燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法技术方案

一种燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法能够防止启动燃料电池系统后由于堆与重整产品之间的温差而导致的阳极溢流。控制燃料电池系统的方法包括以下步骤：检测燃料电池堆的温度；检测燃料重整器中生成而后通过热交换器被提供给所述燃料电池堆的重整产品的温度；以及在所述燃料电池系统启动时间期间，将所述重整产品的温度设置为低于所述燃料电池堆的温度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该系统和方法能 够防止由于启动燃料电池系统后堆与重整产品之间的温差而导致的阳极溢、'六
技术介绍
通常，燃料电池是通过燃料与氧化剂的电化学反应将化学能直接转换成 电能的系统。燃料电池作为下一代发电技术已被高度关注，因为它不像现有 的涡轮发电机那样需要燃烧过程和驱动设备，具有高的发电效率，也不会产 生诸如空气污染、振动以及噪声等的环境问题。根据电解质的种类，燃料电 池可被分成磷酸燃料电池、碱性燃料电池、聚合物电解质膜燃料电池、熔融 碳酸盐燃料电池及固态氧化物燃料电池等。各种燃料电池基本上以相同原理 工作，但具有不同类型的燃料、工作温度、催化剂及电解质等。这些燃料电 池已被研究和开发用于各种用途，例如工业用途、家庭用途、休闲用途等。 尤其地， 一些燃料电池已作为诸如车辆、轮船等的运输工具的电源被研究和 开发。其中，与磷酸燃料电池相比，使用固态聚合物膜代替液态电解质作为电 解质的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)具有高输出特性、低工作温度、快速启动和响应特性的优点，且广泛适用于便携式电源、便携式电子装置、诸如汽车和游艇之类的运输工具及诸如用于家庭和公共建筑等中的固定发电站之类的分布式电源。聚合物电解质膜燃料电池系统大体上可以由两个部件组表示，即堆以及 系统和工作部。堆通过燃料和氧化剂的电化学反应直接发电，且包括阳极催 化剂、阴极催化剂及插在这些电极催化剂之间的电解质的膜-电极组件。另 外，可以通过堆叠多个膜-电极组件来制造堆。在堆叠型堆的情况下，分离 器被布置在膜-电极组件之间。系统和工作部包括燃料供应器、氧化剂供应 器、热交换器、能量转换器、控制器等以控制堆的工作。在系统初始启动期间，上述聚合物电解质膜燃料电池的温度开始变化。 因为在系统刚刚启动后，堆不启动燃^)"和氧化剂的电化学反应，所以堆的温 度低于正常工作状态下的温度。在开始工作之后，通过燃料和氧化剂的电化 学反应，随时间的推移，堆中生成电能和热量。堆的温度由于工作期间所生 成的热量而逐渐上升。同时，如果在启动系统后在正常工作温度下被热交换的重整产品被提供 给堆的阳极，那么由于堆通常具有比正常工作温度低的工作温度，所以重整 产品中包括的相当数量的蒸汽在堆的内部被冷凝。蒸汽在堆的内部的冷凝引 起阳极溢流的问题，从而阻碍堆的正常启动和工作。尤其地，在堆的内部冷凝的水可能聚集在堆的较低部。在这种情况下， 堆中的一些电池可能被水淹没。这些电池生成相反电压给堆以妨碍堆启动。 另外，如果具有上述问题的系统被重复运行，那么堆的性能可能会突然恶化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种燃料电池系统及控制所述燃料电池系统的方法，所述系统和方法能够防止由于启动燃料电池系统后堆与重整产品之间的温差而导致的阳极溢流。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供一种控制燃料电池系6统的方法。所述方法包括;险测燃料电池堆的温度；才全测在燃料重整器中生成 而后通过热交换器被提供给所述燃料电池堆的重整产品的温度；以及在所述 燃料电池系统的启动时间期间，将所述重整产品的温度设置为低于所述燃料电 池堆的温度。设置所述重整产品的温度的步骤可以包括设置所述重整产品的温度以将基 于所述燃料电池堆的温度的相对湿度保持在90 %至50 %的范围内的步骤。设置动时间期间的热交换性能提升得高于在所述燃料电池系统的正常工作时间期间堆的体积中心部分的温度。所述控制燃料电池系统的方法可以进一 步包括每当所述重整产品的温度等 于或高于所述燃料电池堆的温度时，向所述燃料重整器提供所述重整产品。所述控制燃料电池系统的方法可以进一步包括向所述燃料电池堆提供氧化 剂的阴极。根据本专利技术的另一个方面，提供一种燃料电池系统。所述燃料电池系统包 括用于发电的燃料电池堆、检测所述燃料电池堆的温度的第一传感器、生成重 整产品并将所述重整产品提供给所述燃料电池堆的燃料重整器、连接在所述燃 料电池堆与所述燃料重整器之间的热交换器、；险测所述热交换器中的重整产品 的温度的第二传感器以及连接至所述燃料电池堆和所述热交换器中的每一个的 控制器。所述热交换器控制由所述燃料重整器纟是供的重整产品的温度。所述控 制器控制所述热交换器，以在所述燃料电池系统的启动时间期间将所述重整产 品的温度设置为低于所述燃料电池堆的温度。所述控制器可以控制所述热交换器，以将所述重整产品的温度设置为将基 于所述燃料电池堆的温度的相对湿度保持在90%至50%的范围内。所述控制器 可以将热交换器在所述燃料电池系统的启动时间期间的热交换性能提升得高于 在所述燃料电池系统的正常工作时间期间的热交换性能。所述热交换器可以包 括主热交换器和辅助热交换器。所述辅助热交换器可以仅在所述燃料电池系统的启动时间期间工作。所述控制器在启动所述系统后对所述主热交换器和所述 辅助热交换器一起进行操作，以提高热交换性能。所述燃料电池系统可以进一步包括布置在所述燃料重整器与所述燃料电池 堆之间的阀。每当所述重整产品的温度等于或高于所述燃料电池堆的温度时， 所述阀引导所述重整产品流入所述燃料重整器。所述控制器可以包括通过读取所述燃料电池堆的温度自动控制所述热交换 器的操作的热交换温度控制设备。所述燃料电池系统可以进一步包括向所述燃 料电池堆的阴极提供氧化剂的氧化剂供应器，。所述燃料电池堆包括聚合物电解质膜燃料电池方案中的堆。附图说明通过参考结合附图的下列详细描述，对本专利技术的更完整认知和许多附加 的优点将更加明显且更好理解。在附图中，相同的附图标记表示相同或类似的部件，其中图1为根据本专利技术的一个实施例的燃料电池系统的框图2为#4居本专利技术的一个实施例的控制燃^"电池系统的方法的流程图3为用于解释本专利技术的燃料电池系统的工作过程的图4为可在本专利技术的燃料电池系统中采用的热交换温度联系(linking)设备的示意图5为可在本专利技术的燃料电池系统中采用的热交换器的框图；以及 图6为可在本专利技术的燃料电池系统中的热交换器中采用的气体/液体分 离器的示意配置图。具体实施例方式下文中，将参考附图更加详细地描述本专利技术的优选实施例。4是供下列实 施例是为了使本领域技术人员完整地理解本专利技术。已知功能和配置的详细描 述将被省略以使本专利技术的主题不因具有不必要的细节而模糊。然而，为了清楚地解释本专利技术，与描述无关的部件在附图中被省略，且附图中相同的元件 始终被相同的标记表示，每个部件的厚度或尺寸可以被放大以方便或清楚地 解释。另外，术语燃料电池堆被用于整个申请文件中，但这是为了便于使用。 燃料电池堆可以包括堆叠型堆或平坦型堆。图1为根据本专利技术的一个实施例的燃料电池系统的框图。参见图1，燃料电池系统包括燃料电池堆10、生成待提供给燃料电池堆 10的重整产品的燃料重整器20、控制由燃料重整器20提供给燃料电池堆 10的重整产品的温度的热交换器30、检测燃料电池堆10的温度的第一传感 器42、检测热交换器30或重整产品的温度的第二传感器44以及将重整产 品的温度控制为在燃料电池系统的初始启动时间期间保持低于燃料电池堆 的温度或保持在预定范围内的控制器50。燃料电池堆10基本上包括阳极催化剂、阴极催化剂及插在这些电极催 化剂之间的电解质的膜-电极组件。另外，可以通过堆叠多个膜-电极组件 来制造燃料电池堆10。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制燃料电池系统的方法，包括以下步骤：　检测燃料电池堆的温度；　检测在燃料重整器中生成并且而后通过热交换器被提供给所述燃料电池堆的重整产品的温度；以及　在所述燃料电池系统的启动时间期间，将所述重整产品的温度设置为低于所 述燃料电池堆的温度。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩万锡，金东贤，洪明子，金周龙，徐晙源，朱利亚，吉田泰树，赵雄浩，金贤，安镇弘，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]