(57)【要約】【課題】アノード排気ラインからブリードされる水素の量を制限するシステムと方法が提供される。【解決手段】その方法は、アノード排気ガスがアノード排気ラインからブリードされ、カソード排気ガスと混合される場合に、混合ガス中で水素濃度を所定の百分率より低く維持するように、燃料電池スタックのアノード排出とカソード排出の間の圧力バイアスを維持することを含む。圧力バイアスは、アノード排気ガスが、カソード排気ガスより高いガス圧力を有するようなものである。【選択図】図１
2007329130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックにカソード供給空気を提供するカソード供給ラインと、
前記燃料電池スタックにアノード供給ガスを提供するアノード供給ラインと、
前記燃料電池スタックからのカソード排気ガスを提供するカソード排気ラインと、
前記燃料電池スタックからのアノード排気ガスを提供するアノード排気ラインと、
前記カソード排気ガスと前記アノード排気ガスを混合する混合合流点と、
前記混合されたカソードおよびアノード排気ガス中の水素濃度を制限するための制御機とを含み、前記制御機が、前記水素濃度を所定の百分率より低く維持するように前記アノード排気ラインと前記カソード排気ラインの間の圧力バイアスを維持する燃料電池システム。
【請求項２】
前記カソード排気ガス流が、前記混合された排気ガス中で前記水素の濃度を前記所定の百分率より低く維持するように、所望のスタック電流密度に対し、一定のカソード流量とカソード化学量論に対し対応するアノード排気ガス流が、前記アノード排気ガス圧力が前記カソード排気ガス圧力より所定の値だけ高くなるように制御機が較正される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記アノード排気ガス圧力が、１０ｋＰａ〜３５ｋＰａの範囲の前記スタックの電流密度で決まる前記カソード排気ガス圧力より高い請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記アノード排気ガスが、あるときは前記カソード排気と混合され、またあるときは前記アノード供給ラインに再循環されるように、前記制御機によって制御されるアノード排気ガスブリード弁をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御機が、下降出力の過渡応答の間、前記ブリード弁を介する水素排気ガスのブリードを止める請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
圧縮機とバイパス弁をさらに含み、前記圧縮機が前記燃料電池スタックへ前記カソード供給空気を提供し、前記カソード排気ガスと前記アノード排気ガスに混合される、前記燃料電池スタックをバイパスする圧縮空気を提供するように、前記制御機が前記バイパス弁を制御する請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御機は、システム始動時に前記バイパス弁を開にする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御機が前記スタックを通し、またシステム始動時、短い時間に前記スタックをバイパスしてカソード空気を提供し、次いで、水素が前記スタック中にその後、流れ込むことを可能にし、したがって、始動時に前記スタックを通して流れることになる水素に対し混合合流点の所に、かなりの量の空気がもたらされる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御機が、前記燃料電池スタックに関し上昇出力の過渡応答の間に、カソード空気を供給する圧縮機と水素反応ガスを供給する水素源の間のどんな遅延も減少させるように、前記圧力バイアスについてスルーレート限界を設定する請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記圧力バイアスが前記水素濃度を体積で２％未満に維持する請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
燃料電池スタックと、
前記スタックのカソード側にカソード供給空気を提供する圧縮機と、
カソード供給空気が前記燃料電池スタックをバイパスすることを可能にするバイパス弁と、
前記スタックからのアノード排気ガスをブリードするためのアノード排気ブリード弁と、
前記スタックからのカソード排気ガスと前記スタックから前記ブリード弁を介してブリードされた前記アノード排気ガスとを混合する混合合流点と、
前記混合されたカソードおよびアノード排気ガス中の水素濃度を制限する制御機とを含み、
前記制御機が、前記水素濃度を所定の百分率より低く維持するようにアノード排気ガス排出口とカソード排気ガス排出口の間の圧力バイアスを維持し、前記圧力バイアスは、前記アノード排気ガス圧力が前記カソード排気ガス圧力より高くなるように与え、前記制御機が、前記スタックをバイパスし、また前記カソード排気ガスと前記アノード排気ガスに混合されるカソード空気を供給するようにシステム始動時に前記バイパス弁を制御し、前記制御機が、前記カソード供給空気を提供する前記圧縮機と水素反応ガスを提供する水素源の間のどんな遅延も減少させるように前記スタックに関し上昇出力の過渡応答の間に前記圧力バイアスについてスルーレート限界を設定し、前記制御機が、さらに下降出力の過渡応答の間に前記ブリード弁を介する水素排気ブリードを止める燃料電池システム。
【請求項１２】
前記カソード排気ガス流が、前記混合された排気ガス中で前記水素濃度を前記所定の百分率より低く維持するように、一定のカソード空気流量とカソード化学量論に対し、所望のスタック電流密度に対し、前記アノード排気ガス圧力が前記カソード排気ガス圧力より所定の値だけ高くなるように、対応するアノード排気ガス流が提供されるように制御機が較正される請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記アノード排気ガス圧力が、１０ｋＰａ〜３５ｋＰａの範囲の前記スタックの電流密度によって決まる前記カソード排気ガス圧力より高い請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御機が前記スタックを通し、またシステム始動時、短い時間に前記スタックをバイパスしてカソード空気を提供し、次いで、水素が前記スタック中にその後、流れ込むことを可能にし、したがって、始動時に前記スタックを通して流れることになる水素に対し前記混合合流点の所に、かなりの量の空気がもたらされる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記圧力バイアスが前記水素濃度を体積で２％未満に維持する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
燃料電池スタックからの混合されたカソードおよびアノード排気ガス中の水素濃度を制限する方法であって、
前記スタックからのアノード排気ガスを提供するステップと、
前記スタックからのカソード排気ガスを提供するステップと、
前記スタックからの前記アノード排気ガスと前記カソード排気ガスを混合するステップと、
前記水素濃度を所定の百分率より低く維持するようにアノード排出口とカソード排出口の間の圧力バイアスを維持するステップとを含み、前記アノード排気ガス圧力が前記カソード排気ガス圧力より高くなる方法。
【請求項１７】
前記スタックからのアノード排気ガスを提供するステップが、
前記カソード排気ガス流が、前記混合された排気ガス中で前記水素濃度を前記所定の百分率より低く維持するように、前記アノード排気ガス圧力が前記カソード排気ガス圧力より所定の値だけ高くなるような対応するアノード排気ガス流を提供するステップを含み、前記スタックへの一定のカソード空気流量と所望のスタック電流密度に対しカソード化学量論を提供するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記アノード排気ガス圧力が、１０ｋＰａ〜３５ｋＰａの範囲の前記スタックの電流密度によって決まる前記カソード排気ガス圧力より高い請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
システム始動時に、カソード供給空気を混合されたカソードおよびアノード排気ガスと混合するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記スタックへのカソード供給空気と前記スタックへの水素反応ガスとの間のどんな遅延も減少させるように、前記スタックに関し上昇出力の過渡応答の間に前記圧力バイアスについてスルーレート限界を設定するステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。  
【請求項２１】
下降出力の過渡応答の間に前記ブリード弁を介するアノード排気ガスブリードを止めるステップをさらに含む請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にアノード排気ガス流からブリードされる水素の濃度を制御するシステムおよび方法に関し、より詳しくは燃料電池スタックのカソード側とアノード側の間を異なる圧力に制御することによってアノード排気ガス流からブリードされる水素濃度を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素はクリーンであり、燃料電池内で効率的に電気を発生させるのに使用可能であることから非常に魅力的な燃料である。水素燃料電池は、それらの間に電解質を伴うアノードとカソードとを含む電気化学装置である。アノードは水素ガスを受け取り、カソードは酸素または空気を受け取る。水素ガスはアノードで解離し、自由プロトンおよび電子を発生させる。プロトンは電解質を通過しカソードに達する。プロトンは、カソード内で酸素および電子と反応し、水を生成する。アノードからの電子は電解質を通過できず、したがって負荷を介して導かれ仕事を行ってからカソードに送られる。
【０００３】
プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は車両用に一般的な燃料電池である。ＰＥＭＦＣは、一般にパーフルオロスルホン酸膜などの固体ポリマー電解質プロトン伝導膜を含む。典型的には、アノードおよびカソードは、炭素粒子上に担持され、またアイオノマーと混合された、細かく分割された触媒粒子、通常は白金（Ｐｔ）を含む。触媒混合物は膜の両側に堆積される。アノード触媒混合物、カソード触媒混合物および膜の組合せが、膜電極接合体（ＭＥＡ）を特徴づける。ＭＥＡは製造するのに比較的高くつき、効率的動作に対し一定の条件を必要とする。
【０００４】
典型的には、幾つもの燃料電池が、所望の電力を発生させるために燃料電池スタックに組み合わされる。例えば、通常、車両用燃料電池スタックは２００または、それより多いスタックされた燃料電池を有してよい。燃料電池スタックはカソード供給反応ガス、通常は、圧縮機によってスタックに押し込まれた空気の流れを受け取る。酸素の全てがスタックによって消費されるのではなく、空気の中にはスタック副産物として水を含んでよいカソード排気ガスとして排出されるものもある。燃料電池スタックは、やはりスタックのアノード側に流入するアノード水素反応ガスを受け取る。スタックは冷却流体が流れる流路も含む。
【０００５】
燃料電池スタックは、スタック内の幾つものＭＥＡの間に配置された一連のバイポーラプレートを含み、そこでは、それらのバイポーラプレートおよびＭＥＡが、２つの端部プレートの間に配置されている。バイポーラプレートは、スタック内の隣接燃料電池用にアノード側とカソード側を含む。それぞれのＭＥＡにアノード反応ガスを流すことを可能にするアノードガス流路が、バイポーラプレートのアノード側に設けられている。それぞれのＭＥＡにカソード反応ガスを流すことを可能にするカソードガス流路が、バイポーラプレートのカソード側に設けられている。一方の端部プレートはアノードガス流路を含み、他方の端部プレートはカソードガス流路を含む。バイポーラプレートと端部プレートは、ステンレススチールまたは導電複合材料などの導電材料でできている。端部プレートは燃料電池によって発生させた電気をスタックの外へ導く。バイポーラプレートは冷却流体が流れる流路も含む。
【０００６】
自動車用途に対しては、所望の動力を与えるのに通常、約４００の燃料電池を必要とする。自動車燃料電池システムの設計では、それほど多くの燃料電池がスタックに対し必要になることから、同時にそれほど多くの燃料電池を通して等しい流量の水素ガスを効果的に供給することは困難なので、スタックが、ときには、それぞれ約２００の燃料電池を含む２つのサブスタックに分割される。
【０００７】
当技術分野では、分割スタックを利用する燃料電池システム内でスタック順切り替え、またはフローシフトを行うことが提案されてきた。循環式に第１サブスタックにあるアノード排気ガスが、第２サブスタックのアノード供給口に送られ、第２サブスタックにあるアノード排気ガスが、第１サブスタックのアノード供給口に送られるように、詳細に、システム内で適切な弁と配管が設けられる。
【０００８】
燃料電池スタック内でアノード流路中の水素の分布は、適切な燃料電池スタック動作のためには、ほぼ一定であるべきことが望ましい。したがって、アノードガスを均一に分布させるようにスタックの一定のアウトプット負荷に対して必要であるより多い水素を燃料電池スタック中に供給することが当技術分野では知られている。しかし、この要求のために、アノード排気ガス中の水素の量は、かなりなものとなり、水素が廃棄されたとすると低いシステム効率を引き起こすことになってしまう。したがって、当技術分野では、廃棄される水素を再利用するために、アノード排気ガスをアノード供給口に戻し再循環させることが知られている。
【０００９】
ＭＥＡは多孔性であり、したがってスタックのカソード側から空気中の窒素が、窒素クロスオーバーと当業界では呼ばれている、それを通して浸透し、スタックのアノード側に集まることを可能にする。燃料電池スタックのアノード側で窒素が、水素を薄め、その結果、窒素濃度が５０％などの一定の百分率を超えて増加すると、燃料電池スタックが不安定になり、止まってしまう恐れがある。当技術分野では、スタックのアノード側から窒素を取り除くために燃料電池スタックのアノードガス排出口にブリード弁を設けることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
アノード再循環ループから周期的にブリードされる再循環ガスは、通常かなりの量の水素を含んでいる。ブリード再循環ガスを燃焼器に誘導し、その中の水素のほとんど、または全てを燃焼した後でその再循環ガスが環境に排出されることが、当技術分野では知られている。しかし、燃焼器は、燃料電池システムに対しコスト、重量および複雑さを著しく付加させ、これは望ましくない。
【００１１】
燃焼器を省き、直接、再循環ガスをカソード排気ガスと混合することも当技術分野では知られている。制御せずに再循環ガスが、直接カソード排気ガスと混合されると、再循環ガス中の水素の量は不明である。水素濃度を検出するために水素濃度センサが、再循環ガスとの混合ポイント以降にカソード排気ガスライン中に設けられてよい。水素濃度センサは、混合された排気ガス中で水素濃度の指示するブリードの間に制御機に信号を提供することになる。水素濃度がハイにあると、制御機は、水素の濃度を下げるためにカソード排気空気をもっと供給するように圧縮機のスピードを増加させることになる。圧縮機が水素濃度をスタック負荷に対する安全限界より低い水素濃度に効果的に保つことが不可能である場合、制御機はブリードバルブを閉としなくてはならないことになる。しかし水素センサは、高価でないものでなくてはならず、さらに排気ガスの湿度に内部で耐えることが可能でなくてはならない。今日、既知の水素濃度センサでは、これらの要求を実現することはできない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の教示によれば、燃料電池システム内でアノード排気ガス流からブリードされる水素の量を制限するシステムと方法が開示される。その方法は、アノード排気ガスがブリードされ、カソード排気ガスと混合される場合、混合ガス中で水素濃度を所定の百分率より低く維持するように燃料電池スタックのアノード出口とカソード出口の間の圧力バイアスを維持するステップを含む。圧力バイアスは、アノード排気ガスがカソード排気ガスより高いガス圧力を有するようにする。システム始動の間、カソード供給空気はスタックをバイパスされ、カソード排気およびアノード排気と直接混合される。その方法は、上昇出力の過渡応答の間のスタックに対し圧力バイアスに関して、供給するスタックへのカソード空気と、スタックへの水素反応ガスとの間のどんな遅延も減少させるようにスルーレート限界を設定する。その方法は、下降出力の過渡応答の間、水素排気ガスブリードを時には止めることもある。
【００１３】
本発明の追加的特徴が、添付の図面と併せてなされる以下の説明と別の特許請求範囲から明らかになるであろう。
燃料電池システム内で排気ガス流からブリードされる水素の量を制御する方法に向けられた本発明の実施形態の以下の検討は、実際、単に例示であり、決して本発明あるいは、その適用例または用途を限定することを意図されない。例えば、以下の説明ではアノード再循環ループからの排気ガスからブリードされる水素の量を制御する方法について論じている。しかし、本発明の排気ガス流からブリードされる水素の量を制御する方法は、それらの分割スタックおよびアノード流シフトを利用するなどの別の燃料電池システムに対して応用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、燃料電池スタック１２を含む燃料電池システム１０の概略ブロック図である。水素源１４から水素ガスが、混合合流点１６に供給され、次いでライン１８上の燃料電池スタック１２のアノード側に送られる。アノード排気ガスは、ライン２０上に燃料電池スタック１２から排出されブリード弁２６へ送られる。再循環ポンプ（図示されてない）が、弁２６を介してアノード排気ガスを混合合流点１６へポンプで送りこみ、水素源１４からの新鮮な水素ガスと混合され、アノード再循環ループに供給される。混合合流点１６の所で水素源１４からの新鮮な水素と再循環アノード排気ガスとの適切な混合により、スタック１２のアノード側の圧力を設定する。
【００１５】
燃料電池システム１０は、ライン３２上で燃料電池スタック１２のカソード側にカソード空気を供給する圧縮機３０も含む。スタック１２からのカソード排気ガスは、カソード排気ガスライン３４上にスタック１２から排出される。
【００１６】
前述したように、燃料電池スタック１２のカソード側からのクロスオーバー窒素が、スタック性能に影響する水素をアノード側で希釈する。したがって、再循環される窒素の量を減少させるためにアノード排気ガスを周期的にブリードすることが必要である。窒素ブリードの間、弁２６は、アノード排気ガスを再循環ループから排気ライン２８へ切り替えるように制御される。この実施形態では、ライン２８中にブリードされた再循環ガスは、混合合流点３６内でライン３４上のカソード排気ガスと混合される。
【００１７】
システム１０は、カソード供給ライン３２と混合合流点３６に接続されたライン４０も含む。以下でさらに詳述されることになるように、燃料電池システム１０の動作の一定時間にバイパス弁４２を制御することによって、水素濃度を減少させるためにカソード排気ガス中に多くの空気があるようにカソード供給空気の一部で燃料電池システム１２をバイパスすることが望ましいことがある。
【００１８】
本発明は、燃料電池システム１０の排気中で水素放出を制御する方法を提案する。一定の燃料電池システム設計では、混合されたアノード排気ガスとカソード排気ガス中で水素の百分率を体積で２％未満に、少しの間だけ２％から４％の間に、そして決して４％を超えないように維持することが望ましい。
【００１９】
燃料電池システムは、基本的に４つの動作モードを有する。詳細には、燃料電池システムは、始動モード、定常状態モード、出力の過渡応答動作モードおよび停止モードである。本発明によれば、アノードブリードの間、混合されたカソード／アノード排気ガス中の水素濃度は、再循環ループから放出されるべき水素の量を制限することによって制限される。本発明では、アノード側が事前設定範囲内のカソード側より高い圧力を有する、スタック１２のカソード側とスタック１２のアノード側との間に圧力差を設けることによって混合されたカソード排気ガスとアノード排気ガス中の水素の量を制限することを提案する。
【００２０】
本発明によれば、スタック１２のアノード側とカソード側との間の圧力差は、さまざまな因子によって決まる上限と下限を有する。例えば、カソード排気ガスが、スタックのアノード側に流れ込み、その結果のセンサの不正確さや、フローシフトの影響などを防ぐためにアノード側圧力は、カソード側より少なくとも１０ｋＰａ高くなくてはならない。しかし、圧力バイアスは、許容されている最大のアノード排気ガス流速がブリードの間に生じるようにいつもできるだけ高くなくてはならない。より高い流速は、ブリードの間にアノード流路からできるだけ多くの水分と窒素を取り除くのに重要である。低いスタック電流密度で１０ｋＰａの圧力バイアスの値は、排気ガス中で例え空気の量が低くても混合された排気ガス中で水素の濃度を十分低くさせることになる。高い電流密度で圧力バイアスは、空気の量が多いので、混合排気ガス中で水素の濃度を増やさずに水を取り除くのに十分な流れをもたらす約３５ｋＰａでよい。
【００２１】
システムの始動では、空気は、前の停止からアノード流路中にあり、水素が、アノード流路中に注入される。より迅速で、確実な始動などの様々な理由から当技術分野でよく理解されているように、水素／空気の最前線は、できるだけ速やかにスタック１２のアノード側を通って移動しなければならない。この迅速な始動をもたらすには、かなりの量の水素が、過剰の水素が排気されることに伴う潜在的な問題を生じながら空気を置換するためにスタック１２のアノード側を通って流れなくてはならない。
【００２２】
本発明によれば、制御機４８の中で専門の制御アルゴリズムが、始動の間に水素の放出を減少させるために用いられる。特に、ライン４０内で空気が混合合流点３６に送り出されるように、水素が流れ、弁４２が開かれる前に圧縮機３０が始動される。すぐその後、水素インジェクタ（図示されてない）が、スタック１２のアノード側中にブリード弁２６の中から外に水素を注入し始める。水素放出を体積で２％未満に維持するように、アノード流路内にある空気を置換する、この初期のひと塊の水素を、スタック１２をバイパスするカソード空気が希釈する。ある所定時間の後に弁４２は閉じられ、圧縮機３０からの空気の全てがスタック１２上の負荷に一致するスタック１２のカソード側を介して誘導される。さらにブリード弁２６が閉じられる。この間、それ以上の水素放出はなく、燃料電池反応が開回路電圧に達する電池電圧をもたらす。この時点から少し経過した後、システム１０は、通常運転モードに移行し、電力がスタック１２から引き出されることを可能にする。
【００２３】
定常状態動作の間、「圧力バイアス」は、ブリードの間のブリード弁２６からの再循環ガスと、ライン３４上のカソード排気ガスとの間に維持され、ブリード弁２６の所で再循環ガス圧力は、ライン３４上のカソード排気ガス圧力より高い。この燃料電池システム１０のカソード側とアノード側の間の圧力差により、混合されたカソード排気ガスとアノード排気ガス中の水素濃度を２％未満になるように維持する。
【００２４】
所与のカソード反応ガス／カソード化学量論に対して、電流密度の関数としてカソード側とアノード側の間の所望の圧力バイアスが与えられることになるようにシステム１０は較正される。言い換えれば、０．２Ａ／ｃｍ２で、定常状態のカソード化学量論が３．０である場合、対応する較正された圧力バイアスは、例えばスタック１２のアノード側で２５ｋＰａ高いものであることになり、その結果、例えアノード水素濃度が１００％でも、２％より少し低い混合された空気／水素排気濃度であることになる。したがって、ブリード弁２６が、常時開であっても定常状態の排気濃度は２％を決して超えないことになる。スタック１２のカソード側とアノード側の間でスタック１２上の負荷に係わらず所望の圧力差が維持される圧力バイアス表が、定常状態動作に対して与えられてよい。典型的には、圧力バイアス値は、最も低いほぼアイドルの、例えば１０ｋＰａであり、水素の異なるレベルに対し最も高い高出力の所で、例えば３５ｋＰａであることになる。
【００２５】
水素インジェクタが圧縮機３０より早く応答するので、高い圧力バイアスは、ごく短い時間に水素排気濃度を増加させることがあるため、上述した圧力バイアス表は、上昇出力の過渡応答の間に過剰の水素排気放出を防げないことがある。この潜在的な問題に対処するために、本発明では、上昇出力の過渡応答に関して圧力バイアス設定値にスルーレート限界を提案する。例えば、スタック１２からのアイドル出力から最大出力への要求に、設定値は、通常１０ｋＰａから３５ｋＰａの段階とする。圧縮機３０が最大出力に対する所望のカソード設定値になるまで、この高い圧力バイアスによってもたらされた高い水素流が、十分希釈されないときがある。圧力バイアス設定値の上昇速度がカソード流の上昇速度より低く制限されると、上昇出力の過渡応答にわたって水素は、足りるだけ希釈されつづける。
【００２６】
かなり大きく、速い急速な下降出力の過渡応答がある場合、圧力バイアスが十分上昇するだけの時間がないことがあり、したがって下降出力の過渡応答に関して再循環ブリードの間にシステムが、アノード排気ガス中に過剰の水素をもたらすことがある。本発明によれば、出力下降の過渡応答の間、アルゴリズムにより防止するか、ブリード要求をオーバーライドし、混合排気ガス中の水素が多くなり過ぎるのを防ぐことができる。
【００２７】
下降出力の過渡応答が、高出力の過渡応答の後や、スタック１２が長時間の間、高出力で運転されていた後に生じる場合、特に厄介である。システム１０が、最大または高出力であると、アノード流路を介する多くの水素流があり、その多くは反応によって消費される。下降出力の過渡応答が起こるや否や、突然に、そこに多くの水素がありながら、スタック１２内でそれを消費する場所がなくなる。幸いに、これらの下降出力の過渡応答の間のある短時間の間、カソード排気中にブリード弁２６を介して、いかなるアノード排気もブリードする必要はない。したがって、本発明では、下降出力の過渡応答が検出された場合、どんなブリード要求もオーバーライドし、短時間の間、ブリード弁２６を閉じたままにしておく。この時間が経過した後、オーバーライドは終了することになり、通常のブリード動作が再開されてよい。これは、広範な下降出力の過渡応答の間に、過剰の水素濃度とカソード排気の混合とを防止する。
【００２８】
システム停止時に、システム１０は、スタック１２内のカソードとアノードの流路をパージし、できるだけ多くの水を除去し、停止後の凍結を防ぎ、また、より低い温度の所での後続の再始動について電池のフラッディングを防ぐことが望ましい。この停止パージの間に、停止時にシステム１０内にある水素の大部分を希釈するためにライン３４上で十分過ぎるほどのカソード空気が排気されている。
【００２９】
さらに、燃料電池システムの設計の中には、圧縮機３０が、高出力要求向けに大量の空気を供給するターボ圧縮機であるものもある。出力要求が低い、こういった時間は、圧縮機３０には安定した低い流速を維持するのが難しい時間となる。したがって、圧縮機３０がシステムの出力要求のために必要であるものより高速で運転できるように、弁４２を介してカソード流の一部がスタック１２の周りに分流されることがある。
【００３０】
前述の検討は、本発明の単に例示的な実施形態を開示し、説明している。添付の特許請求の範囲において定義される本発明の趣旨と範囲を逸脱せずに、そのような検討と添付の図面および特許請求の範囲から、そこで、様々な変更、修正、変形がなされてよいことを当業者は容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態による、窒素ブリードを制御する燃料電池システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池スタック
１４  水素源
１６  混合合流点
１８  アノード水素供給ライン
２０  アノード排気ガスライン
２６  ブリード弁
２８  排気ライン
３０  圧縮機
３２  カソード空気供給ライン
３４  カソード排気ガスライン
３６  混合合流点
４０  バイパスライン
４２  バイパス弁
４８  制御機
【図１】
2007329130.tif 000003
【外国語明細書】
2007329130000001.pdf