燃料电池系统及其排空方法技术方案

一种用于燃料电池系统的排空设备，它包括蒸汽供应管线（１８）和空气供应管线（１９）。用于燃料电池系统的排空方法包括：在对燃料重整装置（１２）、燃料电池主体（１１）和燃料供应管线（１３）进行排空操作时，首先利用蒸汽进行排空操作，然后利用空气进行排空操作。根据这种结构，可提供具有简单结构和简单操作的用于燃料电池系统的排空设备及其方法，能够以可靠的方式去除残留在该系统中的可燃气体和冷凝水。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及燃料电池系统及其对该系统的排空方法，该燃料电池系统包括用于排空来自燃料供应管线的未反应的可燃气体的排空设备。
技术介绍
最近，燃料电池系统作为高效能量转换设备已经倍受瞩目。已经运行或者正在研究和开发一些类型的燃料电池系统。在这些系统中，利用质子作为电解质的质子交换膜燃料电池系统具有小型的结构，此外，这种系统还确保了高功率密度，并且能够以简单系统的形式运行，这样就引起人们的注意，不仅将其用作固定分布的电池，而且还将其用作航空、车辆和家用的电源。这种倍受瞩目的燃料电池系统、特别是质子交换膜燃料电池系统具有一个包括燃料电池主体1、燃料重整装置2和排空管线的结构，如附图说明图13所示。燃料电池主体1设置有膜电极复合体，在该膜电极复合体中，质子导电固体聚合物膜4c例如被保持在具有催化层的气体扩散电极4之间。用作集流器的隔板5a，5b以层叠状态交替地设置在该膜电极复合体的两个外侧上，隔板5a，5b具有气体供应凹槽并且由低气体渗透性的材料形成。气体扩散电极4在其一侧上设置有燃料电极4a，在另一侧上设置有氧化电极(空气电极)4b。主要含氢的燃料气体和空气通过隔板5a，5b的气体供应凹槽分别供应到这些电极中。在此阶段，从氧化电极4b产生的氧离子穿过固体聚合物膜4c以与燃料电极4a中的氢反应，由此放出电子。这样所放出的电子用作直流电源。从碳氢燃料(例如城市煤气)中生成主要含氢的燃料气体的燃料重整装置2通过采用催化剂使城市煤气进行化学反应、利用加氢脱硫(例如向其中加入蒸汽)从城市煤气中除去其中所含的硫，将碳氢燃料重整为主要含氢的燃料气体。设置有惰性气体(例如，氮)供应设备6和惰性气体阀7的排空管线3连接到燃料供应管线8的燃料阀10的下游侧。排空管线3借助于通过惰性气体阀7从惰性气体供应设备6供应的惰性气体以及通过排气管道9从该系统向外部释放废气，来排空在上述直流电源产生的过程中产生的甚至在工作终止之后仍然遗留在燃料电池主体1、燃料重整装置2和燃料供应管线8中的冷凝水和未反应的氢气。在常规燃料电池系统中，以此方式进行排空操作以便应付由于未反应的氢引起的爆炸事件和由冷凝水造成的腐蚀。在如图13所示的常规燃料电池系统中，考虑到由于来自燃料供应线路的未反应物质造成的剩余可燃气体的易爆炸性、由剩余的冷凝水造成的设备的腐蚀和对覆盖在设备上的催化剂的破坏、以及由氧化气体造成的催化剂的氧化而引起的失活，当操作停止时利用惰性气体(例如氮)进行排空操作，以便从该系统向外排空可燃气体和冷凝水。然而，惰性气体(例如，惰性气体)供应设备具有系统上复杂的结构、大尺寸、增加的成本和增加的运行成本，以及还需要许多附加设备，这样造成了多种不便和问题。需要氮供应设备的燃料电池系统已经很难适于家用，因此形成了应用于或普及到家庭的障碍。鉴于这些情况，本专利技术的目的是提供一种包括排空设备的，该排空设备以简单的结构和易操作的方式可靠地去除残留在系统中的燃烧气体和冷凝水。
技术实现思路
为了实现上述目的，根据本专利技术的燃料电池系统包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、以及排空管线，该排空管线连接到燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。根据本专利技术的燃料电池系统的优选实施方式，上述蒸汽供应线路装配有蒸汽阀和蒸汽储存器。上述蒸汽阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。上述燃料电池主体可设置有电池电压检测器。上述空气供应线路装配有鼓风机和空气阀。上述空气阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。上述空气供应管线的鼓风机和空气阀可设置定时电路，该电路设定将蒸汽转化为冷凝水所需的先前测量的时间周期。此外，还可设置有间歇信号发生器，该发生器间歇地打开或关闭空气阀以及间歇地使鼓风机工作。此外，根据本专利技术，设置有燃料电池系统，该系统包括燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；一氧化碳转化器(转换器)和一氧化碳选择氧化装置；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置之每个设置有与蒸汽供应管线相结合的温度检测器。燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置每个设置有与空气供应管线相联系的温度检测器。燃料重整装置、一氧化碳转化器、一氧化碳选择氧化装置和燃料电池主体每个可设置有温度检测器，燃料电池主体还可以包括电池电压检测器，以及可设置有用于监测温度检测器和电池电压检测器的异常状态的监测装置。此外，根据本专利技术，设置有燃料电池系统，该系统包括燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置，燃料重整装置包括燃烧物燃烧室、以及燃烧物燃烧室-排气管线和排空释放管线。上述燃烧物燃烧室-排气管线可包括连接到燃料供应管线的燃料阀出口侧的排气管道和设在该排气管道中的排气阀。上述排空释放管线可包括连接到燃料重整装置的排空-释放管道和设置在排空-释放管道中的排空-释放阀。上述排空-释放管道可通过排空开关阀连接到燃料电池主体，以及设置有旁通阀的燃料旁通管线连接到排空-释放管道。此外，根据本专利技术，设置有燃料电池系统，该系统包括燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置并且包括空气供应管线，空气供应管线包括空气阀和鼓风机，以及设置在空气阀和鼓风机之间的氮隔膜。此外，为了达到上述目的，提供了用于燃料电池系统的本专利技术的排空方法，该方法包括步骤通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线以及连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统，对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作；首先用蒸汽对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线进行排空操作；以及然后用空气对它们进行排空操作。根据上述方法的优选实施方式，通过预先测量当可燃气体在安全性方面减少至没有问题的水平时燃料电池主体的电池电压值以及当该电池电压值达到预先测量值时关闭蒸汽阀以终止排空操作，从而执行利用蒸汽的排空操作。上述燃料电池系统还可包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；利用蒸汽的排空操作可通过以下方式进行当燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置各自的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度时，通过关闭蒸汽阀以终止排空操作。可通过下述方式进行利用蒸汽的排空操作通过预先测量当可燃气体在安全性方面降低至没有问题的水平时的燃料电池主体的电池电压值以及利用其测量时间来关闭蒸汽阀以终止排空操作。燃料电池系统还可以包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；以及通过预先测量燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置各自的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度所需要的时间周期；利用其测量时间驱动鼓风机；以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。通过预先测量将位于燃料重整装置的催化剂上的水蒸汽转化为冷凝水所需要的时间周期；利用其测量时间来驱动鼓风机；以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。在对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作时，步骤可包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在该燃料电池主体和该燃料重整装置之间的燃料供应管线、以及排空管线，该排空管线连接到该燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐薙德寿，永田裕二，高桥元洋，金子隆之，蟹江尚树，小川雅弘，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]