(57)【要約】      （修正有）【課題】アノード排気ラインからブリードされる水素量を制限するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】方法は、燃料電池スタックのアノード出口とカソード出口との間の圧力バイアスを維持し、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てカソード排気ガスと混合される場合に、混合ガス中の水素濃度を所定百分率未満に維持する。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も高いガス圧力を有するようにする。【選択図】図１
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【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】
前記制御機を調整して、所望のスタック電流密度に対する一定のカソード空気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供給され、前記アノード排気ガス圧力を前記カソード排気ガス圧力より所定の値だけ高くして、前記混合された排気ガス中の水素濃度を前記所定の百分率より低く維持する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記スタックの電流密度に応じて、前記アノード排気ガス圧力は、前記カソード排気ガス圧力より１０ｋＰａ〜３５ｋＰａだけ高い、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、アノード排気ガスブリード弁を含み、
前記アノード排気ガスブリード弁は、前記制御機によって制御され、前記アノード排気ガスを前記カソード排気と混合するか、あるいは前記アノード供給ラインに再循環する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御機は、出力下降過渡応答の間、前記ブリード弁を介する水素排気ガスのブリードを防止する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
さらに、圧縮機とバイパス弁を含み、
前記圧縮機は、カソード供給空気を前記燃料電池スタックへ供給し、
前記バイパス弁は制御機により制御されて、前記燃料電池スタックをバイパスする圧縮空気を提供し、圧縮空気は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、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】
前記制御機は、システム始動時、一時的に、カソード空気を、前記燃料電池スタックをバイパスさせ、その後、水素を前記燃料電池スタック中に流入させ、始動時に前記燃料電池スタックを通して流れるかもしれない水素に対して多量の空気を混合合流点に供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記制御機は、出力上昇過渡応答の間、前記燃料電池スタックの圧力バイアスにスルーレート限界を設定し、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との間のすべての遅延を減少させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記圧力バイアスは、前記水素濃度を２vol％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、
前記燃料電池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、
前記燃料電池スタックからのカソード排気ガスと、前記燃料電池スタックから前記アノード排気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、
前記制御機は、前記水素濃度を所定の百分率より低く維持するために、アノード排気ガス排出口とカソード排気ガス排出口との間の圧力バイアスを維持し、
前記圧力バイアスは、前記カソード排気ガス圧力より高い前記アノード排気ガス圧力を提供し、
前記制御機は、システム始動時に、前記バイパス弁を制御して、カソード空気が前記燃料電池スタックをバイパスして、前記カソード排気ガスと前記アノード排気ガスとに混合するようにし、
前記制御機は、出力上昇過渡応答の間、前記燃料電池スタックの圧力バイアスにスルーレート限界を設定し、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との間のすべての遅延を減少させ、
前記制御機は、出力下降過渡応答の間、前記ブリード弁を介する水素排気ガスのブリードを防止する、燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御機を調整して、所望のスタック電流密度に対する一定のカソード空気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供給され、前記アノード排気ガス圧力を前記カソード排気ガス圧力より所定の値だけ高くして、前記混合された排気ガス中の水素濃度を前記所定の百分率より低く維持する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記スタックの電流密度に応じて、前記アノード排気ガス圧力は、前記カソード排気ガス圧力より１０ｋＰａ〜３５ｋＰａだけ高い、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御機は、システム始動時、一時的に、カソード空気を、前記燃料電池スタックをバイパスさせ、その後、水素を前記燃料電池スタック中に流入させ、始動時に前記燃料電池スタックを通して流れるかもしれない水素に対して多量の空気を混合合流点に供給する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記圧力バイアスは、前記水素濃度を２vol％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、
前記燃料電池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、
前記燃料電池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、
前記燃料電池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、
アノード排出口とカソード排出口との間の圧力バイアスを維持して、前記水素濃度を所定の百分率より低く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い、方法。
【請求項１７】
さらに、所望のスタック電流密度に対するカソード化学量論に対応する一定のカソード空気流量を前記燃料電池スタックに提供するステップを含み、
前記燃料電池スタックからアノード排気ガスを提供するステップは、対応するアノード排気ガス流を提供することを含み、アノード排気ガス圧力をカソード排気ガス圧力よりも所定値だけ高くして、前記カソード排気ガス流が、前記混合された排気ガス中の前記水素濃度を前記所定の百分率より低く維持する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記スタックの電流密度に応じて、前記アノード排気ガス圧力は、前記カソード排気ガス圧力より１０ｋＰａ〜３５ｋＰａだけ高い、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
システム始動時に、混合されたカソードおよびアノード排気ガスと、カソード供給空気とを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】
出力上昇過渡応答の間、前記燃料電池スタックの圧力バイアスにスルーレート限界を設定し、前記燃料電池スタックへのカソード供給空気と前記燃料電池スタックへの水素反応ガスとの間のすべての遅延を減少させステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
出力下降過渡応答の間、前記ブリード弁を介するアノード排気ガスのブリードを防止す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との間の差圧を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ために使用できることから、非常に魅力的な燃料である。水素燃料電池は、アノードとカソードとそれらの間に電解質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てカソードに達する。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、一般的な車両用燃料電池である。ＰＥＭＦＣは、一般に、パーフルオロスルホン酸膜などの固体高分子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、膜の両側に堆積する。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）を画定する。ＭＥＡは製造費用が比較的高く、効率的な運転のために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内に組み合わされる。例えば、典型的な車両用燃料電池スタックは２００個以上の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、幾分かの空気は、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。燃料電池スタックは、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も受け取る。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む。それらのバイポーラプレートおよびＭＥＡは、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。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おり、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。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おり、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。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とは、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し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の燃料電池を用いる。自動車燃料電池システムの設計では、非常に多くの燃料電池がスタックに対し必要になり、同時に非常に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、スタックを、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することもある。
【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いる。特に、システム内に適切な弁と配管が設けられ、循環式に、第１サブスタック内に存在するアノード排気ガスを第２サブスタックのアノード供給口に送り、第２サブスタック内に存在するアノード排気ガスを第１サブスタックのアノード供給口に送る。
【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、正確な燃料電池スタック運転のためには、ほぼ一定であるべきことが望ましい。したがって、燃料電池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し、アノードガスを均一に分布させ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大量になり、水素が廃棄されたとするとシステム効率を低下させてしまう。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、したがって空気中の窒素が、スタックのカソード側から浸透し、スタックのアノード側に集まる（窒素クロスオーバーと当業界では呼ばれている）。燃料電池スタックのアノード側にある窒素は水素を希釈するので、もし窒素濃度が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、作動しなくなる。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。
【発明の概要】
【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、多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、その再循環ガスを環境に排出することが、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るので、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。再循環ガスが、制御されずに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、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水素濃度センサを設けることもできる。水素濃度センサは、ブリードの間、混合された排気ガス中の水素濃度を指示する信号を制御機に提供することになる。水素濃度が高いと、制御機は、圧縮機のスピードを増加させ、より多くのカソード排気空気を供給して水素の濃度を下げる。圧縮機が、スタック負荷に対する安全限界より低い水素濃度を効果的に維持することができないと、制御機はブリード弁を閉めなければならない。しかし、水素センサは、高価であってはならず、排気ガスの湿度に耐え得るものでなければならない。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。本方法は、燃料電池スタックのアノード出口とカソード出口との間の圧力バイアスを維持するステップを含み、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時に、混合ガス中の水素濃度を所定の百分率より低く維持する。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して、カソード排気およびアノード排気と直接混合される。本方法では、出力上昇過渡応答の間、スタックの圧力バイアスにスルーレート限界を設定し、スタックへ供給されるカソード空気と、スタックへ供給される水素反応ガスと、の間のすべての遅延を減少させる。本方法は、出力下降過渡応答の間、水素排気ガスのブリードを防止することもある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の追加的特徴は、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関する本発明の実施形態の以下の議論は、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していない。例えば、以下の説明は、アノード再循環ループから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、他の燃料電池システム、たとえば分割スタックおよびアノード流シフトを利用する別の燃料電池システムにも適用される。
【００１５】
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、燃料電池スタック１２からライン２０に排出され、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、アノード排気ガスを、ブリード弁２６を通して、水素源１４からの新鮮な水素と混合されるべき混合合流点１６へ送りこみ、アノード再循環ループが提供される。混合合流点１６にて、水素源１４からの新鮮な水素と、再循環された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。
【００１６】
燃料電池システム１０は、ライン３２を介して燃料電池スタック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、スタック１２からカソード排気ガスライン３４に排出される。
【００１７】
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、アノード側で水素を希釈し、スタック性能に影響を与える。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、ブリード弁２６が制御され、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。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のカソード排気ガスと混合される。
【００１８】
システム１０は、カソード供給ライン３２と混合合流点３６と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の運転の一定時間中に、バイパス弁４２を制御することによって、カソード供給空気の一部が燃料電池システム１２をバイパスするようにして、カソード排気ガス中に多くの空気を存在させて、水素濃度を減少させることが望ましいことがある。
【００１９】
本発明は、燃料電池システム１０の排気中の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において、混合されたアノード排気ガスとカソード排気ガス中の水素の百分率を２ｖｏｌ％未満に維持し、わずかの間であれば２ｖｏｌ％〜４ｖｏｌ％の間でもよいが、決して４ｖｏｌ％を超えないように維持することが望ましい。
【００２０】
燃料電池システムは、基本的に４つの運転モードを有する。詳細には、燃料電池システムは、始動モード、定常運転モード、出力過渡応答運転モードおよび停止モードである。本発明によれば、アノード排気ガスブリードの間、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水素の量を制限することによって制限される。本発明は、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。ここで、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。
【００２１】
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とを有する。例えば、センサの不正確さや、フローシフトの影響などの結果として、カソード排気ガスがスタックのアノード側に流れ込むことを防ぐために、アノード側圧力は、カソード側圧力より少なくとも１０ｋＰａ高くすべきである。しかし、ブリードの間に、許容されている最大のアノード排気ガス流速を生じさせるために、圧力バイアスは常にできるだけ高くすべきである。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ために重要である。低いスタック電流密度において、１０ｋＰａの圧力バイアスの値は、たとえ排気ガス中の空気の量が低くても、混合された排気ガス中の水素の濃度を十分低くさせることになる。高い電流密度において、圧力バイアスは約３５ｋＰａとすることができ、空気の量が多いので、混合排気ガス中の水素の濃度を増やさずに、水を取り除くために十分な流れをもたらす。
【００２２】
システムの始動時に、前回の停止時の空気がアノード流路中に存在し、水素はアノード流路中に注入される。当技術分野でよく理解されているように、より迅速で、より確実な始動などの様々な理由から、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すべきである。この迅速な始動をもたらすには、空気を置換するために、多量の水素がスタック１２のアノード側を通って流れなくてはならず、過剰の水素が排気される潜在的な問題を生じる。
【００２３】
本発明によれば、始動時に、水素の放出を減少させるために、制御機４８の専門の制御アルゴリズムが用いられる。詳細には、水素が流れる前に、圧縮機３０を始動させて、弁４２を開き、ライン４０の空気を混合合流点３６に送り出す。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のアノード側に水素を導入し始め、ブリード弁２６の中から外に水素を注入し始める。アノード流路内に存在す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し、水素放出を２ｖｏｌ％未満に維持する。所定時間後、弁４２は閉じられ、スタック１２の負荷に一致する圧縮機３０からの空気の全てが、スタック１２のカソード側に向けられる。さらにブリード弁２６が閉じられる。この間、こ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。
【００２４】
定常状態運転の間、「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のカソード排気ガスと、の間で維持され、ブリード弁２６における再循環ガス圧力は、ライン３４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との間の圧力差が、混合されたカソード排気ガス及びアノード排気ガス中の水素濃度を２ｖｏｌ％未満に維持する。
【００２５】
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との間の所望の圧力バイアスを与えるように、システム１０を調整する。言い換えれば、０．２Ａ／ｃｍ２における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が、例えば、スタック１２のアノード側で２５ｋＰａ高いと、その結果、例えアノード水素濃度が１００％でも、混合された空気／水素排気濃度は２％よりわずかに低くなる。したがって、ブリード弁２６が、何度も開けられるとしても、定常状態の排気濃度は２ｖｏｌ％を決して超えない。スタック１２の負荷に係わらず、スタック１２のカソード側とアノード側との間の所望の圧力差が維持される定常状態運転のために、圧力バイアス表が与えられてよい。典型的には、圧力バイアス値は、最も低いほぼアイドル状態で、例えば１０ｋＰａであり、水素の異なるレベルに対する最も高い高出力状態で、例えば３５ｋＰａである。
【００２６】
水素インジェクタが圧縮機３０より早く応答するため、より高い圧力バイアスは、ごく短時間で水素排気濃度を増加させることがあるため、出力上昇過渡応答の間、上述した圧力バイアス表は、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、本発明は、出力上昇過渡応答時に、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へと段階的にあげる。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、出力上昇過渡応答の間中、水素は、十分に希釈されたままである。
【００２７】
かなり大きく、速い急速な出力下降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、システムは、再循環ブリードの間、出力下降過渡応答時に、アノード排気ガス中に過剰の水素をもたらすかもしれない。本発明によれば、出力下降過渡応答の間、アルゴリズムが、ブリード要求を阻止するか又は無効にして、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。
【００２８】
高出力過渡応答の後、又はスタック１２が長時間にわたり高出力で運転していた後に出力下降過渡応答が生じる場合は、特に厄介である。システム１０が最大出力または高出力であると、アノード流路を通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。出力下降過渡応答が起こるや否や、突然に、スタック１２内に多くの水素がありながら消費する場所がなくなる。幸いに、これらの出力下降過渡応答の間、短時間にわたり、ブリード弁２６を通してのカソード排気中へのアノード排気をブリードする必要もない。したがって、本発明では、出力下降過渡応答が検出された場合、すべてのブリード要求を無効にして、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、無効指示を終了させ、通常のブリード運転を再開することができる。これは、広範な出力下降過渡応答の間に、過剰の水素濃度とカソード排気の混合とを防止する。
【００２９】
システム停止時に、システム１０は、スタック１２内のカソード流路とアノード流路をパージし、できるだけ多くの水を除去し、停止後の凍結を防ぎ、また、より低い温度における後続の再始動時に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、停止時にシステム１０内に存在する水素の大部分を希釈するために、ライン３４に十分過ぎるほどのカソード空気が排気される。
【００３０】
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。出力要求が低い間、圧縮機３０には安定した低い流速を維持することが難しい。したがって、圧縮機３０がシステム出力要求のために必要であるよりも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。
【００３１】
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。
【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】
2013225514.tif 000003
【外国語明細書】
2013225514000001.pdf