[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用高分子电解质燃料电池堆的燃料电池系统，更具体而言，涉及使得供给到燃料电池堆的燃料气体和/或氧化剂气体的加湿顺利进行从而稳定生产电力的燃料电池系统及其控制方法。

背景技术

高分子电解质燃料电池(PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 系统采用具有氢离子交换特性的高分子膜作为电解质，使用含氢的燃料气体和含氧的氧化剂气体引起电化学反应，从而生产电和热。

燃料气体及氧化剂气体分别被加湿装置进行加湿之后，供给到燃料电池堆。在加湿装置中，例如，在喷雾型(Bubbler)加湿装置中，在使用加热器生成的温水中分别通过燃料气体及氧化剂气体，从而向燃料气体及氧化剂气体提供水分。但是，由于喷雾型加湿装置为了加热水而使用能量，所以燃料电池系统的耗电增加。即，燃料电池系统的效率降低。

例如，膜型加湿装置在燃料电池堆的燃料气体及氧化剂气体的各个出口一侧，使含水分的其他气体在水蒸气透过膜中经过和移动，从而向燃料气体及氧化剂气体提供水分。膜型加湿装置是利用从燃料电池堆排出的热和水分来进行加湿的，所以能够比喷雾加湿装置节能。但是，膜型加湿装置很难使供给到燃料电池堆的燃料气体及氧化剂气体成为完全加湿状态，要实现完全加湿状态，就必须要增加透过膜的面积。即，在燃料电池系统内，加湿装置的规模变大。

发明内容

本发明的一个方面的目的在于，提供一种燃料电池系统及其控制方法，其不使用追加能量，而在使加湿装置的结构最小化的同时实现燃料气体及/或氧化剂气体的完全加湿。

本发明的另一个方面的目的在于，提供一种燃料电池系统及其控制方法，其回收从燃料处理装置内放出的废热来实现燃料气体及/或氧化剂气体的完全加湿。

本发明的一个实施例的燃料电池系统，包括：燃料处理装置，供给含氢燃料气体；氧化剂气体供给装置，供给含氧氧化剂气体；燃料电池堆，使用上述燃料气体和上述氧化剂气体引起电化学反应；冷却装置，对在上述燃料电池堆产生的热进行冷却；热回收装置，从供给到上述冷却装置而在上述燃料电池堆循环之后排出的高温的冷却水回收废热；以及水蒸气生成装置，供给具有自身压力的直供水，利用上述燃料处理装置的废热生成水蒸气，向供给到上述燃料电池堆的上述燃料气体及上述氧化剂气体中的至少一个供给上述水蒸气。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括：直供水减压器，调节上述直供水的压力来调节所被供给的上述直供水的流量；以及比例控制阀，设在上述直供水减压器和上述水蒸气生成装置之间，调节加湿所需的水蒸气的量。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括纯水生成装置，该纯水生成装置设在上述直供水减压器和上述比例控制阀之间，变换所被供给的上述直供水而生成纯水。

上述水蒸气生成装置设在上述燃料处理装置内，本发明的另一实施例的燃料电池系统还可以包括喷嘴，该喷嘴设在上述燃料电池堆的燃料气体入口侧，向供给到上述燃料电池堆的上述燃料气体喷射上述水蒸气。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括加湿装置，该加湿装置设在上述氧化剂气体供给装置和上述燃料电池堆的氧化剂气体入口之间。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括：电压检测部，按照时间的经过测量在上述燃料电池堆产生的电压；以及控制装置，按照在上述电压检测部检测到的电压来控制流入上述燃料电池堆的冷却水温度。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括电力转换器，该电力转换器将在上述控制装置和上述燃料电池堆产生的直流电转换为交流电来测量发电电力。

本发明的另一实施例的燃料电池系统，还可以包括：冷却水入口温度传感器，用于测量上述燃料电池堆的冷却水入口温度；燃料气体入口温度传感器，用于测量上述燃料电池堆的燃料气体入口温度；以及氧化剂气体入口温度传感器，用于测量上述燃料电池堆的氧化剂气体入口温度。上述比例控制阀根据上述冷却水入口温度传感器、上述燃料气体入口温度传感器及上述氧化剂气体入口温度传感器的检测信号来控制上述加湿所需的水蒸气的量。

上述水蒸气生成装置设在上述燃料处理装置内，本发明的另一实施例的燃料电池系统还可以包括喷嘴，该喷嘴设在上述燃料电池堆的氧化剂气体入口一侧，对供给到上述燃料电池堆的上述氧化剂气体喷射上述水蒸气。