燃料电池系统及操作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于通过电化学反应来产生能量的燃料电池系统及其方法。燃料电池系统包括用于通过氢和氧的电化学反应来产生直流功率的燃料电池组，用于将能量产生燃料重整成含氢的重整气以供给重整气到燃料电池组的燃料处理单元，用于供给氧到燃料电池组的氧气供给单元，用于冷却燃料电池组的冷却单元，用于测量系统主体内部温度的温度传感器，用于加热流向燃料电池组的冷却水的冷却水加热器，以及用于根据由温度传感器获得的值来控制冷却水加热器和燃料处理单元的控制器。在燃料电池系统及其方法中，由于当外部温度减少到零摄氏度以下并且系统的温度降低到低于预定温度时内部组成元件被加热，因而燃料电池组、燃料处理单元、冷却单元中的水箱、以及包括水的各种管可以防止被冻结，并且因此耐用性可以提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于通过电化学反应来产生能量的燃料电池系统，并且 更具体地，涉及用于防止内部组成元件被低于零度的温度(例如在冬天) 冻结的燃料电池系统及其操作方法。
技术介绍
通常，燃料电池系统具有如图5中所示的配置。如图5中所示传统 燃料电池系统400包括用于通过氩和氧的电化学反应来产生直流功率的 燃料电池组410，用于将例如液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)等 烃基能量产生燃料F重整成富氢气体的燃料处理单元420,具有供给氧到 燃料电池组410的气泵430的氧气供给单元，用于冷却燃料电池组410 的冷却单元440,用于将由燃料电池组410产生的直流功率转换成交流功 率的能量转换器450,以及各种电站配套设施(BOP)和控制器。在传统燃料电池系统400中，当系统开始运转时重整反应器需要4皮 加热到预定温度以将能量产生燃料F重整成富氬气体，并因此气体和能 量产生燃料F ^:供给到燃料处理单元的燃烧器"1以增加重整反应 器的温度升高到65(TC。当重整反应器到达重整温度(例如大约65(TC ), 预定量的能量产生燃料F通过电力产生供给管供给到燃料处理单元420, 并且同时，用来执行蒸汽重整反应的预定量的水供给到燃料处理单元 420。此外，少量气体供给到一氧化碳去除单元。由于一氧化碳去除单元的温度在产生重整气之后不稳定并且高度集中的一氧化碳包括在重整气 中，因而燃料处理单元420不直接供给重整气到燃料电池组410,而是通过旁通线路供给重整气，以被燃烧器使用。此外，燃料电池系统400在 预定时间过去之后(例如当燃料处理单元420中的反应器温度稳定时) 供给重整气到燃料电池组410,使得燃料电池组410产生能量。在这种情 况下，冷却单元440冷却燃料电池组410以维持燃料电池组410的内部温度o由于燃料电池系统400通常位于阳台上或建筑物外面，因而它可以 受外部环境很大程度的影响。特别地，在位于外部温度低于零度(例如 在冬天)地方的燃料电池系统400中，燃料电池组410或燃料处理单元420或各种管中的水可能冻结，并且因此组成元件的性能可能劣化或者管 可能冻结并破裂。 公开技术问题本专利技术已努力提供用于预热内部组成元件到预定温度，使得燃料电 池组、燃料处理单元、冷却设备的水箱、以及各种管当外部温度降低到 零度以下时可以不净皮冻结的燃津牛电池系统及其方法。
技术实现思路
根据本专利技术一个实施例的典型燃料电池系统包括燃料电池组，用 于通过氢和氧的电化学反应来产生直流功率；燃料处理单元，用于将能 量产生燃料重整成含氢重整气以供给重整气到燃料电池组；氧气供给单 元，用于供给氧到燃料电池组；冷却供给单元，用于冷却燃料电池组； 温度传感器，其被提供在包括燃料电池组、燃料处理单元、氧气供给单 元、和冷却单元的系统主体内用来测量温度；冷却水加热器，被提供在 冷却单元内用于加热流向燃料电池组的冷却水；以及控制器，用于#^居 由温度传感器获得的值来控制冷却水加热器和燃料处理单元。此外，典型燃料电池系统进一步包括空间加热器，用于根据控制器 的控制操作来加热系统主体内部。进一步地，典型燃料电池系统进一步包括提供到反应器的预加热加 热器，使得用于产生重整反应的反应器可以在燃料处理单元中迅速加热。更进一步地，典型燃料电池系统进一步包括辅助电源单元，其连接 到冷却单元和燃料处理单元以根据控制器的控制操作供给工作电源到冷 却单元和燃料处理单元，同时系统能量不被供给。此外，典型燃料单元系统进一步包括空气式环流风扇，其提供在系 统主体内，以循环系统主体内空气并根据控制器的控制操作停止。在 一种驱动用于防止内部组成元件被冻结的燃料电池系统的典型方 法中，系统主体内部的温度被温度传感器测量，并且当所测量温度高于 预置低温度值时没有附加处理净皮执行，同时流向燃料电池组的冷却水净皮 提供在冷却单元中的冷却水加热器加热，并且当所测量温度低于预置低 温度值时重整反应发生所在的燃料处理单元的反应器被预加热。此外，由于没有执行附加处理，当所测量温度值低于预置低温度值 时加热冷却水并预加热反应器，因而用于循环系统主体内部空气的空气式环流风扇停止并且系统主体内部的空气被空间加热器加热。进一步地，由于当所测量温度值低于预置低温度值时预加热反应器的执行，燃料处理单元的反应器被加热，这是因为能量产生燃料和燃烧空气被提供到燃料处理单元的燃烧器并在燃烧器中燃烧。更进一步地，由于当所测量温度值低于预置低温度值时预加热反应器的执行，燃料处理单元的反应器被提供到反应器的预加热加热器来加热。此外，冷却单元和燃料处理单元从辅助电源单元接收电源，同时系 统能量不被供给。 有益效果根据本专利技术的一个典型实施例，由于当外部温度减少到低于零度并 且系统温度减少到低于预定温度时内部组成元件^皮加热，燃料电池组、燃料处理单元、冷却单元中的水箱、和各种包括水的管可以防止#:冻结 并因此耐用性可以提高。 附图说明图l是根据本专利技术第一典型实施例的燃料电池系统的示意图。图2是图i中所示燃料电池系统的冷却单元的示意图。图3是根据本专利技术第二典型实施例的燃料电池系统的示意图。图4是根据本专利技术第三典型实施例的燃料电池系统的示意图。图5是传统燃料电池系统的示意图。*指示附图中主要元件的附图标记的描述*100、 200、 300、 400:燃料电池系统110、 210、 310、 410:燃考牛电池组120、 220、 320、 420:燃料处理单元130、 230、 330、 430:氧气供给单元140、 240、 340、 440:冷却单元141、 241、 341:加热器150、 250、 350、 450:能量转换器 170、 270、 370:空气式环流风扇. 具体实施例方式在以下详细描述中，出于阐述简单，仅本专利技术的特定典型实施例已 被示出和描述。所属领域技术人员应当理解，所描述实施例可以以各种不同方式^皮修改，其所有的都不脱离本专利技术的精神或范围。 <第一典型实施例>图1是根据本专利技术第一典型实施例的燃料电池系统的原理图。如图1中所示，根据本专利技术第一典型实施例的燃料电池系统100包 括燃料电池组iio,其使用氬和氧之间的电化学反应来产生直流功率，燃 料处理单元120,其用于将例如液化天然气(LNG)或液化石油气等烃基 能量产生燃料F重整成富氢的重整气并供给该重整气到燃料电池组110， 氧气供给单元130,其具有加湿器和气泵以供给含氧空气到燃料电池组 110,冷却单元140,用于冷却燃料电池组110,以及能量转换器150,用 于将由燃料电池组所产生的直流功率转换成交流功率。此外，燃料电池系统100包括重整气供给管160,用于将燃料处理单 元120中所产生的重整气引导给燃料电池组110，剩余重整气释放管161, 用于将没有在燃料电池组110中消耗的剩余重整气返回到燃烧器121,旁 通管162,其连接在重整气供给管160和剩余重整气释放管161之间以交 替地供给重整气到剩余重整气释放管161而不直接供给重整气到燃料电 池组110中，以及过滤器165，其被提供在重整气供给管160中使得燃料 电池组110不能接收任何有关于催化剂的杂质。燃料电池系统100进一 步包括有关于燃料电池组110和燃料处理单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　燃料电池组，用于通过氢和氧的电化学反应来产生直流功率；　燃料处理单元，用于将能量产生燃料重整成含氢的重整气以便供给该重整气到燃料电池组；　氧气供给单元，用于供给氧到燃料电池组；　冷却单元，用于冷却燃料电池组；　温度传感器，被提供在包括燃料电池组、燃料处理单元、氧气供给单元、和冷却单元的系统主体中用以测量温度；　冷却水加热器，被提供在冷却单元中以加热流向燃料电池组的冷却水；以及　控制器，用于根据由温度传感器所获得的值来控制冷却水加热器和燃料处理单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金淏硕，李尚容，赵莹穆，洪炳善，辛美男，
申请(专利权)人：燃料电池能量公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]