CN113013445B - 燃料电池系统及其吹扫方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统及其吹扫方法。燃料电池系统包括：燃料电池，其包括吹扫气体的入口和出口；第一注入设备和第二注入设备，其注入吹扫气体；气液分离器；排出阀；喷射器，其包括流入口和流出口；第一连接路径，其连接在流出口与入口之间；引导路径，将从第二注入设备注入的吹扫气体在不流经喷射器的情况下引导进入第一连接路径；第二连接路径，连接在气液分离器与出口之间；第三连接路径，连接在气液分离器与流入口之间；以及控制器，被配置成通过执行第一注入设备的注入来吹扫喷射器、燃料电池及第二连接路径，通过停止第一注入设备的注入并且执行第二注入设备的注入来吹扫第三连接路径，以及通过打开排出阀将气液分离器中的液态水排出。

Description

燃料电池系统及其吹扫方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统及其吹扫方法。
背景技术
在燃料电池系统的阳极系统的吹扫处理中，阳极气体被从注入器注入，并且然后通过喷射器流入燃料电池。在被从燃料电池排出之后，阳极气体在气液分离器中与液态水分离，并且然后通过循环路径从气液分离器流入喷射器。因此，阳极气体通过燃料电池循环(例如，参见日本未经审查的专利申请公开第2008-21537号)。
在吹扫处理中，即使阳极气体沿上述循环方向流动，包含在阳极气体中的水分(例如水蒸气)也不会在气液分离器中被分离出来。因此，水分在循环路径中冷却，进而可能会发生结露并且液态水可能会残留在循环路径中。出于该原因，在循环路径从气液分离器竖直向上延伸至喷射器的情况下，例如，如果燃料电池在吹扫处理之后长时间不发电，则残留在循环路径中的液态水可能会落入气液分离器中，并且然后可能通过形成在气液分离器的底部处的小开口流至排出阀。如果液态水在冰点以下冻结，则排出阀被卡住。这可能使得难以将液态水从燃料电池系统排出。另外，如果液态水在喷射器、循环路径、或者在布置在气液分离器与燃料电池之间的流路中残留并且在冰点以下冻结，则在吹扫处理之后，阳极气体的循环路径被阻塞。这可能使得液态水难以从燃料电池系统排出。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种减少吹扫之后残留的液态水的量的燃料电池系统及其吹扫方法。
通过一种燃料电池系统来实现上述目的，该燃料电池系统包括：燃料电池，其包括吹扫气体的入口和出口；第一注入设备和第二注入设备，其注入吹扫气体；气液分离器，其将液态水与从出口排出的吹扫气体分离，并且使该液态水从设置在气液分离器的竖直下侧处的开口流出；排出阀，其将从开口流出的液态水排放至外部；喷射器，其包括流入口和流出口，吹扫气体从气液分离器流入该流入口，从第一注入设备注入的吹扫气体与从流入口流入的吹扫气体一起通过该流出口流出；第一连接路径，其连接在流出口与入口之间；引导路径，其将从第二注入设备注入的吹扫气体在不流经喷射器的情况下引导进入第一连接路径；第二连接路径，其连接在气液分离器与出口之间；第三连接路径，其连接在气液分离器与流入口之间，并且从气液分离器竖直向上延伸；以及控制器，其被配置成通过执行第一注入设备的注入来吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径，通过停止第一注入设备的注入并且执行第二注入设备的注入来吹扫第三连接路径，以及通过打开排出阀将气液分离器中的液态水排出。
在以上配置中，控制器可以被配置成在吹扫喷射器之后吹扫第三连接路径。
在以上配置中，控制器可以被配置成在吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径之后吹扫第三连接路径。
在以上燃料电池系统中还可以包括检测外部空气温度的温度检测器，其中，控制器可以被配置成：当外部空气温度等于或低于冰点时，吹扫喷射器、燃料电池、第二连接路径以及第三连接路径。
在以上配置中，控制器可以被配置成：当外部空气温度高于冰点并且排出阀的温度被估计为等于或低于冰点时，吹扫喷射器、燃料电池、第二连接路径以及第三连接路径。
以上燃料电池系统还可以包括控制阀，该控制阀被设置在第一连接路径中，根据控制阀的开度来控制从引导路径到燃料电池的流经第一连接路径的吹扫气体的流速，其中，控制器可以被配置成控制该控制阀的开度，以使在吹扫第三连接路径时的控制阀的开度小于在吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径时的控制阀的开度。
另外，通过一种用于燃料电池系统的吹扫方法来实现以上目的，其中，燃料电池系统包括：燃料电池，其包括吹扫气体的入口和出口；第一注入设备和第二注入设备，其注入吹扫气体；气液分离器，其将液态水与从出口排出的吹扫气体分离，并且使该液态水从设置在气液分离器的垂直下侧处的开口流出；排出阀，其将从开口流出的液态水排放至外部；喷射器，其包括流入口和流出口，其中，吹扫气体从气液分离器流进该流入口，从第一注入设备注入的吹扫气体与从流入口流入的吹扫气体一起通过该流出口流出；第一连接路径，其连接在流出口与入口之间；引导路径，其将从第二注入设备注入的吹扫气体在不流经喷射器的情况下引导进入第一连接路径；第二连接路径，其连接在气液分离器与出口之间；以及第三连接路径，其连接在气液分离器与流入口之间，并且从气液分离器竖直向上延伸，以及吹扫方法包括：通过执行第一注入设备的注入来吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径；通过停止第一注入设备的注入并执行第二注入设备的注入来吹扫第三连接路径；以及通过打开排出阀将气液分离器中的液态水排出。
在以上方法中，可以在吹扫喷射器之后执行对第三连接路径的吹扫。
在以上方法中，可以在吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径之后执行对第三连接路径的吹扫。
在以上方法中，燃料电池系统可以包括检测外部空气温度的温度检测器，，并且可以在外部空气温度等于或低于冰点的情况下，执行对喷射器、燃料电池、第二连接路径的吹扫以及对第三连接路径的吹扫。
在以上方法中，可以在外部空气温度高于冰点并且排出阀的温度被估计为等于或低于冰点的情况下，执行对喷射器、燃料电池、第二连接路径的吹扫以及对第三连接路径的吹扫。
在以上方法中，燃料电池系统可以包括控制阀，该控制阀被设置在第一连接路径中，并且根据控制阀的开度来控制从引导路径到燃料电池的流经第一连接路径的吹扫气体的流速，并且该方法可以包括控制控制阀的开度，使得吹扫第三连接路径时的控制阀的开度小于吹扫喷射器、燃料电池以及第二连接路径时的控制阀的开度。
本发明的效果
根据本发明，能够提供一种减少吹扫之后残留的液态水的量的燃料电池系统及其吹扫方法。
附图说明
图1是示出燃料电池系统的示例的配置图；
图2是示出回行管的吹扫处理的示例的图；
图3是示出残留在回行管中的液态水在气液分离器中聚集的状态的示例的图；
图4是示出电子控制单元(ECU)的操作示例的流程图；
图5是示出吹扫处理的示例的流程图；
图6是示出吹扫处理的另一示例的流程图；
图7是示出另一燃料电池系统的示例的配置图；
图8是示出用于吹扫回行管的吹扫处理的另一示例的图；以及
图9是示出另一燃料电池系统的吹扫处理的流程图。
具体实施方式
(燃料电池系统100的配置)
图1是示出燃料电池系统100的示例的配置图。燃料电池系统100被安装在例如燃料电池车辆上，并且包括FC(燃料电池)1、电动机M、阴极系统2、阳极系统3以及控制系统7。另外，省略了对用于连接FC 1和电动机M的电气配置的图示。
FC 1包括固体聚合物电解质型单体电池的堆叠。FC 1接收阴极气体和阳极气体的供应，以响应于阴极气体与阳极气体之间的化学反应来发电。在本实施方式中，将含氧空气用作阴极气体，并且将氢气用作阳极气体。阳极气体是用于阳极系统的吹扫处理的吹扫气体的示例。由FC 1产生的电力被供应至电动机M。
FC 1包括阳极气体的入口11和出口12，以及阴极气体的入口13和出口14。阳极气体的入口11和出口12经由阳极气体流路L31连接。阴极气体的入口13和出口14经由阴极气体流路L21连接。阳极气体流路L31和阴极气体流路L21包括贯穿单体电池堆叠体的歧管、在单体电池的隔板中形成的槽等。
阴极系统2将含氧空气作为阴极气体供应至FC 1。例如，阴极系统2包括阴极供应管L20、阴极排出管L22以及空气压缩机20。
阴极气体如箭头R20所指示的那样流经阴极供应管L20并且被供应至FC 1。空气压缩机20设置在阴极供应管L20中。空气压缩机20对阴极气体进行压缩并且将其吹至FC 1的入口13。FC 1中的阴极气体如箭头R21所指示的那样流经阴极气体流路L21。FC 1将用于发电的阴极气体作为阴极废气从出口14排放至阴极排出管L22。阴极废气如箭头R22所指示的那样从FC 1的出口14流经阴极排出管L22并且被排放至外部。
阳极系统3将阳极气体供应至FC 1。阳极系统3包括阳极供应管L30、阳极排出管L32、回行管L33、旁通管L34、排气排水管L35、燃料箱30、主注入器(主INJ)31和32、副注入器(副INJ)33、喷射器4、气液分离器5以及阳极排出阀6。
阳极气体被以高压状态储存在燃料箱30中。燃料箱30向主INJ 31和32以及副INJ33供应阳极气体。主INJ 31和32以及副INJ 33注入阳极气体。主INJ 31和32是第一注入设备的示例。副INJ 33是第二注入设备的示例。
主INJ 31和32连接至喷射器4。副INJ 33经由旁通管L34连接至阳极供应管L30。
图1示出了喷射器4的沿阳极气体流动的方向的横截面。喷射器4包括具有板状形状的固定部40、大直径喷嘴41、小直径喷嘴42以及扩散器43。喷射器4的材料包括但不限于例如不锈钢(SUS)。
固定部40固定大直径喷嘴41和小直径喷嘴42。大直径喷嘴41的入口410连接至主INJ 31。小直径喷嘴42的入口420连接至主INJ 32。大直径喷嘴41和小直径喷嘴42分别从它们的注入口注入来自主INJ 31和32的阳极气体。大直径喷嘴41的注入口的直径大于小直径喷嘴42的注入口的直径。
扩散器43包括阳极气体流经的喷射器流路44以及连接至阳极供应管L30的流出口46。连接至回行管L33的流入口45被设置在扩散器43的侧表面上。
从主INJ 31和32注入的阳极气体如箭头R1和R2所指示的那样通过喷射器流路44流向流出口46。从FC 1排出的阳极废气从气液分离器5流经回行管L33，然后通过流入口45流入喷射器流路44。此时，从大直径喷嘴41和小直径喷嘴42注入的阳极气体用作驱动流体，使得阳极废气如箭头R33所指示的那样被从流入口45吸入喷射器流路44。
通过流入口45流入喷射器4的阳极废气与从主INJ 31和32注入的阳极气体一起流经喷射器流路44，然后通过流出口46流向阳极供应管L30。因此，阳极废气和阳极气体如箭头R30所指示的那样通过入口11流入FC1。
阳极供应管L30的一端连接至喷射器4的流出口46。阳极供应管L30的另一端连接至FC 1的阳极气体的入口11。从副INJ 33延伸的旁通管L34的一端连接至阳极供应管L30的一部分。当主INJ 31和32中的至少之一注入阳极气体时，从副INJ 33注入的阳极气体在位于阳极排出管L32与旁通管L34之间的连接点P处朝向FC 1流动。
因此，从副INJ 33注入的阳极气体在不流经喷射器4的情况下被引导进入阳极供应管L30，然后如箭头R3所指示的那样通过入口11流入FC 1。阳极供应管L30是连接在流出口46与入口11之间的第一连接路径的示例。旁通管L34是在不流经喷射器4的情况下将从副INJ 33注入的阳极气体供应至阳极供应管L30的引导管的示例。阳极气体如箭头R31所指示的那样从FC 1的入口11流经阳极气体流路L31，并且然后从出口12流向阳极排出管L32。
阳极排出管L32的一端连接至FC 1的阳极废气的出口12。阳极排出管L32的另一端连接至气液分离器5。阳极废气如箭头R32所指示的那样从出口12流经阳极排出管L32，然后流入气液分离器5。阳极排出管L32是连接在气液分离器5与出口12之间的第二连接路径的示例。
气液分离器5将液态水与从出口12排出的阳极废气分离，并且通过沿竖直方向设置在气液分离器5的下侧处的开口排出液态水。排气排水管L35的一端连接至气液分离器5。排气排水管L35的另一端连接至阴极排出管L22。排气排水管L35设置有阳极排出阀6。当阳极排出阀6打开时，从气液分离器5的开口流出的液态水和阳极废气的一部分通过排气排水管L35排至阴极排出管L22，然后与阴极废气一起被排放至外部。阳极排出阀6是将从开口流出的液态水排放至外部的排出阀的示例。
回行管L33的一端连接至气液分离器5。回行管L33的另一端连接至喷射器4的流入口45。阳极废气从气液分离器5流经回行管L33，然后通过流入口45流入喷射器4。回行管L33是连接在气液分离器5与流入口45之间并且从气液分离器5垂直向上延伸的第三连接路径的示例。
控制系统7包括ECU 70、点火开关71、加速器开度传感器72以及温度传感器73和74。点火开关71将启动和停止燃料电池车辆的指令通知给ECU 70。加速器开度传感器72检测燃料电池车辆的加速器(未示出)的开度，并且将该开度通知给ECU 70。温度传感器73检测外部空气温度，并且将其通知给ECU 70。温度传感器74检测FC 1的冷却水的温度，并且将其通知给ECU 70。温度传感器73是温度检测器的示例。
ECU 70包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)以及随机存取存储器(RAM)。ECU 70电连接至点火开关71、加速器开度传感器72、温度传感器73和74、空气压缩机20、主INJ 31和32、副INJ 33以及阳极排出阀6。
ECU 70根据由加速器开度传感器72检测的加速器开度计算FC 1所需的电流值。ECU 70向空气压缩机20给出关于阴极气体的流速的指令，并且向主INJ 31和32中的至少之一给出关于阳极气体的注入量的指令。当FC上的负荷最大时，除了向主INJ 31和32给出关于注入量的指令之外，ECU 70还可以向副INJ 33给出关于注入量的指令。
ECU 70执行用于燃料电池系统100的吹扫方法。当检测到点火开关71断开时，ECU70根据外部空气温度和气液分离器5的温度对阳极系统3执行吹扫处理。阳极气体在吹扫处理中用作吹扫气体。ECU 70通过执行主INJ 31和32的注入来吹扫喷射器4、FC 1的阳极气体流路L 31以及阳极排出管L32。
此时，阳极气体流经箭头R30至R33所指示的路径。因此，残留在喷射器4、FC 1的阳极气体流路L31以及阳极排出管L32中的液态水在气液分离器5中聚集。此外，回行管L33从气液分离器5竖直向上延伸至喷射器4。出于该原因，在气液分离器5中未被分离的水分(例如水蒸气)可能在回行管L33中凝结，然后液态水可能残留在回行管L33中。在这种情况下，在吹扫处理之后，例如在FC 1长时间没有发电的情况下，液态水可能落入气液分离器5中，并且可能从设置在气液分离器5的底部处的小开口流出至阳极排出阀6。如果液态水在冰点以下冻结，则阳极排出阀6可能被卡住。这可能使得液态水难以从燃料电池系统100排出。
因此，ECU 70通过停止主INJ 31和32的注入并且通过执行副INJ 33的注入来吹扫回行管L33。
图2是示出用于吹扫回行管L33的吹扫处理的示例的图。图2中的与图1的部件相同的部件被赋予相同的附图标记，并且省略对其的重复描述。
从副INJ 33注入的大部分阳极气体在连接点P处流向喷射器4。这是因为没有来自主INJ 31和32的阳极气体流，并且喷射器4的压力损失低于FC 1的压力损失。因此，如箭头R4所指示的，大部分阳极气体流经旁通管L34，然后通过阳极供应管L30从喷射器4的流出口46回流到喷射器流路44中。如箭头R5所指示的，阳极气体通过喷射器流路44从流入口45流入回行管L33，然后通过回行管L33回流到气液分离器5中。从而，残留在回行管L33中的液态水在气液分离器5中聚集。
如箭头R6所指示的，从副INJ 33注入的未流向喷射器4的阳极气体，，通过阳极供应管L30、阳极气体流路L31以及阳极排出管L32流入气液分离器5。由于阳极气体流路L31的横截面积小于喷射器流路44和回行管L33各自的横截面积，因此阳极气体流路L31的压力损失过高以致阳极气体不易于流过那里。
ECU 70控制阳极排出阀6的打开和关闭。如箭头R34所指示的，当阳极排出阀6打开时，气液分离器5中的液态水流经排气排水管L35，然后从阴极排出管L22排放至外部。
图3是示出残留在回行管L33中的液态水在气液分离器5中聚集的状态的示例的图。图3中的与图1相同的部件被赋予相同的附图标记，并且省略对其的重复描述。
回行管L33例如从喷射器4的流入口45开始沿竖直方向V延伸，并且连接至气液分离器5的上部。
气液分离器5包括筒状部51、覆盖筒状部51的上表面部50、以及从筒状部51的下端开始连续延伸并且具有漏斗形状的底部52。筒状部51设置有侧开口51a。上表面部50设置有上开口50a。侧开口51a的边缘连接至阳极排出管L32。上开口50a的边缘连接至回行管L33的下端。
此外，底部52在其中心设置有开口52a。开口52a的边缘连接至具有L形状的排气排水管L35。排气排水管L35从底部52沿竖直方向V延伸，然后以直角朝向阳极排出阀6弯曲。
在气液分离器5中，阳极气体中所包含的未被分离出来的水分被冷凝，然后水滴9附着在回行管L33的内壁上。如箭头R5所示出的，阳极气体从阳极供应管L30流经喷射器流路44，并且从流入口45流入回行管L33。因此，水滴9从回行管L33聚集在气液分离器5中。
水滴9作为液态水W存储在气液分离器5的底部52上。如箭头R34所指示的，液态水W流经排气排水管L35，然后到达阳极排出阀6。当阳极排出阀6打开时，气液分离器5中的液态水W被排出。
(ECU 70的操作)
图4是示出ECU 70的操作示例的流程图。ECU 70确定点火开关71是否接通(步骤St1)。当点火开关71未接通(在步骤St1中为“否”)时，再次执行步骤St1中的处理。
当点火开关71接通(在步骤St1中为“是”)时，ECU 70通过FC 1开始发电(步骤St2)。此时，例如ECU 70根据由加速器开度传感器72检测的加速器开度，向主INJ 31和32以及副INJ 33给出关于阳极气体的供应量的指令，并且向空气压缩机20给出关于阴极气体的供应量的指令。
接下来，ECU 70确定点火开关71是否断开(步骤St3)。当点火开关71保持接通状态(在步骤St3中为“否”)时，再次执行步骤St3中的处理。
当点火开关71断开(在步骤St3中为“是”)时，ECU 70使FC 1停止发电(步骤St4)。此时，例如，ECU 70停止从空气压缩机20供应阴极气体以及从主INJ 31和32供应阳极气体。接下来，ECU 70通过温度传感器73检测外部空气温度(步骤St5)。ECU 70确定外部空气温度是否等于或低于冰点(步骤St6)。
当外部空气温度等于或低于冰点(在步骤St6中为“是”)时，ECU 70执行吹扫处理(步骤St7)。即，如参照图1和图2所描述的，当外部空气温度等于或低于冰点时，ECU 70吹扫喷射器4、FC 1的阳极气体流路L31、阳极排出管L32以及回行管L33。由于该原因，当外部空气温度等于或低于冰点时，喷射器4、FC 1的阳极气体流路L31、阳极排出管L32以及回行管L33中的液态水在气液分离器5中聚集，并且被排放至外部。这抑制了液态水在阳极排出阀6上冻结。
当外部空气温度高于冰点(在步骤St6中为“否”)时，ECU 70估计阳极排出阀6的温度(步骤St8)。此时，ECU 70基于由温度传感器73检测的外部空气温度、由温度传感器74检测的FC 1的冷却水的温度等来估计阳极排出阀6的温度。
当所估计的温度等于或低于冰点(在步骤St9中为“是”)时，ECU 70执行吹扫处理(步骤St7)。当所估计的温度高于冰点(在步骤St9中为“否”)时，不执行吹扫处理。
以这样的方式，当外部空气温度高于冰点并且阳极排出阀6的温度被估计为等于或低于冰点时，ECU 70吹扫喷射器4、FC 1的阳极气体流路L31、阳极排出管L32以及回行管L33。当外部空气温度高于冰点并且阳极排出阀6的温度被估计为等于或低于冰点时，来自喷射器4、FC 1的阳极气体流路L31、阳极排出管L32以及回行管L33的液态水在气液分离器5中聚集并且然后被排放至外部。这抑制了液态水在阳极排出阀6上冻结。
接下来，将描述步骤St7中的吹扫处理的示例。
图5是示出吹扫处理的示例的流程图。ECU 70可以控制空气压缩机20向阴极排出管L22供应阴极气体，以便在吹扫处理之前稀释被排放至阴极排出管L22的阳极气体。阳极系统3的吹扫处理包括用于吹扫喷射器4的吹扫处理(步骤St7a)、用于吹扫回行管L33的吹扫处理(步骤St7b)、用于吹扫FC 1的吹扫处理(步骤St7c)以及用于吹扫气液分离器5的吹扫处理(步骤St7d)。
首先，ECU 70执行喷射器4的吹扫处理(步骤St7a)。ECU 70开始主INJ 31和32的注入(步骤St71a)。此时，ECU 70控制主INJ 31和32以相同的频率注入阳极气体。因此，残留在喷射器4中的液态水被收集在气液分离器5中。
接下来，ECU 70将阳极排出阀6打开和关闭预定次数(步骤St72a)。因此，将液态水从气液分离器5排出。接下来，ECU 70停止主INJ 31和32的注入(步骤St73a)。
其次，ECU 70执行回行管L33的吹扫处理(步骤St7b)。ECU 70开始副INJ 33的注入(步骤St71b)。此时，ECU 70在停止主INJ 31和32的注入时控制副INJ 33注入阳极气体。因此，阳极气体回流到回行管L33中。因此，残留在回行管L33中的液态水被收集在气液分离器5中。
接下来，ECU 70将阳极排出阀6打开和关闭预定次数(步骤St72b)。从而，将液态水从气液分离器5排出。接下来，ECU 70停止副INJ 33的注入(步骤St73b)。
以上述方式，ECU 70在吹扫喷射器4之后吹扫回行管L33。这在回行管L33的吹扫处理中促进了阳极气体从喷射器4向回行管L33的流动。
再者，ECU 70执行FC 1的吹扫处理(步骤St7c)。ECU 70开始主INJ31和32的注入(步骤St71c)。此时，ECU 70控制主INJ 31和32以例如不同的频率注入阳极气体。因此，残留在阳极气体流路L31及其下游侧处的阳极排出管L32中的液态水被收集在气液分离器5中。
接下来，ECU 70将阳极排出阀6打开和关闭预定次数(步骤St72c)。从而，将液态水从气液分离器5排出。接下来，ECU 70停止主INJ 31和32的注入(步骤St73c)。
接下来，ECU 70执行气液分离器5的吹扫处理(步骤St7d)。ECU 70开始主INJ 31和32的注入(步骤St71d)。此时，与喷射器4和FC 1各自的吹扫处理相比，ECU 70控制主INJ 31和32以注入大量的阳极气体。因此，残留在气液分离器5中的液态水被收集在底部52处。
接下来，ECU 70将阳极排出阀6打开和关闭预定次数(步骤St72d)。从而，将液态水从气液分离器5排出。接下来，ECU 70停止主INJ 31和32的注入(步骤St73d)。
以这种方式执行吹扫处理。另外，在喷射器4的吹扫处理之后(步骤St7b)，执行FC1的吹扫处理(步骤St7c)和气液分离器5的吹扫处理(St7d)。由于该原因，考虑到残留在回行管L33中的液态水的减少，ECU70可以将分别针对FC 1和气液分离器5的吹扫处理(步骤St7c和St7d)中的液态水分离率设置得比其他吹扫处理中的液态水分离率高。
另外，与以上描述的吹扫处理的顺序不同，ECU 70可以最后执行回行管L33的吹扫处理(步骤St7b)。
图6是示出吹扫处理的另一示例的流程图。在图6中，与图5中的处理相同的处理由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。
在本实施方式中，最后执行回行管L33的吹扫处理(步骤St7b)。因此，除了回行管L33之外还对气液分离器5进行了吹扫，使得可以省略以上示例中的气液分离器5的吹扫处理(步骤St7d)。
以这种方式，ECU 70在吹扫喷射器4、FC 1以及阳极排出管L32之后吹扫回行管L33。从而，更有效地排出液态水并且缩短了整个吹扫处理。
(另一燃料电池系统100a的示例)
图7是示出另一燃料电池系统100a的示例的配置图。在图7中，与图1中的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。
与燃料电池系统100的示例相比，燃料电池系统100a中并入了控制阀8。控制阀8被设置在阳极供应管L30中，并且根据其开度来控制从旁通管L34流向FC 1的阳极气体的流速。
ECU 70控制控制阀8的开度。ECU 70在FC 1的发电期间以及在吹扫喷射器4、阳极气体流路L31以及阳极排出管L32的期间打开控制阀8。由于该原因，如箭头R30和R3所指示的，从主INJ 31和32以及副INJ 33注入的阳极气体通过阳极供应管L30流入FC 1的入口11。
图8是示出用于吹扫回行管L33的吹扫处理的另一示例的图。在图8中，与图2中的部件相同的部件由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。
ECU 70在吹扫回行管L33期间关闭控制阀8。即，ECU 70将控制阀8的开度设置为0％。因此，与图2中示出的示例不同，从副INJ 33注入的所有阳极气体流向喷射器4。因此，与图2中示出的示例相比，在回行管L33中流动的阳极气体的流速增加，并且更多的液态水从回行管L33被收集至气液分离器5。
此外，ECU 70并不总是需要将控制阀8的开度设置为0％。与吹扫喷射器4、阳极气体流路L31以及阳极排出管L32的情况相比，ECU 70只需要减小控制阀8的开度。这减少了从副INJ 33流入FC 1的入口11的阳极气体的量，其增加了由箭头R5指示的阳极气体的流速。从而，更多的液态水从回行管L33被收集至气液分离器5。
图9是示出燃料电池系统100a中的吹扫处理的流程图。在图9中，与图5中的处理相同的处理由相同的附图标记表示，并且省略对其的重复描述。假定在开始该处理时控制阀8处于打开状态。
在回行管L33的吹扫处理(步骤St7b')中，ECU 70关闭控制阀8(步骤St70b)，然后执行副INJ 33的注入(步骤St71b)。在停止副INJ 33的注入之后(步骤St73b)，ECU 70打开控制阀8(步骤St74b)。
在步骤St70b中，ECU 70可以减小控制阀8的开度。此外，与图6的示例类似，可以最后执行回行管L33的吹扫处理(步骤St7b')。在这种情况下，不需要气液分离器5的吹扫处理(步骤St7d)。
如以上所描述的，燃料电池系统100和100a每个均包括FC 1、主INJ31和32、副INJ33、气液分离器5、阳极排出阀6、喷射器4、阳极供应管L30、旁通管L34、阳极排出管L32、回行管L33以及ECU 70。FC 1包括阳极气体的入口11和出口12。气液分离器5将液态水与从出口12排出的阳极气体分离，并且使液态水从设置在气液分离器5的竖直下侧处的开口52a流出。阳极排出阀6将从开口52a流出的液态水排放至外部。
喷射器4包括：流入口45，阳极气体从气液分离器5流入该流入口；以及流出口46，从主INJ 31和32注入的阳极气体与从流入口45流入的阳极气体一起通过该流出口流出。阳极供应管L30连接在流出口46与入口11之间。旁通管L34将从副INJ 33注入的阳极气体在不流经喷射器4的情况下引导进入阳极供应管L30。阳极排出管L32连接在气液分离器5与出口12之间。回行管L33连接在气液分离器5与流入口45之间，并且从气液分离器5竖直向上延伸。
ECU 70通过打开和关闭阳极排出阀6并执行主INJ 31和32的注入来吹扫喷射器4、FC 1以及阳极排出管L32。ECU 70停止主INJ 31和32的注入，并执行副INJ 33的注入，以吹扫回行管L33。
根据以上配置，ECU 70通过打开阳极排出阀6并执行主INJ 31和32的注入来吹扫喷射器4、FC 1以及阳极排出管L32。因此，阳极气体从主INJ 31和32进入喷射器4，通过阳极供应管L30从喷射器4的流出口46流入FC 1的入口11。阳极气体从FC 1的出口12排出，通过阳极排出管L32流入气液分离器5。气液分离器5将液态水与阳极气体分离，并且使液态水从设置在气液分离器5的竖直下侧处的开口52a流出。阳极气体通过回行管L33从气液分离器5流入喷射器4的入口45，并且与由主INJ 31和32注入的阳极气体一起从流出口46流经阳极供应管L30。以这种方式，阳极气体流通至FC 1。
因此，残留在喷射器4、FC 1以及阳极排出管L32中的液态水在气液分离器5中聚集。
此外，ECU 70停止主INJ 31和32的注入、打开阳极排出阀6、并且执行副INJ 33的注入，以吹扫回行管L33。因此，阳极气体在不流经喷射器4的情况下被从副INJ 33被引导进入阳极供应管L30，并且通过阳极供应管L30经流出口46回流到喷射器4中。阳极气体通过回行管L33从喷射器4的流出口46回流到气液分离器5中。气液分离器5将液态水与阳极气体分离，并且使液态水从设置在竖直下侧处的开口52a流出。
在本文中，尽管回行管L33从气液分离器5竖直向上延伸，但是阳极气体由于重力通过回行管L33回流，因此残留在回行管L33中的液态水易于流至气液分离器5。因此，残留在回行管L33中的液态水在气液分离器5中聚集。此外，ECU 70打开阳极排出阀6以排出气液分离器5中的液态水。因此，燃料电池系统100和100a减少了吹扫之后残留的液态水的量。
虽然已经详细描述了本发明的一些实施方式，但是本发明不限于这些特定的实施方式，而是可以在所要求保护的本发明的范围内进行变化或改变。

Claims (12)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池，其包括吹扫气体的入口和出口；
第一注入设备和第二注入设备，其注入所述吹扫气体；
气液分离器，其将液态水与从所述出口排出的吹扫气体分离，并且使所述液态水从设置在所述气液分离器的竖直下侧处的开口流出；
排出阀，其将从所述开口流出的液态水排放至外部；
喷射器，其包括：
流入口，所述吹扫气体从所述气液分离器流入所述流入口；以及
流出口，从所述第一注入设备注入的吹扫气体与从所述流入口流入的吹扫气体一起通过所述流出口流出；
第一连接路径，其连接在所述流出口与所述入口之间；
引导路径，其将从所述第二注入设备注入的吹扫气体在不流经所述喷射器的情况下引导进入所述第一连接路径；
第二连接路径，其连接在所述气液分离器与所述出口之间；
第三连接路径，其连接在所述气液分离器与所述流入口之间，并且从所述气液分离器竖直向上延伸；以及
控制器，其被配置成：通过执行所述第一注入设备的注入来吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径，通过停止所述第一注入设备的注入并且执行所述第二注入设备的注入来吹扫所述第三连接路径，以及通过打开所述排出阀将所述气液分离器中的液态水排出。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制器被配置成在吹扫所述喷射器之后吹扫所述第三连接路径。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述控制器被配置成在吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径之后吹扫所述第三连接路径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统，还包括检测外部空气温度的温度检测器，
其中，所述控制器被配置成：当所述外部空气温度等于或低于冰点时，吹扫所述喷射器、所述燃料电池、所述第二连接路径以及所述第三连接路径。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述控制器被配置成：当所述外部空气温度高于冰点并且所述排出阀的温度被估计为等于或低于冰点时，吹扫所述喷射器、所述燃料电池、所述第二连接路径以及所述第三连接路径。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，还包括控制阀，所述控制阀被设置在所述第一连接路径中，根据所述控制阀的开度控制从所述引导路径到所述燃料电池的流经所述第一连接路径的吹扫气体的流速，
其中，所述控制器被配置成：控制所述控制阀的开度，使得在吹扫所述第三连接路径时的所述控制阀的开度小于在吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径时的所述控制阀的开度。
7.一种用于燃料电池系统的吹扫方法，其中，
所述燃料电池系统包括：
燃料电池，其包括吹扫气体的入口和出口；
第一注入设备和第二注入设备，其注入所述吹扫气体；
气液分离器，其将液态水与从所述出口排出的吹扫气体分离，并且使所述液态水从设置在所述气液分离器的竖直下侧处的开口流出；
排出阀，其将从所述开口流出的液态水排放至外部；
喷射器，其包括：
流入口，所述吹扫气体从所述气液分离器流入所述流入口；以及
流出口，从所述第一注入设备注入的吹扫气体与从所述流入口流入的吹扫气体一起通过所述流出口流出；
第一连接路径，其连接在所述流出口与所述入口之间；
引导路径，其将从所述第二注入设备注入的吹扫气体在不流经所述喷射器的情况下引导进入所述第一连接路径；
第二连接路径，其连接在所述气液分离器与所述出口之间；以及
第三连接路径，其连接在所述气液分离器与所述流入口之间，并且从所述气液分离器竖直向上延伸，以及
所述吹扫方法包括：
通过执行所述第一注入设备的注入来吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径；
通过停止所述第一注入设备的注入并且执行所述第二注入设备的注入来吹扫所述第三连接路径；以及
通过打开所述排出阀将所述气液分离器中的液态水排出。
8.根据权利要求7所述的用于燃料电池系统的吹扫方法，其中，在吹扫所述喷射器之后执行对所述第三连接路径的吹扫。
9.根据权利要求7或8所述的用于燃料电池系统的吹扫方法，其中，在吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径之后执行对所述第三连接路径的吹扫。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的用于燃料电池系统的吹扫方法，其中，
所述燃料电池系统包括检测外部空气温度的温度检测器，并且
在所述外部空气温度等于或低于冰点时，执行对所述喷射器、所述燃料电池、所述第二连接路径的吹扫以及对所述第三连接路径的吹扫。
11.根据权利要求10所述的用于燃料电池系统的吹扫方法，其中，当所述外部空气温度高于冰点并且所述排出阀的温度被估计为等于或低于冰点时，执行对所述喷射器、所述燃料电池、所述第二连接路径的吹扫以及对所述第三连接路径的吹扫。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的用于燃料电池系统的吹扫方法，
其中，所述燃料电池系统包括控制阀，其被设置在所述第一连接路径中，并且根据所述控制阀的开度来控制从所述引导路径到所述燃料电池的流经所述第一连接路径的吹扫气体的流速，以及
所述方法包括：控制所述控制阀的开度，使得在吹扫所述第三连接路径时的所述控制阀的开度小于在吹扫所述喷射器、所述燃料电池以及所述第二连接路径时的所述控制阀的开度。
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