燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法技术方案

燃料电池系统具有：固体氧化物型的燃料电池，其通过接收阳极气体和阴极气体的供给而发电；燃料罐，其储存含有水的含水燃料；燃料供给通路，其将燃料电池与燃料罐连接；重整器，其设置于燃料供给通路上，用于将含水燃料重整为阳极气体；分离器，其设置在燃料供给通路上的比重整器靠上游侧的位置，将含水燃料中所含的水进行分离；检测部，其设置在比所述重整器靠上游侧的位置，对含水燃料中所含的水分的水分比例进行检测或估计；以及控制部，其对分离器进行控制。控制部根据由检测部获取的水分比例来对所述分离器进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
本专利技术涉及一种燃料电池系统及其控制方法。
技术介绍
已知一种固体氧化物型燃料电池(SOFC：SolidOxideFuelCell)，向其一侧供给阳极气体，向其另一侧供给阴极气体(空气等)，并在比较高的高温下进行动作。在该SOFC中使用了含水乙醇等含水燃料。这样的含水燃料中所含的燃料比水更容易气化，因此导致在燃料罐内含水燃料的水分比例上升。当使用这样的水分比例高的含水燃料时，有可能导致燃料电池的发电性能降低。因此，例如在日本JP2010-190210A中公开了一种通过使燃料罐内的已气化的燃料再次液化来进行回收并使液化后的燃料返回到燃料罐的技术。
技术实现思路
然而，在日本JP2010-190210A所公开的技术中，在燃料电池系统停止的过程中无法调节燃料罐内的含水燃料的水的比例。因此，在燃料电池系统启动时等，含水燃料的水分比例变得不适当，从而有可能不适合用于进行燃料电池的驱动。本专利技术的目的在于提供一种能够适当地调整在燃料电池的驱动中使用的含水燃料的水分比例的燃料电池系统。根据本专利技术的一个方式的燃料电池系统，燃料电池系统具有：固体氧化物型的燃料电池，其通过接收阳极气体和阴极气体的供给来发电；燃料罐，其储存含有水的含水燃料；燃料供给通路，其将燃料电池与燃料罐连接；重整器，其设置于燃料供给通路上，用于将含水燃料重整为阳极气体；分离器，其设置于燃料供给通路上的比重整器靠上游侧的位置，将含水燃料中所含的水分离；检测部，其设置于比所述重整器靠上游侧的位置，对含水燃料中所含的水分比例进行检测或估计；以及控制部，其对分离器进行控制。控制部根据由检测部获取的水分比例来对所述分离器进行控制。附图说明图1是第一实施方式的燃料电池系统的框图。图2是分离器的结构图。图3是表示分离控制处理的流程图。图4是表示分离控制处理中的分离量的曲线图。图5是表示其它的分离控制处理的流程图。图6是表示其它的分离控制处理中的分离器的控制量的曲线图。图7是表示其它的分离控制处理的流程图。图8是第二实施方式的燃料电池系统的框图。图9是表示回收控制处理的流程图。图10是表示回收控制处理中的水的回收量的曲线图。图11是表示进行分离和回收的控制处理的流程图。图12是第三实施方式的燃料电池系统的框图。图13是表示分离控制处理的流程图。图14是第四实施方式的燃料电池系统的框图。图15是其它的分离器的结构图。具体实施方式以下，参照附图并说明本专利技术的实施方式。(第一实施方式)图1是表示第一实施方式中的固体氧化物型燃料电池(SOFC：SolidOxideFuelCell)系统的主要结构的框图。通过该系统来产生在电动车辆的驱动等中使用的电力。作为SOFC的燃料电池堆1是将通过被供给作为燃料的阳极气体(燃料气体)的阳极电极(燃料极)和被供给含氧的空气作为阴极气体(氧化气体)的阴极电极(空气极)夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层而构成的电池单元(cell)层叠而成的。在燃料电池堆1中，使阳极气体中所含的氢等燃料与阴极气体中的氧发生反应来进行发电，并将反应后的阳极气体(阳极废气)和反应后的阴极气体(阴极废气)排出。在具备燃料电池堆1的固体氧化物型燃料电池系统(以后称为燃料电池系统100。)中设置有向燃料电池堆1供给阳极气体的燃料供给系统、向燃料电池堆1供给阴极气体的空气供给系统以及将阳极废气和阴极废气排出到燃料电池系统100外的排气系统。燃料供给系统包括燃料罐2、分离器3、燃料泵4、蒸发器5、原料加热器6、重整器7等。空气供给系统包括阴极压缩机8、空气热交换器9、燃烧器10、催化剂燃烧器11等。排气系统包括排气燃烧器12等。另外，燃料电池系统100具备对系统整体的动作进行控制的控制部13。控制部13通过对燃料电池系统100的各种设备进行控制，来调整在燃料电池系统100的驱动中要使用的含水燃料的水分比例。以下对各个系统详细地进行说明。首先，对燃料供给系统的详细内容进行说明。在燃料供给系统中，在从燃料罐2到燃料电池堆1的阳极供给路径上设置有分离器3、燃料泵4、蒸发器5、原料加热器6以及重整器7。燃料罐2中储存的含水燃料通过路径101被供给到分离器3。例如，含水燃料是含水乙醇等包含水分的含水燃料。另外，在燃料罐2内设置有检测部2A，该检测部2A获取燃料罐2中所储存的含水燃料的水分比例。检测部2A利用燃料(乙醇)与水的介电常数的差异来检测或估计含水燃料的水分比例。此外，含水燃料也可以包含除乙醇以外的碳化氢类的燃料。在分离器3中，含水燃料中所含的水的一部分被分离。分离器3被构成为当其操作量变大时从含水燃料分离的水的分离量变大。此外，在后面使用图3来说明分离器3的详细内容。另外，在路径101上设置有温度传感器14和流量传感器15。温度传感器14获取向分离器3供给的含水燃料的温度，流量传感器15获取向分离器3供给的含水燃料的流量。在分离器3中被分离了一部分水的含水燃料当通过路径102到达燃料泵4时，从燃料泵4被输送到路径103。路径103在下游分支为路径104、105以及106。因此，流过路径103的含水燃料通过路径104被供给到蒸发器5的同时通过路径105被供给到排气燃烧器12。路径106在下游进一步分支为路径107和108。因此，流过路径106的含水燃料经由路径107被供给到燃烧器10的同时经由路径108被供给到催化剂燃烧器11。蒸发器5利用来自排气燃烧器12的废气的热使作为液体的含水燃料气化而生成燃料气体。通过蒸发器5生成的燃料气体经由路径109被供给到原料加热器6。原料加热器6以与排气燃烧器12邻接的方式设置。原料加热器6利用排气燃烧器12中的发热来将燃料气体进一步加热到在重整器7中能够重整的温度。然后，通过原料加热器6加热后的燃料气体经由路径110被供给到重整器7。供给到重整器7的燃料气体通过催化反应而被重整为阳极气体。该阳极气体从重整器7通过路径111被供给到燃料电池堆1的阳极电极。例如在含水燃料是含水乙醇的情况下，含水燃料被重整为包含甲烷、氢、一氧化碳等的阳极气体。接着，关于空气供给系统的详细内容进行说明。在空气供给系统中，从外部取入的作为阴极气体的空气当通过阴极压缩机8被取入到燃料电池系统100内时，首先通过路径112到达空气热交换器9。空气热交换器9利用来自排气燃烧器12的废气的热来对阴极气体进行加热。通过空气热交换器9加热后的阴极气体在通过路径113被供给到燃烧器10之后，通过路径114被供给到催化剂燃烧器11。燃烧器10和催化剂燃烧器11主要在燃料电池系统100的系统启动处理中被启动。此外，系统启动处理例如是指在从搭载燃料电池系统100的车辆的启动开关被按下而燃料电池系统100开始动作起直到燃料电池堆1能够稳定地进行发电为止的期间内进行的处理。在燃料电池系统100启动时，在燃烧器10中混合有从阴极压缩机8供给的阴极气体和从燃料泵4通过路径103、106以及107供给的含水燃料。而且，通过附属于燃烧器10的点火装置点燃该混合气体，形成用于对催化剂燃烧器11进行加热的预热燃烧器。催化剂燃烧器11在内部具备催化剂，是使用该催化剂生成高温的燃烧气体的装置。在系统启动时，向催化剂燃烧器11供给来自阴极压缩机8的阴极气体和来自燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料电池系统，具有：固体氧化物型的燃料电池，其通过接收阳极气体和阴极气体的供给来发电；燃料罐，其储存含有水的含水燃料；燃料供给通路，其将所述燃料电池与所述燃料罐连接；重整器，其设置在所述燃料供给通路上，用于将所述含水燃料重整为所述阳极气体；分离器，其设置在所述燃料供给通路上的比所述重整器靠上游侧的位置，用于将所述含水燃料中所含的水分离；检测部，其设置在比所述重整器靠上游侧的位置，对所述含水燃料中所含的水分比例进行检测或估计；以及控制部，其对所述分离器进行控制，其中，所述控制部根据由所述检测部检测或估计的水分比例来对所述分离器进行控制。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.15 JP 2015-2439811.一种燃料电池系统，具有：固体氧化物型的燃料电池，其通过接收阳极气体和阴极气体的供给来发电；燃料罐，其储存含有水的含水燃料；燃料供给通路，其将所述燃料电池与所述燃料罐连接；重整器，其设置在所述燃料供给通路上，用于将所述含水燃料重整为所述阳极气体；分离器，其设置在所述燃料供给通路上的比所述重整器靠上游侧的位置，用于将所述含水燃料中所含的水分离；检测部，其设置在比所述重整器靠上游侧的位置，对所述含水燃料中所含的水分比例进行检测或估计；以及控制部，其对所述分离器进行控制，其中，所述控制部根据由所述检测部检测或估计的水分比例来对所述分离器进行控制。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部以所述水分比例越大则从所述含水燃料分离的水的分离量越大的方式对所述分离器进行控制。3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分离器的操作量越大，则所述分离器从所述含水燃料分离越多的水。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，具有温度传感器，该温度传感器获取向所述分离器供给的所述含水燃料的温度，所述控制部以由所述温度传感器获取的所述含水燃料的温度越高则使所述分离器的操作量越小的方式进行校正。5.根据权利要求3或4所述的燃料电池系统，其特征在于，具有流量传感器，该流量传感器获取向所述分离器供给的所述含水燃料的流量，所述控制部以由所述流量传感器获取的所述含水燃料的流量越多则使所述分离器的操作量越大的方式进行校正。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述分离器将从所述含水燃料分离出的水排出到所述燃料电池系统之外。7.根据权利要求1至5中的任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，还具有：燃料回收通路，其使由所述分离器从所述含水燃料分离的水返回到所述燃料罐；以及回收泵，其设置在所述燃料回收通路上，其中，所述控制部根据所述水分比例来对所述回收泵进行控制。8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制部以所述水分比例越小则返回到所述燃料罐的水的回收量越大的方式对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈田圭司，矢岛健太郎，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP