燃料电池系统的制作方法

燃料电池系统
1.本技术是申请日为2016年9月15日、申请号为201680089352.6、发明名称为燃料电池系统的申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及一种燃料电池系统。


背景技术：

3.从高效、长期的稳定性等观点出发，期待固体氧化物型燃料电池(sofc、solid oxide fuel cell)作为应该搭载于车辆的燃料电池。尤其能够使用液体燃料作为燃料电池的燃料，相比于在箱中贮存燃料气体的情况，能够安全地进行管理。由于液体燃料具有挥发性，因此在贮存有液体燃料的燃料罐内，有时该液体燃料的一部分气化，但从大气污染的观点出发，将该气化成分排放到大气中并不理想。
4.为了解决这样的问题，日本特开2000-192863号公报公开了如下一种技术：使在燃料罐内气化后的气化燃料吸附到吸附罐中，通过泵对吸附罐进行吸引并且向吸附罐导入吹扫用气体，使吸附的燃料解吸并且与吹扫用气体(吹扫气体)一同供给到重整器中，在重整器中与燃烧用燃料一同被重整。


技术实现要素：

5.发明要解决的问题
6.但是，在上述技术中，泵与燃料直接接触，泵有时由于与气化燃料之间的接触而劣化。
7.本发明的目的在于提供一种能够抑制使吸附到吸附罐中的气化燃料解吸的吹扫用气体的供给单元劣化的燃料电池系统。
8.本发明的一个方式中的燃料电池系统具备：燃料电池，其接受燃料气体和氧化剂气体的供给来进行发电；燃料罐，其储存成为燃料气体的液体燃料；氧化剂气体供给源，其供给氧化剂气体；以及供排机构，其与燃料罐及氧化剂气体供给源连接，对燃料电池供给燃料气体和氧化剂气体，并且从燃料电池排出燃料气体和氧化剂气体。该燃料电池系统具备：收集器，其收集在燃料罐内气化后的气化燃料；导入路，其与燃料罐及收集器连接，将气化燃料导向收集器；排出路，其将被收集到收集器中的气化燃料排出到供排机构；供给路及吹扫用气体供给部，其与收集器连接，向收集器供给用于将收集器收集到的气化燃料压出到排出路中的吹扫用气体。
附图说明
9.图1为表示第一实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
10.图2是表示第一实施方式的燃料电池系统的启动控制的过程的流程图。
11.图3是表示第一实施方式的燃料电池系统的停止控制的过程的流程图。
12.图4是表示第二实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
13.图5是表示第三实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
14.图6是表示第四实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
15.图7是表示第五实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
具体实施方式
16.以下参照附图来说明本发明的实施方式。
17.[第一实施方式]
[0018]
[燃料电池系统的结构]
[0019]
图1为表示第一实施方式中的燃料电池系统的主要结构的框图。本实施方式的燃料电池系统100包括：阳极气体供给系统2(供排机构)，其向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料气体)；阴极气体供给系统3(供排机构)，其向燃料电池堆1供给阴极气体(氧化剂气体)；系统排气系统(供排机构)，其对从燃料电池堆1排出的燃料排气和氧化排气进行排气；以及系统驱动系统5，其从燃料电池堆1取出电力来得到动力。
[0020]
阳极气体供给系统2与燃料罐20连接，包括过滤器21、泵22、蒸发器24、热交换器25、重整器26等，将它们串联地连接的路径23(路径23a)与燃料电池堆1连接。阳极气体供给系统中的蒸发器24、热交换器25、重整器26构成燃料重整系统。阴极气体供给系统3与燃料电池堆1连接，包括热交换器33、启动燃烧器34、催化剂燃烧器35等，将它们串联地连接的路径32(路径32a)与压缩机31(氧化剂气体供给源)连接。阴极气体供给系统3中的启动燃烧器34、催化剂燃烧器35构成启动燃烧系统。系统排气系统包括排气燃烧器4等。系统驱动系统5包括dc-dc转换器50、蓄电池51、驱动马达52等。另外，燃料电池系统100具备与燃料罐20连接的后述的收集机构7、以及控制系统整体的动作的控制部9。
[0021]
上述结构要素中的燃料电池堆1、供排机构(蒸发器24、热交换器25、重整器26、热交换器33、启动燃烧器34、催化剂燃烧器35、排气燃烧器4)收容于绝热壳8中，减少热向外部的排放，抑制通常发电时各自的温度下降。
[0022]
燃料电池堆1为固体氧化物型燃料电池(sofc：solid oxide fuel cell)，是层叠单电池而成，所述单电池是通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(空气极)夹着由陶瓷等固体氧化物形成的电介质层而得到的，所述阳极电极(燃料极)被供给由重整器26重整后的阳极气体，所述阴极电极(空气极)被供给包括氧的空气作为阴极气体。
[0023]
在此，所谓阳极设为不仅包括构成燃料电池堆1的阳极电极，还包括燃料电池堆1内的向阳极电极供给阳极气体的通路、以及燃料电池堆1内的使在阳极电极反应后的阳极排气排出的通路。同样地，所谓阴极设为不仅包括构成燃料电池堆1的阴极电极，还包括燃料电池堆1内的向阴极电极供给阴极气体的通路、以及燃料电池堆1内的使在阴极电极反应后的阴极排气排出的通路。
[0024]
在燃料电池堆1中，使阳极气体中包括的氢与阴极气体中的氧发生反应来进行发电，并且排出在反应后生成的阳极排气和阴极排气。另外，在燃料电池堆1中安装有测量燃料电池堆1内的温度的温度传感器10。
[0025]
燃料电池堆1(歧管)连接于向燃料电池堆1的阳极供给阳极气体的路径23a、在燃料电池堆1的启动控制时向燃料电池堆1的阴极供给燃烧气体并且在发电控制时向燃料电
池堆1的阴极供给阴极气体的路径32a、将从燃料电池堆1的阳极排出的阳极排气(燃料排气)导入排气燃烧器4的排气路径27、将从燃料电池堆1的阴极排出的阴极排气(氧化排气)导入排气燃烧器4的排气路径36。
[0026]
燃料罐20储存重整用燃料，所述重整用燃料例如包括使乙醇与水混合而成的液体，泵22吸引重整用燃料并且以规定的压力向燃料供给系统供给重整用燃料。过滤器21配置在燃料罐20与泵22之间，去除被泵22吸引的重整用燃料内的灰尘。此外，在燃料罐20内，重整用燃料气化并且蓄积气化燃料。因而，在燃料罐20的上部设置导入气化燃料的挥发路71，该挥发路71与后述的收集器73连接。
[0027]
从燃料罐20供给重整用燃料的路径23分支为向蒸发器24供给重整用燃料的路径23a、向启动燃烧器34供给燃烧用燃料(重整用燃料)的路径23b、向催化剂燃烧器35供给燃烧用燃料的路径23c、向排气燃烧器4供给燃烧用燃料的路径23d。在路径23a的比蒸发器24靠重整用燃料的上游侧的位置安装有能够开启/封闭路径23a的流路的开闭阀61a，在该开闭阀61a之后安装有向蒸发器24喷射重整用燃料的喷射器60a。
[0028]
同样地，在路径23b中设置有开闭阀61b，在该开闭阀61b的后级安装有向启动燃烧器34喷射燃烧用燃料的喷射器60b。在路径23c中安装有开闭阀61c，在该开闭阀61c的后级安装有向催化剂燃烧器35喷射燃烧用燃料的喷射器60c。在路径23d中安装有开闭阀61d，在该开闭阀61d的后级安装有向排气燃烧器4喷射燃烧用燃料的喷射器60d。
[0029]
开闭阀61b在燃料电池系统100的启动控制时打开路径23b来使燃烧用燃料流通，在启动控制结束后关闭路径23b。同样地，开闭阀61c在燃料电池系统100的启动控制时打开路径23c来使燃烧用燃料流通，在启动控制结束后关闭路径23c。另外，开闭阀61a在启动控制时关闭路径23a，但在启动控制结束后打开路径23a来使重整用燃料流通。开闭阀61d在燃料电池系统100的启动控制时以规定的开度打开路径23d来使燃烧用燃料流通，但当排气燃烧器4达到可催化燃烧的规定温度时关闭路径23d。
[0030]
蒸发器24利用从排气燃烧器4排出的排出气体的热来使重整用燃料气化。热交换器25被供给来自排气燃烧器4的热，将气化后的重整用燃料进一步加热以在重整器26中对气化后的重整用燃料进行重整。
[0031]
重整器26(燃料重整机构)通过催化反应将重整用燃料重整为包含氢的阳极气体，并且将该阳极气体供给到燃料电池堆1的阳极。
[0032]
压缩机31通过过滤器30取入外部空气并且将空气供给到燃料电池堆1。在供给压缩机31所排出的空气的路径32中安装有释放阀64，当路径32内的压力超过规定值时开启路径32，从而避免对压缩机31造成规定以上的负荷。另外，路径32分支为将空气(阴极气体)供给到热交换器33的路径32a、将空气供给到启动燃烧器34的路径32b、将空气供给到热交换器25(重整器26)的路径32c、将空气供给到排气燃烧器4的路径32d。
[0033]
在路径32a中安装有节流阀62a，在路径32b中安装有节流阀62b，在路径32c中安装有节流阀62c，在路径32d中安装有节流阀62d，能够分别通过控制部9的控制来调整空气(阴极气体)的流量。并且，在各路径的比各节流阀靠空气的下游的位置安装有阻止火焰的反燃防止装置63。
[0034]
节流阀62a在燃料电池堆1的启动控制时开启路径32a来使规定量的空气流通，但在启动控制结束后封闭路径32a。同样地，节流阀62b在燃料电池堆1的启动控制时开启路径
32b来使规定量的空气流通，但在启动控制结束后封闭路径32b。节流阀62c在燃料电池堆1的启动控制时不开启，在燃料电池堆1的发电控制时根据需要开启路径32c来使规定量的空气(重整调整用的氧)流通。节流阀62d在燃料电池堆1的启动控制时开启路径32d来使规定量的空气流通，但在排气燃烧器4达到可催化燃烧的温度时封闭路径32d。
[0035]
热交换器33利用从排气燃烧器4排出的排出气体的热来加热燃烧气体用的空气或阴极气体用的空气。
[0036]
启动燃烧器34在燃料电池系统100的启动控制时，被供给由热交换器33加热后的空气和从喷射器60b供给来的燃烧用燃料来使两者混合。然后，通过附属于启动燃烧器34的点火装置点燃空气与燃烧用燃料的混合物来生成高温的燃烧气体。另外，在启动燃烧器34中，从路径32b导入空气，将燃烧气体与空气的混合气体供给到催化剂燃烧器35中。
[0037]
催化剂燃烧器35在燃料电池系统100的启动控制时，使从启动燃烧器34供给来的燃烧气体与空气的混合气体同从喷射器60c供给来的燃烧用燃料混合，利用催化反应来生成大量的燃烧气体并且供给到燃料电池堆1。在此，催化剂燃烧器35通过从启动燃烧器34供给来的该混合气体来加热催化剂，但也可以利用加热器来加热催化剂。
[0038]
此外，在启动控制结束后，燃烧气体的生成结束，经过热交换器33、启动燃烧器34、催化剂燃烧器35后的空气继续被用作阴极气体来供给到燃料电池堆1，转移到发电控制。
[0039]
排气燃烧器4在发电控制时，使从排气路径27供给来的阳极排气和从排气路径36供给来的阴极排气混合并且使其混合气体进行催化燃烧，生成以二氧化碳、水为主成分的排出气体，并且将由于催化燃烧产生的热传递到热交换器25等。另外，排气燃烧器4在启动控制时，使从喷射器60d供给来的燃烧用燃料和从路径32d供给来的空气混合，使用附属的点火装置来使其燃烧，生成前述同样的排出气体。并且，排气燃烧器4与对燃烧后的排出气体进行排气的排出路径41连接，排出路径41经过蒸发器24、热交换器33与消声器(未图示)连接。因而，蒸发器24、热交换器33被排出气体加热。此外，在排气燃烧器4中安装有测量排气燃烧器4的温度的温度传感器40。
[0040]
收集机构7包括与燃料罐20连接的挥发路71(导入路)、收集从挥发路71供给来的气化燃料的收集器73、用于将吹扫用气体(空气)供给到收集器73的供给路72、以及从收集器73排出吹扫气体的排出路74。在图1中，在路径32d中组入了供给路72和排出路74。而且，收集机构7的吹扫用气体供给部兼作压缩机31。
[0041]
在挥发路71中安装有逆流防止用阀710。逆流防止用阀710为通过压力差进行开闭的阀，在燃料罐20侧的压力高的情况下，开启挥发路71，相反地在收集器73侧的压力高的情况下，封闭挥发路71。因而，容许从燃料罐20朝向收集器73的气化燃料的流通，但禁止其反方向的吹扫用气体(吹扫气体)等的流通。
[0042]
在供给路72中安装有开闭阀720。在将节流阀62d打开时，开闭阀720开启供给路72，在燃料电池堆1的停止控制中，在使压缩机31停止之后，开闭阀720封闭供给路72。
[0043]
收集器73收集从挥发路71供给来的气化燃料。收集器73被分隔为前室731和后室732，前室731与后室732通过连接通路733连通。在前室731中设置有与供给路72连接的导入口736，在后室732中设置有与排出路74连接的排出口737。另外，在后室732中设置有与挥发路71连接的连接口738。
[0044]
在前室731中填充有由活性炭等形成的吸附罐734，同样地，在后室732中填充有吸
附罐735。吸附罐734、735使从挥发路71供给来的气化燃料吸附，通过被导入吹扫用气体使被吸附的吸附燃料解吸。
[0045]
在开始吸附气化燃料的阶段中，在后室732的吸附罐735中吸附的气化燃料分布在吸附罐735内的连接口738附近。然后，通过气化燃料的吸附量的增加，吸附罐735内的气化燃料的分布向连接通路733侧扩大，到达了连接通路733的气化燃料经过连接通路733，到达前室731的吸附罐734从而被吸附。被吸附到吸附罐734中的气化燃料首先分布在吸附罐734内的连接通路附近，但由于吸附量的增加，分布向吸附罐734内的导入口736侧扩大。
[0046]
另一方面，当从导入口736导入吹扫用气体时，吹扫用气体进入前室731并且经过吸附罐734内而到达连接通路733。然后，进入后室732中并且经过吸附罐735内而从排出口737作为吹扫气体排出。此时，通过吹扫用气体从吸附罐734、735解吸被吸附到吸附罐734、735中的气化燃料，该气化燃料被包含在吹扫气体中而从排出口737排出。此外，在压缩机31为驱动状态时，不管节流阀62d的开闭状态如何。基于吹扫用气体(吹扫气体)的压力通过连接口738被施加于逆流防止用阀710，因此逆流防止用阀710封闭挥发路71。
[0047]
如前述的那样，收集机构7的供给路72和排出路74组入到路径32d中而成为一体，排出路74与排气燃烧器4连接。因此，在燃料电池堆1的启动控制中，从路径23d向排气燃烧器4供给燃烧用燃料，从路径32d向排气燃烧器4供给吹扫用气体。由于在从收集器73排出的吹扫气体中包括气化燃料，因此能够与之相应地削减从路径32d供给的燃烧用燃料的供给量。
[0048]
然而，在本实施方式中，收集机构7(收集器73)构成为配置在绝热壳8的外部，排出路74(路径32d)贯通绝热壳8。由此，收集机构7与燃料电池堆1、排气燃烧器4等热源几乎绝热，因此能够避免吸附罐734、735由于热而劣化。
[0049]
如图1所示，在本实施方式中，除了路径32d以外，也能够将收集机构7(收集器73)组入到路径32a、路径32b、路径32c、路径32中。当将收集机构7组入到路径32a中时，供给路72及排出路74与路径32a成为一体，并且与热交换器33连接。当将收集机构7组入到路径32b中时，供给路72及排出路74与路径32b成为一体，并且与启动燃烧器34连接。当将收集机构7组入到路径32c中时，供给路72及排出路74与路径32c成为一体，并且与热交换器25(重整器26)连接。当将收集机构7组入到路径32中时，供给路72及排出路74与路径32成为一体，并且进行分支，与热交换器33、启动燃烧器34、热交换器25(重整器26)、排气燃烧器4连接。并且，也能够将收集机构7的供给路72组入到路径32、路径32a～路径32d中的至少任一个中，并使排出路74与排气路径27和/或排气路径36连接。另外，也可以使收集机构7中的供给路72从路径32分支出来，使排出路74相对于路径32独立，并且任意地进行分支来与路径32a、路径32b、路径32c、路径32d中的至少任两个合流。
[0050]
在将收集机构7组入到路径32a中的情况下，在燃料电池堆1的启动控制时和发电控制时，能够将气化燃料排出到路径32a。从收集机构7排出的气化燃料被热交换器33加热。在启动控制时，在启动燃烧器34或催化剂燃烧器35中进行燃烧。因而，能够与之相应地削减向启动燃烧器34和催化剂燃烧器35供给的燃烧用燃料的供给量。另一方面，在发电控制时，气化燃料经过燃料电池堆1而在排气燃烧器4中进行燃烧。
[0051]
在将收集机构7组入到路径32b中的情况下，在燃料电池堆1的启动控制时，能够将气化燃料排出到路径32b并且供给到启动燃烧器34中。因而，能够与之相应地削减向启动燃
烧器34和催化剂燃烧器35供给的燃烧用燃料的供给量。
[0052]
在将收集机构7组入到路径32c中的情况下，在燃料电池堆1的发电控制时，能够将气化燃料排出到路径32c并且供给到热交换器25(重整器26)。因而，能够与之相应地削减向重整器26供给的重整用燃料的供给量。
[0053]
在将收集机构7组入到路径32中的情况下，在燃料电池堆1的启动控制时和发电控制时，能够将气化燃料排出到路径32。此时，排出路74呈分支后分别与排气燃烧器4、启动燃烧器34、热交换器33以及重整器26连接。通过像这样进行组入，收集机构7收集到的气化燃料的供给目的地分散，与之相应地向供给目的地供给的气化燃料变少，因此能够减小处于供给目的地的设备的状态变化，来使系统整体稳定地动作。另外，来自压缩机31的空气(吹扫用气体)的流量最多，因此能够从吸附罐734、735高效地排出气化燃料。
[0054]
总之，在本实施方式中需要使收集机构7收集到的气化燃料燃烧并且排出到外部的配置。因此，至少排出路74连接到前述的供排机构、即阳极气体流通的路径(路径23、路径23a～23d、排气路径27)或阴极气体流通的路径(路径32、路径32a～32d、排气路径36)中的比排气燃烧器4的出口靠上游的位置即可。
[0055]
dc-dc转换器50与燃料电池堆1连接，使燃料电池堆1的输出电压升压，来向蓄电池51或驱动马达52供给电力。蓄电池51被充入从dc-dc转换器50供给来的电力，并且向驱动马达52供给电力。驱动马达52经由逆变器(未图示)与蓄电池51及dc-dc转换器50连接，成为车辆的动力源。另外，在车辆制动时，驱动马达52产生再生电力，能够将该再生电力充入到蓄电池51中。
[0056]
蓄电池51和驱动马达52成为经由dc-dc转换器50与燃料电池堆1连接的负载。另一方面，泵22、压缩机31等用于使燃料电池堆1发电的辅机也能够作为负载与燃料电池堆1连接，通过来自燃料电池堆1的电力供给进行驱动，但也能够通过来自蓄电池51的电力供给进行驱动。
[0057]
控制部9包括具备微型计算机、微型处理器、cpu的通用的电子电路以及外围设备，执行用于通过执行特定的程序来控制燃料电池系统100的处理。另外，控制部9能够进行构成燃料电池系统100的结构要素的驱动/停止控制(on/off控制)。如后述的那样，作为由控制部9进行的燃料电池系统100的控制，具有进行加热以使燃料电池堆1能够发电的启动控制、进行通常的发电的发电控制、使系统停止的停止控制。此外，在燃料电池堆1的停止控制中，为了抑制阳极(阳极电极)的劣化，需要施加燃料电池堆1的开路电压程度的电压来作为保护电压。因此，可以事先使施加该保护电压的保护电路(未图示)与燃料电池堆1连接，在燃料电池堆1的停止控制中，控制部9使保护电路(未图示)驱动。
[0058]
[燃料电池系统的启动控制的过程]
[0059]
接着，按照图2的流程图来说明燃料电池系统100的启动控制的过程。在初始状态中，开闭阀61a～61d、节流阀62a～62d关闭。如图2所示，当系统开始启动控制时，在步骤s101中，控制部9以恒定的开度使压缩机31、节流阀62a、节流阀62b打开。由此，向路径32、路径32a、路径32b供给空气。
[0060]
在步骤s102中，控制部9使泵22、启动燃烧器34驱动，使开闭阀61b、开闭阀61c、开闭阀61d打开。由此，启动燃烧器34生成燃烧气体，催化剂燃烧器35生成大量的燃烧气体并且供给到燃料电池堆1，燃料电池堆1被加热。而且，经过燃料电池堆1后的燃烧气体(排出气
体)通过排气路径36到达排气燃烧器4。
[0061]
在步骤s103中，控制部9使排气燃烧器4驱动并且使开闭阀61d、开闭阀720、节流阀62d打开。由此，使从路径32d供给来的空气(吹扫用气体)和从路径32d供给来的燃烧用燃料混合并且使其燃烧，来产生排出气体。在此，经过收集器73后的空气(吹扫气体)包含气化燃料，该气化燃料也在排气燃烧器4中进行燃烧。通过排气燃烧器4生成的排出气体来加热排气燃烧器4自身。另外，排气燃烧器4也被从燃料电池堆1排出的燃烧气体(排出气体)加热。通过排气燃烧器4生成的热传递到热交换器25以及重整器26。而且，从排气燃烧器4排出的排出气体经过蒸发器24、热交换器33而排出到外部。因而，蒸发器24和热交换器33被排出气体加热。此外，可以同时地进行步骤s102和步骤s103。
[0062]
在步骤s104中，控制部9基于温度传感器40测量出的温度来判断排气燃烧器4的温度是否达到可催化燃烧的规定温度，如果为“是”则移到下一个步骤s105，如果为“否”则维持步骤s103后的状态。
[0063]
在步骤s105中，控制部9使排气燃烧器4的点火装置关闭，使开闭阀61d、节流阀62d关闭。由此，停止从收集机构7排出气化燃料。另一方面，排气燃烧器4继续被从燃料电池堆1供给的燃烧气体(排气气体)加热。
[0064]
在步骤s106中，控制部9基于温度传感器10测量出的温度来判断燃料电池堆1是否达到可发电的规定温度，如果为“是”，则移到下一个步骤s107，在为“否”的情况下，维持步骤s105后的状态。
[0065]
在步骤s107中，控制部9使开闭阀61b、开闭阀61c关闭来停止向启动燃烧器34和催化剂燃烧器35供给燃烧用燃料，使节流阀62b关闭来停止向启动燃烧器34供给空气，停止燃烧气体的生成。另一方面，控制部9维持节流阀62a的打开状态。由此，将由热交换器33加热后的空气(阴极气体)供给到燃料电池堆1。
[0066]
在步骤s108中，控制部9使开闭阀61a打开来将重整用燃料供给到蒸发器24。由此，重整用燃料被蒸发器24加热而发生气化，被热交换器25进一步加热，被重整器26重整为阳极气体并且被供给到燃料电池堆1。如上所述，燃料电池堆1成为能够利用供给到阳极的阳极气体和供给到阴极的阴极气体进行发电的状态，启动控制结束。
[0067]
[燃料电池系统的发电控制时的动作]
[0068]
接着，对燃料电池系统100的发电控制时的动作进行说明。在系统的发电控制时，首先从燃料罐20供给来的重整用燃料被重整器26重整为阳极气体并且被供给到燃料电池堆1的阳极。另一方面，作为阴极气体的空气被热交换器33加热并且被供给到燃料电池堆1的阴极。
[0069]
被供给了阳极气体和阴极气体的燃料电池堆1通过电化学反应发电，根据蓄电池51和驱动马达52(dc-dc转换器50)的要求电力、以及泵22、压缩机31等辅机的要求电力来供给电力，并且将在电化学反应中使用后的阳极排气和阴极排气导入排气燃烧器4。
[0070]
排气燃烧器4在混合了阳极排气、阴极排气的状态下燃烧来生成排出气体，该排出气体一边加热蒸发器24和热交换器33一边经过它们排出到外部。此时，如图1所示，在将收集机构7组入到路径32c中的情况下，根据需要，控制部9使节流阀62c打开，由此能够将气化燃料供给到重整器26。
[0071]
[燃料电池系统的停止控制的过程]
[0072]
接着，按照图3的流程图来说明燃料电池系统100的停止控制的过程。当系统开始停止控制时，在步骤s201中，控制部9使泵22停止，使开闭阀61a关闭来停止阳极气体的供给。由此，燃料电池堆1的发电停止。另外，控制部9维持节流阀62a的打开状态。由此，继续向燃料电池堆1导入阴极气体来作为冷却气体，从而使燃料电池堆1的温度下降。并且，使向燃料电池堆1施加保护电压的保护电路(未图示)驱动。由此，避免阳极电极劣化。
[0073]
在步骤s202中，控制部9基于温度传感器10测量的温度来判断燃料电池堆1的温度是否下降到能够避免阳极劣化的上限温度。在判断为“否”的情况下，维持步骤s201后的状态，在判断为“是”的情况下，移到下一个步骤s203。
[0074]
在步骤s203中，控制部9使保护电路(未图示)关闭来停止施加保护电压。另外，控制部9使压缩机31停止并使节流阀62a关闭。由此，路径32、路径32a～32d内的压力恢复为大气压，与燃料罐20内的压力相同或比该压力小。因而，逆流防止用阀710使挥发路开放，在燃料罐20内气化的气化燃料再次通过挥发路71到达收集机构7，再次开始由收集机构7进行的气化燃料的收集。
[0075]
在步骤s204中，控制部9使收集机构7的开闭阀720关闭来封闭收集机构7的吹扫用气体的供给路72。由此，防止以下情况：从吸附罐734、735排放并从导入口736排放出的气化燃料到达压缩机31，使得压缩机31劣化。如上所述，燃料电池堆1的停止控制结束。
[0076]
[第一实施方式的效果]
[0077]
如上所述，第一实施方式所涉及的燃料电池系统100具备：燃料电池堆1，其接受阳极气体和阴极气体的供给来进行发电；燃料罐20，其储存成为所述阳极气体的液体燃料；压缩机31，其供给阴极气体；以及供排机构(蒸发器24、热交换器25、重整器26、热交换器33、启动燃烧器34、催化剂燃烧器35、排气燃烧器4)，其与燃料罐20及压缩机31连接，对燃料电池堆1供给所述燃料气体和所述氧化剂气体，并且从燃料电池堆1排出所述燃料气体和所述氧化剂气体。该燃料电池系统100还具备：收集器73，其收集在燃料罐20内气化后的气化燃料；挥发路71，其与燃料罐20及收集器73连接，将气化燃料导向收集器73；排出路74，其将被收集到收集器73中的气化燃料排出到供排机构；供给路72及吹扫用气体供给部(压缩机31)，其与收集器73连接，向收集器73供给用于将收集器73收集到的气化燃料压出到排出路74的吹扫用气体。
[0078]
由此，吹扫用气体供给部(压缩机31)不会与燃料直接接触，因此能够避免吹扫用气体供给部劣化。并且，吹扫用气体供给部(压缩机31)不会与靠近燃料电池堆1的重整器26等连通，因此也能够避免由来自燃料电池堆1和重整器26的热引起的劣化。
[0079]
吹扫用气体供给部兼作压缩机31，向收集器73供给阴极气体作为吹扫用气体。由此，供给阴极气体的供给源和供给吹扫用气体的供给源成为一体，因此能够使系统整体小型化。
[0080]
供排机构具备配置在比燃料电池堆1靠下游的位置的排气燃烧器4，排出路74构成为向排气燃烧器4供给气化燃料。由此，能够使收集器73收集到的气化燃料在燃烧效率高的排气燃烧器4中可靠地燃烧。
[0081]
供排机构具备启动燃烧器34，该启动燃烧器34配置在压缩机31与燃料电池堆1之间的位置，通过使阴极气体与燃烧用燃料混合并进行点火来生成燃烧气体，将该燃烧气体供给到燃料电池堆1，排出路74构成为向启动燃烧器34排出气化燃料。由此，在燃料电池系
统100的启动控制时，能够在启动燃烧器34中可靠地燃烧收集器73收集到的气化燃料。另外，能够在启动燃烧器34中将燃烧用燃料的供给量削减与气化燃料被供给的量相应的量。
[0082]
供排机构具备：热交换器33，其配置在压缩机31与燃料电池堆1之间的位置，通过从燃料电池堆1排出来的排出气体来加热阴极气体；以及催化剂燃烧器35，其配置在热交换器33与燃料电池堆1之间的位置，使阴极气体与燃烧用燃料混合来生成燃烧气体，将该燃烧气体供给到燃料电池堆1，排出路74以构成为向热交换器33排出气化燃料的方式与热交换器33进行连接。由此，能够至少在比路径32a靠下游的排气燃烧器4中使收集机构7收集到的气化燃料燃烧。另外，在燃料电池系统100的启动控制时，将在热交换器33中加热后的气化燃料(在启动燃烧器34中未燃的气化燃料)供给到催化剂燃烧器35，因此能够提高气化燃料的燃烧效率。
[0083]
供排机构具备重整器26，该重整器26配置在燃料罐20与燃料电池堆1之间的位置，将液体燃料重整为阳极气体，排出路74构成为向重整器26排出气化燃料。由此，在燃料电池系统100的发电控制时，能够在重整器26中可靠地重整收集器73收集到的气化燃料。另外，在重整器26中，能够将重整用燃料的供给量削减与气化燃料被供给的量相应的量。
[0084]
供排机构具备：排气燃烧器4，其配置在比燃料电池堆1靠下游的位置；以及热交换器25，其配置在燃料罐20与重整器26之间的位置，通过排气燃烧器4的排气燃烧时的热来加热液体燃料，排出路74向热交换器25的上游供给气化燃料。由此，从收集器73排出的气化燃料被热交换器25加热，能够提高重整器26中的气化燃料的重整效率。
[0085]
供排机构具备：排气燃烧器4，其配置在比燃料电池堆1靠下游的位置；重整器26，其配置在燃料罐20与燃料电池堆1之间的位置，将液体燃料重整为阳极气体；热交换器33，其配置在压缩机31与燃料电池堆1之间的位置，通过从燃料电池堆1排出来的排气来加热阴极气体；以及启动燃烧器34，其配置在热交换器33与燃料电池堆1之间的位置，使通过热交换器33加热后的阴极气体与燃烧用燃料混合并进行点火来生成燃烧气体，并且将该燃烧气体供给到燃料电池堆1。而且，排出路74构成为向重整器26、热交换器33、启动燃烧器34以及排气燃烧器4中的至少两个排出气化燃料。由此，收集器73收集到的气化燃料的排出目的地分散，与之相应地向排出目的地供给的气化燃料变少，因此能够减小处于排出目的地的设备的状态变化，来使系统整体稳定地动作。
[0086]
供排机构具备：排气燃烧器4，其配置在比燃料电池堆1靠下游的位置；燃料重整机构(蒸发器24、热交换器25、重整器26)，其配置在燃料罐20与燃料电池堆1之间的位置，加热液体燃料并且将该液体燃料重整为阳极气体；热交换器33，其配置在压缩机31与燃料电池堆1之间的位置，加热阴极气体；启动燃烧系统(启动燃烧器34、催化剂燃烧器35)，其配置在热交换器33与燃料电池堆1之间的位置，使通过热交换器33加热后的阴极气体与燃烧用燃料混合并进行点火来生成燃烧气体，将该燃烧气体供给到燃料电池堆1；以及绝热壳8，其收容燃料电池堆1、燃料重整机构、热交换器33、启动燃烧系统以及排气燃烧器4。而且，收集机构7配置在绝热壳8的外部，排出路74贯通绝热壳8。由此，收集机构7与燃料电池堆1、排气燃烧器4等热源几乎绝热，因此能够避免收集机构7(吸附罐734、735)由于热而劣化。此外，绝热壳8可以为至少收容燃料电池堆1和排气燃烧器4的结构。
[0087]
[第二实施方式]
[0088]
图4为表示第二实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。此外，在第二实施方
式(第三实施方式、第四实施方式)中，省略处于收集机构7的周边的结构要素的图示。第二实施方式的基本结构与第一实施方式共通，但收集机构7的结构不同。
[0089]
收集机构7具备以绕过收集器73的方式与供给路72及排出路74连接的第一旁路75。第一旁路75连接到供给路72的比开闭阀720靠下游的位置。第一旁路75以如下的方式设计内径等：吹扫用气体的压力损失比收集器73的压力损失小，吹扫用气体的流通量比收集器73的流通量多。由此，能够减少利用收集器73供给空气(阴极气体)的路径的压力损失，从而能够减轻压缩机31(图1)的负担。另外，对收集器73也不施加大的压力，因此能够减轻针对收集器73(吸附罐734、735)的负担。
[0090]
另外，第一旁路75以如下的方式设计内径等：吹扫用气体的压力损失比收集器73的压力损失小，吹扫用气体的流通量比收集器73的流通量多。由此，即使增加压缩机31的阴极气体的供给量，也能够保护收集器73免受阴极气体的压力的影响。
[0091]
[第三实施方式]
[0092]
图5为表示第三实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。第三实施方式的基本结构与第二实施方式共通，但在收集器73的导入口736设置有阀76。
[0093]
通过向收集器73供给吹扫用气体，能够排出收集器73收集到的气化燃料。但是，当向收集器73供给吹扫用气体时，吸附罐734、735内的气化燃料的分布密度变稀薄。因此，来自收集器73的气化燃料的排出量随着时间的经过而减少。因此，在本实施方式中，在从收集器73排出气化燃料的情况下，首先将阀76的开度设定得较低来减少导入收集器73的吹扫用气体的供给量，随着时间的经过增大阀76的开度来增多吹扫用气体的供给量。由此，能够抑制气化燃料的排出量的时间方向上的不均，能够使排出目的地的设备的控制稳定。
[0094]
控制部9(图1)进行以下控制：使开闭阀720、节流阀62d打开，并且使阀76打开，但首先减小阀76的开度，随着时间的经过而增大阀76的开度。此外，在图5中，阀76安装于导入口736，但也可以安装于排出口737，另外还可以安装于导入口736以及排出口737。
[0095]
[第四实施方式]
[0096]
图6为表示第四实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。第四实施方式的基本结构与第二实施方式共通，但供给路72以三通阀77(切换阀)为分支点来分支为在收集器73中流通的分支路径721和第二旁路78。分支路径721与第二旁路78在排出路74中合流。
[0097]
三通阀77被控制部9(图1)控制，使供给路72的连通目的地的流通路径在分支路径721与第二旁路78之间切换，或者调整分支路径721与第二旁路78之间的空气的流通的比例。
[0098]
第二旁路78具备使吹扫用气体的压力损失与收集器73的压力损失几乎相等并且使吹扫用气体的流通量与收集器73的流通量大致相同的调节器等结构要素。
[0099]
在本实施方式中，在初始状态下，三通阀77使第二旁路78侧全开。由此，收集器73只相对于燃料罐20开放，能够使气化燃料吸附于吸附罐734、735。另外，此时，通过使压缩机31为驱动状态并使开闭阀720以及节流阀62d为打开状态，空气向第一旁路75和第二旁路78流通。此时，从第一旁路75和第二旁路78向排出口737导入空气，由于该压力而逆流防止用阀710封闭挥发路71。
[0100]
在该状态下，控制部9对三通阀77进行切换控制，以使分支路径721侧全开。由此，流通到第二旁路78的空气以几乎相同的流量作为吹扫用气体供给到收集器73中，能够从排
出口737排出收集器73收集到的气化燃料。通过像这样进行控制，能够在向收集机构7供给空气时在任意的时间排出气化燃料。另外，在气化燃料的排出的前后，收集机构7的压力损失没有变化，因此能够抑制空气的流量的脉动，由此能够抑制由该脉动引起的振动以及设备的劣化。
[0101]
另外，本实施方式与第三实施方式同样地能够抑制气化燃料的排出量的时间方向上的不均。即，在向收集器73供给吹扫用气体的情况下，首先将三通阀77的分支路径721侧的开度设定得较低，并且增大第二旁路78侧的开度来降低导入收集器73的吹扫用气体的供给量。然后，随着时间的经过而以分支路径721侧的开度比第二旁路78侧的开度大的方式控制三通阀77的开度，使导入收集器73的吹扫用气体的供给量增加。最后，以使分支路径721侧全开且使第二旁路78侧全闭的方式控制三通阀77即可。此外，在图6中，没有安装阀76，但可以与第三实施方式同样地在收集器73中安装阀76，使三通阀77与阀76连动地进行控制。另外，在图6中，可以省略第一旁路75。
[0102]
[第五实施方式]
[0103]
图7为表示第五实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。第五实施方式的燃料电池系统的基本结构与第一实施方式共通，但构成收集机构7的吹扫用气体供给源(压缩机31)以及过滤器30从阴极气体供给系统3分离。另一方面，阴极气体供给系统3具备专用的压缩机31a、过滤器30a。压缩机31a与在第一实施方式至第四实施方式中使用的压缩机31同样地进行控制。
[0104]
另外，构成收集机构7的供给路72及排出路74与阴极气体供给系统3的路径32及从路径32分支出来的路径32a～路径32d分离。在图7中，用实线图示排出路74与路径32d连接的状态。但是，如图7的虚线所示，排出路74能够与路径32、路径32a、路径32b、路径32c、路径32d中的任一个连接。而且，在向排出路74的连接目的地的路径流通空气时，控制部9能够驱动压缩机31来将收集机构7收集到的气化燃料排出到连接目的地的路径中。
[0105]
像这样，通过使向燃料电池堆1供给空气(阴极气体)的供给源与向收集机构7供给吹扫用气体的供给源分开设置，能够减轻各供给源的负担。
[0106]
以上对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过表示本发明的应用例的一部分，并不意图将本发明的保护范围限定为上述实施方式的具体的结构。