用于操作包含控制系统的燃料电池组的方法技术方案

一种用于包含控制系统（１４）的燃料电池组（１０）的操作的方法，通过该控制系统影响该电池组的电池单元（１１）中的电化学反应。两种反应气（Ａ，Ｂ）的气流被以控制的方式按照条件预定的含量比送进该电池组，并且分别通过电池单元。第一种反应气（Ａ）包含氧化成份，第二种反应气（Ｂ）包含还原成份。其中反应气流（１，２）在通过电池单元之后混合，并且进一步通过二次燃烧过程进一步处理，从而以条件预定的比率产生废气（Ｃ）的气流（３），使得该还原成份在条件预定的含量比下被完全氧化，其中第一反应气流，特别是空气流，可以被控制系统在限制范围内改变，并且用于调节反应温度。在调节反应温度的同时，第二反应气流保持恒定，即通过在电池组入口（１３ａ，１３ｂ）的反应气流上游作用的第二调节（５，６；１８，１９）来实现。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。还涉及一种具有燃料电池组的设备，其操作是根据本专利技术的方法而控制的。
技术介绍
燃料电池，特别是SOFC型(“固体氧化物的燃料电池”)，能够通过能量转换利用燃料的能量。在此，可以利用作为电化学过程的结果而产生的电能以及以热废气形式产生的热能。两种反应气的气体流分别通过该电池。第一种反应气，具体是环境空气，包含氧化成份，第二种反应气包含还原成份。包含甲烷(例如，天然气)被用作为第二种反应气，它在进入电池之前通过一个重整装置，例如通过另外供给水以及通过提供过程热，使该反应气转换为还原成份氢气和一氧化碳。热废气可以有利地用作为在重整装置中所需的处理热的热源。在下文的描述中不区分原始反应气和转换反应气的气流。重整处理通常不再具体地说明；而是默认为重整装置也用于重整处理。该反应气被用控制的方式导入到电池组，并且以满足安全条件的条件预定的含量比导入没有还原成份，也就是说没有未燃烧的第二反应气的成份包含在废气流中。因此必须提供一种燃气安全系统，由此实现这样一种状态，其中对于与数量关系相关的空气指数(或者空气比)(满足(1的条件。在风扇驱动燃烧器中使用气动混合设备，其能够把可变的反应气流提供到燃烧室，并且使(保持恒定。这种设备用平衡压力调节器或者压力比调节器来操作。在用于具有燃料电池的设备的控制系统的开发过程中，产生在要开发的控制系统中以适当的变形形式从风扇驱动燃烧器中获得利用混合装置的思想。消费者的电能需求通常是不固定的，从而加在燃料电池组上的负载相应地具有波动。这种负载变化导致电池中温度波动。必须通过把温度调节到对于有效处理来说足够高并且对于所使用的材料来说足够低的范围内，而保持反应温度。通过控制转速的风扇吸走废气，而有利地驱动反应气流。可以通过改变吹风机的转速而调节反应温度。如果采用指定的气动装置，则产生一个从风扇驱动燃烧器得知的问题例如如果消费者使用较少的电能，则反应气流使得相应增加的废热产生保持不变。如果现在气流(第一反应气的气流)被加强以能够从电池中除去多余的热量，则第二反应气的供应量也增加。但是，这将导致与减小电能需求相反的加强电化学反应转换的结果。专利技术概述本专利技术的目的是创造出一种方法，通过该方法可以在具有燃料电池组的装置中使用(适当地变型)具有压力调节器的所述气动装置，并且其中可以用第一反应气的可变气流(通常为环境空气)进行温度调节。该目的通过在权利要求1中定义的方法来实现。用于燃料电池组操作的方法包括一种控制系统，通过该系统影响电池组的燃料电池中的电化学反应。用一种控制的方式把两种反应气的气体流按照条件预定比例的量导入到该电池组，并且分别通过电池单元。第一反应气包含氧化成份，第二反应气包含还原成份，并且第一反应气特别是环境气体。反应气气流在通过电池单元之后被混合，并且进一步通过二次燃烧过程进一步处理，从而以条件预定的比率产生废气流，还原成份被完全氧化。第一反应气流，特别是空气流，可以被控制系统在限制范围内改变；用于调节反应温度。调节反应温度的同时，第二反应气流保持恒定，即通过在电池组入口的反应气流上游作用的第二调节来实现。从属权利要求2至9与本专利技术的方法的优选实施例相关。根据该方法而工作的具有燃料电池的设备是权利要求10的主题。燃料量可以变化，从而不能用唯一的方式把还原成份的比例的固定值指定给第二反应气的质量流。根据本专利技术的方法可以进一步用这样一种方式来开发，使得还可以考虑燃料量的波动。例如，采用一个(探测器或者CO传感器，这分别用于测量在废气流中的氧气剩余氧气比率或者剩余一氧化碳CO。剩余氧气比率和/或剩余的一氧化碳CO的改变被认为是一种用于改变质量的方法。如在根据本专利技术的方法中所提供的，第二反应气流的调节可以如此扩展，从而执行该调节以使得在废气流中的氧气的剩余比例保持恒定。第二反应气的质量还可以由另一个参数所表示，例如用氢气比例表示。用于测量该特性参数的传感器可以设置在第二反应气流中，使得该特征参数的改变可以用于第二调节过程的改变。由此，第二调节的执行类似地可以是第二反应气的质量改变的结果。附图简述下面将参照附图描述本专利技术。如图所示附图说明图1为根据要使用本专利技术的方法的具有燃料电池的装置的示意图，图2为一种气动装置，例如已经用于风扇驱动燃烧器的气动装置，图3为图2的装置的示意图，图4为采用本专利技术的方法的第一实施例的设备的方框电路图，图5-7为另外三个实施例的方框电路图，以及图8为本专利技术方法的一个实施例的方框电路图，其中通过设置部件对第一反应气流产生作用。专利技术详述图1的示意图示出具有燃料电池组10的设备，其中设置有一堆燃料电池单元11，由绝热封套100所环绕。在电池单元11中产生的电能被通过电极12a和12b提供到未示出的用户或负载。在电极12a和12b上产生的电流I和电压U取决于电池单元11的功率输出能力和数目，以及由用户所提供的负载。具有气体反应气A的流体1(通常为环境温度)被通过入口13a提供到电池10。第二反应气B，即燃料2，通过入口13b进入，反应气B通常用未示出的重整装置转换为能够参加反应的形式。与电能(＝U×I)同时产生的废热被以热废气C的形式通过出口13c作为废气流3排出电池组10，并且由用户15所使用。被用户冷却的废气3’被排放到周围环境中。在电池组10中进行的处理需要控制系统，它通过装置14所执行，该装置14通过信息传输连接140连接到电池组10。在下文中所述的实施例中(参见图4)，装置14包括监视单元14a、自动点火单元14b以及控制装置14c，通过该装置控制和/或调节整个设备。图2的气动装置20(或者电气动装置)是气体混合调节的一部分，例如已经用于风扇驱动燃烧器中。该装置20的中心部件是压力调节器4，在此为一个平衡压力调节器，采用容器形式，该容器由弹性可置换的隔膜40分为两个腔体41和42。该隔膜40连接到可控制阀门22(连接器43、24)，其中作为隔膜40运动的结果产生改变通过流量的相应运动。对于阀门22状态的改变，在隔膜40闭合侧和开口侧之间具有区别如果在开口侧上的压力，即在腔体41中的压力升高或降低，则阀门22分别打开或闭合；仅仅在相反情况，对腔体42的闭合侧保持相应效果。开口侧可以通过连接a控制，并且转弯侧可以通过连接d控制。要被控制的气流2被送进入口b；它通过出口e离开装置20。气流2可以通过闭合部件21所阻挡。(在商用装置20中，可以一个接一个地连接两个闭合部件21)。一个可能的所需闭合信号通过连接线140b由自动点火单元14b给出。在风扇驱动燃烧器的混合调节中，第二连接器c与连接器d连接到气流2。通过连接器a，气压可以作用在压力调节器4的开口侧的腔体41上。一个可变节流隔膜23设置在阀门22的下游。通过它可以改变两个气流1和2的比例，并且当需要时重新调节。可以采用一个具有衡定压力比的压力比调节器来取代平衡压力调节器4。反应气A的压力pA和反应气B的压力pB之间的比例例如为2∶1或3∶1。在压力调节器的工作范围内(例如0.4毫巴＜pB＜30毫巴/0.4毫巴＜pA＜10毫巴)，压力比pB∶pA与pA无关。在平衡压力调节器中，pB＝pA。图3示出图2的装置20的示意图压力调节器4的连接点a和d；用于反应气B的气流2的入口b和出口e；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于操作包含控制系统（１４）的燃料电池组（１０）的方法，通过该控制系统影响电池组的电池单元（１１）中的电化学反应，其中，用一种控制方式按照条件预定的含量比把两种反应气（Ａ，Ｂ）的气流送进该电池，并且分别通过该电池单元，第一反应气 （Ａ）包含氧化成份，第二种反应气（Ｂ）包含还原成份，并且第一反应气具体为环境空气，其中反应气流（１，２）在通过电池单元之后混合，并且进一步通过二次燃烧过程进一步处理，从而以条件预定的比率产生废气（Ｃ）的气流（３），使得该还原成份在条件预 定的含量比下被完全氧化，其中第一反应气流，特别是空气流，可以被控制系统在限制范围内改变，并且用于调节反应温度，其中在调节反应温度的同时，第二反应气流保持恒定，即通过在电池组入口（１３ａ，１３ｂ）的反应气流上游作用的第二调节（５，６； １８，１９）来实现。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A吕格，T甘佩，P霍洛克，
申请(专利权)人：苏舍赫克希斯公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]