裝置，和對通過上述雜質(zhì)去除部件的液體的狀態(tài)量進行檢測的液體狀態(tài)量檢測裝置。這樣，可分為上述流體中所含有的氣體的狀態(tài)量和液體的狀態(tài)量，判斷雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)。也就是說，可反映出氣體以及液體各自所特有的對劣化的影響，從而判斷雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)，因此可進一步提高該雜質(zhì)去除部件的劣化判斷精度。
上述氣體狀態(tài)檢測裝置，可根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)，計算出上述氣體的狀態(tài)量。上述液體狀態(tài)量檢測裝置可根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)，計算出上述液體的狀態(tài)量。
另外，上述氣體的狀態(tài)量可以是該氣體的流量、壓力、溫度中的至少一種，上述液體的狀態(tài)量可以是該液體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以為，還具有將從上述燃料電池排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器，上述雜質(zhì)去除部件配置在該氣液分離器內(nèi)。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以為，還具有將從上述燃料電池排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器，將對上述流體的電導(dǎo)率進行測定的電導(dǎo)率測定裝置配設(shè)在該氣液分離器內(nèi)。在這種情況下同樣也可將上述雜質(zhì)去除部件配設(shè)在上述氣液分離器內(nèi)。
另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以還具有能夠告知由上述劣化判斷裝置判斷出的結(jié)果的告知裝置。這樣，可簡便地得知雜質(zhì)去除部件的更換時期。
另外，本發(fā)明還提供一種雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，它是配設(shè)在混合存在有從燃料電池排出的排出氣體和液體的氣液混合流體所通過的排出通路中、將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中包括對與上述雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的檢測工序、和根據(jù)由上述第一工程檢測出的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的判斷工序。
上述檢測工序可包括對上述雜質(zhì)去除部件的形狀的變化進行檢測的工序。另外，上述檢測工序也可以包括對通過了上述雜質(zhì)去除部件后的流體的狀態(tài)量進行測定的第一測定工序。
另外，還可以為，上述檢測工序還包括對通過上述雜質(zhì)去除部件之前的流體的狀態(tài)量進行測定的第二測定工序，上述判斷工序包括對由第一測定工序測定出的物理量與由第二測定工序測定出的物理量進行比較的物理量比較工序，根據(jù)由上述物理量比較工序得到的值判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度。
另外，在本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法中，上述流體的狀態(tài)量既可以是液體的狀態(tài)量，也可以是流體的電導(dǎo)率或壓力。另外，還可以為，在上述檢測工序中，在從上述雜質(zhì)去除部件將液體減少后的狀態(tài)下對與該雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測。
另外，上述檢測工序可以包括對通過上述雜質(zhì)去除部件的氣體的狀態(tài)量進行檢測的氣體狀態(tài)量檢測工序、和對通過上述雜質(zhì)去除部件的液體的狀態(tài)量進行檢測的液體狀態(tài)量檢測工序。
上述氣體狀態(tài)檢測工序以及上述液體狀態(tài)檢測工序可根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)計算出上述氣體的狀態(tài)量。
另外，在本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法中，上述氣體的狀態(tài)量可以是該氣體的流量、壓力、溫度中的至少一種，上述液體的狀態(tài)量可以是該液體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
另外，在本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法中，還可以進一步包括告知由上述判斷工序判斷出的結(jié)果的告知工序。
另外，本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，也可以應(yīng)用到進一步具有將從上述燃料電池中排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器、并將上述雜質(zhì)去除部件配設(shè)在該氣液分離器內(nèi)而構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)。
另外，本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，也可以應(yīng)用到進一步具有將從上述燃料電池中排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器、將對上述流體的電導(dǎo)率進行測定的電導(dǎo)率測定裝置配置在該氣液分離器內(nèi)而構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)。在這種情況下同樣可將上述雜質(zhì)去除部件配置在上述氣液分離器內(nèi)。


圖1是本發(fā)明的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)造圖。
圖2是表示氣液分離器、以及配設(shè)在該氣液分離器的物理量檢測裝置和劣化判斷裝置的模式圖，該氣液分離器內(nèi)設(shè)有作為圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造要素的雜質(zhì)去除部件。
圖3是表示供給到圖2所示的氣液分離器內(nèi)的流體在通過雜質(zhì)去除部件之前的壓力和在通過雜質(zhì)去除部件之后的壓力之差與燃料電池的輸出或流體的流量之間的關(guān)系的圖。
圖4是表示圖2所示的物理量檢測裝置以及劣化判斷裝置的動作的流程圖。
圖5是表示氣液分離器、以及配設(shè)在該氣液分離器的物理量檢測裝置和劣化判斷裝置的模式圖，該氣液分離器內(nèi)設(shè)有作為本發(fā)明的其他實施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造要素的雜質(zhì)去除部件。
圖6是表示氣液分離器、以及配設(shè)在該氣液分離器的物理量檢測裝置和劣化判斷裝置的模式圖，該氣液分離器內(nèi)設(shè)有作為本發(fā)明的其他實施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造要素的雜質(zhì)去除部件。
圖7是表示流體的電導(dǎo)率與雜質(zhì)去除部件的可使用時間之間的關(guān)系的圖。
圖8是表示流體的電導(dǎo)率之差與雜質(zhì)去除部件的可使用時間之間的關(guān)系的圖。
圖9是表示本發(fā)明的其他實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)造圖。
圖10是表示氣體流量的累計值與生成水量的累計值之間的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的燃料電池系統(tǒng)進行說明。另外，下面所述的實施方式是用于說明本發(fā)明的示例，而不是將本發(fā)明僅局限于這些實施方式。因此，本發(fā)明只要不脫離其主旨，可以各種方式進行實施。
圖1是本發(fā)明的本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概略構(gòu)成圖。圖2是表示內(nèi)設(shè)有作為圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成要素的雜質(zhì)去除部件的氣液分離器、以及配設(shè)在該氣液分離器上的物理量檢測裝置和劣化判斷裝置的模式圖。圖3是表示供給到圖2所示的氣液分離器內(nèi)的流體的通過雜質(zhì)去除部件之前的壓力和通過雜質(zhì)去除部件之后的壓力之差、與燃料電池的輸出或流體的流量之間的關(guān)系的圖。圖4是表示圖2所示的物理量檢測裝置以及劣化判斷裝置的一系列動作的流程圖。
圖1所示的燃料電池系統(tǒng)1的燃料電池10，具備內(nèi)裝有具有多個單電池而成的電池組，其中該單電池是將MEA和隔板重疊而成的，該隔板是形成用于將燃料氣體(氫氣)供給MEA的燃料極(陽極)、將氧化氣體(氧氣，通常是空氣)供給氧化劑極(陰極)的流路的隔板。
在該燃料電池10的空氣供給口11上，經(jīng)由空氣供給通路12連接著供給作為氧化氣體的空氣的空氣供給源9；在空氣排出口13上連接著排出從燃料電池10排出的空氣以及水(排出流體)的空氣排出通路14。另外，在空氣供給通路12以及空氣排出通路14上設(shè)置有加濕組件8，通過了該加濕組件8的排出流體經(jīng)過消音器7排出到外部。另外，該排出流體的一部分被供給到氫氣稀釋器6，在用于稀釋氫氣后排出到外部。
另一方面，在燃料電池10的氫氣供給口15上，經(jīng)由氫氣供給通路17連接著例如氫氣瓶等的氫氣供給源16；在氫氣排出口18上連接著氫氣排出通路19。在該氫氣排出通路19的路徑中配設(shè)有氣液分離器26。詳細(xì)地說，如圖2所示，在該氣液分離器26的流體入口26A上連通著氫氣排出通路19的流體入口連接部19A；在氣液分離器26的流體出口26B上連通著氫氣排出通路19的流體出口連接部19B。
另外，在該氣液分離器26內(nèi)配設(shè)有雜質(zhì)去除部件24。進而，在氣液分離器26的中央部，以貫通雜質(zhì)去除部件24的中央部的狀態(tài)沿著圖2中的上下方向配設(shè)有連通在流體出口26B上的氣體通路23。
在本實施方式中，作為雜質(zhì)去除部件24使用離子交換樹脂。另外，作為氣液分離器26，使用通過使流體(氣液混合體)回旋而使之分離成氣體和液體的旋流式氣液分離器。
在氣液分離器26上，連接著檢測雜質(zhì)去除部件24的物理量的物理量檢測裝置30，和根據(jù)由物理量檢測裝置30檢測出的物理量判斷雜質(zhì)去除部件24的劣化程度的劣化判斷裝置40。
物理量檢測裝置30，特別是如圖2所示，具有進入側(cè)壓力測定裝置31和流出側(cè)壓力測定裝置32，該進入側(cè)壓力測定裝置31對供給到氣液分離器26中的流體的通過雜質(zhì)去除部件24之間的壓力(Pin)進行測定，該流出側(cè)壓力測定裝置32對通過了雜質(zhì)去除部件24后的壓力(Pout)進行測定。另外，在本實施方式中，該壓力(Pin)以及壓力(Pout)是與雜質(zhì)去除部件24相關(guān)的物理量。
另外，在進入側(cè)壓力測定裝置31以及流出側(cè)壓力測定裝置32上，連接著劣化判斷裝置40，該劣化判斷裝置40根據(jù)由進入側(cè)壓力測定裝置31以及流出側(cè)壓力測定裝置32測定出的壓力(Pin以及Pout)計算出兩壓力的差(ΔP＝Pin-Pout)，并進行該計算出的值是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值的判斷。
在此，如圖3所示，壓力差(ΔP＝Pin-Pout)與燃料電池10的輸出或從燃料電池1 0排出的流體的流量之間成比例關(guān)系。因此，通過計算出上述壓力差(ΔP＝Pin-Pout)，并判斷該壓力差是否在適宜范圍內(nèi)(是否超過閾值)，來判斷雜質(zhì)去除部件24在當(dāng)前時刻能夠何種程度的除去雜質(zhì)，判斷雜質(zhì)去除部件24是否還具有雜質(zhì)去除能力，從而判斷雜質(zhì)去除部件24的更換時期。
另外，上述壓力差(ΔP)與流體的通過阻力有關(guān)。該流體的通過阻力，是由被雜質(zhì)去除部件24捕集到的雜質(zhì)的量、因捕集到雜質(zhì)去除部件24中的雜質(zhì)的影響而產(chǎn)生的雜質(zhì)去除部件24的膨脹或收縮狀態(tài)、以及流體中含有的雜質(zhì)的密度等來決定的。
另外，在劣化判斷裝置40上連接著告知裝置50，該告知裝置50根據(jù)由劣化判斷裝置40進行的判斷的內(nèi)容告知是否應(yīng)更換雜質(zhì)去除部件24。作為告知裝置50，可列舉警鈴(預(yù)告音)、在所希望的顯示器上顯示已到更換時期等的各種方式。
這些物理量檢測裝置30、劣化判斷裝置40以及告知裝置50的一連串的動作如下。即，如圖4所示，通過進入側(cè)壓力測定裝置31，測定從氫氣排出通路19供給到氣液分離器26內(nèi)的流體的通過雜質(zhì)去除部件24之前的壓力(Pin)(步驟S101)。將該測定值輸出給劣化判斷裝置40。接下來，通過流出側(cè)壓力測定裝置32測定通過了雜質(zhì)去除部件24后的流體的壓力(Pout)(步驟S102)。將該測定值輸出給劣化判斷裝置40。
接下來，在劣化判斷裝置40中，計算出從進入側(cè)壓力測定裝置31以及流出側(cè)壓力測定裝置32接收到的壓力的差(ΔP＝Pin-Pout)，判斷該壓力差(ΔP)是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值(步驟S103)。當(dāng)在步驟S103中所得到的壓力差(ΔP)超過預(yù)先設(shè)定的閾值(步驟S103是)時，向告知裝置50輸出該主旨的信號，告知裝置50告知雜質(zhì)去除部件24的更換時期已到。另一方面，當(dāng)在步驟S103中所得到的壓力差(ΔP)沒有超過預(yù)先設(shè)定的閾值時(步驟S103否)，重復(fù)進行步驟S101～步驟S103。
供給到氣液分離器26中的流體，在被分離成氣體(氫氣)和液體(水)并被雜質(zhì)去除部件24去除了雜質(zhì)后，從氣液分離器26排出，再次從氫氣供給通路17供給到燃料電池10，用于電池反應(yīng)。另外，從氣液分離器26排出的氣體(氫氣)的一部分根據(jù)需要被供給到氫氣稀釋器6中。另一方面，在被氣液分離的同時去除了雜質(zhì)的液體，被配設(shè)在氣液分離器26的下方的排水口60收集，通過打開電磁閥61將其排出到外部。另外，標(biāo)號27表示氫氣泵。
另外，在本實施方式中，說明了配設(shè)對通過雜質(zhì)去除部件24前的流體的狀態(tài)量(壓力Pin)進行測定的進入側(cè)壓力測定裝置31、和對通過雜質(zhì)去除部件24后的流體的狀態(tài)量(壓力Pout)進行測定的流出側(cè)壓力測定裝置32，并根據(jù)它們的壓力差(ΔP)判斷雜質(zhì)去除部件24的劣化程度的情況。但是并不局限于此，也可以僅根據(jù)通過雜質(zhì)去除部件24后的流體的壓力(Pout)，用劣化判斷裝置40判斷雜質(zhì)去除部件24的劣化程度。
另外，在本實施方式中，還可以在使附著在雜質(zhì)去除部件24中的液體減少了的狀態(tài)下對上述壓力進行測定。這時，由于在盡可能地排除了生成水等干擾成分的狀態(tài)下對與雜質(zhì)去除部件24相關(guān)的物理量進行檢測，所以可進一步提高雜質(zhì)去除部件24的劣化判定精度。
另外，在本實施方式中，說明了具有對流體的壓力進行檢測的物理量檢測裝置30的情況。但是并不局限于此，只要可以檢測出雜質(zhì)去除部件24的物理量，物理量檢測裝置30也可以是其他構(gòu)造。
作為本發(fā)明的其他實施方式，例如還可以列舉，如圖5所示，在雜質(zhì)去除部件24的上游側(cè)(圖5中雜質(zhì)去除部件24的上面)設(shè)置支撐板161，在雜質(zhì)去除部件24的下游側(cè)(圖5中雜質(zhì)去除部件24的下面)設(shè)置移動板63，進而在氣液分離器的比移動板63更靠近下方處設(shè)置將移動板63向支撐板61施力的彈簧部件65，并在該移動板63上作為物理量檢測裝置30設(shè)置對移動板63的位置進行檢測的位置檢測裝置(位置傳感器)的構(gòu)成，所述支撐板61，外周面被固定在氣液分離器26的內(nèi)壁上，并且形成有用于將流體供給給雜質(zhì)去除部件24的多個貫通孔62，所述移動板63，外周面與氣液分離器26的內(nèi)壁接觸并能夠沿上下方向滑動，并且形成有能夠?qū)⑼ㄟ^了雜質(zhì)去除部件24的流體排出的多個貫通孔64。
在這種構(gòu)造的情況下，物理量檢測裝置30，檢測出伴隨著因雜質(zhì)去除部件24捕集到的雜質(zhì)的影響產(chǎn)生的雜質(zhì)去除部件24的膨脹或收縮、移動板63所移動的距離(雜質(zhì)去除部件的有關(guān)物理量)，并將該檢測出的值向劣化判斷裝置40輸出。在該劣化判斷裝置40中，判斷該檢測值是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值，在超過閾值的情況下，當(dāng)向告知裝置50輸出該主旨的信號時，告知裝置50告知雜質(zhì)去除部件24的更換時期已到。另一方面，在該檢測值沒有超過閾值的情況下，重復(fù)進行對移動板63所移動的距離進行檢測，并判斷該檢測值是否超過閾值的程序。
另外，作為本發(fā)明的其他實施方式，例如如圖6所示，還可以代替進入側(cè)壓力測定裝置31以及流出側(cè)壓力測定裝置32，使用電導(dǎo)率計作為物理量檢測裝置30。在如圖6所示的實施方式的情況下，在配設(shè)于氣液分離器26的下方的排水口60上配設(shè)電導(dǎo)率計，對由氣液分離器26進行氣液分離后的液體(生成水)的電導(dǎo)率進行測定。
在此，如圖7所示，收納在排水口60處的液體的電導(dǎo)率與雜質(zhì)去除部件24的可使用時間(具有雜質(zhì)去除所必需的能力的時間)之間成比例關(guān)系。因此，通過對上述液體的電導(dǎo)率進行測定，并將該測定值(檢測值)向劣化判斷裝置40輸出，從而能夠在劣化判斷裝置40中判斷該雜質(zhì)去除部件24是否具有去除雜質(zhì)所必需的能力。也就是說，在劣化判斷裝置40中，在由作為物理量檢測裝置30的電導(dǎo)率計測定出的電導(dǎo)率超過預(yù)先設(shè)定的閾值的情況下，向告知裝置50輸出表達該主旨的信號，告知裝置50告知雜質(zhì)去除部件24的更換時期已到。另一方面，在該電導(dǎo)率沒有超過閾值的情況下，重復(fù)進行電導(dǎo)率的測定、以及其與閾值的比較。
在圖6所示的實施方式中，說明了將作為物理量檢測裝置30的電導(dǎo)率計配設(shè)在排水口60的情況。但是并不局限于此，電導(dǎo)率計也可以配設(shè)在其他部位，只要是能夠測定出通過了雜質(zhì)去除部件24的流體(液體或氣體，或者氣液混合體)的電導(dǎo)率的位置即可。
另外，還可以在將作為物理量檢測裝置30的電導(dǎo)率計配設(shè)在排水口60的基礎(chǔ)上，例如在配設(shè)于氣液分離器26的上游側(cè)的氫氣排出通路19中，再配設(shè)一個對在其中流通的液體的電導(dǎo)率進行檢測的電導(dǎo)率計，通過上述兩個電導(dǎo)率計，計算出通過雜質(zhì)去除部件24前的液體的電導(dǎo)率與通過雜質(zhì)去除部件24后的電導(dǎo)率之差。
在此，如圖8所示，通過雜質(zhì)去除部件24之前的液體的電導(dǎo)率和通過雜質(zhì)去除部件24之后的電導(dǎo)率之差，與雜質(zhì)去除部件24的可使用時間(具有去除雜質(zhì)所需的能力的時間)之間成反比例關(guān)系。因此，通過算出上述電導(dǎo)率之差，并向劣化判斷裝置40輸出該電導(dǎo)率之差，能夠在劣化判斷裝置40中判斷該雜質(zhì)去除部件24是否具有去除雜質(zhì)所需的能力，并且當(dāng)該電導(dǎo)率之差超過預(yù)先設(shè)定的閾值的情況下，與上述一樣，告知裝置50告知雜質(zhì)去除部件24的更換時期已到。
另外，在使用燃料電池的汽車等中，由于在燃料電池發(fā)電時，利用排氣管將由該燃料電池產(chǎn)生的生成水引導(dǎo)向外部，所以可以通過該生成水將燃料電池和車輛兩者絕緣。
另外，作為本發(fā)明的其他實施方式，如圖9所示，可以設(shè)為如下構(gòu)成，即，在燃料電池10上連接對燃料電池10的發(fā)電電流進行測定的發(fā)電電流測定器71，在氫氣泵27上連接對氫氣泵27的工作狀態(tài)(轉(zhuǎn)速、吸入壓力、排出壓力等)進行測定的泵工作狀態(tài)測定器72，將劣化判斷裝置40連接在發(fā)電電流測定器71以及泵工作狀態(tài)測定器72上，將告知裝置50連接在該劣化判斷裝置40上。
在此，從燃料電池10排出的生成水的量(L)相對于燃料電池10的發(fā)電量成比例關(guān)系。也就是說，生成水的量(L)為L＝C×I，其中，C是由燃料電池決定的固有常數(shù)，I是電流值?？筛鶕?jù)該生成水的量(L)計算出生成水量的累計值。
另一方面，通過雜質(zhì)去除部件24的氣體的流量(Q)為Q＝氫氣的排氣量×泵的轉(zhuǎn)速×f(Ps)×f(t)η，其中，Ps是泵的吸入壓力，t是溫度，η是f(Pd)，其中Pd是泵的排出壓力?？筛鶕?jù)該氣體的流量(Q)計算出通過雜質(zhì)去除部件24的氣體的流量的累計值。
并且，如圖10所示，該生成水量的累計值與氣體的流量的累計值之間成反比例關(guān)系。因此，可以通過計算出上述生成水量的累計值和氣體的流量的累計值，并將這些值輸出到劣化判斷裝置40，從而在劣化判斷裝置40中判斷該雜質(zhì)去除部件24是否具有去除雜質(zhì)所需的能力，并且在該兩者的關(guān)系超過預(yù)先設(shè)定的閾值的情況下，告知裝置50告知雜質(zhì)去除部件24的更換時期已到。
另外，在圖9所示的實施方式的情況下，由發(fā)電電流測定器71和泵工作狀態(tài)測定器72構(gòu)成了本發(fā)明的物理量檢測裝置，但是可根據(jù)由發(fā)電電流測定器71測定的發(fā)電電流計算出生成水的量，計算出通過雜質(zhì)去除部件24的液體的狀態(tài)量(流量)。也就是說，發(fā)電電流測定器71，作為根據(jù)燃料電池10的運行狀態(tài)(發(fā)電量)對通過雜質(zhì)去除部件24的液體的狀態(tài)量(流量)進行檢測的液體狀態(tài)量檢測裝置而發(fā)揮功能。
另外，也可以根據(jù)由泵工作狀態(tài)測定器72測定的泵工作狀態(tài)，計算出通過雜質(zhì)去除部件24的氣體的狀態(tài)量(流量)。即，泵工作狀態(tài)測定器72，作為根據(jù)由燃料電池10的運行狀態(tài)決定的泵工作狀態(tài)對通過雜質(zhì)去除部件24的氣體的狀態(tài)量(流量)進行檢測的氣體狀態(tài)量檢測裝置來發(fā)揮功能。
上述氣體的狀態(tài)量除了氣體的流量，還可以是氣體的壓力、溫度中的至少一種，上述液體的狀態(tài)量除了液體的流量，還可以是壓力、溫度中的至少一種。
另外，作為與雜質(zhì)去除部件24相關(guān)的物理量，除了上述的幾個之外，還可舉出流體的pH、流體的流量、流體的溫度、燃料電池的運行狀態(tài)等各種物理量，并沒有特別地限定。
另外，在上述的實施方式中，說明了將雜質(zhì)去除部件24配置在氣液分離器26內(nèi)的情況。但是并不局限于此，可以將雜質(zhì)去除部件24配設(shè)在氫氣排出通路19的所希望的位置。
另外，在本實施方式中，說明了將雜質(zhì)去除部件24配設(shè)在氫氣循環(huán)系統(tǒng)中的情況。但是并不局限于此，可以將本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件24配設(shè)在氧化氣體(空氣)供給系統(tǒng)中，或其他配管系統(tǒng)中。
另外，在本實施方式中，說明了使用離子交換樹脂作為雜質(zhì)去除部件24的情況。但是并不局限于此，只要可以去除流體中的雜質(zhì)，本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件也可以由其他材料構(gòu)成。
另外，在本實施方式中，說明了使用氣旋式氣液分離器作為氣液分離器26的情況。但是并不局限于此，也可使用利用其他方式進行氣液分離的氣液分離器。
工業(yè)上的可利用性本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具有對與雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的物理量檢測裝置、和根據(jù)由上述物理量檢測裝置檢測出的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的劣化判斷裝置，所以可根據(jù)由上述物理量檢測裝置檢測出的與雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度。因此，可得知雜質(zhì)去除部件的更換時期，從而可將雜質(zhì)去除部件一直使用到其不具備所需的雜質(zhì)去除能力為止，并且可防止使用已劣化的雜質(zhì)去除部件。結(jié)果，可提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性，并可減少運轉(zhuǎn)費用。
另外，本發(fā)明的雜質(zhì)去除部件的判斷方法，包括對與上述雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的檢測工序、和根據(jù)在上述第一工序中檢測出的物理量，判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的判斷工序，所以可簡便地對雜質(zhì)去除部件的劣化狀態(tài)進行判斷。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，它是在混合存在從燃料電池排出的排出氣體和液體的氣液混合流體流通的排出通路中，配設(shè)有將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件的燃料電池系統(tǒng)，其中具有對與上述雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的物理量檢測裝置，和根據(jù)由上述物理量檢測裝置檢測出的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的劣化判斷裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述物理量檢測裝置具有對上述雜質(zhì)去除部件的形狀的變化進行檢測的形狀變化檢測裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述物理量檢測裝置具有對通過了上述雜質(zhì)去除部件的流體的狀態(tài)量進行測定的第一流體狀態(tài)量測定裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述物理量檢測裝置還具有對通過上述雜質(zhì)去除部件之前的流體的狀態(tài)量進行測定的第二流體狀態(tài)量測定裝置，上述劣化判斷裝置具有對由上述第一流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量和由第二流體狀態(tài)量測定裝置檢測出的物理量進行比較的物理量比較裝置，根據(jù)由該物理量比較裝置得到的值判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度。
5.如權(quán)利要求3或4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述流體的狀態(tài)量是液體的狀態(tài)量。
6.如權(quán)利要求3至5中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述流體的狀態(tài)量是該流體的電導(dǎo)率。
7.如權(quán)利要求3至5中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述流體的狀態(tài)量是該流體的壓力。
8.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在從上述雜質(zhì)去除部件將液體減少的狀態(tài)下，對與該雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述物理量檢測裝置具有對通過上述雜質(zhì)去除部件的氣體的狀態(tài)量進行檢測的氣體狀態(tài)量檢測裝置，和對通過上述雜質(zhì)去除部件的液體的狀態(tài)量進行檢測的液體狀態(tài)量檢測裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述氣體狀態(tài)檢測裝置根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)計算出上述氣體的狀態(tài)量。
11.如權(quán)利要求9或10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述液體狀態(tài)量檢測裝置根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)計算出上述液體的狀態(tài)量。
12.如權(quán)利要求9至11中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述氣體的狀態(tài)量是該氣體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
13.如權(quán)利要求9至12中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述液體的狀態(tài)量是該液體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
14.如權(quán)利要求1至13中的任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具有將從上述燃料電池排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器，上述雜質(zhì)去除部件配設(shè)在該氣液分離器內(nèi)。
15.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具有將從上述燃料電池排出的流體分離成氣體和液體的氣液分離器，對上述流體的電導(dǎo)率進行測定的電導(dǎo)率測定裝置配設(shè)在該氣液分離器內(nèi)。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，上述雜質(zhì)去除部件配設(shè)在上述氣液分離器內(nèi)。
17.如權(quán)利要求1至16中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，還具有能夠告知由上述劣化判斷裝置判斷出的結(jié)果的告知裝置。
18.一種雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，它是配設(shè)在混合存在從燃料電池排出的排出氣體和液體的氣液混合流體流通的排出通路中、將混入該流體中的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中包括對與上述雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測的檢測工序、和根據(jù)由上述第一工程檢測出的物理量判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度的判斷工序。
19.如權(quán)利要求18所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述檢測工序包括對上述雜質(zhì)去除部件的形狀的變化進行檢測的工序。
20.如權(quán)利要求18所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述檢測工序包括對通過了上述雜質(zhì)去除部件的流體的狀態(tài)量進行測定的第一測定工序。
21.如權(quán)利要求20所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述檢測工序還包括對通過上述雜質(zhì)去除部件之前的流體的狀態(tài)量進行測定的第二測定工序，上述判斷工序包括對由上述第一測定工序測定出的物理量和由上述第二測定工序測定出的物理量進行比較的物理量比較工序，根據(jù)由上述物理量比較工序得到的值判斷上述雜質(zhì)去除部件的劣化程度。
22.如權(quán)利要求20或21所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述流體的狀態(tài)量是液體的狀態(tài)量。
23.如權(quán)利要求20至22中的任一項所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述流體的狀態(tài)量是該流體的電導(dǎo)率或壓力。
24.如權(quán)利要求18所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述檢測工序在從上述雜質(zhì)去除部件將液體減少的狀態(tài)下，對與該雜質(zhì)去除部件相關(guān)的物理量進行檢測。
25.如權(quán)利要求18所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述檢測工序包括對通過上述雜質(zhì)去除部件的氣體的狀態(tài)量進行檢測的氣體狀態(tài)量檢測工序、和對通過上述雜質(zhì)去除部件的液體的狀態(tài)量進行檢測的液體狀態(tài)量檢測工序。
26.如權(quán)利要求25所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述氣體狀態(tài)檢測工序根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)計算出上述氣體的狀態(tài)量。
27.如權(quán)利要求25或26所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述液體狀態(tài)量檢測工序根據(jù)上述燃料電池的運行狀態(tài)計算出上述液體的狀態(tài)量。
28.如權(quán)利要求25至27中的任一項所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述氣體的狀態(tài)量是該氣體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
29.如權(quán)利要求25至28中的任一項所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，上述液體的狀態(tài)量是該液體的流量、壓力、溫度中的至少一種。
30.如權(quán)利要求18至29中的任一項所述的雜質(zhì)去除部件的劣化判斷方法，其中，還包括告知由上述判斷工序判斷出的結(jié)果的告知工序。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)(1)，其在從燃料電池(10)排出的流體流通的排出通路(19)中配設(shè)有將混入該流體的雜質(zhì)去除的雜質(zhì)去除部件(24)，并且具有對與該雜質(zhì)去除部件(24)相關(guān)的物理量進行檢測的物理量檢測裝置(30)、和根據(jù)由物理量檢測裝置(30)檢測出的物理量判斷雜質(zhì)去除部件(24)的劣化程度的劣化判斷裝置(40)。
文檔編號H01M8/04GK101015085SQ20058003005
公開日2007年8月8日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者藤田信雄 申請人:豐田自動車株式會社