燃料电池的热利用系统以及其控制方法技术方案

燃料电池系统包括转化装置和电池组，上述转化装置利用供应的燃料生成氢气；在上述电池组中，阴极和阳极分别设置在电解质的两侧，向上述阳极供应从上述转化装置生成的氢气或者含有氢气的燃料；向上述阴极供应氧气或者含有氧气的氧化剂，通过氢气和氧气的电化学反应产生电和热量。对于具有上述结构的燃料电池系统，本发明专利技术提供具有如下结构为特征的燃料电池的热利用系统：上述排气线设置在上述燃料电池系统上，上述排气线用于引导从上述燃料电池系统产生的排出气体，上述排气线上设置有温水发生装置，上述温水发生装置利用上述排出气体对水进行加热。通过上述本发明专利技术，提高了燃料电池的能源利用效率。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池的热利用系统以及其控制方法
本专利技术涉及一种燃料电池的热利用系统以及其控制方法(heating system for fuel cell and control method thereof)，进一步说，则涉及一种可以带来如下效果的燃料电池的热利用系统以及其控制方法：利用转化装置的排出气体进行制热和温水供应，启动水分供应装置向上述转化装置和电池组供应水分。
技术介绍
一般，燃料电池是指将燃料所具有的能源直接转换成电能的装置。一般在电池组(stack)的内部，在高分子电解质膜两边设置多孔质的阳极(anode)和阴极(cathode)，向上述阳极(氧化电极或者燃料极)供应氢气或者含有氢气的燃料气体，并向上述阴极(还原电极或者空气极)供应含有氧气的氧化气体。在上述过程中，在上述阳极，作为燃料的氢气产生电化学还原反应；在上述阴极作为氧化剂的氧气产生电化学氧化反应；这时，通过生成的电子的移动，产生电和热量。在上述燃料电池中，电池组的电解质膜变得干燥之后，氢气离子(H+)的传导率将下降；另外电解质膜会收缩，这样增加了膜和电极的接触阻抗，降低了上述电池组的性能。所以向上述电池组供应燃料或者空气时，总是将水转换成水蒸气状态一起供应。另外，上述转化装置用于向上述电池组供应氢气，燃料流入到形成在上述转化装置内部的反应炉内。同时上述转化装置的喷灯启动产生转化反应，通过上述转化反应生成的氢气供应到上述电池组。下面对上述转化装置的反应机制(mechanism)进行更详细的说明。------(1)CO+H2O→CO2+H2------(2)如上述反应式(1)所示，将甲烷(methane)，也就是液化天然气(LNG)的主成分向上述转化装置供应，则供应的上述甲烷分为两部分，一部分甲烷用于产生氢气；但是上述反应式在600度以上的高温条件下才能成立，为了满足上述600度以上的高温状态，另一部分甲烷作为燃料供应给安装在上-->述转化装置内部喷灯(burner)。水(H2O)与用于产生上述氢气的燃料进行反应，上述水(H2O)以高温的气体状态进行供应。另外，在上述反应式(1)中生成的一氧化碳(CO)会导致上述燃料电池催化剂的活性下降，成为降低其性能的原因，所以必须除去一氧化碳(CO)。如反应式(2)所示，除去一氧化碳(CO)的过程是将一氧化碳(CO)与水(H2O)进行反应，除去上述一氧化碳(CO)，同时生成氢气(H2)。另外，在上述反应式(2)中，在800度条件下执行一次反应，在200度条件下执行二次反应，使上述转化装置内部温度上升的喷灯产生热量，在转化反应之后，将含有高温燃烧热的气体排出到外部。但是，在具有上述结构的现有技术燃料电池中，上述转化装置排出的排出气体含有高温燃烧热，就直接排出到外部，没有有效利用上述热量，所以导致了能源浪费。
技术实现思路
鉴于上述问题的提出，本专利技术的目的是提供一种能够带来如下效果的燃料电池的热利用系统以及其控制方法：通过有效利用燃料电池系统排出的排出气体所包含的热量，提高能源的利用效率。为了实现上述本专利技术的目的，本专利技术提供一种燃料电池的热利用系统，其燃料电池系统包括转化装置和电池组，上述转化装置利用供应的燃料生成氢气；在上述电池组中，阴极和阳极分别设置在电解质的两侧，向上述阳极供应从上述转化装置生成的氢气或者含有氢气的燃料；向上述阴极供应有氧气或者含有氧气的氧化剂，通过氢气和氧气的电化学反应产生电和热量；其特征在于：上述排气线设置在上述燃料电池系统上，上述排气线用于引导从上述燃料电池系统产生的排出气体，上述排气线上设置有温水发生装置，上述温水发生装置利用上述排出气体对水进行加热。本专利技术提供一种燃料电池的热利用控制方法，其特征在于，包括：判断水温阶段：利用安装在上述储水罐上的温度传感器测定储藏在上述储水罐内的水的温度，判断上述测定温度是否在设定温度以上。第一阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的测定温度在设定温度以上，储藏在上述储水罐内的水的流量在设定流量以上时，中断向上述储水罐供应补充水和向储藏在上述储水罐内的水的加热。第二阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的温度在设定温度以上，储藏在上述储水罐内的水的流量不在设定流量以上时，向上述储水罐供应被加热的补充水，同时中断对储藏在上述储水罐内的水的加-->热。第三阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的温度不在设定温度以上，储藏在上述储水罐水的流量在设定流量以上时，中断向上述储水罐供应补充水，同时对储藏在上述储水罐内的水进行加热。第四阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的温度不在设定温度以上，储藏在上述储水罐内的水的流量不在设定流量以上时，向上述储水罐供应被加热的补充水，同时中断对储藏在上述储水罐内的水的加热。通过上述对本专利技术燃料电池的热利用系统以及其控制方法的说明，可以了解到本专利技术燃料电池的热利用系统以及其控制方法可以带来如下效果：生成电和热量的电池组和向上述电池组供应氢气的转化装置等部件会产生气体，利用上述排出气体，启动温水发生装置的热交换机，通过上述热交换机的启动，可以对储藏在储水罐内的水进行加热，用于制热或者提供温水，所以提高了上述燃料电池系统的能源利用效率。附图说明图1显示出本专利技术实施例的燃料电池的热利用系统示意图。图2显示出上述图1的燃料电池的热利用系统控制方法和执行过程的流程图。主要部件附图标记说明1：转化装置                           2：电池组3：燃料电池系统                       4：排气线10：温水发生装置                      11：储水罐11a：温度传感器                       11b：液位计12：温水循环流路                      13：热交换机14：上水道补充流路                    14a：开闭阀门15：泵具体实施方式下面参照附图，对本专利技术燃料电池的热利用系统以及其控制方法的实施例进行详细说明。图1显示出本专利技术燃料电池的热利用系统的实施例简单示意图。如图1所示，燃料电池的热利用系统大体上包括燃料电池系统3和排气线4。上述燃料电池系统3包括转化装置(Reformer)1和电池组(Stack)2。上述转化装置1与装有汽油或者其他的碳氢气体(LNG，LPG，CH3OH...)系列的燃料的燃料罐相连结，利用供应的燃料生成氢气；上述电池组(Stack)2连结在上述-->转化装置1上，从上述转化装置1生成的氢气在上述电池组2上产生还原反应，单独供应的氧气在上述电池组2上产生氧化反应，从而产生电和热量。上述排气线4引导从上述燃料电池系统3中产生的排出气体，上述排气线4上设置有温水发生装置10，上述温水发生装置10利用上述排出气体对水进行加热。上述温水发生装置10大体上包括储水罐11、温水循环流路12、热交换机13和上水道补充流路14。上述储水罐11上安装有温度传感器11a和液位计11b，上述储水罐11内部的容纳空间用于储藏水；上述温水循环流路12与上述储水罐11相连通，使得上述储水罐11内的水向外部流动；上述热交换机13安装在上述排气线4上，与上述温水循环流路12的一端相连，其利用上述排出气体对上述温水循环流路12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池的热利用系统，其燃料电池系统包括转化装置和电池组，上述转化装置利用供应的燃料生成氢气；在上述电池组中，阴极和阳极分别设置在电解质的两侧，向上述阳极供应从上述转化装置生成的氢气或者含有氢气的燃料；向上述阴极供应有氧气或者含有氧气的氧化剂，通过氢气和氧气的电化学反应产生电和热量，其特征在于：在上述燃料电池系统上设置排气线，上述排气线用于引导从上述燃料电池系统产生的排出气体，上述排气线上设置有温水发生装置，上述温水发生装置利用上述排出气体对水进行加热。

【技术特征摘要】
1、一种燃料电池的热利用系统，其燃料电池系统包括转化装置和电池组，上述转化装置利用供应的燃料生成氢气；在上述电池组中，阴极和阳极分别设置在电解质的两侧，向上述阳极供应从上述转化装置生成的氢气或者含有氢气的燃料；向上述阴极供应有氧气或者含有氧气的氧化剂，通过氢气和氧气的电化学反应产生电和热量，其特征在于：在上述燃料电池系统上设置排气线，上述排气线用于引导从上述燃料电池系统产生的排出气体，上述排气线上设置有温水发生装置，上述温水发生装置利用上述排出气体对水进行加热。2、根据权利要求1所述的燃料电池的热利用系统，其特征在于：上述温水发生装置大体上包括储水罐、温水循环流路、热交换机和上水道补充流路；上述储水罐上安装有温度传感器和液位计；上述温水循环流路与上述储水罐相连通，使得上述储水罐内的水向外部流动；上述热交换机与上述温水循环流路的一部分相连，安装在上述排气线上，利用上述排出气体对上述温水循环流路的水进行加热；上述上水道补充流路与从上述储水罐向上述热交换机供应水的温水循环流路相连通，通过上述上水道补充流路控制补充水。3、根据权利要求2所述的燃料电池的热利用系统，其特征在于：上述温水循环流路包括开闭器，上述开闭器安装在上述温水循环流路上，位于上述储水罐和上水道补充流路相连通的上述温水循环流路的之间，用于开闭水的流动。4、根据权利要求2所述的燃料电池的热利用系统，其特征在于：在安装有上述储水罐和上水道补充流路的上述温水循环流路区间上设置有开闭器，上述开闭器用于开闭水的流动。5、根据权利要求3或4所述的燃料电池的热利用系统，其特征在于：上述开闭器是泵。6、根据权利要求3或4所述的燃料电池的热利用系统，其特征在于：上述开闭器是开闭阀门。7、一种燃料电池的热利用控制方法，其特征在于，包括如下阶段：判断水温阶段：利用安装在上述储水罐上的温度传感器测定储藏在上述-->储水罐内的水的温度，判断上述测定温度是否在设定温度以上；第一阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的测定温度在设定温度以上，储藏在上述储水罐内的水的流量在设定流量以上时，中断向上述储水罐供应补充水和向储藏在上述储水罐内的水的加热；第二阶段：在上述判断阶段中，如果上述水的温度在设定温度以上，储藏在上述储水罐内的水的流量不在设定流量以上时，向上述储水罐供应被加热的补充水，同时中断对储藏在...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄龙俊，高承兑，张昌龙，许成根，金仁奎，朴明硕，李成焕，
申请(专利权)人：乐金电子天津电器有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]