专利名称：燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法，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
背景技术：
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。
发明内容
本发明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，根据本发明的一个方面，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。
根据本发明的另一个方面，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。
通过参考结合附图的下列详细描述，对本发明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为根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的框图2为#4居本发明的一个实施例的控制燃^"电池系统的方法的流程图3为用于解释本发明的燃料电池系统的工作过程的图4为可在本发明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为可在本发明的燃料电池系统中采用的热交换器的框图；以及 图6为可在本发明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发明的优选实施例。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发明。已知功能和配置的详细描 述将被省略以使本发明的主题不因具有不必要的细节而模糊。然而，为了清楚地解释本发明，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为根据本发明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。在堆叠型燃料电池堆中，分离器被布置在膜-电极 组件之间。
上述燃料电池堆IO通过经过阳极入口 12提供的燃料和经过阴极入口 16提供的氧化剂的电化学反应生成电能和热量。提供给燃料电池堆10的燃 料和氧化剂可以分别经过阳极出口 14和阴极出口 18排放到堆10的外面。 上述燃料可以通过重整诸如天然气、曱醇及乙醇等的原料来获得。
燃料重整器20是用于向燃料电池堆10提供诸如氢之类的燃料的设备。 燃料重整器20通过重整诸如天然气、曱醇及乙醇等的原料生成富含氢的重 整产品。燃料重整器20可以包括用于由蒸汽重整、部分氧化重整、自热重 整或其组合构成的重整反应的催化剂过程。同样，燃料重整器20可以包括 清除燃料中的诸如一氧化碳、硫磺等的杂质的催化剂过程。上述催化剂过程 包括用于水煤气转换(WGS)的催化剂过程和用于优先氧化的催化剂过程。
热交换器30是将在燃料电池系统工作期间生成的热量传输到系统外部 的设备。热交换器30可以运行以使燃料电池堆10、发动机、各种控制器等工作在恒定温度下。尤其地，本实施例的热交换器30控制系统启动时间期
间从燃料重整器20提供的重整产品的温度，以将重整产品的温度设置为略
低于燃料电池堆的温度。在这种情况下，可以说重整产品的温度与燃料电池 堆的温度联系起来。
第 一传感器42是能够检测燃料电池堆10的可能从系统启动时的室温突 然变成系统工作期间的正常工作温度的温度的温度传感器。优选地，第一传 感器42被安装在堆的内部以便准确地才企测燃津+电池堆10的温度。
第二传感器44是能够检测重整产品的温度的温度传感器。第二传感器 44可以被安装成检测热交换器30的温度、流经热交换器30的重整产品的 温度以及流入燃料电池堆10的阳极入口 12的重整产品的温度中的任何一 个》
第 一传感器42和第二传感器44可以包括热敏电阻、电阻温度纟佥测器、 热电偶及半导体温度传感器等中的任何一种。
控制器50通过预定的输入端口接收第一传感器42和第二传感器44中 检测到的温度信号。控制器50根据所接收的温度信号确定燃料电池堆10的 温度和重整产品的温度。控制器50的输入端口可以包括模数转换器。可以 通过使用微处理器或触发器的逻辑电路来实现控制器50。
另外，控制器50通过监视待提供给燃料电池堆10的重整产品的温度和 燃料电池堆10的温度来控制热交换器30,以便将重整产品的温度保持为低 于燃料电池堆10的温度。优选地，重整产品的温度被设置在与基于燃料电 池堆10的温度的大约90%至50%的相对湿度相对应的温度范围内。
表1示出在l(TC与69。C之间的温度范围内的饱和蒸汽的量(gr/m3) ("gr"代表克)。饱和蒸汽的量被排列在表1的二维数组中，其中每一行表
示温度变化10。C，每一列表示温度变化rc。
如果在大气压下燃料电池堆10的温度是31。C,那么表1示出饱和蒸汽 的量为32.0 gr/^。重整产品温度在具有比3rC时的饱和蒸汽量32.0gr/W小 预定量的水分的温度范围内选择。例如，如果重整产品的水分量被设置为基于燃料电池堆10的温度的90%的相对湿度，那么相对湿度为90%的重整产 品的水分量为0,9x32.0 gr/w3,即28.8gr/w3。因此，重整产品的温度一皮设置 为与28.8 gr/W的水分量对应的温度。在这种情况下，参见表1,重整产品 温度大约是29°C。再如，如果重整产品的水分量被设置成基于燃料电池堆 IO的温度，即31。C的50%的相对湿度，那么重整产品的水分量是0.5x32.0 gr/m3,即16.0 gr/w3。因此，重整产品的参考温度是与16.0 gr/^的水分量 对应的温度，大约是19。C或20°C。
表1
饱和蒸汽的 量 (gr/附3 )温度(1 。C间隔)0123456789
/皿度 (10 'c间 隔)60129.8135.6141.5147.6153.9跳5167.3174.2181.6189.0
5082.986.990.995,299.6104,2108.9114.0119.1124.4
4051.053.656.459.262.265.368.571.875.378.9
3030.332.033.835.637.539.541.643.846.48.5
2017.318.319.420.621.823.024.325.727.228.7
109.4010.010.611.312.112.813.614.515.416.3
另外，本发明的燃料电池系统的控制器50能够依赖于燃料电池系统的 工作进度应用不同的参考以控制重整产品的温度。例如，当燃料电池堆10 的温度为31°C,即系统启动时的温度时，燃料电池系统中的控制器可以将 重整产品的温度设置为大约29°C。此时，参考可以是基于燃料电池堆10的 温度的90。/。的相对湿度。每当燃料电池堆10达到正常工作状态时，控制器 50可以应用不同的参考以控制重整产品的温度。例如，每当燃料电池堆10 达到预定温度时，控制器50可以将参考改变为基于燃料电池堆IO的温度的 50%的相对湿度。如果在正常工作状态下燃料电池堆10的温度大约是61°C， 那么控制器50可以通过应用基于燃料电池堆10的温度的50%的相对湿度 的参考将重整产品的温度设置为大约46°C。
在上述描述中，为了便于解释，重整产品的温度的设置过程不包括将燃
料重整器20连接至燃料电池堆10的阳极入口 12的管道中的重整产品的压力作用。如果考虑到施加于经过管道的重整产品的压力，那么重整产品中包 括的水分量将进一步减少。因此，根据测量重整产品的温度的位置，考虑到 管道中的压力，可以将重整产品的温度设置得略低或略高。另外，因为重整 产品不是大气中的空气，所以重整产品中包括的水分量可能与表1所示的值 有轻微差异。
上述燃料电池系统通过反应式1至3中表示的氢和氧的电化学反应生成 电能和热量。包含氩的重整产品在燃料重整器20中被生成，然后通过热交 换器30被热交换。包含氢的重整产品被提供给阳极入口 12,且空气中的氧 气被通过氧化剂供应器60提供给阴极入口 16。氧化剂供应器60可以包括 空气泵或鼓风才几。 反应式1 阳极H2(g)—2H++2e— 反应式2
阴极l/202(g) + 2H++2e—— H20(1) 反应式3
整体H2(g) + l/202(g) — H20(l)+电能+热量
将详细描述控制上述燃料电池系统的过程。图2为根据本发明的一个实 施例的控制燃料电池系统的方法的流程图。
如图2所示，本发明的燃料电池系统的控制方法包括以下步骤。首先， 本发明的控制方法包括启动系统的步骤(S10)。步骤S10可以包括在检测 到用户的开关操作或由控制器中的编程操作例程生成的操作控制信号之后， 执行启动系统所需的操作的步骤。另外，控制方法包括当系统启动时检测燃 料电池堆的温度Ts的步骤(S12 )。步骤S12可以包括通过与燃料电池堆相 连的第一传感器42周期性地检测燃料电池堆的温度的步骤，和通过控制器 50周期性地监视被检测到的温度的步骤。
另外，控制方法包括当系统启动时检测在燃料重整器20中生成的重整产品的温度TR的步骤(S14)。步骤S14中;f全测重整产品的温度TR可通过 第二传感器44执行，并且包括周期性地检测热交换器或重整产品的温度的 步骤和通过控制器周期性地监视被检测到的温度的步骤。另外，控制方法包 括确定重整产品的温度TR是否低于燃料电池堆的Ts和温差(Ts-Tr)是否等 于或小于参考温差ATr的步骤(S16)。参考温差是从燃料电池堆的温度中 减去参考温度所得的值。这里，参考温度对应于相对于燃料电池堆的Ts的 饱和蒸汽量而言，具有大约90%至大约50%的饱和蒸汽量的温度之一。如 果重整产品的温度在由燃料电池堆的温度和参考温差限定的温度范围内，那 么堆的内部的湿度可以被保持在预定的水分范围。但是如果重整产品温度高 于燃料电池堆的温度，那么堆的内部可能会发生阳极溢流。
在步骤S16中，如果重整产品的温度在最佳温度范围内(步骤S16中为 "是，，)，那么控制方法包括向燃料电池堆提供热交换后的重整产品的步骤 (S18)。步骤S18可以包括开启在燃料电池堆的阳极入口侧安装的阀的通 道的步骤。阀包括螺线管阀。在步骤S16中，如果温度超出最佳温度范围(步 骤S16中为"否，，)，那么控制方法包括返回至步骤S12的步骤。在这种情况 下，重整产品没有被提供给燃料电池堆10，而是可以被提供给燃料重整器 20，也可以作为加热燃料重整器20的燃料使用。
图3为用于解释本发明的燃料电池系统的工作过程的图。 本实验的实例使用200W的燃料电池系统。如图3所示，刚刚启动系统 之后的燃料电池堆的温度大约是31°C,这近似于室温。在系统启动后的大 约IO分钟之内，燃料电池堆的温度从大约31。C突然上升至大约63°C。这里， 在系统刚刚开始工作后的时段被称为燃料电池系统的启动时间。在图3所示
的实例中，启动时间是燃料电池堆的温度为3rc左右的时段。在燃料电池
系统的工作稳定之后的时段被称为燃料电池系统的正常工作时间。在图3所 示的实例中，燃料电池系统的正常工作时间是燃料电池堆的温度保持在63 。C 左右的时段。另外，燃料电池堆的温度从大约3rC逐渐上升至大约63。C的 时段被称为燃料电池系统的稳定时间。如果在上述系统启动时间期间，重整产品的温度被控制在大约50°C， 这对于燃料电池堆的正常工作状态可能是合适的温度，正常工作状态下堆的 温度大约是63°C，并且如果而后重整产品被提供给燃料电池堆，那么由于 堆的温度低于燃料电池堆内部的重整产品的温度，因此重整产品中包括的相 当数量的蒸汽被冷凝。冷凝水堵塞阳极入口或阳极的燃料通道，从而阻碍了 重整产品的供应。然后，冷凝水聚集在燃料电池堆的较低部。在这种情况下， 位于燃料电池堆的较低部的电池被淹没在水中，以致不能正常启动或生成相 反电压，因而对堆具有不利影响。
然而，本实施例的燃料电池系统的控制方法将待提供给燃料电池堆的重 整产品的温度控制为低于燃料电池堆的温度，保持它们之间的预定温差，从 而防止上述问题。换句话说，本实验的实例在燃料电池堆的温度乂人大约31°C 上升至大约63。C时，通过保持重整产品与燃料电池堆之间的预定温差控制 重整产品的温度从大约29。C上升至大约50°C。当重整产品被提供给燃料电 池堆的内部时，用于控制重整产品的温度的参考温差被设置成在燃料电池堆 的内部保持大约90%至50%的相对湿度，同时保持重整产品的温度低于燃 料电池堆的温度。
如图3所示，由于与启动时间相比，在系统的正常工作状态期间堆的内 部的湿度^^皮减少，所以重整产品一皮控制为在正常工作时间比在启动时间具有 更低的相对湿度。当在正常工作状态下，燃料电池堆温度大约是63。C时， 重整产品的温度被设置成大约48。C至大约52°C。
利用本实施例，在启动系统后，堆的温度与重整产品的温度之间的差防 止在堆的内部生成过量的冷凝水，并通过堆与重整产品之间的温度失配防止 形成低湿度的大气，从而也防止了堆的内部过度干燥。
图4为可在本发明的燃料电池系统中采用的热交换温度控制设备的示 意图。换句话说，图4示出燃料电池系统中的控制器中包括的热交换温度控 制设备的界面的一个示例。
本实施例的燃料电池系统包括用于控制重整产品和燃料电池堆的温度
14的热交换温度控制设备52。热交换温度控制设备52被包括在控制器50中， 以基于燃料电池堆在系统正常工作时间和在系统启动期间的温度控制重整 产品的温度。控制设备52能被设置成处于自动模式或手动模式。
如图4所示，热交换温度控制设备52具有为重整产品和燃料电池堆设 置温度的界面52a。如果在热交换温度控制设备52中，燃料电池堆在正常工 作时间的温度被设置成63°C,那么启动系统后，堆的风扇在堆的温度超过 63。C之前不会工作。如果重整产品在正常工作时间的温度被设置成50°C, 那么启动系统后，热交换器风扇(H/X风扇)在重整产品的温度超过50°C 之前不会工作。另外，尽管它们处于正常工作状态，但如果自动模式被设置 成关闭(OFF)，那么它们不会工作，或仅仅按照预设状态而没有联系地进 行工作。
同时，如果在热交换温度控制设备52中，热交换风扇和堆风扇被设置 成自动模式，那么在堆的温度在室温左右的启动时间和在燃料电池堆的温度 上升的燃料电池系统工作期间，重整产品的温度都被控制为低于燃料电池堆 的温度。换句话说，在自动模式下，即使在燃料电池堆的温度改变的情况下， 重整产品的温度也被自动控制成低于燃料电池堆的温度。
为了基于燃料电池堆的温度控制重整产品的温度，本实施例的燃料电池 系统能够将重整产品的温度控制在燃料重整器的特定点。例如，当燃料重整 器包括蒸汽重整反应器(SR反应器)、水煤气转换反应器(WGS反应器)、 优先氧化反应器(PROX反应器)时，本实施例的燃料电池系统能够被操作 以将重整产品温度与燃料电池堆温度联系起来。在这种情况下，设置重整产 品温度时可以考虑PROX反应器中的温度变化和热交换器中的温度变化。作 为另 一个实例，本实施例的燃料电池系统能被操作以将PROX反应器的重整 产品温度与燃料电池堆温度联系起来。在这种情况下，对重整产品温度进行 基本设置时可以考虑热交换器中的温度变化。另外，本实施例的燃料电池系 统可以在考虑到重整产品经过连接在燃料重整器与燃料电池堆之间的管道 时的压力和温度变化的情况下设置重整产品温度。图5为可在本发明的燃料电池系统中采用的热交换器的框图。参见图5， 热交换器30a包括以框示意性地示出的管道块32和冷却经过管道块32的重 整产品的冷却器。
冷却器包括第一风扇34a和第二风扇34b。管道块32可以以Z字形或 螺旋形延伸。用于排放冷凝水的排水阀可以被连接在管道块32的出口附近。 另外，管道块32的出口可以与三路阀35相连，其中当热交换后的重整产品 的温度高于燃料电池堆的温度时，三路阀35向燃料重整器提供重整产品Rl 作为氧化燃料，当热交换后的重整产品的温度低于燃料电池堆的温度在预定 范围内时，三路阀35向燃料电池堆提供重整产品R2。
两个风扇34a和34b在高功率下被操作以使管道块32中流动的重整产 品R0的温度略低于初始在室温左右的堆的温度，然后，两个风扇34a和34b 的功率被慢慢减少，以通过基于在燃料电池系统工作期间上升的燃料电池堆
的温度监视和控制重整产品的温度来允许重整产品的温度逐渐上升。另外， 两个风扇34a和34b中的仅仅一个可以被操作以保持重整产品的温度恒定。 本实施例的热交换器30a可以^皮操作以利用两个风扇34a和34b的高速 工作和低速工作控制重整产品的温度。例如，通过在启动时间和稳定时间期 间的高速工作，重整产品的温度可能显著低于堆的温度，通过低速工作，重 整产品的温度可以合适地保持在低于堆的温度的预定值。这里，低速意味着 'i曼于高速。
图6为示出根据本发明的另一个实施例的包括气体/液体分离器(下文 中称为G/L分离器)的燃料电池系统的框图。
参见图1的系统，本实施例的两个G/L分离器36a和36b基本上被连接 在燃料重整器20与燃料电池堆IO之间。此时，现有的热交换器可以被安 装在燃料重整器20与两个G/L分离器36a和36b之间。另一方面，参见图 1的系统，本实施例的两个G/L分离器36a和36b可以被连接在热交换器30a 与燃料电池堆10之间。在这种情况下，来自图5的热交换器30a的重整产 品R2可以被认为作为重整产品Ra流入第一G/L分离器。
16器30b包括连接在燃料重整器与燃料电池 堆之间的第一至第七管道32a、 32b、 32c、 32d、 32e、 32f以及32g、布置在 第 一管道32a与第二管道32b之间的第一 G/L分离器36a以及布置在第三管 道32c与第四管道32d之间的第二 G/L分离器36b。
热交换器30b包括连接至第二管道32b、第三管道32c、第六管道32f 以及第七管道32g的四路阀37a。这里，第六管道32f在第二管道32b与第 五管道32e之间形成旁路以通过第五管道32e而非第二 G/L分离器36b将经 过第二管道32b的重整产品提供给燃料电池堆。第七管道32g是当基于燃料 电池堆的温度确定经过第二管道32b的重整产品的温度超出最佳温度范围 时，向燃料重整器提供重整产品Rb的管道。
另外，热交换器30b包括选择性地控制来自第二 G/L分离器36b通过第 四管道32d的重整产品的流和经过第六管道32f的重整产品的流的三路阀 37b。
在上述热交换器30b中，第一 G/L分离器36a与启动系统后独立操作以 控制湿度的主湿度控制器相对应。第二 G/L分离器36b与被操作以在系统的 正常工作时间帮助第一 G/L分离器36a从而反馈控制经过第一 G/L分离器 36a的重整产品的湿度的辅助湿度控制器相对应。
本发明提供在启动系统后具有低于堆的温度在预定范围内的温度的重 整产品，这可以防止在现有的堆的内部引起的阳极溢流问题。另外，随着在 启动时期堆的温度增加，重整产品的温度相应地被增加，这可以增加堆的启
动和工作稳定性并防止堆的性能恶化。另外，尽管由于堆的温度的不稳定性 导致堆的温度低于控制值，但是热交换后的重整产品的温度与堆的温度相联 系，这可以防止阳极溢流。另外，尽管在启动系统后，堆的温度升高到设定 温度之上，但重整产品的温度与堆的温度相联系，这可以防止堆的内部变干燥。
尽管已示出和描述了本发明的几个实施例，但本领域技术人员应当理解 的是，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例做出改变，
17本发明的范围由权利要求书和它们的等同物限定,
权利要求
1、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。
2、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的方法，其中在所述燃料电池 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 度的步骤包括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 相对湿度保持在卯％至50 %范围内。
3、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的方法，其中在所述燃料电池 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 度的步骤包括将所述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。
4、 根据权利要求3所述的控制燃料电池系统的方法，其中所述热交换器包 括主热交换器和辅助热交换器，并且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的步骤包括在所述燃料电池系统的启动时间期间#:作所述主热交换器和所述辅助热交 换器；以及在所述燃料电池系统的正常工作时间期间只操:作所述主热交换器。
5、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的方法，其中检测燃料电池堆 的温度的步骤包括检测所述燃料电池堆的体积中心部分的温度。
6、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的方法，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。
7、 根据权利要求1所述的控制燃料电池系统的方法，进一步包括向所述 燃料电池堆的阴极提供氧化剂。
8、 一种燃料电池系统，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；生成重整产品并向所述燃料电池堆提供所述重整产品的燃料重整器； 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，所述热交换器控制从所述燃料重整器提供的重整产品的温度；检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。
9、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述控制器控制所述热交换 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。
10、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述控制器将所述热交换 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。
11、 根据权利要求IO所述的燃料电池系统，其中所述热交换器包括主热交 换器和辅助热交换器，所述辅助热交换器仅在所述燃料电池系统的启动时间期 间被操作。
12、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，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。
13、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中所述控制器包括通过读取 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。
14、 根据权利要求8所述的燃料电池系统，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。
15、根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中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。
全文摘要
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。
文档编号G05D23/00GK101561686SQ20091013186
公开日2009年10月21日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月15日
发明者吉田泰树, 安镇弘, 徐晙源, 朱利亚, 洪明子, 赵雄浩, 贤 金, 金东贤, 金周龙, 韩万锡 申请人:三星Sdi株式会社