CN101069316A - 燃料电池系统及其漏气检查方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的燃料电池系统(100)，具有：燃料电池组(10)、向燃料电池组(10)供给燃料气体的燃料系统(1)、在该燃料系统(1)中形成不包含燃料电池组(10)的封闭空间(12)的开关阀(SV1～SV3、SV12)。从还具有检查气体填充口功能的开关阀(SV3)向封闭空间(12)内填充检查气体。在检查结束后，从还具有检查气体排出口功能的开关阀(SV12)将封闭空间(12)内的检查气体排出。

Description

燃料电池系统及其漏气检查方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统及其漏气检查方法，尤其涉及有利于抑制因实施漏气检查而导致燃料电池性能低下的技术。
背景技术
对于燃料电池而言，正确检测反应气体(燃料气体、氧化剂气体)的泄漏是非常重要的，应这种要求，例如在日本特开2002-334713号公报中公开有如下方法：以氦气体作为检查气体，填充到燃料气体流路、氧化剂气体流路中，由此来检测泄漏量。
然而，在检查结束后，将检查气体从组装在燃料电池系统中的燃料气体(或氧化剂气体)排出口排出后，与燃料气体(或氧化剂气体)不同的检查气体有可能会混入燃料电池组内，导致燃料电池组的性能降低。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统及其漏气检查方法，其有利于抑制因实施漏气检查而导致燃料电池性能低下。
为解决所述问题，本发明的燃料电池系统具有：燃料电池；气体流路，其向燃料电池供给反应气体；和封闭空间形成机构，其在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间，所述封闭空间具有检查气体填充口以及检查气体排出口。
采用这种结构，检查气体可经由检查气体填充口而被直接填充到不包含燃料电池的封闭空间内，并可经由检查气体排出口从封闭空间被直接放出到外部，因此能够减少检查气体向燃料电池内的混入。
在本发明的燃料电池系统中，也可以在与所述检查气体排出口相连的检查气体排出系统中设置降压机构，用于将检查气体降压到规定压力以下，采用这种结构，能够降低检查气体向外部的放出压力。
本发明的燃料电池系统中，也可以在与所述检查气体排出口相连的检查气体排出系统中设置用于回收检查气体的回收机构，采用这种结构，能够对已使用过的检查气体进行再次利用。此外也可以在所述检查气体排出系统的回收机构上游侧设置对检查气体进行加压的加压机构，采用这种结构，即使检查气体排出系统的内压降低，也能够向回收机构进行回收。
本发明的燃料电池系统的漏气检查方法是对具有所述任一结构的燃料电池系统的漏气进行检查的方法，其具有：在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间的工序、从所述检查气体填充口向形成于气体流路中的封闭空间内填充检查气体的工序、以及将填充于封闭空间内的检查气体从所述检查气体排出口向外部放出的工序。
采用这种结构，检查气体可经由检查气体填充口而被直接填充到不包含燃料电池的封闭空间内，并可经由检查气体排出口从封闭空间被直接放出到外部，因此能够减少检查气体向燃料电池内的混入。
本发明的另一燃料电池系统的泄漏检查方法是具有向燃料电池供给反应气体的气体流路的燃料电池的泄漏检查方法，其具有：在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间的工序、从设置于封闭空间内的检查气体填充口填充检查气体的工序、以及将检查气体从封闭空间不经燃料电池而向外部放出的工序。
采用这种结构，由于检查气体经检查气体填充口而被直接填充到不包含燃料电池的封闭空间内，并从封闭空间不经燃料电池而直接放出到外部，因此能够减少检查气体向燃料电池内的混入。
在该泄漏检查方法中，也可以经由检查气体填充口从封闭空间排出检查气体，采用这种结构，能够实现检查气体填充系统与排出系统的共用化。
在该泄漏检查方法中，也可以将从封闭空间排出的检查气体降压到规定压力以下，采用这种结构，能够使检查气体向外部放出的放出压力降低。
在该泄漏检查方法中，也可以对从封闭空间排出的检查气体进行回收，采用这种结构，能够对使用过的检查气体进行再利用。此外，也可以对从封闭空间排出的检查气体进行加压并回收到罐内，采用这种结构，即使检查气体排出系统的内压比罐内压低，也能够向罐内进行回收。
本发明的另一燃料电池系统具有向燃料电池供给反应气体的气体流路，具有设置于所述气体流路上的多个截止阀、以及将检查气体向所述气体流路供给及从所述气体流路排出的检查气体装置，该检查气体装置在被所述截止阀围成的区间内与所述气体流路连接。
就这种结构而言，若关闭截止阀，则在气体流路上形成不包含燃料电池的封闭空间。可以从与该封闭空间连接的检查气体装置直接向该封闭空间内填充检查气体。另外在检查结束后，可从该封闭空间不经燃料电池而将检查气体直接放出到外部。由此能减少检查气体向燃料电池内的混入。
附图说明
图1是系统结构图，表示了本发明第1实施方式的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接而进行该燃料电池系统的漏气检查的检查气体控制装置。
图2是表示对图1中系统结构进行漏气检查的顺序的流程图。
图3是图1中的要部放大图，表示了在封闭空间内填充检查气体的状态。
图4是图1中的要部放大图，表示了从封闭空间排出检查气体的状态。
图5是本发明第2实施方式的系统结构图，表示了作为漏气检查对象的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接而进行该燃料电池系统的漏气检查的检查气体控制装置。
图6是表示对图5中系统结构进行漏气检查的顺序的流程图。
图7是图5中的要部放大图，表示了在封闭空间内填充检查气体的状态。
图8是图5中的要部放大图，表示了从封闭空间排出检查气体的状态。
图9是本发明第3实施方式的系统结构图，表示了作为漏气检查对象的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接而进行该燃料电池系统的漏气检查的检查气体控制装置。
图10是表示对图9的系统结构进行漏气检查的顺序的流程图。
图11是图9中的要部放大图，表示了在封闭空间内填充检查气体的状态。
图12是图9中的要部放大图，表示了从封闭空间内排出检查气体的状态。
具体实施方式
以下参照附图，对实施本发明的优选实施方式进行说明。其中，本发明的燃料电池系统除适用于电动车等移动体中所装载的燃料电池系统以外，还可适用于定置型燃料电池系统等。
(第1实施方式)
图1是系统结构图，表示了作为漏气检查对象的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接而进行该燃料电池系统的漏气检查的检查气体控制装置。
如图1所示，燃料电池系统100具有用于向燃料电池组(燃料电池)10供给用作燃料气体的氢气的系统(以下称为燃料系统1)和供给用作氧化剂气体的空气的系统(未图示)。燃料电池组10具有多层重叠电池而成的堆叠构造，其中，所述电池由具有氢气、空气、冷却水的流路的隔板、和被一对隔板所夹的MEA(膜电极组件，MembraneElectrode Assembly)构成。
在用于向燃料电池组10供给氢气的燃料系统(气体流路)1中，除氢供给源11以外，还按规定的相互间隔配置有开关阀SV1及开关阀SV2。另外，由该开关阀SV1、SV2所划分出的配管1a的分支部A、B分别分出配管13、14，在该配管13、14的中途分别配置有开关阀SV3及开关阀SV12。
该开关阀SV1～SV3、SV12被用作封闭空间形成机构，用于在燃料系统1的燃料电池组10上游侧形成不包含该燃料电池组10的封闭空间12。另外，开关阀SV3用于控制向封闭空间12填充、停止填充检查气体，被用作检查气体填充口。另一方面，开关阀SV12用于控制从封闭空间12排出、停止排出检查气体，被用作检查气体排出口。
检查气体填充系统2经由连接器20连接于配管13上，用于从检查气体控制装置侧向封闭空间12内填充检查气体。该检查气体填充系统2从连接器20一侧顺次具有开关阀SV11及检查气体供给源32等。
另一方面，检查气体排出系统3经由连接器21连接于配管14上，用于向外部放出封闭空间12内的检查气体。即，检查气体排出系统3经由配管14的一部分(开关阀SV12至连接器21之间)，与作为检查气体排出口的开关阀SV12相连。
该检查气体排出系统3从连接器21一侧顺次具有降压机构PRV、将来自封闭空间12的检查气体加压后压送到储存罐(回收机构)60的泵(加压机构)61、以及用于回收检查气体的储存罐60。降压机构PRV具有将从封闭空间12排出的检查气体调压(降压)到规定压力的功能，例如可采用节流孔或调压阀等。
控制部50控制开关阀SV1～SV3、开关阀SV11、SV12的开关、泵61的动作、以及检查气体从检查气体供给源32的供给、停止供给等。
接下来参照图2的流程图对本实施方式的漏气检查方法进行说明。在本说明中，根据需要还会参照图3及图4。另外，开关阀SV3、SV11及SV12被截断。
首先，截断开关阀SV1、SV2(步骤S1)，在燃料系统1的开关阀SV1～SV3、及开关阀SV12之间形成不包含燃料电池组10的封闭空间12。接下来，开放配管13的开关阀SV3和检查气体填充系统2的开关阀SV11(步骤S3)，将来自检查气体供给源32的检查气体导入(填充)至封闭空间12内。
然后，按图3中的实线箭头所示，从设置于封闭区间12的开关阀SV3(检查气体填充口)将检查气体导入该封闭空间12内。然后，截断开关阀SV3、SV11(步骤S7)，例如通过监视设置于封闭区间12内的未图示的压力传感器的检测值等来进行封闭区间12的漏气判定(步骤S9)。在漏气判定结束后，开放开关阀SV12(步骤S11)。
然后，通过封闭空间12的内压P1与比配管14的开关阀SV12靠近泵60侧的内压P2之间的压力差ΔP(＝P1-P2＞0)，填充到封闭空间12内的检查气体如图4中的实线箭头所示，经由开关阀SV12(检查气体排出口)从该封闭空间12排出。被排出的检查气体经降压机构PRV调压(降压)到规定压力之后，由泵61不经燃料电池组10而回收到储存罐60。
如以上说明，采用本实施方式，检查气体经由开关阀SV3而被直接填充到不包含燃料电池组10的封闭空间12内，并且不经由燃料电池组10，经开关阀SV12从封闭空间12直接放出到外部，因此不会到达燃料电池组10。由此能有效抑制因实施漏气检查而导致的燃料电池组10的性能低下。
此外，在本实施方式中，由于从封闭空间12排出的检查气体被回收至储存罐60内，所以使用过的检查气体能够被再利用。而且即使随着检查气体的回收，比配管14的开关阀SV12靠近连接器21侧及检查气体排出系统3的内压低于罐内压，也能由泵61对检查气体加压从而将其回收到储存罐60内，因此能够谋求回收率的提高以及检查费用的减少。
(第2实施方式)
图5是系统结构图，表示了利用第2实施方式的漏气检查方法的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接的检查气体控制装置(检查气体装置)。
如图5所示，燃料电池系统110具有用于向燃料电池组(燃料电池)10供给作为燃料气体的氢气的系统(以下称为燃料系统1)和用于供给作为氧化剂气体的空气的系统(未图示)。燃料电池组10燃料电池组10具有多层重叠电池而成的堆叠构造，其中，所述电池由具有氢气、空气、冷却水的流路的隔板、和被一对隔板所夹的MEA(膜电极组件， Membrane  Electrode  Assembly)构成。
在用于向燃料电池组10供给氢气的燃料系统(气体流路)1中，除氢供给源11以外，还按规定的相互间隔配置有开关阀(截止阀)SV1及开关阀(截止阀)SV2。另外，由该开关阀SV1及开关阀SV2所划分出的配管1a的分支部A分出配管(气体流路)13，在该配管13的中途配置有开关阀(截止阀)SV3。
该开关阀SV1～SV3被用作封闭空间形成机构，用于在燃料系统1的燃料电池组10上游侧形成不包含该燃料电池组10的封闭空间12。另外，开关阀SV3用于控制向封闭空间12填充、停止填充检查气体、以及从封闭空间12排出、停止排出检查气体，被用作检查气体填充口及检查气体排出口。
检查气体控制装置侧的检查气体填充系统2经由连接器20连接于配管13的与分支部A相反一侧的端部。该检查气体填充系统2从连接器20一侧顺次具有开关阀SV11、单向阀CV1及检查气体供给源32等。单向阀CV1仅允许从检查气体供给源32侧向封闭空间12侧的气体流通，而禁止反方向的气体流通，例如可采用止回阀等。
另外，在检查气体填充系统2的中途，更详细地说是在开关阀SV11同止回阀CV1之间连接有检查气体排出系统3。该检查气体排出系统3从连接部B侧顺次具有截止阀SV12及降压机构PRV1。降压机构PRV1具有将从封闭空间12排出的检查气体降压到规定压力以下的功能，例如可采用节流孔或调压阀等。
如上所述，配管13兼具用于向封闭空间12内接收来自检查气体控制装置侧的检查气体的检查气体填充路的一部分、以及用于将封闭空间12内的检查气体向外部放出的检查气体排出路的一部分。
控制部50控制开关阀SV1～SV3、开关阀SV11、SV12的开关、以及从检查气体供给源32的检查气体的供给与停止供给等。
接下来，参照图6的流程图，对本实施方式的漏气检查方法进行说明。在本说明中，根据需要还会参照图7及图8。另外，开关阀SV3、SV11及SV12被截断。
首先，截断开关阀SV1、SV2(步骤S1)，在被燃料系统1的开关阀SV1～SV3所围出的区间内形成不包含燃料电池组10的封闭空间12。接下来，开放配管13的开关阀SV3和检查气体填充系统2的开关阀SV11(步骤S3)，将来自检查气体供给源32的检查气体导入(填充)至封闭空间12内(步骤S5)。
然后，按图7中的实线箭头所示，从设置于封闭空间12的开关阀SV3(检查气体填充口)将检查气体导入该封闭空间12内。然后，截断开关阀SV3、SV11(步骤S7)，例如通过监视设置于封闭空间12内的未图示的压力传感器的检测值等来进行封闭空间12的漏气判定(步骤S9)。在漏气判定结束后，开放开关阀SV3、SV11、SV12(步骤S11)。
然后，通过封闭空间12的内压P1与检查气体排出系统3的内压P2之间的压力差ΔP(＝P1-P2＞0)，填充到封闭空间12内的检查气体如图8中的实线箭头所示，经由开关阀SV3(检查气体填充口)从该封闭空间12排出，流经检查气体排出系3，不经燃料电池组10而被放出到外部。此时，由于放出到外部的检查气体经降压机构PRV1调整到低压、低速，因此对外部的影响较小。
如以上所作说明，采用本实施方式，检查气体经由开关阀SV3而被直接填充到不包含燃料电池组10的封闭空间12内，并且不经由燃料电池组10，经开关阀SV3从封闭空间12直接放出到外部，因此不会到达燃料电池组10。由此能有效抑制因实施漏气检查而导致的燃料电池组10的性能低下。
另外，开关阀SV3不仅起到检查气体填充口的作用，还兼用作于检查气体排出口，由此能够实现用于向封闭空间12内填充检查气体的填充系统的一部分、同用于将检查气体从封闭空间12排出的排出系统的一部分的共用化，能够实现系统结构的简略化。
(第3实施方式)
图9是系统结构图，表示了利用第3实施方式的漏气检查方法的燃料电池系统的一部分、以及与该燃料电池系统连接的检查气体控制装置。其中，对与第2实施方式(图5)相同或类似的构成要素标以相同的标号并省略对其说明，以下以相异部分为中心进行说明。
如图9所示，在检查气体控制装置侧的检查气体填充系统2上，从连接器20一侧顺次具有三通阀TWV1及降压(调压)阀PRV2，检查气体排出系统3的一端与该三通阀TWV1相连接。检查气体排出系统3的另一端(放出侧)连接有用于回收检查气体的储存罐60。
检查气体排出系统3除该储存罐60，还具有对来自封闭空间12的检查气体进行加压而压送至储存罐60的泵61、与泵61并联的旁路系统4、配置于旁路系统4上的单向阀CV2。单向阀CV2仅允许从封闭空间12侧向储存罐60侧的气体流通，而禁止反方向的气体流通，例如可采用止回阀等。
控制部51控制开关阀SV1～SV3、三通阀TWV1的开关、泵61的转数、以及从检查气体供给源32的检查气体的供给开始和供给停止等。
接下来，参照图10的流程图，对本实施方式的漏气检查方法进行说明。
首先，截断开关阀SV1、SV2(步骤S1)，在由燃料系统1的开关阀SV1～SV3所围出的空间内形成不包含燃料电池组10的封闭空间12。接下来，开放配管13的开关阀SV3和检查气体填充系统2中从三通阀TWV1的检查气体供给源32侧向封闭空间12侧的流路，并将来自检查气体供给源32的检查气体导入(填充)至封闭空间12内(步骤S5)。
然后，按图11中的实线箭头所示，从设置于该封闭空间12的开关阀SV3(检查气体填充口)将来自检查气体供给源32的被降压阀PRV2降压(调压)成规定压力的检查气体导入该封闭空间12内。然后，截断开关阀SV3(步骤S23)，例如通过监视设置于封闭空间12内的未图示的压力传感器的检测值等来进行封闭空间12的漏气判定(步骤S9)。
在漏气判定结束后，开放开关阀SV3，并且在开放三通阀TWV1的从封闭空间12侧向储存罐60侧的流路的同时，截断向检查气体供给源32侧的流路(步骤S25)。然后，通过封闭空间12的内压与检查气体排出系统3内压之间的压力差，填充到封闭空间12内的检查气体如图12中的实线箭头所示，经由开关阀SV3(检查气体填充口)从该封闭空间12排出。被导入检查气体排出系统3。
被导入检查气体排出系统3的检查气体经过旁路4而被回收至储存罐60中。即，封闭空间12内的检查气体，不经由燃料电池组10地从封闭空间12排出而回收到储存罐60内。随着回收的进行，当检查气体排出系统3的配管压力降低而需泵61进行运转时(步骤S27：YES)，起动泵61(步骤S29)，如图12中虚线箭头所示，对检查气体进行加压而将其回收至储存罐60中。在进行步骤S27的判断时，例如根据配置于检查气体排出系统3中适当位置上的未图示的压力传感器的检测值进行判断。
如以上所作说明，采用本实施方式也能有效抑制因实施漏气检查而导致的燃料电池组10的性能低下，并且通过用于向封闭空间12内填充检查气体的填充系统的一部分、同用于将检查气体从封闭空间12排出的排出系统的一部分的共用化，能够谋求系统结构的简略化。
此外，在本实施方式中，由于从封闭空间12排出的检查气体被回收至储存罐60中，因此能够对使用过的检查气体进行再利用。而且，即使检查气体排出系统的内压低于罐内压，也能由泵61对检查气体加压而将其回收到储存罐60内，因此能够谋求回收率的提高以及检查费用的减少。
以上根据附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限定于这些实施方式，在不脱离本发明要旨的范围内所做的设计变更等也包含在本发明的范围内。例如，在所述各实施方式中，封闭空间12形成于燃料系统1的燃料电池组上游侧，但只要是不在内包含燃料电池组10的封闭空间，也可以形成于燃料系统1的其他部分或空气供给系统中。
工业实用性
采用本发明，在进行漏气检查时，检查气体不会到达燃料电池，因此能够有效抑制因实施漏气检查而导致燃料电池的性能低下，另外，由于能够对使用过的检查气体进行回收、再利用，所以能够谋求检查费用的减少。由此，本发明能够被广泛应用于有相关要求的燃料电池系统及其漏气检查方法中。

Claims (11)

1.燃料电池系统，其中，
具有：燃料电池；气体流路，其向燃料电池供给反应气体；和封闭空间形成机构，其在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间，
所述封闭空间具有检查气体填充口以及检查气体排出口。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在与所述检查气体排出口相连的检查气体排出系统中设置有降压机构，用于将检查气体降压到规定压力以下。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
在与所述检查气体排出口相连的检查气体排出系统中设置有用于回收检查气体的回收机构。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
在所述检查气体排出系统的回收机构上游侧设置有对检查气体进行加压的加压机构。
5.权利要求1至4中任一项所述的燃料电池系统的漏气检查方法，其中，
具有：在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间的工序、从所述检查气体填充口向形成于气体流路中的封闭空间内填充检查气体的工序、以及将填充于封闭空间内的检查气体从所述检查气体排出口向外部放出的工序。
6.具有向燃料电池供给反应气体的气体流路的燃料电池系统的泄漏检查方法，其中，
具有：在气体流路中形成不包含燃料电池的封闭空间的工序、从设置于封闭空间内的检查气体填充口填充检查气体的工序、以及将检查气体从封闭空间不经燃料电池而向外部放出的工序。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统的漏气检查方法，其中，
经由检查气体填充口从封闭空间排出检查气体。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统的漏气检查方法，其中，
将从封闭空间排出的检查气体降压到规定压力以下。
9.根据权利要求6或7所述的燃料电池系统的漏气检查方法，其中，
对从封闭空间排出的检查气体进行回收。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统的漏气检查方法，其中，
对从封闭空间排出的检查气体进行加压并回收到罐内。
11.燃料电池系统，具有向燃料电池供给反应气体的气体流路，其中，
具有设置于所述气体流路上的多个截止阀、以及将检查气体向所述气体流路供给及从所述气体流路排出的检查气体装置，
该检查气体装置在被所述截止阀围成的区间内与所述气体流路连接。
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