CN105633433A - 燃料电池的排水方法及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池的排水方法及燃料电池系统。具备燃料电池、气液分离部、循环泵的移动体中的排水的方法包括：倾斜状态检测工序，检测移动体相对于水平面的倾斜状态；扫气开始工序，通过循环泵的驱动，向燃料电池内的气体流路以规定的第一供给流量开始扫气气体的供给；排水工序，在向燃料电池供给扫气气体的期间，将积存于气液分离部的排出水排出；供给流量增加工序，在检测到移动体的倾斜状态为气体流路的出口朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，在从扫气气体的供给开始起经过规定的期间后，使循环泵的转速增大而使扫气气体的供给流量增加为第二供给流量。

Description

燃料电池的排水方法及燃料电池系统
本申请主张基于在2014年11月14日提出申请的特愿2014-231963号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池的排水方法及燃料电池系统。
背景技术
在固体高分子型燃料电池(以下，也简称为“燃料电池”)中，由于发电反应，在内部生成大量的水分。在燃料电池系统中，在燃料电池的运转停止中或运转结束时等，为了减少残留于系统内的水分，有时执行基于扫气气体的扫气处理(例如，日本特开2008-053086号公报)。
发明内容
在日本特开2008-053086号公报的技术中，为了提高搭载于移动体的燃料电池系统的排水性，根据移动体的倾斜角度来变更扫气流量、扫气时间。然而，本申请发明的发明者发现了仅仅是根据移动体的倾斜角度来变更扫气流量、扫气时间的话，可能会产生以下的不良情况。
例如，在搭载于移动体的燃料电池系统中，存在如下情况：通过气液分离部将燃料电池的废气分离成气体成分和液体成分，通过循环泵使气体成分向燃料电池循环，将液体成分暂时积存于气液分离部之后作为排出水而排出。在这样的燃料电池系统中，在移动体倾斜时，若使循环泵的转速增加而开始高扫气流量的扫气，则积存于气液分离部的水分可能由循环泵吸引而被卷起。
这样仅仅是根据移动体的倾斜角度来变更扫气流量、扫气时间的话，根据燃料电池系统的配管结构的不同，有时排水性反而会下降。而且，除此之外，也可能会引起与扫气相伴的噪音、消耗能量的增大等问题。在搭载燃料电池的移动体中，关于提高基于扫气处理的从燃料电池的排水性的技术，仍存在改良的余地。
本发明为了至少解决搭载燃料电池的移动体的上述的课题的至少一部分而作出，能够作为以下的方式来实现。
[1]根据本发明的第一方式，提供一种移动体中的排水的方法，该移动体搭载有燃料电池，通过循环泵使由气液分离部从来自所述燃料电池的废气中分离出的气体成分向所述燃料电池循环，并且将由所述气液分离部从所述废气中分离出的液体成分作为排出水而积存，所述方法包括：倾斜状态检测工序，检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态；扫气开始工序，通过所述循环泵的驱动，向所述燃料电池内的气体流路以规定的第一供给流量开始扫气气体的供给；排水工序，在向所述燃料电池供给所述扫气气体的期间，将积存于所述气液分离部的所述排出水从所述气液分离部排出；及供给流量增加工序，在检测到所述移动体的倾斜状态为所述气体流路的出口朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，在从所述扫气气体的供给开始起经过规定的期间后，使所述循环泵的转速增大而使所述扫气气体的供给流量增加为比所述第一供给流量高的第二供给流量。根据该方式的方法，在燃料电池的气体流路出口朝向重力方向的上方的情况下，在第一供给流量的扫气之后，执行比其高的流量的第二供给流量的扫气。因此，能够更可靠地排出由于使气体流路出口朝向重力方向的上方而积存在燃料电池内部的水分。而且，在通过第一供给流量的扫气进行了一定程度的排水之后，执行第二供给流量的扫气，因此即使为了第二供给流量的扫气而增大循环泵的转速，也能够抑制通过循环泵卷起排出水的情况。
[2]在上述方式的方法中，可以的是，所述倾斜状态检测工序是取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度的工序，所述供给流量增加工序包括根据所述倾斜角度来变更所述第二供给流量的工序。根据该方式的方法，燃料电池的气体流路出口朝向重力方向的上方时的扫气的排水性进一步提高。
[3]在上述方式的方法中，可以的是，所述倾斜状态检测工序是取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度的工序，所述排水工序是以规定的排水周期排出所述排出水的工序，包括根据所述倾斜角度来变更所述排水周期的工序。根据该方式的方法，能够增大燃料电池的气体流路出口朝向重力方向的上方时的排水量，能够进一步提高排水性。
[4]在上述方式的方法中，可以的是，所述方法包括：第一扫气工序，通过使用所述扫气气体作为第一扫气气体来对第一气体流路进行扫气，所述第一气体流路是被供给用于所述燃料电池的发电的反应气体中的第一反应气体的所述气体流路；及第二扫气工序，向被供给与所述第一气体流路不同的反应气体的所述燃料电池的第二气体流路供给与所述第一扫气气体不同的第二扫气气体，将利用第二扫气气体排出的排出水通过与所述燃料电池连接的排水配管向所述移动体的外部引导，在所述第一扫气工序中，执行所述扫气开始工序、所述排水工序及所述供给流量增加工序，在所述第二扫气工序中，检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态，在所述移动体处于所述排水配管朝向下游侧延伸的方向朝向与重力方向相反的一侧的规定的倾斜状态的情况下，执行使所述第二扫气气体的流量增加的工序。根据该方式的方法，对于燃料电池的第一电极侧进行的扫气的排水性以及对于燃料电池的第二电极侧进行的扫气的排水性提高。
[5]根据本发明的第二方式，提供一种搭载于移动体的燃料电池系统。该方式的燃料电池系统可以具备燃料电池、气液分离部、循环泵、开闭阀、控制部、倾斜状态检测部。所述燃料电池可以在内部具有反应气体用的气体流路。所述气液分离部可以将来自所述燃料电池的废气分离成气体成分和液体成分，并将所述液体成分作为排出水而积存。所述循环泵可以使在所述气液分离部中分离出的所述气体成分向所述燃料电池循环。所述开闭阀可以通过开闭动作来控制所述排出水从所述气液分离部的排出。所述控制部可以能够执行扫气处理和排水处理，所述扫气处理为驱动所述循环泵驱动而使扫气气体向所述燃料电池循环的处理，所述排水处理为在向所述燃料电池供给所述扫气气体的期间打开所述开闭阀而使所述排出水从所述气液分离部排出的处理。所述倾斜状态检测部可以能够检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态。所述控制部可以在所述扫气处理中通过所述循环泵的驱动而对所述燃料电池内的水分进行扫气时，向所述燃料电池内的所述气体流路以规定的第一供给流量开始所述扫气气体的供给，在所述移动体的倾斜状态为所述气体流路的出口朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，在从所述扫气气体的供给开始起经过规定的期间后，使所述循环泵的转速增大而使所述扫气气体的供给流量增加为比所述第一供给流量高的第二供给流量。在该方式的燃料电池系统中，在燃料电池的气体流路出口朝向重力方向的上方的情况下，在第一供给流量的扫气之后，执行比其高的流量的第二供给流量的扫气。因此，能够更可靠地排出由于使气体流路出口朝向重力方向的上方而积存在燃料电池内部的水分。而且，在通过第一供给流量的扫气进行了一定程度的排水之后，执行第二供给流量的扫气，因此即使为了第二供给流量的扫气而增大循环泵的转速，也能够抑制通过循环泵卷起排出水的情况。
上述的本发明的各方式具有的多个构成要素并非全部必须，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，对于所述多个构成要素的一部分的构成要素，可以适当进行其变更、删除、与新的其他的构成要素的更换、限定内容的一部分删除。而且，为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现本说明书记载的效果的一部分或全部，也可以将上述的本发明的一方式包含的技术特征的一部分或全部与上述的本发明的其他的方式包含的技术特征的一部分或全部组合，作为本发明的独立的一方式。
本发明也可以通过燃料电池的排水的方法或燃料电池系统以外的各种方式实现。例如，能够以搭载燃料电池系统的移动体、通过该移动体执行的排水方法、燃料电池系统的控制方法、实现这些方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非暂时性的记录介质等方式实现。
附图说明
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的结构的概略图。
图2是用于说明燃料电池车辆的燃料电池的配置状态和阳极气体供给部的扫气气体的供给的概要的示意图。
图3是表示阳极扫气处理的流程的说明图。
图4是用于说明第一扫气控制的说明图。
图5是用于说明第二扫气控制的说明图。
图6是表示第二实施方式的阳极扫气处理的流程的说明图。
图7是表示气液分离部的倾斜状态的一例的示意图。
图8是用于说明第一扫气控制的扫气条件的变更的说明图。
图9是用于说明第二扫气控制的扫气条件的变更的说明图。
图10是表示气液分离部的另一倾斜状态的一例的示意图。
图11是表示作为第三实施方式的阴极扫气处理的流程的说明图。
图12是表示燃料电池车辆的阴极废气配管的倾斜状态的一例的示意图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池系统100的结构的概略图。该燃料电池系统100搭载于作为移动体的一方式的燃料电池车辆110，根据来自驾驶者的要求，主要输出作为燃料电池车辆110的驱动力而使用的电力。燃料电池系统100具备控制部10、燃料电池20、阴极气体供给部30、阳极气体供给部50、倾斜角度检测部70。
控制部10由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成，在主存储装置上读入程序并执行，由此发挥各种功能。控制部10对燃料电池系统100的各结构部进行控制，具有使燃料电池20发出与输出要求对应的电力的作为发电控制部的功能。而且，控制部10具有执行用于从燃料电池系统100内排出水分的扫气处理的作为扫气处理执行部15的功能。在本实施方式中，扫气处理执行部15执行对燃料电池20内的阳极侧的气体流路及阳极气体供给部50的配管51、61、63、65进行扫气的阳极扫气处理。关于阳极扫气处理的详情在后文叙述。
燃料电池20是接受作为反应气体的氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给而通过氧与氢的电气化学反应来发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池20具有层叠多个单电池21而成的堆叠结构。各单电池21分别是作为单体也能够发电的发电要素，具有在电解质膜的两面配置有电极的作为发电体的膜电极接合体、夹持膜电极接合体的两个分隔件(图示省略)。电解质膜是在内部包含有水分的湿润状态时表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜。在各单电池21的外周端部，设有沿各单电池21的层叠方向延伸且与各单电池21的发电部分支连接的反应气体用的歧管(图示省略)。各单电池21在层叠的状态下，以由第一及第二端板22、23沿该层叠方向夹持的状态被紧固连结。在第一端板设有用于将以下说明的配管31、41、51、61与上述的歧管连接的连接部。
阴极气体供给部30具有向燃料电池20供给阴极气体的功能和将从燃料电池20的阴极侧排出的排出水、阴极废气向燃料电池系统100的外部排出的功能。阴极气体供给部30在燃料电池20的上游侧具备阴极气体配管31、空气压缩器32、空气流量计33、开闭阀34。阴极气体配管31与燃料电池20的阴极侧的供给用歧管的入口连接。空气压缩器32经由阴极气体配管31而与燃料电池20连接，将取入外部空气并进行了压缩后的空气作为阴极气体向燃料电池20供给。
空气流量计33在空气压缩器32的上游侧，计测空气压缩器32取入的外部空气的量，并向控制部10发送。控制部10基于该计测值对空气压缩器32进行驱动，由此来控制空气向燃料电池20的供给量。开闭阀34设于空气压缩器32与燃料电池20之间。开闭阀34通常为关闭的状态，在具有规定的压力的空气从空气压缩器32向阴极气体配管31供给时打开。
阴极气体供给部30在燃料电池20的下游侧，还具备阴极废气配管41、调压阀43、压力计测部44。阴极废气配管41与燃料电池20的阴极侧的排出用歧管的出口连接，将排出水及阴极废气向燃料电池系统100的外部引导。调压阀43调整阴极废气配管41的阴极废气的压力即燃料电池20的阴极侧的背压。压力计测部44设置在调压阀43的上游侧，计测阴极废气的压力，并将其计测值向控制部10发送。控制部10基于压力计测部44的计测值来调整调压阀43的开度。
阳极气体供给部50具有向燃料电池20供给阳极气体的功能、将从燃料电池20排出的阳极废气向燃料电池系统100的外部排出的功能、使阳极气体在燃料电池系统100内循环的功能。阳极气体供给部50在燃料电池20的上游侧具备阳极气体配管51、氢罐52、开闭阀53、调节器54、氢供给装置55、压力计测部56。在氢罐52中填充有用于向燃料电池20供给的高压氢。氢罐52经由阳极气体配管51而与燃料电池20的阳极侧的供给用歧管的入口连接。
在阳极气体配管51，从作为上游侧的氢罐52侧依次设有开闭阀53、调节器54、氢供给装置55、压力计测部56。控制部10对开闭阀53的开闭进行控制，由此来控制氢从氢罐52向氢供给装置55的上游侧的流入。调节器54是用于调整氢供给装置55的上游侧的氢的压力的减压阀，其开度由控制部10控制。氢供给装置55由例如作为电磁驱动式的开闭阀的喷射器构成。压力计测部56计测氢供给装置55的下游侧的氢的压力，并向控制部10发送。控制部10基于压力计测部56的计测值，对氢供给装置55的驱动周期即开闭周期进行控制，由此来控制向燃料电池20供给的氢量。
阳极气体供给部50在燃料电池20的下游侧还具备阳极废气配管61、气液分离部62、阳极气体循环配管63、氢循环用泵64、阳极排水配管65、排水阀66、压力计测部67。阳极废气配管61将燃料电池20的阳极侧的排出用歧管的出口与气液分离部62连接。在阳极废气配管61设有压力计测部67。压力计测部67在燃料电池20的氢歧管的出口附近，计测阳极废气的压力即燃料电池20的阳极侧的背压，并向控制部10发送。
在气液分离部62中，经由阳极废气配管61流入的阳极废气被分离成气体成分和液体成分。气液分离部62与阳极气体循环配管63、阳极排水配管65连接。在气液分离部62中分离的阳极废气的气体成分被导向阳极气体循环配管63，液体成分作为排出水以能够向阳极排水配管65排出的方式积存在气液分离部62内。
气液分离部62构成为具有内部空间80的中空容体。供阳极废气配管61连接的入口部81和供阳极气体循环配管63连接的出口部82分别作为与内部空间80连通的贯通孔而设置在气液分离部62。入口部81与出口部82以各自的开口方向交叉的方式形成。在本实施方式中，入口部81与出口部82以各自的开口方向大致正交的方式形成。
气液分离部62还将供阳极气体循环配管63连接的排水口83设置作为与内部空间80连通的贯通孔。排水口83在内部空间80中形成在比其他的部位向外侧突出的位置，在排水口83的周缘形成有朝向排水口83倾斜的倾斜壁面部84。在燃料电池车辆110中，气液分离部62以入口部81和出口部82位于上侧且排水口83及倾斜壁面部84位于下侧的方式配置。
当从阳极废气配管61经由入口部81将阳极废气导入气液分离部62时，阳极废气在内部空间80中，碰撞到与入口部81相对的内壁面之后，被导向出口部82。与阳极废气一起从入口部81流入内部空间80的液体成分碰撞而附着于内部空间80的内壁面，向重力方向下方流动，作为排出水LW而积存于排水口83的周缘的倾斜壁面部84。这样，在气液分离部62中气液分离出的气体成分向阳极气体循环配管63流动，液体成分积存于内部空间80。
阳极气体循环配管63连接在阳极气体配管51的比氢供给装置55靠下游处。在阳极气体循环配管63设有氢循环用泵64。通过氢循环用泵64的驱动，在气液分离部62中分离的气体成分向阳极气体配管51送出，向燃料电池20的阳极循环。氢循环用泵64相当于本发明的循环泵的下位概念。
阳极排水配管65的上游端与气液分离部62的排水口83连接，下游端与阴极废气配管41合流。在阳极排水配管65设有排水阀66。排水阀66是按照来自控制部10的指令进行开闭的开闭阀。控制部10通常将排水阀66关闭，在预先设定的规定的时机将排水阀66打开。当排水阀66被打开时，阳极废气中的非活性气体与积存在气液分离部62的内部空间80中的排出水一起经由阳极排水配管65向阴极废气配管41排出。由此，阳极侧的排出水和阳极废气与阴极侧的排出水及阴极废气一起被排出。
倾斜角度检测部70例如由加速度传感器构成，检测燃料电池车辆110相对于作为前后方向的长度方向及作为左右方向的宽度方向的各自的水平面的倾斜角度，并向控制部10输出。在本说明书中，燃料电池车辆110的“右”、“左”、“前”、“后”、“上”、“下”分别是以搭乘于燃料电池车辆110时的驾驶者为基准的方向。控制部10的扫气处理执行部15基于倾斜角度检测部70的检测结果来执行扫气处理(后述)。
此外，燃料电池系统100具备向燃料电池20供给制冷剂而控制燃料电池20的运转温度的制冷剂供给部，但其图示及详细的说明省略。而且，燃料电池系统100具备二次电池、DC/DC转换器(图示省略)。二次电池蓄积燃料电池20输出的电力、再生电力，与燃料电池20一起作为电力源起作用。DC/DC转换器能够控制二次电池的充放电、燃料电池20的输出电压。需要说明的是，燃料电池系统100通过使用二次电池的电力，即使在燃料电池20的运转停止后也能够驱动。
图2是用于说明燃料电池车辆110的燃料电池20的配置状态、阳极气体供给部50的扫气气体的供给的概要的示意图。在图2中，配置在相对于水平面倾斜的地面GD上的状态的燃料电池车辆110的从前方向后方观察时的外形轮廓线由单点划线图示。在图2中，图示出了搭载于燃料电池车辆110的状态的燃料电池20，并图示出了与燃料电池20连接的阳极气体供给部50的一部分。在图2中，示意性地图示出了积存在排出用歧管25内的液态水。此外，在图2中，图示出了表示重力方向的箭头G和与水平面平行的水平轴HX。
在燃料电池车辆110中，燃料电池20以单电池21的层叠方向与燃料电池车辆110的宽度方向大致平行的方式配置。在燃料电池20的内部，作为阳极侧的气体流路的供给用歧管24和排出用歧管25在单电池21的层叠方向上延伸。在燃料电池车辆110中，阳极侧的供给用歧管24位于上侧，阳极侧的排出用歧管25位于下侧。通过该配置结构，各单电池21的阳极侧的水分按照阳极气体的流动和重力，向排出用歧管25流动，与包含阳极气体的阳极废气一起向阳极废气配管61流入(虚线箭头)。在本实施方式的燃料电池车辆110中，在扫气处理执行部15执行的阳极扫气处理中，从阳极气体供给部50送出的扫气气体在燃料电池20内与阳极气体同样地流动。
在本实施方式的燃料电池系统100中，在阳极扫气处理中，阳极气体供给部50作为向燃料电池20内的阳极侧的气体流路送出扫气气体的扫气气体供给部起作用。扫气处理执行部15在停止了经由氢供给装置55的从氢罐52的氢的供给的状态下，对氢循环用泵64进行驱动。由此，残留在燃料电池20内的阳极侧的气体流路、阳极气体供给部50的各配管51、61、63内的含氢的残留气体作为扫气气体进行循环，对燃料电池20内、各配管51、61、63内进行扫气。
通过扫气气体从燃料电池20内和各配管51、61、63排出的排出水积存于气液分离部62的内部空间80。扫气处理执行部15在通过氢循环用泵64使扫气气体循环期间，定期地打开排水阀66，由此将积存于气液分离部62的排出水LW向外部排出。这一连串的扫气气体的循环及排水的工序相当于本发明的扫气气体循环排水工序的下位概念。扫气处理执行部15在以下说明的阳极扫气处理中，对氢循环用泵64的转速、排水阀66的开闭周期进行控制。
图3是表示通过扫气处理执行部15执行的阳极扫气处理的流程的说明图。在燃料电池车辆110中，在结束燃料电池20的运转时、停止燃料电池20的运转期间，为了将残留在燃料电池20内及阳极气体供给部50内的水分向外部排出并减少而执行阳极扫气处理。通过该阳极扫气处理，能抑制以残留水分的冻结为起因的系统的起动性的下降、以残留水分为起因的部件的劣化。扫气处理执行部15如以下说明那样根据燃料电池车辆110的当前的配置状态而执行不同的扫气控制。
在步骤S10中，扫气处理执行部15通过倾斜角度检测部70，取得燃料电池车辆110的宽度方向上的相对于水平面的倾斜角度作为表示燃料电池车辆110相对于水平面的倾斜状态的参数。步骤S10的处理工序相当于本发明的倾斜状态检测工序的下位概念。在步骤S20中，扫气处理执行部15基于该倾斜角度，判定燃料电池20是否为阳极侧的排出用歧管25的出口具有朝向重力方向的上方的规定的倾斜角度的倾斜状态。
在本实施方式的燃料电池车辆110(图2)中，燃料电池20以单电池21的层叠方向与燃料电池车辆110的宽度方向大致平行的方式配置。扫气处理执行部15判定燃料电池车辆110是否在燃料电池20的第一端板22侧成为重力方向的上方的方向上相对于水平面具有比规定的阈值角度(例如5～15°)大的倾斜角度θ。
扫气处理执行部15在判定为倾斜角度θ为阈值角度以下而燃料电池20未处于阳极侧的排出用歧管25的出口朝向重力方向的上方的倾斜状态的情况下，执行第一扫气控制(图3的步骤S30)。另一方面，扫气处理执行部15在判定为倾斜角度θ大于阈值角度而燃料电池20处于阳极侧的排出用歧管25的出口朝向重力方向的上方的倾斜状态的情况下，执行第二扫气控制(步骤S40)。
图4是用于说明第一扫气控制的说明图。在图4中图示出了表示第一扫气控制的氢循环用泵64的转速的变化的时机和排水阀66的开闭时机的时间图的一例。在第一扫气控制中，扫气处理执行部15首先在t1～t2时刻的第一期间P1，以规定的第一转速R1驱动氢循环用泵64，在燃料电池20及阳极气体供给部50中使扫气气体循环。第一转速R1、第一期间P1的时间的长度只要设定为以能够将燃料电池20内的残留水分向阳极废气配管61排出的方式实验性地预先求出的值即可。
扫气处理执行部15在t2时刻，使氢循环用泵64的转速从第一转速R1下降为比第一转速R1小的第二转速R2，继续第二转速R2下的氢循环用泵64的驱动直至t3时刻。扫气处理执行部15在t3时刻使氢循环用泵64的驱动停止。该t2～t3时刻的第二期间P2之间的扫气气体的循环以压力损失小的阳极气体供给部50内的各配管51、61、63的残留水分的扫气为目的，因此扫气气体的供给流量可以比第一期间P1时低。由此，能够抑制无用地以高转速驱动氢循环用泵64而伴随于扫气的能量消耗量、噪音的增大。
扫气处理执行部15在通过氢循环用泵64的驱动使扫气气体循环的期间即第一期间P1及第二期间P2，以规定的第一周期T1将排水阀66打开短时间(例如几秒左右)。通过排水阀66的开闭的反复进行，利用扫气气体的循环将积存于气液分离部62的排出水定期地排出。
扫气处理执行部15在氢循环用泵64的驱动停止后的第三期间P3(t3时刻至t4时刻)，以比第一周期T1短的第二周期T2反复进行排水阀66的开闭。每当排水阀66的开闭反复进行时，由于燃料电池20的阳极侧的背压与大气压的差压而从排水阀66喷射气体。由此，对排水阀66的阀芯与阀座之间进行扫气，能抑制排水阀66的冻结引起的固着、附着的水分引起的排水阀66的劣化。这样，在第一扫气控制中，通过扫气气体的供给流量、排水周期等不同的3个期间P1～P3来执行扫气。
图5是用于说明第二扫气控制的说明图。图5中图示出与图4同样的时间图的一例。在第二扫气控制中，扫气处理执行部15首先在t1a～t2a时刻之间的第一期间P1a，以规定的第一转速R1a驱动氢循环用泵64。在本实施方式中，第二扫气控制的第一转速R1a、第一期间P1a的时间的长度与第一扫气控制的第一转速R1、第一期间P1的时间的长度大致相同。即，在第二扫气控制的最初的第一期间P1a中，与第一扫气控制的第一期间P1同样，以燃料电池20内的阳极侧的气体流路的残留水分的扫气为目的。在t1a时刻开始扫气的工序相当于本发明的扫气开始工序的下位概念。而且，氢循环用泵64的第一转速R1a下的驱动相当于扫气气体的第一供给流量的供给。
在接下来的t2a～t3a时刻的第二期间P2a中，扫气处理执行部15使氢循环用泵64的转速从第一转速R1a增大为比第一转速R1a大的第二转速R2a。由此，向燃料电池20内的阳极侧的气体流路的扫气气体的供给流量比第一期间P1时增大。在燃料电池20处于执行第二扫气控制的倾斜状态时，排出水LW可能会积存于燃料电池20内的第二端板23侧(图2)。因此，在第二期间P2a，通过使扫气气体的供给流量增加，能促进该积存的排出水LW的向燃料电池20外部的排出。使t2a时刻的氢循环用泵64的转速增大的工序相当于本发明的供给流量增加工序的下位概念。而且，氢循环用泵64的转速的从第一转速R1a向第二转速R2a的增加相当于扫气气体的供给流量的从第一供给流量向第二供给流量的增加。
在t3a时刻～t4a时刻的第三期间P3a，扫气处理执行部15使氢循环用泵64的转速下降为第三转速R3a。在本实施方式中，第二扫气控制的第三转速R3a是与第一扫气控制的第二转速R2(图4)大致相同的转速。第三期间P3a的扫气与第一扫气控制的第二期间P2同样，以阳极气体供给部50内的各配管51、61、63的残留水分的扫气为目的。在第三期间P3a中通过使氢循环用泵64的转速下降，能抑制扫气的执行中的能量消耗量的增加、噪音。扫气处理执行部15在t4a时刻使氢循环用泵64的驱动停止。
扫气处理执行部15在通过氢循环用泵64的驱动使扫气气体循环的第一期间P1a至第三期间P3a之间，与第一扫气控制同样，以规定的第一周期T1将排水阀66打开短时间。由此，通过扫气气体的循环将积存于气液分离部62的排水定期排出。扫气处理执行部15在氢循环用泵64的驱动停止之后的第四期间P4a(t4a时刻至t5a时刻)，与第一扫气控制的第三期间P3同样，以比第一周期T1短的第二周期T2反复进行排水阀66的开闭。由此，对排水阀66进行扫气，抑制排水阀66的冻结引起的固着、附着的水分引起的劣化。这样，在第二扫气控制中，在扫气气体的供给流量、排水周期等不同的4个期间P1a～P4a执行扫气。
在第二扫气控制中，在第一期间P1a从燃料电池20内执行了一定程度的排水之后，追加性地执行基于高供给流量的扫气气体的燃料电池20内的扫气。因此，能更有效地执行倾斜的燃料电池20内积存的排出水的排出。而且，在第二期间P2a中使氢循环用泵64的转速增大时，在第一期间P1进行从气液分离部62的定期的排水。即，在第二期间P2a中，在气液分离部62内的水分减少的状态下使氢循环用泵64的转速增大，因此能抑制以转速的增大为起因而气液分离部62内的水分由氢循环用泵64吸引的情况。
如以上所述，根据第一实施方式的阳极扫气处理，在燃料电池20的排出用歧管25的出口朝上的倾斜状态时，取代第一扫气控制而执行第二扫气控制，因此能够得到高排水性。
B.第二实施方式：
图6是表示本发明的第二实施方式的阳极扫气处理的流程的说明图。第二实施方式的阳极扫气处理在搭载了具有与第一实施方式说明的情况同样的结构的燃料电池系统100的燃料电池车辆110中执行(图1、图2)。第二实施方式的阳极扫气处理除了通过追加以下说明的步骤S25、S26的处理来变更第一扫气控制、第二扫气控制的扫气的条件的点以外，与第一实施方式的阳极扫气处理大致相同。扫气处理执行部15在步骤S20中决定了第一扫气控制或第二扫气控制的任一控制的执行之后，基于气液分离部62的倾斜角度来变更各扫气控制的扫气条件(步骤S25、S26)。
参照图7～图10，说明基于气液分离部62的倾斜角度的第一扫气控制或第二扫气控制的扫气条件的变更处理。图7是表示气液分离部62的倾斜状态的一例的示意图。图7中图示出倾斜的气液分离部62及与水平面平行的水平轴HX。根据燃料电池车辆的倾斜状态的不同，气液分离部62有时以排水口83位于比倾斜壁面部84的内壁面靠重力方向的上方的方式倾斜。在处于这样的倾斜状态时，排出水LW可能会积存在比排水口83靠重力方向下侧处的部位。
扫气处理执行部15基于在步骤S10中取得的燃料电池车辆的宽度方向及前后方向的倾斜角度、燃料电池车辆110的气液分离部62的配置角度，算出气液分离部62相对于水平面的倾斜角度Φ。倾斜角度Φ与重力方向和气液分离部62的排水口83的开口方向之间的角度一致。扫气处理执行部15在气液分离部62的倾斜角度Φ是比规定的阈值角度大且排水口83位于比倾斜壁面部84的内壁面靠重力方向的上方处的角度的情况下，基于该倾斜角度Φ来变更扫气气体的供给流量。规定的阈值角度可以设定为例如燃料电池车辆110配置于水平面时的倾斜壁面部84的内壁面相对于水平面的角度相等的值。扫气处理执行部15使用以下说明的映射，决定与气液分离部62的倾斜角度Φ对应的扫气气体的供给流量。
在本第二实施方式中，使用设定了气液分离部62的倾斜角度Φ越大而燃料电池20的阳极侧的背压即阳极出口侧的压力越以描绘向下凸出的曲线的方式升高的关系的映射。扫气处理执行部15参照预先准备的该映射，取得与气液分离部62的倾斜角度Φ相对的燃料电池20的阳极出口侧的目标压力Pa，决定用于实现目标压力Pa的扫气气体的目标供给流量。扫气处理执行部15基于扫气气体的目标供给量来变更氢循环用泵64的转速。
图8是用于说明第一扫气控制的扫气条件的变更的说明图。扫气处理执行部15在执行第一扫气控制的情况下，使第一扫气控制的第二期间P2的氢循环用泵64的转速R2增大为基于阳极侧的目标压力Pa的转速R2c。由此，在第二期间P2中，燃料电池20的阳极的压力升高为目标压力Pa，气液分离部62的内部空间80的压力升高。因此，打开排水阀66时的排水的流速升高，通过气液分离部62的倾斜能促进积存的排出水LW的排出。而且，氢循环用泵64的转速比通常升高的是在第一期间P1中已经进行了从气液分离部62的排水之后的第二期间P2。因此，能抑制伴随于氢循环用泵64的转速的增加而从气液分离部62向氢循环用泵64吸引排出水的情况。
图9是用于说明第二扫气控制的扫气条件的变更的说明图。扫气处理执行部15在执行第二扫气控制的情况下，使第二扫气控制的第二期间P2a、第三期间P3a的氢循环用泵64的转速R2a、R3a分别增大为基于阳极侧的目标压力Pa的转速R2ac、R3ac。由此，在第二期间P2a及第三期间P3a中，燃料电池20的阳极的压力升高为目标压力Pa，气液分离部62的内部空间80的压力升高。因此，打开了排水阀66时的排水的流速升高，通过气液分离部62的倾斜能促进积存的排出水LW的排出。而且，氢循环用泵64的转速比通常高的是在第一期间P1a中已经进行了从气液分离部62的排水之后的期间P2a、P3a。因此，能抑制伴随于氢循环用泵64的转速的增加而从气液分离部62向氢循环用泵64吸引排出水的情况。
扫气处理执行部15也可以进行上述的基于气液分离部62的倾斜角度Φ的氢循环用泵64的转速的变更、及以下说明的扫气条件的变更。扫气处理执行部15将在第一扫气控制及第二扫气控制中打开排水阀66的规定的周期T1在倾斜角度Φ越大时设定为越短的周期(修正后周期T1c)。由此，从气液分离部62的排水的次数增加，从气液分离部62的排水性提高。需要说明的是，扫气处理执行部15在气液分离部62的排水口83位于比倾斜壁面部84的内壁面靠重力方向的上方的倾斜状态时，可以取代基于倾斜角度Φ的氢循环用泵64的转速的变更，而仅执行排水阀66的开闭周期T1的变更。
图10是表示气液分离部62的另一倾斜状态的一例的示意图。根据燃料电池车辆的倾斜状态的不同，气液分离部62存在内部空间80内的排出水LW的水面向接近出口部82的方向倾斜的情况。具体而言，是以朝向内部空间80的入口部81的开口方向朝向重力方向下侧的方式使气液分离部62倾斜的情况、以使形成出口部82的内部空间80的内壁面成为重力方向下侧的方式使气液分离部62倾斜的情况。扫气处理执行部15基于燃料电池车辆的宽度方向及前后方向的倾斜角度，在检测到气液分离部62的这样的倾斜状态的情况下，与上述同样地，缩短第一扫气控制及第二扫气控制的排水阀66打开的周期T1。由此，在第一扫气控制及第二扫气控制中，每单位时间的从气液分离部62的排水次数增加，排出水LW的量迅速减少，因此能抑制排出水LW向出口部82的进入。扫气处理执行部15可以在第一扫气控制及第二扫气控制中将排水阀66开阀时的每1次的开阀时间变更得长。
如以上所述，根据第二实施方式的阳极扫气处理，根据气液分离部62的倾斜来变更扫气的条件，因此从气液分离部62的排水性提高。而且，若是第二实施方式的阳极扫气处理，则能够起到与第一实施方式说明的情况同样的作用效果。
C.第三实施方式：
图11是表示本发明的第三实施方式的阴极扫气处理的流程的说明图。第三实施方式的阴极扫气处理在搭载了具有与第一实施方式说明的情况同样的结构的燃料电池系统100的燃料电池车辆110中，通过扫气处理执行部15，与第一实施方式中说明的阳极扫气处理一起执行(图1、图2)。阴极扫气处理是将通过阴极气体供给部30的空气压缩器32取入的外部空气作为扫气气体，对燃料电池20内的阴极侧的气体流路及阴极气体供给部30的各配管31、41内进行扫气的处理。即，在第三实施方式的燃料电池系统100中，阳极气体供给部50作为第一扫气气体供给部起作用，阴极气体供给部30作为第二扫气气体供给部起作用。阴极扫气处理在燃料电池20的运转结束时、燃料电池20的运转停止期间被执行。阴极扫气处理可以与阳极扫气处理同时并行地执行，也可以与阳极扫气处理错开时间地执行。阳极扫气处理的扫气工序相当于本发明的第一扫气工序的下位概念，阴极扫气处理的扫气工序相当于本发明的第二扫气工序的下位概念。
在步骤S110中，扫气处理执行部15通过倾斜角度检测部70，取得燃料电池车辆110相对于水平面的倾斜角度。在步骤S120中，扫气处理执行部15基于燃料电池车辆110的倾斜角度，检测阴极废气配管41的倾斜状态，基于阴极废气配管41的倾斜角度，决定扫气气体的目标供给流量。在步骤S130中，扫气处理执行部15以基于扫气气体的目标供给流量的转速对空气压缩器32进行驱动而执行扫气。
图12是表示燃料电池车辆110的阴极废气配管41的倾斜状态的一例的示意图。在图12的上段示意性地图示出燃料电池车辆110水平地配置于地面GD的状态。在图12的下段示意性地图示出燃料电池车辆110的前方侧以朝向重力方向下方的方式倾斜配置的状态。在燃料电池车辆110中，阴极废气配管41从燃料电池20朝向燃料电池车辆110的后方，沿着燃料电池车辆110的前后方向延伸。扫气处理执行部15在阴极废气配管41的下游侧如图12的下段所示朝向重力方向的上方的倾斜状态的情况下，在其倾斜角度越大时将扫气气体的目标供给流量设定得越高。由此，能确保由于重力的影响而在燃料电池20内及阴极废气配管41内偏斜存在的排出水的基于扫气的排水性。
如以上所述，根据第三实施方式的阴极扫气处理，根据阴极废气配管41的倾斜状态来变更扫气气体的供给流量，因此能提高基于阴极扫气处理的排水性。在第三实施方式的燃料电池车辆110中，在燃料电池系统100中执行阴极扫气处理和阳极扫气处理，因此能提高燃料电池20内的阴极侧和阳极侧的气体流路的排水性。在阳极扫气处理中，能够起到与第一实施方式、第二实施方式中说明的情况同样的作用效果。
D.变形例：
D1.变形例1：
在上述的各实施方式的阳极扫气处理中，第二扫气控制的第一期间P1a的氢循环用泵64的第一转速R1a与第一扫气控制的第一期间P1的氢循环用泵64的第一转速R1为大致相同的值。相对于此，第二扫气控制的第一期间P1a的氢循环用泵64的第一转速R1a与第一扫气控制的第一期间P1的氢循环用泵64的第一转速R1也可以是不同的值。第二扫气控制的氢循环用泵64的第一转速R1a优选设定为对气液分离部62积存的排水不进行吸引的程度的转速，更优选设定为能够确保从燃料电池20内的排水性的转速。
D2.变形例2：
在上述的各实施方式的阳极扫气处理中，第二扫气控制的第一期间P1a的时间的长度与第一扫气控制的第一期间P1的时间的长度大致相同。相对于此，第二扫气控制的第一期间P1a的长度与第一扫气控制的第一期间P1的时间的长度也可以是不同的值。第二扫气控制的第一期间P1a的长度可以比第一扫气控制的第一期间P1的时间的长度短。第二扫气控制的第一期间P1a的长度优选设定为能够将气液分离部62内积存的水分量减少成不由氢循环用泵64吸引的程度的时间。第二扫气控制的第一期间P1a的长度可以基于燃料电池20的运转中的生成水量(发电量)而可变地调整。
D3.变形例3：
在上述的各实施方式中，在步骤S10中，执行检测燃料电池车辆110相对于水平面的倾斜角度的倾斜角度检测工序。相对于此，步骤S10的倾斜角度检测工序可以省略。这种情况下，例如只要通过振子那样根据重力方向的变化而物理性地位移的开关等，在燃料电池20为阳极侧的排出用歧管的出口朝上的规定的倾斜状态的情况下，切换成第二扫气控制即可。
D4.变形例4：
在上述的各实施方式的燃料电池车辆110中，燃料电池20以单电池21的层叠方向与燃料电池车辆110的宽度方向平行的方式配置。相对于此，在燃料电池车辆110中，燃料电池20可以配置成其他的配置角度。例如，在燃料电池车辆110中，燃料电池20可以配置成单电池21的层叠方向与燃料电池车辆110的前后方向平行，也可以配置成与燃料电池车辆110的高度方向平行。而且，燃料电池20可以配置成阳极侧的供给用歧管24成为下侧而阳极侧的排出用歧管25成为上侧。
D5.变形例5：
在上述的各实施方式中，通过氢循环用泵64使含氢的残留气体作为扫气气体循环的阳极气体供给部50设为扫气气体供给部来执行包括第一扫气控制和第二扫气控制的阳极扫气处理。相对于此，也可以取代阳极扫气处理，或者与阳极扫气处理一起，将阴极气体供给部30设为扫气气体供给部，执行包括第一扫气控制和第二扫气控制的阴极扫气处理。
D6.变形例6：
在上述的各实施方式的阳极扫气处理中，在第二扫气控制中，使氢循环用泵64的转速从第一转速R1a向第二转速R2a呈阶梯状地以两级增加(图5)。相对于此，氢循环用泵64的转速也可以从第一转速R1a向第二转速R2a连续且平滑地增大，而且，还可以经由多个阶段而呈阶梯状地增大。而且，在上述的各实施方式的阳极扫气处理中，在第一扫气控制的情况下在第二期间P2使氢循环用泵64的转速下降，在第二扫气控制的情况下在第三期间P3a使氢循环用泵64的转速下降(图4、图5)。相对于此，在第一扫气控制的第二期间P2、第二扫气控制的第三期间P3a中也可以不降低氢循环用泵64的转速，而维持最近的期间P1、P2a的转速R1、R2a。而且，第一扫气控制的第二期间P2的氢循环用泵64的第二转速R2与第二扫气控制的第三期间P3a的氢循环用泵64的第三转速R3a可以是不同的值。第一扫气控制的第三期间P3、第二扫气控制的第四期间P4a的排水阀66的开闭动作可以省略。
D7.变形例7：
在上述的各实施方式中，倾斜角度检测部70由加速度传感器构成。相对于此，倾斜角度检测部70可以由加速度传感器以外的传感器构成，也可以通过传感器以外的方法来检测燃料电池车辆110的倾斜角度。倾斜角度检测部70例如可以基于搭载的导航装置或GPS信息来取得燃料电池车辆110的当前地的地形信息，并根据该地形信息来检测燃料电池车辆110的倾斜角度。
D8.变形例8：
在上述的第二实施方式中，根据气液分离部62的倾斜角度来修正第一扫气控制的第二转速R2或第二扫气控制的第二转速R2a及第三转速R3b。相对于此，也可以根据气液分离部62的倾斜角度来修正第一扫气控制及第二扫气控制的第一转速R1、R1a，还可以仅修正第二扫气控制的第二转速R2a和第三转速R3b中的任一方。
本发明并不局限于上述的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例的技术特征为了解决上述的课题的一部分或全部，或者为了实现上述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。而且，该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。而且，在上述的各实施方式及变形例中，由软件实现的功能及处理的一部分或全部可以由硬件实现。而且，由硬件实现的功能及处理的一部分或全部可以由软件实现。作为硬件，可以使用例如集成电路、分立电路、将这些电路组合后的电路模块等各种电路。
标号说明
10…控制部
15…扫气处理执行部
20…燃料电池
21…单电池
22…第一端板
23…第二端板
24…供给用歧管
25…排出用歧管
30…阴极气体供给部
31…阴极气体配管
32…空气压缩器
33…空气流量计
34…开闭阀
41…阴极废气配管
43…调压阀
44…压力计测部
50…阳极气体供给部
51…阳极气体配管
52…氢罐
53…开闭阀
54…调节器
55…氢供给装置
56…压力计测部
61…阳极废气配管
62…气液分离部
63…阳极气体循环配管
64…氢循环用泵
65…阳极排水配管
66…排水阀
70…倾斜角度检测部
80…内部空间
81…入口部
82…出口部
83…排水口
84…倾斜壁面部
100…燃料电池系统
110…燃料电池车辆

Claims (8)

1.一种方法，是移动体中的排水的方法，该移动体搭载有燃料电池，通过循环泵使由气液分离部从来自所述燃料电池的废气中分离出的气体成分向所述燃料电池循环，并且将由所述气液分离部从所述废气中分离出的液体成分作为排出水而积存，
所述方法包括：
倾斜状态检测工序，检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态；
扫气开始工序，通过所述循环泵的驱动，向所述燃料电池内的气体流路以规定的第一供给流量开始扫气气体的供给；
排水工序，在向所述燃料电池供给所述扫气气体的期间，将积存于所述气液分离部的所述排出水从所述气液分离部排出；及
供给流量增加工序，在检测到所述移动体的倾斜状态为所述气体流路的出口朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，在从所述扫气气体的供给开始起经过规定的期间后，使所述循环泵的转速增大而使所述扫气气体的供给流量增加为比所述第一供给流量高的第二供给流量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述倾斜状态检测工序是取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度的工序，
所述供给流量增加工序包括根据所述倾斜角度来变更所述第二供给流量的工序。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，
所述倾斜状态检测工序是取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度的工序，
所述排水工序是以规定的排水周期排出所述排出水的工序，包括根据所述倾斜角度来变更所述排水周期的工序。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的方法，其中，
所述方法包括：
第一扫气工序，通过使用所述扫气气体作为第一扫气气体来对第一气体流路进行扫气，所述第一气体流路是被供给用于所述燃料电池的发电的反应气体中的第一反应气体的所述气体流路；及
第二扫气工序，向被供给与所述第一气体流路不同的反应气体的所述燃料电池的第二气体流路供给与所述第一扫气气体不同的第二扫气气体，将利用第二扫气气体排出的排出水通过与所述燃料电池连接的排水配管向所述移动体的外部引导，
在所述第一扫气工序中，执行所述扫气开始工序、所述排水工序及所述供给流量增加工序，
在所述第二扫气工序中，检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态，在所述移动体处于所述排水配管朝向下游侧延伸的方向朝向与重力方向相反的一侧的规定的倾斜状态的情况下，执行使所述第二扫气气体的流量增加的工序。
5.一种燃料电池系统，搭载于移动体，具备：
燃料电池，在内部具有反应气体用的气体流路；
气液分离部，将来自所述燃料电池的废气分离成气体成分和液体成分，并将所述液体成分作为排出水而积存；
循环泵，使在所述气液分离部中分离出的所述气体成分向所述燃料电池循环；
开闭阀，通过开闭动作来控制所述排出水从所述气液分离部的排出；
控制部，能够执行扫气处理和排水处理，所述扫气处理为驱动所述循环泵驱动而使扫气气体向所述燃料电池循环的处理，所述排水处理为在向所述燃料电池供给所述扫气气体的期间打开所述开闭阀而使所述排出水从所述气液分离部排出的处理；及
倾斜状态检测部，能够检测所述移动体相对于水平面的倾斜状态，
所述控制部在所述扫气处理中通过所述循环泵的驱动而对所述燃料电池内的水分进行扫气时，向所述燃料电池内的所述气体流路以规定的第一供给流量开始所述扫气气体的供给，在所述移动体的倾斜状态为所述气体流路的出口朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，在从所述扫气气体的供给开始起经过规定的期间后，使所述循环泵的转速增大而使所述扫气气体的供给流量增加为比所述第一供给流量高的第二供给流量。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，
所述倾斜状态检测部取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度，
所述控制部根据所述倾斜角度来变更所述第二供给流量。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的燃料电池系统，其中，
所述倾斜状态检测部取得所述移动体相对于水平面的倾斜角度，
所述排水处理包括以规定的排水周期打开所述开闭阀的处理，
所述控制部在执行所述排水处理时，根据所述倾斜角度来变更所述排水周期。
8.根据权利要求5～权利要求7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池具有第一电极、第二电极、与所述第一电极连接的第一气体流路、与第二电极连接的第二气体流路，
所述气液分离部与所述第一气体流路连接，
所述扫气处理是使用所述扫气气体作为第一扫气气体来对所述第一气体流路进行扫气的第一扫气处理，
在所述第二气体流路上连接有排水配管，所述排水配管用于向所述移动体的外部引导所述燃料电池的排出水，
所述控制部执行如下第二扫气处理：利用第二扫气气体对所述第二气体流路进行扫气，将从所述第二气体流路排出的排出水经由所述排水配管向所述移动体的外部引导，
所述控制部在执行所述第二扫气处理时，在所述移动体处于所述排水配管朝向下游侧延伸的方向朝向重力方向的上方的规定的倾斜状态的情况下，使所述第二扫气气体的流量增加。
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