CN111640966A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统，具有：减压阀，在主止阀与喷射器之间设置于构成燃料气体的流路的燃料供给配管；高压连通配管，被设置为在燃料供给配管中的比减压阀靠上游侧将成为从燃料气体罐单元送出的燃料气体的流路的第一流路与成为从燃料气体罐单元送出的燃料气体的流路的第二流路连通；以及低压连通配管，被设置为在燃料供给配管中的比减压阀靠下游侧将成为向燃料电池组供给的燃料气体的流路的第三流路与成为向燃料电池组供给的燃料气体的流路的第四流路连通。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统，涉及从多个燃料气体罐对于多个燃料电池单元供给燃料气体的燃料电池系统。

背景技术

近年来，在汽车等中将通过燃料气体与氧化剂气体的反应而进行发电的燃料电池作为电源使用的燃料电池系统的利用正在扩大。在该燃料电池系统中，为了使系统中的发电量增加，利用配管将多个燃料气体罐与多个燃料电池组相互连结。另外，在这样的燃料电池系统中，当利用配管将多个燃料气体罐与多个燃料电池组相互连结时，通过将从并联设置的燃料气体罐送出气体的配管彼此相互连结，来使并联设置的燃料气体罐的压力均匀化。这样的燃料电池系统的一个例子在日本特开2018-14177号公报中公开。

在日本特开2018-14177号公报所记载的燃料电池系统中，具备将相邻的燃料电池单元的燃料供给路径彼此连接的连通路径、使该连通路径开闭的开闭机构。并且，燃料电池系统1的路径开闭控制部构成为以相邻的燃料电池单元的燃料箱的压力差变小的方式控制开闭机构的工作。由此，通过使各燃料电池单元的燃料箱均压化来抑制在燃料气体的填充时燃料气体向一部分燃料箱的填充变得过量。

然而，在日本特开2018-14177号公报所记载的燃料电池系统中，在燃料气体罐压力比减压阀的打开压力低的情况下且一方的燃料电池组的燃料气体消耗比另一方的燃料电池组的燃料气体消耗多的情况下，燃料气体向与压力降低了的一方的燃料电池组对应设置的减压阀倒流，存在产生因异物混入等导致的密封不良的可能性提高的问题。

发明内容

本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，使设置于燃料电池系统的减压阀的可靠性提高。

本发明所涉及的燃料电池系统的一个方式具有：第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元，储藏燃料气体；第一燃料电池组以及第二燃料电池组，接受上述燃料气体的供给来进行发电；主止阀，设置于上述第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元各自的内部，对是否送出上述燃料气体进行控制；第一喷射器以及第二喷射器，与上述第一燃料电池组以及第二燃料电池组分别对应设置，对上述燃料气体向上述第一燃料电池组以及第二燃料电池组的供给量以及供给时机进行调节；燃料供给配管，在上述第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元内的上述主止阀与上述第一喷射器以及第二喷射器之间构成上述燃料气体的流路；减压阀，设置于上述燃料供给配管，对上述燃料气体的压力进行调整；高压连通配管，被设置为在上述燃料供给配管中的比上述减压阀靠上游侧将第一流路与第二流路连通，上述第一流路成为从上述第一燃料气体罐单元送出的上述燃料气体的流路，上述第二流路成为从上述第二燃料气体罐单元送出的上述燃料气体的流路；以及低压连通配管，被设置为在上述燃料供给配管中的比上述减压阀靠下游侧将第三流路与第四流路连通，上述第三流路成为向上述第一燃料电池组供给的上述燃料气体的流路，上述第四流路成为向上述第二燃料电池组供给的上述燃料气体的流路。

根据本发明所涉及的燃料电池系统，通过向设置于比减压阀靠下游侧的低压连通路流动，能够使因第一燃料电池组与第二燃料电池组之间的压力差引起的燃料气体的倒流所产生的气体不经由减压阀地从高压的燃料电池组侧向低压的燃料电池组侧流动。

根据本发明，能够使设置于燃料电池系统的减压阀的可靠性提高。

根据以下的详细描述和附图将更充分地理解本公开的上述和其他目的、特征以及优点，附图仅以例示的方式给出，因此不应认为限制本公开。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的燃料电池系统的构成图。

图2是比较例所涉及的燃料电池系统的构成图。

图3是实施方式2所涉及的燃料电池系统的构成图。

图4是对关于实施方式2所涉及的燃料电池系统中的喷射器动作的课题进行说明的图。

图5是对实施方式2所涉及的燃料电池系统中的喷射器的控制方法进行说明的图。

具体实施方式

实施方式1

首先，图1表示实施方式1所涉及的燃料电池系统1的构成图。如图1所示，实施方式1所涉及的燃料电池系统1具有填充口10、歧管11a～11g、压力传感器12a、12b、燃料气体罐单元13a～13e、减压阀14、第一喷射器(例如喷射器15a)、第二喷射器(例如喷射器15b)、第一燃料电池组(例如燃料电池组16a)、第二燃料电池组(例如燃料电池组16b)。

填充口10是用于从外部的燃料气体罐向燃料电池系统1内的燃料箱填充燃料气体的连接口。歧管11a～11g是用于进行燃料电池系统1内的配管的合流以及分支的配管连接部件。压力传感器12a对从填充口10向燃料气体罐单元13a～13e供给的燃料气体的压力进行检测。另外，压力传感器12b对从燃料气体罐单元13a～13e送出的燃料气体的压力进行检测。燃料气体罐单元13a～13e储藏燃料气体，并且根据来自外部的指示而送出所储藏的燃料气体。其中，在图1所示的例子中，燃料气体罐单元13a、13b并联连结而构成第一燃料气体罐单元，燃料气体罐单元13c～13e并联连结而构成第二燃料气体罐单元。

这里，燃料气体罐单元13a～13e分别具有燃料气体罐20、止回阀21、以及主止阀22。燃料气体罐20是储藏燃料气体的罐。止回阀21使从填充口10向燃料气体罐20供给的燃料气体从填充口10向燃料气体罐20方向流动，并且防止燃料气体从燃料气体罐20向填充口10的倒流。主止阀22对是否将燃料气体从燃料气体罐20向燃料电池组16a、16b送出进行切换。

减压阀14对从燃料气体罐单元13a～13e送出的燃料气体的压力进行减压并向燃料电池组16a、16b侧送出。在图1所示的例子中，减压阀14具有第一减压阀14a和第二减压阀14b。然而，减压阀14由几个减压阀构成根据每一个减压阀的允许流量的大小和向设置有减压阀14的配管流动的气体的量的关系来决定。即，减压阀14所包含的减压阀也能够为一个。

喷射器15a、15b与燃料电池组16a、16b分别对应设置，对燃料气体向燃料电池组16a、16b的供给量以及供给时机进行调节。燃料电池组16a、16b接受燃料气体的供给来进行发电。

这里，参照图1对将构成燃料电池系统1的各构成要素连接的配管进行说明。如图1所示，从填充口10填充的燃料气体被歧管11a分配给两个分支的配管。分支的配管的一方与由燃料气体罐单元13a、13b构成的第一燃料气体罐单元连接，另一方与由燃料气体罐单元13c～13e构成的第二燃料气体罐单元连接。另外，燃料气体罐单元13a与燃料气体罐单元13b的输入侧配管通过歧管11b相互连接，经由歧管11b接受燃料气体的供给。燃料气体罐单元13c～13e的输入侧配管通过歧管11c相互连接，经由歧管11c接受燃料气体的供给。

燃料气体罐单元13a与燃料气体罐单元13b的输出侧配管通过歧管11d相互连接，经由歧管11d送出燃料气体。而且，经由与燃料气体罐单元13a、13b的主止阀22连接的配管送出的燃料气体在歧管11d合流，通过一个配管被赋予给歧管11f。燃料气体罐单元13c～13e的输出侧配管通过歧管11e相互连接，经由歧管11e送出燃料气体。而且，经由与燃料气体罐单元13c～13e的主止阀22连接的配管送出的燃料气体在歧管11e合流，通过一个配管被赋予给歧管11f。歧管11f使从燃料气体罐单元13a～13e送出的燃料气体合流并送出至减压阀14。

这里，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，在燃料气体罐单元13a～13e的主止阀22与喷射器15a、15b之间设置有构成燃料气体的流路的燃料供给配管。而且，在燃料供给配管中的比减压阀14靠上游侧形成有第一流路L1，该第一流路L1成为从燃料气体罐单元13a、13b送出的燃料气体的流路。另外，在燃料供给配管中的比减压阀14靠上游侧形成有第二流路L2，该第二流路L2成为从燃料气体罐单元13c～13e送出的燃料气体的流路。而且，通过歧管11f将第一流路L1与第二流路L2连结，将经由第一流路L1与第二流路L2送出的燃料气体送出至一个配管(例如高压连通配管L3)。即，以将第一流路L1与第二流路L2连通的方式设置高压连通配管L3。

另外，在燃料供给配管中的比减压阀14靠下游侧设置有第三流路L5，该第三流路L5成为向燃料电池组16a供给的燃料气体的流路。另外，在燃料供给配管中的比减压阀14靠下游侧设置有第四流路L6，该第四流路L6成为向燃料电池组16b供给的燃料气体的流路。并且，在图1所示的例子中，通过低压连通配管L4将从减压阀14送出的燃料气体送出至歧管11g，并通过歧管11g分支为第三流路L5以及第四流路L6。即，在图1所示的例子中，设置为通过低压连通配管L4将第三流路L5以及第四流路L6连通。

若换句话表述上述连接关系，则在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，第一流路L1的出口与第二流路L2的出口相互连结。而且，高压连通配管L3的一端连结于第一流路L1与第二流路L2的连结位置。另外，第三流路L5的入口与第四流路L6的入口相互连结。而且，低压连通配管L4的一端连结于第三流路L4与第四流路L5的连结位置。而且，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，将减压阀14设置为夹在高压连通配管L3的另一端与低压连通配管L4的另一端之间。

在上述说明的实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，通过防止相对于减压阀14的倒流来使减压阀14的可靠性提高。鉴于此，参照图2中比较例所涉及的燃料电池系统100来对于实施方式1所涉及的燃料电池系统1中的减压阀14说明倒流防止效果。

图2表示比较例所涉及的燃料电池系统100的构成图。如图2所示，在比较例所涉及的燃料电池系统100中，通过第一流路L111将从燃料气体罐单元13a、13b送出的燃料气体输送至第一减压阀14a。另外，通过第二流路L112将从燃料气体罐单元13c～13e送出的燃料气体输送至第二减压阀14b。另外，通过第一减压阀14a减压后的燃料气体经由第三流路L115被送出至喷射器15a。通过第二减压阀14b减压后的燃料气体经由第四流路L11被6送出至喷射器15b。而且，在图2所示的比较例所涉及的燃料电池系统100中，通过高压连通配管L113将第一流路L111与第二流路L112连结。另一方面，在比较例所涉及的燃料电池系统100中，第三流路L115与第四流路L116相互独立而未连结。

而且，在该比较例所涉及的燃料电池系统100中，当在储藏于燃料气体罐单元13a～13e的燃料气体减少、从燃料气体罐单元13a～13e送出的燃料气体的压力降低的状态下燃料电池组16a、16b的一方的内压比另一方的内压降低了的情况下，相对于减压阀产生燃料气体的倒流(从燃料电池组朝向燃料气体罐单元的方向的流动)。在图2所示的例子中，示出了燃料电池组16b的内压比燃料电池组16a的内压降低了的情况。而且，在图2所示的例子中，产生供燃料气体从与燃料电池组16a对应设置的喷射器15a朝向与燃料电池组16b对应设置的喷射器15b经由高压连通配管L13流动的路径。而且，若产生该燃料气体的流动，则在第一减压阀14a产生倒流。这里，若相对于第一减压阀14a产生了这样的倒流，则存在因异物混入等而导致减压阀14的密封产生不良的可能性。

另一方面，在图1所示的实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，不会产生比较例所涉及的燃料电池系统100那样的相对于减压阀14的倒流。如图1所示，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，燃料电池组16b的内压比燃料电池组16a的内压降低了的情况下产生的燃料气体的流动在由减压阀14的下游的低压连通配管L4、第三流路L5以及第四流路L6关闭的范围产生。即，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，在减压阀14不产生燃料气体的倒流。

根据上述说明，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，在减压阀14的下游侧设置使向喷射器供给燃料气体的配管连通的高压连通配管L3。由此，在实施方式1所涉及的燃料电池系统1中，即便在从燃料气体罐单元送出的燃料气体的压力降低且产生了不同的燃料电池组间的内压差的情况下，也能够防止在减压阀14产生燃料气体的倒流。而且，由此能够实现减压阀14的寿命的改善以及可靠性的提高。

实施方式2

在实施方式2中，对成为实施方式1所涉及的燃料电池系统1的变形例的燃料电池系统2进行说明。其中，在实施方式2的说明中，对与在实施方式1中说明的构成要素相同的构成要素标注与实施方式1相同的附图标记并省略说明。

图3表示实施方式2所涉及的燃料电池系统的构成图。如图3所示，实施方式2所涉及的燃料电池系统2与实施方式1相比燃料供给配管的配管连接关系不同。具体而言，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，通过第一流路L11将从燃料气体罐单元13a、13b送出的燃料气体输送至第一减压阀14a。另外，通过第二流路L12将从燃料气体罐单元13c～13e送出的燃料气体输送至第二减压阀14b。另外，通过第一减压阀14a减压后的燃料气体经由第三流路L15被送出至喷射器15a。在第二减压阀14b减压后的燃料气体经由第四流路L16被送出至喷射器15b。而且，在图3所示的实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，通过高压连通配管L13将第一流路L11与第二流路L12连结。另外，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，通过低压连通配管L14将第三流路L15与第四流路L16相互连结。

此外，如图2所示，第一流路L11与高压连通配管L13通过歧管11h连结。第二流路L12与高压连通配管L13通过歧管11i连结。第三流路L15与低压连通配管L14通过歧管11j连结。第四流路L16与低压连通配管L14通过歧管11k连结。

即，实施方式2所涉及的燃料电池系统2将第一减压阀14a设置于第一流路L11的出口侧端部，将第二减压阀14b设置于第二流路L12的出口侧端部。而且，第一流路L11与第二流路L12通过高压连通配管L13相互连结。另外，第三流路L15被设置为将第一减压阀14a与第一喷射器15a连结，第四流路L16被设置为将第二减压阀14b与第二喷射器15b连结。而且，低压连通配管L14被设置为将第三流路L15与第四流路L16连结。

根据上述说明，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，也通过低压连通配管L14将第一减压阀14a以及第二减压阀14b的下游侧的配管连结。由此，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，也与实施方式1所涉及的燃料电池系统1同样，能够防止燃料气体相对于第一减压阀14a以及第二减压阀14b的倒流。

另外，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，喷射器15a、15b的动作的方式具有特征之一。鉴于此，对在燃料电池系统2中因喷射器的动作的方式而可能产生的课题进行说明。

图4表示对关于实施方式2所涉及的燃料电池系统中的喷射器动作的课题进行说明的图。如图4所示，当在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中使喷射器15a与喷射器15b在不同的时机动作的情况下，对应于使一方的喷射器动作的情况，第一减压阀14a与第二减压阀14b双方动作。因此，如图4所示的例子那样，当使喷射器15a与喷射器15b在不同的时机动作的情况下，第一减压阀14a与第二减压阀14b的动作次数相对于喷射器的动作次数增加，而在部件间产生对部件设定的寿命出现差异的问题。

鉴于此，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，在使喷射器15a、15b的一方动作时，使另一方的喷射器也同时动作。这里，图5表示对实施方式2所涉及的燃料电池系统中的喷射器的控制方法进行说明的图。如图5所示，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，通过使喷射器15a、15b同时动作能够防止减压阀的动作次数增加。

根据上述说明，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，通过在使喷射器15a、15b动作的情况下同时动作，来防止第一减压阀14a、第二减压阀14b的动作次数增加。由此，在实施方式2所涉及的燃料电池系统2中，能够均匀地设定部件的耐久度或寿命。

根据上述公开内容，显然本公开的实施例可以以多种方式变化。这些变化不应视为脱离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员而言，显然所有这些变更旨在包括在技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，其中，具有：

第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元，储藏燃料气体；

第一燃料电池组以及第二燃料电池组，接受所述燃料气体的供给来进行发电；

主止阀，设置于所述第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元各自的内部，对是否送出所述燃料气体进行控制；

第一喷射器以及第二喷射器，与所述第一燃料电池组以及第二燃料电池组分别对应设置，对所述燃料气体向所述第一燃料电池组以及第二燃料电池组的供给量以及供给时机进行调节；

燃料供给配管，在所述第一燃料气体罐单元以及第二燃料气体罐单元内的所述主止阀与所述第一喷射器以及第二喷射器之间构成所述燃料气体的流路；

减压阀，设置于所述燃料供给配管，对所述燃料气体的压力进行调整；

高压连通配管，被设置为在所述燃料供给配管中的比所述减压阀靠上游侧将第一流路与第二流路连通，所述第一流路成为从所述第一燃料气体罐单元送出的所述燃料气体的流路，所述第二流路成为从所述第二燃料气体罐单元送出的所述燃料气体的流路；以及

低压连通配管，被设置为在所述燃料供给配管中的比所述减压阀靠下游侧将第三流路与第四流路连通，所述第三流路成为向所述第一燃料电池组供给的所述燃料气体的流路，所述第四流路成为向所述第二燃料电池组供给的所述燃料气体的流路。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述第一流路的出口与所述第二流路的出口相互连结，

所述高压连通配管的一端连结在所述第一流路与所述第二流路的连结位置，

所述第三流路的入口与所述第四流路的入口相互连结，

所述低压连通配管的一端连结在所述第三流路与所述第四流路的连结位置，

所述减压阀被设置为夹在所述高压连通配管的另一端与所述低压连通配管的另一端之间。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述减压阀包括：

第一减压阀，设置于所述第一流路的出口侧端部；和

第二减压阀，设置于所述第二流路的出口侧端部，

所述第一流路与所述第二流路通过所述高压连通配管相互连结，

所述第三流路被设置为将所述第一减压阀与所述第一喷射器连结，

所述第四流路被设置为将所述第二减压阀与所述第二喷射器连结，

所述低压连通配管被设置为将所述第三流路与所述第四流路连结。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的燃料电池系统，其中，

所述第一喷射器与所述第二喷射器被控制为在一方的喷射器动作的情况下另一方的喷射器也同步动作。

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