專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池的燃 料電池系統(tǒng)，詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種利用了包含在來自燃料電池 的排出氣體中的水分進(jìn)行的加濕控制。
背景技術(shù)：
在將作為反應(yīng)氣體的空氣和氫氣供給燃料電池、并利用氫與包含 在空氣中的氧的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)中，為了確保規(guī)定 的發(fā)電效率，有必要加濕供給燃料電池的空氣。以前，公開了這樣一
種技術(shù)(例如，參見日本專利特開2002-75418號(hào)公報(bào))，S卩，在燃料 電池系統(tǒng)中設(shè)有加濕器，對(duì)供給燃料電池的空氣進(jìn)行加濕，其中該加 濕器利用了包含由電化學(xué)反應(yīng)在氧極側(cè)產(chǎn)生的水分的排氣。
例如，在下述專利文獻(xiàn)1中公開了使通過燃料電池的空氣(下面， 稱作排出氣體)經(jīng)加濕器排到外部的系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，在排出氣體 的流路上，在燃料電池與加濕器之間(即，在加濕器的上游側(cè))設(shè)置 第一壓力控制閥，在加濕器的下游側(cè)設(shè)置第二壓力控制闊，當(dāng)供給燃 料電池的空氣的濕度低時(shí)，通過增加第二壓力控制閥的開度來進(jìn)行使 加濕器內(nèi)的壓力下降的控制。這樣，能使包含在排出氣體中的水分成 為水蒸氣，從而能提高加濕器的加濕效率。
專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2002-75418號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在這種現(xiàn)有技術(shù)中，未考慮排到燃料電池外部的排出氣體， 從而出現(xiàn)加濕器的加濕性能由于排出的排出氣體量而降低的問題。也
就是說，排出氣體中的水分量不是全部由加濕器使用，而是有一部分 與作為排出氣體的空氣一起被排到外部。包含在排出氣體中的水分量 為隨著燃料電池進(jìn)行發(fā)電而產(chǎn)生的水，是與發(fā)電量對(duì)應(yīng)的確定量。例 如，當(dāng)為了增大發(fā)電量而增加供給燃料電池的供給空氣的流速時(shí)，排 出氣體的流速也增大。在這種狀況下，即使增加水蒸氣的量，作為排 出氣體排到外部的水分量也增加，因而存在能用于加濕的水分量降低， 進(jìn)而導(dǎo)致加濕器的加濕性能下降的擔(dān)憂。
本發(fā)明是鑒于這種加濕器的加濕性能下降的問題而提出的，其目 的在于提供一種實(shí)行適當(dāng)?shù)募訚窨刂频娜剂想姵叵到y(tǒng)。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，針對(duì)上述目的采用了以下的手段。艮口， 本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池， 其中，具有加濕器，其設(shè)置在來自所述燃料電池的排出氣體的配管 管路上，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給 該燃料電池的供給氣體中的至少一種；排出水分量檢測機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行 包含在所述排出氣體中而向所述加濕器下游排出的排出水分量的檢 測；和調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，其在根據(jù)所述檢測結(jié)果判斷為所述排出水分量 為規(guī)定量以上的情況下，進(jìn)行向所述加濕器下游排出的所述排出水分 量的限制處理。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，檢測出向加濕器下游排出的排出水 分量，在排出水分量為規(guī)定量以上的情況下限制排出水分量。因此， 抑制了向加濕器下游排出的水分量，從而能將排出氣體中包含的大部 分水分用于加濕器內(nèi)的供給氣體的加濕。結(jié)果，抑制了加濕器的加濕 效率的降低，實(shí)現(xiàn)了在加濕器中恰當(dāng)加濕的效果。
優(yōu)選的是，上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)的排出水分量檢測機(jī)構(gòu)由給 包含在上述排出氣體中并向上述加濕器下游排出的排出水分量帶來影 響的物理量進(jìn)行檢測。 根據(jù)這種燃料電池系統(tǒng)，檢測對(duì)排出水分量帶來影響的物理量， 并根據(jù)所檢測出的物理量檢測排出水分量，因此能根據(jù)物理量間接地 求出排出水分量。
另外，作為這種物理量，雖然考慮大氣壓、燃料電池的排出氣體 的出口溫度、燃料電池的排出氣體的流速等，但是只要是對(duì)排出水分 量帶來影響的物理量即可。
在物理量為大氣壓的情況下，當(dāng)檢測出的大氣壓比規(guī)定壓力低時(shí)， 判斷為排出水分量為規(guī)定量以上。即，在大氣壓低的情況下，判斷為 加濕器內(nèi)的壓力降低，排出水分量為規(guī)定量以上，這時(shí)，抑制向加濕 器下游排出的水分量。因此，即使在大氣壓低的環(huán)境下運(yùn)行燃料電池 系統(tǒng)，也能實(shí)行恰當(dāng)?shù)募訚瘛?br> 而且，在物理量為出口溫度的情況下，當(dāng)檢測出的出口溫度比規(guī) 定值高時(shí)，判斷為排出水分量為規(guī)定量以上。g卩，在從燃料電池排出 的排出氣體的溫度高的情況下，判斷為排出氣體包含的水分較多，排 出水分量為規(guī)定量以上，這時(shí)，抑制向加濕器下游排出的水分量。通 過使用這樣的一般檢測出的溫度，能容易地進(jìn)行排出水分量的判斷。
另外，在物理量為排出氣體的流速的情況下，當(dāng)檢測出的流速比 規(guī)定值高時(shí)，判斷為排出水分量為規(guī)定量以上。即，在排出氣體的流 速高的情況下，通過加濕器內(nèi)的流速也變高，在加濕器內(nèi)不能進(jìn)行充 分的加濕。在這種流速高的情況下，判斷為排出水分量為規(guī)定量以上， 并抑制向加濕器下游排出的水分量。因此，能在加濕器內(nèi)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)?加濕。
對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)選的是，在所述排出氣 體的流路上所述加濕器的上游側(cè)具有上游側(cè)壓力調(diào)整閥，該上游側(cè)壓
力調(diào)整閥通過調(diào)整該排出氣體的壓力來調(diào)整所述燃料電池內(nèi)的供給氣 體的壓力，所述流量調(diào)整處理機(jī)構(gòu)通過由所述下游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行 的壓力調(diào)整來實(shí)行向所述加濕器下游的所述排出水分量的限制。
根據(jù)這種燃料電池系統(tǒng)，通過實(shí)行由下游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓 力調(diào)整，結(jié)果，能限制排出的流量。即，通過僅將壓力調(diào)整閥配置在 加濕器的下游側(cè)，就能比較容易地構(gòu)筑出系統(tǒng)。
對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)選的是，在所述排出氣 體的流路上所述加濕器的上游側(cè)具有上游側(cè)壓力調(diào)整閥，該上游側(cè)壓 力調(diào)整閥通過調(diào)整該排出氣體的壓力來調(diào)整所述燃料電池內(nèi)的供給氣 體的壓力，而且，在判斷為所述排出水分量比規(guī)定量少的情況下，代 替由所述下游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整，而實(shí)行由所述上游側(cè)壓 力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整。
根據(jù)這種燃料電池系統(tǒng)，在排出水分量少的情況下，不限制向加 濕器下游的流量，而是實(shí)行由上游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整。由 于通過靠近燃料電池的上游側(cè)的壓力調(diào)整閥進(jìn)行控制，所以能降低響 應(yīng)延遲等，從而能抑制控制性的降低。
對(duì)于上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步優(yōu)選的是，還具有要求加 濕量推測機(jī)構(gòu)，其推測與所述燃料電池的發(fā)電狀態(tài)相適的要求加濕量；
所述流量調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述推測出的要求加濕量為規(guī)定值以下的 情況下，與所述排出水分量是否為規(guī)定量以上的判斷無關(guān)，均實(shí)行由 所述上游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整。。
根據(jù)這種燃料電池系統(tǒng)，在要求加濕量少的情況下，實(shí)行由上游 側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的處理。也就是說，即使在判斷為排出水分量為規(guī) 定量以上的情況下，當(dāng)所需加濕量較少即可的情況下，使控制性比加 濕器的加濕效率優(yōu)先，實(shí)行由上游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的控制。因此，
在必要時(shí)能實(shí)行恰當(dāng)?shù)募訚瘛?br> 另外，本發(fā)明還能理解為燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)方法，此外也能理解為具 有以下形式的燃料電池系統(tǒng)。 一種為這樣的燃料電池系統(tǒng)，其包括接 受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池；和加濕器，其利用包含在從該
燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃料電池的供給氣體， 其中，該系統(tǒng)具有排出水分量檢測機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行包含在上述排出氣體
中并向上述加濕器下游排出的排出水分量的檢測；和流量調(diào)整處理機(jī) 構(gòu)，其在根據(jù)上述檢測結(jié)果判斷為上述排出水分量為規(guī)定量以上的情 況下，進(jìn)行限制向上述加濕器下游排出的上述排出氣體的流量的處理。
而且，另外一種為具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池的 燃料電池系統(tǒng)，其具有加濕器，其設(shè)置在來自上述燃料電池的排出 氣體的配管管路上，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水 分加濕供給該燃料電池的供給氣體中的至少一種；判斷機(jī)構(gòu)，其根據(jù) 上述排出氣體的狀態(tài)量，判斷包含在該排出氣體中并向上述加濕器下 游排出的排出水分量增加的條件是否成立；和壓力增加機(jī)構(gòu)，其在判 斷為上述排出水分量增加的條件成立的情況下，增加該加濕器中的上 述排出氣體的壓力，以提高上述加濕器的加濕效率。


圖1為作為本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的簡略結(jié)構(gòu)圖。 圖2為表示本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處 理的流程圖。
圖3為表示本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處 理的流程圖。
圖4為在第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理中加入要求加濕量的判斷處 理的壓力調(diào)整處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
接著，基于實(shí)施例以下面的順序?qū)?shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
A. 燃料電池系統(tǒng)的簡略結(jié)構(gòu)
B. 第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理
C. 第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處理
D. 變形例
A.燃料電池系統(tǒng)的簡略結(jié)構(gòu)
圖1為作為本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的簡略結(jié)構(gòu)圖。該燃料
電池系統(tǒng)10具有接受作為反應(yīng)氣體的氫氣與空氣的供給并通過氫與空 氣中的氧的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的燃料電池20，該系統(tǒng)搭載在將燃料電池 20發(fā)出的電力作為動(dòng)力的未圖示的車輛上。如圖所示，除燃料電池20 之外，該系統(tǒng)10還包括將氫氣供給燃料電池20的氫系統(tǒng)30、將空氣 供給燃料電池20的空氣系統(tǒng)40和控制各部分的控制單元120等。
燃料電池20具有多個(gè)包括氫極(以下稱作陽極)和氧極(以下稱 作陰極)的單體電池21，通過由端板28、 29從兩端夾住層疊的多個(gè)單 體電池21而形成。單體電池21通過順序地層疊隔板、陽極、電解質(zhì) 膜、陰極、隔板而構(gòu)成，在隔板上分別設(shè)置氫氣、空氣的流路。上述 各種流體的流路分別與設(shè)置在端板28上的各種流體的入口相連，從燃 料電池20的外部供給入口的氫氣、空氣沒有滯留地供給多個(gè)單體電池 21的每個(gè)單元。另外，在端板28上還設(shè)有冷卻劑的入口，從外部供給 的冷卻劑冷卻燃料電池20。
供給各單體電池21內(nèi)的陽極的氫氣受到構(gòu)成陽極的催化劑層的催 化作用而產(chǎn)生氫離子。該氫離子透過電解質(zhì)膜到達(dá)陰極側(cè)，與供給陰 極的空氣中的氧反應(yīng)。通過該電化學(xué)反應(yīng)，單體電池21發(fā)電。燃料電 池20通過將多個(gè)這樣的單體電池21串聯(lián)地連接，可以輸出較高的電 力。另外，在本實(shí)施例中，將固體高分子膜用作電解質(zhì)膜。這種電解
質(zhì)膜可以在規(guī)定范圍的濕潤狀態(tài)下良好地工作。
氫系統(tǒng)30由儲(chǔ)存高壓氫氣的氫罐31、氫循環(huán)泵32、圖中未示出 的閥等構(gòu)成，由閥調(diào)整壓力、流量后的氫氣被供給燃料電池20。供給 燃料電池20的氫氣中的氫由上述電化學(xué)反應(yīng)消耗，但是，存在其一部 分未被消耗掉而從燃料電池20排出的情況。氫循環(huán)泵32將從燃料電 池20排出的氫氣再度供給燃料電池20，可以有效地利用未被電化學(xué)反 應(yīng)使用而排出的氫。另外，對(duì)于氫氣向燃料電池20的供給，也可以代 替從氫罐31的供給，例如對(duì)甲烷、甲醇等改性而產(chǎn)生氫并將其供給燃 料電池。
空氣系統(tǒng)40主要由將空氣供給燃料電池20的供給管路和將從燃 料電池20排出的氫氣導(dǎo)入后述的排氣系統(tǒng)80的排氣管路構(gòu)成。
供給管路從供給燃料電池20的空氣流的上游依次設(shè)置內(nèi)部具有半 導(dǎo)體應(yīng)變片的大氣壓傳感器47、除去空氣中的污物及灰塵的空氣濾清 器41、熱線式的空氣流量計(jì)42、將馬達(dá)作為動(dòng)力源的空氣壓縮機(jī)43、 冷卻空氣以提高空氣密度的中間冷卻器44、加濕供給的空氣的加濕器 48、連接這些器件的供給配管45、 46等，通過空氣壓縮機(jī)43的驅(qū)動(dòng) 將大氣中的空氣引入并將其供給燃料電池20。
通過空氣壓縮機(jī)43的驅(qū)動(dòng)從外部引入的空氣首先由空氣濾清器 41凈化并通過空氣流量計(jì)42。通過空氣流量計(jì)42的空氣由空氣壓縮 機(jī)43壓縮后，由中間冷卻器44冷卻，然后由加濕器48加濕。這種加 濕后的濕潤狀態(tài)的空氣流經(jīng)與燃料電池20的端板28連接的供給配管 46，被供給燃料電池20。
在本實(shí)施例中，將中空纖維薄膜型的加濕裝置用作加濕器48。在 該加濕器48中設(shè)有多個(gè)中空纖維薄膜，使干燥氣體流到中空纖維薄膜 的外側(cè)(將其稱作一次側(cè))，使?jié)駶櫄怏w流到中空纖維薄膜的內(nèi)側(cè)(將
其稱作二次側(cè))，由此加濕一次側(cè)的干燥氣體。中空纖維薄膜具有多 個(gè)從內(nèi)側(cè)到外側(cè)的細(xì)微的毛細(xì)管，通過二次側(cè)的濕潤氣體的水蒸氣由 于毛細(xì)現(xiàn)象而被作為水分吸出。這種吸出的水分被供給一次側(cè)的干燥 氣體。
在本實(shí)施例中，將加濕器48的一次側(cè)配置在供給管路上，如后所
述，將加濕器48的二次側(cè)配置在排氣管路上。從燃料電池20排出的
空氣將由上述電化學(xué)反應(yīng)在陰極側(cè)產(chǎn)生的生成水作為水蒸氣包含在其 中，所以成為濕潤狀態(tài)的氣體。通過利用該濕潤狀態(tài)的排出空氣，可
以加濕供給燃料電池20的空氣。
在這種空氣的供給管路上，大氣壓傳感器41將壓力Pl檢測為外 部的大氣壓，空氣流量計(jì)42檢測出空氣流量q。檢測出的壓力Pl流量 q被輸出給控制單元120，用于燃料電池系統(tǒng)10的運(yùn)轉(zhuǎn)控制，例如用 于供給與要求發(fā)電量對(duì)應(yīng)的空氣量的空氣壓縮機(jī)43的馬達(dá)轉(zhuǎn)速的控制 等中。
另一方面，排氣管路從燃料電池20排出的空氣流的上游依次設(shè)置 內(nèi)置熱敏電阻的溫度傳感器55、半導(dǎo)體式的壓力傳感器56、通過閥的 開度調(diào)整壓力的第一調(diào)壓閥50、上述加濕器48 (二次側(cè))、具有與第 一調(diào)壓閥50結(jié)構(gòu)相同的第二調(diào)壓閥58、及連接它們的排氣配管51、 52等，從燃料電池20排出的空氣經(jīng)排氣配管51、 52排到外部。
如上所述，在該排氣管路上設(shè)有兩個(gè)調(diào)壓閥50、 58。兩個(gè)調(diào)壓閥 50、 58 —起調(diào)整燃料電池20出口處的空氣壓力，將供給燃料電池20 內(nèi)的空氣的壓力控制到規(guī)定范圍。通過這種出口壓力的調(diào)整(以下將 這稱作出口壓力調(diào)整處理)，能適當(dāng)?shù)毓┙o空氣，而不會(huì)在燃料電池 20內(nèi)的電解質(zhì)膜等上施加過大的負(fù)荷。另外，在調(diào)壓閥50、 58上使用 提升型的閥體，由提升閥的進(jìn)退動(dòng)作調(diào)整閥開度，由此進(jìn)行壓力的調(diào) 整。閥開度的控制由控制單元120實(shí)行，通過控制提升閥的驅(qū)動(dòng)用馬
達(dá)的旋轉(zhuǎn)角來進(jìn)行。
在這種空氣的排氣管路上，溫度傳感器55檢測從燃料電池20排 出的空氣的溫度T，壓力傳感器56檢測從燃料電池20排出的空氣的壓 力P2。將檢測出的溫度T、壓力P2輸出到控制單元120，將其用于燃 料電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。特別地，在本實(shí)施例中，可以用于適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行加濕器48中的供給空氣的加濕的壓力調(diào)整處理。所謂壓力調(diào)整處理 是指，對(duì)應(yīng)規(guī)定的條件由兩個(gè)調(diào)壓閥50、 58中的任一個(gè)調(diào)壓閥實(shí)行上 述出口壓力調(diào)整處理的處理。例如，在由加濕器48的下游側(cè)的第二調(diào) 壓閥58實(shí)行出口壓力調(diào)整處理的情況下，加濕器48內(nèi)也被調(diào)整到規(guī) 定范圍的壓力，以調(diào)整通過加濕器內(nèi)部向外部排出的空氣的流量。通 過調(diào)整向外部排出的空氣的流量，能提高加濕器48的加濕性能。對(duì)于 該壓力調(diào)整處理，將在后面詳細(xì)說明。
控制單元120具有CPU、 ROM、 RAM、計(jì)時(shí)器、輸入/輸出口等。 在ROM中，存儲(chǔ)用于實(shí)行上述壓力調(diào)整處理的程序，控制燃料電池系 統(tǒng)IO整體的各種程序。CPU將這些程序安裝到RAM上，以實(shí)行處理。 在輸入/輸出口上連接各種傳感器及各種致動(dòng)器。控制單元120接收來 自各種傳感器的信號(hào)，判斷車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，控制各種致動(dòng)器。
具體地說，從上述的大氣壓傳感器47、壓力傳感器56、溫度傳感 器55、空氣流量計(jì)42、后述的輸出系統(tǒng)90的電流計(jì)95、圖中未示出 的油門位置傳感器、車速傳感器等各種傳感器，分別輸入壓力P1、 P2、 溫度T、空氣流量q、輸出電流A、油門開度e、車速V等，并且對(duì)應(yīng) 要求的輸出(電力)，控制空氣壓縮機(jī)43、第一調(diào)壓閥50、第二調(diào)壓 閥58、氫循環(huán)泵32、以及后述的冷卻系統(tǒng)70的泵72等，以運(yùn)轉(zhuǎn)燃料 電池系統(tǒng)10。
如此構(gòu)造的燃料電池系統(tǒng)10的燃料電池20，除了與上述的氫系統(tǒng) 30、空氣系統(tǒng)40相連之外，還與冷卻系統(tǒng)70、排氣系統(tǒng)80、輸出系統(tǒng)90等相連。
冷卻系統(tǒng)70由散熱器71、泵72和連接它們的配管等構(gòu)成，并通 過配管與燃料電池20的端板28連接。由于在燃料電池20內(nèi)部的電化 學(xué)反應(yīng)為發(fā)熱反應(yīng)，所以內(nèi)部的溫度上升。為了抑制該溫度上升而流 入燃料電池20的冷卻水(冷卻劑)由散熱器71冷卻并通過泵72循環(huán)。
排氣系統(tǒng)80主要具有消聲器81，從空氣系統(tǒng)40的排氣配管52 流過的空氣經(jīng)消聲器81排到大氣中。另外，有時(shí)包含在空氣中的氮經(jīng) 電解質(zhì)膜會(huì)泄漏到陽極側(cè)，而且有時(shí)會(huì)由于氫系統(tǒng)30中的氫氣的循環(huán) 而產(chǎn)生高濃度的氮。雖然圖中未示出，但是排氣系統(tǒng)80還與氫系統(tǒng)30 連接，這種氮由空氣稀釋并在規(guī)定的時(shí)間排到外部。
輸出系統(tǒng)90由換流器91、車輛的行駛馬達(dá)92、DC/DC轉(zhuǎn)換器93、 和二次電池94等構(gòu)成。由供給燃料電池20的氫氣和空氣的電化學(xué)反 應(yīng)產(chǎn)生的電力通過換流器91用于車輛的行駛馬達(dá)92的驅(qū)動(dòng)，例如， 勻速行駛時(shí)或減速時(shí)等產(chǎn)生的剩余部分通過將馬達(dá)92用作發(fā)電機(jī)而被 回收，并通過DC/DC轉(zhuǎn)換器93蓄積在二次電池94中。
在以上結(jié)構(gòu)的本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，大氣壓傳感器47、 溫度傳感器55、空氣流量計(jì)42 (空氣壓縮機(jī)43)和控制單元120構(gòu)成 本發(fā)明請(qǐng)求范圍中的排出水分量檢測機(jī)構(gòu)。而且，第一調(diào)壓閥50表示 本發(fā)明請(qǐng)求范圍中的上游側(cè)壓力調(diào)整閥，第二調(diào)壓閥58表示本發(fā)明請(qǐng) 求范圍中的下游側(cè)壓力調(diào)整閥，這些閥和控制單元120構(gòu)成本發(fā)明請(qǐng) 求范圍中的流量調(diào)整處理機(jī)構(gòu)。
B.第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理
圖2為表示作為本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的第一實(shí)施例的壓力 調(diào)整處理的流程圖。該處理為在燃料電池系統(tǒng)IO起動(dòng)而使空氣壓縮機(jī) 43將來自外部的空氣供給燃料電池20之后，由控制單元120實(shí)行的處
理。另外，與燃料電池系統(tǒng)10的起動(dòng)一起，將第一調(diào)壓閥50設(shè)定到
規(guī)定的開度(默認(rèn)值)，而且將第二調(diào)壓閥58的開度設(shè)定到全開。也 就是說，在初期階段，通過第一調(diào)壓閥50將燃料電池20的空氣的出 口壓力調(diào)整到規(guī)定范圍。
當(dāng)開始處理時(shí)，控制單元120輸入作為大氣壓傳感器47的檢測值 的壓力Pl (步驟S200)。接著，判斷輸出的壓力Pl是否比規(guī)定的基 準(zhǔn)壓力a低(步驟S215)。
大氣壓為對(duì)排到外部的空氣流量中的水分量(稱作排出水分量) 帶來影響的物理量，可以使用該大氣壓來推測出排出水分量、排出水 分量的增減等。這里的判斷步驟S215如下進(jìn)行，根據(jù)大氣壓求出排出 水分量，并將對(duì)求出的排出水分量是否為規(guī)定量以上的判斷替換為壓 力來進(jìn)行。即，將這里的規(guī)定基準(zhǔn)壓力ct預(yù)先設(shè)定為基于排出水分量的 基準(zhǔn)值，并存儲(chǔ)在控制單元120的ROM內(nèi)。另外，這樣根據(jù)排出水分 量設(shè)定的基準(zhǔn)壓力a成為判斷燃料電池系統(tǒng)10的外部環(huán)境是否為所謂 的"高地"的基準(zhǔn)壓力。
在步驟S215中，在判斷出壓力P1比基準(zhǔn)壓力a低、即判斷出大氣 壓比基準(zhǔn)值低而相當(dāng)于"高地"(高地條件)的情況下(步驟S215: 是)，將第一調(diào)壓閥50的開度設(shè)定為全開(步驟S230)，實(shí)行由第二 調(diào)壓閥58進(jìn)行的出口壓力調(diào)整處理(步驟S240)。在初期階段進(jìn)行由 第一調(diào)壓閥50實(shí)行的出口壓力調(diào)整處理的情況下，通過該步驟對(duì)實(shí)行 出口壓力調(diào)整處理的閥進(jìn)行切換。
在由第二調(diào)壓閥58實(shí)行的出口壓力調(diào)整處理中，進(jìn)行將燃料電池 20的空氣的出口壓力(結(jié)果為入口壓力)限制到規(guī)定的壓力范圍內(nèi)的 控制。例如，當(dāng)在控制單元120中判斷出燃料電池20的當(dāng)前發(fā)電量相 對(duì)于要求發(fā)電量過剩時(shí)，控制單元120減小空氣壓縮機(jī)43的馬達(dá)轉(zhuǎn)速， 以使供給燃料電池20的空氣的流量減少。排氣配管51的壓力隨之降
低。控制單元120根據(jù)壓力傳感器56的壓力值P2判斷出排氣配管51 的壓力降低，減小第二調(diào)壓閥58的開度(即，對(duì)流路進(jìn)行節(jié)流)，以 使降低的壓力值P2上升。
與此相對(duì)，當(dāng)在控制單元120中判斷出燃料電池20的當(dāng)前發(fā)電量 不足時(shí)，控制單元120提高空氣壓縮機(jī)43的馬達(dá)轉(zhuǎn)速，以使供給燃料 電池20的空氣的流量增加。排氣配管51的壓力隨之上升?？刂茊卧?120根據(jù)壓力傳感器56的壓力值P2判斷排氣配管51的壓力上升，增 大第二調(diào)壓閥58的開度(即，開放流路)，以使上升的壓力值P2降 低。
通過反復(fù)進(jìn)行這樣的處理，控制單元120使燃料電池20內(nèi)的壓力 基本保持一定。出口壓力調(diào)整處理的結(jié)果是，排到加濕器48的下游的 空氣的流量由第二調(diào)壓閥58限制，配置在第二調(diào)壓閥58的上游側(cè)的 加濕器48內(nèi)的壓力被調(diào)整到比大氣壓高的規(guī)定范圍的壓力。實(shí)行這樣 的處理規(guī)定的期間后，流程前進(jìn)到下一步驟。結(jié)果，在規(guī)定的時(shí)間反 復(fù)進(jìn)行上述一系列的處理。另外，第二調(diào)壓閥58被控制到從燃料電池 20的出口的目標(biāo)壓力值減去加濕器48的壓力損失(壓損)的壓力值。
另一方面，在步驟S215中，在判斷出壓力Pl為基準(zhǔn)壓力a以上、 即判斷出大氣壓比基準(zhǔn)值高而不相當(dāng)于."高地"(高地條件)的情況 下(步驟S215:否)，將第二調(diào)壓閥58的開度設(shè)定為全開(步驟S260)， 實(shí)行由第一調(diào)壓閥50進(jìn)行的出口壓力調(diào)整處理(步驟S270)。在初期 階段進(jìn)行由第一調(diào)壓閥50實(shí)行的出口壓力調(diào)整處理的情況下，繼續(xù)原 來的處理。
和由上述第二調(diào)壓閥58實(shí)行的處理同樣地實(shí)行由第一調(diào)壓閥50 進(jìn)行的出口壓力調(diào)整處理，將燃料電池20內(nèi)的壓力基本保持一定。在 實(shí)行這樣的處理規(guī)定的期間后，流程前進(jìn)到下一步驟。結(jié)果，在規(guī)定 的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述一系列的處理。另外，在實(shí)行由第一調(diào)壓閥50進(jìn)
行的出口壓力調(diào)整處理的情況下，配置在第一調(diào)壓閥50下游側(cè)的加濕
器48內(nèi)的壓力未被調(diào)壓，基本為大氣壓。
根據(jù)以上的第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理，在大氣壓低而相當(dāng)于高
地條件的情況下，使用加濕器48下游側(cè)的第二調(diào)壓閥58調(diào)整燃料電 池20內(nèi)的壓力(調(diào)整空氣的出口壓力)。也就是說，控制單元120減 小第二調(diào)壓閥58的開度，對(duì)流路進(jìn)行節(jié)流，由此將燃料電池20內(nèi)的 空氣的壓力調(diào)整到比大氣壓高的規(guī)定范圍。結(jié)果，加濕器48內(nèi)被調(diào)整 到比大氣壓高的規(guī)定壓力，與壓力低(例如高地的大氣壓)時(shí)相比， 加濕器48的加濕效率提高。當(dāng)加濕效率提高時(shí)，用于加濕通過加濕器 48的空氣的水分的比例增加。另外，當(dāng)加濕器48的加濕效率提高，用 于加濕的水分的比例增加時(shí)，與排出氣體一起排出的水分量因此降低。
因此，在高地條件的環(huán)境下，與由加濕器48上游側(cè)的第一調(diào)壓閥 50進(jìn)行壓力調(diào)整的情況相比，能抑制向加濕器48的外部排出的水分量 (排出水分量)。換言之，能抑制加濕器48中的水蒸氣的交換效率的 降低，即使在高地條件的環(huán)境下，也能充分地進(jìn)行空氣的加濕。
例如，在高地條件的環(huán)境下，在由加濕器48上游側(cè)的第一調(diào)壓閥 50調(diào)整燃料電池20內(nèi)的壓力的情況下，加濕器48內(nèi)(嚴(yán)格地說，濕 潤狀態(tài)的空氣流動(dòng)的一側(cè))的壓力降低到大氣壓左右，加濕效率變低， 因此，用于加濕的水分減少，通過加濕器48的空氣中的水蒸氣量增大。 當(dāng)直接將其排到外部時(shí)，大量的水蒸氣(水分)會(huì)與空氣一起排出。 根據(jù)本實(shí)施例的處理，由大氣壓判斷出從燃料電池20排出的空氣的水 分量(排出水分量)增大到規(guī)定量以上后，降低從加濕器46內(nèi)流失的 水分量。因此，即使燃料電池系統(tǒng)IO在大氣壓較低的高地條件下運(yùn)轉(zhuǎn)， 也能進(jìn)行確保了水分平衡的恰當(dāng)?shù)募訚?，從而能抑制燃料電?0的性 能的下降。
另外，在不相當(dāng)于高地條件的情況下，雖然實(shí)行加濕器48上游側(cè)
處的出口壓力調(diào)整處理，但是，在這種情況下，由于加濕器48的加濕
性能不會(huì)大幅度降低，所以能實(shí)行恰當(dāng)?shù)募訚?。在這種情況下，由靠
近燃料電池20的空氣出口處的調(diào)壓閥(第一調(diào)壓閥50)實(shí)行出口壓力 調(diào)整處理，由此能提高出口壓力調(diào)整處理中的響應(yīng)性。另外，對(duì)于是 否相當(dāng)于高地條件，在本實(shí)施例中，使用由設(shè)置在空氣的引入側(cè)的大 氣壓傳感器47檢測出的大氣壓判斷，但是，也可以將加濕器48的排 出氣體的壓力作為其狀態(tài)量的一種進(jìn)行檢測，并且在該壓力為規(guī)定值 以下時(shí)，判斷為高地條件。而且，通過由車輛導(dǎo)航等裝置取得高度數(shù) 據(jù)來判斷高地條件也無妨。作為排出氣體的狀態(tài)量，如后述的實(shí)施例、 變型例中所說明的那樣，可以考慮排出氣體的溫度、流量(由流速代 替)等。
在本實(shí)施例中，雖然將固體高分子膜用作電解質(zhì)膜，但是，只要 是在規(guī)定范圍的濕潤狀態(tài)下良好工作的電解質(zhì)膜，任何電解質(zhì)膜都可 以。只要是包括具有這種電解質(zhì)膜的燃料電池、及利用排出氣體中的 水分加濕供給空氣的加濕器的燃料電池系統(tǒng)，都能適用本實(shí)施例的壓 力調(diào)整處理、進(jìn)行恰當(dāng)?shù)募訚瘛?br> C.第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處理
在第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理中，雖然以大氣壓為基準(zhǔn)判斷從加 濕器48排出的排出水分量增大到規(guī)定量以上，但是，在第二實(shí)施例的 壓力調(diào)整處理中，以燃料電池20的出口溫度為基準(zhǔn)進(jìn)行判斷。也就是 說，第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處理在水分量的增大的判斷處理上與第一 實(shí)施例的壓力調(diào)整處理不同，其它的處理(由任一個(gè)調(diào)壓閥進(jìn)行的出 口壓力調(diào)整處理)與第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理相同。因此，對(duì)出口 壓力調(diào)整處理的部分簡單地進(jìn)行說明。另外，實(shí)行第二實(shí)施例的壓力 調(diào)整處理的硬件結(jié)構(gòu)與圖l所示的燃料電池系統(tǒng)IO基本相同，因此省 略其說明。
圖3表示作為本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的第二實(shí)施例的壓力調(diào)
整處理的流程圖。該處理作為處理程序被存儲(chǔ)在控制單元120的ROM 內(nèi)，CPU從ROM內(nèi)讀出程序，并將其安裝在RAM上，以實(shí)行處理。
當(dāng)開始處理時(shí)，控制單元120輸入溫度傳感器55的檢測值即燃料 電池20的空氣的出口溫度T (步驟S300)。接著，判斷出口溫度T是 否比規(guī)定的基準(zhǔn)溫度P高(步驟S315)。
和第一實(shí)施例的大氣壓的情況相同，燃料電池20的空氣的出口溫 度為對(duì)排出水分量帶來影響的物理量，可以使用該出口溫度來推測出 排出水分量、排出水分量的增減等。這里的判斷步驟S315如下進(jìn)行 根據(jù)出口溫度求出排出水分量，并將對(duì)求出的排出水分量是否為規(guī)定 量以上的判斷替換為溫度。即，將這里的規(guī)定基準(zhǔn)溫度(5預(yù)先設(shè)定為基 于排出水分量的基準(zhǔn)值，并存儲(chǔ)在控制單元120的ROM內(nèi)。
在步驟S315中，在判斷為出口溫度T比基準(zhǔn)溫度(5高、即判斷出 空氣中包含的水蒸氣增大的情況下(步驟S315:是)，將第一調(diào)壓閥 50的開度設(shè)定為全開(步驟S330),由第二調(diào)壓閥58實(shí)行規(guī)定期間 的出口壓力調(diào)整處理(步驟S340)，然后前進(jìn)到下一步驟。結(jié)果，在 規(guī)定的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述的一系列處理。該出口壓力調(diào)整處理與圖2 所示的第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理的步驟S230、 S240相同。
另一方面，在步驟S315中，在判斷為出口溫度T比基準(zhǔn)溫度卩低、 即判斷出空氣中包含的水蒸氣未增大的情況下(步驟S315:否)，將 第二調(diào)壓閥58的開度設(shè)定為全開(步驟S360)，由第一調(diào)壓閥50實(shí) 行規(guī)定期間的出口壓力調(diào)整處理(步驟S370)，然后前進(jìn)到下一步驟。 結(jié)果，在規(guī)定的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述的一系列的處理。該出口壓力調(diào)整 處理與圖2所示的第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理的步驟S260、S270相同。
根據(jù)以上的第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處理，在出口溫度T較高、包 含在空氣中的水蒸氣增大的情況下，實(shí)行由第二調(diào)壓閥58進(jìn)行的出口
壓力調(diào)整，限制向加濕器48下游排出的空氣的流量。因此，和第一實(shí)
施例的壓力調(diào)整處理相同，能抑制向加濕器48的外部排出的水分量(排 出水分量)，從而能進(jìn)行由加濕器48進(jìn)行的恰當(dāng)?shù)募訚瘛?br> 而且，在燃料電池系統(tǒng)10的控制中， 一般檢測的是燃料電池20 的空氣的出口溫度T等反應(yīng)氣體的物理量。通過將這種物理量用于壓 力調(diào)整處理，能比較容易地構(gòu)筑出系統(tǒng)。另外，在判斷排出水分量增 大到規(guī)定量以上時(shí)，代替出口溫度T，也可以使用供給燃料電池20的 空氣的流量q。
在這種情況下，代替圖2的步驟S300、 S315,控制單元120也可 以輸入空氣流量計(jì)42的檢測值(流量q)，將流量q和規(guī)定的基準(zhǔn)值 進(jìn)行比較。在流量q超過規(guī)定的基準(zhǔn)值的情況下，實(shí)行步驟S330和S340 的由第二調(diào)壓閥58進(jìn)行的出口壓力調(diào)整；在流量q未超過規(guī)定的基準(zhǔn) 值的情況下，實(shí)行步驟S360和S370的由第一調(diào)壓閥50進(jìn)行的出口壓 力調(diào)整。
也就是說，在每單位時(shí)間的供給流量q增大到超過規(guī)定基準(zhǔn)值的 情況下，判斷為從燃料電池20排出的空氣的流速也增大，加濕器48 的加濕性能降低。和第一、第二實(shí)施例相同，該規(guī)定基準(zhǔn)值也是根據(jù) 排出水分量設(shè)定的基準(zhǔn)值。
在這種情況下，通過實(shí)行由加濕器48下游側(cè)的第二調(diào)壓閥58進(jìn) 行的出口壓力調(diào)整處理，限制向加濕器48的下游排出的空氣的流量。 通過這樣做，與使用第一調(diào)壓閥50實(shí)行壓力調(diào)整處理的情況相比，能 降低向加濕器48的外部排出的水分量(排出水分量)。另外，也可以 根據(jù)空氣壓縮機(jī)43的馬達(dá)轉(zhuǎn)速推測供給的空氣的流量(送氣量)。
D.變形例
以上，雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明當(dāng)然不限
于這些實(shí)施例，在不脫離本發(fā)明的精神的范圍下，可以以各種形式實(shí) 施本發(fā)明。在本實(shí)施例中，在設(shè)定規(guī)定的基準(zhǔn)值(Ot、 p)時(shí)，雖然是 根據(jù)大氣壓、出口溫度等物理量求排出水分量的，但是不一定非要求 出排出水分量本身。例如，即使不知道排出水分量本身，如果通過實(shí) 驗(yàn)得知物理量與排出水分量之間密切相關(guān)，也能設(shè)定壓力或溫度的基 準(zhǔn)值。
在本實(shí)施例中，雖然以規(guī)定的基準(zhǔn)值為界限來限制向加濕器48下
游排出的流量，但是也可以如下進(jìn)行控制，g卩，排出水分量越大，流 量的限制程度越大(線性控制)。例如，在使用大氣壓的情況下，可 以對(duì)應(yīng)檢測出的壓力值預(yù)先設(shè)定限制的流量。
在本實(shí)施例中，將大氣壓、出口溫度或者供給空氣的送氣量等分 別單獨(dú)用作判斷基準(zhǔn)，但是也可以將它們?nèi)枯斎?，如果滿足任一個(gè) 條件，就實(shí)行由設(shè)置在加濕器下游的調(diào)壓閥進(jìn)行的出口壓力調(diào)整處理。
而且，在第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理及第二實(shí)施例的壓力調(diào)整處 理中，雖然根據(jù)大氣壓或出口溫度(或者供給空氣的送氣量)確定由 設(shè)置在加濕器的上游、下游的兩個(gè)調(diào)壓閥中的哪一個(gè)來實(shí)行出口壓力 調(diào)整處理，但是，也可以考慮由燃料電池進(jìn)行適當(dāng)發(fā)電所需的要求加 濕量來確定實(shí)行出口壓力調(diào)整處理的調(diào)壓閥。
圖4為在第一實(shí)施例的壓力調(diào)整處理中加入要求加濕量的判斷處 理的壓力調(diào)整處理的流程圖。該處理與圖2所示的第二實(shí)施例的壓力 調(diào)整處理相同，由控制單元120實(shí)行。另外，在與第一實(shí)施例的壓力 調(diào)整處理相同的處理中，使用相同的步驟標(biāo)號(hào)。
當(dāng)開始處理時(shí)，控制單元120輸入作為大氣壓的壓力Pl (步驟 S200)，判斷大氣壓是否比基準(zhǔn)值低(步驟S215)。在步驟S215中， 當(dāng)判斷出大氣壓為基準(zhǔn)值以上(步驟S215:否)時(shí)，使第二調(diào)壓閥58
全開(步驟S260)，由第一調(diào)壓閥50實(shí)行規(guī)定期間的出口壓力調(diào)整處 理(步驟S270)，然后前進(jìn)到下一步驟。即，在規(guī)定的期間，在加濕 器48的上游側(cè)進(jìn)行出口壓力調(diào)整處理。前進(jìn)到下一步驟的結(jié)果是，在 規(guī)定的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述的一系列處理。
與此相對(duì)，在步驟S215中，當(dāng)判斷出大氣壓比基準(zhǔn)值低(步驟 S215:是)時(shí)，根據(jù)各種傳感器的檢測值算出要求加濕量(步驟S420)。
具體地說，根據(jù)空氣流量計(jì)42的檢測值算出供給空氣的量，根據(jù) 電流計(jì)95的檢測值算出電化學(xué)反應(yīng)中的氧的消耗量、生成的水量，根 據(jù)溫度傳感器55、壓力傳感器56、調(diào)壓閥50、 58的開度算出排出的 空氣的流量，根據(jù)這些算出的值求出當(dāng)前的燃料電池20內(nèi)的空氣的保 有水分量。將該保有水分量與預(yù)先對(duì)應(yīng)發(fā)電量設(shè)定的水分量的映射進(jìn) 行比較，算出進(jìn)行適當(dāng)發(fā)電所需的要求加濕量。
接著，控制單元120判斷這樣求出的要求加濕量是否比規(guī)定值Y大 (步驟S425)。
在步驟S425中，當(dāng)判斷出要求加濕量比規(guī)定值Y大(步驟S425: 是)時(shí)，使第一調(diào)壓閥50全開(步驟S230)，由第二調(diào)壓閥58實(shí)行 規(guī)定期間的出口壓力調(diào)整處理(步驟S240)，然后前進(jìn)到下一步驟。 即，在規(guī)定的期間，在加濕器48的下游側(cè)進(jìn)行出口壓力調(diào)整處理。前 進(jìn)到下一步驟的結(jié)果是，在規(guī)定的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述的一系列處理。
另一方面，在步驟S425中，當(dāng)判斷出要求加濕量為規(guī)定值Y以下 (步驟S425:否)時(shí)，使第二調(diào)壓閥58全開(步驟S260)，由第一 調(diào)壓閥50實(shí)行規(guī)定期間的出口壓力調(diào)整處理(步驟S270)，然后前進(jìn) 到下一步驟。SP，在規(guī)定的期間，在加濕器48的上游側(cè)進(jìn)行出口壓力 調(diào)整處理。前進(jìn)到下一步驟的結(jié)果是，在規(guī)定的時(shí)間反復(fù)進(jìn)行上述的 一系列處理。
根據(jù)以上的壓力調(diào)整處理，即使判斷出大氣壓較低而相當(dāng)于高地 條件，在要求的加濕量為規(guī)定值以下的情況下，也能在加濕器48的 上游側(cè)實(shí)行出口壓力調(diào)整處理。也就是，即使判斷出排出水分量增大 到規(guī)定量以上，由于當(dāng)前的燃料電池20內(nèi)所需的加濕量為規(guī)定量以下，
那么加濕的必要性也不高。在這種情況下，優(yōu)先考慮燃料電池20的空 氣的出口壓力的響應(yīng)性(控制性)，由靠近燃料電池20的空氣的出口 處的第一調(diào)壓閥50實(shí)行出口壓力調(diào)整處理。通過這樣做，能響應(yīng)性良 好地進(jìn)行出口壓力的控制。
在本實(shí)施例中，雖然在加濕器的上游側(cè)和下游側(cè)分別設(shè)置調(diào)壓閥， 并在規(guī)定的條件下切換用于調(diào)整燃料電池的空氣的出口壓力的閥，但 是不必非要切換到某一個(gè)閥來進(jìn)行出口壓力調(diào)整處理。例如，在出口
壓力調(diào)整處理基本上通過加濕器的上游側(cè)的閥始終進(jìn)行調(diào)壓，而且在 大氣壓降低、出口溫度上升、排出的空氣的流速增大等排出水分量有 可能增大到規(guī)定量以上的情況下，可以減少加濕器下游側(cè)的閥的開度 (對(duì)流路進(jìn)行節(jié)流)。通過這樣做，能抑制排到外部的水分量，從而 能抑制加濕器的加濕性能的降低。另外，能使兩個(gè)闊的控制變得容易。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池，其中，具有加濕器，其設(shè)置在來自所述燃料電池的排出氣體的配管管路上，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃料電池的供給氣體中的至少一種；排出水分量檢測機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行包含在所述排出氣體中而向所述加濕器下游排出的排出水分量的檢測；和調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，其在根據(jù)所述檢測結(jié)果判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上的情況下，進(jìn)行向所述加濕器下游排出的所述排出水分量的限制處理。
2.如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述排出水分量檢測機(jī)構(gòu)由給所述排出水分量帶來影響的物理量 檢測該排出水分量。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述排出水分量檢測機(jī)構(gòu)是檢測大氣壓作為所述物理量的壓力檢 測傳感器，所述調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述檢測出的大氣壓為規(guī)定壓力以下的情 況下，判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述排出水分量檢測機(jī)構(gòu)是檢測所述燃料電池的排出氣體在出口處的溫度作為所述物理量的溫度傳感器，所述調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述檢測出的溫度為規(guī)定溫度以上的情況下，判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述排出水分量檢測機(jī)構(gòu)是檢測所述燃料電池的排出氣體的流速 作為所述物理量的流速傳感器，所述調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述檢測出的流速為規(guī)定值以上的情況下， 判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上。'
6.如權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述排出氣體的配管管路上所述加濕器的 下游側(cè)具有下游側(cè)壓力調(diào)整閥，該下游側(cè)壓力調(diào)整閥通過調(diào)整該排出氣體的壓力來調(diào)整所述燃料電池內(nèi)的供給氣體的壓力，而且，由所述下游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行壓力調(diào)整來實(shí)行向所述加濕器下游 的所述排出水分量的限制。
7. 如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述排出氣體的配管管路上所述加濕器的上游側(cè)具有上游側(cè)壓力調(diào)整閥，該上游側(cè)壓力調(diào)整閥通過調(diào)整該排出氣體的壓力來調(diào)整所述燃料電池內(nèi)的供給氣體的壓力，而且，在判斷為所述排出水分量比規(guī)定量少的情況下，代替由所述下游 側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整，而實(shí)行由所述上游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行 的壓力調(diào)整。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 還具有要求加濕量推測機(jī)構(gòu)，其推測與所述燃料電池的發(fā)電狀態(tài)相適的要求加濕量，所述流量調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，在所述推測出的要求加濕量為規(guī)定值以 下的情況下，與所述排出水分量是否為規(guī)定量以上的判斷無關(guān)，均實(shí) 行由所述上游側(cè)壓力調(diào)整閥進(jìn)行的壓力調(diào)整。
9. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電 池，其中，具有加濕器，其設(shè)置在來自所述燃料電池的排出氣體的配管管路上， 利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃料電 池的供給氣體中的至少一種；判斷機(jī)構(gòu)，其根據(jù)所述排出氣體的狀態(tài)量，判斷包含在該排出氣 體中而向所述加濕器下游排出的排出水分量增加的條件是否成立；和壓力增加機(jī)構(gòu)，其在判斷為所述排出水分量增加的條件成立的情 況下，增加該加濕器中的所述排出氣體的壓力，以提高所述加濕器的 加濕效率。
10. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述判斷機(jī)構(gòu)是根據(jù)所述排出氣體在所述加濕器中的壓力、溫度及流量中的任一個(gè)來判斷所述條件的成立的機(jī)構(gòu)。
11. 如權(quán)利要求9或IO所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述壓力增加機(jī)構(gòu)，在所述加濕器下游側(cè)設(shè)有壓力調(diào)整閥，并通過控制該壓力調(diào)整閥來進(jìn)行所述壓力增加。
12. —種燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電， 其包括下述步驟通過設(shè)置在來自所述燃料電池的排出氣體的配管管路上的加濕 器，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃 料電池的供給氣體；進(jìn)行包含在所述排出氣體中而向所述加濕器下游排出的排出水分 量的檢測；和根據(jù)該檢測出的排出水分量限制該排出水分量，以使向所述加濕 器下游排出的所述排出水分量不會(huì)達(dá)到規(guī)定量以上。
13. —種燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其接受燃料氣體的供給來發(fā)電， 其包括下述步驟通過設(shè)置在來自所述燃料電池的排出氣體的配管管路上的加濕 器，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃 料電池的供給氣體；根據(jù)所述排出氣體的狀態(tài)量，判斷包含在該排出氣體中而向所述 加濕器下游排出的排出水分量增加的條件是否成立；和在判斷為所述排出水分量增加的條件成立的情況下，增加該加濕 器中的所述排出氣體的壓力，以提高所述加濕器的加濕效率。
14. 一種燃料電池系統(tǒng)，其具有接受作為燃料氣體的氫氣與作為 氧化氣體的空氣的供給來發(fā)電的燃料電池，其中，具有加濕器，其設(shè)置在來自所述燃料電池的所述空氣系統(tǒng)的排出氣體 的配管管路上，利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加 濕供給該燃料電池的所述空氣；傳感器，其檢測作為與包含在所述排出氣體中而向所述加濕器下游排出的排出水分量多少對(duì)應(yīng)的物理量的大氣壓、該排出氣體的溫度 及流量中的至少一個(gè)；和調(diào)壓閥，其設(shè)置在所述加濕器的下游側(cè)，并在根據(jù)該傳感器的檢 測結(jié)果判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上的情況下，對(duì)所述排出氣 體的流路進(jìn)行節(jié)流，以增加所述加濕器中的所述排出氣體的壓力。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，具有接受規(guī)定氣體的供給來發(fā)電的燃料電池、和利用包含在從該燃料電池排出的排出氣體中的水分加濕供給該燃料電池的供給氣體的加濕器，該燃料電池系統(tǒng)還具有排出水分量檢測機(jī)構(gòu)，其進(jìn)行包含在所述排出氣體中并向所述加濕器下游排出的排出水分量的檢測；和調(diào)整處理機(jī)構(gòu)，其在根據(jù)所述檢測結(jié)果判斷為所述排出水分量為規(guī)定量以上的情況下，進(jìn)行限制向所述加濕器下游排出的所述排出水分量的處理。結(jié)果，能實(shí)行恰當(dāng)?shù)募訚窨刂啤?br> 文檔編號(hào)H01M8/04GK101185189SQ200680018600
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者山崎大輔 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社