專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備層疊多個(gè)單位電池而得到的燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)，特別涉及燃料電池堆的負(fù)極排氣所包含的反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體的排出功能優(yōu)秀的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
背景技術(shù)：
以往，作為具有反應(yīng)水、氣體的排出功能的燃料電池系統(tǒng)，例如存在專利文獻(xiàn)I所記載的燃料電池系統(tǒng)。專利文獻(xiàn)I的燃料電池系統(tǒng)裝載于車輛，具有將來自燃料電池堆的負(fù)極排氣通過排氣流通路導(dǎo)入氣液分離器的構(gòu)造。負(fù)極氣體中包含有未反應(yīng)的氫、反應(yīng)水。氣液分離器內(nèi)置將內(nèi)部空間上下分隔的離子交換過濾器，并且在其下部具備用于積存規(guī)定量的反應(yīng)水的腔。 而且，燃料電池系統(tǒng)使由氣液分離器分離出的氫在燃料電池堆的氫供給系統(tǒng)中循環(huán)，并且使由氣液分離器分離出的反應(yīng)水利用氫的壓力和流速排出到外部，從而防止在車輛傾斜時(shí)反應(yīng)水流入排氣流通路。專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-123517號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題另外，在如上所述的以往的燃料電池系統(tǒng)中，若氫的循環(huán)速度小，則有時(shí)從燃料電池堆排出的反應(yīng)水到達(dá)氣液分離器以前會(huì)在排氣流通路中反向流動(dòng)，因此需要以充分確保燃料電池堆與排氣流通路和氣液分離器的上下間隔的方式配置各結(jié)構(gòu)。因此，在以往的燃料電池系統(tǒng)中，存在以下問題在裝載于地板下的空間狹窄而有限的車輛的情況下，地板下布局非常難，各結(jié)構(gòu)的上下間隔不充分，在這種情況下，當(dāng)車輛傾斜時(shí)排水會(huì)變得困難，以解決這種問題為課題。此外，氫的循環(huán)速度是受循環(huán)用泵等驅(qū)動(dòng)設(shè)備的輸出左右的。因而，該循環(huán)速度的降低既可以使驅(qū)動(dòng)設(shè)備的輸出減少，對于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)造的小型輕量化、省力化也是非常有效的。本發(fā)明是著眼于上述以往的課題而完成的，其目的在于提供一種裝載于車輛的地板下的裝載性優(yōu)秀、并且即使是氫的循環(huán)速度小的系統(tǒng)也能夠得到良好的排水功能的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
_0] 用于解決問題的方案本發(fā)明的一個(gè)方式是一種具備燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池堆在水平方向上層疊多個(gè)單位電池而成，且在其層疊內(nèi)部具有與各單位電池之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管。該燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管引出的排水路徑。本發(fā)明的其它方式是一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。在該方法中，將層疊多個(gè)單位電池而成的燃料電池堆以單位電池層疊方向?yàn)樗椒较虻姆较蜻M(jìn)行配置，在燃料電池堆的內(nèi)部設(shè)置與各單位電池之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管，在燃料電池堆的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別設(shè)置從負(fù)極排氣排出用歧管引出的排水路徑，在兩端側(cè)的排水路徑上，分別設(shè)置在向外部的流出口的上游側(cè)積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器以及開閉向外部的流出口的控制閥，并且，設(shè)置與兩端側(cè)的排水路徑中的至少一個(gè)排水路徑連通的排氣流路以及從該排氣流路排出雜質(zhì)氣體的凈化閥。而且，將兩個(gè)控制閥開放液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間，在此時(shí)的從兩個(gè)控制閥能夠排出的雜質(zhì)氣體的量比燃料電池堆所產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體的量少的情況下，開放凈化閥。


圖1是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式的說明圖。圖2是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的其它實(shí)施方式的說明 圖。圖3是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖4是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖5是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖6是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖7是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖8是表示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖9是在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的一個(gè)實(shí)施方式中表示燃料電池系統(tǒng)的說明圖(A)和表示各閥的動(dòng)作的時(shí)序圖(B)。圖10是表示發(fā)電電流與負(fù)極側(cè)中的生成水流量之間的關(guān)系的圖表⑷和表示發(fā)電電流與流向負(fù)極側(cè)的雜質(zhì)流入量之間的關(guān)系的圖表(B)。圖11是在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的其它實(shí)施方式中表示燃料電池系統(tǒng)的說明圖(A)、表示圖A所示的燃料電池堆向右下傾斜時(shí)的各閥的動(dòng)作的時(shí)序圖(B)、以及圖A所示的燃料電池堆向左下傾斜時(shí)的各閥的動(dòng)作的時(shí)序圖(C)。圖12是在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的另外的實(shí)施方式中表示燃料電池系統(tǒng)的說明圖(A)、表示圖A所示的燃料電池堆向右下傾斜時(shí)的各閥的動(dòng)作的時(shí)序圖(B)、以及圖A所示的燃料電池堆向左下傾斜時(shí)的各閥的動(dòng)作的時(shí)序圖(C)。圖13是在本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的另外的實(shí)施方式中表示燃料電池系統(tǒng)的說明圖(A)、表示各閥的動(dòng)作和稀釋用空氣流量的變化的時(shí)序圖(B)。圖14是表示負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖15是表示負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖16是表示負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖17是表示負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的說明圖。圖18是表示車載狀態(tài)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的平面說明圖(A)和側(cè)面說明圖(B)。圖19是表示車載狀態(tài)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的平面說明圖(A)和側(cè)面說明圖(B)。圖20是表示車載狀態(tài)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的平面說明圖(A)和側(cè)面說明圖(B)。
具體實(shí)施例方式圖1所示的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池堆S，該燃料電池堆S在水平方向上層疊多個(gè)單位電池C而成，且在其層疊內(nèi)部具有與各單位電池C之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管(M)。而且，燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極 排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、1B。另外，燃料電池系統(tǒng)針對燃料電池堆S具備作為一方的反應(yīng)用氣體的負(fù)極氣體(氫)的供給部2和作為另一方的反應(yīng)用氣體的正極氣體(空氣)的供給部3。除此以外，雖然省略了圖示，但是在燃料電池系統(tǒng)中還包含有閥和泵等流體設(shè)備、控制裝置等。單位電池C是公知的部件，具備以燃料極(負(fù)極)和空氣極(正極)夾持電解質(zhì)膜而得到的膜電極結(jié)構(gòu)體(MEA :Membrane Electrode Assembly)以及夾住該膜電極結(jié)構(gòu)體的兩塊隔板。此外，膜電極結(jié)構(gòu)體中也包括在燃料極和空氣極的外側(cè)設(shè)置氣體擴(kuò)散層的膜電極結(jié)構(gòu)體。另外，各單位電池C為了使負(fù)極氣體和正極氣體分別流通而具有供給用和排出用的歧管孔，在層疊狀態(tài)下使歧管孔相互連通來形成各自的歧管。并且，單位電池C中也有時(shí)設(shè)置有冷卻用流體的供給用和排出用的歧管孔。燃料電池堆S為，在水平方向上層疊有多個(gè)上述單位電池C，由此在其層疊內(nèi)部分別形成負(fù)極氣體供給用和負(fù)極排氣排出用的歧管、正極氣體供給用和正極排氣排出用的歧管。圖1中示出了負(fù)極排氣排出用歧管M。該負(fù)極排氣中含有未反應(yīng)的氫、穿過了電解質(zhì)膜的氣等雜質(zhì)氣體以及反應(yīng)水等。另外，燃料電池堆S在單位電池層疊方向的兩端部具備端板4A、4B，在層疊方向上對各單位電池C施加規(guī)定壓力，以維持其狀態(tài)。在上述的燃料電池系統(tǒng)中，如前所述，在燃料電池堆S的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M朝向下方的排水路徑1A、1B。這些排水路徑1A、1B包含形成于燃料電池堆S的各端板4A、4B的排水口、與該排水口連接的配管類。另外，在圖示的燃料電池系統(tǒng)中，將各排水路徑1A、1B與共用的排氣配管5相連接。上述的燃料電池系統(tǒng)例如裝載于電動(dòng)汽車，此時(shí)，以使燃料電池堆S中的單位電池C的層疊方向?yàn)檐囕v左右方向或車輛前后方向的方式進(jìn)行裝載。然后，向燃料電池堆S供給負(fù)極氣體和正極氣體，在各單位電池C中通過電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生電能。另外，燃料電池系統(tǒng)伴隨著上述的發(fā)電而從燃料電池堆S排出負(fù)極排氣和正極排氣，特別是將負(fù)極排氣所包含的反應(yīng)水、氮等雜質(zhì)氣體排出到外部。此時(shí)，燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的兩端部具備排水路徑1A、1B，因此從這些排水路徑1A、1B排出反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體。而且，在燃料電池系統(tǒng)中，即使在由于車輛所行駛的路面狀況等而以燃料電池堆S的單側(cè)升高的方式傾斜的情況下，也必然會(huì)從下位側(cè)的排水路徑IA(IB)進(jìn)行排水，并主要從上位側(cè)的排水路徑IB(IA)排出雜質(zhì)氣體。這樣，上述的燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的兩端部設(shè)置排水路徑1A、1B，由此能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度，從而成為裝載于空間狹窄而有限的車輛的地板下的裝載性非常優(yōu)秀的燃料電池系統(tǒng)。另外，燃料電池系統(tǒng)即使變?yōu)閮A斜狀態(tài)也能夠可靠地排出反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體，因此即使是氫的循環(huán)速度低的系統(tǒng)也能夠得到良好的排水、排氣功能。圖疒圖8是說明本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)的其它七個(gè)例子的實(shí)施方式的圖。此外，對與之前的實(shí)施方式相同的部位附加同一標(biāo)記并省略詳細(xì)的說明。并且，雖然省略了圖示，但下面的各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)包含負(fù)極氣體的供給部(圖1中標(biāo)記2)、正極氣體的供給部(圖1中標(biāo)記3)等的各結(jié)構(gòu)。圖2所示的燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、1B。而且，燃料電池系統(tǒng)在兩端側(cè)的排水路徑1A、1B中的至少一個(gè)排水路徑上，在向外部的流出口的上游側(cè)具備積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器，在圖示例中在兩端側(cè)的排水路徑1A、1B上具備液態(tài)水緩沖器6A、6B?！ど鲜龅娜剂想姵叵到y(tǒng)能夠得到與之前的實(shí)施方式同等的作用和效果，除此以外，由于具備積存固定量的反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器6A、6B，因此即使傾斜狀態(tài)急劇變化也能夠可靠地防止反應(yīng)水返回到燃料電池堆S側(cè)之類的事態(tài)。即，即使在裝載了該燃料電池系統(tǒng)的車輛急劇傾斜的情況下、或產(chǎn)生了較大加速度的情況下，也能夠阻止反應(yīng)水的反向流動(dòng)。圖3所示的燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、1B。而且，燃料電池系統(tǒng)在兩端側(cè)的排水路徑1A、1B中的至少一個(gè)排水路徑上,在向外部的流出口的上游側(cè)設(shè)置有積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器和開閉向外部的流出口的控制閥中的至少一個(gè)。在圖示例中，在兩端側(cè)的排水路徑1A、1B上分別設(shè)置有液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥7A、7B。設(shè)燃料電池系統(tǒng)具備控制閥7A、7B，能夠采用下面的結(jié)構(gòu)(ar(g)。(a)只在一個(gè)排水路徑上設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(b)在兩個(gè)排水路徑上都設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(c)在一個(gè)排水路徑上設(shè)置液態(tài)水緩沖器，并在該排水路徑上設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(d)在一個(gè)排水路徑上設(shè)置液態(tài)水緩沖器，并在另一個(gè)排水路徑上設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(e)在一個(gè)排水路徑上設(shè)置液態(tài)水緩沖器，并在兩個(gè)排水路徑上都設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(f)在兩個(gè)排水路徑上都設(shè)置液態(tài)水緩沖器，并在一個(gè)排水路徑上設(shè)置控制閥的結(jié)構(gòu)。(g)在兩個(gè)排水路徑上都設(shè)置液態(tài)水緩沖器和控制閥的結(jié)構(gòu)(圖3的結(jié)構(gòu))。另外，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)具備與兩端側(cè)的排水路徑1A、1B中的至少一個(gè)排水路徑連通的排氣流路8，并且在該排氣流路8上具備雜質(zhì)氣體的凈化閥9。在圖示例的情況下，在圖中左側(cè)的排水路徑IB上具備從液態(tài)水緩沖器6B通至外部的排氣流路8以及從排氣流路8分支出的凈化閥9。上述的燃料電池系統(tǒng)能夠得到與之前的實(shí)施方式同等的作用和效果，除此以外還通過控制閥7A、7B來進(jìn)行反應(yīng)水的排出，并且通過凈化閥9進(jìn)行負(fù)極排氣中的雜質(zhì)氣體(特別是氮?dú)?的排出。而且，燃料電池系統(tǒng)在不需要排出反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體時(shí)關(guān)閉各閥7A、7B、9，由此使得負(fù)極排氣中的未反應(yīng)的氫不會(huì)過度排出，從而能夠通過排氣流路8來回收氫以進(jìn)行循環(huán)利用。圖4所示的燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、IB0而且，燃料電池系統(tǒng)的兩端側(cè)的排水路徑
1A、1B具備共用的向外部的流出口 10以及開閉該流出口 10的控制閥7。在圖示例的情況下，具備與兩端側(cè)的排水路徑1A、IB連通的共用的液態(tài)水緩沖器6，在該液態(tài)水緩沖器6的下游側(cè)串列地具備控制閥7和流出口 10。在這種情況下，燃料電池系統(tǒng)利用重力使反應(yīng)水流出，因此當(dāng)然將液態(tài)水緩沖器6、控制閥7以及流出口 10配置在燃料電池堆S的下位側(cè)。 上述的燃料電池系統(tǒng)能夠得到與之前的實(shí)施方式同等的作用和效果，除此以外，在以液態(tài)水緩沖器6、控制閥7以及流出口 10各為一個(gè)的基礎(chǔ)上能夠得到良好的排水功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)造的進(jìn)一步的小型輕量化。相對于圖4所示的結(jié)構(gòu)，圖5所示的燃料電池系統(tǒng)為以下的結(jié)構(gòu)在兩端側(cè)的排水路徑1A、1B上也設(shè)置有液態(tài)水緩沖器6A、6B。在該燃料電池系統(tǒng)中，也能夠得到與圖4所示的燃料電池系統(tǒng)同等的作用和效果，還能夠通過兩側(cè)的液態(tài)水緩沖器6A、6B來可靠地防止反應(yīng)水返回到燃料電池堆S側(cè)之類的事態(tài)，從而阻止急劇的姿勢變化、加速度所導(dǎo)致的反應(yīng)水的反向流動(dòng)。相對于圖4所示的結(jié)構(gòu)，圖6所示的燃料電池系統(tǒng)如下兩端側(cè)的排水路徑1A、IB向共用的流出口 10下傾。排水路徑1A、1B的傾斜角度0例如與裝載該燃料電池系統(tǒng)的車輛所要求的前后或左右的最大傾斜角度相對應(yīng)。在該燃料電池系統(tǒng)中，也能夠得到與圖4所示的燃料電池系統(tǒng)同等的作用和效果，還能夠通過使排水路徑1A、1B傾斜的簡單構(gòu)造，來可靠地防止反應(yīng)水返回到燃料電池堆S側(cè)之類的事態(tài)。圖7所示的燃料電池系統(tǒng)在燃料電池堆S的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、1B，并且在兩端側(cè)的排水路徑1A、IB上具備控制閥7A、7B。而且，在燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池堆S中的負(fù)極排氣排出用歧管M的底面以單位電池層疊方向的中間部為頂點(diǎn)向兩端側(cè)下傾。在圖示例的情況下，上述底面以單位電池層疊方向的大致中央部為頂點(diǎn)。也可以在負(fù)極排氣排出用歧管M的內(nèi)部配置適當(dāng)?shù)牟考硇纬上襁@樣傾斜的底面。另外，也能夠使各單位電池C中的歧管孔的一部分漸漸錯(cuò)開來形成，在層疊單位電池C時(shí)，使各歧管孔相互連通來形成負(fù)極排氣排出用歧管M，同時(shí)使其底面呈傾斜狀態(tài)。上述的燃料電池系統(tǒng)能夠得到與之前的各實(shí)施方式同等的作用和效果，還能夠通過使負(fù)極排氣排出用歧管M的底面傾斜的簡單構(gòu)造來使反應(yīng)水必然會(huì)從燃料電池堆S排出，從而有助于系統(tǒng)構(gòu)造的進(jìn)一步的小型輕量化。圖8所示的燃料電池系統(tǒng)具備上下兩層的燃料電池堆S、S。而且，燃料電池系統(tǒng)為如下的結(jié)構(gòu)在上下的燃料電池堆S、S的兩端側(cè)分別具備共用的排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B。像這樣，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)也能夠應(yīng)用于具備多個(gè)燃料電池堆S、S的結(jié)構(gòu)，在這種情況下也能夠得到與之前的實(shí)施方式同等的作用和效果。圖擴(kuò)圖12是說明本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的四個(gè)例子的實(shí)施方式的圖。此外，在燃料電池系統(tǒng)中，對于之前的實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)部位附加同一標(biāo)記并省略詳細(xì)的說明。圖9所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法是該圖的(A)所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。燃料電池堆S在單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B，并且具備與兩端側(cè)的排水路徑的至少一個(gè)排水路徑(IB)連通的排氣流路8、以及從該排氣流路8排出雜質(zhì)氣體的凈化閥9。上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法如下將兩個(gè)控制閥7A、7B開放液態(tài)水緩沖器6A、6B進(jìn)行排水所需的時(shí)間，在此時(shí)的從兩個(gè)控制閥7A、7B能夠排出的雜質(zhì)氣體的量比燃料電池堆S所產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體的量少的情況下開放凈化閥9。更具體地說，如圖9的(B)所示，將一個(gè)控制閥7A開放液態(tài)水緩沖器6A進(jìn)行排水所需的時(shí)間(排水要求時(shí)間)tA，接著將另一個(gè)控制閥7B開放液態(tài)水緩沖器6B進(jìn)行排水所需的時(shí)間(排水要求時(shí)間)tB。兩個(gè)排水要求時(shí)間tA、tB是相同的時(shí)間。此外，控制閥7A、7B的開放定時(shí)并不限定于此，例如也可以使另一個(gè)控制閥7B比一個(gè)控制閥7A先開放，還可以使兩個(gè)控制閥7A、7B同時(shí)開放。在這種燃料電池系統(tǒng)中，隨著燃料電池堆S的溫度、電流值的上升，負(fù)極排氣中的反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的產(chǎn)生量存在增大的傾向，這是眾所周知的。例如，負(fù)極側(cè)處的生成水流量如圖10的(A)所示那樣隨著發(fā)電電流的增加而增加，并且運(yùn)轉(zhuǎn)溫度越高其增加度越顯著。另外，流向負(fù)極側(cè)的雜質(zhì)流入量也如圖10的(B)所示那樣隨著發(fā)電電流的增加而增加，并且運(yùn)轉(zhuǎn)溫度越高其增加度越顯著。因此，只要測量燃料電池堆S的溫度、電流值，就能夠估計(jì)出該時(shí)間點(diǎn)下的反應(yīng)水(生成水)和雜質(zhì)氣體(雜質(zhì))的產(chǎn)生量。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，基于燃料電池堆S的溫度、電流值來估計(jì)反應(yīng)水的產(chǎn)生量,決定該時(shí)間點(diǎn)下的排水要求時(shí)間tA、tB,并且同樣地估計(jì)惰性氣體的產(chǎn)生量，決定該時(shí)間點(diǎn)下的凈化要求時(shí)間tN2。此外，排水要求時(shí)間tA、tB是在各個(gè)控制閥7A、7B中將估計(jì)出的反應(yīng)水的全部量排出所需的時(shí)間。并且，是從單側(cè)的控制閥也能夠排出全部量的時(shí)間。 然后，上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法將兩個(gè)控制閥7A、7B開放上述的排水要求時(shí)間tA、tB。此時(shí)，兩個(gè)控制閥7A、7B都開放相同的排水要求時(shí)間tA、tB而與車輛的姿勢(傾斜)無關(guān)，因此除反應(yīng)水以外也排出雜質(zhì)氣體。即，在該燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，如前所述將兩個(gè)控制閥7A、7B開放排出估計(jì)得到的反應(yīng)水的全部量的排水要求時(shí)間tA、tB,因此從雙方的控制閥7A、7B所能夠排出的總量多。其結(jié)果，不管兩側(cè)的液態(tài)水緩沖器6A、6B的儲(chǔ)水量相同還是不同，都會(huì)在至少單側(cè)產(chǎn)生多余的開放時(shí)間，從而能夠在該開放時(shí)間排出雜質(zhì)氣體。例如，在圖9的(A)所示的燃料電池堆S左側(cè)向下地傾斜的情況下，反應(yīng)水主要積存在左側(cè)一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A中，因此當(dāng)將兩個(gè)控制閥7A、7B開放排水要求時(shí)間tA、tB時(shí)，會(huì)從一個(gè)控制閥7A主要排出反應(yīng)水，從另一個(gè)控制閥7B主要排出雜質(zhì)氣體。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，在將兩個(gè)控制閥7A、7B開放排水要求時(shí)間tA、tB的期間內(nèi)所能夠排出的雜質(zhì)氣體的量比燃料電池堆S所產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體的估計(jì)量少的情況下，無法在排水要求時(shí)間tA、tB內(nèi)將雜質(zhì)氣體排完，因此將凈化閥9開放使凈化要求時(shí)間tN2減去排水要求時(shí)間(tA或tB)后得到的時(shí)間、即殘留雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tc。此外，在從兩個(gè)控制閥7A、7B能夠排出的雜質(zhì)氣體的量比雜質(zhì)氣體的估計(jì)量多的情況下，能夠在控制閥7A、7B的排水要求時(shí)間tA、tB內(nèi)排出雜質(zhì)氣體，因此不開放凈化閥9。這樣，根據(jù)上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在確保良好的排水功能的基礎(chǔ)上，與燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況相應(yīng)地將各控制閥7A、7B和凈化閥9開放最低限度的時(shí)間，從而能夠防止負(fù)極排氣中的氫被過度排出的情況。另外，圖9的(B)是圖9的(A)所示的燃料電池堆S左側(cè)向下傾斜的情況下的說明圖，但是在反向傾斜的情況下也是相同的，在這種情況下，從先開放的一個(gè)控制閥7A主要排出雜質(zhì)氣體，從另一個(gè)控制閥7B主要排出反應(yīng)水。因而，在上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，無論裝載了該燃料電池系統(tǒng)的車輛向哪個(gè)方向傾斜或受到怎樣的加速度的情況下，都能夠得到反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的良好的排出功能。圖11所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法是該圖的(A)所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。燃料電池堆S在單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B。上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法如下將兩個(gè)控制閥7A、7B中的一個(gè)控制閥7A開放液態(tài)水緩沖器6A進(jìn)行排水所需的時(shí)間(tA)，另一個(gè)控制閥7B選擇液態(tài)水緩沖器6B進(jìn)行排水所需的時(shí)間(tB)和排出雜質(zhì)氣體所需的時(shí)間(tN2)中的較長的一方來開放該時(shí)間。在本實(shí)施方式中，上述時(shí)間tA、tB也是相等的值，基于燃料電池堆S的發(fā)電電流、溫度等運(yùn)轉(zhuǎn)條件來估計(jì)在負(fù)極內(nèi)的生成水量、雜質(zhì)氣體生成量，基于該估計(jì)結(jié)果來設(shè)定各時(shí)間tA、tB、tN2的值。圖11的⑶是圖11的(A)所示的燃料電池堆S右側(cè)向下傾斜的情況下的說明圖。在這種情況下，在燃料電池系統(tǒng)中，圖11的(A)中位于右側(cè)的另一個(gè)液態(tài)水緩沖器6B中主要積存反應(yīng)水，相反側(cè)的一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A中積存雜質(zhì)氣體。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，選擇液態(tài)水緩沖器6B進(jìn)行排水所需的時(shí)間(排水要求時(shí)間)tA和排出雜質(zhì)氣體所需的時(shí)間(排出要求時(shí)間)tN2*的較長的一方、即雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2來將圖11的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)控制閥7A開放該時(shí)間tN2。緊接著，將另一個(gè)控制閥7B開放液態(tài)水緩沖器6A的排水要求時(shí)間tB。此外，開放控制閥7A、7B的順序并不限定于此，例如也可以使另一個(gè)控制閥7B比一個(gè)控制閥7A先開放，還可以同時(shí)開放兩個(gè)控制閥7A、7B。由此，在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，從一個(gè)控制閥7A排出雜質(zhì)氣體，并且從另一個(gè)控制閥7B排出反應(yīng)水，從而在確保良好的排水功能的基礎(chǔ)上，與燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況相應(yīng)地將各控制閥7A、7B開放最低限度的時(shí)間，以防止負(fù)極排氣中的氫被過度排出。另外，在燃料電池堆S反向傾斜的情況下，燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法也是相同的。即，圖11的(C)是圖11的(A)所示的燃料電池堆S左側(cè)向下傾斜的情況下的說明圖。在這種情況下，在燃料電池系統(tǒng)中，圖11的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)液態(tài)水緩沖器6B中主要積存反應(yīng)水，相反側(cè)的另一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A中積存雜質(zhì)氣體。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，與前述同樣地，選擇液態(tài)水緩沖器6B進(jìn)行排水所需的時(shí)間tA和排出雜質(zhì)氣體所需的時(shí)間tN2中的較長的一方、即雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2來將圖11的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)控制閥7A開放該時(shí) 間tN2。緊接著，將另一個(gè)控制閥7B開放液態(tài)水緩沖器6A的排水要求時(shí)間tB。此外，開放控制閥7A、7B的順序并不限定于此，例如也可以使另一個(gè)控制閥7B比一個(gè)控制閥7A先開放，還可以同時(shí)開放兩個(gè)控制閥7A、7B。由此，在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，從一個(gè)控制閥7A排出反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的一部分，并且從另一個(gè)控制閥7B排出剩余的雜質(zhì)氣體，從而在確保良好的排水功能的基礎(chǔ)上，與燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況相應(yīng)地將各控制閥7A、7B開放最低限度的時(shí)間，以防止負(fù)極排氣中的氫被過度排出。這樣，無論裝載了該燃料電池系統(tǒng)的車輛向哪個(gè)方向傾斜或受到怎樣的加速度的情況下，上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法都能夠得到反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的良好的排出功能。此外，在上述實(shí)施方式中，說明了雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2較長的情況，但是在液 態(tài)水緩沖器6B的排水要求時(shí)間tA較長的情況下，選擇該排水要求時(shí)間tA，在這種情況下，也能夠從兩側(cè)的控制閥7A、7B排出所有反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體。圖12所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法是該圖的(A)所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。燃料電池堆S在單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B。上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法與圖11所示的實(shí)施方式同樣地，將一個(gè)控制閥開放液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間，另一個(gè)控制閥選擇液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間和排出雜質(zhì)氣體所需的時(shí)間中的較長的一方來開放該時(shí)間。而且，該運(yùn)轉(zhuǎn)方法如下設(shè)在固定的開閉控制周期的范圍內(nèi)將兩個(gè)控制閥7A、7B開放規(guī)定時(shí)間，一個(gè)控制閥7A從開閉控制周期的開始時(shí)開放規(guī)定時(shí)間，另一個(gè)控制閥7B以距開閉控制周期的結(jié)束時(shí)規(guī)定時(shí)間之前的時(shí)間點(diǎn)為開始時(shí)開放規(guī)定時(shí)間。換言之，控制另一個(gè)控制閥7B使其與開閉控制周期的結(jié)束一起關(guān)閉。圖12的⑶是圖12的(A)所示的燃料電池堆S右側(cè)向下傾斜的情況下的說明圖。在這種情況下，在燃料電池系統(tǒng)中，圖12的(A)中位于右側(cè)的另一個(gè)液態(tài)水緩沖器6B中主要積存反應(yīng)水，相反側(cè)的一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A中積存雜質(zhì)氣體。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，設(shè)定規(guī)定的開閉控制周期Ts，選擇液態(tài)水緩沖器6B的排水要求時(shí)間tA和雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2中較長的一方、即雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2來將圖12的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)控制閥7A從開閉控制周期Ts的開始時(shí)起開放該時(shí)間tN2。而且，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，以距開閉控制周期Ts的結(jié)束時(shí)規(guī)定時(shí)間(排水要求時(shí)間)tB之前的時(shí)間點(diǎn)為開始時(shí)來將另一個(gè)控制閥7B開放該時(shí)間tB。由此，在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，在規(guī)定的開閉控制周期Ts的范圍內(nèi)，從一個(gè)控制閥7A排出雜質(zhì)氣體，并且從另一個(gè)控制閥7B排出反應(yīng)水，從而能夠得到與之前的實(shí)施方式相同的作用和效果，在此基礎(chǔ)上，即使在相對于反應(yīng)水的全部量的兩個(gè)控制閥7A、7B的開放時(shí)間的比例超過100%的情況下，也能夠?qū)⒆笥业目刂崎y7A、7B同時(shí)打開的時(shí)間限于最小限度，并且將反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體排出而不再留至下一次的開閉控制周期。另外，在燃料電池堆S反向傾斜的情況下，燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法也是相同的。即，圖12的(C)是圖12的(A)所示的燃料電池堆S左側(cè)向下傾斜的情況下的說明圖。在這種情況下，在燃料電池系統(tǒng)中，圖12的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A中主要積存反應(yīng)水，相反側(cè)的另一個(gè)液態(tài)水緩沖器6B中積存雜質(zhì)氣體。因此，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，與前述同樣地，設(shè)定規(guī)定的開閉控制周期Ts，選擇液態(tài)水緩沖器6B的排水要求時(shí)間tA和雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2中較長的一方、即雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2來將圖12的(A)中位于左側(cè)的一個(gè)控制閥7A從開閉控制周期Ts的開始時(shí)起開放該時(shí)間tN2。而且，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，以距開閉控制周期Ts的結(jié)束時(shí)規(guī)定時(shí)間(排水要求時(shí)間)tB之前的時(shí)間點(diǎn)為開始時(shí)來將另一個(gè)控制閥7B開放該時(shí)間tB。由此，在燃料電池系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，從一個(gè)控制閥7A排出反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的一部分，并且從另一個(gè)控制閥7B排出剩余的雜質(zhì)氣體，從而在確保良好的排水功能的基礎(chǔ)上，與燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況相應(yīng)地將各控制閥7A、7B開放最低限度的時(shí)間，以防止負(fù)極排氣中的氫被過度排出。這樣，上述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法與之前的實(shí)施方式同樣地，無論裝載了該燃料電池系統(tǒng)的車輛向哪個(gè)方向傾斜或受到怎樣的加速度的情況下，都能夠得到反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體的良好的排出功能，并且，還能夠?qū)⒆笥业目刂崎y7A、7B同時(shí)打開的時(shí)間限于最小限度，并且將反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體排出而不再留至下一次的開閉控制周期。此外，在上述實(shí)施方式中，說明了雜質(zhì)氣體的排出要求時(shí)間tN2較長的情況，但是在液態(tài)水緩沖器6B的排水 要求時(shí)間tA較長的情況下，選擇該排水要求時(shí)間tA，在這種情況下，也能夠從兩側(cè)的控制閥7A、7B排出所有反應(yīng)水和雜質(zhì)氣體。圖13所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法是該圖的(A)所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。燃料電池堆S在單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B，并且具備稀釋用氣體供給部21，該稀釋用氣體供給部21用于供給對從兩個(gè)控制閥7A、7B排出的負(fù)極排氣進(jìn)行稀釋的稀釋用氣體。在本實(shí)施方式中，稀釋用氣體供給部21由鼓風(fēng)機(jī)22和配管23等構(gòu)成。除此以外，作為稀釋用氣體，能夠使用將由向正極供給空氣以用于發(fā)電的裝置(壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等)供給的氣體進(jìn)行分支后得到的氣體(正極分流氣體)、反應(yīng)后的正極排氣等。上述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法如下在圖12所示的實(shí)施方式的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中使用上述的稀釋用氣體供給部21，進(jìn)行在兩個(gè)控制閥7A、7B同時(shí)開放的時(shí)間內(nèi)使稀釋用氣體的供給量增加的控制。具體地說，在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，如圖13的(B)所示，在兩方的控制閥7A、7B同時(shí)開放的時(shí)間tD、或包含同時(shí)開放的時(shí)間tD的規(guī)定的時(shí)間帶，提高鼓風(fēng)機(jī)22的輸出來增加稀釋用氣體的供給量。即，當(dāng)同時(shí)開放兩個(gè)控制閥7A、7B時(shí)，負(fù)極排氣中的氫濃度也升高，因此通過與同時(shí)打開兩個(gè)控制閥7A、7B的狀況相應(yīng)地增加空氣流量來將該負(fù)極排氣稀釋而排出到外部，能夠防止從系統(tǒng)排出的氣體中的氫濃度上升。另外，在控制閥7A、7B開放單方時(shí)，降低鼓風(fēng)機(jī)22的輸出來減少稀釋用氣體的供給量，因此燃燒消耗率、聲振性倉泛擊是1 。圖14 圖20是說明本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式的圖。此外，在以下的實(shí)施方式中，對之前的實(shí)施方式相同的結(jié)構(gòu)部位附加同一標(biāo)記并省略詳細(xì)的說明。圖14所示的燃料電池系統(tǒng)是回收并再利用負(fù)極排氣中的未反應(yīng)的氫的負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)。圖示的燃料電池系統(tǒng)具備對燃料電池堆S供給來自負(fù)極氣體的供給部(參照圖1中的標(biāo)記2)的負(fù)極氣體的負(fù)極氣體供給路徑30以及正極氣體供給路徑(未圖示)。負(fù)極氣體供給路徑30上順序設(shè)置有噴吸器31 (泵)和壓力傳感器32。
燃料電池堆S與之前的圖3所示的燃料電池堆同樣地，在單位電池C的層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、1B。兩個(gè)排水路徑1A、1B上分別設(shè)置有液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥(排水閥)7A、7B。另外，在圖中左側(cè)的一個(gè)排水路徑IA中，在其液態(tài)水緩沖器6A上連接有作為通至上述噴吸器31的返回流路的排氣流路8，在連接于該排氣流路8的中途的分支流路33上設(shè)置有用于排出氮的凈化閥9。上述的燃料電池系統(tǒng)與之前的實(shí)施方式同樣地例如裝載于電動(dòng)汽車，從燃料電池堆S的兩端部的排水路徑1A、1B排出負(fù)極排氣所包含的反應(yīng)水、氮等雜質(zhì)氣體。此時(shí)，即使由于路面狀況等而以燃料電池堆S的單側(cè)升高的方式傾斜，也必然會(huì)從下位側(cè)的排水路徑IA(IB)進(jìn)行排水，并主要從上位側(cè)的排水路徑IB(IA)排出雜質(zhì)氣體。在此，上述的負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)只從一個(gè)液態(tài)水緩沖器6A將未反應(yīng)的氫直接供給到噴吸器31，因此是氫的循環(huán)速度比較小的燃料電池系統(tǒng)。與此相對，如上所述，該燃料電池系統(tǒng)能夠可靠地排出反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體，因此即使在氫的循環(huán)速度小的負(fù)極氣體循環(huán)型的系統(tǒng)中也能夠得到良好的排水、排氣功能，而且，由于將未反應(yīng)的氫再利用，因此能夠進(jìn)行燃料效率高的發(fā)電。另外，上述的燃料電池系統(tǒng)與之前的實(shí)施方式同樣地能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度，裝載于空間狹窄而有限的車輛的地板下的裝載性非常優(yōu)秀。圖15所示的燃料電池系統(tǒng)與上述實(shí)施方式同樣地是負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)。在本實(shí)施方式中，不存在負(fù)極氣體供給路徑30的噴吸器(21)，在從圖中左側(cè)的液態(tài)水緩沖器6A通至負(fù)極氣體供給路徑30的排氣流路8的中途設(shè)置有循環(huán)泵34 (泵)。而且，在排氣流路8中，在循環(huán)泵34的下游側(cè)設(shè)置有具備凈化閥9的分支流路33。上述的燃料電池系統(tǒng)利用液態(tài)水緩沖器6A、6B、控制閥7A、7B以及凈化閥9排出負(fù)極排氣中所包含的反應(yīng)水、雜質(zhì)氣體，并且利用循環(huán)泵34將未反應(yīng)的氫加壓輸送到負(fù)極氣體供給路徑30，以供給到燃料電池堆S。在上述的燃料電池系統(tǒng)中，也能夠得到與之前的實(shí)施方式相同的作用和效果，特別是在氫的循環(huán)速度小的負(fù)極氣體循環(huán)型的系統(tǒng)中也能夠得到良好的排水、排氣功能。因而，在該燃料電池系統(tǒng)中，能夠使用低流量的循環(huán)泵34來實(shí)現(xiàn)充分的氫的循環(huán)利用，能夠有助于驅(qū)動(dòng)設(shè)備的小輸出化、系統(tǒng)構(gòu)造的小型輕量化、省力化。圖16所示的燃料電池系統(tǒng)與圖14和圖15所示的循環(huán)型不同，是負(fù)極排氣不返回到燃料電池堆S負(fù)極的負(fù)極排氣非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)(負(fù)極死端系統(tǒng))。S卩，燃料電池系統(tǒng)具備針對燃料電池堆S的從負(fù)極氣體供給部(參照圖1中的標(biāo)記2)引出的負(fù)極氣體供給路徑30、以及正極氣體供給路徑(未圖示)。負(fù)極氣體供給路徑30上設(shè)置有壓力傳感器32。燃料電池堆S在單位電池C的層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管M引出的排水路徑1A、IB。在兩個(gè)排水路徑1A、IB上分別設(shè)置有液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥(排水閥)7A、7B。另外，在圖中左側(cè)的一個(gè)排水路徑IA中，在其液態(tài)水緩沖器6A上連接有排氣流路8，并且在該排氣流路8的中途設(shè)置有凈化閥9。此外，由負(fù)極排氣排出用歧管M、排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B、排氣流路8等構(gòu)成的負(fù)極排氣排出系統(tǒng)在燃料電池堆S的外部，不與由負(fù)極氣體供給部、負(fù)極氣體供給路徑30等構(gòu)成的負(fù)極氣體供給系統(tǒng)連通，上述負(fù)極氣體供給路徑30構(gòu)成非循環(huán)型的負(fù)極氣體供給路徑。
上述的燃料電池系統(tǒng)與之前的實(shí)施方式同樣地例如裝載于電動(dòng)汽車，從燃料電池堆S的兩端部的排水路徑1A、1B排出負(fù)極排氣所包含的反應(yīng)水、氮等雜質(zhì)氣體。此時(shí)，即使由于路面狀況等而以燃料電池堆S的單側(cè)升高的方式傾斜，也必然會(huì)從下位側(cè)的排水路徑IA(IB)進(jìn)行排水，并主要從上位側(cè)的排水路徑IB(IA)排出雜質(zhì)氣體。在此，在上述的負(fù)極氣體非循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)中，作為其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在發(fā)電開始之后暫時(shí)停止負(fù)極氣體的供給,通過持續(xù)發(fā)電來降低負(fù)極氣體供給路徑30的壓力。而且，在負(fù)極氣體供給路徑30變?yōu)橐?guī)定的壓力時(shí)重新開始負(fù)極氣體的供給，利用此時(shí)的氣體流來排出各單位電池C內(nèi)的生成水。與此相對，該燃料電池系統(tǒng)如上所述排水性良好，因此在負(fù)極氣體非循環(huán)型的系統(tǒng)中，能夠迅速進(jìn)行發(fā)電開始后的生成水的排出。另外，上述的燃料電池系統(tǒng)與之前的實(shí)施方式同樣地，能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度， 裝載于空間狹小而有限的車輛的地板下的裝載性非常優(yōu)秀。圖17所示的燃料電池系統(tǒng)同樣是負(fù)極氣體非循環(huán)型的系統(tǒng)，在燃料電池堆S的兩端側(cè)具備排水路徑1A、1B,并且在兩個(gè)排水路徑1A、IB上設(shè)置有液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥(排水閥)7A、7B。而且，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆S的歧管M兼用作緩沖罐。此外，也可以認(rèn)為是兼用作歧管的緩沖罐。因而，負(fù)極排氣所包含的反應(yīng)水在暫時(shí)積存于兼用作緩沖罐的歧管M之后，流出到各排水路徑1A、1B的液態(tài)水緩沖器6A、6B。另外，負(fù)極排氣所包含的氮等雜質(zhì)氣體經(jīng)液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥7A、7B排出到外部。在上述的燃料電池系統(tǒng)中，也能夠得到與之前的實(shí)施方式相同的作用和效果，在此基礎(chǔ)上，對燃料電池堆S內(nèi)的歧管M附加了緩沖罐的功能，因此除能夠增大生成水的積存量以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)外部的液態(tài)水緩沖器6A、6B的小型輕量化等。圖18 圖20例示了裝載于車輛的結(jié)構(gòu)來作為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的另外的實(shí)施方式。S卩，圖18所示的燃料電池系統(tǒng)在車輛V中具備配置于后部座位的地板下的燃料電池堆S以及配置于左右后輪之間的氫罐T。該氫罐T與前述的負(fù)極氣體供給部(參照圖1中的標(biāo)記2)相當(dāng)。燃料電池堆S內(nèi)置有兼用作歧管的緩沖罐B。該燃料電池堆S在單位電池C的層疊方向的兩側(cè)具備設(shè)置了液態(tài)水緩沖器6A、6B和控制閥(排水閥)7A、7B的排水路徑1A、
1B,以單位電池C的層疊方向?yàn)檐囕vV的左右方向的方式來裝載該燃料電池堆S。另外，在燃料電池堆S與氫罐T之間設(shè)置有負(fù)極氣體供給路徑30。并且，在燃料電池堆S上設(shè)置有通向車輛V的后部的排氣管E，該排氣管E經(jīng)過燃料電池堆S與氫罐T之間，上述兩個(gè)排水路徑1A、1B與該排氣管E連通。該排氣管E與圖1所示的實(shí)施方式中的排氣配管5相當(dāng)。此外，車輛V的發(fā)動(dòng)機(jī)室中配置有由馬達(dá)、逆變器以及減速機(jī)等構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)單元D。燃料電池系統(tǒng)如之前的各實(shí)施方式所述，能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度，因此能夠如圖示例那樣裝載于空間狹窄而有限的車輛V的地板下。另外，即使在由于路面狀況等而車輛V左右傾斜的情況下、由于旋轉(zhuǎn)動(dòng)作而車輛V中產(chǎn)生左右方向的離心力的情況下，燃料電池系統(tǒng)也必然會(huì)從傾斜下位側(cè)、旋轉(zhuǎn)外側(cè)的排水路徑IA(IB)進(jìn)行排水，從傾斜上位側(cè)等的排水路徑IB(IA)排出雜質(zhì)氣體。圖19所示的燃料電池系統(tǒng)具有與圖18所示的實(shí)施方式相同基本結(jié)構(gòu)，并且在車輛V中，以單位電池C的層疊方向?yàn)檐囕v前后方向的方式來裝載燃料電池堆S。上述的燃料電池系統(tǒng)能夠得到與之前的實(shí)施方式相同的作用和效果，在此基礎(chǔ)上，特別在由于上坡下坡而車輛V向前后方向傾斜的情況下、由于前進(jìn)和停止而車輛中產(chǎn)生加速度的情況下，也必然從傾斜下位側(cè)、后方側(cè)或前方側(cè)的排水路徑IA(IB)進(jìn)行排水，從傾斜上位側(cè)等的排水路徑IB(IA)排出雜質(zhì)氣體。圖20所示的燃料電池系統(tǒng)具有與圖18所示的實(shí)施方式相同的基本結(jié)構(gòu)，并且在車輛V中，在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的驅(qū)動(dòng)單元D的上側(cè)配置燃料電池堆S。以單位電池C的層疊方向?yàn)檐囕vV的左右方向的的方式來裝載該燃料電池堆S。上述的燃料電池系統(tǒng)能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度，因此不僅能夠裝載于空間狹窄而有限的車輛V的地板下，同樣也能夠裝載于空間狹窄而有限的車輛V的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)。另外，燃料電池系統(tǒng)能夠得到與圖18的實(shí)施方式相同的作用和效果，在此基礎(chǔ)上，由于裝載于發(fā)動(dòng)機(jī)室，因此能夠擴(kuò)大車輛V的居住空間。 本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法的結(jié)構(gòu)并不限定于上述各實(shí)施方式，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍內(nèi)能夠適當(dāng)對結(jié)構(gòu)的詳細(xì)部分進(jìn)行變更。例如，在圖14 圖20的各實(shí)施方式中，以在單位電池層疊方向的兩端側(cè)具備排水路徑1A、1B、液態(tài)水緩沖器6A、6B以及控制閥7A、7B的燃料電池堆S為例來進(jìn)行說明，但是在這些實(shí)施方式中，液態(tài)水緩沖器也可以設(shè)置在兩端側(cè)的排水路徑的至少一個(gè)排水路徑上的向外部的流出口的上游側(cè)，還可以如圖1的燃料電池系統(tǒng)那樣省略。另外，關(guān)于液態(tài)水緩沖器和開閉向外部的流出口的控制閥，也可以將液態(tài)水緩沖器和控制閥中的至少一個(gè)設(shè)置在兩端側(cè)的排水路徑的至少一個(gè)排水路徑上。并且，兩端側(cè)的排水路徑既可以具備共用的向外部的流出口以及開閉該流出口的控制閥，也可以在這種情況下向共用的流出口下傾。并且，燃料電池堆中的負(fù)極排氣排出用歧管的底面也可以形成為以單位電池層疊方向的中間部為頂點(diǎn)向兩端側(cè)下傾。另外，圖18 圖20所示的燃料電池系統(tǒng)也可以使圖14和圖15所示的負(fù)極氣體循環(huán)型的燃料電池系統(tǒng)。本申請主張2010年7月21日申請的日本專利申請第2010-163747號和2011年6月21日的申請的日本專利申請第2011-137634號優(yōu)先權(quán)作為申請基礎(chǔ)，這些申請的全部內(nèi)容作為參照被本說明書引用。產(chǎn)業(yè)上的可利用件根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其運(yùn)轉(zhuǎn)方法，能夠降低系統(tǒng)構(gòu)造的高度，裝載于車輛的地板下的裝載性優(yōu)秀，并且即使是氫的循環(huán)速度小的系統(tǒng)也能夠得到良好的排水功倉泛。附圖標(biāo)記說明C :單位電池；M :負(fù)極排氣排出用歧管；S :燃料電池堆；1A、1B :排水路徑；6 :液態(tài)水緩沖器；6A、6B :液態(tài)水緩沖器；7 :控制閥；7A、7B :控制閥；8 :排氣流路；9 :凈化閥；10 (共用的)流出口 ；21 :稀釋用氣體供給部。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池堆，該燃料電池堆在水平方向上層疊多個(gè)單位電池而成，且在其層疊內(nèi)部具有與各單位電池之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管，在上述燃料電池堆的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管引出的排水路徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在上述兩端側(cè)的排水路徑中的至少一個(gè)排水路徑上，在向外部的流出口的上游側(cè)具備積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在上述兩端側(cè)的排水路徑中的至少一個(gè)排水路徑上，在向外部的流出口的上游側(cè)設(shè)置有積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器和開閉向外部的流出口的控制閥中的至少一個(gè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求廣3中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備排氣流路，該排氣流路與上述兩端側(cè)的排水路徑中的至少一個(gè)排水路徑連通， 并且在該排氣流路上具備雜質(zhì)氣體的凈化閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述兩端側(cè)的排水路徑具備共用的向外部的流出口以及開閉該流出口的控制閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述兩端側(cè)的排水路徑向共用的流出口下傾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1飛中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述燃料電池堆中的負(fù)極排氣排出用歧管的底面以上述單位電池層疊方向的中間部為頂點(diǎn)向兩端側(cè)下傾。
8.根據(jù)權(quán)利要求廣7中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備負(fù)極氣體供給路徑，其將來自負(fù)極氣體供給部的負(fù)極氣體供給到上述燃料電池堆；噴吸器，其設(shè)置于該負(fù)極氣體供給路徑；以及返回流路，其使來自上述負(fù)極排氣排出用歧管的負(fù)極排氣返回到上述噴吸器。
9.根據(jù)權(quán)利要求廣7中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備非循環(huán)型的負(fù)極氣體供給路徑，該非循環(huán)型的負(fù)極氣體供給路徑將來自負(fù)極氣體供給部的負(fù)極氣體供給到上述燃料電池堆。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述負(fù)極排氣排出用歧管兼作緩沖罐。
11.根據(jù)權(quán)利要求f10中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，將上述燃料電池堆配置于車輛的地板下。
12.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，將層疊多個(gè)單位電池而成的燃料電池堆以單位電池層疊方向?yàn)樗椒较虻姆较蜻M(jìn)行配置，在上述燃料電池堆的內(nèi)部設(shè)置與各單位電池之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管， 在上述燃料電池堆的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別設(shè)置從負(fù)極排氣排出用歧管引出的排水路徑，在上述兩端側(cè)的排水路徑上，分別設(shè)置在向外部的流出口的上游側(cè)積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器以及開閉上述向外部的流出口的控制閥，設(shè)置與上述兩端側(cè)的排水路徑中的至少一個(gè)排水路徑連通的排氣流路以及從該排氣流路排出雜質(zhì)氣體的凈化閥，將兩個(gè)上述控制閥僅開放上述液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間，在此時(shí)的從兩個(gè)控制閥能夠排出的雜質(zhì)氣體的量比上述燃料電池堆所產(chǎn)生的雜質(zhì)氣體的量少的情況下，開放上述凈化閥。
13.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，將層疊多個(gè)單位電池而成的燃料電池堆以單位電池層疊方向?yàn)樗椒较虻姆较蜻M(jìn)行配置，在上述燃料電池堆的內(nèi)部設(shè)置與各單位電池之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管，在上述燃料電池堆的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別設(shè)置從負(fù)極排氣排出用歧管引出的排水路徑，在上述兩端側(cè)的排水路徑上，分別設(shè)置在向外部的流出口的上游側(cè)積存反應(yīng)水的液態(tài)水緩沖器以及開閉上述向外部的流出口的控制閥，將兩個(gè)上述控制閥中的一個(gè)控制閥僅開放上述液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間，另一個(gè)控制閥僅開放選擇自上述液態(tài)水緩沖器進(jìn)行排水所需的時(shí)間和排出雜質(zhì)氣體所需的時(shí)間中的較長一方的時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在固定的開閉控制周期的范圍內(nèi)將兩個(gè)上述控制閥僅開放規(guī)定時(shí)間，其中一個(gè)控制閥從上述開閉控制周期開始時(shí)起僅開放規(guī)定時(shí)間，另一個(gè)控制閥從距上述開閉控制周期結(jié)束規(guī)定時(shí)間的時(shí)間點(diǎn)開始僅開放規(guī)定時(shí)間。
15.一種燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，其特征在于，在根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法中，使用稀釋用氣體供給部， 該稀釋用氣體供給部用于供給對從兩個(gè)控制閥排出的負(fù)極排氣進(jìn)行稀釋的稀釋用氣體，在兩個(gè)控制閥同時(shí)開放的時(shí)間進(jìn)行使稀釋用氣體的供給量增加的控制。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池堆(S)，該燃料電池堆(S)在水平方向上層疊多個(gè)單位電池(C)而成，且在其層疊內(nèi)部具有與各單位電池(C)之間供給和排出反應(yīng)用氣體的歧管，在燃料電池堆(S)的單位電池層疊方向的兩端側(cè)分別具備從負(fù)極排氣排出用歧管(M)引出的排水路徑(1A、1B)。
文檔編號H01M8/04GK103026541SQ20118003569
公開日2013年4月3日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者筑后隼人, 米倉健二, 中山謙 申請人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社