专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种通过氢和氧的电化学反应来发电的燃料电池系统的冷冻的判断。
背景技术：
近年来，通过氢和氧的电化学反应来发电的燃料电池作为一种能源受到人们的关注。燃料电池由于电化学反应而生成水。生成的水用于燃料电池系统内部的冷却，或者从排出管排出到外部。
这样的燃料电池系统如果放置在外部气温为零度以下的低温下，在一定时间内停止运转时，会发生回收到系统内的配件、例如回收到气液分离器的水冷冻、无法从排出管排出到外部，或者发生气体的滞留、燃料电池系统无法运转，缩短使用寿命等问题。
发明内容
本发明正是鉴于上述课题而产生的，其目的在于抑制或者避免由于气液分离器内的水分的冷冻而可能发生于燃料电池系统的弊端。
为了解决上述课题，提供本发明的燃料电池系统。本发明的燃料电池系统的要点在于具有燃料电池；气体供给管，将用于发电的气体供给到上述燃料电池；气体排出管，排出从上述燃料电池排出的气体；气液分离器，设置在上述气体供给管和上述气体排出管的至少一方上，回收上述气体中的水；冷冻判断装置，判断回收到上述气液分离器内的水的冷冻。
根据本发明，可以检测出气液分离器内的水的冷冻。因此可以避免冷冻时气液分离器中产生的弊端。冷冻可以在各种时机下进行判断，例如如果在燃料电池系统起动时进行冷冻判断，当检测出气液分离器内水的冷冻时，可以禁止燃料电池系统的起动。因此，可以抑制由于冷冻时强行使燃料电池运转所引起的燃料电池的恶化，同时可避免系统内产生异常。并且，当检测出冷冻时，例如利用蓄电池等电源使加热器动作，从而进行解冻，可在检测到解冻时，起动燃料电池系统。
在本发明的燃料电池系统中，上述冷冻判断装置的冷冻判断，可以根据回收到上述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的流动特性的不同，判断回收到上述气液分离器内的水的冷冻。这种情况下，可以容易地判断出气液分离器内水的冷冻。
根据流动特性进行的冷冻判断，例如具有可动部件，可在回收到上述气液分离器内的水中进行动作；动作装置，使上述可动部件动作；和动作检测器，检测上述可动部件的动作状态，上述冷冻判断装置根据上述动作检测器的检测结果，判断回收到上述气液分离器内的水的冷冻。这样一来，可以较为简便地判断冷冻。
例如，使可动部件为金属、动作装置为磁铁的情况下，在冷冻判断时使磁铁靠近金属，检测金属是否进行浮起等动作等的动作状态。动作检测器，例如可以在设置在底面的规定位置的可动部件和底面之间设置传感器，通过上述传感器确认可动部件的浮沉。并且，通过动作装置也可检测出可动部件的状态在冷冻判断的前后是否有所不同。
并且，例如也可具有接点，该接点随着上述可动部件的动作其导通状态发生变化，上述动作检测器检测出上述接点的导通状态的变化。例如，非冷冻时，可动部件动作，靠近接点，从而非导通状态的接点变为导通状态，冷冻时，由于冰的存在，可动部件无法动作，不会靠近接点，因此保持非导通状态，从而可判断出冷冻。其构造也可以使接点与可动部件不同而为开关，通过可动部件的动作，开关为ON而变为导通状态。并且例如也可以从预先可动部件连接接点的导通状态变为可动部件通过动作离开接点变为非导通状态，从而判断冷冻。所述冷冻判断也可适用上述开关构造。且不限于上述示例，只要可检测出可动部件的动作所引起的接点的导通状态变化即可。
在本发明的燃料电池系统中，上述气体供给管含有向上述燃料电池供给燃料气体的燃料气体供给管，上述气体排出管含有用于从上述燃料电池排出阳极排气的阳极排气排出管，上述气液分离器配置在上述阳极排气排出管上，上述燃料电池系统还具有连结支路配管，从上述阳极排气排出管分支，连通到上述气液分离器内的水面下；切换器，将上述燃料气体路径切换到上述阳极排气排出管和上述连结支路配管中的任意一侧；和压力测量器，测量上述阳极排气排出管的压力，上述冷冻判断装置根据将上述路径切换到上述连结支路配管一侧的状态下的、由上述压力测量器测量的压力值，判断冷冻。
切换器例如通过阀切换可轻易实现。压力测量器例如可在阳极排气排出管中设有压力传感器。压力传感器可以设置在气液分离器和燃料电池堆之间、即气液分离器的上游侧，也可以设置在下游侧。
气液分离器内的水冷冻时，通过连结支路配管的氢气不通过气液分离器的水面，和燃料电池系统正常动作时相比，即和非冷冻时相比，压力值发生变化。压力的变化根据设置压力传感器的部位的不同，包括变为规定值以上的情况和变为规定值以下的情况。无论在哪种情况下，如果根据燃料电池系统正常起动时所测量的压力值的上限及上限进行判断，均可以简易的构造来判断冷冻。
所述冷冻判断中所使用的氢气可以由氢气罐提供，该氢气罐通过燃料气体供给管向燃料电池供给燃料气体，也可以使用燃料电池系统上一次动作时残存的氢气。
在本发明的燃料电池系统中，上述冷冻判断装置，也可根据上述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的体积的不同，判断回收到上述气液分离器内的水的冷冻。
公知在一般情况下，水通过冷冻而变化为冰的状态，伴随该状态变化，其体积膨胀。如本发明所述，如果根据所述体积膨胀引起的冷冻时和非冷冻时的体积差异而判断冷冻，则可容易地判断气液分离器这样的机械性设备的冷冻。
所述冷冻判断装置具有压力测量器，其用于测量比上述气液分离器内的水面靠下的部分的压力，根据上述测量的压力值来判断冷冻，可通过简易的构造来判断冷冻。这种情况下，例如可在气液分离器的水面下的任意的位置设置压力测量器、例如设置压力传感器，从而可轻易地实现。
并且，例如也可以具有弹性部件，其设置在比上述气液分离器内的水面靠下的部分中的任意一个部分，由于压力而变形，上述冷冻判断装置根据上述弹性部件的变形状态判断冷冻。
本发明还提供一种判断气液分离器的冷冻的冷冻判断装置。本发明的冷冻判断装置的特征在于，具有气体配管，气体在其内部流动；气液分离器，与上述气体配管连接，分离在上述气体配管内流动的气体中所含有的水分并回收；冷冻判断装置，根据回收到上述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的流动特性的不同，判断回收到上述气液分离器内的水的冷冻。
本发明的冷冻判断装置与本发明的燃料电池系统一样，可通过各种方式来实现。
在本发明中，上述各特征可以适当地组合或者省略一部分来适用。本发明不限于上述燃料电池系统的构造，也可通过判断燃料电池系统的冷冻并控制起动的控制装置、控制方法、冷冻判断方法等各种方式来构成。在任意一种方式下也可适当地适用上述各特征。
图1是表示作为实施例的燃料电池系统的整体构成的说明图。
图2是表示控制燃料电池系统的运转的控制单元的说明图。
图3是用于说明第一实施例中的气液分离器的构造的截面图。
图4是用于说明第一实施例中的冷冻判断处理的流程图。
图5是用于说明第一实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。
图6是用于说明第二实施例中的气液分离器的构造的截面图。
图7是用于说明第二实施例中的冷冻判断处理的流程图。
图8是用于说明第二实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。
图9是用于说明第三实施例中的气液分离器的构造的截面图。
图10是用于说明第三实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。
具体实施例方式
以下对本发明的实施方式参照附图进行说明。
第一实施例装置构成图1是表示作为实施例的燃料电池系统的整体构成的说明图。实施例的燃料电池系统作为电源搭载在由电动机驱动的电动车辆上。根据操作人员的加速器操作进行发电，车辆可通过该电力行驶。实施例的燃料电池系统不必是车载的，也可以采用放置型等各种构成。
燃料电池堆10是通过氢和氧的电化学反应而发电的单电池多个层叠而构成的层叠体。各单电池是夹持电解质膜而配置氢极(以下称为阳极)和氧极(以下称为阴极)的构成。在本实施例中，使用将Nafion(注册商标)等固体高分子膜作为电解质膜利用的固体高分子型的电池，但不限于此，可使用各种类型。
压缩空气作为含有氧的气体提供到燃料电池堆10的阴极。空气在从过滤器40吸入、并由压缩机41压缩后，通过加湿器42被加湿，从配管35提供到燃料电池堆10。配管35上设有用于检测吸气温度的温度传感器202。来自阴极的排气(以下称为阴极排气)通过配管36、消声器43被排出到外部。空气的供给压力由设置在配管36上的压力传感器检测，并通过调压阀27的开度进行控制。
通过配管32从贮存在氢气罐20的高压氢中向燃料电池堆10的阳极提供氢。除了氢气罐20，也可以用酒精、碳氢化合物、醛等为原料通过重整反应生成氢或含氢气体，并提供到阳极。
以高压贮存在氢气罐20的氢通过设置在其出口的关闭阀21、调节器22、高压阀23、低压阀24，其压力及供给量被调整，并提供到阳极。来自阳极的排气(以下称为阳极排气)流出到配管33。阳极的出口设有压力传感器51及阀25，用于控制向阳极的供给压力及供给量。
配管33在途中分为二支，一支连接到用于将阳极排气排出到外部的排出管37，另一支通过逆止阀28连接到配管32。由于燃料电池堆10的发电，氢被消耗，其结果，阳极排气的压力变为较低的状态，因此配管33上设有用于对阳极排气加压的氢泵45。
在设置在排出管37上的排出阀26关闭的期间，阳极排气通过配管32再次投入到燃料电池堆10。在阳极排气中由于残留有发电未消耗的氢，所以通过这样的循环，可有效地利用氢。
在阳极排气循环过程中，氢由于起电反应而被消耗，氢以外的杂质，例如从阴极透过电解质膜而来的氮等未被消耗而残留，因此阳极的杂质浓度渐渐增大。在这种状态下，当排出阀26被打开时，阳极排气通过排出管37，在稀释器44通过空气被稀释后，排出到外部的杂质的循环量降低。但是此时，由于氢也同时被排出，因此从燃费上升的角度出发，优选尽量抑制排出阀26的打开量。
气液分离器60对通过的阳极排气进行冷却，从而将阳极排气中含有的水分离为水蒸气(气体)和水(液体)，起到回收水的功能。回收的水用于供给到燃料电池的氢或氧的加湿等。在气液分离器60的附近设有当气液分离器60冷冻时进行解冻的加热器47。加热器47利用燃料电池堆10的发电所产生的电力、发电所生成的热、蓄电池的电力来进行解冻。
除了氢及氧外，也向燃料电池堆10提供冷却水。冷却水通过泵46流经冷却用排出管37，通过散热器38冷却并提供到燃料电池堆10。在燃料电池堆10的出口设有用于检测冷却水的温度的温度传感器203。
控制单元图2是表示控制燃料电池系统的运转的控制单元200的说明图。控制单元200由内部具有CPU、RAM、ROM的微型计算机构成，根据存储在ROM中的程序对系统的运转进行控制。控制单元200作为冷冻判断装置发挥作用。图2中，用实线表示为了实现该控制而输入输出到控制单元200的信号的一个例子。输入信号例如包括来自温度传感器202、压力传感器51、压力传感器53、气液分离器60、加速器散发角传感器201的检测信号。根据由加速器散发角传感器201检测的加速器的操作量进行发电，通过该电力车辆可以行驶。输出信号例如包括对气液分离器60、氢泵45、加热器47、显示器210的控制信号。显示器210中显示在进行冷冻处理时禁止起动燃料电池系统、解冻处理进行中等面向用户的通知信息。
气液分离器构造图3是用于说明第一实施例的气液分离器的构造的截面图。气液分离器60具有排水机构和回收的水Wa的冷冻判断机构。作为排水机构包括浮子103、可动地支撑浮子103的支撑件104、和从支撑件104延伸的进行排水口106的开闭的接管105。当水Wa的水位在规定值以上时，浮子103上升，因此支撑件104和从支撑件104延伸的接管105被提升。当接管105被提升时，排水口106被打开，在规定值以上被蓄积的水向外部排出。
作为冷冻判断机构具有电极100a、100b；配置在电极100a及100b之间的铁芯101；设置在铁芯101下方的水中的磁铁吸引物110a；限制磁铁吸引物110a的动作的导向部件102a、102b。电极100a、100b通过连接线200a及200b连接到控制单元200，构成电路。由于即使向电极100a及100b施加电压，电极100a及100b的水中侧端的接点A、B也是打开的，因此电流不流入到所述电路中。通过导电性物体接触到接点A、B，各接点关闭，电路变为闭合电路，变为导通状态，即电流流动。控制单元200检测所述导通状态，并进行冷冻判断。
控制单元200通过向电极100a、100b施加电压，在电极100a、100b之间产生磁场，铁芯101受到磁场的影响变为电磁铁。以下，对所述状态的铁芯101称为电磁铁101。非冷冻时，控制单元200施加电压后，在经过规定时间后，磁铁吸引物110a和电磁铁101互相吸引，沿着导向部件102a及102b浮起，上升到虚线所示的磁铁吸引物110b的位置，与电极100a及100b的水中侧端的接点A、B接触。控制单元200，通过磁铁吸引物110a接触接点A、B，上述电路变为闭合电路，电流流动而检测出导通状态。即，控制单元200如果可检测出导通状态，则判断为气液分离器内的水Wa未冷冻。
在冷冻时，即使电磁铁101和磁铁吸引物110a互相吸引，由于双方之间存在冰，因此磁铁吸引物110a难于浮起。因此，控制单元200在向电极100a、100b施加电压后，在经过了规定的时间后也未检测出导通状态时，判断为气液分离器60内的水Wa冷冻。
通过采用这样的构成，对于气液分离器等冷冻判断困难的机械性设备的冷冻，可以用简易的构成进行判断。不只是通过有无导通来判断冷冻，也可考虑到检测出导通为止的时间。这样一来，可以检测出半冷冻的状态。以下对冷冻判断处理进行说明。
冷冻判断处理图4是用于说明冷冻判断处理的流程图。冷冻判断处理指，根据操作人员进行的燃料电池系统的起动操作，控制单元200控制各功能块而执行的处理。在第一实施例中，利用水的流动特性判断回收到气液分离器60内的水是否冷冻。并且，流动特性是指根据各时间条件而变化的流体的动作，例如，存留在容器的水在非冷冻时，如果将容器倾斜，则根据该动作进行流动，在非冷冻时，由于变为冰的状态，因此即使倾斜容器也不会在容器内流动。即，可以说水在非冷冻时具有流动的特性，在冷冻时具有不流动的特性。
当开始该处理时，控制单元200从温度传感器202读入外部气温(步骤S11)。在温度传感器202中所测量的外部气温在规定值以上时(步骤S12)，判断为气液分离器60未冷冻，进行通常的系统起动处理(步骤S18)。并且，也可参照温度传感器202测量的外部气温过程，进行冷冻的判断。规定值是指至少比水的凝固点高，且具有冷冻可能性的温度。
当外部气温低于规定值时(步骤S12)，判断为气液分离器60内部的水冷冻的可能性较高，进行冷冻判断处理。控制单元200通过向设置在气液分离器60内的电极100a、100b施加电压(步骤S13)，使电极100a、100b的周围产生磁场，而使铁芯101变为电磁铁101(步骤S14)。
控制单元200在向电极100a、100b施加电压后，在经过规定时间后判断是否检测出导通(步骤S15)。如果可检测出导通，则判断为气液分离器60内的水是非冷冻的，起动系统(步骤S18)。控制单元200无法检测出导通时，判断为气液分离装置60内的水冷冻，起动加热器(步骤S16)，进行气液分离器60内的冰的解冻。解冻处理例如可以从蓄电池提供电力来起动加热器47。控制单元200如图所示将正在进行解冻处理的信息通过显示器210通知用户(步骤S17)。
根据以上说明的第一实施例的燃料电池系统，可以用简易的构成判断气液分离器60内的水的冷冻，根据所述冷冻判断结果可控制系统的起动，因此对于无法良好地向燃料电池提供气体的问题可防患于未然，可避免系统的恶化。
变形例在上述第一实施例中，在二根电极之间生成磁场，将设置在其间的铁芯作为电磁铁，根据水中的磁铁吸引物的可动状态判断冷冻，但是也可通过图5所示的构成进行冷冻判断。
图5是用于说明第一实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。本变形例的气液分离器60具有可以在水中动作的棒状部件121；在规定位置支撑棒状部件121的支撑件122；用于使棒状部件121按图示箭头转动的支点120；和棒状部件121沿着箭头转动时接触的接点123。
接点123中设置有与控制单元200连接的传感器，当棒状部件123接触时，信号通知到控制单元200。控制单元200例如通过电动机使支点120旋转，从而使棒状部件121沿着箭头转动。在非冷冻时，棒状部件121如虚线所示与接点123接触(图中以圆C表示)。控制单元200此时从传感器接收信号，因此判断为非冷冻。
在冷冻时，棒状部件121不可动作，因此控制单元200通过电机机使支点120旋转，在经过规定时间后从传感器没有信号通知时，判断为冷冻。也可检测出支点120没有旋转，判断为冷冻。
作为利用水的流动特性的冷冻判断方法例如还包括根据倾斜或者振动气液分离器60时的水流来进行判断，也可根据振动时的振动频率进行判断。
第二实施例在第一实施例中，对气液分离器60A内的水的冷冻，通过配置在气液分离器内的可动部件的动作进行判断。在第二实施例中，设置支路配管，以使氢气从阳极排气的配管分支而流入到气液分离器的水中，根据由设置在配管上的压力传感器所测量的压力值，判断气液分离器60A内的水的冷冻。
气液分离器构造图6是用于说明第二实施例中的气液分离器的构造的截面图。从燃料电池堆10排出的阳极排气流出到配管33。配管33中设有调整阳极排气的流出量的阀25。如图所示，设置支路配管70，以使阳极排气从配管33分支而流动，支路配管70的气液分离器侧端配置在气液分离器60的水面下。支路配管70中设有用于调节阳极排气的流出量的阀71，控制单元200在判断气液分离器60A的水的冷冻时，控制阀25及阀71的开闭，进行切换以使阳极排气流入到配管33或支路配管70中的任意一侧。也可以在分支部位设置切换阀以替代阀25、71。
通过了气液分离器60A的阳极排气流入到配管34。配管34上设有对阳极排气加压的氢泵45；测量氢泵45的上游侧压力的压力传感器55；和测量下游侧压力的压力传感器56。控制单元200根据压力传感55及56的测量值判断冷冻。
本实施例中的气液分离器60A进行水Wa的冷冻判断时，由于处于系统起动前，因而阀25预先关闭。控制单元200进行控制，使阀71打开，并使从燃料电池堆10流出的阳极排气流入到支路配管70。支路配管70的气液分离器60A侧端配置在水中，因此水也流入到支路配管70内，水面sf变为和气液分离器60A的水面相同的位置。
在非冷冻时，阳极排气通过支路配管70内的水中，从图中圆D所示的支路配管70的出口以气泡bub从水中排出，并流入到配管34。阳极排气被氢泵45加压，在配管中流动。这种情况下，压力传感器55及56所测量的压力值与一般情况下燃料电池系统起动时相比没有差异。
冷冻时，在流入到支路配管70的阳极排气不从气液分离器60A的水中排出的状态下，氢泵45动作，因此由压力传感器55测量的压力值与燃料电池系统一般情况下动作时相比较低。控制单元200在所述压力值和通常动作时由压力传感器55测量的压力值的差处于规定值以上时，判断为气液分离器60A内的水冷冻。
冷冻判断处理图7是用于说明第二实施例中的冷冻判断处理的流程图。本处理是控制单元200控制各功能块而执行的处理。步骤S11～步骤S12及步骤S16～步骤S18与第一实施例是相同的，因此省略其说明。
控制单元200在外部气温低于规定值时(步骤S12)，进行冷冻判断处理。首选，打开关闭阀21(步骤S30)，从氢气罐20向燃料电池堆10提供氢气(步骤S31)。接着，为了使从燃料电池堆10排出的阳极排气流入支路配管70侧，打开阀71(步骤S32)。在本实施例中，是系统起动前的冷冻判断，设置在配管33上的阀25预先关闭。
控制单元200判断在经过规定时间后，由压力传感器55测量的压力值是否在规定值以下(步骤S33)。当压力值在规定值以下时，判断为气液分离器60A内的水是冷冻的，进行步骤S16～步骤S17的冷冻时处理。当压力值并不在规定值以下时，判断为非冷冻，起动系统(步骤S18)。
根据以上说明的第二实施例的燃料电池系统，与第一实施例一样，可以容易地检测出气液分离器等冷冻的检测较为困难的机械性设备的冷冻，在冷冻时，由于禁止系统的起动，因此可避免燃料电池系统起动时的弊端，同时可防止燃料电池系统的恶化。并且，冷冻时，起动加热器进行解冻，因此当检测到解冻时，可迅速地起动燃料电池系统。
变形例在上述第二实施例中，从氢气罐20提供氢气，也可以使用燃料电池系统上一次运转时残存的氢。
图8是用于说明第二实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。如图所示，支路配管70从氢泵45的下游侧分支，支路配管70的另一端设置成位于气液分离器60A的水面下，在支路配管70中设置有用于调节阳极排气流入的阀71。与第二实施例一样，水面sf与气液分离器60A的水面是同一位置。
在进行冷冻判断时，控制单元200打开阀71，起动氢泵45。氢泵45对在燃料电池系统上一次运转时残存于配管33、34、气液分离器60A中的残存氢进行加压，使其流入到支路配管70。在起动时进行冷冻判断时，各种阀预先关闭。
在非冷冻时，阳极排气通过支路配管70，从图中圆E所示的支路配管70的出口以气泡bub从水中排出，流入到配管34。由于阀71以外的各种阀是关闭的，因此阳极排气在配管34→支路配管70→气液分离器60A这样的封闭路径中循环，因而在冷冻判断中，由压力传感器55、56所测量的压力值为规定范围内的值。
在冷冻时，在流入到支路配管70的阳极排气未从气液分离器60A的水中排出的状态下，氢泵45动作，因此由压力传感器55所测量的压力值降低规定值以上。控制单元200在由压力传感器测量的压力值降低规定值以上时，判断为气液分离器60A内的水为冷冻的。
通过采用这样的构成，可以不必重新提供氢气，而使用燃料电池系统的上一次动作时的剩余的氢，可以用简易的构造进行冷冻判断，因而很适合。
第三实施例在第一实施例中，根据气液分离器60B内设置的可动部件的动作状态判断冷冻。在第二实施例中，从配管向气液分离器60A的水中设置支路配管，根据由压力传感器测量的压力值判断冷冻。在第三实施例中，由于水冷冻并变为冰的过程中体积膨胀，因此根据冷冻时和非冷冻时的水的体积的不同来判断冷冻。
气液分离器的构造图9是用于说明第三实施例中的气液分离器60B的构造的截面图。气液分离器60B中，在侧面设置有橡胶薄膜80a，由弹簧82支持的可动部件81a与薄膜80a接触而配置。弹簧82的另一端设有固定的压力传感器83。薄膜80a随着水Wa冷冻时体积的膨胀，如虚线的薄膜80b所示向气液分离器60B的外侧膨胀。可动部件81a通过薄膜80b如箭头所示被挤压，随之挤压弹簧82而向虚线所示的可动部件81b的位置移动。
压力传感器83测量作用于弹簧82的压力，根据所测量的压力值和燃料电池系统的上一次动作结束时所测量的压力值，判断气液分离器60B的水Wa的冷冻。即，在非冷冻时，在燃料电池系统冷冻判断时，压力传感器83所测量的压力值和燃料电池系统的上一次动作结束时所测量的压力值之间没有显著的规定值以上的差。与之相对，在冷冻时，薄膜80a象图示的薄膜80b一样膨胀，可动部件81a也同样移动到可动部件81b的位置。因此，弹簧83受到箭头方向的力，由压力传感器83测量的压力值与燃料电池系统上一次动作结束时所测量的压力值相比，增高规定值以上。这样，控制单元200在由压力传感器83所测量的压力值与燃料电池系统上一次动作结束时所测量的压力值相比增高规定值以上时，判断为冷冻。
冷冻判断处理可以在第二实施例中所说明的图7的流程图中，将步骤S30作为“压力测量”、步骤S31作为“读出上一次动作结束时的压力值”、步骤S32作为“压力值的比较”、步骤S33作为“压力值是否存在规定值以上的差？”而进行说明。
在上述所说明的第三实施例中，由于可根据冷冻时和非冷冻时的水的体积的不同进行冷冻判断，因此可以用简易的构成来判断气液分离器的冷冻。因此，可防止无法良好地向燃料电池堆提供排气的问题，并避免燃料电池系统的恶化。
变形例在上述第三实施例中，根据设置在气液分离器的水面下的薄膜的膨胀来判断冷冻，也可以取代薄膜，而在水面下设置压力传感器。
图10是用于说明第三实施例的变形例中的气液分离器的构造的截面图。气液分离器60B在水面下具有压力传感器90。气液分离器60B的水面下通过水Wa作用有如箭头所示的水压，控制单元200根据由压力传感器90所测量的水压来判断冷冻。
非冷冻时，由压力传感器90所测量的压力值和在燃料电池系统上一次动作结束时所测量的压力值之间没有明显的规定值以上的差。冷冻时，由于从水向冰变化的过程中体积膨胀，因此由压力传感器90所测量的压力值，与燃料电池系统的上一次动作结束时所测量的压力值相比变高。
通过采用这样的构成，可以用简易的构成判断气液分离器内的水的体积的膨胀，即可判断冷冻，因而是适合的。
在上述第三实施例及变形例中，根据在燃料电池系统起动前进行冷冻判断时所测量的压力值、及燃料电池系统的上一次动作结束时所测量的压力值判断冷冻，也可以不涉及上次动作结束时所测量的压力值，在压力值为规定值以上时，判断为冷冻。
在第三实施例中，使用了可动部件，也可以设置开关以替代可动部件。这样一来，可以根据薄膜的膨胀所导致的开关的ON/OFF来判断冷冻，因此可以用简易的构成来实现冷冻判断。
并且，在第三实施例中，薄膜使用了橡胶，但并不限于此，只要是在规定的压力值以上时产生变形的弹性部件即可实现本发明。此外，“规定的压力值”例如可以是由气液分离器60B内的水冷冻时所检测的压力值规定的范围内的值，也可以是由体积膨胀率计算的值。弹性部件例如可以是树脂材料、橡胶等薄膜。并且，冷冻判断例如也可以进行如下在气液分离器外侧设置可动部件，与弹性部件接触，弹性部件随着气液分离器内的水的冷冻所引起的体积膨胀而向外侧膨胀，检测由该膨胀所引起的可动部件的动作状态。进一步，也可在易于冷冻的部位用接管等设置筒体。
进一步，作为判断冷冻的方法除了上述方法以外，也可以是利用气液分离器内的声音传播、反射、光的反射、透射、折射等各种方法。
在本发明的燃料电池系统中，当检测到气液分离器内的冷冻时，禁止系统的起动，之后当检测到冷冻处的解冻时，迅速地起动系统，因此可防止起动延迟。
以上对本发明的各种实施例进行了说明，本发明并不限于这些实施例，当然在不脱离主旨的范围内可采用各种构成。
权利要求
1.一种燃料电池系统，具有燃料电池；气体供给管，将用于发电的气体供给到所述燃料电池；气体排出管，排出从所述燃料电池排出的气体；气液分离器，设置在所述气体排出管和气体供给管的至少一部分上，回收所述气体中的水；和冷冻判断装置，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述冷冻判断装置进行的冷冻判断在所述燃料电池系统起动时进行，所述燃料电池系统还具有系统起动禁止装置，在检测出所述水冷冻时，禁止所述气体电池系统的起动。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述冷冻判断装置根据回收到所述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的流动特性的不同，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，具有可动部件，可在回收到所述气液分离器内的水中进行动作；动作装置，使所述可动部件动作；和动作检测器，检测所述可动部件的动作状态，所述冷冻判断装置根据所述动作检测器的检测结果，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，还具有接点，该接点由于所述可动部件的动作其导通状态发生变化，所述动作检测器检测所述接点的导通状态的变化。
6.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述气体供给管包含向所述燃料电池供给燃料气体的燃料气体供给管，所述气体排出管包含用于从所述燃料电池排出阳极排气的阳极排气排出管，所述气液分离器配置在所述阳极排气排出管上，所述燃料电池系统还具有连结支路配管，从所述阳极排气排出管分支，连通到所述气液分离器内的水面下；切换器，将所述燃料气体路径切换到所述阳极排气排出管和所述连结支路配管中的任意一侧；和压力测量器，测量所述阳极排气排出管的压力，所述冷冻判断装置根据将所述路径切换到所述连结支路配管一侧的状态下的、由所述压力测量器测量的压力值，来判断冷冻。
7.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述冷冻判断装置根据所述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的体积的不同，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，具有压力测量器，测量比所述气液分离器内的水面靠下的部分的压力，所述冷冻判断装置根据所述测量的压力值，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
9.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，具有弹性部件，其设置在比所述气液分离器内的水面靠下的部分中的任意一个部分，由于压力而变形，所述冷冻判断装置根据所述弹性部件的变形状态判断冷冻。
10.根据权利要求9所述的燃料电池系统，其中，所述气液分离器具有侧面和底面，所述弹性部件配置在气液分离器内的所述侧面的所述底面附近。
11.一种冷冻判断装置，判断气液分离器中的冷冻，具有气体配管，气体在其内部流动；气液分离器，与所述气体配管连接，分离在所述气体配管内流动的气体中所含有的水分并回收；和冷冻判断装置，根据回收到所述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的流动特性的不同，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
12.根据权利要求11所述的冷冻判断装置，其中，所述冷冻判断装置具有可动部件，可在回收到所述气液分离器内的水中进行动作；动作部，使所述可动部件动作；和动作检测部，检测所述可动部件的动作状态，根据所述动作检测部的检测结果，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
13.根据权利要求12所述的冷冻判断装置，其中，还具有接点，该接点由于所述可动部件的动作其导通状态发生变化，所述动作检测部检测所述接点的导通状态的变化。
14.根据权利要求11所述的冷冻判断装置，其中，所述冷冻判断装置，不根据回收到所述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的流动特性的不同，而根据所述气液分离器内的水的冷冻时和非冷冻时的体积的不同，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
15.根据权利要求14所述的冷冻判断装置，其中，所述冷冻判断装置具有压力测量部，测量比所述气液分离器内的水面靠下的部分的压力，根据所述测量的压力值，判断回收到所述气液分离器内的水的冷冻。
16.根据权利要求14所述的冷冻判断装置，其中，所述冷冻判断装置具有弹性部件，其设置在比所述气液分离器内的水面靠下的部分中的任意一个部分，由于压力而变形，根据所述弹性部件的变形状态判断冷冻。
17.根据权利要求16所述的冷冻判断装置，其中，所述气液分离器具有侧面和底面，所述弹性部件配置在气液分离器内的所述侧面的所述底面附近。
全文摘要
气液分离器60中，作为冷冻判断机构具有电极100a、100b；铁芯101；设置在水中的磁铁吸引物110a；和控制磁铁吸引物110a的动作的导向部件102a、102b，控制单元向电极施加电压，通过电极之间产生的磁场使铁芯101变为电磁铁101，在非冷冻时，电磁铁101和磁铁吸引物110a互相吸引，接点A、B被关闭，变为导通状态。在冷冻时，即使电磁铁101和磁铁吸引物110a互相吸引，由于双方之间存在冰，磁铁吸引物110a也难于浮起，控制单元在向电极施加电压后，在经过了规定时间后还未检测出导通状态时，判断为气液分离器60内的水Wa已经冷冻。
文档编号H01M8/06GK1759495SQ200480006538
公开日2006年4月12日 申请日期2004年3月10日 优先权日2003年3月12日
发明者藤田信雄 申请人:丰田自动车株式会社