CN101233645B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

通过简单的构造提高从燃料电池中排放的水分量。燃料电池系统包括：用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力的燃料电池(12)；在向燃料电池(12)供给阳极气体的气体循环系统中设置于燃料电池(12)的下游的排气阀(28)；在气体循环系统中设置于燃料电池(12)的上游并提高气体循环系统中的气体压力的调节器(46)；以及ECU(40)，在通过利用调节器(46)使得气体压力保持升高到高于通常时的水平的状态下，ECU打开排气阀(28)。因此，能够提高燃料电池(12)中的气体流率和流速，并且能够增加在燃料电池(12)中停滞的水分的排放量。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术
在向燃料电池供应阳极气体(氢气)的系统中，迄今已经使用一种阳极循环系统，该系统将从燃料电池的阳极排放的阳极废气供应回阳极。在这种系统中，日本专利特开No.2003-317766披露了一种技术，用于当在燃料电池中产生堵塞的废水时通过打开放泄阀而消除堵塞的废水。
发明内容
然而，利用在日本专利公开No.2003-317766中披露的技术，为了消除在燃料电池中的堵塞的水，需要向系统添加新的部件例如喷射器、管道等。这产生了系统制造成本增加的问题。
本发明旨在解决如上所述问题并且本发明的一个目的在于增加从燃料电池内部排放的水分量。
为了实现以上目的，根据本发明的第一方面，提供一种燃料电池系统，它包括：燃料电池，该燃料电池用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力；在阳极系统流路中设置于燃料电池的下游的排出阀，该阳极系统流路向所述燃料电池供给所述阳极气体以及从所述燃料电池排放所述阳极气体；用于提高所述阳极系统流路内的气体压力的压力升高装置；以及控制装置，该控制装置用于在当所述排出阀打开时的至少一部分时段内操作所述排出阀和所述压力升高装置，使得所述气体压力升高到高于通常时的水平。
根据本发明的第二方面，提供如在第一方面中描述的燃料电池系统，其中，在通过使用所述压力升高装置使得所述气体压力保持升高的状态下，所述控制装置打开所述排出阀。
根据本发明的第三方面，提供如在第一方面中描述的燃料电池系统，其中，在当所述排出阀被打开的时刻，所述控制装置开始通过使用所述压力升高装置实现的压力升高。
根据本发明的第四方面，提供如在第三方面中描述的燃料电池系统，其中，在打开所述排出阀时，所述控制装置使通过使用所述压力升高装置实现的压力升高的目标值逐渐降低。
根据本发明的第五方面，提供如在第一方面到第四方面的任一个中描述的燃料电池系统，其中，所述阳极系统流路包括将阳极气体从阳极气体供应源引导到所述阳极的阳极气体流路和从所述阳极排放阳极废气的阳极废气流路，其中所述压力升高装置具有用于将所述阳极气体流路内的阳极气体的一次压力调节到作为目标压力的二次压力的调节器，并且暂时地使得所述调节器的开度比通常时大。
根据本发明的第六方面，提供如在第五方面中描述的燃料电池系统，还包括：用于探测所述阳极气体流路的气体压力的压力传感器，其中所述压力升高装置调整所述调节器的开度，从而所述阳极气体流路中的气体压力变为压力升高的目标值。
根据本发明的第七方面，提供如在第六方面中描述的燃料电池系统，其中，所述阳极系统流路是气体循环系统，还包括用于将阳极废气从所述阳极废气流路引导到所述阳极气体流路的循环设备。
根据本发明的第八方面，提供如在第七方面中描述的燃料电池系统，还包括：用于从所述气体循环系统内的气体收集水分的气液分离器，其中所述排出阀连接到所述气液分离器，并且同时具有排放在所述气液分离器中收集的水分的功能以及排出在所述气体循环系统内的气体的功能。
根据本发明的第九方面，提供如在第七或者第八方面中描述的燃料电池系统，其中，所述调节器被设置于将所述阳极废气引入所述阳极气体流路中的位置的上游。
为了实现以上目的，根据本发明的第十方面，提供一种燃料电池系统，包括：燃料电池，该燃料电池用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力；在阳极系统流路中设置于燃料电池的下游的排出阀，该阳极系统流路向所述燃料电池供给所述阳极气体以及从所述燃料电池排放所述阳极气体；用于提高所述阳极系统流路内的气体压力的压力升高设备；以及控制设备，该控制设备用于在当所述排出阀打开时的至少一部分时段内操作所述排出阀和所述压力升高设备，使得所述气体压力升高到高于通常时的水平。
根据本发明的第十一方面，提供如在第十方面中描述的燃料电池系统，其中，在通过使用所述压力升高设备使得所述气体压力保持升高的状态下，所述控制设备打开所述排出阀。
根据本发明的第十二方面，提供如在第十方面中描述的燃料电池系统，其中，在当所述排出阀被打开的时刻，所述控制设备开始通过使用所述压力升高设备实现的压力升高。
根据本发明的第十三方面，提供如在第十到第十二方面的任一个中描述的燃料电池系统，其中，所述阳极系统流路包括将阳极气体从阳极气体供应源引导到所述阳极的阳极气体流路和从所述阳极排放阳极废气的阳极废气流路，其中所述压力升高设备具有用于将所述阳极气体流路内的阳极气体的一次压力调节到作为目标压力的二次压力的调节器，并且暂时地使得所述调节器的开度比通常时大。
根据本发明，因为在通过使用压力升高装置使气体压力保持升高到高于通常时的水平的状态下、或者在开始压力升高的同时打开排出阀，能够提高燃料电池中的气体流率和流速，并且能够增加在燃料电池中停滞的水分的排放量。因此，能够防止燃料电池中的水分停滞。因此，能够防止燃料电池的发电效率由于水分停滞而降低。而且，因为在从氢气罐供给阳极气体的系统中，可以使用设置于氢气罐下游的作为压力升高装置的可变调节器，能够排放燃料电池中的水分而无需向系统添加新的部件。
特别是根据第三方面，因为在当排出阀被打开的时刻利用压力升高装置开始压力升高，因此，利用位于燃料电池上游的压力升高装置升高气体压力，而通过打开位于燃料电池下游的排出阀降低气体压力并且因此能够增加在燃料电池的入口和出口处的压力差。因此，能够增加燃料电池中的待排放的水分的量。
特别是根据第四方面，因为在打开排出阀时通过使用压力升高装置实现的压力升高的目标值逐渐降低，因此能够防止在气体流路中发生突然的压力变化。因此，能够降低由于压力升高而引起燃料电池的负载，并且能够提高燃料电池的可靠性和耐用性。
特别是根据第八方面，通过使用设置于气体-空气分离器中的排出阀，能够执行从气体循环系统排水和从气体循环系统排气。因此，能够减少构成该系统的部件数目，并且制造成本可被显著降低。
附图说明
图1是示出涉及本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造的示意图。
图2(A)和2(B)是示出排气阀的阀门打开时刻与入口压力P1和出口压力P2之间的关系的时序图。
图3(A)到3(C)是示出其中利用不同于图2(A)和2(B)所示方法的方法设定目标压力的实例的时序图。
图4是示出涉及本发明的第二实施例的燃料电池系统的构造的示意图。
图5是示出在排气/排水阀的阀门打开时刻和由压力传感器探测到的压力值之间的关系的时序图。
参考数字的描述
10    燃料电池系统
12    燃料电池
14    阳极气体流路
24    阳极废气流路
26    气液分离器
28    排气阀
40    ECU
46    调节器
48    排气/排水阀
具体实施方式
在下面基于附图描述本发明的一些实施例。顺便提及的是，相同的参考数字用于引用附图中共同的元件并且由此略去重复解释。本发明绝对不由下面的实施例加以限制。
实施例1
图1是示出涉及本发明的第一实施例的燃料电池系统10的构造的示意图。如图1所示，阳极气体流路14和阴极气体流路16连接到燃料电池(FC)12。阳极气体流路14连接到充有高压氢气的氢气罐18，并且从氢气罐18向阳极供给富氢阳极气体。泵20设置在阴极气体流路16中，并且通过泵20驱动，含有作为氧化气体的氧气的阴极气体供给到阴极。
从阳极排放的阳极废气被供给到阳极废气流路24。泵22设置在阳极废气流路24中并且从阳极排放的阳极废气通过泵22的驱动被再次返回到阳极气体流路14。因此，在阳极系统流路中形成循环系统。返回到阳极气体流路14的阳极废气与从氢气罐18供给的氢气一起被再次供给到阳极。这使得在阳极废气中含有的未反应的氢气在燃料电池12中发生反应，由此使得能够提高氢气利用效率。
收集阳极废气中的水分的气液分离器26被设置在阳极废气流路24中。排水阀连接到气液分离器26。通过打开排水阀，排放在气液分离器26中收集的阳极废气中的水分。
在气液分离器26的下游，排气阀28连接到阳极废气流路24。当在由阳极废气流路24、阳极气体流路14、燃料电池12构成的阳极循环系统中含有大量杂质成分例如氮气(N2)时，通过间歇地打开排气阀28进行净化并且这些成分被排放到流路36。
具体地，当探测或者估计出阳极循环系统的杂质浓度并且杂质浓度高于预定值时，排气阀28被间歇地打开并且这些杂质与阳极废气一起被排放。因此，通过间歇地打开排气阀28，能够最小化阳极废气中的未发生反应的氢气的排放。
燃料电池12的输出(电压值、电流值)随着阳极循环系统中含有的杂质例如氮气的数量增加而下降。因此，能够采用如下方法，即它涉及监视燃料电池12的输出以及当输出降低到低于预定标准值时通过打开排气阀28而排放杂质。
在另一方面，从阴极排放的阴极废气流经阴极废气流路30并且最终从消声器32被排放。调节阴极中的压力的控制阀31被设置在阴极废气流路30中。在阴极废气流路30中，在消声器32的上游设置稀释设备34。流路36连接到稀释设备34，并且在从排气阀28排放的阳极废气中的氢气与杂质例如氮气一起被稀释设备34稀释并且被排放到外界。
在阳极气体流路14中，在氢气罐18的下游设置调节器46。调节器46将燃料电池12的入口处的阳极气体的压力调节到所需的适当值。调节器46可以是在高频下驱动并且能够连续地改变阀门打开时间的电磁阀、能够改变气体流路中的气体所通过的开口面积的电磁阀(可变孔隙)或者能够改变隔膜运动的阀。
在调节器46的下游，压力传感器42连接到阳极气体流路14。而且，在到排气阀28的连接部分的下游，压力传感器44连接到阳极废气流路24。压力传感器42探测在燃料电池12的入口处的阳极气体的压力(入口压力P1)，而压力传感器44探测在燃料电池12的出口处的阳极废气的压力(出口压力P2(排气阀28的一次压力))。
如图1所示，本发明的系统设有ECU(电子控制单元)40。除了上述压力传感器42、44，各种类型的传感器(未示出)被连接到ECU以用于探测燃料电池12的输出(电压值、电流值)等，从而掌握系统运行状态。而且，上述调节器46、排水阀38、排气阀28等连接到ECU40。
虽然如上所述，当燃料电池12产生电力时在阴极中产生水，但是在阴极中产生的水的一部分渗透到燃料电池12中的阳极侧。并且当已经渗透阳极的水在燃料电池12中停滞时，这种停滞有时可降低燃料电池12的发电效率。
因此，在该实施例中，为了排放在燃料电池12中停滞的所产生的水，通过在预定情形中打开排气阀28提高阳极循环系统的气体流率和流速，由此所产生的水从燃料电池12内部被排放到阳极废气流路24。
当产生的水在燃料电池12中停滞时，这阻碍了阳极气体向电解质薄膜的供应，并且因此燃料电池12的输出(电压值、电流值)降低。因此，即使当排气阀28被打开从而排放燃料电池12中的水时，也能够基于燃料电池12的输出执行控制。例如，当燃料电池12的输出已经变得低于预定值时，优选地通过打开排气阀28排放在燃料电池12中停滞的所产生的水。
在从燃料电池12的内部排放产生的水时，与排气阀28的阀门打开时刻同步，通过暂时地使得调节器46的开度比通常时更大，供给到燃料电池12的阳极气体的压力被升高到高于通常时的水平。因此，阳极气体的流率和流速增加，使得能够在短时间内排放在燃料电池12中产生的水。因此，能够减少由于在燃料电池12中停滞的水分导致的发电效率的降低，并且能够改进系统效率和燃料消耗。
当阳极气体的压力未被提高时，必须长时间地打开排气阀28从而排放燃料电池12中的水分。然而，根据本实施例的方法，可以通过提高阳极气体的压力增加阳极气体的流率和流速，并且因此能够最小化当从燃料电池12内部排放产生的水时打开排气阀28的时间。因此，能够最小化从流路36排放的阳极废气中的未发生反应的氢气数量，并且减轻系统效率和燃料消耗的的降低。
当已经执行净化而不提高阳极气体的压力时，必须以更大的流率排出阳极废气从而排放燃料电池12中的水分，并且因此需要适于废气流率的大的排气阀28。然而，在该实施例中，可以通过提高阳极气体的压力增加废气的流速，并且因此即使在排气阀28微型化的情形中也能够保证理想的废气流率。因此，与阳极废气的压力未被升高的情形相比，能够使得排气阀28微型化并且能够减小排气阀28的安装空间并且降低部件成本。
仅当从燃料电池12的内部排放产生的水时，通过调节器46提高阳极气体的压力。因此，高压阳极气体不总是供给到燃料电池12并且能够减小燃料电池12的可靠性和耐用性的降低。
因为通过使用通常设置在燃料电池系统10中的调节器46执行阳极气体的压力升高，因此无需为了压力升高而添加新的部件。因此，可以构建一种排放燃料电池12内的水分的系统而不增加制造成本。
图2(A)和2(B)是示出排气阀28的阀门打开时间和由压力传感器42、44探测的入口压力P1与出口压力P2之间的关系的时序图。图2(A)示出一种情形，其中利用该实施例的方法，根据排气阀28的打开时刻阳极气体的压力提高。作为比较，图2(B)示出一种情形，其中当排气阀28被打开时，阳极气体的压力未被升高，而是保持通常的压力。
在图2(A)和2(B)中，利用实线示意入口压力P1和出口压力P2，在该实施例中，基于入口压力P1的目标值(目标入口压力)调整调节器46的开度，并且在图2(A)中，与入口压力P1一起，利用虚线示意目标入口压力。如图2(A)和2(B)中所示，因为在燃料电池12中发生压力损失，因此出口压力P2变得低于入口压力P1。
如图2(A)和2(B)中所示，在正常运行期间，目标入口压力被设定为P0并且入口压力P1被控制为压力P0。根据系统运行状态例如燃料电池12的输出和燃料电池12的温度，目标入口压力被确定并且除了在排气阀28的阀门打开时，被调节到固定值P0。更具体地，压力P0被调整到一定范围内的较低压力，从而燃料电池12的操作是完全可能的。这使得阳极气体的压力对燃料电池12造成的负载降低，并且能够抑制燃料电池12中的氢气的横向泄漏并且提高燃料电池12中的电解质薄膜的耐用性和可靠性。
如图2(A)和2(B)中所述，在时刻t1打开排气阀28从而排放在燃料电池12中产生的水并且在时刻t2关闭排气阀28。在示于图2(A)中的该实施例的方法中，在比打开排气阀28的时刻t1更早的时刻t0，目标入口压力被升高到大于P0的值。因此，在时刻t0，调节器46的开度被暂时地设为比通常时更大，并且从时刻t0开始及以后的时间，入口压力P1和出口压力P2均增加。并且最终入口压力P1达到已被提高的目标入口压力。
在入口压力P1达到目标入口压力之后，在时刻t1打开排气阀28。在此情形中，在燃料电池12的入口侧上，调节器46的设定压力被设为高于通常时的水平。而且，在燃料电池12中发生压力损失并且燃料电池12的内部是一缓冲空间并且在气体通过期间提供阻力。因此，就在排气阀28在时刻t1被打开之后，升高的入口压力P1并不马上降低并且入口压力P1被提高的状态得以继续。
在另一方面，因为在燃料电池12的出口处，通过打开排气阀28使得阳极废气流路24通向大气侧，因此在排气阀28的入口和出口处的压力差增加并且被排放的阳极废气的流率增加。因此，在阳极废气流路24中的压力突然地降低。
因此，紧在排气阀28在时刻t1打开之后，出口压力P2的降低率变得高于入口压力P1的降低率。因此，在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12增加并且能够增加在燃料电池12中的流率和流速。因此，当产生的水在燃料电池12中的阳极气体流路中停滞时，由于具有增加的流率和流速的气流而能够立即将产生的水排放到阳极废气流路24。这使得能够可靠地减轻由于产生的水在燃料电池12中停滞而导致发电效率的降低。
当排气阀28在时刻t2被关闭时，目标入口压力被设为P0并且调节器46的开度被恢复为正常时刻的状态。并且从时刻t2开始以及以后的时间，入口压力P1被控制为压力P0。
在燃料电池系统中，期望尽可能地降低被供给到燃料电池中的氢气的压力，从而通过减轻由于电解质薄膜引起的横向泄漏而提高气体利用效率或者从而提高燃料电池组中的薄膜的耐用性和可靠性。然而，当气体压力被降低时，在阳极气体压力和大气压力之间的压力差降低并且当打开排出阀时，排放流率降低。因此，在燃料电池的入口和出口之间的压力差降低并且水分变得易于在燃料电池中停滞，由此产生水从燃料电池的可排放性降低的问题。因此，难以同时地实现燃料电池的效率、耐用性和可靠性的提高以及水的可排放性的提高。
为了解决这种问题，因为在该实施例的方法中，仅当燃料电池12中的水分被排放时提高阳极气体的压力，因此在正常时间能够操作该系统而阳极气体压力被保持降低。因此，不必在正常时间将阳极气体压力设定为稍高的水平以提供水从燃料电池12的可排放性，并且能够抑制横向泄漏在燃料电池12中的发生，并且能够提高系统效率。而且，通过在正常时间降低阳极气体压力，能够降低在燃料电池12的阳极和阴极之间的压力差以及在阳极和大气压力之间的压力差，并且能够提高燃料电池12的可靠性和耐用性。
在另一方面，关于图2(B)的特征，因为目标入口压力总是被保持在固定的值P0并且在打开排气阀28期间入口压力P1未被提高，因此来自排气阀28的流速较低。因此，入口压力P1和出口压力P2与排气阀28的打开同步地降低并且从时刻t1开始及以后入口压力P1的降低率和出口压力P2的降低率变得处于相同的水平。因此在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12与图2(A)的情形相比较小。因此，在燃料电池12中的气体流率和流速低于在图2(A)的情形中的气体流率和流速并且不能可靠地排放在燃料电池12中停滞的产生的水。
因此，根据该实施例，通过在打开排气阀28时提高入口压力P1，能够可靠地排放在燃料电池12中停滞的产生的水，并且可靠地减轻发电效率的降低。
图3(A)到3(C)是示出其中利用不同于图2(A)和2(B)所示的方法设定目标压力的实例的时序图。在图3(A)中，以与在图2(A)中相同的方式执行入口压力P1直至时刻t1的压力升高，在从时刻t1逝去预定时间T之后，目标入口压力被降低到高于P0的预定值，并且在时刻t2将目标入口压力恢复到P0，由此在时刻t1及以后的时刻通过两个步骤降低目标入口压力。如上所述，因为出口压力P2与排气阀28的开度同步地降低，并且就在打开排气阀28之后，燃料电池12中的气体流率和气体速度达到最大值，即使在从时刻t1逝去预定时间T之后降低目标入口压力，也能够在预定时间T期间从燃料电池12排水。同样，由于打开排气阀28，入口压力P1和出口压力P2随着时间的逝去不可避免地降低，并且因此如果降低目标入口压力则不产生任何问题。因此，根据图3(A)的方法，通过在打开排气阀28之后在短时间内降低目标入口压力，能够最小化燃料电池12中的气体压力升高的时间，能够抑制横向泄漏的发生，并且能够提高燃料电池12的可靠性和耐用性。而且，因为通过两个阶段改变目标入口压力，因此在打开排气阀28之后的压力变化变得缓慢并且能够减少燃料电池12中的快速压力变化。因此，能够抑制由于压力变化而对燃料电池12造成的机械负载的产生。
在图3(B)中，在压力升高期间，目标入口压力以预定比率逐渐提高从而当排气阀28打开时入口压力P1和出口压力P2在时刻t1达到最大值。目标入口压力从时刻t1开始及以后的时间内逐渐降低，并且当排气阀28关闭时，目标入口压力在时刻t2附近恢复到P0。在此情形中，因为在压力升高期间不发生突然压力变化，因此能够减小对燃料电池12造成的机械负载并且能够将目标入口压力的峰值设定为更高的水平。这使得就在打开排气阀28之后初始废气的流率能够增加并且出口压力P2的压降被进一步增加。因此，因为压力差ΔP12变得更高并且燃料电池12中的气体流率和流速可被增加，因此能够在短时间内可靠地排放在燃料电池12中停滞的水分。因为从时刻t1开始及以后的时间内目标入口压力逐渐降低，因此在打开排气阀28期间，能够最小化在燃料电池12中的气体的压力升高。因此，能够抑制横向泄漏的发生并且能够提高燃料电池12的可靠性和耐用性。而且，与在图3(A)的情形中一样，因为能够使得在打开排气阀28之后压力变化比较缓慢，因此能够减少在燃料电池12中的突然压力变化并且能够防止由于压力变化而对燃料电池12产生机械负载。
在图3(C)中，当排气阀28打开时，在时刻t1目标入口压力升高。因此，从时刻t1开始及以后的时间内，入口压力P1增加并且由于从排气阀28排出气体，出口压力P2降低。因此，能够增加在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12并且能够增加燃料电池12中的气体流率和流速。因此，能够可靠地排放在燃料电池12中停滞的产生的水。
如上所述，根据实施例1，在打开排气阀28时，通过调整调节器46的开度，阳极气体的压力升高，能够增加在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12。因此，能够增加燃料电池12中的阳极气体的流率和流速并且能够可靠地排放在燃料电池12中停滞的水分。因此，能够防止由于产生的水在燃料电池12中停滞而导致发电效率降低。
顺便提及的是，在上述实施例1中，在将阳极废气再次循环到阳极从而提高氢气利用效率的气体循环系统中实施本发明。然而，待用的燃料电池系统并不被限制于此。即，也可通过在闭端型燃料电池系统中打开和关闭设置于阳极废气流路中的排出阀实施本发明。
实施例2
下面，描述本发明的实施例2。图4是示出涉及实施例2的燃料电池系统10的构造的示意图。如图4所示，在实施例2的系统中，排气/排水阀48连接到气液分离器26。排气/排水阀48经由流路50连接到稀释设备34。排气/排水阀48具有从阳极循环系统中排放水分和杂质气体例如氮气的功能。因此，在图4的系统中，没有设置图1中的排气阀28。实施例2的系统的其它构件与实施例1中的相同。
在实施例2中，当在阳极循环系统中含有大量杂质成分例如氮气(N2)和水(H2O)时，通过间歇地打开排气/排水阀48将这些成分排放到流路50。在排放阳极循环系统的氮气和水时，以与在实施例1中相同的方式，排气/排水阀48被打开以防止阳极循环系统的杂质浓度变得不低于预定值或者防止燃料电池12的输出变得低于预定的标准值。当排气/排水阀48被打开时，在气液分离器26中收集的水分被首先排放到流路50并且然后在阳极废气流路24中的阳极废气被排放到阳极废气流路50。被排放到流路50的阳极废气以与在实施例1中相同的方式在稀释设备34中被稀释并且被供给到消声器32。
如上所述，在实施例2中，排气/排水阀48具有排放阳极废气中的水分和杂质气体这两者的功能。因此，能够简单地通过提供一个排气/排水阀48而排放阳极废气中含有的水分和杂质气体。因此，能够减少构成系统的部件数目并且能够减小制造成本。
还在实施例2中，在排放在燃料电池12中停滞的水分时，排气/排水阀48被打开，并且通过使用调节器46进行控制使得阳极循环系统中的气体压力保持升高。因此，由于在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12，能够将在燃料电池12中停滞的水分排放到阳极废气流路24。与实施例1相同，可以基于燃料电池12的输出判断水分是否在燃料电池12中停滞。
图5是示出在排气/排水阀48的阀门打开时刻和由压力传感器42、44探测到的压力值之间的关系的时序图。以与实施例1相同的方式，在时刻t0提高目标入口压力。并且在入口压力P1达到已被提高的目标入口压力之后，即，在阳极废气的压力升高完成之后，在时刻t1打开排气/排水阀48。
当排气/排水阀48打开时，在气液分离器26中收集的水分被首先排放到流路50。并且当在气液分离器26中收集的水分的排放完成时，阳极废气被随后从排气/排水阀48排放到流路50。
在图5中，时刻t3表示水分从气液分离器26的排放完成的时刻。因此，因为对于从时刻t1到时刻t3的时段，在气液分离器26中的水分被排放到流路50并且没有从阳极循环系统排放气体，因此入口压力P1和出口压力P2的值并不从压力升高状态发生变化。因为在时刻t3之后，阳极废气被排放到流路50，入口压力P1和出口压力P2改变。即，在实施例2中，从时刻t3开始在及以后的时间排放阳极废气。当关注排放阳极废气的时刻时，实施例2的时刻t3对应于实施例1的时刻t1。
因为在时刻t3，入口压力P1已被升高并且由于从排气/排水阀48排出气体，出口压力P2降低，以与实施例1相同的原因，在入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12增加。因此，以与实施例1相同的方式，能够提高燃料电池12中的气体流率和流速并且能够将在燃料电池12中停滞的水份排放到阳极废气流路24。因此，能够可靠地减轻由于所产生的水的停滞而导致燃料电池12的发电效率的降低。
顺便提及的是，因为出口压力P2从时刻t3开始及以后的时间内降低，因此能够基于输出压力P2判断是否已经达到时刻t3。因此，当在时刻t3之后逝去预定时间之后执行用于关闭排气/排水阀48的控制时，优选的是基于出口压力P2判断时刻t3是否到达。因为当在时刻t3执行向流路50的气体排放时，在流路50中的气体压力突然增加，因此能够采用一种方法，它包括提供探测流路50中的气体压力的传感器并且基于该传感器的探测值判断时刻t3是否到达。
同样在实施例2中，以与实施例1的图3相同的方式，能够使得对目标入口压力的控制是可变的。在此情形中，如上所述，实施例2的时刻t3对应于实施例1的时刻t1。因此，例如，当如图3(A)所示控制目标入口压力时，仅需在时刻t3之后逝去预定时间T之后降低目标入口压力。当执行图3(B)的控制时，执行该控制从而在时刻t3目标入口压力达到峰值。当执行图3(C)的控制时，优选的是在时刻t3及以后的时间内起增加目标入口压力。
如上所述，根据实施例2，因为在设有具有排放水分和杂质气体这二者的功能的排气/排水阀48的系统中，在打开排气/排水阀48时通过调整调节器46的开度，阳极气体的压力升高，因此能够增加在燃料电池12的入口压力P1和出口压力P2之间的压力差ΔP12。因此，能够增加燃料电池12中的阳极气体的流率和流速并且能够可靠地排放在燃料电池12中停滞的水分。因此，能够防止由于产生的水在燃料电池12中停滞而导致发电效率降低。
其它
顺便提及的是，在本发明的下述方面中也可解决该问题。
一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，该燃料电池用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力；
在向燃料电池供给阳极气体的气体循环系统中设置于燃料电池的下游的排出阀；
设置于燃料电池的上游并提高气体循环系统中的气体压力的压力升高装置；以及
控制装置，该控制装置用于通过使用压力升高装置将气体压力升高到高于在通常时的水平而打开排出阀。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，该燃料电池用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力；
在阳极系统流路中设置于燃料电池的下游的排出阀，该阳极系统流路向所述燃料电池供给所述阳极气体以及从所述燃料电池排放所述阳极气体；
用于提高所述阳极系统流路内的气体压力的压力升高装置；以及
控制装置，该控制装置用于在当所述排出阀打开时的至少一部分时段内操作所述排出阀和所述压力升高装置，使得所述气体压力升高到高于通常时的水平，
其中，所述排出阀包括排气阀；从所述排气阀打开的时刻开始，在所述排气阀打开期间，所述控制装置使通过使用所述压力升高装置实现的压力升高的目标值逐渐降低，并且在从所述燃料电池内部排放产生的水时，在所述排气阀打开前，供给到所述燃料电池的阳极气体的压力被升高到高于通常时的水平，
其中，所述阳极系统流路包括：将所述阳极气体从阳极气体供应源引导到所述阳极的阳极气体流路(14)；和从所述阳极排放阳极废气的阳极废气流路(24)，并且
所述燃料电池系统还包括：用于探测所述阳极气体流路(14)的气体压力的压力传感器(42)，所述压力传感器(42)连接到所述阳极气体流路(14)；和另一压力传感器(44)，所述另一压力传感器(44)连接到所述阳极废气流路(24)，
其中，所述压力传感器(42)探测在所述燃料电池的入口处的阳极气体的入口压力，所述另一压力传感器(44)探测在所述燃料电池的出口处的阳极废气的出口压力；并且
当所述排气阀打开时，在所述燃料电池的入口处的阳极气体的所述入口压力和在所述燃料电池的出口处的阳极废气的所述出口压力达到最大值。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中，在通过使用所述压力升高装置使得所述气体压力保持升高的状态下，所述控制装置打开所述排出阀。
3.根据权利要求1或2的燃料电池系统，其中，所述压力升高装置具有用于将所述阳极气体流路内的阳极气体的一次压力调节到作为目标压力的二次压力的调节器，并且暂时地使得所述调节器的开度比通常时大。
4.根据权利要求3的燃料电池系统，
其中所述压力升高装置调整所述调节器的开度，从而所述阳极气体流路中的气体压力变为压力升高的目标值。
5.根据权利要求3的燃料电池系统，其中，所述阳极系统流路是气体循环系统，还包括用于将阳极废气从所述阳极废气流路引导到所述阳极气体流路的循环设备。
6.根据权利要求5的燃料电池系统，还包括：
用于从所述气体循环系统内的气体收集水分的气液分离器，
其中所述排出阀连接到所述气液分离器，并且同时具有排放在所述气液分离器中收集的水分的功能以及排出在所述气体循环系统内的气体的功能。
7.根据权利要求5或6的燃料电池系统，其中，所述调节器被设置于将所述阳极废气引入所述阳极气体流路中的位置的上游。
8.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，该燃料电池用于在使得阳极接收含有氢气的阳极气体并且使得阴极接收含有氧气的阴极气体之后产生电力；
在阳极系统流路中设置于燃料电池的下游的排出阀，该阳极系统流路向所述燃料电池供给所述阳极气体以及从所述燃料电池排放所述阳极气体；
用于提高所述阳极系统流路内的气体压力的压力升高装置，该压力升高装置是在高频下驱动并且能够连续地改变阀门打开时间的电磁阀；以及
控制装置，该控制装置用于在当所述排出阀打开时的至少一部分时段内操作所述排出阀和所述压力升高装置，使得所述气体压力升高到高于通常时的水平，
其中，所述排出阀包括排气阀，
从所述排气阀打开的时刻开始，在所述排气阀打开期间，所述控制装置使通过使用所述压力升高装置实现的压力升高的目标值逐渐降低，
在从所述燃料电池内部排放产生的水时，在所述排气阀打开前，供给到所述燃料电池的阳极气体的压力被升高到高于通常时的水平，
其中，所述阳极系统流路包括：将所述阳极气体从阳极气体供应源引导到所述阳极的阳极气体流路(14)；和从所述阳极排放阳极废气的阳极废气流路(24)，并且
所述燃料电池系统还包括：用于探测所述阳极气体流路(14)的气体压力的压力传感器(42)，所述压力传感器(42)连接到所述阳极气体流路(14)；和另一压力传感器(44)，所述另一压力传感器(44)连接到所述阳极废气流路(24)，
其中，所述压力传感器(42)探测在所述燃料电池的入口处的阳极气体的入口压力，且所述另一压力传感器(44)探测在所述燃料电池的出口处的阳极废气的出口压力；并且
当所述排气阀打开时，在所述燃料电池的入口处的阳极气体的所述入口压力和在所述燃料电池的出口处的阳极废气的所述出口压力达到最大值。
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