專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地講，涉及有效應(yīng)用在燃料箱中產(chǎn)生的燃料蒸汽的一種技術(shù)。
背景技術(shù)：
日本專(zhuān)利局在2000年公布的專(zhuān)利號(hào)為JP2000-192863A中公開(kāi)的車(chē)輛燃料蒸汽控制裝置包括一個(gè)罐(canister)，它吸收在燃料箱中產(chǎn)生的燃料蒸汽。罐所吸收的燃料蒸汽被釋放并用重整器把它轉(zhuǎn)化為氫和二氧化碳。而轉(zhuǎn)化得到的氫被供給至燃料電池，并有效地被用作燃料氣體。
發(fā)明概要然而，在已有的技術(shù)中，在罐和重整器之間安裝了一個(gè)泵，而用驅(qū)動(dòng)該泵來(lái)把從罐釋放出的燃料送到重整器。因而，為驅(qū)動(dòng)泵需要能量。還需要熱能來(lái)進(jìn)行燃料的重整，這樣就可能導(dǎo)致相應(yīng)的燃料效益的惡化。
當(dāng)燃料蒸汽送至重整器時(shí)，它被重整而產(chǎn)生氫，接著氫又被送至燃料電池。作為一個(gè)結(jié)果，燃料電池產(chǎn)生電功率。然而由燃料電池產(chǎn)生的電功率對(duì)電池充電，所以當(dāng)電池被充分充電后，產(chǎn)生的電功率就被浪費(fèi)。換言之，能量(燃料)消耗只不過(guò)去處理燃料蒸汽。
因而本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，它能夠處理在一個(gè)燃料箱內(nèi)的燃料蒸汽而不消耗額外的能量。
為了獲得上述目的，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，它包括一個(gè)增壓機(jī)構(gòu)，它吸入含氧氣體并把它在壓力下傳輸，一個(gè)燃料箱，一個(gè)重整器，它從燃料箱供給的原燃料產(chǎn)生含氫氣體，一個(gè)燃料電池，它通過(guò)從增壓機(jī)構(gòu)來(lái)的含氧氣體和從重整器來(lái)的含氫氣體的反應(yīng)，產(chǎn)生電功率，一個(gè)連接到燃料箱的罐，它吸收從燃料箱來(lái)的燃料蒸汽，一個(gè)第一通道，它連接在罐和增壓機(jī)構(gòu)吸氣側(cè)之間，在第一通道內(nèi)提供的第一閥門(mén)和一個(gè)控制器，它起了在要清除罐所吸收的燃料蒸汽時(shí)打開(kāi)第一閥門(mén)的作用，從而把罐連接到增壓機(jī)構(gòu)的吸氣側(cè)。
本發(fā)明的細(xì)節(jié)以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在本說(shuō)明書(shū)的其余部分闡明并且在附圖中給出。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是按照本發(fā)明燃料電池系統(tǒng)的一張示意圖。
圖2是一張流程圖，它給出由本燃料電池系統(tǒng)的控制器所進(jìn)行的燃料蒸汽清除處理的主程序。
圖3是一張流程圖，它給出第一清除起始處理程序。
圖4是一張流程圖，它給出第一清除終止確定處理程序。
圖5是一張流程圖，它給出第一清除終止處理程序。
圖6是類(lèi)同于圖1，但給出本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案。
圖7是按照第二個(gè)實(shí)施分案清除處理主程序的流程圖。
圖8是一張流程圖，它給出第二清除起始處理程序。
圖9是一張流程圖，它給出第二清除終止處理程序。
圖10類(lèi)同于圖1，但給出本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施方案。
圖11是給出按照第三個(gè)實(shí)施方案清除處理主程序的流程圖。
圖12是一張流程圖，它給出第二清除終止確定處理程序。
圖13類(lèi)同于圖1，但給出本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施方案。
圖14是一張流程圖，它給出按照第四個(gè)實(shí)施方案清除處理主程序。
圖15是一張表，它給出罐所吸收的燃料蒸汽量和節(jié)流閥門(mén)開(kāi)口減小量之間的關(guān)系。
優(yōu)選實(shí)施方案描述參照附圖的圖1，圖1給出在第一個(gè)實(shí)施方案中的一個(gè)燃料電池系統(tǒng)。從一個(gè)空氣供給系統(tǒng)22向燃料電池1的陰極1a供給含氧的空氣，而從一個(gè)燃料供給系統(tǒng)24向燃料電池1的陽(yáng)極1b供給富氫燃料氣體。通過(guò)在電極間遷移氫離子，燃料電池1產(chǎn)生電能和水。這時(shí)也產(chǎn)生熱能，用通過(guò)冷卻系統(tǒng)21流動(dòng)的冷卻水把燃料電池保持在一個(gè)合適溫度上，從而使由功率有效地產(chǎn)生出來(lái)。
在空氣供給系統(tǒng)22中順序安裝一個(gè)過(guò)濾器2以去除空氣中的灰塵，一個(gè)流量計(jì)3以量度供給空氣的量，一個(gè)節(jié)流閥4以調(diào)節(jié)供給空氣的體積，一個(gè)壓縮機(jī)5以提供具有一個(gè)調(diào)整好流量的壓縮空氣，一個(gè)切斷閥門(mén)7以控制向燃料電池1的空氣供給，以及一個(gè)冷卻器9以把在壓縮器5中業(yè)已升高的空氣溫度調(diào)整到一合適的溫度。具有已調(diào)整好流量和溫度的空氣被供給到陰極1a。因?yàn)榘凑蘸竺鎸⒁獢⑹龅闹卣?2中的重整反應(yīng)要用掉氧氣，因而在壓縮器5的下游提供一個(gè)分支通道23通向重整器12，而提供給重整器12的空氣量可以用在分支通道23上提供的切斷閥門(mén)8來(lái)加以調(diào)節(jié)。
同樣，在燃料供給系統(tǒng)24中順序地安裝一個(gè)燃料箱10，以存儲(chǔ)像甲醛這樣的原燃料，重整器12，以把從燃料箱10來(lái)的原燃料轉(zhuǎn)化為富氫的重整氣體，以及一個(gè)一氧化碳氧化器(CO氧化器)14以把可以導(dǎo)致填充在燃料電池1電極間的鉑退化的一氧化碳從重整氣體中除去，從而把氫氣供應(yīng)到燃料電池1的陽(yáng)極16。
在重整器12中進(jìn)行的燃料重整反應(yīng)需要熱能，因而在重整器12鄰近提供一個(gè)燃燒器13，燃燒器13用燃料電池1出來(lái)的廢氣和，如果需要的話(huà)，從燃料箱來(lái)的原燃料來(lái)產(chǎn)生熱能。
在該燃料電池系統(tǒng)中，為了有效地利用在燃料箱10中產(chǎn)生的燃料蒸汽，提供了一個(gè)下面將要敘述的燃料蒸汽供給系統(tǒng)25。用一個(gè)罐11和燃料箱10連通以收集燃料箱10中的燃料蒸汽，罐11的下游端通過(guò)一個(gè)切斷閥門(mén)6連接到空氣供給系統(tǒng)22的節(jié)流閥4和壓縮器5之間，而該切斷閥門(mén)6控制是否釋放由罐11所收集的燃料蒸汽。
控制器20包含一個(gè)，二個(gè)，或更多個(gè)微處理器，一個(gè)存儲(chǔ)器和一個(gè)輸入/輸出接口，它進(jìn)行將在后面敘述的燃料箱10中燃料蒸汽的清除處理(以后稱(chēng)清除(purge))。
圖2中一張流程圖，它給出由控制器20來(lái)進(jìn)行的主清除處理程序，它是由控制器20來(lái)執(zhí)行的。
首先，在步驟S1中，估計(jì)在罐11中燃料蒸汽吸收量EB。這可以這樣進(jìn)行，例如先用日本專(zhuān)利局在1996年公布的專(zhuān)利號(hào)為JP8-28370A所公開(kāi)的方法，從燃料溫度來(lái)計(jì)算產(chǎn)生的燃料蒸汽的量，用日本專(zhuān)利局在1998年公布的專(zhuān)利號(hào)為JP10-196467A所公開(kāi)的方法，通過(guò)估計(jì)從傳感器得到的測(cè)量結(jié)果，或者講，通過(guò)在罐11內(nèi)安裝一個(gè)溫度傳感器并從罐的溫度變化來(lái)加以估計(jì)，進(jìn)行積分。
接著，在步驟S2中，要確定為罐11所吸收的燃料蒸汽是否要被清除。如果在步驟S1中得到的吸收量EB大于一個(gè)預(yù)先給定的值α，例如總?cè)萘康?0％，則決定要清除燃料蒸汽，那么程序就進(jìn)入步驟S3。而如果吸收量EB小于預(yù)先給定的值α，則決定不需清除，從而該程序終止。因而基于對(duì)罐11所吸收的燃料蒸汽量EB的估計(jì)值以決定是否要清除，就避免了這樣兩種情況，即吸收量Eb已超值并釋放到大氣中以引起污染的情況，以及吸收量EB尚小卻進(jìn)行不必要的燃料蒸汽處理的情況。
在步驟S3中，進(jìn)行開(kāi)始把燃料蒸汽清除到重整器12的第一清除起始處理。
圖3是一張流程圖，它顯示清除起始處理程序，它由控制器20來(lái)執(zhí)行。
在步驟S31中，把切斷閥門(mén)8打開(kāi)，在壓縮機(jī)5的壓力下傳輸?shù)目諝獗凰偷街卣?2。接著在步驟S32中，把切斷閥門(mén)7關(guān)閉以使從壓縮機(jī)5送出的空氣不能送到燃料電池1。程序接著進(jìn)入步驟S33，把切斷閥門(mén)6打開(kāi)利用壓縮器5的負(fù)壓上游把被罐11所吸收的燃料蒸汽清除到重整器12。以這樣的方式，形成從罐11到重整器12的流動(dòng)通道。
在步驟S34中，從圖15給出的圖來(lái)確定節(jié)流閥門(mén)4開(kāi)口的減小量。在圖15中，節(jié)流閥4開(kāi)口的減小量被設(shè)置成當(dāng)吸收量EB愈大，減少量也會(huì)大，也即流動(dòng)通道表面積愈小。以這樣的方式，吸收量EB愈大，節(jié)流閥4下游的壓力愈小，它與罐11內(nèi)部壓力的差愈大，因而促進(jìn)向節(jié)流閥下游釋放燃料蒸氣。當(dāng)按照吸收量EB確定了開(kāi)口減小量后，程序進(jìn)入步驟S35，節(jié)流閥4的開(kāi)口被減小，而壓縮機(jī)5的旋轉(zhuǎn)被增加以傳送所需的空氣量。
這樣，通過(guò)打開(kāi)切斷閥門(mén)6，8，關(guān)閉切斷閥門(mén)7，減小節(jié)流閥門(mén)4的開(kāi)口和增加壓縮機(jī)5的轉(zhuǎn)速，在罐11中的燃料蒸汽就流向重整器12而不需要一個(gè)泵或類(lèi)似物等，這樣，燃料蒸汽的清除就開(kāi)始了。
在這時(shí)，在重整器12中，發(fā)生燃料蒸汽的重整反應(yīng)以產(chǎn)生燃料電池1所需的燃料氣體，這樣就能處理燃料蒸汽而沒(méi)有不必要的丟棄燃料蒸汽從而降低燃料利用率。同樣，燃料蒸汽是以氣態(tài)被引入重整器12的，所以為進(jìn)行重整反應(yīng)汽化燃料的步驟就不需要了。以這種方式，它就能以易于進(jìn)行重整反應(yīng)的狀態(tài)容易地供給至重整器，而汽化所需的燃料就能被節(jié)省下來(lái)了。
接著程序進(jìn)入圖2的步驟S4，即，第一清除是終止確定處理。
圖4是一張流程圖，它給出第一清除終止確定處理，它是由控制器20來(lái)執(zhí)行的。
在步驟S41中，設(shè)置一個(gè)清除終止時(shí)間Tn，清除終止時(shí)間Tn是按照罐11所吸收的燃料蒸氣量EB來(lái)確定的。在步驟S42中，用控制器20提供的一個(gè)計(jì)時(shí)器來(lái)確定有沒(méi)有經(jīng)過(guò)了清除終止時(shí)間Tn這么長(zhǎng)的一段時(shí)間，如果還沒(méi)有經(jīng)過(guò)，那么就進(jìn)入步驟S43，這時(shí)計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)T加1。如此重復(fù)直到在某一個(gè)步驟S42中，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)T超過(guò)清除終止時(shí)間Tn。這時(shí)程序進(jìn)入步驟S44，把計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)T清零并確定清除已經(jīng)結(jié)束。這里，清除的終止是由時(shí)間確定，但也可以在釋放通道內(nèi)裝一個(gè)濃度檢測(cè)傳感器，清除是否終止可以由傳感器的值來(lái)確定。這樣，通過(guò)確定清除的終止，能夠充分地清除罐11。
當(dāng)在圖2中確定終止清除后，程序從步驟S4進(jìn)入步驟S5，進(jìn)行第一清除終止處理，它把對(duì)重整器12的清除轉(zhuǎn)變?yōu)橥ǔＬ幚怼?br> 圖5是一張流程圖，它給出第一清除終止處理程序，它由控制器20來(lái)執(zhí)行的在步驟S51中，增大節(jié)流閥門(mén)4的開(kāi)口，并回到正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的開(kāi)口。接著按照燃料電池系統(tǒng)所要求的空氣流速來(lái)減小壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速。在步驟S52中，把切斷閥門(mén)6關(guān)閉以停止燃料蒸汽從罐11釋放到空氣供給系統(tǒng)22。在步驟S53中，在從罐11出來(lái)的燃料蒸汽已經(jīng)通過(guò)切斷閥門(mén)8以后，把切斷閥門(mén)7打開(kāi)從而把壓縮機(jī)5來(lái)的空氣輸?shù)饺剂想姵?。 這里，確定全部燃料蒸汽是否已經(jīng)通過(guò)切斷閥門(mén)8或者根據(jù)是否已經(jīng)歷了一個(gè)事先確定的時(shí)間來(lái)確定，或者通過(guò)在切斷閥門(mén)8的上游安置一個(gè)濃度檢測(cè)傳感器并且采集測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)確定。接著在步驟S54中，重整器12下游切斷閥門(mén)8被關(guān)閉，或者，如果要向重整器12供給空氣的話(huà)，則根據(jù)供給的量把開(kāi)口減小。
通過(guò)完成第一清除終止處理，從空氣壓縮器5來(lái)的空氣被供給到燃料電池1的陰極1a，如果需要的話(huà)，也供給到重整器12，而沒(méi)有混以燃料蒸汽，這樣通常的運(yùn)轉(zhuǎn)就能開(kāi)始了。
當(dāng)燃料蒸汽被清除，通過(guò)關(guān)閉切斷閥門(mén)7，打開(kāi)切斷閥門(mén)6，8，以及增加節(jié)流閥門(mén)4開(kāi)口的減小量，和空氣供給系統(tǒng)22的燃料蒸汽供給系統(tǒng)25相聯(lián)接部份的壓力就變得小于罐11的內(nèi)部壓力，因而罐11內(nèi)的燃料蒸汽就釋放到空氣供給系統(tǒng)22并和通過(guò)節(jié)流閥門(mén)4所供給的空氣一起送到重整器12。因而，就能夠把燃料蒸汽清除而不用泵等來(lái)把燃料蒸汽從罐11送至重整器12。同樣，在重整器12中以燃料蒸汽為原材料產(chǎn)生出重整氣體，而這又被用作燃料電池1的燃料氣體，所以就能避免不必要的燃料蒸汽的消耗而改善燃料的利用率。
另外，按照吸數(shù)量EB的估計(jì)量，增加節(jié)流閥門(mén)4開(kāi)口的減小量。當(dāng)吸收量EB大時(shí)，在節(jié)流閥門(mén)4和壓縮機(jī)5之間的壓力降落增加，并且和罐11的內(nèi)壓力的壓差也增加，因而燃料蒸汽的釋放也加快，從而燃料蒸汽能被快速地清除。當(dāng)燃料蒸汽被清除時(shí)，燃料電池1的功率產(chǎn)生會(huì)暫時(shí)下降或停止，但由于這個(gè)原因而產(chǎn)生的功率不足可以由一個(gè)二次電池來(lái)補(bǔ)足。
圖6給出按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施方案的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。代替第一個(gè)實(shí)施方案中的分支通道23，用通過(guò)切斷閥門(mén)16連接燃料器13和壓縮器5下游的一個(gè)分支通道26。同樣，在重整器12內(nèi)安裝一個(gè)重整器溫度傳感器30，在燃料器13內(nèi)安裝一個(gè)燃燒器溫度傳感器31，在一氧化碳氧化器14內(nèi)安裝一個(gè)一氧化碳氧化器溫度傳感器32，在燃料電池1內(nèi)安裝一個(gè)燃料電池溫度傳感器33。這些傳感器的測(cè)量結(jié)果被輸入到控制器20。
下面將參照?qǐng)D7敘述該燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行的清除處理。圖7是一張流程圖，它給出清除處理的主程序，它是由控制器20來(lái)執(zhí)行的。在這里，通過(guò)在燃料器13中燃料被清除的燃料蒸汽，系統(tǒng)在起始及其他步驟時(shí)已被加熱(warm-up)。
首先，在步驟S11中，先根據(jù)重整器溫度傳感器30，燃料器溫度傳感器31，一氧化碳氧化器溫度傳感器32和燃料電池溫度傳感器33的檢測(cè)結(jié)果判斷系統(tǒng)加熱是否足夠。如果系統(tǒng)加熱已經(jīng)足夠，程序就終止，否則程序進(jìn)入步驟S12。
在步驟S12和S13中，來(lái)估計(jì)吸收量EB，這是用和第一個(gè)實(shí)施方案的步驟S1，S2相同方式進(jìn)行的，并由此確定是否需要清除燃料蒸汽。如果確定應(yīng)當(dāng)清除，程序進(jìn)入步驟S14，進(jìn)行第二清除起始處理以把燃料蒸汽清除至燃料器13。
圖8是一張流程圖，給出第二清除起始處理程序，它是由控制器20來(lái)執(zhí)行的。
在第一清除起始處理中，在步驟S31中，切斷閥門(mén)8被打開(kāi)以把燃料蒸汽供給重整器12，但這里在步驟S141中，是把切斷閥門(mén)16打開(kāi)，把燃料蒸汽供給燃料器13。因而燃料蒸汽被供給到燃料器13并開(kāi)始燃燒，使得鄰近的重整器12能被加熱。之后的步驟S142-S145與第一清除起始處理的步驟S32-S35是類(lèi)似的。
當(dāng)用第二清除起始處理已經(jīng)開(kāi)始清除時(shí)，在圖7的步驟S15中，進(jìn)行第一清除終止確定處理，其方式與在第一實(shí)施方案中的步驟S4的處理是一樣的。
當(dāng)在步驟S15中決定終止清除時(shí)，程序進(jìn)入步驟S16，用第二清除終止處理來(lái)終止清除，從而從清除到燃料器13轉(zhuǎn)向正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖9是一張流程圖，它給出第二清除終止處理程序，這是被控制器20來(lái)執(zhí)行的。
步驟S161-S163是與第一清除終止處理的步驟S51-S53是類(lèi)似的。
然而，在第一清除終止處理的步驟S54中，切斷閥門(mén)8是為了停止含氧氣體對(duì)重整器12的供應(yīng)而關(guān)閉的，但在這里，在步驟S164中，切斷閥門(mén)16為了停止含氧氣體對(duì)燃料器13的供應(yīng)而關(guān)閉。
以這樣的方式，通過(guò)在系統(tǒng)區(qū)沒(méi)有足夠加熱時(shí)把燃料蒸汽供給燃燒器13，可以用燃料蒸汽來(lái)加熱燃料電池系統(tǒng)，并且能夠處理燃料蒸汽而不會(huì)降低燃料的利用率。同樣，因?yàn)槿剂险羝菤鈶B(tài)的，當(dāng)燃料在燃料器13內(nèi)燃料時(shí)，不需要汽化的步驟，從而能夠減少燃料的消耗。
圖10給出按照第三個(gè)實(shí)施方案的燃料電池的結(jié)構(gòu)。安裝了溫度傳感器30以檢測(cè)在第一個(gè)實(shí)施方案中所用的燃料電池系統(tǒng)的重整器12的溫度。同樣，控制器20進(jìn)行由圖11的流程給出的清除處理。
首先，在步驟S21，S22中，計(jì)算罐11所吸收的燃料蒸汽量EB，并從吸收量EB決定是否需要清除。如果吸收量EB大于一預(yù)先確定的量α，并確定清除是必需的，程序進(jìn)入步驟S23。在步驟S23中，從重整器溫度傳感器30的檢測(cè)結(jié)果確定重整器12中的催化劑是否被激活。這里，當(dāng)燃料蒸汽被送進(jìn)重整器12時(shí)，如果重整器12是冷的，則重整反應(yīng)將不會(huì)是有效的，這時(shí)程序就終結(jié)。
另一方面，如果重整器12已足夠加熱，程序進(jìn)入步驟S24，檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。在步驟S25中，根據(jù)檢測(cè)到的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定車(chē)輛是否在低負(fù)載下運(yùn)行。這可以對(duì)一個(gè)事先確定的時(shí)間，例如過(guò)去的幾分鐘內(nèi)到過(guò)去的幾十分鐘內(nèi)，測(cè)量裝在燃料電池1上的安培表的當(dāng)前值來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果該測(cè)量值小于額定值的30％或者車(chē)輛在低速下運(yùn)行，則確定該車(chē)輛是在低負(fù)載下運(yùn)行。
當(dāng)燃料蒸汽被處理時(shí)，燃料電池1所產(chǎn)生的功率要暫時(shí)地下降或停止，因而功率供給必須由一個(gè)二次電池或類(lèi)似物來(lái)補(bǔ)足。在這里，在低負(fù)載下，當(dāng)燃料電池所要求的功率負(fù)載不大時(shí)，燃料蒸汽被處理，當(dāng)車(chē)輛在低負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，程序進(jìn)入步驟S26，而當(dāng)它不是在低負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，程序終止。
在步驟S26中，進(jìn)行在圖3中所示的第一清除起始處理。由于此，在罐11中的燃料蒸汽被送至重整器12，而通過(guò)重整反應(yīng)，產(chǎn)生為燃料電池1所需的燃料氣體。
接著，程序進(jìn)入步驟S27，進(jìn)行在圖12中所示的第二清除終止確定處理。
這里，該確定處理和圖4所示的第一清除終止確定處理是類(lèi)似的。在步驟S273中，在計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)間T加1后，程序進(jìn)入步驟S274，其中檢測(cè)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)。接著程序進(jìn)入步驟S275，再次決定車(chē)輛是否在低負(fù)載下運(yùn)行。
這樣，以這種方式反復(fù)檢查運(yùn)行狀態(tài)，肯定能夠防止高負(fù)載加到二次電池上。如果車(chē)輛運(yùn)行在低負(fù)載下，程序轉(zhuǎn)向步驟S272，并確定是否已到達(dá)清除終止時(shí)間。如果不是在低負(fù)載下運(yùn)行，有重負(fù)載加在二次電池上，則確定應(yīng)該結(jié)束清除，程序進(jìn)入步驟S276，而計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器時(shí)間T復(fù)位。
如果由于第二清除終止確定處理，確定應(yīng)該結(jié)束清除，程序進(jìn)入圖11的步驟S28，通過(guò)第一清除結(jié)束處理轉(zhuǎn)變?yōu)檎＿\(yùn)行。
因而，當(dāng)重整器12被足夠地加熱，而催化劑被激活，燃料蒸汽被供應(yīng)，那么燃料蒸汽一定被重整反應(yīng)處理，燃料蒸汽不會(huì)沒(méi)有處理地被釋放到外面，從而避免對(duì)環(huán)境有害的影響。
同樣，通過(guò)對(duì)燃料蒸汽被清除所處的條件加上了燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，特別是當(dāng)系統(tǒng)上的運(yùn)行負(fù)載是低的情況下處理燃料蒸汽，由于燃料蒸汽的處理而引起系統(tǒng)運(yùn)行性能的惡化就能被抑制。
圖13給出按照第四個(gè)實(shí)施方案的電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
在這個(gè)實(shí)施方案中，從壓縮機(jī)5的下游分出的的通道被分成兩支，一支通道23，它通過(guò)切斷閥門(mén)8分支到重整器12，一支通道26，它通過(guò)切斷閥門(mén)16分支到燃料器13。這里分支通道26從空氣供應(yīng)通道22分出的分支點(diǎn)位于壓縮機(jī)5一邊，而分支通道23從空氣供應(yīng)通道22分出的分支點(diǎn)在切斷閥門(mén)7一邊，切斷閥門(mén)7處于下游。由于這樣的結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)，燃料蒸汽能夠供應(yīng)到重整器12和燃燒13二者之一。
同樣，和第二個(gè)實(shí)施方案一樣的地安裝了重整器溫度傳感器30，燃燒器溫度傳感器31，一氧化碳氧化器溫度傳感器32和燃料電池溫度傳感器33。
控制器20進(jìn)行如圖14所示的清除處理。
在步驟S31，S32中，從罐11吸收的燃料蒸汽吸收量EB來(lái)決定燃料蒸汽是否應(yīng)該清除。如果不必需，程序被終止，而如果需要，程序進(jìn)入步驟33，在該步驟中，確定系統(tǒng)是否冷的(在加熱前)。如果確定系統(tǒng)是冷的，進(jìn)行第二清除起始處理(步驟S42)，它在燃燒器13中用燃料蒸汽，進(jìn)行第一清除終止處理(步驟S43)以及第二清除終止處理(步驟S44)，以及車(chē)輛返回正常運(yùn)行。
另一方面，如果在步驟S33中確定系統(tǒng)已經(jīng)加熱了，則在步驟S37，S38中確定系統(tǒng)是否在低負(fù)載下運(yùn)行。如果不是在低負(fù)載下運(yùn)行，程序被終止，而如果在低負(fù)載下運(yùn)行，進(jìn)行第一清除起始處理(步驟S39)，第二清除終止確定處理(步驟S40)和第一清除終止處理(步驟S41)，而燃料蒸汽用在重整器12中。
通過(guò)進(jìn)行這樣的控制，當(dāng)系統(tǒng)是冷的時(shí)，例如系統(tǒng)發(fā)動(dòng)時(shí)，燃料蒸汽被燃燒器13所用，而當(dāng)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料蒸汽被重整器12所用，從而減少了在第二電源電池上的荷載并改善燃料利用效率。
日本專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)朠2001-382798(2001年12月17日申請(qǐng))的全部?jī)?nèi)容在此引入作為參改。
雖然，上面參照本發(fā)明的某些實(shí)施方案敘述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施方案。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員，借助于以上的教導(dǎo)，能夠?qū)ι鲜鰧?shí)施方案進(jìn)行修改或變動(dòng)。本發(fā)明范圍要參照下述權(quán)利要求來(lái)確定。
工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域本發(fā)明能夠用于各種燃料電池系統(tǒng)，包括用于車(chē)輛的燃料電池系統(tǒng)。按照本發(fā)明，在燃料箱內(nèi)的燃料汽能夠被處理而不消耗額外的能量，因而燃料電池系統(tǒng)的燃料利用率被改進(jìn)了。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括一個(gè)增壓機(jī)構(gòu)(5)，它吸入含氧氣體并在壓力下將其傳送，一個(gè)燃料箱(10)，一個(gè)重整器(12)，它從燃料箱(10)供給的原燃料中產(chǎn)生含氫氣體，一個(gè)燃料電池(1)，它通過(guò)從增壓機(jī)構(gòu)(5)來(lái)的含氧氣體和從重整器(12)來(lái)的含氧氣體的反應(yīng)而產(chǎn)生功率。一個(gè)連接到燃料箱(10)的罐(11)，它從燃料箱(10)吸收燃料蒸汽，一個(gè)第一通道(25)，它連接在罐(11)和增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)之間。一個(gè)第一閥門(mén)(6)，它提供在第一通道(25)內(nèi)，以及一個(gè)控制器(20)其功能是當(dāng)要清除罐(11)吸收的燃料蒸汽時(shí)打開(kāi)第一閥門(mén)(6)以把罐(11)連接到增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)。
2.權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包含一個(gè)第二閥門(mén)(4)，它被安置在比起第一通道(25)連接到增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)的位置更上游的地方，以及一個(gè)第三閥門(mén)8，它把來(lái)自增壓機(jī)構(gòu)(5)在壓力下傳送的氣體在燃料電池(1)和重整器(12)之間分開(kāi)，以及該控制器(20)還有這樣的功能當(dāng)清除燃料蒸汽時(shí)，減小第二閥門(mén)(4)的開(kāi)口以及用第三閥門(mén)(8)來(lái)引導(dǎo)包含被清除的燃料的含氧氣體進(jìn)入重整器(12)。
3.權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(20)還有這樣的功能當(dāng)重整器(12)處于重整反應(yīng)可能進(jìn)行的溫度時(shí)，清除罐(11)所吸收的燃料蒸汽。
4.權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包含一個(gè)第二閥門(mén)(4)，它被安置在比起第一通道(25)連接到增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)的位置更上游的地方，一個(gè)燃燒器(13)，它產(chǎn)生為在重整器(12)中的重整反應(yīng)所需的熱，以及一個(gè)第四閥門(mén)(16)，它把來(lái)自增壓機(jī)構(gòu)(5)在壓力下傳送的氣體在燃料電池(1)和燃料器(13)之間分開(kāi)，以及該控制器(20)還有如下功能當(dāng)清除燃料蒸汽時(shí)，減小第二閥門(mén)(4)的開(kāi)口，并用第四閥門(mén)(16)來(lái)引導(dǎo)包含被清除燃料的含氧氣體進(jìn)入燃料器(13)。
5.權(quán)利要求4的燃料電池系統(tǒng)，其中該控制器(20)還有如下功能確定燃料電池系統(tǒng)是否已經(jīng)加熱，而當(dāng)燃料電池系統(tǒng)尚未加熱，把罐(11)所吸收的燃料蒸汽清除到燃燒器(13)以加熱燃料電池系統(tǒng)。
6.權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)第二閥門(mén)(4)，它被安置在比起第一通道(25)連接到增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)的位置更上游的地方，一個(gè)燃燒器(13)，它產(chǎn)生在重整器(12)中重整反應(yīng)所需的熱，以及第五閥門(mén)(8，16)，它把來(lái)自增壓機(jī)構(gòu)(5)在壓力下傳輸?shù)臍怏w在燃料電池(1)，重整器(12)和燃燒器(13)之間分配，以及控制器(20)還有如下功能確定重整器(12)是否已加熱，以及當(dāng)要清除燃料蒸汽時(shí)，減小第二閥門(mén)(4)的開(kāi)口，并且用第五閥門(mén)(8，16)，使當(dāng)重整器(12)尚未加熱時(shí)，把包含被清除的燃料的含氧氣體引向燃燒器(13)，而當(dāng)它已經(jīng)加熱時(shí)，把包含被清除的燃料的含氧氣體引向重整器(12)。
7.權(quán)利要求2-6中任何一個(gè)的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(20)還有如下功能當(dāng)清除燃料蒸汽時(shí)，當(dāng)罐(11)吸收的燃料蒸汽量愈大，把第二閥門(mén)(4)的開(kāi)口減小得更多。
8.權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(20)還有如下功能當(dāng)罐(11)所吸收的燃料蒸汽量已經(jīng)達(dá)到一預(yù)先確定的量時(shí)，進(jìn)行罐(11)所吸收的燃料蒸汽的清除。
9.權(quán)利要求1-6中任何一個(gè)的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(20)還有如下功能只有當(dāng)燃料電池系統(tǒng)所要求的負(fù)載低于一預(yù)定的低負(fù)載時(shí)，才進(jìn)行罐(11)所吸收的燃料蒸汽的清除。
10.一種燃料電池系統(tǒng)包括一個(gè)增壓機(jī)構(gòu)(5)，它吸入含氧氣體并把它在壓力下傳輸一個(gè)燃料箱(10)，一個(gè)重整器(12)，它從燃料箱(10)提供的原燃料產(chǎn)生含氧氣體，一個(gè)燃料電池(1)，它通過(guò)從增壓機(jī)構(gòu)(5)來(lái)的含氧氣體和從重整器(12)來(lái)的含氫氣體的反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生功率。一個(gè)連接到燃料箱(10)的罐(11)，它從燃料箱(10)吸收燃料蒸汽，以及當(dāng)要把罐(11)所吸收的燃料蒸汽清除時(shí)，連接罐(11)到增壓機(jī)構(gòu)(5)的吸氣側(cè)的裝置。
全文摘要
提供一個(gè)壓縮機(jī)5，以調(diào)整提供給燃料電池系統(tǒng)的含氧氣體的壓力，一個(gè)節(jié)流閥門(mén)4，以控制部分含氧氣體的通道表面積，及切斷閥門(mén)7，8，以把壓縮機(jī)5下游的含氧氣體在燃料電池和重整器12之間分配。當(dāng)為罐所吸收的燃料蒸汽被清除時(shí)，節(jié)流閥門(mén)4的開(kāi)口被減小，而使罐11與壓縮器5的上游側(cè)連通。由于壓縮機(jī)5的上游負(fù)壓，為罐所吸收的燃料蒸汽被分配到重整器12或燃燒器13之間并被處理。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1554131SQ0280271
公開(kāi)日2004年12月8日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月17日
發(fā)明者伊藤泰之, 宮漥博史, 史 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社