本发明专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池系统紧急停止或停电时的堆栈保护方法，更详细地，涉及一种在固体氧化物燃料电池系统紧急停止或者停电等时中断向堆栈的负极通道供给燃气和水的情况下，防止负极被空气中的氧气污染，由此防止负极材料再次氧化的同时堆栈发生裂纹。本发明专利技术的燃料电池的特征在于，其设置有辅助气化器，该辅助气化器与燃料电池堆栈一起放置在热箱内，对通过水位差获得的贮存水池供给的水进行气化，并将其供给至堆栈的负极。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种固体氧化物燃料电池系统紧急停止或停电时的堆栈保护方法，更详细地，涉及一种在固体氧化物燃料电池系统紧急停止(shut down)或者停电等时中断向堆栈的负极通道供给燃气和水的情况下，防止负极被空气中的氧气污染，由此防止负极材料再次氧化的同时堆栈发生裂纹(crack)。
技术介绍
燃料电池是将燃料与氧气燃烧生成的化学能直接转换为电的装置，在大部分情况下将氢气作为燃料使用。H2+O2→H2O(产生电和热)燃料电池是在层叠由负极(燃料极，ancode)、电解质(electrolyte)、正极(空气极，cathode)组成的单位电池(cell)的堆栈中，向正极供给空气，向负极供给含氢气的气体，以发生反应产生电和热。具有代表性的高分子电解质燃料电池(PEMFC，Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)和磷酸燃料电池(PAFC，Phosphoric Acid Fuel Cell)是将铂催化剂用于电极，分别在80℃和180℃程度的低温下工作，碳酸盐燃料电池(MCFC，Molten Carbonate Fuel Cell)和固体氧化物燃料电池(SOFC，Solid Oxide Fuel Cell)是分别将金属和金属氧化物用作电极，在650℃和700～800℃范围的高温下工作。相比其他燃料电池，在高温下工作的固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，以下简称为SOFC)可将含有氢气和CO等的燃料用作向负极供给的燃料，并且，可将廉价的金属氧化物或镍用作电极及电解质材料，从而作为高效低公害的新一代发展方式而受到关注。在所述SOFC中，电解质使用添加了具有稳定的晶体结构的氧化钇(yttria)的氧化锆(以下简称为YSZ)，正极使用LaSrMnO3等的钙钛矿系的金属氧化物，负极使用混合镍氧化物和氧化锆的材料，工作初期，向负极供给氢气，并将镍氧化物还原为镍。相反，SOFC需要高工作温度，因此具有开始工作所需的时间较长的问题。而且，难以在工作中改变工作条件或温度，特别是很难中断工作。尤其，在工作过程中，异常停止燃料供应时，堆栈会逐渐冷却，同时从正极逆流的氧气会再次氧化负极材料镍，在再次氧化过程中负极的体积膨胀并发生堆栈裂痕。因此，SOFC需要不间断的、持续的工作。当工作突然中断时，需要能够保护堆栈的方案。韩国公开专利第10-2010-0120171号中，公开了在工作中断时为了保护负极而持续供应最小限度的燃料直到镍的氧化点温度(300℃)以下的方法。韩国公开专利第10-2012-0004938号中，公开了将能够防止镍氧化的氮气从空气中分离并混合到重整气体中的方法。美国专利第7,892,678号中公开了一种在中断工作后为迅速降低堆栈的温度，正极采用空气降低温度，负极采用向重整器前端注水蒸发并与重整气体混合的方式来降低堆栈的温度的同时停止运行的方法。但是，这些方法是针对预先计划好的工作中断，对一些无法预期的中断，例如，泵或机器突然出现故障、或者水或燃料突然断绝、或者因断电(black out)而使外部电源停电的情况下，难以适用。因此，仍然需要一种在无法预期的、突然的工作中断的情况下也能够供给保护负极所需的还原剂或者非活性物质，例如含氢气的气体、氮气或者水蒸气的方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种在SOFC燃料电池工作过程中出现预想不到的工作中断时，通过向负极供给水蒸气来保护负极的方法。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种具备在出现预想不到的工作中断时能够防止负极再次氧化的紧急工作装置的SOFC系统。本专利技术要解决的另一个技术问题是提供一种在SOFC燃料电池工作过程中出现预想不到的工作中断时向负极供应水蒸气的装置。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术的SOFC燃料电池系统的特征在于，所述SOFC燃料电池系统设置有辅助气化器，所述辅助气化器与燃料电池堆栈一起放置在热箱内，通过水位差将贮存水池供给的水进行气化并供给至堆栈负极，使得在工作中的SOFC燃料电池系统在紧急停止情况下，能够向燃料电池的堆栈负极供给水贮存水池。在本专利技术中，在上述辅助气化器中，发生紧急停止时，例如，在工作过程中发生因机器故障的系统停止工作的情况，或者外部停止供给燃料、空气或者水的情况，或者因外部停电导致无法送电时的工作停止的情况下，贮存水池通过水位差而供给的水通过因一起放置在热箱内的高温堆栈而保持高温的辅助气化器气化为蒸汽，所产生的蒸汽被供给到堆栈的负极，贮存水池从而防止负极再次氧化。在本专利技术中，所述的辅助气化器不仅在紧急情况时，在正常工作时也能够正常供给水并产生蒸汽，且将辅助气化器产生的蒸汽与通过气化器产生的燃气进行混合并供给至堆栈。在实施本专利技术的过程中，供给至所述燃料电池的堆栈的燃气可经由所述辅助气化器的同时与辅助气化器中产生的蒸汽一起供应到燃料电池中。在本专利技术中，优选地，向所述辅助气化器供给的水中溶解有燃气，当水被气化时燃气被一起供给。溶解于水中的所述燃气的浓度可调节，优选溶解至饱和状态，以便在紧急时期尽可能供给大量的燃料。在本专利技术的实施中，为了制造溶解有燃气的水，在与辅助气化器连接的贮存水池中，可将燃气直接向水中进行冒泡(bubbling)，或者，向燃气喷水，从而将燃气溶解于水中。通过贮存水池的燃气再次经由辅助气化器的同时与辅助气化器中产生的水和燃气的混合物混合后，供给至燃料电池堆栈。在本专利技术中，所述贮存水池与辅助气化器之间优选设置流量调节阀，以便将定量的水以少量持续供给。所述流量调节阀可以采用通过手动的方式调节流量的阀，也可以设置以常开状态调节流量的节流管(orifice tube)。在本专利技术中，优选地，所述辅助气化器靠近堆栈侧，以便在因紧急工作中断而冷却时，随时间变化的温度场(temperature pattern)与堆栈的温度场相近。在本专利技术中，SOFC系统包括：燃料电池堆栈，在高温下工作；热箱，放置有所述堆栈，并隔热；预处理器，从所述堆栈排出的堆栈排出气体与空气和燃气进行热交换；贮存水池，向所述预处理器供水；燃料贮存池，供给燃气。在本专利技术中，所述贮存水池安装在高于辅助气化器的位置，基于水压差并通过与辅助气化器连接的管路向辅助气化器供应水，通过与预处理器连接的另一个管路向预处理器注入水。在本专利技术中，燃气通过与燃气贮存池连接的管路供给至所述贮存水池中。供给的燃气与水接触，例如冒泡之后，通过与预处理器连接的管路供给至预处理器。在此过程中，燃气溶解于贮存水池的水中。在本专利技术中，从所述预处理器的一侧流入堆栈排出的堆栈排出气体后通过堆栈排出气体通道从另一侧流出，从另一侧分别流入包含空气和水的燃气，通过空气通道和燃气通道分别从一侧流出，同时相互进行热交换。优先地，燃气通道内部设置有重整催化剂。在所述预处理器的燃气通道中，水通过与贮存水池连接的管路流入，并且，燃气通过与燃气贮存池连接且经由辅助气化器的管路流入。从辅助气化器流入的燃气中混入由贮存水池供给而被气化的水并一起流入。在本专利技术的优选实施过程中，设备被设计成如下：除了用于对供给到堆栈的负极的燃气进行加湿的加湿器外，另设辅助加湿器，并将其与堆栈一起放置在热箱内，使其与堆栈处于相同的温度环境中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池设置有辅助气化器，该辅助气化器与燃料电池堆栈一起放置在热箱内，通过与贮存水池的水位差来获得贮存水池供给的水，并将获得的水进行气化供给至堆栈负极。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.28 KR 10-2014-00245531.一种燃料电池，其特征在于，所述燃料电池设置有辅助气化器，该辅助气化器与燃料电池堆栈一起放置在热箱内，通过与贮存水池的水位差来获得贮存水池供给的水，并将获得的水进行气化供给至堆栈负极。2.根据权利要求1所述的燃料电池，其特征在于，所述燃料电池是在高温下工作的固体氧化物燃料电池。3.根据权利要求2所述的燃料电池，其特征在于，固体氧化物燃料电池包括：燃料电池堆栈；热箱，放置有所述堆栈和辅助气化器，并隔热；预处理器，从所述堆栈排出的堆栈排出气体与包含空气和水的燃气进行热交换；贮存水池，向所述预处理器供水；空气供给源，供给空气；燃料供给源，供给燃气。4.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述燃气是由燃料供给源供给后，经由辅助气化器并与气化的水一起供给至预处理器。5.根据权利要求4所述的燃料电池，其特征在于，所述燃气是由燃料供给源供给，并经由所述贮存水池后，再经由辅助气化器。6.根据权利要求1或5所述的燃料电池，其特征在于，所述贮存水池供给的水中溶解有燃气。7.根据权利要求6所述的燃料电池，其特征在于，燃气以冒泡的方式通过水或者喷水，从而将燃气溶解于水中。8.根据权利要求1或2所述的燃料电池，其特征在于，所述气化器安装在邻近所述堆栈的位置，通过堆栈对所述气化器进行加热。9.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述贮存水池和辅助气化器之间设置流量调节阀，以便将定量的水以少量持续的方式供给。10.根据权利要求3所述的燃料电池，其特征在于，所述预处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑钟植，朴城台，
申请(专利权)人：浦项工科大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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