CN113471485A - 燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统。燃料电池系统(10)具备：燃料电池堆(12)、燃料气体供给路(40)、循环路径(45)、吹扫阀(46a)以及温度传感器(84)。燃料电池系统(10)的运转方法中，进行判定温度传感器(84)的检测温度是否下降到既定温度以下的判定工序。而且，在判定工序中在温度为既定温度以下的情况下，一边经由燃料气体供给路(40)供给燃料气体一边使吹扫阀(46a)多次间歇地进行开闭的吹扫阀扫气处理工序。

Description

燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统，该燃料电池系统具备在向燃料电池堆供给燃料气体的流路设置的从循环路径排出燃料气体的吹扫阀。
背景技术
燃料电池系统具有：燃料电池堆；向燃料电池堆供给氢气等燃料气体(阳极气体)的燃料气体系装置；以及向燃料电池堆供给空气等氧化剂气体(阴极气体)的氧化剂气体系装置。燃料电池堆通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应进行发电。
另外，如专利文献1公开那样，燃料气体系装置具备：使从该燃料电池堆排出的燃料排气(燃料气体)在向燃料电池堆供给燃料气体的燃料气体供给路循环的循环路径；从循环路径排出燃料气体的吹扫路；以及使吹扫路开闭的吹扫阀。例如，吹扫阀在通常状态下使吹扫路闭塞，根据循环路径的氮气浓度上升等状态变化而被开放，由此排出循环路径的流体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-218242号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在燃料电池系统的循环路径流通的流体(从燃料电池堆排出的燃料排气)含有因燃料电池堆的发电而生成的水蒸气。因此，当燃料电池系统的周边处于低温环境(例如，冰点以下)时，水蒸气冻结，由此会有在吹扫阀发生节流孔件闭塞、阀主体固结等情况。由此会有吹扫阀不能开闭的风险。
本发明鉴于上述的实际情况而完成的，主要目的在于提供一种在处于低温环境时将附着于吹扫阀的节流孔件附近的水适当地排出由此能够抑制吹扫阀冻结的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统。
用于解决问题的方案
为了实现所述目的，本发明的第一方式是燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统具有：燃料电池堆；燃料气体供给路，其将燃料气体供给到所述燃料电池堆；循环路径，其使从所述燃料电池堆排出的燃料排气在所述燃料电池堆循环；吹扫阀，其用于从所述循环路径排出所述燃料排气；以及温度传感器，其检测所述吹扫阀的周边环境的温度，在所述燃料电池系统的运转方法中，包括：判定工序，判定所述温度传感器检测出的温度是否下降到既定温度以下；以及吹扫阀扫气处理工序，在所述温度为所述既定温度以下的情况下，一边经由所述燃料气体供给路供给所述燃料气体一边使所述吹扫阀多次间歇地进行开闭。
另外，为了实现所述目的，本发明的第二方式是燃料电池系统，具备：燃料电池堆；燃料气体供给路，其向所述燃料电池堆供给燃料气体；循环路径，其使从所述燃料电池堆排出的燃料排气在所述燃料电池堆循环；吹扫阀，其用于从所述循环路径排出所述燃料排气；以及温度传感器，其检测所述吹扫阀的周边环境的温度，在所述燃料电池系统中，判定所述温度传感器检测出的温度是否下降到既定温度以下，在所述温度成为所述既定温度以下的情况下，一边经由所述燃料气体供给路供给所述燃料气体一边使所述吹扫阀多次间歇地进行开闭。
发明的效果
上述的燃料电池系统的运转方法以及燃料电池系统中，能够在吹扫阀有可能冻结的低温环境下适当地排出吹扫阀附近的水。特别是使吹扫阀多次间歇地进行开闭，由此能够对于比吹扫阀靠上游侧的燃料气体压力付与脉动，使循环路径中包含的水移动并从吹扫阀顺畅地排出。因而，燃料电池系统能够更可靠地抑制吹扫阀冻结。
参照附图来说明以下的实施方式，从而能够容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统的整体结构的说明图。
图2是示出冻结抑制处理中的ECU内的功能部的框图。
图3A是示出燃料电池系统的运转方法的流程图。图3B是示出冻结抑制处理的各处理工序的实施顺序的流程图。
图4是示出燃料电池系统的冻结抑制处理的一例的时序图。
具体实施方式
以下，关于本发明例举优选的实施方式，参照附图进行详细说明。
如图1所示，本发明的一实施方式涉及的燃料电池系统10具备燃料电池堆12、燃料气体系装置14、氧化剂气体系装置16以及冷却装置18。该燃料电池系统10搭载于燃料电池汽车(以下，简称为车辆11)的电机室等。燃料电池系统10向车辆11的蓄电池Bt、行驶用电机Mt等供给燃料电池堆12的发电电力。而且，燃料电池系统10不限定于搭载于车辆11，例如也可以用于定置型系统的用途。
燃料电池堆12具备通过燃料气体(氢气、阳极气体)与氧化剂气体(空气中含有的氧、阴极气体)的电化学反应来进行发电的多个发电单电池20。在将燃料电池堆12搭载于车辆11的状态下，多个发电单电池20构成为以电极面为竖立姿态来沿着车宽方向层叠而成的层叠体21。而且，多个发电单电池20也可以在车辆11的车长方向(前后方向)、重力方向层叠。
各发电单电池20由电解质膜-电极结构体22(以下，称为“MEA 22”)、夹持MEA 22的一对隔板24(第一隔板24a、第二隔板24b)构成。MEA 22具有：电解质膜26(例如，固体高分子电解质膜(阳离子交换膜))；层叠于电解质膜26的一方面的阳极电极28；以及层叠于电解质膜26的另一方面的阴极电极30。第一隔板24a与MEA 22之间形成沿着隔板表面流通燃料气体的燃料气体流路32。第二隔板24b与MEA 22之间形成沿着隔板表面流通氧化剂气体的氧化剂气体流路34。另外，通过多个发电单电池20的层叠而在第一隔板24a与第二隔板24b彼此之间，形成沿着隔板表面流通制冷剂的制冷剂流路36。
还有，燃料电池堆12具备使燃料气体、氧化剂气体以及制冷剂分别沿着层叠体21的层叠方向流通的未图示的多个连通孔(燃料气体连通孔、氧化剂气体连通孔、制冷剂连通孔)。燃料气体连通孔与燃料气体流路32连通，氧化剂气体连通孔与氧化剂气体流路34连通，制冷剂连通孔与制冷剂流路36连通。
由燃料气体系装置14向燃料电池堆12供给燃料气体。在燃料电池堆12内，燃料气体在燃料气体连通孔(燃料气体入口连通孔)流通并流入燃料气体流路32，在阳极电极28处用于发电。含有发电中未被使用的燃料气体和水的燃料排气从燃料气体流路32流出到燃料气体连通孔(燃料气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12被排出到燃料气体系装置14。
另外，由氧化剂气体系装置16向燃料电池堆12供给氧化剂气体。在燃料电池堆12内，氧化剂气体在氧化剂气体连通孔(氧化剂气体入口连通孔)流通并流入氧化剂气体流路34，在阴极电极30处用于发电。含有发电中未被使用的氧化剂气体和水的氧化剂排气从氧化剂气体流路34流出到氧化剂气体连通孔(氧化剂气体出口连通孔)，并从燃料电池堆12被排出到氧化剂气体系装置16。
还有，由冷却装置18向燃料电池堆12供给制冷剂。在燃料电池堆12内，制冷剂在制冷剂连通孔(制冷剂入口连通孔)流通并流入制冷剂流路36，来对各发电单电池20进行适当温度调整。该制冷剂从制冷剂流路36流出到制冷剂连通孔(制冷剂出口连通孔)并从燃料电池堆12被排出到冷却装置18。
然后，详细描述在燃料电池堆12的外部使燃料气体流通的燃料气体系装置14。
燃料气体系装置14具有：向燃料电池堆12供给燃料气体的燃料气体供给路40；以及从燃料电池堆12排出燃料排气的燃料气体排出路42。另外，在燃料气体供给路40与燃料气体排出路42之间连接有燃料气体循环路44，该燃料气体循环路44用于使燃料气体排出路42的燃料排气中含有的未反应的燃料气体返回到燃料气体供给路40。
即，燃料气体供给路40的下游侧、燃料气体排出路42以及燃料气体循环路44在与燃料电池堆12之间形成使燃料气体循环的循环路径45。在燃料气体循环路44连接有用于从该循环路径45排出燃料排气(燃料气体、水(包括水蒸气、附着的液态水)、氮气等)的吹扫路46。
燃料气体供给路40的上游端部连接于高压罐47。高压罐47是贮存以及供给燃料气体的供给源，基于在高压罐47自身设置的供给阀47a(罐内电磁阀)以及在中途设置的减压阀47b的开闭来使燃料气体流出到燃料气体供给路40。
在燃料气体供给路40的中途位置串联地设置喷射器48以及引射器50，另外以跨过喷射器48以及引射器50的方式连接供给用旁通路52。在供给用旁通路52设置有BP(旁通)喷射器54。
在燃料电池系统10运转时，喷射器48以及BP喷射器54在比燃料气体供给路40靠上游侧(高压侧)处进行开闭，向下游侧(低压侧)喷出既定量的燃料气体。喷射器48是在发电时主要被使用的主喷射器，BP喷射器54是在燃料电池堆12启动时、要求高电流发电时等供给大量的氢的辅助喷射器。引射器50利用因从喷射器48喷出的燃料气体的流通而产生的负压，从燃料气体循环路44吸引燃料排气并且将燃料气体供给到下游侧的燃料电池堆12。
在燃料气体排出路42设置将燃料排气中含有的液体(在发电时生成的液态水)与气体分离的气液分离器56。上述的燃料气体循环路44与气液分离器56的上部连接，另一方面，从气液分离器56排出液体的泄放路60的一端与气液分离器56的底部连接。在该泄放路60设置对内部的流路进行开闭的泄放阀60a。另外，在气液分离器56设置水位传感器56a，该水位传感器56a用于检测从燃料排气分离出并留在底部的液体(液态水)的水位。
在燃料气体循环路44设置使燃料排气在燃料气体供给路40循环的燃料气体泵58。吹扫路46的一端连接在气液分离器56与燃料气体泵58之间。吹扫路46的另一端与后述的氧化剂气体系装置16的氧化剂气体排出路64连接。另外，在吹扫路46的中途位置，与泄放路60的另一端连接并且比泄放路60的连接部位靠上游(燃料气体循环路44)侧设置对流路进行开闭的吹扫阀46a。吹扫阀46a从循环路径45排出燃料排气(燃料气体)。而且，吹扫阀46a也可以是向在循环路径45上设置的、从循环路径45分支的吹扫路46排出燃料气体的结构。
然后，详细描述在燃料电池堆12的外部使氧化剂气体流通的氧化剂气体系装置16。
氧化剂气体系装置16具有：向燃料电池堆12供给氧化剂气体的氧化剂气体供给路62；以及从燃料电池堆12排出氧化剂排气的氧化剂气体排出路64。还有，在氧化剂气体供给路62与氧化剂气体排出路64之间，设置使氧化剂气体供给路62的氧化剂气体直接流通到氧化剂气体排出路64的氧化剂气体旁通路66。另外，本实施方式涉及的燃料电池系统10中，在氧化剂气体供给路62与氧化剂气体排出路64之间，具备使氧化剂气体排出路64的氧化剂排气在氧化剂气体供给路62循环的氧化剂气体循环路68。而且，燃料电池系统10也可以是不具备氧化剂气体循环路68的结构。
在氧化剂气体供给路62的既定部位设置压缩机70，该压缩机70将从大气取入的空气压缩来作为氧化剂气体供给。氧化剂气体旁通路66与比压缩机70靠氧化剂气体的流通方向下游侧的氧化剂气体供给路62连接。在氧化剂气体供给路62中在比氧化剂气体旁通路66的连接部位靠氧化剂气体的流通方向下游侧设置供给侧开闭阀72。氧化剂气体循环路68与比供给侧开闭阀72靠氧化剂气体的流通方向下游侧的氧化剂气体供给路62连接。另外，虽然省略图示，但也可以在氧化剂气体供给路62设置将氧化剂气体冷却的换热器等辅助设备。
另外，在氧化剂气体供给路62，在压缩机70(供给侧开闭阀72的氧化剂气体的流通方向下游侧)与燃料电池堆12之间设置加湿器74。加湿器74与氧化剂气体供给路62以及氧化剂气体排出路64双方连接，利用氧化剂气体排出路64的氧化剂排气含有的水分来加湿氧化剂气体供给路62的氧化剂气体。在氧化剂气体供给路62设置绕过加湿器74的加湿器旁通路75，在该加湿器旁通路75设置将流路开闭的加湿器旁通阀75a。
氧化剂气体循环路68在氧化剂气体排出路64中连接于比加湿器74靠氧化剂排气的流通方向下游侧。在该氧化剂气体循环路68设置EGR泵82，该GR泵82用于使氧化剂气体排出路64的氧化剂排气在氧化剂气体供给路62循环。
另外，在氧化剂气体排出路64，在比氧化剂气体循环路68的连接部位靠氧化剂排气的流通方向下游侧设置排出侧开闭阀76以及排压阀78。
氧化剂气体旁通路66在氧化剂气体排出路64中连接于比排压阀78靠氧化剂排气的流通方向下游侧。在该氧化剂气体旁通路66设置有调速阀(日语：流量調整弁)80，该调速阀80调整从氧化剂气体供给路62朝向氧化剂气体排出路64的氧化剂气体的流量。还有，燃料气体系装置14的吹扫路46连接于氧化剂气体排出路64中比氧化剂气体旁通路66的连接部位靠下游侧。
另外，燃料电池系统10具备用于检测吹扫阀46a的周边环境的温度的温度传感器84。作为温度传感器84，例如能够使用检测燃料电池系统10的周边(包含车辆11的外部)的气温的外部气温传感器84a。或者，温度传感器84也可以安装于吹扫阀46a自身，另外例如，也可以应用在燃料气体排出路42设置的燃料气体出口温度传感器84b。
另外，还有，燃料电池系统10在燃料气体供给路40中具备检测在该燃料气体供给路40内流通的气体(燃料气体等)的压力的压力传感器86。
以上的燃料电池系统10控制该燃料电池系统10的各结构的动作，并且具有用于燃料电池堆12进行发电的ECU(Electronic Control Unit：控制部)90。ECU 90构成为具有未图示的处理器、存储器以及输入输出接口的计算机。而且也可以是，由多个ECU(例如，控制燃料电池堆12的电流的发电用ECU、燃料气体系装置14用的ECU、氧化剂气体系装置16用的ECU等)构成ECU 90。
如图2所示，ECU 90经由车内通信线等与燃料电池系统10的各辅助设备(或者控制向各辅助设备供给电力的配电部)连接。另外，上述的水位传感器56a、温度传感器84以及压力传感器86经由车内通信线等连接于ECU 90。
ECU 90即使在车辆11的驱动停止(点火装置关闭)状态下也以低电力进行动作，基于温度传感器84检测的温度信息来判定或者估计燃料电池系统10的周边是否为低温环境(例如，冰点以下)。而且，在判定低温环境的情况下，ECU 90实施用于抑制吹扫阀46a冻结的吹扫阀扫气处理。
即，燃料电池系统10如上所述，由于在燃料排气中含有水蒸气，因此该水蒸气也移动到吹扫路46的吹扫阀46a。在冰点以下等低温环境下，该水蒸气冻结成冰。这时，冻结了的水闭塞吹扫阀46a的节流孔件，或者可能将吹扫阀46a的未图示的阀主体与阀壳体固结。由此吹扫阀46a无法排出循环路径45的流体。
因此，本实施方式涉及的燃料电池系统10将附着于吹扫阀46a的水、存在于循环路径45的水蒸气排出，由此实施实现避免吹扫阀46a冻结的吹扫阀扫气处理。另外，燃料电池系统10构成为：在低温环境下配合为了抑制燃料电池堆12内的发电单电池20冻结而进行的阴极扫气处理，来实施吹扫阀扫气处理。以下，将包括阴极扫气处理和吹扫阀扫气处理等一系列的处理称为冻结抑制处理。
为了实施冻结抑制处理，处理器读出以及执行存储于存储器的未图示的程序，由此ECU 90在内部构建如图2所示的功能模块。在ECU 90内形成冻结判定部92、协调控制部94、阴极扫气控制部96以及阳极扫气控制部98。而且也可以是，在燃料电池系统10具有多个ECU的情况下，在燃料气体系装置14的ECU设置阳极扫气控制部98，在氧化剂气体系装置16的ECU设置阴极扫气控制部96。
冻结判定部92是基于温度传感器84检测出的温度信息来判定或者估计吹扫阀46a的冻结可能性的功能部。冻结判定部92预先保存有冻结判定阈值Th(既定温度)并判定温度信息是否为冻结判定阈值Th以下，该冻结判定阈值Th(既定温度)规定吹扫阀46a冻结的低温环境。作为冻结判定阈值Th的温度，例如能够举出0℃，但是可以适当考虑吹扫阀46a的构造等来设定比0℃低的温度。另外也可以是，冻结判定部92基于温度信息的下降速度等，在成为冻结判定阈值Th以下之前，提前估计为处于低温环境。
冻结抑制处理中，协调控制部94是使阴极扫气控制部96的控制与阳极扫气控制部98的控制连动的功能部。即，在冻结抑制处理中，使氧化剂气体系装置16的各辅助设备的动作与燃料气体系装置14的各辅助设备的动作适当同步。由此，燃料电池系统10例如能够采取利用从氧化剂气体排出路64排出的氧化剂气体来稀释从吹扫路46排出的燃料气体等措施。
另外，本实施方式的冻结抑制处理中，作为依次或者并行地实施多个处理(氧化剂气体路径稀释处理、吹扫阀扫气处理、阴极扫气处理、泄放排水处理)的结构，协调控制部94管理各处理的实施定时。氧化剂气体路径稀释处理是如下工序：向氧化剂气体系装置16的路径供给氧化剂气体由此之后能够用氧化剂气体稀释从燃料气体系装置14排出的燃料气体的浓度。此外，泄放排水处理是将蓄积于燃料气体系装置14的气液分离器56中的液态水进行排水的工序。
冻结抑制处理中，阴极扫气控制部96控制氧化剂气体系装置16的各辅助设备。作为冻结抑制处理中进行动作的氧化剂气体系装置16的各辅助设备，能够举出压缩机70、排压阀78、调速阀80。而且，冻结抑制处理中，供给侧开闭阀72、加湿器旁通阀75a以及排出侧开闭阀76(同时参照图1)维持开阀状态。
冻结抑制处理中，阳极扫气控制部98控制燃料气体系装置14的各辅助设备。作为冻结抑制处理中进行动作的燃料气体系装置14的各辅助设备，能够举出吹扫阀46a、供给阀47a、喷射器48、泄放阀60a。另外，省略说明，但也可以构成为：在冻结抑制处理中，在使燃料气体的喷出量增加时使BP喷射器54(参照图1)动作。
本实施方式涉及的燃料电池系统10基本如以上那样构成，以下说明其动作。
在车辆11的驱动(点火装置开启)状态下，为了利用燃料电池堆12进行发电，燃料电池系统10的ECU 90控制燃料气体系装置14的各辅助设备以及氧化剂气体系装置16的各辅助设备的动作。燃料电池堆12通过由各辅助设备进行动作而供给的燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来进行发电。在燃料电池堆12内伴着发电而产生生成水，该生成水从燃料电池堆12被排出到燃料气体排出路42、氧化剂气体排出路64等。
被排出到燃料气体排出路42的生成水中的液体(液态水)在气液分离器56中与气体分离，被贮存于气液分离器56。另一方面，被排出到燃料气体排出路42的生成水中的气体(水蒸气)在循环路径45(燃料气体排出路42、燃料气体循环路44、燃料气体供给路40)循环。该水蒸气也从循环路径45移动到吹扫路46，在通常状态下闭塞的吹扫阀46a开放时，该水蒸气经由吹扫路46被排出。
在车辆11的驱动停止(点火装置关闭)时，ECU 90适当结束各辅助设备的动作，停止燃料电池堆12发电。在驱动停止状态下，在燃料气体系装置14的循环路径45、吹扫路46、吹扫阀46a存在上述的水蒸气或者水蒸气凝集而成的液态水。因此，ECU 90以低电力驱动来实施图3A所示的处理流程(燃料电池系统10的运转方法)。
ECU 90的冻结判定部92接收(获取)温度传感器84稳定地检测出的温度信息(步骤S1)。而且，冻结判定部92将预先保存有的冻结判定阈值Th与温度信息进行比较，判定温度信息是否为冻结判定阈值Th以下(步骤S2)。在温度信息超过冻结判定阈值Th的情况下(步骤S2：“否”)，由于吹扫阀46a不可能冻结，返回至步骤S1，以下重复同样的处理流程。
另一方面，在温度信息为冻结判定阈值Th以下的情况下(步骤S2：“是”)，由于吹扫阀46a有可能冻结，因此进至步骤S3。在步骤S3中，ECU 90的协调控制部94使阴极扫气控制部96与阳极扫气控制部98连动来实施冻结抑制处理。
详细地如图3B所示，协调控制部94依次实施氧化剂气体路径稀释处理(步骤S3-1)、吹扫阀扫气处理(步骤S3-2)、阴极扫气处理以及泄放排水处理(步骤S3-3)。以下，参照图4的时序图，具体说明冻结抑制处理的动作内容(步骤S3-1～步骤S3-3)。
ECU 90的阴极扫气控制部96在冻结抑制处理的开始后的时间点t1，对在驱动停止状态下关闭的调速阀80输出开阀指令。由此调速阀80在时间点t1至时间点t2之间以100％的开度开放(参照图4中的虚线)，能够使大量氧化剂气体在氧化剂气体旁通路66流通。另外，阴极扫气控制部96在时间点t1将在驱动停止状态下打开的排压阀78仅短时间地关闭，确认排压阀78的动作状态。确认排压阀78的动作后，再次打开排压阀78。
而且，在调速阀80实际上打开的时间点t2，阴极扫气控制部96开始使压缩机70旋转，向比压缩机70靠下游侧的氧化剂气体供给路62供给氧化剂气体。在该时间点t2阴极扫气控制部96将压缩机70的要求转速设定为第一要求转速(例如，50000rpm)。基于该第一要求转速，压缩机70的实际转速逐渐上升，达到第一要求转速的时间点t3以后，沿着第一要求转速来控制实际转速。
排压阀78以及调速阀80打开，由此因压缩机70的旋转而被供给到氧化剂气体供给路62的氧化剂气体朝向燃料电池堆12在氧化剂气体供给路62流通，并且也在氧化剂气体旁通路66流通。由此燃料电池堆12(氧化剂气体流路34)内、氧化剂气体排出路64、氧化剂气体旁通路66被氧化剂气体充满。
另外，阳极扫气控制部98在协调控制部94的指令下在时间点t2使循环路径45的燃料气体压力的目标值上升到既定的压力值，由此开始燃料气体系装置14的动作。即阳极扫气控制部98使在驱动停止状态下关闭的、燃料气体供给路40的上游侧(高压罐47侧)的供给阀47a以及减压阀47b打开。由此，燃料气体系装置14使高压罐47的高压的燃料气体一边在减压阀47b处减压一边供给到燃料气体供给路40的下游侧。但是，在时间点t2没有使喷射器48驱动，由此不会对比喷射器48靠下游侧喷出燃料气体，循环路径45(压力传感器86)的燃料气体压力不上升。
而且，阳极扫气控制部98在比时间点t3早些的时间点t2a使喷射器48动作。喷射器48将调整了流量的燃料气体向下游侧的燃料气体供给路40喷出。由此，时间点t3以后，燃料电池堆12(燃料气体流路32)以及循环路径45(燃料气体排出路42、燃料气体循环路44、引射器50的下游侧的燃料气体供给路40)被燃料气体充满。因此，压力传感器86检测与喷射器48的动作相应地上升的燃料气体压力(实际压力值)。
在氧化剂气体充满氧化剂气体系装置16的路径的时间点t4，协调控制部94结束氧化剂气体路径稀释处理(图3B的步骤S3-1)，该结束后(也就是说，从时间点t4起)转移到吹扫阀扫气处理。在吹扫阀扫气处理中，阴极扫气控制部96将压缩机70的转速设定为比第一要求转速低速的第二要求转速(例如，40000rpm)。与该第二要求转速相应地，压缩机70的实际转速下降。
另外，阴极扫气控制部96在时间点t4也使调速阀80继续打开，另一方面，使到时间点t4为止处于开阀状态的排压阀78关闭。由于该排压阀78关闭，在燃料电池堆12不流通氧化剂气体，压缩机70供给的氧化剂气体全部朝向氧化剂气体旁通路66。因而，在比氧化剂气体旁通路66的连接部位靠下游侧的氧化剂气体排出路64流通大量的氧化剂气体。
另一方面，在时间点t4后的吹扫阀扫气处理中，阳极扫气控制部98使在驱动停止状态下关闭的吹扫阀46a进行多次间歇地(断续地)开闭的动作。另外，在时间点t4，阳极扫气控制部98使从喷射器48喷出的燃料气体的喷出量上升。也就是说，与时间点t3至时间点t4的喷射器48的第一喷出量相比，阳极扫气控制部98使时间点t4至时间点t5的喷射器48的第二喷出量增大。
由此，大量的燃料气体从循环路径45流入吹扫路46以及吹扫阀46a。吹扫阀46a间歇地重复打开和关闭的动作，对于比吹扫阀46a靠上游侧的燃料气体压力付与脉动，能够使循环路径45、吹扫路46的水移动。例如，吹扫阀46a在闭阀状态下提高施加于吹扫阀46a的燃料气体压力，在开阀状态下在该燃料气体压力下将内部的水(水蒸气或者液态水)弹飞。因而，在吹扫阀46a中存在于节流孔件、阀主体附近的水大幅度减少。特别是阳极扫气控制部98使吹扫阀46a多次持续地重复进行打开和关闭，由此能够使循环路径45内的水良好地排出到比吹扫阀46a靠下游侧的吹扫路46。
在该吹扫阀46a打开时，将包含燃料气体的气体与水一起被排出到比吹扫阀46a靠下游侧的吹扫路46。被排出到吹扫路46的燃料气体在连接有吹扫路46的氧化剂气体排出路64中与氧化剂气体混合。即，氧化剂气体排出路64被氧化剂气体充满，由此能够在氧化剂气体排出路64中稀释燃料气体。而且，氧化剂气体排出路64将被氧化剂气体稀释了的燃料气体排出到车辆11的外部。
协调控制部94在从时间点t4至时间点t5的期间内实施以上的吹扫阀扫气处理。吹扫阀扫气处理的实施期间(时间点t4至时间点t5的间隔)没有特别地限定，但是例如能设定为比氧化剂气体路径稀释处理的实施期间(时间点t1～t4)长。
协调控制部94在时间点t5结束吹扫阀扫气处理(图3B的步骤S3-2)，在该结束后(也就是说从时间点t5)实施阴极扫气处理以及泄放排水处理。阴极扫气处理中，阴极扫气控制部96将压缩机70的转速设定为比第二要求转速低的第三要求转速(例如，24000rpm)。根据该第三要求转速，压缩机70的实际转速下降。
另外，阴极扫气控制部96在时间点t5关闭调速阀80，另一方面，使至时间点t5为止为闭阀状态的排压阀78打开。由于调速阀80关闭，在氧化剂气体旁通路66中氧化剂气体的流通被阻断，压缩机70供给的氧化剂气体全部朝向燃料电池堆12。因此，在燃料电池堆12内，残留在MEA 22的水分被所供给的氧化剂气体吹飞。另外，所供给的氧化剂气体的一部分被排出到氧化剂气体排出路64，另一方面，另一部分透过(交叉泄漏)MEA 22移动至燃料气体流路32以及燃料气体排出路42(循环路径45)。燃料电池堆12内，通过氧化剂气体的移动来促进干燥。
而且也可以是，如图4中的双点划线所示，阴极扫气控制部96将调速阀80的闭阀定时错开到晚于时间点t5的定时(时间点t5a)。由此，直到时间点t5a为止氧化剂气体经由氧化剂气体旁通路66被排出到氧化剂气体排出路64，由此能够伴着泄放排水处理来良好地稀释被排出的燃料气体。
另一方面，阳极扫气控制部98在时间点t5后的泄放排水处理中将间歇地进行开闭的吹扫阀46a设为闭阀状态。另外在时间点t5，阳极扫气控制部98用气液分离器56的水位传感器56a监视液态水，并且打开泄放路60的泄放阀60a。
进而在时间点t5，阳极扫气控制部98使从喷射器48喷出的燃料气体的喷出量(供给压力)下降。也就是说，阳极扫气控制部98使时间点t5至时间点t6为止的喷射器48的第三喷出量小于时间点t4至时间点t5为止的喷射器48的第二喷出量。
打开的泄放路60以及泄放阀60a能够将气液分离器56贮存的水(液态水)顺畅地排出。这时，利用喷射器48的动作适当地调整循环路径45的燃料气体压力，由此抑制燃料气体向泄放路60流出，并且能够促进从气液分离器56排出液态水。向比泄放阀60a靠下游侧的泄放路60流出的液态水以及燃料气体经由吹扫路46流入氧化剂气体排出路64，在氧化剂气体排出路64中被氧化剂气体稀释后，被排出到车辆11的外部。
在由水位传感器56a对液态水的水位进行监视下实施泄放阀60a的开阀(泄放排水处理)，水位大致为零且没有液态水的状态持续既定时间而在时间点t6结束。在泄放排水处理结束时(时间点t6)，阳极扫气控制部98使燃料气体压力的目标值下降到冻结抑制处理前的压力值。由此，阳极扫气控制部98关闭供给阀47a以及减压阀47b，并且停止喷射器48的动作，由此循环路径45内的燃料气体压力(实际压力值)逐渐下降。另外，阳极扫气控制部98在时间点t6将打开的泄放阀60a关闭。即在该定时，燃料气体系装置14侧的扫气结束。
与之相对，阴极扫气控制部96在时间点t6继续进行阴极扫气处理。也就是说，利用氧化剂气体使燃料电池堆12内的发电单电池20充分地干燥的处理比泄放排水处理花费时间，因此在泄放排水处理后也要实施进行干燥的处理。而且，优选基于周边环境的温度来适当设定阴极扫气处理的实施时间，例如在燃料电池堆12的温度高的情况下，可以是比吹扫阀扫气处理短的期间实施阴极扫气处理的结构。
即使在时间点t6以后，阴极扫气控制部96使压缩机70以第三要求转速旋转并且使调速阀80的闭阀状态和排压阀78的开阀状态持续。由此，在燃料电池堆12内被充分干燥且在冻结抑制处理后处于低温环境的情况下，能够抑制发电单电池20冻结。
而且，从阴极扫气处理的开始(时间点t5)起经过既定时间而在时间点t7，阴极扫气控制部96结束阴极扫气处理(图3B的步骤S3-3)。这时，阴极扫气控制部96将压缩机70的要求转速设为零来停止压缩机70旋转。另外，阴极扫气控制部96维持排压阀78的开阀状态、调速阀80的闭阀状态。由此，燃料电池系统10结束冻结抑制处理，转移至待机状态。
实施上述的冻结抑制处理的燃料电池系统10中，即使周边处于低温环境，也成为在循环路径45内几乎不存在水的状态。因此，燃料电池系统10能够抑制吹扫阀46a冻结，减少由于吹扫阀46a的冻结而无法从循环路径45排出流体的不良问题。另外，燃料电池系统10中，在吹扫阀46a不设置加热器等，也能够抑制制造成本、消耗电力的增加。
而且，本发明不限定于上述的实施方式，能够遵循发明的主旨进行各种改变。例如也可以是，燃料电池系统10在实施使吹扫阀46a间歇地开闭的吹扫阀扫气处理时实施阴极扫气处理。另外也可以是，燃料电池系统10不进行阴极扫气处理、氧化剂气体路径稀释处理而实施吹扫阀扫气处理。或者也可以是，将氧化剂气体路径稀释处理的实施定时设定为在吹扫阀扫气处理时、吹扫阀扫气处理后。
以下记载了根据上述的实施方式能够掌握的技术的思想和效果。
本发明的第一方式是燃料电池系统10的运转方法，该燃料电池系统具有：燃料电池堆12；燃料气体供给路40，其将燃料气体供给到燃料电池堆12；循环路径45，其使从燃料电池堆12排出的燃料排气在燃料电池堆12循环；吹扫阀46a，其从循环路径45排出燃料排气；以及温度传感器84，其检测吹扫阀46a的周边环境的温度，在所述燃料电池系统的运转方法中，包括：判定工序，判定温度传感器84检测出的温度是否下降到既定温度(冻结判定阈值Th)以下；以及吹扫阀扫气处理工序，在温度为既定温度以下的情况下，一边经由燃料气体供给路40供给燃料气体一边使吹扫阀46a多次间歇地进行开闭。
根据上述，燃料电池系统10的运转方法包括判定工序以及吹扫阀扫气处理工序，由此能够在吹扫阀46a有可能冻结的低温环境下适当地排出吹扫阀46a附近的水。特别是吹扫阀扫气处理工序中，使吹扫阀46a多次间歇地进行开闭，由此能够对于比吹扫阀46a靠上游侧的燃料气体压力付与脉动，使循环路径45、吹扫路46的水移动，从吹扫阀46a顺畅地排出。因而，燃料电池系统10能够更可靠地抑制吹扫阀46a冻结。
另外，具备：氧化剂气体供给路62，其将氧化剂气体供给到燃料电池堆12；氧化剂气体排出路64，其流通从燃料电池堆12排出的氧化剂排气，并且与流通从吹扫阀46a排出的流体的吹扫路46连接；氧化剂气体旁通路66，其连接在氧化剂气体供给路62与氧化剂气体排出路64之间，使氧化剂气体供给路62的氧化剂气体直接流通到氧化剂气体排出路64；以及排压阀78，其设置在氧化剂气体排出路64的连接氧化剂气体旁通路66的部位与燃料电池堆12之间，对该氧化剂气体排出路64进行开闭，在吹扫阀扫气处理工序中，将排压阀78设为闭阀状态，使氧化剂气体经由氧化剂气体旁通路66向氧化剂气体排出路64流通，稀释从吹扫阀46a排出的燃料气体。由此，燃料电池系统10能够利用氧化剂气体排出路64的氧化剂气体更良好地稀释伴着吹扫阀46a打开而被排出的燃料气体。另外，燃料电池系统10在吹扫阀扫气处理工序中将排压阀78设为闭阀状态，由此能够使燃料电池堆12的内压增高。
另外，在氧化剂气体供给路62设置向燃料电池堆12供给氧化剂气体的压缩机70，吹扫阀扫气处理工序后，一边使压缩机70旋转一边将排压阀78设为开阀状态，由此进行通过氧化剂气体供给路62向燃料电池堆12供给氧化剂气体来减少燃料电池堆12内的水分量的阴极扫气处理工序。由此，燃料电池系统10能够配合地实施吹扫阀扫气处理工序与阴极扫气处理工序，能够抑制因实施吹扫阀扫气处理工序而引起的蓄电池Bt的电力消耗，来实现提高效能。
另外，吹扫阀扫气处理工序中的压缩机70的转速大于阴极扫气处理工序中的压缩机70的转速。由此，燃料电池系统10使压缩机70引起的氧化剂气体的流量从高流量变化为低流量，由此能够抑制冻结抑制处理的噪音来提高产品性能。
另外，在实施吹扫阀扫气处理工序前，实施使压缩机70旋转而使氧化剂气体在氧化剂气体排出路64流通的氧化剂气体路径稀释处理工序。由此，燃料电池系统10在实施吹扫阀扫气处理工序前用氧化剂气体充满氧化剂气体排出路64，能够可靠地稀释吹扫阀扫气处理工序的燃料气体。
另外，在该氧化剂气体旁通路66具备用于调整氧化剂气体旁通路66的流量的调速阀80，吹扫阀扫气处理工序中打开调速阀80，另一方面，阴极扫气处理工序中关闭调速阀80。由此，燃料电池系统10能够在吹扫阀扫气处理工序中将氧化剂气体顺畅地引导至氧化剂气体排出路64，另一方面能够在阴极扫气处理工序中将氧化剂气体顺畅地引导至燃料电池堆12。
另外，循环路径45具备气液分离器56，该气液分离器56将从燃料电池堆12排出的燃料排气中含有的液体与气体分离，气液分离器56与将分离出的液体排出的泄放路60连接，并且泄放路60具备对该泄放路60进行开闭的泄放阀60a，吹扫阀扫气处理工序中关闭泄放阀60a，在吹扫阀扫气处理工序后打开泄放阀60a来进行排出液体的泄放排水处理工序。由此，燃料电池系统10中，从气液分离器56也能够良好地排出液体。
另外，泄放排水处理工序中，使循环路径45的燃料气体的压力低于吹扫阀扫气处理工序时的循环路径45的燃料气体的压力。由此，燃料电池系统10能够抑制泄放排水处理工序中排出燃料气体，能够实现提高燃料气体的效能。
另外，该燃料电池系统10搭载于车辆11，在车辆11的驱动停止状态下实施判定工序以及吹扫阀扫气处理工序。由此，燃料电池系统10能够在车辆11的驱动停止状态下处于低温环境时防止吹扫阀46a的冻结。
另外，本发明的第二方式是燃料电池系统，具备：燃料电池堆12；燃料气体供给路40，其将燃料气体供给到燃料电池堆12；循环路径45，其使从燃料电池堆12排出的燃料排气在燃料电池堆12循环；吹扫阀46a，其将燃料排气从循环路径45排出；以及温度传感器84，其检测吹扫阀46a的周边环境的温度，在所述燃料电池系统10中，判定温度传感器84检测出的温度是否下降到既定温度以下，在温度为既定温度以下的情况下，一边经由燃料气体供给路40供给燃料气体一边使吹扫阀46a多次间歇地进行开闭。由此燃料电池系统10能够在处于低温环境时适当地排出吹扫阀46a附近的水，抑制吹扫阀46a冻结。

Claims (10)

1.一种燃料电池系统的运转方法，该燃料电池系统(10)具备：
燃料电池堆(12)；
燃料气体供给路(40)，其将燃料气体供给到所述燃料电池堆；
循环路径(45)，其使从所述燃料电池堆排出的燃料排气在所述燃料电池堆循环；
吹扫阀(46a)，其从所述循环路径排出所述燃料排气；以及
温度传感器(84)，其检测所述吹扫阀的周边环境的温度，在所述燃料电池系统的运转方法中，包括：
判定工序，判定所述温度传感器检测出的温度是否下降到既定温度以下；
吹扫阀扫气处理工序，在所述温度为所述既定温度以下的情况下，一边经由所述燃料气体供给路供给所述燃料气体一边使所述吹扫阀多次间歇地进行开闭。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，具备：
氧化剂气体供给路(62)，其将氧化剂气体供给到所述燃料电池堆；
氧化剂气体排出路(64)，其流通从所述燃料电池堆排出的氧化剂排气，并且与流通从所述吹扫阀排出的流体的吹扫路(46)连接；
氧化剂气体旁通路(66)，其连接在所述氧化剂气体供给路与所述氧化剂气体排出路之间，使所述氧化剂气体供给路的所述氧化剂气体直接流通到所述氧化剂气体排出路；
排压阀(78)，其设置在所述氧化剂气体排出路的连接所述氧化剂气体旁通路的部位与所述燃料电池堆之间，对该氧化剂气体排出路进行开闭，
所述吹扫阀扫气处理工序中，将所述排压阀设为闭阀状态，经由所述氧化剂气体旁通路使所述氧化剂气体在所述氧化剂气体排出路流通，将从所述吹扫阀排出的所述燃料气体稀释。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
在所述氧化剂气体供给路设置向所述燃料电池堆供给所述氧化剂气体的压缩机(70)，
所述吹扫阀扫气处理工序后，使所述压缩机旋转并且将所述排压阀设为开阀状态，由此进行通过所述氧化剂气体供给路向所述燃料电池堆供给所述氧化剂气体来减少所述燃料电池堆内的水分量的阴极扫气处理工序。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
所述吹扫阀扫气处理工序中的所述压缩机的转速大于所述阴极扫气处理工序中的所述压缩机的转速。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
实施所述吹扫阀扫气处理工序前，实施使所述压缩机旋转来使所述氧化剂气体在所述氧化剂气体排出路流通的氧化剂气体路径稀释处理工序。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
在该氧化剂气体旁通路具备用于调整所述氧化剂气体旁通路的流量的调速阀(80)，
所述吹扫阀扫气处理工序中，打开所述调速阀，
另一方面，所述阴极扫气处理工序中，关闭所述调速阀。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
所述循环路径具备气液分离器(56)，该气液分离器将从所述燃料电池堆排出的所述燃料排气中含有的液体与气体分离，
所述气液分离器与将所分离出的所述液体排出的泄放路(60)连接，并且所述泄放路具备对该泄放路进行开闭的泄放阀(60a)，
所述吹扫阀扫气处理工序中，关闭所述泄放阀，
所述吹扫阀扫气处理工序后，打开所述泄放阀来进行排出所述液体的泄放排水处理工序。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
所述泄放排水处理工序中，使所述循环路径的所述燃料气体的压力低于所述吹扫阀扫气处理工序时的所述循环路径的所述燃料气体的压力。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统的运转方法，其特征在于，
该燃料电池系统搭载于车辆(11)，
在所述车辆的驱动停止状态下，实施所述判定工序以及所述吹扫阀扫气处理工序。
10.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池堆(12)；
燃料气体供给路(40)，其将燃料气体供给到所述燃料电池堆；
循环路径(45)，其使从所述燃料电池堆排出的燃料排气在所述燃料电池堆循环；
吹扫阀(46a)，其从所述循环路径排出所述燃料排气；以及
温度传感器(84)，其检测所述吹扫阀的周边环境的温度，在所述燃料电池系统(10)中，
判定所述温度传感器检测出的温度是否下降到既定温度以下，在所述温度为所述既定温度以下的情况下，一边经由所述燃料气体供给路供给所述燃料气体一边使所述吹扫阀多次间歇地进行开闭。
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