專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用高分子電解質(zhì)燃料電池堆的燃料電池系統(tǒng)，更具體而言，涉及使得供給到燃料電池堆的燃料氣體和/或氧化劑氣體的加濕順利進(jìn)行從而穩(wěn)定生產(chǎn)電力的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
高分子電解質(zhì)燃料電池(PEMFC:Proton Exchange Membrane Fuel Cell)系統(tǒng)采用具有氫離子交換特性的高分子膜作為電解質(zhì)，使用含氫的燃料氣體和含氧的氧化劑氣體引起電化學(xué)反應(yīng)，從而生產(chǎn)電和熱。燃料氣體及氧化劑氣體分別被加濕裝置進(jìn)行加濕之后，供給到燃料電池堆。在加濕裝置中，例如，在噴霧型(BiAbler)加濕裝置中，在使用加熱器生成的溫水中分別通過(guò)燃料氣體及氧化劑氣體，從而向燃料氣體及氧化劑氣體提供水分。但是，由于噴霧型加濕裝置為了加熱水而使用能量，所以燃料電池系統(tǒng)的耗電增加。即，燃料電池系統(tǒng)的效率降低。例如，膜型加濕裝置在燃料電池堆的燃料氣體及氧化劑氣體的各個(gè)出口一側(cè)，使含水分的其他氣體在水蒸氣透過(guò)膜中經(jīng)過(guò)和移動(dòng)，從而向燃料氣體及氧化劑氣體提供水分。膜型加濕裝置是利用從燃料電池堆排出的熱和水分來(lái)進(jìn)行加濕的，所以能夠比噴霧加濕裝置節(jié)能。但是，膜型加濕裝置很難使供給到燃料電池堆的燃料氣體及氧化劑氣體成為完全加濕狀態(tài)，要實(shí)現(xiàn)完全加濕狀態(tài)，就必須要增加透過(guò)膜的面積。即，在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)， 加濕裝置的規(guī)模變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面的目的在于，提供一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，其不使用追加能量，而在使加濕裝置的結(jié)構(gòu)最小化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)燃料氣體及/或氧化劑氣體的完全加濕。本發(fā)明的另一個(gè)方面的目的在于，提供一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，其回收從燃料處理裝置內(nèi)放出的廢熱來(lái)實(shí)現(xiàn)燃料氣體及/或氧化劑氣體的完全加濕。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料處理裝置，供給含氫燃料氣體； 氧化劑氣體供給裝置，供給含氧氧化劑氣體；燃料電池堆，使用上述燃料氣體和上述氧化劑氣體引起電化學(xué)反應(yīng)；冷卻裝置，對(duì)在上述燃料電池堆產(chǎn)生的熱進(jìn)行冷卻；熱回收裝置，從供給到上述冷卻裝置而在上述燃料電池堆循環(huán)之后排出的高溫的冷卻水回收廢熱；以及水蒸氣生成裝置，供給具有自身壓力的直供水，利用上述燃料處理裝置的廢熱生成水蒸氣，向供給到上述燃料電池堆的上述燃料氣體及上述氧化劑氣體中的至少一個(gè)供給上述水蒸氣。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括直供水減壓器，調(diào)節(jié)上述直供水的壓力來(lái)調(diào)節(jié)所被供給的上述直供水的流量；以及比例控制閥，設(shè)在上述直供水減壓器和上述水蒸氣生成裝置之間，調(diào)節(jié)加濕所需的水蒸氣的量。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括純水生成裝置，該純水生成裝置設(shè)在上述直供水減壓器和上述比例控制閥之間，變換所被供給的上述直供水而生成純水。上述水蒸氣生成裝置設(shè)在上述燃料處理裝置內(nèi)，本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)還可以包括噴嘴，該噴嘴設(shè)在上述燃料電池堆的燃料氣體入口側(cè)，向供給到上述燃料電池堆的上述燃料氣體噴射上述水蒸氣。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括加濕裝置，該加濕裝置設(shè)在上述氧化劑氣體供給裝置和上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口之間。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括電壓檢測(cè)部，按照時(shí)間的經(jīng)過(guò)測(cè)量在上述燃料電池堆產(chǎn)生的電壓；以及控制裝置，按照在上述電壓檢測(cè)部檢測(cè)到的電壓來(lái)控制流入上述燃料電池堆的冷卻水溫度。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括電力轉(zhuǎn)換器，該電力轉(zhuǎn)換器將在上述控制裝置和上述燃料電池堆產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來(lái)測(cè)量發(fā)電電力。本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，還可以包括冷卻水入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的冷卻水入口溫度；燃料氣體入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的燃料氣體入口溫度；以及氧化劑氣體入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口溫度。上述比例控制閥根據(jù)上述冷卻水入口溫度傳感器、上述燃料氣體入口溫度傳感器及上述氧化劑氣體入口溫度傳感器的檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制上述加濕所需的水蒸氣的量。上述水蒸氣生成裝置設(shè)在上述燃料處理裝置內(nèi)，本發(fā)明的另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)還可以包括噴嘴，該噴嘴設(shè)在上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口一側(cè)，對(duì)供給到上述燃料電池堆的上述氧化劑氣體噴射上述水蒸氣。本發(fā)明的一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，包括發(fā)電電力測(cè)量步驟，測(cè)量在燃料電池堆產(chǎn)生的發(fā)電電力；燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟，根據(jù)在上述發(fā)電電力測(cè)量步驟測(cè)量的發(fā)電電力，將上述燃料電池堆的冷卻水維持在設(shè)定值；以及加濕維持步驟，在上述燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟之后，對(duì)供給到上述燃料電池堆的冷卻水、燃料氣體及氧化劑氣體分別測(cè)量入口溫度，若所測(cè)量的各測(cè)量溫度值為設(shè)定值以上，則停止或減少上述燃料電池堆的加濕，若測(cè)量溫度值小于測(cè)量溫度值，則開(kāi)放比例控制閥來(lái)執(zhí)行并維持加濕。上述發(fā)電電力測(cè)量步驟可以包括發(fā)電電力判斷步驟，在該發(fā)電電力判斷步驟判斷所測(cè)量的上述發(fā)電電力是否在設(shè)定范圍之內(nèi)，并反復(fù)進(jìn)行發(fā)電電力測(cè)量直到所測(cè)量的上述發(fā)電電力屬于設(shè)定范圍之內(nèi)。上述燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟包括冷卻水溫度測(cè)量步驟，在供給到上述燃料電池堆的冷卻水入口測(cè)量冷卻水溫度；以及冷卻水溫度判斷步驟，判斷上述冷卻水溫度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)與熱交換器連接的熱交換泵的流量的同時(shí)反復(fù)進(jìn)行上述冷卻水溫度測(cè)量，直到上述冷卻水溫度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。上述加濕維持步驟還可以包括電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟，對(duì)在上述燃料電池堆產(chǎn)生的電壓的變動(dòng)幅度進(jìn)行測(cè)量；以及電壓變動(dòng)幅度判斷步驟，判斷在上述電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，并關(guān)閉上述比例控制閥來(lái)停止加濕， 直到電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。上述加濕維持步驟可以包括氣體溫度測(cè)量步驟，在上述電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定
6值范圍內(nèi)的情況下，分別測(cè)量供給到上述燃料電池堆的各入口的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度；氣體溫度判斷步驟，判斷上述燃料氣體及上述氧化劑氣體的溫度測(cè)量值是否小于設(shè)定值；開(kāi)放步驟，若上述溫度測(cè)量值小于上述設(shè)定值，為了加濕而開(kāi)放上述比例控制閥；以及關(guān)閉和減少步驟，若上述溫度測(cè)量值為上述設(shè)定值以上，則為了停止和減少加濕，關(guān)閉上述比例控制閥，或減少上述比例控制閥的流量。上述加濕維持步驟可以包括氣體溫度再測(cè)量步驟，在上述關(guān)閉和減少步驟之后， 在設(shè)定時(shí)間內(nèi)重新測(cè)量供給到上述燃料電池堆的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度；以及再測(cè)量溫度范圍判斷步驟，判斷上述燃料氣體及上述氧化劑氣體的溫度再測(cè)量值是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，在上述溫度再測(cè)量值屬于設(shè)定值范圍內(nèi)的情況下，重新執(zhí)行電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟。上述加濕維持步驟可以對(duì)上述燃料氣體及上述氧化劑氣體中的至少一個(gè)進(jìn)行加濕。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，不使用另外的水泵，并且在沒(méi)有追加耗電的情況下供給直供水，并在利用在燃料處理裝置內(nèi)放出的廢熱的水蒸氣生成裝置產(chǎn)生水蒸氣來(lái)向燃料氣體及/或氧化劑氣體噴射，由此實(shí)現(xiàn)完全加濕，從而具有使得燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且減少耗電的效果。


圖1是示意地表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖2是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的控制方法的順序圖。圖3是示意地表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，以便具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)的人員能夠容易實(shí)施。但是，本發(fā)明可以體現(xiàn)為各種不同的方式，不限于在此說(shuō)明的實(shí)施例。為了明確說(shuō)明本發(fā)明，在附圖中省略了與說(shuō)明無(wú)關(guān)的部分，對(duì)于相同或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)要素，在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中標(biāo)注了相同的參照標(biāo)記。圖1是示意地表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。參照?qǐng)D1，第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100包括利用電化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的燃料電池堆10 ；向燃料電池堆10供給含氫的燃料氣體的燃料處理裝置20 ；向燃料電池堆10供給含氧的氧化劑氣體的氧化劑氣體供給裝置30 ；將在燃料電池堆10產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電力轉(zhuǎn)換器40 ；以及對(duì)這些部件進(jìn)行控制的控制裝置90。作為一例，燃料電池堆10將具有氫離子交換特性的高分子膜用做電解質(zhì)，能夠形成為用氫氣和氧氣引起電化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電的高分子電解質(zhì)燃料電池(PEMFC)。燃料處理裝置20將燃料進(jìn)行重整之后，將含氫的燃料氣體供給到燃料電池堆10 的燃料氣體入口。氧化劑氣體供給裝置30可以由壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)形成，將含氧的空氣即氧化劑氣體供給到燃料電池堆10的氧化劑氣體入口。第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100還包括用于對(duì)供給到燃料電池堆10的燃料氣體及/或氧化劑氣體順利地進(jìn)行加濕的結(jié)構(gòu)。例如，燃料電池系統(tǒng)100還包括冷卻裝置50，熱回收裝置60，水蒸氣生成裝置70，直供水減壓器(61)，比例控制閥62，以及純水生成裝置 63。此外，燃料電池系統(tǒng)100還包括設(shè)在氧化劑氣體供給裝置30和燃料電池堆10的氧化劑氣體入口之間的加濕裝置31 ；以及氧化劑氣體入口溫度傳感器32。直供水減壓器61的直供水供給線路(未圖示)與純水生成裝置63的一側(cè)連接。 直供水減壓器61與外部的直供水供給線路連接，對(duì)從外部供給的直供水即自來(lái)水的壓力進(jìn)行減壓來(lái)調(diào)節(jié)直供水的流量。由此，在燃料電池堆10能夠使用直供水。直供水減壓器61 在提供對(duì)供給到燃料電池堆10的燃料氣體進(jìn)行加濕所需的水分時(shí)，不需要另外的供水裝置即水泵(未圖示)，由此，不會(huì)產(chǎn)生追加性的耗電。純水生成裝置63將供給到直供水減壓器61的直供水轉(zhuǎn)換為純水。此外，比例控制閥62的水蒸氣生成裝置70連接在純水生成裝置63的另一側(cè)。比例控制閥62對(duì)從熱回收裝置60供給到水蒸氣生成裝置70的直供水，更具體而言是純水的量進(jìn)行控制，由此調(diào)節(jié)燃料氣體的加濕程度，并控制純水的供給來(lái)執(zhí)行或停止燃料氣體的加濕。水蒸氣生成裝置70以能夠利用廢熱的方式具備在燃料處理裝置20的內(nèi)部或一側(cè)，由此能夠利用經(jīng)由比例控制閥62或比例控制閥62和純水生成裝置63而供給的直供水或純水，來(lái)回收從燃料處理裝置20向外部放出的廢熱來(lái)產(chǎn)生水蒸氣。水蒸氣生成裝置70 利用在燃料處理裝置20加熱的廢熱來(lái)使用純水，從而在用于加濕的水蒸氣的產(chǎn)生中不需要使用另外的能量。另一方面，燃料處理裝置20和燃料電池堆10通過(guò)燃料氣體供給管路21及燃料氣體排出管路22連接，在相互之間供給燃料氣體，并且排出多余的燃料氣體?？刂崎y23 J4分別設(shè)在燃料氣體供給管路21及燃料氣體排出管路22中，分別對(duì)燃料氣體的供給及排出進(jìn)行控制。此外，燃料氣體供給管路21及燃料氣體排出管路22通過(guò)旁路管路25相互連接。設(shè)在旁路管路25中的控制閥沈能夠在燃料處理裝置20和燃料電池堆10之間，使燃料氣體的供給及排出分流。燃料氣體入口溫度傳感器27具備在通過(guò)燃料氣體供給管路21連接的燃料電池堆 10的燃料氣體入口，檢測(cè)所被供給的燃料氣體的溫度，并將檢測(cè)信號(hào)施加到控制裝置90。此外，水蒸氣生成裝置70如上所述，一側(cè)連接到比例控制閥62來(lái)接受氧氣的供給，回收燃料處理裝置20的廢熱來(lái)產(chǎn)生水蒸氣，另一側(cè)連接到噴嘴71而噴射所產(chǎn)生的水蒸氣。噴嘴71設(shè)在燃料氣體供給管路21中，向燃料電池堆10的燃料氣體入口噴射水蒸氣。 即，水蒸氣對(duì)燃料氣體進(jìn)行加濕。即，在純水生成裝置63生成的純水通過(guò)比例控制閥62供給到水蒸氣生成裝置70， 回收在燃料處理裝置20放出的廢熱來(lái)變換為水蒸氣。冷卻裝置50將冷卻水供給到燃料電池堆10來(lái)冷卻燃料電池堆10。例如，冷卻裝置50包括冷卻水箱51，用于儲(chǔ)藏冷卻水；冷卻水泵52，與冷卻水箱51連接而將冷卻水供給到燃料電池堆10的冷卻水入口 ；以及冷卻水入口溫度傳感器53，設(shè)在燃料電池堆10的冷卻水入口，在冷卻水入口檢測(cè)冷卻水溫度。根據(jù)冷卻水入口溫度傳感器53的檢測(cè)來(lái)驅(qū)動(dòng)冷卻水泵52。通過(guò)冷卻水泵52的驅(qū)動(dòng)，供給到燃料電池堆10的冷卻水入口的冷卻水對(duì)燃料電池堆10進(jìn)行冷卻而變換為高溫狀態(tài)之后排出到冷卻水出口，之后流入冷卻水箱51而進(jìn)行再循環(huán)。
從燃料電池堆10流入冷卻水箱51的高溫的冷卻水經(jīng)由熱交換器55而得以冷卻。 此外，熱交換器陽(yáng)通過(guò)熱交換泵M而與熱回收裝置60連接。通過(guò)驅(qū)動(dòng)熱交換泵M，將熱回收裝置60的低溫冷卻水循環(huán)供給到熱交換器55，回收對(duì)燃料電池堆10進(jìn)行了冷卻而得到的高溫冷卻水的廢熱。熱交換泵M和熱交換器陽(yáng)根據(jù)設(shè)在燃料電池堆10的冷卻水出口的冷卻水出口溫度傳感器(56)的檢測(cè)而被驅(qū)動(dòng)，回收燃料電池堆10的廢熱。另一方面，燃料電池系統(tǒng)100還包括電壓檢測(cè)部80。電壓檢測(cè)部80按照時(shí)間經(jīng)過(guò)測(cè)量在燃料電池堆10產(chǎn)生的電壓，并將該檢測(cè)信號(hào)施加到控制裝置90。因此，控制裝置 90按照在電壓檢測(cè)部80測(cè)量的電壓來(lái)將流入到燃料電池堆10的冷卻水維持在設(shè)定的溫度內(nèi)，從而能夠在冷卻水入口控制冷卻水的溫度。電壓檢測(cè)部80能夠根據(jù)電壓變動(dòng)幅度來(lái)決定對(duì)燃料電池堆10執(zhí)行加濕的最初判斷。此外，電力轉(zhuǎn)換器40在燃料電池堆10開(kāi)始生產(chǎn)電力之后，持續(xù)測(cè)量發(fā)電電力來(lái)判斷發(fā)電電力是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)?？刂蒲b置90接收電壓檢測(cè)部80的檢測(cè)信號(hào)，來(lái)對(duì)與燃料電池堆10及燃料電池堆 10連接的電力轉(zhuǎn)換器40進(jìn)行控制。氧化劑氣體入口檢測(cè)傳感器32、冷卻水入口溫度傳感器53及燃料氣體入口溫度傳感器27與控制裝置90連接，檢測(cè)各溫度來(lái)向控制裝置90施加檢測(cè)信號(hào)。圖2是示出本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的控制方法的順序圖。參照?qǐng)D1 及圖2，燃料電池系統(tǒng)的控制方法包括發(fā)電電力測(cè)量步驟ST10，測(cè)量在燃料電池堆10發(fā)電的電力；燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟(下面，稱(chēng)作"內(nèi)部溫度維持步驟")ST20，按照發(fā)電電力來(lái)將燃料電池堆10的冷卻水溫度維持在設(shè)定值；以及加濕維持步驟ST30，向燃料氣體及/或氧化劑氣體有選擇地供給水蒸氣。發(fā)電電力測(cè)量步驟STlO包括發(fā)電電力測(cè)量步驟ST11，在燃料電池堆10開(kāi)始電力生產(chǎn)之后，在電力轉(zhuǎn)換器40持續(xù)測(cè)量發(fā)電電力；以及發(fā)電電力判斷步驟ST12，在控制裝置90判斷所測(cè)量的發(fā)電電力是否屬于設(shè)定范圍內(nèi)。在發(fā)電電力判斷步驟ST12反復(fù)發(fā)電電力測(cè)量步驟ST11，直到所測(cè)量的發(fā)電電力屬于設(shè)定范圍內(nèi)。根據(jù)發(fā)電電力測(cè)量步驟STlO 的結(jié)果來(lái)進(jìn)行內(nèi)部溫度維持步驟ST20。在內(nèi)部溫度維持步驟ST20，將燃料電池堆10的冷卻水溫度維持在設(shè)定范圍，由此將燃料電池堆10內(nèi)部的溫度維持到一定水準(zhǔn)。內(nèi)部溫度維持步驟ST20包括冷卻水溫度測(cè)量步驟ST21，在供給到燃料電池堆的冷卻水入口測(cè)量冷卻水溫度；以及冷卻水溫度判斷步驟ST22，判斷冷卻水溫度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。在冷卻水溫度判斷步驟ST22，調(diào)節(jié)與熱交換器55連接的熱交換泵M的流量的同時(shí)反復(fù)進(jìn)行冷卻水溫度測(cè)量，直到冷卻水溫度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。在燃料電池堆10內(nèi)部的溫度維持一定之后，進(jìn)行加濕維持步驟ST30。加濕維持步驟ST30測(cè)量向燃料電池堆10供給的冷卻水和燃料氣體及氧化劑氣體的各個(gè)入口溫度，若各測(cè)量溫度值為設(shè)定值范圍以上，則停止或減少燃料電池堆10的加濕，若測(cè)量溫度值小于設(shè)定值范圍，則開(kāi)放比例控制閥62來(lái)維持執(zhí)行加濕。首先，加濕維持步驟ST30包括電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟ST311，測(cè)量在燃料電池堆 10產(chǎn)生的電壓的變動(dòng)幅度；以及電壓變動(dòng)幅度判斷步驟ST312，判斷在電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟ST311測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。此外，在電壓變動(dòng)幅度判斷步驟ST312關(guān)閉比例控制閥62來(lái)停止加濕，直到所測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。在所測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍的情況下，在加濕維持步驟ST30進(jìn)行電壓變動(dòng)幅度判斷步驟ST312的下一步驟。在所測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍的情況下，加濕維持步驟ST30包括氣體溫度測(cè)量步驟ST321，分別測(cè)量供給到燃料電池堆10的各入口的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度；以及氣體溫度判斷步驟ST322，判斷在氣體溫度測(cè)量步驟ST321所測(cè)量的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度測(cè)量值是否小于設(shè)定值。此外，氣體溫度判斷步驟ST322反復(fù)進(jìn)行氣體溫度測(cè)量，直到溫度測(cè)量值小于設(shè)定值。在溫度測(cè)量值小于設(shè)定值的情況下，加濕維持步驟ST30包括開(kāi)放比例控制閥62 的開(kāi)放步驟ST33。開(kāi)放步驟ST33開(kāi)放比例控制閥62來(lái)供給溫水，將在水蒸氣生成裝置70 產(chǎn)生的水蒸氣供給到燃料電池堆10，來(lái)對(duì)燃料氣體或氧化劑氣體進(jìn)行加濕。在溫度測(cè)量值為設(shè)定值以上的情況下，加濕維持步驟ST30包括關(guān)閉/減少步驟 ST34，關(guān)閉/減少步驟ST34關(guān)閉比例控制閥62，或進(jìn)行減少比例控制閥62的流量的控制。 關(guān)閉/減少步驟ST34在溫度測(cè)量值為上述設(shè)定值以上時(shí)，對(duì)比例控制閥62進(jìn)行關(guān)閉控制或流量減少控制，由此停止加濕或減少加濕。此外，加濕維持步驟ST30在關(guān)閉/減少步驟ST34之后，包括氣體溫度再測(cè)量步驟ST35，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)重新對(duì)供給到燃料電池堆10的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度進(jìn)行測(cè)量；以及再測(cè)量溫度范圍判斷步驟ST36，判斷燃料氣體及氧化劑氣體的溫度再測(cè)量值是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。在溫度再測(cè)量值屬于設(shè)定值范圍的情況下，控制裝置90再次執(zhí)行電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟ST31。因此，再測(cè)量溫度范圍判斷步驟ST36在進(jìn)行了停止和減少加濕控制之后， 在設(shè)定時(shí)間內(nèi)以特定間隔多次測(cè)量氣體溫度，當(dāng)溫度再測(cè)量值屬于設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，再次測(cè)量電壓變動(dòng)幅度(ST31)來(lái)判斷最初的加濕條件。如上所述，加濕維持步驟ST30以持續(xù)測(cè)量的發(fā)電電壓變動(dòng)幅度的隨時(shí)間經(jīng)過(guò)的值是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)作為第1個(gè)根據(jù)，將在各入口測(cè)量到的氣體的溫度測(cè)量值作為第二個(gè)根據(jù)，來(lái)控制比例控制閥62，由此控制加濕的程度。圖3是示意地表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。在第二實(shí)施例中，省略對(duì)與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)類(lèi)似或相同的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明，對(duì)與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。第一實(shí)施例通過(guò)別的加濕裝置31對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行加濕，同時(shí)將在水蒸氣生成裝置70產(chǎn)生的水蒸氣向燃料氣體噴射，相對(duì)于此，第二實(shí)施例不對(duì)燃料氣體進(jìn)行加濕，而是將在水蒸氣生成裝置70產(chǎn)生的水蒸氣噴射到氧化劑氣體上，由此對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行加濕。為此，噴嘴71設(shè)在燃料電池堆10的氧化劑氣體入口一側(cè)。即，噴嘴71設(shè)在氧化劑氣體供給裝置30和燃料電池堆10之間，向氧化劑氣體噴射水蒸氣。燃料氣體在燃料處理裝置20的燃料處理過(guò)程中包含一部分水蒸氣。此外，在燃料電池堆10運(yùn)行時(shí)，對(duì)加濕的變化的影響被氧化劑氣體的加濕量所左右。第二實(shí)施例除去了第一實(shí)施例的氧化劑氣體供給裝置30 —側(cè)的加濕裝置31，從比例控制閥62接受純水供給，用由水蒸氣生成裝置70生成的水蒸氣對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行加濕。因此，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例相比，除去了加濕裝置31，從而簡(jiǎn)化了燃料電池系統(tǒng)200的整體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)氧化劑氣體進(jìn)行加濕的加濕量的調(diào)節(jié)，能夠進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行。如上，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但是本發(fā)明不限定于此，在權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)以及附圖的范圍內(nèi)能夠變形為各種方式來(lái)實(shí)施，并且這種變形也當(dāng)然屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括 燃料處理裝置，供給含氫燃料氣體；氧化劑氣體供給裝置，供給含氧氧化劑氣體；燃料電池堆，使用上述燃料氣體和上述氧化劑氣體引起電化學(xué)反應(yīng)；冷卻裝置，對(duì)在上述燃料電池堆產(chǎn)生的熱進(jìn)行冷卻；熱回收裝置，從供給到上述冷卻裝置而在上述燃料電池堆循環(huán)之后排出的高溫的冷卻水回收廢熱；以及水蒸氣生成裝置，供給具有自身壓力的直供水，利用上述燃料處理裝置的廢熱生成水蒸氣，向供給到上述燃料電池堆的上述燃料氣體及上述氧化劑氣體中的至少一個(gè)供給上述水蒸氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括直供水減壓器，調(diào)節(jié)上述直供水的壓力來(lái)調(diào)節(jié)所被供給的上述直供水的流量；以及比例控制閥，設(shè)在上述直供水減壓器和上述水蒸氣生成裝置之間，調(diào)節(jié)加濕所需的水蒸氣的量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括純水生成裝置，該純水生成裝置設(shè)在上述直供水減壓器和上述比例控制閥之間，變換所被供給的上述直供水而生成純水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述水蒸氣生成裝置設(shè)在上述燃料處理裝置內(nèi)，上述燃料電池系統(tǒng)還包括噴嘴，該噴嘴設(shè)在上述燃料電池堆的燃料氣體入口側(cè)，向供給到上述燃料電池堆的上述燃料氣體噴射上述水蒸氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括加濕裝置，該加濕裝置設(shè)在上述氧化劑氣體供給裝置和上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括電壓檢測(cè)部，按照時(shí)間的經(jīng)過(guò)測(cè)量在上述燃料電池堆產(chǎn)生的電壓；以及控制裝置，按照在上述電壓檢測(cè)部檢測(cè)到的電壓來(lái)控制流入上述燃料電池堆的冷卻水溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還包括電力轉(zhuǎn)換器，該電力轉(zhuǎn)換器將在上述控制裝置和上述燃料電池堆產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電來(lái)測(cè)量發(fā)電電力。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還包括冷卻水入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的冷卻水入口溫度； 燃料氣體入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的燃料氣體入口溫度；以及氧化劑氣體入口溫度傳感器，用于測(cè)量上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口溫度， 上述比例控制閥根據(jù)上述冷卻水入口溫度傳感器、上述燃料氣體入口溫度傳感器及上述氧化劑氣體入口溫度傳感器的檢測(cè)信號(hào)來(lái)控制上述加濕所需的水蒸氣的量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述水蒸氣生成裝置設(shè)在上述燃料處理裝置內(nèi)，上述燃料電池系統(tǒng)還包括噴嘴，該噴嘴設(shè)在上述燃料電池堆的氧化劑氣體入口一側(cè)， 對(duì)供給到上述燃料電池堆的上述氧化劑氣體噴射上述水蒸氣。
10.一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括 發(fā)電電力測(cè)量步驟，測(cè)量在燃料電池堆產(chǎn)生的發(fā)電電力；燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟，根據(jù)在上述發(fā)電電力測(cè)量步驟測(cè)量的發(fā)電電力，將上述燃料電池堆的冷卻水維持在設(shè)定值；以及加濕維持步驟，在上述燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟之后，對(duì)供給到上述燃料電池堆的冷卻水、燃料氣體及氧化劑氣體分別測(cè)量入口溫度，若所測(cè)量的各測(cè)量溫度值為設(shè)定值以上，則停止或減少上述燃料電池堆的加濕，若測(cè)量溫度值小于測(cè)量溫度值，則開(kāi)放比例控制閥來(lái)執(zhí)行并維持加濕。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，上述發(fā)電電力測(cè)量步驟包括發(fā)電電力判斷步驟，在該發(fā)電電力判斷步驟判斷所測(cè)量的上述發(fā)電電力是否在設(shè)定范圍之內(nèi)，并反復(fù)進(jìn)行發(fā)電電力測(cè)量直到所測(cè)量的上述發(fā)電電力屬于設(shè)定范圍之內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 上述燃料電池堆內(nèi)部溫度維持步驟包括冷卻水溫度測(cè)量步驟，在供給到上述燃料電池堆的冷卻水入口測(cè)量冷卻水溫度；以及冷卻水溫度判斷步驟，判斷上述冷卻水溫度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)與熱交換器連接的熱交換泵的流量的同時(shí)反復(fù)進(jìn)行上述冷卻水溫度測(cè)量，直到上述冷卻水溫度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 上述加濕維持步驟還包括電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟，對(duì)在上述燃料電池堆產(chǎn)生的電壓的變動(dòng)幅度進(jìn)行測(cè)量；以及電壓變動(dòng)幅度判斷步驟，判斷在上述電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟測(cè)量的電壓變動(dòng)幅度是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，并關(guān)閉上述比例控制閥來(lái)停止加濕，直到電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 上述加濕維持步驟包括氣體溫度測(cè)量步驟，在上述電壓變動(dòng)幅度屬于設(shè)定值范圍內(nèi)的情況下，分別測(cè)量供給到上述燃料電池堆的各入口的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度；氣體溫度判斷步驟，判斷上述燃料氣體及上述氧化劑氣體的溫度測(cè)量值是否小于設(shè)定值；開(kāi)放步驟，若上述溫度測(cè)量值小于上述設(shè)定值，為了加濕而開(kāi)放上述比例控制閥；以及關(guān)閉和減少步驟，若上述溫度測(cè)量值為上述設(shè)定值以上，則為了停止和減少加濕，關(guān)閉上述比例控制閥，或減少上述比例控制閥的流量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 上述加濕維持步驟包括氣體溫度再測(cè)量步驟，在上述關(guān)閉和減少步驟之后，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)重新測(cè)量供給到上述燃料電池堆的燃料氣體及氧化劑氣體的溫度；以及再測(cè)量溫度范圍判斷步驟，判斷上述燃料氣體及上述氧化劑氣體的溫度再測(cè)量值是否屬于設(shè)定值范圍內(nèi)，在上述溫度再測(cè)量值屬于設(shè)定值范圍內(nèi)的情況下，重新執(zhí)行電壓變動(dòng)幅度測(cè)量步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其特征在于， 上述加濕維持步驟對(duì)上述燃料氣體及上述氧化劑氣體中的至少一個(gè)進(jìn)行加濕。
全文摘要
本發(fā)明的一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料處理裝置，供給含氫燃料氣體；氧化劑氣體供給裝置，供給含氧氧化劑氣體；燃料電池堆，使用上述燃料氣體和上述氧化劑氣體引起電化學(xué)反應(yīng)；冷卻裝置，對(duì)在上述燃料電池堆產(chǎn)生的熱進(jìn)行冷卻；熱回收裝置，從供給到上述冷卻裝置而在上述燃料電池堆循環(huán)之后排出的高溫的冷卻水回收廢熱；以及水蒸氣生成裝置，供給具有自身壓力的直供水，利用上述燃料處理裝置的廢熱生成水蒸氣，向供給到上述燃料電池堆的上述燃料氣體及上述氧化劑氣體中的至少一個(gè)供給上述水蒸氣。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102308422SQ201080007119
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者洪炳善, 趙瑩穆, 辛美男, 金淏碩 申請(qǐng)人:燃料電池能量公司