燃料电池装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术的燃料电池装置包括：电堆；重整器；燃烧器；供水箱；燃烧器鼓风机；主供气流路；涡流管；三通阀，将从燃烧器鼓风机送出的空气选择性地供应到主供气流路或涡流管；四通阀，将从涡流管排出的加热空气和冷却空气切换第一切换流路和第二切换流路排出；第一热交换器，使从供水箱排出的冷却水和从第一切换流路排出的空气热交换；冷却水流路，将通过了第一热交换器的冷却水供应到电堆；第一供气流路，将通过了第一热交换器的空气供应到燃烧器；第二热交换器，使从重整器排出的重整气体和从第二切换流路排出的空气热交换；重整气体流路，将通过了第二热交换器的重整气体供应到电堆；第二供气流路，将通过了第二热交换器的空气供应到燃烧器。到燃烧器。到燃烧器。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池装置及其控制方法


[0001]本专利技术涉及燃料电池装置及其控制方法，更详细而言，涉及一种能够利用涡流管来控制冷却水和重整气体的温度的燃料电池装置。

技术介绍

[0002]燃料电池装置(Fuel cell apparatus)是一种通过使烃类物质例如甲醇、乙醇、天然气体等中包含的氢与氧电化学反应来产生电能的发电装置。
[0003]与现有技术1(韩国公开专利公告第10
‑
2012
‑
0071288号)类似地，现有的燃料电池装置包括：燃料处理装置，将包含氢原子的燃料转换重整(reforming)为氢气；以及电堆(stack)，利用从燃料处理装置供应的氢气来产生电能。另外，燃料电池装置还可以包括冷却电堆且用于回收热量的热交换器和冷却水配管以及将产生的直流电源转换成交流电源的电力转换装置等。
[0004]由于在燃料处理装置的燃烧器中发生的燃料气体的燃烧或电堆中产生电时必须使用氧，因此与现有技术2(韩国授权专利公告第10
‑
1951439号)类似地，通常，燃料电池装置包括使外部空气流向燃料处理装置或电堆的鼓风机(blower)。
[0005]在所述现有的燃料电池装置中，首先，以预热模式运转，在所述预热模式中，利用燃烧器加热用于接收燃料气体并生成电堆的发电所需的重整气体的重整器，以预热为适合于重整的温度，然后，以重整模式运转，在所述重整模式中，若重整器达到所述温度条件，则使重整器中生成的重整气体再循环到燃烧器且反复进行重整，直至所生成的重整气体的氢和一氧化碳等的浓度达到适合于电堆的发电的浓度，然后，可以以发电模式运转，在所述发电模式中，若重整气体的浓度达到所述浓度条件，则向电堆供应重整气体和外部空气，通过引起电化学反应来产生电能。
[0006]此时，电堆一般在约75度的温度下表现出最好的发电效率，在所述现有技术的情况下，只有进入发电运转，高温的重整气体和与所述重整气体进行热交换而被加热的冷却水才会供应到电堆并开始预热电堆，因此存在在发电运转初期因电堆的温度低而发电效率下降的问题。
[0007]另一方面，随着燃料电池装置的发电运转，在电堆中产生热量，这种热量在发电运转初期能够达到适合于电堆发电的温度，但是在电堆达到目标温度之后需要进行散热，以防止电堆被过度加热。
[0008]在所述现有的燃料电池装置中，所述发电模式保持一定时间而所述电堆达到目标温度，从而需要对根据燃料电池装置的运转产生的热量进行散热的状况下，由于使用将根据燃料电池装置的运转使冷却水循环来回收热量并储存的供水箱的热水排出到外部，然后再次从外部供水源供应冷水的方式，因此存在很难实现燃料电池装置的精确的热管理且产生由供水引起的额外运转成本的问题。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：KR10
‑
2012
‑
0071288A
[0012]专利文献2：KR10
‑
1951439B

技术实现思路

[0013]本专利技术的目的在于，提供一种燃料电池装置，其通过缩短将电堆预热到适合于发电的温度的时间来提高发电效率。
[0014]本专利技术的另一目的在于，提供一种燃料电池装置，其能够简单且有效地对在电堆中生成的废热进行散热来保持最优的温度。
[0015]本专利技术的又一目的在于，提供一种燃料电池装置，其通过增加向燃烧器或电堆供应的重整气体的密度来提高燃烧器的燃烧效率或电堆的发电效率。
[0016]本专利技术的又一目的在于，提供一种燃料电池装置，其通过增加向燃烧器供应的空气的密度来提高燃烧器的燃烧效率。
[0017]本专利技术的又一目的在于，提供一种燃料电池装置，其能够将向电堆供应的冷却水的温度精确地管理成最优的温度。
[0018]本专利技术的又一目的在于，提供一种燃料电池装置，其能够将向燃烧器或电堆供应的重整气体的温度精确地管理成最优的温度。
[0019]本专利技术的课题不限于以上提及的课题，本领域的技术人员可以通过以下的记载清楚地理解未提及的其他课题。
[0020]为了实现上述课题，本专利技术的燃料电池装置包括：电堆；重整器，生成重整气体并将其供应到电堆；燃烧器，对重整器进行加热；供水箱，储存要向电堆供应的冷却水；燃烧器鼓风机，吸入外部空气并将其供应到燃烧器；涡流管，将空气变换成加热空气和冷却空气；三通阀，将从燃烧器鼓风机送出的空气选择性地供应到涡流管或燃烧器。
[0021]另外，所述燃料电池装置包括：第一热交换器，使从涡流管排出的空气与从供水箱向电堆供应的冷却水进行热交换，然后供应到燃烧器；第二热交换器，使从涡流管排出的空气与从重整器排出的重整气体进行热交换，然后供应到燃烧器；以及四通阀，从涡流管排出的加热空气和冷却空气供应到第一热交换器和第二热交换器中的彼此不同的热交换器。
[0022]所述燃料电池装置还可以包括：重整气体旁通流路，使从重整器排出并通过了第二热交换器的重整气体供应到燃烧器；以及重整气体旁通阀，配置于重整气体旁通流路，且能够打开或关闭。
[0023]因此，从供水箱排出的冷却水在第一热交换器中与加热空气进行热交换而被预热，然后供应到电堆，由此被预热的冷却水将热量传递到电堆，从而能够将电堆快速地预热到适合于发电的温度。
[0024]另外，在重整器中生成并排出的重整气体在第二热交换器中与冷却空气进行热交换而被冷却，然后供应到燃烧器或电堆，由此密度增加的重整气体供应到燃烧器或电堆，从而能够提高燃烧器的燃烧效率和电堆的发电效率。
[0025]另外，为了防止达到适合于发电的温度的冷却水和重整气体在第一热交换器和第二热交换器中进行不必要的热交换，能够通过切换三通阀来使从燃烧器鼓风机送出的空气供应到燃烧器而不供应到涡流管，由此能够保持冷却水和重整气体的最优温度，从而能够保持电堆的高发电效率。
[0026]所述燃料电池装置还可以包括：重整气体热交换器，使通过了第一热交换器被热交换的冷却水和通过了第二热交换器被热交换的重整气体进行热交换，然后分别供应到电堆；第一旁通流路，使从涡流管向第一热交换器供应的空气绕过第一热交换器；第一旁通阀，配置于第一旁通流路，能够打开或关闭；第二旁通流路，使从涡流管向第二热交换器供应的空气绕过第二热交换器；以及第二旁通阀，配置于第二旁通流路，能够打开或关闭。
[0027]因此，使冷却空气绕过第二热交换器，从而能够防止重整气体通过第二热交换器的同时被冷却空气带走热量，由此重整气体无热损失地供应到重整气体热交换器并与冷却水进行热交换，从而能够有效地预热通过重整气体热交换器的冷却水。
[0028]另外，通过开放第一旁通阀来防止加热空气供应到第一热交换器，或者通过切换四通阀来使冷却空气供应到第一热交换器，由此防止通过第一热交换器的冷却水被预热或使其冷却，从而能够使冷却水保持适当的温度而不被过度加热。
[0029]其他实施例的具体内容包括在详细的说明和附图中。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池装置，其中，包括：电堆，通过使氢和氧产生电化学反应来生成电能；重整器，生成重整气体并将其供应到所述电堆；燃烧器，加热所述重整器；供水箱，储存要向所述电堆供应的冷却水；燃烧器鼓风机，吸入并送出外部的空气；主供气流路，将从所述燃烧器鼓风机送出的空气供应到所述燃烧器；涡流管，将从所述燃烧器鼓风机送出的空气变换成加热空气和冷却空气；三通阀，将从所述燃烧器鼓风机送出的空气选择性地供应到所述主供气流路或所述涡流管；四通阀，将从所述涡流管排出的所述加热空气和所述冷却空气切换经由第一切换流路和第二切换流路彼此不同的流路排出；第一热交换器，使从所述供水箱排出的冷却水和从所述第一切换流路排出的空气进行热交换；冷却水流路，将通过了所述第一热交换器的冷却水供应到所述电堆；第一供气流路，将通过了所述第一热交换器的空气供应到所述燃烧器；第二热交换器，使从所述重整器排出的重整气体和从所述第二切换流路排出的空气进行热交换；重整气体流路，将通过了所述第二热交换器的重整气体供应到所述电堆；以及第二供气流路，将通过了所述第二热交换器的空气供应到所述燃烧器。2.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括：热风供应流路，将从所述涡流管排出的所述加热空气供应到所述四通阀；以及冷风供应流路，将从所述涡流管排出的所述冷却空气供应到所述四通阀。3.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，包括：所述第一切换流路连接所述四通阀和所述第一热交换器，所述第二切换流路连接所述四通阀和所述第二热交换器。4.根据权利要求3所述的燃料电池装置，其中，还包括：第一旁通流路，从所述第一切换流路分支并合并到所述第一供气流路；第一旁通阀，配置于所述第一旁通流路，通过开放来使通过所述第一切换流路的空气绕过所述第一热交换器；第二旁通流路，从所述第二切换流路分支并合并到所述第二供气流路；以及第二旁通阀，配置于所述第二旁通流路，通过开放来使通过所述第二切换流路的空气绕过所述第二热交换器。5.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，所述第一供气流路的一端与所述第一热交换器连通，另一端合并到所述主供气流路，所述第二供气流路的一端与所述第二热交换器连通，另一端合并到所述主供气流路。6.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括冷却水泵，所述冷却水泵使储存于所述供水箱的水供应到所述电堆。7.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，
还包括重整气体热交换器，所述重整气体热交换器使通过所述冷却水流路的冷却水和通过所述重整气体流路的重整气体进行热交换。8.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括：重整气体旁通流路，从所述重整气体流路分支并与所述燃烧器连通；重整气体旁通阀，配置于所述重整气体旁通流路；以及重整气体阀，配置于所述重整气体流路中所述重整气体旁通流路分支的位置的下游。9.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括：电堆鼓风机，吸入外部空气并将其供应到所述电堆；电堆供气流路，连接所述电堆鼓风机和所述电堆；电堆排气流路，将所述电堆与外部连通；电堆内阀，配置于所述电堆供气流路，能够打开或关闭；以及电堆外阀，配置于所述电堆排气流路，能够打开或关闭。10.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括控制部，若所述燃料电池装置开始运转，则所述控制部控制所述三通阀，使得从所述燃烧器鼓风机送出的空气供应到所述主供气流路。11.根据权利要求1所述的燃料电池装置，其中，还包括控制部，若所述重整器的内部温度达到设定重整器温度值，则所述控制部控制所述三通阀，使得从所述燃烧器鼓风机送出的空气供应到所述涡流管，且控制所述四通阀，使得从所述涡流管排出的所述加热空气排出到所述第一切换流路，所述冷却空气排出到所述第二切换流路。12.根据权利要求4所述的燃料电池装置，其中，还包括：冷却水回收流路，将从所述电堆排出的冷却水供应到所述供水箱；第一温度传感器，感测从所述电堆排出的冷却水的温度；以及第二温度传感器，感测向所述电堆供应的所述重整气体的温度。13.根据权利要求12所述的燃料电池装置，其中，还包括控制部，若由所述第一温度传感器感测到的冷却水的温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张熙中，梁铜根，禹亨锡，全志勋，
申请(专利权)人：LG电子株式会社，
类型：发明
国别省市：