一種高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法
【專利摘要】一種高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，所述電池系統(tǒng)包括燃料罐、含燃燒室和重整室的重整器、燃料電池電堆。于燃料電池電堆端板遠(yuǎn)離電堆一側(cè)設(shè)置有燃料催化燃燒加熱室，于燃料催化燃燒加熱室內(nèi)部裝填有燃料催化燃燒催化劑；于液體泵與重整器重整室的物料入口間的連接管路上設(shè)有第一分支管路，第一分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的燃料入口相連，于氣體泵與燃料電池電堆陰極物料入口間的連接管路上設(shè)有第二分支管路，第二分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的氣體入口相連。在電堆升溫不滿足運(yùn)行條件的情況下，燃料在空氣的帶動(dòng)下進(jìn)入燃料催化燃燒加熱室并在催化燃燒催化劑的作用下，與空氣發(fā)生燃燒反應(yīng)并釋放熱量，從而加熱電池電堆，使系統(tǒng)快速啟動(dòng)。
【專利說明】一種高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫液體燃料電池系統(tǒng)，具體的說涉及高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)子交換膜燃料電池以其高效、無污染的特性，成為新型的清潔發(fā)電方式。常規(guī)質(zhì)子交換膜燃料電池采用純氫為燃料，限制了其應(yīng)用范圍，開發(fā)以重整氣為燃料氣的質(zhì)子交換膜燃料電池(通常稱為高溫重整燃料電池)對(duì)于燃料電池的商業(yè)化具有重要的意義。
[0003]在高溫重整燃料電池系統(tǒng)中，重整氣供應(yīng)裝置通過對(duì)燃料源進(jìn)行處理以產(chǎn)生富含氫氣的燃料氣，燃料源用作氫氣載體。液態(tài)燃料源因具有高能量密度和易于儲(chǔ)存和輸運(yùn)的能力，目前被廣泛應(yīng)用，并通常稱此類電池為高溫液體燃料電池。該電池的穩(wěn)定工作溫度通常在160°C以上，為使系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行，不僅需縮短燃料重整器的啟動(dòng)時(shí)間，同時(shí)需要縮短燃料電池電堆的啟動(dòng)時(shí)間。
[0004]中國專利200480024524.9披露了一種高效微燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用來自燃料處理器的加熱介質(zhì)加熱燃料電池內(nèi)部，但由于加熱介質(zhì)(燃料燃燒后產(chǎn)生的氣體)在傳輸過程中的熱量損失較大，傳遞給電堆的熱量有限，且加熱介質(zhì)進(jìn)入燃料電池堆和離開燃料電池堆時(shí)的溫度高低不同，電堆加熱不均等問題的存在，不利于燃料電池堆放電性能的提高，也不利于燃料電池堆放電性能的穩(wěn)定。
[0005]中國專利200610162715.2披露了一種燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)方法，該方法是一種將加熱重整器的燃燒器中排出的氣體供給轉(zhuǎn)換反應(yīng)器從而顯著減少提高轉(zhuǎn)換反應(yīng)器催化劑溫度的時(shí)間并能使燃料電池系統(tǒng)迅速達(dá)到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的啟動(dòng)方法，即該方法的主要目的是為了燃料電池系統(tǒng)中重整器的快速啟動(dòng)并達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于燃料電池堆溫度的快速升高并沒有提出實(shí)質(zhì)性的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高溫液體(甲醇、乙醇、乙二醇等)燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)方法。
[0007]本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案包括以下內(nèi)容:
[0008]一種高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)包括燃料罐、含燃燒室和重整室的重整器、燃料電池電堆，所述燃料罐物料出口經(jīng)液體泵與重整器重整室的物料入口管路相連，所述燃料重整器重整室的物料出口與所述燃料電池電堆陽極物料入口管路相連，所述燃料電池電堆陰極物料入口通過氣體泵與空氣或氧氣氣源管路相連；
[0009]于燃料電池電堆端板遠(yuǎn)離電堆一側(cè)設(shè)置有燃料催化燃燒加熱室，于燃料催化燃燒加熱室內(nèi)部裝填有燃料催化燃燒催化劑；燃料于所述燃料催化燃燒加熱室中與空氣或氧氣進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)并釋放熱量，釋放的熱量用于加熱燃料電池堆；
[0010]于液體泵與重整器重整室的物料入口間的連接管路上設(shè)有第一分支管路，第一分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的燃料入口相連，于氣體泵與燃料電池電堆陰極物料入口間的連接管路上設(shè)有第二分支管路，第二分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的氣體入口相連。
[0011]于第一分支管路和第二分支管路分別上設(shè)有閥門。
[0012]所述閥門為電磁閥，于燃料電池堆內(nèi)部設(shè)置有一溫度傳感器，溫度傳感器與一控制器信號(hào)連接，控制器與電磁閥通過導(dǎo)線電連接；所述控制器根據(jù)溫度傳感器輸出的溫度信號(hào)控制電磁閥的動(dòng)作，進(jìn)一步控制燃料電池電堆外部的燃料催化燃燒加熱室中燃料、和空氣或氧氣的供給。
[0013]所述控制器由單片機(jī)、電阻、三極管和MOSFET組成；燃料電池堆內(nèi)部設(shè)置的一溫度傳感器與單片機(jī)信號(hào)連接，單片機(jī)接收所述溫度傳感器的輸出信號(hào)，并與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的溫度值進(jìn)行邏輯比較判斷，單片機(jī)的輸出信號(hào)通過電阻連接到三極管的基極，三極管的發(fā)射極接地，三極管的集電極與MOSFET的G極線路連接，三極管控制MOSFET主回路的通斷，電磁閥接于MOSFET的主回路上，MOSFET再控制電磁閥的開啟或關(guān)閉。
[0014]于燃料電池堆垂直于端板的側(cè)壁面上設(shè)置有熱交換室，熱交換室上設(shè)有氣體進(jìn)口和出口，熱交換室的氣體進(jìn)口與重整器中燃燒室尾氣排出口相連，熱交換室用于將所述重整器中燃燒室排出的氣體的熱量進(jìn)一步傳遞給所述燃料電池堆。
[0015]所述燃料催化燃燒催化劑為Pt/Al203、V2O5AiO2, MoO3AiO2, Mn (III) /TiP、Pt/BN、Pt/Si中的一種或兩種以上。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所述的高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，通過燃料催化燃燒加熱室中的燃料催化燃燒反應(yīng)釋放的熱量為燃料電池電堆加熱，增加了系統(tǒng)啟動(dòng)途徑，縮短系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1、一種本發(fā)明所述高溫燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法示意圖。
[0018]其中，I為燃料罐；2為液體泵；3為燃料重整供氣氣體泵；4為電堆和燃料催化燃燒加熱室供氣氣體泵；5為第一電磁閥；6為第二電磁閥；7為燃料重整器，其中701為重整室；702為燃燒室；8為高溫液體燃料電池電堆，其中801為陰極室，802為陽極室，803和804為第一和第二燃料催化燃燒加熱室；9為控制器；10為溫度傳感器；11為第三電磁閥、12為第四電磁閥；13為節(jié)流閥。
[0019]圖2、一種本發(fā)明所述高溫燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法中控制器的控制電路原理圖。
[0020]其中，10為溫度傳感器；91為單片機(jī)；92和93為第一和第二電阻；94和95為第一和第二三極管；96和97為第一和第二 MOSFET ;11、12為第三和第四電磁閥。
[0021]圖3、一種本發(fā)明所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法的控制邏輯圖。
[0022]圖4、實(shí)施例1所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)燃料電池電堆溫度隨時(shí)間的變化。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例
[0024]圖1為一種本發(fā)明所述高溫燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法示意圖。所示高溫液體燃料電池系統(tǒng)包括燃料罐1，液體泵2，燃料重整供氣氣體泵3，電堆和燃料催化燃燒加熱室供氣氣體泵4，第一電磁閥5，第二電磁閥6，燃料重整器7，高溫液體燃料電池電堆8，控制器9，溫度傳感器10，第三電磁閥11、第四電磁閥12 ;節(jié)流閥13。
[0025]上述高溫燃料電池系統(tǒng)工作過程中，其環(huán)境溫度為室溫(25°C )，其對(duì)外輸出功率為 50W。
[0026]燃料罐I中的裝有甲醇溶液，甲醇溶液通過液體泵2輸送。在電堆升溫不滿足運(yùn)行條件的情況下，燃料經(jīng)第三電磁閥11進(jìn)及節(jié)流閥13進(jìn)入第一燃料催化燃燒加熱室803 ；同時(shí)，第一燃料催化燃燒加熱室803中燃料燃燒所需的空氣由電堆和燃料催化燃燒加熱室供氣氣體泵4并經(jīng)第四電磁閥12及節(jié)流閥13進(jìn)入第一燃料催化燃燒加熱室803 ;空氣中的氧氣與燃料發(fā)生燃燒反應(yīng)并釋放熱量，所釋放的熱量為電池電堆加熱，使系統(tǒng)快速達(dá)到啟動(dòng)溫度并開始啟動(dòng)。本發(fā)明所述方法，增加了系統(tǒng)啟動(dòng)途徑，縮短系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間。
[0027]圖2為一種本發(fā)明所述高溫燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法中控制器的控制電路原理圖。燃料電池堆內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器10的輸出信號(hào)輸入到單片機(jī)91，并由單片機(jī)91的內(nèi)部邏輯進(jìn)行判斷，其輸出信號(hào)通過電阻92和93分別連接到三極管94和95的基極，三極管94和95控制M0SFET96和97的通斷，M0SFET96和97再分別控制電磁閥11和12的開啟或關(guān)閉。
[0028]圖3為一種本發(fā)明所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法的控制邏輯圖。單片機(jī)91不斷通過查詢電堆內(nèi)部溫度傳感器10的溫度信號(hào)，判斷電堆溫度是否小于165°C。若小于165°C，則單片機(jī)92通過控制電磁閥11以1:10的占空比動(dòng)作，并保持電磁閥12為打開狀態(tài)。直至單片機(jī)91查詢到電堆內(nèi)部溫度傳感器10的溫度信號(hào)大于等于165°C后，關(guān)閉電磁閥11和電磁閥12。
[0029]圖4為實(shí)施例1所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)燃料電池電堆溫度隨時(shí)間的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)包括燃料罐、含燃燒室和重整室的重整器、燃料電池電堆,所述燃料罐物料出口經(jīng)液體泵與重整器重整室的物料入口管路相連，所述燃料重整器重整室的物料出口與所述燃料電池電堆陽極物料入口管路相連，所述燃料電池電堆陰極物料入口通過氣體泵與空氣或氧氣氣源管路相連，其特征在于: 于燃料電池電堆端板遠(yuǎn)離電堆一側(cè)設(shè)置有燃料催化燃燒加熱室，于燃料催化燃燒加熱室內(nèi)部裝填有燃料催化燃燒催化劑；燃料于所述燃料催化燃燒加熱室中與空氣或氧氣進(jìn)行催化燃燒反應(yīng)并釋放熱量，釋放的熱量用于加熱燃料電池堆； 于液體泵與重整器重整室的物料入口間的連接管路上設(shè)有第一分支管路，第一分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的燃料入口相連，于氣體泵與燃料電池電堆陰極物料入口間的連接管路上設(shè)有第二分支管路，第二分支管路與燃料催化燃燒加熱室上的氣體入口相連。
2.如權(quán)利要求1所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，其特征在于: 于第一分支管路和第二分支管路分別上設(shè)有閥門。
3.如權(quán)利要求2所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，其特征在于:所述閥門為電磁閥，于燃料電池堆內(nèi)部設(shè)置有一溫度傳感器，溫度傳感器與一控制器信號(hào)連接，控制器與電磁閥通過導(dǎo)線電連接；所述控制器根據(jù)溫度傳感器輸出的溫度信號(hào)控制電磁閥的動(dòng)作，進(jìn)一步控制燃料電池電堆外部的燃料催化燃燒加熱室中燃料、和空氣或氧氣的供給。
4.如權(quán)利要求3所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，其特征在于: 所述控制器由單片機(jī)、電阻、三極管和MOSFET組成；燃料電池堆內(nèi)部設(shè)置的一溫度傳感器與單片機(jī)信號(hào)連接，單片機(jī)接收所述溫度傳感器的輸出信號(hào)，并與單片機(jī)內(nèi)部設(shè)定的溫度值進(jìn)行邏輯比較判斷，單片機(jī)的輸出信號(hào)通過電阻連接到三極管的基極，三極管的發(fā)射極接地，三極管的集電極與MOSFET的G極線路連接，三極管控制MOSFET主回路的通斷，電磁閥接于MOSFET的主回路上，MOSFET再控制電磁閥的開啟或關(guān)閉。
5.如權(quán)利要求1所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，其特征在于: 于燃料電池堆垂直于端板的側(cè)壁面上設(shè)置有熱交換室，熱交換室上設(shè)有氣體進(jìn)口和出口，熱交換室的氣體進(jìn)口與重整器中燃燒室尾氣排出口相連，熱交換室用于將所述重整器中燃燒室排出的氣體的熱量進(jìn)一步傳遞給所述燃料電池堆。
6.如權(quán)利要求1所述高溫液體燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)方法，其特征在于: 所述燃料催化燃燒催化劑為 Pt/Al203、V2O5AiO2, MoO3AiO2, Mn( III )/TiP、Pt/BN、Pt/Si中的一種或兩種以上。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK103887545SQ201210564085
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】孫公權(quán), 孫海, 陳利康, 董艷 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所