Система топливных элементов и способ функционирования системы

Система топливных элементов и способ функционирования системы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе топливных элементов, включающей в себя батарею топливных элементов, в которую уложены множество единичных элементов, и относится, в частности, к системе топливных элементов и способу ее функционирования, которые имеют отличную функцию выпуска, получающихся в результате реакции воды и примесных газов, содержащихся в отходящем анодном газе батареи топливных элементов.

Уровень техники

[0002] Система топливных элементов, описанная, например, в патентном документе 1, является традиционной системой топливных элементов, имеющей функцию выпуска получающихся в результате реакции воды и газов. Система топливных элементов из патентного документа 1 выполнена с возможностью устанавливаться в транспортное средство и имеет такую конструкцию, что отходящий анодный газ из батареи топливных элементов вводится в газожидкостный сепаратор через путь протекания отходящего газа. Отходящий анодный газ содержит непрореагировавший водород и получающуюся в результате реакции воду. Газожидкостный сепаратор содержит ионообменный фильтр, который вертикально разделяет внутреннее пространство газожидкостного сепаратора, и камеру под ионообменным фильтром для удерживания определенного количества получающейся в результате реакции воды.

[0003] Кроме того, система топливных элементов осуществляет циркуляцию водорода, отделенного посредством газожидкостного сепаратора, в систему подачи водорода батареи топливных элементов, а также сливает получающуюся в результате реакции воду, отделенную посредством газожидкостного сепаратора, наружу, используя давление и скорость потока водорода. Таким образом, предотвращается протекание получающейся в результате реакции воды в путь протекания отходящего газа, когда транспортное средство наклоняется.

Перечень ссылок

Патентная литература

[0004] Патентный документ 1: публикация японской патентной заявки № 2009-123517

Сущность изобретения

Технические проблемы

[0005] Между тем, в традиционной системе топливных элементов, которая описана выше, получающаяся в результате реакции вода, выпускаемая из батареи топливных элементов, возможно, может протекать назад в путь протекания отходящего газа прежде, чем достигнет газожидкостного сепаратора, если скорость циркуляции водорода низкая. По этой причине эти компоненты необходимо размещать таким способом, чтобы обеспечивать достаточный вертикальный зазор между батареей топливных элементов и путем протекания отходящего газа и газожидкостным сепаратором.

[0006] Это приводит к проблемам, заключающимся в том, что, если традиционная система топливных элементов должна быть установлена в транспортное средство, имеющее небольшое, ограниченное пространство под своим днищем, размещение системы топливных элементов под днищем может быть чрезвычайно затруднительным, и что, если вертикальный зазор между компонентами недостаточно большой, дренаж может быть затруднен, когда транспортное средство наклоняется. Существует необходимость в разрешении этих проблем.

[0007] Следует отметить, что скорость циркуляции водорода зависит от выходной мощности приводного устройства, такого как циркуляционный насос. Таким образом, чтобы уменьшать эту скорость циркуляции, также необходимо уменьшать выходную мощность приводного устройства, и, следовательно, достигается преимущество в уменьшении размера и веса конструкции системы и уменьшении потребления мощности.

[0008] Настоящее изобретение создано, принимая во внимание вышеописанные традиционные проблемы, и его целью является предоставление системы топливных элементов и способа ее функционирования, которые могут достигать отличной возможности монтажа под днищем транспортного средства и хорошей функции водоотведения даже в случае системы с низкой скоростью циркуляции водорода.

Решение задач

[0009] Аспектом настоящего изобретения является система топливных элементов, включающая в себя батарею топливных элементов, сформированную посредством укладки в пакет множества единичных элементов горизонтально и имеющую в пакетированном корпусе коллекторы, через которые подаются и выпускаются химически активные газы в и из каждого из единичных элементов. Эта система топливных элементов включает в себя дренажные пути, проходящие от коллектора для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно.

[0010] Другим аспектом настоящего изобретения является способ функционирования системы топливных элементов. Этот способ включает в себя этапы: размещения батареи топливных элементов, сформированной посредством укладки в пакет множества единичных элементов в таком направлении, что направление укладки в пакет единичных элементов является горизонтальным; предоставления, в батарее топливных элементов, коллекторов, через которые необходимо подавать и выпускать химически активные газы в и из каждого из единичных элементов; предоставления дренажных путей, проходящих от коллектора для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно; предоставления, в дренажных путях на обеих торцевых сторонах, буферов для жидкой воды в позициях выше по потоку от выпускных портов наружу, и регулирующих клапанов, которые открывают и закрывают выпускные порты наружу соответственно, при этом буферы для жидкой воды предназначены для того, чтобы удерживать получающуюся в результате реакции воду; и дополнительного предоставления пути протекания отходящего газа, который сообщается по меньшей мере с одним из дренажных путей на обеих торцевых сторонах, и спускного клапана, который выпускает примесный газ из пути протекания отходящего газа. Кроме того, способ включает в себя этап: открытия двух регулирующих клапанов на период времени, требуемый, чтобы опорожнить буферы для жидкой воды, и открытия спускного клапана, если объем примесного газа, выпускаемого из регулирующих клапанов, меньше, чем объем примесного газа, сформированного в батарее топливных элементов.

Краткое описание чертежей

[0011] Фиг.1 - пояснительная схема, показывающая вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.2 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.3 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.4 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.5 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.6 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.7 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.8 - пояснительная схема, показывающая другой вариант системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.9 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов (часть (A)), и временная диаграмма, показывающая операции клапанов (часть (B)), согласно варианту осуществления способа функционирования системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.10 - график, показывающий соотношение между сгенерированным током и объемом производимой воды на стороне анода (часть (A)), и график, показывающий соотношение между сгенерированным током и примесями, протекающими в сторону анода (часть (B)).

Фиг.11 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов (часть (A)), временная диаграмма, показывающая операции клапанов в состоянии, когда батарея топливных элементов, показанная в части (A), наклонена вниз своей правой стороной (часть (B)), и временная диаграмма, показывающая операции клапанов в состоянии, когда батарея топливных элементов, показанная в части (A), наклонена вниз своей левой стороной (часть (C)), согласно другому варианту осуществления способа функционирования системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.12 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов (часть (A)), временная диаграмма, показывающая операции клапанов в состоянии, когда батарея топливных элементов, показанная в части (A), наклонена вниз своей правой стороной (часть (B)), и временная диаграмма, показывающая операции клапанов в состоянии, когда батарея топливных элементов, показанная в части (A), наклонена вниз своей левой стороной (часть (C)), согласно другому варианту осуществления способа функционирования системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.13 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов (часть (A)), и временная диаграмма, показывающая операции клапанов и изменения в расходе воздуха для разбавления (часть (B)), согласно другому варианту осуществления способа функционирования системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.14 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов типа с циркуляцией анодного газа в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.15 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов типа с циркуляцией анодного газа в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.16 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов типа без циркуляции анодного газа в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.17 - пояснительная схема, показывающая систему топливных элементов типа без циркуляции анодного газа в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.18 - пояснительный вид сверху (часть (A)) и пояснительный вид сбоку (часть (B)), показывающие состояние в рабочем положении, в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.19 - пояснительный вид сверху (часть (A)) и пояснительный вид сбоку (часть (B)), показывающие состояние в рабочем положении, в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Фиг.20 - пояснительный вид сверху (часть (A)) и пояснительный вид сбоку (часть (B)), показывающие состояние в рабочем положении, в качестве другого варианта осуществления системы топливных элементов настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов осуществления

[0012] Система топливных элементов, показная на фиг.1, включает в себя батарею S топливных элементов, сформированную посредством укладки в пакет множества единичных элементов C горизонтально и имеющую, в многослойном корпусе, коллекторы (M), через которые необходимо подавать и выпускать химически активные газы в и из каждого единичного элемента C. Кроме того, система топливных элементов включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие от коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов в направлении укладки единичных элементов соответственно.

[0013] Кроме того, система топливных элементов включает в себя блок 2, который подает в батарею S топливных элементов анодный газ (водород), служащий в качестве одного химически активного газа, и блок 3, который подает в батарею S топливного элемента катодный газ (воздух), служащий в качестве другого химически активного газа. Система топливных элементов также включает в себя жидкостные устройства, такие как клапаны и насосы, и устройства управления, которые не показаны в данном документе.

[0014] Каждый единичный элемент C является известным единичным элементом, включающим в себя: сборку мембранных электродов (MEA), в которой мембрана электролита удерживается между топливным электродом (анодом) и воздушным электродом (катодом); и два разделителя, которые чередуют слои этой сборки мембранных электродов. Следует отметить, что сборка мембранных электродов включает в себя электроды, имеющие газодиффузионные слои на внешних сторонах топливного электрода и воздушного электрода.

[0015] Кроме того, каждый единичный элемент C имеет коллекторные отверстия для подачи и выпуска, так что анодный газ и катодный газ могут протекать. В уложенном в пакет состоянии коллекторные отверстия сообщаются друг с другом, чтобы формировать свои соответствующие коллекторы. Дополнительно каждый единичный элемент C снабжен коллекторным отверстием для подачи и выпуска охлаждающей жидкости в некоторых случаях.

[0016] Посредством укладки в пакет множества единичных элементов C горизонтально батарея S топливных элементов формирует, в многослойном корпусе, коллектор для подачи анодного газа и выпуска отходящего анодного газа и коллектор для подачи катодного газа и выпуска отходящего катодного газа. Фиг.1 показывает коллектор M для выпуска отходящего анодного газа. Отходящий анодный газ содержит водород, оставшийся непрореагировавшим, примесные газы, такие как азот, прошедшие через мембрану электролита, получающуюся в результате реакции воду и т.д.

[0017] Кроме того, батарея S топливных элементов включает в себя торцевые пластины 4A и 4B на обоих своих торцах в направлении укладки в пакет единичных элементов. Торцевые пластины 4A и 4B прикладывают определенное давление к каждому единичному элементу C в направлении укладки в пакет, чтобы поддерживать это состояние.

[0018] Как упомянуто ранее, вышеописанная система топливных элементов включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие вниз от коллектора M выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов соответственно. Эти дренажные пути 1A и 1B включают в себя дренажные порты, сформированные на торцевых пластинах 4A и 4B батареи S топливных элементов, и трубки, соединенные с ними. Кроме того, в показанной системе топливных элементов дренажные пути 1A и 1B, каждый, соединены с общей выхлопной трубой 5.

[0019] Вышеописанная система топливных элементов устанавливается в электрическое транспортное средство, например. Здесь система топливных элементов устанавливается таким образом, что направление укладки в пакет единичных элементов С в батарее S топливных элементов совпадает с поперечным направлением транспортного средства или продольным направлением транспортного средства. Когда анодный газ и катодный газ подаются в батарею S топливных элементов, электрохимическая реакция происходит в каждом единичном элементе C, тем самым генерируя электрическую энергию.

[0020] Кроме того, при описанном выше генерировании электричества система топливных элементов выпускает отходящий анодный газ и отходящий катодный газ из батареи S топливных элементов. В частности, система топливных элементов выпускает получающуюся в результате реакции воду и примесные газы, такие как азот, содержащиеся в отходящем анодном газе, наружу. Здесь, поскольку система топливных элементов имеет дренажные пути 1A и 1B на обоих торцах батареи S топливных элементов, получающаяся в результате реакции вода и примесные газы выпускаются через эти дренажные пути 1A и 1B. Кроме того, даже когда батарея S топливных элементов наклоняется вверх одной своей стороной из-за состояния дороги, по которой движется транспортное средство, или т.п., система топливных элементов без сбоев сливает воду через дренажный путь 1A (1B) в нижней позиции и выпускает примесные газы главным образом через дренажный путь 1B (1A) в верхней позиции.

[0021] Поскольку вышеописанная система топливных элементов включает дренажные пути 1A и 1B на обоих торцах батареи S топливных элементов, как описано выше, высота конструкции системы может быть сделана небольшой. Это предлагает отличную возможность установки под днищем транспортного средства, которое является небольшим ограниченным пространством. Кроме того, система топливных элементов способна надежно выпускать получающуюся в результате реакции воду и примесные газы даже в наклоненном состоянии. Таким образом, даже системы с низкой скоростью циркуляции водорода могут добиваться хороших функций дренажа и выпуска газа.

[0022] Фиг.2-8 являются схемами, описывающими другие семь вариантов системы топливных элементов согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что те же части, что и в предшествующем варианте, будут обозначены теми же ссылочными позициями, и их подробное описание будет пропущено. Дополнительно каждая из систем топливных элементов последующих вариантов включает в себя такие компоненты, как блок подачи анодного газа (ссылочная позиция 2 на фиг.1) и блок подачи катодного газа (ссылочная позиция 3 на фиг.1), хотя они не показаны.

[0023] Система топливных элементов, показанная на фиг.2, включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие от коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов в направлении укладки единичных элементов соответственно. Кроме того, система топливных элементов включает в себя буфер для жидкой воды по меньшей мере в одном из дренажных путей 1A и 1B на обеих торцевых сторонах в позиции выше по потоку от выпускного порта наружу, причем буфер для жидкой воды предназначен для того, чтобы удерживать получающуюся в результате реакции воду. В иллюстрированном примере система топливных элементов включает в себя буферы 6A и 6B для жидкой воды в дренажных путях 1A и 1B на обеих торцевых сторонах.

[0024] Вышеописанная система топливных элементов может выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных результатам вышеупомянутого варианта. Кроме того, снабженная буферами 6A и 6B для жидкой воды, которые удерживают некоторое количество получающейся в результате реакции воды, система топливных элементов может более надежно предотвращать ситуацию, когда получающаяся в результате реакции вода возвращается в сторону батареи S топливных элементов вследствие внезапного изменения в наклоне. То есть возможно предотвращать обратное протекание получающейся в результате реакции воды, даже когда транспортное средство, оборудованное системой топливных элементов, внезапно наклоняется, или когда транспортное средство подвергается большому ускорению.

[0025] Система топливных элементов, показанная на фиг.3, включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие от коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов в направлении укладки единичных элементов соответственно. Кроме того, система топливных элементов включает в себя по меньшей мере одно из буфера для жидкой воды, в позиции выше по потоку от выпускного порта наружу, и регулирующего клапана по меньшей мере в одном из дренажных путей 1A и 1B на обеих торцевых сторонах, где буфер для жидкой воды предназначен для того, чтобы удерживать получающуюся в результате реакции воду, а регулирующий клапан предназначен для того, чтобы открывать и закрывать выпускной порт наружу. В иллюстрированном примере система топливных элементов включает в себя буферы 6A и 6B для жидкой воды и регулирующие клапаны 7A и 7B в дренажных путях 1A и 1B на обеих торцевых сторонах соответственно.

[0026] Система топливных элементов, включающая в себя регулирующий клапан 7A и/или 7B, может принимать любую из следующих конфигураций (a)-(g).

(a) Конфигурация, в которой регулирующий клапан предусмотрен только в одном дренажном пути.

(b) Конфигурация, в которой регулирующий клапан предусмотрен в обоих дренажных путях.

(c) Конфигурация, в которой буфер для жидкой воды предусмотрен в одном дренажном пути и регулирующий клапан предусмотрен в этом же дренажном пути.

(d) Конфигурация, в которой буфер для жидкой воды предусмотрен в одном дренажном пути, а регулирующий клапан предусмотрен в другом дренажном пути.

(e) Конфигурация, в которой буфер для жидкой воды предусмотрен в одном дренажном пути, а регулирующий клапан предусмотрен в обоих дренажных путях.

(f) Конфигурация, в которой буфер для жидкой воды предусмотрен в обоих дренажных путях, а регулирующий клапан предусмотрен в одном дренажном пути.

(g) Конфигурация, в которой буфер для жидкой воды и регулирующий клапан, каждый, предусмотрены в обоих дренажных путях (конфигурация на фиг.3).

[0027] Кроме того, система топливных элементов этого варианта включает в себя путь 8 протекания отходящего газа, сообщающийся по меньшей мере с одним из дренажных путей 1A и 1B на обеих торцевых сторонах, и также включает в себя клапан 9 спуска примесного газа в этом пути 8 протекания отходящего газа. В иллюстрированном примере дренажный путь 1B на правой стороне чертежа включает в себя путь 8 протекания отходящего газа, проходящий от буфера 6B для жидкой воды наружу, и спускной клапан 9, разветвляющий путь 8 протекания отходящего газа.

[0028] Вышеописанная система топливных элементов может выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных результатам вышеупомянутого варианта. Кроме того, система топливных элементов сливает получающуюся в результате реакции воду через регулирующие клапаны 7A и 7B, а также выпускает примесные газы (газообразный азот, в частности) в отходящем анодном газе через спускной клапан 9. Здесь система топливных элементов закрывает клапаны 7A, 7B и 9, когда выпуск получающейся в результате реакции воды и примесных газов не нужен. Таким образом, чрезмерный выпуск непрореагировавшего водорода в отходящем анодном газе предотвращается, тем самым делая возможным сбор, циркуляцию и повторное использование водорода через путь 8 протекания отходящего газа.

[0029] Система топливных элементов, показанная на фиг.4, включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие от коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно. Кроме того, в системе топливных элементов дренажные пути 1A и 1B на обеих торцевых сторонах включают в себя общий выпускной порт 10 наружу и регулирующий клапан 7, который открывает и закрывает этот выпускной порт 10. В иллюстрированном примере дренажные пути 1A и 1B на обеих торцевых сторонах включают в себя общий буфер 6 для жидкой воды, сообщающийся с ними, и имеют регулирующий клапан 7 и выпускной порт 10 в последовательной конфигурации в позиции ниже по потоку от этого буфера 6 для жидкой воды. В этом случае система топливных элементов использует гравитацию, чтобы заставлять получающуюся в результате реакции воду вытекать, и, следовательно, буфер 6 для жидкой воды, регулирующий клапан 7 и выпускной порт 10, размещаются на нижней стороне батареи S топливных элементов как само собой разумеющееся.

[0030] Вышеописанная система топливных элементов может выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных результатам вышеупомянутых вариантов. Кроме того, система топливных элементов может добиваться хорошей функции дренажа с одним буфером 6 для жидкой воды, одним регулирующим клапаном 7 и одним выпускным портом 10, и конструкция системы может, следовательно, быть уменьшена дополнительно в размере и весе.

[0031] Система топливных элементов, показанная на фиг.5, имеет конфигурацию, которая является конфигурацией, показанной на фиг.4, за исключением того, что буферы 6A и 6B для жидкой воды предусмотрены в дренажных путях 1A и 1B на обеих торцевых сторонах. Эта система топливных элементов может также выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных системе топливных элементов, показанной на фиг.4. Кроме того, буфер 6A и 6B для жидкой воды на обеих сторонах может более надежно предотвращать ситуацию, когда получающаяся в результате реакции вода возвращается в сторону батареи S топливных элементов, тем самым делая возможным предотвращение обратного протекания получающейся в результате реакции воды вследствие внезапного изменения в положении или внезапного ускорения.

[0032] Система топливных элементов, показанная на фиг.6, имеет конфигурацию, показанную на фиг.4, за исключением того, что дренажные пути 1A и 1B на обеих торцевых сторонах наклонены вниз по направлению к общему выпускному порту 10. Угол наклона θ каждого из дренажных путей 1A и 1B соответствует, например, максимальному углу наклона в продольном или поперечном направлении, требуемому для транспортного средства, которое должно быть оборудовано системой топливных элементов.

[0033] Эта система топливных элементов может также выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных системе топливных элементов, показанной на фиг.4. Кроме того, система топливных элементов может более надежно предотвращать ситуацию, когда получающаяся в результате вода возвращается в сторону батареи S топливных элементов, используя простую структуру, подразумевающую только наклон дренажных путей 1A и 1B.

[0034] Система топливных элементов, показанная на фиг.7, включает в себя дренажные пути 1A и 1B, проходящие от коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, на обеих торцевых сторонах батареи S топливных элементов в направлении укладки в пакет единичных элементов, а также включает в себя регулирующие клапаны 7A и 7B в дренажных путях 1A и 1B на обеих торцевых сторонах соответственно. Кроме того, в системе топливных элементов нижняя поверхность коллектора M для выпуска отходящего анодного газа в батарее S топливных элементов наклонена вниз к обеим торцевым сторонам от своей средней части в направлении укладки в пакет единичных элементов, являющейся наивысшей точкой.

[0035] В показанном примере приблизительный центр нижней поверхности в направлении укладки в пакет единичных элементов задан как наивысшая точка. Наклоненная нижняя поверхность, которая описана выше, может быть сформирована посредством размещения подходящего элемента внутри коллектора M для выпуска отходящего анодного газа. Альтернативно отверстие коллектора в каждом единичном элементе C может быть сформировано таким образом, что его часть слегка смещена от одного единичного элемента C к другому; таким образом, наслаивание единичных элементов C может заставлять отверстия коллектора сообщаться друг с другом, чтобы формировать коллектор M для выпуска отходящего анодного газа и формировать его нижнюю поверхность в наклоненном состоянии.

[0036] Вышеописанная система топливных элементов может выполнять операции и достигать результатов, эквивалентных результатам вышеупомянутого варианта. Кроме того, поскольку система топливных элементов выпускает получающуюся в результате реакции воду из батареи S топливных элементов без сбоев с использованием простой конструкции, подразумевающей только наклон нижней поверхности коллектора M для выпуска отходящего анодного газа, причем данная простая конструкция может способствовать дополнительному уменьшению размера и веса структуры системы.

[0037] Система топливных элементов, показанная на фиг.8, включает в себя две, верхнюю и нижнюю, батареи S и S топливных элементов. Кроме того, система топливных элементов выполнена так, что она включает в себя общие дренажные пути 1A и 1B, общие буферы 6A и 6B для жидкой воды и общие регулирующие клапаны 7A и 7B на обеих торцевых сторонах верхней и нижней батарей S и S топливных элементов соответственно. Как описано выше, система на основе топливных батарей настоящего изобретения применима также к конфигурации, включающей в себя несколько батарей S и S топливных элементов. В этом случае также могут быть достигнуты операции и результаты, эквивалентные операциям и результатам вышеупомянутых вариантов.

[0038] Фиг.9-12 являются схемами, описывающими четыре варианта осуществления способа функционирования системы топливных элементов согласно настоящему изобретению. Следует отметить, что в системе топливных элементов те же компоненты, что и в вышеупомянутых вариантах, будут обозначаться теми же ссылочными позициями, и их подробное описание будет пропущено.

[0039] Способ функционирования системы топливных элементов, показанный на фиг.9, является способом функционирования системы топливных элементов, показанной в части (A) того же чертежа. Батарея S топливных элементов имеет дренажные пути 1A и 1B, буферы 6A и 6B для жидкой воды и регулирующие клапаны 7A и 7B на обеих ее торцевых сторонах в направлении укладки в пакет единичных элементов соответственно. Кроме того, батарея S топливных элементов имеет путь 8 протекания отходящего газа, который сообщается, по меньшей мере, с одним из дренажных путей на обеих торцевых сторонах, и спускной клапан 9, через который примесные газы выпускаются из этого пути 8 протекания отходящего газа.

[0040] В способе функционирования вышеупомянутой системы топливных элементов два регулирующих клапана 7A и 7B открываются на период времени, требуемый, чтобы опорожнить буферы 6A и 6B для жидкой воды, а спускной клапан 9 открывается, когда объем примесных газов, выпускаемых из обоих регулирующих клапанов 7A и 7B, меньше, чем объем примесных газов, сформированных в батарее S топливных элементов.

[0041] Более конкретно, как показано в части (B) на фиг.9, один регулирующий клапан 7A открывается на период времени tA, требуемый, чтобы опорожнить буфер 6A для жидкой воды (требуемое время дренажа), а другой регулирующий клапан 7B затем открывается на период времени tB, требуемый, чтобы опорожнить буфер 6B для жидкой воды (требуемое время дренажа). Оба требуемых времени дренажа являются одинаковым отрезком времени. Следует отметить, что моменты открытия регулирующих клапанов 7A и 7B не ограничиваются вышеописанным случаем. Например, другой клапан 7B может быть открыт перед первым регулирующим клапаном 7A, или оба регулирующих клапана 7A и 7B могут быть открыты одновременно.

[0042] Известно, что в системе топливных элементов этого типа существует тенденция того, что увеличение температуры или величины тока батареи S топливных элементов увеличивает объемы получающейся в результате реакции воды и примесных газов, сформированных в отходящем анодном газе. Например, как показано в части (A) на фиг.10, объем потока производимой воды на стороне анода увеличивается, когда сгенерированный ток увеличивается, и степень этого увеличения становится более резкой, когда рабочая температура становится выше. Кроме того, как показано в части (B) на фиг.10, объем примесей, протекающих в сторону анода, также увеличивается, когда сгенерированный ток увеличивается, и степень этого увеличения становится более резкой, когда рабочая температура становится выше. Таким образом, измеряя температуру или величину тока батареи S топливных элементов, возможно оценивать объемы получающейся в результате реакции воды (производимой воды) и примесных газов (примесей), сформированных в этот момент времени.

[0043] В этом отношении в способе функционирования системы топливных элементов сформированный объем получающейся в результате реакции воды оценивается из температуры или величины тока батареи S топливных элементов, чтобы определять требуемые времена tA и tB дренажа в этот момент времени. Аналогично сформированный объем примесных газов оценивается, чтобы определять требуемое время tN2 выпуска в этот момент времени. Следует отметить, что требуемые времена tA и tB дренажа являются периодом времени, требуемым для каждого из регулирующих клапанов 7A и 7B, чтобы полностью сливать объем получающейся в результате реакции воды, оцененный таким образом, и являются периодом времени, достаточно продолжительным для одного регулирующего клапана, чтобы полностью сливать этот объем.

[0044] Кроме того, в вышеописанном способе функционирования системы топливных элементов, когда два регулирующих клапана 7A и 7B открыты в течение требуемых времен tA и tB дренажа, описанного выше, два регулирующих клапана 7A и 7B открыты в течение требуемых времен tA и tB дренажа, которые являются одинаковыми отрезками времени, несмотря на положение (наклон) транспортного средства. Таким образом, выпускается не только получающаяся в результате реакции вода, но также и примесные газы.

[0045] В частности, в способе функционирования системы топливных элементов общий объем, выпускаемый из двух регулирующих клапанов 7A и 7B, больше, поскольку оба регулирующих клапана 7A и 7B открыты в течение требуемых времен tA и tB дренажа, что позволяет выполнить полный слив оцененного объема получающейся в результате реакции воды, как упомянуто выше. Это дает в результате экономию времени открытия по меньшей мере в одном из регулирующих клапанов 7A и 7B независимо от того, равны ли объемы воды, удерживаемой в буферах 6A и 6B для жидкой воды на обеих сторонах, или отличаются друг от друга. В течение этого времени открытия примесные газы могут быть выпущены.

[0046] Например, в случае, когда батарея S топливных элементов, показанная в части (A) на фиг.9, наклонена вниз своей левой стороной, получающаяся в результате реакции вода удерживается главным образом в одном буфере 6A для жидкой воды с левой стороны. Затем, когда оба регулирующих клапана 7A и 7B открываются на требуемые времена tA и tB дренажа, получающаяся в результате реакции вода сливается главным образом из одного регулирующего клапана 7A, а примесные газы выпускаются главным образом из другого регулирующего клапана 7B.

[0047] Здесь в способе функционирования системы топливных элементов примесные газы не могут быть полностью выпущены в течение требуемых времен tA и tB дренажа в случае, когда объем примесных газов, выпускаемых из обоих регулирующих клапанов 7A и 7B, пока они открыты в течение требуемых времен tA и tB дренажа, меньше, чем оцененный объем примесных газов, сформированных в батарее S топливных элементов. Таким образом, спускной клапан 9 открывается на период времени, полученный вычитанием требуемого времени дренажа (tA или tB) из требуемого времени tN2 выпуска или требуемого времени tC выпуска для оставшихся примесных газов. Следует отметить, что спускной клапан 9 не открывается в случае, когда объем примесных газов, выпускаемых из обоих регулирующих клапанов 7A и 7B, больше, чем оцененный объем примесных газов, поскольку примесные газы могут быть выпущены в течение требуемых времен tA и tB дренажа, установленных для регулирующих клапанов 7A и 7B.

[0048] Как описано выше, согласно вышеописанному способу функционирования системы топливных элементов, возможно обеспечивать хорошую функцию дренажа, а также предотвращать чрезмерный выпуск водорода в отходящем анодном газе, открывая каждый из регулирующих клапанов 7A и 7B и спускной клапан 9 только в течение минимального отрезка времени в соответствии с рабочим состоянием системы топливных элементов.

[0049] При этом, в то время как часть (B) на фиг.9 является пояснительной схемой случая, когда батарея S топливных элементов, показанная в части (A) на фиг.9, наклонена вниз своей левой стороной, способ функционирования системы топливных элементов функционирует аналогично в случае, когда батарея S топливных элементов наклонена в противоположном направлении. В этом случае примесные газы выпускаются главным образом из одного регулирующего клапана 7A, который открывается первым, а получающаяся в результате реакции вода выпускается главным образом из другого регулирующего клапана 7B. Следовательно, вышеописанный способ функционирования системы топливных элементов может добиваться хороших функций выпуска получающейся в результате реакции воды и примесных газов, даже когда транспортное средство, оборудованное системой топливных элементов, наклоняется или подвергается ускорению в любом направлении.

[0050] Способ функционирования системы топливных элементов, показанный на фиг.11, является способом функционирования системы топливных элементов, показанной в части (A) того же чертежа. Батарея S топливных элементов имеет дренажные пути 1A и 1B, буферы 6A и 6B для жидкой воды и регулирующие клапаны 7A и 7B на обеих ее торцевых сторонах в направлении наслаивания единичных элементов соответственно.

[0051] В способе функционирования вышеупомянутой системы топливных элементов один из двух регулирующих клапанов 7A и 7B, который является регулирующим клапаном 7A, открывается на период времени (tA), требуемый, чтобы опорожнить буфер 6A для жидкой воды. Для другого регулирующего